JP6295238B2 - 熱伝導シート、熱伝導シートの製造方法、放熱部材及び半導体装置 - Google Patents

熱伝導シート、熱伝導シートの製造方法、放熱部材及び半導体装置 Download PDF

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Description

本発明は、半導体素子等の発熱体とヒートシンク等の放熱体との間に配置される熱伝導シート、熱伝導シートの製造方法、熱伝導シートを備えた放熱部材及び半導体装置に関する。
従来、パーソナルコンピュータ等の各種電気機器やその他の機器に搭載されている半導体素子においては、駆動により熱が発生し、発生した熱が蓄積されると半導体素子の駆動や周辺機器へ悪影響が生じることから、各種冷却手段が用いられている。半導体素子等の電子部品の冷却方法としては、当該機器にファンを取り付け、機器筐体内の空気を冷却する方式や、その冷却すべき半導体素子に放熱フィンや放熱板等のヒートシンクを取り付ける方法等が知られている。
半導体素子にヒートシンクを取り付けて冷却する場合、半導体素子の熱を効率よく放出させるために、半導体素子とヒートシンクとの間に熱伝導シートが設けられている。熱伝導シートとしては、シリコーン樹脂に熱伝導性フィラー〔例えば、鱗片状粒子（窒化ホウ素（ＢＮ）、黒鉛等）、炭素繊維等〕を分散含有させたものが広く用いられている（特許文献１参照）。
これら熱伝導性フィラーは、熱伝導の異方性を有しており、例えば熱伝導性フィラーとして炭素繊維を用いた場合、繊維方向には約６００Ｗ／ｍ・Ｋ〜１２００Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有し、窒化ホウ素を用いた場合には、面方向では約１１０Ｗ／ｍ・Ｋ、面方向に垂直な方向では約２Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有し、異方性を有することが知られている。
特開２０１２−２３３３５号公報
しかし、熱伝導性に優れるが導電性をも備えた炭素繊維等の熱伝導性フィラーを用いた熱伝導シートでは、熱伝導シートが半導体素子周辺の回路に接触した場合や、シートに欠損が生じて回路に落下した場合に、シート表面に露出した熱伝導性フィラーによってショートが生じる等、電子機器の故障を招くことが懸念される。
一方で、熱伝導シートの電気的な絶縁性を確保するために、熱伝導性フィラーをシート本体に埋没させると熱伝導性フィラーによる高い熱伝導率の効果を損なってしまう。
そこで、本発明は、熱伝導シートの接触等の不測の事態においても、電気的な絶縁性を確保するとともに、高い熱伝導率を維持することができる熱伝導シート、熱伝導シートの製造方法、放熱部材及び半導体装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明に係る熱伝導シートは、バインダ樹脂と、絶縁皮膜により被覆された炭素繊維とを含有する熱伝導性樹脂組成物が硬化されたシート本体を有し、
前記シート本体の表面に露出した前記炭素繊維は、前記絶縁皮膜により被覆されておらず、且つ前記バインダ樹脂の成分によって被覆されているものである。
また、本発明に係る熱伝導シートの製造方法は、バインダ樹脂と、絶縁皮膜により被覆された炭素繊維とを含有する熱伝導性樹脂組成物を所定の形状に成型して硬化することにより、前記熱伝導性樹脂組成物の成型体を得る工程と、
前記成型体をシート状に切断し、シート本体を得る工程と、
前記シート本体の表面に露出した前記炭素繊維を、前記バインダ樹脂の成分で被覆する工程とを有し、
前記シート本体を得る工程において、前記シート本体の表面に露出する前記炭素繊維を被覆する前記絶縁皮膜が除去されるものである。
また、本発明に係る放熱部材は、電子部品の発する熱を放熱するヒートスプレッダと、前記ヒートスプレッダに配設され、前記ヒートスプレッダと前記電子部品との間に挟持される前記熱伝導シートとを有するものである。
また、本発明に係る半導体装置は、前記半導体素子の発する熱を放熱するヒートスプレッダと、前記ヒートスプレッダに配設され、前記ヒートスプレッダと前記半導体素子との間に挟持される前記熱伝導シートとを有するものである。
本発明によれば、シート本体の表面に露出された炭素繊維は絶縁皮膜に被覆されていないため前記絶縁皮膜による熱伝導率の低下を抑制できる。また、本発明に係る熱伝導シートは、シート本体の表面に露出した、絶縁皮膜に被覆されていない炭素繊維が、バインダ樹脂の成分で被覆されるため、シートの絶縁性と熱伝導率を両立することができる。
図１は、本発明が適用された熱伝導シート、放熱部材及び半導体装置を示す断面図である。 図２は、樹脂成型体をスライスしシート本体を切り出す工程を示す斜視図である。 図３Ａは、樹脂成型体より切り出されたシート本体を示す斜視図である。 図３Ｂは、シート本体がバインダ樹脂の成分によって被覆された状態を示す斜視図である。 図４は、絶縁皮膜によって被覆された炭素繊維を示す斜視図である。 図５は、熱伝導シートの表面形状の一例を示す断面図である。 図６は、熱伝導シートの表面形状の他の一例を示す断面図である。 図７は、シート本体がスペーサを介してプレスされる状態を示す斜視図である。
以下、本発明が適用された熱伝導シート、熱伝導シートの製造方法、放熱部材及び半導体装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに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内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
本発明が適用された熱伝導シート１は、半導体素子等の電子部品３の発する熱を放熱するものであり、図１に示すように、ヒートスプレッダ２の電子部品３と対峙する主面２ａに固定され、電子部品３と、ヒートスプレッダ２との間に挟持されるものである。また、熱伝導シートは、ヒートスプレッダ２とヒートシンク５との間に挟持される。そして、熱伝導シートは、ヒートスプレッダ２とともに、電子部品３の熱を放熱する放熱部材４を構成する。
ヒートスプレッダ２は、例えば方形板状に形成され、電子部品３と対峙する主面２ａと、主面２ａの外周に沿って立設された側壁２ｂとを有する。ヒートスプレッダ２は、側壁２ｂに囲まれた主面２ａに熱伝導シート１が設けられ、また主面２ａと反対側の他面２ｃに熱伝導シート１を介してヒートシンク５が設けられる。ヒートスプレッダ２は、高い熱伝導率を有するほど、熱抵抗が減少し、効率よく半導体素子等の電子部品４の熱を吸熱することから、例えば、熱伝導性の良い銅やアルミニウムを用いて形成することができる。
電子部品３は、例えばＢＧＡ等の半導体素子であり、配線基板６へ実装される。またヒートスプレッダ２も、側壁２ｂの先端面が配線基板６に実装され、これにより側壁２ｂによって所定の距離を隔てて電子部品３を囲んでいる。
