JP2006278445A - 熱伝導シート - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性、耐熱性、難燃性および経済性の面で優れた熱伝導シートを提供する。
【解決手段】酢酸ビニル含量が４０〜８０％であるエチレン―酢酸ビニル共重合体１００重量部に対して、主として電気的絶縁性を有する熱伝導性充填剤１００〜３，０００重量部、粘着付与剤１０〜５００重量部が配合されており、上記熱伝導性充填剤を高充填することが可能で、更には熱伝導シートの構成材料中には粘着付与剤を含んでいるため、十分な柔軟性、粘着性を持たせた熱伝導シートを得ることができる。
【選択図】なし

Description

本発明は熱伝導シートに係り、詳しくはエチレン―酢酸ビニル共重合体に電気的絶縁性を有する熱伝導性充填剤及び粘着付与剤を配合したものであり、放熱性、耐熱性、難燃性および経済性の面で優れた熱伝導シートに関する。

近年、パーソナルコンピューター、デジタルビデオディスク、携帯電話などの電子機器に使用されるＣＰＵ、ドライバＩＣ、メモリーなどのＬＳＩは集積度の向上と動作の高速化に伴い消費電力が増大すると共にその発熱量も増大し、電子機器の誤動作や電子部品の損傷の一因となっているため、その放熱対策が大きな問題となっている。また、パワートランジスタ、トランス、インバーター等に使用される熱伝導シートおよび熱伝導組成物は、発熱量が大きく、高温環境下で使用される場合が多いため、耐熱性に優れた材料の使用が求められている。そのため、従来、熱伝導シートなどに用いられる高分子材料としてはシリコーン等の耐熱性に優れた材料が使用されている。

従来から、電気、電子機器等においては、その使用中に電子部品の温度上昇を抑えるために、黄銅等、熱伝導率の高い放熱体が使用されている。例えば、ヒートシンク、ヒートパイプ、放熱フィン等の放熱体が発熱性部品に取り付けられ、熱伝導シートなどの樹脂またはエラストマー組成物が発熱性部品と放熱体との間で、熱伝導のスペーサーとして用いられている。

各種熱伝導シートの構成材料としては、マトリックス成分（樹脂またはエラストマー成分を指す）として、耐熱性や柔軟性の観点からシリコーンがよく用いられ、フィラー成分として、熱伝導性や電気絶縁性に優れる酸化アルミニウムなどの金属酸化物が大量に使用されている。

しかし上述の如く、近年の電子機器関連部品は高速処理化が進み、それにともなって発熱量も増大している。そのため、発熱体、放熱体およびそのスペーサーには高温時でも耐えられるような材料設計がなされている。従来のように、マトリックス成分としてシリコーンを用いる場合、熱伝導性および耐熱性や柔軟性に優れる熱伝導シートが得られるが、シリコーンは他の汎用高分子材料と比べて高価であるという問題がある。熱伝導シートの材料費は構成される高分子の材料費が大きく影響するため、経済的には有用ではない。さらには動作中に低分子量のシリコーンが揮散し、電子機器の接点不良といった不具合が起こることが懸念される。

特許文献１には、安価な熱伝導シート作製を目的として、マトリックス成分にポリオレフィンを用いた仕様を開示している。

また特許文献２では、マトリックス成分として酢酸ビニル含量が２８％のエチレン―酢酸ビニル共重合体を使用することにより、発熱体や放熱体への密着性に優れた熱伝導シートの仕様を開示している。
特開平７−２４６６２８号公報 特開２００３−１００９６９号公報

しかし、特許文献１では、パワートランジスタや大型のインバーターなど、使用される環境が高温（１２０℃以上）の場合には、ポリマーの劣化が促進され、発熱体と放熱体との間のスペーサーとしての働きが十分に行えず、放熱性が低下した結果、電気、電子機器の誤動作といった事態につながる恐れがある。

また特許文献２では、マトリックス成分として酢酸ビニル含量が２８％のエチレン―酢酸ビニル共重合体を使用することにより、発熱体や放熱体への密着性に優れた熱伝導シートの仕様を開示しているが、酢酸ビニル含量が少ないと、熱伝導シートの難燃性が低下する恐れがあっ。難燃性の指標となるＵＬ−９４の規格を満たすためには、水酸化アルミニウム等の難燃フィラーを大量に配合させる必要があり、その結果、熱伝導シートの密着性や熱伝導性が低下するといった問題があった。

以上のように、従来、シリコーンのような高価な高分子材料を用いずに、耐熱性や難燃性を有し、熱伝導性に優れる安価な熱伝導シートを作製することは困難であった。

本発明はこのような問題に対処するものであり、熱伝導性を高めるために、熱伝導性充填剤を高充填させることが可能で、耐熱性や難燃性を有するとともに、安価な高分子材料を用いて作製した熱伝導性シートを提供する。

