JP2008297514A - 熱伝導性接着剤 - Google Patents

Abstract

【課題】熱伝導性に優れる熱伝導性接着剤のを提供すること。
【解決手段】結晶子サイズ、平均繊維長、平均繊維径、繊維径の分散を制御したピッチ系炭素繊維フィラーとアスペクト比が３以下の無機化合物を混合し、その混合物のかさ密度が、ピッチ系炭素繊維フィラーと無機化合物の平均かさ密度より高くなる状態で、マトリクスと複合し、熱伝導性接着剤を作成する。
【選択図】なし

Description

本発明は、ピッチ系炭素繊維フィラー及び球状もしくはアスペクト比が小さい無機化合物を含む熱伝導性接着剤に関わるものである。さらに詳しくは、メルトブロー法によって作製したピッチ系炭素繊維フィラーの結晶子サイズや繊維径、無機化合物と混合した時のかさ密度を制御し、さらに樹脂に含浸させて形成した熱伝導性接着剤であり、発熱性電子部品の放熱材料に適している。

高性能の炭素繊維はポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）を原料とするＰＡＮ系炭素繊維と、一連のピッチ類を原料とするピッチ系炭素繊維に分類できる。そして炭素繊維は強度・弾性率が通常の合成高分子に比較して著しく高いという特徴を利用し、航空・宇宙用途、建築・土木用途、スポーツ・レジャー用途などに広く用いられている。

近年、省エネルギーに代表されるエネルギーの効率的使用方法が注目されている一方で、高速化されたＣＰＵや電子回路のジュール熱による発熱が問題になっている。これらを解決するためには、熱を効率的に処理するという、いわゆるサーマルマネジメントを達成する必要がある。

炭素繊維は、通常の合成高分子に比較して熱伝導率が高く、放熱性に優れていると言われている。炭素繊維など炭素材料は、フォノンの移動により高い熱伝導率を達成すると言われている。このフォノンは、結晶格子が発達している材料において良く伝達する。実際は、市販のＰＡＮ系炭素繊維の熱伝導率は通常２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）よりも小さく、サーマルマネジメントの観点からは必ずしも好適であるとは言い難い。これに対して、ピッチ系炭素繊維は黒鉛化性が高いために結晶格子が良く発達し、ＰＡＮ系炭素繊維に比べて高熱伝導率を達成しやすいと認識されている。

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、熱伝導性無機粉末が充填された硬化物からなる熱伝導性シート、ゲル状物質に熱伝導性無機粉末が充填され、柔軟性を有する硬化物からなる熱伝導性スペーサー、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熱伝導性ペースト、硬化性物質に熱伝導性無機粉末が充填された熱伝導性接着剤、樹脂の相変化を利用したフェーズチェンジ型放熱部材等が例示される。これらのうち、薄葉化が容易なものは、熱伝導性ペースト、熱伝導性接着剤及びフェーズチェンジ型放熱部材であるが、汎用品においては、価格メリットと実績から熱伝導性ペーストや熱伝導性接着剤が好んで使用されている。なかでも熱伝導性接着剤は固定が容易というメリットがあり、様々な形で使用されている。

熱伝導性接着剤の熱伝導率を向上させるには、硬化性樹脂に熱伝導材を高充填させると共に、薄葉化すればよく、その薄葉化のためには接着剤の粘度と充填材のサイズを調整すればよい。熱伝導性が優れた物質として、酸化アルミニウムや窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、炭化ケイ素、石英、水酸化アルミニウムなどの金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属水酸化物などが知られている。しかし、金属材料系の充填材は比重が高く熱伝導性接着剤の重量が大きくなってしまう。

そこで、比重が低く熱伝導率の高い炭素材料、中でも炭素繊維を用いた熱伝導性接着剤が研究された（特許文献１参照）。しかし、炭素繊維はアスペクト比を有するため、硬化性物質と混合した場合、増粘効果が大きいため多量に混合することが難しい。そのため、炭素繊維を含む熱伝導性接着剤は、十分な熱伝導率を持たせることが困難であった。
そこで、複合材の熱伝導性を向上させるため、炭素繊維と低アスペクト比を有する化合物を混合させた複合材が検討されてきた（特許文献２、３、４）。しかし、炭素繊維と低アスペクト比を有する化合物を混ぜるだけでは、熱伝導性は向上するが、接着剤の増粘効果を抑制できず、成形性が低下する問題があった。

