JP2021054876A - 熱伝導シート - Google Patents
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Abstract
Description
なお、本発明において、「真球度」とは、式:{(平均直径−直径不同)/平均直径}×100%を用いて算出される値である。ここで、ビーズの「平均直径」とは、ビーズの直径の最大値と最小値との算術平均値を指し、ビーズの「直径不同」とは、ビーズの直径の最大値と最小値との差を指す。そして、「真球度」、「平均直径」および「直径不同」は、実施例に記載の方法を用いて求めることができる。また、本発明において、熱伝導シートの「平均厚み」は、実施例に記載の方法を用いて求めることができる。
なお、本発明において、「1.5MPa加圧下での熱伝導率」は、実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
なお、本発明において、「常温」とは23℃を指し、「常圧」とは、1atm(絶対圧)を指す。
本発明の熱伝導シートは、樹脂と、粒子状熱伝導性充填材と、ビーズとを含み、任意に、繊維状熱伝導性充填材および/または添加剤を更に含有し得る。具体的には、例えば図1に示すように、本発明の熱伝導シート10は、樹脂と、粒子状熱伝導性充填材とを含み、任意に繊維状熱伝導性充填材および/または添加剤を更に含有するシート本体11にビーズ20の一部または全部が埋設された構造を有している。
ここで、樹脂としては、常温常圧下で液体の樹脂と、常温常圧下で固体の樹脂との少なくとも一方を用いることができる。なお、本明細書において、「常温」とは23℃を指し、「常圧」とは、1atm(絶対圧)を指す。
そして、常温常圧下で液体の熱可塑性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂などが挙げられる。
また、常温常圧下で液体の熱硬化性樹脂としては、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;水素化ニトリルゴム;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;ポリイソブチレンゴム;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;ポリイミドシリコーン樹脂;ポリウレタン;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;などが挙げられる。
そして、常温常圧下で固体の熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリ(アクリル酸2−エチルヘキシル)、アクリル酸とアクリル酸2−エチルヘキシルとの共重合体、ポリメタクリル酸またはそのエステル、ポリアクリル酸またはそのエステルなどのアクリル樹脂;シリコン樹脂;フッ素樹脂;ポリエチレン;ポリプロピレン;エチレン−プロピレン共重合体;ポリメチルペンテン;ポリ塩化ビニル;ポリ塩化ビニリデン;ポリ酢酸ビニル;エチレン−酢酸ビニル共重合体;ポリビニルアルコール;ポリアセタール;ポリエチレンテレフタレート;ポリブチレンテレフタレート;ポリエチレンナフタレート;ポリスチレン;ポリアクリロニトリル;スチレン−アクリロニトリル共重合体;アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂);スチレン−ブタジエンブロック共重合体またはその水素添加物;スチレン−イソプレンブロック共重合体またはその水素添加物;ポリフェニレンエーテル;変性ポリフェニレンエーテル;脂肪族ポリアミド類;芳香族ポリアミド類;ポリアミドイミド;ポリカーボネート;ポリフェニレンスルフィド;ポリサルホン;ポリエーテルサルホン;ポリエーテルニトリル;ポリエーテルケトン;ポリケトン;ポリウレタン;液晶ポリマー;アイオノマー;などが挙げられる。
また、常温常圧下で固体の熱硬化性樹脂としては、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;水素化ニトリルゴム;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;ポリイソブチレンゴム;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;ポリイミドシリコーン樹脂;ポリウレタン;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;などが挙げられる。
