JP2020192694A

JP2020192694A - 熱伝導シート製造方法及び熱伝導シート製造装置

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Publication number: JP2020192694A
Application number: JP2019098205A
Authority: JP
Inventors: 塚原　誠; Makoto Tsukahara; 誠塚原; 井尾　健児; Kenji Io; 健児井尾; 薫島野; Kaoru Shimano
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2019-05-27
Filing date: 2019-05-27
Publication date: 2020-12-03
Anticipated expiration: 2039-05-27
Also published as: JP7238600B2

Abstract

【課題】熱伝導性能を向上させた電気絶縁シートの製造方法を提供する。【解決手段】熱伝導異方性を有するフィラーＦを含む蛇腹状シートＶＳであって、複数の山折り部及び谷折り部が交互に連続する蛇腹状シートＶＳを形成する蛇腹状シート形成工程と、前記蛇腹状シートを、前記山折り部同士又は前記谷折り部同士の間隔が小さくなる方向へ圧縮して、前記蛇腹状シートを平板状に整形する整形工程と、を含み、前記蛇腹状シート形成工程は、フィラーＦを含む合成樹脂材を所定の成形型の表面に付着させて薄膜ＴＦを形成する薄膜形成工程と、前記合成樹脂材を固化させる固化工程と、を含む。【選択図】図３

Description

本発明は、熱伝導シート製造方法及び熱伝導シート製造装置に関する。

一般に、半導体素子は、その作動に伴い発熱する。特に、出力電力が比較的大きい半導体素子の発熱量は大きい。そこで、半導体素子の熱破壊を防止するため、半導体素子に、金属製（例えば、アルミニウム合金製又銅製）の放熱器（放熱フィン）が装着され、その冷却効率が高められる。この場合、半導体素子の熱を放熱器へ効率的に伝導させるための熱伝導シートが、半導体素子と放熱器との間に挟み込まれる。

例えば、特許文献１の熱伝導シートは、次のようにして製造される。帯状のゴムシートがローラーによって下方へ送り出される。ゴムシート内には、前記送り出し方向に沿って、熱伝導率を向上させるためのフィラーとしての短繊維が配向されている。ローラーの下方には、カッターが配置されており、このカッターによって、ゴムシートの表面側及び裏面側に、ゴムシートの幅方向における一端から他端へ至る直線状の切り込みが形成される。これらの切り込みは、ゴムシートの長手方向（送り出し方向）に所定の間隔をおいて、ゴムシートの表面側及び裏面側に交互に形成される。そして、ゴムシートが、上記の切り込みに沿って折り畳まれて、隣接する切り込みの間に位置する部分（中間部）同士が重ねられる。最後に、前記中間部同士が密着するように押圧されつつ加熱されて融着される。このようにして、平板状の熱伝導シートが形成される。この熱伝導シートの内部の短繊維は、熱伝導シートの板厚方向に配向されている。

特開平６−７１７７６号公報

上記のように、特許文献１の熱伝導シートの製造方法において、ゴムシートを送り出しながら、ゴムシートの表面側及び裏面側に切り込みを形成している。切り込みの位置、深さ、直線性などの精度を向上させるために、ゴムシートに、ある程度の張力を印加した状態でカッターをゴムシートに押し当てる（とともにゴムシートの幅方向にスライドさせる）必要がある。ここで、熱伝導率を向上させるためには、フィラー（つまり、短繊維）の体積密度をできるだけ高く設定する必要がある。しかし、その場合、ゴムシートの引張強度が低下する。したがって、ゴムシートに切り込みを形成し難い。そのため、短繊維の体積密度をあまり高く設定することができず、熱伝導性能をあまり高く設定することができない。

本発明は上記課題に対処するためになされたもので、その目的は、熱伝導性能を向上させた熱伝導シート製造方法及び熱伝導シート製造装置を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。

上記目的を達成するために、本発明の熱伝導シート製造方法は、熱伝導異方性を有する熱伝達部材（Ｆ）を含み、複数の山折り部及び谷折り部が交互に連続する蛇腹状シート（ＶＳ）を形成する蛇腹状シート形成工程と、前記蛇腹状シートを、前記山折り部同士又は前記谷折り部同士の間隔が小さくなる方向へ圧縮して、前記蛇腹状シートを平板状に整形する整形工程と、を含み、前記蛇腹状シート形成工程は、前記熱伝達部材を含む合成樹脂材を所定の成形型の表面に付着させて薄膜（ＴＦ）を形成する薄膜形成工程と、前記合成樹脂材を固化させる固化工程と、を含む。

本発明の熱伝導シート製造方法の一態様において、前記薄膜形成工程は、直線状に延びる稜線部をそれぞれ有する複数の山部であって、それらの稜線部が互いに平行になるように配置された複数の山部の斜面に、前記熱伝達部材を含む合成樹脂材を付着させて、前記複数の山部の斜面に前記薄膜を形成する工程を含む。

本発明の熱伝導シート製造方法の他の態様において、前記成形型（Ｍ）は、上型（ＭＵ）及び下型（ＭＬ）を備え、前記蛇腹状シート形成工程は、下型の表面に前記蛇腹状シートを形成する工程と、前記蛇腹状シートを上型と下型との間に挟み込んで、前記蛇腹状シートの膜厚を均一化する工程と、を含む。

