JP6123314B2 - 熱伝導シートおよび熱伝導シートの製造方法 - Google Patents
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薄膜状に形成され且つ硬化状態とされた第2有機樹脂中に、鱗片状、楕球状又は棒状の第2熱伝導性フィラーを含んでなる第2熱伝導シートであって、当該第2熱伝導シートの厚み方向における前記第2熱伝導性フィラーの寸法が、当該第2熱伝導シートの面方向における前記第2熱伝導性フィラーの寸法よりも大きい第2熱伝導シートと、
を有し、
前記第1熱伝導シートと前記第2熱伝導シートとが相互に積層され且つ一体化されており、
前記第1熱伝導性フィラーは、黒鉛粒子を含み、
前記第2熱伝導性フィラーは、黒鉛粒子を含む熱伝導シートを提供する。
同様に、第2熱伝導シートの厚み方向における第2熱伝導性フィラーの寸法が、第2熱伝導シートの面方向における第2熱伝導性フィラーの寸法よりも大きい。すなわち、第2熱伝導シート内において、第2熱伝導性フィラーが第2熱伝導シートの厚み方向に配向されている。よって、第2熱伝導シートの厚み方向における良好な熱伝導性が得られる。
更に、第1熱伝導シートと第2熱伝導シートとが相互に積層され且つ一体化されて、熱伝導シートが構成されている。このため、第1熱伝導性フィラーおよび第2熱伝導性フィラーが熱伝導シートの厚み方向に配向されている。よって、熱伝導シートの厚み方向における良好な熱伝導性が得られる。すなわち、第1熱伝導シートにおける第2熱伝導シート側とは反対側の面と、第2熱伝導シートにおける第1熱伝導シート側とは反対側の面と、の相互間に亘り、熱を好適に伝達することができる。
更に、この場合に、短絡が生じている単層の熱伝導シート(第1熱伝導シートおよび第2熱伝導シートの各々)において、表裏の面が短絡している部分(短絡部分と称する)の面積割合が1%であるとする。この場合、それぞれ短絡が生じている第1熱伝導シートと第2熱伝導シートとを積層したときに、第1熱伝導シートにおける短絡部分と第2熱伝導シートにおける短絡部分とが上下に重なる確率は1%となる。
第1熱伝導シートと第2熱伝導シートとを含む熱伝導シートが不良品となる条件は、(1)第1熱伝導シートに不良が発生し、(2)第2熱伝導シートに不良が発生し、且つ、(3)第1熱伝導シートにおける短絡部分と第2熱伝導シートにおける短絡部分とが上下に重なることである。このため、この場合、第1熱伝導シートと第2熱伝導シートとを含む熱伝導シートの不良率は、1%×1%×1%=0.0001%となる。
このように、熱伝導シートを第1熱伝導シートと第2熱伝導シートとの積層構造とすることにより、熱伝導シートが単層の構造の場合と比べて、厚み方向における絶縁性の確保に関する不良率を著しく低減することができる。一例として、上記モデルの場合、不良率を1/10000に低減できる。
薄膜状に形成され且つ硬化状態とされた第2有機樹脂中に、鱗片状、楕球状又は棒状の第2熱伝導性フィラーを含んでなる第2熱伝導シートであって、当該第2熱伝導シートの厚み方向における前記第2熱伝導性フィラーの寸法が、当該第2熱伝導シートの面方向における前記第2熱伝導性フィラーの寸法よりも大きい第2熱伝導シートを作製する工程と、
前記第1熱伝導シートと前記第2熱伝導シートとを相互に積層し且つ一体化する工程と、
を有し、
前記第1熱伝導フィラーは、黒鉛粒子を含み、
前記第2熱伝導フィラーは、黒鉛粒子を含む熱伝導シートの製造方法を提供する。
図1は第1の実施形態に係る熱伝導シート40の模式的な断面図である。
(1)薄膜状に形成され且つ硬化状態とされた第1有機樹脂(有機樹脂11)中に、鱗片状、楕球状又は棒状の第1熱伝導性フィラー(熱伝導性フィラー12)を含んでなる第1熱伝導シート40aを作製する工程(図2(a)〜(d))
