JP2938340B2 - 熱伝導性複合シート - Google Patents

熱伝導性複合シート

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発熱性の電子部品等の
放熱用としての好適な熱伝導性複合シート及びその製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】パワートランジスタ、サイリスタ等の発
熱性部品、IC、LSI 等の集積回路素子は熱の発生により
特性が低下するので、放熱が円滑に行われるように電子
機器内に設置する必要がある。
【０００３】コンピューター、ワードプロセッサー等の
電子機器の高集積化が進み、機器内のパワートランジス
タ、サイリスタ等の発熱性部品、IC、LSI 等の集積回路
素子の発熱量が増加したため、従来行われていた冷却フ
ァンによる強制空冷方式では不十分な場合がある。特
に、携帯可能なラップトップ型やノートブック型のパー
ソナルコンピューターの場合、強制空冷方式以外の冷却
方法が必要になっている。また、これらの電子機器では
プリント基板上に集積回路素子が設置されるが、基板の
材質に熱伝導性の劣るガラス補強エポキシ樹脂やポリイ
ミド樹脂が用いられるので、従来のように放熱絶縁シー
トを介して基板に熱を逃がすことができない。そこで、
集積回路素子の近傍に自然冷却タイプあるいは強制冷却
タイプの放熱器を設置し、素子で発生した熱を放熱器に
伝えて放熱させる方式がとられる。この方式では素子と
放熱器との間の熱伝導を良好にするために放熱絶縁シー
トを介在させるが、従来の放熱絶縁シートは柔軟性が劣
るため、熱膨張を起こした際に隣接する素子と基板に過
度の応力がかかり破損する恐れがある。そのため、柔軟
性の改良された放熱絶縁シートが求められている。
【０００４】また、このように放熱器の設置で放熱を行
う場合、各集積回路素子ごとに放熱器を取り付けようと
すると余分なスペースが必要になり機器の小型化が難し
くなるので、いくつかの素子をひとつの放熱器に組み合
わせる方式がとられる。この場合、素子ごとに高さが異
なるので素子と放熱器との間の隙間の大きさや形状は種
々まちまちであり、これに対応することができる放熱絶
縁シートが求められている。そこで、熱伝導性に優れ、
柔軟性があり、種々の形状、大きさの隙間に対応するこ
とができるものとしていくつかの熱伝導性材が提案され
ている。
【０００５】特開平2-166755号公報には、シリコーン樹
脂のゲルに金属酸化物等の熱伝導性材料を混入したもの
をシート状に成形し、このシートの片面あるいは両面に
溝を設けたものを用いる方法が開示されている。溝があ
ることにより変形量が大きくなり接触面積が広くなるこ
とが図られている。しかし、このシートは非常に柔らか
いので、成形後の取扱性が悪く大量生産が難しい。また
強度が不足しており、組立作業に手間がかかるという欠
点がある。
【０００６】特開平2-196453号公報には、シリコーン樹
脂に金属酸化物等の熱伝導性材料を混入したものを成形
し、取扱に必要な強度を持たせたシリコーン樹脂層と、
該樹脂層の上に設けた柔らかく変形しやすいシリコーン
樹脂層とからなるシートが開示されている。このシート
は取扱いやすくはなっているが、成形方法が難しくあま
り大量生産に向かない。というのは、シリコーン樹脂層
には所要の強度があるが、これに柔らかいシリコーン樹
脂層を一体成形する際、成形時の応力により変形するか
らである。そのため、自動射出成形、連続コーティング
成形等の成形方法に向いていないので生産性が劣りコス
トの高いものとなる。
【０００７】また、放熱絶縁シートとしてはガラスクロ
ス等の布状補強材で補強したものも知られている（特開
昭56-161140 号公報）。しかし、これは、シラン処理し
たガラスクロスの両面にシラン処理した無機充填材を含
むシリコーンゴムシートを積層一体化させるものであ
り、生産性が非常に悪く、また、上下の熱伝導性シリコ
ーンゴム同士は繋がらず熱伝導性の低下をもたらすとい
う欠点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、熱伝
導性及び柔軟性に優れた熱伝導性複合シートであって、
大量生産に適しており、電子機器の組立作業にも適して
いる熱伝導性複合シート及び該シートの製造方法を提供
することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、熱伝導性充填
材を含有し、アスカーＣ硬度が５〜50であるシリコーン