本発明の熱伝導シート製造方法の他の態様において、前記蛇腹状シート形成工程は、平板状の薄膜部材を形成する工程と、前記平板状の薄膜部材を折り曲げて前記山折り部及び前記谷折り部を形成する工程と、を含む。

本発明の熱伝導シート製造方法の他の態様において、前記成形型が多孔質材料で構成され、前記薄膜形成工程は、前記成形型における、前記合成樹脂材が付着されていない面から前記合成樹脂材を吸引する工程を含む。

また、上記目的を達成するために、本発明の熱伝導シート製造装置は、直線状に延びる稜線部をそれぞれ有する複数の山部（ＭＬａ，ＭＵａ）であって、それらの稜線部が互いに平行になるように配置された複数の山部を有する成形型（Ｍ）と、所定の方向への熱伝導率が前記所定の方向とは異なる方向への熱伝導率よりも大きい熱伝達部材（Ｆ）を含む合成樹脂材（Ｒ）を、前記成形型の前記山部の斜面に付着させる付着装置（Ｎ）と、前記斜面に付着した、前記熱伝達部材を含む合成樹脂材を固化させて、複数の山折り部及び谷折り部が交互に連続する蛇腹状シートを形成する固化装置（Ｄ）と、前記蛇腹状シートを、前記山折り部同士又は谷折り部同士の間隔が小さくなる方向へ圧縮して、前記蛇腹状シートを平板状に整形する整形装置（ＰＡ）と、を含む。

上記の本発明の薄膜形成工程において、熱伝達部材を含む合成樹脂材の流動方向へ熱伝達部材を配向させ易い。この方向を、山折り部（谷折り部）の傾斜方向としておき、前記山折り部同士又は谷折り部同士の間隔が小さくなる方向へ圧縮して、前記合成樹脂材を平板状に整形することにより、前記成形された平板状の部材（熱伝導シート）の板厚方向に、熱伝導部材を配向させることができる。これによれば、上記特許文献１のような、薄膜部材（特許文献１のゴムシートに相当）に切り込みを入れる工程が不要なので、熱伝達部材の密度を比較的高く設定できる。よって、本発明によれば、熱伝導性能を向上させた熱伝導シートを製造できる。

本発明の一実施形態に係る熱伝導シートの外観図である。本発明の第１実施形態に係る金型の概略図である。図２の金型の下型に複合材からなる薄膜を形成した状態を示す断面図である。図３の薄膜を固化させて形成された蛇腹状シートの膜厚を均一化する工程を示す断面図である。図４の蛇腹状シートを圧縮する工程を示す断面図である。蛇腹シートが圧縮されて熱伝導シートが完成した状態を示す断面図である。図１の熱伝導シートの表層の溝部を拡大した拡大図である。本発明の第２実施形態に係る金型の断面図である。図８の金型を用いて形成された蛇腹状シートの断面図である。図９の蛇腹状シートを圧縮して形成された熱伝導シートの表層を拡大した拡大図である。図９の蛇腹状シートを圧縮して形成された熱伝導シートの表層部の割れを拡大した拡大図である。図１１の割れを修正して、熱伝導シートの表面を平滑化する工程を示す断面図である。本発明の第３実施形態に係る金型の表面に複合材を塗布する工程を示す断面図である。図１３の工程において塗布された複合材の一部を除去する工程を示す断面図である。図１４の下型を変形させて蛇腹状シートを形成し、金型を閉じて蛇腹状シートの膜厚を均一化する工程を示す断面図である。第３実施形態の変形例に係る金型を用いて、蛇腹状シートの膜厚を均一化する工程を示す断面図である。図１６の金型を変形させて蛇腹状シートを形成するとともに、蛇腹状シートの膜厚を均一化する工程を示す断面図である。本発明の第４実施形態に係る熱伝導シートの一連の製造工程及び製造装置を示す概略図である。本発明の変形例に係り、金型からの蛇腹状シートの剥離性を向上させる膜を、金型の表面に形成した例を示す断面図である。図１９の金型から剥離された蛇腹状シートの断面図である。本発明の他の変形例に係り、多孔質材で形成された金型の断面図である。本発明の第４実施形態の変形例に係る熱伝導シートの一連の製造工程及び製造装置を示す概略図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る熱伝導シートの製造方法について説明する。以下、一例として、図１に示す熱伝導シートＳ１を製造する工程について説明する。

本実施形態において、図２に示すように、下型ＭＬ１及び上型ＭＵ１からなる金型Ｍ１を用いる。下型ＭＬ１及び上型ＭＵ１は、略直方体状（ブロック状）に形成されている。以下の説明において、下型ＭＬ１及び上型ＭＵ１の長辺方向を左右方向と呼び、短辺方向を前後方向と呼ぶ。また、下型ＭＬ１及び上型ＭＵ１の厚さ方向を上下方向と呼ぶ。金型Ｍ１の型開き方向が上下方向である。

