JP2015189781A - 放熱シート - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、シロキサンの発生がなく、安価で、高い放熱特性を有し、柔軟性のある放熱シートを提供する。
【解決手段】 液状のエチレン−プロピレン−ターポリマー共重合体の１００重量部に、無機粉末が５００重量部〜１２００重量部と、可塑剤が２０重量部〜７０重量部と、架橋剤が１重量部〜５重量部とを配合した組成物からなる。無機粉末としては、平均粒子径が０．５μｍ〜５μｍの範囲内の炭酸マグネシウムを３０重量％〜７０重量％と、平均粒子径が１０μｍ〜５０μｍの範囲内の炭酸マグネシウムを７０重量％〜３０重量％とを混合したものを用いることが出来る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気製品、電子機器等で使用される発熱性部材の冷却に使用される放熱用部材としての放熱シートに関するものである。

従来から使用されている放熱シートは、ベース樹脂材料に対して、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ものである。また、ベース樹脂にアルミナやマグネシア、窒化ホウ素等の複数の紛体からなるフィラーを混合した放熱シート（特許文献１）がある。

しかし、特許文献１においては、樹脂材料として、シリコーンゲルに高分子の液状シリコーンゴムを配合していることから、使用過程において、揮発性のシロキサンガスを発生させ、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材料に使用することは好ましくはない。

シリコーン系以外の材料を用いたものとしては、ポリウレタンを用いたもの（特許文献２）、イミド変性エラストマーを用いたもの（特許文献３）がある。

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

しかしながら、一般に、各種の放熱シートが用いられる電子部品、回路基盤等の発熱体は、これを搭載する電子機器（携帯電話機、携帯端末機器等）に加わる外力で振動することがある。この振動に対して、適度な柔軟性が無いと、放熱シートの位置ずれや変形が発生し、放熱性を維持することが出来ない。

本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、シロキサンの発生がなく、安価で、高い放熱特性を有し、柔軟性のある放熱シートを提供するものである。

前記目的を達成するための本発明に係る放熱シートの代表的な構成は、液状のエチレン−プロピレン−ターポリマー共重合体の１００重量部に、無機粉末が５００重量部〜１２００重量部と、可塑剤が２０重量部〜７０重量部と、架橋剤が１重量部〜５重量部とを配合した組成物からなることを特徴とする。

上記構成によれば、シロキサンの発生がなく、安価で、高い放熱特性を有し、柔軟性のある放熱シートを提供することが出来る。

本発明に係る放熱シートの特性を説明する図である。

図により本発明に係る放熱シートの一実施形態を具体的に説明する。

本実施形態の放熱シートは、液状のエチレン−プロピレン−ターポリマー共重合体の１００重量部に、無機粉末が５００重量部〜１２００重量部と、可塑剤が２０重量部〜７０重量部と、架橋剤が１重量部〜５重量部とを配合した組成物からなる。放熱シートの厚みは０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲内で製作されることが好ましい。

本実施形態の放熱シートに配合される無機粉末としては、平均粒子径が０．５μｍ〜５μｍの範囲内の炭酸マグネシウムを３０重量％〜７０重量％と、平均粒子径が１０μｍ〜５０μｍの範囲内の炭酸マグネシウムを７０重量％〜３０重量％とを混合したものを用いる。

本実施形態の放熱シートに配合される無機粉末として使用される炭酸マグネシウムの配合割合については、該炭酸マグネシウムの平均粒子径の大小の割合が５０：５０であるものが最も良好である。また、炭酸マグネシウムの平均粒子径の大小の割合を変更していくと、無機粉末として使用される炭酸マグネシウムの分散状態が変化し、熱伝導率の値も変化していく。そのため炭酸マグネシウムの平均粒子径の大小に関連付けて配合割合を設定することが好ましい。

例えば、本実施形態の放熱シートに配合される無機粉末として使用される平均粒子径の小さい炭酸マグネシウムの配合割合が３０重量％であれば、平均粒子径の大きい炭酸マグネシウムの配合割合は７０重量％のように、配合する炭酸マグネシウムの平均粒子径の大小の割合が関連付けられる。

本実施形態において用いられる液状のエチレン−プロピレン−ターポリマー共重合体（以下、「液状ＥＰＴ（Ethylen Propylene Terpolymer）」という）とは、エチレンの含有量が４０重量％〜６０重量％の範囲内にあるもので、数平均分子量（各分子の分子量の総数をその分子数で割った値）が８００〜１２００の範囲内にあるものが好ましい。

本実施形態において用いられる無機粉末としては、炭酸マグネシウムが好ましい。他に、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、炭素繊維等も放熱シートの成形工程に支障のない範囲内で適宜併用することが出来る。