ゴム層と、該シリコーンゴム層中に含まれた、からみ織
りの直径 0.3mm以上の孔を有する多孔性補強材層とを備
えてなる熱伝導性複合シートを提供する。また、本発明
は、熱伝導性充填材を含有し硬化後のアスカーＣ硬度が
５〜50である液状付加硬化型オルガノポリシロキサン組
成物層の上、下又は内部に、からみ織りの直径 0.3mm以
上の孔を有する多孔性補強材層を配置し、次に前記組成
物層と前記多孔性補強材層とを上下から加熱下でプレス
成形する工程を有する、上記の熱伝導性複合シートの製
造方法を提供する。
【００１０】以下、本発明を詳細に説明する。熱伝導性複合シート 本発明の熱伝導性複合シートは、熱伝導性充填材を含有
し、アスカーＣ硬度が５〜50であるシリコーンゴム層及
び多孔性補強材層からなる。
【００１１】シリコーンゴム層 シリコーンゴム層は、熱伝導性充填材を含有し、その硬
度がアスカーＣ硬度で５〜50であれば、特に限定されな
い。かかる熱伝導性充填材としては、例えば、酸化アル
ミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、
酸化アルミニウム、炭化ケイ素、石英、水酸化アルミニ
ウム等の公知の熱伝導性樹脂組成物に使用されるものが
挙げられる。この熱伝導性充填材の量は、シリコーンゴ
ム全体に対し、通常、25〜90重量％であり、好ましくは
50〜85重量％である。この量が少な過ぎると、熱伝導性
複合シートの熱伝導性が不十分となり、多過ぎると、熱
伝導性複合シートの柔軟性が低下する。
【００１２】シリコーンゴム層の硬度は、アスカーＣ硬
度で５〜50であることが必要であり、好ましくはアスカ
ーＣ硬度で10〜35である。ここで、アスカーＣ硬度と
は、 SRIS 0101（日本ゴム協会規格）及びJIS S 6050に
基づき、スプリング式硬さ試験機アスカーＣ型を使用し
て測定した硬さである。シリコーンゴム層の硬度が、ア
スカーＣ硬度で５未満であると、軟らか過ぎて形状保持
が困難となり、補強性も不十分であり、生産性も非常に
悪くなる。50を超えると、硬過ぎて部品との密着性が低
下し、また部品の形状への追随性が悪くなる。
【００１３】多孔性補強材層 多孔性補強材層は、上記のシリコーンゴム層に補強性を
与えるものであり、また、本発明により得られる熱伝導
性複合シートの平面方向への延伸性を抑制するものであ
る。かかる多孔性補強材層は、補強材としての強度を有
し、直径で 0.3mm以上の孔を有することが必要である。
ここで、孔の直径とは、孔がほぼ真円である場合はその
直径を意味し、円形でない場合にはその孔の最短径を意
味する。例えば、楕円である場合には短径を意味し、正
方形である場合には辺の長さを指し、長方形の場合には
短辺の長さを指す。この孔の大きさは、直径で0.3 〜10
mmであることが好ましく、より好ましくは１〜５mmであ
る。また、孔による空隙率が20〜95％のものが、補強性
や補強材層の上下方向の熱伝導率の点から好ましい。ま
た、補強材の厚さは通常 0.1〜1.0mm が好ましく、より
好ましくは0.2 〜0.5mm である。
【００１４】この多孔性補強材層としては、例えば、ガ
ラスクロス、ポリエステル，耐熱ナイロン，木綿等から
なるメッシュクロスなどで、からみ織りのものである。
これらのなかでも、ガラスクロスは熱伝導性に優れてお
り好ましい。また、孔の大きいメッシュクロスは大量生
産性及びコスト低減に好適である。さらに、このメッシ
ュクロスのなかでもポリエステルのメッシュクロス、耐
熱ナイロンのメッシュクロスが望ましい。
【００１５】本発明の熱伝導性複合シートにおける多孔
性補強材層の位置は、当該多孔性補強材層がシリコーン
ゴム層の内部に含まれていればよく、特に限定されな
い。好ましくは、シリコーンゴム層のほぼ中央の層に配
置される。また、該補強材層は一層でも複数あってもよ
い。当該多孔性補強材層がシリコーンゴムシートの表面
に浮き出ると、該表面に凹凸が生じるため、電子部品等
との密着性が低下してしまう。
【００１６】熱伝導性複合シートの製造方法 本発明の熱伝導性複合シートは、例えば、熱伝導性充填
材を含有し硬化後のアスカーＣ硬度が５〜50である液状
付加硬化型オルガノポリシロキサン組成物層の上、下及
び内部の少なくとも一箇所に、からみ織りの直径 0.3mm
以上の孔を有する多孔性補強材層を配置し、次に前記組
成物層と前記多孔性補強材層とを上下から加熱下でプレ
ス成形する工程を有する製造方法により得られる。
【００１７】通常は、所要面積の板材の上に上記の液状
