JP4791146B2 - 熱伝導性部材およびその製造方法 - Google Patents
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請求項3に記載の発明は、前記補強層が剥離可能とされている請求項2に記載の熱伝導性部材を提供する。
請求項4に記載の発明は、前記熱伝導性高分子組成物中の熱伝導性充填材の含有量が50〜80質量%である請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の熱伝導性部材を提供する。
請求項5に記載の発明は、前記電気絶縁性皮膜の平均厚さが100〜200nmである請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の熱伝導性部材を提供する。
請求項6に記載の発明は、前記熱伝導性部材がシート状に形成されている請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の熱伝導性部材を提供する。
請求項8に記載の発明は、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の熱伝導性部材の製造方法であって、高分子マトリックスと、前記電気絶縁性皮膜を有する繊維状の熱伝導性充填材を含む熱伝導性充填材とを混合して前記熱伝導性高分子組成物を調製する工程と、前記電気絶縁性皮膜を有する繊維状の熱伝導性充填材の全体を前記熱伝導性部材の表面から露出することなく前記高分子マトリックスで覆われた状態で一定方向に配向させる配向工程と、前記電気絶縁性皮膜を有する繊維状の熱伝導性充填材の配向を維持した状態で熱伝導性シートを成形する成形工程とを備えていることを特徴とする熱伝導性部材の製造方法を提供する。
図1(a)及び(b)に示すように、本実施形態に係る熱伝導性部材はシート状に形成され、該シート状の熱伝導性部材11(以下、シート11という)の一方の表面上には補強層12が形成されている。シート11は、高分子マトリックスと、熱伝導性充填材とを含有する熱伝導性高分子組成物(以下、単に組成物という。)から成形される。このシート11は発熱体と放熱体との間に介在するようにして用いられ、発熱体から放熱体への熱伝導を促進する。
図1(b)及び(c)に示すように、シート11は、高分子マトリックス13と、熱伝導性充填材14とを備えている。図1(b)に示す熱伝導性充填材14は、繊維状充填材15と、粒子状の熱伝導性充填材16とを有している。繊維状充填材15はその表面に電気絶縁性皮膜15aが形成された状態でシート11中を一定方向に配向されており、発熱体からの熱は、繊維状充填材15の配向方向に沿ってシート11中を伝導される。例えば、図1(b)に示すシート11において、繊維状充填材15はシート11の厚さ方向に沿って配向されている。
・ 本実施形態に係る繊維状充填材15の表面には、電気絶縁性皮膜15aが形成されている。電気絶縁性皮膜15aは、酸化ケイ素を含むとともに、平均厚さの下限が100nmに設定されている。酸化ケイ素は優れた電気絶縁性を発揮する。そのため、電気絶縁性皮膜15aは、繊維状充填材15の表面に形成されることによって、繊維状充填材15の導電性を効果的に阻害してシート11の電気絶縁性を高める。更に、電気絶縁性皮膜15aは、その平均厚さの上限が400nmに設定されていることにより、繊維状充填材15が有する熱伝導性をほとんど阻害せず、電気絶縁性皮膜15aに起因するシート11の熱伝導性の低下を効果的に抑制する。
・ 配向工程において、繊維状充填材15は磁場の印加によって一定方向に配向される。繊維状充填材15として、磁化率の異方性を有する炭素繊維などが用いられた場合、磁場を繊維状充填材15に印加することによって、該繊維状充填材15を容易に配向させることができる。
・ 図3に示すように、配向工程において、スリットダイ等を用いて組成物17を一対の基板20間に塗布した後、組成物17に磁場を印加してもよい。即ち、繊維状充填材15の配向およびシート11の成形の方法は組成物17の粘度によって適宜選択され、例えばバーコータ法、ドクターブレード法、Tダイによる押出成形法、カレンダー成形法、プレス成形法、射出成形法、注型成型法、トランスファー成型法、ブロー成形法、塗布法、印刷法、ディスペンサー法、又はポッティング法が用いられる。
(実施例1及び2並びに比較例1〜3)
実施例1においては、調製工程として、高分子マトリックス13としての付加型の液状シリコーンゲルに、繊維状充填材15としての炭素繊維を混合して組成物を調製した。各成分の配合量を下記表1に示す。表1において、各成分の配合量の数値は重量部を示す。液状シリコーンゲルにおいて、比重は1.0であり、25℃における粘度は400mPa・sであった。一方、炭素繊維のアスペクト比は4.5であり、該炭素繊維の表面には、酸化ケイ素からなるとともに平均厚さが200nmである電気絶縁性皮膜15aを形成した。電気絶縁性皮膜15aの形成はゾルゲル法によって行った。次に、炭素繊維が均一に分散されるまで組成物17を撹拌した後、組成物17の脱泡を行った。
