JP3558548B2 - 樹脂成形体とその製造方法、及びそれを用いた電子部品の放熱部材 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂成形体とその製造方法、及び用途に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器においては、使用時に発生する熱をどのように除去するかが重要な課題であり、それを解決するため、従来よりトランジスタやサイリスタ等の発熱電子部品は、熱伝導性シート等の放熱部材を介して放熱フインや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、樹脂に窒化ホウ素、アルミナ等の熱伝導性絶縁フィラーを分散含有させたものが広く賞用されている。
【０００３】
今日、このような電子部品の放熱部材においては、更なる熱伝導性の向上が要求されている。また、装着時に異物が付着するのを防止するため、静電気が発生しない程度の導電性を付与し、しかもその柔軟性は、例えばアスカＣ硬度で５０以下までに著しく柔らかくしたものが要求される場合がある。
【０００４】
このような要求に応えるため、グラファイト製シートからなる放熱部材が提案されているが、このものは面内方向には優れた熱伝導性を有するが、本来必要な厚み方向への熱伝導性が不十分であり、またシワも入りやすいこともあって取り扱い性に不便であった。また、柔軟性も高くなく、発熱電子部品が荷重に弱い場合には取り付け時の締め付け力によって損傷する問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、余分な締め付け力を吸収できるような柔軟性と、極めて高い熱伝導性と、適度な導電性を有し、放熱部材として好適な樹脂成形体を提供することである。また、本発明の目的は、高柔軟性・高熱伝導性・適度な導電性を有する樹脂成形体を生産性良く製造することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、以下を要旨とする樹脂成形体とその製造方法、及び用途である。
【０００７】
（請求項１）樹脂で構成された骨格部と、該骨格部の一部又は全部と一体的に形成された樹脂部からなり、骨格部と樹脂部との熱伝導率の差が１Ｗ／ｍＫ以上で、骨格部及び樹脂部の少なくとも一方の体積抵抗率が１ＭΩ・ｃｍ以下（０は含まず）であることを特徴とする樹脂成形体。
（請求項２）骨格部又は樹脂部の割合が、断面積比で５０〜９８％であることを特徴とする請求項１記載の樹脂成形体。
（請求項３）請求項２記載の樹脂成形体からなり、アスカＣ硬度が５０以下であることを特徴とする電子部品の放熱部材。
（請求項４）熱伝導性フィラー及び導電性フィラーの少なくとも一方を含有した樹脂硬化物を用いて、骨格部と連通した中空部からなるコア材を作製する工程と、
前記コア材の少なくとも一つの前記中空部内の一部又は全部に未硬化樹脂組成物を充填した後、硬化させて樹脂部を形成する工程とを有し、
前記樹脂硬化物及び前記未硬化樹脂組成物の少なくとも一方は導電性フィラーを含有することを特徴とする請求項１記載の樹脂成形体の製造方法。
（請求項５）熱伝導性フィラー及び導電性フィラーの少なくとも一方を含有した未硬化の棒状樹脂成型物を成形し、それらの複数本を集結して連通した中空部を形成する工程と、
次いで、前記棒状樹脂成型物の硬化後又は硬化前に、少なくとも一つの前記中空部の一部又は全部に未硬化の樹脂組成物を充填し、硬化させた後、切断する工程とを有し、
前記棒状樹脂成型物及び前記未硬化の樹脂組成物の少なくとも一方は導電性フィラーを含有することを特徴とする請求項１記載の樹脂成形体の製造方法。
（請求項６）棒状樹脂成型物の断面積が０．５〜３００ｍｍ２、硬化物の切断幅が０．０５〜５ｍｍであることを特徴とする請求項５記載の樹脂成形体の製造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、更に詳しく本発明について説明する。
【０００９】
本発明の樹脂成形体は、熱伝導性及び導電性の少なくとも一方を有する骨格部と、該骨格部の一部又は全部と一体的に形成された導電性及び熱伝導性の少なくとも一方を有する樹脂部とから構成されている。具体的には、表１に示された組合せである。中でも、態様トが好ましい。
【００１０】
【表１】
【００１１】
ここで、「熱伝導性」とは、熱伝導性フィラーを樹脂に配合して付与された特性であり、また「導電性」とは、導電性フィラーを樹脂に配合して付与された特性である。
【００１２】
本発明で重要なことは、上記いずれの態様においても、骨格部と樹脂部との熱伝導率の差が１Ｗ／ｍＫ以上、好ましくは２Ｗ／ｍＫ以上であり、しかも骨格部及び樹脂部の少なくとも一方（以下、「骨格部及び／又は樹脂部」ともいう。）の体積抵抗率が１ＭΩ・ｃｍ以下（０は含まず）、好ましくは１ＫΩ・ｃｍ以下（０は含まず）とすることである。
【００１３】
骨格部及び／又は樹脂部の高熱伝導側の熱伝導率としては、２Ｗ／ｍＫ以上、特に３Ｗ／ｍＫ以上が好ましい。２Ｗ／ｍＫ未満では、本発明の用途が電子部品の放熱部材等である場合、発熱性電子部品からの放熱を十分に行うことができなくなる。