なお、上述した樹脂は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
粒子状熱伝導性充填材としては、特に限定されることなく、例えば、アルミナ粒子、酸化亜鉛粒子、無機窒化物粒子、炭化ケイ素粒子、酸化マグネシウム粒子および粒子状炭素材料などを用いることができる。中でも、粒子状熱伝導性充填材としては、無機窒化物粒子および粒子状炭素材料からなる群より選択される少なくとも1種を用いることが好ましい。
なお、粒子状熱伝導性充填材は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、熱伝導シートに対する電気絶縁性および熱伝導性の付与の点で、窒化ホウ素粒子が好ましい。
なお、窒化ホウ素粒子の市販品の具体例としては、例えば、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン社製の「PT」シリーズ(例えば、「PT−110」);昭和電工社製の「ショービーエヌUHP」シリーズ(例えば、「ショービーエヌUHP−1」);Dangdong Chemical Engineering Institute Co.,Ltd.社製の「HSL」、「HS」;などが挙げられる。
これらの中でも、膨張化黒鉛が好ましい。膨張化黒鉛を用いれば、熱伝導シートの熱伝導性をより向上させることができる。
ビーズとしては、特に限定されることなく、有機ビーズ、金属ビーズおよび無機ビーズからなる群より選択される少なくとも一種を用いることができる。そして、ビーズは、モース硬度が粒子状熱伝導性充填材よりも大きく、且つ、真球度が50%以上100%以下であることを必要とする。また、熱伝導シートの平均厚みに対するビーズの平均直径の割合は、20%以上120%以下であることを必要とする。
ここで、有機ビーズとしては、例えば、アクリル樹脂ビーズ、ウレタン樹脂ビーズ、ポリスチレン樹脂ビーズ、ポリカーボネート樹脂ビーズなどの樹脂ビーズが挙げられる。なお、樹脂ビーズを形成する樹脂は、架橋されていることが好ましい。
中でも、球状形状、硬度、耐熱性および入手し易さの観点からは、有機ビーズとしては、アクリル樹脂ビーズおよびウレタン樹脂ビーズが好ましい。なお、アクリル樹脂ビーズおよびウレタン樹脂ビーズは、例えば根上工業社製の「アートパールシリーズ」などとして市販されている。
中でも、金属ビーズとしては、熱伝導率が高いことから金ビーズおよび銀ビーズが好ましく、錆び難い観点からは金ビーズが更に好ましい。
中でも、無機ビーズとしては、真球度の観点からガラスビーズが好ましい。
ビーズのモース硬度は、粒子状熱伝導性充填材のモース硬度よりも大きいことを必要とする。ビーズのモース硬度が粒子状熱伝導性充填材のモース硬度よりも大きければ、熱伝導シートを高荷重下で使用した場合であっても、ビーズが支えとなって熱伝導シートの厚み方向の潰れを抑制することができる。従って、高荷重下であっても熱伝導シートに高い熱伝導性を発揮させることができる。
なお、「モース硬度」は、モース硬度計により測定することができる。その際、標準鉱物と対象物とをこすりつけて、モース硬度の大小を決める。キズがついた方が、モース硬度が小さい物質となる。また、「モース硬度値」は、標準鉱物でこすった際に対象物にキズが付いた時に標準物質の方がモース硬度の大きい物質と判定し、傷がつかなかった標準鉱物のモース硬度の最大値をモース硬度値とする。
また、ビーズの真球度は、50%以上100%以下であることが必要であり、90%以上100%以下であることが好ましい。ビーズの真球度が上記下限値以上であれば、熱伝導シートを高荷重下で使用した場合であっても、ビーズが支えとなって熱伝導シートの厚み方向の潰れを抑制することができる。従って、高荷重下であっても熱伝導シートに高い熱伝導性を発揮させることができる。
更に、ビーズの平均直径は、熱伝導シートの平均厚みの20%以上120%以下であることが必要であり、熱伝導シートの平均厚みの40%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましく、110%以下であることが好ましく、100%以下であることがより好ましい。ビーズの平均直径が上記下限値以上であれば、熱伝導シートの厚み方向の潰れを抑制することができる。また、ビーズの平均直径が上記上限値以下であれば、熱伝導シートの熱伝導性を十分に確保することができる。従って、熱伝導シートに高い熱伝導性を発揮させることができる。
