JP6384004B2

JP6384004B2 - 熱伝導シート

Info

Publication number: JP6384004B2
Application number: JP2013270939A
Authority: JP
Inventors: 涼介塩野; 川口　康弘; 康弘川口
Original assignee: Kitagawa Industries Co Ltd
Current assignee: Kitagawa Industries Co Ltd
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2018-09-05
Anticipated expiration: 2033-12-27
Also published as: JP2015124332A

Description

本発明は、熱伝導シートに関する。

ＣＤ−ＲＯＭや電子部品などから発生する熱をヒートシンクに伝熱するための熱伝導シートとしては、たとえば、アクリル酸エステルを含むモノマーを重合してなるアクリル系ポリマーに炭化ケイ素と水酸化マグネシウムを含有させたものなどが知られている（特許文献１を参照）。

特開２００７−２１１１４１号公報

熱伝導シートにおいては、熱伝導性に優れ、硬度が低いという特性が求められる。熱伝導シートにおいて、熱伝導性を高めるには熱伝導フィラーの含有量を多くすることが考えられるが、フィラー含有量を多くするとシートの硬度が高くなって、もろくなり、取扱い難くなるという問題がある。

また、熱伝導シートに含まれるアクリル系ポリマーは粘着性を有しているため、多くの場合、剥離紙を備えている。そのため、熱伝導シートには剥離紙を容易に剥離可能であるとともに、剥離紙を剥離する際にシートがちぎれないような引張力も求められる。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、シートの硬度を維持しつつ、剥離張力が小さく引張力の大きい熱伝導シートを提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、アクリル酸エステルを含むモノマーを重合させてなるポリマーと、熱伝導性フィラーとを含む熱伝導シートにおいて、熱伝導性フィラーを全体の質量に対して８９．５２〜９０．５２質量％とするとともに、全体の質量に対して１．７０質量％以下のタルクを含ませると、シートの硬度を維持しつつ、剥離張力が小さく引張力の大きい熱伝導シートを得ることができるという知見を得た。本発明はかかる新規な知見に基づくものである。

すなわち本発明は、アクリル酸エステルを含むモノマーを重合させてなるポリマーと、全体の質量に対して８９．５２〜９０．５２質量％の熱伝導性フィラーと、全体の質量に対して１．７０質量％以下のタルクと、を含む熱伝導シートである。
本発明によれば、全体の質量に対して８９．５２〜９０．５２質量％の熱伝導性フィラーと、全体の質量に対して１．７０質量％以下のタルクを含むから、シートの硬度を維持しつつ剥離張力が小さく引張力の大きい熱伝導シートを提供することができる。

本発明は以下の構成であるのが好ましい。
タルクの含有量が１．６５質量％以下であることが好ましい。このような構成によれば、成形性に優れた熱伝導シートを提供することができる。

表面における、Ｓｉ原子の割合が０．６０質量％以上であると、剥離張力を小さくすることができる。これは、シートの表面において、タルクの割合が増えてアクリル樹脂の割合が減るからと推測される。

熱伝導性フィラーが、ソフトフェライトを含んでいると、電磁波を吸収する機能を付与することができる。

本発明によれば、シートの硬度を維持しつつ、剥離張力が小さく引張力の大きい熱伝導シートを提供することができる。

引張力評価試験のイメージ図ＥＤＳ元素分析による相関グラフ

本発明は、アクリル酸エステルを含むモノマーを重合させてなるポリマーと、全体の質量に対して８９．５２〜９０．５２質量％の熱伝導性フィラーと、全体の質量に対して１．７０質量％以下のタルクと、を含む熱伝導シートである。

アクリル酸エステルを含むモノマーを重合させてなるポリマー（「アクリル系ポリマー」ともいう）としては種々のものを使用することができ、例えば、エチル（メタ）アクリレート、ｎ−プロピル（メタ）アクリレート、ｉ−プロピル（メタ）アクリレート、ｎ―ブチル（メタ）アクリレート、ｉ―ブチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ｎ−ヘキシル（メタ）アクリレート、ｎ−アミル（メタ）アクリレート、ｉ−アミル（メタ）アクリレート、オクチル（メタ）アクリレート、ｉ−オクチル（メタ）アクリレート、ｉ−ミリスチル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、ノニル（メタ）アクリレート、ｉ―ノニル（メタ）アクリレート、ｉ―デシル（メタ）アクリレート、トリデシル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレート、ｉ―ステアリル（メタ）アクリレート等のアクリル系モノマーを重合または共重合したものを使用することができる。なお、上記（共）重合する際に使用するアクリル酸エステルは、単独で用いる他、２種類以上を併用してもよい。