特開２００２−１４６６７２号公報 特開２００６−２６５４４１号公報第１頁 特開２００５−３２０５１５号公報第１頁 特開２００５−２１３４５９号公報第１頁

上記のように、炭素繊維、特にピッチ系炭素繊維の高熱伝導率という観点からサーマルマネジメント用途の開発が進みつつある。しかし、サーマルマネジメントの観点からは熱伝導性接着剤としての熱伝導性が高くなっていることが必要とされている。更に、熱伝導性接着剤の粘度が低く、ハンドリング性に優れることが求められている。

本発明者らは、熱伝導性接着剤の熱伝導度を向上させること及び熱伝導性接着剤のハンドリング性の向上すなわち粘度上昇の抑制を鑑み、一つに炭素繊維の集合状態に着目し、その集合状態が３次元的にランダムな場合に、熱伝導性シートの熱伝導率が著しく改善されることを見出し、さらに低アスペクト比を有する無機化合物を炭素繊維の交絡によって発生する空隙に充填効率よく埋め込むことで、優れた熱伝導性及びハンドリング性を併せ持った熱伝導性シートを得ることに到達した。

即ち、本発明の目的は、
ピッチ系炭素繊維フィラーと球状もしくはアスペクト比が３以下の無機化合物を含む熱伝導性接着剤であって、該ピッチ系炭素繊維フィラーと該無機化合物を混合した状態のかさ密度が、該ピッチ系炭素繊維フィラーのかさ密度及び含有率、該無機化合物のかさ密度及び含有率から算出される平均かさ密度よりも大きいことを特徴とする熱伝導性接着剤によって達成することができる。

更に本発明には、ピッチ系炭素繊維フィラーがメソフェーズピッチを原料とし、ピッチ系炭素繊維フィラーの六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズが５ｎｍ以上であり、炭素繊維の平均繊維径が５〜２０μｍであり、炭素繊維の平均繊維長が５〜６０００μｍであり、平均繊維径に対する繊維径分散の百分率（ＣＶ値）が５〜２０であることを特徴とする熱伝導性接着剤、球状もしくは板状無機化合物が、シリカ、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、炭化ケイ素、およびダイヤモンドからなる群より選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする熱伝導性接着剤、フィラーとアスペクト比が３以下の無機化合物の含有量が、ピッチ系炭素繊維フィラー１００重量部の含有量に対し、１重量部〜２００重量部であることを特徴とする熱伝導性接着剤が包含される。

本発明の熱伝導性接着剤は、黒鉛結晶の広がり（六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズ）を一定サイズ以上に制御したピッチ系炭素繊維フィラーの三次元的交絡、更に球状もしくは板状無機化合物を、ピッチ系炭素繊維フィラーの三次元的交絡に埋め込むことで、高い熱伝導性を発現させることを可能にせしめている。また、成形時の粘度が大幅に向上せず、ハンドリング性の低下を抑制している。

以下に、本発明の実施の形態について順次説明する。
本発明で用いられるピッチ系炭素繊維の原料としては、例えば、ナフタレンやフェナントレンといった縮合多環炭化水素化合物、石油系ピッチや石炭系ピッチといった縮合複素環化合物等が挙げられる。その中でもナフタレンやフェナントレンといった縮合多環炭化水素化合物が好ましく、特に光学的異方性ピッチ、すなわちメソフェーズピッチが好ましい。メソフェーズピッチは、黒鉛化処理を行った際に黒鉛化度が向上しやすため、炭素繊維の熱伝導性を向上させる上で特に好ましいためである。

原料ピッチとなる光学異方性ピッチの軟化点はメトラー法により求めることができ、２５０℃以上３５０℃以下が好ましい。軟化点が２５０℃より低いと、不融化の際に繊維同士の融着や大きな熱収縮が発生する。また、３５０℃より高いとピッチの熱分解が生じ糸状になりにくくなる。