なお、上述した平均直径を有するビーズは、例えば図2に示すように熱伝導シートの厚み全体に亘って埋設されていてもよいし、図3,4に示すように熱伝導シート内に埋没していてもよいし、熱伝導シートの表面から一部が突出していてもよい。
そして、ビーズは、直径不同が0μm以上100μm以下であることが好ましく、0.3μm以上であることがより好ましく、0.5μm以上であることが更に好ましく、1.0μm以上であることが特に好ましく、50μm以下であることがより好ましく、30μm以下であることが更に好ましく、10μm以下であることが特に好ましい。ビーズの直径不同が上記上限値以下であれば、熱伝導シートの厚み方向の潰れを更に良好に抑制し、高荷重下であっても熱伝導シートに更に高い熱伝導性を発揮させることができる。
また、熱伝導シートの平面視において、ビーズの配設密度は、1個/cm2以上であることが好ましく、4個/cm2以上であることがより好ましく、60個/cm2以下であることが好ましく、40個/cm2以下であることがより好ましい。ビーズの配設密度が上記下限値以上であれば、熱伝導シートが厚み方向に潰れるのを更に良好に抑制することができる。また、ビーズの配設密度が上記上限値以下であれば、熱伝導シートの高荷重下における熱伝導率を更に高めることができる。
繊維状熱伝導性充填材としては、特に限定されることなく、例えば、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維、有機繊維を炭化して得られる炭素繊維、およびそれらの切断物などを用いることができる。中でも、熱伝導シートの熱伝導率を向上させる観点からは、繊維状熱伝導性充填材としては、カーボンナノチューブを用いることが好ましい。
なお、カーボンナノチューブとしては、特に限定されることなく、単層カーボンナノチューブおよび/または多層カーボンナノチューブを用いることができるが、CNTは、単層から5層までのカーボンナノチューブであることが好ましく、単層カーボンナノチューブであることがより好ましい。
そして、繊維状熱伝導性充填材の配合量は、適宜に調節することができる。
熱伝導シートに任意に配合し得る添加剤としては、特に限定されることなく、例えば、難燃剤、可塑剤、靭性改良剤、吸湿剤、接着力向上剤、濡れ性向上剤、イオントラップ剤などが挙げられる。
そして、添加剤の配合量は、所期の効果が得られる範囲内で適宜に調節することができる。
そして、熱伝導シートは、特に限定されないが、以下の性状を有していることが好ましい。
熱伝導シートは、0.05MPa加圧下での熱伝導率が、5W/m・K以上であることが好ましく、7W/m・K以上であることがより好ましい。
また、熱伝導シートは、1.5MPa加圧下での熱伝導率が、10.0W/m・K以上であることが好ましく、15W/m・K以上であることがより好ましい。
熱伝導シートの熱伝導率が上記範囲内であれば、熱伝導シートを発熱体と放熱体との間に挟んで更に好適に使用し得る。特に、1.5MPa加圧下での熱伝導率が上記範囲内であれば、発熱体と放熱体との間に挟んだ熱伝導シートに高荷重を負荷した場合であっても、熱伝導シートとして好適に使用し得る。
なお、本発明において、「熱伝導率」は、本明細書の実施例に記載の測定方法によって求めることができる。
熱伝導シートは、常温常圧下において、平均厚みが50μm以上であることが好ましく、100μm以上であることがより好ましく、600μm以下であることが好ましく、300μm以下であることがより好ましい。常温常圧下における熱伝導シートの平均厚みが上記上限以下であれば、熱伝導シートを発熱体と放熱体との間に挟んで好適に使用し得る。また、熱伝導シートの平均厚みが上記下限以上であれば、熱伝導シートの強度、耐久性およびハンドリング性を高めることができる。
また、熱伝導シートは、温度25℃でのアスカーC硬度が30以上90以下であることが好ましい。熱伝導シートのアスカーC硬度が上記範囲内であれば、室温環境下における熱伝導シートの可撓性およびハンドリング性を良好にすることができる。