熱伝導性フィラーとしては、酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、炭化ケイ素、マグネシア、酸化亜鉛や、磁性金属（ソフトフェライト、センダスト、パーマロイ）等があげられる。熱伝導性フィラーは、単独で用いるほか２種類以上を併用してもよい。

熱だけではなく、電磁波に関する対策を必要とする箇所・用途において、熱伝導性を有するとともに、電磁波吸収作用を有するという観点から、熱伝導性フィラーとしてソフトフェライトを含むものを用いるのが好ましい。

さて、本発明の熱伝導シートは、全体の質量に対して１．７０質量％以下のタルクを含む。タルクの含有量が熱伝導シート全体の質量に対して１．７０質量％以下であると、シートの硬度を維持しつつ、剥離張力が小さく引張力の大きい熱伝導シートを得ることができる。タルクの含有量がシート全体の質量に対して１．７０質量％を超えると、粘度が高くなり真空脱泡が困難となって成形性が低下するおそれがある。

なお、タルクの含有量は、１．６５質量％以下であることが好ましい。このような構成によれば、成形性に優れた熱伝導シートが得られる。

タルクは、Ｍｇ_３Ｓｉ_４Ｏ_１０（ＯＨ）_２で表わすことができる。熱伝導シートの表面におけるＳｉ原子の割合が０．６０質量％以上であると、表面において、タルクの割合が増えてアクリル樹脂の割合が減るので、剥離張力が小さくなる。

熱伝導シートの厚み寸法は０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であると、成形性が良好で、熱伝導性に優れるという点で好ましい。

熱伝導シートは、たとえばシリコン処理加工をしたＰＥＴフィルムなどの剥離紙を備える。具体的には、ニッパ（株）製のＳＲ（Ｓ）、リンテック製ＧＳ、東山フィルム製ＨＹ−ＴＳ０４等の軽剥離タイプのものなどがあげられる。

熱伝導シートは、アクリル系ポリマーと、熱伝導性フィラーと、タルクと、を混合してフィラーを分散させた後、真空脱泡して気泡を取り除き、コーターを用いてシート成形を行うことにより得られる。

＜実施例＞
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
（熱伝導シートの作製）
表１に示す配合で各種材料を混練し、真空脱泡して気泡を取り除いた後、コータにて成形することによりシート状の試料を作成した。表１におけるアクリル系ポリマーとしては、（株）日本触媒製のアクリルポリマーを、水酸化マグネシウムとしては、神島化学工業（株）製の平均粒径１μｍの商品名「マグシリーズＳ」を、水酸化アルミニウムとしては、日本軽金属（株）製の高白色タイプ（平均粒径８μｍ）を、フェライトとしてはＮｉ−Ｚｎ系のＢＳＮ−７１４［ソフトフェライト、戸田工業（株）製、粒径５．１μｍ］を、タルクとしては富士タルク工業（株）製の微粒子タルク（メディアン径１１μｍ）を用いた。シート状の試料は一方の面に剥離紙［ニッパ（株）製のＳＲ（Ｓ）］を備える。

得られた各試料のアスカーＣ硬度、および剥離紙の剥離張力（Ｎ／２０ｍｍ）を３回測定してその平均値を表１に示した。表１には以下の評価基準により評価した成形性の評価結果も記載した。
〇：成形性がよい
△：粘度が高く真空脱泡しにくかった
×：流動性がないため成形が困難

