JP2020141142A - Flame-retardant heat dissipation sheet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、電子機器からの熱を放熱する難燃性放熱シートに関する。 The present invention relates to, for example, a flame-retardant heat-dissipating sheet that dissipates heat from an electronic device.
電気機器、電子機器等を構成する部品は、その集積度の向上及び動作速度の向上により消費電力が増大し、その結果、発熱量が増大している。発熱量が増大すると、部品自体の温度が上昇することになる。部品の温度上昇は、部品の誤動作、故障による寿命低下、使用者へのやけどの発生等につながるため、温度の上昇を抑制することが望まれている。
温度上昇の抑制手段としては、放熱板を部品に接触させる技術が知られている。放熱板を部品に接触させることにより、部品に発生した熱が放熱板へと伝導し、その結果、部品の温度上昇を抑制できる。
放熱板には、金属、金属シートやグラファイトシートのような熱伝導率の高い材料が使用されている。また、酸化被膜(アルマイト処理、金属ヒートシンク)や樹脂コーティング(筐体への樹脂塗装)等の表面処理を行って、輻射性能を向上させる手法もある。
The power consumption of the parts constituting the electric device, the electronic device, and the like is increased due to the improvement of the degree of integration and the improvement of the operating speed, and as a result, the amount of heat generated is increased. As the amount of heat generated increases, the temperature of the component itself rises. It is desired to suppress the temperature rise of the parts because the temperature rise of the parts leads to the malfunction of the parts, the shortening of the life due to the failure, the occurrence of burns to the user, and the like.
As a means for suppressing a temperature rise, a technique of bringing a heat radiating plate into contact with a component is known. By bringing the heat radiating plate into contact with the component, the heat generated in the component is conducted to the heat radiating plate, and as a result, the temperature rise of the component can be suppressed.
A material having high thermal conductivity such as metal, a metal sheet or a graphite sheet is used for the heat radiating plate. There is also a method of improving the radiation performance by performing surface treatment such as an oxide film (alumite treatment, metal heat sink) or resin coating (resin coating on the housing).
しかし、放熱板に溜まった熱は、放熱板温度と外気温度の差が小さければ、排出されず、放熱板に溜まったままとなる。そのため、温度上昇の抑制手段としての放熱板は、いまだ改善の余地がある。
また、金属シートやグラファイトシートを用いた場合には、短絡事故を防ぐために、樹脂フィルムでのラミネート加工等が必要になり、コストの上昇を招来するとともに、薄型化された電子機器には使用できないという問題点がある。
さらに、酸化被膜等の形成は、電子部品や基材自身への加工となるため、設計段階からの考慮が必要となり、後付けが難しくなる。また、部分的な放熱処理が難しいため、製品設計自体が難しくなるおそれがある。
However, if the difference between the heat radiating plate temperature and the outside air temperature is small, the heat accumulated in the heat radiating plate will not be discharged and will remain accumulated in the heat radiating plate. Therefore, there is still room for improvement in the heat radiating plate as a means for suppressing the temperature rise.
In addition, when a metal sheet or graphite sheet is used, laminating with a resin film or the like is required to prevent a short-circuit accident, which causes an increase in cost and cannot be used for thin electronic devices. There is a problem.
Further, since the formation of the oxide film or the like is processed on the electronic component or the base material itself, consideration from the design stage is required, which makes retrofitting difficult. In addition, since partial heat treatment is difficult, the product design itself may be difficult.
そこで、特開2014−160718号公報記載の熱放射性フィルム及び熱放射性粘着テープが創案された。 Therefore, the heat-radioactive film and the heat-radioactive adhesive tape described in JP-A-2014-160718 were devised.
しかしながら、上記の熱放射性フィルム等には、難燃性に問題があり、電源装置周囲には使用できないという問題があった。 However, the above-mentioned heat radioactive film and the like have a problem of flame retardancy and have a problem that they cannot be used around a power supply device.
本発明は、上記事情に鑑みて創案されたもので、難燃性と表面絶縁性を有し、かつ放熱効果、作業性にも優れた難燃性放熱シートを提供することを目的としている。 The present invention has been devised in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a flame-retardant heat-dissipating sheet having flame-retardant properties and surface insulating properties, and having excellent heat dissipation effect and workability.
本発明に係る難燃性放熱シートは、熱伝導拡散層と、この熱伝導拡散層の一面に積層される放熱層と、前記熱伝導拡散層の他面に積層される熱伝導粘着層とを備えている。 The flame-retardant heat-dissipating sheet according to the present invention comprises a heat-conducting diffusion layer, a heat-dissipating layer laminated on one surface of the heat-conducting diffusion layer, and a heat-conducting adhesive layer laminated on the other surface of the heat-conducting diffusion layer. I have.
また、前記熱伝導拡散層は銅箔であり、前記放熱層は難燃放熱塗料であり、前記熱伝導粘着層は耐熱粘着剤に難燃機能性材料を混合したものである。 The heat conductive diffusion layer is a copper foil, the heat radiation layer is a flame-retardant heat-dissipating paint, and the heat conductive adhesive layer is a mixture of a heat-resistant adhesive and a flame-retardant functional material.
さらに、前記難燃機能性材料は、固形難燃剤、可溶性難燃剤及び熱伝導フィラーを含むものである。 Further, the flame retardant functional material contains a solid flame retardant, a soluble flame retardant and a heat conductive filler.