【００１４】
また、骨格部及び／又は樹脂部の低熱伝導側の熱伝導率としては、１Ｗ／ｍＫ以下、特に０．８Ｗ／ｍＫ以下が好ましい。１Ｗ／ｍＫをこえると、熱伝導性フィラーの充填量が多くなり、本発明の用途が電子部品の放熱部材等である場合、発熱性電子部品への負荷が大きくなる。従って、本発明においては、骨格部と樹脂部の熱伝導率が上記値において、両者の差が１Ｗ／ｍＫ以上であることが特に好ましい。
【００１５】
一方、骨格部及び／又は樹脂部の体積抵抗率が１ＭΩ・ｃｍをこえると、静電気の発生を抑える効果は少なくなる。本発明においては、骨格部と樹脂部の体積抵抗率には、差を設けてもよく、また差を設けなくてもよいが、好ましくは骨格部と樹脂部とを同じ体積抵抗率にすることである。
【００１６】
本発明のように、骨格部と樹脂部とを異なる熱伝導率で構成した理由は、熱伝導性フィラー充填量の多くした樹脂によって高熱伝導率を、また、熱伝導性フィラーを含有させないか又は少なく含有させた樹脂によって高柔軟性を負担させるためである。
【００１７】
本発明の樹脂成形体の骨格部と樹脂部を構成する樹脂としては、特に制限はなく、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ブチル樹脂、スチレン樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂等をあげることができるが、柔軟性及び耐熱性の面からシリコーン樹脂が適している。
【００１８】
シリコーン原料は、付加反応型液状シリコーンゴム、過酸化物を用いる熱加硫型ミラブルタイプのシリコーンゴム等が使用されるが、電子部品の放熱部材では、発熱電子部品の発熱面とヒートシンク面との密着性が要求されるため、付加反応型液状シリコーンゴムが望ましい。その具体例としては、一分子中にビニル基とＨ−Ｓｉ基の両方を有する一液性のシリコーンや、末端又は側鎖にビニル基を有するオルガノポリシロキサンと末端又は側鎖に２個以上のＨ−Ｓｉ基を有するオルガノポリシロキサンとの二液性のシリコーンなどがあり、市販品としては、東レダウコーニング社製、商品名「ＳＥ−１８８５」等がある。シリコーン硬化物の柔軟性は、シリコーンの架橋密度や熱伝導性フィラーの充填量によって調整することができる。
【００１９】
本発明で使用される熱伝導性フィラーは、アスペクト比が２以上の形状を有するものが好ましく、それを単独又は他の熱伝導性フィラーと混合して使用する。アスペクト比が２以上の熱伝導性フィラーとしては、窒化硼素、鱗片状アルミナ等の鱗片状セラミックス粉末等が使用され、形状は、破砕形状、繊維状、針状、鱗片状などいずれでもよく、また粒度は、平均粒径１〜１００μｍ程度のものが使用される。
【００２０】
アスペクト比２以上の熱伝導性フィラーの特に好適な例は、窒化硼素であり、それは粗製窒化硼素粉末をアルカリ金属又はアルカリ土類金属のほう酸塩の存在下、窒素雰囲気中、２０００℃×３〜７時間加熱処理してＢＮ結晶を十分に発達させ、粉砕後、必要に応じて硝酸等の強酸によって精製することによって製造することができる。
【００２１】
アスペクト比２以上の熱伝導性フィラーの厚み（ｃ軸方向）としては、０．１μｍ以上であることが好ましく、０．１μｍを未満では、樹脂に分散させる際に粒子が破壊する恐れがある。また、アスペクト比はできるだけ大きい方が熱伝導性を向上させる点で好ましく、１０以上が特に好ましい。
【００２２】
アスペクト比２以上の熱伝導性フィラーと併用されることのある熱伝導性フィラーとしては、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、マグネシア等のセラミックス粉末をあげることができ、その形状は、破砕形状、球状などいずれでもよく、また粒度は、平均粒径１〜１００μｍ程度が好ましい。
【００２３】
一方、本発明で使用される導電性フィラーとしては、アルミニウム、銅、銀、金等の金属粉末や、炭化珪素粉末、炭素粉末等が使用され、形状は、破砕形状、繊維状、針状、鱗片状などいずれでもよく、また粒度は、平均粒径１〜１００μｍ程度のものが使用される。
【００２４】
本発明の樹脂成形体において、骨格部と樹脂部の熱伝導率と体積抵抗率の調整は、熱伝導性フィラーの含有量ないしはその配向度と、導電性フィラーの含有量を変えることによって行うことができる。
【００２５】
例えば、熱伝導性フィラーの充填量については、熱伝導率を１Ｗ／ｍＫ以上に高める側、例えば骨格部（又は樹脂部、又は骨格部と樹脂部の両方）の熱伝導性フィラーの含有量を３５〜７０体積％、特に４０〜５５体積％とし、これよりも著しく充填量を少なくした、場合によっては全く充填しない樹脂組成物を用いて、その骨格部に対応する樹脂部（又は骨格部、又は樹脂部と骨格部の両方）を形成させる。熱伝導性フィラーの含有量が３５体積％未満では、樹脂成形体に十分な熱伝導性を付与することができず、７０体積％をこえると機械的強度が低下する。
【００２６】
