JP2005081669A - Method for producing heat conductive sheet - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat conductive sheet which efficiently radiates heat from an electric appliance and an electronic device and is excellent in heat resistance, conductivity, elasticity, and adhesion. <P>SOLUTION: In a method for producing the heat conductive sheet made of an organic/inorganic hybrid material obtained by a reaction between a metal alkoxide and an organic silicon compound, the hybrid material exhibits high thermal conductivity owing to a metal component contained in it and has good flexibility because of an organic silicon component contained in it and good heat resistance. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば発熱性電気部品等の発熱体と熱放散部材の間に介在せしめられる熱伝導性シートの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method of manufacturing a heat conductive sheet interposed between a heat generating member such as a heat generating electric component and a heat dissipating member.

電気機器や電子機器は更なる高性能化に伴う半導体素子の消費電力が高くなる傾向があり、したがってこれら機器から発散する熱量も増加する傾向があり、これら機器からの放熱を効率良く行うことが重要な課題となってきている。
これら発熱体の放熱には一般に本体表面からの自然対流や発熱体にファンにより送風する強制対流によって行うが、放熱を促進するために発熱体の表面に放熱体を圧接する構成も提案されている。
この場合、発熱体と放熱体との圧接面において隙間が生じ易く、発熱体から放熱体への熱伝導が阻害され、良好な放熱性が得られないと云う問題点があった。
発熱体と放熱体との圧接面における隙間を解消するための手段として、発熱体と放熱体との間に熱伝導性の樹脂シートを介在せしめる構成が提案されている。
Electrical devices and electronic devices tend to increase the power consumption of semiconductor elements due to higher performance, and therefore the amount of heat dissipated from these devices also tends to increase, and heat dissipation from these devices can be performed efficiently. It has become an important issue.
The heat dissipation of these heating elements is generally performed by natural convection from the surface of the main body or forced convection that blows air to the heating element by a fan. However, a configuration in which the heat dissipation element is pressed against the surface of the heating element has been proposed to promote heat dissipation. .
In this case, there is a problem that a gap is likely to be formed on the pressure contact surface between the heating element and the heat radiating body, heat conduction from the heat generating body to the heat radiating body is hindered, and good heat dissipation cannot be obtained.
As means for eliminating the gap at the pressure contact surface between the heat generating body and the heat radiating body, a configuration in which a heat conductive resin sheet is interposed between the heat generating body and the heat radiating body has been proposed.

更に最近の電気機器の高密度化に伴い、放熱フィン等の放熱体を取付けるスペースがない場合や、電子機器が筐体内に密閉されており、該電子機器に取付けた放熱体から筐体の外部への放熱が困難な場合には、該電子機器から発生した熱を直接該筐体に伝導する方式が採られる。この場合にも該電子機器と筐体との間を厚みのある熱伝導性樹脂シートで充填する。   Furthermore, with the recent increase in the density of electrical equipment, there is no space for mounting heat sinks such as heat radiating fins, or electronic equipment is sealed in the housing. When it is difficult to dissipate heat, a method is adopted in which heat generated from the electronic device is directly conducted to the housing. Also in this case, the space between the electronic device and the housing is filled with a thick heat conductive resin sheet.

上記熱伝導性シートは発熱体と放熱体の両方に密着するために充分に低硬度な弾性体であり、かつ高熱伝導性を有する材料からなることが要求される。
従来は上記樹脂シートとして、耐熱性、柔軟性の点からみてシリコーンゴムを主体とする材料が用いられる場合が多い(例えば特許文献1または2参照)。
The heat conductive sheet is required to be made of an elastic body having a sufficiently low hardness so as to be in close contact with both the heat generating body and the heat radiating body and made of a material having high heat conductivity.
Conventionally, a material mainly composed of silicone rubber is often used as the resin sheet in view of heat resistance and flexibility (see, for example, Patent Document 1 or 2).

特開平9−321185号公報JP-A-9-32185 特開平10−154779号公報JP-A-10-15479

シリコーンゴムはそれ自体熱伝導性が低いために、熱伝導性フィラーを配合する必要がある。しかし熱伝導性フィラーを大量充填して高熱伝導性を付与しようとしても、シリコーンゴムは高粘度であり、高配合が困難である。また熱伝導性シートの引張り強さや弾力性、あるいは成形加工性が低下してしまうと云う問題点がある。
更に最近、CPU発熱量の増加によって、要求される耐熱特性は200℃以上と高くなり、シリコーンゴムではそれに対応することが困難となり、長期耐久性に問題がある。また200℃以上の条件下では絶縁性が低下する問題もある。
したがって現在では市場でより耐熱性が良くかつ高熱伝導性の弾性材料が求められている。
Since silicone rubber itself has low thermal conductivity, it is necessary to add a thermally conductive filler. However, even if an attempt is made to provide high thermal conductivity by filling a large amount of a heat conductive filler, silicone rubber has a high viscosity and is difficult to be formulated with high viscosity. There is also a problem that the tensile strength, elasticity, or moldability of the heat conductive sheet is lowered.
Furthermore, recently, due to an increase in the amount of heat generated by the CPU, the required heat resistance is as high as 200 ° C. or more. With silicone rubber, it becomes difficult to cope with it, and there is a problem in long-term durability. In addition, there is a problem that the insulating property is lowered under conditions of 200 ° C. or higher.
Therefore, at present, there is a demand for elastic materials having better heat resistance and high thermal conductivity in the market.

