JP2016154264A - 熱伝導性シート - Google Patents
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Abstract
【解決手段】メッシュシート14の互いに交差する線材14a,14bが網目を形成し、この線材14a,14bが交わる交点に、熱伝導性組成物12とメッシュシート14の界面への気泡の混入を抑制する気泡防止部18を形成した。気泡防止部18は融着部18aや圧着部18b等とすることができる。
【選択図】図3
Description
また、熱伝導性シートの形状が薄いほど熱伝導性が向上する。この観点からは、より薄い熱伝導性シートを用いることが好ましい。ところが、薄すぎると取付作業時に伸びや、破れ、しわの発生等の不都合が生じるおそれがあり、その取扱い性が低下する。
網目状補強材は、網目が形成されていることにより、熱伝導性を有するゴムやゲル層がその孔を通じて網目状補強材を貫通するため熱伝導性を良好にする。そして、単に貫通孔が形成されているフィルム状やシート状物と比較して、網目状補強材で繊維が織り込まれた構成をとっていることから補強効果が発揮され、熱伝導性能の向上のために更に薄く形成しても、好適に用いられるものと考えられる。
上記のような課題を解決するためになされたのが本発明であり、その目的は、網目状補強材を備えて取扱い性を良好にした熱伝導性シートについて、製造時に気泡の混入を発生し難くして容易に製造できる熱伝導性シートを提供することにある。
また、気泡の混入を無くして熱伝導性が良く、高強度で破れにくい熱伝導性シートを提供することにある。
樹脂組成物と熱伝導性フィラーとを含む熱伝導性組成物が、メッシュシートの両面を被覆して熱伝導層を形成する熱伝導性シートについて、メッシュシートが経糸と緯糸の互いに交差する2方向の線材のみで網目を形成し、メッシュシートの厚みが該経糸と該緯糸の線径の合計の50%〜90%の長さであって、前記線材の交点に、経糸と緯糸が交差する隙間を減じて熱伝導性組成物とメッシュシートの界面への気泡の混入を抑制する気泡防止部を備える熱伝導性シートである。
また、網目状補強材としてメッシュシートを採用したことから、その貫通孔を熱伝導性組成物が容易に貫通し、熱伝導性シートの一方側面から他方側面まで連続して熱伝導層を形成することができる。そのため、熱の伝導をメッシュシートで遮ることなく、熱伝導層に起因した熱伝導性能を発揮することができる。
さらに、熱伝導層とメッシュシートとの界面で空気の混入を抑制する気泡防止部を備えるため、熱伝導性シートの製造時に線材の交点においても熱伝導性組成物が容易に流れ込み、気泡を発生し難くすることができる。
また、メッシュシートの厚みが経糸と緯糸の線径の合計の50%〜90%の長さとすれば、経糸と緯糸との交点において、経糸と緯糸が単純に重なるのではなく、経糸と緯糸が潰れているか、一体となっているか等の何らかの交点処理が施されているため、メッシュシートの厚み自体を薄くできるだけでなく、網目をつくる貫通孔の表面積が減って、熱伝導性シートに気泡残りを起こしにくい。
そして、前記線材の交点に、経糸と緯糸が交差する隙間を減じて熱伝導性組成物とメッシュシートの界面への気泡の混入を抑制する気泡防止部を備えているため、熱伝導性シートの製造時に気泡を発生し難くすることができる。
また、網目状補強材としてメッシュシートを採用したことから、その貫通孔を熱伝導性組成物が容易に貫通し、熱伝導性シートの一方側面から他方側面まで連続して熱伝導層を形成することができる。そのため、熱の伝導をメッシュシートで遮ることなく、熱伝導層に起因した熱伝導性能を発揮することができる。
さらに、熱伝導層とメッシュシートとの界面で空気の混入を抑制する気泡防止部を備えるため、熱伝導性シートの製造時に線材の交点においても熱伝導性組成物が容易に流れ込み、気泡を発生し難くすることができる。
