JP2016092118A - 熱伝導電磁波吸収シート - Google Patents
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Abstract
【課題】ＵＬ−９４規格Ｖ−２相当の難燃性を有し、かつ、良好な熱伝導性及び透磁率を有する熱伝導電磁波吸収シートを、リン系の難燃剤の使用を必須とせずに提供すること。
【解決手段】平均粒径８μｍのフェライトと８０μｍのフェライトとを９：１３〜１５：７の体積比で熱伝導電磁波吸収シート全体の５５〜６０ｖｏｌ％含有させ、かつ、表面処理された難燃剤を熱伝導電磁波吸収シート全体の８〜１０ｖｏｌ％含有させる。
【選択図】なし
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【選択図】なし
Description
本発明は、電子部品等の発熱源からの放熱を促すためにその発熱源に対して接触するように配置して使用され、電磁波吸収特性も備えた熱伝導電磁波吸収シートに関する。
従来、シリコーンゴムやアクリル樹脂等のエラストマに熱伝導フィラーを含有させてシート状に成形した熱伝導シートを、例えば電子部品等の発熱源と、ヒートシンクや筐体パネル等といった放熱器との間に介在させることがなされている。その場合、発熱源が発生した熱を良好に放熱器に逃がすことができ、電子部品等の発熱源の過熱を抑制することができる。また、当該シートにフェライト等の磁性フィラーを含有させて熱伝導電磁波吸収シートとすれば、そのシートで前記電子部品等を覆うことで、前記電子部品等が発生した電磁波や前記電子部品等に外部から飛来する電磁波を吸収することができる。その場合、熱伝導シートに磁性フィラーを含有させたことで、金属材料で作成された放熱器がアンテナとして作用してしまうことも抑制することができる。
一方、前記エラストマのうちシリコーンゴムは、シロキサンガスを発生して電子機器に悪影響を与える可能性がある。そのため、シロキサンガスを発生しないアクリル系のエラストマを、基材とした熱伝導電磁波吸収シートの開発も種々なされている（例えば特許文献１参照。）。
ところが、特許文献１に記載の熱伝導電磁波吸収シートのように、リン系難燃剤を用いた場合、極めて多湿の過酷な環境下で使用された場合には、難燃剤が分解することによってシートが劣化する可能性がある。また、熱伝導電磁波吸収シートにリン系難燃剤を多量に含有させると、透磁率が低下し、電磁波吸収特性も低下する。
そこで、本発明は、ＵＬ−９４規格の難燃レベルにおいてＶ−２相当の難燃性を有し、かつ、良好な熱伝導性及び透磁率を有する熱伝導電磁波吸収シートを、リン系の難燃剤の使用を必須とせずに提供することを目的としてなされた。
前記目的を達するためになされた本発明は、アクリル酸エステルを含むモノマーを重合してなるポリマーに金属磁性酸化物を含有させてシート状に成形した熱伝導電磁波吸収シートであって、前記金属磁性酸化物として、平均粒径１〜１０μｍの金属磁性酸化物と平均粒径５０〜１００μｍの金属磁性酸化物とを９：１３〜１５：７の体積比で熱伝導電磁波吸収シート全体の５５〜６０ｖｏｌ％含有し、かつ、表面処理された難燃性フィラーを熱伝導電磁波吸収シート全体の８〜１０ｖｏｌ％含有したことを特徴としている。
本願出願人は、電磁波吸収フィラーであり、かつ、熱伝導フィラーでもある金属磁性酸化物を、アクリル酸エステルを含むモノマーを重合してなるポリマーに含有させることによって熱伝導電磁波吸収シートを作成し、その難燃性を調査した。その結果、平均粒径５０〜１００μｍの金属磁性酸化物を適宜の配合で含有させると、当該金属磁性酸化物がシートの燃焼中に凝集してポリマーと共に落下することによって、Ｖ−２相当の難燃性を確保することができることを発見した。このような大粒径の金属磁性酸化物は、平均粒径１〜１０μｍ程度の小粒径の金属磁性酸化物と共に含有させることが、シートの硬度を低下させて電子部品との密着性を確保でき、熱を効率よく伝達させることができる点や、製造時の混練を容易にする点で望ましい。また、これらの金属磁性酸化物は、適宜の難燃性フィラーと共にシートに含有させることが、難燃性を確保する上で望ましい。