本発明は上記課題を解決するための手段として、金属アルコキシドの溶液と有機ケイ素化合物の溶液とを混合してゾル液を調製し、該ゾル液に金属酸化物や金属窒化物等の熱伝導性フィラーを混合した配合物を真空押出機によってシート状に押出し、得られたシートを加熱ゲル化することによって有機・無機ハイブリット材料を生成する熱伝導性シートの製造方法を提供するものである。
該有機ケイ素化合物は片末端または両末端に金属アルコキシドと反応可能な官能基を有するオルガノポリシロキサンであることが望ましい。
上記金属アルコキシドの金属は、ホウ素、アルミニウム、ケイ素、チタン、バナジウム、マンガン、鉄、コバルト、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、ランタン、セリウム、タンタル、タングステンのうちの一種または二種以上の金属であることが望ましい。
該熱伝導性フィラーは金属および/または金属酸化物および/または金属窒化物および/または金属炭化物の微粒子であることが望ましい。
該熱伝導性フィラーは粒子径の異なる二種以上の同種または異種フィラーの混合物であって、上記粒子径の差は3倍以上であることが望ましい。
該熱伝導性フィラーは生成される上記有機・無機ハイブリット材料100質量部に対し300〜2000質量部添加されていることが望ましい。
該熱伝導性シートの厚みは0.05mm〜50mmの範囲に設定されていることが望ましい。
As a means for solving the above-mentioned problems, the present invention prepares a sol solution by mixing a solution of a metal alkoxide and a solution of an organosilicon compound, and heat conductivity of the metal oxide, metal nitride, etc. in the sol solution. The present invention provides a method for producing a thermally conductive sheet in which an organic / inorganic hybrid material is produced by extruding a blended filler into a sheet using a vacuum extruder and gelling the resulting sheet by heating.
The organosilicon compound is preferably an organopolysiloxane having a functional group capable of reacting with a metal alkoxide at one or both ends.
The metal of the metal alkoxide is one or more metals selected from boron, aluminum, silicon, titanium, vanadium, manganese, iron, cobalt, germanium, yttrium, zirconium, niobium, lanthanum, cerium, tantalum, and tungsten. It is desirable.
The thermally conductive filler is desirably fine particles of metal and / or metal oxide and / or metal nitride and / or metal carbide.
The thermally conductive filler is a mixture of two or more kinds of the same or different kinds of fillers having different particle diameters, and the difference in the particle diameters is preferably three times or more.
The thermally conductive filler is preferably added in an amount of 300 to 2000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the organic / inorganic hybrid material produced.
The thickness of the heat conductive sheet is desirably set in the range of 0.05 mm to 50 mm.

〔作用〕
上記金属アルコキシドと有機ケイ素化合物との反応によって得られる有機・無機ハイブリット材料は、無機成分である金属と、有機成分である有機ケイ素部分とのシナジー効果によって、耐熱性と弾性とを合わせ持った材料となる。
更に該有機・無機ハイブリット材料はシリコーンゴムと比べると低粘度であることから熱伝導性フィラーを高充填することが可能である。即ち上記有機・無機ハイブリット材料100質量部に対して、該熱伝導性フィラーは酸化アルミニウムの場合、2000質量部も添加することが出来る。
更に上記有機・無機ハイブリット材料は有機ケイ素部分によってシート表面が適当なタックを有し、発熱体や放熱体への高度な密着性を有する。
[Action]
The organic / inorganic hybrid material obtained by the reaction of the metal alkoxide and the organosilicon compound is a material that combines heat resistance and elasticity due to the synergistic effect between the inorganic component metal and the organic silicon component. It becomes.
Furthermore, since the organic / inorganic hybrid material has a lower viscosity than silicone rubber, it can be highly filled with a thermally conductive filler. That is, with respect to 100 parts by mass of the organic / inorganic hybrid material, when the thermally conductive filler is aluminum oxide, 2000 parts by mass can be added.
Furthermore, the organic / inorganic hybrid material has an appropriate tack on the surface of the sheet due to the organosilicon portion, and has a high degree of adhesion to a heating element and a radiator.