光学異方性ピッチは溶融後、ノズルより吐出しこれを冷却することによる溶融紡糸によって繊維化できる。紡糸方法としては、具体的には口金から吐出したピッチをワインダーで引き取る通常の紡糸法、熱風をアトマイジング源として用いるメルトブロー法、遠心力を利用してピッチを引き取る遠心紡糸法などが挙げられる。中でも、曲率半径の制御、生産性の高さなどの理由からメルトブロー法を用いるのが好ましい。

光学異方性ピッチは溶融紡糸された後、不融化、焼成、必要に応じて粉砕を経て最後に黒鉛化することによってピッチ系炭素繊維フィラーとする。以下、メルトブロー法を例にとって、各工程について説明する。

本発明においては、紡糸時の温度は、光学異方性ピッチの粘度が３０〜２５０ポイズの範囲にある温度であることが望ましい。更に好ましくは５０〜２００ポイズの範囲にある温度である。紡糸ノズルは、導入角αが１０〜５５°であり、吐出口長さＬと吐出口の径Ｄの比Ｌ／Ｄが６〜２０の範囲にあるノズルが好ましく用いられる。紡糸条件がこの範囲にある時、光学異方性ピッチにかかるせん断力が、芳香環をある程度配列させることできる。紡糸条件がこの条件から外れる時、例えば、粘度がより大きい、もしくは導入角がより小さい、もしくはＬ／Ｄがより大きい時などせん断力がより強くかかる条件では、配列が進みすぎて黒鉛化した際に、炭素繊維が割れやすくなる。逆に粘度がより小さい、もしくは導入角がより大きい、もしくはＬ／Ｄがより小さいなどせん断力がより小さいなどせん断力が小さくかかる条件では、芳香環があまり配列しないため、黒鉛化処理しても黒鉛化度がそれほど向上せず、高い熱伝導性が得られない。

ノズル孔から出糸されたピッチ繊維は、１００〜３５０℃に加温された毎分１００〜１００００ｍの線速度のガスを細化点近傍に吹き付けることによって短繊維化される。吹き付けるガスは空気、窒素、アルゴンを用いることができるが、コストパフォーマンスの点から空気が好ましい。

ピッチ繊維は、金網ベルト上に捕集され連続的なマット状になり、さらにクロスラップされることで３次元ランダムマットとなる。
３次元ランダムマットとは、クロスラップされていることに加え、ピッチ繊維が三次元的に交絡しているマットをいう。この交絡は、ノズルから、金網ベルトに到達する間にチムニと呼ばれる筒において達成される。線状の繊維が立体的に交絡するために、通常一次元的な挙動しか示さない繊維の特性が立体においても反映されるようになる。

このようにして得られたピッチ繊維よりなる３次元ランダムマットは、公知の方法で不融化する。不融化は、空気、或いはオゾン、二酸化窒素、窒素、酸素、ヨウ素、臭素を空気に添加したガスを用いて２００〜３５０℃で達成される。安全性、利便性を考慮すると空気中で実施することが好ましい。また、不融化したピッチ繊維は、真空中、或いは窒素、アルゴン、クリプトン等の不活性ガス中で６００〜１５００℃で焼成され、次いで２０００〜３５００℃で黒鉛化されるが、焼成は常圧で、且つコストの安い窒素中で実施される場合が多く、黒鉛化は使用する炉の形式に応じて、不活性ガスの種類を変更する事が一般的である。不融化後或いは焼成後、必要に応じ得られた繊維を粉砕する。粉砕は公知の方法によって行うことができる。具体的には、カッター、ボールミル、ジェットミル、クラッシャーなどを用いることができる。粉砕された炭素繊維を必要に応じて焼成し、次いで黒鉛化する。黒鉛化温度は、炭素繊維としての熱伝導率を高くするためには、２０００〜３５００℃にすることが好ましい。より好ましくは２３００〜３５００℃である。黒鉛化の際に黒鉛性のルツボに入れ処理すると、外部からの物理的、化学的作用を遮断でき好ましい。黒鉛製のルツボは上記の炭素繊維を、所望の量入れることが出来るものであるならば大きさ、形状に制約はないが、黒鉛化処理中または冷却中に炉内の酸化性のガス、または水蒸気との反応による当該炭素繊維の損傷を防ぐために、フタ付きの気密性の高いものが好適に利用できる。

