JP2022013411A - 放熱材及びその製造方法、放熱材キット、並びに、放熱材形成用組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】優れた放熱特性を有する放熱材を提供すること。【解決手段】放熱材は、金属粒子と樹脂とを含み、面方向に沿って配列した前記金属粒子が相対的に高密度で存在する領域を内部に有し、前記金属粒子が、前記金属粒子全体に占める粒子径が3μm以上の粒子の体積比率が40%以下のものである。【選択図】図1
Description
本開示は、放熱材及びその製造方法、放熱材キット、並びに、放熱材形成用組成物に関する。
近年、電子機器の小型化と多機能化に伴い、単位面積当たりの発熱量が増加する傾向にある。その結果、電子機器内で局所的に熱が集中するヒートスポットが発生し、電子機器の故障、短寿命化、動作安定性の低下、信頼性の低下等の問題が生じている。このため、発熱体で生じた熱を外部に放散させてヒートスポットの発生を緩和することの重要性が増している。
電子機器の放熱対策として、金属板、ヒートシンク等の放熱器を電子機器の発熱体近傍に取り付けて、発熱体で生じた熱を放熱器に伝導し、外部に放散させることが行われている。しかしながら、電子機器の小型化に伴い、電子機器に放熱器を取り付けるのが困難な場合が生じている。そこで、電子機器の小型化に適応しうる放熱手段として、シート状の放熱材又は放熱性を示す塗膜を形成するための熱放射塗料が検討されている。
例えば、特許文献1には、平面上に周期的に繰り返される微細凹凸パターンを形成するように実質的に二次元配列された多数のマイクロキャビティと、マイクロキャビティの上にそれを覆うように形成される被覆層とからなる熱放射面を備える波長選択性熱放射材料が開示されている。
また、特許文献2には、塗料ビヒクル中に分散したSnO2-Sb2O5系半導体粒子を含んでいる熱放射塗料が開示されている。
特許文献1に記載の波長選択性熱放射材料で用いられるマイクロキャビティは、多孔金属マスクを得るステップ、レジスト塗膜に所定波長の光を照射してパターン露光するステップ等、多数のステップを経て得られるものであり、必ずしも簡便な形成方法とはいえない。そのため、優れた放熱特性を有し簡便な方法で形成可能なシート状の放熱材が求められていた。
また、特許文献2に記載の熱放射塗料では、波長選択性を示さず十分な放熱性を得ることができない場合があった。
また、特許文献2に記載の熱放射塗料では、波長選択性を示さず十分な放熱性を得ることができない場合があった。
本開示は上記従来の事情に鑑みてなされたものであり、本開示の一態様は、優れた放熱特性を有する放熱材及び優れた放熱特性を有する放熱材を簡便な方法で形成可能な放熱材の製造方法を提供することを目的とする。また、本開示の別の一態様は、優れた放熱特性を有する放熱材の製造に用いられる放熱材キット及び放熱材形成用組成物を提供することを目的とする。
前記課題を達成するための具体的手段は以下の通りである。
<1> 金属粒子と樹脂とを含み、面方向に沿って配列した前記金属粒子が相対的に高密度で存在する領域を内部に有し、
前記金属粒子が、前記金属粒子全体に占める粒子径が3μm以上の粒子の体積比率が40%以下のものである放熱材。
<2> 前記金属粒子の体積平均粒子径が、3μm以下である<1>に記載の放熱材。
<3> 波長2μm~6μmにおける電磁波の吸収率の積分値Aの、波長2μm~18μmにおける電磁波の吸収率の積分値Bに対する比率(A/B)が、0.3以上である<1>又は<2>に記載の放熱材。
<4> 前記領域を正面から観察したときに、観察面に占める前記金属粒子の割合が面積基準で50%以上である<1>~<3>のいずれか1項に記載の放熱材。
<5> 前記領域が、フーリエ変換赤外分光光度計を用いて測定される前記放熱材の吸収スペクトルを変化させる機能を有する<1>~<4>のいずれか1項に記載の放熱材。
<6> 前記放熱材の厚み方向の真ん中に前記領域を有する<1>~<5>のいずれか1項に記載の放熱材。
<7> 発熱体に対向する面側寄りに前記領域を有する<1>~<5>のいずれか1項に記載の放熱材。
<8> 発熱体に対向する面と逆の面側寄りに前記領域を有する<1>~<5>のいずれか1項に記載の放熱材。
<9> 前記領域の厚みが、0.1μm~100μmの範囲内である<1>~<8>のいずれか1項に記載の放熱材。
<10> 前記放熱材全体の厚みに占める前記領域の厚みの割合が、0.1%~99%の範囲内である<1>~<9>のいずれか1項に記載の放熱材。
<11> 前記領域が、前記金属粒子に由来する凹凸構造を表面に有する<1>~<10>のいずれか1項に記載の放熱材。
<12> 下記(A)及び(B)を満たす領域1、領域2及び領域3をこの順に備える<1>~<11>のいずれか1項に記載の放熱材。
(A)領域2の波長2μm~6μmにおける電磁波の吸収率の積分値 > 領域1及び領域3の波長2μm~6μmにおける電磁波の吸収率の積分値
(B)領域2の金属粒子占有率 > 領域1及び領域3の金属粒子占有率
<13> 第1の樹脂層の上に金属粒子を配置する工程と、前記金属粒子の上に第2の樹脂層を配置する工程と、をこの順に有し、
前記金属粒子が、前記金属粒子全体に占める粒子径が3μm以上の粒子の体積比率が40%以下のものである<1>~<12>のいずれか1項に記載の放熱材の製造方法。
<14> 金属粒子と、樹脂とを備え、前記金属粒子が、前記金属粒子全体に占める粒子径が3μm以上の粒子の体積比率が40%以下のものである<1>~<12>のいずれか1項に記載の放熱材の製造に用いるための放熱材キット。
<15> 金属粒子と樹脂とを含有し、
前記金属粒子が、前記金属粒子全体に占める粒子径が3μm以上の粒子の体積比率が40%以下のものである放熱材形成用組成物。
<1> 金属粒子と樹脂とを含み、面方向に沿って配列した前記金属粒子が相対的に高密度で存在する領域を内部に有し、
前記金属粒子が、前記金属粒子全体に占める粒子径が3μm以上の粒子の体積比率が40%以下のものである放熱材。
<2> 前記金属粒子の体積平均粒子径が、3μm以下である<1>に記載の放熱材。
<3> 波長2μm~6μmにおける電磁波の吸収率の積分値Aの、波長2μm~18μmにおける電磁波の吸収率の積分値Bに対する比率(A/B)が、0.3以上である<1>又は<2>に記載の放熱材。
<4> 前記領域を正面から観察したときに、観察面に占める前記金属粒子の割合が面積基準で50%以上である<1>~<3>のいずれか1項に記載の放熱材。
<5> 前記領域が、フーリエ変換赤外分光光度計を用いて測定される前記放熱材の吸収スペクトルを変化させる機能を有する<1>~<4>のいずれか1項に記載の放熱材。
<6> 前記放熱材の厚み方向の真ん中に前記領域を有する<1>~<5>のいずれか1項に記載の放熱材。
