JP2004228217A

JP2004228217A - フェーズチェンジ型多層シート

Info

Publication number: JP2004228217A
Application number: JP2003012361A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Sawa; 博昭澤; Toshikatsu Mitsunaga; 敏勝光永; Masato Kawano; 正人川野; Kenichiro Azuma; 健一郎東
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2023-01-21
Also published as: JP4027807B2

Abstract

【課題】発熱性電子部品と放熱部品への形状追従性が良く低熱抵抗であると共に、補修時や点検時には容易に解体可能なように加熱後も剥離可能であり、発熱性電子部品の放熱材料として適したフェーズチェンジ型多層シートを提供する。
【解決手段】多層構造からなるものであって、いずれの層も温度４０〜１２０℃で軟化する樹脂と熱伝導性充填材より構成されており、しかも最上層は粘着性を有し、最下層は粘着性を有しないものであることをことを特徴とするフェーズチェンジ型多層シート。最上層が、樹脂１５〜３５質量％、熱伝導性充填材６５〜８５質量％、最下層が、樹脂７〜１４質量％、熱伝導性充填材８６〜９３質量％で構成されていることが好ましい。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フェーズチェンジ型多層シートに関する。本発明のフェーズチェンジ型多層シートは、発熱性電子部品と放熱部品との間に介在させる放熱材料として好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、発熱性電子部品の高密度化や、携帯用パソコンをはじめとする電子機器の小型、薄型、軽量化に伴い、それらに用いられる放熱部材の低熱抵抗化の要求が益々高まっており、放熱部材の薄化が要求されている。放熱部材としては、シリコーンゴムに熱伝導性無機粉末が充填された硬化物からなる放熱シート、シリコーンゲルに熱伝導性無機粉末が充填された柔軟性を有する硬化物からなる放熱スペーサー、液状シリコーンに熱伝導性無機粉末が充填された流動性のある放熱グリース、樹脂の相変化を利用したフェーズチェンジ型放熱部材（以下、単にフェーズチェンジという。）等が例示される。これらのうち、薄化が容易なものは、放熱グリース及びフェーズチェンジであるが、作業性があまり良くない放熱グリースよりもフェーズチェンジが好まれている。
【０００３】
フェーズチェンジは、発熱性電子部品の作動温度で相変化する相変化物質、例えばワックス類に、平均粒径２〜１００μｍの窒化硼素又はアルミナ粒子を１０〜８０質量％充填したもの（特許文献１）、エチレン−酢酸ビニル共重合体等の加熱により軟化する樹脂１５〜６０体積％に、平均粒径１．５μｍ程度の窒化アルミニウム粉末を４０〜８５体積％充填し、更に分散剤を添加したもの（特許文献２）が知られている。しかしながら、これらのものは、加熱後に粘着性を有するので、発熱性電子部品と放熱部品にくっついて剥離が困難になる。そこで、粘着性を少なくするために熱伝導性無機粉末を高充填すると、流動性が失われて薄化が困難となり、放熱性が悪化すると共に、粘着性がないために仮止めもしずらいという問題があった。
【０００４】
これを解決するため、アルミ箔等の金属箔にフェーズチェンジを貼り付ける方法が提案（特許文献３）されているが、この方法ではアルミ箔と放熱部品との密着が上手く取れないので、放熱性が十分でないという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−８９７５６号公報
【特許文献２】特開平１１−４５９６５号公報