本発明により、耐熱性、導電性、弾性、密着性に優れる熱伝導性シートを提供することができる。   By this invention, the heat conductive sheet excellent in heat resistance, electroconductivity, elasticity, and adhesiveness can be provided.

本発明の熱伝導性シートは、金属または半金属のアルコキシドと、有機ケイ素化合物と、熱伝導性フィラーとを含むゾル液を加熱ゲル化せしめることによって得られる有機・無機ハイブリット材料からなる。
〔金属または半金属のアルコキシド〕
本発明で使用される金属または半金属アルコキシドの金属または半金属の種類としては、ホウ素、アルミニウム、ケイ素、チタン、バナジウム、マンガン、鉄、コバルト、亜鉛、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、ランタン、セリウム、カドミウム、タンタル、タングステン等のアルコキシドを形成し得る金属または半金属が挙げられるが、特に望ましい金属はチタン、ジルコニウム、ケイ素である。
またアルコキシドの種類としては特に限定されることなく、例えばメトキシド、エトキシド、プロポキシド、ブトキシド等が挙げられる。
上記金属または半金属アルコキシドはアセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸イソプロピル等のアセト酢酸エステル等の化学修飾剤によって化学修飾されることが望ましい。
The heat conductive sheet of the present invention comprises an organic / inorganic hybrid material obtained by heating and gelling a sol solution containing a metal or metalloid alkoxide, an organosilicon compound, and a heat conductive filler.
[Metal or metalloid alkoxide]
The metal or metalloid of the metal or metalloid alkoxide used in the present invention includes boron, aluminum, silicon, titanium, vanadium, manganese, iron, cobalt, zinc, germanium, yttrium, zirconium, niobium, lanthanum, cerium. , Cadmium, tantalum, tungsten, and other metals or metalloids that can form alkoxides, and particularly desirable metals are titanium, zirconium, and silicon.
Moreover, it does not specifically limit as a kind of alkoxide, For example, a methoxide, an ethoxide, a propoxide, a butoxide etc. are mentioned.
The metal or metalloid alkoxide is desirably chemically modified with a chemical modifier such as acetoacetate such as methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, and isopropyl acetoacetate.

〔有機ケイ素化合物〕
本発明の有機ケイ素化合物としては、例えば、ジアルキルジアルコキシシラン、望ましくは片末端または両末端シラノールポリジメチルシロキサンのような、片末端または両末端に金属または半金属のアルコキシドと反応可能な官能基を有するオルガノポリシロキサン等を使用することが出来る。
該ジアルキルジアルコキシシランとしては、例えば、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジプロポキシシラン、ジメチルジブトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジプロポキシシラン、ジエチルジブトキシシラン、ジプロピルジメトキシシラン、ジプロピルジエトキシシラン、ジプロピルジプロポキシシラン、ジプロピルジブトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ジフェニルジプロポキシシラン、ジフェニルジブトキシシラン等が挙げられる。
上記オルガノポリシロキサンとしては、一般に重量平均分子量が400〜20000の範囲にあるものが使用されるが、反応性からみて重量平均分子量が5000〜10000の範囲にあるものが好ましい。
200℃以下の低温条件下では、重量平均分子量が400〜15000の範囲にあるオルガノポリシロキサンを使用することが望ましい。また、200℃以上の高温条件下では、重量平均分子量が15000以上、80000以下のオルガノポリシロキサンを使用することが望ましい。該オルガノポリシロキサンの重量平均分子量が80000以上であると、ゾル液の粘度が高くなり過ぎて作業性が悪くなる。また該オルガノポリシロキサンの重量平均分子量が15000以下であると、得られる有機・無機ハイブリット材料の耐熱性が劣る。
該オルガノポリシロキサンの片末端または両末端に存する金属または半金属のアルコキシドと反応可能な官能基とは、例えば以下に示される官能基(化学式1〜化学式13)である。なお化学式のRおよびR´は、メチレン、アルキレン、アルキルを示す。
[Organic silicon compound]
Examples of the organosilicon compound of the present invention include a functional group capable of reacting with a metal or semi-metal alkoxide at one or both ends, such as dialkyl dialkoxysilane, desirably one or both ends silanol polydimethylsiloxane. It is possible to use organopolysiloxane and the like.
Examples of the dialkyl dialkoxysilane include dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, dimethyldipropoxysilane, dimethyldibutoxysilane, diethyldimethoxysilane, diethyldiethoxysilane, diethyldipropoxysilane, diethyldibutoxysilane, and dipropyl. Examples include dimethoxysilane, dipropyldiethoxysilane, dipropyldipropoxysilane, dipropyldibutoxysilane, diphenyldimethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, diphenyldipropoxysilane, diphenyldibutoxysilane, and the like.
As the organopolysiloxane, those having a weight average molecular weight in the range of 400 to 20,000 are generally used, but those having a weight average molecular weight in the range of 5,000 to 10,000 are preferable from the viewpoint of reactivity.
It is desirable to use an organopolysiloxane having a weight average molecular weight in the range of 400 to 15000 under low temperature conditions of 200 ° C. or lower. Moreover, it is desirable to use an organopolysiloxane having a weight average molecular weight of 15000 or more and 80000 or less under a high temperature condition of 200 ° C. or higher. When the organopolysiloxane has a weight average molecular weight of 80,000 or more, the viscosity of the sol solution becomes too high and workability is deteriorated. If the weight average molecular weight of the organopolysiloxane is 15000 or less, the resulting organic / inorganic hybrid material has poor heat resistance.
The functional group capable of reacting with the metal or semi-metal alkoxide at one or both ends of the organopolysiloxane is, for example, the following functional groups (Chemical Formula 1 to Chemical Formula 13). In the chemical formula, R and R ′ represent methylene, alkylene, and alkyl.