<7> 発熱体に対向する面側寄りに前記領域を有する<1>~<5>のいずれか1項に記載の放熱材。
<8> 発熱体に対向する面と逆の面側寄りに前記領域を有する<1>~<5>のいずれか1項に記載の放熱材。
<9> 前記領域の厚みが、0.1μm~100μmの範囲内である<1>~<8>のいずれか1項に記載の放熱材。
<10> 前記放熱材全体の厚みに占める前記領域の厚みの割合が、0.1%~99%の範囲内である<1>~<9>のいずれか1項に記載の放熱材。
<11> 前記領域が、前記金属粒子に由来する凹凸構造を表面に有する<1>~<10>のいずれか1項に記載の放熱材。
<12> 下記(A)及び(B)を満たす領域1、領域2及び領域3をこの順に備える<1>~<11>のいずれか1項に記載の放熱材。
(A)領域2の波長2μm~6μmにおける電磁波の吸収率の積分値 > 領域1及び領域3の波長2μm~6μmにおける電磁波の吸収率の積分値
(B)領域2の金属粒子占有率 > 領域1及び領域3の金属粒子占有率
<13> 第1の樹脂層の上に金属粒子を配置する工程と、前記金属粒子の上に第2の樹脂層を配置する工程と、をこの順に有し、
前記金属粒子が、前記金属粒子全体に占める粒子径が3μm以上の粒子の体積比率が40%以下のものである<1>~<12>のいずれか1項に記載の放熱材の製造方法。
<14> 金属粒子と、樹脂とを備え、前記金属粒子が、前記金属粒子全体に占める粒子径が3μm以上の粒子の体積比率が40%以下のものである<1>~<12>のいずれか1項に記載の放熱材の製造に用いるための放熱材キット。
<15> 金属粒子と樹脂とを含有し、
前記金属粒子が、前記金属粒子全体に占める粒子径が3μm以上の粒子の体積比率が40%以下のものである放熱材形成用組成物。
本開示の一態様によれば、優れた放熱特性を有する放熱材及び優れた放熱特性を有する放熱材を簡便な方法で形成可能な放熱材の製造方法を提供することができる。また、本開示の別の一態様によれば、優れた放熱特性を有する放熱材の製造に用いられる放熱材キット及び放熱材形成用組成物を提供することができる。
以下、本開示を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本開示は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本開示を制限するものではない。
本開示において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
本開示において「~」を用いて示された数値範囲には、「~」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において、各成分には、該当する物質が複数種含まれていてもよい。組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率又は含有量は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
本開示において、各成分に該当する粒子には、複数種の粒子が含まれていてもよい。組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、各成分の粒子径は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本開示において「層」又は「膜」との語には、当該層又は膜が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。
本開示において「積層」との語は、層を積み重ねることを示し、二以上の層が結合されていてもよく、二以上の層が着脱可能であってもよい。
本開示において、層又は膜の平均厚みは、対象となる層又は膜の5点の厚みを測定し、その算術平均値として与えられる値とする。
層又は膜の厚みは、マイクロメーター等を用いて測定することができる。本開示において、層又は膜の厚みを直接測定可能な場合には、マイクロメーターを用いて測定する。一方、1つの層の厚み又は複数の層の総厚みを測定する場合には、電子顕微鏡を用いて、測定対象の断面を観察することで測定してもよい。
本開示において「~」を用いて示された数値範囲には、「~」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において、各成分には、該当する物質が複数種含まれていてもよい。組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率又は含有量は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
本開示において、各成分に該当する粒子には、複数種の粒子が含まれていてもよい。組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、各成分の粒子径は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本開示において「層」又は「膜」との語には、当該層又は膜が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。
本開示において「積層」との語は、層を積み重ねることを示し、二以上の層が結合されていてもよく、二以上の層が着脱可能であってもよい。
本開示において、層又は膜の平均厚みは、対象となる層又は膜の5点の厚みを測定し、その算術平均値として与えられる値とする。
層又は膜の厚みは、マイクロメーター等を用いて測定することができる。本開示において、層又は膜の厚みを直接測定可能な場合には、マイクロメーターを用いて測定する。一方、1つの層の厚み又は複数の層の総厚みを測定する場合には、電子顕微鏡を用いて、測定対象の断面を観察することで測定してもよい。
<放熱材>
本開示の放熱材は、金属粒子と樹脂とを含み、面方向に沿って配列した前記金属粒子が相対的に高密度で存在する領域を内部に有し、前記金属粒子として、前記金属粒子全体に占める粒子径が3μm以上の粒子の体積比率が40%以下のもの(以下、特定金属粒子と称することがある。)が用いられたものである。
本開示において放熱材の「内部」とは、放熱材の表面以外の部分を意味する。
本開示において「面方向」とは放熱材の主面に沿った方向を意味し、「金属粒子が相対的に高密度で存在する領域」とは、放熱材の他の領域に比べて金属粒子が高密度で存在する領域を意味する。
本開示の放熱材は、金属粒子と樹脂とを含み、面方向に沿って配列した前記金属粒子が相対的に高密度で存在する領域を内部に有し、前記金属粒子として、前記金属粒子全体に占める粒子径が3μm以上の粒子の体積比率が40%以下のもの(以下、特定金属粒子と称することがある。)が用いられたものである。
