JP2013149715A

JP2013149715A - 放熱シート

Info

Publication number: JP2013149715A
Application number: JP2012007943A
Authority: JP
Inventors: Kaori Yamanaka; 香織山中; Akira Taniguchi; 昌谷口; Taiji Fuchita; 泰司渕田
Original assignee: Kyodo Printing Co Ltd
Current assignee: Kyodo Printing Co Ltd
Priority date: 2012-01-18
Filing date: 2012-01-18
Publication date: 2013-08-01

Abstract

【課題】振動の影響を受けても永久変形が生じにくく、追従性に優れた技術を提供する。
【解決手段】放熱シート１は、架橋ポリロタキサンを主成分とするベース樹脂に、等方性形状であるフィラーが混合されて放熱シート状に成形されている。このとき、ベース樹脂に混合されるフィラーの含有量は、１体積％以上５０体積％以下とする。これにより、放熱シート１の追従性を向上させるとともに、永久変形を生じにくくさせることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、振動の影響を受けても永久変形が生じにくく、追従性に優れた放熱シートに関する。

この種の放熱シートは、ベースとなる樹脂材料に対して、金属や金属酸化物、炭素繊維等のフィラーを混合することにより放熱性を向上させた放熱シートとして成形される。また樹脂材料に対してアルミナや、マグネシア、窒化硼素等の複数種類の粉体からなるフィラーを混合した放熱シートが第１の先行技術として知られている（例えば、特許文献１参照）。

第１の先行技術では、樹脂材料として使用するシリコーンゲルに高分子の液状シリコーンゴムを配合することで、放熱シートの引張強度を向上させている。これにより、放熱シートとしての強度を確保しつつ、薄型化を可能としている。このような放熱シートは、薄型化されても発熱体の表面の凹凸に対してしっかりと密着することができると考えられる。

ただしシリコーンゲルは、揮発することによりシロキサンガスを発生する。シロキサンガスは、放熱シートが接着された発熱体や、その周囲に実装された発熱体に対して電気的な接点障害を誘発してしまう。このため、シリコーンゲルを電子機器用の放熱シートの樹脂材料に使用することは好ましくない。

これに対し、放熱シートの樹脂材料としてポリウレタンを用いた放熱シートが第２の先行技術として知られている（例えば、特許文献２参照）。第２の先行技術においてポリウレタンには、ひまし油変性ポリオール及びイソシアネートが含まれている。また第２の先行技術では、放熱シートに含まれるフィラーとして水酸化アルミニウムを使用している。このような先行技術によれば、放熱シートに含まれる素材の特性を生かして、プラズマディスプレーやパーソナルコンピュータ用の発熱体に最適な放熱シートを得られると考えられる。

また、上記の素材の他にも、ベースとなる樹脂材料としてイミド変性エラストマーを用いた放熱シートが第３の先行技術として知られている（例えば、特許文献３参照）。第３の先行技術では、イミド変性エラストマーのエラストマー成分としてポリウレタンを使用している。第３の先行技術によれば、柔軟性に優れ、かつ、発熱体の温度変化に対しても十分な寸法安定性が確保された放熱シートを得ることができると考えられる。

特開２００１−００７５７８号公報特開２００４−３４２７５８号公報特開２００９−２１５４８０号公報

一般に、各種の放熱シートが用いられる電子部品、回路基板等の発熱体は、これを搭載する電子機器（携帯電話機、携帯端末等）に加わる外力で振動することがある。この振動に対して発熱体に接着された放熱シートが適度な柔軟性をもって追従することができないと、放熱シートの位置ずれや部分的な永久変形が生じてしまう。すなわち、放熱シートに適度な弾性が確保されていないと、放熱シートは部分的に永久変形してしまい、そこから元の形状に戻ることができない。これにより、放熱シートと発熱体との間に隙間が生まれ、放熱性を維持することができなくなるという問題がある。

上述した第２、第３の先行技術では、樹脂製素材としてポリウレタンを使用している。ポリウレタンは柔軟性には優れているものの、とりたてて弾性に優れているわけではない。このためポリウレタンを含む放熱シートを発熱体に設置しても、振動の影響を受けて放熱シートの形状が永久変形してしまうという問題がある。

また第２の先行技術では、ひまし油変性ポリオールを樹脂材料に配合している。ひまし油変性ポリオールのようなパラフィン系のオイルは、放熱シートの粘性を向上させることに寄与し得るが、逆にその弾性を損ない、永久変形が起こりやすくなるという問題がある。

また、パラフィン系のオイルを配合してしまうと、樹脂材料の一部が時間の経過とともに凝固して放熱シートの表面に浮き出る現象（ブリードアウト現象）が発生する。この場合、放熱シートの表面にはパラフィン系のオイルが浮き出てしまったり、結晶となって析出したりするため、発熱体に対する密着性が保てなくなって放熱性が損なわれてしまうという問題がある。また、オイルが浮き出ることにより、基盤等他の部材にオイルが付着し汚染してしまうといった問題も生じる。

