JP6480374B2 - Heat conduction sheet - Google Patents
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Description
本発明は、電気・電子部品、特にＣＰＵ、パワートランジスター、コンデンサーなどの発熱体用の熱伝導シートに関する。 The present invention relates to a heat conductive sheet for a heating element such as an electric / electronic component, particularly a CPU, a power transistor, and a capacitor.
近年、電気・電子部品は多機能、高性能化とともに、高集積化、小型、薄型化の傾向にある。それに伴い、ＣＰＵ回路、トランジスター内部、コンデンサーなどから発生する熱が、それらの本体内に蓄積され、高温度レベルになるため、寿命が短くなる、または誤作動を生じるなど信頼性が低下するといった問題がある。それらを回避すべく、ＣＰＵ回路では放熱フィンのヒートシンクとＣＰＵの間に、熱伝導性および密着性を有する熱伝導シートを設けている。
この種の熱伝導シートとしては、マトリックス樹脂に熱伝導性フィラーを混合したものが使用されており、一例として、特許文献１には、シリコーンゴムに窒化ホウ素を混練し、プレス成形によってシート状に成形して得られた熱伝導シートが開示されている。
しかし、特許文献１の熱伝導シートのような場合、シリコーンゴムのみがマトリックスとなっており、密着性に優れる反面、シートの強度が低い。このため、当該熱伝導シートを取り付ける際、または、ヒートシンクなどに貼合ずれしたシートを剥離する際に、熱伝導シートが破断してしまい作業性が低いという問題があった。
In recent years, electrical and electronic parts have a tendency to be highly integrated, small, and thin with multifunction and high performance. Along with this, the heat generated from the CPU circuit, the inside of the transistor, the capacitor, etc. is accumulated in the main body and becomes a high temperature level, so the problem is that the life is shortened or the reliability is lowered such as malfunction. There is. In order to avoid them, in the CPU circuit, a heat conductive sheet having heat conductivity and adhesion is provided between the heat sink of the heat radiating fin and the CPU.
As this type of heat conductive sheet, a matrix resin mixed with a heat conductive filler is used. As an example, in Patent Document 1, boron nitride is kneaded with silicone rubber and formed into a sheet by press molding. A heat conductive sheet obtained by molding is disclosed.
However, in the case of the heat conductive sheet of Patent Document 1, only silicone rubber is a matrix, which is excellent in adhesion, but the strength of the sheet is low. For this reason, when attaching the said heat conductive sheet or peeling the sheet | seat which shifted | deviated pasting to the heat sink etc., there existed a problem that a heat conductive sheet fractured | ruptured and workability | operativity was low.
本発明者らは、このような問題に対し、未公開の特願２０１５−２１６１６２にて交絡させた繊維に熱伝導性フィラーを担持させたベースシートを熱伝導シート中に組み入れることで、マトリックス樹脂の特性を維持して発熱体と放熱体との密着性を有し、かつ引張強度に優れる熱伝導シートを発明している。
しかしながら、特願２０１５−２１６１６２のような熱伝導シートの場合、熱伝導性フィラーを添加し過ぎると樹脂に起因する柔軟性が低下するため、熱伝導性フィラーの添加量には限界がある。このため、熱伝導性フィラーが存在する箇所では局所的に高い熱伝導率を発現するが、熱伝導性フィラーが存在しない部分では使用した樹脂と同程度の熱伝導率しか発現しない。したがって、実装時にシートが点ではなく面で使用されるという観点で評価すると、局所的に熱伝導率が高くとも、熱伝導シート全体としては熱伝導性が十分でないという問題があった。
In order to solve such a problem, the present inventors incorporated a base sheet in which a heat conductive filler is supported on a fiber entangled in an unpublished Japanese Patent Application No. 2015-216162, into a matrix resin. The heat conductive sheet which maintains the above-mentioned characteristics, has the adhesiveness between the heat generating element and the heat radiating element, and has excellent tensile strength has been invented.
However, in the case of a heat conductive sheet such as Japanese Patent Application No. 2015-216162, if too much heat conductive filler is added, the flexibility resulting from the resin is reduced, so the amount of heat conductive filler added is limited. For this reason, although the location where a heat conductive filler exists expresses high heat conductivity locally, in the part where a heat conductive filler does not exist, only the heat conductivity comparable as used resin is expressed. Therefore, when evaluated from the viewpoint that the sheet is used not on the surface but on the surface at the time of mounting, there is a problem that the thermal conductivity of the entire heat conductive sheet is not sufficient even though the heat conductivity is locally high.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とする処は、マトリックス樹脂の特性を維持して発熱体と放熱体との密着性を有し、かつ引張強度に優れつつも、実装時により優れた熱伝導性を示す熱伝導シートを提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to maintain the properties of the matrix resin, have the adhesion between the heating element and the heat dissipation element, and have excellent tensile strength. However, it is providing the heat conductive sheet which shows the more excellent heat conductivity at the time of mounting.
本発明者らは、発熱体と放熱体との密着性を有し、かつ引張強度に優れつつも、実装時により高い熱伝導性を発現させるために、特願２０１５−２１６１６２に係る熱伝導性フィラーを担持させたベースシートに樹脂を充填する際、ベースシートに担持させた熱伝導性フィラーとは異なり、繊維に担持させるためでなく樹脂中での分散のために別途、熱伝導性フィラーを用いて、ベースシート内に樹脂を充填するとともに、ベースシートの両面に熱伝導性フィラーが分散された樹脂からなる層を形成させた熱伝導シート構成について鋭意検討した結果、下記発明を見出した。 The present inventors have the heat conductivity according to Japanese Patent Application No. 2015-216162 in order to exhibit higher thermal conductivity during mounting while having excellent adhesion between the heating element and the radiator and excellent tensile strength. When filling the base sheet carrying the filler with resin, unlike the thermal conductive filler carried on the base sheet, a thermal conductive filler is separately added for dispersion in the resin, not for carrying on the fiber. As a result of intensive studies on the configuration of a heat conductive sheet in which a resin was filled in the base sheet and a layer made of a resin in which a heat conductive filler was dispersed was formed on both sides of the base sheet, the following invention was found.
＜１＞ベースシートの両面に樹脂層が形成された熱伝導シートであって、上記ベースシートは、担持用熱伝導性フィラーを担持した繊維が面状に交絡し、かつ、上記繊維間に樹脂が充填されてなり、上記樹脂層に分散用熱伝導性フィラーが分散されていることを特徴とする熱伝導シート。
＜２＞さらに、ベースシートの上記樹脂にも分散用熱伝導性フィラーが分散されていることを特徴とする＜１＞に記載の熱伝導シート。
＜３＞上記担持用熱伝導性フィラーのうち少なくとも一部は、熱伝導シートの厚さに対して５０％以上の粒子径を有することを特徴とする＜１＞または＜２＞に記載の熱伝導シート。
＜４＞上記分散用熱伝導性フィラーの平均粒子径が０．１μm〜５００μmであることを特徴とする＜１＞〜＜３＞の何れか１項に記載の熱伝導シート。
＜５＞上記担持用熱伝導性フィラーの体積比率が、２％〜４５％であることを特徴とする＜１＞〜＜４＞の何れか１項に記載の熱伝導シート。
＜６＞上記分散用熱伝導性フィラーの体積比率が、１％〜５０％であることを特徴とする＜１＞〜＜５＞の何れか１項に記載の熱伝導シート。
＜７＞上記担持用熱伝導性フィラーが凝集体であることを特徴とする＜１＞〜＜６＞の何れか１項に記載の熱伝導シート。
＜８＞上記担持用熱伝導性フィラーが熱異方性を有する粒子の凝集体であることを特徴とする＜１＞〜＜７＞の何れか１項に記載の熱伝導シート。
＜９＞上記熱伝導シートにおける繊維の体積比率が１％〜１５％であることを特徴とする＜１＞〜＜８＞の何れか１項に記載の熱伝導シート。
＜１０＞上記熱伝導シートにおける樹脂の体積比率が４０％〜９０％であることを特徴とする＜１＞〜＜９＞の何れか１項に記載の熱伝導シート。
<1> A heat conductive sheet in which resin layers are formed on both surfaces of a base sheet, wherein the base sheet is entangled with fibers carrying a supporting heat conductive filler, and a resin between the fibers. And a heat conductive filler for dispersion is dispersed in the resin layer.