本開示において放熱材の「内部」とは、放熱材の表面以外の部分を意味する。
本開示において「面方向」とは放熱材の主面に沿った方向を意味し、「金属粒子が相対的に高密度で存在する領域」とは、放熱材の他の領域に比べて金属粒子が高密度で存在する領域を意味する。
本開示の放熱材は、優れた放熱特性を有する。その理由は明確ではないが、以下のように推察される。
本開示の放熱材は、面方向に沿って配列した特定金属粒子が相対的に高密度で存在する領域(以下、金属粒子層ともいう)が内部に形成されている。金属粒子層を構成する金属粒子として、本開示の放熱材では特定金属粒子が用いられるため、金属粒子層の表面には特定金属粒子の形状に起因する微細な凹凸構造が形成される。微細な凹凸構造の形成された金属粒子層の表面において、金属粒子層に発熱体から熱が伝わると表面プラズモン共鳴が生じて、放射される電磁波の波長域が変化すると考えられる。その結果、例えば、樹脂が吸収しにくい波長域の電磁波の放射率が相対的に増大し、樹脂による蓄熱が抑制されて、放熱性が向上すると考えられる。
ここでいう「樹脂」には、放熱材に含まれる樹脂と、放熱材の外部に配置される樹脂(樹脂ケース等)の両方が含まれうる。
本開示の放熱材は、面方向に沿って配列した特定金属粒子が相対的に高密度で存在する領域(以下、金属粒子層ともいう)が内部に形成されている。金属粒子層を構成する金属粒子として、本開示の放熱材では特定金属粒子が用いられるため、金属粒子層の表面には特定金属粒子の形状に起因する微細な凹凸構造が形成される。微細な凹凸構造の形成された金属粒子層の表面において、金属粒子層に発熱体から熱が伝わると表面プラズモン共鳴が生じて、放射される電磁波の波長域が変化すると考えられる。その結果、例えば、樹脂が吸収しにくい波長域の電磁波の放射率が相対的に増大し、樹脂による蓄熱が抑制されて、放熱性が向上すると考えられる。
ここでいう「樹脂」には、放熱材に含まれる樹脂と、放熱材の外部に配置される樹脂(樹脂ケース等)の両方が含まれうる。
放熱材に含まれる金属粒子層は、放熱材が放射する電磁波のスペクトルを変化させる機能を有する。樹脂は一般に、比較的低波長の赤外域(例えば、2μm~10μm)の電磁波を吸収しにくい(透過しやすい)傾向にある。したがって、ある実施態様では、放熱材に含まれる金属粒子層は、放熱材が放射する電磁波の波長域を、上記赤外域における電磁波の放射率が増大するように変化させる機能を有する。
金属粒子層が上記機能を有するか否かは、フーリエ変換赤外分光光度計を用いて測定した吸収スペクトルが変化するか否かにより判断することができる。具体的には、金属粒子層を含まないこと以外は本開示の放熱材と同じ条件で作製したサンプルの吸収スペクトルと、本開示の放熱材の吸収スペクトルとを比較して確認することができる。
本開示の放熱材では、内部に金属粒子層を形成することで、表面プラズモン共鳴を生じさせている。このため、例えば、二次元配列された多数のマイクロキャビティ等の微細な凹凸構造を形成して表面プラズモン共鳴を生じさせる等の手法に比べ、簡易な手法で表面プラズモン共鳴を生じさせることができる。
金属粒子層の形態は、表面プラズモン共鳴を生じうる状態であれば特に制限されない。たとえば、金属粒子層と他の領域との間に明確な境界が形成されていても、形成されていなくてもよい。また、金属粒子層は放熱材中に連続的に存在していても、非連続的(パターン状を含む)に存在していてもよい。金属粒子層に含まれる金属粒子は、隣り合う粒子と接触していても、接触していなくてもよい。
金属粒子層の厚み(厚みが一定でない場合は、厚みが最小となる部分の厚さ)は、特に制限されない。例えば、0.1μm~100μmの範囲内であってもよい。金属粒子層の厚みは、例えば、金属粒子層に含まれる金属粒子の量、金属粒子の大きさ等によって調節することができる。
放熱材全体に占める金属粒子層の割合は、特に制限されない。例えば、放熱材全体の厚みに占める金属粒子層の厚みの割合は、0.1%~99%の範囲内であってもよく、1%~50%の範囲内であってもよい。
金属粒子層における金属粒子の密度は、表面プラズモン共鳴を生じうる状態であれば特に制限されない。例えば、金属粒子層(又は放熱材)を正面(放熱材の主面)から観察したときに、観察面に占める金属粒子の割合が面積基準で50%以上であることが好ましく、75%以上であることがより好ましく、90%であることがさらに好ましい。観察面に占める金属粒子の割合の上限は、面積基準で100%である。
本開示において「金属粒子層の正面から観察したときの観察面」とは、金属粒子の配列方向(放熱材の面方向)に対して垂直な方向(放熱材の厚み方向)から観察される面を意味する。
上記割合は、例えば、電子顕微鏡画像から画像処理ソフトウェアを用いて計算することができる。
本開示において「金属粒子層の正面から観察したときの観察面」とは、金属粒子の配列方向(放熱材の面方向)に対して垂直な方向(放熱材の厚み方向)から観察される面を意味する。
上記割合は、例えば、電子顕微鏡画像から画像処理ソフトウェアを用いて計算することができる。
放熱材における金属粒子(金属粒子層)の位置は、放熱材の内部に形成されていれば、特に制限されない。例えば、放熱材の厚み方向における真ん中に位置していてもよい。また、放熱材が発熱体と対向する面側寄りに位置していても、放熱材が発熱体と対向する面と逆の面側寄りに位置していてもよい。
本開示の放熱材の断面構成の一例を、図1~図3に基づいて説明する。なお、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。また、実質的に同一の機能を有する部材には全図面を通して同じ符号を付与し、重複する説明は省略する場合がある。
図1に示す放熱材100は、厚み方向における中心に特定金属粒子が集まって形成された金属粒子層102と、その両側に配置される樹脂層101及び樹脂層103と、を備えている。また、樹脂層103側が後述の発熱体104に貼り付けられている。
図2に示す放熱材200は、厚み方向における中心よりも発熱体104側寄りに特定金属粒子が集まって形成された金属粒子層102と、その両側に配置される樹脂層101及び樹脂層103とを備えている。
図3に示す放熱材300は、厚み方向における中心よりも発熱体104と逆の面側寄りに特定金属粒子が集まって形成された金属粒子層102と、その両側に配置される樹脂層101及び樹脂層103とを備えている。
本開示の放熱材の断面構成の一例を、図1~図3に基づいて説明する。なお、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。また、実質的に同一の機能を有する部材には全図面を通して同じ符号を付与し、重複する説明は省略する場合がある。