そこで本発明は、振動の影響を受けても永久変形が生じにくく、追従性に優れた放熱シートの提供を課題とする。

第１に本発明は、等方性形状をなすフィラーと、架橋ポリロタキサンを主成分とし、前記フィラーが混合されてシート状に成形されるベース樹脂とを含む放熱シートである。

ベース樹脂に混合されるフィラーの含有量は、１体積％以上かつ５０体積％以下（１〜５０体積％）であることを特徴とする。特にフィラーの含有量は、２５体積％以上かつ４０体積％以下（２５〜４０体積％）であることが好ましい。

上記の構成によれば、放熱シートのベース樹脂として架橋ポリロタキサンを使用しているため、放熱シートは、永久変形が起こりにくく、優れた弾性を発揮することができる。また、フィラーの含有量を１体積％以上５０体積％以下とすることで、放熱性を十分に発揮しつつ上記の放熱シートの特性を維持することができる。

またベース樹脂に混合されるフィラーは、等方性形状をなしている。
フィラーが等方性形状であることにより、放熱シートの永久変形が起こりにくく、優れた弾性を維持することができる。また、放熱シートは発熱体に載置された状態で、発熱体から伝達した熱を効率的に外部へ放出することができる。

本発明の放熱シートは、その弾性を向上させることで発熱体に振動が生じても発熱体との密着性を常に維持することができる。また、放熱シートには最適な量のフィラーが配合されているため、放熱性を損なうことがない。

放熱シートの使用例を示した断面図である。実施例１〜３及び比較例１〜６の放熱シートを用いた圧縮変形試験及び放熱性試験の測定値を示す表である。電子部品の振動による影響で放熱シートが変形する様子を示す断面図である。図２に示す実施例２及び比較例４の放熱シートを用いた振動試験の測定値を示す表である。実施例２及び比較例４の放熱シートに対して行った振動試験及び放熱性試験における測定値を示す表である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態における放熱シート１の使用例を示した断面図である。この使用例では、放熱シート１を放熱部材として使用している。

放熱シート１は、例えば発熱体となる電子部品４の放熱に用いることができる。電子部品４は、例えばＰＣ（パーソナルピュータ）、携帯電話機、携帯通信端末等の電子機器に設置された基板２上に実装されている。電子部品４としては、例えばＩＣチップやＬＳＩ等が挙げられる。なお電子部品４は、図示しない集積回路をパッケージ樹脂で封止した構造である。

〔放熱シート〕
電子部品４には放熱シート１が載置されており、基板２に実装された状態で電子部品４の上面、及び、上面に連なる両側面が放熱シート１に覆われている。
具体的には、図１に示す放熱シート１を長手方向でみた中央部分（基板２から一段盛り上がった部分）が電子部品４の上面に密着している。一方、放熱シート１の両端部分は基板２の実装面に密着している。これら放熱シート１と密着している面は、例えば接着剤６で接着されていてもよい。

〔放熱シートと電子部品との間の隙間〕
また放熱シート１は、中央部分から両端部分までの区間（垂れ下がった区間）が基板２に対してわずかに傾斜している。したがって、電子部品４の両側面は放熱シート１に接触しているものの、その全面が放熱シート１に覆われているわけではない。すなわち、電子部品４の各側面と放熱シート１との間には若干の隙間Ｗが存在するが、側面から放熱シート１への熱伝導はある程度良好に行われる。なお、図１では隙間Ｗを誇張して示しており、図示された幅は厳密なものでない。また、放熱シート１と電子部品４の両側面を密着させて隙間Ｗをなくしてもよい。

〔放熱構造〕
電子部品４から発生した熱は、放熱シート１へ伝達される。このとき放熱シート１は、電子部品４と密着する下面が吸熱面となり、この吸熱面から熱を吸収する。また、放熱シート１を厚み方向でみて吸熱面に対向する上面が放出面となる。吸熱面から放出面に到達した熱は、外部を流れる空気流に奪い去られる。なお、放熱シート１の放熱面に図示しないケーシング（樹脂カバー）を密着させたり、別のヒートシンクを載置したりしてもよい。

〔放熱シートの材料〕
放熱シート１は、ベースとなる樹脂材料（以下、「ベース樹脂」とする。）と熱伝導性を有するフィラーとが混合されたものからなる。本実施形態において、ベース樹脂は架橋ポリロタキサンを主成分とするものとする。

またフィラーの材料としては、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、窒化硼素、酸化マグネシウム、マグネサイト、酸化亜鉛、炭素繊維、アルミニウム、銀、銅等を挙げることができる。フィラーは、これらの材料を大きさ１〜１００μｍの球形に加工したもの、あるいは、材料の破砕品など等方性形状を有する（異方性を有しない）ものであることが好ましい。本実施形態において「等方性形状」とは、フィラーを平面でみた縦方向の寸法と横方向の寸法との比率（アスペクト比）が２０以下の形状をいう。

