JP3698451B2

JP3698451B2 - シートの製造方法

Info

Publication number: JP3698451B2
Application number: JP05254695A
Authority: JP
Inventors: 裕行山手; 正人西川; 博昭澤
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1995-03-13
Filing date: 1995-03-13
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2020-09-21
Also published as: JPH08244094A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、鱗片状粒子の充填されたシートの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トランジスタやサイリスタ等の発熱性電子部品は、使用時に発生する熱を放散させるため、放熱フィンや金属板に電気絶縁性・熱伝導性シート（以下、放熱シートという）を介して取り付けられている。この放熱シートとしては、シリコーンゴムにＢＮ粉末を含有させたものが知られている。
【０００３】
ところで、放熱シートの熱伝導性を高めるにはＢＮ粉末等の熱伝導性粉末の充填率を高めればよいが、その場合は機械的強度が著しく低下するので高充填には限度があった。ＢＮ粒子は鱗片状粒子であり、その熱伝導性は鱗片状粒子の面方向で約６０Ｗ／ｍＫ、垂直方向で約３Ｗ／ｍＫ程度であり約２０倍の異方性がある。従って、ＢＮ粒子の面方向とシートの厚み方向を同じにする、すなわちＢＮ粒子をシートの厚み方向に立たせることによって放熱シートの熱伝導性を向上させることができる。しかし、従来のカレンダーロール法、ドクターブレード法、押出法等の成型法では、ダイス壁付近に存在するＢＮ粒子はシートの厚み方向に立つが、ダイス壁付近以外に存在するＢＮ粒子は寝てしまうので（図１３参照）、ＢＮ粒子の面方向がシート面方向と平行となったシートとなり（図２参照）、熱伝導性を十分に発現させることができなかった。
【０００４】
そこで、ＢＮ粒子等の鱗片状粒子の充填されたシリコーンゴムを成型機で直接シート化するのではなく、あらかじめ鱗片状粒子の充填されたシリコーンゴムを成型機でブロック化しそれを垂直方向にスライスさせて鱗片状粒子を直立に配向させることが知られている（特公平６−３８４６０号公報）が、この方法では多工程が必要となるのでコスト高になるという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、上記問題を解決し、ＢＮ等の鱗片状粒子の面方向がシートの厚み方向に垂直又はそれに近い状態で充填させたシートを生産性よく安価に製造することを目的として種々検討した結果、複数の開口部を有するダイスを用いて複数の帯状可塑物を押出成型しながらそれらをリップに供給し集成してシート化すればよいことを見いだし、本発明を完成させたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は樹脂及び／又はゴムと鱗片状粒子を含む混練物を、複数の縦長断面を有するダイスで先ず帯状可塑物に成型し、次いでそれらを最終シートの断面形状となる横長断面の開口部を有するリップで集成しシート化する押出成型において、前記ダイスの開口部の押出方向の終点から前記リップの入り口までの長さと前記リップの開口部の押出方向の長さとの合計の長さが、前記ダイスの開口部の押出方向の長さＬに対して５０％以下であり、シート化した後硬化させるか、又はシート化しながら硬化させることを特徴とするシートの製造方法である。
【０００７】
以下、更に詳しく本発明について説明する。
【０００８】
本発明で使用される樹脂及び／又はゴムとしては、付加反応により加硫する液状シリコーンゴム、過酸化物を加硫に用いる熱加硫型ミラブルタイプのシリコーンゴム等のシリコーンゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂、エポキシ樹脂などをあげることができるが、トランジスタ、サイリスタ等の発熱面及び放熱フィン面との密着性が要求される放熱シートの場合には、柔軟性の高いゴム弾性を有するシリコーンゴムが最適である。
