JP6491641B2 - 電子機器用熱伝導性積層体 - Google Patents

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Description

本発明は、電子機器内部の熱を効率的に外部へ放熱するための電子機器用熱伝導性積層体に関する。
スマートフォン等の小型化が要求される電子機器においては、高密度に集積された電子部品が大量の熱を発生し、この熱が故障の原因となるため、この熱を機器外部に放熱するためのヒートシンク材が設けられている。前記ヒートシンク材としては、発熱体である電子部品と金属筐体との間に設けられることが一般的であるため、凹凸追従性が高い放熱グリースや放熱ゲル、及びこれらをウレタン発泡体に含浸させたもの、熱伝導体を含有する熱伝導性発泡体等が提案されている（例えば特許文献１，２）。
特開２００３−３１９８０号公報 特開２０１３−２２７４８６号公報
前記放熱グリースは放熱性が良好であるものの、一度グリースを塗布してしまうと塗布し直すことが難しく、製品の歩留まりが低下するという問題がある。一方、放熱ゲルは一般的に厚さ１ｍｍ以下のシート状に加工することが難しく、圧縮すると形状が変形するという問題がある。また、薄いシートは圧縮強度が高くなり柔軟性が低くなるという問題がある。
また、熱伝導性発泡体は薄く柔軟性が良好であるため、薄型の電子機器内部の熱を外部に放熱する用途に適しているが、シリコーンのように自着性を有していないため粘着層を付与する必要がある。しかし、発泡体が柔らかく薄いため、被着面に一度貼付けてしまうとリワーク時に破れやすいという欠点があった。
本発明は、上記従来の課題を鑑みてなされたものであって、電子機器の内部に好適に使用することができる薄さ、柔軟性、及び熱伝導性を有し、更にリワーク時に破れにくい優れた作業性を有する電子機器用熱伝導性積層体を提供することを目的とする。
本発明は、２５％圧縮強度が２００ｋＰａ以下であり、厚さが０．０５〜１．０ｍｍである発泡体シートの少なくとも一方の面に、両面粘着テープを貼付した電子機器用熱伝導性積層体であり、前記両面粘着テープの基材が厚さ２〜１００μｍのポリエチレンテレフタレートである電子機器用熱伝導性積層体、を要旨とするものである。
本発明によれば、電子機器の内部に好適に使用することができる薄さ、柔軟性、及び熱伝導性を有し、更にリワーク時に破れにくい優れた作業性を有する電子機器用熱伝導性積層体を提供することができる。
実施例及び比較例で作成した電子機器用熱伝導性積層体の放熱性能を測定するための積層構造を示す図である。
本発明の電子機器用熱伝導性積層体は、２５％圧縮強度が２００ｋＰａ以下であり、厚さが０．０５〜１．０ｍｍである発泡体シートの少なくとも一方の面に、両面粘着テープを貼付した電子機器用熱伝導性積層体であり、前記両面粘着テープの基材が厚さ２〜１００μｍのポリエチレンテレフタレートであるものである。
＜発泡体シート＞
本発明において用いる発泡体シートの２５％圧縮強度は２００ｋＰａ以下である。前記圧縮強度が２００ｋＰａを超えると、発泡体シートの柔軟性が低下するため好ましくない。発泡体シートの柔軟性の観点から、発泡体シートの２５％圧縮強度は５ｋＰａ以上が好ましく、１０ｋＰａ以上がより好ましく、１５ｋＰａ以上が更に好ましく、２０ｋＰａ以上がより更に好ましく、そして、１９０ｋＰａ以下が好ましく、１８０ｋＰａ以下がより好ましく、１５０ｋＰａ以下が更に好ましく、１００ｋＰａ以下がより更に好ましく、５０ｋＰａ以下がより更に好ましく、４０ｋＰａ以下がより更に好ましい。
発泡体シートの２５％圧縮強度は、発泡体シートの柔軟性の観点から、５〜１９０ｋＰａが好ましく、１０〜１９０ｋＰａがより好ましく、１５〜１５０ｋＰａがより好ましく、２０〜１００ｋＰａが更に好ましい。
本発明において用いる発泡体シートの５０％圧縮強度は、２００ｋＰａ以下であることが好ましい。前記発泡体シートの５０％圧縮強度が２００ｋＰａ以下であれば、モバイル端末等の薄型電子機器に好適に使用することが可能となる。柔軟性を向上させる観点から、発泡体シートの５０％圧縮強度は、１５０ｋＰａ以下がより好ましく、１００ｋＰａ以下が更に好ましい。
発泡体シートの厚さは０．０５〜１ｍｍである。発泡体シートの厚さが、０．０５ｍｍ未満であると発泡体シートが破れやすくなり、１ｍｍを超えると小型の電子機器内部の空隙に使用することが困難になる。発泡体シートの強度の観点から、発泡体シートの厚さは０．０５〜０．８ｍｍが好ましく、０．０５〜０．７ｍｍがより好ましく、０．０５〜０．５ｍｍが更に好ましい。
発泡体シートの熱伝導率は、０．３〜１０Ｗ／ｍ・Ｋが好ましく、０．４〜２．０Ｗ／ｍ・Ｋがより好ましく、０．４５〜２．０Ｗ／ｍ・Ｋが更に好ましい。発泡体シートの熱伝導率が前記範囲内であれば、電子機器内部の熱を外部へ効率的に放熱することが可能となる。