一実施形態の放熱シート１によれば、ベース樹脂の主成分を架橋ポリロタキサンとしているため、放熱シート１の弾性が向上する。これにより、例えば電子部品４に振動が加わったとしても、放熱シート１が位置ずれしたり、位置ずれによって永久変形したりすることが防止される。すなわち、放熱シート１は振動する電子部品４に追従して柔軟に変形しつつ、自身の弾性により復元して電子部品４に密着した状態を維持することができる。このため、振動による影響を受けたとしても放熱性を損なうことがない。

また等方性形状のフィラーは、異方性形状のフィラーと比べて、放熱シート１を折り曲げた際のひび割れが生じにくい。等方性形状のフィラーを混合した放熱シート１の方が、異方性形状のフィラーを混合した放熱シート１よりも柔軟性に優れている。

本発明の発明者等は、架橋ポリロタキサンが柔軟性に優れるだけでなく、優れた弾性を有しているという性質に点に着眼している。そして本発明の発明者等は、追従性を向上させるとともに永久変形の少ない放熱シート１を得るという観点から、ベース樹脂に架橋ポリロタキサンを使用するという知見を得た。

また本発明の発明者等は、放熱シート１の放熱性に配慮しており、フィラーの最適な含有量を設定している。フィラーの最適な含有量を設定することにより、放熱シート１の柔軟性及び弾性を損なうことなく、放熱性を向上させることができる。以下では、実施例と比較例との対比を通じ、フィラー含有量の最適な範囲、及び、架橋ポリロタキサンを主成分とするベース樹脂の有用性について説明する。

図２は、実施例１〜３及び比較例１〜６の放熱シート１を用いた圧縮変形試験及び放熱性試験の測定値を示す表である。

本発明の発明者等は、上記フィラー含有量の最適な範囲及び架橋ポリロタキサンを主成分とするベース樹脂の有用性を検証するために、複数種類のベース樹脂及びフィラーの組み合わせを複数のパターンに分けて、パターンごとに圧縮変形試験及び放熱性試験を行った。

〔圧縮変形試験の概要〕
圧縮変形試験では、直径６ｍｍの円形状に打ち抜いた放熱シート１を厚み方向に圧縮したときに放熱シート１が平面方向へ押し広げられた量（変形量）を測定する。
圧縮変形試験では、圧縮の直前から直後までに放熱シート１の直径が変化した割合を変形率として放熱シート１の柔軟性の優劣を判定する。また、圧縮の直後から３０分を経過するまでに放熱シート１の直径が変化した割合を永久変形率として放熱シート１の弾性の優劣を判定する。
そして、これらの判定結果から放熱シート１の追従性の有無を判定する。

〔放熱性試験の概要〕
放熱性試験では、６０℃に加熱された鉄板に放熱シート１を載置して、載置直後及び載置してから１０秒後の放熱シート１の温度をそれぞれ測定する。温度の測定には、横河電気株式会社製の「ポータブルハイブリッドレコーダー３０８７型」を使用する。
そして、鉄板に載置してからの放熱シート１の温度変化に基づいて放熱シート１の放熱性の優劣を判定する。

〔試料〕
図２の上から１行目に示す「実施例１〜３」及び「比較例１〜６」は、放熱シート１をベース樹脂及びフィラーの組み合わせごとに分けたものである。
上から２列目以下は上下方向に大きく２つに分けられる。すなわち、上半分はベース樹脂及びフィラーの材料に関する項目である。また、下半分は各試験に関する項目である。

上から２行目、３行目及び４行目には、ベース樹脂の素材が示されている。また、５行目、６行目、及び７行目には、フィラーの材料が示されている。
これに対して左から３列目以降には、実施例１〜３及び比較例１〜６ごとのベース樹脂及びフィラーの含有量が示されている。

〔ベース樹脂〕
実施例１〜３及び比較例１〜６では、ベース樹脂として以下の材料を使用している。
（１）実施例１〜３及び比較例１，２
材料：スライドリングマテリアル（架橋ポリロタキサン）
製品名：セルムエラストマーＳ１０００（アドバンスト・ソフトマテリアルズ株式会社製）
（２）比較例３〜５
材料：オレフィン系熱可塑性エラストマー
製品名：ペトロセン２０２（東ソー株式会社製）
（３）比較例６
材料：低密度ポリエチレン
製品名：エスポレックス８２０（住友化学株式会社製）