そして、ヒートスプレッダ２の主面２ａに、熱伝導シート１が接着されることにより、半導体素子の発する熱を吸収し、ヒートシンク５より放熱する放熱部材４が形成される。ヒートスプレッダ２と熱伝導シート１との接着は、後述する熱伝導シート１自身の粘着力によって行うことができるが、適宜、接着剤を用いてもよい。接着剤としては、熱伝導シート１のヒートスプレッダ２への接着と熱伝導を担う公知の放熱性樹脂、あるいは放熱性の接着フィルムを用いることができる。
［熱伝導シート］
熱伝導シート１は、バインダ樹脂と、絶縁皮膜に被覆された炭素繊維１１とを含有する熱伝導性樹脂組成物が硬化されたシート本体７を有し、前記シート本体７の表面に露出した炭素繊維１１は、前記絶縁皮膜により被覆されておらず、前記シート本体７より滲み出た前記バインダ樹脂の未硬化成分８によって被覆されている。
熱伝導シート１は、図２、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、バインダ樹脂と、絶縁皮膜に被覆された炭素繊維１１とを含有する熱伝導性樹脂組成物を硬化して形成した樹脂成型体９を、シート状に切断してシート表面に炭素繊維１１が露出されたシート本体７を得、その後、シート本体７をプレスして又は放置して、シート本体７及びシート本体７の表面に露出された炭素繊維１１をバインダ樹脂の未硬化成分８によって被覆することにより製造される。なお、シート本体７の表面に露出された炭素繊維１１は、絶縁皮膜１２によって被覆されていない。詳しくは後述する。
熱伝導シート１を構成する炭素繊維１１は、電子部品３からの熱を効率良くヒートスプレッダ２に伝導させるためのものである。炭素繊維１１は、平均径が小さすぎるとその比表面積が過大となって熱伝導シート１を作成する際の樹脂組成物の粘度が高く成りすぎることが懸念され、大きすぎると成型体の作成が困難になるおそれがあることから、炭素繊維１１の平均径は、好ましくは５μｍ〜１２μｍである。また、その平均繊維長は、好ましくは３０μｍ〜３００μｍである。炭素繊維１１の平均繊維長が、３０μｍ未満ではその比表面積が過大となって熱伝導性樹脂組成物の粘度が高くなりすぎる傾向があり、３００μｍより大きすぎると熱伝導シート１の圧縮を阻害する傾向がある。
炭素繊維１１は、熱伝導シート１に対して要求される機械的性質、熱的性質、電気的性質などの特性に応じて選択される。中でも、高弾性率、良好な熱伝導性、高導電性、電波遮蔽性、低熱膨張性等を示す点からピッチ系炭素繊維あるいはポリベンザゾールを黒鉛化した炭素繊維を好ましく使用することができる。
炭素繊維１１の熱伝導シート１中の含有量は、少なすぎると熱伝導率が低くなり、多すぎると粘度が高くなる傾向があるので、好ましくは１６体積％〜４０体積％である。
［絶縁皮膜］
図４に示すように、炭素繊維１１は表面が絶縁皮膜１２によって被覆されている。絶縁皮膜１２は、例えば酸化ケイ素、窒化ホウ素等の優れた電気絶縁性を有する材料を用いることができる。また、絶縁皮膜１２により炭素繊維１１を被覆する方法としては、例えばゾルゲル法、液相堆積法、ポリシロキサン法等が挙げられる。なお、炭素繊維１１と絶縁皮膜１２との接着性を高めるために、炭素繊維１１の表面を気相法、薬液処理法、電解法などによって酸化させてもよい。
炭素繊維１１を被覆する絶縁皮膜１２を酸化ケイ素とした場合、断面ＴＥＭ観察により観察される絶縁皮膜１２の平均厚さを５０ｎｍ以上、１００ｎｍ未満とすることが好ましい。
平均厚さ５０ｎｍ未満の絶縁皮膜１２を形成しようとすると、皮膜処理濃度を低下させる必要があるため、皮膜形成に長時間を要し生産性が損なわれるほか、バッチの処理量が減り廃液が増える。また、皮膜処理濃度を高めても厚み制御が難しく、生産性が損なわれるほか、炭素繊維１１が部分的に露出するなど絶縁性能を損なうおそれもある。
また、平均厚さ１００ｎｍ以上の絶縁皮膜１２を形成する場合、炭素繊維１１を被覆する絶縁皮膜１２の形成に寄与するシリカの他に、微粒子状のシリカが形成されてしまう。このため、絶縁皮膜１２により被覆された炭素繊維１１をバインダ樹脂に混合しようとすると、微粒子状のシリカも同時に混合されてしまい、熱抵抗値の悪化を招く。また、被膜処理濃度を調整して複数回繰り返して膜厚を調整する方法も考えられるが、被覆処理の回数が増える事で、生産効率の低下と廃液量の増加につながるため、好ましくない。
［熱伝導性フィラー］
なお、炭素繊維１１の他に、本発明の効果を損なわない範囲で、繊維状フィラー、板状フィラー、鱗片状フィラー、球状フィラー等の熱伝導性フィラーを併用することができる。
熱伝導性フィラーとしては、例えば、金属（例えば、ニッケル、鉄等）、ガラス、セラミックス〔例えば、酸化物（例えば、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素等）、窒化物（例えば、窒化ホウ素、窒化アルミニウム等）、ホウ化物（例えば、ホウ化アルミニウム等）、炭化物（例えば、炭化ケイ素等）等の非金属系無機繊維〕等の各種フィラーを挙げることができる。
特に、炭素繊維１１の熱伝導性樹脂組成物中での二次凝集の抑制という観点から、０．１μｍ〜１０μｍ径の球状フィラー（好ましくは球状アルミナや球状窒化アルミ）を、炭素繊維１１を１００質量部に対し、好ましくは５０質量部〜９００質量部併用することが好ましい。
［バインダ樹脂］
バインダ樹脂は、炭素繊維１１及び適宜添加された熱伝導性フィラーを熱伝導シート１内に保持するものであり、熱伝導シート１に要求される機械的強度、耐熱性、電気的性質等の特性に応じて選択される。このようなバインダ樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、熱硬化性樹脂の中から選択することができる。
熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体等のエチレン−αオレフィン共重合体、ポリメチルペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリフッ化ビニリデン及びポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系重合体、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、スチレン−アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）樹脂、ポリフェニレン−エーテル共重合体（ＰＰＥ）樹脂、変性ＰＰＥ樹脂、脂肪族ポリアミド類、芳香族ポリアミド類、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチルエステル等のポリメタクリル酸エステル類、ポリアクリル酸類、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルケトン、ポリケトン、液晶ポリマー、シリコーン樹脂、アイオノマー等が挙げられる。
熱可塑性エラストマーとしては、スチレン−ブタジエンブロック共重合体又はその水添化物、スチレン−イソプレンブロック共重合体又はその水添化物、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー等が挙げられる。