メッシュシートの交点が熱融着または溶接されているため、その交点が目止め処理されていない通常のメッシュシートに比べて、交点部分が扁平化するとともに、交点部分での隙間がほとんどなくなる。そのため、熱伝導性シートの製造時に交点で気泡が発生し難くなり、空気の混入を抑制することができる。
熱伝導層を粘着層と非粘着層との積層物としたため、一方面を粘着面とし他方面を非粘着面とすることができるので、電子部品への組付け作業が容易な熱伝導性シートとすることができる。
また、メッシュシートの交点に気泡防止部を備えるため、熱伝導層内に気泡が混入し難い熱伝導性シートである。
図1には熱伝導性シート11の平面図を示す。熱伝導性シート11は、ICやCPUなどの発熱体や、ヒートシンクやヒートパイプなどの放熱体と良好な密着性を有する電子機器用部品であり、図2の断面図に示すように、シート状の熱伝導層15の内部にメッシュシート14が埋設されている。
本実施形態では、取扱い性の向上のために、熱伝導層15を粘着層13と非粘着層12の2層構成としており、メッシュシート14は熱伝導層15の中でも非粘着層12の部分に埋設されている。非粘着層12は、格子状のメッシュシート14に形成された網目(貫通孔)を挿通しており、粘着層13側の一方面(粘着層13との界面)と外面側の他方面(外面)とが連続している。
また、メッシュシート14の交点には気泡の混入を防止する気泡防止部18を形成している。
メッシュシート14が熱伝導層15に埋設された状態を示す模式図を図3に示す。
この熱伝導層15のうち粘着層13は、粘着性を有しており、被着対象物と容易に粘着する。一方、非粘着層12は、非粘着層12どうしを加圧せずに接触させても付着しにくく、作業者の手に触れても粘着しにくい。また、非粘着層12は加圧されて付着しても剥がれやすい。
粘着層13と非粘着層12は、樹脂組成物の架橋剤の割合だけ異なるように配合することにより、容易に粘着層13と非粘着層12とに分けて成形することができ、粘着層13と非粘着層12との密着性も良好な熱伝導層15とすることができる。但し、粘着層13と非粘着層12を異種材質のものから構成してもよい。
一方、粘着層13のE高度は、熱伝導性シート11の取扱い性の観点から60〜90が好ましい。
更に、前記高分子基材は、こうした主剤と硬化剤のうち、硬化剤を含まない主剤だけであっても良い。したがって、本発明において、樹脂組成物または高分子基材といっても、一般的に樹脂や高分子と称される程度の高分子量であることを必ずしも要しない。
網目の形状は限定せず、網目はメッシュシート14の表側から裏側に至るものであれば良いが、網目となる貫通孔がメッシュシート14の面直方向に沿って形成されたものが好ましく、その点で畳織よりは平織が好ましい。
また、メッシュを構成する線材はメッシュシート14の面直方向での重なりが少ない方が好ましく、この点で紋織よりは平織が好ましい。
さらに、網目は規則的に形成される方が均一な熱伝導性能を与えることから好ましく、この点で不織布や編み物よりも織物が好ましい。
そして、線材の交点付近に熱伝導性組成物が入り込みにくい隙間を小さくできる点で
経糸と緯糸の2方向の線材のみからなり線材同士が重なる交点が1本の経糸と1本の緯糸のみからなる図4で示すメッシュシート14が最も好ましい。
メッシュシート14の交点を熱融着する場合や圧着する場合は、熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。
線材どうしを単に交差させただけの交点においては、図5で示すメッシュシート4のように、経糸4aと緯糸4bの接触面積は小さく、その交点付近にできる隙間Aが大きくなる。この隙間Aがあると樹脂組成物でメッシュシート4を被覆する際に隙間Aに気泡が入りやすくなる。これに対し、この隙間Aを減じることで、樹脂組成物がメッシュシート14を被覆した際に気泡が残ることを妨ぐため、気泡防止部18は隙間Aを減らしている構成ということができる。