〔フィラー〕
実施例１〜３及び比較例１〜６では、フィラーとして以下の材料を使用している。
（１）実施例１及び比較例３
材料：酸化マグネシウム
製品名：クールフィラー（タテホ化学工業株式会社製）
アスペクト比：１〜３
（２）実施例２，３及び比較例２，４，５，６
材料：合成マグネサイト
製品名：合成マグネサイトＭＳＬ（神島化学工業株式会社製）
アスペクト比：１〜２
（３）比較例１
材料：板状アルミナ
製品名：セラフ１００３０（キンセイマテック株式会社製）
アスペクト比：２５〜３５

〔放熱シートの成形〕
実施例１〜３」及び「比較例１〜６」では、厚さ１ｍｍのシート状に成形された放熱シート１を用いる。
「実施例１〜３」及び「比較例１，２」では、以下の手順により放熱シート１を成形した。
（１）ベース樹脂とフィラーとを混合する。
（２）混合したベース樹脂とフィラーとをキャスト成形機で成形する。
（３）１６０℃で５時間硬化させる。

また「比較例３〜６」では、以下の手順により放熱シート１を成形した。
（１）ベース樹脂とフィラーとをバンバリーミキサーで混練する。
（２）混練したベース樹脂とフィラーとをカレンダー成形によって成形する。

なお、架橋ポリロタキサンを主成分とする樹脂は熱硬化性を有する。このため、ベース樹脂として架橋ポリロタキサンを用いた「実施例１〜３」及び「比較例１，２」の放熱シートの成形方法については、熱硬化性樹脂の成形に適した成形方法であればよく、上記の成形手法に限定されることはない。
またベース樹脂は、溶剤で希釈させることも可能である。その際、溶剤としてトルエンや、キシレン、アセトン、ＭＥＫ（メチルエチルケトン）、ＴＨＦ（テトラヒドロフラン）、酢酸エステル等を用いることが好ましい。

〔圧縮変形試験〕
「実施例１〜３」及び「比較例１〜６」における圧縮変形試験は、次の要領で行われる。
（１）厚み１ｍｍの放熱シート１を直径６ｍｍの大きさの円形状に打ち抜く。
（２）打ち抜いた放熱シート１をＰＥＴフィルムで厚み方向に挟む。
（３）放熱シート１を挟むＰＥＴフィルムに対してさらにこれらを金属板で挟む。
（４）プレス機を用いて上記の放熱シート１及びＰＥＴフィルムを挟んだ金属板をプレスする。プレス条件は以下の通りである。

最大圧力：１ＭＰａ
プレス温度：４０℃
プレス時間：１０分

（５）圧縮直後における放熱シート１の直径を測定する。圧縮前の放熱シート１の直径（６ｍｍ）及び圧縮直後の放熱シート１の直径に基づいて、放熱シート１が変化した割合、すなわち、変形率を算出する。
（６）圧縮してから３０分後における放熱シート１の直径を測定する。圧縮直後の放熱シート１の直径及び３０分後の放熱シート１の直径に基づいて、放熱シート１の直径が変化した割合、すなわち、永久変形率を算出する。永久変形率は、放熱シート１の可塑性を表しており、値が高くなるほど外力を受けたときに変形が残りやすい（弾性による復元性に乏しい＝永久変形が大きい）。

〔変形率及び永久変形率に基づく判定〕
本実施形態の「圧縮変形試験」では、変形率の基準を２０％とし、２０％以上であれば「良品（弾性：優）」と判定し、２０％未満であれば「不良品（弾性：劣）」と判定する。

また、永久変形率の基準を１５％とし、１５％以下であれば「良品（永久変形率：低）」と判定し、１５％よりも高ければ「不良品（永久変形率：高）」と判定する。
そして、弾性及びのいずれも優れた放熱シート１については、追従性を有しているものと判定する。また、柔軟性及び弾性のうちいずれか一方が「劣」である場合には、追従性が無いものと判定する。

なお、図２では、変形率及び永久変形率について「不良品（弾性：劣）」、「不良品（永久変形率：無）」を示す値については、その値が示された項目に網掛けを施している。
図２では上から１０行目「判定」の欄において追従性が有る場合を「○」として示している。また、追従性が無い場合を「×」として示している。

〔放熱性試験〕
「実施例１〜３」及び「比較例１〜６」における放熱性試験は、次の要領で行われる。
（１）６０℃に加熱した鉄板を放熱シート１に載置し、放熱シート１の温度を測定する。
（２）鉄板を載置してから１０秒後の放熱シート１の温度を測定する。
（３）測定中の放熱シート１の温度変化を算出する。

〔温度変化に基づく放熱性の判定〕
本実施形態の「温度変化に基づく放熱性の判定」では、温度変化が４℃以上であれば「良品（放熱性：十分）」と判定し、４℃未満であれば「不良品（放熱性：不十分）」と判定する。