発泡体シートの発泡倍率は、１．５〜６倍が好ましく、１．５〜５倍がより好ましく、１．５〜４倍が更に好ましく、１．５〜３．５倍がより更に好ましい。発泡体シートの発泡倍率が前記範囲内であると、シートの薄さと柔軟性とを両立させることができる。
発泡体シートの見掛け密度は、０．３〜１．５ｇ／ｃｍ３が好ましく、０．３５〜１．５ｇ／ｃｍ３がより好ましく、０．４〜１．５ｇ／ｃｍ３が更に好ましく、０．４〜１．４ｇ／ｃｍ３がより更に好ましく、０．５〜１．４ｇ／ｃｍ３がより更に好ましく、０．５５〜１．２ｇ／ｃｍ３がより更に好ましい。発泡体シートの見掛け密度が前記範囲内であれば、所望の厚さ、柔軟性、熱伝導率を兼ね備える発泡体シートを得ることができる。
＜エラストマー樹脂＞
本発明において用いる発泡体シートは、エラストマー樹脂を発泡させることにより得られたものである。
本発明に用いることができるエラストマー樹脂としては、アクリロニトリルブタジエンゴム、液状アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、液状エチレン−プロピレン−ジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、液状エチレン−プロピレンゴム、天然ゴム、ポリブタジエンゴム、液状ポリブタジエンゴム、ポリイソプレンゴム、液状ポリイソプレンゴム、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、液状スチレン−ブタジエンブロック共重合体、水素添加スチレン−ブタジエンブロック共重合体、液状水素添加スチレン−ブタジエンブロック共重合体、水素添加スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、液状水素添加スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、水素添加スチレン−イソプレンブロック共重合体、液状水素添加スチレン−イソプレンブロック共重合体、水素添加スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体、液状水素添加スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体等が挙げられ、これらの中では、アクリロニトリルブタジエンゴム、液状アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、及び液状エチレン−プロピレン−ジエンゴムが好ましい。
エラストマー樹脂中の液状エラストマー含有量は、柔軟性を向上させる観点から、１０質量％以上が好ましく、２０質量％以上がより好ましく、そして、９０質量％以下が好ましく、８０質量％以下がより好ましい。
＜熱伝導体＞
本発明においては、熱伝導性を向上させる観点から、前記発泡体シートを構成するエラストマー樹脂が熱伝導体を含有することが好ましい。
本発明に用いることができる熱伝導体としては、酸化アルミニウム、及び酸化マグネシウム等の酸化物、窒化ホウ素、及び窒化アルミニウム等の窒化物、グラファイト、及びグラフェン等の炭素化合物、及びタルクが挙げられ、これらの中では、酸化物、窒化物及びタルクから選ばれる１種以上が好ましく、酸化物から選ばれる１種以上がより好ましく、酸化アルミニウム及び酸化マグネシウムから選ばれる１種以上が更に好ましく、酸化マグネシウムがより更に好ましい。これらは、単独でもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記熱伝導体の熱伝導率としては、５Ｗ／ｍ・Ｋ以上が好ましく、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上がより好ましい。熱伝導率が前記範囲内であれば、発泡体シートの熱伝導率が十分に高いものになる。
前記熱伝導体の含有量は、エラストマー樹脂１００質量部に対して１００〜５００質量部が好ましい。熱伝導体の含有量が１００質量部以上であると、発泡体シートに十分な熱伝導性を付与することができ、熱伝導体の含有量が５００質量部以下であると、発泡体シートの柔軟性が低下することを防ぐことができる。発泡体シートの熱伝導性、柔軟性の観点から、エラストマー樹脂１００質量部に対する熱伝導体の含有量は、１２０〜４８０質量部が好ましく、１５０〜４５０質量部がより好ましい。
＜発泡剤＞
本発明における発泡体シートは、前記エラストマー樹脂と発泡剤とを混合し、化学的に発泡させることにより製造することが好ましい。