しかも、前記難燃機能性材料のうち、固形難燃剤及び熱伝導フィラーは、熱伝導粘着層の厚み寸法より小さな径を有するものである。 Moreover, among the flame-retardant functional materials, the solid flame retardant and the heat-conducting filler have a diameter smaller than the thickness dimension of the heat-conducting adhesive layer.
なお、前記熱伝導粘着層には、剥離紙が積層されているとよい。 It is preferable that a release paper is laminated on the heat conductive adhesive layer.
本発明に係る難燃性放熱シートは、放熱が必要な電子部品等に直接貼着することができるので、作業性に優れている。
また、この難燃性放熱シートは難燃性を備えているため、従来のものでは対応できなかった電源装置の周囲にも使用することができるというメリットがある。
さらに、本発明に係る難燃性放熱シートでは、熱伝導粘着層を構成する難燃機能性材料に固形難燃剤と可溶性難燃剤とを併用しているため、難燃剤の使用量を低減させつつ、粘着力を確保することができる。すなわち、難燃剤として固形難燃剤だけを大量に使用すると、固形難燃剤が粉末タイプであるために添加された耐熱性粘着剤はパサパサとした乾燥状態になってしまい、結果として粘着力が低下してしまうが、固形難燃剤のみならず、粘着力の高い液体タイプの可溶性難燃剤をも併用することで、粘着力を確保している。
The flame-retardant heat-dissipating sheet according to the present invention is excellent in workability because it can be directly attached to an electronic component or the like that requires heat dissipation.
Further, since this flame-retardant heat-dissipating sheet has flame-retardant properties, it has an advantage that it can be used around a power supply device, which cannot be handled by conventional ones.
Further, in the flame retardant heat dissipation sheet according to the present invention, since the solid flame retardant and the soluble flame retardant are used in combination as the flame retardant functional material constituting the heat conductive adhesive layer, the amount of the flame retardant used can be reduced. , Adhesive strength can be secured. That is, if a large amount of only the solid flame retardant is used as the flame retardant, the heat-resistant adhesive added because the solid flame retardant is a powder type becomes dry and dry, and as a result, the adhesive strength decreases. However, the adhesive strength is ensured by using not only the solid flame retardant but also a liquid type soluble flame retardant with high adhesive strength.
しかも、難燃機能性材料の粒径を熱伝導粘着層の厚さよりも小さくするため、熱伝導粘着層の表面がより平らになり粘着力が向上すると考えられる。 Moreover, since the particle size of the flame-retardant functional material is made smaller than the thickness of the heat conductive adhesive layer, it is considered that the surface of the heat conductive adhesive layer becomes flatter and the adhesive strength is improved.
本発明の実施の形態に係る難燃性放熱シート1000は、図1に示すように、熱伝導拡散層100と、この熱伝導拡散層100の一面に積層される放熱層200と、前記熱伝導拡散層100の他面に積層される熱伝導粘着層300とを有している。なお、熱伝導粘着層300には、剥離紙400が積層されている。この剥離紙400は、熱伝導粘着層300を保護するものであり、使用前に剥がされる。
なお、図1では作画の都合上、各部の厚さ寸法は誇張されている。
As shown in FIG. 1, the flame-retardant heat-dissipating
In FIG. 1, the thickness of each part is exaggerated for the convenience of drawing.
まず、前記熱伝導拡散層100としては、35μm厚の銅箔を使用するが 厚みは5〜200μmでもよい。また、熱伝導拡散層100が厚いほど放熱性能が向上する。この熱伝導拡散層100にアルミニウム箔を使用すれば価格的には安価に構成することができるが、熱伝導率が半分程度になるため放熱性能が低下するという問題がある。
10mm角の35μm厚のアルミニウム箔であると、アルミニウムの熱伝導率を200W/m.Kとすると、熱抵抗は以下のようになる。
アルミニウムの熱抵抗=1÷200×0.035÷(10×10)×1000
=0.00175K/W
これに対して、10mm角の35μm厚の銅箔であると、銅の熱伝導率を420W/m.Kとすると、熱抵抗は以下のようになる。
銅の熱抵抗=1÷420×0.035÷(10×10)×1000
=0.00083K/W
すなわち、熱伝導拡散層100にアルミニウム箔を使用すると、約2倍の熱抵抗が発生するため、放熱性能が低下するのである。
First, as the heat
In the case of a 10 mm square 35 μm thick aluminum foil, the thermal conductivity of aluminum is 200 W / m. If K, the thermal resistance is as follows.
Thermal resistance of aluminum = 1 ÷ 200 × 0.035 ÷ (10 × 10) × 1000
= 0.00175K / W
On the other hand, in the case of a 10 mm square 35 μm thick copper foil, the thermal conductivity of copper is 420 W / m. If K, the thermal resistance is as follows.
