JP2015191979A - 熱伝導性シートの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】優れたタック性を有する熱伝導性シートの製造方法を提供する。【解決手段】剥離フィルム10上に熱伝導性フィラー21と、バインダー22とを含有する熱伝導性樹脂組成物を塗布し、塗布層20を形成する第1の工程と、塗布層20同士を貼り合わせ、所定厚みの熱伝導性樹脂層30を有する熱伝導性シートを得る第2の工程とを有する。熱伝導性フィラー21の平均粒径が、1μm以上15μm以下であり、熱伝導性フィラー21の最大粒径が、熱伝導性樹脂層30の所定厚みの80%以下である。【選択図】図2

Description

本発明は、電子部品等の放熱対策に用いられる熱伝導性シートの製造方法に関する。
近年、LED照明、熱伝導性基板などの放熱用途に熱伝導性シートが使用されている。熱伝導性シートの熱伝導率を向上させるためには、熱伝導率の高い熱伝導性フィラーを高充填しなければならない。また、熱伝導性フィラーは、製品厚みに対して、できるだけ大きな粒径であることが必要である。
しかしながら、熱伝導性フィラーを多量に充填させると、フィルムの強度低下、表面の凹凸による接着不良などが生じ、フィルム状接着シートとして機能させることが困難となる。また、大きな粒径の熱伝導性フィラーも、フィルムの表面性を悪化させ、接着不良を起こしてしまう。
接着不良を改善するため、熱伝導性フィラーの充填層上にタック層を形成し、タック性を付与する方法が考えられる(例えば、特許文献1参照。)。しかし、この方法では、熱伝導性を有しないタック層が介在することで、シートの熱伝導性が低下してしまう。
特開2009−191099号公報
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、優れたタック性を有する熱伝導性シートの製造方法を提供する。
前述した課題を解決するために、本発明に係る熱伝導性シートの製造方法は、剥離フィルム上に熱伝導性フィラーとバインダーとを含有する熱伝導性樹脂組成物を塗布し、塗布層を形成する第1の工程と、前記塗布層同士を貼り合わせ、所定厚みの熱伝導性樹脂層を有する熱伝導性シートを得る第2の工程とを有し、前記熱伝導性フィラーの平均粒径が、1μm以上15μm以下であり、前記熱伝導性フィラーの最大粒径が、前記所定厚みの80%以下であることを特徴とする。
また、本発明に係る熱伝導性シートは、前記熱伝導性シートの製造方法により得られることを特徴とする。
本発明によれば、平均粒径が1μm以上15μm以下であり、最大粒径が熱伝導性シートの熱伝導性樹脂層の厚みの80%以下である熱伝導性フィラーを含有する塗布層同士を貼り合わせることにより、表面の平滑性が向上し、優れたタック性を得ることができる。
第1の工程における塗布層を示す概略断面図である。 第2の工程における塗布層の貼り合わせを示す概略断面図である。 熱伝導性シートを示す概略断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら下記順序にて詳細に説明する。
1.熱伝導性シートの製造方法
2.実施例
<1.熱伝導性シートの製造方法>
本発明の一実施形態として示す熱伝導性シートの製造方法は、剥離フィルム上に熱伝導性フィラーとバインダーとを含有する熱伝導性樹脂組成物を塗布し、塗布層を形成する第1の工程と、塗布層同士を貼り合わせ、所定厚みの熱伝導性樹脂層を有する熱伝導性シートを得る第2の工程とを有する。
[第1の工程]
図1は、第1の工程における塗布層を示す概略断面図である。第1の工程では、剥離フィルム10上に熱伝導性フィラー21とバインダー22とを含有する熱伝導性樹脂組成物を塗布し、塗布層20を形成する。このときの塗布層20の厚みは、熱伝導性樹脂層の所定厚みと略同一である。また、熱伝導性樹脂組成物のバインダー22の厚みtは、塗布層20の厚みの20%以上60%以下であることが好ましい。バインダーの厚みtが小さすぎると空隙が生じてしまい、バインダーの厚みtが大きすぎると熱伝導性フィラーを噛み合わせることが困難となり、熱伝導性が低下してしまう。