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このような官能基を有するオルガノポリシロキサンは、金属または半金属アルコキシドと円滑に反応し易い。   Organopolysiloxane having such a functional group easily reacts smoothly with a metal or metalloid alkoxide.

〔熱伝導性フィラー〕
本発明で使用される熱伝導性フィラーとしては、例えば、銅、アルミニウム、銀、ステンレス等の金属粉、酸化鉄、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化セリウム等の金属酸化物粉、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化クロム、窒化ケイ素、窒化タングステン、窒化マグネシウム、窒化モリブデン、窒化リチウム等の金属窒化物、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化タンタル、炭化チタン、炭化鉄、炭化ホウ素等の金属炭化物等の微粒子があり、通常粒度は0.1μm〜30μm程度である。
該熱伝導性フィラーを使用する場合、粒子径の異なる二種以上の同種または異種フィラーの混合物として使用することが望ましい。
なお該熱伝導性フィラーの粒子径の差は3倍以上であることが望ましい。
(Thermal conductive filler)
Examples of the heat conductive filler used in the present invention include metal powders such as copper, aluminum, silver, and stainless steel, metal oxide powders such as iron oxide, aluminum oxide, titanium oxide, silicon oxide, and cerium oxide, and boron nitride. Metal nitrides such as aluminum nitride, chromium nitride, silicon nitride, tungsten nitride, magnesium nitride, molybdenum nitride, lithium nitride, metal carbides such as silicon carbide, zirconium carbide, tantalum carbide, titanium carbide, iron carbide, boron carbide, etc. There are fine particles, and the normal particle size is about 0.1 μm to 30 μm.
When using the heat conductive filler, it is desirable to use it as a mixture of two or more kinds of the same kind or different kinds of fillers having different particle diameters.
In addition, it is desirable that the difference in particle diameter of the thermally conductive filler is 3 times or more.

〔有機・無機ハイブリット材料の製造〕
本発明の有機・無機ハイブリット材料は、上記有機ケイ素化合物の片末端または両末端の金属または半金属のアルコキシドと反応可能な官能基と金属または半金属のアルコキシドとの加水分解を伴う縮合反応によって合成される。該縮合反応は80℃以上に加熱して上記ケイ素化合物を低粘度化した状態で行われる。
有機・無機ハイブリット材料を製造するには、まず、所望の金属または半金属のアルコキシドの加水分解物と、上記有機ケイ素化合物等の有機成分とを反応させ、有機・無機ハイブリットゾル液を調製する。該有機成分は、加水分解前のアルコキシドに対して配合してもよいし、加水分解したアルコキシドに対して配合してもよい。
具体的には、上記有機ケイ素化合物の溶液中に上記金属または半金属アルコキシドあるいは所望なれば上記化学修飾剤によって修飾された金属または半金属アルコキシドを滴下する。
上記有機ケイ素化合物溶液に使用する溶液としては、例えばメタノール、エタノール等の各種アルコールの他、アセトン、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン等が一般的に使用される。
[Manufacture of organic / inorganic hybrid materials]
The organic / inorganic hybrid material of the present invention is synthesized by a condensation reaction involving hydrolysis of a functional group capable of reacting with a metal or metalloid alkoxide at one or both ends of the organosilicon compound and a metal or metalloid alkoxide. Is done. The condensation reaction is carried out in a state where the viscosity of the silicon compound is lowered by heating to 80 ° C. or higher.
In order to produce an organic / inorganic hybrid material, first, an organic / inorganic hybrid sol solution is prepared by reacting a hydrolyzate of a desired metal or metalloid alkoxide with an organic component such as the organosilicon compound. The organic component may be added to the alkoxide before hydrolysis, or may be added to the hydrolyzed alkoxide.
Specifically, the metal or metalloid alkoxide or, if desired, the metal or metalloid alkoxide modified with the chemical modifier is dropped into the solution of the organosilicon compound.
As the solution used for the organosilicon compound solution, for example, acetone, toluene, xylene, tetrahydrofuran and the like are generally used in addition to various alcohols such as methanol and ethanol.