一方、導電性フィラーの充填量は、柔軟性を確保するためにできるだけ少ない方がよく、静電気の発生防止に必要な最低量を充填するのが望ましい。具体的には、体積抵抗率を１ＭΩ・ｃｍ以下にする側、例えば骨格部（又は樹脂部、又は骨格部と樹脂部の両方）の導電性フィラーの含有量を１０〜４０体積％とし、これよりも著しく充填量を少なくした、場合によっては全く充填しない樹脂組成物を用いて、その骨格部に対応する樹脂部（又は骨格部、又は樹脂部と骨格部の両方）を形成させる。
【００２７】
次に、本発明の樹脂成形体における骨格部と樹脂部の構成比率と断面形状について説明する。
【００２８】
骨格部又は樹脂部の構成比率については、本発明の樹脂成形体の断面積比で５０〜９８％であることが好ましい。骨格部の構成比率が大きくてもよいし、樹脂部の構成比率が大きいものであってもよい。
【００２９】
骨格部の断面形状は、通常は網目構造の網の部分であり、その断面積占有率が上記した骨格部の構成比率となる。これに対し、樹脂部（すなわち網目の目の部分であり、樹脂が充填される部分）の断面形状は、菱形（図１参照）、三角形、四角形（図４参照）、六角形、格子状、台形等の多角形、円形（図５参照）、楕円形、波形、同心円形、放射形、渦巻形など種々の形状が可能である。
【００３０】
本発明の樹脂成形体の形状については制約はなく、用途に応じて適切な形状が選択される。シート状ないしは矩形状のものは、熱伝導性シートや高柔軟性放熱スペーサー等の電子部品の放熱部材として使用される。
【００３１】
本発明の電子部品の放熱部材は、上記樹脂成形体からなり、アスカＣ硬度が５０以下であることが特徴である。アスカＣ硬度が５０をこえると、柔軟性が不十分となり、発熱性電子部品のへの負荷が大きくなり、破損等が生じる場合がある。硬度の調整は、樹脂の硬化度合、熱伝導性フィラー及び導電性フィラーの少なくとも一方の充填量等を変えることによって行うことができる。
【００３２】
次に、本発明の樹脂成形体の製造方法について説明する。
【００３３】
まず、本発明の第１の製造方法を上記表１の態様イを例にとって説明すると、骨格部と中空部からなるコア材を作製するための混合原料を調製する。態様イにおいては、骨格部は熱伝導性フィラーを含有した樹脂硬化物で構成されるので、それには液状シリコーン３０〜８０体積％、熱伝導性フィラー７０〜２０体積％からなる混合原料を調製することが好ましい。この混合原料には、骨格部を導電性とするために導電性フィラーを混合することもできるし（その場合は、態様ホ、へ又はトとなる）、また難燃化剤、硬化調整剤等の改質剤を常法に従い混合することもできる。
【００３４】
次いで、コア材の少なくとも一つの中空部内の一部又は全部に、導電性フィラーを含有した未硬化樹脂組成物を充填した後、硬化させて樹脂部を形成させる。通常は、全ての中空部内の全部に未硬化樹脂組成物が充填される。未硬化樹脂組成物中の導電性フィラーの含有量は、１０〜４０体積％が好ましい。未硬化樹脂組成には、樹脂部を熱伝導性とするために熱伝導性フィラーを混合することもできるし（態様ロとなる）、また難燃化剤、硬化調整剤等の改質剤を常法に従い混合することもできる。
【００３５】
上記コア材形成用混合原料、又は中空部充填用の未硬化樹脂組成物の調合は、ロールミル、ニーダー、バンバリーミキサー等を用いて行うことができ、また硬化は、遠赤外炉、熱風炉等を用いて行われる。
【００３６】
次に、本発明の第２の製造方法を、同様に態様イを例にとって説明する。
【００３７】
まず、上記で調製されたコア材形成用混合原料を、例えば複数穴を有するダイスより押し出して未硬化の棒状樹脂成型物を成形し、それらの複数本を集結してコア材の骨格部と連通した中空部を形成する。未硬化棒状樹脂成型物の一本の断面積（ダイスの穴径に相当）は、０．５〜３００ｍｍ２ とすることが好ましく、これによって、熱伝導性フィラーが窒化硼素のように鱗片粒子であっても、混合原料がダイスの狭い流路を通過する際に鱗片粒子を一定方向に配向させることが容易となり、樹脂成形体の厚み方向への熱伝導率を著しく向上させることができる。
【００３８】
次に、上記棒状樹脂成型物を硬化させてから又は硬化させる前に、少なくとも一つの中空部内部の全部又は一部に、通常は全ての中空部内の全部に、上記で調製された未硬化樹脂組成物を充填する。充填にあたっては、コア材は予め硬化させたものであってもよい。また、未硬化の棒状樹脂成型物を集結してコア材を成形するかわりに、硬化した棒状樹脂成型物を集結してコア材を形成してもよい。
【００３９】
その後、中空部に充填された未硬化樹脂組成物を硬化させ、所望長さに切断することによって、本発明の樹脂成形体が製造される。切断幅としては、０．０５〜５ｍｍ、特に０．２〜２ｍｍが好ましい。
【００４０】
【実施例】
以下、実施例と比較例をあげて更に具体的に本発明を説明する。
【００４１】
使用原料
（１）二液性付加反応型液状シリコーンゴム（東レダウコーニング社製、商品名「ＳＥ−１８８５」 Ａ液：ビニル基を有するオルガノポリシロキサン、Ｂ液：Ｈ−Ｓｉ基を有するオルガノポリシロキサン）
（２）窒化ホウ素粉（電気化学工業社製、商品名「デンカボロンナイトライド」 平均粒子径１５μｍ、平均粒子厚み１μｍ）