組成物を広げるように置き、その上に多孔性補強材層を
置き、上下からプレス成形するのが容易である。液状組
成物は多孔性補強剤層の孔を通って短時間でその上側へ
浸透するので得られる硬化シートでは硬化シリコーンゴ
ム層の内部に配置されることになる。
【００１８】液状付加硬化型オルガノポリシロキサン組
成物 液状付加硬化型オルガノポリシロキサン組成物は、従来
より熱伝導性シリコーンゴムの製造に使用されるもので
あり、熱伝導性充填材を含有し、硬化物の硬度がアスカ
ーＣ硬度で５〜50である組成物であれば特に限定されな
い。当該組成物としては、例えば、下記A)〜D)成分を含
有してなる組成物が挙げられる。
【００１９】A)１分子中にアルケニル基を少なくとも２
個有するアルケニル基含有オルガノポリシロキサン、 B)１分子中にケイ素原子に結合した水素原子を少なくと
も２個有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、 C)白金族金属系触媒、および D)熱伝導性充填材を含有してなる組成物が挙げられる。
【００２０】A)成分； A)成分としては、例えば、下記平均組成式(1) ： R a SiO (4-a)/2 (1) （式中、Ｒは非置換又は置換の１価炭化水素基であり、
ａは1.85〜2.15の数である）で表され、１分子中にアル
ケニル基を少なくとも２個有する必要がある。アルケニ
ル基は硬化時に架橋点となるため、基本的にはアルケニ
ル基を１分子中に２個以上含んでいる分子がないとこの
組成物は硬化しないからである。１分子中にアルケニル
基を平均して 0.5個以上有する範囲において、片末端の
みにアルケニル基を有するような１分子中にアルケニル
基を１個有するオルガノポリシロキサンやアルケニル基
を有しないオルガノポリシロキサンを含んでもよい。一
般式(1)において、非置換または置換の一価炭化水素基
Ｒとしては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基
等のアルキル基；シクロペンチル基、シクロヘキシル基
等のシクロアルキル基；ビニル基、アリル基等のアルケ
ニル基；フェニル基、トリル基等のアリール基；トリフ
ルオロプロピル基等のこれらの基の水素原子が部分的に
塩素原子、フッ素原子等で置換されたハロゲン化炭化水
素基等が挙げられる。付加反応に関与する必須成分とし
てのアルケニル基としてはビニル基が特に好ましい。ま
た、アルケニル基以外のＲとしては、メチル基、フェニ
ル基及びトリフルオロプロピル基が好ましい。
【００２１】A)成分の粘度は25℃で10万cSt 以下である
ことが好ましく、より好ましくは 500〜30,000cSt であ
る。この粘度が高過ぎると、硬化前のオルガノポリシロ
キサン組成物の流動性が悪くなり、作業効率が悪くな
る。
【００２２】B)成分； B)成分は、１分子中にケイ素原子に結合した水素原子を
少なくとも２個以上有する直鎖状、分岐状又は環状の分
子からなる。B)成分は、A)成分と反応し架橋剤として作
用する。B)成分の量は、A)成分に含まれるアルケニル基
１個に対してケイ素原子に結合した水素原子が、通常、
0.1 〜1.5 個となる量であり、好ましくは 0.2〜1.2 個
となる量である。かかる量が少な過ぎると架橋密度が低
くなりすぎ、得られる硬化物の強度、耐熱性等が十分な
ものとならない。また、かかる量が多過ぎると、脱水素
反応による発泡が激し過ぎるために問題となったり、得
られる硬化物の柔軟性が十分なものとならない。
【００２３】C)成分； C)成分としては、例えば、白金ブラック、塩化白金酸、
塩化白金酸のアルコール変性物、塩化白金酸とオレフィ
ン，ビニルシロキサン，アセチレンアルコール等との錯
体等が挙げられる。C)成分の量は、希望する硬化速度に
応じて適宜選択すればよいが、通常、A)成分に対して白
金族金属量で 0.1〜500ppmであり、好ましくは１〜200p
pmである。
【００２４】D)成分； D)成分としては、例えば、前記した熱伝導性充填材が挙
げられる。D)成分の量は、組成物の全量に対し、通常、
25〜90重量％であり、好ましくは50〜85重量％である。
この量が少な過ぎると熱伝導性が不十分となる。また、
多過ぎると組成物の流動性が低く作業効率が悪くなった
り、硬化物が硬くなり得られるシリコーンゴムの柔軟性
が低下したりする。
【００２５】その他の添加剤；組成物の硬化速度、保存
安定性等を調節する目的で必要に応じて組成物に添加さ
れる添加剤としては、例えば、メチルビニルシクロテト