ピッチ系炭素繊維フィラーの平均繊維径は５〜２０μｍであることが必要である。５μｍ以下の場合には、原料となるマットの形状が保持できなくなることがあり生産性が悪い。繊維径が２０μｍを超えると、不融化工程でのムラが大きくなり部分的に融着が起こったりするところが発生する。より好ましくは５〜１５μｍであり、さらに好ましくは８〜１２μｍである。

これに対してピッチ系炭素繊維フィラーの平均繊維長は５〜６０００μｍであることが好ましい。５μｍを下回ると繊維としての特徴が失われ、十分な熱伝導度を発揮できない。一方６０００ｍｍを超えると繊維の交絡が著しく増大し、樹脂と混合した際に粘度が非常に大きくなりハンドリングが困難になる。より好ましくは１０〜３０００μｍ、さらに好ましくは２０〜１０００ｍｍである。

なお、平均繊維径に対する繊維径分散の百分率として求められるＣＶ値は、５〜２０であることが好ましい。ＣＶ値が５を下回ることは工程上あり得ない。また、ＣＶ値が２０を超えると不融化でトラブルを起こす、直径が２０μｍ以上の繊維が増える可能性が高くなり、生産性の観点から好ましくない。

本発明で用いるピッチ系炭素繊維フィラーは、六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズが５ｎｍ以上であることが必要である。六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズは公知の方法によって求めることができ、Ｘ線回折法にて得られる炭素結晶の（１１０）面からの回折線によって求めることができる。結晶子サイズが重要になるのは、熱伝導が主としてフォノンによって担われており、フォノンを発生するのが結晶であることに由来している。より好ましくは、２０ｎｍ以上であり、さらに好ましくは３０ｎｍ以上である。

本発明で用いる無機化合物は、球状もしくはアスペクト比が３以下であることが好適である。形状は光学顕微鏡等で測定することができる。繊維状などアスペクト比が３より大きい形状をしていると、ピッチ系炭素繊維フィラーが交絡して形成される空隙に、無機化合物を埋め込むことができず、熱伝導性接着剤の熱伝導性の向上、及び成形性の低下が期待できない。

無機化合物に特に限定はないが、具体的にはシリカ、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、炭化ケイ素、ダイヤモンドを使用することができる。

無機化合物の含有量はピッチ系炭素繊維フィラー１００重量部の含有量に対し、１〜２００重量部であることが好ましい。無機化合物の含有量が１重量部より少ないと、熱伝導性接着剤の熱伝導性が向上しない。逆に、無機化合物の含有量が２００重量部より多いと、炭素繊維フィラー同士の交絡によってできる空隙に入る無機化合物の量より、含有量が多くなるため、熱伝導性接着剤の粘度が大幅に向上し、ハンドリング性が低下してしまう。

本発明の熱伝導性接着剤に用いるピッチ系炭素繊維フィラーとアスペクト比が３以下の無機化合物は、ピッチ系炭素繊維フィラーと無機化合物を混合した状態のかさ密度が、ピッチ系炭素繊維フィラーのかさ密度及び含有率、無機化合物のかさ密度及び含有率から算出される平均かさ密度よりも大きいことが必要である。混合した時のかさ密度が算出したかさ密度よりも小さい場合、ピッチ系炭素繊維フィラーの空隙に無機化合物が効率よく埋め込まれていないことを意味し、熱伝導率の向上は期待できない。また、熱伝導性接着剤の粘度が大幅に向上し、成形性が低下する。ここで示すかさ密度は、公知の方法によって測定することができ、ピッチ系炭素繊維フィラーと無機化合物を混合したのかさ密度は、両者を混合して、マトリックスに導入する前の段階で、公知の方法で測定する。

多くの場合、ピッチ系炭素繊維フィラーの繊維長が無機化合物の粒子径より短かく、無機化合物の充填状態から計算できる空隙の大きさよりピッチ系炭素繊維フィラーの繊維長が短い場合、混合した状態のかさ密度が算出したかさ密度より大きくなる。また、無機化合物間の空隙の大きさからピッチ系炭素繊維フィラーの繊維長が離れるほど充填の効果が高くなる。