（３）カーボン粉（中越黒鉛工業所製、商品名「ＢＦ５Ａ」）
（４）アルミニウム粉（東洋アルミニウム社製、商品名「ＡＣ−２５００」）
（５）アルミナ粉（昭和電工社製、商品名「ＡＳ−４０」 平均粒子径１４μｍ）
（６）シリコーンゴム用難燃付与剤（白金含有イソプロピルアルコール）
【００４２】
実施例１〜７
表２に示される骨格部の割合で原料を混合してから少量のシリコーンゴム用難燃付与剤を添加して、コア材成形用の熱伝導性コンパウンドを調製した。
【００４３】
次いで、直径３ｍｍの穴が縦に３４列、横に３４列設けられたダイスから、上記熱伝導性コンパウンドを押し出して未硬化の棒状シリコーン成型物を成形し、それらの全てを自重と側面ロールによって集結（集結体の平面形状は１００×１００ｍｍ程度である）しながら、１５０℃の遠赤外乾燥炉を５分間通過させて加硫硬化させ、断面積比が中空部約２０％、骨格部約８０％からなるコア材を成形した。中空部の平面形状は各辺が湾曲した菱形ないしは三角形であり、その数は約１０２４であった。
【００４４】
次に、コア材をフッ素樹脂製の型枠に入れ、コア材の全ての中空部の内部の全部に、表２に示される樹脂部の割合で混合されたスラリ−を流し込み、真空で５分間処理した後、熱風乾燥機で１２０℃、５時間加硫硬化させ、樹脂部を形成させた。その後、これを型枠から取り出して厚み１ｍｍに切断し、図１に示す形状を有し、表１に示される態様イ〜トの樹脂成形体をそれぞれ製造した。
【００４５】
比較例１〜６
表３に示される混合原料を、押し出し口が平面形状であるダイスから押し出して、平板形状の未硬化シリコーン成形物を成形し、それを硬化させて樹脂成形体を製造した。
【００４６】
上記で得られた樹脂成形体について、アスカＣ硬度、及び骨格部と樹脂部のそれぞれにおける、厚み方向の熱伝導率、体積抵抗率及び構成比率を測定した。それらの結果を表２（実施例１〜７）、表３（比較例１〜６）に示す。
【００４７】
（１）熱伝導率
シリコーン成形体をＴＯ−３形状に切断し、これをＴＯ−３型の銅製ヒーターケースと銅板との間にはさみ、締付けトルク５ｋｇｆ−ｃｍにてセットした後、銅製ヒーターケースに電力１５Ｗをかけて４分間保持し、銅製ヒーターケースと銅板との温度差を測定し、次式により算出した。
【００４８】
熱抵抗（℃／Ｗ・ｍｍ）＝｛温度差（℃）／電力（Ｗ）｝／シート厚（ｍｍ）
【００４９】
熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）＝シート厚み（ｍｍ）／｛熱抵抗（℃／Ｗ・ｍｍ）×測定面積（ｍｍ２）｝
【００５０】
（２）体積抵抗率
熱伝導性成形体の体積抵抗率をＪＩＳ Ｃ ２１２３に順じ測定した。
【００５１】
（３）骨格部と樹脂部の構成比率
樹脂成形体の断面積当たりの骨格部と樹脂部の占有面積率を顕微鏡で測定した。
【００５２】
（４）アスカＣ硬度
樹脂成形体を１０ｍｍ厚に切断し、アスカＣ硬度計で測定した。
【００５３】
【表２】
【００５４】
【表３】
【００５５】
表２、表３より、実施例の樹脂成形体は、比較例に比べて、熱伝導性が大幅に向上しており、しかも導電性であることがわかる。
【００５６】
次に、実施例で製造された本発明の樹脂成形体を適宜形状に切断して放熱部材となし、ボールグッリドアレイ式のＳＲＡＭとヒートシンクの間に荷重をかけて介在させたところ良く密着し、作動時の温度上昇の少ない高信頼性の電子機器をつくることができた。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、高柔軟性、高熱伝導性かつ導電性の樹脂成形体が提供される。本発明の樹脂成形体は、電子部品の放熱部材として好適なものである。また、本発明の製造方法によれば、高柔軟性、高熱伝導性かつ導電性の樹脂成形体を生産性良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の樹脂成形体の斜視図
【図２】図１のＡ−Ａ断面図
【図３】従来の熱伝導性シートの厚み方向における断面図
【図４】本発明の樹脂成形体の平面図
【図５】本発明の樹脂成形体の平面図
【符号の説明】
１ 樹脂成形体
２ 骨格部
３ 樹脂部
４ 熱伝導性フィラー
５ 導電性フィラー
６ 樹脂
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂成形体とその製造方法、及び用途に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器においては、使用時に発生する熱をどのように除去するかが重要な課題であり、それを解決するため、従来よりトランジスタやサイリスタ等の発熱電子部品は、熱伝導性シート等の放熱部材を介して放熱フインや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、樹脂に窒化ホウ素、アルミナ等の熱伝導性絶縁フィラーを分散含有させたものが広く賞用されている。
【０００３】