そこで、本発明の熱伝導電磁波吸収シートは、前記小粒径の金属磁性酸化物と大粒径の金属磁性酸化物とを９：１３〜１５：７の体積比でシート全体の５５〜６０ｖｏｌ％含有し、かつ、表面処理された難燃性フィラーをシート全体の８〜１０ｖｏｌ％含有している。小粒径の金属磁性酸化物の配合が前記範囲よりも大きいと、Ｖ−２相当の難燃性が得られにくくなると共に、透磁率が低下して十分な電磁波吸収効果が得られない場合がある。大粒径の金属磁性酸化物の配合が前記範囲よりも大きいと、硬度が上昇し、生産性（混練性）が低下する場合がある。難燃性フィラーの配合が前記範囲よりも小さいと、Ｖ−２相当の難燃性が得られにくくなる。難燃性フィラーの配合が前記範囲よりも大きかったり表面処理されていないと、硬度が上昇し、生産性（混練性）が低下する場合がある。さらに、本発明の熱伝導電磁波吸収シートは、リン系難燃剤の使用を必須としていないので、耐湿性も確保することができる。
なお、本発明において、前記平均粒径５０〜１００μｍの金属磁性酸化物を、熱伝導電磁波吸収シート全体の２４ｖｏｌ％以上含有した場合、熱伝導電磁波吸収シートの透磁率を一層良好に向上させることができる。
なお、前記金属磁性酸化物はフェライトであってもよい。また、本発明の熱伝導電磁波吸収シートは、前記難燃性フィラーとして、高級脂肪酸処理された平均粒径０．５〜２μｍの水酸化マグネシウムと、チタネート処理された平均粒径１〜１０μｍの水酸化アルミニウムとを含有してもよい。これらの場合、一層良好に、高い透磁率と熱伝導率とを有し、Ｖ−２相当の難燃性を有し、かつ、低硬度で生産性も良好な熱伝導電磁波吸収シートが得られる。
［実施例の配合］
次に、本発明の実施の形態を、具体的実施例を挙げて説明する。本願出願人は、アクリル酸エステルを含むモノマーを重合してなるポリマーに、金属磁性酸化物としてのフェライトと、難燃性フィラーとしての水酸化アルミニウム又は水酸化マグネシウムの少なくとも一方とを含有させた熱伝導材を作成し、シート状に成形して熱伝導電磁波吸収シートとした。
次に、本発明の実施の形態を、具体的実施例を挙げて説明する。本願出願人は、アクリル酸エステルを含むモノマーを重合してなるポリマーに、金属磁性酸化物としてのフェライトと、難燃性フィラーとしての水酸化アルミニウム又は水酸化マグネシウムの少なくとも一方とを含有させた熱伝導材を作成し、シート状に成形して熱伝導電磁波吸収シートとした。
本願出願人は、各種熱伝導フィラー（フェライト，水酸化アルミニウム，水酸化マグネシウム）の配合や粒径，表面処理の有無を、下記の表１に示すように種々に変更して、特性の変化を調べた。なお、表１では、水酸化マグネシウムを「水酸化Ｍｇ」と、水酸化アルミニウムを「水酸化Ａｌ」と、それぞれ記している。これらのフィラーは、加熱時に結晶水を脱水させて熱伝導電磁波吸収シートの難燃性を向上させる難燃性フィラーである。
また、水酸化アルミニウムとしては、チタネート処理された平均粒径７μｍ（表１には単に「粒径」と表記：他も同様）で比重２．４２のものを使用した。水酸化マグネシウムとしては高級脂肪酸処理された平均粒径１．１μｍで比重２．３８のもの又は高級脂肪酸処理されていない（未処理）平均粒径３．５μｍで比重２．３８のものを使用した。また、フェライトとしては、Ｎｉ−Ｚｎ系ソフトフェライトを使用した。なお、平均粒径は、レーザー回折法、遠心沈降法、画像解析等の方法により測定することができるが、本実施形態では市販品の表示を参照した。当該表示によれば、水酸化マグネシウム・水酸化アルミニウム・小粒径フェライトについてはレーザー回折法、大粒径フェライトについては標準篩い（ＪＩＳ Ｚ ８８０１−１−２０００）にて測定された粒子径が、平均粒径とされている。
表１に示した実施例１〜４及び比較例１〜９の特性を表２に示す。なお表２において、生産性は次のように評価した。フィラーを基材に混練してシート化する作業が容易にできるものを○、シート化するのに多少の困難を伴うものを△とした。
［考察］
実施例１〜４は、いずれも、小粒径（平均粒径８μｍ）のフェライトと大粒径（平均粒径８０μｍ）のフェライトとを９：１３〜１５：７の体積比で熱伝導電磁波吸収シート全体の約５９ｖｏｌ％含有している。また、実施例１〜４は、いずれも、高級脂肪酸処理された水酸化マグネシウムを熱伝導電磁波吸収シート全体の３．４５ｖｏｌ％含有し、チタネート処理された水酸化アルミニウムを熱伝導電磁波吸収シート全体の５．６５ｖｏｌ％含有している。すなわち、難燃性フィラー（難燃剤）を、熱伝導電磁波吸収シート全体の約９ｖｏｌ％含有している。表２に示すように、これらの実施例では、１０ＭＨｚにおいて１０以上の良好な透磁率が得られた。また、これらの実施例では、１．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上の良好な熱伝導性が得られた。また、これらの実施例の熱伝導電磁波吸収シートは、アスカーＣ（ＡＳＫＥＲＣ）硬度が４０以下の柔軟性を有し、生産性も良好（○）であった。また、これらの実施例の熱伝導電磁波吸収シートは、難燃性がＶ−２相当であった。