逆に、ピッチ系炭素繊維フィラーの繊維長が無機化合物の粒子径より長く、ピッチ系炭素繊維フィラーの充填状態から計算できる空隙の大きさより無機化合物の粒子径が小さい場合、混合した状態のかさ密度が算出したかさ密度より大きくなる。また、ピッチ系炭素繊維フィラー間の空隙の大きさから無機化合物の粒子径が離れるほど充填の効果が高くなる。

本発明の熱伝導性接着剤の熱伝導率は公知の方法によって測定することができるが、その中でも、プローブ法、ホットディスク法、レーザーフラッシュ法が好ましく、特にプローブ法が簡易的で好ましい。

一般に炭素繊維そのものの熱伝導度は数百Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるが、成形体にすると、欠陥の発生・空気の混入・予期せぬ空隙の発生により、熱伝導率は急激に低減する。よって、熱伝導性接着剤としての熱伝導率は実質的に３Ｗ／（ｍ・Ｋ）を超えることが困難であるとされてきた。しかし、本願発明ではピッチ系炭素繊維フィラー及び無機化合物を用いることでこれを解決し、接着剤として３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上を実現した。より望ましくは、１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、さらに望ましくは１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。

本発明の熱伝導性接着剤に用いる硬化性樹脂に特に限定は無いが、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂が好適に用いられる。これらは気密性、絶縁性等の特性が備わったものである。これらをマトリクスとすることによって信頼性の高い熱伝導性接着剤が得られる。これらマトリクスは、空気中の水分、熱、紫外線、硬化剤等で硬化させることで接着力を得ることができる。

本発明の熱伝導性接着剤は、上記諸材料を万能混合攪拌機、ニーダー等で混練することによって製造することができる。さらに、各樹脂を溶解できる溶剤で粘度を調整することができる。

混練する前にピッチ系炭素繊維フィラーは、電解酸化などによる酸化処理やカップリング剤やサイジング剤で処理することで、表面を改質させたものを用いることもできる。また、無電解メッキ法、電解メッキ法、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングなどの物理的蒸着法、化学的蒸着法、塗装、浸漬、微細粒子を機械的に固着させるメカノケミカル法などの方法によって金属やセラミックスを表面に被覆させたものでもよい。

ピッチ系炭素繊維フィラーの含有率は、熱伝導性接着剤１００重量部に対し、５〜８０重量部である。５重量部未満であると、熱伝導率が低く、いくら薄化しても低熱抵抗化は困難となる。８０重量部をこえると、接着剤の流動性が低くなり、薄葉化が困難となる。さらに望ましくは１０〜７０重量部である。

接着剤の粘度はシェアレート１．７（１／ｓ）の時、５〜１５０Ｐａ・Ｓ（５０〜１５００ｐｏｉｓｅ）であることが望ましい。さらに好ましくは１０〜１００Ｐａ・Ｓ（１００〜１０００ｐｏｉｓｅ）である。５Ｐａ・Ｓ（５０ｐｏｉｓｅ）未満の時は接着剤の流動性が高すぎて、直ぐに流れ出てしまい接着剤として不向きである。１５０Ｐａ・Ｓ（１５００ｐｏｉｓｅ）を超えると、流動性が低すぎて薄葉化が困難になる。しかし、薄葉化が必要でない場合には、最大で５００Ｐａ・Ｓまで粘度を上げても構わない。ただより好ましくは３００Ｐａ・Ｓ程度までの増粘に抑制することが望ましい。なお、粘度は公知の方法を用いて測定できるが、具体的にはＢ型粘度計を用いて測定することができる。

本発明の熱伝導性接着剤の用途は、電子部品の放熱部材、熱伝導性充填剤、温度測定用等の絶縁性充填剤等がある。たとえば、本発明の熱伝導性接着剤は、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、長期的に発熱性電子部品の誤作動を軽減させることができる。或いは、ヒートパイプとヒートシンクの接続や、種々の発熱体の入ったモジュールとヒートシンクとの接続に好適に用いることができる。