【０００９】
本発明で使用される鱗片状粒子は、粒子の平面方向の最大広がり（最大径）に対する厚み方向の最大膨らみ（最大厚み）が１未満であるものが一般的であり、その具体例をあげればＢＮ、二硫化モリブデン、黒鉛、雲母等であるが、ＢＮが好適であるので以下それについて更に詳しく説明する。
【００１０】
ＢＮは、図３に示されるように六方晶構造を有し、その熱伝導性は六角環状網目面方向（ａ軸）で約６０Ｗ／ｍＫ、六角環状網目面に対して垂直な方向（ｃ軸）で約３Ｗ／ｍＫ程度であって約２０倍の異方性がある。
【００１１】
本発明で使用されるＢＮ粒子の好ましい最大径（ａ軸方向）は、２〜１５０μｍである。１５０μｍをこえるとシート表面にＢＮ粒子が突き出たり柔軟性が損なわれたりして発熱性電子部品の発熱面及び放熱フィン面との接触が悪くなる。
また、ＢＮ粒子の最大厚み（ｃ軸方向）は、０．５μｍ以上であることが好ましく、０．５μｍ未満では樹脂及び／又はゴムに充填させる際の圧力によって粒子が破壊する恐れがある。
【００１２】
以上のようなＢＮ粒子は、粗製ＢＮ粉末をアルカリ金属又はアルカリ土類金属ほう酸塩の存在下、窒素雰囲気中、約２０００℃の温度で３〜７時間加熱することによって製造することができる。ＢＮ純度を高めたいときには硝酸等の強酸で精製処理を行う。
【００１３】
本発明においては、鱗片状粒子と樹脂及び／又はゴムの配合割合は、樹脂及び／又はゴム１００重量部に対し鱗片状粒子１００〜５００重量部特に２５０〜３５０重量部であることが好ましい。１００重量部未満では鱗片状粒子をシートの厚み方向に直立又はそれに近い状態で充填させることが困難となり、また５００重量部をこえるとシートの機械的強度が低下する。
【００１４】
本発明は、鱗片状粒子と樹脂及び／又はゴムとを必要により溶剤を用いてロールミル、ニーダー、バンバリーミキサー等の混合機で混合した後、それを例えば図４に示されるようなベント式押出機を用いてシートを製造するものであるが、その際、以下の工夫がなされていることが特徴である。
【００１５】
すなわち、通常のシート成型においては、横長断面の開口部１２を有するダイス８（図５参照）で直接シート化されるが、本発明では縦長断面の開口部及び／又は縦／横比が通常のダイスよりも著しく大きい横長断面の開口部の複数の開口部１３を有するダイス９（図６〜図９参照）で先ず複数の帯状可塑物を成型し、次いでそれらを最終シートの断面形状となる横長断面の開口部１５を有するリップ１０（図１１参照）で集成しシート化される。
【００１６】
本発明で使用される複数の開口部を有するダイスの例を図６〜図９に示した。
図６はダイスの斜視図であり下部ダイス９ａと上部ダイス９ｂで構成されていることを表す。また、図７〜図９は下部ダイス９ａの一例を示したものであり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図である。図７の例は全体に一連の突起１４を設けて複数の開口部が形成されるようにしたものであり、図８の例は入口付近に、また図９の例は出口付近にそれぞれ一連の突起１４を設けて複数の開口部が形成されるようにしたものである。上部ダイス９ｂの構造については、図６に示したように断面コ字状の平板が一般的であるが、その内面に適宜数・適宜長さの突起が設けられたものであってもよい。
【００１７】
開口部の断面形状については、縦／横比が０．１以上の矩形であることが好ましい。特に、次工程で帯状可塑物がリップ１０で集成されシート化される際、それぞれの帯状可塑物の幅広方向が最終シートの厚み方向になることが最適であるので該縦／横比は１をこえる矩形であることが望ましい。なお、開口部断面の形状は必ずしも矩形である必要はなく、円形、楕円形、多角形であってもよい。また、開口部の数としては数本〜数十本が好ましい。
【００１８】
以上のような複数の開口部を有するダイス９を用いることによって、鱗片状粒子と樹脂及び／又はゴムを含む混合物（コンパウンド）は開口部の数に応じた複数の帯状可塑物に分割され、しかも従来のダイス８を用いた場合よりも鱗片状粒子の立った割合が多い状態で押出されてくる（図１０参照）。