今日、このような電子部品の放熱部材においては、更なる熱伝導性の向上が要求されている。また、装着時に異物が付着するのを防止するため、静電気が発生しない程度の導電性を付与し、しかもその柔軟性は、例えばアスカＣ硬度で５０以下までに著しく柔らかくしたものが要求される場合がある。
【０００４】
このような要求に応えるため、グラファイト製シートからなる放熱部材が提案されているが、このものは面内方向には優れた熱伝導性を有するが、本来必要な厚み方向への熱伝導性が不十分であり、またシワも入りやすいこともあって取り扱い性に不便であった。また、柔軟性も高くなく、発熱電子部品が荷重に弱い場合には取り付け時の締め付け力によって損傷する問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、余分な締め付け力を吸収できるような柔軟性と、極めて高い熱伝導性と、適度な導電性を有し、放熱部材として好適な樹脂成形体を提供することである。また、本発明の目的は、高柔軟性・高熱伝導性・適度な導電性を有する樹脂成形体を生産性良く製造することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、以下を要旨とする樹脂成形体とその製造方法、及び用途である。
【０００７】
（請求項１）樹脂で構成された骨格部と、該骨格部の一部又は全部と一体的に形成された樹脂部からなり、骨格部と樹脂部との熱伝導率の差が１Ｗ／ｍＫ以上で、骨格部及び樹脂部の少なくとも一方の体積抵抗率が１ＭΩ・ｃｍ以下（０は含まず）であることを特徴とする樹脂成形体。
（請求項２）骨格部又は樹脂部の割合が、断面積比で５０〜９８％であることを特徴とする請求項１記載の樹脂成形体。
（請求項３）請求項２記載の樹脂成形体からなり、アスカＣ硬度が５０以下であることを特徴とする電子部品の放熱部材。
（請求項４）熱伝導性フィラー及び導電性フィラーの少なくとも一方を含有した樹脂硬化物を用いて、骨格部と連通した中空部からなるコア材を作製する工程と、
前記コア材の少なくとも一つの前記中空部内の一部又は全部に未硬化樹脂組成物を充填した後、硬化させて樹脂部を形成する工程とを有し、
前記樹脂硬化物及び前記未硬化樹脂組成物の少なくとも一方は導電性フィラーを含有することを特徴とする請求項１記載の樹脂成形体の製造方法。
（請求項５）熱伝導性フィラー及び導電性フィラーの少なくとも一方を含有した未硬化の棒状樹脂成型物を成形し、それらの複数本を集結して連通した中空部を形成する工程と、
次いで、前記棒状樹脂成型物の硬化後又は硬化前に、少なくとも一つの前記中空部の一部又は全部に未硬化の樹脂組成物を充填し、硬化させた後、切断する工程とを有し、
前記棒状樹脂成型物及び前記未硬化の樹脂組成物の少なくとも一方は導電性フィラーを含有することを特徴とする請求項１記載の樹脂成形体の製造方法。
（請求項６）棒状樹脂成型物の断面積が０．５〜３００ｍｍ２、硬化物の切断幅が０．０５〜５ｍｍであることを特徴とする請求項５記載の樹脂成形体の製造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、更に詳しく本発明について説明する。
【０００９】
本発明の樹脂成形体は、熱伝導性及び導電性の少なくとも一方を有する骨格部と、該骨格部の一部又は全部と一体的に形成された導電性及び熱伝導性の少なくとも一方を有する樹脂部とから構成されている。具体的には、表１に示された組合せである。中でも、態様トが好ましい。
【００１０】
【表１】
ここで、「熱伝導性」とは、熱伝導性フィラーを樹脂に配合して付与された特性であり、また「導電性」とは、導電性フィラーを樹脂に配合して付与された特性である。
【００１２】
本発明で重要なことは、上記いずれの態様においても、骨格部と樹脂部との熱伝導率の差が１Ｗ／ｍＫ以上、好ましくは２Ｗ／ｍＫ以上であり、しかも骨格部及び樹脂部の少なくとも一方（以下、「骨格部及び／又は樹脂部」ともいう。）の体積抵抗率が１ＭΩ・ｃｍ以下（０は含まず）、好ましくは１ＫΩ・ｃｍ以下（０は含まず）とすることである。
【００１３】
骨格部及び／又は樹脂部の高熱伝導側の熱伝導率としては、２Ｗ／ｍＫ以上、特に３Ｗ／ｍＫ以上が好ましい。２Ｗ／ｍＫ未満では、本発明の用途が電子部品の放熱部材等である場合、発熱性電子部品からの放熱を十分に行うことができなくなる。
【００１４】
また、骨格部及び／又は樹脂部の低熱伝導側の熱伝導率としては、１Ｗ／ｍＫ以下、特に０．８Ｗ／ｍＫ以下が好ましい。１Ｗ／ｍＫをこえると、熱伝導性フィラーの充填量が多くなり、本発明の用途が電子部品の放熱部材等である場合、発熱性電子部品への負荷が大きくなる。従って、本発明においては、骨格部と樹脂部の熱伝導率が上記値において、両者の差が１Ｗ／ｍＫ以上であることが特に好ましい。
【００１５】
一方、骨格部及び／又は樹脂部の体積抵抗率が１ＭΩ・ｃｍをこえると、静電気の発生を抑える効果は少なくなる。本発明においては、骨格部と樹脂部の体積抵抗率には、差を設けてもよく、また差を設けなくてもよいが、好ましくは骨格部と樹脂部とを同じ体積抵抗率にすることである。
【００１６】
