JP2022068136A - Heat conductive sheet and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本技術は、熱伝導性シート及び熱伝導性シートの製造方法に関する。 This technique relates to a heat conductive sheet and a method for manufacturing a heat conductive sheet.
電子機器の高性能化に伴って、半導体素子の高密度化、高実装化が進んでいる。これに伴って、電子機器を構成する電子部品からの発熱をさらに効率的に放熱することが重要である。例えば、半導体装置は、効率的に放熱するために、電子部品が、熱伝導性シートを介して、放熱ファン、放熱板等のヒートシンクに取り付けられている。熱伝導性シートとしては、例えば、シリコーン樹脂に、無機フィラーなどの充填剤を含有(分散)させたものが広く使用されている。この熱伝導性シートのような放熱部材は、更なる熱伝導率の向上が要求されている。例えば、熱伝導性シートの高熱伝導性を目的として、バインダ樹脂などのマトリックス内に配合されている無機フィラーの充填率を高めることが検討されている。しかし、無機フィラーの充填率を高めると、熱伝導性シートの柔軟性が損なわれたり、粉落ちが発生したりするため、無機フィラーの充填率を高めることには限界がある。 As the performance of electronic devices increases, the density and mounting of semiconductor devices are increasing. Along with this, it is important to more efficiently dissipate heat generated from the electronic components constituting the electronic device. For example, in a semiconductor device, in order to efficiently dissipate heat, electronic components are attached to heat sinks such as a heat dissipation fan and a heat sink via a heat conductive sheet. As the heat conductive sheet, for example, a silicone resin containing (dispersed) a filler such as an inorganic filler is widely used. A heat radiating member such as this heat conductive sheet is required to further improve the heat conductivity. For example, for the purpose of high thermal conductivity of a thermally conductive sheet, it has been studied to increase the filling rate of an inorganic filler blended in a matrix such as a binder resin. However, if the filling rate of the inorganic filler is increased, the flexibility of the heat conductive sheet is impaired and powder falling occurs, so that there is a limit to increasing the filling rate of the inorganic filler.
無機フィラーとしては、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、水酸化アルミニウム等が挙げられる。また、高熱伝導率を目的として、窒化ホウ素、黒鉛等の鱗片状粒子、炭素繊維などをマトリクス内に充填させることもある。これは、鱗片状粒子等の有する熱伝導率の異方性によるものである。例えば、炭素繊維の場合は、繊維方向に約600~1200W/m・Kの熱伝導率を有することが知られている。また、窒化ホウ素の場合は、面方向に約110W/m・K程度の熱伝導率を有し、面方向に対して垂直な方向に約2W/m・K程度の熱伝導率を有することが知られている。このように、炭素繊維の繊維方向や鱗片状粒子の面方向を、熱の伝達方向であるシートの厚み方向と同じにする、すなわち、炭素繊維や鱗片状粒子をシートの厚み方向に配向させることによって、熱伝導率が飛躍的に向上することが期待できる。 Examples of the inorganic filler include alumina, aluminum nitride, aluminum hydroxide and the like. Further, for the purpose of high thermal conductivity, the matrix may be filled with scaly particles such as boron nitride and graphite, carbon fibers and the like. This is due to the anisotropy of the thermal conductivity of the scaly particles and the like. For example, carbon fiber is known to have a thermal conductivity of about 600 to 1200 W / m · K in the fiber direction. Further, in the case of boron nitride, it may have a thermal conductivity of about 110 W / m · K in the plane direction and a thermal conductivity of about 2 W / m · K in the direction perpendicular to the plane direction. Are known. In this way, the fiber direction of the carbon fibers and the plane direction of the scaly particles are made the same as the thickness direction of the sheet, which is the heat transfer direction, that is, the carbon fibers and the scaly particles are oriented in the thickness direction of the sheet. It can be expected that the thermal conductivity will be dramatically improved.
ここで、熱伝導性シートは、無機フィラー等の充填剤をバインダ樹脂に配合した熱伝導性樹脂組成物をブロック状に硬化させた樹脂成形体を作成し、この成形体をシート状にスライスすることにより製造される。しかし、樹脂成形体をスライスする時に均一な厚みにスライスできないとシート表面の凹凸部が大きくなり、実装時に凹凸部にエアーを巻き込んでしまい、優れた熱伝導が活かされないという問題があった。 Here, as the heat conductive sheet, a resin molded body obtained by curing a heat conductive resin composition in which a filler such as an inorganic filler is mixed with a binder resin into a block shape is prepared, and the molded body is sliced into a sheet shape. Manufactured by However, when slicing the resin molded product, if it cannot be sliced to a uniform thickness, the uneven portion on the sheet surface becomes large, and air is entrained in the uneven portion at the time of mounting, so that there is a problem that excellent heat conduction cannot be utilized.
この問題を解決するため、例えば、特許文献1には、熱伝導性フィラーとして窒化ホウ素を所定割合含有し、厚み方向に熱伝導性フィラーが配向した熱伝導性シートが提案されている。特許文献1では、窒化ホウ素を所定割合含有するシリコーン樹脂組成物をシート状に押し出してグリーンシートを形成し、このグリーンシートを積層してシリコーン積層体を形成し、このシリコーン積層体を積層方向に切断することで、厚み方向に窒化ホウ素が配向した熱伝導性シートを得る。しかし、この製法では、コーター等でシリコーン樹脂組成物を押し出すことによって窒化ホウ素が配向され、熱伝導性シートの厚み方向に配向するが、窒化ホウ素の配向角度はコーターの押出方向と同平行となると考えられる。そのため、熱伝導性シートに対する荷重を増加させていくと、ある時点で窒化ホウ素が倒れることで急激に熱伝導率が低下する課題が挙げられる。その他、この製法では、複数回のグリーンシートの積層工程を要し、コスト増加が懸念される。
In order to solve this problem, for example,
本技術は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、荷重が増加した場合においても熱伝導率の減少幅を小さくできる熱伝導性シート及び熱伝導性シートの製造方法を提供する。 This technology has been proposed in view of such conventional circumstances, and provides a method for manufacturing a heat conductive sheet and a heat conductive sheet that can reduce the decrease in thermal conductivity even when a load is increased. do.
本技術に係る熱伝導性シートは、バインダ樹脂と、鱗片状の第1の熱伝導性フィラーと、非鱗片状の第2の熱伝導性フィラーとを含有し、上記第1の熱伝導性フィラーと上記第2の熱伝導性フィラーとが上記バインダ樹脂に分散する熱伝導性シートにおいて、上記第1の熱伝導性フィラーが窒化ホウ素であり、上記第2の熱伝導性フィラーの平均粒径が5μm以下であり、上記熱伝導性シートの厚み方向に上記第1の熱伝導性フィラーの長軸が配向し、上記熱伝導性シートの面内方向に上記第1の熱伝導性フィラーの短軸がランダム配向するものである。 The heat conductive sheet according to the present technology contains a binder resin, a scaly first heat conductive filler, and a non-scaly second heat conductive filler, and the above first heat conductive filler. In the heat conductive sheet in which the second heat conductive filler and the second heat conductive filler are dispersed in the binder resin, the first heat conductive filler is boron nitride, and the average particle size of the second heat conductive filler is The length is 5 μm or less, the long axis of the first heat conductive filler is oriented in the thickness direction of the heat conductive sheet, and the short axis of the first heat conductive filler is oriented in the in-plane direction of the heat conductive sheet. Is randomly oriented.