<2> The thermal conductive sheet according to <1>, wherein the thermal conductive filler for dispersion is also dispersed in the resin of the base sheet.
<3> The heat according to <1> or <2>, wherein at least a part of the supporting thermal conductive filler has a particle diameter of 50% or more with respect to a thickness of the thermal conductive sheet. Conductive sheet.
<4> The thermal conductive sheet according to any one of <1> to <3>, wherein an average particle size of the thermal conductive filler for dispersion is 0.1 μm to 500 μm.
<5> The heat conductive sheet according to any one of <1> to <4>, wherein the volume ratio of the supporting heat conductive filler is 2% to 45%.
<6> The heat conductive sheet according to any one of <1> to <5>, wherein the volume ratio of the heat conductive filler for dispersion is 1% to 50%.
<7> The heat conductive sheet according to any one of <1> to <6>, wherein the supporting heat conductive filler is an aggregate.
<8> The thermal conductive sheet according to any one of <1> to <7>, wherein the supporting thermal conductive filler is an aggregate of particles having thermal anisotropy.
<9> The heat conductive sheet according to any one of <1> to <8>, wherein a volume ratio of fibers in the heat conductive sheet is 1% to 15%.
<10> The heat conductive sheet according to any one of <1> to <9>, wherein the volume ratio of the resin in the heat conductive sheet is 40% to 90%.
本発明によれば、マトリックス樹脂の特性を維持して発熱体と放熱体との密着性を有し、かつ、ベースシートの繊維によって、作業性に優れた引張強度を有しつつも、ベースシートの担持用熱伝導性フィラーと樹脂層の分散用熱伝導性フィラーの構造的な配置によって実装時に優れた熱伝導性を発現する熱伝導シートを提供することができる。 According to the present invention, the base sheet has the adhesiveness between the heating element and the heat radiating body while maintaining the characteristics of the matrix resin, and the tensile strength of the workability is excellent due to the fibers of the base sheet. The heat conductive sheet which expresses the outstanding heat conductivity at the time of mounting by the structural arrangement | positioning of the heat conductive filler for carrying | support of this, and the heat conductive filler for dispersion | distribution of a resin layer can be provided.
以下に、本発明について説明するが、本発明は明細書に記載された具体例に基づき限定的に解釈されるものでない。なお、数値範囲を示す際の「Ａ〜Ｂ」は、「Ａ以上、Ｂ以下」を意味する。 The present invention will be described below, but the present invention is not construed as being limited based on the specific examples described in the specification. Note that “A to B” in the numerical range means “A or more and B or less”.
《熱伝導シート》
本発明の熱伝導シートは、発熱体と放熱体との間に挟み込むことで熱伝導を促進する役割を果たし、ベースシートの両面に樹脂層が形成された熱伝導シートであって、上記ベースシートは、担持用熱伝導性フィラーを担持した繊維が面状に交絡し、かつ、上記繊維間に樹脂が充填されてなり、上記樹脂層に分散用熱伝導性フィラーが分散されている。（以下、「担持用熱伝導性フィラー」を「担持フィラー」と、「分散用熱伝導性フィラー」を「分散フィラー」と適宜略す）図１は、本発明の熱伝導シート１０を示す断面図であり、担持フィラー１、繊維２、樹脂３、および分散フィラー４を含んでいる。また、図２は、樹脂３を充填する前のベースシート２０を示す断面図である。なお、図１、２は、熱伝導シート、ベースシートの一例を示すにすぎず、本発明は当該形態に限定されるものではない。
《Heat conduction sheet》
The heat conductive sheet of the present invention plays a role of promoting heat conduction by being sandwiched between a heat generating body and a heat radiating body, and is a heat conductive sheet in which a resin layer is formed on both surfaces of the base sheet. The fiber supporting the thermally conductive filler for supporting is entangled in a planar shape, and the resin is filled between the fibers, and the thermally conductive filler for dispersion is dispersed in the resin layer. (Hereinafter, “supporting heat conductive filler” is abbreviated as “supporting filler” and “dispersion heat conductive filler” is appropriately referred to as “dispersion filler”) FIG. 1 is a cross-sectional view showing a heat
＜担持フィラー＞
担持フィラーは、熱伝導性を発現するために熱伝導シート内に含有されるものであり、具体的にはベースシートの繊維に担持されている。熱伝導シートの厚さ方向において、熱が発熱体側から、後述する分散フィラーを介して担持フィラーに伝わり、再び対面側の分散フィラーに熱が伝わる過程を経て放熱体へ伝導される。本発明で使用する担持フィラーとしては、熱伝導性が高いものが好ましいが、特に限定されるものではない。
具体例には、例えば、酸化珪素（シリカ）、酸化アルミ（アルミナ）、酸化マグネシウムなどの金属酸化物；水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物；窒化珪素、窒化アルミ、窒化ホウ素、炭化珪素などの窒化物または炭化物；ステンレス繊維などの金属繊維；銀、金などの金属粒子などが挙げられる。中でも、絶縁性の観点から、酸化アルミ（アルミナ）、窒化珪素、窒化アルミ、窒化ホウ素などの酸化物または窒化物が好ましく、更に、熱伝導率の観点から窒化ホウ素を使用することが特に好ましい。
<Supporting filler>
The support filler is contained in the heat conductive sheet in order to develop heat conductivity, and is specifically supported on the fibers of the base sheet. In the thickness direction of the heat conductive sheet, heat is transferred from the heating element side to the carrier filler through a dispersion filler described later, and is conducted to the heat dissipation body through a process in which heat is transferred again to the facing dispersion filler. The carrier filler used in the present invention is preferably one having high thermal conductivity, but is not particularly limited.
Specific examples include, for example, metal oxides such as silicon oxide (silica), aluminum oxide (alumina), and magnesium oxide; metal hydroxides such as magnesium hydroxide; silicon nitride, aluminum nitride, boron nitride, and silicon carbide. Examples thereof include nitrides or carbides; metal fibers such as stainless steel fibers; metal particles such as silver and gold. Among these, oxides or nitrides such as aluminum oxide (alumina), silicon nitride, aluminum nitride, and boron nitride are preferable from the viewpoint of insulation, and boron nitride is particularly preferable from the viewpoint of thermal conductivity.
担持フィラーの形状としては、不定形、球状、板状、繊維状などのいずれであってもよく、大粒径の担持フィラーが入手容易である点から、粒子が凝集した凝集体が好ましく用いられる。
熱伝導率の高い熱伝導性フィラーにおいては、熱伝導率に方向異方性（熱異方性）を持つものが存在する。通常、このような熱伝導率に方向異方性を持つ粒子は、熱伝導性の高い方向に配向させて熱伝導率を向上させる手法が取られるため、熱伝導性フィラーを配向させる為の特殊な手法、装置を使用しなければならず、生産性が悪く、コストが高くなる。例えば、熱伝導性フィラーとして使用される窒化ホウ素は六方晶系であり、粒子形状がその製法に由来して鱗片状となることに起因して、その熱伝導率に方向異方性があり、鱗片状粒子の面方向の熱伝導率が、厚さ方向の熱伝導率に対して数十倍高いという特徴がある。この場合、熱伝導性の高い面方向に配向させなければ熱伝導性が発現し難く、配向させるためには特殊な手法、装置を必要とする。
The shape of the supported filler may be any of an irregular shape, a spherical shape, a plate shape, a fiber shape, and the like. From the viewpoint that a large-sized supported filler is easily available, an aggregate in which particles are aggregated is preferably used. .