本発明のように、骨格部と樹脂部とを異なる熱伝導率で構成した理由は、熱伝導性フィラー充填量の多くした樹脂によって高熱伝導率を、また、熱伝導性フィラーを含有させないか又は少なく含有させた樹脂によって高柔軟性を負担させるためである。
【００１７】
本発明の樹脂成形体の骨格部と樹脂部を構成する樹脂としては、特に制限はなく、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ブチル樹脂、スチレン樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂等をあげることができるが、柔軟性及び耐熱性の面からシリコーン樹脂が適している。
【００１８】
シリコーン原料は、付加反応型液状シリコーンゴム、過酸化物を用いる熱加硫型ミラブルタイプのシリコーンゴム等が使用されるが、電子部品の放熱部材では、発熱電子部品の発熱面とヒートシンク面との密着性が要求されるため、付加反応型液状シリコーンゴムが望ましい。その具体例としては、一分子中にビニル基とＨ−Ｓｉ基の両方を有する一液性のシリコーンや、末端又は側鎖にビニル基を有するオルガノポリシロキサンと末端又は側鎖に２個以上のＨ−Ｓｉ基を有するオルガノポリシロキサンとの二液性のシリコーンなどがあり、市販品としては、東レダウコーニング社製、商品名「ＳＥ−１８８５」等がある。シリコーン硬化物の柔軟性は、シリコーンの架橋密度や熱伝導性フィラーの充填量によって調整することができる。
【００１９】
本発明で使用される熱伝導性フィラーは、アスペクト比が２以上の形状を有するものが好ましく、それを単独又は他の熱伝導性フィラーと混合して使用する。アスペクト比が２以上の熱伝導性フィラーとしては、窒化硼素、鱗片状アルミナ等の鱗片状セラミックス粉末等が使用され、形状は、破砕形状、繊維状、針状、鱗片状などいずれでもよく、また粒度は、平均粒径１〜１００μｍ程度のものが使用される。
【００２０】
アスペクト比２以上の熱伝導性フィラーの特に好適な例は、窒化硼素であり、それは粗製窒化硼素粉末をアルカリ金属又はアルカリ土類金属のほう酸塩の存在下、窒素雰囲気中、２０００℃×３〜７時間加熱処理してＢＮ結晶を十分に発達させ、粉砕後、必要に応じて硝酸等の強酸によって精製することによって製造することができる。
【００２１】
アスペクト比２以上の熱伝導性フィラーの厚み（ｃ軸方向）としては、０．１μｍ以上であることが好ましく、０．１μｍを未満では、樹脂に分散させる際に粒子が破壊する恐れがある。また、アスペクト比はできるだけ大きい方が熱伝導性を向上させる点で好ましく、１０以上が特に好ましい。
【００２２】
アスペクト比２以上の熱伝導性フィラーと併用されることのある熱伝導性フィラーとしては、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、マグネシア等のセラミックス粉末をあげることができ、その形状は、破砕形状、球状などいずれでもよく、また粒度は、平均粒径１〜１００μｍ程度が好ましい。
【００２３】
一方、本発明で使用される導電性フィラーとしては、アルミニウム、銅、銀、金等の金属粉末や、炭化珪素粉末、炭素粉末等が使用され、形状は、破砕形状、繊維状、針状、鱗片状などいずれでもよく、また粒度は、平均粒径１〜１００μｍ程度のものが使用される。
【００２４】
本発明の樹脂成形体において、骨格部と樹脂部の熱伝導率と体積抵抗率の調整は、熱伝導性フィラーの含有量ないしはその配向度と、導電性フィラーの含有量を変えることによって行うことができる。
【００２５】
例えば、熱伝導性フィラーの充填量については、熱伝導率を１Ｗ／ｍＫ以上に高める側、例えば骨格部（又は樹脂部、又は骨格部と樹脂部の両方）の熱伝導性フィラーの含有量を３５〜７０体積％、特に４０〜５５体積％とし、これよりも著しく充填量を少なくした、場合によっては全く充填しない樹脂組成物を用いて、その骨格部に対応する樹脂部（又は骨格部、又は樹脂部と骨格部の両方）を形成させる。熱伝導性フィラーの含有量が３５体積％未満では、樹脂成形体に十分な熱伝導性を付与することができず、７０体積％をこえると機械的強度が低下する。
【００２６】
一方、導電性フィラーの充填量は、柔軟性を確保するためにできるだけ少ない方がよく、静電気の発生防止に必要な最低量を充填するのが望ましい。具体的には、体積抵抗率を１ＭΩ・ｃｍ以下にする側、例えば骨格部（又は樹脂部、又は骨格部と樹脂部の両方）の導電性フィラーの含有量を１０〜４０体積％とし、これよりも著しく充填量を少なくした、場合によっては全く充填しない樹脂組成物を用いて、その骨格部に対応する樹脂部（又は骨格部、又は樹脂部と骨格部の両方）を形成させる。
【００２７】
次に、本発明の樹脂成形体における骨格部と樹脂部の構成比率と断面形状について説明する。
【００２８】
骨格部又は樹脂部の構成比率については、本発明の樹脂成形体の断面積比で５０〜９８％であることが好ましい。骨格部の構成比率が大きくてもよいし、樹脂部の構成比率が大きいものであってもよい。
【００２９】