剥離フィルム10としては、例えば、シリコーンなどの剥離剤をPET(Polyethylene Terephthalate)、OPP(Oriented Polypropylene)、PMP(Poly-4-methylpentene−1)、PTFE(Polytetrafluoroethylene)などに塗布したものを用いることができる。
熱伝導性樹脂組成物は、熱伝導性フィラー21がバインダー22中に分散されて構成される。熱伝導性フィラーとしては、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、水酸化アルミニウム、シリカ、窒化ホウ素、チタニア、ガラス、酸化亜鉛、炭化ケイ素、ケイ素(シリコン)、酸化珪素、酸化アルミニウム、金属粒子などを用いることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、アルミナ、窒化アルミニウム、及び水酸化アルミニウムから選択される2種以上を用いることが好ましい。
熱伝導性フィラーの平均粒径は、1μm以上15μm以下である。また、熱伝導性樹脂層の所定厚みの20%以下であることが好ましい。これにより、最大粒子径の熱伝導性フィラーと平均粒径の熱伝導性フィラーとが、熱伝導性シートの厚み方向に噛み合うようになるため、優れた熱伝導性を得ることができる。
また、熱伝導性フィラーは、平均粒径の異なる2種以上を用いることが好ましい。これにより、バインダーの流れ性が向上し、貼り合わせ時の気泡の混入を抑制することができる。
また、熱伝導性フィラーの最大粒径は、熱伝導性樹脂層の所望の厚みの80%以下であり、より好ましくは60%以上80%以下である。最大粒径が熱伝導性樹脂層の所望の厚みの80%超の場合、熱伝導性樹脂層表面の凹凸の発生が増加し、優れたタック性を得ることが困難となり、最大粒径が熱伝導性樹脂層の所望の厚みの60%未満の場合、高い熱伝導率を得ることが困難となる。
なお、熱伝導性フィラーの平均粒径及び最大粒径は、例えば粒度分布計、走査型電子顕微鏡(SEM)により測定することができる。
また、熱伝導性フィラー含有量は、熱伝導性樹脂組成物全量に対して20vol%以上80vol%以下であり、好ましくは50vol%以上80vol%以下である。熱伝導性フィラー含有量が、熱伝導性樹脂組成物全量に対して20vol%未満であると、優れた熱伝導性を得ることが困難となり、熱伝導性樹脂組成物全量に対して80vol%超であると、表面の平滑性が悪化し、優れたタック性を得ることが困難となる。
バインダーとしては、例えば、熱カチオン硬化型、熱ラジカル硬化型などの熱硬化型のものを用いることができる。本実施の形態では、硬化条件が簡便な熱カチオン硬化型バインダーを好ましく用いることができる。
熱カチオン硬化型のバインダーは、カチオン硬化性樹脂と、熱カチオン重合開始剤とを含有する。カチオン硬化性樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、脂環式エポキシ樹脂それらの変性エポキシ樹脂などが挙げられ、これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。熱カチオン重合開始剤としては、例えば、ベンジルスルホニウム塩、チオフェニウム塩、チオラニウム塩、ベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、ヒドラジニウム塩、カルボン酸エステル、スルホン酸エステル、アミンイミドなどが挙げられる。
また、バインダーには、その他の成分として、アクリルゴム、無機フィラー、カーボンブラックなどを、目的に応じて適宜配合するようにしてもよい。
[第2の工程]