潰れ部18は、経糸14aと緯糸14bの交点が熱融着または溶接された融着部18aとして形成される。熱融着も溶接も線材を溶かして固着させることを意味し、線材が熱可塑性樹脂であれば熱融着、線材が金属であれば溶接により線材を溶かして固着することができる。
潰れ部18はまた、図7で示すように、交点が圧着されたことによる圧着部18bとしても形成される。
圧着の場合は、プレス機やカレンダー(圧延)加工機、ロール等により線材の交点に対し圧着加工を行うことができるが、圧着済みの市販のメッシュシート14を用いることもできる。
金属製と樹脂製のメッシュシート14を比較すると、金属製の方が熱伝導性シートの補強効果に優れるため、薄いメッシュシート14とすることができる。
作業性、製造のし易さから、メッシュシート14の孔が埋まらない程度の全面に樹脂被膜部18cが形成されていても良い。樹脂被膜の材質としては、例えば、シリコーン系、アクリル系、ポリウレタン系、エポキシ系、ポリイソブチレン系等の液状組成物、液状ポリマー、塗料、インク、接着剤などを用いることができる。この中でも熱伝導層と同材質を用い得ること、柔軟性を有することから、シリコーン系、ポリウレタン系、ポリイソブチレン系を用いることが好ましい。
ここで、樹脂製メッシュシートとすれば、樹脂被膜を形成し易いというメリットが得られ、金属製メッシュシートとすれば、優れた補強効果を有し、より薄型化できる。
まず樹脂組成物と熱伝導性フィラーを攪拌機で混合して粘着層13用の熱伝導性組成物(以下、「粘着層組成物17」という。)を用意する。その一方で、硬化剤の添加量を粘着層組成物17よりも多くした非粘着層12用の熱伝導性組成物(以下、「非粘着層組成物16」という。)を用意する。
次に、図9で示すように、コンベアー1に載置するフィルムシート2の上方に僅かに浮いた状態でメッシュシート14を配置する。そして図10で示すように、そのメッシュシート14が浸るように、非粘着層組成物16をフィルムシート2上に塗布してシーティングする。さらに図11で示すように、粘着層組成物17を塗布してシーティングする。こうした過程において、非粘着層組成物16の粘度を調整したり、適当な開口率を有するメッシュシート14を選択したりすることにより、非粘着層組成物16がメッシュシート14の貫通孔を挿通し、メッシュシート14の上下面(表裏面)に非粘着層12が形成されるようにしている。
その後、両熱伝導性組成物を硬化させて成形することで、非粘着層12と粘着層13とが積層した熱伝導層16を形成し、非粘着層12中にメッシュシート14が埋設した熱伝導性シート11を得ることができる。
上記実施形態では、熱伝導層15を粘着層13と非粘着層12とからなる積層構成とし、その非粘着層12の内部にメッシュシート14を埋設したが、本実施形態で示す熱伝導性シート21は、図12に示すように、粘着層13の内部にメッシュシート14を埋設している。
熱伝導性シート21の製造は次のように行うことができる。
非粘着層12の内部にメッシュシート14を埋設した先の実施形態で示した熱伝導性シート11の製造において非粘着層12へメッシュシート14を埋設した工程と同様にして粘着層13へメッシュシート14を埋設する。また、非粘着層12へ粘着層13を積層する工程と同様にして粘着層13へ非粘着層12を積層する工程を行う。こうして熱伝導性シート21の製造を行う。
また、粘着層13を非粘着層12に比べて厚く形成すれば、粘着層13内部にメッシュシート14を埋設しても、その粘着層13の外面及び非粘着層12との界面では柔らかさを保ち、粘着層13に起因した熱伝導性能を発揮し易くすることができる。
本記実施形態で示す熱伝導性シート31は、図13に示すように、粘着層13と非粘着層12との界面付近にメッシュシート14を埋設している。
熱伝導性シート31の製造は、まず非粘着層12となる非粘着層組成物16をフィルムシート2上に塗布する。続いて塗布した非粘着層組成物16の上にめり込むようにメッシュシート14を押圧配置する。そしてメッシュシート14が半分程度浸った非粘着層組成物16の上に粘着層組成物17を塗布してシーティングする。その後、両熱伝導性組成物を硬化させて成形することで、非粘着層12と粘着層13とが積層した界面にメッシュシート14が埋設した熱伝導性シート31を得ることができる。