なお、本発明において、「アスカーC硬度」は、本明細書の実施例に記載の方法で測定することができる。
上述した構成を有する熱伝導シートは、特に限定されることなく、例えば、(1)樹脂と、粒子状熱伝導性充填材と、ビーズとを含み、任意に、繊維状熱伝導性充填材および/または添加剤を更に含有する組成物を用いて熱伝導シートを作製する方法(方法1)や、樹脂と、粒子状熱伝導性充填材とを含み、任意に、繊維状熱伝導性充填材および/または添加剤を更に含有する組成物を用いてシート本体を作製した後、シート本体にビーズを埋め込んで熱伝導シートとする方法(方法2)を用いて製造することができる。
ここで、方法1では、特に限定されることなく、例えば、上記組成物を加圧してシート状に成形し、プレシートを得る工程(プレシート成形工程)と、プレシートを厚み方向に複数枚積層して、或いは、プレシートを折畳または捲回して、積層体を得る工程(積層体形成工程)と、得られた積層体を、積層方向に対して45°以下の角度でスライスし、熱伝導シートを得る工程(スライス工程)と、を経て熱伝導シートを製造することができる。
なお、方法1では、通常、ビーズの平均直径が熱伝導シートの平均厚みの100%以下である熱伝導シートが得られる。
プレシート成形工程では、樹脂と、粒子状熱伝導性充填材と、ビーズとを含み、任意に、繊維状熱伝導性充填材および/または添加剤を更に含有する組成物を加圧してシート状に成形し、プレシートを得る。ここで、樹脂、粒子状熱伝導性充填材、ビーズ、繊維状熱伝導性充填材および添加剤としては、本発明の熱伝導シートに含まれ得るものとして上述したものを用いることができる。
なお、プレシートの厚みは、特に限定されることなく、例えば0.05mm以上2mm以下とすることができる。
積層体形成工程では、プレシート成形工程で得られたプレシートを厚み方向に複数枚積層して、或いは、プレシートを折畳または捲回して、積層体を得る。ここで、プレシートの折畳による積層体の形成は、特に限定されることなく、折畳機を用いてプレシートを一定幅で折り畳むことにより行うことができる。また、プレシートの捲回による積層体の形成は、特に限定されることなく、プレシートの短手方向または長手方向に平行な軸の回りにプレシートを捲き回すことにより行うことができる。
更に、プレシートの表面に設ける接着層としては、特に限定されることなく、両面テープなどを用いることができる。
ここで、接着剤や接着層には、得られる熱伝導シートが硬くなりすぎない範囲で熱伝導性フィラーが配合されていてもよい。
スライス工程では、積層体形成工程で得られた積層体を、積層方向に対して45°以下の角度でスライスし、積層体のスライス片よりなる熱伝導シートを得る。ここで、積層体をスライスする方法としては、特に限定されることなく、例えば、マルチブレード法、レーザー加工法、ウォータージェット法、ナイフ加工法等が挙げられる。中でも、熱伝導シートの厚みを均一にし易い点で、ナイフ加工法が好ましい。また、積層体をスライスする際の切断具としては、特に限定されることなく、スリットを有する平滑な盤面と、このスリット部より突出した刃部とを有するスライス部材(例えば、鋭利な刃を備えたカンナやスライサー)を用いることができる。
方法2では、特に限定されることなく、例えば、上記組成物を加圧してシート状に成形し、プレシートを得る工程(プレシート成形工程)と、プレシートを厚み方向に複数枚積層して、或いは、プレシートを折畳または捲回して、積層体を得る工程(積層体形成工程)と、得られた積層体を、積層方向に対して45°以下の角度でスライスしてシート本体を得る工程(スライス工程)と、得られたシート本体にビーズを埋め込んで熱伝導シートを得る工程(埋め込み工程)と、を経て熱伝導シートを製造することができる。
なお、方法2では、ビーズの平均直径が熱伝導シートの平均厚みの100%超である熱伝導シートも製造できる。
そして、方法2の埋め込み工程では、スライス工程で得られたシート本体に対し、任意の方法でビーズを埋め込んで熱伝導シートとすることができる。具体的には、埋め込み工程では、例えば、シート本体の一方の表面上の所望の位置にビーズを載置した後、ピンセット等の押し込み具を用いてシート本体の厚み方向に押し込むことにより、シート本体にビーズを埋め込むことができる。
熱伝導シート中に存在するビーズの数を熱伝導シートの表面積で除してビーズの配設密度とした。
<ビーズおよび粒子状熱伝導性充填材のモース硬度>
モース硬度計(ヤガミ製、モース硬度計)を用いて測定した。
