JP2012059811A - 放熱シート - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、柔らかく、密着性に優れたシリコーン放熱シートであって、熱伝導率に優れ、電子機器への組み込み作業性に優れ、芯材が強固な放熱シートを提供することにある。
【解決手段】布から成る芯材の両面に、放熱組成物を強固に接着して成る粘着型放熱組成物層を有する放熱シートであって、前記放熱組成物がシリコーン組成物、放熱材及び硬化促進剤から成り、前記粘着型放熱組成物層がゲル状であり、前記芯材がチュール布から成る。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器などに対して使用される高分子物質を含む放熱シートに関し、詳しくは、高密度集積回路、パワートランジスター、ＬＥＤ等の電子機器発熱体とアルミシャーシ、アルミ冷却フィン等の間に挟み込み、効率的に発熱体から熱を逃がす放熱シートに関する。

近年電子機器の高性能化、高機能化が進みそれに伴い半導体をはじめとする電子部品の高密度化、高機能化が進んでいる。電子部品の高密度化、高機能化によって、電子部品自体が大量の熱を発生するようになっている。この熱をそのままに放置しておくと、当該電子部品の品質を劣化させ、又は当該電子部品を損傷させてしまうので、電子部品が発生させる熱を効率よく取り除くための装置又は機構が必要不可欠となっている。

現在、電子機器中の発熱体が発生する熱を取り除く方法として、電子機器の発熱源（発熱体とする場合がある）とアルミ冷却フィンやアルミシャーシとの間に放熱体を挟み込むものがある。ここで使用される放熱体としては、特開２００１−３４８５４２号公報（特許文献１）に開示されているようなシリコーン放熱シートが主に使用されている。

ところが、特許文献１に開示されているよう従来の放熱シートにおいては、シリコーン自体が強度的に弱い事に加えて、熱伝導度が大きい放熱材を多量に充填して構成されているので、放熱性能には優れるが、強度的な面で弱く、取り扱いや機器に組み込む作業性に劣るという問題点がある。

また放熱シートは、発熱性電子部品やアルミ冷却フィン、アルミシャーシ等と密着性が良くなければ、断熱性の強い空気層が介在し、効率的に熱を伝えることが出来ない。この為放熱シートは柔らかいことが要求される。しかしながら、前記放熱シートを柔らかくすることにより、寸法安定性に欠けて、強度がさらに低下し、電子機器などに対する組み込み作業性がさらに低下するという問題点が生ずる。

このようなシリコーン放熱シートの強度改善と組み込み作業性改善のため、例えば、特開２００４−３１４３５９号公報（特許文献２）に開示されているように、ガラス織布や不織布で補強するのが一般的である。

しかしながら、特許文献２に記載の技術において使用するガラス織布は、マルチフィラメント糸で織られているため、繊維間にシリコーン配合物などが含浸しにくく、製品中に空気層が残り、放熱性が低下すると言う問題点がある。また、前記ガラス織布は、平織りであることが大抵であり、放熱シートの作製時に織布（芯材）が解れるといった問題点がある。一方不織布は、シリコーン配合物等は含浸しやすくなるといった利点があるものの、不織布自体が空気を取り込みやすく、シート全体の放熱性が逆に低下するといった問題点がある。また、通常シリコーン配合物を加熱硬化させるため、空気が膨張し製品が発泡するという問題点も生ずる。即ち、高密度集積回路のような発熱体とアルミ冷却フィンやアルミシャーシなどを直接取り付けるとアルミなどの歪みが存在することや、これらの電子機器パーツの表面には微細な凹凸が存在するため、密着率は非常に少なくなり、接触界面には多くの空気層が存在することになる。このように界面に空気層が存在すると、発熱体とアルミ冷却フィンやアルミシャーシとの間で熱の伝わり方が悪くなり、本来のアルミ冷却フィンやアルミシャーシの冷却性能が発揮できなくなるといった問題点があった。

そして近年、ガラス織布（マルチフィラメント糸から成る）や不織布を芯材（補強材）とした場合の問題点である空気残存による熱伝導率の低下という問題点に対して、モノフィラメント糸から成る織布を補強材として成る放熱シートが、特開２０１０−０９３０４５号公報（特許文献３）に開示されている。

しかしながら、特許文献３に開示されている放熱シートは、空気残存による熱伝導率の低下という問題点は解消されているものの、芯材に用いるモノフィラメント糸がマルチフィラメント糸に比べて元来脆い糸であること、また芯材が特許文献２同様に平織りにして成る織布であることから、放熱シート作成時に芯材が解れるといった問題点があった。