本技術に係る熱伝導性シートの製造方法は、鱗片状の第1の熱伝導性フィラーと非鱗片状の第2の熱伝導性フィラーとを硬化性樹脂組成物に分散させることにより、熱伝導性シート形成用の樹脂組成物を調製する工程Aと、上記熱伝導性シート形成用の樹脂組成物から成形体ブロックを形成する工程Bと、上記成形体ブロックをシート状にスライスして熱伝導性シートを得る工程Cとを有し、上記第1の熱伝導性フィラーが窒化ホウ素であり、上記第2の熱伝導性フィラーの平均粒径が5μm以下であり、上記熱伝導性シートは、厚み方向に上記第1の熱伝導性フィラーの長軸が配向し、面内方向では上記第1の熱伝導性フィラーの短軸がランダム配向するものである。 The method for producing a heat conductive sheet according to the present technology is to disperse a scaly first heat conductive filler and a non-scaly second heat conductive filler in a curable resin composition to conduct heat conduction. Step A for preparing a resin composition for forming a sex sheet, step B for forming a molded body block from the resin composition for forming a heat conductive sheet, and heat conduction by slicing the molded body block into a sheet. The heat conductive sheet has a step C of obtaining a property sheet, the first heat conductive filler is boron nitride, the average particle size of the second heat conductive filler is 5 μm or less, and the heat conductive sheet is: The major axis of the first heat conductive filler is oriented in the thickness direction, and the minor axis of the first heat conductive filler is randomly oriented in the in-plane direction.
本技術によれば、荷重が増加した場合においても熱伝導率の減少幅を小さくできる熱伝導性シートを提供することができる。 According to the present technique, it is possible to provide a heat conductive sheet capable of reducing the decrease in thermal conductivity even when a load is increased.
本明細書において、熱伝導性フィラーの平均粒径(D50)とは、熱伝導性フィラーの粒径分布の小粒径側から累積50%の面積長(μm)であり、熱伝導性フィラーの集団の全面積を100%として、熱伝導性フィラーの粒径分布の小粒径側から累積カーブを求めたとき、その累積値が50%となるときの面積長をいう。なお、本明細書における粒度分布(粒子径分布)は、体積基準によって求められたものである。粒度分布の測定方法としては、例えば、レーザー回折型粒度分布測定機を用いる方法が挙げられる。 In the present specification, the average particle size (D50) of the heat conductive filler is an area length (μm) of 50% cumulative from the small particle size side of the particle size distribution of the heat conductive filler, and is the heat conductive filler. The area length when the cumulative value is 50% when the cumulative curve is obtained from the small particle size side of the particle size distribution of the heat conductive filler, assuming that the total area of the group is 100%. The particle size distribution (particle size distribution) in the present specification is obtained by the volume standard. As a method for measuring the particle size distribution, for example, a method using a laser diffraction type particle size distribution measuring machine can be mentioned.
<熱伝導性シート>
図1は、本技術に係る熱伝導性シート1の一例を示す断面図である。熱伝導性シート1は、バインダ樹脂2と、鱗片状の第1の熱伝導性フィラー3と、非鱗片状の第2の熱伝導性フィラー4とを含有し、第1の熱伝導性フィラー3と第2の熱伝導性フィラー4とがバインダ樹脂2に分散している。また、熱伝導性シート1は、シートの厚み方向に第1の熱伝導性フィラー3の長軸が配向し、当該熱伝導性シートの面内方向に第1の熱伝導性フィラー3の短軸がランダム配向する。このような熱伝導性シート1は、荷重の増加に伴う熱伝導率の減少が小さい。例えば、熱伝導性シート1は、厚み方向Bに対して0.5~3kgf/cm2の荷重を加えたときに、実効熱伝導率の最大値と最小値の差が1.5W/m・K以下とすることができる。
<Thermal conductive sheet>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a heat
以下、熱伝導性シート1の構成要素について説明する。
Hereinafter, the components of the heat
<バインダ樹脂>
バインダ樹脂2は、第1の熱伝導性フィラー3と第2の熱伝導性フィラー4とを熱伝導性シート1内に保持するためのものである。バインダ樹脂2は、熱伝導性シート1に要求される機械的強度、耐熱性、電気的性質等の特性に応じて選択される。バインダ樹脂2としては、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、熱硬化性樹脂の中から選択することができる。
<Binder resin>
The
熱可塑性樹脂としては、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等のエチレン-αオレフィン共重合体、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、ポリビニルアセタール、ポリフッ化ビニリデン及びポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系重合体、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、ポリフェニレン-エーテル共重合体(PPE)樹脂、変性PPE樹脂、脂肪族ポリアミド類、芳香族ポリアミド類、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチルエステル等のポリメタクリル酸エステル類、ポリアクリル酸類、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、液晶ポリマー、シリコーン樹脂、アイオノマー等が挙げられる。 Examples of the thermoplastic resin include ethylene-α-olefin copolymers such as polyethylene, polypropylene, and ethylene-propylene copolymers, polymethylpentene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, and ethylene-vinyl acetate copolymers. Fluoropolymers such as polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polystyrene, polyacrylonitrile, styrene-acrylonitrile copolymer, acrylonitrile-butadiene-styrene Polymethacryl such as polymer (ABS) resin, polyphenylene-ether copolymer (PPE) resin, modified PPE resin, aliphatic polyamides, aromatic polyamides, polyimide, polyamideimide, polymethacrylic acid, polymethacrylic acid methyl ester, etc. Examples thereof include acid esters, polyacrylic acids, polycarbonates, polyphenylene sulfides, polysulfones, polyether sulfones, polyether nitriles, polyether ketones, polyketones, liquid crystal polymers, silicone resins, ionomers and the like.
熱可塑性エラストマーとしては、スチレン- ブタジエンブロック共重合体又はその水添化物、スチレン-イソプレンブロック共重合体又はその水添化物、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー等が挙げられる。 Examples of the thermoplastic elastomer include a styrene-butadiene block copolymer or a hydrogenated product thereof, a styrene-isoprene block copolymer or a hydrogenated product thereof, a styrene-based thermoplastic elastomer, an olefin-based thermoplastic elastomer, and a vinyl chloride-based thermoplastic elastomer. , Polyester-based thermoplastic elastomer, polyurethane-based thermoplastic elastomer, polyamide-based thermoplastic elastomer and the like.
熱硬化性樹脂としては、架橋ゴム、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂等が挙げられる。架橋ゴムの具体例としては、天然ゴム、アクリルゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、スチレン-ブタジエン共重合ゴム、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-プロピレン共重合ゴム、塩素化ポリエチレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、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、及びシリコーンゴムが挙げられる。 Examples of the thermosetting resin include crosslinked rubber, epoxy resin, phenol resin, polyimide resin, unsaturated polyester resin, diallyl phthalate resin and the like. Specific examples of the crosslinked rubber include natural rubber, acrylic rubber, butadiene rubber, isoprene rubber, styrene-butadiene copolymer rubber, nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, chloroprene rubber, ethylene-propylene copolymer rubber, and chlorinated polyethylene rubber. Examples thereof include chlorosulfonated polyethylene rubber, butyl rubber, halogenated butyl rubber, fluororubber, urethane rubber, and silicone rubber.
