JP2020013872A - 熱伝導性シートの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】成形体シートの表面に効率よくバインダ樹脂の未硬化成分を滲み出させて、密着性を向上された熱伝導性シートの製造方法を提供する。【解決手段】バインダ樹脂に熱伝導性フィラーが含有された熱伝導性樹脂組成物を所定の形状に成型して硬化させ、熱伝導性成形体を形成する工程と、前記熱伝導性成形体をシート状にスライスし、成形体シートを形成する工程と、減圧環境下で前記成形体シートをプレスすることにより、前記成形体シートのシート本体から滲み出た前記バインダ樹脂の未硬化成分で前記成形体シートの表面を被覆する工程とを有する。【選択図】図１

Description

本技術は、電子部品等に貼り付け、その放熱性を向上させる熱伝導性シートの製造方法に関する。
従来、パーソナルコンビュータ等の各種電気機器やその他の機器に搭載されている半導体素子においては、駆動により熱が発生し、発生した熱が蓄積されると半導体素子の駆動や周辺機器へ悪影響が生じることから、各種冷却手段が用いられている。半導体素子等の電子部品の冷却方法としては、当該機器にファンを取り付け、機器筐体内の空気を冷却する方式や、その冷却すべき半導体素子に放熱フィンや放熱板等のヒートシンクを取り付ける方法等が知られている。
半導体素子にヒートシシクを取り付けて冷却する場合、半導体素子の熱を効率よく放出させるために、半導体素子とヒートシンクとの聞に熱伝導性シートが設けられている。熱伝導性シートとしては、シリコーン樹脂に炭素繊維等の熱伝導性フィラー等の充填剤を分散含有させたものが広く用いられている（特許文献１参照）。これら熱伝導性フィラーは、熱伝導の異方性を有しており、例えは熱伝導性フィラーとして炭素繊維を用いた場合、繊維方向には約６００Ｗ／ｍ・Ｋ〜１２００Ｗ/ｍ・Ｋの熱伝導率を有し、窒化ホウ素を用いた場合には、面方向では約１１０Ｗ/ｍ・Ｋ、面方向に垂直な方向では約２Ｗ/ｍ・Ｋの熱伝導率を有し、異方性を有することが知られている。
特開２０１２−０２３３３５号公報 特開２０１５−０２９０７６号公報 特開２０１５−０２９０７５号公報
ここで、パーソナルコンビュータのＣＰＵなどの電子部品はその高速化、高性能化に伴って、その放熱量は年々増大する傾向にある。しかしながら、反対にプロセッサ等のチップサイズは微細シリコシ回路技術の進歩によって、従来と同等サイズかより小さいサイズとなり、単位面積あたりの熱流速は高くなっている。したがって、その温度上昇による不具合などを回避するために、ＣＰＵなどの電子部品をより効率的に放熱、冷却することが求められている。
熱伝導シートの放熱特性を向上するためには、熱の伝わりにくさを示す指標である熱抵抗を下げることが求められる。熱抵抗を下げるためには、発熱体である電子部品や、ヒートシシク等の放熱体に対する密着性の向上や、熱伝導シートを薄くして熱抵抗を下げさせることが有効となる。
熱伝導成形体を薄くスライスし熱伝導性シートとした場合、スライスしたシート表面は凹凸があり、密着性が乏しい。密着性が乏しいと実装工程において部品に対して密着しないことによって部品から落下する等の不具合が生じ、また、発熱体である電子部品やヒートシシク等の放熱体と密着性が悪いことにより空気を含んでしまい、熱抵抗を十分に下げることができないといった問題がある。
このような問題に対して、熱伝導成形体をスライスして作製した熱伝導シートの表面をプレスしたり、長時間静置したりすることでバインダ樹脂の未硬化成分を表面に滲み出させて熱伝導性シートと電子部品の密着性を改善する技術も提案されている（特許文献２、３参照）。
しかし、薄い熱伝導性シートは、厚い熱伝導性シートに比べてシート中に存在するバインダ樹脂の未硬化成分が少なく、プレスしても十分にシート表面に滲み出ず、シート表面に均一にバインダが滲み出ずに熱伝導シート表面の場所によって密着性のばらつきが生じ、熱抵抗が上昇してしまうという問題があった。
また、薄くスライスした熱伝導性シートは、未硬化成分を多く含む柔らかいシートであると、電子部品と放熱部材との間に長時間加圧されると、伸びが生じて形状を維持できないといった問題もある。一方、硬い熱伝導性シートとすると、バインダ樹脂の未硬化成分が少なく、プレスしても滲み出しにくく、シート表面を覆い密着性を改善するまでには至らない。このような問題は、熱伝導性シートを静置した場合も同様で、密着性が不十分となる問題があった。
そこで、本技術は、成形体シートの表面に効率よくバインダ樹脂の未硬化成分を滲み出させて、密着性を向上された熱伝導性シートの製造方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本技術に係る熱伝導性シートの製造方法は、バインダ樹脂に熱伝導性フィラーが含有された熱伝導性樹脂組成物を所定の形状に成型して硬化させ、熱伝導性成形体を形成する工程と、前記熱伝導性成形体をシート状にスライスし、成形体シートを形成する工程と、減圧環境下で前記成形体シートをプレスすることにより、前記成形体シートのシート本体から滲み出た前記バインダ樹脂の未硬化成分で前記成形体シートの表面を被覆する工程とを有するものである。