これに対し、フェライトとして小粒径のもののみを含有させた場合、比較例１のように難燃剤を添加しなかったものはもちろんのこと、比較例３のように難燃剤を多少多く（約１０ｖｏｌ％）含有させてもＶ−２相当の難燃性が得られなかった。比較例４のように、実施例１〜４の１．５倍以上の難燃剤を含有させた場合は、Ｖ−２相当の難燃性が得られたが、透磁率が大幅に低下した。
これらの実験結果は、大粒径のフェライトが、シートの燃焼中に凝集してポリマーと共に落下することによって、Ｖ−２相当の難燃性を確保するのに寄与していることを示唆している。なお、このような大粒径のフェライトによる難燃性向上に関しては、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムから放出された結晶水により熱伝導電磁波吸収シートの強度が低下することが前提条件となっている可能性がある。また、小粒径のフェライトのみを含有させた場合、基材に対するフィラー（フェライト及び難燃剤）の混練性も悪く、良好な生産性が得られなかった。さらに、実施例１，２，４の比較からも分かるように、大粒径のフェライトの方が小粒径のフェライトに比べて透磁率の向上に大きく寄与する傾向がある。
一方、フィライトとして大粒径のもののみを含有させた場合や、大粒径のフェライトを小粒径のフェライトの２倍以上含有させた場合は、比較例５，７に示すように、フィラーを基材に充填することすらできなかった。比較例６に示すように、フェライトとして大粒径のもののみを含有させるものの、フェライト全体としての含有量を少なめに設定し、代わりに難燃剤を少し多めに（約１０ｖｏｌ％）含有させた場合、Ｖ−２相当の難燃性が得られた。しかし、この場合、透磁率が低く、かつ、生産性（混練性）も悪かった。
実施例１〜４のうち、小粒径のフェライトと大粒径のフェライトとを１：１の体積比で含有させた実施例１が、最も透磁率及び熱伝導率が高く、かつ、低硬度であった。なお、表２における総合評価（トータル）では、透磁率が１４．０以上で熱伝導率が１．４Ｗ／ｍ・Ｋ以上の実施例１〜３の総合評価を○とし、透磁率及び熱伝導率において劣る実施例４の総合評価を△とした。
一方、最も優れた特性を示した実施例１と同様に、小粒径のフェライトと大粒径のフェライトとを１：１の体積比で含有させた場合でも、比較例２のように難燃剤としての水酸化マグネシウムが表面処理されていないと、硬度が高くなり、混練性も悪かった。さらに、小粒径のフェライトと大粒径のフェライトとを１：１の体積比で含有させた場合でも、比較例８のように、難燃剤が約７ｖｏｌ％しか含有されていないとＶ−２相当の難燃性が得られなかった。また、小粒径のフェライトと大粒径のフェライトとを１：１の体積比で含有させた場合でも、比較例９のように難燃剤が約１１ｖｏｌ％も含有されると透磁率が１３．０まで低下し、硬度も５０と硬く、さらに、混練性も悪かった。
これらの比較例１〜９に対して、実施例１〜４は、小粒径のフェライトと大粒径フェライトとを９：１３〜１５：７の体積比で熱伝導電磁波吸収シート全体の約５９ｖｏｌ％含有し、かつ、表面処理された難燃剤をシート全体の８〜１０ｖｏｌ％含有している。このため、各実施例は、１１以上の透磁率と１．３Ｗ／ｍｋ以上の熱伝導率を有し、アスカーＣ硬度が４０以下で生産性（混練性）も良好で、Ｖ−２相当の難燃性も有している。従って、軟らかくて電子部品等に密着し、熱伝導性もよいので、電子部品等で発生した熱を良好に放熱器に逃がすことができる。また、透磁率も高いので、電子部品等が発生した電磁波や電子部品等に外部から飛来する電磁波を良好に吸収することができる。特に、実施例１〜３は、前記大粒径のフェライトを、２４ｖｏｌ％以上含有しているので、一層良好に透磁率を向上させることができ、前記電磁波を一層良好に吸収することができる。
さらに、実施例１〜４は、Ｖ−２相当の難燃性を有するため、前記電子部品等を使用した機器の安全性も向上させることができる。さらに、実施例１〜４は、リン系難燃剤の使用を必須としていないので、熱伝導電磁波吸収シートの耐湿性も確保することができる。また、実施例１〜４は、高級脂肪酸処理された水酸化マグネシウムを熱伝導電磁波吸収シート全体の３ｖｏｌ％以上含有しているので、一層良好に低硬度化されることができる。
［本発明の他の実施形態］
なお、本発明は前記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。例えば、小粒径のフェライトの平均粒径は、１〜１０μｍの範囲で変更しても同様の実験結果が得られるものと考えられる。大粒径のフェライトの平均粒径は、５０〜１００μｍの範囲で変更しても同様の実験結果が得られるものと考えられる。フェライト全体としての含有量は熱伝導電磁波吸収シート全体の５５〜６０ｖｏｌ％の範囲で変更しても同様の実験結果が得られるものと考えられる。さらに、金属磁性酸化物としてはフェライト以外のものを用いても同様の実験結果が得られるものと考えられる。