特開２００１−３４８５４２号公報 特開２００４−３１４３５９号公報 特開２０１０−０９３０４５号公報

上記の事情を鑑み、柔らかく、密着性に優れたシリコーン放熱シートにあって、熱伝導率に優れ、電子機器への組み込み作業性に優れ、芯材が強固な放熱シートを提供することにある。

本発明の放熱シートは、布から成る芯材の両面に、放熱組成物を強固に接着して成る粘着型放熱組成物層を有する放熱シートであって、前記放熱組成物がシリコーン組成物、放熱材及び硬化促進剤から成り、前記粘着型放熱組成物層がゲル状であり、前記芯材がチュール布から成ることで効果的に達成される。

本発明の放熱シートは、布から成る芯材の両面に、放熱組成物を強固に接着して成る非粘着型放熱組成物層を有する放熱シートであって、前記放熱組成物がシリコーン組成物、放熱材及び硬化促進剤から成り、前記非粘着型放熱組成物層がゴム状であり、前記芯材がチュール布から成ることで効果的に達成される。

本発明の放熱シートは、布から成る芯材の上表面又は下表面のどちらか１つの表面に、放熱組成物を強固に接着して成る粘着型放熱組成物層と、前記芯材のもう１つの表面に放熱組成物を強固に接着して成る非粘着型放熱組成物層とを有する放熱シートであって、前記放熱組成物がシリコーン組成物、放熱材及び硬化促進剤から成り、前記粘着型放熱組成物層がゲル状であり、前記非粘着型放熱組成物層がゴム状であり、前記芯材がチュール布から成ることで効果的に達成される。

本発明の放熱シートは、前記チュール布がモノフィラメント糸から成ることにより、或いはモノフィラメント糸がポリエステル、ナイロン、レーヨン、アクリル、セルロース繊維、ガラス繊維、ポリアミド、炭素繊維、ポリオレフィン又は綿から選択される１つ以上の繊維によって形成されることにより、或いは前記モノフィラメント糸が１５〜６０デニールの太さを有することにより、より効果的に達成される。

本発明の放熱シートは、前記チュール布がマルチフィラメント糸から成ることにより、或いは前記マルチフィラメント糸がポリエステル、ナイロン、レーヨン、アクリル、セルロース繊維、ガラス繊維、ポリアミド、炭素繊維、ポリオレフィン又は綿から選択される１つ以上の繊維によって形成されることにより、或いは前記マルチフィラメント糸が１５〜５００デニールの太さを有することにより、より効果的に達成される。

本発明の放熱シートは、前記チュール布は、１辺が０．２〜５ｍｍの六角形の網地を有することにより、或いは前記芯材が２０〜５００μｍの厚さを有することにより、或いは前記シリコーン組成物が液状シリコーンであることにより、或いは前記硬化促進剤が有機白金錯体であることにより、或いは前記放熱材の配合量が前記シリコーン組成物１００重量部に対して、５０〜１５００重量部含有して成ることにより、より効果的に達成される。

本発明によって、液状シリコーンの種類は限定されずに、放熱材の種類及び配合量、硬化促進剤若しくはその他の添加剤などの配合量を適宜設定することによって、様々な態様の放熱シートを作ることができ、更に芯材にチュール布を用いることによって、芯材が解れることなく、薄くて丈夫で熱伝導性が高くて密着性の良好な放熱シートを提供することが可能になった。

本発明の放熱シートの断面図である。 本発明の放熱シートに使用するチュール布（芯材）の表面における網地形状の拡大概略図である。 本発明の放熱シートの別態様を示す断面図である。 本発明の放熱シートの製造方法を示す概略図である。

以下、本発明の放熱シートについて、図面を基に詳細に説明する。

図１及び図２について説明する。図１は、本発明の放熱シート（両面粘着型若しくは両面非粘着型放熱シート）１の断面図である。図１の態様は、芯材２の両面（上表面及び下表面）に、ゲル状（粘着型）又はゴム状（非粘着型）の放熱組成物から成る放熱組成物層３が接着されている。使用する芯材２の材質、即ちチュール布には、ポリエステル、ナイロン、レーヨン、アクリル、セルロース繊維、ガラス繊維、ポリアミド、炭素繊維、ポリオレフィン、綿等の使用が適している。ここで、チュール布とは、六角形（若しくは多角形）の網地を織り出す織物の一種である。チュール布に使用する糸は、モノフィラメント糸若しくはマルチフィラメント糸のどちらでも良い。ここで、モノフィラメント糸からなるチュール布は、ガラス織布等のマルチフィラメント糸から成るチュール布に比べると、該放熱シート内に余分な空気を取り込みにくいといった利点がある。また逆に、マルチフィラメント糸から成るチュール布は、モノフィラメント糸から成るチュール布に比べると、頑丈である。芯材２の厚さは２０〜５００μｍが好ましい。２０μｍより薄いと、強度が保たれなくなり、５００μｍより厚いと柔軟性や熱伝導性が低下するといった問題がある。なお、チュール布の製法については、特に限定されない。