ここで、第1熱伝導シート40aの厚み方向における第1熱伝導性フィラーの寸法が、第1熱伝導シート40aの面方向における第1熱伝導性フィラーの寸法よりも大きくなるように、第1熱伝導性フィラーを配向する。
(2)薄膜状に形成され且つ硬化状態とされた第2有機樹脂(有機樹脂11)中に、鱗片状、楕球状又は棒状の第2熱伝導性フィラー(熱伝導性フィラー12)を含んでなる第2熱伝導シート40bを作製する工程(図2(e)〜(h))
ここで、第2熱伝導シート40bの厚み方向における第2熱伝導性フィラーの寸法が、第2熱伝導シート40bの面方向における第2熱伝導性フィラーの寸法よりも大きくなるように、第2熱伝導性フィラーを配向する。
(3)第1熱伝導シート40aと第2熱伝導シート40bとを相互に積層し且つ相互に一体化する工程(図2(i))
以下、詳細に説明する。
同様に、第2熱伝導シート40bの厚み方向における熱伝導性フィラー12の寸法が、第2熱伝導シート40bの面方向における熱伝導性フィラー12の寸法よりも大きい。すなわち、第2熱伝導シート40b内において、熱伝導性フィラー12が第2熱伝導シート40bの厚み方向に配向されている。よって、第2熱伝導シート40bの厚み方向における良好な熱伝導性が得られる。
更に、第1熱伝導シート40aと第2熱伝導シート40bとが相互に積層され且つ一体化されて、熱伝導シート40が構成されている。このため、第1熱伝導シート40a内の熱伝導性フィラー12および第2熱伝導シート40b内の熱伝導性フィラー12が熱伝導シート40の厚み方向に配向されている。よって、熱伝導シート40の厚み方向における良好な熱伝導性が得られる。すなわち、第1熱伝導シート40aにおける第2熱伝導シート40b側とは反対側の面と、第2熱伝導シート40bにおける第1熱伝導シート40a側とは反対側の面と、の相互間に亘り、熱を好適に伝達することができる。
更に、この場合に、短絡が生じている単層の熱伝導シート(第1熱伝導シート40aおよび第2熱伝導シート40bの各々)において、表裏の面が短絡している部分(短絡部分と称する)の面積割合が1%であるとする。この場合、それぞれ短絡が生じている第1熱伝導シート40aと第2熱伝導シート40bとを積層したときに、第1熱伝導シート40aにおける短絡部分と第2熱伝導シート40bにおける短絡部分とが上下に重なる確率は1%となる。
第1熱伝導シート40aと第2熱伝導シート40bとを含む熱伝導シート40が不良品となる条件は、(1)第1熱伝導シート40aに不良が発生し、(2)第2熱伝導シート40bに不良が発生し、且つ、(3)第1熱伝導シート40aにおける短絡部分と第2熱伝導シート40bにおける短絡部分とが上下に重なることである。このため、この場合、第1熱伝導シート40aと第2熱伝導シート40bとを含む熱伝導シート40の不良率は、1%×1%×1%=0.0001%となる。
このように、熱伝導シート40を第1熱伝導シート40aと第2熱伝導シート40bとの積層構造とすることにより、熱伝導シート40が単層の構造の場合と比べて、厚み方向における絶縁性の確保に関する不良率を著しく低減することができる。つまり、一例として、ここで説明したモデルの場合、不良率を1/10000に低減できる。
図3は第2の実施形態に係る熱伝導シート40の模式的な断面図である。本実施形態に係る熱伝導シート40は、以下に説明する点で、上記の第1の実施形態に係る熱伝導シート40と相違し、その他の点では、第1の実施形態に係る熱伝導シート40と同様に構成されている。
図4は第3の実施形態に係る熱伝導シート40を示す模式的な要部断面図である。本実施形態に係る熱伝導シート40は、以下に説明する点で、上記の第1又は第2の実施形態に係る熱伝導シート40と相違し、その他の点では、第1又は第2の実施形態に係る熱伝導シート40と同様に構成されている。