本願請求項１記載の発明は、酢酸ビニル含量が４０〜８０％であるエチレン―酢酸ビニル共重合体１００重量部に対して、主として電気的絶縁性を有する熱伝導性充填剤１００〜３，０００重量部、粘着付与剤１０〜５００重量部が配合されており、低温時での柔軟性や耐熱性に優れた熱伝導シートとなり得ることができる。また、エチレン―酢酸ビニル共重合体は極性を有する酢酸ビニル基を持っているため、ポリマーやフィラーとの相溶性が良好であり、金属酸化物等の熱伝導性充填剤を高充填することが可能である。さらには熱伝導シートの構成材料中には粘着付与剤を含んでいるため、十分な柔軟性、粘着性を持たせた熱伝導シートを得ることができる。

また、マトリックス成分のエチレン―酢酸ビニル共重合体は酢酸ビニル含量が４０〜８０％であることにより、成形性や難燃性に優れる熱伝導シートを得ることができる。酢酸ビニル含量が４０％未満であると、熱伝導シートの難燃性が低下してしまい、８０％を超えるとポリマーの粘度が低すぎるため、成形加工の面で困難となる。

本願の請求項２の発明では、電気的絶縁性を有する熱伝導性充填剤が、金属酸化物粉体、金属窒化物粉体、そして金属炭化物粉体から選ばれた少なくとも一種の粉体である。

本願の請求項３の発明では、熱伝導シートのＪＩＳ−Ａ硬度が５〜５０ポイント、熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以上であることにより、段差がある基板や複雑形状の発熱体に貼り付け可能な柔軟性のある熱伝導シートを得ることができる。

以上ように本願請求項記載の発明は、酢酸ビニル含量が４０〜８０％のエチレン―酢酸ビニル共重合体をマトリックス成分として用いるために、汎用ポリマーと比較して耐熱性および難燃性に優れ、パワートランジスタやトランスおよびインバーターなどの高温環境下での使用が可能となる。またシリコーンよりも安価であるため、コスト面で優れた熱伝導シートを得ることができ、更には成形性や難燃性に優れる熱伝導シートを得ることができる。

また該熱伝導シートの難燃性を向上させるために、金属酸化物粉体、金属窒化物粉体、そして金属炭化物粉体から選ばれた少なくとも一種の電気的絶縁性を有する熱伝導性充填剤を配合することによって、高い熱伝導率を保持したまま、より難燃効果の高い熱伝導シートを得ることができる。

以下、本発明の実施形態を説明する。本実施形態における熱伝導シートは、耐熱性や高いフィラー充填性を有する酢酸ビニル含量が４０〜８０％であるエチレン―酢酸ビニル共重合体、電気的絶縁性を有する熱伝導性充填剤、そして粘着性、硬度の調整機能を営む粘着付与剤を主原料としている。また必要に応じて各種添加剤を加え、各種方法により均一に一体化したゴム組成物が得られる。その後、ロール、プレス機等を用いて厚さ０．５〜２．０ｍｍの弾性のシート状に成形される。

得られた熱伝導シートでは、熱伝導率（レーザーフラッシュ法熱定数測定装置 ＴＣ−７０００（真空理工社製）を用いて測定した熱拡散率の値から算出）が２〜１０Ｗ／ｍＫであり、硬度（ＪＩＳ−Ｋ６２５３）が５〜５０であり、難燃性評価（ＵＬ−９４規格に従い測定）がV−０〜V−２である。

エチレン―酢酸ビニル共重合体は、酢酸ビニル含量が４０〜８０％であることが望ましい。酢酸ビニル含量が４０％未満であると、熱伝導シートの難燃性が低下してしまい、８０％を超えるとポリマーの粘度が低すぎるため、成形加工の面で困難となる。

電気的絶縁性を有する熱伝導性充填剤としては、熱伝導性と電気的絶縁性が必要なことから、例えば酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等の金属酸化物粉体や窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素等の金属窒化物粉体、炭化ケイ素、炭化ホウ素等の金属炭化物粉体が挙げられる。これらは単独あるいは２種以上を併用して用いられる。これらの中でも高充填性や汎用性などの面から酸化アルミニウムが好ましい。

上記熱伝導性充填剤の配合割合は、エチレン―酢酸ビニル共重合体１００重量部に対して１００〜３,０００重量部であり、より好ましくは５００〜１，８００重量部である。１００重量部未満の場合には、熱伝導シートの熱伝導性が損なわれてしまい、他方３,０００重量部を超えると、熱伝導シートの柔軟性が低下してしまうおそれがある。

粘着付与剤としては、特に限定されるものではないが、例えばロジン系樹脂、テルペンフェノール樹脂、テルペン樹脂、芳香族炭化水素変性テルペン樹脂、石油樹脂、クロマン・インデン樹脂、スチレン系樹脂、フェノール系樹脂、キシレン樹脂等が挙げられる。これらは単独であるいは２種以上併用して用いられる。