なお、非粘着層12と粘着層13の塗布工程の順序を変えて製造しても良い。
図14で示すように、熱伝導層15を粘着層13のみで形成することができ、また、図15で示すように、熱伝導層15を非粘着層12のみで形成することができる。こうした場合のメッシュシート14は、粘着層13または非粘着層12に埋設される。
熱伝導層15を粘着層13のみとすれば、被着体との密着性が向上し、熱伝導性能を高めることができる。この場合、取扱い性を考慮して、より強度の高い金属製のメッシュシートを用いることが好ましい。熱伝導層15を非粘着層12のみとすれば、シート表面に粘着性が無く組付け作業が容易になる。そして、熱伝導層15を2層構成としない分、製造コストを抑えることができる。
実施例1
図2に示す構成を有する熱伝導性シートを以下の工程に従って製造した。
まず、樹脂組成物としての液状のシリコーンポリマー100質量部に、熱伝導性フィラーとしての酸化アルミニウム粒子(平均粒径50μm)200質量部と水酸化アルミニウム粒子(平均粒径50μm)200質量部とを混合し、プラネタリーミキサーによって脱泡を行いつつ30分間混練し、粘着層を形成する粘着層組成物を調製した。また、硬化剤の配合量を多くした非粘着層組成物も同様に調製した。こうした粘着層組成物と非粘着層組成物から試験片を作製し、E硬度を測定したところ、粘着層は5であり、非粘着層は70であった。
非粘着層を形成していない点を除き、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3
実施例1のメッシュシートに代えて、交点が圧着された圧着部を有する金属製メッシュシート(線径80μm、開口238μm、開口率56%、厚さ230μm)を用いた以外は実施例1と同様にして熱伝導性シートを作製した。
実施例4
実施例1のメッシュシートに代えて、交点の目止め処理が施されていないPET製メッシュシート(線径71μm、開口292μm、開口率65%、厚さ125μm)を用い、予めそのメッシュシートの全面に渡ってシリコーン系塗料を塗布して乾燥させ、交点を含む略全面にシリコーン系樹脂被膜を形成した。それ以外は、実施例1と同様にして熱伝導性シートを作製した。
メッシュシートを用いていない点を除き、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
非粘着層を形成していない点を除き、比較例1と同様にして熱伝導性シートを作製した。
比較例3
実施例1のメッシュシートに代えて、交点が目止め処理されていないPET製メッシュシート(線径71μm、開口292μm、開口率65%、厚さ125μm)を用いた以外は実施例1と同様にして熱伝導性シートを作製した。
(気泡の確認)
各例の熱伝導性シートの気泡の有無を、走査型電子顕微鏡(SEM)で各例の表面状態を観察することで確認した。メッシュシートを埋設した熱伝導性シートについては、その影響をより明確に確認するためにメッシュシートに近い側の表面を観察した。
一例として、図16には実施例1のSEM画像を示し、図17には比較例3のSEM画像を示す。表1における「気泡」の項目中、「有」は図17のように気泡が確認されたことを表し、「無」は図16のように目立った気泡が確認されなかったことを表す。なお、ここで「有」のものは、数十μm〜数百μm程度、具体的には、50μm〜300μm程度の気泡が確認された。
(厚さ)
各例の熱伝導性シートの厚さをシックネスゲージにより測定した。その結果を表1中の「厚さ」欄に示す。
各例の熱伝導性シートを引張試験用の試験片にカットし、日本工業規格であるJISK6251に準拠して引張試験を行い、引張強度を求めた。
(熱抵抗)