図３及び図４に示すように、下型ＭＬ１の上面には、複数（例えば１００個）の山部ＭＬ１ａが形成されている。なお、隣り合う山部ＭＬ１ａの間の部分を谷部ＭＬ１ｂと呼ぶ。複数の山部ＭＬ１ａ（複数の谷部ＭＬ１ｂ）が左右方向に等間隔に並べられている。つまり、各山部ＭＬ１ａの稜線ＲＬが前後方向に直線状に延設されている（図２参照）。山部ＭＬ１ａの斜面は平面状である。山部ＭＬ１ａの間隔は、０．３０９ｍｍである。また、山部ＭＬ１ａの高さ（谷部ＭＬ１ｂの深さ）は、０．４７５５ｍｍである。また、山部ＭＬ１ａの頂点の角度（斜面と斜面との間の角度）は、４０°である。

上型ＭＵ１の下面には、下型ＭＬ１の複数の山部ＭＬ１ａ及び谷部ＭＬ１ｂと同形の複数の谷部ＭＵ１ｂ及び山部ＭＵ１ａが形成されている。複数の山部ＭＵ１ａ（複数の谷部ＭＵ１ｂ）が左右方向に等間隔に並べられている。つまり、各山部ＭＵ１ａが前後方向に直線状に延設されている。金型Ｍ１が閉じられた状態で、下型ＭＬ１と上型ＭＵ１との間に所定の隙間が形成される。

上記のように構成された下型ＭＬ１の複数の山部ＭＬ１ａの斜面に、フィラーＦ（熱伝達部材）を含む熱可塑性樹脂材Ｒ（複合材（スラリー））が、付着装置Ｎを用いて付着（塗布、噴霧など）される（図３参照）。これにより、複合材からなる薄膜ＴＦが、下型ＭＬ１の複数の山部ＭＬ１ａの斜面に形成される。

フィラーＦとして、鱗片状の窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化ホウ素ナノチューブ、鱗片状グラファイト、カーボンナノチューブなどを採用することが好ましい。これらのフィラーＦは六方晶系に属し、フィラーＦの結晶面に垂直な方向（ｃ軸方向）に比べて、フィラーＦの結晶面に平行な方向（ａ軸方向及びｂ軸方向）への熱伝達率が大きい。すなわち、フィラーＦは、熱伝導異方性を有する。ここで、鱗片状の窒化ホウ素（ＢＮ）及び窒化ホウ素ナノチューブは、電気絶縁体であるのに対し、鱗片状グラファイト及びカーボンナノチューブは、導電体である。そこで、熱伝導シートＳ１が電気絶縁体であることが望ましい場合には、鱗片状の窒化ホウ素（ＢＮ）及び窒化ホウ素ナノチューブをフィラーＦとして採用すればよい。一方、熱伝導シートＳ１が導電体であることが望ましい場合には、後者を採用すればよい。また、この場合には、アルミニウム製、銅製などの金属製の鱗片状又は繊維状の部材をフィラーＦとして採用してもよい。

また、熱可塑性樹脂材Ｒとして、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、アラミド、ポリエチレンテレフタラートなどを主成分とする材料を採用できる。なお、熱可塑性樹脂材Ｒに代えて、熱硬化性樹脂材を採用してもよい。

例えば、鱗片状のフィラーＦを採用した場合、下型ＭＬ１の複数の山部ＭＬ１ａの斜面に沿って流動し、フィラーＦの結晶面が山部ＭＬ１ａの斜面に対して平行になる。また、例えば、繊維状のフィラーＦを採用した場合、下型ＭＬ１の複数の山部ＭＬ１ａの斜面に沿って複合材が流動し、フィラーＦの長手方向が山部ＭＬ１ａの斜面に対して平行になる。つまり、フィラーＦにおける熱を伝達し易い方向が、山部ＭＬ１ａの傾斜方向に一致している。

つぎに、上記の複合材からなる薄膜ＴＦが乾燥されて固化される。これにより、山折り部と谷折り部が交互に連続する蛇腹状の蛇腹状シートＶＳが形成される。つぎに、図４に示すように、金型Ｍ１が閉じられる。つまり、下型ＭＬ１の山部ＭＬ１ａ（谷部ＭＬ１ｂ）と上型ＭＵ１の谷部ＭＵ１ｂ（山部ＭＬ１ａ）との間に蛇腹状シートＶＳが挟み込まれて押圧される。これにより、蛇腹状シートＶＳの膜厚が均一化される。なお、上記の膜厚を均一化する工程（下型ＭＬ１の山部ＭＬ１ａ（谷部ＭＬ１ｂ）と上型ＭＵ１の谷部ＭＵ１ｂ（山部ＭＬ１ａ）との間に蛇腹状シートＶＳを挟み込んで押圧する工程）を省略してもよい。

つぎに、金型Ｍ１が開かれ、蛇腹状シートＶＳが金型Ｍ１から剥がし取られる。つぎに、図５に示すように、蛇腹状シートＶＳが、角筒ＳＬに挿入される。角筒ＳＬ内において、蛇腹状シートＶＳの左右方向（山折り部及び谷折り部の配列方向）が、角筒ＳＬの軸方向に一致している。つぎに、蛇腹状シートＶＳが加熱されるとともに、ピストンＰＴによって、蛇腹状シートＶＳが左右方向（山折り部の間隔が小さくなる方向）に圧縮される（図６参照）。これにより、山折り部の頂部と、谷折り部の底部との間に位置する部分であって、下型ＭＬ１の山部ＭＬ１ａの斜面に沿っていた部分（中間部）が、上下方向に延設された状態になるとともに、隣接する中間部同士が融着される。このようにして、略平板状の熱伝導シートＳ１が製造される。熱伝導シートＳ１内において、フィラーＦにおける熱を伝達し易い方向が、熱伝導シートＳ１の板厚方向に一致している。