図5(a)〜(c)の各図は、第4の実施形態に係る熱伝導シート40を示す模式図であり、このうち(a)は斜視図、(b)は正面図、(c)は(b)のA部の拡大断面図である。本実施形態に係る熱伝導シート40は、以下に説明する点で、上記の第1乃至3の実施形態に係る熱伝導シート40と相違し、その他の点では、第1乃至3の実施形態に係る熱伝導シート40と同様に構成されている。
このため、第1積層体30aおよび第2積層体30bを作製する段階において、硬化状態の第1シート10の内部において熱伝導性フィラー12の配向性を維持できる。
これにより、第1積層体30a内および第2積層体30b内における熱伝導性フィラー12の配向性を良好にできる。その結果、第1積層体30aおよび第2積層体30bをそれぞれ積層方向にスライスすることにより得られる第1熱伝導シート40aおよび第2熱伝導シート40bにおける熱伝導性フィラー12の配向性も良好にでき、第1熱伝導シート40aおよび第2熱伝導シート40bの厚み方向において、十分な熱伝導性が得られる。
よって、第1熱伝導シート40aと第2熱伝導シート40bとを有する熱伝導シート40の厚み方向において、十分な熱伝導性が得られる。
図7(a)〜(c)の各図は、第5の実施形態に係る熱伝導シート40を示す模式図であり、このうち(a)は斜視図、(b)は正面図、(c)は(b)のA部の拡大断面図である。本実施形態に係る熱伝導シート40は、以下に説明する点で、上記の第4の実施形態に係る熱伝導シート40と相違し、その他の点では、第4の実施形態に係る熱伝導シート40と同様に構成されている。
四角柱形状部41と四角柱形状部42との境界には、例えば、平坦な接合界面43が形成されている。
このため、第1積層体30aおよび第2積層体30bを作製する段階において、硬化状態の第1シート10の内部において熱伝導性フィラー12の配向性を維持できるだけでなく、各第1シート10は、第2シート20の内部の熱伝導性フィラー12の配向性を維持する機能も兼ねる。すなわち、各第1シート10は、第2シート20の内部の熱伝導性フィラー12が有機樹脂21の流動につられて隣接する第1シート10側に移動することによる熱伝導性フィラー12の配向の乱れを規制することで、第2シート20内の熱伝導性フィラー12の配向性を維持する。
これにより、第1積層体30a内および第2積層体30b内における熱伝導性フィラー12の配向性を良好にできる。その結果、第1積層体30aおよび第2積層体30bをそれぞれ積層方向にスライスすることにより得られる第1熱伝導シート40aおよび第2熱伝導シート40bにおける熱伝導性フィラー12の配向性も良好にでき、第1熱伝導シート40aおよび第2熱伝導シート40bの厚み方向において、十分な熱伝導性が得られる。
よって、第1熱伝導シート40aと第2熱伝導シート40bとを有する熱伝導シート40の厚み方向において、十分な熱伝導性が得られる。
以下、参考形態の例を付記する。
1.
薄膜状に形成され且つ硬化状態とされた第1有機樹脂中に、鱗片状、楕球状又は棒状の第1熱伝導性フィラーを含んでなる第1熱伝導シートであって、当該第1熱伝導シートの厚み方向における前記第1熱伝導性フィラーの寸法が、当該第1熱伝導シートの面方向における前記第1熱伝導性フィラーの寸法よりも大きい第1熱伝導シートと、
薄膜状に形成され且つ硬化状態とされた第2有機樹脂中に、鱗片状、楕球状又は棒状の第2熱伝導性フィラーを含んでなる第2熱伝導シートであって、当該第2熱伝導シートの厚み方向における前記第2熱伝導性フィラーの寸法が、当該第2熱伝導シートの面方向における前記第2熱伝導性フィラーの寸法よりも大きい第2熱伝導シートと、
を有し、
前記第1熱伝導シートと前記第2熱伝導シートとが相互に積層され且つ一体化されている熱伝導シート。
2.
前記第1熱伝導シートと前記第2熱伝導シートとの間に界面が存在している1.に記載の熱伝導シート。
3.