比較例1では、電気絶縁性皮膜15aを省略した以外は、実施例1と同様にしてシート11を得た。比較例2では、配向工程での磁場の印加を省略した以外は、実施例1と同様にしてシート11を得た。比較例3では、配向工程での磁場の印加を省略した以外は、実施例2と同様にしてシート11を得た。
各例のシート11を四角板状(縦および横:10mm、厚さ:0.5mm)に切断して試験片を得た後、一対の金属板で各例の試験片を挟持した。そして、0.4MPa(4kgf/cm2)の荷重を各試験片に印加した状態で、一方の金属板から試験片を加熱した。次いで、各金属板の温度差から下記式により熱抵抗値を求めた。下記式において、ΔTは各金属板の温度差を示し、熱量Qは試験片を加熱した際の熱量を示す。
<体積抵抗率>
直径が10mmの一対の金属製電極で各例のシート11を挟持した後、4.9N(500gf)の荷重をシート11に印加した状態で2WΩにおけるシート11の体積抵抗率を測定した。
(実施例3〜5並びに比較例4及び5)
実施例3においては、調製工程において、粒子状をなす熱伝導性充填材としての球状アルミナを液状シリコーンゲルに更に加え、電気絶縁性皮膜15aの厚さを100nmに設定した以外は、実施例1と同様にしてシート11を得た。球状アルミナの平均粒径は3.2μmであった。実施例4及び5と、比較例5及び6とは、電気絶縁性皮膜15aの厚さを下記表2に示すように設定した以外は、実施例3と同様にしてシート11を得た。表2の“皮膜の厚さ”欄の各数値は、電気絶縁性皮膜15aの厚さを示す。そして、各例のシート11について、前記熱抵抗値および体積抵抗率と、下記の絶縁破壊電圧とに関して測定を行った。その結果を表2に示す。
直径が20mmの一対の電極で各例のシート11を挟持した後、シート11に直流電圧負荷を加えた。そして、シート11に絶縁破壊が認められたときの電圧値を測定した。絶縁破壊電圧の測定では、厚さが1.0mmであるシート11を用いた。更に、各例について3枚のシート11について測定し、1枚のシート11において4箇所で測定した。表2の“絶縁破壊電圧”欄中の各数値は、計12点の測定点での測定値の平均を示す。
Claims (9)
- 熱伝導性高分子組成物から成形される熱伝導性部材であって、
前記熱伝導性高分子組成物は、高分子マトリックスと、熱伝導性充填材とを含有し、
前記熱伝導性充填材の少なくとも一部が、繊維状に形成され、
前記繊維状をなす熱伝導性充填材の表面には、酸化ケイ素を含む電気絶縁性皮膜が設けられ、
前記電気絶縁性皮膜を有する繊維状の熱伝導性充填材の全体は、前記高分子マトリックスで覆われることで熱伝導性部材の表面から露出することなく一定方向に配向され、
前記電気絶縁性皮膜の平均厚さが100〜400nmであることを特徴とする熱伝導性部材。 - 前記熱伝導性部材のアスカーC硬度が60以下であり、高分子フィルム又はセラミックフィルムからなり、前記熱伝導性部材の少なくとも一部に積層された補強層を更に備える請求項1に記載の熱伝導性部材。
- 前記補強層が剥離可能とされている請求項2に記載の熱伝導性部材。
- 前記熱伝導性高分子組成物中の熱伝導性充填材の含有量が50〜80質量%である請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の熱伝導性部材。
- 前記電気絶縁性皮膜の平均厚さが100〜200nmである請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の熱伝導性部材。
- 前記熱伝導性部材がシート状に形成されている請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の熱伝導性部材。
- 前記繊維状の熱伝導性充填材がピッチ系炭素繊維である請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の熱伝導性部材。
- 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の熱伝導性部材の製造方法であって、
高分子マトリックスと、前記電気絶縁性皮膜を有する繊維状の熱伝導性充填材を含む熱伝導性充填材とを混合して前記熱伝導性高分子組成物を調製する工程と、
前記電気絶縁性皮膜を有する繊維状の熱伝導性充填材の全体を前記熱伝導性部材の表面から露出することなく前記高分子マトリックスで覆われた状態で一定方向に配向させる配向工程と、
前記電気絶縁性皮膜を有する繊維状の熱伝導性充填材の配向を維持した状態で熱伝導性シートを成形する成形工程とを備えていることを特徴とする熱伝導性部材の製造方法。 - 前記配向工程において、前記電気絶縁性皮膜を有する繊維状の熱伝導性充填材に磁場を印加することによって前記電気絶縁性皮膜を有する繊維状の熱伝導性充填材を配向させる請求項8に記載の熱伝導性部材の製造方法。
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