バインダ樹脂2としては、例えば、電子部品の発熱面とヒートシンク面との密着性を考慮するとシリコーン樹脂が好ましい。シリコーン樹脂としては、例えば、アルケニル基を有するシリコーンを主成分とし、硬化触媒を含有する主剤と、ヒドロシリル基(Si-H基)を有する硬化剤とからなる、2液型の付加反応型シリコーン樹脂を用いることができる。アルケニル基を有するシリコーンとしては、例えば、ビニル基を有するポリオルガノシロキサンを用いることができる。硬化触媒は、アルケニル基を有するシリコーン中のアルケニル基と、ヒドロシリル基を有する硬化剤中のヒドロシリル基との付加反応を促進するための触媒である。硬化触媒としては、ヒドロシリル化反応に用いられる触媒として周知の触媒が挙げられ、例えば、白金族系硬化触媒、例えば白金、ロジウム、パラジウムなどの白金族金属単体や塩化白金などを用いることができる。ヒドロシリル基を有する硬化剤としては、例えば、ヒドロシリル基を有するポリオルガノシロキサンを用いることができる。バインダ樹脂2は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
As the
バインダ樹脂2として、シリコーン主剤と硬化剤との2液性の付加反応型液状シリコーン樹脂を用いる場合、シリコーン主剤と硬化剤との質量比(シリコーン主剤:硬化剤)を5:5~7:3とすることにより、熱伝導性シート1の圧縮率をより高くすることができる。
When a two-component addition reaction type liquid silicone resin containing a silicone main agent and a curing agent is used as the
熱伝導性シート1中のバインダ樹脂2の含有量は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、熱伝導性シート1中のバインダ樹脂2の含有量の下限値は、20体積%以上とすることができ、25体積%以上であってもよく、30体積%以上であってもよい。また、熱伝導性シート1中のバインダ樹脂2の含有量の上限値は、70体積%以下とすることができ、60体積%以下であってもよく、50体積%以下であってもよい。熱伝導性シート1の圧縮率を良好にし、実効熱伝導率の荷重依存性を小さくする観点では、熱伝導性シート1中のバインダ樹脂2の含有量は、30~40体積%とすることが好ましく、30~37体積%とすることもできる。
The content of the
<第1の熱伝導性フィラー>
第1の熱伝導性フィラー3は、鱗片状の熱伝導性フィラーである。鱗片状の熱伝導性フィラーは、高アスペクト比で、かつ面方向に等方的な熱伝導率を有する。鱗片状の熱伝導性フィラーは、鱗片状のものであれば特に限定されないが、熱伝導性シート1の絶縁性を確保できる材料が好ましい。例えば、鱗片状の熱伝導性フィラーは、窒化ホウ素(BN)、雲母、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化珪素、シリカ、酸化亜鉛、二硫化モリブデン等を用いることができる。
<First thermally conductive filler>
The first heat
ここで、鱗片状の熱伝導性フィラーとは、長軸と短軸と厚みとを有する熱伝導性フィラーであって、高アスペクト比(長軸/厚み)であり、長軸を含む面方向に等方的な熱伝導率を有するものである。短軸とは、鱗片状の熱伝導性フィラーの長軸を含む面において、鱗片状の熱伝導性フィラーの長軸に直交する方向であって、鱗片状の熱伝導性フィラーの最も長い部分の長さをいうものとする。厚みとは、鱗片状の熱伝導性フィラーの長軸を含む面の厚みを10点測定して平均した値をいうものとする。 Here, the scaly heat conductive filler is a heat conductive filler having a major axis, a minor axis, and a thickness, has a high aspect ratio (major axis / thickness), and is in the plane direction including the major axis. It has an isotropic thermal conductivity. The short axis is the direction orthogonal to the long axis of the scaly heat conductive filler on the surface including the long axis of the scaly heat conductive filler, and is the longest portion of the scaly heat conductive filler. It shall refer to the length. The thickness means a value obtained by measuring and averaging the thicknesses of the surfaces including the major axis of the scaly heat conductive filler at 10 points.
図2は、鱗片状の熱伝導性フィラーの一例である、結晶形状が六方晶型である鱗片状の窒化ホウ素3Aを模式的に示す斜視図である。図2中、aは鱗片状の窒化ホウ素3Aの長軸を表し、bは鱗片状の窒化ホウ素3Aの厚みを表し、cは鱗片状の窒化ホウ素3Aの短軸を表す。鱗片状の熱伝導性フィラーとしては、熱伝導性シート1の熱伝導率の観点から、図2に示すように結晶形状が六方晶型である鱗片状の窒化ホウ素3Aを用いることが好ましい。鱗片状の熱伝導性フィラーは、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。本技術に係る熱伝導性シート1は、第1の熱伝導性フィラー3として、球状の熱伝導性フィラー(例えば球状の窒化ホウ素)よりも安価な鱗片状の熱伝導性フィラー(例えば、鱗片状の窒化ホウ素3A)を用いて、優れた熱特性と低コスト化を両立させることができる。
FIG. 2 is a perspective view schematically showing a scaly boron nitride 3A having a hexagonal crystal shape, which is an example of a scaly heat conductive filler. In FIG. 2, a represents the major axis of the scaly boron nitride 3A, b represents the thickness of the scaly boron nitride 3A, and c represents the minor axis of the scaly boron nitride 3A. As the scaly heat conductive filler, it is preferable to use scaly boron nitride 3A having a hexagonal crystal shape as shown in FIG. 2 from the viewpoint of the thermal conductivity of the heat
鱗片状の熱伝導性フィラーの平均粒径(D50)は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、鱗片状の熱伝導性フィラーの平均粒径の下限値は、10μm以上とすることができ、20μm以上であってもよく、30μm以上であってもよく、35μm以上であってもよい。また、鱗片状の熱伝導性フィラーの平均粒径の上限値は、150μm以下とすることができ、100μm以下であってもよく、90μm以下であってもよく、80μm以下であってもよく、70μm以下であってもよく、50μm以下であってもよく、45μm以下であってもよい。熱伝導性シート1の圧縮率を良好にし、実効熱伝導率の荷重依存性を小さくする観点から、鱗片状の熱伝導性フィラーの平均粒径は、20~100μmとすることが好ましく、20~50μmとすることもできる。
The average particle size (D50) of the scaly heat conductive filler is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, the lower limit of the average particle size of the scaly heat conductive filler can be 10 μm or more, may be 20 μm or more, may be 30 μm or more, or may be 35 μm or more. Further, the upper limit of the average particle size of the scaly heat conductive filler can be 150 μm or less, may be 100 μm or less, 90 μm or less, or 80 μm or less. It may be 70 μm or less, 50 μm or less, or 45 μm or less. From the viewpoint of improving the compressibility of the heat
鱗片状の熱伝導性フィラーのアスペクト比(長軸/短軸)は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、鱗片状の熱伝導性フィラーのアスペクト比は、10~100の範囲とすることができる。鱗片状の熱伝導性フィラーの長軸及び短軸は、例えば、マイクロスコープ、走査型電子顕微鏡(SEM)、粒度分布計などにより測定することができる。一例として、鱗片状の熱伝導性フィラーとして、図2に示すような結晶形状が六方晶型である鱗片状の窒化ホウ素3Aを用いた場合、SEMで撮影された画像から200個以上の窒化ホウ素3Aを任意に選択し、それぞれの長軸aと短軸cの比(a/c)を求めて平均値を算出すればよい。 The aspect ratio (major axis / minor axis) of the scaly heat conductive filler is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, the aspect ratio of the scaly heat conductive filler can be in the range of 10 to 100. The major axis and the minor axis of the scaly heat conductive filler can be measured by, for example, a microscope, a scanning electron microscope (SEM), a particle size distribution meter, or the like. As an example, when scaly boron nitride 3A having a hexagonal crystal shape as shown in FIG. 2 is used as the scaly heat conductive filler, 200 or more boron nitrides are taken from the image taken by SEM. 3A may be arbitrarily selected, the ratio (a / c) of each major axis a and minor axis c may be obtained, and the average value may be calculated.