Thermal resistance of copper = 1 ÷ 420 × 0.035 ÷ (10 × 10) × 1000
= 0.00083K / W
That is, when an aluminum foil is used for the heat
前記放熱層200としては、アクリルウレタン樹脂を主剤とし、それに放熱材、分散剤、沈殿防止剤、希釈溶剤、固形難燃剤、硬化剤等を混合したものを使用する。
その組成配合比は、アクリルウレタン樹脂を10〜40%(望ましくは32.8%)、放熱材を0.5〜45%(望ましくは11.3%)、分散剤を0.2〜1.5%(望ましくは0.5%)、沈殿防止剤を0.2〜1.5%(望ましくは0.5%)、希釈溶剤を5〜45%(望ましくは5.0%)、固形難燃剤を15〜50%(望ましくは28.5%)、硬化剤を5〜30%(望ましくは21.4%)とする。
なお、この放熱層200は絶縁性を有しているため、電子機器内部で使用しても短絡事故の原因となることはない。
上記放熱材の配合は塗布後の基材との密着性の維持のために0.5〜45%(望ましくは11.3%)とした。
また、前記固体添加物(固形難燃剤、放熱材など)が多いことから、塗料液を保管した際の塗料液のアクリルウレタン樹脂と添加剤との分離を抑えるため、前記分散剤を0.2〜1.5%(望ましくは0.5%)、前記沈殿防止剤を0.2〜1.5%(望ましくは0.5%)加えることで塗料液の分離を抑えて品質安定性を確保した。
As the
The composition composition ratio is 10 to 40% (preferably 32.8%) for the acrylic urethane resin, 0.5 to 45% (desirably 11.3%) for the heat radiating material, and 0.2 to 1 for the dispersant. 5% (preferably 0.5%), anti-settling agent 0.2-1.5% (preferably 0.5%), diluent solvent 5-45% (preferably 5.0%), solid difficulties The fuel is 15-50% (preferably 28.5%) and the hardener is 5-30% (preferably 21.4%).
Since the
The composition of the heat radiating material was 0.5 to 45% (preferably 11.3%) in order to maintain the adhesion to the substrate after coating.
Further, since the amount of the solid additive (solid flame retardant, heat radiating material, etc.) is large, the dispersant is added to 0.2 in order to suppress the separation of the acrylic urethane resin and the additive in the paint liquid when the paint liquid is stored. By adding ~ 1.5% (preferably 0.5%) and 0.2 to 1.5% (preferably 0.5%) of the anti-precipitation agent, separation of the coating liquid is suppressed and quality stability is ensured. did.
アクリルウレタン樹脂としては放熱材の邪魔をしないように透明度のあるもので、かつ 柔軟性があり表面が硬いものを選択する。透明度のあるものを選択することよって、放熱材である土状グラファイトの赤外線輻射効果を高めることができる。柔軟性を必要とするのは、難燃性放熱シート1000は折り曲げられる必要があるためである。
また、放熱材としては土状グラファイトであり、平均粒径が5μmのものを使用する。なお、この放熱材は単体では粒径が5μm以下であるが、凝集すると粒径は最大105μmになる。なお、放熱材としては土状グラファイト以外に、カーボン系、セラミック系のものを使用することができる。
さらに、希釈溶剤としては主剤としてのアクリルウレタン樹脂が溶けるもの、例えば酢酸n−ブチルを使用する。
As the acrylic urethane resin, select one that is transparent so as not to interfere with the heat dissipation material, and that is flexible and has a hard surface. By selecting a transparent material, the infrared radiation effect of earth-like graphite, which is a heat radiating material, can be enhanced. Flexibility is required because the flame-retardant heat-dissipating
Further, as the heat radiating material, earth-like graphite having an average particle size of 5 μm is used. The heat-dissipating material alone has a particle size of 5 μm or less, but when aggregated, the particle size becomes a maximum of 105 μm. As the heat radiating material, carbon-based or ceramic-based materials can be used in addition to earth-like graphite.
Further, as the diluting solvent, one in which the acrylic urethane resin as the main agent is dissolved, for example, n-butyl acetate is used.
また、硬化剤としては主剤としてのアクリルウレタン樹脂と同様に、放熱材の邪魔をしないように透明度のあるもので、かつ 柔軟性があり表面が硬いものを選択する。
さらに、固形難燃剤としては、メラミンがコーティングされたポリリン酸アンモニウムを使用する。その他に固形難燃剤としては、金属酸化物などの無機系難燃剤、リン系などの有機難燃剤でも使用することができる。この固形難燃剤は、平均粒径7〜16μmのものを使用する。なぜなら、放熱層200の膜厚は20μmであるため、外観上や生産性向上のため、凹凸ができないように膜厚より小さな粒径のものを使用するのである。
分散剤、沈殿防止剤も塗料としての品質を安定させるために使用する。
As the curing agent, as with acrylic urethane resin as the main agent, select one that is transparent so as not to interfere with the heat radiating material, and that is flexible and has a hard surface.
Further, as the solid flame retardant, ammonium polyphosphate coated with melamine is used. In addition, as the solid flame retardant, an inorganic flame retardant such as a metal oxide and an organic flame retardant such as a phosphorus can also be used. As this solid flame retardant, one having an average particle size of 7 to 16 μm is used. This is because the
Dispersants and anti-precipitants are also used to stabilize the quality of the paint.
放熱層200は、アクリルウレタン樹脂、放熱材、分散剤、沈殿防止剤、希釈溶剤、固形難燃剤を混ぜた後、ビーズミルに複数回通すことで、それぞれの粒径を20μm以下とする。特に、放熱材が凝集した場合の最大粒径が105μmになるので、このビーズミルによる粉砕が重要となる。
The
放熱層200を構成する塗料に対する難燃剤の混合度合いによって、放熱層200と熱伝導拡散層100との密着度合いや難燃性に関係があることが判明した。
難燃性についてはUL94V試験、密着性についてはJISのK5600−5−6試験にそれぞれ準拠して実験を行った。
その実験結果を下記表1に示す。
It was found that the degree of mixing of the flame retardant with the paint constituting the
Experiments were conducted in accordance with the UL94V test for flame retardancy and the JIS K5600-5-6 test for adhesion.