Among thermally conductive fillers having high thermal conductivity, there are those having directional anisotropy (thermal anisotropy) in thermal conductivity. Usually, such particles with directional anisotropy in thermal conductivity are oriented in the direction with high thermal conductivity to improve the thermal conductivity, so special particles for orienting the thermal conductive filler are used. Necessitating the use of such a method and apparatus, resulting in poor productivity and high cost. For example, boron nitride used as a heat conductive filler is a hexagonal system, and due to the particle shape becoming scaly due to its production method, its thermal conductivity has directional anisotropy, The scaly particles have a feature that the thermal conductivity in the plane direction is several tens of times higher than the thermal conductivity in the thickness direction. In this case, if the orientation is not oriented in the plane direction with high thermal conductivity, the thermal conductivity is hardly exhibited, and a special method and apparatus are required for the orientation.
一方、本発明では窒化ホウ素の凝集体が好ましく用いられる。窒化ホウ素凝集体は上記鱗片状の一次粒子がランダムに圧着した構造を有している。その構造に起因して、窒化ホウ素凝集体の熱伝導率は鱗片状の粒子の厚さ方向の熱伝導率と面方向の熱伝導率の中間の熱伝導率として捉えることができ、面方向の高熱伝導性を生かすことができる。また、熱伝導率の方向についても凝集体内全体で見れば等方性が有る材料として使用することができる。そのため、窒化ホウ素凝集体を使用した場合は通常の六方晶窒化ホウ素のように配向する必要がない、高熱伝導性フィラーとして活用することが可能である。 On the other hand, in the present invention, an aggregate of boron nitride is preferably used. The boron nitride aggregate has a structure in which the above scaly primary particles are randomly pressed. Due to its structure, the thermal conductivity of boron nitride aggregates can be regarded as the thermal conductivity between the thermal conductivity in the thickness direction of the scale-like particles and the thermal conductivity in the plane direction. High thermal conductivity can be utilized. Also, the direction of thermal conductivity can be used as an isotropic material when viewed in the whole aggregate. Therefore, when boron nitride aggregates are used, they can be used as highly thermally conductive fillers that do not need to be oriented like ordinary hexagonal boron nitride.
担持フィラーの粒子径は、熱伝導シートの厚さに応じて設定すればよく、具体的には、上記担持フィラーのうち少なくとも一部は、熱伝導シートの厚さに対して５０％以上の粒子径を有することが好ましい。上記一部とは、担持フィラーの総数の一部のフィラーという意味であり、個数の割合を示す。全体として担持フィラーの粒子径が大きい、すなわち、熱伝導シートの厚さ方向に占める担持フィラーの割合が高いことで、発熱体から熱伝導シートの一面に伝わった熱は、それぞれの担持フィラーの内部を伝導して対面側へ速やかに伝導され易くなる。このように、効率的な放熱が可能であるため、熱伝導性フィラーの体積比率が低くとも、熱伝導性に優れる。比較のため、図３に一般的な熱伝導シート３０を示す。熱伝導シート３０では、熱伝導率フィラー１１が高充填され、樹脂１３の体積比率が小さいため、熱伝導率が高いものの、樹脂の割合が低く、放熱体および発熱体との密着性が低い。
担持フィラーの粒子径（直径）の具体的数値は、特に限定されず、例えば、０．５μｍ〜１０００μｍであり、好ましくは５０μｍ〜５００μｍ、より好ましくは、１００μｍ〜４００μｍである。なお、熱伝導性フィラーが凝集体である場合、凝集体の粒子径とは２次粒子径を意味する。
The particle diameter of the support filler may be set according to the thickness of the heat conductive sheet. Specifically, at least a part of the support filler is 50% or more of the particles of the heat conductive sheet. It preferably has a diameter. The above-mentioned part means a part of the total number of supported fillers, and indicates the ratio of the number. As a whole, the particle size of the supported filler is large, that is, the proportion of the supported filler in the thickness direction of the heat conductive sheet is high, so that the heat transferred from the heating element to one surface of the heat conductive sheet Is easily conducted to the opposite side. Thus, since efficient heat dissipation is possible, even if the volume ratio of a heat conductive filler is low, it is excellent in heat conductivity. For comparison, a general heat
The specific numerical value of the particle diameter (diameter) of the support filler is not particularly limited, and is, for example, 0.5 μm to 1000 μm, preferably 50 μm to 500 μm, and more preferably 100 μm to 400 μm. In addition, when a heat conductive filler is an aggregate, the particle diameter of an aggregate means a secondary particle diameter.
熱伝導シート内の担持フィラーの体積比率は限定されないが、熱伝導率の維持、及び、後述する樹脂の柔軟性やコストと両立するため、担持フィラーの体積比率を２％〜４５％、樹脂の柔軟性を重視すると５％〜２０％と低く抑えることが好ましい。
担持フィラーは、繊維に担持されている。「繊維に担持されている」とは、換言すると交絡した繊維同士の間に固定されているとも表現できる。なお、担持フィラーは、その一部が繊維同士の間に位置していればよく、他の一部がベースシート外に在ってもよい。
The volume ratio of the support filler in the heat conductive sheet is not limited, but in order to maintain the thermal conductivity and to achieve both flexibility and cost of the resin described later, the volume ratio of the support filler is 2% to 45%, If importance is attached to flexibility, it is preferable to keep it as low as 5% to 20%.
The supported filler is supported on the fiber. In other words, “supported by fibers” can be expressed as being fixed between entangled fibers. In addition, as for the support | filler filler, the one part should just be located between fibers, and another part may exist outside a base sheet.
＜分散フィラー＞
分散フィラーは、熱伝導性の発現度合いを向上させるために、ベースシートの両面にある樹脂層内に含有されるものであり、熱伝導シートの厚さ方向において、発熱体側では分散フィラーは担持フィラーに熱を集め、放熱体側では担持フィラーから伝わった熱を拡散する役割を果たす。また、分散フィラーは樹脂層だけでなく、ベースシート内に樹脂とともに充填されていることが好ましい。分散フィラーがベースシート内の担持フィラーの隙間に充填されることで熱伝導シートの面全体の熱伝導性が向上する。本発明で使用する分散フィラーとしては、熱伝導性が高いものが好ましいが、特に限定されるものではない。
具体例には、例えば、酸化珪素（シリカ）、酸化アルミ（アルミナ）、酸化マグネシウムなどの金属酸化物；水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物；窒化珪素、窒化アルミ、窒化ホウ素、炭化珪素などの窒化物または炭化物；ステンレス繊維などの金属繊維；銀、金などの金属粒子などが挙げられる。中でも、絶縁性の観点から、酸化アルミ（アルミナ）、窒化珪素、窒化アルミ、窒化ホウ素などの酸化物または窒化物が好ましい。
<Dispersed filler>
The dispersion filler is contained in the resin layer on both sides of the base sheet in order to improve the degree of expression of thermal conductivity. In the thickness direction of the heat conduction sheet, the dispersion filler is supported on the heating element side. It collects heat, and on the radiator side, it plays a role of diffusing heat transmitted from the carrier filler. Moreover, it is preferable that the dispersion filler is filled not only in the resin layer but also in the base sheet together with the resin. The thermal conductivity of the entire surface of the heat conductive sheet is improved by filling the gaps between the carrier fillers in the base sheet with the dispersion filler. The dispersion filler used in the present invention is preferably one having high thermal conductivity, but is not particularly limited.
Specific examples include, for example, metal oxides such as silicon oxide (silica), aluminum oxide (alumina), and magnesium oxide; metal hydroxides such as magnesium hydroxide; silicon nitride, aluminum nitride, boron nitride, and silicon carbide. Examples thereof include nitrides or carbides; metal fibers such as stainless steel fibers; metal particles such as silver and gold. Among these, oxides or nitrides such as aluminum oxide (alumina), silicon nitride, aluminum nitride, and boron nitride are preferable from the viewpoint of insulation.
分散フィラーの形状としては、不定形、球状、板状、繊維状などのいずれであってもよく、粒子が凝集した凝集体であってもよい。 The shape of the dispersed filler may be any of an irregular shape, a spherical shape, a plate shape, a fiber shape, and the like, and may be an aggregate in which particles are aggregated.
分散フィラーの平均粒子径（直径）は、例えば０．１μｍ〜５００μｍであり、好ましくは３μｍ〜１２５μｍである。なお、分散フィラーが凝集体である場合、凝集体の粒子径とは２次粒子径を意味する。 The average particle diameter (diameter) of the dispersion filler is, for example, 0.1 μm to 500 μm, preferably 3 μm to 125 μm. In addition, when a dispersion filler is an aggregate, the particle diameter of an aggregate means a secondary particle diameter.