熱伝導性シート1中の第1の熱伝導性フィラー3の含有量は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、熱伝導性シート1中の第1の熱伝導性フィラー3の含有量の下限値は、15体積%以上とすることができ、20体積%以上であってもよく、25体積%以上であってもよい。また、熱伝導性シート1中の第1の熱伝導性フィラー3の含有量の上限値は、45体積%以下とすることができ、40体積%以下であってもよく、35体積%以下であってもよく、30体積%以下であってもよい。熱伝導性シート1の圧縮率を良好にし、実効熱伝導率の荷重依存性を小さくする観点から、熱伝導性シート1中の第1の熱伝導性フィラー3の含有量は、20~28体積%であることが好ましく、23~27体積%とすることもできる。
The content of the first heat
<第2の熱伝導性フィラー>
第2の熱伝導性フィラー4は、上述した第1の熱伝導性フィラー3以外の熱伝導性フィラーである。第2の熱伝導性フィラー4は、非鱗片状であり、例えば、球状、粉末状、顆粒状、扁平状等の熱伝導性フィラーが挙げられる。第2の熱伝導性フィラー4の材質は、本技術の効果を考慮して、熱伝導性シート1の絶縁性を確保できる材料が好ましく、例えば、酸化アルミニウム(アルミナ、サファイア)、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ジルコニア、炭化ケイ素などが挙げられる。第2の熱伝導性フィラー4は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
<Second thermally conductive filler>
The second heat
特に、第2の熱伝導性フィラー4としては、熱伝導性シート1の圧縮率を良好にし、実効熱伝導率の荷重依存性を小さくする観点では、窒化アルミニウム粒子と、アルミナ粒子とを併用することが好ましい。窒化アルミニウム粒子の平均粒径は、熱硬化前の熱伝導性シート1の粘度低下の観点から、1~5μmとすることが好ましく、1~3μmであってもよく、1~2μmであってもよい。また、アルミナ粒子の平均粒径は、熱硬化前の熱伝導性シート1の粘度低下の観点から、1~3μmとすることが好ましく、1.5~2.5μmであってもよい。
In particular, as the second heat
熱伝導性シート1中の第2の熱伝導性フィラー4の含有量は、特に限定されず、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中の第2の熱伝導性フィラー4の含有量の下限値は、10体積%以上とすることができ、15体積%以上であってもよく、20体積%以上であってもよい。また、熱伝導性シート1中の第2の熱伝導性フィラー4の含有量の上限値は、50体積%以下とすることができ、40体積%以下であってもよく、30体積%以下であってもよく、25体積%以下であってもよい。熱伝導性シート1中の第2の熱伝導性フィラー4の含有量の合計は、例えば、30~60体積%とすることができる。
The content of the second heat
第2の熱伝導性フィラー4として、アルミナ粒子を単独で用いる場合、熱硬化前の熱伝導性シート1の粘度低下の観点から、熱伝導性シート1中、アルミナ粒子の含有量は10~45体積%とすることが好ましい。また、上述のように、第2の熱伝導性フィラー4として、窒化アルミニウム粒子と、アルミナ粒子とを併用する場合、熱硬化前の熱伝導性シート1の粘度低下の観点から、熱伝導性シート1中、アルミナ粒子の含有量は10~25体積%とすることが好ましく、窒化アルミニウム粒子の含有量は10~25体積%とすることが好ましい。
When alumina particles are used alone as the second heat
また、熱伝導性シート1中、第1の熱伝導性フィラー3及び第2の熱伝導性フィラー4の総含有量は、圧縮率を良好にし、実効熱伝導率の荷重依存性を小さくする観点では、70体積%未満であることが好ましく、67体積%以下とすることもできる。また、熱伝導性シート1中、第1の熱伝導性フィラー3及び第2の熱伝導性フィラー4の総含有量の下限値は、熱伝導性シート1の圧縮率を良好にし、実効熱伝導率の荷重依存性を小さくする観点では、60体積%以上であることが好ましく、63体積%以上とすることもできる。
Further, the total content of the first heat
熱伝導性シート1は、本技術の効果を損なわない範囲で、上述した成分以外の他の成分をさらに含有してもよい。他の成分としては、例えば、分散剤、硬化促進剤、遅延剤、粘着付与剤、可塑剤、難燃剤、酸化防止剤、安定剤、着色剤などが挙げられる。
The heat
[配向性]
以上のように、第1の熱伝導性フィラー3と第2の熱伝導性フィラー4とがバインダ樹脂2に分散している熱伝導性シート1は、図1に示す熱伝導性シート1の厚み方向Bに第1の熱伝導性フィラー3の長軸が配向し、熱伝導性シート1の面内方向Aに第1の熱伝導性フィラー3の短軸がランダム配向する。これにより、熱伝導性シート1は、荷重が増加した場合においても熱伝導率の減少幅を小さくできる。
[Orientation]
As described above, the heat
熱伝導性シート1の厚み方向Bに、第1の熱伝導性フィラー3の長軸が配向しているとは、例えば、熱伝導性シート1中の全ての第1の熱伝導性フィラーのうち、熱伝導性シート1の厚み方向Bに長軸が配向している第1の熱伝導性フィラーの割合が50%以上であることをいう。また、熱伝導性シート1の面内方向Aに第1の熱伝導性フィラー3の短軸がランダム配向しているとは、第1の熱伝導性フィラー3の短軸の向きが熱伝導性シート1の面内方向Aに不規則となっている状態をいう。
The major axis of the first heat
すなわち、熱伝導性シート1は、縦断面視において各第1の熱伝導性フィラー3が長軸をシート厚み方向Bに向けて分散されており、且つ、横断面視においては、各第1の熱伝導性フィラー3の短軸の向きがシート面内方向Aに不規則となっている状態を有する。
That is, in the heat
第1の熱伝導性フィラー3の配向状態は、XRD(X線回折法)による信号強度測定により観察することができる。例えば、シートの厚み方向から測定した信号強度は、シートの厚み方向から見た場合における、シートの面にX線を照射した場合の信号強度A(図3中002面に相当)と、シートの対角線に対応した方向にX線を照射した場合の信号強度B(図3中110面に相当)であり、強度比A/Bを配向状態の指標とした。同様にシートの正面方向及び側面方向から測定したXRD信号の強度比A/Bを求め、各信号強度比を対比したときに相対的にA/Bが小さい方向ほど配向性が高い、すなわち第1の熱伝導性フィラーの長軸が配向していると言える。
The orientation state of the first heat
本技術が適用された熱伝導性シート1に対して、シート厚み方向、正面方向、及び側面方向に対してそれぞれ信号強度比を求めた。具体的に、図4に示すように、シートの厚み方向bの一面を上面1aとし、シートの一側面を正面1bとし、正面1bと隣接する他側面を側面1cとする。そして、熱伝導性シート1の上面1aを上に向けてX線を照射した場合の信号強度A(図3中002面に相当)と、シートの対角線に対応した方向にX線を照射した場合の信号強度B(図3中110面に相当)を測定し、強度比A/Bを求めた。次いで、正面1bを上に向けて同様に、強度比A/Bを求めた。次いで、側面1cを上に向けて同様に、強度比A/Bを求めた。
For the heat
そして、上面1a、正面1b、側面1cの各XRD信号強度比を対比したところ、本技術が適用された熱伝導性シート1は、上面1a、すなわちシートの厚み方向から測定したXRD信号強度比が、正面1b及び側面1cから測定したXRD信号強度比より値がはるかに小さかった。これより、シートの厚み方向に第1の熱伝導性フィラー3の長軸が配向していることが分かった。
Then, when the XRD signal intensity ratios of the
また、正面1bから測定したXRD信号強度比と、側面1cから測定したXRD信号強度比とを対比したところ、その差が大きくなった。これより、第1の熱伝導性フィラー3の短軸がシート面方向にランダム配向していることが推測される。
Further, when the XRD signal intensity ratio measured from the
なお、熱伝導性シート1は、第1の熱伝導性フィラー3と第2の熱伝導性フィラー4とを併用することにより、第2の熱伝導性フィラー4で第1の熱伝導性フィラー3の上記配向状態を支えることができる。