熱硬化性樹脂としては、架橋ゴム、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂等が挙げられる。架橋ゴムの具体例としては、天然ゴム、アクリルゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、ニトリルゴム、水添ニトリルゴム、クロロプレンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、塩素化ポリエチレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、及びシリコーンゴムが挙げられる。
熱伝導性樹脂組成物は、繊維状フィラーとバインダ樹脂とに加えて、必要に応じて各種添加剤や揮発性溶剤を、公知の手法により均一に混合することにより調整することができる。
このような熱伝導シート１は、後述するように、バインダ樹脂中に絶縁皮膜１２によって被覆された炭素繊維１１を含有する熱伝導性樹脂組成物を硬化して形成した樹脂成型体９を、シート状にスライスしてシート表面に炭素繊維１１が露出されたシート本体７を得、その後、シート本体７をプレスする又は放置することにより製造される。
このとき、スライスにより、シート表面に露出された炭素繊維１１の絶縁皮膜１２が除去されるため、熱伝導シート１は、絶縁皮膜１２による熱伝導率の低下を抑制できる。その後、熱伝導シート１は、シート本体７をプレスする又は放置することにより表面に滲み出したバインダ樹脂の未硬化成分８で絶縁皮膜１２が除去された炭素繊維１１が被覆されるため、シートの絶縁性と熱伝導率を両立することができる。
また、熱伝導シート１は、プレスされる又は放置されることにより、シート本体７より全表面にわたってバインダ樹脂の未硬化成分８が滲み出し、当該未硬化成分８によって以下の（１）及び（２）が被覆されている。
（１）シート本体７の表面
（２）シート本体７の表面に露出された炭素繊維１１
これにより、熱伝導シート１は、シート表面に微粘着性（タック性）が発現する。したがって、熱伝導シート１は、電子部品３やヒートスプレッダ２の表面に対する追従性、密着性が向上し、低荷重領域においても熱抵抗を低減させることができる。
また、熱伝導シート１は、シート本体７の表面がバインダ樹脂の未硬化成分８によって被覆され、表面に微粘着性が発現することにより、ヒートスプレッダ２の主面２ａへの接着、あるいは、電子部品３の上面３ａへの仮固定が可能となる。したがって、熱伝導シート１は、別途接着剤を用いる必要がなく、製造工程の省力化、低コスト化を実現することができる。
なお、未硬化成分８によるシート本体７の表面の被覆、及び未硬化成分８による絶縁皮膜１２が除去された炭素繊維１１の被覆は、必ずしも絶縁皮膜１２が除去された炭素繊維１１が完全に埋没する厚みは必要なく、シート本体７の表面ならびに絶縁皮膜１２が除去された炭素繊維１１が被覆されていれば、絶縁皮膜１２が除去された炭素繊維１１の形状が判断できる程度の厚みであっても十分である。
ここで、熱伝導シート１は、熱伝導性樹脂組成物のバインダ樹脂の主剤と硬化剤の成分比を調整することにより、所望の微粘着性（タック性）を得ることができる。例えば、熱伝導性樹脂組成物のバインダ樹脂として２液性の付加反応型液状シリコーン樹脂を用いた場合、主剤と硬化剤の成分比率は、
主剤：硬化剤＝５０：５０〜６５：３５（質量比）
とすることが好ましい。
この成分比で調整することにより、熱伝導シート１は、シート形状を維持しつつ、プレスする又は放置することによってバインダ樹脂の未硬化成分８が滲み出し、シート本体７の全表面を被覆して、シート全体に適度な微粘着性を得ることができる。
一方、この成分比よりも主剤の成分が少ないと、熱伝導シート１は、バインダ樹脂の硬化が進み、柔軟性に欠けるとともに、シート本体７のバインダ樹脂の未硬化成分８による被覆も不十分でシート本体７の少なくとも一部では微粘着性も発現しない。また、この成分比よりも硬化剤の成分が少ないと、粘着性が過剰に発現してシート形状が維持できず、また成型体からシート状に切り出すことも困難となり、取扱い性を損なう。
また、熱伝導シート１は、ＡＳＴＭ−Ｄ２２４０の測定方法によるショアＯＯ硬度が７０以下であることが好ましい。熱伝導シート１の硬度がショアＯＯ硬度で７０を超えると、シート本体７が十分な柔軟性を発揮することができず、電子部品３やヒートスプレッダ２の表面に対する追従性、密着性が低下し、熱抵抗を上昇させるおそれがある。なお、熱伝導シート１の硬度の下限は特に限定されない。
なお、熱伝導シート１の体積抵抗率は、１×１０６Ω・ｃｍ以上が好ましい。これにより、周辺の回路部品に熱伝導シート１が接触しても、電子機器の故障等を招く懸念がない。
熱伝導シートの表面形状は、例えば、以下の例が挙げられる。
一つは、図５に示すように、表面が平滑な態様である。この場合、炭素繊維１１を被覆する未硬化成分８の表面が平滑である。
もう一つは、図６に示すように、表面が、シート本体７の表面に露出した炭素繊維１１に由来する凸部を有する態様である。この場合、炭素繊維１１を被覆する未硬化成分８の表面が平滑ではなく、炭素繊維１１に由来する凸部を有している。
なお、図５及び図６においては、炭素繊維１１を被覆する絶縁皮膜１２を省略している。
［熱伝導シートの製造工程］
本発明の熱伝導シート１は、以下の工程（Ａ）〜（Ｄ）を有する製造方法によって製造することができる。以下、工程毎に詳細に説明する。
＜工程Ａ＞
まず、絶縁皮膜１２によって被覆された炭素繊維１１及び適宜添加される熱伝導性フィラーをバインダ樹脂に分散させることにより熱伝導シート１形成用の熱伝導性樹脂組成物を調製する。この調製は、炭素繊維１１及び熱伝導性フィラーとバインダ樹脂と必要に応じて配合される各種添加剤や揮発性溶剤とを公知の手法により均一に混合することにより行うことができる。
＜工程Ｂ＞
次に、調製された熱伝導性樹脂組成物から、押出し成型法又は金型成型法によりブロック状の樹脂成型体９を形成する。
押出し成型法、金型成型法としては、特に制限されず、公知の各種押出し成型法、金型成型法の中から、熱伝導性樹脂組成物の粘度や熱伝導シート１に要求される特性等に応じて適宜採用することができる。
押出し成型法において、熱伝導性樹脂組成物をダイより押し出す際、あるいは金型成型法において、熱伝導性樹脂組成物を金型へ圧入する際、バインダ樹脂が流動し、その流動方向に沿って一部の炭素繊維１１が配向するが、多くは配向がランダムになっている。
なお、ダイの先端にスリットを取り付けた場合、押し出された樹脂成型体９の幅方向に対して中央部は、炭素繊維１１が配向しやすい傾向がある。その一方、樹脂成型体９の幅方向に対して周辺部は、スリット壁の影響を受けて炭素繊維１１がランダムに配向されやすい。
樹脂成型体９の大きさ・形状は、求められる熱伝導シート１の大きさに応じて決めることができる。例えば、断面の縦の大きさが０．５ｃｍ〜１５ｃｍで横の大きさが０．５ｃｍ〜１５ｃｍの直方体が挙げられる。直方体の長さは必要に応じて決定すればよい。
＜工程Ｃ＞