〔総合判定〕
図２で下端の行に示す「総合判定」の欄には、「圧縮変形試験」及び「放熱性試験」の結果、「実施例１〜３」及び「比較例１〜６」における放熱シート１が良品であるか不良品であるかの判定結果が示されている。
具体的に「総合判定」の欄には「圧縮変形試験」及び「放熱性試験」の結果がいずれも「良品」であると判定されたものについては「○」が示され、少なくともいずれか一方について「不良品」と判定されたものについては「×」が示されている。

〔第１検討事項〕
まず、本発明の発明者等は「実施例１〜３」について以下の検討を行った。
実施例１では、「架橋ポリロタキサン」の含有量を６０体積％とし、「酸化マグネシウム」の含有量を４０体積％としている。実施例２，３では、実施例１と比較してフィラーの素材を「酸化マグネシウム」から「合成マグネサイト」に変更している。また、実施例３では、実施例１，２と比較して「架橋ポリロタキサン」の含有量を増量させて７５体積％とし、「合成マグネサイト」の含有量を２５体積％としている。

〔圧縮変形試験の評価結果〕
実施例１〜３ではいずれも、圧縮変形試験において、「変形率」はいずれも基準（２０％以上）を満たしている。具体的には、実施例１では２３．５％、実施例２では２０．２％、実施例３では６３．０％である。すなわち、実施例１〜３の放熱シート１は、弾性に優れていることがわかる。

また実施例１〜３において「永久変形率」についても「変形率」と同様に、いずれも基準（１５％以下）を満たしている。具体的には、実施例１では１０．３％、実施例２では８．８％、実施例３では６．５％である。すなわち、実施例１〜３の放熱シート１は永久変形が起きにくく、優れた弾性を有していることがわかる。
以上の測定結果より、実施例１〜３の放熱シート１は、追従性を有していることがわかる。このため、実施例１〜３について、図２の「圧縮変形試験」の欄の「判定」の項目には、「○」が示されている。

〔放熱性試験の評価結果〕
実施例１〜３では、放熱性試験において温度変化（温度差）はいずれも４℃以上である。具体的には、実施例１における温度差は６．７℃であり、実施例２における温度差は１０．６℃であり、実施例１における温度差は４．５℃である。すなわち、実施例１〜３の放熱シート１のフィラーの含有量は適量であり、十分な放熱性を有していることがわかる。
このため、実施例１〜３について、図２の「放熱性試験」の欄の「判定」の項目には、「○」が示されている。

次に、本発明の発明者等は「比較例１〜６」について「実施例１〜３」との対比により以下の検討を行った。

〔第１検討事項〕
比較例１では、ベース樹脂の素材については実施例１〜３と同じ「架橋ポリロタキサン」を使用しているが、フィラーの素材については実施例１〜３と異なる。具体的には、比較例１で使用しているフィラーの素材は「板状アルミナ」であり、この形状は異方性を有している点で、実施例１〜３で使用されたフィラーと異なる。
比較例１の放熱シート１の「板状アルミナ」の含有量は４０体積％であり、「架橋ポリロタキサン」の含有量は６０体積％である。

〔比較例１の評価結果〕
圧縮変形試験において「板状アルミナ」が混合された比較例１の放熱シート１は、永久変形率の値が「１０．６％」であり、放熱シート１の永久変形が起きにくいことが十分確保されていることがわかる。
しかし、比較例１では、変形率の値が「１１．２％」であり基準（２０％以上）を満たしていない。すなわち、放熱シート１の弾性が損なわれていることがわかる。
したがって、比較例１の放熱シート１の追従性は十分でない（判定「×」）。
なお、放熱性試験において比較例１の放熱シート１の温度差は７．１℃であり、放熱シート１の放熱性については十分確保されている。

圧縮変形試験の変形率の値から、異方性形状である「板状アルミナ」をベース樹脂に混合してしまうと、放熱シート１の弾性が損なわれることが実証された。言い換えれば、等方性形状である（異方性を有しない）フィラーをベース樹脂に混合した方が放熱シート１の追従性を確保しやすいことが実証されたともいえる。

〔第２検討事項〕
比較例２では、実施例１〜３と同様に等方性形状であるフィラーを使用しているものの、その含有量が実施例１〜３と比較して多い。具体的には、比較例２で使用したフィラーは「合成マグネサイト」であり、その含有量は６０体積％である。このとき、架橋ポリロタキサンの含有量は、４０体積％である。

〔比較例２の評価結果〕
比較例２では、圧縮変形試験において変形率の値が「１４１．１％」であり基準（２０％以上）を満たしている。一方、永久変形率の値は「１４１．１％」であり基準（１５％以下）を満たしていない。
したがって、比較例２の放熱シート１の追従性は十分でない（判定「×」）。
なお、放熱性試験において比較例２の放熱シート１の温度差は８．７℃であり、放熱シート１の放熱性については十分確保されている。