なお上記有機ケイ素化合物溶液は、過剰に存在する水分や低分子量成分を除去するために加熱・蒸留処理することが望ましい。水分除去を行えば、有機ケイ素化合物溶液中に金属または半金属アルコキシドを添加した場合、該金属または半金属アルコキシドの残存水分による加水分解が防止出来、金属または半金属アルコキシドの滴下速度を早めて有機・無機ハイブリット合成を短時間に行うことが出来、また低分子量成分残存による有機・無機ハイブリットのべたつき、機械的強度の劣化等の不具合を効果的に解消することが出来る。   The organosilicon compound solution is preferably heated and distilled in order to remove excess water and low molecular weight components. If water is removed, when a metal or metalloid alkoxide is added to the organosilicon compound solution, hydrolysis of the metal or metalloid alkoxide due to residual water can be prevented, and the dropping rate of the metal or metalloid alkoxide is increased to increase the organic content. Inorganic hybrid synthesis can be performed in a short time, and problems such as stickiness of organic / inorganic hybrid due to residual low molecular weight components and deterioration of mechanical strength can be effectively eliminated.

上記有機ケイ素化合物溶液は塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、酢酸等を添加して酸処理されることが望ましい。該酸は、通常、有機ケイ素化合物溶液のpHが4〜7の範囲になるように有機ケイ素化合物溶液に添加される。   The organosilicon compound solution is preferably acid-treated by adding hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, acetic acid and the like. The acid is usually added to the organosilicon compound solution so that the pH of the organosilicon compound solution is in the range of 4-7.

有機ケイ素化合物溶液に加えられる金属アルコキシドを化学修飾剤によって化学修飾する場合、該化学修飾剤は金属アルコキシド1モルに対して2モル以下の量、望ましくは0.5モル以上1モル以下の量で使用される。   When the metal alkoxide added to the organosilicon compound solution is chemically modified with a chemical modifier, the chemical modifier is added in an amount of 2 mol or less, preferably 0.5 mol or more and 1 mol or less with respect to 1 mol of the metal alkoxide. used.

上記金属または半金属アルコキシドの上記有機ケイ素化合物に対する添加量は、通常モル比で1:0.1〜1:10の範囲とする。また該金属または半金属アルコキシドに対して該有機ケイ素化合物は80体積%程度であることが望ましい。上記比率よりも金属または半金属成分が多いと該金属または半金属成分が粒塊を形成して、得られる有機・無機ハイブリット材料にうねりや気孔が形成され、また有機ケイ素化合物が多いと無機成分によるシナジー効果が現れず、有機成分の特性に近づく。   The amount of the metal or metalloid alkoxide added to the organosilicon compound is usually in the range of 1: 0.1 to 1:10 in molar ratio. The organosilicon compound is preferably about 80% by volume with respect to the metal or metalloid alkoxide. When there are more metal or metalloid components than the above ratio, the metal or metalloid components form agglomerates, and swells and pores are formed in the resulting organic / inorganic hybrid material. The synergy effect due to is not shown, it approaches the characteristics of organic components.

上記有機・無機ハイブリットゾル液には、上記熱伝導性フィラーが添加される。該熱伝導性フィラーの添加量は、通常、有機・無機ハイブリット材料100質量部に対し300〜2000質量部添加される。本発明の有機・無機ハイブリットゾル液は、フィラー分散性に優れるので、容易に該熱伝導性フィラーを均一に分散させることが出来る。
また上記熱伝導性フィラーのうち数μm程度の粒子径を持つ微小粒子は、増粘剤としても作用するので、該ゾル液を増粘し、かつチクソトロピックな粘度特性を与える。従って、厚い塗膜を容易に形成することが出来る。
なお上記有機・無機ハイブリットゾル液には、該熱伝導性フィラー以外に、所望により、酸化防止剤、紫外線吸収剤、防腐剤、粘度調節剤等の充填剤を添加してもよい。
以上のようにして得られる有機・無機ハイブリットゾル液は、白濁化することなく、かつポットライフの長いゾル液となる。
The heat conductive filler is added to the organic / inorganic hybrid sol solution. The amount of the thermally conductive filler added is usually 300 to 2000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the organic / inorganic hybrid material. Since the organic / inorganic hybrid sol solution of the present invention is excellent in filler dispersibility, the thermally conductive filler can be easily dispersed uniformly.
In addition, fine particles having a particle size of about several μm among the above heat conductive fillers also act as a thickener, so that the sol solution is thickened and thixotropic viscosity characteristics are given. Therefore, a thick coating can be easily formed.
In addition to the thermally conductive filler, fillers such as antioxidants, ultraviolet absorbers, preservatives, viscosity modifiers, and the like may be added to the organic / inorganic hybrid sol solution as desired.
The organic / inorganic hybrid sol solution obtained as described above does not become cloudy and becomes a sol solution having a long pot life.