The experimental results are shown in Table 1 below.
上記表1に示すように、難燃性及び熱伝導拡散層100への密着性を考慮すると、難燃剤の混合比率が30%が最低ラインとなっている。
安全性を見込めば少なくとも40%以上の混合比率が望ましい。
塗料の主剤であるアクリルウレタン樹脂は、燃えやすい材料であるため、難燃剤を多く混合する必要がある。
しかしながら、難燃剤を入れすぎると、難燃剤が粉体のため、塗料が液体にならない。また、難燃剤を入れすぎると粘度が高くなりすぎ、製造時に摩擦熱が発生するため、量産に向かない。
一方、難燃剤が少なければ、難燃性が確保できず、燃焼してしまう問題がある。
As shown in Table 1 above, considering the flame retardancy and the adhesion to the heat
For safety reasons, a mixing ratio of at least 40% or more is desirable.
Acrylic urethane resin, which is the main component of paint, is a flammable material, so it is necessary to mix a large amount of flame retardant.
However, if too much flame retardant is added, the paint will not become liquid because the flame retardant is powder. In addition, if too much flame retardant is added, the viscosity becomes too high and frictional heat is generated during manufacturing, which is not suitable for mass production.
On the other hand, if the amount of flame retardant is small, flame retardancy cannot be ensured and there is a problem that combustion occurs.
このため、少なくとも難燃剤の混合比率を30%とし、かつ塗料としての適正な粘度を維持するため、以下の工夫を加えた。
希釈溶剤を10%追加で加えることで粘度を下げた。これにより、摩擦熱で量産できないという問題を解消した。
なお、上記配合は、稀釈溶剤を5〜45%(望ましくは5.0%)加えることが最適である。この範囲を外れると、難燃性、放熱性、密着性、摩擦熱による量産性、品質安定性などを確保できないため、範囲内での配合量が重要となる。
また、難燃剤を少量ずつ加えることで粘度上昇を穏やかにし、摩擦熱を緩和した。
さらに、希釈しても塗膜が割れないように、高固形分かつ柔軟性のあるアクリルウレタン樹脂を採用した。
難燃剤を多量に添加できないという問題点解消のため、主剤であるアクリルウレタン樹脂に高粘度かつ高固形分のものを採用した。
Therefore, in order to at least set the mixing ratio of the flame retardant to 30% and maintain an appropriate viscosity as a paint, the following measures were added.
The viscosity was reduced by adding an additional 10% diluting solvent. This solves the problem that mass production cannot be performed due to frictional heat.
In the above formulation, it is optimal to add 5 to 45% (preferably 5.0%) of a diluting solvent. If it is out of this range, flame retardancy, heat dissipation, adhesion, mass productivity due to frictional heat, quality stability, etc. cannot be ensured, so the blending amount within the range is important.
In addition, by adding a flame retardant little by little, the increase in viscosity was moderated and the frictional heat was alleviated.
Furthermore, a highly solid and flexible acrylic urethane resin was used so that the coating film would not crack even when diluted.
In order to solve the problem that a large amount of flame retardant cannot be added, a highly viscous and high solid content acrylic urethane resin was used as the main agent.
放熱層200を設けることで、難燃性放熱シート1000の放熱効果を高めた。
かかる効果を確認するため、放熱層200があるものとないものとを以下の条件で比較した。なお、比較例として発熱体である抵抗器のみの表面温度も測定した。
試験試料に1Ωの抵抗器を熱伝導性両面粘着テープを用いて固定し、雰囲気温度25℃の恒温恒湿槽内に設置し、抵抗器に1.5Vの電圧を2000秒間印加して抵抗器の表面温度を計測した。
(1)難燃性放熱シート1000あるいはそれに類似したものを貼り付けない発熱体のみの場合と、(2)発熱体に放熱層200がある難燃性放熱シート1000を貼り付けた場合と、(3)発熱体に放熱層200がないシートを貼り付けた場合の2000秒経過後の温度を以下の表2に示す。
その結果を図2に示す。
By providing the
In order to confirm such an effect, those with and without the
A 1Ω resistor is fixed to the test sample using a heat conductive double-sided adhesive tape, installed in a constant temperature and humidity chamber with an ambient temperature of 25 ° C, and a voltage of 1.5V is applied to the resistor for 2000 seconds. The surface temperature of was measured.
(1) Only the heating element to which the flame-retardant heat-dissipating
The result is shown in FIG.