圧縮変形試験の永久変形率の値から、等方性形状であるフィラーを混合した場合であっても、その含有量を実施例１，２のフィラーの含有量よりも増やしてしまうと放熱シート１の永久変形が起きやすくなることがわかる。

〔第３検討事項〕
比較例３，４，５では、実施例１〜３と同様に等方性形状であるフィラーを使用しているものの、実施例１〜３で使用したベース樹脂（架橋ポリロタキサン）とは異なる素材を使用している。
具体的には、比較例３，４，５で使用したベース樹脂の素材は、「オレフィン系熱可塑性エラストマー」である。比較例３，４の樹脂材料の含有量は６０体積％であり、比較例５の樹脂材料の含有量は７５体積％である。また、比較例３ではフィラーの材料として「酸化マグネシウム」を使用しており、比較例４，５ではその材料として「合成マグネサイト」を使用している。

〔比較例３の評価結果〕
比較例３では、圧縮変形試験において永久変形率の値は基準を満たしているものの、変形率の値が基準を満たしてない。
具体的には、比較例３において変形率の値は「０．１％」であり、永久変形率の値も「０．１％」である。なお、放熱性試験において比較例３の放熱シート１の温度差は５．２℃であり、放熱シート１の放熱性については十分確保されている。

圧縮変形試験の結果からベース樹脂の素材として「架橋ポリロタキサン」を使用する方が「オレフィン系熱可塑性エラストマー」を使用するよりも放熱シート１の追従性に優れていることが実証された。

〔比較例４の評価結果〕
比較例４では、圧縮変形試験において変形率及び永久変形率の値がいずれも基準を満たしてない。具体的には、比較例４において変形率の値は「１７．３％」であり、永久変形率の値も「１７．９％」である。なお、放熱性試験において比較例４の放熱シート１の温度差は５．２℃であり、放熱シート１の放熱性については十分確保されている。

実施例２と比較例４における圧縮変形試験の結果を比較すると、フィラーの材料はいずれも「合成マグネサイト」であり、さらにベース樹脂とフィラーとの混合割合は同じである。それにもかかわらず、比較例４のベース樹脂の素材として「オレフィン系熱可塑性エラストマー」を使用すると変形率の値が実施例２の変形率の値と比べて極端に低下していることがわかる。
このことからも、ベース樹脂の素材として「架橋ポリロタキサン」を使用する方が「オレフィン系熱可塑性エラストマー」を使用するよりも放熱シート１の追従性に優れていることが実証されている。

〔比較例５の評価結果〕
比較例５では、比較例３とは逆に圧縮変形試験において永久変形率の値は基準を満たしているものの、変形率の値が基準を満たしてない。
具体的には、比較例５において変形率の値は「２５．３％」であり、永久変形率の値は「２０．６％」である。なお、放熱性試験において比較例５の放熱シート１の温度差は４．７℃であり、放熱シート１の放熱性については十分確保されている。

比較例５では、比較例３，４よりもオレフィン系熱可塑性エラストマーの含有量を増量しており、その分の変形率が上昇していることが予測される。ただし、永久変形率も上昇している。
例えば、実施例３について実施例２と比較していると、実施例３は実施例２よりも「架橋ポリロタキサン」の含有量を増量させている。このとき、実施例３の変形率（６３．０％）は、実施例２の変形率（２０．２％）よりも上昇しているが、永久変形率について実施例３の値（６．５％）は、実施例２の値（８．８％）よりも低下している。

また、比較例５と実施例３とを比較してみると、これらはベース樹脂及びフィラーの配合の割合は共通している。しかし、ベース樹脂の素材として「オレフィン系熱可塑性エラストマー」を使用した場合、実施例３の永久変形率の値と比べて比較例５の永久変形率の値が上昇していることがわかる。このことからも、ベース樹脂の素材として「架橋ポリロタキサン」を使用する方が「オレフィン系熱可塑性エラストマー」を使用するよりも放熱シート１の追従性に優れていることが実証されている。

〔第４検討事項〕
比較例６では、実施例１〜３と同様に等方性形状であるフィラーを使用しているものの、実施例１〜３で使用したベース樹脂（架橋ポリロタキサン）とは異なる素材を使用している。具体的には、比較例６では、ベース樹脂の素材として「低密度ポリエチレン」を使用し、フィラーとして「合成マグネサイト」を使用している。
また、「低密度ポリエチレン」の含有量は６０体積％であり、「合成マグネサイト」の含有量は４０体積％である。

〔比較例６の評価結果〕
比較例６では、圧縮変形試験において永久変形率の値は基準を満たしているものの、変形率の値が基準を満たしてない。
具体的には、比較例６において変形率の値は「９．７％」であり、永久変形率の値は「７．２％」である。なお、放熱性試験において比較例６の放熱シート１の温度差は６．３℃であり、放熱シート１の放熱性については十分確保されている。