本技術によれば、熱伝導性シートは、減圧環境下で成形体シートをプレスすることにより、シート本体に担持されていたバインダ樹脂の未硬化成分を効率よく滲み出させてシート表面を被覆することができる。
図１は、本技術が適用された熱伝導性シートを示す断面図である。 図２は、熱伝導性成形体をスライスする工程の一例を示す斜視図である。 図３は、剥離フィルムを貼付した成形体シートを減圧環境下でプレスする工程を示す断面図である。 図４は、半導体装置の一例を示す断面図である。
以下、本技術が適用された熱伝導性シートの製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本技術は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
本技術が適用された熱伝導性シートの製造方法は、バインダ樹脂に熱伝導性充填剤が含有された熱伝導性樹脂組成物を所定の形状に成型して硬化させ、熱伝導性成形体を形成する工程（工程Ａ）と、前記熱伝導性成形体をシート状にスライスし、成形体シートを形成する工程（工程Ｂ）と、減圧環境下で前記成形体シートをプレスすることにより、前記成形体シートのシート本体から滲み出た前記バインダ樹脂の未硬化成分で前記成形体シートの表面を被覆する工程（工程Ｃ）とを有する。
前記工程を経て製造された熱伝導性シートは、成形体シートのシート本体に反応に寄与しないバインダ樹脂の未硬化成分が担持されており、減圧環境下で前記成形体シートをプレスすることにより、シート本体に担持されていたバインダ樹脂の未硬化成分を効率よく滲み出させてシート表面を被覆することができる。
これにより、本技術によれば、薄く切り出され、バインダ樹脂の未硬化成分を多く含まないシート本体からもシート表面の全面にわたって未硬化成分を滲み出させて被覆することができる。また、バインダ樹脂の硬化が進み、比較的硬く形状維持性に優れる反面、バインダ樹脂の未硬化成分を多く含まないシート本体からも、シート表面の全面にわたって未硬化成分を滲み出させて被覆することができる。
したがって、本技術によって製造された熱伝導性シートによれば、シート表面の凹凸にかかわらず、電子部品や放熱部材との密着性を向上させ、熱抵抗を小さくできる。また、本技術によって製造された熱伝導性シートによれば、電子部品や放熱部材と密着させるための粘着剤をシート表面に塗布する必要が無く、シートの熱抵抗が大きくならない。さらに、バインダ樹脂に熱伝導性フィラーを含有させた熱伝導シートでは、低荷重領域からの熱抵抗を小さくできるだけでなく、タック力（粘着力）が優れており、実装性、熱特性も向上させることができる。
［熱伝導性シートの構成］
図１に本技術が適用された熱伝導性シート１を示す。熱伝導性シート１は、少なくとも高分子マトリックス成分と熱伝導性充填剤とを含むバインダ樹脂が硬化されてなるシート本体２を有する。シート本体２の両面には、シート本体２から滲み出たバインダ樹脂の未硬化成分によって被覆されることにより、樹脂被覆層５が形成されている。そして、熱伝導性シート１は、シート本体２の両面に、剥離フィルム３が貼着され、剥離フィルム３とシート本体２との間に樹脂被覆層５を構成するバインダ樹脂の未硬化成分が保持されている。
熱伝導性シート１のシート本体２の両面は、樹脂被覆層５が形成されることにより粘着性を有し、使用の際に剥離フィルム３を剥離することにより所定の位置に貼付可能とされるとともに、シート本体２の表面に凹凸がある場合にも、樹脂被覆層５を介して電子部品や放熱部材との密着性が向上されている。
（高分子マトリックス成分）
シート本体２を構成する高分子マトリックス成分は、熱伝導性シート１の基材となる高分子成分のことである。その種類については、特に限定されず、公知の高分子マトリックス成分を適宜選択することができる。例えば、高分子マトリックス成分の一つとして、熱硬化性ポリマーが挙げられる。
前記熱硬化性ポリマーとしては、例えば、架橋ゴム、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン、ポリイミドシリコーン、熱硬化型ポリフェニレンエーテル、熱硬化型変性ポリフェニレンエーテル等が挙げられる。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。