The heat
このような熱伝導性シート1は、第1の熱伝導性フィラー3の長軸が、熱伝導性シート1の厚み方向B(図1参照)に配向しているため、第1の熱伝導性フィラー3の長軸の配向方向(熱伝導性シート1の厚み方向B)における熱伝導率が、第1の熱伝導性フィラー3の長軸の非配向方向(例えば、熱伝導性シート1の面方向A)における熱伝導率の2倍以上とすることができる。
In such a heat
ここで、シートの面内方向Aに第1の熱伝導性フィラー3の短軸がランダム配向している熱伝導性シート1は、シート表面に目視可能な模様を有する。模様の形状は第1の熱伝導性フィラー3の短軸のランダム配向性を反映しているものと考えられ、互いに直交しない辺を有する模様である。シート表面の模様は、例えば、互いに直交しない辺を有する多角形状等の幾何学模様や、複数の円形、楕円形が連続する模様、あるいはこれら幾何学模様と円形、楕円形の模様が混在する模様である。
Here, the heat
熱伝導性シート1は、第1の熱伝導性フィラー3の短軸がランダム配向していることによりシート表面に互いに直交しない辺を有する模様を有し、ランダム配向することで、荷重が増加した場合においても熱伝導率の減少幅を小さくできる。すなわち、熱伝導性シート1は、シート表面に第1の熱伝導性フィラー3の短軸のランダム配向を示す模様を有することから、シート表面における面方向にランダム配向されている第1の熱伝導性フィラー3の短軸による面方向への高い熱伝導性を有する。そして、この高い熱伝導性は、発熱体と放熱体との間に配置されるなどして荷重が印加され、第1の熱伝導性フィラーの長軸が傾倒した場合にも、シート表面において短軸のランダム配向性が維持されている。これにより、熱伝導性シート1は、荷重が増加し長軸が厚み方向に配向する鱗片状の第1の熱伝導性フィラーの長軸が倒れても面内方向にランダム配向された短軸によってシート厚み方向の熱伝導性が維持され、荷重の増加に伴う熱伝導率の変動幅を小さくすることができる。
The heat
一方、熱伝導性シート表面に現れる模様が互いに直交する辺のみから構成されるものである場合、この熱伝導性シートは、含有する鱗片状フィラーの短軸が所定方向に配向されているものと考えられる。このような熱伝導性シートは、鱗片状フィラーの短軸がシートの面方向に対して所定の方向に配向されているため、面方向に対する熱伝導性も低い。そして、荷重が増加し長軸が厚み方向に配向する鱗片状の第1の熱伝導性フィラーの長軸が倒れた場合にも、短軸の配向性が維持された状態で一様に傾倒することから、荷重の増加に伴い熱伝導率が減少する。 On the other hand, when the pattern appearing on the surface of the heat conductive sheet is composed of only the sides orthogonal to each other, the short axis of the scaly filler contained in this heat conductive sheet is oriented in a predetermined direction. Conceivable. In such a heat conductive sheet, since the minor axis of the scaly filler is oriented in a predetermined direction with respect to the surface direction of the sheet, the heat conductivity with respect to the surface direction is also low. Then, even when the long axis of the scaly first heat conductive filler whose major axis is oriented in the thickness direction is tilted due to an increase in load, it is uniformly tilted while the orientation of the minor axis is maintained. Therefore, the thermal conductivity decreases as the load increases.
熱伝導性シート1の平均厚みは、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、熱伝導性シートの平均厚みの下限値は、0.05mm以上とすることができ、0.1mm以上とすることもできる。また、熱伝導性シートの平均厚みの上限値は、5mm以下とすることができ、4mm以下であってもよく、3mm以下であってもよい。熱伝導性シート1の取り扱い性の観点から、熱伝導性シート1の平均厚みは、0.1~4mmとすることが好ましく、0.5~3mmとすることもでき、1~2mmとすることもできる。熱伝導性シート1の平均厚みは、例えば、熱伝導性シートの厚みを任意の5箇所で測定し、その算術平均値から求めることができる。
The average thickness of the heat
熱伝導性シート1は、厚み方向に鱗片状の第1の熱伝導性フィラー3の長軸が配向し、面内方向では鱗片状の第1の熱伝導性フィラー3の短軸がランダム配向しているため、荷重が増加し鱗片状の熱伝導性フィラーが倒れても面内方向にランダム配向された短軸によって熱伝導性が維持され、荷重の増加に伴う熱伝導率の減少幅を少なくすることができる。
In the heat
<熱伝導性シートの製造方法>
本技術に係る熱伝導性シートの製造方法は、例えば、下記工程Aと、工程Bと、工程Cとを有する。
<Manufacturing method of heat conductive sheet>
The method for manufacturing a heat conductive sheet according to the present technique includes, for example, the following steps A, B, and C.
<工程A>
工程Aでは、鱗片状の第1の熱伝導性フィラー3と非鱗片状の第2の熱伝導性フィラー4とをバインダ樹脂2に分散させることにより熱伝導性シート形成用組成物を調製する。熱伝導性シート形成用組成物は、第1の熱伝導性フィラー3と、第2の熱伝導性フィラー4と、バインダ樹脂2との他に、必要に応じて各種添加剤や揮発性溶剤とを公知の手法により均一に混合することにより調製できる。
<Process A>
In step A, a composition for forming a heat conductive sheet is prepared by dispersing the scaly first heat
<工程B>
工程Bでは、調製された熱伝導性シート形成用組成物から成形体ブロックを形成する。成形体ブロックの形成方法としては、押出成形法、金型成形法などが挙げられる。押出成形法、金型成形法としては、特に制限されず、公知の各種押出成形法、金型成形法の中から、熱伝導性シート形成用組成物の粘度や熱伝導性シートに要求される特性等に応じて適宜採用することができる。
<Process B>
In step B, a molded body block is formed from the prepared composition for forming a heat conductive sheet. Examples of the method for forming the molded body block include an extrusion molding method and a mold molding method. The extrusion molding method and the mold molding method are not particularly limited, and are required for the viscosity of the composition for forming a heat conductive sheet and the heat conductive sheet from among various known extrusion molding methods and mold molding methods. It can be appropriately adopted depending on the characteristics and the like.