粘着付与剤の配合量はエチレン―酢酸ビニル共重合体１００重量部に対して１０〜５００重量部であり、より好ましくは５０〜２００重量部である。１０重量部未満の場合には、熱伝導シートに十分な粘着性や柔軟性を付与することができなくなり、他方５００重量部を超えると、エラストマー成分の減少により，ゴム弾性を有するシートに成形することができなくなる。

その他の配合剤も通常ゴム組成物に用いられているもの，例えば、加工助剤としてステアリン酸などの脂肪酸、老化防止剤としてアミン、イミダゾール、フェノールとその誘導体、可塑剤として各種オイルを任意に用いることが可能である。また架橋が必要な場合は、硫黄系架橋、有機過酸化物架橋、金属酸化物架橋、樹脂架橋など各種架橋系を用いることができる。

本発明の熱伝導シートは、電子機器、モーター等の発熱性機器中に存在する発熱体と放熱体との間に介在させることによって機器中に発生する不要な熱を逃すことができる。上記発熱性機器としては、パーソナルコンピューター、ゲーム機等の電子機器内のＣＰＵ、他にはモーター、電源、トランス、パワートランジスタ、インバーター等が挙げられる。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。
実施例１〜５
表１の実施例に示したゴム組成物は、いずれも密閉式混練機を用いて作製した。それぞれ酢酸ビニル含量が異なるエチレン―酢酸ビニル１００重量部に対して、熱伝導性充填剤である酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、難燃性を有する充填剤として水酸化アルミニウムを配合し、その後、粘着付与剤、有機過酸化物架橋剤を加えることにより得られたゴム組成物をプレス機、ロール等を用いてシート状に成形した。

比較例１〜３
表１の比較例に示したゴム組成物も上記と同様、密閉式混練機を用いて作製した。比較例１はマトリックス成分としてエチレン―酢酸ビニル共重合体（酢酸ビニル含量＝２０％）、比較例２はシリコーンゴム、比較例３ではα―オレフィン共重合体（エチレンプロピレンゴム）を用いた。これらに熱伝導性充填剤として酸化アルミニウムを配合し、その他各種材料と混合均一化することにより得られたゴム組成物をプレス機、ロール等を用いてシート状に成形した。

このようにして得られた熱伝導シートについて、硬度測定、難燃性、熱伝導率を下記の方法に従って評価した。そしてこれらの結果を表１に示した。

硬度はＪＩＳ−Ｋ６２５３に従って測定した。また難燃性試験はＵＬ−９４規格に従い測定を実施した。熱伝導率測定は、レーザーフラッシュ法熱定数測定装置 ＴＣ−７０００（真空理工社製）を用いて測定した熱拡散率の値から算出した。

実施例は本発明に基づき作製したシートであり、比較例１はエチレン―酢酸ビニル共重合体の酢酸ビニル含量が４０〜８０％の範囲外である場合、比較例２、３はマトリックスにエチレン―酢酸ビニル共重合体以外のポリマー（シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム）を用いて作製した熱伝導シートである。この結果、実施例は比較例よりも高い熱伝導性を有したまま、耐熱性、難燃性、経済性に優れることが明らかである。

このように、本発明では、酢酸ビニル含量が４０〜８０％のエチレン―酢酸ビニル共重合体をマトリックス成分として用いることにより、汎用ポリマーと比較して耐熱性および難燃性に優れるため、パワートランジスタやトランスおよびインバーターなどの高温環境下での使用が可能となる。またシリコーンよりも安価であるため、コスト面で優れた熱伝導シートを得ることができる。

更に、マトリックス成分としてエチレン―酢酸ビニル共重合体を用いること、また酢酸ビニル含量が４０〜８０％の範囲内にあることによって、成形性や難燃性に優れる熱伝導シートを得ることができる。また該熱伝導シートの難燃性を向上させるために、水酸化アルミニウムのような難燃フィラーを配合させることによって、高い熱伝導率を保持したまま、より難燃効果の高い熱伝導シートを得ることができる。

本発明に係る放熱性に優れる熱伝導材料は、パーソナルコンピューター、ゲーム機等の電子機器内のＣＰＵ、他にはモーター、電源、トランス、パワートランジスタ、インバーター等の電子部品が発生する熱を伝導し、その熱を外部へ放出するヒートシンクに使用される。

Claims (3)

1. 酢酸ビニル含量が４０〜８０％であるエチレン―酢酸ビニル共重合体１００重量部に対して、主として電気的絶縁性を有する熱伝導性充填剤１００〜３，０００重量部、粘着付与剤１０〜５００重量部が配合されていることを特徴とする熱伝導シート。
2. 電気的絶縁性を有する熱伝導性充填剤が、金属酸化物粉体、金属窒化物粉体、そして金属炭化物粉体から選ばれた少なくとも一種の粉体である請求項１記載の熱伝導シート。
3. ＪＩＳ−Ａ硬度が５〜５０ポイント、熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以上である請求項１または２記載の熱伝導シート。