なお、本発明は前記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。例えば、小粒径のフェライトの平均粒径は、１〜１０μｍの範囲で変更しても同様の実験結果が得られるものと考えられる。大粒径のフェライトの平均粒径は、５０〜１００μｍの範囲で変更しても同様の実験結果が得られるものと考えられる。フェライト全体としての含有量は熱伝導電磁波吸収シート全体の５５〜６０ｖｏｌ％の範囲で変更しても同様の実験結果が得られるものと考えられる。さらに、金属磁性酸化物としてはフェライト以外のものを用いても同様の実験結果が得られるものと考えられる。
高級脂肪酸処理された水酸化マグネシウムの平均粒径は０．５〜２μｍの範囲で変更しても同様の実験結果が得られるものと考えられる。チタネート処理された水酸化アルミニウムの平均粒径は１〜１０μｍの範囲で変更しても同様の実験結果が得られるものと考えられる。難燃性フィラーとしては、他の難燃性フィラー（望ましくは水分を排出するタイプの難燃性フィラー）を使用しても同様の実験結果が得られるものと考えられる。各熱伝導フィラーの配合量は±１０％程度変更しても同様の実験結果が得られるものと考えられる。
また、ポリマーとしては、アクリル酸エステルを含むモノマーを重合してなるポリマーであれば種々のものを使用することができ、例えば、エチル（メタ）アクリレート、ｎ−プロピル（メタ）アクリレート、ｉ−プロピル（メタ）アクリレート、ｎ―ブチル（メタ）アクリレート、ｉ―ブチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ｎ−ヘキシル（メタ）アクリレート、ｎ−アミル（メタ）アクリレート、ｉ−アミル（メタ）アクリレート、オクチル（メタ）アクリレート、ｉ−オクチル（メタ）アクリレート、ｉ−ミリスチル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、ノニル（メタ）アクリレート、ｉ―ノニル（メタ）アクリレート、ｉ―デシル（メタ）アクリレート、トリデシル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレート、ｉ―ステアリル（メタ）アクリレート等のアクリル系モノマーを重合または共重合したものを使用することができる。なお、前記（共）重合する際に使用するアクリル酸エステルは、単独で用いる他、２種類以上併用してもよい。
更に、２官能アクリレート系の多官能モノマーとしては、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレート等を使用することができ、３官能基以上のアクリレート系としては、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート等を使用することができる。
Claims (4)
- アクリル酸エステルを含むモノマーを重合してなるポリマーに金属磁性酸化物を含有させてシート状に成形した熱伝導電磁波吸収シートであって、
前記金属磁性酸化物として、平均粒径１〜１０μｍの金属磁性酸化物と平均粒径５０〜１００μｍの金属磁性酸化物とを９：１３〜１５：７の体積比で熱伝導電磁波吸収シート全体の５５〜６０ｖｏｌ％含有し、かつ、表面処理された難燃性フィラーを熱伝導電磁波吸収シート全体の８〜１０ｖｏｌ％含有したことを特徴とする熱伝導電磁波吸収シート。 - 前記平均粒径５０〜１００μｍの金属磁性酸化物を、熱伝導電磁波吸収シート全体の２４ｖｏｌ％以上含有したことを特徴とする請求項１に記載の熱伝導電磁波吸収シート。
- 前記金属磁性酸化物として、フェライトを含有したことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱伝導電磁波吸収シート。
- 前記難燃性フィラーとして、高級脂肪酸処理された平均粒径０．５〜２μｍの水酸化マグネシウムと、チタネート処理された平均粒径１〜１０μｍの水酸化アルミニウムとを含有したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱伝導電磁波吸収シート。
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