【００１９】
次いで、上記複数の帯状可塑物は、通常、その押出された状態を保持しながらリップ１０で集成されシート化されることによって、鱗片状粒子がシートの厚み方向に垂直又はそれに近い状態で充填されたシートを成型することができる（図１及び図１２参照）。
【００２０】
本発明で使用されるリップ１０は、例えば図１１に示されるように横長断面の開口部１５を有するものが使用される。その寸法は、先ず開口部１５の長さについては、複数の開口部を有するダイス９の開口部１３の終点からリップ１０までの長さと開口部１５の長さとの合計長さが上記開口部１３の長さＬに対して５０％以下となる長さが好ましい。５０％をこえるとリップ１０で複数の帯状可塑物を集成する際に鱗片状粒子が寝てしまう恐れがある。このような観点から、複数の開口部を有するダイス９とリップ１０とは距離を置くことなく、例えばリップ１０付きダイス９とする等、両者を一体化しておくことが望ましい。一方、リップ１０の開口部１５の厚み（縦）と幅（横）の長さについては、所望するシート厚みとシート幅となるように設計される。
【００２１】
成型されたシートの硬化は、加熱ゾーン１１を通過させながら行ってもよく、またシート化後に別に行ってもよい。シートの厚みとしては、シートが放熱シートである場合には０．１〜１．０ｍｍが適当である。
【００２２】
本発明で用いられる成型機は、一般に用いられているゴム、樹脂用の押出機で十分であるが、コンパウンドを押出すための混練部５は−１００ｋＰａ程度の真空下となるように設計されたもの（一般にベント式と呼ばれる）であることが好ましく、それによって気孔の少ない電気絶縁性の大きなシートを製造することができる。
【００２３】
また、複数の開口部を有するダイス又はリップの材質についても一般のゴム、樹脂用のダイス材質で十分であるが、複数の開口部を有するダイスの場合にはその内面に設けられた突起によってコンパウンドの粘度が通常のゴム、樹脂の押出に比べて高くなるので硬度の高い材質、例えば超硬鋼、高張力鋼が好ましい。
【００２４】
【実施例】
以下、実施例と比較例をあげてさらに具体的に本発明を説明する。
【００２５】
実施例１〜２
ミラブル型シリコーンゴム（東芝シリコーン社製商品名「ＴＳＥ２９１１３Ｕ」）とＢＮ粉末（電気化学工業社製商品名「デンカボロンナイトライド」：平均粒子幅１５μｍ、平均粒子厚み１μｍ）を表１に示す割合で配合し、更に加硫剤（２、４−ジクロロパーオキサイド）１．５重量部、難燃付与剤（白金含有イソプロピルアルコール）１重量部、及び分散剤（日本ユニカー社製「商品名Ａ−１７３」）をＢＮ粉末に対して１重量％を配合し、市販ミキサー（神戸製鋼社製「ＢＢミキサー」）を用いて混合しコンパウンドを調製した。
【００２６】
このコンパウンドを、ベント式押出機の原料ホッパー６に入れ、開口部１３（縦０．３ｍｍ、横０．１ｍｍ、開口部長さ５０ｍｍ）を２５個有するダイス９（図６及び図７参照）により２５本の帯状可塑物を押出成型しながら開口部１５（縦０．３ｍｍ、横５０ｍｍ、長さ２ｍｍ）を有するリップ１０に供給し集成してシート化した後、２５０℃の熱空気雰囲気に保たれた加熱ゾーン１１内を２分間通過させ加硫・硬化させてシート（幅５０ｍｍ、厚み０．３ｍｍ）を製造した。なお、リップ１０はダイス９に接触させて配置した。
【００２７】
比較例１〜２
複数の開口部を有するダイス９と集成ダイス１０の両方を使用するかわりに、ダイス８（開口部１２の寸法：縦０．３ｍｍ、横５０ｍｍ、長さ５０ｍｍ）によりコンパウンドを直接押出成型しシート化したこと以外は、実施例１〜２と同様にしてシートを製造した。
【００２８】
参考例１
市販品で優れた熱伝導性を持つものの一つとされている放熱シート（電気化学工業社製商品名「ＬＣ−３０」）を用いた。
【００２９】
上記で製造されたシートをＴＯ−３型銅製ヒーターケースと銅板との間に挟み締付けトルク５ｋｇｆ−ｃｍでセットした後、銅製ヒーターケースに電力１５Ｗをかけて４分間保持した際の銅製ヒーターケースと銅板との温度差を測定し、（１）式により熱抵抗を算出した。
熱抵抗（℃／Ｗ）＝温度差（℃）／電力（Ｗ）・・・（１）
【００３０】
また、銅製ヒーターケースと銅板（伝熱面積６ｃｍ²）を用いて（２）式により熱伝導率を算出した。