第１実施形態の実験結果）
本実験において、フィラーＦとして、アルミニウム製の鱗片を採用した。また、熱可塑性樹脂材Ｒとして、スチレンアクリル共重合体エマルジョンを採用した。フィラーＦにおいて、蒸着膜を剥離及び粉砕されている。フィラーＦの面方向の平均寸法（平均径）は、１５μｍである。また、フィラーＦの平均厚さは、５００ｎｍである。熱可塑性樹脂材ＲとフィラーＦとの体積比が１：１であるように秤量し、グリコール系溶剤に、フィラーＦとポリエーテル系リン酸エステル化合物からなる分散材を加えて攪拌し、スラリーを得た。

上記のスラリーに水を加えて攪拌し、噴霧に適切な粘度に調整した。そして、付着装置Ｎを用いて、スラリーを山部ＭＬ１ａの斜面に噴霧した。その際、付着装置Ｎ（二流体ノズル）の線端面を、山部ＭＬ１ａの斜面に正対させた。なお、付着装置Ｎ（二流体ノズル）から噴出されるスラリーの平均粒径を、５０μｍ以下に設定した。このようにして、山部ＭＬ１ａの斜面にスラリーの薄膜ＴＦを形成した。

つぎに、山部ＭＬ１ａの斜面に付着したスラリーの薄膜ＴＦに赤外線を照射して乾燥させるとともに重合反応させ、蛇腹状シートＶＳを形成した。蛇腹状シートＶＳの平均膜厚は、２０μｍであった。この蛇腹状シートＶＳを、角筒ＳＬに挿入し、蛇腹状シートＶＳを加熱して、その温度を１８０°に設定した状態で、ピストンＰＴを用いて圧縮した。このようにして、熱伝導シートＳ１を製造した。完成した熱伝導シートＳ１の長さは８ｍｍであり、幅は４ｍｍである。また、熱伝導シートＳ１の板厚は、０．５ｍｍである。この熱伝導シートＳ１の熱伝導率は、表１に示すように、１４Ｗ／ｍ・Ｋであった（表１参照）。なお、本実験に係る熱伝導シートＳ１の比較例として、上記のスラリーを平板の表面に噴霧して平板状の薄膜を形成し、その薄膜を乾燥及び重合反応させて熱伝導シートＳ０を製造した。熱伝導シートＳ０の熱伝導率は、同表に示すように、６Ｗ／ｍ・Ｋであった。なお、レーザーフラッシュ法を用いて、熱伝導シートＳ１及び熱伝導シートＳ０の熱伝導率を測定した。

（第２実施形態）
上記の第１実施形態において、下型ＭＬ１の前後方向に垂直な断面の上辺（下型ＭＬ１の上面）は三角波を呈する（図３参照）。また、上型ＭＵ１の前後方向に垂直な断面の下辺（上型ＭＵ１の下面）は三角波を呈する。したがって、下型ＭＬ１と上型ＭＵ１との間に挟み込まれて押圧されて形成された蛇腹状シートＶＳの山折り部及び谷折り部の頂点は尖鋭状になる。このような蛇腹状シートＶＳを左右方向に圧縮すると、図７に示すように、山折り部及び谷折り部の頂点付近が左右方向に離間した状態になり易い。すなわち、完成した熱伝導シートＳ１の上面及び下面には、前後方向に延びる溝Ｇが、左右方向に等間隔に形成されている。上記実施形態１の実験結果において、膜厚ｔが０．５ｍｍであり、折り曲げ部（山折り部部及び谷折り部）の角度θが４０°であるから、溝Ｇの深さｄ（＝ｔ／ｓｉｎθ）は、０，０２４５ｍｍである。そのため、発熱部材（例えばパワートランジスタ）、放熱器などと、熱伝導シートＳ１の上面及び下面とが密着し難く（熱抵抗が大きく）、発熱部材の冷却効率が低下する虞がある。

そこで、本実施形態では、図８に示すような、金型Ｍ２を用いる。金型Ｍ２の下型ＭＬ２の谷部ＭＬ２ｂの底部に小さな（低い）山部ＭＰが設けられるとともに、上型ＭＵ２の谷部ＭＵ２ｂの底部に小さな（低い）山部ＭＰが設けられている。これによれば、図９に示すように、蛇腹状シートＶＳの山折り部及び谷折り部の頂面が、尖鋭状ではなく凹状になる。このような蛇腹状シートＶＳを左右方向に圧縮することにより、図１０に示すように、蛇腹状シートＶＳの山折り部及び谷折り部の斜面同士を全体的に密着させることができる。つまり、完成した熱伝導シートＳ２の上面及び下面に、図７に示したような溝Ｇが形成されない。すなわち、熱伝導シートＳ２の上面及び下面を平滑化できる。よって、発熱部材、放熱器などと、熱伝導シートＳ２の上面及び下面との密着性を向上させて、発熱部材の冷却効率を向上させることができる。