図2は、第2の工程における塗布層の貼り合わせを示す概略断面図であり、図3は、熱伝導性シートを示す概略断面図である。第2の工程では、塗布層20同士を貼り合わせ、所定厚みの熱伝導性樹脂層30を有する熱伝導性シートを得る。塗布層20同士の貼り合わせは、第1の工程で形成した塗布層20を2つ貼り合わせればよく、第1の工程を2回行って2つの塗布層20を貼り合わせても、第1の工程で形成した1つの塗布層20を折り曲げて貼り合わせてもよい。
また、塗布層20同士の貼り合わせは、100℃程度の熱ラミネートや熱プレスを用いることができる。これにより、塗布層20面の凹凸が埋め込み合うように貼り合わされ、所定厚みの熱伝導性樹脂30を形成することができる。この貼り合わせでは、熱伝導性フィラーが埋め込み合うため、塗布層20の厚みと熱伝導性樹脂30の所定厚みTとは略同一となる。
また、熱伝導性樹脂層30の所定厚みは、10μm以上50μm以下であることが好ましい。所定厚みが小さすぎると、熱伝導性シートが脆くなることがあり、所定厚みが大きすぎると、放熱特性が低下することがある。
前述した熱伝導性シートの製造方法によれば、平均粒径が1μm以上15μm以下であり、最大粒径が熱伝導性シートの熱伝導性樹脂層の厚みTの80%以下である熱伝導性フィラーを含有する塗布層同士を貼り合わせることにより、表面の平滑性が向上し、優れたタック性を得ることができる。また、熱伝導性フィラーを高充填しても、優れたタック性を得ることができるため、被着体へのラミネートが可能となり、生産性の向上を図ることができる。また、熱伝導性樹脂層の厚みTに対して、大きな熱伝導性フィラーを導入することができるため、熱伝導率が低くても高熱伝導性を有する熱伝導性シートを得ることができる。
熱伝導性シートを使用する際は、一方の剥離フィルムを剥がして、第1の被着体に例えば100℃程度でラミネートして貼り合わせ、次に、他方の剥離フィルムを剥がして、第2の被着体に貼り合わせる。第1の被着体と第2の被着体を熱伝導性シートで貼り合わせた後、熱プレスを用いて本圧着を行い、必要に応じてオーブンキュアを行うことが好ましい。熱プレス及びオーブンキュアの条件としては、例えば、熱プレス180℃−1min、オーブンキュア150℃−1hである。
このような熱伝導性シートによれば、熱伝導性樹脂層の表面が平滑であるため、第1の被着体と第2の被着体との接着性を向上させることができる。また、熱伝導性フィラーを高充填することができるため、優れた放熱特性を得ることができる。
<2.実施例>
以下、本発明の実施例について説明する。本実施例では、剥離フィルム上に熱伝導性フィラーとバインダーとを含有する熱伝導性樹脂組成物を塗布し、熱伝導性シートを作製した。そして、各熱伝導性シートについて、ピール強度の測定、熱伝導率の測定、粘着性の評価を行った。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
ピール強度の測定、熱伝導率の測定、粘着性の評価は、次のように行った。
[ピール強度の測定]
厚み25μmの熱伝導性シートについて、一方の剥離フィルムを剥がしてステンレス板(SUS304)上に貼り合わせ、約100℃で熱ラミネートした。ラミネート貼り合せ後、熱プレス機180℃-1min、オーブンキュア150℃−1hにて貼り合せた。そして、引張試験機(品番:RTC1201、AND(株)製)を用い、測定速度50mm/minの条件で、熱伝導性シートを90度方向に引き剥がし、ピール強度を測定した。
[熱伝導率の測定]
各熱伝導性シートの熱伝導率は、ピール強度の測定と同じ方法で作製したサンプルを、レーザーフラッシュ熱伝導率測定装置を用いて測定した。
[タック性の評価]
タック性試験機として、RHESCA社製タッキング試験機TAC−IIを使用し、熱伝導性樹脂層に、直径10mmのアルミニウム製円柱状プローブを、押しつけ速度30mm/min、引き剥がし速度120mm/min、荷重196g、押しつけ時間5.0秒、引っ張り距離5mm、プローブ加熱40℃、シートステージ加熱40℃の条件で押しつけて引き剥がしたときプローブタックを測定した。熱伝導性樹脂層のタックが15kN/m以上のものを「A」、10kN/m以上15kN/m未満のものを「B」、5kN/m以上10kN/m未満のものを「C」、及び5kN/m未満のものを「D」と評価した。