なお、前記架橋ゴムとしては、例えば、天然ゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム、水添ニトリルゴム、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、ポリイソブチレンゴム、シリコーンゴム等が挙げられる。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。
また、これら熱硬化性ポリマーの中でも、成形加工性及び耐候性に優れるとともに、電子部品に対する密着性及び追従性の点から、シリコーン樹脂を用いることが好ましい。前記シリコーン樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じてシリコーン樹脂の種類を適宜選択することができる。
上述した成形加工性、耐候性、密着性等を得る観点からは、前記シリコーン樹脂として、液状シリコーンゲルの主剤と、硬化剤とから構成されるシリコーン樹脂であることが好ましい。そのようなシリコーン樹脂としては、例えば、付加反応型液状シリコーン樹脂、過酸化物を加硫に用いる熱加硫型ミラブルタイプのシリコーン樹脂等が挙げられる。これらの中でも、電子機器の放熱部材としては、電子部品の発熱面とヒートシンク面との密着性が要求されるため、付加反応型液状シリコーン樹脂が特に好ましい。
前記付加反応型液状シリコーン樹脂としては、ビニル基を有するポリオルガノシロキサンを主剤、Ｓｉ−Ｈ基を有するポリオルガノシロキサンを硬化剤とした、２液性の付加反応型シリコーン樹脂等を用いることが好ましい。
ここで、液状シリコーン成分は、主剤となるシリコーンＡ液成分と硬化剤が含まれるシリコーンＢ液成分を有し、シリコーンＡ液成分とシリコーンＢ液成分との配合割合としては、シリコーンＡ液成分量がシリコーンＢ液成分量以上に含まれていることが好ましい。これにより、熱伝導性シート１は、シート本体２に柔軟性を付与するとともに、プレス工程によってシート本体２の表面２ａ，２ｂにバインダ樹脂（高分子マトリックス成分）の未硬化成分を滲み出させ、樹脂被覆層５を形成することができる。
また、本発明の熱伝導シートにおける前記高分子マトリックス成分の含有量は、特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができるが、シートの成形加工性や、シートの密着性等を確保する観点からは、１５体積％〜５０体積％程度であることが好ましく、２０体積％〜４５体積％であることがより好ましい。
［熱伝導性充填剤］
熱伝導性シート１に含まれる熱伝導性充填剤は、シートの熱伝導性を向上させるための成分である。熱伝導性充填剤の種類については、熱伝導性の高い材料であれば特に限定はされず、例えば、炭素繊維等の繊維状の熱伝導性充填剤、銀、銅、アルミニウム等の金属、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、グラファイト等のセラミックス等が挙げられる。これらの繊維状の熱伝導性充填剤の中でも、より高い熱伝導性を得られる点からは、炭素繊維を用いることが好ましい。
なお、熱伝導性充填剤については、一種単独でもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。また、二種以上の熱伝導性充填剤を用いる場合には、いずれも繊維状の熱伝導性充填剤であってもよいし、繊維状の熱伝導性充填剤と別の形状の熱伝導性充填剤とを混合して用いてもよい。
前記炭素繊維の種類について特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、ピッチ系、ＰＡＮ系、ＰＢＯ繊維を黒鉛化したもの、アーク放電法、レーザー蒸発法、ＣＶＤ法（化学気相成長法）、ＣＣＶＤ法（触媒化学気相成長法）等で合成されたものを用いることができる。これらの中でも、高い熱伝導性が得られる点から、ＰＢＯ繊維を黒鉛化した炭素繊維、ピッチ系炭素繊維がより好ましい。
また、前記炭素繊維は、必要に応じて、その一部又は全部を表面処理して用いることができる。前記表面処理としては、例えば、酸化処理、窒化処理、ニトロ化、スルホン化、あるいはこれらの処理によって表面に導入された官能基若しくは炭素繊維の表面に、金属、金属化合物、有機化合物等を付着あるいは結合させる処理等が挙げられる。前記官能基としては、例えば、水酸基、カルボキシル基、カルボニル基、ニトロ基、アミノ基等が挙げられる。
さらに、前記炭素繊維の平均繊維長（平均長軸長さ）についても、特に制限はなく適宜選択することができるが、確実に高い熱伝導性を得る点から、５０μｍ〜３００μｍの範囲であることが好ましく、７５μｍ〜２７５μｍの範囲であることがより好ましく、９０μｍ〜２５０μｍの範囲であることが特に好ましい。
さらにまた、前記炭素繊維の平均繊維径（平均短軸長さ）についても、特に制限はなく適宜選択することができるが、確実に高い熱伝導性を得る点から、４μｍ〜２０μｍの範囲であることが好ましく、５μｍ〜１４μｍの範囲であることがより好ましい。