なお、この場合、熱伝導シートＳ２の上面及び下面付近（蛇腹状シートＶＳの山折り部の頂部同士の融着部）に引っ張り応力が残留する場合がある。この場合、熱伝導シートＳ２に焼き鈍しを施すことにより、上記の引っ張り応力を緩和できる。この方法は、例えば、熱可塑性樹脂材Ｒとして比較的軟質の材料（例えば、スチレンアクリル樹脂材）を用いた場合に有効である。

また、図９に示した蛇腹状シートＶＳを左右方向に圧縮した際、図１１に示すように、山折り部及び谷折り部の頂部が割れる場合がある。この場合には、図１２に示すように、熱伝導シートＳ２を加熱しながら、その板厚方向に押圧することにより、熱伝導シートＳ２の表層部分を押し潰して、上記の割れを解消することができる。この方法は、例えば、熱可塑性樹脂材Ｒとして比較的硬質の材料（例えば、ＡＢＳ樹脂材）を用いた場合に有効である。

なお、上記の第２実施形態では、谷部ＭＬ２ｂ，ＭＵ２ｂの底部に小さな山部ＭＰ，ＭＰを設けているが、谷部ＭＬ２ｂ，ＭＵ２ｂの底部に凸状部を設定しさえすれば、図８乃至図１２を用いて示した例と同様に、溝Ｇの深さｄを第１実施形態よりも小さく設定できる。

（第３実施形態）
本実施形態においては、上記の金型Ｍ１，Ｍ２とは異なる金型Ｍ３を用いる。金型Ｍ３の下型ＭＬ３は、図１３乃至図１５に示すように、左右方向に延びる略長方形の板状に形成されている。下型ＭＬ３は、前後方向にそれぞれ延びる複数の関節部Ｊを有する。これらの関節部Ｊは、左右方向に等間隔に配置されている。下型ＭＬ３は、当該関節部Ｊにて屈折可能に構成されている。具体的には、下型ＭＬ３は、複数の支持板Ｓａ及び複数の支持板Ｓｂを備える。これらの複数の支持板Ｓａ及び複数の支持板Ｓｂが左右方向に交互に並べられ、それらがヒンジ接続されている。支持板Ｓａの前後方向に垂直な断面は、台形を呈する。すなわち、同断面において、上辺Ｓａ１と下辺Ｓａ２は平行である。なお、下辺Ｓａ２は、上辺Ｓａ１より少し短い。左辺Ｓａ３は、上辺Ｓａ１及び下辺Ｓａ２に対して直交している。右辺Ｓａ４は、上辺Ｓａ１及び下辺Ｓａ２に対して傾斜している。上辺Ｓａ１と右辺Ｓａ４との間の角度は、例えば、６３°である。

支持板Ｓｂの前後方向に垂直な断面は、台形を呈する。すなわち、同断面において、上辺Ｓｂ１と下辺Ｓｂ２は平行である。なお、下辺Ｓｂ２は、上辺Ｓｂ１より少し短い。右辺Ｓｂ３は、上辺Ｓｂ１及び下辺Ｓｂ２に対して直行している。左辺Ｓｂ４は、上辺Ｓｂ１及び下辺Ｓｂ２に対して傾斜している。上辺Ｓｂ１と左辺Ｓｂ４との間の角度は、例えば、６３°である。

支持板Ｓａの上面（上辺Ｓａ１）と右面（右辺Ｓａ４）との交差部が、その支持板Ｓａの右方に配置された支持板Ｓｂの上面（上辺Ｓｂ１）と左面（左辺Ｓｂ４）との交差部にヒンジ接続されている。以下の説明において、当該ヒンジ接続部を第１関節部Ｊ１と呼ぶ。また、支持板Ｓｂの上面（上辺Ｓｂ１）と右面（右辺Ｓｂ３）との交差部が、その支持板Ｓｂの右方に配置された支持板Ｓａの上面（上辺Ｓａ１）と左面（左辺Ｓａ３）との交差部にヒンジ接続されている。以下の説明において、当該ヒンジ接続部を第２関節部Ｊ２と呼ぶ。

図１３に示すように、支持板Ｓａ及び支持板Ｓｂの上面が水平になるように設定された状態において、第１関節部Ｊ１が上方へ押し上げられることにより、図１５に示すように、下型ＭＬ３は、第１実施形態の下型ＭＬ１と同様の複数の山部（谷部）を有する状態に変形する。

金型Ｍ３の上型ＭＵ３の構成は、第１実施形態の上型ＭＵ１の構成と同様である。すなわち、上型ＭＵ３は、下型ＭＬ３の山部（谷部）に嵌合する谷部（山部）を備える。

つぎに、上記のように構成された金型Ｍ３を用いて熱伝導シートＳ３を製造する工程について説明する。まず、図１３に示すように、下型ＭＬ３の支持板Ｓａ及び支持板Ｓｂの上面が水平になるように設定される。つぎに、第１実施形態と同様の複合材が、ロールコーターＲＣを用いて、下型ＭＬ３の上面に塗布される。また、このような複合材を、カレンダーロールを用いてシート状に加工したシート状部材を、下型ＭＬ３の上面に置き、ロールコーターＲＣを用いて、前記シート状部材に、前記複合材を塗布しても良い。なお、ロールコーターＲＣに代えて、スクリーンコーターを用いてもよい。例えば、鱗片状のフィラーＦを採用した場合、下型ＭＬ３の上面に複合材が塗布された状態において、フィラーＦの結晶面が水平になる。また、例えば、繊維状のフィラーＦを採用した場合、フィラーＦの長手方向が左右方向に略一致している。つまり、フィラーＦにおける熱を伝達し易い方向が、水平方向（左右方向）に一致している。