【特許文献２】特開２００２−３０５２７１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記に鑑み、仮止めが容易で、発熱性電子部品と放熱部品への形状追従性が良いので低熱抵抗であると共に、補修時や点検時には容易に解体可能なように加熱後も剥離可能である、発熱性電子部品の放熱材料として適したフェーズチェンジ型多層シートを提供する。本発明の目的は、最上層と最下層との粘着力が異なる多層構造のフェーズチェンジとすることによって達成することができる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、多層構造からなるものであって、いずれの層も温度４０〜１２０℃で軟化する樹脂と熱伝導性充填材とで構成されており、しかも最上層は粘着性を有し、最下層は粘着性を有しないものであることをことを特徴とするフェーズチェンジ型多層シートである。この場合において、最上層が、樹脂１５〜３５質量％、熱伝導性充填材６５〜８５質量％、最下層が、樹脂７〜１４質量％、熱伝導性充填材８６〜９３質量％で構成されていることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、更に詳しく本発明について説明する。
【０００９】
本発明で使用される熱伝導性充填材は、窒化アルミニウム粉末、アルミナ粉末、又はその混合粉末が好ましい。最大粒径１５μｍ以下の、炭化ホウ素粉末、炭化ケイ素粉末、酸化亜鉛、窒化ケイ素、窒化ホウ素、アルミニウム粉末、銅粉末等から選ばれた一種又は二種以上の粉末は、熱伝導性充填材の合計中、１０質量％まで含有させることができる。好ましくは、窒化アルミニウム粉末とアルミナ粉末とを併用することであり、これによって、窒化アルミニウム粉末の熱伝導性とアルミナ粉末の流動性を両立させることができる。
【００１０】
熱伝導性充填材は、平均粒径０．５〜１．４μｍ、好ましくは０．８〜１．４μｍ、最大粒径が３〜１０μｍ、好ましくは３〜６μｍである。平均粒径が０．５μｍ未満であるか、又は最大粒径が３μｍ未満であると、フェーズチェンジ内での粒子間接触点数が増えて熱抵抗は大きくなり、また平均粒径が１．４μｍをこえるか、又は最大粒径が１５μｍをこえると、薄化が困難となる。
【００１１】
熱伝導性充填材の含有率は、最上層では、６５〜８５質量％、特に７５〜８２質量％であることが好ましい。６５質量％未満であると、熱伝導性が小さいので、いくら薄化しても低熱抵抗化は困難となる。また、８５質量％をこえると、樹脂組成物の流動性が低くなり、薄化が困難となる。一方、最下層では、８６〜９３質量％とすることが好ましい。８６質量％未満であると、加熱後に粘着力が残るので剥離が困難となり、繰り返しての使用が困難となる。また、９３質量％をこえると、樹脂組成物の流動性はほとんど得られず、薄化しない。
【００１２】
熱伝導性充填材は、球形度が高いほど加熱時の流動性は高くなり、薄化が容易となるので好ましい。本発明においては、平均球形度は０．８以上、特に０．８５以上であることが好ましい。
【００１３】
平均球形度は、実体顕微鏡、例えば「モデルＳＭＺ−１０型」（ニコン社製）、走査型電子顕微鏡等にて撮影した粒子像を画像解析装置、例えば（日本アビオニクス社製など）に取り込み、次のようにして測定することができる。すなわち、写真から粒子の投影面積（Ａ）と周囲長（ＰＭ）を測定する。周囲長（ＰＭ）に対応する真円の面積を（Ｂ）とすると、その粒子の真円度はＡ／Ｂとして表示できる。そこで、試料粒子の周囲長（ＰＭ）と同一の周囲長を持つ真円を想定すると、ＰＭ＝２πｒ、Ｂ＝πｒ２であるから、Ｂ＝π×（ＰＭ／２π）２となり、個々の粒子の球形度は、球形度＝Ａ／Ｂ＝Ａ×４π／（ＰＭ）２として算出することができる。このようにして得られた任意の粒子２００個の球形度を求めその平均値を平均球形度とした。
【００１４】
本発明で用いられる樹脂は、温度４０〜１２０℃で軟化するものであり、常温では固体であり加熱により低粘度の液体となるものである。このような樹脂をマトリックスとすることによって、加熱時の流動性を極めて高くすることができるので薄化が極めて容易となる。