前記炭素繊維のアスペクト比（平均長軸長さ／平均短軸長さ）については、確実に高い熱伝導性を得る点から、８以上であることが好ましく、９〜３０であることがより好ましい。前記アスペクト比が８未満であると、炭素繊維の繊維長（長軸長さ）が短いため、熱伝導率が低下してしまうおそれがあり、一方、３０を超えると、熱伝導シート中での分散性が低下するため、十分な熱伝導率を得られないおそれがある。
ここで、前記炭素繊維の平均長軸長さ、及び平均短軸長さは、例えばマイクロスコープ、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等によって測定し、複数のサンプルから平均を算出することができる。
また、熱伝導性シート１における前記繊維状の熱伝導性充填剤の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、４体積％〜４０体積％であることが好ましく、５体積％〜３５体積％であることがより好ましい。前記含有量が、４体積％未満であると、十分に低い熱抵抗を得ることが困難になるおそれがあり、４０体積％を超えると、熱伝導性シート１の成型性及び前記繊維状の熱伝導性充填剤の配向性に影響を与えてしまうおそれがある。また、熱伝導性シート１における繊維状の熱伝導性充填剤を含む熱伝導フィラーの含有量は、１５体積％〜７５体積％であることが好ましい。
［無機物フィラー］
熱伝導性シート１は、熱伝導性充填剤として、無機物フィラーをさらに含有させてもよい。無機物フィラーを含有させることにより、熱伝導性シート１の熱伝導性をより高め、シートの強度を向上できる。前記無機物フィラーとしては、形状、材質、平均粒径等については特に制限がされず、目的に応じて適宜選択することができる。前記形状としては、例えば、球状、楕円球状、塊状、粒状、扁平状、針状等が挙げられる。これらの中でも、球状、楕円形状が充填性の点から好ましく、球状が特に好ましい。
前記無機物フィラーの材料としては、例えば、窒化アルミニウム（窒化アルミ：ＡｌＮ）、シリカ、アルミナ（酸化アルミニウム）、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、金属粒子等が挙げられる。これらは、一種単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。これらの中でも、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、シリカが好ましく、熱伝導率の点から、アルミナ、窒化アルミニウムが特に好ましい。
また、前記無機物フィラーは、表面処理が施されたものを用いることができる。前記表面処理としてカップリング剤で前記無機物フィラーを処理すると、前記無機物フィラーの分散性が向上し、熱伝導シートの柔軟性が向上する。
前記無機物フィラーの平均粒径については、無機物の種類等に応じて適宜選択することができる。前記無機物フィラーがアルミナの場合、その平均粒径は、１μｍ〜１０μｍであることが好ましく、１μｍ〜５μｍであることがより好ましく、４μｍ〜５μｍであることが特に好ましい。前記平均粒径が１μｍ未満であると、粘度が大きくなり、混合しにくくなるおそれがある。一方、前記平均粒径が１０μｍを超えると、熱伝導性シート１の熱抵抗が大きくなるおそれがある。
さらに、前記無機物フィラーが窒化アルミニウムの場合、その平均粒径は、０．３μｍ〜６．０μｍであることが好ましく、０．３μｍ〜２．０μｍであることがより好ましく、０．５μｍ〜１．５μｍであることが特に好ましい。前記平均粒径が、０．３μｍ未満であると、粘度が大きくなり、混合しにくくなるおそれがあり、６．０μｍを超えると、熱伝導性シート１の熱抵抗が大きくなるおそれがある。
なお、前記無機物フィラーの平均粒径は、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。
［その他の成分］
熱伝導性シート１は、上述した、高分子マトリックス成分及び熱伝導性充填剤に加えて、目的に応じてその他の成分を適宜含むこともできる。その他の成分としては、例えば、磁性金属粉、チキソトロピー性付与剤、分散剤、硬化促進剤、遅延剤、微粘着付与剤、可塑剤、難燃剤、酸化防止剤、安定剤、着色剤等が挙げられる。また、磁性金属粉の含有量を調整することにより、熱伝導性シート１に電磁波吸収性能を付与してもよい。
［熱伝導性シートの製造工程］
［工程Ａ］
次いで、熱伝導性シート１の製造工程について説明する。上述したように、本技術が適用された熱伝導性シート１の製造工程は、バインダ樹脂に熱伝導性充填剤が含有された熱伝導性樹脂組成物を所定の形状に成型して硬化させ、熱伝導性成形体を形成する工程Ａを有する。
この工程Ａでは、上述した高分子マトリックス成分及び熱伝導性充填剤、適宜含有されるその他の成分を配合し、熱伝導性樹脂組成物を調製する。なお、各成分を配合、調製する手順については特に限定はされず、例えば、高分子マトリックス成分に、熱伝導性充填剤、適宜、無機物フィラー、磁性金属粉、その他成分を添加し、混合することにより、熱伝導性樹脂組成物の調製が行われる。