ラシロキサン等のビニル基含有オルガノポリシロキサ
ン、トリアリルイソシアヌレート、アセチレンアルコー
ル及びそのシロキサン変性物等が挙げられる。また、本
発明の効果を損なわない範囲で粘着剤、補強性シリカ、
着色剤、耐熱性向上剤、接着助剤等を組成物に添加して
もよい。
【００２６】プレス成形 プレス成形の成形条件は、通常、硬化性オルガノポリシ
ロキサン組成物をプレス成形により硬化し成形する際の
条件でよく、特に限定されない。上記の成形条件の内、
温度条件は、50〜200 ℃であることが好ましく、より好
ましくは60〜180 ℃である。上記の成形条件の内、圧力
条件は、組成物の粘度により適宜選択すればよい。流動
性の良い組成物を成形するときは、加圧を必要としない
こともあるが、気泡の巻き込みを避けるために通常５〜
50kgf/cm2 で加圧することが好ましい。
【００２７】かかるプレス成形は、例えば、以下のよう
に行われる。加熱した板材に液状付加硬化型オルガノポ
リシロキサン組成物を載せ、その上に多孔性補強材を載
せ、次いで枠で前記組成物及び前記多孔性補強材を囲
み、さらに上記と同様の板材を液状付加硬化型オルガノ
ポリシロキサン組成物及び多孔性補強材層からなる積層
物の上に載せる。この板材、液状付加硬化型オルガノポ
リシロキサン組成物及び多孔性補強材層からなる積層物
をプレス成形に供して熱伝導複合シートを得る。
【００２８】上記の板材及び枠としては、例えば、液状
付加硬化型オルガノポリシロキサン組成物に対する離型
性を有する材料からなるものが好ましく用いられる。か
かる離型性を有する材料としては、例えば、フッ素樹脂
コート板、テフロンフィルム、フッ素系離型剤を塗布し
たポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム等が
挙げられる。
【００２９】用途 本発明の熱伝導性複合シートは、電子機器内の発熱性の
電子部品と放熱器との間に介在させる放熱絶縁シートと
して有用である。
【００３０】
【作用】本発明の熱伝導性複合シートでは、からみ織り
多孔性補強材層の直径 0.3mm以上という大きな孔を通し
て、当該多孔性補強材層の上側と下側の熱伝導性シリコ
ーンゴムが繋がることとなるので、該シートに垂直方向
の熱伝導性が当該多孔性補強材層によってほとんど低下
しない。また、このような多孔性補強材層の両側にシリ
コーンゴムが存在するので、例えば、発熱性の電子部品
と放熱器との間に介在させた場合、両者の表面の凹凸に
応じてシートの上面と下面が各々変形することができ
る。従って、本発明の熱伝導性複合シートは、従来の熱
伝導性シートに比べて電子部品等に対する密着性が高い
ので熱伝導性が高い。
【００３１】また、かかる多孔性補強材を使用したこと
により、本発明の熱伝導性複合シートは、液状付加硬化
型オルガノポリシロキサン組成物層の上、下又は内部
に、からみ織りの直径 0.3mm以上の孔を有する多孔性補
強材層を配置し、次に前記組成物層と前記多孔性補強材
層とを上下から加熱下でプレス成形するという簡単な製
造方法により得ることができる。
【００３２】
【実施例】次に本発明の実施例を挙げて本発明を具体的
に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるもので
はない。なお、例中の部は重量部を示し、粘度はいずれ
も25℃の値を示す。
【００３３】実施例１ メチルビニルシロキシ単位が５モル％であり、末端がト
リメチルシロキシ基で停止されたジメチルポリシロキサ
ン（粘度：4000cSt ） 100重量部及び酸化アルミニウム
（アルミナAS−30〔商品名、昭和電工（株）製〕） 370
重量部を 150℃で２時間混練した。得られた混練物を室
温に冷却した後、該混練物に塩化白金酸のビニルシロキ
サン錯体（白金含有量１重量％） 0.3重量部及びエチニ
ルシクロヘキサノール 0.015重量部を加え均一に混合し
た。得られた混合物に下記式：
【００３４】H(CH3 ) 2 SiO −〔−Si(CH 3 ) 2 O −〕
18−Si(CH 3 ) 2 H で表されるメチルハイドロジェンポリシロキサン 4.8重
量部を均一に混合して液状付加硬化型オルガノポリシロ
キサン組成物を調製した。
【００３５】150℃に加熱したフッ素樹脂コート板（ 30
0mm× 300mm）に上記シリコーンゴム組成物 380ｇを載
せ、その上に多孔性補強材層として目開き 1.5mmのから
み織りのポリエステルメッシュクロス（ 300mm× 300mm