（引張力の算出）
表１に示す配合で各種材料を混練し、真空脱泡して気泡を取り除いた後、リング状の試験片Ｓを作製した。試験片の内径は１８ｍｍ、外径は２４ｍｍ、厚みは１．５ｍｍである。試験片Ｓを図１に示すように、２つの治具１Ａ，１Ｂに取り付けて上側の治具１Ａを矢印の方向（上方向）に引っ張ったときに、かかる力を測定して引張力を以下の式（１）により算出し、表１に示した。
引張力（ＭＰａ）＝測定値Ｆ（Ｎ）／２／３ｍｍ（幅寸法）／１．５ｍｍ（厚み）（１）
上記式（１）は、Ｔｓ＝Ｆｍ／２Ｗｔ［Ｔｓ（ＭＰａ）：引張強さ又は引張力、Ｆｍ（Ｎ）：最大の力、Ｗ（ｍｍ）：リング状試験片の幅、ｔ（ｍｍ）：リング状試験片の厚さ］に基づくものである

（表面分析）
比較例１（タルク含有量０質量％）、実施例１（タルク含有量０．６９質量％）、実施例４（タルク含有量１．６５質量％）の各シートおよび紛体状のタルク（比較例３）についてＳＥＭ−ＥＤＳ［日本電子（株）製：ＪＳＭ−５６１０ＬＶ）による元素分析を行った（測定条件：倍率５００倍、加速電圧１５ｋＶ、スポットサイズ４８、真空度３０Ｐａ）。

比較例１、実施例１、実施例４および比較例３については表面の分析を行い、比較例１および実施例４については断面についても分析を行い、測定した各元素の割合（質量％）を表２に示した。
表２中の「想定Ｓｉ割合」とは、以下の式（２）により算出した数値であって、タルクが試料中に均等に分散されているときのＳｉ原子の割合（質量％）である。
想定Ｓｉ割合（質量％）＝タルクの含有割合×３０．７１（２）
「タルクの含有割合」とは、試料全体を１としたときの割合であり、試料中のタルク量が１００質量％のものではタルクの含有割合は１である。
また、比較例１と実施例１と実施例４の表面の分析結果とともに想定Ｓｉ割合（想定されるＳｉ割合）をグラフに示した（図２を参照）。

（結果と考察）
表１に示す結果より、実施例１〜５（タルクの含有量が全体の質量の１．７０質量％以下）のシートでは、アスカーＣ硬度が４４〜４７、引張力は０．２８ｍＰａ以上、剥離張力は０．３２Ｎ／２０ｍｍ以下であった。一方、比較例２（タルクの含有量が１．８０質量％）のシートでは、引張力および剥離張力は好ましいが、アスカー硬度が５１と高かった。

この結果から、タルクの含有量を全体の質量の１．７０質量％以下とすると、シートの硬度を維持しつつ、剥離張力が小さく引張力の大きい熱伝導シートを提供することができるということがわかった。

また、実施例１〜５のうち、タルクの含有量が１．６５質量％以下の実施例１〜実施例４のシートでは、成形性に優れているということがわかった。

表２及び図２に示す結果より、実施例１および４のシートの表面では、Ｓｉ原子が想定される割合よりも多く存在することが確認された。つまり、実施例１および４のシートの表面ではタルクが多く存在しているということがわかった。これにより、シートの剥離張力が小さくなっているのではないかと推測される。

表２に示すように、実施例１および実施例４のシートでは表面のＳｉ原子の量が０．６質量％以上であり、これらのシートは表１に示すように剥離張力が小さく引張力が大きい。これにより、本発明においては、表面における、タルクに起因するＳｉ原子の割合が０．６０質量％以上であると好ましいということがわかった。

１Ａ…（上側の）治具
１Ｂ…（下側の）治具
Ｓ…試験片

Claims

アクリル酸エステルを含むモノマーを重合させてなるポリマーと、全体の質量に対して８９．５２〜９０．５２質量％の熱伝導性フィラーと、全体の質量に対して１．７０質量％以下のタルクと、を含む熱伝導シート。
全体の質量に対する前記タルクの含有量が１．６５質量％以下である請求項１に記載の熱伝導シート。
表面における、Ｓｉ原子の割合が０．６０質量％以上である請求項１または請求項２に記載の熱伝導シート。
前記熱伝導性フィラーは、ソフトフェライトを含む請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の熱伝導シート。