骨格部の断面形状は、通常は網目構造の網の部分であり、その断面積占有率が上記した骨格部の構成比率となる。これに対し、樹脂部（すなわち網目の目の部分であり、樹脂が充填される部分）の断面形状は、菱形（図１参照）、三角形、四角形（図４参照）、六角形、格子状、台形等の多角形、円形（図５参照）、楕円形、波形、同心円形、放射形、渦巻形など種々の形状が可能である。
【００３０】
本発明の樹脂成形体の形状については制約はなく、用途に応じて適切な形状が選択される。シート状ないしは矩形状のものは、熱伝導性シートや高柔軟性放熱スペーサー等の電子部品の放熱部材として使用される。
【００３１】
本発明の電子部品の放熱部材は、上記樹脂成形体からなり、アスカＣ硬度が５０以下であることが特徴である。アスカＣ硬度が５０をこえると、柔軟性が不十分となり、発熱性電子部品のへの負荷が大きくなり、破損等が生じる場合がある。硬度の調整は、樹脂の硬化度合、熱伝導性フィラー及び導電性フィラーの少なくとも一方の充填量等を変えることによって行うことができる。
【００３２】
次に、本発明の樹脂成形体の製造方法について説明する。
【００３３】
まず、本発明の第１の製造方法を上記表１の態様イを例にとって説明すると、骨格部と中空部からなるコア材を作製するための混合原料を調製する。態様イにおいては、骨格部は熱伝導性フィラーを含有した樹脂硬化物で構成されるので、それには液状シリコーン３０〜８０体積％、熱伝導性フィラー７０〜２０体積％からなる混合原料を調製することが好ましい。この混合原料には、骨格部を導電性とするために導電性フィラーを混合することもできるし（その場合は、態様ホ、へ又はトとなる）、また難燃化剤、硬化調整剤等の改質剤を常法に従い混合することもできる。
【００３４】
次いで、コア材の少なくとも一つの中空部内の一部又は全部に、導電性フィラーを含有した未硬化樹脂組成物を充填した後、硬化させて樹脂部を形成させる。通常は、全ての中空部内の全部に未硬化樹脂組成物が充填される。未硬化樹脂組成物中の導電性フィラーの含有量は、１０〜４０体積％が好ましい。未硬化樹脂組成には、樹脂部を熱伝導性とするために熱伝導性フィラーを混合することもできるし（態様ロとなる）、また難燃化剤、硬化調整剤等の改質剤を常法に従い混合することもできる。
【００３５】
上記コア材形成用混合原料、又は中空部充填用の未硬化樹脂組成物の調合は、ロールミル、ニーダー、バンバリーミキサー等を用いて行うことができ、また硬化は、遠赤外炉、熱風炉等を用いて行われる。
【００３６】
次に、本発明の第２の製造方法を、同様に態様イを例にとって説明する。
【００３７】
まず、上記で調製されたコア材形成用混合原料を、例えば複数穴を有するダイスより押し出して未硬化の棒状樹脂成型物を成形し、それらの複数本を集結してコア材の骨格部と連通した中空部を形成する。未硬化棒状樹脂成型物の一本の断面積（ダイスの穴径に相当）は、０．５〜３００ｍｍ２ とすることが好ましく、これによって、熱伝導性フィラーが窒化硼素のように鱗片粒子であっても、混合原料がダイスの狭い流路を通過する際に鱗片粒子を一定方向に配向させることが容易となり、樹脂成形体の厚み方向への熱伝導率を著しく向上させることができる。
【００３８】
次に、上記棒状樹脂成型物を硬化させてから又は硬化させる前に、少なくとも一つの中空部内部の全部又は一部に、通常は全ての中空部内の全部に、上記で調製された未硬化樹脂組成物を充填する。充填にあたっては、コア材は予め硬化させたものであってもよい。また、未硬化の棒状樹脂成型物を集結してコア材を成形するかわりに、硬化した棒状樹脂成型物を集結してコア材を形成してもよい。
【００３９】
その後、中空部に充填された未硬化樹脂組成物を硬化させ、所望長さに切断することによって、本発明の樹脂成形体が製造される。切断幅としては、０．０５〜５ｍｍ、特に０．２〜２ｍｍが好ましい。
【００４０】
【実施例】
以下、実施例と比較例をあげて更に具体的に本発明を説明する。
【００４１】
使用原料
（１）二液性付加反応型液状シリコーンゴム（東レダウコーニング社製、商品名「ＳＥ−１８８５」 Ａ液：ビニル基を有するオルガノポリシロキサン、Ｂ液：Ｈ−Ｓｉ基を有するオルガノポリシロキサン）
（２）窒化ホウ素粉（電気化学工業社製、商品名「デンカボロンナイトライド」 平均粒子径１５μｍ、平均粒子厚み１μｍ）
（３）カーボン粉（中越黒鉛工業所製、商品名「ＢＦ５Ａ」）
（４）アルミニウム粉（東洋アルミニウム社製、商品名「ＡＣ−２５００」）
（５）アルミナ粉（昭和電工社製、商品名「ＡＳ−４０」 平均粒子径１４μｍ）
（６）シリコーンゴム用難燃付与剤（白金含有イソプロピルアルコール）
【００４２】
実施例１〜７
表２に示される骨格部の割合で原料を混合してから少量のシリコーンゴム用難燃付与剤を添加して、コア材成形用の熱伝導性コンパウンドを調製した。
【００４３】
次いで、直径３ｍｍの穴が縦に３４列、横に３４列設けられたダイスから、上記熱伝導性コンパウンドを押し出して未硬化の棒状シリコーン成型物を成形し、それらの全てを自重と側面ロールによって集結（集結体の平面形状は１００×１００ｍｍ程度である）しながら、１５０℃の遠赤外乾燥炉を５分間通過させて加硫硬化させ、断面積比が中空部約２０％、骨格部約８０％からなるコア材を成形した。中空部の平面形状は各辺が湾曲した菱形ないしは三角形であり、その数は約１０２４であった。