熱伝導シート内の分散フィラーの体積比率は限定されないが、熱伝導率の向上、及び、後述する樹脂の柔軟性やコストと両立するため、分散フィラーの体積比率を１％〜５０％、樹脂の柔軟性を重視すると５％〜３５％と低く抑えることが好ましい。 Although the volume ratio of the dispersion filler in the heat conductive sheet is not limited, in order to achieve both improved thermal conductivity and flexibility and cost of the resin described later, the volume ratio of the dispersion filler is 1% to 50%, If flexibility is emphasized, it is preferable to keep it as low as 5% to 35%.
＜繊維＞
繊維は熱伝導シートの引張強度を向上することで熱伝導シート自体の強度を向上し、作業性を向上するために含有される。本発明では、繊維は面状に交絡している。すなわち、繊維同士が、面状に絡み合っている。図２に示すように、ベースシートは、繊維２が絡み合うことで引張強度の向上に寄与しており、かつ、絡み合った繊維２に担持フィラー１が坦持されているため、担持フィラー１が熱伝導シートから脱落し難い。
<Fiber>
The fibers are contained in order to improve the workability by improving the strength of the heat conductive sheet itself by improving the tensile strength of the heat conductive sheet. In the present invention, the fibers are entangled in a planar shape. That is, the fibers are intertwined in a planar shape. As shown in FIG. 2, the base sheet contributes to the improvement of the tensile strength due to the entanglement of the
本発明で使用する繊維材料としては、柔軟性を有するパルプ状繊維を用いるのが好ましい。繊維の柔軟性により、繊維同士が絡み合い易く、高い引張強度を発現でき、さらに、熱伝導性フィラーに絡まり易く、好適に坦持できるというメリットがある。 As the fiber material used in the present invention, it is preferable to use a pulp-like fiber having flexibility. Due to the flexibility of the fibers, the fibers can be easily entangled with each other, high tensile strength can be expressed, and further, the fibers can be easily entangled with the heat conductive filler and can be suitably carried.
繊維は、互いに交絡し、担持フィラーを坦持できればよく、特に限定されないが、例えば、天然繊維、合成高分子繊維、再生繊維、無機系繊維などを用いることができる。
天然繊維の原料としては、木材および非木材が挙げられ、木材としては、パルプとして通常使用される針葉樹、広葉樹が挙げられ、パルプ処理したものを好適に使用できる。なお、本発明においては、物理的な強度が強いことから針葉樹パルプが好ましい。パルプの種類は特に限定されないが、例えば、ＭＰ（Mechanical pulp:機械パルプ）としては、ＧＰ（Ground pulp：砕木パルプ）、ＲＧＰ（Refiner ground pulp：リファイナーグランドパルプ）、ＣＧＰ（Chemi ground pulp：ケミグラウンドパルプ）などが挙げられ、ＣＰ（Chemical pulp：化学パルプ）としては、ＳＰ（Sulfide pulp：サルファイドパルプ）、ＡＰ（Alkaline pulp：アルカリパルプ）、ＫＰ（Kraft pulp：クラフトパルプ）、ＳＣＰ（Semi chemical pulp：セミケミカルパルプ）などが挙げられ、これらは未晒しパルプでも晒しパルプでもよい。非木材としては、木綿、わら、竹、エスパルト、バガス、リンター、マニラ麻、亜麻、麻、黄麻、雁皮などが挙げられる。
合成高分子繊維としては、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維などのオレフィン樹脂繊維、ポリアセタール、ポリイミド、アラミド、ＰＢＯ、ＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂、ナイロン、ポリエステル繊維、スチレン及びその共重合体、アクリル酸エステル及びその共重合体などの合成繊維が挙げられる。
再生繊維としては、レーヨン、リオセル、キュプラなどが挙げられる。
無機系繊維としては、例えば、ガラス繊維；アルミナ繊維；セラミックスファイバー；銅、鉄、ステンレスなどの金属繊維；カーボン繊維などの高分子繊維などが挙げられる。
The fibers are not particularly limited as long as they are entangled with each other and can carry the carrier filler. For example, natural fibers, synthetic polymer fibers, regenerated fibers, inorganic fibers, and the like can be used.
Examples of natural fiber materials include wood and non-wood, and examples of wood include conifers and hardwoods that are usually used as pulp, and pulp-treated ones can be suitably used. In the present invention, softwood pulp is preferable because of its high physical strength. The type of the pulp is not particularly limited. For example, as MP (Mechanical pulp), GP (Ground pulp), RGP (Refiner ground pulp), CGP (Chemi ground pulp) CP (Chemical pulp), such as SP (Sulfide pulp), AP (Alkaline pulp), KP (Kraft pulp), SCP (Semi chemical pulp) : Semi-chemical pulp), and these may be unbleached pulp or bleached pulp. Non-wood includes cotton, straw, bamboo, esparto, bagasse, linter, Manila hemp, flax, hemp, hemp, crust and the like.
Synthetic polymer fibers include olefin resin fibers such as polyethylene fibers and polypropylene fibers, fluorine resins such as polyacetal, polyimide, aramid, PBO, and PTFE, nylon, polyester fibers, styrene and copolymers thereof, acrylates and Synthetic fibers such as copolymers may be mentioned.
Examples of the recycled fiber include rayon, lyocell, and cupra.
Examples of the inorganic fiber include glass fiber; alumina fiber; ceramic fiber; metal fiber such as copper, iron, and stainless steel; and polymer fiber such as carbon fiber.
これら繊維としては、叩解機によるフィブリル化、または、紡糸時にフィブリル化したものを使用できる。叩解機はシングルディスクリファイナー（ＳＤＲ）、ダブルディスクリファイナー（ＤＤＲ）、ビーターなどで適宜おこなうことができる。繊維の叩解度としては、カナダ標準濾水度（ＪＩＳ Ｐ ８１２１）で、７５０ｍＬ〜１００ｍＬ、好ましくは５００ｍＬ〜２５０ｍＬである。繊維長としては、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。 These fibers can be fibrillated by a beating machine, or fibrillated during spinning. A beating machine can be appropriately used with a single disc refiner (SDR), a double disc refiner (DDR), a beater, or the like. The beating degree of the fiber is 750 mL to 100 mL, preferably 500 mL to 250 mL, according to Canadian standard freeness (JIS P 8121). The fiber length is preferably 0.1 mm or more.
また、紙の強度、こしの強さを向上させる目的で上記の叩解した繊維と一緒に、非叩解のステープル状の繊維を用いることが可能である。非叩解繊維の繊維長としては、１ｍｍ〜３０ｍｍ、好ましくは２ｍｍ〜１５ｍｍである。繊維径としては、１〜３０μｍφ、好ましくは２〜１５μｍφである。非叩解繊維の配合量は、叩解した繊維１００質量部に対して１０〜２００質量部、好ましくは２０〜１００質量部、特に２０〜５０質量部である。 Further, it is possible to use non-beaten staple-like fibers together with the above beaten fibers for the purpose of improving the strength of paper and the strength of strain. The fiber length of the non-beaten fiber is 1 mm to 30 mm, preferably 2 mm to 15 mm. The fiber diameter is 1 to 30 μmφ, preferably 2 to 15 μmφ. The blending amount of the non-beaten fibers is 10 to 200 parts by weight, preferably 20 to 100 parts by weight, and particularly 20 to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the beaten fibers.
熱伝導シートに対する繊維の体積比率は、例えば、１％〜１５％であり、好ましくは３％〜８％である。上記範囲であれば、ベースシートを形成可能な繊維量を確保して引張強度を好適な範囲としつつも、繊維の比率が高すぎないため、担持フィラーまたは樹脂の体積比率を低減させず、熱伝導率または密着性を好適な範囲に維持できる。 The volume ratio of the fiber to the heat conductive sheet is, for example, 1% to 15%, preferably 3% to 8%. Within the above range, the amount of fibers that can form the base sheet is ensured and the tensile strength is in a suitable range, but the fiber ratio is not too high, so the volume ratio of the supported filler or resin is not reduced, Conductivity or adhesion can be maintained in a suitable range.
