JP4635214B2

JP4635214B2 - 熱伝導シート

Info

Publication number: JP4635214B2
Application number: JP2003132125A
Authority: JP
Inventors: 亮高木; 晃生山口
Original assignee: Kitagawa Industries Co Ltd
Current assignee: Kitagawa Industries Co Ltd
Priority date: 2002-05-15
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: JP2004047965A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、母材にフェライトとその他の熱伝導フィラーとを充填し、混練・成形してなる熱伝導シートに関し、詳しくは、熱伝導性及び静電気除去効果に優れた熱伝導シートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、シリコーンゴム，ＥＰＤＭ等の母材に熱伝導フィラーを充填し、混練・成形してなる熱伝導シートが考えられている。この種の熱伝導シートは、電気・電子装置の内部において、例えば、発熱源となる電子部品と、放熱板や筐体パネル等といったヒートシンクとなる部品（以下、単にヒートシンクという）との間に介在させるように配置して使用される。このように熱伝導シートを配置した場合、電子部品等が発生する熱をヒートシンク側へ良好に逃がすことができる。このため、この種の熱伝導シートは、例えばＣＰＵの高速化等のために不可欠な素材として注目を集めている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１５１１６０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電子部品では表面に静電気が発生することがあり、この静電気が誤動作の原因となる可能性がある。そこで、近年この種の熱伝導シートには、良好な熱伝導性と共に静電気除去効果も求められるようになっている。ところが、熱伝導フィラーとしてフェライトのような半導体または絶縁体を使用すると、得られる熱伝導シートは完全な絶縁体となり、電子部品の表面に静電気を貯め込んでしまう可能性がある。一方、熱伝導フィラーとして金属を使用すると、得られる熱伝導シートは導体としての性質が強くなる。この場合、静電気は除去されるものの電子部品の表面が接地される可能性も生じ、その熱伝導シートを使用できる範囲が極めて限定されてしまう。
【０００５】
また、熱伝導シートの分野では、性質の異なる熱伝導シートを積層して使用することも提案されているが、電子部品の表面の静電気を除去できるか否か、或いは、電子部品の表面を接地してしまうか否かは、その電子部品の表面と直接接触する材料によって規定されてしまう。このため、導電性の熱伝導シートと絶縁性の熱伝導シートとを積層したとしても、その熱伝導シートに静電気の除去に適した適度な導電性を付与することは困難である。
【０００６】
そこで、本発明は、良好な熱伝導性を有すると共に適度な導電性を有し、静電気除去効果に優れた熱伝導シートを提供することを目的としてなされた。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達するためになされた請求項１記載の発明は、母材に、粒径１０〜３００μｍのフェライトとその他の熱伝導フィラーとを充填し、混練・成形してなる熱伝導シートであって、上記その他の熱伝導フィラーとして、直径０．０１〜０．２μｍで長さ１〜５００μｍの気相成長炭素繊維を１〜６重量％含み、その気相成長炭素繊維が上記フェライトの周囲でネット状に連接したことを特徴としている。
【０００８】
本願出願人は、粒径１０〜３００μｍのフェライトと直径０．０１〜０．２μｍで長さ１〜５００μｍの気相成長炭素繊維とを熱伝導フィラーとして母材に充填し、混練・成形することによって熱伝導シートを製造した場合、その熱伝導シートは良好な熱伝導性を有すると共に適度な導電性を有し、静電気除去効果に優れていることを発見した。これは、気相成長炭素繊維がフェライトの周囲でネット状に連接するためと考えられる。