図1に示す放熱材100は、厚み方向における中心に特定金属粒子が集まって形成された金属粒子層102と、その両側に配置される樹脂層101及び樹脂層103と、を備えている。また、樹脂層103側が後述の発熱体104に貼り付けられている。
図2に示す放熱材200は、厚み方向における中心よりも発熱体104側寄りに特定金属粒子が集まって形成された金属粒子層102と、その両側に配置される樹脂層101及び樹脂層103とを備えている。
図3に示す放熱材300は、厚み方向における中心よりも発熱体104と逆の面側寄りに特定金属粒子が集まって形成された金属粒子層102と、その両側に配置される樹脂層101及び樹脂層103とを備えている。
本開示において「金属粒子」とは、表面の少なくとも一部が金属である粒子を意味し、粒子の内部は金属であっても、金属でなくてもよい。熱伝導による放熱性を向上させる観点からは、粒子の内部は金属であることが好ましい。
金属粒子の表面の少なくとも一部が金属である場合には、外部からの電磁波が金属粒子の表面に到達することが可能であれば、樹脂、金属酸化物等の金属以外の物質が金属粒子の周囲に存在していてもよい。
金属粒子の表面の少なくとも一部が金属である場合には、外部からの電磁波が金属粒子の表面に到達することが可能であれば、樹脂、金属酸化物等の金属以外の物質が金属粒子の周囲に存在していてもよい。
金属粒子に含まれる金属としては、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、銀、金、錫、チタン、クロム、パラジウム等が挙げられる。金属粒子に含まれる金属は、1種のみであっても2種以上であってもよい。また、単体であっても合金の状態であってもよい。
金属粒子の形状は、金属粒子層の表面に所望の凹凸構造を形成できるものであれば特に制限されない。金属粒子の形状として具体的には、球状、フレーク状、針状、直方体、立方体、四面体、六面体、多面体、筒状、中空体、核部から異なる4軸方向に伸びた三次元針状構造等が挙げられる。これらの中でも、球状又は球状に近い形状が好ましい。
特定金属粒子は、金属粒子全体に占める粒子径が3μm以上の粒子の体積比率が40%以下とされ、30%以下が好ましく、25%以下がより好ましく、20%以下がさらに好ましく、15%以下が特に好ましい。金属粒子全体に占める粒子径が3μm以上の粒子の体積比率の下限は、0%である。
本開示において、金属粒子全体に占める粒子径が3μm以上の粒子の体積比率は、下記方法により求められた値をいう。
レーザー回折・散乱法により、金属粒子についての体積基準の粒度分布曲線を測定する。得られた粒度分布曲線から、金属粒子全体に占める粒子径が3μm以上の粒子の割合を求め、得られた値を体積比率とする。
本開示において、金属粒子全体に占める粒子径が3μm以上の粒子の体積比率は、下記方法により求められた値をいう。
レーザー回折・散乱法により、金属粒子についての体積基準の粒度分布曲線を測定する。得られた粒度分布曲線から、金属粒子全体に占める粒子径が3μm以上の粒子の割合を求め、得られた値を体積比率とする。
特定金属粒子の体積平均粒子径は、放熱材に使用される金属粒子以外の材料の種類を考慮して設定してもよい。例えば、金属粒子の体積平均粒子径が小さいほど、金属粒子層の表面に形成される凹凸構造の周期が小さくなり、金属粒子層で生じる表面プラズモン共鳴が最大となる波長が短くなる。金属粒子層による電磁波の吸収率は、表面プラズモン共鳴が最大となる波長において最大となる。したがって、金属粒子層で生じる表面プラズモン共鳴が最大となる波長が短くなると、金属粒子層による電磁波の吸収率が最大となる波長が短くなり、キルヒホッフの法則に従い、当該波長における電磁波の放射率が増大する傾向にある。このため、金属粒子の体積平均粒子径を適切に選択することで、金属粒子層の放射波長を放熱材に含まれる樹脂が吸収しにくい波長域に変換でき、放熱性がより向上する傾向にある。
特定金属粒子の体積平均粒子径は、3μm以下が好ましく、2μm以下がより好ましい。特定金属粒子の体積平均粒子径は、0.5μm以上であってもよい。特定金属粒子の体積平均粒子径が上記範囲であると、放射する電磁波の波長域を樹脂が吸収しにくい波長域(例えば、6μm以下)に変換することができる。これにより、樹脂による蓄熱を抑制し、放熱性をより向上することができる。
本開示において金属粒子の体積平均粒子径は、レーザー回折・散乱法により得られる体積基準の粒度分布曲線において小径側からの積算が50%になるときの粒子径(D50)である。
金属粒子層による電磁波の吸収波長又は放射波長を効果的に制御する観点からは、金属粒子層に含まれる金属粒子の粒子径のばらつきは小さいことが好ましい。金属粒子の粒子径のばらつきを抑えることで、金属粒子層の表面に周期性を有する凹凸構造を形成しやすくなり、表面プラズモン共鳴が生じやすくなる傾向にある。
金属粒子の粒子径のばらつきは、例えば、体積基準の粒度分布曲線において小径側からの積算が10%になるときの粒子径をD10(μm)、小径側からの積算が90%になるときの粒子径をD90(μm)としたとき、D10/D90の値が0.3以上となる程度であることが好ましく、0.4以上となる程度であることがより好ましく、0.6以上となる程度であることがさらに好ましい。なお、D10/D90の値の上限は、1である。
放熱材に含まれる樹脂の種類は特に制限されず、公知の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、紫外線硬化性樹脂等から選択できる。具体的には、フェノール樹脂、アルキド樹脂、アミノアルキド樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂、メラミン尿素樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、塩化ゴム系樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。これらの中でも耐熱性、入手性等の観点からは、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等が好ましい。放熱材に含まれる樹脂は、1種のみであっても2種以上であってもよい。
放熱材は、樹脂及び金属粒子以外の材料を含んでもよい。例えば、セラミックス粒子、添加剤等を含んでもよい。
放熱材がセラミックス粒子を含むことで、例えば、放熱材の放熱効果をより高めることができる。セラミックス粒子として具体的には、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、ジルコニア、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化リチウム、二酸化ケイ素等の粒子が挙げられる。金属粒子層に含まれるセラミックス粒子は、1種のみであっても2種以上であってもよい。また、セラミックス粒子は、表面が樹脂、酸化物等で構成される皮膜で覆われていてもよい。