<ビーズの形状>
ビーズの平均直径、直径不同および真球度は、以下のようにして求めた。
まず、レーザー顕微鏡(キーエンス社製、VK−X250)を用いて100個のビーズを倍率20〜50倍で観察し、得られた各ビーズの画像に平面計測ツールで円を描き、描いた円の直径の最大値と最小値を直線計測にて測定した。
そして、直径の最大値と最小値の算術平均値をビーズの直径とし、100個のビーズの直径の平均値をビーズの平均直径とした。
また、直径の最大値と最小値との差を求め、100個のビーズの差の平均値をビーズの直径不同とした。
更に、式:{(平均直径−直径不同)/平均直径}×100%を用いてビーズの真球度を算出した。
<熱伝導シートのアスカーC硬度>
熱伝導シートについて、日本ゴム協会規格(SRIS 0101)のアスカーC法に準拠し、硬度計(高分子計器社製、製品名「ASKER CL−150LJ」)を使用して、温度25℃の環境下で測定した。
<熱伝導シートの平均厚み>
熱伝導シートの平均厚みは、デジマチックインジケーター(株式会社ミツトヨ社製、ID−C112X)を用いて、1/1000mmの精度で測定した。
具体的には、熱伝導シートについて、無加圧下での厚み、0.05MPa加圧下での厚み、および、1.5MPa加圧下での厚みを測定した。
そして、下記式:
(シート厚みの変化率)=(1.5MPa加圧下での熱伝導シートの平均厚み)/(0.05MPa加圧下での熱伝導シートの平均厚み)
に基づいてシート厚みの変化率を求め、以下の基準で評価した。シート厚みの変化率が1に近いほど、高荷重下でも熱伝導シートが潰れ難いことを示す。
A:シート厚みの変化率が0.5超
B:シート厚みの変化率が0.3超0.5以下
C:シート厚みの変化率が0.2超0.3以下
D:シート厚みの変化率が0.2以下
<熱伝導シートの熱伝導率>
熱伝導シートの熱伝導率は、熱伝導シートの熱抵抗値に基づいて算出した。
具体的には、熱伝導シートの熱抵抗値を、熱抵抗試験器(株式会社日立テクノロジーアンドサービス製、樹脂材料熱抵抗試験器)を用いて測定した。その際、ビーズを含む0.5cm角の略正方形に切り出した熱伝導シートを試料とし、試料温度50℃において、0.05MPa加圧下での熱抵抗値R1(℃/W)と、1.5MPa加圧下での熱抵抗値R2(℃/W)とを測定した。
そして、熱抵抗値R1および熱抵抗値R2から、0.05MPa加圧下での試料の熱伝導率C1(W/m・K)と、1.5MPa加圧下での試料の熱伝導率C2(W/m・K)とを、熱伝導シート1cm角に換算したときの値として下記式:
熱伝導率(W/m・K)=[1/熱抵抗値(℃/W)]×[(試料厚み(mm)/(試料面積(mm2)]×1000
より求めた。
また、下記式:
熱伝導率の変化率=[1.5MPa加圧下での試料の熱伝導率(C2)/(0.05MPa加圧下での試料の熱伝導率(C1)]
に基づいて、熱伝導率の変化率を求め、以下の基準で評価した。
A:熱伝導率の変化率が2.0以上
B:熱伝導率の変化率が1.5以上2.0未満
C:熱伝導率の変化率が1.0以上1.5未満
D:熱伝導率の変化率が1.0未満
粒子状熱伝導性充填材としてのカーボンナノチューブ(ZEONANO(登録商標)SG101、日本ゼオン社製、比表面積:600m2/g)を400mg量り取り、溶媒としてのメチルエチルケトン2L中に混ぜ、ホモジナイザーにより2分間撹拌し、粗分散液を得た。次に、湿式ジェットミル(株式会社常光製、製品名「JN−20」)を使用し、得られた粗分散液を湿式ジェットミルの0.5mmの流路に100MPaの圧力で2サイクル通過させて、カーボンナノチューブをメチルエチルケトンに分散させた。そして、固形分濃度0.20質量%の分散液を得た。
その後、上述のようにして得られた分散液をキリヤマろ紙(No.5A)を用いて減圧ろ過し、シート状のカーボンナノチューブの易分散性集合体を得た。
次に、常温常圧下で液体の熱可塑性フッ素樹脂(ダイキン工業株式会社製、商品名「ダイエルG−101」)を70部と、常温常圧下で固体の熱可塑性フッ素樹脂(スリーエムジャパン株式会社製、商品名「ダイニオンFC−2211」)を30部と、粒子状熱伝導性充填材としての膨張化黒鉛(伊藤黒鉛工業株式会社製、商品名「EC300」、体積平均粒子径:50μm)を90部と、上記カーボンナノチューブの易分散性集合体を0.5部とを、加圧ニーダー(日本スピンドル製)を用いて、温度150℃にて20分間撹拌混合した。次に、得られた混合物を解砕機に投入して、10秒間解砕することにより、組成物を得た。