この表2からも、放熱層200の存在が難燃性放熱シート1000の放熱効果を向上させることが判る。
From Table 2 as well, it can be seen that the presence of the
また、この放熱層200の熱伝導拡散層100への塗布工程も工夫した。
一般的には銅箔等の金属箔への塗装は、転写からの張り合わせ工程で行うが、前記放熱層200を構成する難燃放熱塗料には難燃剤や放熱材が高充填されているので、熱伝導拡散層100と密着する主成分となるアクリルウレタン樹脂が少ないので、転写からの張り合わせ工程では密着性が確保できない。
このため、放熱層200の熱伝導拡散層100への塗布工程は、ダイレクト塗工方法とフローティング乾燥方法とを併用することで量産可能とした。
In addition, the coating process of the
Generally, coating on a metal foil such as copper foil is performed by a bonding process from transfer, but since the flame retardant heat radiating paint constituting the
Therefore, the coating step of the
まず、一般的な塗布工程は、以下の通りである。
転写用フィルムに塗料を塗布し、それを乾燥炉に通し、ロール状に巻き取る。
塗料を塗布したい基材(この場合は熱伝導拡散層100)をセットし、塗料が塗布された転写用フィルムを基材に押し付けることで塗料を基材に転写する。
この方法は、転写用フィルムが柔軟性を有しているため、厚みがあり強度の高い基材である程度は対応可能となるメリットがある。
しかし、難燃放熱塗料は2液性であるため、転写用フィルムに塗布して乾燥炉を通すと、塗膜の表面が乾燥してしまい、基材には転写できないという問題がある。
First, the general coating process is as follows.
The paint is applied to the transfer film, passed through a drying oven, and wound into a roll.
The base material to which the paint is to be applied (in this case, the heat conductive diffusion layer 100) is set, and the paint is transferred to the base material by pressing the transfer film coated with the paint against the base material.
This method has the advantage that since the transfer film has flexibility, it can be applied to some extent with a thick and strong base material.
However, since the flame-retardant heat-dissipating paint is two-component, when it is applied to a transfer film and passed through a drying oven, the surface of the coating film dries and cannot be transferred to a base material.
一方、ダイレクト塗工方法とは、塗布したい基材(この場合は熱伝導拡散層100)に難燃放熱塗料を直接塗布し、それを乾燥炉に通し、ロール状に巻き取るのである。この巻き取りの際、基材を強いテンションを加えつつ、無風地帯と強制熱風吹きつけ地帯とを経て高速で巻き取る。
しかしながら、このダイレクト塗工方法では、銅箔である熱伝導拡散層100はある程度の厚みがあり、かつ強度が高いので、各装置を磨耗させて傷めてしまう。また、磨耗の際に発生する金属粉が製品に混入するという問題がある。
このため、このダイレクト塗工方法のみで対応することはできない。
On the other hand, in the direct coating method, the flame-retardant heat-dissipating paint is directly applied to the base material to be coated (in this case, the heat conductive diffusion layer 100), passed through a drying furnace, and wound into a roll. At the time of this winding, the base material is wound at high speed through a windless zone and a forced hot air blowing zone while applying strong tension.
However, in this direct coating method, the heat
Therefore, this direct coating method alone cannot be used.
かかる問題を解消するため、ダイレクト塗工方法とフローティング乾燥方法とを併用した。
すなわち、塗布したい基材(この場合は熱伝導拡散層100)に難燃放熱塗料を直接塗布した後、基材を風で浮かせた状態で乾燥炉に導入する。基材が風で浮いているため、基材が硬くても各装置を傷めることがない。また、熱も均一に伝わるため、基材の表面には均一な高品質の乾燥膜が形成される。
In order to solve this problem, the direct coating method and the floating drying method were used in combination.
That is, after the flame-retardant heat-dissipating paint is directly applied to the base material to be applied (in this case, the heat conduction diffusion layer 100), the base material is introduced into the drying furnace in a state of being floated by the wind. Since the base material is floated by the wind, even if the base material is hard, each device will not be damaged. In addition, since heat is also transferred uniformly, a uniform high-quality dry film is formed on the surface of the base material.
また、前記熱伝導粘着層300は、厚さ寸法を35μmとした。この熱伝導粘着層300として用いられる熱伝導粘着剤は、アクリル樹脂系の耐熱粘着剤を主剤とし、それに難燃機能性材料としての可溶性難燃剤、固形難燃剤、熱伝導フィラー、その他に硬化剤を混合したものを使用する。
その組成配合比は、耐熱性粘着剤を30〜70%(望ましくは61.8%)、可溶性難燃剤を5〜40%(望ましくは10.4%)、固形難燃剤を10〜60%(望ましくは25.8%)、熱伝導フィラーを1〜5%(望ましくは1.4%)、硬化剤を0.3〜3%(望ましくは0.6%)である。
Further, the heat conductive
The composition composition ratio is 30 to 70% (preferably 61.8%) for the heat-resistant adhesive, 5 to 40% (desirably 10.4%) for the soluble flame retardant, and 10 to 60% (preferably 10.6%) for the solid flame retardant. The amount is preferably 25.8%), the heat conductive filler is 1 to 5% (desirably 1.4%), and the curing agent is 0.3 to 3% (desirably 0.6%).
熱伝導粘着層300を構成する熱伝導粘着剤の主剤としての耐熱性粘着剤には、アクリル系樹脂であり、耐熱性に優れたもの、特に熱を加えた状態での耐熱性に優れたものを使用する。
また、可溶性難燃剤としてはホスファゼン系であり、前記耐熱性粘着剤によく混じる親和性の高いものを選択する。
硬化剤としてはイソシアネート化合物であり、前記耐熱性粘着剤によく混じる親和性の高いものを選択する。
固形難燃剤としてはメラミンがコーティングされたポリリン酸アンモニウムなどであり、平均粒径が7〜16μmのものを使用する。
熱伝導フィラーとしては鉄、珪素、マグネシウム、亜鉛、酸素などの化合物であり、分球を行って、粒径が35μm以下のものを使用する。
The heat-resistant pressure-sensitive adhesive as the main component of the heat-conducting pressure-sensitive adhesive that constitutes the heat-conducting pressure-
Further, as the soluble flame retardant, a phosphazene-based one having a high affinity that is well mixed with the heat-resistant pressure-sensitive adhesive is selected.