＜樹脂＞
樹脂はベースシート内に充填され、かつベースシートの両面に分散フィラーが分散された状態で層を形成しており、ベースシートと分散フィラーを一体化させるためのバインダーである。また、熱伝導シートを発熱体と放熱体との間に設置した際、双方への密着性に優れた樹脂を使用することで、より効率の良い熱伝導性を実現することができる。発熱体と放熱体との間に設置した際に剥がれが生じるような樹脂を熱伝導シートに組み込んだ場合、剥がれによって生じた空気層が熱伝導を阻害し、密着性の良い熱伝導シートを使用した場合に比べて熱伝導性能が劣る。
本発明で使用する樹脂としては、例えば、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、などを用いることが挙げられ、耐久性及び密着性の観点からシリコーン樹脂が好ましい。
また、本発明では上記の通り、熱伝導性フィラーの体積比率を抑えることが可能であるため、密着性に寄与する樹脂の体積比率を高めることができる。熱伝導シートに対する樹脂の体積比率は、例えば、４０％〜９０％であり、好ましくは５５％〜８０％である。
<Resin>
The resin is filled in the base sheet and forms a layer in a state where the dispersed filler is dispersed on both sides of the base sheet, and is a binder for integrating the base sheet and the dispersed filler. Moreover, when a heat conductive sheet is installed between a heat generating body and a heat radiator, more efficient heat conductivity can be realized by using a resin having excellent adhesion to both. When a resin that peels off when installed between a heating element and a radiator is incorporated in the heat conduction sheet, the air layer generated by the peeling hinders heat conduction and uses a heat conduction sheet with good adhesion. Compared to the case, the heat conduction performance is inferior.
Examples of the resin used in the present invention include using a polyamide resin, a polyimide resin, a polyester resin, a polyolefin resin, a urethane resin, an epoxy resin, a silicone resin, and the like. From the viewpoint of durability and adhesion, a silicone resin is used. Is preferred.
Moreover, in this invention, since it is possible to suppress the volume ratio of a heat conductive filler as above-mentioned, the volume ratio of resin which contributes to adhesiveness can be raised. The volume ratio of the resin to the heat conductive sheet is, for example, 40% to 90%, preferably 55% to 80%.
＜熱伝導シートの物性＞
本発明の熱伝導シートは、繊維を面状に交絡したベースシートを備えているため、引張強度に優れている。引張強度は少なくとも０．１ＭＰａ以上であることが好ましく、より好ましくは、０．３ＭＰａ以上である。上限値は高い程良いが、０．１ＭＰａ〜２０ＭＰａであれば十分作業性を有し、０．１ＭＰａ〜２ＭＰａであっても実用性に問題はない。また、熱伝導シートの熱伝導率は高いことが好ましく、例えば、０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、より好ましくは１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。熱伝導率は高いほど好ましいため、上限は限定されない。発熱体および放熱体との密着性については、熱伝導シートと被着体との間に剥がれが生じなければよく、剥がれが生じた場合には、熱伝導性能が低下することとなる。
<Physical properties of heat conductive sheet>
The heat conductive sheet of the present invention is excellent in tensile strength because it includes a base sheet in which fibers are entangled in a planar shape. The tensile strength is preferably at least 0.1 MPa or more, more preferably 0.3 MPa or more. The higher the upper limit, the better. However, if it is 0.1 MPa to 20 MPa, it has sufficient workability, and even if it is 0.1 MPa to 2 MPa, there is no problem in practicality. Moreover, it is preferable that the heat conductivity of a heat conductive sheet is high, for example, is 0.5 W / (m * K) or more, More preferably, it is 1.0 W / (m * K) or more. The higher the thermal conductivity, the better, so the upper limit is not limited. About adhesion with a heat generating body and a heat radiator, it is sufficient that peeling does not occur between the heat conductive sheet and the adherend, and in the case where peeling occurs, the heat conduction performance is lowered.
《熱伝導シートの製造方法》
本発明の熱伝導シートは、通常の熱伝導シートの作製方法：（１）熱伝導性フィラーとマトリックス樹脂とを混合し、ロール、カレンダー押出し機などによりシート状に成形した後にプレスして加硫する方法、（２）マトリックス樹脂を溶剤で希釈してドクターブレードでシート状に成形・乾燥・プレスして加硫する方法、（３）ニーダーなどの密閉式混練機で混合した粉末状ゴム材に成形し、金型に充填しプレスする方法など、では作製が困難である。理由としては熱伝導シートの内部に、繊維が面状に交絡したベースシートを含有しているためであり、熱伝導性フィラーとマトリックス樹脂の混錬と併せて繊維を混錬する方法では、繊維同士を交絡させることができないためである。
<Method for producing heat conductive sheet>
The heat conductive sheet of the present invention is a normal heat conductive sheet production method: (1) A heat conductive filler and a matrix resin are mixed, formed into a sheet by a roll, a calender extruder, etc., and then pressed and vulcanized. (2) A method in which a matrix resin is diluted with a solvent and molded into a sheet with a doctor blade, dried and pressed, vulcanized, and (3) a powdered rubber material mixed in a closed kneader such as a kneader. It is difficult to manufacture by a method such as molding, filling a mold and pressing. The reason is that the heat conductive sheet contains a base sheet in which fibers are entangled in a planar shape. In the method of kneading the fibers together with the kneading of the heat conductive filler and the matrix resin, the fibers This is because they cannot be entangled with each other.
本発明の熱伝導シートの製造方法は、当該熱伝導シートを製造できれば特に限定されないが、代表的には、通常の製紙に用いられる湿式抄造法を用いて担持フィラーと繊維とを混抄した母体となるベースシートを作製し、作製したベースシートに分散フィラーを分散させたマトリックス樹脂を含浸することで熱伝導シートを作製する手法が挙げられる。
具体的には、まず、原材料である担持フィラー、および繊維をそれぞれ規定量秤量し、水中で混合攪拌して離解したスラリーを長網式、円網式などの湿式抄造機に適用し、連続したワイヤーメッシュ状の脱水パートで脱水し、その後、多筒式ドライヤーやヤンキードライヤーで乾燥してベースシート（混抄シート）を得る。次に作製したベースシートに分散フィラーを分散させた樹脂を含浸し、プレスして加硫して熱伝導シートを作製する。
上記手法において、樹脂に対して一定の割合で分散フィラーを分散させる際、分散フィラーの種類、形状、粒子径によって、分散フィラーを分散させた樹脂の粘度が異なる。そのため、分散フィラーの種類、形状、粒子径は上記の範囲内であれば熱伝導シートとしての特性を発現するが、熱伝導シートの作製に適した粘度が存在する。熱伝導シートの作製において、使用可能な粘度は５００〜５００００ｃＰであり、５０００〜３５０００ｃＰであることがより好ましい。
The method for producing a heat conductive sheet of the present invention is not particularly limited as long as the heat conductive sheet can be produced, but typically, a base material obtained by mixing a carrier filler and fibers using a wet papermaking method used in ordinary papermaking and There is a method of producing a heat conductive sheet by preparing a base sheet and impregnating the prepared base sheet with a matrix resin in which a dispersed filler is dispersed.
Specifically, first, the support fillers and fibers as raw materials were weighed in a specified amount, and the slurry obtained by mixing and stirring in water and disaggregating was applied to a wet papermaking machine such as a long net type or a circular net type, and continuously. The base sheet (mixed sheet) is obtained by dehydrating with a wire mesh-shaped dewatering part and then drying with a multi-cylinder dryer or Yankee dryer. Next, the produced base sheet is impregnated with a resin in which a dispersed filler is dispersed, pressed and vulcanized to produce a heat conductive sheet.
In the above method, when the dispersion filler is dispersed at a certain ratio with respect to the resin, the viscosity of the resin in which the dispersion filler is dispersed varies depending on the type, shape, and particle diameter of the dispersion filler. Therefore, if the type, shape, and particle size of the dispersed filler are within the above ranges, the characteristics as the heat conductive sheet are exhibited, but there is a viscosity suitable for the production of the heat conductive sheet. In production of the heat conductive sheet, the usable viscosity is 500 to 50000 cP, and more preferably 5000 to 35000 cP.