次いで、得られた組成物50gを、サンドブラスト処理を施した厚み50μmのPETフィルム(保護フィルム)で挟み、ロール間隙550μm、ロール温度50℃、ロール線圧50kg/cm、ロール速度1m/分の条件にて圧延成形(一次加圧)し、厚み0.5mmのプレシートを得た。
続いて、得られたプレシートを縦150mm×横150mm×厚み0.5mmに裁断し、プレシートの厚み方向に300枚積層し、更に、温度120℃、圧力0.1MPaで3分間、積層方向にプレス(二次加圧)することにより、高さ約150mmの積層体を得た。
その後、二次加圧された積層体の積層側面を0.3MPaの圧力で押し付けながら、木工用スライサー(株式会社丸仲鐵工所製、商品名「超仕上げかんな盤スーパーメカS」)を用いて、積層方向に対して0度の角度で(換言すれば、積層されたプレシートの主面の法線方向に)スライスすることにより、縦150mm×横150mm×厚み0.12mmのシート本体を得た。
レーザー顕微鏡(キーエンス社製)を用いて倍率20倍で観察しながら、ビーズとしての金ビーズ(田中貴金属社製、平均直径:120μm)を、マイクロピンセットで転がしながら、0.5cm角の領域の中央に1粒子の割合となるようにシート本体上に配置し、押し込み、食い込ませて熱伝導シートを得た。得られた熱伝導シートを用いて、各種物性を評価した。結果を表1に示す。
金ビーズを、0.5cm角の領域の中央に2粒子の割合となるようにシート本体上に配置した以外は実施例1と同様にして、熱伝導シートの製造および評価を行った。結果を表1に示す。
金ビーズをアクリル樹脂ビーズ(根上工業社製、アクリルビーズART RESIN、平均直径:120μm)に替えた以外は実施例1と同様にして、熱伝導シートの製造および評価を行った。結果を表1に示す。
金ビーズをアクリル樹脂ビーズ(根上工業社製、アクリルビーズART RESIN、平均直径:120μm)に替えた以外は実施例2と同様にして、熱伝導シートの製造および評価を行った。結果を表1に示す。
金ビーズをアクリル樹脂ビーズ(根上工業社製、アクリルビーズART RESIN、平均直径:90μm)に替えた以外は実施例1と同様にして、熱伝導シートの製造および評価を行った。結果を表1に示す。
金ビーズをアクリル樹脂ビーズ(根上工業社製、アクリルビーズART RESIN、平均直径:50μm)に替えた以外は実施例1と同様にして、熱伝導シートの製造および評価を行った。結果を表1に示す。
アクリル樹脂ビーズを配設密度が20個/cm2となるようにシート本体上に配置間隔が均等になるように配置した以外は実施例3と同様にして、熱伝導シートの製造および評価を行った。結果を表1に示す。
アクリル樹脂ビーズを配設密度が60個/cm2となるようにシート本体上に配置間隔が均等になるように配置した以外は実施例3と同様にして、熱伝導シートの製造および評価を行った。結果を表1に示す。
粒子状熱伝導性充填材としてのカーボンナノチューブ(ZEONANO(登録商標)SG101、日本ゼオン社製、比表面積:600m2/g)を400mg量り取り、溶媒としてのメチルエチルケトン2L中に混ぜ、ホモジナイザーにより2分間撹拌し、粗分散液を得た。次に、湿式ジェットミル(株式会社常光製、製品名「JN−20」)を使用し、得られた粗分散液を湿式ジェットミルの0.5mmの流路に100MPaの圧力で2サイクル通過させて、カーボンナノチューブをメチルエチルケトンに分散させた。そして、固形分濃度0.20質量%の分散液を得た。
その後、上述のようにして得られた分散液をキリヤマろ紙(No.5A)を用いて減圧ろ過し、シート状のカーボンナノチューブの易分散性集合体を得た。
次に、常温常圧下で液体の熱可塑性フッ素樹脂(ダイキン工業株式会社製、商品名「ダイエルG−101」)を70部と、常温常圧下で固体の熱可塑性フッ素樹脂(スリーエムジャパン株式会社製、商品名「ダイニオンFC−2211」)を30部と、粒子状熱伝導性充填材としての膨張化黒鉛(伊藤黒鉛工業株式会社製、商品名「EC300」、体積平均粒子径:50μm)を90部と、上記カーボンナノチューブの易分散性集合体を0.5部と、アクリル樹脂ビーズ(根上工業社製、アクリルビーズART RESIN、平均直径:120μm)8.0部とを、加圧ニーダー(日本スピンドル製)を用いて、温度150℃にて20分間撹拌混合した。次に、得られた混合物を解砕機に投入して、10秒間解砕することにより、組成物を得た。