As the curing agent, an isocyanate compound is selected, which has a high affinity and is well mixed with the heat-resistant pressure-sensitive adhesive.
As the solid flame retardant, melamine-coated ammonium polyphosphate or the like is used, and an average particle size of 7 to 16 μm is used.
As the heat conductive filler, a compound such as iron, silicon, magnesium, zinc, oxygen, etc., which is spheroidized and has a particle size of 35 μm or less is used.
この耐熱性粘着剤で重要な点は、十分な難燃性及び熱伝導性を有しつつ、かつ十分な粘着力を有することである。
一般的に難燃性や熱伝導性を確保するためには、主剤である耐熱粘着剤に難燃機能性材料を混合することが重要である。がしかし、単に難燃機能性材料を混合するだけでは、粘着力が低下するという問題がある。
The important point of this heat-resistant adhesive is that it has sufficient flame retardancy and thermal conductivity, and also has sufficient adhesive strength.
Generally, in order to ensure flame retardancy and thermal conductivity, it is important to mix a flame retardant functional material with the heat-resistant adhesive which is the main ingredient. However, there is a problem that the adhesive strength is lowered simply by mixing the flame-retardant functional material.
かかる問題を解消するために、耐熱性粘着剤の製造には以下のような工夫を凝らした。(1)難燃機能性材料の粒子系を熱伝導粘着層300の厚さより小さくする。
(2)耐熱性粘着剤に対する難燃機能性材料の分散を最適化する。
(3)難燃機能性材料の添加順を最適化する。
(4)難燃機能性材料の難燃剤に固形タイプと液体タイプとを併用する。
In order to solve this problem, the following measures were taken in the production of the heat-resistant adhesive. (1) The particle system of the flame-retardant functional material is made smaller than the thickness of the heat conductive
(2) Optimize the dispersion of flame-retardant functional materials with respect to heat-resistant adhesives.
(3) Optimize the order of addition of flame-retardant functional materials.
(4) A solid type and a liquid type are used together as a flame retardant of a flame retardant functional material.
(1)難燃機能性材料の粒子径について
まず、難燃機能性材料の粒径を熱伝導粘着層300の厚さ(35μm)よりも小さくするため、難燃機能材料の1つである固形難燃剤は、平均粒径が7〜16μmの小さなものを選択し、また、熱伝導フィラーは分球を行って35μmより小さなものを選択した。
難燃機能性材料の粒径が熱伝導粘着層200の厚さ(35μm)よりも小さいと、熱伝導粘着層300の表面がより平らになるため、粘着力が向上すると考えられる。
(1) Particle size of flame-retardant functional material First, in order to make the particle size of the flame-retardant functional material smaller than the thickness (35 μm) of the heat conductive
If the particle size of the flame-retardant functional material is smaller than the thickness (35 μm) of the heat conductive
(2)難燃機能性材料の分散について
また、主剤である高粘度の耐熱性粘着剤に対する難燃機能性材料の分散を最適化するために、攪拌槽内における流動を軸方向とは垂直の方向の流れを生み出す幅流(放射流)で行った。
幅流であると、上面から底面に混合する物質を引き込みことが可能であり、乱流と大きな剪断力を発生させることができる。この幅流は、溶解型攪拌羽根、ディゾルバー型攪拌羽根等で発生させることができる。
固形難燃剤の粒径は本来16μm程度であるが、実際にはそれが凝縮して50μm程度になったものが混在している。この大きな粒子が粘着力の低下の一要因となっていた。
(2) Dispersion of flame-retardant functional materials In addition, in order to optimize the dispersion of flame-retardant functional materials with respect to the high-viscosity heat-resistant adhesive that is the main ingredient, the flow in the stirring tank is perpendicular to the axial direction. This was done with a width current (radiant flow) that produces a directional flow.
In the case of a wide flow, it is possible to draw in a substance mixed from the upper surface to the bottom surface, and it is possible to generate a turbulent flow and a large shearing force. This width flow can be generated by a melting type stirring blade, a dissolver type stirring blade, or the like.
The particle size of the solid flame retardant is originally about 16 μm, but in reality, some of the solid flame retardants are condensed to about 50 μm. These large particles contributed to the decrease in adhesive strength.
耐熱性粘着剤のように高粘度な流体中で、固形難燃剤のように凝縮して大きくなった粒子を含むものをバラバラに砕くためには、大きな剪断力と物理的破壊力を有する幅流が最適である。
攪拌を開始すると、耐熱性粘着剤に抵抗が加わって攪拌羽根の周囲の耐熱性粘着剤が硬くなる。この固くなった耐熱性粘着剤を固形難燃剤に直接的に衝突させることで、凝縮して大きくなっている固形難燃剤の粒子を物理的に破壊して小さくするのである。
In a high-viscosity fluid such as a heat-resistant adhesive, a width flow having a large shearing force and a physical destructive force is required to break up a fluid containing condensed and enlarged particles such as a solid flame retardant. Is the best.