【００４４】
次に、コア材をフッ素樹脂製の型枠に入れ、コア材の全ての中空部の内部の全部に、表２に示される樹脂部の割合で混合されたスラリ−を流し込み、真空で５分間処理した後、熱風乾燥機で１２０℃、５時間加硫硬化させ、樹脂部を形成させた。その後、これを型枠から取り出して厚み１ｍｍに切断し、図１に示す形状を有し、表１に示される態様イ〜トの樹脂成形体をそれぞれ製造した。
【００４５】
比較例１〜６
表３に示される混合原料を、押し出し口が平面形状であるダイスから押し出して、平板形状の未硬化シリコーン成形物を成形し、それを硬化させて樹脂成形体を製造した。
【００４６】
上記で得られた樹脂成形体について、アスカＣ硬度、及び骨格部と樹脂部のそれぞれにおける、厚み方向の熱伝導率、体積抵抗率及び構成比率を測定した。それらの結果を表２（実施例１〜７）、表３（比較例１〜６）に示す。
【００４７】
（１）熱伝導率
シリコーン成形体をＴＯ−３形状に切断し、これをＴＯ−３型の銅製ヒーターケースと銅板との間にはさみ、締付けトルク５ｋｇｆ−ｃｍにてセットした後、銅製ヒーターケースに電力１５Ｗをかけて４分間保持し、銅製ヒーターケースと銅板との温度差を測定し、次式により算出した。
【００４８】
熱抵抗（℃／Ｗ・ｍｍ）＝｛温度差（℃）／電力（Ｗ）｝／シート厚（ｍｍ）
【００４９】
熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）＝シート厚み（ｍｍ）／｛熱抵抗（℃／Ｗ・ｍｍ）×測定面積（ｍｍ２）｝
【００５０】
（２）体積抵抗率
熱伝導性成形体の体積抵抗率をＪＩＳ Ｃ ２１２３に順じ測定した。
【００５１】
（３）骨格部と樹脂部の構成比率
樹脂成形体の断面積当たりの骨格部と樹脂部の占有面積率を顕微鏡で測定した。
【００５２】
（４）アスカＣ硬度
樹脂成形体を１０ｍｍ厚に切断し、アスカＣ硬度計で測定した。
【００５３】
【表２】
【表３】
表２、表３より、実施例の樹脂成形体は、比較例に比べて、熱伝導性が大幅に向上しており、しかも導電性であることがわかる。
【００５６】
次に、実施例で製造された本発明の樹脂成形体を適宜形状に切断して放熱部材となし、ボールグッリドアレイ式のＳＲＡＭとヒートシンクの間に荷重をかけて介在させたところ良く密着し、作動時の温度上昇の少ない高信頼性の電子機器をつくることができた。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、高柔軟性、高熱伝導性かつ導電性の樹脂成形体が提供される。本発明の樹脂成形体は、電子部品の放熱部材として好適なものである。また、本発明の製造方法によれば、高柔軟性、高熱伝導性かつ導電性の樹脂成形体を生産性良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の樹脂成形体の斜視図
【図２】図１のＡ−Ａ断面図
【図３】従来の熱伝導性シートの厚み方向における断面図
【図４】本発明の樹脂成形体の平面図
【図５】本発明の樹脂成形体の平面図
【符号の説明】
１ 樹脂成形体
２ 骨格部
３ 樹脂部
４ 熱伝導性フィラー
５ 導電性フィラー
６ 樹脂
Claims (6)
- 樹脂で構成された骨格部と、該骨格部の一部又は全部と一体的に形成された樹脂部からなり、骨格部と樹脂部との熱伝導率の差が１Ｗ／ｍＫ以上で、骨格部及び樹脂部の少なくとも一方の体積抵抗率が１ＭΩ・ｃｍ以下（０は含まず）であることを特徴とする樹脂成形体。
- 骨格部又は樹脂部の割合が、断面積比で５０〜９８％であることを特徴とする請求項１記載の樹脂成形体。
- 請求項２記載の樹脂成形体からなり、アスカＣ硬度が５０以下であることを特徴とする電子部品の放熱部材。
- 熱伝導性フィラー及び導電性フィラーの少なくとも一方を含有した樹脂硬化物を用いて、骨格部と連通した中空部からなるコア材を作製する工程と、
前記コア材の少なくとも一つの前記中空部内の一部又は全部に未硬化樹脂組成物を充填した後、硬化させて樹脂部を形成する工程とを有し、
前記樹脂硬化物及び前記未硬化樹脂組成物の少なくとも一方は導電性フィラーを含有することを特徴とする請求項１記載の樹脂成形体の製造方法。 - 熱伝導性フィラー及び導電性フィラーの少なくとも一方を含有した未硬化の棒状樹脂成型物を成形し、それらの複数本を集結して連通した中空部を形成する工程と、
次いで、前記棒状樹脂成型物の硬化後又は硬化前に、少なくとも一つの前記中空部の一部又は全部に未硬化の樹脂組成物を充填し、硬化させた後、切断する工程とを有し、
前記棒状樹脂成型物及び前記未硬化の樹脂組成物の少なくとも一方は導電性フィラーを含有することを特徴とする請求項１記載の樹脂成形体の製造方法。 - 棒状樹脂成型物の断面積が０．５〜３００ｍｍ２、硬化物の切断幅が０．０５〜５ｍｍであることを特徴とする請求項５記載の樹脂成形体の製造方法。
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