【００１５】
このような樹脂としては、ワックス又は常温で固体のパラフィンが代表例として例示することができる。ワックス類としては、マイクロクリスタリンワックス、モンタン酸ワックス、モンタン酸ワックス、モンタン酸エステルワックス、パラフィンワックス等、常温で固体のパラフィンとしては、日本精蝋社製の「パラフィンワックス・シリーズ」「マイクロクリスタリンワックスＨｉ−Ｍｉｃシリーズ」等をあげることができる。
【００１６】
本発明のフェーズチェンジ型多層シートには、その強度を高めるために、温度４０〜１２０℃で軟化するワックス類以外の樹脂を更に含有させることができる。このような樹脂を例示すれば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−α−オレフィン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体の１種又は２種以上である。さらには、ガラスクロス、フッ素樹脂メッシュ、金属箔等の補強シートで補強することもできる。ガラスクロス、フッ素樹脂メッシュは、厚み０．０１〜０．１ｍｍで目開きが広いものが好ましく、織り方としては絡み織りが強度の面で好ましい。金属箔は、厚み０．０１〜０．２ｍｍのアルミニウム箔、銅箔が好ましい。補強する位置は、最下層とそれ以外の層との界面であることが好ましい。
【００１７】
本発明のフェーズチェンジ型多層シートは、最上層と最下層の少なくとも二層で構成されている。全体のシート厚みは、０．５ｍｍ以下、特に０．０１〜０．３５ｍｍであることが好ましい。厚みが０．５ｍｍをこえると、低熱抵抗化が困難となる。また、シート厚みが０．０１ｍｍ未満では、発熱性電子部品との接触が不十分となりやすい。中でも、最下層の厚みが０．０１〜０．１０ｍｍであって、しかも最下層以外の全層の合計厚みよりも薄く構成されていることが好ましい。また、最上層には、オレフィン系樹脂・組成物やテルペン等の粘着付与剤を０．１〜０．５質量％含有させて、熱伝導性を有する粘着層を形成できる。
【００１８】
本発明のフェーズチェンジ型多層シートは、温度４０〜１２０℃で軟化する樹脂と熱伝導性充填材を含む混合物を加温しながら万能混合攪拌機、ニーダー等で混ぜて混練物とし、それをシート化した後、あるいはシート化しながらその複数をラミネーター等で貼り合わせ、自己粘着力によって一体化させることによって製造することができる。
【００１９】
単層の各シートは、上記混合物又は混練物をＰＥＴフィルム等のベースフィルムにのせ、所定厚みの金型で加熱プレスするか、加熱しながら押出し成形するか、加熱しながらロールコーター等で所定の空間を通過させるか、又は混練物をトルエン等の溶剤で溶解させ、ドクター法等で塗工した後ラミネーターで厚みを調整することによって成形することができる。なお、ベースフィルム表面は、剥離性を高めるため、シリコン又はフッ素等で処理されていることは好ましい。
【００２０】
本発明のフェーズチェンジ型多層シートは、例えばＭＰＵやパワートランジスタ、トランス等の発熱性電子部品からの熱を放熱フィンや放熱ファン等の放熱部品に伝熱させるために使用され、発熱性電子部品と放熱部品の間に挟み込まれて使用される。これによって、発熱性電子部品と放熱部品間の伝熱が良好となり、発熱性電子部品の誤作動を軽減させることができる。さらには、モーターの熱を放熱板等に伝えるための伝熱シート、粘着性を有し、しかも剥離可能なサーモラベル用粘着シート等として使用される。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例及び比較例をあげて更に具体的に本発明を説明する。
【００２２】
実施例１〜５
表１に示す窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製商品名「Ｈグレード」）と、アルミナ粉末（住友化学工業社製球状アルミナ商品名「ＡＡ−２」、「ＡＡ−０５」）を準備し、上層用熱伝導性充填材（表２）と下層用熱伝導性充填材（表３）を調整した。