次に、形成された樹脂成型体９をシート状にスライスする。これによりシート本体７が得られる。このシート本体７は、スライスにより得られるシートの表面（スライス面）に炭素繊維１１が露出する。このとき、樹脂成型体９とともに炭素繊維１１もカットされることから、シート表面に露出された炭素繊維１１を被覆する絶縁皮膜１２が除去される（即ち、シート表面に露出された炭素繊維１１は、絶縁皮膜１２によって被覆されていない）。したがって、熱伝導シート１は厚さ方向に亘って良好な熱伝導率を維持することができる。
スライスする方法としては特に制限はなく、樹脂成型体９の大きさや機械的強度により公知のスライス装置１３（好ましくは超音波カッターやかんな）の中から適宜選択することができる。樹脂成型体９のスライス方向としては、成型方法が押出し成型方法である場合には、押出し方向に配向しているものもあるために押出し方向に対して６０度〜１２０度、より好ましくは７０度〜１００度の方向である。特に好ましくは９０度（垂直）の方向である。
スライス厚としても、特に制限はなく、熱伝導シート１の使用目的等に応じて適宜選択することができる。
＜工程Ｄ＞
次いで、シート本体７の表面に露出した炭素繊維１１を、バインダ樹脂の成分で被覆する。この方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。
（１）シート本体７をプレスすることにより、シート本体７より滲み出たバインダ樹脂の未硬化成分８によって、シート本体の７表面及びシート本体７の表面より露出する炭素繊維１１を被覆する。
（２）シート本体７を放置することにより、シート本体７より滲み出たバインダ樹脂の未硬化成分８によって、シート本体７の表面及びシート本体７の表面より露出する炭素繊維１１を被覆する。
まず、前記（１）の方法について説明する。
得られたシート本体７のスライス面をプレスする。プレスの方法としては、平盤と表面が平坦なプレスヘッドとからなる一対のプレス装置を使用することができる。また、ピンチロールでプレスしてもよい。
プレスの条件によって、得られる熱伝導シートの表面の形状は異なる。
次に、前記（２）の方法について説明する。
得られたシート本体７を放置する。放置時間によって、得られる熱伝導シートの表面の形状は異なる。
例えば、短時間の放置であれば、図６に示すような、表面がシート本体７の表面に露出した炭素繊維１１に由来する凸部を有する熱伝導シートが得られる。
一方、長時間の放置であれば、図５に示すような、表面が平滑な熱伝導シートが得られる。
これにより、シート本体７からバインダ樹脂の未硬化成分８が滲み出し、当該未硬化成分８によってシート本体７の表面が被覆された熱伝導シート１を得る（図３Ｂ参照）。熱伝導シート１は、スライス面に露出されていた炭素繊維１１（絶縁皮膜により被覆されていない炭素繊維１１）が、バインダ樹脂の未硬化成分８に被覆される。したがって、熱伝導シート１は、電気的な絶縁性を確保することができ、半導体素子周辺の回路に接触した場合や、熱伝導シート１に欠損が生じて回路に落下した場合にも、ショートによる電子機器の故障を防止することができる。
また、熱伝導シート１は、シート表面に微粘着性（タック性）が発現する。したがって、熱伝導シート１は、電子部品３やヒートスプレッダ２の表面に対する追従性、密着性が向上し、熱抵抗を低減させることができる。
また、熱伝導シート１は、シート本体７の表面がバインダ樹脂の未硬化成分８によって被覆され、表面に微粘着性が発現することにより、ヒートスプレッダ２の主面２ａへの接着、あるいは、電子部品３の上面３ａへの仮固定が可能となる。したがって、熱伝導シート１は、別途接着剤を用いる必要がなく、製造工程の省力化、低コスト化を実現することができる。
さらに、熱伝導シート１は、取扱い中に表面の微粘着性を喪失した場合にも、プレスを行うと、再度シート本体７よりバインダ樹脂の未硬化成分８が滲み出し、当該未硬化成分８によって表面が被覆される。したがって、熱伝導シート１は、ヒートスプレッダ２への接着位置や、電子部品３への仮固定位置がずれた場合にも、リペアが可能となる。
また、熱伝導シート１は、バインダ樹脂の未硬化成分８がシート本体７の全面から滲み出し、シート本体７の表裏面のみならず側面も被覆される。バインダ樹脂の未硬化成分８は絶縁性を有するため、熱伝導シート１は、側面に絶縁性が付与される。したがって、熱伝導シート１は、電子部品３とヒートスプレッダ２とに挟持されて周辺に膨出し、周辺に配置された導電性の部材と接触した場合にも、熱伝導シート１を介して半導体素子やヒートシンクと当該導電性部材とが短絡することを防止することができる。
なお、熱伝導シート１は、プレスされることにより厚み方向に圧縮され、炭素繊維１１や熱伝導性フィラー同士の接触の頻度を増大させることができる。これにより、熱伝導シート１の熱抵抗を低減させることが可能となる。また、熱伝導シート１は、プレスされることにより、表面が平滑化される。
プレスの際の圧力としては、低すぎるとプレスをしない場合と熱抵抗が変わらない傾向があり、高すぎるとシートが延伸する傾向があるので、好ましくは０．００９８ＭＰａ〜９．８ＭＰａ、より好ましくは０．０４９ＭＰａ〜９．３ＭＰａである。
また、熱伝導シート１は、図７に示すように、プレスヘッドと対峙する載置面にスペーサ１０を配置してシート本体７がプレスされることにより、当該スペーサ１０の高さに応じた所定のシート厚に形成することができる。
熱伝導シート１は、プレスされることにより、シート本体７内のバインダ樹脂の未硬化成分８が滲み出し、シート表面の全体を被覆すると、滲み出しが止まる。プレス時間は、バインダ樹脂中のバインダ樹脂の成分と硬化剤成分の配合比、プレス圧力、シート面積等に応じて、バインダ樹脂の未硬化成分８が滲み出し、シート本体７の表面の全体を被覆するのに十分な時間を適宜設定することができる。
また、プレス工程は、バインダ樹脂の未硬化成分８の滲み出し、シート本体７表面の被覆の効果をより促進させるために、ヒータを内蔵したプレスヘッドを用いて、加熱しながら行ってもよい。このような効果を高めるため、加熱温度はバインダ樹脂のガラス転移温度以上で行うことが好ましい。これにより、プレス時間を短縮することができる。
次いで、本発明の実施例について説明する。本実施例では、熱伝導性樹脂組成物のバインダ成分と硬化剤成分の成分比、及び絶縁皮膜による炭素繊維の絶縁被覆の有無を変えて熱伝導シートのサンプルを形成し、各サンプルについて、微粘着性の有無、ショアＯＯ硬度、圧縮応力［Ｎ］、シートの初期厚み［ｍｍ］、熱抵抗（Ｋ・ｃｍ２／Ｗ）、体積抵抗率［Ω・ｃｍ］を測定、評価した。ただし、実施例１、５、及び９を参考例に読み替える。
［製造例１：炭素繊維の絶縁皮膜処理］
各実施例に用いた炭素繊維への絶縁被膜の形成は、以下の方法により行った。
樹脂容器（ＰＥ）に、第一配合物〔平均繊維長１００μｍ、平均繊維径９μｍのピッチ系炭素繊維（熱伝導性繊維：日本グラファイトファイバー株式会社製）３００ｇ、テトラエトキシシラン６００ｇ、及びエタノール２７００ｇ〕を投入し撹拌翼にて混合した。これに、第二配合物（１０質量％アンモニア水１０５０ｇ）を５分間かけて投入した。第二配合物の投入が完了した時点を０分として３時間攪拌を行った。攪拌終了後、真空ポンプを用いて吸引濾過を行い、回収したサンプルをビーカーに移し、水やエタノールで洗浄後、再度濾過を行い、サンプルを回収した。回収したサンプルを１００℃で２時間乾燥し、２００℃で８時間焼成を行い、被覆炭素繊維を得た。