比較例６では、ベース樹脂及びフィラーの配合の割合が実施例１，２と共通しているものの、これらと比べて変形率の値が極端に低下している。
すなわち、「低密度ポリエチレン」よりも「架橋ポリロタキサン」の方が追従性（弾性）に優れていることが実証された。

〔樹脂の最適な材料とフィラーの含有量との関係〕
本発明の発明者等は、実施例１〜３及び比較例１〜６の評価結果から、以下の結論を導き出している。
〔１〕ベース樹脂の素材としては、架橋ポリロタキサンが最適な材料であり、フィラーの含有量は１体積％から５０体積％までの範囲内、より好ましくは２５体積％から４０体積％までの範囲内である。
〔２〕また、フィラーとしては異方性形状の素材よりも、等方性形状の素材を使用する方が好ましい。
〔３〕上記〔１〕、〔２〕に記載した内容であれば、放熱シート１は、弾性を十分に確保し、かつ、永久変形を抑制し十分な復元力を発揮することができる。

〔振動試験〕
本発明の発明者等は、図１に示した使用例に基づいて放熱シート１の追従性を検証している。具体的には、電子部品４に放熱シート１を載置した状態で、これらを一体として振動させる。また、放熱シート１は、上記の実施例２及び比較例４で使用した材料及び含有量に基づいている。

図３は、振動試験の開始前及び終了後における図１の放熱シート１を示す断面図である。なお、図３では、図１に示されていた接着剤６の図示を省略している。また、図１で示した基板２は、振動試験においてアクリル板を用いることとし同一の符号を付すものとする。

図３（Ａ）：振動試験開始前において、電子部品４の側面と放熱シート１との間には隙間Ｗ１があるものとする。隙間Ｗ１は、電子部品４の側面において基板２との接点から基板２の長手方向に沿って放熱シート１が基板２に接する地点までの距離とする。

振動試験は、以下の条件にて行うものとする。
〔試料〕
（１）電子部品・・・寸法：厚み３ｍｍ、幅６ｍｍ、奥行き１５ｍｍ
（２）アクリル板・・・寸法：厚み３ｍｍ
（３）放熱シート（平面視）・・・寸法：縦１５ｍｍ、横３０ｍｍ
（４）接着剤・・・主成分：クロロプレンゴム

〔測定条件〕
（１）移動距離：１５０ｍｍ
（２）往復回数：２０００回
（３）１往復にかかる時間（振動周期）：２秒

図３（Ｂ）：上記の測定条件で振動試験を行い、終了後の放熱シート１は、開始前の状態と比べて若干変形している。このとき、放熱シート１は、電子部品４の側面や基板２の実装面に接していた部分の一部が剥がれてしまい、基板２から浮き上がっている。図３（Ｂ）では、終了後の隙間の幅をＷ２として示す。なお、図３（Ｂ）に示す放熱シート１の形状は誇張して示したものであり、図示された形状は厳密なものでない。

図４は、図３に示す放熱シート１の振動試験における測定値を示す表である。
実施例２の放熱シート１を用いて振動試験を行った結果、試験前後の隙間の変化量（Ｗ２−Ｗ１）は０．４ｍｍであった。一方、比較例４の放熱シート１を用いて振動試験を行った結果、試験前後の隙間の変化量（Ｗ２−Ｗ１）は２．７５ｍｍであった。

実施例２で使用した架橋ポリロタキサンの方が、オレフィン系熱可塑性エラストマーよりも隙間の変化量（Ｗ２−Ｗ１）が小さい。したがって、放熱シート１のベース樹脂として架橋ポリロタキサンを主成分とすることにより、放熱シート１の追従性が向上している。

〔隙間の変化が与える放熱性への影響〕
図５は、実施例２及び比較例４の放熱シート１に対して行った振動試験及び放熱性試験における測定値を示す表である。本発明の発明者等は、振動試験により生じた隙間の変化が放熱シート１の放熱性に与える影響について検証している。具体的には、上記の振動試験の要領で発熱体に放熱シート１を載置した状態で、これらを一体として振動させる。
また、放熱性試験については、振動試験の前後で発熱体を一定の温度まで加熱するとともに、加熱後の放熱シート１の温度を測定する。

〔材料〕
放熱シート１は、上記の実施例２及び比較例４で使用したベース樹脂及びフィラーの含有量に基づいている。なお、今回の振動試験では、上記の振動試験で使用した電子部材４の代わりに発熱体を使用する。このため、発熱体については電子部品４と同一の符号番号を用いる。

〔試験概要〕
隙間の測定及び放熱シート１の温度の測定は、以下の要領で行うものとする。
（１）発熱体４に放熱シート１を接着剤で貼り付ける。
（２）放熱シート１と発熱体４との間の隙間を測定する。
（３）発熱体４を６５℃まで加熱する。
（４）放熱シート１の温度を測定する。
（５）放熱シート１を室温（２５℃）まで下げる。
（６）振動試験を行なう。
（７）放熱シート１と発熱体４の隙間を測定する。
（８）発熱体４を６５℃まで加熱する。
（９）放熱シート１の温度を測定する。