以下に実施例を示すが、本発明はこれらに制限されるものではない。
なお、本実施例における各値は、以下の方法に従って求めた。
（１）ピッチ系炭素繊維フィラーの平均繊維径は、黒鉛化を経たピッチ系炭素繊維フィラーをＪＩＳ Ｒ７６０７に準じ、光学顕微鏡下でスケールを用いて６０本測定し、その平均値から求めた。
（２）ピッチ系炭素繊維フィラーの平均繊維長は、黒鉛化を経たピッチ系炭素繊維フィラーを抜き取り、光学顕微鏡下で測長器で２０００本測定し、その平均値から求めた。
（３）ピッチ系炭素繊維フィラーの結晶子サイズは、Ｘ線回折に現れる（１１０）面からの反射を測定し、学振法にて求めた。
（４）熱伝導性接着剤の熱伝導率は、接着剤をリファレンスプレート上に１ｍｍ厚に塗布し、京都電子製ＱＴＭ−５００を用いプローブ法で求めた。
（５）ピッチ系炭素繊維フィラー、無機化合物及びピッチ系炭素繊維フィラーと無機化合物の混合物のかさ密度は、ＪＩＳ１２０１−１に従って測定した。
（６）成形前の粘度は、Ｂ型粘度計で測定した。

［実施例１］
縮合多環炭化水素化合物よりなるピッチを主原料とした。光学的異方性割合は１００％、軟化点が２８３℃であった。直径０．２ｍｍφの孔のキャップを使用し、スリットから加熱空気を毎分５５００ｍの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均直径１４．５μｍのピッチ系短繊維を作製した。紡出された繊維をベルト上に捕集してマットとし、さらにクロスラッピングで目付３２０ｇ／ｍ^２のピッチ系短繊維からなる３次元ランダムマットとした。
この３次元ランダムマットを空気中で１７０℃から２８５℃まで平均昇温速度２℃／分で昇温して不融化、更に８００℃で焼成を行った。この３次元ランダムマットをカッター（ターボ工業製）で８００ｒｐｍで粉砕し、３０００℃で黒鉛化した。
黒鉛化後のピッチ系炭素繊維フィラーの平均繊維径は９．８μｍ、平均繊維径に対する繊維直径分散の比は１２％であった。平均繊維長は３００μｍであった。六角網面の成長方向に由来する結晶サイズは７０ｎｍであった。かさ密度は０．４０ｇ／ｃｃであった。

ピッチ系炭素繊維フィラーを３０重量部、水酸化アルミニウム（平均粒子径１０μｍ、かさ密度２．３５ｇ／ｃｃ、マイクロン社製）を１０重量部をビニール袋の中で混合した。フィラーの混合物のかさ密度は０．９９ｇ／ｃｃ（平均値：０．８９ｇ／ｃｃ）であった。フィラー混合物と二液硬化性アクリル系樹脂（日本触媒社製商品名「アクリセット８０８７」）６０重量部とをプラネタリーミキサーを用いて３０分間混合しながら真空脱泡して接着剤を製造した。このときの粘度は、シェアレート１．８（１／ｓ）の時、１０．６Ｐａ・ｓであった。作製した熱伝導性接着剤の熱伝導率を測定したところ、７．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

［実施例２］
実施例１と同様の手法でピッチ系炭素繊維フィラーを作製した。
ピッチ系炭素繊維フィラーを３０重量部、窒化ホウ素（平均粒子径１０μｍ、かさ密度２．０３ｇ／ｃｃ、ＧＥケミカル社製）を１０重量部をビニール袋の中で混合した。フィラーの混合物のかさ密度は０．９４ｇ／ｃｃ（平均値：０．８１ｇ／ｃｃ）であった。フィラー混合物と二液硬化性アクリル系樹脂（日本触媒社製商品名「アクリセット８０８７」）６０重量部とをプラネタリーミキサーを用いて３０分間混合しながら真空脱泡して接着剤を製造した。このときの粘度は、シェアレート１．８（１／ｓ）の時、１１．２Ｐａ・ｓであった。作成した熱伝導性シートの熱伝導率を測定したところ、８．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

