JP6105388B2

JP6105388B2 - 熱伝導性シート

Info

Publication number: JP6105388B2
Application number: JP2013110562A
Authority: JP
Inventors: 山縣　利貴; 利貴山縣; 知幸奈良; 和幸五十嵐
Original assignee: Denka Co Ltd; Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2013-05-27
Filing date: 2013-05-27
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2033-05-27
Also published as: JP2014229849A

Description

本発明は、熱伝導性に優れたシートとその用途に関するものであり、特に電子部品用放熱部材として使用した際に、電子機器内のＣＰＵ（中央処理装置）等の発熱性電子部品を損傷させることなく、電子機器に組み込むことができる熱伝導性シートに関するものである。

ＣＰＵ等の発熱性電子部品においては、使用時に発生する熱を如何に除去することが重要な問題となっている。従来、このような除熱方法としては、発熱性電子部品を電気絶縁性の放熱シートを介して放熱フィンや金属板に取り付け、熱を逃がすことが一般的に行われており、その放熱シートとしてはシリコーン樹脂に熱伝導性フィラーを分散させたものが使用されている。

近年、電子機器内の冷却設計を行う際に用いられる熱伝導性シートにおいて、その設計公差に対して追従可能な、高柔軟性の熱伝導性シートが従来よりも増して求められてきている。

従来からあるシリコーン樹脂を用いた放熱シートは柔軟性を示すが、その柔軟性は現状満足されるようなものではなかった。（特許文献１〜４）。

特開２００４−２４１５２５号公報特開２０００−０８５０２４号公報特開２０１０−２４３７１号公報特開２００２−２３４９５２号公報

本発明の目的は、熱伝導性に優れ、かつ高柔軟性でハンドリング可能な熱伝導性シートを提供することである。特に、電子部品用放熱部材に好適に使用することができる。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下の手段を採用する。
（１）Ａ層が２５℃での硬化体の硬さ（タイプＡ）が１０〜４０のシリコーン樹脂４０〜６０体積％、熱伝導性フィラー４０〜６０体積％を含有してなり、Ｂ層が２５℃での硬化物の針入度が３００〜５００のシリコーン樹脂５０〜９５体積％、熱伝導性フィラー５〜５０体積％含有してなり、Ａ層とＢ層の２層構造からなることを特徴とする熱伝導性シート。
（２）前記（１）記載の熱伝導性シートを用いたことを特徴とする電子部品用放熱部材。

本発明によれば、熱伝導率０．２〜０．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）の高熱伝導性を示し、低反発応力を示す熱伝導性シートを提供することができる。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明に用いられる熱伝導性フィラーとしては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、金属アルミニウム、黒鉛等をあげることができる。これらのうち、酸化アルミニウムは高熱伝導性を示すとともに、樹脂への充填性が良好なため望ましい。

本発明に用いられるシリコーン樹脂の種類としては、ミラブル型シリコーンが代表的なものであるが、総じて所要の柔軟性を発現させることが難しい場合が多いので、高い柔軟性を発現させるためには付加反応型シリコーンが好適である。付加反応型液状シリコーンの具体例としては、一分子中にビニル基とＨ−Ｓｉ基の両方を有する一液反応型のオルガノポリシロキサン、または末端あるい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あるいは側鎖に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である。例えばモメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、商品名「ＹＥ５８２２Ａ／Ｂ」や「ＸＥ１４−Ｂ８５３０Ａ／Ｂ」がある。

本発明に用いられるシリコーン樹脂の硬化後の硬さは、２５℃のＪＩＳＫ６２５３に準拠するタイプＡデュロメータの硬さで測定することができる。タイプＡデュロメータの硬さは、高分子計器株式会社製「アスカーゴム硬度計Ａ型」で測定することができる。

シリコーン樹脂の硬化後のタイプＡデュロメータの硬さは１０から４０であり、２０から３０であることが望ましい。タイプＡデュロメータの硬さが１０より小さいと２層構造にした際にハンドリングが困難となる。また、４０を超えると、熱伝導性シート自体が硬くなり、熱伝導性が悪くなる。

本発明に用いられるシリコーン樹脂の硬化後の針入度は、ＪＩＳＫ２２０７に準拠する測定方法によって求められる。針入度は、安田清機製作所製「針入度試験機」で測定することができる。所定の容器に入れたシリコーン樹脂硬化物を２５℃において標準針（５０ｇ）を用い、５秒間での貫入量（ｍｍ）を測定し、その値を１０倍した値を針入度とした。

本発明に用いられるシリコーン樹脂の硬化後の針入度は３００から５００であり、４３０から４７０であることが望ましい。針入度が３００より小さいと２層構造にした際に熱伝導性シート自体が硬くなり、熱伝導性が悪くなる。また、針入度が５００を超えると、２層構造にした際にハンドリングが困難となる。

また、本発明本発明に用いられる付加反応型液状シリコーンは、アセチルアルコール類、マレイン酸エステル類などの反応遅延剤、十〜数百μｍのアエロジルやシリコーンパウダーなどの増粘剤、難燃剤、顔料などと併用することもできる。

Ａ層のシリコーン樹脂と熱伝導性フィラーの配合量は、シリコーン樹脂と熱伝導性フィラーの合計量を１００体積％とすると、シリコーン樹脂が４０〜６０体積％、熱伝導性フィラーが４０〜６０体積％である。熱伝導性フィラーの含有率が４０体積％未満では硬化したシートの熱伝導性が不十分となり、また６０体積％を越えると、硬化物が硬くなり熱伝導性が悪くなる。熱伝導性フィラーの含有率は、特に４５〜５５体積％であることが望ましい。

