JP6125303B2 - 熱伝導性シート - Google Patents

Description

本発明は、熱伝導性に優れた樹脂組成物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、スマートフォンやタブレットＰＣのような薄型の電子機器内の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、スマートフォンやタブレットＰＣのような電子機器の薄型化に伴い使用される放熱シートも従来にも増して薄い放熱シートが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熱伝導性フィラーを高充填化するため、３００μｍから数ｍｍのものが一般的であった。（特許文献１〜４）。

特開２００２−２９９５３３号公報 特開２００１−２３０３５３号公報 特開２０００−０１６１６号公報 特開２００１−１８３３０号公報

本発明の目的は、高い熱伝導性を有し、シートの厚さが薄い、特に電子部品用放熱部材として好適な熱伝導性シートを提供することである。

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）最大粒子径が２０〜４０μｍである熱伝導性フィラー４０〜６０体積％、引張強さが０．１〜０．８ＭＰaであるシリコーン樹脂４０〜６０体積％を含有した樹脂組成物の厚さが５０〜２５０μｍであることを特徴とする熱伝導性シート。
（２）シリコーン樹脂が付加反応型シリコーン樹脂であることを特徴とする前記（１）に記載の熱伝導性シート。
（３）前記（１）又は（２）に記載の熱伝導性シートを用いることを特徴とする電子部品用放熱部材。

本発明によれば、熱抵抗が０．２〜０．３℃／Ｗの高熱伝導性を示し、厚さが５０〜２５０μｍの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。
本発明で使用さ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。

本発明における最大粒子径は、島津製作所製「レーザー回折式粒度分布測定装置ＳＡＬＤ−２００」を用いて測定を行った。評価サンプルは、ガラスビーカーに５０ｃｃの純水と測定する熱伝導性粉末を５ｇ添加して、スパチュラを用いて撹拌し、その後超音波洗浄機で１０分間、分散処理を行った。分散処理を行った熱伝導性材料粉末の溶液を、スポイドを用いて、装置のサンプラ部に一滴ずつ添加して、吸光度が測定可能になるまで安定するのを待った。このようにして吸光度が安定になった時点で測定を行う。レーザー回折式粒度分布測定装置では、センサで検出した粒子による回折／散乱光の光強度分布のデータから粒度分布を計算する。求められた粒度分布からの粒径の最大値を最大粒子径として求める。

本発明の熱伝導性フィラーの最大粒子径は２０〜４０μｍ、特に２５〜３５μｍであることが望ましい。最大粒子径が２０μｍ未満であると熱伝導性シートの熱伝導性が不十分となり、また４０μｍを超えると、シートの厚さが５０μｍ未満の熱伝導性シートを作成することが困難である。

本発明で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」がある。

本発明における引張強さは、エー・アンド・デー社製「テンシロン万能材料試験機」を用いて測定を行った。試験片はＪＩＳ Ｋ ６２５１記載のダンベル形状２号形に加工した。試験片を２５℃の温度で５００ｍｍ／ｍｉｎの一定速度で引張試験を行い、試験片が切断するまで引っ張ったときに記録される最大の引張力を試験片の初期断面積で除して、引張り強さを求めた。

本発明で用いるシリコーン樹脂の引張強さは０．１から０．８ＭＰa、特に０．２から０．５ＭＰａであることが望ましい。引張強さが０．１未満であると厚さ５０μｍ未満ではハンドリングが困難となる。また、引張強さが０．８ＭＰaを超えると、樹脂組成物シート自体が硬くなり、熱伝導性が悪くなる。

また、本発明で使用さ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。

本発明の樹脂組成物における熱伝導性フィラーの含有率は、全体積中の４０〜６０体積％、特に４５〜５５体積％であることが望ましい。熱伝導性フィラーの含有率が４０体積％未満では樹脂組成物を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、樹脂組成物の流動性が悪くなり、５０μｍ未満の厚さでの樹脂組成物の硬化物の作製が困難となる。

本発明の樹脂組成物の厚さは５０μｍ〜２５０μｍ、特に１００〜２００μｍであることが望ましい。樹脂組成物の厚さが５０μｍより薄いと熱伝導性フィラーによる表面の粗さが大きくなり、熱伝導性が悪くなる。また、２５０μｍを超えると、樹脂組成物の硬化物が厚くなり、熱伝導性が悪くなる。
なお、樹脂組成物の厚さは、樹脂組成物の硬化後の厚さを基準とする。

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）

ハンドリング性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。

本発明の樹脂組成物の硬化物であるシートの製造方法の一例を示すならば、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て樹脂組成物を調整し、それをドクターブレードでシート状に成形した後、加熱硬化させる方法があげられる。

本発明の樹脂組成物の硬化物であるシートは、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、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１〜１６ 比較例１〜１０
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３〜５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、所定の厚さにシートを作製し、１１０℃で８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、熱抵抗を測定した。それらの結果を表３〜５に示す。

実施例と比較例から示されるように、本発明の熱伝導性シートは、熱抵抗が低いので優れた熱伝導性を有し、シートの厚さが薄く、かつシートのハンドリング性が良好である。

Claims (3)

1. 最大粒子径が２０〜４０μｍである熱伝導性フィラー４０〜６０体積％、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付加反応型を含み、引張強さが０．１〜０．８ＭＰaであるシリコーン樹脂４０〜６０体積％を含有した樹脂組成物の厚さが１００〜２５０μｍであることを特徴とする、非粘着性熱伝導性シート。
2. 前記シートが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むものである、請求項１記載の熱伝導性シート。
3. 請求項１又は２に記載の熱伝導性シートを用いることを特徴とする電子部品用放熱部材。