図２は、芯材２の表面における網地（網目）形状の拡大概略図である。図２に示すように網目形状が六角形であることが望ましいが、六角形でなくても、規則性のある多角形であっても構わない。ちなみに図２における破線は、実線部と同じ網目形状が並ぶという意味で示したものであり、芯材の構成には関係ない。また、該網目形状に係る六角形の一辺の長さｄは、０．２〜５ｍｍが望ましく、ｄが０．２ｍｍ以下であると、糸の密度が多くなり、放熱組成物（放熱材含有シリコーン組成物）接着（塗付）時に空気を巻き込みやすく、またｄが５ｍｍ以上であると、放熱シートの寸法安定性および強度に問題が生じるため望ましくはない。また、芯材に用いられる糸の太さは、該糸がモノフィラメントである場合は１５〜６０デニールが良く、マルチフィラメントである場合は、１５〜５００デニールがよい。ここで、デニール（ｄｅｎｉｅｒ， 記号：Ｄ）とは、糸や繊維の太さを示す値であり、１デニールは、９０００メートルの糸の質量をグラム単位で表したものである。糸の太さが１５デニール以下であると、織物にするには細すぎ、モノフィラメントの場合には、６０デニール以上、もしくはマルチフィラメントの場合には５００デニール以上であると、柔軟性が低下する。

次に、図１における放熱組成物層３について説明する。本発明の放熱組成物を成すシリコーン組成物は、液状のシリコーンであれば種類（例えば、ストレートシリコーン、変性シリコーンなど）や形状（鎖状、環状など）、そして該シリコーンの分子量の大小などの制限は特に無い。また、該液状シリコーンは単独でも、構造や分子量などが異なる２種類以上のシリコーンを混合してもどちらでも良い。なお、２種類以上のシリコーンを混合して用いる場合は、例えば、白金触媒（白金触媒については後述）下におけるアルケニル基含有オルガノポリシロキサンとオルガノハイドロジェンポリシロキサンの付加反応によって製造される付加反応型シリコーン組成物の使用が好ましいが、特に付加反応型シリコーン組成物に拘る必要は無い。放熱シート１の両面に粘着機能を持たせる場合には、前記シリコーン組成物をゲル状にすればよい。また、放熱シート１の両面を非粘着型にしたい場合にはゴム状にすれば良い。なお、ゲル状若しくはゴム状に調整する場合は、シリコーン組成物を選択する段階で検討すれば良い。即ち、ゲル状にする場合はゲル化液状シリコーン、ゴム状にしたい場合は液状シリコーンＬＩＭＳ（液状シリコーン射出成形システム）剤等を使用すれば良い。

一方、放熱組成物を成す放熱材としては、アルミナ、水酸化アルミニウム、マグネシア、水酸化マグネシウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどがあり、これらの放熱材を適宜選択でき、若しくは複数の放熱材を組み合わせても良い。これらの放熱材の配合量は、前記シリコーン組成物１００重量部に対して５０重量部〜１５００重量部で、好ましくは１００重量部〜１２００重量部が良い。放熱材の配合量が５０重量部以下であると熱伝導性が低下し、１５００重量部以上であると、放熱シートの弾性が失われるといった問題がある。また、これらの放熱材の中では窒化ホウ素が好ましいが、製造コストや製品の性質等を考慮した場合はこの限りではない。

続いて、放熱組成物に硬化促進剤などの添加剤を適宜添加しても良い。この場合、硬化促進剤には、白金触媒（有機白金錯体）などがある。ここで、白金触媒（有機白金錯体）とは、前述の付加反応型シリコーン組成物を調整する際、用いるものである。該有機白金錯体の構造（白金の価数等）は限定されず、前記有機白金錯体の配合量は、触媒量であれば量は限定されない。また、硬化促進剤以外の添加剤も必要に応じて添加しても良い。

また、チュール布を接着させる手段として、プライマーを繊維に塗布することや、シリコーン配合物にシランカップリング剤を配合すること及びこれらの手段を併用することが好ましいが、プライマーやシランカップリング剤が無くてもかまわない。