Ｂ層のシリコーン樹脂と熱伝導性フィラーの配合量は、シリコーン樹脂と熱伝導性フィラーの合計量を１００体積％とすると、シリコーン樹脂５０〜９５体積％、熱伝導性フィラー５〜５０体積％である。熱伝導性フィラーの含有率が５体積％未満では硬化したシートの熱伝導性が不十分となり、また５０体積％を越えると、硬化物が硬くなり熱伝導性が悪くなる。熱伝導性フィラーの含有率は、特に２０〜３０体積％であることが望ましい。

熱伝導率は、ＴＯ−３型に裁断した試料をトランジスタの内蔵されたＴＯ−３型銅製ヒーターケース（有効面積６．０ｃｍ^２）と銅板との間に挟み、初期厚みの１０％が圧縮されるように荷重をかけてセットした後、トランジスタに電力１５Ｗをかけて５分間保持し、ヒーターケースと放熱フィンとの温度差（℃）から、次の（１）式で算出される熱抵抗（℃／Ｗ）を（２）式で換算したものである。

熱抵抗（℃／Ｗ）＝温度差（℃）／電力（Ｗ）・・・（１）

熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）＝試料厚み（ｍ）／｛熱抵抗（℃／Ｗ）×試料面積（ｍ^２）｝・・（２）

反発力は、株式会社エー・アンド・デイの圧縮試験機ＲＴＣ-１２５０Ａを用いて、２５℃の温度雰囲気下で初期厚みの４０％圧縮を行った際の応力によって求めた。圧縮した際の反発力が小さいほど、硬化物は非常に柔らかくつぶれやすいため、高柔軟性を示す。

ハンドリングは硬化させたシートを３ｃｍ×３ｃｍの大きさに打ち抜き、金属アルミ板（６ｃｍ×６ｃｍ）にしわが発生しないとともに破れずに貼り付けが可能かで評価を行う。貼り付けが可能な場合は○、貼り付けが不可能な場合は×とする。

本発明の２層構造の熱伝導性シートの製造方法の一例を示す。Ａ層は硬化後のタイプＡデュロメータの硬さが１０から４０の付加反応型液状シリコーンに熱伝導性フィラーを室温下で混合し、それをドクターブレードでシート状に成形した後、加熱硬化させて製造する。Ｂ層は硬化後の針入度が３００から５００の付加反応型液状シリコーンに熱伝導性フィラーを室温下で混合した樹脂組成物をドクターブレードでシート状に成形する。加熱硬化させたＡ層の熱伝導性シート上に、ドクターブレードを用いてＢ層を形成する。Ａ層とＢ層を接合し、加熱硬化させ、２層構造の熱伝導性シートを得る。加熱硬化は、１３０℃で２時間の加熱硬化を行い、硬度の変化が完全硬化に対して１０％以内の状態を硬化と判断する。なお、完全硬化とは、１３０℃で２４時間加熱した時の硬度状態をいう。

本発明の２層構造である熱伝導性シートは、発熱性電子部品又は発熱性電子部品の搭載された回路基板と冷却装置との間に挟みこんで使用されるものであるが、冷却装置にあらかじめ貼り付け一体化するなどして電子部品用放熱部材として供給することも可能である。冷却装置としては、例えばヒートシンク、放熱フィン、金属又はセラミックスのケース等があげられ、またはそのセラミックスとしては窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化珪素、窒化珪素、酸化アルミニウム等があげられる。

また、上記電子部品用放熱部材が使用される電子機器としては、リチウムイオン２次電池ユニット、スマートフォン、タブレットＰＣ、パーソナルコンピューター、家庭用ゲーム機、電源、自動車、プロジェクター等をあげることができる。

実施例１〜１１比較例１〜８
表１に示される熱伝導性フィラーと表２に示されるＡ液（ビニル基を有するオルガノポリシロキサン）とＢ液（Ｈ−Ｓｉ基を有するオルガノポリシロキサン）の二液性の付加反応型シリコーンをＡ液対Ｂ液の混合比を表３、４に示す配合（体積％）で混合した。混合した樹脂組成物を使用してドクターブレードを用いて、厚さ２００μｍのシートを作製し、１３０℃で２時間加熱硬化を行った。さらに表１に示される熱伝導性フィラーと表２で示される二液性の付加反応型シリコーンをＡ液対Ｂ液の混合比を表３、４に示す配合（体積％）で混合し、ドクターブレードで前記の加熱硬化を行った厚さ２００μｍのシート上に２８００μｍの厚さでシートを作製し、１３０℃で２時間加熱硬化を行った。

上記で得られたシートについて、ＴＯ−３型に裁断し熱伝導率を、２０ｍｍ×２０ｍｍのサイズに裁断し反発力を測定した。それらの結果を表３、表４に示す。

本発明の２層構造の熱伝導性シートは、優れた熱伝導性を有するとともに柔軟性が高いのでハンドリングしやすい。

Claims

硬化後の２５℃のＪＩＳＫ６２５３に準拠するタイプＡデュロメータの硬さが１０〜４０のシリコーン樹脂４０〜６０体積％、熱伝導性フィラー４０〜６０体積％を含有してなるＡ層と、硬化後の２５℃のＪＩＳＫ２２０７に準拠する針入度が３００〜５００のシリコーン樹脂５０〜９５体積％、熱伝導性フィラー５〜５０体積％を含有してなるＢ層の２層構造からなることを特徴とする熱伝導性シート。
請求項１に記載の熱伝導性シートを用いたことを特徴とする電子部品用放熱部材。