ＴＥＭにて断面測長することにより、平均厚み７７ｎｍのＳｉＯ２を主とする皮膜が観察された。
［製造例２：炭素繊維の絶縁皮膜処理］
製造例１において、ピッチ系炭素繊維を以下のピッチ系炭素繊維に代えた以外は、製造例１と同様にして、炭素繊維の絶縁皮膜処理を行い、被覆炭素繊維を得た。
・ピッチ系炭素繊維（熱伝導性繊維、平均繊維長１５０μｍ、平均繊維径９μｍ、日本グラファイトファイバー株式会社製）
ＴＥＭにて断面測長することにより、平均厚み５５ｎｍのＳｉＯ２を主とする皮膜が観察された。
［製造例３：炭素繊維の絶縁皮膜処理］
製造例１において、ピッチ系炭素繊維を以下のピッチ系炭素繊維に代えた以外は、製造例１と同様にして、炭素繊維の絶縁皮膜処理を行い、被覆炭素繊維を得た。
・ピッチ系炭素繊維（熱伝導性繊維、平均繊維長９０μｍ、平均繊維径９μｍ、日本グラファイトファイバー株式会社製）
ＴＥＭにて断面測長することにより、平均厚み９５ｎｍのＳｉＯ２を主とする皮膜が観察された。
［製造例４：炭素繊維の絶縁皮膜処理］
製造例１において、ピッチ系炭素繊維を以下のピッチ系炭素繊維に代えた以外は、製造例１と同様にして、炭素繊維の絶縁皮膜処理を行い、被覆炭素繊維を得た。
・ピッチ系炭素繊維（熱伝導性繊維、平均繊維長１１０μｍ、平均繊維径９μｍ、日本グラファイトファイバー株式会社製）
ＴＥＭにて断面測長することにより、平均厚み６５ｎｍのＳｉＯ２を主とする皮膜が観察された。
なお、製造例１〜４においては、ピッチ系炭素繊維の平均繊維長を変えた以外は、同じ処理条件である。同じ処理条件でも、ピッチ系炭素繊維の平均繊維長を変えることで、形成される皮膜の厚みが変化した。具体的には、炭素繊維の平均繊維長が長くなるほど、形成される皮膜の厚みが薄くなった。なお、炭素繊維の平均繊維長は、被覆の厚みが変わる要素の一つである。
［ショアＯＯ硬度の測定］
実施例１〜１６、及び比較例１〜６に係る各熱伝導シートサンプルについて、ＡＳＴＭ−Ｄ２２４０の測定方法によるショアＯＯ硬度を測定した。
［圧縮応力の測定］
また、実施例１〜１６、及び比較例１〜６に係るシート本体プレス後の熱伝導シートについて、引張圧縮試験機（（株）エーアンドデー製、テンシロンＲＴＧ１２２５）を用いて、圧縮速度２５．４ｍｍ／ｍｉｎで４０％圧縮した際の最大圧縮応力を測定した。
［熱抵抗値の測定］
また、実施例１〜１６、及び比較例１〜６に係る各熱伝導シートサンプルについて、ＡＳＴＭ−Ｄ５４７０に準拠した方法で荷重１．０ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲で熱抵抗値を測定した。
［体積抵抗率の測定］
また、実施例１〜１６、及び比較例１〜６に係る各熱伝導シートサンプルについて、ＪＩＳ Ｋ−６９１１に準拠した方法で、三菱化学アナリテック社製ハイレスタ（ＭＣＰ−ＨＴ８００）及びＵＲＳプローブを用いて、体積抵抗率を測定した。印加電圧は実施例１〜１６では１００Ｖ、比較例１〜４では１Ｖ、比較例５〜６では１００Ｖとした。
なお、比較例１〜４において、印加電圧を１Ｖとするのは、実施例や、比較例５〜６とは異なり、印加電圧が低くても測定が可能な為である。
［実施例１］
実施例１では、２液性の付加反応型液状シリコーン樹脂に、シランカップリング剤でカップリング処理したアルミナ粒子（熱伝導性粒子：電気化学工業株式会社製、平均粒径４μｍ）２０ｖｏｌ％と、製造例１で得られた被覆炭素繊維（平均繊維長１００μｍ、平均繊維径９μｍ）２２ｖｏｌ％と、シランカップリング剤でカップリング処理した窒化アルミ（熱伝導性粒子：株式会社トクヤマ製、平均粒径１μｍ）２４ｖｏｌ％とを分散させて、シリコーン樹脂組成物（熱伝導性樹脂組成物）を調製した。
２液性の付加反応型液状シリコーン樹脂は、シリコーンＡ液５０質量％、シリコーンＢ液５０質量％の比率で混合したものである。なお、以下の実施例・比較例において用いたシリコーンＡ液、及びシリコーンＢ液は、前記シリコーンＡ液、及び前記シリコーンＢ液とそれぞれ同じものである。
得られたシリコーン樹脂組成物を、内壁に剥離処理したＰＥＴフィルムを貼った直方体状の中空金型（３０ｍｍ×３０ｍｍ）の中に押し出してシリコーン成型体を成型した。得られたシリコーン成型体をオーブンにて１００℃で６時間硬化してシリコーン硬化物とした。得られたシリコーン硬化物を、超音波カッターで切断し、厚み約２ｍｍの成型体シートを得た。超音波カッターのスライス速度は、毎秒５０ｍｍとした。また、超音波カッターに付与する超音波振動は、発振周波数を２０．５ｋＨｚとし、振幅を６０μｍとした。
得られた成型体シートを剥離処理をしたＰＥＴフィルムで挟んだ後、厚さ１．９７ｍｍのスペーサを入れてプレスすることにより、シート表面がバインダ樹脂の未硬化成分で覆われた熱伝導シートサンプルを得た。プレス条件は、８０℃、１ＭＰａ設定で、３ｍｉｎとした。
被覆炭素繊維は絶縁皮膜の厚さが７７ｎｍであった。
熱伝導シートサンプルは、ショアＯＯ硬度が６１、シートの初期厚みが１．９９８ｍｍ、圧縮応力が９００Ｎであった。
シート表面には微粘着性が発現した。
また、実施例１に係る熱伝導シートサンプルは、熱抵抗が１．００［Ｋ・ｃｍ２／Ｗ］、印加電圧１００Ｖにおける体積抵抗率が２．３×１０１０［Ω・ｃｍ］であった。
［実施例２］
実施例２では、２液性の付加反応型液状シリコーン樹脂として、シリコーンＡ液５５質量％と、シリコーンＢ液４５質量％とを混合したものを用いた他は、実施例１と同じ条件で、熱伝導シートサンプルを作成した。
被覆炭素繊維は絶縁皮膜の厚さが７７ｎｍであった。
熱伝導シートサンプルは、ショアＯＯ硬度が５５、シートの初期厚みが２．０３１ｍｍ、圧縮応力が７００Ｎであった。
シート表面には微粘着性が発現した。
また、実施例２に係る熱伝導シートサンプルは、熱抵抗が０．９５［Ｋ・ｃｍ２／Ｗ］、印加電圧１００Ｖにおける体積抵抗率が２．７×１０１０［Ω・ｃｍ］であった。
［実施例３］
実施例３では、２液性の付加反応型液状シリコーン樹脂として、シリコーンＡ液６０質量％と、シリコーンＢ液４０質量％とを混合したものを用いた他は、実施例１と同じ条件で、熱伝導シートサンプルを作成した。
被覆炭素繊維は絶縁皮膜の厚さが７７ｎｍであった。
熱伝導シートサンプルは、ショアＯＯ硬度が５０、シートの初期厚みが２．００５ｍｍ、圧縮応力が４５０Ｎであった。
シート表面には微粘着性が発現した。
また、実施例３に係る熱伝導シートサンプルは、熱抵抗が０．９２［Ｋ・ｃｍ２／Ｗ］、印加電圧１００Ｖにおける体積抵抗率が３．６×１０１０［Ω・ｃｍ］であった。
［実施例４］
実施例４では、２液性の付加反応型液状シリコーン樹脂として、シリコーンＡ液６５質量％と、シリコーンＢ液３５質量％とを混合したものを用いた他は、実施例１と同じ条件で、熱伝導シートサンプルを作成した。
被覆炭素繊維は絶縁皮膜の厚さが７７ｎｍであった。
熱伝導シートサンプルは、ショアＯＯ硬度が４２、シートの初期厚みが１．９８２ｍｍ、圧縮応力が３００Ｎであった。
シート表面には微粘着性が発現した。