前記第1熱伝導シートと前記第2熱伝導シートとが接着層を介して相互に接着されることにより一体化されている2.に記載の熱伝導シート。
4.
前記接着層は、第3熱伝導性フィラーを含む3.に記載の熱伝導シート。
5.
当該熱伝導シートの表裏の面のうちの少なくとも何れか一方に形成された絶縁層を更に備える1.乃至4.の何れか一つに記載の熱伝導シート。
6.
前記第1熱伝導性フィラーは、結晶中の六角平面が、鱗片の面方向、楕球の長軸方向又は棒の軸方向に配向している六方晶窒化ホウ素粒子又は黒鉛粒子であり、
前記第2熱伝導性フィラーは、結晶中の六角平面が、鱗片の面方向、楕球の長軸方向又は棒の軸方向に配向している六方晶窒化ホウ素粒子又は黒鉛粒子である1.乃至5.の何れか一つに記載の熱伝導シート。
7.
前記第1有機樹脂は、エポキシ樹脂、ポリイミド又はベンゾオキサジンであり、
前記第2有機樹脂は、エポキシ樹脂、ポリイミド又はベンゾオキサジンである1.乃至6.の何れか一つに記載の熱伝導シート。
8.
前記第1熱伝導シートと前記第2熱伝導シートとのうちの少なくとも何れか一方は、面方向において複数の領域に仕切られており、
前記複数の領域のうち互いに隣り合う領域どうしの間には、互いに隣り合う領域どうしを仕切る仕切部が形成されている1.乃至7.の何れか一つに記載の熱伝導シート。
9.
薄膜状に形成され且つ硬化状態とされた第1有機樹脂中に、鱗片状、楕球状又は棒状の第1熱伝導性フィラーを含んでなる第1熱伝導シートであって、当該第1熱伝導シートの厚み方向における前記第1熱伝導性フィラーの寸法が、当該第1熱伝導シートの面方向における前記第1熱伝導性フィラーの寸法よりも大きい第1熱伝導シートを作製する工程と、
薄膜状に形成され且つ硬化状態とされた第2有機樹脂中に、鱗片状、楕球状又は棒状の第2熱伝導性フィラーを含んでなる第2熱伝導シートであって、当該第2熱伝導シートの厚み方向における前記第2熱伝導性フィラーの寸法が、当該第2熱伝導シートの面方向における前記第2熱伝導性フィラーの寸法よりも大きい第2熱伝導シートを作製する工程と、
前記第1熱伝導シートと前記第2熱伝導シートとを相互に積層し且つ一体化する工程と、
を有する熱伝導シートの製造方法。
10.
前記第1熱伝導シートと前記第2熱伝導シートとを相互に積層し且つ一体化する工程では、前記第1熱伝導シートと前記第2熱伝導シートとを接着層を介して相互に接着することにより一体化する9.に記載の熱伝導シートの製造方法。
11.