［実施例３］
実施例１と同様の手法でピッチ系炭素繊維フィラーを作製した。
ピッチ系炭素繊維フィラーを３０重量部、水酸化アルミニウム（粒子径１０μｍ、かさ密度２．３５ｇ／ｃｃ、マイクロン社製）を１０重量部をビニール袋の中で混合した。フィラーの混合物のかさ密度は０．９９ｇ／ｃｃ（平均値：０．８９ｇ／ｃｃ）であった。フィラー混合物と、二液硬化性エポキシ系樹脂（ジャパンエポキシレジン社製商品名「エピコート８７１」）６０重量部とをプラネタリーミキサーを用いて３０分間混合しながら真空脱泡して接着剤を製造した。なお、硬化の際には硬化剤「エピキュア１１３」を用いた。このときの粘度は、シェアレート１．８（１／ｓ）の時、１２．１Ｐａ・ｓであった。作製した熱伝導性接着剤の熱伝導率を測定したところ、７．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

［実施例４］
実施例１と同様の手法でピッチ系炭素繊維フィラーを作製した。
ピッチ系炭素繊維フィラーを３０重量部、水酸化アルミニウム（粒子径１０μｍ、かさ密度２．３５ｇ／ｃｃ、マイクロン社製）を１０重量部とをビニール袋の中で混合した。フィラーの混合物のかさ密度は０．９９ｇ／ｃｃ（平均値：０．８９ｇ／ｃｃ）であった。フィラー混合物と、二液硬化性シリコーン系樹脂（東レダウシリコーン社製商品名「ＳＤ４５７０」）６０重量部とをプラネタリーミキサーを用いて３０分間混合しながら真空脱泡して接着剤を製造した。このときの粘度は、シェアレート１．８（１／ｓ）の時、１２．９Ｐａ・ｓであった。作製した熱伝導性接着剤の熱伝導率を測定したところ、７．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

［実施例５］
縮合多環炭化水素化合物よりなるピッチを主原料とした。光学的異方性割合は１００％、軟化点が２８３℃であった。直径０．２ｍｍφの孔のキャップを使用し、スリットから加熱空気を毎分５５００ｍの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均直径１４．５μｍのピッチ系短繊維を作製した。紡出された繊維をベルト上に捕集してマットとし、さらにクロスラッピングで目付３２０ｇ／ｍ^２のピッチ系短繊維からなる３次元ランダムマットとした。
この３次元ランダムマットを空気中で１７０℃から２８５℃まで平均昇温速度２℃／分で昇温して不融化、更に８００℃で焼成を行った。この３次元ランダムマットをカッター（ターボ工業製）で８００ｒｐｍで粉砕し、その後ボールミル（レッチェ製）で粉砕し、で３０００℃で黒鉛化した。
黒鉛化後のピッチ系炭素繊維フィラーの平均繊維径は９．８μｍ、平均繊維径に対する繊維直径分散の比は１２％であった。平均繊維長は５０μｍであった。六角網面の成長方向に由来する結晶サイズは６５ｎｍであった。かさ密度は１．１５ｇ／ｃｃであった。

ピッチ系炭素繊維フィラーを３０重量部、水酸化アルミニウム（粒子径１０μｍ、かさ密度２．３５ｇ／ｃｃ、マイクロン社製）を１０重量部とをビニール袋の中で混合した。フィラーの混合物のかさ密度は１．６１ｇ／ｃｃ（平均値：１．４５ｇ／ｃｃ）であった。フィラー混合物と、二液硬化性アクリル系樹脂（日本触媒社製商品名「アクリセット８０８７」）６０重量部とをプラネタリーミキサーを用いて３０分間混合しながら真空脱泡して接着剤を製造した。このときの粘度は、シェアレート１．８（１／ｓ）の時、３．６Ｐａ・ｓであった。作製した熱伝導性接着剤の熱伝導率を測定したところ、４．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