例えば、押出成形法において、熱伝導性シート形成用組成物をダイより押し出す際、あるいは金型成形法において、熱伝導性シート形成用組成物を金型へ圧入する際、バインダ樹脂が流動し、その流動方向に沿って鱗片状の熱伝導性フィラー3の長軸が配向する。
For example, in the extrusion molding method, when the composition for forming a heat conductive sheet is extruded from a die, or in the mold molding method, when the composition for forming a heat conductive sheet is pressed into a mold, the binder resin flows. The long axis of the scaly heat
成形体ブロックの大きさ・形状は、求められる熱伝導性シート1の大きさに応じて決めることができる。例えば、断面の縦の大きさが0.5~15cmで横の大きさが0.5~15cm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。押出成形法では、熱伝導性シート形成用の樹脂組成物の硬化物からなる柱状の成形体ブロックを形成することができる。
The size and shape of the molded body block can be determined according to the required size of the heat
[開口部]
ここで、成形体ブロックの形成工程においては、熱伝導性シート形成用組成物を、その流動方向から見たときに、互いに直交しない辺を有する1又は複数のセルを備えた開口部5を通過させる。このような開口部5は、例えば図5(a)に示すように正五角形のセルが複数連続する構造を例示できる。その他にも六角ハニカムセルが複数連続する構造(図5(b))や、略円形のセルが複数連続する構造(図5(c))等でもよい。すなわち、本技術に係る開口部5は、正方形や長方形のように互いに直交する辺のみから構成されるもの、例えば図6(a)に示すような平行スリット構造や図6(b)に示すような互いに直交する矩形セルが複数連続する矩形メッシュ構造が除かれる。
[Aperture]
Here, in the step of forming the molded body block, the heat conductive sheet forming composition passes through the
なお、開口部5は、一部に互いに直交する辺のみから構成されるセルを有していてもよい。また、複数のセルの開口形状がすべて同じでもよく、異なる開口形状のセルを組み合わせて構成してもよい。また、複数のセルの各開口形状は、正多角形であってもよく、正多角形でなくともよい。また、開口部5は、互いに直交しない辺を有するセルが複数連続して構成されるもの以外にも、一つの開口からなり、その開口形状が互いに直交しない辺を有するものであってもよい。
The
このような開口部5を通過することにより、熱伝導性シート形成用組成物に含まれる第1の熱伝導性フィラー3の長軸を流動方向に配向させるとともに、第1の熱伝導性フィラー3の短軸を流動方向と直交する方向にランダムに配向(すなわち無配向)させることができる。これは、成形体ブロックを形成する工程において、略直方体状の金型に熱伝導性シート形成用組成物を流動させる際に、互いに直交する辺のみから構成される開口部を通過させると、第1の熱伝導性フィラー3の短軸が互いに直交する方向に配向されてしまうのに対し、互いに直交しない辺を有する開口部5を通過させた場合には、第1の熱伝導性フィラー3の短軸の配向が乱れるためと考えられる。
By passing through such an
開口部5は、互いに直交しない辺を有する形状であれば、任意の形状を取ることができるが、5辺以上を有する多角形状であることが好ましい。これにより、短軸のランダム配向性を向上させることができる。
The
このような開口部5を通過した熱伝導性シート形成用組成物から形成された成形体ブロックは、流動方向に第1の熱伝導性フィラー3の長軸が配向されるとともに、流動方向に対して直交する断面においては、第1の熱伝導性フィラー3の短軸がランダム配向されている。
In the molded body block formed from the composition for forming a heat conductive sheet that has passed through such an
<工程C>
工程Cでは、成形体ブロックをシート状にスライスして、熱伝導性シート1を得る。スライスにより得られるシートの表面(スライス面)には、鱗片状の第1の熱伝導性フィラー3が露出する。スライスする方法としては特に制限はなく、成形体ブロックの大きさや機械的強度により公知のスライス装置の中から適宜選択することができる。成形体ブロックのスライス方向としては、第1の熱伝導性フィラー3の長軸が流動方向に配向しているため、流動方向に対して60~120度であることが好ましく、70~100度の方向であることがより好ましく、90度(垂直)の方向であることがさらに好ましい。工程Bで柱状の成形体ブロックを形成し、第1の熱伝導性フィラー3の長軸が成形体ブロックの長さ方向に配向している場合、工程Cでは、成形体ブロックの長さ方向に対して略垂直方向にスライスすることが好ましい。
<Process C>
In step C, the molded block is sliced into a sheet to obtain a heat
このように、工程Aと、工程Bと、工程Cとを有する熱伝導性シートの製造方法によれば、上述した熱伝導性シート1を得ることができる。
As described above, according to the method for manufacturing a heat conductive sheet having step A, step B, and step C, the above-mentioned heat
本技術に係る熱伝導性シートの製造方法は、上述した例に限定されず、例えば、工程Cの後に、スライス面をプレスする工程Dをさらに有していてもよい。熱伝導性シートの製造方法がプレスする工程Dを有することで、工程Cで得られるシートの表面がより平滑化され、他の部材との密着性をより向上させることができる。プレスの方法としては、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することができる。また、ピンチロールでプレスしてもよい。プレスの際の圧力としては、例えば、0.1~100MPaとすることができる。プレスの効果をより高め、プレス時間を短縮するために、プレスは、バインダ樹脂2のガラス転移温度(Tg)以上で行うことが好ましい。例えば、プレス温度は、0~180℃とすることができ、室温(例えば25℃)~100℃の温度範囲内であってもよく、30~100℃であってもよい。
The method for producing a heat conductive sheet according to the present technique is not limited to the above-mentioned example, and may further include, for example, a step D for pressing the sliced surface after the step C. By having the step D in which the method for manufacturing the heat conductive sheet is pressed, the surface of the sheet obtained in the step C is further smoothed, and the adhesion with other members can be further improved. As a pressing method, a pair of pressing devices including a flat plate and a pressing head having a flat surface can be used. Alternatively, it may be pressed with a pinch roll. The pressure at the time of pressing can be, for example, 0.1 to 100 MPa. In order to further enhance the effect of pressing and shorten the pressing time, it is preferable that the pressing is performed at the glass transition temperature (Tg) or higher of the
<電子機器>
本技術に係る熱伝導性シート1は、例えば、発熱体と放熱体との間に配置させることにより、発熱体で生じた熱を放熱体に逃がすためにそれらの間に配された構造の電子機器とすることができる。電子機器は、発熱体と放熱体と熱伝導性シート1とを少なくとも有し、必要に応じて、その他の部材をさらに有していてもよい。
<Electronic equipment>
The heat
発熱体としては、特に限定されず、例えば、CPU、GPU(Graphics Processing Unit)、DRAM(Dynamic Random Access Memory)、フラッシュメモリなどの集積回路素子、トランジスタ、抵抗器など、電気回路において発熱する電子部品等が挙げられる。また、発熱体には、通信機器における光トランシーバ等の光信号を受信する部品も含まれる。 The heating element is not particularly limited, and for example, an electronic component that generates heat in an electric circuit such as a CPU, a GPU (Graphics Processing Unit), a DRAM (Dynamic Random Access Memory), an integrated circuit element such as a flash memory, a transistor, and a resistor. And so on. Further, the heating element also includes a component that receives an optical signal such as an optical transceiver in a communication device.
放熱体としては、特に限定されず、例えば、ヒートシンクやヒートスプレッダなど、集積回路素子やトランジスタ、光トランシーバ筐体などと組み合わされて用いられるものが挙げられる。放熱体としては、ヒートスプレッダやヒートシンク以外にも、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。 The radiator is not particularly limited, and examples thereof include those used in combination with integrated circuit elements, transistors, optical transceiver housings, and the like such as heat sinks and heat spreaders. In addition to the heat spreader and heat sink, the radiator may be any one that conducts heat generated from a heat source and dissipates it to the outside. Examples include heat pipes, metal covers, and housings.
図7は、本技術に係る熱伝導性シート1を適用した半導体装置50の一例を示す断面図である。例えば、熱伝導性シート1は、図7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、発熱体と放熱体との間に挟持される。図7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とを備え、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が、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。熱伝導性シート1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。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of a
以下、本技術の実施例について説明する。実施例では、熱伝導性シートを作製し、実効熱伝導率と圧縮率を測定した。なお、本技術は、これらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, examples of this technique will be described. In the example, a thermal conductivity sheet was prepared, and the effective thermal conductivity and the compression rate were measured. The present technique is not limited to these examples.