セラミックス粒子の大きさ及び形状は、特に制限されない。例えば、上述した特定金属粒子の粒径及び形状の好ましい態様として記載したものと同様であってもよい。
放熱材が添加剤を含むことで、放熱材又は放熱材を形成するための材料に所望の機能を付与することができる。添加剤として具体的には、分散剤、造膜助剤、可塑剤、顔料、シランカップリング剤、粘度調整剤等が挙げられる。
放熱材の形状は特に制限されず、用途等に応じて選択できる。例えば、シート状、フィルム状、板状等が挙げられる。あるいは、発熱体に放熱材の材料を塗布して形成された層の状態であってもよい。
放熱材の厚み(厚みが一定でない場合は、厚みが最小となる部分の厚さ)は、特に制限されない。例えば、1μm~500μmの範囲内であることが好ましく、10μm~200μmであることがより好ましい。放熱材の厚みが500μm以下であると、放熱材が断熱層となりにくく良好な放熱性が維持される傾向にある。放熱材の厚みが1μm以上であると、放熱材の機能が充分に得られる傾向にある。
放熱材が吸収又は放射する電磁波の波長領域は特に制限されないが、熱放射性の観点からは、室温(25℃)下、3μm~30μmにおける各波長に対する吸収率又は放射率が1.0に近いほど好ましい。具体的には0.8以上であることが好ましく、0.9以上であることがより好ましい。
電磁波の吸収率又は放射率は、放射率測定器(例えば、京都電子工業株式会社製、D and S AERD)、フーリエ変換赤外分光光度計等により測定することができる。キルヒホッフの法則により、電磁波の吸収率と放射率は等しいと考えることができる。電磁波の吸収率又は放射率は、具体的には、各波長の透過率と反射率を測定し、下記式にて計算することができる。
吸収率(放射率)=1-透過率-反射率
また、放熱材が吸収又は放射する電磁波の波長領域は、フーリエ変換赤外分光光度計で測定することができる。
吸収率(放射率)=1-透過率-反射率
また、放熱材が吸収又は放射する電磁波の波長領域は、フーリエ変換赤外分光光度計で測定することができる。
放熱材の用途は、特に制限されない。例えば、電子機器の発熱体に相当する箇所に取り付けて、発熱体で生じた熱を放散させるために用いてもよい。また、発熱体で生じた熱を金属板、ヒートシンク等の放熱器に伝えるために用いてもよい。
金属粒子層は、金属粒子に由来する凹凸構造を表面に有することが好ましい。金属粒子に由来する凹凸構造を表面に有する金属粒子層に発熱体から熱が伝わると表面プラズモン共鳴が生じて、放射される電磁波の波長域が変化すると考えられる。その結果、例えば、放熱材に含まれる樹脂が吸収しない波長域の電磁波の放射率が相対的に増大し、樹脂による蓄熱が抑制されて、放熱性が向上すると考えられる。
放熱材は、下記(A)及び(B)を満たす領域1、領域2及び領域3をこの順に備えていてもよい。
(A)領域2の波長2μm~6μmにおける電磁波の吸収率の積分値 > 領域1及び領域3の波長2μm~6μmにおける電磁波の吸収率の積分値
(B)領域2の金属粒子占有率 > 領域1及び領域3の金属粒子占有率
(A)領域2の波長2μm~6μmにおける電磁波の吸収率の積分値 > 領域1及び領域3の波長2μm~6μmにおける電磁波の吸収率の積分値
(B)領域2の金属粒子占有率 > 領域1及び領域3の金属粒子占有率
上記構成を有する放熱材は、これを発熱体に取り付けた場合、優れた放熱効果を発揮する。その理由は必ずしも明らかではないが、下記のように考えられる。
樹脂は一般に、短波長の赤外光を吸収しにくく、長波長の赤外光を吸収しやすい性質を有する。このため、樹脂が吸収しにくい2μm~6μmの波長域における電磁波の吸収率を高める(すなわち、放射率を高める)ことで、樹脂による蓄熱が抑制されて、放熱性が向上すると考えられる。
樹脂は一般に、短波長の赤外光を吸収しにくく、長波長の赤外光を吸収しやすい性質を有する。このため、樹脂が吸収しにくい2μm~6μmの波長域における電磁波の吸収率を高める(すなわち、放射率を高める)ことで、樹脂による蓄熱が抑制されて、放熱性が向上すると考えられる。
領域2として具体的には、金属粒子を相対的に多く含むことで金属粒子によって形成された微細な凹凸構造を有し、表面プラズモン共鳴効果が生じるように構成された層(金属粒子層)が挙げられる。
領域1及び領域3として具体的には、樹脂を相対的に多く含む層(樹脂層)が挙げられる。
領域1及び領域3として具体的には、樹脂を相対的に多く含む層(樹脂層)が挙げられる。
領域2の位置は領域1及び領域3の間であれば特に制限されず、放熱材の厚み方向の真ん中に配置されても、発熱体寄り側に配置されても、発熱体に対向する側と逆側寄りに配置されてもよい。
隣接する領域の間には、明確な境界が存在していても、存在していない(例えば、金属粒子占有率が厚み方向において段階的に変化する)状態であってもよい。
上記構成において「金属粒子占有率」とは、当該領域に占める金属粒子の体積基準の割合を意味する。「波長2μm~6μmにおける電磁波の吸収率」は、上述した放熱材の電磁波の吸収率と同様にして測定できる。
隣接する領域の間には、明確な境界が存在していても、存在していない(例えば、金属粒子占有率が厚み方向において段階的に変化する)状態であってもよい。
上記構成において「金属粒子占有率」とは、当該領域に占める金属粒子の体積基準の割合を意味する。「波長2μm~6μmにおける電磁波の吸収率」は、上述した放熱材の電磁波の吸収率と同様にして測定できる。
領域2が領域1と領域3との間に配置されていることで、領域2に含まれる金属粒子が配列した状態が維持され、安定した放熱性が得られる傾向にある。
領域1及び領域3に含まれる材料、厚み等は同じであっても異なっていてもよい。例えば、領域1が発熱体側に位置する場合、領域1に熱伝導性の高い材料を用いることで熱をより効率的に伝達でき、放熱性のさらなる向上が期待できる。
領域1及び領域3に含まれる材料、厚み等は同じであっても異なっていてもよい。例えば、領域1が発熱体側に位置する場合、領域1に熱伝導性の高い材料を用いることで熱をより効率的に伝達でき、放熱性のさらなる向上が期待できる。
放熱材は、波長2μm~6μmにおける電磁波の吸収率の積分値Aの、波長2μm~18μmにおける電磁波の吸収率の積分値Bに対する比率(A/B)は、樹脂を透過可能な波長域の放射光比率向上の観点から、0.3以上であることが好ましく、0.4以上であることがより好ましく、0.5以上であることがさらに好ましい。なお、比率(A/B)の上限は、1である。
積分値A及び積分値Bは、フーリエ変換赤外分光光度計を用いて測定された放熱材の吸収スペクトルから算出することができる。