［実施例６］
実施例５と同様の手法でピッチ系炭素繊維フィラーを作製した。
ピッチ系炭素繊維フィラーを３０重量部、水酸化アルミニウム（粒子径５０μｍ、かさ密度２．１５ｇ／ｃｃ、マイクロン社製）を１０重量部とをビニール袋の中で混合した。フィラーの混合物のかさ密度は１．４９ｇ／ｃｃ（平均値：１．４０ｇ／ｃｃ）であった。フィラー混合物と、二液硬化性アクリル系樹脂（日本触媒社製商品名「アクリセット８０８７」）６０重量部とをプラネタリーミキサーを用いて３０分間混合しながら真空脱泡して接着剤を製造した。このときの粘度は、シェアレート１．８（１／ｓ）の時、３．８Ｐａ・ｓであった。作成した熱伝導性接着剤の熱伝導率を測定したところ、４．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

［比較例１］
実施例１と同様の手法でピッチ系炭素繊維フィラーを作製した。
ピッチ系炭素繊維フィラーを３０重量部、二液硬化性エポキシ系樹脂（ジャパンエポキシレジン社製商品名「エピコート８７１」）を７０重量部とをプラネタリーミキサーを用いて３０分間混合しながら真空脱泡して接着剤を製造した。なお、硬化の際には硬化剤「エピキュア１１３」を用いた。このときの粘度は、シェアレート１．８（１／ｓ）の時、９．９Ｐａ・ｓであった。作成した熱伝導性接着剤の熱伝導率を測定したところ、３．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

［比較例２］
実施例１と同様の手法でピッチ系炭素繊維フィラーを作製した。
ピッチ系炭素繊維フィラーを３０重量部、水酸化アルミニウム（粒子径５０μｍ、かさ密度２．１５ｇ／ｃｃ、マイクロン社製）を１０重量部とをビニール袋の中で混合した。フィラーの混合物のかさ密度は０．７１ｇ／ｃｃ（平均値：０．８４ｇ／ｃｃ）であった。フィラー混合物と二液硬化性エポキシ系樹脂（ジャパンエポキシレジン社製商品名「エピコート８７１」）を６０重量部とをプラネタリーミキサーを用いて３０分間混合しながら真空脱泡して接着剤を製造した。なお、硬化の際には硬化剤「エピキュア１１３」を用いた。このときの粘度は、シェアレート１．８（１／ｓ）の時、１８．４Ｐａ・ｓであり、粘度が非常に高くなった。作成した熱伝導性接着剤の熱伝導率を測定したところ、４．９Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

本発明の熱伝導性接着剤は、ピッチ系炭素繊維フィラーとアスペクト比が低い無機化合物を混合し、ピッチ系炭素繊維フィラーが交絡してできた空隙に無機化合物を埋め込むことで、高い熱伝導性を発現することを可能にせしめている。また、粘度を向上させることも無く、ハンドリング性を維持できる。これにより、高い放熱特性が要求される場所に用いることが可能になり、サーマルマネージメントを確実なものとする。

Claims (4)

1. ピッチ系炭素繊維フィラーと球状もしくはアスペクト比が３以下の無機化合物とを含む熱伝導性接着剤であって、該ピッチ系炭素繊維フィラーと該無機化合物を混合した状態のかさ密度が、該ピッチ系炭素繊維フィラーのかさ密度及び含有率、該無機化合物のかさ密度及び含有率から算出される平均かさ密度よりも大きいことを特徴とする熱伝導性接着剤。
2. ピッチ系炭素繊維フィラーがメソフェーズピッチを原料とし、ピッチ系炭素繊維フィラーの六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズが５ｎｍ以上であり、炭素繊維の平均繊維径が５〜２０μｍであり、炭素繊維の平均繊維長が５〜６０００μｍであり、平均繊維径に対する繊維径分散の百分率（ＣＶ値）が５〜２０であることを特徴とする請求項１記載の熱伝導性接着剤。
3. 球状もしくはアスペクト比が３以下の無機化合物が、シリカ、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、炭化ケイ素、およびダイヤモンドからなる群より選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜２に記載の熱伝導性接着剤。
4. ピッチ系炭素繊維フィラーの含有量１００重量部に対し、球状もしくはアスペクト比が３以下の無機化合物の含有量が１重量部〜２００重量部であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱伝導性接着剤。