また、ベースシートを作成する場合、３００μｍ以上の粒子径の大きい担持フィラーを、作製するベースシート内に均一に分散させるため、増粘剤を使用することが必要である。増粘剤としては、ポリアクリルアミド、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）などが挙げられ、使用量（質量）は、通常、使用する水に対して０．０１５％〜０.２％である。また、熱伝導シートの母体であるベースシートの強度を向上するためにバインダー、紙力剤を使用してもよいし、熱伝導性フィラーの収率を上げるために凝集剤を使用してもよい。 Moreover, when producing a base sheet, it is necessary to use a thickener in order to disperse | distribute the support | carrier filler with a large particle diameter of 300 micrometers or more uniformly in the base sheet to produce. Examples of the thickener include polyacrylamide, CMC (carboxymethylcellulose), and the amount used (mass) is usually 0.015% to 0.2% based on the water used. In addition, a binder and a paper strength agent may be used to improve the strength of the base sheet that is the base of the heat conductive sheet, and a flocculant may be used to increase the yield of the heat conductive filler. .
以下、本発明を実施例および比較例によってさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例および比較例における物性測定は以下の手順にて行なった。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further in detail, this invention is not limited to these. In addition, the physical-property measurement in an Example and a comparative example was performed in the following procedures.
〔熱伝導性フィラーの粒子径〕
５０ｍｍ×５０ｍｍ角の熱伝導シート内の凝集体の粒子径をＳＥＭ観察して得られた断面写真により確認し、平均値粒子径を粒子径とした。
[Particle size of thermally conductive filler]
The particle diameter of the aggregate in the 50 mm × 50 mm square heat conductive sheet was confirmed by a cross-sectional photograph obtained by SEM observation, and the average particle diameter was defined as the particle diameter.
〔担持フィラー、分散フィラー、繊維、およびマトリックス樹脂の体積比率〕
担持フィラー、分散フィラーの体積比率及び繊維、マトリックス樹脂の体積比率は作製した試験片の重量、面積、厚さ、原材料の組成、及び各部材の密度より算出して求めた。
[Volume ratio of supported filler, dispersed filler, fiber, and matrix resin]
The volume ratio of the support filler, the dispersion filler and the volume ratio of the fibers and the matrix resin were calculated from the weight, area, thickness, composition of the raw material, and density of each member.
〔熱伝導率〕
熱拡散率を測定し、得られた熱拡散率から熱伝導シートの密度と比熱を用いて熱伝導率を算出した。熱拡散率は温度波熱分析法（アイフェイズ・モバイル（アイフェイズ社製）を使用）にて測定した。密度は高精度電子比重計（アルファーミラージュ社製：ＭＤ-３００Ｓ）にて測定したものを使用し、比熱は上記で求めた熱伝導性フィラーの体積比率及び、繊維、樹脂の体積比率と各部材の文献値の比熱を用いて算出したものを使用した。
熱伝導率は、熱伝導率をλ（Ｗ／（ｍ・Ｋ））、熱拡散率（ｍ２／s）をα、熱伝導シートの密度（ｋｇ／ｍ３）をρ、熱伝導シートの比熱容量（Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））をｃとして下記の計算式にて算出される。
λ＝αρｃ
上記装置を用いた温度波熱分析法による熱拡散率の測定は、測定面積が１ｍｍ×１．５ｍｍと小さいために、本発明の熱伝導シートのように不均一な部分（担持フィラーの有無）を含む試料に対しては測定箇所によって熱拡散率が大きく異なる。本発明における熱伝導率の値は上記方法での３点の測定値の平均値を表１〜３に示しているが、上記方法での熱伝導率の値では実装時の使用面積における熱伝導性能を評価することが出来ないと考えられるため、熱伝導率はあくまで参考値である。このため、熱伝導性の判断は、後述の実装時の温度差のモデル試験において実際に熱伝導シートを発熱体と放熱体の間に貼り付けた場合の温度差に基づいて行う。
〔Thermal conductivity〕
The thermal diffusivity was measured, and the thermal conductivity was calculated from the obtained thermal diffusivity using the density and specific heat of the thermal conductive sheet. The thermal diffusivity was measured by a temperature wave thermal analysis method (using Eye Phase Mobile (manufactured by Eye Phase)). The density was measured with a high-precision electronic hydrometer (manufactured by Alpha Mirage: MD-300S), and the specific heat was the volume ratio of the thermally conductive filler obtained above and the volume ratio of the fibers and resin and each member. What was calculated using the specific heat of the literature value of was used.
The thermal conductivity is λ (W / (m · K)) for thermal conductivity, α for thermal diffusivity (m 2 / s), ρ for density (kg / m 3 ) of the thermal conductive sheet, The specific heat capacity (J / (kg · K)) is set as c and is calculated by the following calculation formula.
λ = αρc
The thermal diffusivity measurement by the temperature wave thermal analysis method using the above apparatus has a measurement area as small as 1 mm × 1.5 mm. For samples containing, the thermal diffusivity varies greatly depending on the measurement location. The values of the thermal conductivity in the present invention are shown in Tables 1 to 3 as the average values of the three measured values obtained by the above method. Since it is considered that the performance cannot be evaluated, the thermal conductivity is only a reference value. For this reason, the thermal conductivity is determined based on the temperature difference when the thermal conductive sheet is actually attached between the heat generator and the heat radiator in a model test of the temperature difference during mounting, which will be described later.
〔実装時の温度差のモデル試験〕
実装時の温度差のモデル試験は、図４に示す実装時の温度差のモデル試験の評価構成を用いて行った。図４は、評価構成４０の断面図であり、評価構成４０の構成手順を以下に示す。まず、２枚の真鍮製の円柱型錘４１（重さ２８０ｇ、直径３４ｍｍ、高さ３７ｍｍ）、２枚のスリガラス板４２（表面粗さＲａ＝３〜４、５０ｍｍ×５０ｍｍ）、およびそれらの貼り合わせ用として市販の熱伝導シート４４（熱伝導率１．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）、厚さ２ｍｍ）を用意し、２０ｍｍ×２０ｍｍに切断した評価対象の熱伝導シート４５を図４に示すような状態で貼り合わせた。次に、円柱型錘４１の一方を１１０℃に熱したホットプレート上に置いて加温し、熱伝導シート４５の両面に位置するスリガラス板の２０分後の温度を熱電対４３（熱電対温度計（メモリハイロガー８４２０−５０：日置電機社製））で確認した。温度差Ｔは、加温側のスリガラス板４２の温度をＴ１、その反対側のスリガラス板４２の温度をＴ２として下記の計算式で定義する。
Ｔ＝Ｔ１−Ｔ２
このとき、温度差が小さいものほど、効率的に熱が伝わっている、即ち、熱伝導性能が高いと捉えることができる。表１〜３には各例につき、３回測定した平均値を示す。
[Model test of temperature difference during mounting]
The temperature difference model test during mounting was performed using the evaluation configuration of the temperature difference model test during mounting shown in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of the
T = T 1 −T 2
At this time, it can be understood that the smaller the temperature difference, the more efficiently the heat is transmitted, that is, the higher the heat conduction performance. Tables 1 to 3 show the average values measured three times for each example.