【０００９】
すなわち、気相成長炭素繊維は、その長さ方向に極めて良好な熱伝導性及び導電性を有していることが知られている。この気相成長炭素繊維が絶縁性のフェライトの周囲でネット状に連接し、熱伝導シートの表裏面を連結することにより、その熱伝導シートは適度な導電性を有して優れた静電気除去効果を呈する。
【００１０】
しかも、フェライト自身も良好な熱伝導性を有し、上記気相成長炭素繊維も上記ネットに沿って良好な熱伝導性を有するので、上記熱伝導シートは極めて良好な熱伝導性を呈する。従って、本発明の熱伝導シートは、良好な熱伝導性を有すると共に静電気除去効果においても優れている。
【００１１】
また、上記気相成長炭素繊維が直径０．０１μｍ，長さ１μｍ以上であると、この気相成長炭素繊維は、粒径１０〜３００μｍのフェライト粒子の間でコロのように作用し、フェライト粒子の充填性が向上する。具体的には、フェライト粒子を高度に充填しても混練時の抵抗が少なく、得られた熱伝導シートの機械的特性（引裂強度，シート弾性等）も良好である。一方、気相成長炭素繊維の直径が０．２μｍを超えたり長さが５００μｍを超えたりすると、上記充填性が却って低下する。本発明では、直径０．０１〜０．２μｍ、長さ１〜５００μｍの気相成長炭素繊維を使用しているので、フェライトの充填性を良好に向上させることができる。従って、本発明の熱伝導シートは、製造が容易で一層優れた熱伝導性を有し、更に、機械的特性も良好である。
また、気相成長炭素繊維の含有量が１重量％未満であると、使用形態によっては上記効果が充分に表れない場合がある。一方、気相成長炭素繊維は高価な素材であり、含有量が６重量％を超えるとコスト的に不利になる。また、実用的には、気相成長炭素繊維の含有量が６重量％以下であっても充分な熱伝導性及び静電気除去効果が得られる。本発明の熱伝導シートは、気相成長炭素繊維を１〜６重量％含んでいるので、上記効果が実用上充分に発揮されると共に、コスト面でもそれほど不利になることはない。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成に加え、上記母材がシリコーンであることを特徴としている。
シリコーンはＥＰＤＭ等の母材に比べて柔らかいので、気相成長炭素繊維は一層良好に前述のようなネット状に連接することができる。このため、請求項１で述べた各種効果が一層顕著に表れる。従って、本発明の熱伝導シートでは、請求項１記載の発明の効果に加えて、一層良好な熱伝導性を有すると共に、静電気除去効果においても一層優れているといった効果が生じる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態では、以下の製造方法により熱伝導シートを製造した。
すなわち、液状シリコーンに、粒径１０〜３００μｍのフェライト、及び、直径０．０１〜０．２μｍ，長さ１〜５００μｍの気相成長炭素繊維を混合することにより、液状シリコーンに上記熱伝導フィラー（フェライト及び気相成長炭素繊維）を充填した。上記混合の方法としては、真空脱泡ミキサー等の機械を用いて混練する方法の他、押し出し，２本ロール，ニーダ，バンバリーミキサー等の種々の方法を適用することができる。この内、ミキサーを使用して混練する場合、作業性が向上する点で望ましい。
【００１５】
続いて、このように熱伝導フィラーを混練した液状シリコーンをシート状に成形した。この成形の方法としては、コーター，カレンダロール，押し出し，プレス等の機械を用いて成形する方法等、種々の方法を適用することができる。この内、コーターを用いて成形する場合、薄いシート（フィルム）の作製が簡単にできる、生産性がよいため大量生産に向いている、シート（フィルム）の厚み精度が出し易い、といった点で望ましい。
【００１６】
【実施例】
次に、上記実施の形態の熱伝導シートを、表１に示すように配合を特定して製造し、気相成長炭素繊維の代わりに他の熱伝導フィラー（炭化ケイ素またはアルミナ）を使用した比較例１〜４と実施例との特性を比較した。
【００１７】
【表１】