<実施例1>
シリコーン樹脂34体積%と、結晶形状が六方晶型である鱗片状の窒化ホウ素(D50:40μm)26体積%と、窒化アルミニウム(D50:1.2μm)20体積%と、球状アルミナ粒子(D50:2μm)20体積%とを均一に混合することにより、熱伝導性シート形成用の樹脂組成物を調製した。押出成形法により、熱伝導性シート形成用の樹脂組成物を、互いに直交しない辺を有する複数のセルが連続する開口部(図5参照)を通過させ、直方体状の内部空間を有する金型(開口径:50mm×50mm)中に流し込み、60℃のオーブンで4時間加熱させて柱状の成形体ブロックを形成した。なお、金型の内面には、剥離処理面が内側となるように剥離ポリエチレンテレフタレートフィルムを貼り付けておいた。得られた成形体ブロックを超音波カッターでシート状にスライスすることにより、鱗片状の窒化ホウ素がシートの厚み方向に配向した1.0mm厚の熱伝導性シートを得た。
<Example 1>
34% by volume of silicone resin, 26% by volume of scaly boron nitride (D50: 40 μm) having a hexagonal crystal shape, 20% by volume of aluminum nitride (D50: 1.2 μm), and spherical alumina particles (D50: 40 μm). A resin composition for forming a thermally conductive sheet was prepared by uniformly mixing 2 μm) with 20% by volume. By the extrusion molding method, a resin composition for forming a thermally conductive sheet is passed through an opening (see FIG. 5) in which a plurality of cells having sides not orthogonal to each other are continuous, and a mold having a rectangular parallelepiped internal space (see FIG. 5). It was poured into an opening diameter (opening diameter: 50 mm × 50 mm) and heated in an oven at 60 ° C. for 4 hours to form a columnar molded block. A peeled polyethylene terephthalate film was attached to the inner surface of the mold so that the peeled surface was on the inside. The obtained molded block was sliced into a sheet with an ultrasonic cutter to obtain a 1.0 mm-thick thermally conductive sheet in which scaly boron nitride was oriented in the thickness direction of the sheet.
<実施例2>
シリコーン樹脂37体積%と、結晶形状が六方晶型である鱗片状の窒化ホウ素(D50:40μm)23体積%と、窒化アルミニウム(D50:1.2μm)20体積%と、球状アルミナ粒子(D50:2μm)20体積%とを均一に混合することにより、熱伝導性シート形成用の樹脂組成物を調製したこと以外は、実施例1と同様の方法で1.0mm厚の熱伝導性シートを得た。
<Example 2>
37% by volume of silicone resin, 23% by volume of scaly boron nitride (D50: 40 μm) having a hexagonal crystal shape, 20% by volume of aluminum nitride (D50: 1.2 μm), and spherical alumina particles (D50: 40 μm). A 1.0 mm thick heat conductive sheet was obtained by the same method as in Example 1 except that a resin composition for forming a heat conductive sheet was prepared by uniformly mixing 2 μm) 20% by volume. rice field.
<実施例3>
実施例1と同様の方法で2.0mm厚の熱伝導性シートを得た。
<Example 3>
A 2.0 mm thick heat conductive sheet was obtained by the same method as in Example 1.
<実施例4>
実施例2と同様の方法で2.0mm厚の熱伝導性シートを得た。
<Example 4>
A 2.0 mm thick heat conductive sheet was obtained by the same method as in Example 2.
<比較例1>
シリコーン樹脂34体積%と、結晶形状が六方晶型である鱗片状の窒化ホウ素(D50:40μm)26体積%と、窒化アルミニウム(D50:1.2μm)20体積%と、球状アルミナ粒子(D50:2μm)20体積%とを均一に混合することにより、熱伝導性シート形成用の樹脂組成物を調製した。この熱伝導性シート形成用の樹脂組成物を、押出成形法により、6mm幅の平行スリット(図6(a)参照)を通過させ、金型中に流し込み、成形体ブロックを形成したこと以外は、実施例1と同様の方法で1.0mm厚の熱伝導性シートを得た。
<Comparative Example 1>
34% by volume of silicone resin, 26% by volume of scaly boron nitride (D50: 40 μm) having a hexagonal crystal shape, 20% by volume of aluminum nitride (D50: 1.2 μm), and spherical alumina particles (D50: 40 μm). A resin composition for forming a thermally conductive sheet was prepared by uniformly mixing 2 μm) with 20% by volume. Except for the fact that this resin composition for forming a thermally conductive sheet was passed through a 6 mm wide parallel slit (see FIG. 6A) by an extrusion molding method and poured into a mold to form a molded block. , A heat conductive sheet having a thickness of 1.0 mm was obtained by the same method as in Example 1.
<比較例2>
シリコーン樹脂34体積%と、結晶形状が六方晶型である鱗片状の窒化ホウ素(D50:40μm)26体積%と、窒化アルミニウム(D50:1.2μm)20体積%と、球状アルミナ粒子(D50:2μm)20体積%とを均一に混合することにより、熱伝導性シート形成用の樹脂組成物を調製した。この熱伝導性シート形成用の樹脂組成物を、押出成形法により、矩形メッシュ状の開口部(図6(b)参照)を通過させ、金型中に流し込み、成形体ブロックを形成したこと以外は、実施例1と同様の方法で1.0mm厚の熱伝導性シートを得た。
<Comparative Example 2>
34% by volume of silicone resin, 26% by volume of scaly boron nitride (D50: 40 μm) having a hexagonal crystal shape, 20% by volume of aluminum nitride (D50: 1.2 μm), and spherical alumina particles (D50: 40 μm). A resin composition for forming a thermally conductive sheet was prepared by uniformly mixing 2 μm) with 20% by volume. Except for the fact that this resin composition for forming a heat conductive sheet was passed through a rectangular mesh-shaped opening (see FIG. 6B) by an extrusion molding method and poured into a mold to form a molded body block. Obtained a heat conductive sheet having a thickness of 1.0 mm by the same method as in Example 1.
<比較例3>
比較例1と同様の方法で2.0mm厚の熱伝導性シートを得た。
<Comparative Example 3>
A 2.0 mm thick heat conductive sheet was obtained in the same manner as in Comparative Example 1.
<比較例4>
比較例2と同様の方法で2.0mm厚の熱伝導性シートを得た。
<Comparative Example 4>
A 2.0 mm thick heat conductive sheet was obtained in the same manner as in Comparative Example 2.
<実効熱伝導率/実効熱伝導率の最大値と最小値の差>
熱伝導性シートの実効熱伝導率(W/m・K)は、ASTM-D5470に準拠した熱抵抗測定装置を用いて、所定の荷重(0.5kgf/cm2、1.0kgf/cm2、2.0kgf/cm2又は3.0kgf/cm2)をかけたときの熱伝導性シートの厚み方向について測定した。
<Difference between maximum and minimum effective thermal conductivity / effective thermal conductivity>
The effective thermal conductivity (W / m · K) of the thermal conductivity sheet is determined by a predetermined load (0.5 kgf / cm 2 , 1.0 kgf / cm 2 , using a thermal resistance measuring device compliant with ASTM-D5470). The thickness direction of the heat conductive sheet when 2.0 kgf / cm 2 or 3.0 kgf / cm 2 ) was applied was measured.
また、所定の荷重をかけたときの実効熱伝導率の最大値と最小値の差を求めた。この差が小さいほど、実効熱伝導率の荷重依存性が低く、荷重を増加させていっても安定した実効熱伝導率を奏するといえる。例えば実施例1では、実効熱伝導率の最大値は8.3W/m・Kであり(荷重1.0kgf/cm2、及び荷重2.0kgf/cm2)、最小値は7.6W/m・Kであるから(荷重0.5kgf/cm2)、その差は0.7W/m・Kである。 In addition, the difference between the maximum value and the minimum value of the effective thermal conductivity when a predetermined load was applied was obtained. It can be said that the smaller this difference is, the lower the load dependence of the effective thermal conductivity is, and the more stable the effective thermal conductivity is obtained even when the load is increased. For example, in Example 1, the maximum value of the effective thermal conductivity is 8.3 W / m · K (load 1.0 kgf / cm 2 and load 2.0 kgf / cm 2 ), and the minimum value is 7.6 W / m. -Since it is K (load 0.5 kgf / cm 2 ), the difference is 0.7 W / m · K.