積分値A及び積分値Bは、フーリエ変換赤外分光光度計を用いて測定された放熱材の吸収スペクトルから算出することができる。
<放熱材の製造方法>
本開示の放熱材は、いかなる方法で製造されたものであってもよい。
本開示の放熱材は、第1の樹脂層の上に特定金属粒子を配置する工程と、前記特定金属粒子の上に第2の樹脂層を配置する工程と、をこの順に有する本開示の第一の放熱材の製造方法により得られたものであってもよい。
本開示の放熱材は、いかなる方法で製造されたものであってもよい。
本開示の放熱材は、第1の樹脂層の上に特定金属粒子を配置する工程と、前記特定金属粒子の上に第2の樹脂層を配置する工程と、をこの順に有する本開示の第一の放熱材の製造方法により得られたものであってもよい。
第一の放熱材の製造方法によれば、特定金属粒子と樹脂とを含み、内部に特定金属粒子が偏在した構造を有する放熱材を製造することができる。
特定金属粒子に表面プラズモン共鳴を生じさせて良好な放熱性を得る観点からは、特定金属粒子は上述した放熱材に含まれる金属粒子層を形成していることが好ましい。
特定金属粒子に表面プラズモン共鳴を生じさせて良好な放熱性を得る観点からは、特定金属粒子は上述した放熱材に含まれる金属粒子層を形成していることが好ましい。
上記方法で使用する第1の樹脂層及び第2の樹脂層は、上述した放熱材に含まれる樹脂を含むものであってもよく、上述した放熱材に含まれるセラミックス粒子、添加剤等をさらに含んでもよい。
第1の樹脂層及び第2の樹脂層の材質及び寸法は同じであっても、異なっていてもよい。作業性の観点からは、第1の樹脂層及び第2の樹脂層の少なくとも一方は、あらかじめ成形された状態(樹脂フィルム等)であることが好ましい。樹脂層同士、金属粒子又は被着体との密着性を確保する観点からは、第1の樹脂層及び第2の樹脂層の両方又はいずれか一方は、両面又は片面が粘着性を有するものであってもよい。
特定金属粒子の分布ムラを抑制する観点からは、第1の樹脂層の特定金属粒子が配置される面が粘着性を有していることが好ましい。第1の樹脂層の特定金属粒子が配置される面が粘着性を有していると、第1の樹脂層上に特定金属粒子を配置する際の特定金属粒子の移動が適度に制御されて、特定金属粒子の分布ムラが抑制される傾向にある。
第1の樹脂層上に特定金属粒子を配置する手法は、特に制限されない。例えば、特定金属粒子又は特定金属粒子を含む組成物を刷毛、ふるい、エレクトロスプレー、コーター、インクジェット装置、スクリーン印刷装置等を用いて配置する方法が挙げられる。特定金属粒子が凝集物を形成している場合、配置前に凝集物を解砕する処理を行うことが好ましい。
第1の樹脂層上に配置された特定金属粒子の上に第2の樹脂層を配置する方法は、特に制限されない。例えば、フィルム状の第2の樹脂層を、必要に応じて加熱しながらラミネートする方法が挙げられる。
上記方法は、放熱材を単独で製造するものであっても、後述の発熱体の表面に放熱材を形成するものであってもよい。発熱体の表面に放熱材を形成する方法としては、第1の樹脂層の上に特定金属粒子を配置する工程の前に、発熱体の表面に第1の樹脂層を配置する方法が挙げられる。
本開示の放熱材は、特定金属粒子を仮支持体上に配置する工程と、前記仮支持体の上に配置された特定金属粒子の上に第1の樹脂層を配置して積層体を得る工程と、前記積層体から前記仮支持体を分離する工程と、特定金属粒子の上に第2の樹脂層を配置する工程と、をこの順に有する本開示の第二の放熱材の製造方法により得られたものであってもよい。
仮支持体は特に限定されるものではなく、樹脂板、金属板等を用いることができる。
仮支持体は特に限定されるものではなく、樹脂板、金属板等を用いることができる。
第二の放熱材の製造方法によれば、特定金属粒子と樹脂とを含み、内部に特定金属粒子が偏在した構造を有する放熱材を製造することができる。
第二の放熱材の製造方法で使用する材料及び手法の詳細及び好ましい態様としては、第一の放熱材の製造方法に記載した材料及び手法の詳細及び好ましい態様を参照できる。
第二の放熱材の製造方法で使用する材料及び手法の詳細及び好ましい態様としては、第一の放熱材の製造方法に記載した材料及び手法の詳細及び好ましい態様を参照できる。
<放熱材キット>
本開示の放熱材キットは、特定金属粒子と、樹脂とを備え、本開示の放熱材の製造に用いるための放熱材キットである。
本開示の放熱材キットは、特定金属粒子と、樹脂とを備え、本開示の放熱材の製造に用いるための放熱材キットである。
放熱材キットに含まれる特定金属粒子、樹脂及びその他の成分の詳細及び好ましい態様は、上述した放熱材及びその製造方法に記載した金属粒子、樹脂及びその他の成分の詳細及び好ましい態様と同様である。
特定金属粒子はそのままの状態であっても、分散媒等を含む組成物の状態であってもよい。
樹脂はあらかじめ成形された状態(樹脂フィルム等)であっても、成形されていなくてもよい。
特定金属粒子はそのままの状態であっても、分散媒等を含む組成物の状態であってもよい。
樹脂はあらかじめ成形された状態(樹脂フィルム等)であっても、成形されていなくてもよい。
放熱材キットを用いて放熱材を製造する方法は、特に制限されない。例えば、上述した放熱材の製造方法であってもよい。
<放熱材形成用組成物>
本開示の放熱材形成用組成物は、特定金属粒子と樹脂とを含有するものである。
本開示の放熱材形成用組成物は、特定金属粒子と樹脂とを含有するものである。
放熱材形成用組成物に含まれる特定金属粒子、樹脂及びその他の成分の詳細及び好ましい態様は、上述した放熱材及びその製造方法で言及した特定金属粒子、樹脂及びその他の成分の詳細及び好ましい態様と同様である。
放熱材形成用組成物中の特定金属粒子と樹脂の割合は、特に制限されない。例えば、質量基準の割合(特定金属粒子:樹脂)が0.1:99.9~99.9:0.1の範囲内であってもよく、1:99~50:50の範囲内であってもよい。
放熱材形成用組成物を用いて放熱材を製造する場合、樹脂層上に放熱材形成用組成物の層(組成物層)を形成する工程と、組成物層中の金属粒子を沈降させる工程と、を経ることで放熱材を製造することができる。
放熱材形成用組成物を用いて放熱材を製造する場合の樹脂層としては、樹脂フィルムが挙げられる。
放熱材形成用組成物を用いて放熱材を製造する場合の樹脂層としては、樹脂フィルムが挙げられる。
上記方法において、組成物層を形成する工程を実施する方法は、特に制限されない。例えば、主面が水平になるように配置した樹脂フィルム等の基材の上に、放熱材形成用組成物を所望の厚さになるように塗布してもよい。
放熱材形成用組成物の塗布を行う方法は特に制限されず、吹付塗装、ロールコータ塗布、浸漬塗装等の公知の手法を採用してもよい。塗布する対象物により、静電塗装、カーテン塗装、電着塗装等を採用してもよい。