また、実施例４に係る熱伝導シートサンプルは、熱抵抗が０．９４［Ｋ・ｃｍ２／Ｗ］、印加電圧１００Ｖにおける体積抵抗率が４．４×１０１０［Ω・ｃｍ］であった。
［実施例５］
実施例５では、炭素繊維として、製造例２で得られた被覆炭素繊維（平均繊維長１５０μｍ）を用いた他は、実施例１と同じ条件で、熱伝導シートサンプルを作成した。
被覆炭素繊維は絶縁皮膜の厚さが５５ｎｍであった。
熱伝導シートサンプルは、ショアＯＯ硬度が７０、シートの初期厚みが２．０００ｍｍ、圧縮応力が９５０Ｎであった。
シート表面には微粘着性が発現した。
また、実施例５に係る熱伝導シートサンプルは、熱抵抗が０．９１［Ｋ・ｃｍ２／Ｗ］、印加電圧１００Ｖにおける体積抵抗率が３．６×１０９［Ω・ｃｍ］であった。
［実施例６］
実施例６では、炭素繊維として、製造例２で得られた被覆炭素繊維（平均繊維長１５０μｍ）を用いた他は、実施例２と同じ条件で、熱伝導シートサンプルを作成した。
被覆炭素繊維は絶縁皮膜の厚さが５５ｎｍであった。
熱伝導シートサンプルは、ショアＯＯ硬度が５８、シートの初期厚みが２．００９ｍｍ、圧縮応力が８００Ｎであった。
シート表面には微粘着性が発現した。
また、実施例６に係る熱伝導シートサンプルは、熱抵抗が０．８８［Ｋ・ｃｍ２／Ｗ］、印加電圧１００Ｖにおける体積抵抗率が４．７×１０９［Ω・ｃｍ］であった。
［実施例７］
実施例７では、炭素繊維として、製造例２で得られた被覆炭素繊維（平均繊維長１５０μｍ）を用いた他は、実施例３と同じ条件で、熱伝導シートサンプルを作成した。
被覆炭素繊維は絶縁皮膜の厚さが５５ｎｍであった。
熱伝導シートサンプルは、ショアＯＯ硬度が５７、シートの初期厚みが１．９９１ｍｍ、圧縮応力が５５０Ｎであった。
シート表面には微粘着性が発現した。
また、実施例７に係る熱伝導シートサンプルは、熱抵抗が０．８６［Ｋ・ｃｍ２／Ｗ］、印加電圧１００Ｖにおける体積抵抗率が６．７×１０９［Ω・ｃｍ］であった。
［実施例８］
実施例８では、炭素繊維として、製造例２で得られた被覆炭素繊維（平均繊維長１５０μｍ）を用いた他は、実施例４と同じ条件で、熱伝導シートサンプルを作成した。
被覆炭素繊維は絶縁皮膜の厚さが５５ｎｍであった。
熱伝導シートサンプルは、ショアＯＯ硬度が５０、シートの初期厚みが２．０１６ｍｍ、圧縮応力が３５０Ｎであった。
シート表面には微粘着性が発現した。
また、実施例８に係る熱伝導シートサンプルは、熱抵抗が０．８８［Ｋ・ｃｍ２／Ｗ］、印加電圧１００Ｖにおける体積抵抗率が８．２×１０９［Ω・ｃｍ］であった。
［実施例９］
実施例９では、２液性の付加反応型液状シリコーン樹脂に、シランカップリング剤でカップリング処理したアルミナ粒子（熱伝導性粒子：電気化学工業株式会社製、平均粒径４μｍ）４３ｖｏｌ％と、製造例３で得られた被覆炭素繊維（平均繊維長９０μｍ、平均繊維径９μｍ）２３ｖｏｌ％を分散させて、シリコーン樹脂組成物（熱伝導性樹脂組成物）を調製した。
２液性の付加反応型液状シリコーン樹脂は、シリコーンＡ液５０質量％、シリコーンＢ液５０質量％の比率で混合したものである。
得られたシリコーン樹脂組成物を、内壁に剥離処理したＰＥＴフィルムを貼った直方体状の中空金型（３０ｍｍ×３０ｍｍ）の中に押し出してシリコーン成型体を成型した。得られたシリコーン成型体をオーブンにて１００℃で６時間硬化してシリコーン硬化物とした。得られたシリコーン硬化物を、超音波カッターで切断し、厚み約２ｍｍの成型体シートを得た。超音波カッターのスライス速度は、毎秒５０ｍｍとした。また、超音波カッターに付与する超音波振動は、発振周波数を２０．５ｋＨｚとし、振幅を６０μｍとした。
得られた成型体シートを剥離処理をしたＰＥＴフィルムで挟んだ後、スペーサを入れてプレスすることにより、シート表面がバインダ樹脂の未硬化成分で覆われた熱伝導シートサンプルを得た。プレス条件は、８０℃、１ＭＰａ設定で、３ｍｉｎとした。
被覆炭素繊維は絶縁皮膜の厚さが９５ｎｍであった。
熱伝導シートサンプルは、ショアＯＯ硬度が５９、シートの初期厚みが２．０１７ｍｍ、圧縮応力が９００Ｎであった。
シート表面には微粘着性が発現した。
また、実施例９に係る熱伝導シートサンプルは、熱抵抗が１．８９［Ｋ・ｃｍ２／Ｗ］、印加電圧１００Ｖにおける体積抵抗率が１．２×１０１０［Ω・ｃｍ］であった。
［実施例１０］
実施例１０では、２液性の付加反応型液状シリコーン樹脂として、シリコーンＡ液５５質量％と、シリコーンＢ液４５質量％とを混合したものを用いた他は、実施例９と同じ条件で、熱伝導シートサンプルを作成した。
被覆炭素繊維は絶縁皮膜の厚さが９５ｎｍであった。
熱伝導シートサンプルは、ショアＯＯ硬度が５３、シートの初期厚みが２．００８ｍｍ、圧縮応力が８００Ｎであった。
シート表面には微粘着性が発現した。
また、実施例１０に係る熱伝導シートサンプルは、熱抵抗が１．８３［Ｋ・ｃｍ２／Ｗ］、印加電圧１００Ｖにおける体積抵抗率が２．９×１０１０［Ω・ｃｍ］であった。
［実施例１１］
実施例１１では、２液性の付加反応型液状シリコーン樹脂として、シリコーンＡ液６０質量％と、シリコーンＢ液４０質量％とを混合したものを用いた他は、実施例９と同じ条件で、熱伝導シートサンプルを作成した。
被覆炭素繊維は絶縁皮膜の厚さが９５ｎｍであった。
熱伝導シートサンプルは、ショアＯＯ硬度が５１、シートの初期厚みが１．９８２ｍｍ、圧縮応力が５００Ｎであった。
シート表面には微粘着性が発現した。
また、実施例１１に係る熱伝導シートサンプルは、熱抵抗が１．７９［Ｋ・ｃｍ２／Ｗ］、印加電圧１００Ｖにおける体積抵抗率が４．２×１０１０［Ω・ｃｍ］であった。
［実施例１２］
実施例１２では、２液性の付加反応型液状シリコーン樹脂として、シリコーンＡ液６５質量％と、シリコーンＢ液３５質量％とを混合したものを用いた他は、実施例９と同じ条件で、熱伝導シートサンプルを作成した。
被覆炭素繊維は絶縁皮膜の厚さが９５ｎｍであった。
熱伝導シートサンプルは、ショアＯＯ硬度が４５、シートの初期厚みが１．９９６ｍｍ、圧縮応力が２５０Ｎであった。
シート表面には微粘着性が発現した。
また、実施例１２に係る熱伝導シートサンプルは、熱抵抗が１．８５［Ｋ・ｃｍ２／Ｗ］、印加電圧１００Ｖにおける体積抵抗率が５．５×１０１０［Ω・ｃｍ］であった。
［実施例１３］
実施例１３では、製造例４で得られた被覆炭素繊維（平均繊維長１１０μｍ）を用いた他は、実施例３と同じ条件で、成型体シートを作成した。
得られた成型体シートを剥離処理をしたＰＥＴフィルムで挟んだ後、厚さ１．９７ｍｍのスペーサを入れてプレスすることにより、シート表面がバインダ樹脂の未硬化成分で覆われた熱伝導シートサンプルを得た。プレス条件は、１００℃、１ＭＰａ設定で、３０ｓｅｃとした。温度をより高温してプレス時間を短くしたことでシート表面は熱伝導フィラーの形状を反映しながら表面を反応に寄与しない成分で被覆されるようにした。
被覆炭素繊維は絶縁皮膜の厚さが６５ｎｍであった。
熱伝導シートサンプルは、ショアＯＯ硬度が５２、シートの初期厚みが２．０１１ｍｍ、圧縮応力が５００Ｎであった。
シート表面には微粘着性が発現した。
また、実施例１３に係る熱伝導シートサンプルは、熱抵抗が０．８５［Ｋ・ｃｍ２／Ｗ］、印加電圧１００Ｖにおける体積抵抗率が８．９×１０９［Ω・ｃｍ］であった。