つぎに、図１４に示すように、下型ＭＬ３の上面に塗布されて形成された複合材からなる薄膜ＴＦのうち、第１関節部Ｊ１及び第２関節部Ｊ２の上方に位置する部分の膜厚が他の部分よりも小さくなるように、薄膜ＴＦの一部が除去される。

つぎに、薄膜ＴＦが固化されて、薄膜部材ＦＳが形成される。つぎに、図１５に示すように、下型ＭＬ３が変形されて、薄膜部材ＦＳが、複数の山折り部及び谷折り部を有するように整形される。このようにして、第１実施形態と同様の蛇腹状シートＶＳが形成される。つぎに、金型Ｍ３が閉じられる。すなわち、蛇腹状シートＶＳが、下型ＭＬ３と上型ＭＵ３との間に挟み込まれて、その膜厚が均一化される。最後に、第１実施形態と同様に、蛇腹状シートＶＳが加熱されながら左右方向に圧縮される。このようにして、熱伝導シートＳ３が製造される。

なお、上型ＭＵ３に代えて、図１６及び図１７に示すように、下型ＭＬ３と同様の、変形可能な上型ＭＵ３ａを用いてもよい。すなわち、上型ＭＵ３の構成は、下型ＭＬ３を上下反転させた構成と同一である。そして、下型ＭＬ３の支持板Ｓａの上方に上型ＭＵ３ａの支持板Ｓｂが配置され、下型ＭＬ３の支持板Ｓｂの上方に上型ＭＵ３ａの支持板Ｓａが配置されている。

この場合、まず、図１３に示した例と同様に、下型ＭＬ３の上面が水平になるように設定される。つぎに、第１実施形態と同様の複合材が、ロールコーターＲＣを用いて、下型ＭＬ３の上面に塗布されて薄膜ＴＦが形成される。つぎに、薄膜ＴＦが固化されて、薄膜部材ＦＳが形成される。つぎに、図１６に示すように、上型ＭＵ３ａの下面が水平になるように設定されたままの状態で、薄膜部材ＦＳが、下型ＭＬ３と上型ＭＵ３ａとの間に挟み込まれて、その膜厚が均一化される。つぎに、図１７に示すように、下型ＭＬ３及び上型ＭＵ３ａが同時に変形されて、薄膜部材ＦＳが、複数の山折り部及び谷折り部を有するように整形されて、蛇腹状シートＶＳが形成される。最後に、第１実施形態と同様に、蛇腹状シートＶＳが加熱されながら左右方向に圧縮される。このようにして、熱伝導シートＳ３ａが製造される。

（第３実施形態の実験結果）
第１実施形態の実験と同一のスラリーを下型ＭＬ３の上面に塗布して薄膜ＴＦを形成し、上型ＭＵ３を用いて蛇腹状シートＶＳの膜厚を均一化した。そして、その蛇腹状シートＶＳを左右方向に圧縮して熱伝導シートＳ３を製造した。また、第１実施形態の実験と同一のスラリーを下型ＭＬ３の上面に塗布して薄膜ＴＦを形成し、上型ＭＵ３ａを用いて蛇腹状シートＶＳの膜厚を均一化した。そして、その蛇腹状シートＶＳを左右方向に圧縮して熱伝導シートＳ３ａを製造した。熱伝導シートＳ３の熱伝導率は、表２に示すように、１６Ｗ／ｍ・Ｋであり、熱伝導シートＳ３ａの熱伝導率は、１７Ｗ／ｍ・Ｋであった。

（第４実施形態）
本実施形態では、上記第１実施形態乃至第３実施形態の金型Ｍ１乃至金型Ｍ３（Ｍ３ａ）に代えて、金型Ｍ４を用いる（図１８参照）。金型Ｍ４の下型ＭＬ４は、円板状に形成され、その外周面に、下型ＭＬ１と同様の複数の山部ＭＬ４ａが形成されている。これらの山部ＭＬ４ａは、下型ＭＬ４の周方向に等間隔に形成されている。この下型ＭＬ４が、その中心軸のまわりに回動される。具体的には、下型ＭＬ４は、隣接する山部ＭＬ４ａの間隔に応じた角度α（周方向のずれ（ピッチ））だけ回動した後、所定時間だけ停止し、再び角度αだけ回動するという動作を繰り返す。

第１付着装置Ｎ１、第１乾燥装置Ｄ１、第２付着装置Ｎ２、第２乾燥装置Ｄ２、上型ＭＵ４及び圧縮装置ＰＡが、下型ＭＬ４の径方向における外方にて、下型ＭＬ４の周方向に所定の間隔をおいて、この順に配置されている。