上記有機・無機ハイブリットゾル液から有機・無機ハイブリット材料を製造するには、例えば、基材上に該ゾル液を塗布し加熱ゲル化せしめる。
該ゾル液より得られる配合物は、注型成形、押出成形等によって形状化され、一定の雰囲気下にて焼成される。また芯型や基材となる部材表面に塗布され、加熱ゲル化することによって芯型や基材表面に所定形状の有機・無機ハイブリット材料を形成しうる。なお加熱条件は、通常60℃〜450℃、20秒〜2時間行われる。
In order to produce an organic / inorganic hybrid material from the organic / inorganic hybrid sol solution, for example, the sol solution is applied onto a base material and gelled by heating.
The compound obtained from the sol solution is shaped by cast molding, extrusion molding or the like, and fired in a certain atmosphere. Moreover, it can apply | coat to the member surface used as a core type | mold and a base material, and can form organic-inorganic hybrid material of a predetermined shape on a core type | mold or base-material surface by heat-gelling. The heating conditions are usually 60 ° C. to 450 ° C. for 20 seconds to 2 hours.

〔熱伝導性シート〕
本発明の熱伝導性シートは、上記有機・無機ハイブリット材料からなるものである。該熱伝導性シートは、Tダイ等を使用する真空成形機により、混練・押出成形によって製造することが望ましい。また該成形の際、真空条件下で脱泡成形を行うことが望ましい。熱伝導性シート中に、気泡が残存していると熱伝導度が低下し、かつ機械的強度、絶縁耐圧も低下するからである。
図1に示されるのは、本発明の熱伝導性シートの製造装置(1) である。該装置(1) には、根端部上側にホッパー(2) を取付けたハウジング(3) 、上段スクリュー(4) 、下段スクリュー(5) があり、該ハウジング(3) から下段スクリュー(5) のシリンダー(6) が差し出されている。該シリンダー(6) の末端は真空室(7) に連絡しており、更に差し出されたシリンダー(6) の先端には細断網袋(8) が取付けられている。
ホッパー(2) 内に入れられたゾルに熱伝導性フィラーを混合した配合物は、上段スクリュー(4) および下段スクリュー(5) により搬送され、シリンダー(6) 先端部の細断網袋(8) により細紐状に細断され、真空室(7) に到る。
真空室(7) の下部には混練カム(9) が配置されている。細紐状に細断された該配合物は該混練カム(9) によって混練されつつ、脱気される。該混練カム(9) の下方には最終スクリュー(10)およびその先端部にTダイ(11)が配置されている。最終スクリュー(10)によって搬送された配合物はTダイ(11)に導入され、該Tダイ(11)よりシート状に押出される。
押出されたシートは、連続成形炉等により焼成され本発明の熱伝導性シートが得られる。該熱伝導性シートの厚みは、通常、0.05mm〜50mmの範囲にある。
以下に本発明を更に具体的に説明するための実施例を記載する。
[Thermal conductive sheet]
The heat conductive sheet of this invention consists of the said organic and inorganic hybrid material. The heat conductive sheet is desirably produced by kneading and extrusion molding with a vacuum forming machine using a T die or the like. In the molding, it is desirable to perform defoaming molding under vacuum conditions. This is because if the bubbles remain in the heat conductive sheet, the thermal conductivity is lowered, and the mechanical strength and the withstand voltage are also lowered.
FIG. 1 shows an apparatus (1) for producing a heat conductive sheet of the present invention. The device (1) includes a housing (3) having a hopper (2) attached to the upper side of the root end, an upper screw (4), and a lower screw (5). From the housing (3) to the lower screw (5) The cylinder (6) is extended. The end of the cylinder (6) communicates with the vacuum chamber (7), and a shredded net bag (8) is attached to the tip of the cylinder (6) that is inserted.
The compound in which the sol placed in the hopper (2) is mixed with the heat conductive filler is conveyed by the upper screw (4) and the lower screw (5), and the cylinder (6) shredded net bag (8 ) Is cut into a thin string shape to reach the vacuum chamber (7).
A kneading cam (9) is arranged at the lower part of the vacuum chamber (7). The compound cut into a fine string is deaerated while being kneaded by the kneading cam (9). Below the kneading cam (9), a final screw (10) and a T die (11) are arranged at the tip. The compound conveyed by the final screw (10) is introduced into a T die (11) and extruded from the T die (11) into a sheet.
The extruded sheet is fired in a continuous molding furnace or the like to obtain the heat conductive sheet of the present invention. The thickness of the heat conductive sheet is usually in the range of 0.05 mm to 50 mm.
Examples for more specifically explaining the present invention will be described below.