前記接着層を構成する接着剤として、第3熱伝導性フィラーを含むものを用いる10.に記載の熱伝導シートの製造方法。
11 有機樹脂
12 熱伝導性フィラー
15 接着剤
20 第2シート
21 有機樹脂
30a 第1積層体
30b 第2積層体
40 熱伝導シート
40a 第1熱伝導シート
40b 第2熱伝導シート
41 四角柱形状部
42 四角柱形状部
43 接合界面
45 絶縁層
50 接着層
51 熱伝導性フィラー
Claims (12)
- 薄膜状に形成され且つ硬化状態とされた第1有機樹脂中に、鱗片状、楕球状又は棒状の第1熱伝導性フィラーを含んでなる第1熱伝導シートであって、当該第1熱伝導シートの厚み方向における前記第1熱伝導性フィラーの寸法が、当該第1熱伝導シートの面方向における前記第1熱伝導性フィラーの寸法よりも大きい第1熱伝導シートと、
薄膜状に形成され且つ硬化状態とされた第2有機樹脂中に、鱗片状、楕球状又は棒状の第2熱伝導性フィラーを含んでなる第2熱伝導シートであって、当該第2熱伝導シートの厚み方向における前記第2熱伝導性フィラーの寸法が、当該第2熱伝導シートの面方向における前記第2熱伝導性フィラーの寸法よりも大きい第2熱伝導シートと、
を有し、
前記第1熱伝導シートと前記第2熱伝導シートとが相互に積層され且つ一体化されており、
前記第1熱伝導性フィラーは、黒鉛粒子を含み、
前記第2熱伝導性フィラーは、黒鉛粒子を含む熱伝導シート。 - 前記第1熱伝導シートと前記第2熱伝導シートとの間に界面が存在している請求項1に記載の熱伝導シート。
- 前記第1熱伝導シートと前記第2熱伝導シートとが接着層を介して相互に接着されることにより一体化されている請求項2に記載の熱伝導シート。
- 前記接着層は、第3熱伝導性フィラーを含む請求項3に記載の熱伝導シート。
- 当該熱伝導シートの表裏の面のうちの少なくとも何れか一方に形成された絶縁層を更に備える請求項1乃至4の何れか一項に記載の熱伝導シート。
- 前記第1熱伝導性フィラーは、六方晶窒化ホウ素粒子をさらに含み、
前記第2熱伝導性フィラーは、六方晶窒化ホウ素粒子をさらに含む、請求項1乃至5の何れか一項に記載の熱伝導シート。 - 前記第1熱伝導性フィラーは、結晶中の六角平面が、鱗片の面方向、楕球の長軸方向又は棒の軸方向に配向している六方晶窒化ホウ素粒子及び黒鉛粒子であり、
前記第2熱伝導性フィラーは、結晶中の六角平面が、鱗片の面方向、楕球の長軸方向又は棒の軸方向に配向している六方晶窒化ホウ素粒子及び黒鉛粒子である請求項6に記載の熱伝導シート。 - 前記第1有機樹脂は、エポキシ樹脂、ポリイミド又はベンゾオキサジンであり、
前記第2有機樹脂は、エポキシ樹脂、ポリイミド又はベンゾオキサジンである請求項1乃至7の何れか一項に記載の熱伝導シート。 - 前記第1熱伝導シートと前記第2熱伝導シートとのうちの少なくとも何れか一方は、面方向において複数の領域に仕切られており、
前記複数の領域のうち互いに隣り合う領域どうしの間には、互いに隣り合う領域どうしを仕切る仕切部が形成されている請求項1乃至8の何れか一項に記載の熱伝導シート。 - 薄膜状に形成され且つ硬化状態とされた第1有機樹脂中に、鱗片状、楕球状又は棒状の第1熱伝導性フィラーを含んでなる第1熱伝導シートであって、当該第1熱伝導シートの厚み方向における前記第1熱伝導性フィラーの寸法が、当該第1熱伝導シートの面方向における前記第1熱伝導性フィラーの寸法よりも大きい第1熱伝導シートを作製する工程と、
薄膜状に形成され且つ硬化状態とされた第2有機樹脂中に、鱗片状、楕球状又は棒状の第2熱伝導性フィラーを含んでなる第2熱伝導シートであって、当該第2熱伝導シートの厚み方向における前記第2熱伝導性フィラーの寸法が、当該第2熱伝導シートの面方向における前記第2熱伝導性フィラーの寸法よりも大きい第2熱伝導シートを作製する工程と、
前記第1熱伝導シートと前記第2熱伝導シートとを相互に積層し且つ一体化する工程と、
を有し、
前記第1熱伝導フィラーは、黒鉛粒子を含み、
前記第2熱伝導フィラーは、黒鉛粒子を含む熱伝導シートの製造方法。 - 前記第1熱伝導シートと前記第2熱伝導シートとを相互に積層し且つ一体化する工程では、前記第1熱伝導シートと前記第2熱伝導シートとを接着層を介して相互に接着することにより一体化する請求項10に記載の熱伝導シートの製造方法。
- 前記接着層を構成する接着剤として、第3熱伝導性フィラーを含むものを用いる請求項11に記載の熱伝導シートの製造方法。
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