また、放熱シート１の厚さは特に制限は無いが、好ましくは０．０８〜５０ｍｍである。

なお、図示していないが、アルミニウム、クロム、亜鉛、金、銀、白金、ニッケルなどの金属類を真空蒸着させ、該金属類の薄膜を芯材の表面上に形成させた芯材を用いた、放熱シート（両面粘着型若しくは両面非粘着型放熱シート）１の態様、即ち電磁波シールド性を有する放熱シートの態様も可能である。

図３は図１の別態様、即ち片面粘着型放熱シート４の断面図である。図１と異なる部分は、芯材５の上表面に粘着型放熱組成物層６が、下表面に非粘着型放熱組成物層７が強固に接着された状態でそれぞれ設けられていることである。なお、該放熱組成物層６，７は上下を逆にしても構わない。また、芯材５については、図１の芯材２と実質的に相違は無いので、詳細は省略する。

粘着型放熱組成物層６は、前記シリコーン組成物１００重量部に対して、放熱材５０〜１５００重量部含有して成り、及び／又は硬化促進剤若しくはその他の添加剤から成る。前記放熱材及び前記硬化促進剤等の添加剤の配合量については、放熱シート１と実質的に同じである。この場合、粘着型放熱組成物層６は粘着性を担う部分であるので、ゲル状であることが好ましい。なおゲル状にする場合はゲル化液状シリコーンにすれば良い。また、硬化促進剤若しくはその他の添加剤は適宜添加すればよく、配合量も適宜設定が可能である。

次に、非粘着型放熱組成物層７は、前記シリコーン組成物１００重量部に対して、放熱材５０〜１５００重量部含有して成り、及び／又は硬化促進剤若しくはその他の添加剤から成る。前記放熱材及び前記硬化促進剤等の添加剤の配合量については、放熱シート１と実質的に同じである。なお、非粘着型放熱組成物層７は外部接触による傷や摩耗を防ぐためにゲルと比較し強度が強いゴム状であることが望ましい。なお、ゴム状にしたい場合は液状シリコーンＬＩＭＳ（液状シリコーン射出成形システム）剤等を使用すれば良い。また、硬化促進剤若しくはその他の添加剤は適宜添加すればよく、配合量も適宜設定が可能である。

また、片面粘着型放熱シート４の厚さも図１の放熱シート１同様、０．０８〜５０ｍｍが好ましい。

なお、図示していないが、アルミニウム、クロム、亜鉛、金、銀、白金、ニッケルなどの金属類を真空蒸着させ、該金属類の薄膜を芯材の表面上に形成させた芯材を用いた、片面粘着型放熱シート４の態様、即ち電磁波シールド性を有する（片面粘着型）放熱シートの態様も可能である。

そして、図１及び図３に係る放熱シート１及び４に関して、芯材２及び５をチュール布に限定して説明したが、チュール布の代わりにトリコット布を使用することも可能である。なお、該トリコット布の材質等の条件については、チュール布における網地形状以外、該チュール布と実質的に同様である。

次に本発明の放熱シートの製造方法の概要を、図面を用いて説明する。

図４は、本発明の放熱シートの製造方法を示す概略図である。先ず、コーター機９を用いて図４に記載の矢印方向にチュール布又はトリコット布から成る芯材８を巻きだしながら、前記芯材８の上にドクター１０で放熱組成物（放熱材含有液状シリコーン組成物）１１を所定の厚みにコーティングする。なお、両面粘着型若しくは両面非粘着型の放熱シートを製造する際は、芯材８の網目の大きさや前記放熱組成物の放熱材等の配合量などに依存するが、該組成物１１のコーティングをこの工程で１回するだけで、図１に記載されている構造を有する放熱シートの製造が可能になる。ここで、コーター機９については、芯材等の巻きだしができれば良いので図４に示すものには限定されない。また、芯材８をコーター機９で巻きだす際、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）などでできたフィルム１２を芯材８と同時に巻きだすと良い。該フィルム１２は、放熱シートを製造する際の基盤的役割を果たすものであり、本発明の放熱シートを使用する際は、取り外して用いる（本発明の放熱シートの構成には直接関係ない）。