【００１８】
なお、各例における液状シリコーン（Ｓｉ）としては、「ＳＥ１８８５」（商品名、製造元：東レ・ダウ）を使用し、比較例１，３における炭化ケイ素（ＳｉＣ）としては「デンシック」（商品名、製造元：昭和電工、平均粒径１０μｍのものと平均粒径８０μｍのものとの混合物）を、比較例２におけるアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）としては球状アルミナ「ＡＳ−１０」（商品名、製造元：昭和電工、平均粒径３７μｍ）を、比較例４におけるアルミナとしては「ＡＸ３−３２」（商品名、製造元：マイクロン、平均粒径３．０μｍ）を、それぞれ使用した。また、フェライト粉（Ｆｒ）としてはＮｉ−Ｚｎ系のＢＳＮ−７１４（ソフトフェライト、製造元：戸田工業、粒径３５μｍ）、Ｍｇ−Ｚｎ系のＢＳＰ−９３０（ソフトフェライト、製造元：戸田工業、粒径５５〜３００μｍ）、または両者の混合物を使用した。
【００１９】
更に、実施例における気相成長炭素繊維としては「ＶＧＣＦ」（商品名、製造元：昭和電工、直径０．０１〜０．２μｍ、長さ１〜５００μｍ）を使用した。また更に、前述のように混練した液状シリコーンには、１３０℃，１０分，ｔ＝０．５ｍｍの加硫条件で加硫を施して成形した。
【００２０】
続いて、これらの比較例及び実施例に対し、シート比重，硬度（アスカーＣ），体積抵抗，熱伝導率，及び透磁率を測定した。なお、体積抵抗は、三菱化学製「低／高抵抗率計ＭＣＰ−ＨＴ４５０」により、ＪＩＳ−Ｋ６９１１−１９９５に則って測定した。また、熱伝導率は京都電子工業製「迅速熱伝導測定器」によって測定し、透磁率はＨＰ４２９１Ａを用い１ＧＨｚ以下の透磁率を測定した。
【００２１】
結果を上記表１に示す。表１に示すように、本実施例では、熱伝導率，透磁率共に良好で、しかも、１．０×１０⁵という理想的な体積抵抗が得られた。この程度の体積抵抗を有する熱伝導シートをＣＰＵ等の電子部品上に配置した場合、その電子部品の表面を接地してしまうことなくその電子部品で発生する静電気を良好に除去することができる。また、表に示すような熱伝導率を得るために添加しなければならない気相成長炭素繊維の量は、わずか５．４重量％でよかった。
【００２２】
これは、次のような理由によるものと考えられる。すなわち、図１に示すように、熱伝導シート１にフェライト３と共に充填された気相成長炭素繊維５は、絶縁性のフェライト３の周囲でネット状に連接し、熱伝導シート１の表裏面を連結する。このため、熱伝導シート１は適度な導電性を有して優れた静電気除去効果を呈する。しかも、フェライト３自身も良好な熱伝導性を有し、更に、気相成長炭素繊維５も上記ネットに沿って良好な熱伝導性を有するので、熱伝導シート１は上記のように良好な熱伝導性を呈するのである。
【００２３】
従って、本実施例の熱伝導シート１は、良好な熱伝導性を有すると共に静電気除去効果においても優れている。これに対して、各比較例では、本実施例のような熱伝導率が得られず、体積抵抗ではいずれも絶縁体で静電気除去効果は殆ど期待できなかった。
【００２４】
また、本実施例の熱伝導シート１では、８１重量％ものフェライト３を充填しているにも拘わらず良好な諸物性が得られ、混練時の抵抗も少なかった。更に、表１には示していないが、本実施例は引裂強度やシート弾性も良好であった。これは、気相成長炭素繊維５がフェライト３の粒子間でコロのように作用し、フェライト３の充填性を向上させているためと考えられる。
【００２５】
なお、本発明は上記実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。例えば、母材としては、ＥＰＤＭ等の有機合成ゴムを適用することもできる。但し、シリコーンは柔軟性に優れているので、前述のような気相成長炭素繊維５のネットが一層形成され易いものと考えられる。また、フェライトや気相成長炭素繊維としても、他の商品を適用できることはいうまでもない。更に、熱伝導フィラーとしては、フェライト及び気相成長炭素繊維と共に、アルミナ，窒化硼素，窒化ケイ素，炭化ケイ素等の他の熱伝導フィラーを併用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された熱伝導材の構成を概略的に表す説明図である。
【符号の説明】
１…熱伝導シート３…フェライト５…気相成長炭素繊維

Claims

母材に、粒径１０〜３００μｍのフェライトとその他の熱伝導フィラーとを充填し、混練・成形してなる熱伝導シートであって、
上記その他の熱伝導フィラーとして、直径０．０１〜０．２μｍで長さ１〜５００μｍの気相成長炭素繊維を１〜６重量％含み、その気相成長炭素繊維が上記フェライトの周囲でネット状に連接したことを特徴とする熱伝導シート。
上記母材がシリコーンであることを特徴とする請求項１記載の熱伝導シート。