〔引張強度〕
引張強度はＪＩＳ Ｋ６２５１ 加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−引張特性の求め方に準拠して測定した。試料をダンベル試験片（ダンベル状８号形：平行部の厚さ２．０±０．２ｍｍ、平行部分の幅４．０±０．１ｍｍ、初期の標線間距離１０．０±０．５ｍｍ）に切断し、引張試験機（テンシロン社製）を用いて測定した。引張強度をＴＳ（ＭＰａ）、最大の力（Ｎ）をＦｍ、平行部分の厚さ（ｍｍ）をｔ、平行部分の幅（ｍｍ）をＷとして引張強度は下記の計算式にて算出される。
ＴＳ＝Ｆｍ／Ｗｔ
[Tensile strength]
The tensile strength was measured in accordance with JIS K6251 vulcanized rubber and thermoplastic rubber-how to obtain tensile properties. Dumbbell specimen (Dumbell-shaped No. 8: parallel part thickness 2.0 ± 0.2 mm, parallel part width 4.0 ± 0.1 mm, initial distance between marked lines 10.0 ± 0.5 mm) ) And measured using a tensile tester (manufactured by Tensilon). The tensile strength is calculated by the following formula, where the tensile strength is TS (MPa), the maximum force (N) is F m , the thickness (mm) of the parallel part is t, and the width (mm) of the parallel part is W. The
TS = F m / Wt
〔密着性試験〕
密着性はＲａ＝３〜４のスリガラスを用意し、熱伝導シートを貼り合わせ、目視により確認した。貼り合わせ後、密着性が良好に貼り付いたものを○、貼り付いたが気泡が混入したものを△、貼り付かないものは×とする。
[Adhesion test]
The adhesion was confirmed by visual observation by preparing ground glass with Ra = 3 to 4, pasting a heat conductive sheet. After bonding, those with good adhesion are marked with ◯, those with stuck but mixed with bubbles are marked with △, and those without sticking are marked with x.
〔実施例１〕
担持フィラーとして不定形窒化ホウ素凝集体（平均粒子径３００〜３５０μｍ、メッシュ作業を施し３００μｍ未満の粒子を除去）８０重量部、繊維として天然パルプ２０重量部、バインダーとしてアクリレート系ラテックス０．７５重量部、紙力剤としてエポキシポリマー０.７５重量部、もう一種の紙力剤として変性ポリアクリルアミド０.７５重量部、凝集剤としてポリアクリルアミド系高分子水分散剤０．０５重量部を増粘剤としてポリアクリルアミドを溶かして増粘した０．０１５％水溶液中に投入してスラリーを調整し、このスラリーを湿式抄紙法により抄紙し、加熱乾燥してベースシートを作製した。得られたベースシートに、シリコーン樹脂１００重量部に対して分散フィラーとして不定形窒化ホウ素凝集体（平均粒子径１５〜２０μｍ）２０重量部を分散させたマトリックス樹脂を含浸し、６００μｍのスペーサーを用いて加熱プレス（８０℃×３０ｍｉｎ）して硬化し、熱伝導シートを作製した。
[Example 1]
80 parts by weight of amorphous boron nitride aggregate (average particle size 300 to 350 μm, removing particles less than 300 μm by applying a mesh work) as supported filler, 20 parts by weight of natural pulp as fiber, and 0.75 parts by weight of acrylate latex as binder 0.75 parts by weight of an epoxy polymer as a paper strength agent, 0.75 parts by weight of a modified polyacrylamide as another paper strength agent, and 0.05 parts by weight of a polyacrylamide polymer aqueous dispersion as a flocculant A slurry was prepared by adding it into a 0.015% aqueous solution thickened by dissolving acrylamide, and the slurry was made by wet paper making and dried by heating to prepare a base sheet. The obtained base sheet was impregnated with a matrix resin in which 20 parts by weight of an amorphous boron nitride aggregate (average particle size of 15 to 20 μm) was dispersed as a dispersion filler with respect to 100 parts by weight of a silicone resin, and a spacer of 600 μm was used. And then cured by heating (80 ° C. × 30 min) to produce a heat conductive sheet.
〔実施例２〜２２、比較例１、２〕
使用原料を表１〜３に記載のように変更した以外は、実施例１と同様にして熱伝導シートを作製した。
[Examples 2 to 22, Comparative Examples 1 and 2]
A heat conductive sheet was produced in the same manner as in Example 1 except that the raw materials used were changed as shown in Tables 1 to 3.
表１〜３に実施例１〜２２及び比較例１、２の手順によって作成された熱伝導シートの厚さ、担持用および分散フィラーの体積比率、熱伝導率、引張強度、温度差、密着性を示す。
※２：平均粒子径３００〜３５０μｍの不定形窒化ホウ素凝集体に対し、メッシュ作業を施して３００〜４２５μｍ以外の粒子を除去して使用した。
※３：平均粒子径３００〜３５０μｍの不定形窒化ホウ素凝集体に対し、メッシュ作業を施して４２５μｍ未満の粒子を除去して使用した。
* 2: An amorphous boron nitride aggregate having an average particle diameter of 300 to 350 μm was subjected to a mesh operation to remove particles other than 300 to 425 μm.
* 3: An amorphous boron nitride aggregate having an average particle diameter of 300 to 350 μm was subjected to a mesh operation to remove particles less than 425 μm.
表１のように、実施例１〜４となるにつれ、樹脂に対する分散フィラーの割合を増加させたところ、温度差は分散フィラーの増加に伴い、２７．６３℃、２６．１５℃、２３．７４℃、２５．６０℃と実施例３をピークとして低下した。実施例４では、実施例３よりも分散フィラーを多く含むにも関わらず温度差が大きくなったが、これは、分散フィラー量の増加によって密着性がやや悪化したために若干の空気層が生じ、熱伝導効率が低下したことに起因する。また、実施例１〜４のいずれも良好な作業性を発現するのに十分な引張強度を示した。
これに対して、表４の比較例１では、分散フィラーを使用しなかったところ、温度差が３０．５７℃であり、分散フィラーを使用した実施例１〜４よりも劣る結果であった。これより、分散フィラーが熱伝導シート全体に存在していることによって、実装時を想定した面での熱伝導性能が向上していることが確認できた。
As shown in Table 1, when the ratio of the dispersed filler to the resin was increased as in Examples 1 to 4, the temperature difference was 27.63 ° C., 26.15 ° C., 23.74 with the increase of the dispersed filler. C. and 25.60.degree. C. and peaked at Example 3. In Example 4, although the temperature difference was larger despite containing more dispersion filler than in Example 3, this resulted in a slight air layer because the adhesion was slightly deteriorated due to an increase in the amount of dispersion filler, This is due to a decrease in heat conduction efficiency. Moreover, all of Examples 1-4 showed sufficient tensile strength to express favorable workability | operativity.
On the other hand, in Comparative Example 1 of Table 4, when the dispersion filler was not used, the temperature difference was 30.57 ° C., which was inferior to Examples 1 to 4 using the dispersion filler. From this, it was confirmed that the heat conduction performance on the surface assumed at the time of mounting was improved by the presence of the dispersion filler in the entire heat conduction sheet.
実施例５、６は実施例３と関連する実施例であり、分散フィラーと樹脂の混合比が同じである実施例３の厚さ０．５７ｍｍの熱伝導シートと比較して、実施例５では熱伝導シートを０．３８ｍｍと薄くした場合、実施例６では０．７７ｍｍと厚くした場合の結果を示しており、いずれも良好な密着性と十分な引張強度を有していることが確認された。温度差については、薄くした実施例５は実施例３よりも小さくなり、厚くした実施例６は実施例３よりも大きくなった。これは、厚さ方向の熱伝導において、厚さが薄いほうが熱伝導の効率が良いことから考えて妥当である。 Examples 5 and 6 are examples related to Example 3, and in Example 5, compared to the heat conductive sheet having a thickness of 0.57 mm in Example 3 in which the mixing ratio of the dispersion filler and the resin is the same. When the heat conductive sheet is thinned to 0.38 mm, Example 6 shows the result when it is thickened to 0.77 mm, and it is confirmed that both have good adhesion and sufficient tensile strength. It was. Regarding the temperature difference, the thinned Example 5 was smaller than the Example 3, and the thickened Example 6 was larger than the Example 3. This is appropriate in view of the fact that the heat conduction efficiency in the thickness direction is better when the thickness is smaller.