次いで、炭素繊維等の繊維状の熱伝導性充填剤を一方向に配向させる。この充填剤の配向方法は、一方向に配向させることができる手段であれば特に限定はされない。例えば、中空状の型内に前記熱伝導性樹脂組成物を高剪断力下で押し出すこと又は圧入することによって、比較的容易に繊維状の熱伝導性充填剤を一方向に配向させることができ、前記繊維状の熱伝導性充填剤の配向は同一（±１０°以内）となる。
上述した、中空状の型内に前記熱伝導性樹脂組成物を高剪断力下で押し出すこと又は圧入する方法として、具体的には、押出し成型法又は金型成型法が挙げられる。前記押出し成型法において、前記熱伝導性樹脂組成物をダイより押し出す際、あるいは前記金型成型法において、前記熱伝導性樹脂組成物を金型へ圧入する際、前記熱伝導性樹脂組成物が流動し、その流動方向に沿って繊維状熱伝導性充填剤が配向する。この際、ダイの先端にスリットを取り付けると繊維状熱伝導性充填剤がより配向されやすくなる。
中空状の型内に押出し又は圧入された前記熱伝導性樹脂組成物は、当該型の形状、大きさに応じたブロック形状に成型され、繊維状の熱伝導性充填剤の配向状態を維持したまま前記高分子マトリックス成分を硬化させることによって硬化されることにより、熱伝導性成形体が形成される。熱伝導性成形体とは、所定のサイズに切断して得られる熱伝導性シート１の元となるシート切り出し用の母材（成形体）のことをいう。
中空状の型及び熱伝導性成形体の大きさ及び形状は、求められる熱伝導性シート１の大きさ、形状に応じて決めることができ、例えば、断面の縦の大きさが０．５ｃｍ〜１５ｃｍで横の大きさが０．５ｃｍ〜１５ｃｍの直方体が挙げられる。直方体の長さは必要に応じて決定すればよい。
前記高分子マトリックス成分を硬化させる方法や条件については、高分子マトリックス成分の種類に応じて変えることができる。例えば、前記高分子マトリックス成分が熱硬化樹脂の場合、熱硬化における硬化温度を調整することができる。さらに、該熱硬化性樹脂が、液状シリコーンゲルの主剤と、硬化剤とを含有するものである場合、８０℃〜１２０℃の硬化温度で硬化を行うことが好ましい。また、熱硬化における硬化時間としては、特に制限はないが、１時間〜１０時間とすることができる。
ここで、工程Ａでは、高分子マトリックス成分の全量が硬化しているわけではなく、未硬化成分が担持されている。この未硬化成分は、後述する減圧環境下における成形体シートのプレス工程においてシート表面に滲み出て、粘着性を有する樹脂被覆層を形成する。
［工程Ｂ］
本技術が適用された熱伝導性シート１の製造工程は、図２に示すように、熱伝導性成形体６をシート状にスライスし、成形体シート７を形成する工程Ｂを有する。この工程Ｂでは、配向した繊維状の熱伝導性充填剤の長軸方向に対して、０°〜９０°の角度となるように、熱伝導性樹脂成形体６をシート状に切断する。
また、熱伝導性成形体６の切断については、スライス装置を用いて行われる。スライス装置については、熱伝導性成形体６を切断できる手段であれば特に限定はされず、公知のスライス装置を適宜用いることができる。例えば、超音波カッター、かんな（鉋）等を用いることができる。
成形体シート７の厚みは、熱伝導性シート１のシート本体の厚みとなり、熱伝導性シート１の用途に応じて適宜設定することができ、例えば０．２〜１．０ｍｍである。
なお、工程Ｂでは、熱伝導性成形体６から切り出された成形体シート７に切れ込みを入れることにより、複数の成形体シート７に小片化してもよい。
［工程Ｃ］
本技術が適用された熱伝導性シート１の製造工程は、減圧環境下で成形体シート７をプレスすることにより、成形体シート７のシート本体から滲み出た前記バインダ樹脂の未硬化成分で成形体シート７の表面を被覆する工程Ｃを有する。
減圧環境下とは、何ら減圧処理を行わない常圧（大気圧）環境下よりも低圧であって、バインダ樹脂の未硬化成分をシート表面の全面にわたって滲み出させることができる真空圧力に設定され、成形体シート厚や、バインダ樹脂を構成する液状シリコーン成分の主剤となるシリコーンＡ液成分と硬化剤が含まれるシリコーンＢ液成分との配合割合等に応じて、適宜設定される。例えば、減圧環境下として、大気圧をゼロとしたいわゆるゲージ圧において、−０．２ｋＰａに設定することができる。このプレス工程における真空圧力ｘ（ｋＰａ）は、低すぎるとバインダ樹脂の未硬化成分が揮発しシート表面のタック性を損ない、高すぎると未硬化成分の滲み出しを促進できないことから、例えば、−５．０ｋＰａ≦ｘ≦−０．１ｋＰａの範囲で適宜設定される。
前記プレスについては、例えば、平盤と表面が平坦なプレスヘッドとからなる一対のプレス装置を使用して行うことができる。また、ピンチロールを使用してプレスを行ってもよい。