×厚さ0.2mm ）を載せ、次いでフッ素樹脂コートした枠
（枠内の容積：280mm ×280mm ×２mm）で前記組成物及
び前記ポリエステルメッシュクロスを囲み、さらに上記
と同様のフッ素樹脂コート板を前記組成物及び前記ポリ
エステルメッシュクロスの上に載せた。
【００３６】以上で得られた、フッ素樹脂コート板、前
記組成物及び前記ポリエステルメッシュクロスからなる
積層物を 150℃で５分間プレス成形に供してシリコーン
ゴムシートを得た。
【００３７】得られたシリコーンゴムシートは、表面に
メッシュクロスの一部が露出することのない、一方の表
面より 0.5〜0.8mm の所に層状に前記ポリエステルメッ
シュクロスを有するものであった。このシリコーンゴム
シートの硬さはアスカーＣ硬度で27であり、熱伝導率は
3.3×10-3cal/cm・sec ・℃であった。硬さ及び熱伝導
率は以下の要領で測定した。
【００３８】アスカーＣ硬度の測定方法 SRIS 0101 （日本ゴム協会規格）及びJIS S 6050に基づ
き、スプリング式硬さ試験機アスカーＣ型〔高分子計器
(株) 製、ゴム・プラスチック硬度計〕を使用して測定
した。
【００３９】熱伝導率の測定方法 熱伝導計〔商品名：Shotherm QTM迅速熱伝導計、昭和電
工 (株) 製〕を使用して非定常熱線法により測定した。
【００４０】
【発明の効果】本発明の熱伝導性複合シートは、熱伝導
性及び柔軟性（電子部品等に対する密着性）に優れてお
り、当該シート自体が大量生産に適しており、電子機器
の組立作業にも適している。従って、この熱伝導性複合
シートを使用すれば、電子部品の発熱による性能低下が
起こりにくい電子機器を効率良く生産することができ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｂ２９Ｋ 105:00 105:06 Ｂ２９Ｌ 31:34 (72)発明者 橋本 毅 群馬県碓氷郡松井田町大字人見１番地10 信越化学工業株式会社 シリコーン電 子材料技術研究所内 (56)参考文献 特開 平７−14950（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−328163（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−218710（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B29C 43/18 - 43/20 B32B 25/02,25/20 H01L 23/34 - 23/373

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 熱伝導性充填材を含有し、アスカーＣ硬
    度が５〜50であるシリコーンゴム層と、該シリコーンゴ
    ム層中に含まれた、からみ織りの直径 0.3mm以上の孔を
    有する多孔性補強材層とを備えてなる熱伝導性複合シー
    ト。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の熱伝導性複合シートで
    あって、前記多孔性補強材層がポリエステル繊維の網目
    状クロス又はガラスクロスである熱伝導性複合シート。
  3. 【請求項３】 熱伝導性充填材を含有し硬化後のアスカ
    ーＣ硬度が５〜50である液状付加硬化型オルガノポリシ
    ロキサン組成物層の上、下及び内部の少なくとも一箇所
    に、からみ織りの直径 0.3mm以上の孔を有する多孔性補
    強材層を配置し、次に前記組成物層と前記多孔性補強材
    層とを上下から加熱下でプレス成形する工程を有する請
    求項１に記載の熱伝導性複合シートの製造方法。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の製造方法であって、前
    記液状付加硬化型オルガノポリシロキサン組成物が、 A)１分子中にアルケニル基を少なくとも２個有するアル
    ケニル基含有オルガノポリシロキサン、 B)１分子中にケイ素原子に結合した水素原子を少なくと
    も２個有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、 C)白金族金属系触媒、および D)熱伝導性充填材を含有してなる組成物である製造方
    法。
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