〔実施例1〕
ジメチルシロキサン(重量平均分子量20000、XF3905、GE東芝シリコーン製)0.35mol を加熱処理し、A液とした。
一方、ジルコニウムプロポキシド1mol とアセト酢酸エチル0.5mol とを窒素雰囲気下で反応させて、アセト酢酸エチルで化学修飾されたジルコニウムプロポキシドを調製し、B液とした。A液にB液を滴下、混合しゾル液(3種)を調製した。
それぞれのゾル液100gに対し、アルミナを750g、1000gおよび1500gを添加、混合し配合物を得た。なお該アルミナは、平均粒径3.0μm(AL−30、昭和電工株式会社製)および40.0μm(AS−10、昭和電工株式会社製)の酸化アルミニウムを1:4の質量比で混合したものである。
その後、図1に示す装置を使用して配合物を混練し、真空押出成形してシート化した。得られたシートを加熱炉で100℃×2時間、120℃×2時間、150℃×2時間、180℃×2時間、200℃×2時間、250℃×2時間、300℃×2時間焼成して熱伝導性シート(厚み0.3mm)を得た。得られたシートの熱抵抗値および熱伝導率を評価した。熱抵抗値は、ASTM D5470、熱伝導率は、JIS R2616に基づき測定した。結果は表1に示した。
[Example 1]
0.35 mol of dimethylsiloxane (weight average molecular weight 20000, XF3905, manufactured by GE Toshiba Silicone) was heat-treated to prepare a solution A.
On the other hand, 1 mol of zirconium propoxide and 0.5 mol of ethyl acetoacetate were reacted in a nitrogen atmosphere to prepare zirconium propoxide chemically modified with ethyl acetoacetate. B liquid was dripped and mixed with A liquid, and sol liquid (3 types) was prepared.
750 g, 1000 g and 1500 g of alumina were added to and mixed with 100 g of each sol solution to obtain a blend. The alumina was prepared by mixing aluminum oxide having an average particle size of 3.0 μm (AL-30, Showa Denko KK) and 40.0 μm (AS-10, Showa Denko KK) in a mass ratio of 1: 4. Is.
Thereafter, the composition was kneaded using the apparatus shown in FIG. 1, and formed into a sheet by vacuum extrusion. The obtained sheet was baked in a heating furnace at 100 ° C. × 2 hours, 120 ° C. × 2 hours, 150 ° C. × 2 hours, 180 ° C. × 2 hours, 200 ° C. × 2 hours, 250 ° C. × 2 hours, 300 ° C. × 2 hours. Thus, a heat conductive sheet (thickness 0.3 mm) was obtained. The obtained sheet was evaluated for thermal resistance and thermal conductivity. The thermal resistance value was measured based on ASTM D5470, and the thermal conductivity was measured based on JIS R2616. The results are shown in Table 1.

Figure 2005081669
Figure 2005081669

結果より、何れの熱伝導性シートについて、優れた放熱効果を有することが確かめられた。   From the results, it was confirmed that any heat conductive sheet had an excellent heat dissipation effect.

また上記の熱伝導性シートを200℃×500時間の条件で加熱して、耐久性の評価を行った。評価の結果、何れの熱伝導性シートも上記条件下では、分解や表面の変質等は起こらなかった。   Moreover, durability was evaluated by heating said heat conductive sheet on the conditions of 200 degreeC x 500 hours. As a result of evaluation, none of the thermally conductive sheets decomposed or deteriorated on the surface under the above conditions.

〔実施例2〕
上記実施例1で得られた熱伝導性シートを使用した放熱装置(16)を示す。発熱体(14)と放熱体(13)の間に介して使用される熱伝導性シート(12)である(図2参照)。該熱伝導性シート(12)は、優れた放熱効果を有するので耐久性に富む。また適度のタック性を有するので放熱体、発熱体との密着性が良い。
なお該発熱体(14)は半導体チップであり、放熱体(13)(Cu製)は基部(13A) とフィン部(13B) からなるものであり、熱伝導性シート(12)を介して該発熱体(14)と放熱体(13)はビス(15)で固定されている。
[Example 2]
The heat radiating device (16) using the heat conductive sheet obtained in Example 1 is shown. It is a heat conductive sheet (12) used between a heat generating body (14) and a heat radiating body (13) (refer FIG. 2). Since the heat conductive sheet (12) has an excellent heat dissipation effect, it has excellent durability. Moreover, since it has an appropriate tackiness, it has good adhesion to the heat radiating body and the heat generating body.
The heating element (14) is a semiconductor chip, and the radiator (13) (made of Cu) is composed of a base part (13A) and a fin part (13B), and the heating element (14) is interposed via a heat conductive sheet (12). The heat generating body (14) and the heat radiating body (13) are fixed with screws (15).