［実施例１４］
実施例１４では、製造例４で得られた被覆炭素繊維（平均繊維長１１０μｍ）を用いた他は、実施例４と同じ条件で、成型体シートを作成した。
得られた成型体シートを剥離処理をしたＰＥＴフィルムで挟んだ後、厚さ１．９７ｍｍのスペーサを入れてプレスすることにより、シート表面がバインダ樹脂の未硬化成分で覆われた熱伝導シートサンプルを得た。プレス条件は、１００℃、１ＭＰａ設定で、３０ｓｅｃとした。温度をより高温してプレス時間を短くしたことでシート表面は熱伝導フィラーの形状を反映しながら表面を反応に寄与しない成分で被覆されるようにした。
被覆炭素繊維は絶縁皮膜の厚さが６５ｎｍであった。
熱伝導シートサンプルは、ショアＯＯ硬度が４８、シートの初期厚みが１．９７８ｍｍ、圧縮応力が３３０Ｎであった。
シート表面には微粘着性が発現した。
また、実施例１４に係る熱伝導シートサンプルは、熱抵抗が０．８４［Ｋ・ｃｍ２／Ｗ］、印加電圧１００Ｖにおける体積抵抗率が８．３×１０９［Ω・ｃｍ］であった。
［実施例１５］
実施例１５では、製造例４で得られた被覆炭素繊維（平均繊維長１１０μｍ）を用いた他は、実施例３と同じ条件で、成型体シートを作成した。
得られた成型体シートを剥離処理をしたＰＥＴフィルムで挟んだ後、プレスを行わないで１日放置してシート表面がバインダ樹脂の未硬化成分で覆われた熱伝導シートサンプルを得た。シート表面は熱伝導フィラーの形状を反映しながら表面を反応に寄与しない成分で被覆されるようにした。
被覆炭素繊維は絶縁皮膜の厚さが６５ｎｍであった。
熱伝導シートサンプルは、ショアＯＯ硬度が５０、シートの初期厚みが２．０２３ｍｍ、圧縮応力が４００Ｎであった。
シート表面には微粘着性が発現した。
また、実施例１５に係る熱伝導シートサンプルは、熱抵抗が０．８８［Ｋ・ｃｍ２／Ｗ］、印加電圧１００Ｖにおける体積抵抗率が９．４×１０９［Ω・ｃｍ］であった。
［実施例１６］
実施例１６では、製造例４で得られた被覆炭素繊維（平均繊維長１１０μｍ）を用いた他は、実施例３と同じ条件で、成型体シートを作成した。
得られた成型体シートを剥離処理をしたＰＥＴフィルムで挟んだ後、プレスを行わないで１週間放置してシート表面がバインダ樹脂の未硬化成分で覆われた熱伝導シートサンプルを得た。シート表面は熱伝導シート表面を反応に寄与しない成分で被覆されるようにした。
被覆炭素繊維は絶縁皮膜の厚さが６５ｎｍであった。
熱伝導シートサンプルは、ショアＯＯ硬度が４９、シートの初期厚みが２．００１ｍｍ、圧縮応力が３５０Ｎであった。
シート表面には微粘着性が発現した。
また、実施例１６に係る熱伝導シートサンプルは、熱抵抗が０．９０［Ｋ・ｃｍ２／Ｗ］、印加電圧１００Ｖにおける体積抵抗率が１．２×１０１０［Ω・ｃｍ］であった。
［比較例１］
比較例１では、絶縁皮膜処理を行っていないピッチ系炭素繊維（熱伝導性繊維：日本グラファイトファイバー株式会社製、平均繊維長１００μｍ、平均繊維径９μｍ）を用いた他は、実施例１と同じ条件で、熱伝導シートサンプルを作成した。
比較例１に係る熱伝導シートサンプルは、ショアＯＯ硬度が７２、シートの初期厚みが２．０１０ｍｍ、圧縮応力が１０００Ｎであった。
シート表面には微粘着性が発現した。
また、比較例１に係る熱伝導シートサンプルは、熱抵抗が０．８８［Ｋ・ｃｍ２／Ｗ］、印加電圧１Ｖにおける体積抵抗率が３．４×１０４［Ω・ｃｍ］であった。
［比較例２］
比較例２では、絶縁皮膜処理を行っていないピッチ系炭素繊維（熱伝導性繊維：日本グラファイトファイバー株式会社製、平均繊維長１００μｍ、平均繊維径９μｍ）を用いた他は、実施例２と同じ条件で、熱伝導シートサンプルを作成した。
比較例２に係る熱伝導シートサンプルは、ショアＯＯ硬度が６３、シートの初期厚みが１．９９ｍｍ、圧縮応力が９００Ｎであった。
シート表面には微粘着性が発現した。
また、比較例２に係る熱伝導シートサンプルは、熱抵抗が０．８５［Ｋ・ｃｍ２／Ｗ］、印加電圧１Ｖにおける体積抵抗率が３．６×１０４［Ω・ｃｍ］であった。
［比較例３］
比較例３では、絶縁皮膜処理を行っていないピッチ系炭素繊維（熱伝導性繊維：日本グラファイトファイバー株式会社製、平均繊維長１００μｍ、平均繊維径９μｍ）を用いた他は、実施例３と同じ条件で、熱伝導シートサンプルを作成した。
比較例３に係る熱伝導シートサンプルは、ショアＯＯ硬度が５９、シートの初期厚みが１．９９９ｍｍ、圧縮応力が４５０Ｎであった。
シート表面には微粘着性が発現した。
また、比較例３に係る熱伝導シートサンプルは、熱抵抗が０．８４［Ｋ・ｃｍ２／Ｗ］、印加電圧１Ｖにおける体積抵抗率が３．９×１０４［Ω・ｃｍ］であった。
［比較例４］
比較例４では、絶縁皮膜処理を行っていないピッチ系炭素繊維（熱伝導性繊維：日本グラファイトファイバー株式会社製、平均繊維長１００μｍ、平均繊維径９μｍ）を用いた他は、実施例４と同じ条件で、熱伝導シートサンプルを作成した。
比較例４に係る熱伝導シートサンプルは、ショアＯＯ硬度が５０、シートの初期厚みが２．００５ｍｍ、圧縮応力が３００Ｎであった。
シート表面には微粘着性が発現した。
また、比較例４に係る熱伝導シートサンプルは、熱抵抗が０．８７［Ｋ・ｃｍ２／Ｗ］、印加電圧１Ｖにおける体積抵抗率が４．７×１０４［Ω・ｃｍ］であった。
［比較例５］
比較例５では、比較例１で得られた熱伝導シートに２液性の付加反応型液状シリコーン樹脂として、シリコーンＡ液５０質量％と、シリコーンＢ液５０質量％とを混合したものを塗布して熱伝導シートサンプルを作成した。
比較例５に係る熱伝導シートサンプルは、ショアＯＯ硬度が７５、シートの初期厚みが２．０３０ｍｍ、圧縮応力が１０５０Ｎであった。
シート表面には微粘着性が発現した。
また、比較例５に係る熱伝導シートサンプルは、熱抵抗が２．４３［Ｋ・ｃｍ２／Ｗ］、印加電圧１００Ｖにおける体積抵抗率が１．０×１０１２［Ω・ｃｍ］であった。
［比較例６］
比較例６では、塗布する２液性の付加反応型液状シリコーン樹脂として、シリコーンＡ液４５質量％と、シリコーンＢ液５５質量％とを混合したものを用いた他は、比較例５と同じ条件で、熱伝導シートサンプルを作成した。
比較例６に係る熱伝導シートサンプルは、ショアＯＯ硬度が７５、シートの初期厚みが２．０１５ｍｍ、圧縮応力が１２００Ｎであった。
シート表面には微粘着性が発現しなかった。
また、比較例６に係る熱伝導シートサンプルは、熱抵抗が２．５６［Ｋ・ｃｍ２／Ｗ］、印加電圧１００Ｖにおける体積抵抗率が８．１×１０１１［Ω・ｃｍ］であった。
［微粘着性の評価］
また、実施例１〜１６及び比較例１〜６に係る各熱伝導シートサンプルについて、微粘着性の評価を行った。微粘着性の評価は、実施例１〜１６及び比較例１〜６に係るシリコーン硬化物をスライスして得られた成型体シートを剥離処理していないＰＥＴフィルムで挟んだ後、厚さ１．９７ｍｍのスペーサを入れて８０℃、２．４５ＭＰａ設定で、３ｍｉｎプレスした後、常温まで冷却することにより、微粘着性評価用熱伝導シートサンプルを得た。
この微粘着性評価用熱伝導シートサンプルのＰＥＴフィルムの端部を手で剥離し、試験機で当該端部を挟持した後、９０°上方に５０ｍｍ／ｍｍの速度で引っ張り、荷重を測定し、剥離力（荷重）に応じて微粘着性（タック性）について評価した。各サンプルの剥離力は所定の幅を持って計測される。以下の評価基準で評価した。