上記方法において、組成物層中の特定金属粒子を沈降させる工程を実施する方法は、特に制限されない。例えば、主面が水平になるように配置した基材の上に形成した組成物層中の特定金属粒子が自然に沈降するまで放置してもよい。組成物層中の特定金属粒子の沈降を促進する観点からは、特定金属粒子の密度(単位体積あたり質量)をA、特定金属粒子以外の放熱材形成用組成物中の固形分の密度をBとしたとき、A>Bの関係を満たすことが好ましい。
必要に応じ、上記方法において組成物層中の特定金属粒子を沈降させる工程の後に、樹脂の乾燥、焼付、硬化等の処理を行ってもよい。
必要に応じ、組成物は、溶媒を含んだ分散液(水系エマルション等)、ワニスなどの状態であってもよい。組成物に含まれる溶媒としては、水及び有機溶剤が挙げられ、組成物に含まれる特定金属粒子、樹脂等の他の材料との組み合せを考慮して選定することが好ましい。有機溶剤としては、ケトン系溶剤、アルコール系溶剤、芳香族系溶剤等の有機溶剤が挙げられる。より具体的には、メチルエチルケトン、シクロヘキセン、エチレングリコール、プロピレングリコール、メチルアルコール、イソプロピルアルコール、ブタノール、ベンゼン、トルエン、キシレン、酢酸エチル、酢酸ブチル等が挙げられる。溶媒は1種のみを用いても、2種以上を併用してもよい。
<発熱体>
本開示の発熱体は、本開示の放熱材を備える。
本開示の発熱体は、本開示の放熱材を備える。
発熱体の種類は、特に制限されない。例えば、電子機器に含まれるIC(集積回路)、半導体素子等の電子部品、ヒートパイプなどが挙げられる。
発熱体に放熱材が取り付けられる態様は、特に制限されない。例えば、粘着性を有する放熱材を直接取り付けても、接着材等を介して発熱体に放熱材を取り付けてもよい。
発熱体に放熱材が取り付けられる際、放熱材における金属粒子層の位置が発熱体側寄りになるように取り付けても、放熱材における金属粒子層の位置が発熱体と逆側寄りになるように発熱体を取り付けてもよい。
必要に応じ、発熱体は、放熱器を備えてもよい。この場合、発熱体と放熱器との間に放熱材が介在していることが好ましい。発熱体と放熱器との間に放熱材が介在していることで、優れた放熱性が達成される。放熱器としては、アルミニウム、鉄、銅等の金属からなる板、ヒートシンクなどが挙げられる。
発熱体における放熱材が取り付けられる部分は、平面であっても、平面でなくてもよい。発熱体における放熱材が取り付けられる部分が平面でない場合は、可とう性を有する放熱材を用いることが好ましい。
以下、実施例を参照して本開示をさらに詳細に説明する。ただし本開示は、以下の実施例に記載された内容に限定されるものではない。
<実施例1>
基材レスのアクリル樹脂製両面テープ(100mm×100mm、厚み25μm)の片面上に、振動撹拌機を用いて解砕された銅粒子1を5g置き、市販されている刷毛を用いて均一に銅粒子1を敷き詰め、過剰な銅粒子1をエアーダスターで除去することで、金属粒子層を形成した。金属粒子層を正面から観察したときの金属粒子の割合は、面積基準で80%以上であった。銅粒子1についての粒子径が3μm以上の粒子の体積比率等の特性は、表1に記載の通りである。
基材レスのアクリル樹脂製両面テープ(100mm×100mm、厚み25μm)の片面上に、振動撹拌機を用いて解砕された銅粒子1を5g置き、市販されている刷毛を用いて均一に銅粒子1を敷き詰め、過剰な銅粒子1をエアーダスターで除去することで、金属粒子層を形成した。金属粒子層を正面から観察したときの金属粒子の割合は、面積基準で80%以上であった。銅粒子1についての粒子径が3μm以上の粒子の体積比率等の特性は、表1に記載の通りである。
次に、ポリエチレンテレフタレート(PET)基材上に製膜されたアクリル樹脂フィルム(Tg:75℃、分子量:30,000、100mm×100mm、厚み25μm)を、金属粒子層の上に80℃で加熱しながらラミネートして実施例1の放熱材を得た。その後、PET基材を剥がし、両面テープ側の面を50mm×80mm、厚さ2mmのアルミニウム板に貼り付けて、実施例1の評価用サンプルを作製した。
作製した実施例1の評価用サンプルの断面模式図を図1に則して説明すると、樹脂層103がアクリル樹脂製両面テープで構成され、樹脂層101がアクリル樹脂フィルムで構成される。実施例1のサンプルでは、発熱体104の位置に、アルミニウム板が配置されており、樹脂層103側にアルミニウム板が貼り付けられている。
<実施例2>
銅粒子1に替えて銅粒子2を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例2の放熱材及び評価用サンプルを作製した。金属粒子層を正面から観察したときの金属粒子の割合は、面積基準で80%以上であった。得られた結果を表1に示す。銅粒子2についての粒子径が3μm以上の粒子の体積比率等の特性は、表1に記載の通りである。
銅粒子1に替えて銅粒子2を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例2の放熱材及び評価用サンプルを作製した。金属粒子層を正面から観察したときの金属粒子の割合は、面積基準で80%以上であった。得られた結果を表1に示す。銅粒子2についての粒子径が3μm以上の粒子の体積比率等の特性は、表1に記載の通りである。
<実施例3>
銅粒子1に替えて銅粒子3を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例3の放熱材及び評価用サンプルを作製した。金属粒子層を正面から観察したときの金属粒子の割合は、面積基準で80%以上であった。得られた結果を表1に示す。銅粒子3についての粒子径が3μm以上の粒子の体積比率等の特性は、表1に記載の通りである。
銅粒子1に替えて銅粒子3を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例3の放熱材及び評価用サンプルを作製した。金属粒子層を正面から観察したときの金属粒子の割合は、面積基準で80%以上であった。得られた結果を表1に示す。銅粒子3についての粒子径が3μm以上の粒子の体積比率等の特性は、表1に記載の通りである。
<比較例1>
銅粒子1に替えて銅粒子4を用いた以外は実施例1と同様にして、比較例1の放熱材及び評価用サンプルを作製した。金属粒子層を正面から観察したときの金属粒子の割合は、面積基準で80%以上であった。得られた結果を表1に示す。銅粒子4についての粒子径が3μm以上の粒子の体積比率等の特性は、表1に記載の通りである。
銅粒子1に替えて銅粒子4を用いた以外は実施例1と同様にして、比較例1の放熱材及び評価用サンプルを作製した。金属粒子層を正面から観察したときの金属粒子の割合は、面積基準で80%以上であった。得られた結果を表1に示す。銅粒子4についての粒子径が3μm以上の粒子の体積比率等の特性は、表1に記載の通りである。