前記プレスの際の圧力としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、低すぎるとプレスをしない場合と熱抵抗が変わらない傾向があり、高すぎるとシートが延伸する傾向があるため、０．１ＭＰａ〜１００ＭＰａの圧力範囲とすることが好ましく、０．５ＭＰａ〜９５ＭＰａの圧力範囲とすることがより好ましい。
ここで、上述したように、熱伝導性成形体は、高分子マトリックス成分の全量が硬化しているわけではなく、成形体シートは、シート本体にバインダ樹脂（高分子マトリックス成分）の未硬化成分が担持されており、減圧環境下におけるプレス工程によって該未硬化成分の一部を効率よくシート表面に滲み出させる。これにより、シート表面に樹脂被覆層が形成された熱伝導性シート１を形成することができる。熱伝導性シート１は、シート表面に形成された樹脂被覆層５により粘着性を有する。
また、プレス工程を経ることにより、成形体シートは表面が平滑化され、これによっても熱伝導性シート１の密着性を増し、軽荷重時の界面接触抵抗を軽減することができる。
このように、本技術によれば、薄く切り出され、バインダ樹脂の未硬化成分を多く含まないシート本体からもシート表面の全面にわたって未硬化成分を滲み出させて被覆することができる。また、バインダ樹脂の硬化が進み、比較的硬く形状維持性に優れる反面、バインダ樹脂の未硬化成分を多く含まないシート本体からも、シート表面の全面にわたって未硬化成分を滲み出させて被覆することができる。
したがって、本技術によって製造された熱伝導性シートによれば、シート表面の凹凸にかかわらず、電子部品や放熱部材との密着性を向上させ、熱抵抗を小さくできる。また、本技術によって製造された熱伝導性シートによれば、電子部品や放熱部材と密着させるための粘着剤をシート表面に塗布する必要が無く、シートの熱抵抗が大きくならない。さらに、バインダ樹脂に熱伝導性フィラーを含有させた熱伝導シートでは、低荷重領域からの熱抵抗を小さくできるだけでなく、タック力（粘着力）が優れており、実装性、熱特性も向上させることができる。
［剥離フィルム］
なお、上述した工程Ｃにおいては、図３に示すように、成形体シート７の少なくとも一方の面、好ましくは両面に、剥離フィルム３を貼付した状態でプレスすることが好ましい。剥離フィルム３としては、例えばＰＥＴフィルムが用いられる。また、剥離フィルム３は、成形体シート７の表面への貼付面に剥離処理を施してもよい。
成形体シート７のシート本体の表面に剥離フィルム３を貼付することにより、減圧環境下におけるプレス工程においてシート表面に滲み出された未硬化成分は、剥離フィルム３との間で働く張力によってシート表面に保持され、シート表面を全面にわたって均一の厚さで均一に覆う樹脂被覆層５を形成することができる。これにより、熱伝導性シート１は、密着性のばらつきを解消し、熱抵抗を低減することができる。
以上の工程を経ることにより、熱伝導性シート１が形成される。なお、熱伝導性シート１は、実使用時に剥離フィルム３が剥離されることにより、粘着性を有する樹脂被覆層５が露出され、電子部品等への実装に供される。
［使用形態例］
実使用時においては、熱伝導性シート１は、剥離フィルム３が剥離され、例えば、半導体装置等の電子部品や、各種電子機器の内部に実装される。
熱伝導性シート１は、例えば、図４に示すように、各種電子機器に内蔵される半導体装置５０に実装され、熱源と放熱部材との間に挟持される。図４に示す半導体装置５０は、電子部品５１と、ヒートスプレッダ５２と、熱伝導性シート１とを少なくとも有し、熱伝導性シート１がヒートスプレッダ５２と電子部品５１との間に挟持される。熱伝導性シート１を用いることによって、半導体装置５０は、高い放熱性を有し、またバインダ樹脂中の磁性金属粉の含有量に応じて電磁波抑制効果にも優れる。
電子部品５１としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ＣＰＵ、ＭＰＵ、グラフィック演算素子、イメージセンサ等の各種半導体素子、アンテナ素子、バッテリーなどが挙げられる。ヒートスプレッダ５２は、電子部品５１の発する熱を放熱する部材であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。熱伝導性シート１は、ヒートスプレッダ５２と電子部品５１との間に挟持される。また熱伝導性シート１は、ヒートスプレッダ５２とヒートシンク５３との間に挟持されることにより、ヒートスプレッダ５２とともに、電子部品５１の熱を放熱する放熱部材を構成する。
熱伝導シート２１の実装場所は、ヒートスプレッダ５２と電子部品５１との間や、ヒートスプレッダ５２とヒートシンク５３との間に限らず、電子機器や半導体装置の構成に応じて、適宜選択できることは勿論である。また、放熱部材としては、ヒートスプレッダ５２やヒートシンク５３以外にも、熱源から発生する熱を伝導して外部に放散させるものであればよく、例えば、放熱器、冷却器、ダイパッド、プリント基板、冷却ファン、ペルチェ素子、ヒートパイプ、金属カバー、筐体等が挙げられる。