〔評価基準〕
◎（最適）：剥離力が０．０５〜０．２５（Ｎ／ｃｍ）の範囲で振れた場合
○（良好）：剥離力が０．０２〜０．０５（Ｎ／ｃｍ）、０．２０〜０．３０（Ｎ／ｃｍ）の範囲で振れた場合
△（普通）：剥離力が０〜０．０４（Ｎ／ｃｍ）の範囲で振れた場合
×（不良）：シートの一部でも微粘着性が発現しない箇所が認められた場合
表１〜４に示すように、実施例１〜１６に係る熱伝導シートサンプルでは、熱抵抗が最大で１．８９［Ｋ・ｃｍ２／Ｗ］で、体積抵抗率が最小で３．６×１０９［Ω・ｃｍ］であり、概ね熱伝導性と絶縁性の両立が図られている。これは、熱伝導シートサンプルに含有されている炭素繊維が５０ｎｍ以上、１００ｎｍ未満の厚さで絶縁皮膜により被覆されていることから、所望の膜厚によって絶縁皮膜が形成され、良好な体積抵抗率を備えるとともに、シリカ微粒子の生成を抑制でき、熱伝導率の低下を防止することができたことによる。また、実施例１〜１６に係る熱伝導シートサンプルでは、シート表面に露出された炭素繊維はスライス時に絶縁皮膜が切断され炭素繊維が露出されているが、バインダ樹脂の未硬化成分によって被覆されていることから、熱伝導率を損なうことなく、周囲の部材に対する絶縁性を有することによる。
なお、実施例１〜１２、１６においては、図５に示すような、表面が平滑な熱伝導シートが得られた。実施例１３〜１５では、図６に示すような、表面がシート本体の表面に露出した炭素繊維に由来する凸部を有する熱伝導シートが得られた。
一方、比較例１〜４に係る熱伝導シートサンプルでは、絶縁皮膜が形成されていない炭素繊維を用いているため、熱抵抗は低く抑えられたものの、体積抵抗率が低く、絶縁性が不十分となった。また、比較例５及び比較例６では、熱伝導シートサンプルにさらにバインダ樹脂を塗布することで体積抵抗率は高く絶縁性に優れるものの、炭素繊維がバインダ樹脂内に埋没されたことから熱抵抗が高くなった。
なお、比較例６に係る熱伝導シートサンプルでは、塗布したシリコーン樹脂のシリコーンＡ液の構成比率が４５％と低く、未硬化成分が十分に残っておらず、プレスすることによってもシートの全表面を被覆するに至らず、一部において微粘着性は発現しなかった。そのため、比較例６に係る熱伝導シートサンプルは、微粘着性が発現しない箇所においては、接続対象に対する仮固定は不可能で、作業性が悪い。また、比較例６に係る熱伝導シートサンプルは、柔軟性に欠けるとともに、接着対象への追従性、密着性が悪く、熱抵抗が上昇した。
１ 熱伝導シート
２ ヒートスプレッダ
２ａ 主面
３ 電子部品
３ａ 上面
４ 放熱部材
５ ヒートシンク
６ 配線基板
７ シート本体
８ 未硬化成分
９ 樹脂成型体
１０ スペーサ
１１ 炭素繊維
１２ 絶縁皮膜
１３ スライス装置

Claims (12)

  1. バインダ樹脂と、絶縁皮膜により被覆された炭素繊維とを含有する熱伝導性樹脂組成物が硬化されたシート本体を有し、
    前記シート本体の切断面に露出した前記炭素繊維は、前記絶縁皮膜により被覆されておらず、且つ前記シート本体より滲み出た前記バインダ樹脂の未硬化成分によって被覆されており、
    前記バインダ樹脂は主剤と硬化剤の成分比率が５５：４５〜６５：３５である２液性の付加反応型液状シリコーン樹脂であり、
    前記絶縁皮膜は酸化ケイ素であり、
    断面ＴＥＭ観察により観察される前記絶縁皮膜の平均厚さが５５ｎｍ以上、９５ｎｍ以下である熱伝導シート。
  2. 表面が、前記シート本体の切断面に露出した前記炭素繊維に由来する凸部を有する請求項１に記載の熱伝導シート。
  3. 前記シート本体が、熱伝導性フィラーを含有する請求項１〜２のいずれか１項に記載の熱伝導シート。
  4. 前記熱伝導性フィラーが球状フィラーであって、前記炭素繊維１００質量部に対して５０質量部〜９００質量部含有する請求項３に記載の熱伝導性シート。
  5. 前記シート本体の表面が前記バインダ樹脂の未硬化成分で被覆されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱伝導シート。
  6. バインダ樹脂と、絶縁皮膜により被覆された炭素繊維とを含有する熱伝導性樹脂組成物を所定の形状に成型して硬化することにより、前記熱伝導性樹脂組成物の成型体を得る工程と、
    前記成型体をシート状に切断し、シート本体を得る工程と、
    前記シート本体の切断面に露出した前記炭素繊維を、前記シート本体より滲み出た前記バインダ樹脂の未硬化成分で被覆する工程とを有し、
    前記シート本体を得る工程において、前記シート本体の切断面に露出する前記炭素繊維を被覆する前記絶縁皮膜が除去される熱伝導シートの製造方法であって、
    前記バインダ樹脂は主剤と硬化剤の成分比率が５５：４５〜６５：３５である２液性の付加反応型液状シリコーン樹脂であり、
    前記絶縁皮膜は酸化ケイ素であり、
    断面ＴＥＭ観察により観察される前記絶縁皮膜の平均厚さが５５ｎｍ以上、９５ｎｍ以下である熱伝導シートの製造方法。
  7. 前記被覆する工程が、前記シート本体をプレスすることにより、前記シート本体より滲み出た前記バインダ樹脂の未硬化成分によって、前記シート本体の表面及び前記シート本体の切断面より露出する前記炭素繊維を被覆する工程である請求項６記載の熱伝導シートの製造方法。
  8. 前記被覆する工程が、前記シート本体を放置することにより、前記シート本体より滲み出た前記バインダ樹脂の未硬化成分によって、前記シート本体の表面及び前記シート本体の切断面より露出する前記炭素繊維を被覆する工程である請求項６記載の熱伝導シートの製造方法。
  9. 中空状の型内に、前記熱伝導性樹脂組成物を押し出して充填し、前記熱伝導性樹脂組成物を熱硬化することにより、前記炭素繊維が、押し出し方向に対してランダムに配向されている前記成型体を得る請求項６〜８のいずれか１項に記載の熱伝導シートの製造方法。
  10. 電子部品の発する熱を放熱するヒートスプレッダと、
    前記ヒートスプレッダに配設され、前記ヒートスプレッダと前記電子部品との間に挟持される請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱伝導シートとを有する放熱部材。
  11. 半導体素子と、
    前記半導体素子の発する熱を放熱するヒートスプレッダと、
    前記ヒートスプレッダに配設され、前記ヒートスプレッダと前記半導体素子との間に挟持される請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱伝導シートとを有する半導体装置。
  12. ヒートシンクを備え、
    前記ヒートスプレッダと前記ヒートシンクとの間に請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱伝導シートが挟持されている請求項１１記載の半導体装置。
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