When stirring is started, resistance is added to the heat-resistant adhesive and the heat-resistant adhesive around the stirring blade becomes hard. By directly colliding the hardened heat-resistant adhesive with the solid flame retardant, the condensed and enlarged particles of the solid flame retardant are physically destroyed and made smaller.
なお、幅流以外の流動形態、例えば攪拌軸方向に平行な流れである軸流、攪拌軸と同一方向に回転する流れである旋回流は、沈殿したものを上方に持ち上げる効果はあるが、剪断力や物理的破壊力が弱いため、高粘度の耐熱性粘着剤の中で固形難燃剤を砕く力は劣っていると思われる。 Note that the flow form other than the width flow, for example, the axial flow which is a flow parallel to the stirring axis direction and the swirling flow which is a flow rotating in the same direction as the stirring axis has the effect of lifting the settled one upward, but shearing. Due to its weak force and physical destructive force, it seems that the ability to crush solid flame retardants is inferior among high-viscosity heat-resistant adhesives.
(3)難燃機能性材料の添加順について
さらに、難燃機能性材料の添加順を最適化した。
難燃機能性材料を大量に高粘度である耐熱性粘着剤に添加する際は、難燃機能性材料の表面積及び表面状態が粘着力に大きな影響を与えていることが判明した。
すなわち、難燃機能性材料を大量に添加すると、難燃機能性材料の表面積が増大し、難燃機能性材料の高粘度化を招くことなる。また、同時に難燃機能性材料の表面状態(材料間の親和力の差による表面張力)を原因として凝集反応が生じてしまう。これらの結果、粘着力が低下するのである。
(3) Order of addition of flame-retardant functional materials Furthermore, the order of addition of flame-retardant functional materials was optimized.
When a large amount of the flame-retardant functional material was added to the heat-resistant adhesive having a high viscosity, it was found that the surface area and surface condition of the flame-retardant functional material had a great influence on the adhesive strength.
That is, when a large amount of the flame-retardant functional material is added, the surface area of the flame-retardant functional material increases, which leads to an increase in the viscosity of the flame-retardant functional material. At the same time, an agglutination reaction occurs due to the surface condition of the flame-retardant functional material (surface tension due to the difference in affinity between the materials). As a result of these, the adhesive strength is reduced.
一般的には、主剤である耐熱性粘着剤に最初に難燃機能性材料を添加し、その後、希釈剤、硬化剤の順序で添加していた。
しかしながら、この一般的な順序では高粘度である耐熱性粘着剤に最初に難燃機能性材料を添加するため、表面積の増大、高粘度化をもたらしてしまう。
そこで、本発明の実施の形態に係る難燃性放熱シートの熱伝導粘着層300を構成する熱伝導粘着剤は、以下の順序で各材料を混合する。
低粘度の希釈剤に難燃機能性材料、すなわち可溶性難燃剤、固形難燃剤及び熱伝導フィラーを添加する。それも難燃機能性材料は少量ずつ希釈剤に添加する。
次に、難燃機能性材料が添加された希釈剤を高粘度の主剤たる耐熱性粘着剤に添加する。このため、高粘度の液体である耐熱性粘着剤に大量の粉(固形難燃剤や熱伝導フィラー)を入れずにすむので、耐熱性粘着剤の表面張力を緩和した状態で粉を添加することになり、粘着力が低下することがない。
In general, a flame-retardant functional material was first added to a heat-resistant pressure-sensitive adhesive as a main ingredient, and then a diluent and a curing agent were added in this order.
However, in this general order, since the flame-retardant functional material is first added to the heat-resistant adhesive having a high viscosity, the surface area is increased and the viscosity is increased.
Therefore, the heat conductive pressure-sensitive adhesive constituting the heat-conducting pressure-
Flame retardant functional materials, namely soluble flame retardants, solid flame retardants and heat conductive fillers, are added to the low viscosity diluent. The flame-retardant functional material is added to the diluent little by little.
Next, the diluent to which the flame-retardant functional material is added is added to the heat-resistant pressure-sensitive adhesive which is a high-viscosity main agent. For this reason, it is not necessary to add a large amount of powder (solid flame retardant or heat conductive filler) to the heat-resistant adhesive, which is a highly viscous liquid. Therefore, the powder should be added in a state where the surface tension of the heat-resistant adhesive is relaxed. And the adhesive strength does not decrease.
希釈剤としての酢酸エチル、固形難燃剤、熱伝導フィラーをポリカップに入れ、回転数500rpmで5分間攪拌する。
この後、主剤であるアクリル樹脂系の耐熱粘着剤及び可溶性難燃剤を加え、回転数500rpmで5分間攪拌する。
さらにこの後、硬化剤を加えて回転数500rpmで5分間攪拌する。
なお、一例として、酢酸エチルを34.5g、固形難燃剤を16.9g、熱伝導フィラーを0.9g、耐熱性粘着剤を40.4g、可溶性難燃剤を6.9g、硬化剤を0.4gとする。
Ethyl acetate as a diluent, a solid flame retardant, and a heat conductive filler are placed in a polycup and stirred at a rotation speed of 500 rpm for 5 minutes.
After that, an acrylic resin-based heat-resistant adhesive and a soluble flame retardant, which are the main agents, are added, and the mixture is stirred at a rotation speed of 500 rpm for 5 minutes.