以下、本技術の実施例について説明する。実施例及び比較例では、熱伝導性樹脂組成物のバインダ成分と硬化剤成分の成分比を変えて熱伝導シートのサンプルを形成し、各サンプルについて、タッキネス及び熱抵抗値を測定した。
［タッキネスの測定］
タッキング試験機（TACKINESS TESTER MODEL TACII, RHESCA Co., Ltd.）を用いて、プレス前及びプレス直後の各サンプルのシート表面のタッキネス（ｇｆ）を測定した。タッキネスは、矩形サンプルの四隅部分と中央部分の５点を３回測定した測定値の平均値とした。測定条件は、下記の通りとした。
押しつけ速度（Immersion speed）：３０ｍｍ／ｍｉｎ
引張速度（Test speed）：１２０ｍｍ／ｍｉｎ
初期荷重（Pre speed）：１９６ｇ
押しつけ時間（Press time）：５ｓｅｃ
引張距離（Distance）：５ｍｍ
ヘッド：φ１０ｍｍ
［熱抵抗値の測定］
ＡＳＴＭ−Ｄ５４７０に準拠した方法により荷重１．０ｋｇｆ／ｃｍ2で各サンプルの熱抵抗値（Ｋ・ｃｍ2／Ｗ）を測定した。
［実施例１］
表１に示すように、２液性の付加反応型液状シリコーンに、シラン力ツブリング剤でカップリング処理した平均粒径４μｍのアルミナ粒子４２体積％と、繊維状フィラーとして平均繊維長１５０μｍのピッチ系炭素繊維２３体積％とを混合し、シリコーン組成物（熱伝導性樹脂組成物）を調製した。２液性の付加反応型液状シリコーン樹脂は、オルガノポリシロキサンを主成分とするものを使用し、シリコーンＡ剤とＢ剤との配合比が、５７：４３となるように配合した。
得られたシリコーン組成物を、中空四角柱状の金型（５０ｍｍ×５０ｍｍ）の中に押出成形し、５０ｍｍ□のシリコーン成型体を成型した。シリコーン成型体をオーブンにて１００℃で６時間加熱してシリコーン硬化物（熱伝導性成形体）とした。シリコーン硬化物を、厚みが０．５ｍｍとなるようにスライサーで切断し、成形体シートを得た。得られた成型体シートを剥離処理したＰＥＴフィルムで挟んだ後、圧力２ＭＰａ、温度１００℃、プレス時間３分の条件で、ゲージ圧が−２．０ｋＰａの減圧環境下で真空プレスすることにより熱伝導シートのサンプルを得た。サンプルのタッキネスは、プレス前が２０ｇｆ、プレス後が１７８ｇｆであった。熱抵抗値は０．３Ｋ・ｃｍ2／Ｗであった。
［実施例２］
表１に示すように、２液性の付加反応型液状シリコーンに、シランカップリング剤でカップリング処理した平均粒径４μｍのアルミナ粒子２０体積％及び窒化アルミ粒子２４体積％と、繊維状フィラーとして平均繊維長１５０μｍのピッチ系炭素繊維２３体積％とを混合し、シリコーン組成物（熱伝導性樹脂組成物）を調製した。２液性の付加反応型液状シリコーン樹指は、オルガノポリシロキサンを主成分とするものを使用し、シリコーンＡ剤とＢ剤との配合比が、５０：５０となるように配合した。
得られたシリコーン組成物を、中空四角柱状の金型（５０ｍｍ×５０ｍｍ）の中に押出成形し、５０ｍｍ□のシリコーン成型体を成型した。シリコーン成型体をオーブンにて１００℃で６時間加熱してシリコーン硬化物（熱伝導性成形体）とした。シリコーン硬化物を、厚みが０．５ｍｍとなるようにスライサーで切断し、成形体シートを得た。得られた成型体シートを剥離処理したＰＥＴフィルムで挟んだ後、圧力２ＭＰａ、温度１００℃、プレス時間３分の条件で、ゲージ圧が−２．０ｋＰａの減圧環境下で真空プレスすることにより熱伝導シートのサンプルを得た。サンプルのタッキネスは、プレス前が１９ｇｆ、プレス後が１２４ｇｆであった。熱抵抗値は０．２５Ｋ・ｃｍ2／Ｗであった。
［実施例３］
表１に示すように、実施例２と同様のシリコーン組成物（熱伝導性樹脂組成物）を、中空四角柱状の金型（５０ｍｍ×５０ｍｍ）の中に押出成形し、５０ｍｍ□のシリコーン成型体を成型した。シリコーン成型体をオーブンにて１００℃で６時間加熱してシリコーン硬化物（熱伝導性成形体）とした。シリコーン硬化物を、厚みが１．０ｍｍとなるようにスライサーで切断し、成形体シートを得た。得られた成型体シートを剥離処理したＰＥＴフィルムで挟んだ後、圧力２ＭＰａ、温度１００℃、プレス時間３分の条件で、ゲージ圧が−２．０ｋＰａの減圧環境下で真空プレスすることにより熱伝導シートのサンプルを得た。サンプルのタッキネスは、プレス前が１８ｇｆ、プレス後が１５２ｇｆであった。熱抵抗値は０．４０Ｋ・ｃｍ2／Ｗであった。
［比較例１］