次いで、得られた組成物50gを、サンドブラスト処理を施した厚み50μmのPETフィルム(保護フィルム)で挟み、ロール間隙550μm、ロール温度50℃、ロール線圧50kg/cm、ロール速度1m/分の条件にて圧延成形(一次加圧)し、厚み0.5mmのプレシートを得た。
続いて、得られたプレシートを縦150mm×横150mm×厚み0.5mmに裁断し、プレシートの厚み方向に300枚積層し、更に、温度120℃、圧力0.1MPaで3分間、積層方向にプレス(二次加圧)することにより、高さ約150mmの積層体を得た。
その後、二次加圧された積層体の積層側面を0.3MPaの圧力で押し付けながら、木工用スライサー(株式会社丸仲鐵工所製、商品名「超仕上げかんな盤スーパーメカS」)を用いて、積層方向に対して0度の角度で(換言すれば、積層されたプレシートの主面の法線方向に)スライスすることにより、縦150mm×横150mm×厚み0.12mmの熱伝導シートを得た。
得られた、熱伝導シートをレーザー顕微鏡(キーエンス社製)で観察したところ、任意の1cm2当たりに存在するアクリル樹脂ビーズの数は24個であった。得られた熱伝導シートを用いて、実施例1と同様にして各種物性を評価した。結果を表1に示す。
金ビーズをアクリル樹脂ビーズ(根上工業社製、アクリルビーズART RESIN、平均直径:140μm)に替えた以外は実施例2と同様にして、熱伝導シートの製造および評価を行った。結果を表1に示す。
シート本体の厚みを280μmに変更し、金ビーズをアクリル樹脂ビーズ(根上工業社製、アクリルビーズART RESIN、平均直径:280μm)に替えた以外は実施例2と同様にして、熱伝導シートの製造および評価を行った。結果を表1に示す。
金ビーズを使用せず、シート本体をそのまま熱伝導シートとした以外は実施例1と同様にして、熱伝導シートの製造および評価を行った。結果を表1に示す。
金ビーズをアクリル樹脂ビーズ(根上工業社製、アクリルビーズART RESIN、平均直径:20μm)に替えた以外は実施例2と同様にして、熱伝導シートの製造および評価を行った。結果を表1に示す。
シート本体の厚みを280μmに変更し、金ビーズを使用せずにシート本体をそのまま熱伝導シートとした以外は実施例1と同様にして、熱伝導シートの製造および評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1と同様にして、縦150mm×横150mm×厚み0.12mmのシート本体を得た。
次に、得られたシート本体の表面に、レーザー加工機(ユニバーサルレーザーシステムズ社製、VLS6.60)を用いて1cm角あたり4個の孔部を形成した。具体的には、シート本体の0.5cm×0.5cmの正方形の中央部分に対し、レーザー加工機を用いて孔部を形成した。
その後、厚さ1mmの銅板の上に上記シート本体を載せた。そして、充填材としての銀ペースト(ニホンハンダ社製、モース硬度:2.5)をシート本体上部に垂らし、厚さ1mmの銅板でシート本体表面が傷つかないように軽くならすることで、孔部に銀ペーストを充填した。その後、銀ペーストを250℃で20分間焼結し、熱伝導シートを得た。得られた熱伝導シートを用いて、各種物性を評価した。結果を表1に示す。
11 シート本体
20 ビーズ
Claims (6)
- 樹脂と、粒子状熱伝導性充填材と、ビーズとを含み、
前記ビーズは、モース硬度が前記粒子状熱伝導性充填材よりも大きく、且つ、真球度が50%以上100%以下であり、
シートの平均厚みに対する前記ビーズの平均直径の割合が20%以上120%以下である、熱伝導シート。 - 前記ビーズの配設密度が1個/cm2以上40個/cm2以下である、請求項1に記載の熱伝導シート。
- 1.5MPa加圧下での熱伝導率が10.0W/m・K以上である、請求項1または2に記載の熱伝導シート。
- 平均厚みが50μm以上600μm以下である、請求項1〜3の何れかに記載の熱伝導シート。
- 前記樹脂が常温常圧下で固体の熱可塑性フッ素樹脂を含む、請求項1〜4の何れかに記載の熱伝導シート。
- 前記樹脂100質量部当たり、前記粒子状熱伝導性充填材を40質量部以上130質量部以下の割合で含む、請求項1〜5の何れかに記載の熱伝導シート。
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