第１付着装置Ｎ１は、下型ＭＬ４が角度αだけ回動して停止するごとに、それらに最も近接した山部ＭＬ４ａの両斜面に向かって、前記複合材を噴霧する。これにより、下型ＭＬ４の外周面に連続的に薄膜ＴＦ１が形成される。第１乾燥装置Ｄ１は、その近傍を通過する薄膜ＴＦ１へ向かって赤外線を照射する。これにより、下型ＭＬ４の外周面に連続的に蛇腹状シートＶＳ１が形成される。第２付着装置Ｎ２は、下型ＭＬ４が角度θだけ回動して停止するごとに、それらに最も近接した山部ＭＬ４ａの両斜面に向かって、前記複合材を噴霧する。これにより、前記蛇腹状シートＶＳ１の外周面に薄膜ＴＦ２が連続的に形成される。第２乾燥装置Ｄ２は、その近傍を通過する薄膜ＴＦ２へ向かって赤外線を照射する。これにより、蛇腹状シートＶＳ１の外周面に連続的に蛇腹状シートＶＳ２が形成される。つまり、蛇腹状シートＶＳ１と蛇腹状シートＶＳ２とが積層された蛇腹状シートＶＳが連続的に形成される。

上型ＭＵ４は、１つの山部ＭＵ４ａから構成され、図示しない下型ＭＬ４の径方向へ移動可能である。上型ＭＵ４は、下型ＭＬ４が角度αだけ回動して停止するごとに、それらに最も近接した谷部ＭＬ４ｂに嵌合する。つまり、谷部ＭＬ４ｂと山部ＭＵ４ａとの間に蛇腹状シートＶＳが挟み込まれて、その膜厚が均一化される。

圧縮装置ＰＡは、第１実施形態と同様の角筒ＳＬ及びピストンＰＴを備える。上型ＭＵ４にて形成された蛇腹状シートＶＳは、図示しないガイド装置により、下型ＭＬ４から剥がし取られるとともに、角筒ＳＬ内へ導かれる。下型ＭＬ４が所定回数だけ回動するごとに、蛇腹状シートＶＳが角筒ＳＬの入口付近にて切断される。そして、その角筒ＳＬがピストンＰＴの下方へ移動され、第１実施形態乃至第３実施形態と同様に、ピストンＰＴにより、蛇腹状シートＶＳが圧縮整形されて、熱伝導シートＳ４が製造される。その後、角筒ＳＬが元の位置に戻され、再び下型ＭＬ４が回動される。上記の動作が繰り返されて、熱伝導シートＳ４が連続的に製造される。

上記の第１実施形態乃至第４実施形態によれば、上記特許文献１のような、蛇腹状シートＶＳ（特許文献１のゴムシートに相当）に切り込みを入れる工程が不要なので、フィラーＦの密度を比較的高く設定できる。よって、本実施形態によれば、熱伝導性能を向上させた熱伝導シートＳ１〜Ｓ４を製造できる。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、図１９に示すように、金型Ｍ（金型Ｍ１乃至金型Ｍ４）から蛇腹状シートＶＳを剥離し易くするために、下型ＭＬ（下型ＭＬ１乃至下型ＭＬ４）の上面（及び上型ＭＵ（上型ＭＵ１乃至上型ＭＵ４の下面）に、予め除去可能な膜ＲＦを形成しておくとよい。この剥離性を向上させる膜ＲＦは、蛇腹状シートＶＳに影響を与えることなく、それ自身のみを溶解、蒸発又は昇華させて除去可能な材料で構成される。例えば、ポリビニルアルコールを主成分とする膜ＲＦを形成すると良い。この場合、蛇腹状シートＶＳと膜ＲＦとが、一体的に、金型Ｍから剥がし取られる(図２０参照)。そして、温水により膜ＲＦのみが溶解されて除去される。これによれば、蛇腹状シートＶＳを金型Ｍから剥がし取り易い。すなわち、蛇腹状シートＶＳを金型Ｍから剥がし取る際に、蛇腹状シートＶＳを破断させてしまうことを抑制できる。

また、例えば、図２１に示すように、成形型Ｍ５を多孔質の材料で構成してもよい。この場合、フィラーＦの外径Ｌ（各フィラーＦにおける最長部の寸法）の平均値Ａ_Ｌ、外径Ｌの標準偏差σ_Ｌ、成形型Ｍの空孔の孔径Ｂの平均値Ａ_Ｂ、及び孔径Ｂの標準偏差σ_Ｂが、下記の関係（式（１））を満たすように設定するとよい。
Ａ_Ｌ−２σ_Ｌ＞Ａ_Ｂ＋２σ_Ｂ・・・（１）

例えば、上記のような多孔質の成形型Ｍ５の下型ＭＬ５の上面に上記の複合材を付着させた状態で、下型ＭＬ５の側面部又は下面部から、真空ポンプなどを用いて吸引することにより、フィラーＦを下型ＭＬ５の表面に密着させて、フィラーＦの配向度を高めるとともに、余分な合成樹脂材（熱可塑性樹脂材Ｒ）を除去して、フィラーＦの密度の高い薄膜ＴＦを形成できる。また、上記の式（１）を満たすように各種パラメーターを設定することにより、成形型Ｍ５の空孔へのフィラーＦの入り込みを抑制できる。つまり、成形型Ｍ５の目詰まりを抑制できる。