ここで、放熱シートに特定の機能、例えば電磁波シールド性能を組み入れたい場合は、本発明に係る放熱シートの製造前に予め、芯材８にアルミニウム、クロム、亜鉛、金、銀、白金、ニッケルなどの金属類を真空蒸着させておく必要がある。また、放熱材、接着性向上のためのシランカップリング剤及び硬化促進剤などの添加剤を添加する場合は、前記芯材８にコーティングをする前に前記放熱組成物に添加しておく。また、放熱シートの放熱組成物層を粘着性若しくは非粘着性にするかは、前記放熱材含有液状シリコーン組成物を調整する前に検討（ゲル化液状シリコーン若しくはシリコーンＬＩＭＳ剤などの使用）をしておく。その後、９０〜１２０℃で５〜２０分間硬化させる。

更に、この後反転させて前記同様に放熱材含有シリコーン組成物１１をコーティングし、加熱硬化させる。なお、上述のように両面粘着型若しくは両面非粘着型の放熱シートを製造する際は、この工程を省いても良い。

使用される放熱材含有シリコーン組成物１１の粘度は１０万ＣＰＳ以下が望ましく、液状シリコーンに放熱材を加えて、また必要に応じて、接着性促進のために、シランカップリング剤などを添加して、万能攪拌機などで充分に撹拌して放熱性シリコーン組成物を用意する。チュール布には必要に応じて、プライマーを塗布する。

上記の製造方法は、図１及び図３に示されている放熱シートの製造に適用される。

以上、本発明に係る放熱シート及びその製造について概要を述べたが、本発明の実施形態はこの限りではない。

１ 放熱シート（両面粘着型又は両面非粘着型）
２，５，８ 芯材
３，１１ 放熱組成物層（両面粘着型又は両面非粘着型）
４ 片面粘着型放熱シート
６ 粘着型放熱組成物層
７ 非粘着型放熱組成物層
９ コーター機
１０ ドクター
１１ 放熱組成物（放熱材含有シリコーン組成物）
１２ フィルム

Claims (14)

1. 布から成る芯材の両面に、放熱組成物を強固に接着して成る粘着型放熱組成物層を有する放熱シートであって、前記放熱組成物がシリコーン組成物、放熱材及び硬化促進剤から成り、前記粘着型放熱組成物層がゲル状であり、前記芯材がチュール布から成ることを特徴とする放熱シート。
2. 布から成る芯材の両面に、放熱組成物を強固に接着して成る非粘着型放熱組成物層を有する放熱シートであって、前記放熱組成物がシリコーン組成物、放熱材及び硬化促進剤から成り、前記非粘着型放熱組成物層がゴム状であり、前記芯材がチュール布から成ることを特徴とする放熱シート。
3. 布から成る芯材の上表面又は下表面のどちらか１つの表面に、放熱組成物を強固に接着して成る粘着型放熱組成物層と、前記芯材のもう１つの表面に放熱組成物を強固に接着して成る非粘着型放熱組成物層とを有する放熱シートであって、前記放熱組成物がシリコーン組成物、放熱材及び硬化促進剤から成り、前記粘着型放熱組成物層がゲル状であり、前記非粘着型放熱組成物層がゴム状であり、前記芯材がチュール布から成ることを特徴とする放熱シート。
4. 前記チュール布がモノフィラメント糸から成る請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放熱シート。
5. 前記モノフィラメント糸がポリエステル、ナイロン、レーヨン、アクリル、セルロース繊維、ガラス繊維、ポリアミド、炭素繊維、ポリオレフィン又は綿から選択される１つ以上の繊維によって形成される請求項４に記載の放熱シート。
6. 前記モノフィラメント糸が１５〜６０デニールの太さを有する請求項４又は５に記載の放熱シート
7. 前記チュール布がマルチフィラメント糸から成る請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放熱シート。
8. 前記マルチフィラメント糸がポリエステル、ナイロン、レーヨン、アクリル、セルロース繊維、ガラス繊維、ポリアミド、炭素繊維、ポリオレフィン又は綿から選択される１つ以上の繊維によって形成される請求項７に記載の放熱シート。
9. 前記マルチフィラメント糸が１５〜５００デニールの太さを有する請求項７又は８に記載の放熱シート。
10. 前記チュール布は、１辺が０．２〜５ｍｍの六角形の網地形状を有する請求項１乃至９のいずれか１項に記載の放熱シート。
11. 前記芯材が２０〜５００μｍの厚さを有する請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の放熱シート。
12. 前記シリコーン組成物が液状シリコーンである請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の放熱シート。
13. 前記硬化促進剤が有機白金錯体である請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の放熱シート。
14. 前記放熱材の配合量が前記シリコーン組成物１００重量部に対して、５０〜１５００重量部含有して成る請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の放熱シート。