〔温度測定装置〕
上記（４）及び（９）で行う放熱シートの温度の測定には、以下の装置を使用する。
測定装置：サーモグラフ
製品名：ＴｈｅｒｍａＣＡＭ（登録商標）（ＦＬＩＲＳｙｓｔｅｍｓ社製）

〔振動試験〕
上記「（６）振動試験」については、以下の条件にて行うものとする。
（１）移動距離：１５０ｍｍ
（２）往復回数：５０００回
（３）１往復にかかる時間（振動周期）：２秒

〔測定結果〕
実施例２の放熱シート１を用いて振動試験を行った結果、試験前後の隙間の変化量（Ｗ２−Ｗ１）は１．０ｍｍであった。一方、比較例４の放熱シート１を用いて振動試験を行った結果、試験前後の隙間の変化量（Ｗ２−Ｗ１）は３．１ｍｍであった。

また、実施例２の放熱シート１について温度の測定を行った結果、振動前の温度は６０．３℃であり、振動後の温度は５６℃であった。
一方、比較例４の放熱シート１について温度の測定を行った結果、振動前の温度は５４．９℃であり、振動後の温度は５０．２℃であった。

〔追従性評価〕
図４に示した振動試験の結果と同様に、今回の振動試験についても実施例２で使用した架橋ポリロタキサンの方が、オレフィン系熱可塑性エラストマーよりも隙間の変化量（Ｗ２−Ｗ１）が小さい。このことから、架橋ポリロタキサンが放熱シート１の追従性の向上に寄与していることが実証された。

〔放熱性評価〕
次に放熱シート１の放熱性について検証する。
振動試験の開始直前において実施例２及び比較例４の放熱シート１の温度は、室温（２５℃）に調整されている。実施例２では、振動試験の後に６５℃まで加熱された発熱体４に対し、放熱シート１の温度は５６℃まで上昇している。これに対して比較例４では、発熱体４の加熱後における放熱シート１の温度は５０．２℃である。なお、上記振動試験後における実施例２の温度（５６℃）は、試験前における比較例４の温度（５４．９℃）よりも高い。
したがって、架橋ポリロタキサンはオレフィン系熱可塑性エラストマーよりも熱の伝道効率すなわち放熱性に優れていることがわかる。

〔放熱シートの柔軟性と放熱性との関係について〕
架橋ポリロタキサンが放熱性に優れているのは、オレフィン系熱可塑性エラストマーよりも柔軟性に優れていることに起因する。
振動試験の開始前において、実施例２及び比較例４の隙間は、それぞれ０．８３ｍｍと１．０５ｍｍである。したがって、実施例２の方が比較例４よりも隙間が狭い。すなわち、架橋ポリロタキサンはオレフィン系熱可塑性エラストマーよりも柔軟に変形して発熱体４に密着していることがわかる。
また、隙間に流れ込む空気は断熱体としての役割を果たすため、隙間が広がればその分、発熱体４から発せられた熱が放熱シート１へ伝わりにくくなってしまう。このため、振動試験の開始前において、実施例２及び比較例４の放熱シート１には約６℃程度の温度差が生じている。

また、振動試験後において、オレフィン系熱可塑性エラストマーを使用した比較例４の放熱シート１では、振動によって発熱体４との隙間が広がってしまい、発熱体４から発せられた熱が放熱シート１へさらに伝わりにくい状態となっている。
一方、実施例２では架橋ポリロタキサンを使用したことにより、振動試験の前後における隙間の変化量が比較例４よりも小さい。このため、実施例２の放熱シート１は振動試験の前後において、発熱体４に密着した状態を維持している。このため、実施例２の放熱シート１の放熱性については、振動後においても十分に確保されている。

このように、架橋ポリロタキサンはオレフィン系熱可塑性エラストマーよりも柔軟性に優れているため、発熱体が振動してもこれに合わせて追従し、密着した状態を維持することができる。したがって、架橋ポリロタキサンはオレフィン系熱可塑性エラストマーよりも放熱性に優れている。

このように、一実施形態の放熱シートによれば、ベース樹脂の素材として架橋ポリロタキサンを使用することで、追従性を向上させるとともに永久変形が起こりにくい放熱シートを得ることができる。

１放熱シート
２基板
４電子部品
６接着剤

Claims

等方性形状をなすフィラーと、
架橋ポリロタキサンを主成分とし、前記フィラーが混合されてシート状に成形されるベース樹脂とを備え、
前記ベース樹脂に混合される前記フィラーの含有量は、
１体積％以上、５０体積％以下であることを特徴とする放熱シート。