なお、例えば、粉末焼結法を用いて金属製又はセラミクス製の多孔質の成形型Ｍ５を製造できる。また、連続鋳造法を用いて成形型Ｍ５を製造しても良い。この場合、ガスを含む溶湯を用いるとよい。

フィラーＦとして、アルミニウム製の鱗片を用いた例において、それらの面積から算出した外径Ｌの平均値Ａ_Ｌは、３０μｍであった。また、標準偏差σ_Ｌは、１０μｍであった。この例おいて、空孔の孔径Ｂの平均値Ａ_Ｂが５μｍであり、且つ標準偏差σ_Ｂが２μｍの成形型Ｍ５を用いて蛇腹状シートＶＳを製造して剥離するという工程を繰り返した。その結果、成形型Ｍ５の目詰まりは生じなかった。

また、例えば、第４実施形態においては、第１付着装置Ｎ１及び第２付着装置Ｎ２を用いて、複合材を下型ＭＬ４に噴霧して付着させている。これに代えて、図２２に示すように、複合材を貯留した処理液層Ｃに下型ＭＬ４の一部を浸漬させて、下型ＭＬ４に複合材を付着させてもよい。この例において、処理液層Ｃには、例えば、フィラーＦとしての窒化ホウ素を分散させた高分子電解質溶液（複合材）が貯留されている。さらに、電極板ＰＢが、電解質溶液に浸漬されている。そして、下型ＭＬ４と電極板ＰＢとの間に所定の電圧が印加される。これにより、フィラーＦの表面に、例えば、正の電荷が帯電される。下型ＭＬ４の電位が負であるため、フィラーＦが下型ＭＬ４の表面に配向度が高い状態で堆積される。これによっても、連続的に薄膜ＴＦを形成することができる。以降の工程は、上記の第４実施形態と同様である。

Ｄ１…第１乾燥装置（固化装置）、Ｄ２…第２乾燥装置（固化装置）、Ｆ…フィラー（熱伝達部材）、ＦＳ…薄膜部材、Ｍ…成形型、ＭＬ…下型、ＭＵ…上型、Ｎ…付着装置、ＰＡ…圧縮装置（整形装置）、ＰＢ…電極板、ＰＴ…ピストン、Ｒ…熱可塑性樹脂材(合成樹脂材)、Ｓ１…熱伝導シート、Ｓ２…熱伝導シート、Ｓ３…熱伝導シート、Ｓ３ａ…熱伝導シート、Ｓ４…熱伝導シート、ＳＬ…角筒、ＴＦ…薄膜、ＶＳ…蛇腹状シート、ｔ…膜厚

Claims

熱伝導異方性を有する熱伝達部材を含む薄膜部材であって、複数の山折り部及び谷折り部が交互に連続する蛇腹状シートを形成する蛇腹状シート形成工程と、
前記蛇腹状シートを、前記山折り部同士又は前記谷折り部同士の間隔が小さくなる方向へ圧縮して、前記蛇腹状シートを平板状に整形する整形工程と、
を含み、
前記蛇腹状シート形成工程は、
前記熱伝達部材を含む合成樹脂材を所定の成形型の表面に付着させて薄膜を形成する薄膜形成工程と、
前記合成樹脂材を固化させる固化工程と、を含む、熱伝導シート製造方法。
請求項１に記載の熱伝導シート製造方法において、
前記薄膜形成工程は、直線状に延びる稜線部をそれぞれ有する複数の山部であって、それらの稜線部が互いに平行になるように配置された複数の山部の斜面に、前記熱伝達部材を含む合成樹脂材を付着させて、前記複数の山部の斜面に前記薄膜を形成する工程を含む、熱伝導シート製造方法。
請求項２に記載の熱伝導シート製造方法において、
前記成形型は、上型及び下型を備え、
前記蛇腹状シート形成工程は、
下型の表面に前記蛇腹状シートを形成する工程と、
前記蛇腹状シートを上型と下型との間に挟み込んで、前記蛇腹状シートの膜厚を均一化する工程と、を含む、熱伝導シート製造方法。
請求項１に記載の熱伝導シート製造方法において、
前記蛇腹状シート形成工程は、
平板状の薄膜部材を形成する工程と、
前記平板状の薄膜部材を折り曲げて前記山折り部及び前記谷折り部を形成する工程と、
を含む、熱伝導シート製造方法。
請求項１に記載の熱伝導シート製造方法において、
前記成形型が多孔質材料で構成され、
前記薄膜形成工程は、前記成形型における、前記合成樹脂材が付着されていない面から前記合成樹脂材を吸引する工程を含む、熱伝導シート製造方法。
直線状に延びる稜線部をそれぞれ有する複数の山部であって、それらの稜線部が互いに平行になるように配置された複数の山部を有する成形型と、
熱伝導異方性を有する熱伝達部材を含む合成樹脂材を、前記成形型の前記山部の斜面に付着させる付着装置と、
前記斜面に付着した、前記熱伝達部材を含む合成樹脂材を固化させて、複数の山折り部及び谷折り部が交互に連続する蛇腹状シートを形成する固化装置と、
前記蛇腹状シートを、前記山折り部同士又は谷折り部同士の間隔が小さくなる方向へ圧縮して、前記蛇腹状シートを平板状に整形する整形装置と、
を含む、熱伝導シート製造装置。