<比率(A/B)の算出>
フーリエ変換赤外分光光度計の全反射率測定により、実施例及び比較例で作製した放熱材の反射スペクトルを室温(25℃)下で測定した。次いでこれを吸光度に変換して吸収スペクトルを得た。得られた吸収スペクトルをそれぞれ図4-7に示す。
図4-7に示す吸収スペクトルから、波長2μm~6μmにおける電磁波の吸収率の積分値A及び波長2μm~18μmにおける電磁波の吸収率の積分値Bを求め、比率(A/B)を算出した。得られた結果を表1に示す。
フーリエ変換赤外分光光度計の全反射率測定により、実施例及び比較例で作製した放熱材の反射スペクトルを室温(25℃)下で測定した。次いでこれを吸光度に変換して吸収スペクトルを得た。得られた吸収スペクトルをそれぞれ図4-7に示す。
図4-7に示す吸収スペクトルから、波長2μm~6μmにおける電磁波の吸収率の積分値A及び波長2μm~18μmにおける電磁波の吸収率の積分値Bを求め、比率(A/B)を算出した。得られた結果を表1に示す。
<放熱性の評価>
実施例及び比較例で作製した評価用サンプルを用いて、下記の手法により放熱性の評価を行った。結果を表1に示す。
実施例及び比較例で作製した評価用サンプルを用いて、下記の手法により放熱性の評価を行った。結果を表1に示す。
市販の面状発熱体(ポリイミドヒーター)を一対のアルミニウム板(50mm×80mm、厚さ2mm)で挟持した。アルミニウム板として、実施例及び比較例で作製した評価用サンプルを使用した。このとき、評価用サンプルにおけるアルミニウム板側がポリイミドヒーターに接触するように配置した。一方の評価用サンプルの表面に、K熱電対をポリイミド両面テープで貼り付けた。
この状態で、25℃に設定した恒温槽中央に評価用サンプルで挟持されたヒーターを静置し、評価用サンプル表面の温度変化を測定した。この際、ヒーターの出力は、放熱材を貼り付けない構成のアルミニウム板(以下、無垢アルミ板)の表面温度が約120℃になるように設定した。ヒーターは一定の熱量を発生しているので、放熱材の放熱効果が高いほど、評価用サンプルの表面の温度は低下する。すなわち、評価用サンプルの表面温度が低くなるほど放熱材の放熱効果が高いといえる。放熱効果は次式により算出した。得られた結果を表1に示す。
放熱効果(%)={((無垢アルミ板の表面温度(℃))-(評価用サンプルの表面温度(℃)))/((無垢アルミ板の表面温度(℃))-(周囲温度(℃)))}×100
この状態で、25℃に設定した恒温槽中央に評価用サンプルで挟持されたヒーターを静置し、評価用サンプル表面の温度変化を測定した。この際、ヒーターの出力は、放熱材を貼り付けない構成のアルミニウム板(以下、無垢アルミ板)の表面温度が約120℃になるように設定した。ヒーターは一定の熱量を発生しているので、放熱材の放熱効果が高いほど、評価用サンプルの表面の温度は低下する。すなわち、評価用サンプルの表面温度が低くなるほど放熱材の放熱効果が高いといえる。放熱効果は次式により算出した。得られた結果を表1に示す。
放熱効果(%)={((無垢アルミ板の表面温度(℃))-(評価用サンプルの表面温度(℃)))/((無垢アルミ板の表面温度(℃))-(周囲温度(℃)))}×100
表1に示す結果から明らかなように、特定金属粒子として、銅粒子全体に占める粒子径が3μm以上の粒子の体積比率が40%以下の銅粒子を用いることで、優れた放熱特性を有する放熱材を得ることができることがわかる。
Claims (15)
- 金属粒子と樹脂とを含み、面方向に沿って配列した前記金属粒子が相対的に高密度で存在する領域を内部に有し、
前記金属粒子が、前記金属粒子全体に占める粒子径が3μm以上の粒子の体積比率が40%以下のものである放熱材。 - 前記金属粒子の体積平均粒子径が、3μm以下である請求項1に記載の放熱材。
- 波長2μm~6μmにおける電磁波の吸収率の積分値Aの、波長2μm~18μmにおける電磁波の吸収率の積分値Bに対する比率(A/B)が、0.3以上である請求項1又は請求項2に記載の放熱材。
- 前記領域を正面から観察したときに、観察面に占める前記金属粒子の割合が面積基準で50%以上である請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の放熱材。
- 前記領域が、フーリエ変換赤外分光光度計を用いて測定される前記放熱材の吸収スペクトルを変化させる機能を有する請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の放熱材。
- 前記放熱材の厚み方向の真ん中に前記領域を有する請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の放熱材。
- 発熱体に対向する面側寄りに前記領域を有する請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の放熱材。
- 発熱体に対向する面と逆の面側寄りに前記領域を有する請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の放熱材。
- 前記領域の厚みが、0.1μm~100μmの範囲内である請求項1~請求項8のいずれか1項に記載の放熱材。
- 前記放熱材全体の厚みに占める前記領域の厚みの割合が、0.1%~99%の範囲内である請求項1~請求項9のいずれか1項に記載の放熱材。
- 前記領域が、前記金属粒子に由来する凹凸構造を表面に有する請求項1~請求項10のいずれか1項に記載の放熱材。
- 下記(A)及び(B)を満たす領域1、領域2及び領域3をこの順に備える請求項1~請求項11のいずれか1項に記載の放熱材。
(A)領域2の波長2μm~6μmにおける電磁波の吸収率の積分値 > 領域1及び領域3の波長2μm~6μmにおける電磁波の吸収率の積分値
(B)領域2の金属粒子占有率 > 領域1及び領域3の金属粒子占有率 - 第1の樹脂層の上に金属粒子を配置する工程と、前記金属粒子の上に第2の樹脂層を配置する工程と、をこの順に有し、
前記金属粒子が、前記金属粒子全体に占める粒子径が3μm以上の粒子の体積比率が40%以下のものである請求項1~請求項12のいずれか1項に記載の放熱材の製造方法。 - 金属粒子と、樹脂とを備え、前記金属粒子が、前記金属粒子全体に占める粒子径が3μm以上の粒子の体積比率が40%以下のものである請求項1~請求項12のいずれか1項に記載の放熱材の製造に用いるための放熱材キット。
- 金属粒子と樹脂とを含有し、
前記金属粒子が、前記金属粒子全体に占める粒子径が3μm以上の粒子の体積比率が40%以下のものである放熱材形成用組成物。
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