After that, a curing agent is added and the mixture is stirred at a rotation speed of 500 rpm for 5 minutes.
As an example, 34.5 g of ethyl acetate, 16.9 g of solid flame retardant, 0.9 g of heat conductive filler, 40.4 g of heat-resistant adhesive, 6.9 g of soluble flame retardant, and 0. Weigh 4g.
(4)難燃機能性材料の難燃剤について
難燃機能性材料を構成する難燃剤には、粉末タイプの固形難燃剤と、液体タイプの可溶性難燃剤とを併用した。
難燃剤として固形難燃剤だけを大量に使用すると、固形難燃剤が粉末タイプであるために添加された耐熱性粘着剤はパサパサとした乾燥状態になってしまい、結果として粘着力が低下してしまう。そこで、固形難燃剤のみならず、粘着力の高い液体タイプの可溶性難燃剤をも併用することで、粘着力を確保している。
(4) Flame Retardant for Flame Retardant Functional Material As the flame retardant constituting the flame retardant functional material, a powder type solid flame retardant and a liquid type soluble flame retardant were used in combination.
If only a large amount of solid flame retardant is used as the flame retardant, the heat-resistant adhesive added because the solid flame retardant is a powder type becomes dry and dry, and as a result, the adhesive strength is reduced. .. Therefore, not only the solid flame retardant but also the liquid type soluble flame retardant having high adhesive strength is used in combination to secure the adhesive strength.
このようにして構成した難燃性放熱シートについてUL94V試験に準拠した難燃性試験を実施し、その難燃性を確認した。
比較例として、固形難燃剤及び可溶性難燃剤の添加量を10%、20%、30%としたシートをあげた。
その結果を下記の表3に示す。固形難燃剤及び可溶性難燃剤の添加量を36.3%としたものだけが難燃性を有していることが確認できた。
The flame-retardant heat-dissipating sheet constructed in this way was subjected to a flame-retardant test based on the UL94V test, and its flame retardancy was confirmed.
As a comparative example, a sheet in which the addition amounts of the solid flame retardant and the soluble flame retardant were 10%, 20%, and 30% was given.
The results are shown in Table 3 below. It was confirmed that only those in which the amount of the solid flame retardant and the soluble flame retardant added was 36.3% had flame retardancy.
前記熱伝導粘着剤には、上述した固形難燃剤及や可溶性難燃剤の他に、熱伝導フィラーを混入する。
熱伝導粘着剤から構成される熱伝導粘着層は、主剤にアクリル系樹脂である耐熱性粘着剤を使用しているため、熱伝導率が悪い。
そこで、熱伝導粘着剤に熱伝導フィラーを混入して熱伝導率を高くして放熱効果を向上させている。
この熱伝導フィラーが混入された熱伝導粘着剤を熱伝導粘着層とした難燃性放熱シートと、熱伝導フィラーが混入されていない比較用粘着剤を用いた比較用シートとを用いて以下の実験を行い、それぞれ放熱効果を確認した。
In addition to the above-mentioned solid flame retardant and soluble flame retardant, the heat conductive pressure-sensitive adhesive is mixed with a heat conductive filler.
The heat conductive pressure-sensitive adhesive layer composed of the heat conductive pressure-sensitive adhesive has poor thermal conductivity because it uses a heat-resistant pressure-sensitive adhesive which is an acrylic resin as a main component.
Therefore, a heat conductive filler is mixed with the heat conductive pressure-sensitive adhesive to increase the heat conductivity and improve the heat dissipation effect.
Using a flame-retardant heat-dissipating sheet using the heat-conducting adhesive mixed with this heat-conducting filler as a heat-conducting adhesive layer, and a comparison sheet using a comparison adhesive not mixed with the heat-conducting filler, the following is used. Experiments were conducted and the heat dissipation effect was confirmed for each.
40mm×40mmに銅箔を切り、その一面に各熱伝導性粘着剤を用いて発熱体としての抵抗値1Ωの抵抗器を貼り付け、この抵抗器に1.5Vの電圧を印加して30分経過時点の抵抗器の温度を測定した。
なお、実験は実験装置全体を風防でカバーした状態で行った。
その実験結果を以下の表4に示す。
Cut a copper foil into 40 mm x 40 mm, attach a resistor with a resistance value of 1 Ω as a heating element to one side of it using each heat conductive adhesive, and apply a voltage of 1.5 V to this resistor for 30 minutes. The temperature of the resistor at the elapsed time was measured.
The experiment was carried out with the entire laboratory equipment covered with a windshield.
The experimental results are shown in Table 4 below.
上記表4からは、熱伝導フィラーが混入された熱伝導粘着剤を熱伝導粘着層300とした難燃性放熱シート1000の放熱効果の高さが確認できる。
From Table 4 above, it can be confirmed that the heat-dissipating effect of the flame-retardant heat-dissipating
なお、この難燃性放熱シート1000は、放熱層200は絶縁性を有しているが、熱伝導拡散層100や熱伝導粘着層300は、絶縁性を有していない。従って、難燃性放熱シート1000全体として絶縁性が必要な場合には、パウチ加工等の適宜な手法で絶縁性を確保する必要がある。
In the flame-retardant
100 熱伝導拡散層
200 放熱層
300 熱伝導粘着層
1000 難燃性放熱シート
100 Heat-conducting
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