<実施例1>
表1に示すように、アクリルゴム(テイサンレジンシリーズ、ナガセケムテックス(株))を40質量部、ビスフェノールF型のエポキシ樹脂(jER806、三菱化学(株))を60質量部、潜在性硬化剤A(アミキュアUDH、味の素ファインテクノ(株))を15質量部、及び水酸化アルミニウム粒子(最大粒径20μm、平均粒径2〜3μm)を150質量部配合し、フィラー含有量が27vol%の熱伝導性樹脂組成物を得た。
この熱伝導性樹脂組成物を剥離フィルム上に塗布して塗布層を形成した。また、前述の塗布層をもう1つ用意し、塗布層同士を貼り合わせ、100℃程度の熱ロールにてラミネートした。ラミネートにより熱伝導性フィラーを埋め込み合わせ、厚み25μmの熱伝導性樹脂層を有する熱伝導性シートを作製した。
実施例1の熱伝導性樹脂層のピール強度は10N/cmであり、熱伝導率は0.5W/m・Kであった。また、タック性は、熱伝導性樹脂層の両面とも「A」であった。
<実施例2>
表1に示すように、実施例1の熱伝導性樹脂組成物に、窒化アルミニウムA(最大粒径20μm、平均粒径2μm)を150質量部さらに配合し、フィラー含有量を53vol%とした。これ以外は、実施例1と同様にして熱伝導性シートを作製した。
実施例2の熱伝導性樹脂層のピール強度は10N/cmであり、熱伝導率は2.0W/m・Kであった。また、タック性は、熱伝導性樹脂層の両面とも「B」であった。
<比較例1>
表1に示すように、実施例1と同様にして熱伝導性樹脂組成物を得た。この熱伝導性樹脂組成物を剥離フィルム上に塗布して熱伝導性樹脂層を形成し、熱伝導シートを作製した。
比較例1の熱伝導性樹脂層の剥離フィルムの反対面のピール強度、及び熱伝導率は表面の凹凸のため測定できなかった。また、タック性は、剥離フィルム面は「A」、その反対面は「D」であった。
<比較例2>
表1に示すように、実施例1の熱伝導性樹脂組成物に、窒化アルミニウムB(最大粒径20μm、平均粒径8μm)を150質量部さらに配合し、フィラー含有量を53vol%とした。これ以外は、実施例1と同様にして熱伝導性シートを作製した。
比較例2の熱伝導性樹脂層のピール強度は6N/cmであり、熱伝導率は2.0W/m・Kであった。また、タック性は、熱伝導性樹脂層の両面とも「C」であった。
<比較例3>
表1に示すように、実施例1の熱伝導性樹脂組成物に、窒化アルミニウム粒子C(最大粒径23μm、平均粒径2μm)を150質量部さらに配合し、フィラー含有量を53vol%とした。これ以外は、実施例1と同様にして熱伝導性シートを作製した。
比較例3の熱伝導性樹脂層のピール強度は8N/cmであり、熱伝導率は2.0W/m・Kであった。また、タック性は、熱伝導性樹脂層の両面とも「C」であった。
<比較例4>
表1に示すように、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR:Nipol 1072、日本ゼオン(株))とエポキシ樹脂(jER1001、三菱化学(株))との混合物
を100質量部、潜在性硬化剤B(ノバキュアHX3748−1、旭化成ケミカルズ(株))を2.5質量部、及び窒化アルミニウムからなる熱伝導性フィラー(最大粒径20μm、平均粒径2〜3μm)を100質量部配合し、フィラー含有量が23vol%の熱伝導性樹脂組成物を得た。
この熱伝導性樹脂組成物を剥離フィルム上に塗布して熱伝導性樹脂層を形成し、熱伝導シートを作製した。
比較例4の熱伝導性樹脂層の剥離フィルムの反対面のピール強度は10.8N/cmであり、熱伝導率は1.0W/m・Kであった。また、タック性は、剥離フィルム面は「A」、その反対面は「B」であった。
<比較例5>
表1に示すように、窒化アルミニウム粒子A(最大粒径20μm、平均粒径2〜3μm)を200質量部配合し、フィラー含有量を37vol%とした以外は、比較例4と同様に熱伝導性シートを作製した。