【００３１】
また、シートの引張強さをＪＩＳＫ６３０１に準じて測定した。
【００３２】
更に、シート内のＢＮ粒子の配向性を評価するため、シート面方向よりＸ線を入射し、得られたＸ線回折図の（００２）面、（１００）面の比率よりＢＮ粒子の配向度を求めた。Ｘ線回折図の（００２）面のピーク面積は入射されたＸ線がＢＮの六角環状網目面に当たっていることを示し、（１００）面のピーク面積は入射されたＸ線がＢＮの六角環状網目の側面に当たっていることを示すものであり、両者の比からシート内におけるＢＮ粒子の配向度を知ることができる。一般的にはＢＮ粒子がランダムな方向に存在していれば（００２）面／（１００）面＝６．７であり、該値が小さいほどＢＮ粒子がシート面方向に対して直立した状態にあるものである。
【００３３】
以上の結果を表１に示す。表１より、本発明の実施例１〜２によって製造されたシートは、通常のダイスを用いて製造された比較例１〜２のシートに比べて引張強さは同程度にあるにもかかわらず熱伝導性が大幅に向上していることがわかる。また、市販品と比較しても熱伝導性に優れたシートであることがわかる。
【００３４】
【表１】

【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、鱗片状粒子をその面方向がシートの厚み方向に垂直又はそれに近い状態で多数充填させてなるシートを生産性よく安価に製造することができる。従って、近年、急速に進行している発熱性電子部品の高密度化、小型化による熱伝導性の優れた放熱シートの要求に対し十分対応できるものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によって製造されたシートに充填されている鱗片状粒子の配向状態を示す模試図。
【図２】本発明の比較例によって製造されたシートに充填されている鱗片状粒子の配向状態を示す模試図。
【図３】ＢＮ粒子のモデル図。
【図４】本発明のシートの製造方法の一例を示す工程図。
【図５】一般のシート成型用に使用されるダイスの斜視図。
【図６】本発明で使用されるダイスの一例を示す斜視図。
【図７】本発明で使用される下部ダイスの一例を示すものであり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図。
【図８】本発明で使用される別の下部ダイスの一例を示すものであり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図。
【図９】本発明で使用される更に別の下部ダイスの一例を示すものであり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図。
【図１０】本発明で使用されるダイスを使用した場合の開口部における鱗片状粒子の配向状態を示す要部斜視図。
【図１１】本発明で使用されるリップの一例を示す斜視図。
【図１２】本発明で使用されるリップを使用した場合の開口部における鱗片状粒子の配向状態を示す要部斜視図。
【図１３】従来のダイスを使用した場合の開口部における鱗片状粒子の配向状態を示す要部斜視図。
【符号の説明】
１シート
２樹脂及び／又はゴム
３鱗片状粒子
４ＢＮ粒子
５ベント式押出機の混練部
６ベント式押出機の原料ホッパー
７ベント式押出機のベント孔
８一般のシート成型に使用されるダイス
９複数の開口部を有するダイス
１０リップ
１１加熱ゾーン
１２ダイスの開口部
１３ダイスの複数の開口部
１４突起
１５リップの開口部
ａＢＮ粒子の六角環状網目面方向（ａ軸）
ｃＢＮ粒子の六角環状網目面に対して垂直な方向（ｃ軸）
Ｌダイスの複数の開口部の長さ

Claims

樹脂及び／又はゴムと鱗片状粒子を含む混練物を、複数の縦長断面を有するダイスで先ず帯状可塑物に成型し、次いでそれらを最終シートの断面形状となる横長断面の開口部を有するリップで集成しシート化する押出成型において、前記ダイスの開口部の押出方向の終点から前記リップの入り口までの長さと前記リップの開口部の押出方向の長さとの合計の長さが、前記ダイスの開口部の押出方向の長さＬに対して５０％以下であり、シート化した後硬化させるか、又はシート化しながら硬化させることを特徴とするシートの製造方法。