実施例７〜９は、分散フィラーの種類は窒化ホウ素のまま、形状や粒子径を変更した場合の結果を示している。実施例７では、平均粒径１１μｍの鱗片状窒化ホウ素を使用しているが、分散フィラーを使用しない比較例１に比べて熱伝導率の値は低くとも、温度差ではより小さくなっており、実装時を想定した熱伝導性能が向上していることが確認できた。実施例８、９では不定形窒化ホウ素凝集体の粒子径が実施例３に比べて大きなサイズのものを使用している。この場合でも、比較例１に比べて熱伝導率の値は低いが、温度差ではより小さくなっており、実装時を想定した面での熱伝導性能が向上していることが確認できた。温度差について、実施例７〜９のいずれも実施例３と比較して高い値となっている。これは、熱伝導シート内で効率良く熱を伝えるための分散フィラーの充填状態として、実施例３で使用した分散フィラーが、実施例７〜９で使用した分散フィラーよりも、粒子径、形状の点で、より適していたため、と推察される。また、実施例７〜９のいずれにおいても、良好な密着性と十分な引張強度を有していることが確認された。 Examples 7 to 9 show the results when the shape and particle diameter are changed while the type of the dispersed filler remains boron nitride. In Example 7, scaly boron nitride having an average particle diameter of 11 μm is used, but the thermal conductivity is lower than that of Comparative Example 1 in which no dispersion filler is used, but the temperature difference is smaller. It was confirmed that the heat conduction performance assuming mounting was improved. In Examples 8 and 9, the amorphous boron nitride aggregate has a particle size larger than that in Example 3. Even in this case, although the value of thermal conductivity was lower than that of Comparative Example 1, it was smaller due to the temperature difference, and it was confirmed that the thermal conductivity performance in terms of mounting was improved. Regarding the temperature difference, all of Examples 7 to 9 are higher values than Example 3. This is because the dispersion filler used in Example 3 has a particle diameter and shape that are more than the dispersion fillers used in Examples 7 to 9 as the filling state of the dispersion filler for efficiently transferring heat in the heat conductive sheet. This is probably because it was more suitable. Moreover, in any of Examples 7-9, it was confirmed that it has good adhesion and sufficient tensile strength.
実施例１０では、実施例３と比較して、樹脂をエポキシ樹脂に変更した結果である。エポキシ樹脂は使用したスリガラス板への密着性が悪く、その結果、実施例３よりも温度差が大きくなった。しかし、この例においても、同様のエポキシ樹脂を使用して、分散フィラーを添加せずに作製した比較例２に比べて熱伝導率は低いが、温度差は小さくなっており、面での熱伝導性能が向上していることが確認できた。また、密着性が良好な比較例１と比べても同様のことが言え、面での熱伝導性能の発現において分散フィラー添加の与える効果の大きさが伺える。 In Example 10, as compared with Example 3, the resin was changed to an epoxy resin. The epoxy resin had poor adhesion to the ground glass plate used, and as a result, the temperature difference was larger than in Example 3. However, in this example as well, although the thermal conductivity is lower than that of Comparative Example 2 prepared using the same epoxy resin and without adding the dispersion filler, the temperature difference is small, and the surface heat is reduced. It was confirmed that the conduction performance was improved. In addition, the same can be said when compared with Comparative Example 1 having good adhesion, and it can be seen that the effect of the addition of the dispersion filler in the expression of the heat conduction performance on the surface is apparent.
実施例１１〜１４は、平均粒子径１８μｍの多面体球状アルミナ粒子を分散フィラーとして使用し、樹脂との混合比を変化させたところ、アルミナは実施例１〜１０で使用しているいずれの窒化ホウ素に比べても、樹脂に混合した際の粘度が上昇しにくく、多量を樹脂に混合することができた。しかし、多量に混合しても温度差は窒化ホウ素を使用した場合に比べて同程度であった。これはアルミナの熱伝導率が２０〜４０W／（ｍ・K）と窒化ホウ素の熱伝導率６０W／（ｍ・K）に比べて小さいことに起因する。また、本例で使用したアルミナでは、混合比を増やしても温度差の変化があまりないことが確認された。後述する粒子径３μｍのアルミナでは混合比を増やすことで温度差が小さくなるため、この現象は粒子径に起因していると考えられ、混合比を増やしても熱伝導の効率化に有利な熱伝導経路を形成できないためである、と推察される。一方で、比較例１との比較では、熱伝導率は低いが、温度差は小さくなっており、分散フィラーとしてアルミナを使用した場合においても、面での熱伝導性能が向上していることが確認できた。 In Examples 11-14, polyhedral spherical alumina particles having an average particle diameter of 18 μm were used as the dispersion filler, and the mixing ratio with the resin was changed. As a result, alumina was any boron nitride used in Examples 1-10. Even when compared with the above, the viscosity when mixed with the resin hardly increased, and a large amount could be mixed with the resin. However, even when mixed in a large amount, the temperature difference was almost the same as when boron nitride was used. This is because the thermal conductivity of alumina is 20 to 40 W / (m · K), which is smaller than that of boron nitride, 60 W / (m · K). In addition, it was confirmed that the alumina used in this example did not change much in temperature even when the mixing ratio was increased. Since the temperature difference is reduced by increasing the mixing ratio in alumina having a particle diameter of 3 μm, which will be described later, this phenomenon is considered to be caused by the particle diameter. Even if the mixing ratio is increased, heat that is advantageous for improving the efficiency of heat conduction is considered. This is probably because a conduction path cannot be formed. On the other hand, in comparison with Comparative Example 1, the thermal conductivity is low, but the temperature difference is small, and even when alumina is used as the dispersion filler, the thermal conductivity performance in the surface is improved. It could be confirmed.
実施例１５〜１８は、平均粒子径３μｍの多面体球状アルミナ粒子を分散フィラーとして使用し、樹脂との混合比を変化させた場合の結果であり、いずれも比較例１に比べて、先例と同様、低い熱伝導率を示しているにも関わらず、温度差は小さくなっていることが確認された。また、良好な密着性と十分な引張強度を有していることが確認された。 Examples 15 to 18 are the results when polyhedral spherical alumina particles having an average particle diameter of 3 μm are used as the dispersion filler and the mixing ratio with the resin is changed, and all are the same as the previous example as compared with Comparative Example 1. It was confirmed that the temperature difference was small despite the low thermal conductivity. Moreover, it was confirmed that it has good adhesiveness and sufficient tensile strength.
実施例１９〜２２では、平均粒子径３μｍの球状アルミナ粒子を分散フィラーとして使用し、樹脂との混合比を変化させたところ、先例の実施例１５〜１８と同様の傾向を示し、アルミナ粒子の形状によらず、本発明の熱伝導シート作製に使用可能なことが確認された。 In Examples 19 to 22, spherical alumina particles having an average particle diameter of 3 μm were used as the dispersion filler, and the mixing ratio with the resin was changed. As a result, the same tendency as in Examples 15 to 18 of the previous example was exhibited. It was confirmed that it can be used for producing the heat conductive sheet of the present invention regardless of the shape.
１ 担持フィラー（担持用熱伝導性フィラー）
２ 繊維
３ 樹脂
４ 分散フィラー（分散用熱伝導性フィラー）
１０ 熱伝導シート
１１ 熱伝導性フィラー
１３ 樹脂
２０ ベースシート
３０ 一般的な熱伝導シート
４０ 実装時の温度差のモデル試験の評価構成
４１ 円柱型錘
４２ スリガラス板
４３ 熱電対
４４ 貼り合わせ用の熱伝導シート
４５ 評価対象の熱伝導シート
1 Carrier filler (thermally conductive filler for carrier)
2
DESCRIPTION OF
Claims (9)
上記ベースシートは、担持用熱伝導性フィラーを担持した繊維が面状に交絡し、かつ、上記繊維間に樹脂が充填されてなり、
上記樹脂層に分散用熱伝導性フィラーが分散されており、
上記担持用熱伝導性フィラーのうち少なくとも一部は、熱伝導シートの厚さに対して５０％以上の粒子径を有することを特徴とする熱伝導シート。 A heat conductive sheet having a resin layer formed on both sides of a base sheet,
The base sheet is entangled in a plane with the fibers carrying the supporting thermal conductive filler, and the resin is filled between the fibers,
The dispersion heat conductive filler is dispersed in the resin layer ,
At least a part of the thermally conductive filler for supporting has a particle diameter of 50% or more with respect to the thickness of the thermally conductive sheet.
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