各例の熱伝導性シートについて熱抵抗を測定した。図18で示すように、基板B上の発熱体Hと放熱体Rの間に各例の試験片S(各例の熱伝導性シートを10mm×10mmの寸法にカットしたもの)を挟持し、放熱体R上に重りWを載置して一定荷重(20N)を試験片Sに加えた。そして、発熱体Hが発熱した状態で10分間放置した後、試験片における発熱体H側の外面の温度T1と放熱体R側の外面の温度T2とを測定機Mで測定した。そして、下記式(1)により試験片Sの熱抵抗値を算出した。発熱体Hは通常、CPUに代表される電子部品であるが、シートの性能評価の簡素化および迅速化のため、本試験では発熱体として発熱量が4Wであるヒータを用いた。
熱抵抗値(℃/W)=(T1(℃)−T2(℃))/発熱量(W)…(1)
一方、比較例1及び比較例2の熱伝導性シートについては、引張強度が弱く、取扱いし難いものであった。また、比較例3の熱伝導性シートについては、取扱い性は良好であったが気泡が確認された。
また、実施例1〜実施例4を比較例3と対比した気泡の有無の結果から、気泡防止部を備えていれば気泡は殆ど確認されなかったが、気泡防止部を備えていないと気泡が認められた。
2 フィルムシート
3 ブレード
4 メッシュシート
4a 経糸
4b 緯糸
11,21,31,41,51 熱伝導性シート
12 非粘着層
13 粘着層
14 メッシュシート
14a 経糸
14b 緯糸
15 熱伝導層
16 非粘着層組成物
17 粘着層組成物
18 気泡防止部
18a 融着部
18b 圧着部
18c 樹脂被膜部
A 隙間
S 試験片
R 放熱体
H 発熱体
W 重り
M 測定機
Claims (10)
- 樹脂組成物と熱伝導性フィラーとを含む熱伝導性組成物が、メッシュシートの両面を被覆して熱伝導層を形成する熱伝導性シートにおいて、
熱伝導層は、熱伝導性組成物がメッシュシートの厚み方向で貫通して形成されており、
メッシュシートが、経糸と緯糸の互いに交差する2方向の線材のみで網目を形成し、メッシュシートの厚みが該経糸と該緯糸の線径の合計の50%〜90%の長さであって、前記線材の交点に、経糸と緯糸が交差する隙間を減じて熱伝導性組成物とメッシュシートの界面への気泡の混入を抑制する気泡防止部を備えており、
該気泡防止部が線材の交点で線材が潰れた潰れ部であることを特徴とする熱伝導性シート。
- 樹脂組成物と熱伝導性フィラーとを含む熱伝導性組成物が、メッシュシートの両面を被覆して熱伝導層を形成する熱伝導性シートにおいて、
熱伝導層は、熱伝導性組成物がメッシュシートの厚み方向で貫通して形成されており、
メッシュシートが、互いに交差する線材で網目を形成し、
前記線材が交わる交点に、熱伝導性組成物とメッシュシートの界面への気泡の混入を抑制する気泡防止部を備えており、
該気泡防止部が線材の交点で線材が潰れた潰れ部であることを特徴とする熱伝導性シート。
- 熱伝導性フィラーは熱伝導層に対して一定方向に配向したものである請求項1又は請求項2記載の熱伝導性シート。
- 熱伝導性フィラーが炭素繊維である請求項1〜請求項3何れか1項記載の熱伝導性シート。
- 前記メッシュシートの網目の幅が、網目をなす経糸または緯糸の線径の5倍〜40倍に形成される請求項1〜請求項4何れか1項記載の熱伝導性シート。
- 気泡防止部が前記交点で前記線材を熱融着または溶接した融着部である請求項1〜請求項5何れか1項記載の熱伝導性シート。
- 気泡防止部が前記交点で前記線材を圧着した圧着部である請求項1〜請求項5何れか1項記載の熱伝導性シート。
- 気泡防止部が前記交点を被覆した樹脂被膜部である請求項1〜請求項5何れか1項記載の熱伝導性シート。
- 熱伝導層を粘着層と非粘着層との積層物で形成し、
メッシュシートを粘着層内、非粘着層内、または粘着層と非粘着層との界面の何れかに埋設した請求項1〜請求項8何れか1項記載の熱伝導性シート。
- メッシュシートが熱伝導層の外面側に埋設されている請求項1〜請求項9何れか1項記載の熱伝導性シート。
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