<圧縮率>
熱伝導性シートの圧縮率(%)は、熱伝導性シートに所定の荷重(0.5kgf/cm2、1.0kgf/cm2、2.0kgf/cm2又は3.0kgf/cm2)をかけて安定した後の熱伝導性シートの厚みを測定し、荷重をかける前後の熱伝導性シートの厚みから算出した。
<Compression rate>
The compression rate (%) of the heat conductive sheet is such that a predetermined load (0.5 kgf / cm 2 , 1.0 kgf / cm 2 , 2.0 kgf / cm 2 or 3.0 kgf / cm 2 ) is applied to the heat conductive sheet. The thickness of the heat conductive sheet after being stabilized by applying the load was measured, and the thickness was calculated from the thickness of the heat conductive sheet before and after the load was applied.
<評価判定>
次の基準で実施例及び比較例の熱伝導性シートの評価判定を行った。熱伝導性シートの実効熱伝導率の最大値と最小値の差が1.5W/m・K以下のときをOKと評価し、それ以外をNGと評価した。結果を表1に示す。
<Evaluation judgment>
The evaluation and judgment of the heat conductive sheets of Examples and Comparative Examples were performed according to the following criteria. When the difference between the maximum value and the minimum value of the effective thermal conductivity of the thermal conductivity sheet was 1.5 W / m · K or less, it was evaluated as OK, and in other cases, it was evaluated as NG. The results are shown in Table 1.
表1に示すように、実施例1~4の熱伝導性シートは、厚み方向に対して0.5~3kgf/cm2の荷重を加えたときに、実効熱伝導率の最大値と最小値の差が1.5W/m・K以下であり、実効熱伝導率の荷重依存性が低く安定して実効熱伝導率を発揮できることが分かった。これは、実施例1~4の熱伝導性シートは、硬化性樹脂組成物と、鱗片状の熱伝導性フィラーと、非鱗片状の熱伝導性フィラーとを含有し、厚み方向に鱗片状の熱伝導性フィラーの長軸が配向し、面内方向では鱗片状の熱伝導性フィラーの短軸がランダム配向しているため、荷重が増加し長軸が厚み方向に配向する鱗片状の熱伝導性フィラーが倒れても面内方向にランダム配向された短軸によって熱伝導性が維持され、荷重の増加に伴う熱伝導率の変動幅が小さくなったためと考えられる。 As shown in Table 1, the thermal conductivity sheets of Examples 1 to 4 have the maximum and minimum effective thermal conductivity when a load of 0.5 to 3 kgf / cm 2 is applied in the thickness direction. It was found that the difference between the two was 1.5 W / m · K or less, the load dependence of the effective thermal conductivity was low, and the effective thermal conductivity could be stably exhibited. This is because the heat conductive sheets of Examples 1 to 4 contain a curable resin composition, a scaly heat conductive filler, and a non-scaly heat conductive filler, and are scaly in the thickness direction. Since the long axis of the heat conductive filler is oriented and the short axis of the scaly heat conductive filler is randomly oriented in the in-plane direction, the load increases and the long axis is oriented in the thickness direction. It is considered that the thermal conductivity was maintained by the short axis randomly oriented in the in-plane direction even if the sex filler collapsed, and the fluctuation range of the thermal conductivity with the increase of the load became small.
比較例1~4の熱伝導性シートは、厚み方向に対して0.5~3kgf/cm2の荷重を加えたときに、実効熱伝導率の最大値と最小値の差が1.5W/m・K超であり、実効熱伝導率の荷重依存性が高く、荷重の増加に伴う熱伝導率の減少幅を小さくすることが困難であることが分かった。これは、比較例1,2の熱伝導性シートは、熱伝導性シート形成用の樹脂組成物が平行スリット構造やメッシュ構造の開口部を通過することで、鱗片状の熱伝導性フィラーの短軸も面内方向で所定の方向に配向することから、荷重が増加し長軸が厚み方向に配向する鱗片状の熱伝導性フィラーが倒れたときに、短軸によって熱伝導性を維持することができなかったためと考えられる。 In the thermal conductivity sheets of Comparative Examples 1 to 4, the difference between the maximum value and the minimum value of the effective thermal conductivity is 1.5 W / cm when a load of 0.5 to 3 kgf / cm 2 is applied in the thickness direction. It was found that it was more than m · K, the effective thermal conductivity was highly load-dependent, and it was difficult to reduce the decrease in thermal conductivity with the increase in load. This is because the heat conductive sheets of Comparative Examples 1 and 2 have a short scale-like heat conductive filler because the resin composition for forming the heat conductive sheet passes through the openings of the parallel slit structure and the mesh structure. Since the shaft is also oriented in a predetermined direction in the in-plane direction, the short shaft maintains thermal conductivity when the load increases and the scaly heat conductive filler in which the long shaft is oriented in the thickness direction collapses. It is probable that it was not possible.
1 熱伝導性シート、2 バインダ樹脂、3 鱗片状の第1の熱伝導性フィラー、3A 鱗片状の窒化ホウ素、4 非鱗片状の第2の熱伝導性フィラー、50 半導体装置、51 電子部品、52 ヒートスプレッダ、53 ヒートシンク
1 Thermal Conductive Sheet, 2 Binder Resin, 3 Scale-like First Thermal Conductive Filler, 3A Scale-like Boron Nitride, 4 Non-scaly Second Thermal Conductive Filler, 50 Semiconductor Equipment, 51 Electronic Parts, 52 heat spreader, 53 heat sink
Claims (9)
上記第1の熱伝導性フィラーが窒化ホウ素であり、
上記第2の熱伝導性フィラーの平均粒径が5μm以下であり、
上記熱伝導性シートの厚み方向に上記第1の熱伝導性フィラーの長軸が配向し、上記熱伝導性シートの面内方向に上記第1の熱伝導性フィラーの短軸がランダム配向する熱伝導性シート。 The binder resin, the scaly first heat conductive filler, and the non-scaly second heat conductive filler are contained, and the first heat conductive filler and the second heat conductive filler are described. In the heat conductive sheet dispersed in the binder resin
The first thermally conductive filler is boron nitride.
The average particle size of the second heat conductive filler is 5 μm or less, and the average particle size is 5 μm or less.
Heat in which the long axis of the first heat conductive filler is oriented in the thickness direction of the heat conductive sheet and the minor axis of the first heat conductive filler is randomly oriented in the in-plane direction of the heat conductive sheet. Conductive sheet.
上記熱伝導性シート形成用の樹脂組成物から成形体ブロックを形成する工程Bと、
上記成形体ブロックをシート状にスライスして熱伝導性シートを得る工程Cとを有し、
上記第1の熱伝導性フィラーが窒化ホウ素であり、
上記第2の熱伝導性フィラーの平均粒径が5μm以下であり、
上記熱伝導性シートは、厚み方向に上記第1の熱伝導性フィラーの長軸が配向し、面内方向では上記第1の熱伝導性フィラーの短軸がランダム配向する、熱伝導性シートの製造方法。 Step A to prepare a resin composition for forming a heat conductive sheet by dispersing a scaly first heat conductive filler and a non-scaly second heat conductive filler in a curable resin composition. When,
Step B of forming a molded block from the resin composition for forming a heat conductive sheet, and
It has a step C of slicing the molded body block into a sheet to obtain a heat conductive sheet.
The first thermally conductive filler is boron nitride.
The average particle size of the second heat conductive filler is 5 μm or less, and the average particle size is 5 μm or less.
The heat conductive sheet is a heat conductive sheet in which the major axis of the first heat conductive filler is oriented in the thickness direction and the minor axis of the first heat conductive filler is randomly oriented in the in-plane direction. Production method.
放熱体と、
発熱体と放熱体との間に配置された請求項1~5のいずれか1項に記載の熱伝導性シートとを備える、電子機器。
With a heating element,
With the radiator
An electronic device comprising the heat conductive sheet according to any one of claims 1 to 5, which is arranged between a heating element and a heat radiating element.
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