また、無機粉末の混合割合は、液状ＥＰＴが１００重量部に対して、無機粉末を５００重量部〜１２００重量部の範囲内で混合すれば好ましい。無機粉末の混合割合が液状ＥＰＴの１００重量部に対して５００重量部未満では、放熱シートの熱伝導性が低く、また、無機粉末の混合割合が液状ＥＰＴの１００重量部に対して１２００重量部を超えると、シート状に成形した際に強度が低下し、亀裂が発生し易くなる。より好ましくは、無機粉末の混合割合は、液状ＥＰＴが１００重量部に対して、無機粉末が７００重量部〜１０００重量部の範囲内にあることが良い。

本実施形態において用いられる無機粉末となる炭酸マグネシウムは、平均粒子径が０．５μｍ〜１０μｍの範囲内で且つ３０重量％〜７０重量％と、平均粒子径が１０μｍ〜５０μｍの範囲内で且つ７０重量％〜３０重量％とを混合したものを用いることで、より優れた放熱特性のある放熱シートを効率的に得ることが出来る。

本実施形態において用いられる無機粉末となる炭酸マグネシウムの平均粒子径が、０．５μｍ未満では、液状ＥＰＴと混合したときに凝集し易くなるという問題がある。また、炭酸マグネシウムの平均粒子径が１０μｍを超えるものが１００重量％になると、放熱シートとしての安定した高い放熱特性が得られ難いという問題がある。

本実施形態において用いられる可塑剤には、液状ＥＰＴとの相溶性の良い流動パラフィンやパラフィン系プロセスオイル等のパラフィン系オイルを用いることが好ましい。これらのパラフィン系オイルは、組成物のシート成形時に加工機械に粘着することを防ぐとともに、適度に柔軟性を付与することが可能となる。ナフテン系やアロマティック系のオイルを用いると放熱シートの成形性が悪くなるばかりでなく、時間の経過とともに、放熱シートの表面に、これらの可塑剤がブリード（Bleeding；表面に油が滲み出す）するといった問題が発生し易くなる。

本実施形態において用いられる架橋剤には、過酸化物系の架橋剤を使用することが好ましい。例えば、α，α´−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ジイソプロピルベンゼン、ジクミルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン等を使用することができる。これらの過酸化物系の架橋剤は、１種単独で又は２種以上を混合して使用しても良い。また、必要に応じて、架橋促進剤を併用することも可能である。架橋促進剤としては、トリアリルイソシアヌレート、トリメチルプロパントリメタクリレート等を使用することができる。

本実施形態において得られる組成物には、無機粉末、可塑剤、架橋剤の他に、添加剤として、酸化防止剤、帯電防止剤、難燃剤、抗菌剤、紫外線吸収剤、着色剤等もシート成形に影響しない範囲内で添加することが可能である。

本実施形態により得られた放熱シートの放熱性は熱伝導率を測定して比較した。放熱シートの熱伝導率の測定は、非定常法、パルス加熱法による熱拡散率及び比熱容量をキセノンフラッシュアナライザー（NETZSCH LFA447）を用いて測定し、熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］をλ、熱拡散率［ｍｍ^２／ｓ］をα、密度［ｇ／ｃｍ^３］をρ、比熱容量［Ｊ／ｇ／Ｋ］をＣｐとして以下の数１式によって熱伝導率λを算出した。

［数１］
λ＝α×ρ×Ｃｐ

また、放熱シートの柔軟性については、表面硬度（Ａ硬度）を測定して比較した。表面硬度（Ａ硬度）は、JIS A6253 タイプＡにて測定した値を使用した。

以下に図１に示す実施例１〜３、比較例１〜３を用いて本実施形態の放熱シートの特性について説明する。尚、本発明は、以下の各実施例により何ら限定されるものではない。

三井化学株式会社製の「ＰＸ−０６８（商品名）」からなる液状ＥＰＴを９ｇに対して、神島化学株式会社製の「ＭＳＳ（商品名）」からなる炭酸マグネシウム（平均粒子径が２１μｍ）を４５ｇ、神島化学株式会社製の「ＭＳＰＳ（商品名）」からなる炭酸マグネシウム（平均粒子径が１．２μｍ）を４５ｇ、出光石油株式会社製の「ＰＷ−３２（商品名）」からなる可塑剤を３ｇ、日本油脂株式会社製の「パーヘキサ２５Ｂ（商品名）」からなる架橋剤を０．３ｇをそれぞれ計量してミキサーにて撹拌混合した。このとき、ミキサーの温度は、１１０℃に設定した。ミキサーにて３０分間撹拌した後、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、深さ２ｍｍの金型内に混合後の組成物を移し、１７０℃で１０分間プレスし、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ２ｍｍの放熱シートを作成した。このように作成された放熱シートの特性は、図１の実施例１に示した通り、高い放熱性（図１の熱伝導率を参照）と、柔軟性（図１の表面硬度を参照）を示すものであった。