表１に示すように、実施例１と同様のシリコーン組成物（熱伝導性樹脂組成物）を、中空四角柱状の金型（５０ｍｍ×５０ｍｍ）の中に押出成形し、５０ｍｍ□のシリコーン成型体を成型した。シリコーン成型体をオーブンにて１００℃で６時間加熱してシリコーン硬化物（熱伝導性成形体）とした。シリコーン硬化物を、厚みが０．５ｍｍとなるようにスライサーで切断し、成形体シートを得た。得られた成型体シートを剥離処理したＰＥＴフィルムで挟んだ後、圧力２ＭＰａ、温度１００℃、プレス時間３分の条件で、大気圧環境下でプレスすることにより熱伝導シートのサンプルを得た。サンプルのタッキネスは、プレス前が１２ｇｆ、プレス後が３８ｇｆであった。熱抵抗値は０．４０Ｋ・ｃｍ2／Ｗであった。
［比較例２］
表１に示すように、実施例２と同様のシリコーン組成物（熱伝導性樹脂組成物）を、中空四角柱状の金型（５０ｍｍ×５０ｍｍ）の中に押出成形し、５０ｍｍ□のシリコーン成型体を成型した。シリコーン成型体をオーブンにて１００℃で６時間加熱してシリコーン硬化物（熱伝導性成形体）とした。シリコーン硬化物を、厚みが０．５ｍｍとなるようにスライサーで切断し、成形体シートを得た。得られた成型体シートを剥離処理したＰＥＴフィルムで挟んだ後、圧力２ＭＰａ、温度１００℃、プレス時間３分の条件で、大気圧環境下でプレスすることにより熱伝導シートのサンプルを得た。サンプルのタッキネスは、プレス前が１４ｇｆ、プレス後が１９ｇｆであった。熱抵抗値は０．３５Ｋ・ｃｍ2／Ｗであった。
［比較例３］
表１に示すように、実施例２と同様のシリコーン組成物（熱伝導性樹脂組成物）を、中空四角柱状の金型（５０ｍｍ×５０ｍｍ）の中に押出成形し、５０ｍｍ□のシリコーン成型体を成型した。シリコーン成型体をオーブンにて１００℃で６時間加熱してシリコーン硬化物（熱伝導性成形体）とした。シリコーン硬化物を、厚みが１．０ｍｍとなるようにスライサーで切断し、成形体シートを得た。得られた成型体シートを剥離処理したＰＥＴフィルムで挟んだ後、圧力２ＭＰａ、温度１００℃、プレス時間３分の条件で、大気圧環境下でプレスすることにより熱伝導シートのサンプルを得た。サンプルのタッキネスは、プレス前が１３ｇｆ、プレス後が１５ｇｆであった。熱抵抗値は０．４８Ｋ・ｃｍ2／Ｗであった。
Figure 2020013872
実施例１〜３のように、成型体シートを剥離処理したＰＥＴフィルムで挟んだ後、真空プレスした場合、タッキネスが大きくなり、成形体シートの表面に効率よくバインダ樹脂の未硬化成分を滲み出させることができた。
実施例１と比較例１とを対比すると、シート厚みが０．５ｍｍと薄く、シート本体内に担持されている未硬化成分が少なく、常圧下では未硬化成分の滲み出しが起きにくい条件であっても、減圧環境下においては未硬化成分の滲み出しを促進することができ、タッキネスも高く、シート表面の全面にわたってタック性が得られたことが分かる。
また、実施例２，３と比較例２，３は、いずれもシリコーンＡ剤とＢ剤との配合比を５０：５０となるように配合することで、シート本体内に担持されている未硬化成分が少なく、また硬度も高くなり、未硬化成分の滲み出しが起きにくい条件であるが、減圧環境下においては未硬化成分の滲み出しを促進することができ、また、実施例２ではシート厚みが０．５ｍｍとさらに未硬化成分の滲み出しが起きにくい条件下においても、未硬化成分の滲み出しによって表面にタック性を発現することができた。
１ 熱伝導性シート１、２ シート本体、３ 剥離フィルム、５ 樹脂被覆層、６ 熱伝導成形体、７ 成形体シート

Claims (6)

  1. バインダ樹脂に熱伝導性フィラーが含有された熱伝導性樹脂組成物を所定の形状に成型して硬化させ、熱伝導性成形体を形成する工程と、
    前記熱伝導性成形体をシート状にスライスし、成形体シートを形成する工程と、
    減圧環境下で前記成形体シートをプレスすることにより、前記成形体シートのシート本体から滲み出た前記バインダ樹脂の未硬化成分で前記成形体シートの表面を被覆する工程と、を有する熱伝導シートの製造方法。
  2. 減圧環境における真空圧力ｘは、大気圧をゼロとしたときに、−５．０ｋＰａ≦ｘ≦−０．１ｋＰａの範囲である請求項１に記載の熱伝導性シートの製造方法。
  3. 前記成形体シートの少なくとも一方の面に、剥離フィルムを貼付した状態でプレスする請求項１又は２に記載の熱伝導性シートの製造方法。
  4. 前記成形体シートの厚みが、０．２〜１．０ｍｍである請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱伝導性シートの製造方法。
  5. 前記バインダ樹脂が液状シリコーン成分であり、前記熱伝導性フィラーが炭素繊維である請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱伝導性シートの製造方法。
  6. 前記の液状シリコーン成分は、主剤となるシリコーンＡ液成分と硬化剤が含まれるシリコーンＢ液成分を有し、前記シリコーンＡ液成分量が前記シリコーンＢ液成分量以上に含まれている請求項５に記載の熱伝導性シートの製造方法。
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