【００２３】
一方、温度４０〜１２０℃で軟化する樹脂として、ワックス（日本精蝋社製商品名「パラフィンワックス１１５」）と固形パラフィン（ＯＧ技研社製商品名「ＨＲ−１Ａ」）、補強用樹脂として、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）（三井化学社製商品名「エバフレックスＥＶ１５０」軟化点３３℃）、粘着付与剤として、トーネックス社製商品名「エスコレッツ２５２０」（成分：脂肪族系石油樹脂）を準備し、上層用樹脂（表２）と下層用樹脂（表３）を調整した。
【００２４】
この熱伝導性充填材と上層用樹脂又は下層用樹脂とを１５０℃に加熱した万能混合攪拌機の釜に入れ、１５分間混合しながら真空脱泡し、冷却後に釜から取り出した。ついで、これを片面シリコーン処理ＰＥＴフィルム（厚み０．１ｍｍ、幅１６０ｍｍ）に所定厚みのシートとなる量をのせ、１２０℃に設定された遠赤外加熱炉を通して加熱を行って溶融させ、上に前述と同じ片面シリコーン処理ＰＥＴフィルムを被せ、目的厚みにＰＥＴフィルム厚み（０．１ｍｍ×２枚＝０．２ｍｍ）をプラスしたギャップを有するロール間に溶融させたまま通して所定厚の両面ＰＥＴフィルム付きシート状成形物を得た。これを、長さ４００ｍｍに切断後冷却し、ＰＥＴフィルムを剥がして、上層用と下層用の単層のシート状成形物（所定厚み、幅１５０ｍｍ、長さ４００ｍｍ）をそれぞれ成形した。これらを重ね、加熱ラミネーター（８０℃）を通過させて、厚み０．２５ｍｍのフェーズチェンジ型多層シートを得た。
【００２５】
比較例１〜６
厚み０．２５ｍｍの単層にしたこと以外は、実施例１に準じてフェーズチェンジを製造した。
【００２６】
比較例７〜９
上層を表２に示す割合で、下層を表３の割合で配合したこと以外は、実施例１に準じて上層用又は下層用の樹脂を調製した。比較例７の配合では、上下層のシートは共に粘着性がなく、熱抵抗測定後の剥離もできなかった。比較例８の配合では、熱伝導性充填材の比率が多すぎて、下層用のシート化はできなかった。比較例９の配合では、上下層共に粘着性がなく、また熱抵抗は著しく大きかった。
【００２７】
熱伝導性充填材の粒径、及び上層単層又は多層シートの熱抵抗と剥離性を以下に従って測定した。熱抵抗の結果を表４に示す。
【００２８】
（１）平均粒径及び最大粒径：Ｌ＆Ｎ社製粒度分布計「マイクロトラックＳＰ−Ａ」を用いて測定した。
（２）熱抵抗：□１０ｍｍの試料装着部分に上層単層又は多層シート試料をいれ、それをヒーターの埋め込まれた銅製治具と銅製冷却治具との間にはさみ、４．２ｋｇの荷重を掛けてセットした後、ヒーターに電力２０Ｗをかけて３０分間保持し、銅製ヒーターケースと銅板との温度差（℃）を測定し、式、熱抵抗（℃／Ｗ）＝温度差（℃）／電力（Ｗ）、により算出した。
（３）剥離性：熱抵抗測定後に銅製冷却治具から容易に剥離可能かを調べた。
○：剥離容易
△：剥離できるがちぎれる
×：剥離できず、無理に剥がせばボロボロになる。
【００２９】
【表１】

【００３０】
【表２】

【００３１】
【表３】

【００３２】
【表４】

【００３３】
表１〜４に示すとおり、特定の配合で多層化された本発明のフェーズチェンジ型多層シートは、剥離性と低熱抵抗の両立が達成された。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、低熱抵抗で加熱後も剥離可能なフェーズチェン型多層シートが提供される。

Claims

多層構造からなるものであって、いずれの層も温度４０〜１２０℃で軟化する樹脂と熱伝導性充填材とで構成されており、しかも最上層は粘着性を有し、最下層は粘着性を有しないものであることを特徴とするフェーズチェンジ型多層シート。
最上層が、樹脂１５〜３５質量％、熱伝導性充填材６５〜８５質量％、最下層が、樹脂７〜１４質量％、熱伝導性充填材８６〜９３質量％で構成されてなることを特徴とする請求項１記載のフェーズチェンジ型多層シート。