前記実施例１において、神島化学株式会社製の「ＭＳＳ（商品名）」からなる炭酸マグネシウム（平均粒子径が２１μｍ）を３０ｇに変更し、神島化学株式会社製の「ＭＳＰＳ（商品名）」からなる炭酸マグネシウム（平均粒子径が１．２μｍ）を６０ｇに変更し、三井化学株式会社製の「ＰＸ−０６８（商品名）」からなる液状ＥＰＴを１０ｇに変更し、出光石油株式会社製の「ＰＷ−３２（商品名）」からなる可塑剤を５ｇに変更して使用した以外は、前記実施例１と同じ配合、同じ条件にて、放熱シートを得た。得られた放熱シートの特性は図１の実施例２に示した通りである。

前記実施例１において、神島化学株式会社製の「ＭＳＳ（商品名）」からなる炭酸マグネシウム（平均粒子径が２１μｍ）を６０ｇに変更し、神島化学株式会社製の「ＭＳＰＳ（商品名）」からなる炭酸マグネシウム（平均粒子径が１．２μｍ）を３０ｇに変更し、三井化学株式会社製の「ＰＸ−０６８（商品名）」からなる液状ＥＰＴを１０ｇに変更し、出光石油株式会社製の「ＰＷ−３２（商品名）」からなる可塑剤を５ｇに変更して使用した以外は、前記実施例１と同じ配合、同じ条件にて、放熱シートを得た。得られた放熱シートの特性は図１の実施例３に示した通りである。

［比較例１］
前記実施例１において、神島化学株式会社製の「ＭＳＳ（商品名）」からなる炭酸マグネシウム（平均粒子径が２１μｍ）と、神島化学株式会社製の「ＭＳＰＳ（商品名）」からなる炭酸マグネシウム（平均粒子径が１．２μｍ）とをそれぞれ４２．５ｇに変更し、三井化学株式会社製の「ＰＸ−０６８（商品名）」からなる液状ＥＰＴを１０ｇに変更し、出光石油株式会社製の「ＰＷ−３２（商品名）」からなる可塑剤を５ｇに変更して使用した以外は、前記実施例１と同じ配合、同じ条件にて、放熱シートを得た。得られた放熱シートの特性は図１の比較例１に示した通りである。

［比較例２］
前記実施例１において、三井化学株式会社製の「ＰＸ−０６８（商品名）」からなる液状ＥＰＴを７ｇに変更し、出光石油株式会社製の「ＰＷ−３２（商品名）」からなる可塑剤を省略し、これに加えて、三井化学株式会社製の「４０２１（商品名）」からなるエチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ；ethylene‐propylene‐diene ternary copolymer）を３ｇ追加して使用した以外は、前記実施例１と同じ配合、同じ条件にて、放熱シートを得た。得られた放熱シートの特性は図１の比較例２に示した通りである。

［比較例３］
前記実施例１において、三井化学株式会社製の「ＰＸ−０６８（商品名）」からなる液状ＥＰＴを５ｇに変更し、三井化学株式会社製の「４０２１（商品名）」からなるエチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ；ethylene‐propylene‐diene ternary copolymer）を５ｇ追加し、出光石油株式会社製の「ＰＷ−３２（商品名）」からなる可塑剤を５ｇに変更し、神島化学株式会社製の「ＭＳＳ（商品名）」からなる炭酸マグネシウム（平均粒子径が２１μｍ）と、神島化学株式会社製の「ＭＳＰＳ（商品名）」からなる炭酸マグネシウム（平均粒子径が１．２μｍ）とをそれぞれ４２．５ｇに変更した以外は、前記実施例１と同じ配合、同じ条件にて、放熱シートを作成した。得られた放熱シートの特性は図１の比較例３に示した通りである。

本実施形態では、液状ＥＰＴをベースに炭酸マグネシウムを配合した組成物からなる放熱シートは、高い放熱特性を有し、そして、柔軟性も有していることから、液晶テレビやパーソナルコンピューター、モバイル通信機器等に使用される発熱性の電子部品の放熱シートとして大変有効なものである。

本発明の活用例として、電気製品、電子機器等で使用される発熱性部材の冷却に使用される放熱用部材としての放熱シートに適用出来る。

Claims (2)

1. 液状のエチレン−プロピレン−ターポリマー共重合体の１００重量部に、無機粉末が５００重量部〜１２００重量部と、可塑剤が２０重量部〜７０重量部と、架橋剤が１重量部〜５重量部とを配合した組成物からなることを特徴とする放熱シート。
2. 前記無機粉末として、平均粒子径が０．５μｍ〜５μｍの範囲内の炭酸マグネシウムを３０重量％〜７０重量％と、平均粒子径が１０μｍ〜５０μｍの範囲内の炭酸マグネシウムを７０重量％〜３０重量％とを混合したものを用いることを特徴とする請求項１に記載の放熱シート。