本発明の熱伝導性シートは、良好な熱伝導性、耐熱性、柔軟性を有し、電気機器や電子機器から発散する熱を効率良く放熱するために使用される。   The heat conductive sheet of the present invention has good heat conductivity, heat resistance, and flexibility, and is used to efficiently dissipate heat emitted from electrical and electronic equipment.

熱伝導性シート製造装置の部分概略図Partial schematic diagram of thermal conductive sheet manufacturing equipment 半導体チップの放熱装置の断面図Cross-sectional view of semiconductor chip heat dissipation device

符号の説明Explanation of symbols

1 シート製造装置
2 ホッパー
3 ハウジング
4 上段スクリュー
5 下段スクリュー
6 シリンダー
7 真空室
8 細断網袋
9 混練カム
10 終スクリュー
11 Tダイ
12 熱伝導性シート
13 放熱体
14 発熱体
15 ビス
16 放熱装置
1 Sheet manufacturing equipment
2 Hopper
3 Housing
4 Upper screw
5 Lower screw
6 cylinders
7 Vacuum chamber
8 Shredded net bag
9 Kneading cam
10 Final screw
11 T-die
12 Thermal conductive sheet
13 Heat sink
14 Heating element
15 screw
16 Heat dissipation device

Claims (7)

金属アルコキシドの溶液と有機ケイ素化合物の溶液とを混合してゾル液を調製し、該ゾル液に熱伝導性フィラーを混合した配合物を真空押出機によってシート状に押出し、得られたシートを加熱ゲル化することによって有機・無機ハイブリッド材料を生成することを特徴とする熱伝導性シートの製造方法   A metal alkoxide solution and an organosilicon compound solution are mixed to prepare a sol solution, and a composition obtained by mixing the sol solution with a heat conductive filler is extruded into a sheet by a vacuum extruder, and the resulting sheet is heated. A method for producing a thermally conductive sheet, characterized in that an organic / inorganic hybrid material is produced by gelation. 該有機ケイ素化合物は片末端または両末端に金属アルコキシドと反応可能な官能基を有するオルガノポリシロキサンである請求項1に記載の熱伝導性シートの製造方法   The method for producing a thermally conductive sheet according to claim 1, wherein the organosilicon compound is an organopolysiloxane having a functional group capable of reacting with a metal alkoxide at one or both ends. 上記金属アルコキシドの金属は、ホウ素、アルミニウム、ケイ素、チタン、バナジウム、マンガン、鉄、コバルト、亜鉛、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、ランタン、セリウム、カドミウム、タンタル、タングステンのうちの一種または二種以上の金属である請求項1または請求項2に記載の熱伝導性シートの製造方法   The metal of the metal alkoxide is one or more of boron, aluminum, silicon, titanium, vanadium, manganese, iron, cobalt, zinc, germanium, yttrium, zirconium, niobium, lanthanum, cerium, cadmium, tantalum, and tungsten. The method for producing a thermally conductive sheet according to claim 1 or 2, wherein 該熱伝導性フィラーは金属および/または金属酸化物および/または金属窒化物および/または金属炭化物の微粒子である請求項1に記載の熱伝導性シートの製造方法   The method for producing a thermally conductive sheet according to claim 1, wherein the thermally conductive filler is fine particles of metal and / or metal oxide and / or metal nitride and / or metal carbide. 該熱伝導性フィラーは粒子径の異なる二種以上の同種または異種フィラーの混合物であって、上記粒子径の差は3倍以上である請求項4に記載の熱伝導性シートの製造方法   The method for producing a thermally conductive sheet according to claim 4, wherein the thermally conductive filler is a mixture of two or more kinds of the same kind or different kinds of fillers having different particle diameters, and the difference in the particle diameters is three times or more. 該熱伝導性フィラーは生成される上記有機・無機ハイブリッド材料100質量部に対し300〜2000質量部添加されている請求項4または請求項5に記載の熱伝導性シートの製造方法   The method for producing a thermally conductive sheet according to claim 4 or 5, wherein 300 to 2000 parts by mass of the thermally conductive filler is added to 100 parts by mass of the organic / inorganic hybrid material to be produced. 該熱伝導性シートの厚みは0.05mm〜50mmの範囲に設定されている請求項1〜請求項6に記載の熱伝導性シートの製造方法   The thickness of this heat conductive sheet is set to the range of 0.05 mm-50 mm, The manufacturing method of the heat conductive sheet of Claims 1-6.
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