比較例5の熱伝導性樹脂層の剥離フィルムの反対面のピール強度は7.8N/cmであり、熱伝導率は2.0W/m・Kであった。また、タック性は、剥離フィルム面は「A」、その反対面は「C」であった。
<比較例6>
表1に示すように、窒化アルミニウム粒子A(最大粒径20μm、平均粒径2〜3μm)を300質量部配合し、フィラー含有量を47vol%とした以外は、比較例4と同様に熱伝導性シートを作製した。
比較例6の熱伝導性樹脂層の剥離フィルムの反対面のピール強度、及び熱伝導率は表面の凹凸のため測定できなかった。また、タック性は、剥離フィルム面は「A」、その反対面は「C」であった。
Figure 2015191979

アクリルゴム:テイサンレジンシリーズ、ナガセケムテックス(株)
エポキシ樹脂:jER806、三菱化学(株)
NBR/エポキシ樹脂:Nipol 1072、日本ゼオン(株)/jER1001、三菱化学(株)
硬化剤A:アミキュアUDH、味の素ファインテクノ(株)
硬化剤B:ノバキュアHX3748−1、旭化成ケミカルズ(株)
水酸化アルミニウム粒子:最大粒径20μm、平均粒径2〜3μm
窒化アルミニウム粒子A:最大粒径20μm、平均粒径2μm
窒化アルミニウム粒子B:最大粒径20μm、平均粒径8μm
窒化アルミニウム粒子C:最大粒径23μm、平均粒径2μm
比較例1のように、熱伝導性樹脂組成物を塗布した塗布層のみの場合、熱伝導性樹脂層の剥離フィルムの反対面には大きい凹凸が形成され、タック性が得られなかった。また、比較例2,3のように、熱伝導性フィラーの平均粒径が熱伝導性樹脂層の所定厚みの20%超である場合、及び熱伝導性フィラーの最大粒径が熱伝導性樹脂層の所定厚みの80%超である場合、熱伝導性樹脂層の両面のタック性が低下した。
また、比較例4〜6のように、熱伝導性フィラーの含有量を23vol%から47vol%に増加させた場合、熱伝導率は向上するもののピール強度及びタック性が低下し、比較例3では、ピール強度及び熱伝導性が測定できないほど、表面に凹凸が発生した。
一方、実施例1,2では、熱伝導性樹脂層の両面とも優れたタック性が得られた。また、実施例2では、熱伝導性フィラーの含有量を53vol%と高充填しても優れたタック性が得られ、さらに高い熱伝導率を得ることができた。
10 剥離フィルム、 20 塗布層、 21 熱伝導性フィラー、 22 バインダー、 30 熱伝導性樹脂層

Claims (6)

  1. 剥離フィルム上に熱伝導性フィラーとバインダーとを含有する熱伝導性樹脂組成物を塗布し、塗布層を形成する第1の工程と、
    前記塗布層同士を貼り合わせ、所定厚みの熱伝導性樹脂層を有する熱伝導性シートを得る第2の工程とを有し、
    前記熱伝導性フィラーの平均粒径が、1μm以上15μm以下であり、
    前記熱伝導性フィラーの最大粒径が、前記所定厚みの80%以下であり、
    前記熱伝導性フィラー含有量が、前記熱伝導性樹脂組成物全量に対して20vol%以上80vol%以下である熱伝導性シートの製造方法。
  2. 前記熱伝導性フィラーの平均粒径が、前記熱伝導性樹脂層の所定厚みの20%以下である請求項1記載の熱伝導性シートの製造方法。
  3. 前記熱伝導性フィラーの最大粒径が、前記所定厚みの60%以上80%以下である請求項1又は2記載の熱伝導性シートの製造方法。
  4. 前記熱伝導性樹脂層の所定厚みが、10μm以上50μm以下である請求項1乃至3のいずれか1項に記載の熱伝導性シートの製造方法。
  5. 前記熱伝導性フィラー含有量が、50vol%以上80vol%以下である請求項1乃至3のいずれか1項に記載の熱伝導性シートの製造方法。
  6. 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の熱伝導性シートの製造方法により得られる熱伝導性シート。

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