化学的に発泡させる場合における発泡剤としては、熱により分解してガスを発生する熱分解型発泡剤が好ましい。熱分解型発泡剤としては、例えば、アゾジカルボンアミド、ベンゼンスルホニルヒドラジド、ジニトロソペンタメチレンテトラミン、トルエンスルホニルヒドラジド、４,４−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）等が挙げられる。これらは、単独でもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
発泡剤の含有量は、前記エラストマー樹脂１００質量部に対して、１〜３０質量部が好ましく、は３〜２５質量部がより好ましく、５〜２０質量部が更に好ましい。発泡剤の配合量が前記範囲内であれば、柔軟性に優れる発泡体を得ることができる。
＜任意成分＞
本発明においては、本発明の目的を損なわない範囲で、必要に応じて各種の添加成分を含有させることができる。
この添加成分の種類は特に限定されず、発泡成形に通常使用される各種添加剤を用いることができる。このような添加剤として、例えば、滑剤、収縮防止剤、気泡核剤、結晶核剤、可塑剤、着色剤（顔料、染料等）、紫外線吸収剤、酸化防止剤、老化防止剤、上記導電付与材を除いた充填剤、補強剤、難燃剤、難燃助剤、帯電防止剤、界面活性剤、加硫剤、表面処理剤等が挙げられる。添加剤の添加量は、気泡の形成等を損なわない範囲で適宜選択でき、通常の樹脂の発泡・成形に用いられる添加量を採用できる。これらは、単独でもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
滑剤は樹脂の流動性を向上させるとともに、樹脂の熱劣化を抑制する作用を有する。本発明において用いられる滑剤としては、樹脂の流動性の向上に効果を示すものであれば特に制限されない。例えば、流動パラフィン、パラフィンワックス、マイクロワックス、ポリエチレンワックス等の炭化水素系滑剤；ステアリン酸、ベヘニン酸、１２−ヒドロキシステアリン酸等の脂肪酸系滑剤；ステアリン酸ブチル、ステアリン酸モノグリセリド、ペンタエリスリトールテトラステアレート、硬化ヒマシ油、ステアリン酸ステアリル等のエステル系滑剤等が挙げられる。
滑剤の添加量としては、エラストマー樹脂１００質量部に対して、好ましくは０．０１〜５質量部程度、より好ましくは０．０５〜４質量部、更に好ましくは０．１〜３質量部である。添加量が１０質量部を超えると、流動性が高くなりすぎて発泡倍率が低下するおそれがあり、０．５質量部未満であると、流動性の向上が図れず、発泡時の延伸性が低下して発泡倍率が低下するおそれがある。
難燃剤としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の金属水酸化物の他に、デカブロモジフェニルエーテル等の臭素系難燃剤、ポリリン酸アンモニウム等のリン系難燃剤等が挙げられる。
難燃助剤としては、三酸化アンチモン、四酸化アンチモン、五酸化アンチモン、ピロアンチモン酸ナトリウム、三塩化アンチモン、三硫化アンチモン、オキシ塩化アンチモン、二塩化アンチモンパークロロペンタン、アンチモン酸カリウム等のアンチモン化合物、メタホウ酸亜鉛、四ホウ酸亜鉛、ホウ酸亜鉛、塩基性ホウ酸亜鉛等のホウ素化合物、ジルコニウム酸化物、スズ酸化物、モリブデン酸化物等が挙げられる。
＜発泡体シートの製造方法＞
本発明に用いる発泡体シートは、公知の化学発泡法又は物理的発泡法により製造することができ、製造方法に特に制限はない。
なお、発泡処理方法は、プラスチックフォームハンドブック（牧広、小坂田篤編集 日刊工業新聞社発行 １９７３年）に記載されている方法を含め、公知の方法を用いることができる。
＜両面粘着テープ＞
本発明の電子機器用熱伝導性積層体は、前記発泡体シートの少なくとも一方の面に両面粘着テープを貼付したものであり、両面粘着テープの基材は、厚さ２〜１００μｍのポリエチレンテレフタレートで構成される。
両面粘着テープの基材の厚さが２μｍ未満であると基材が破れやすくなり積層体の作業性が悪くなる。両面粘着テープの基材の厚さは、積層体の作業性の観点から、３〜１００μｍが好ましく、３〜８０μｍがより好ましく、４〜５０μｍが更に好ましい。基材の厚さが１００μｍ以下であると、放熱性能が向上し、更に総厚さが小さくなり小型の電子機器内部の空隙に使用しやすくなる。
本発明においては、基材としてポリエチレンテレフタレート（以下、「ＰＥＴ」ともいう）を用いているため、リワーク時に破れにくい優れた作業性を有する電子機器用熱伝導性積層体を得ることができる。
本発明において、両面粘着テープの総厚さ、すなわち、基材と粘着層との合計の厚さは、５〜１５０μｍが好ましく、６〜１２０μｍがより好ましく、７〜１１０μｍが更に好ましい。両面粘着テープの総厚さが前記範囲内であれば、放熱性能が向上し、更に小型電子機器内部の空隙に使用しやすくなる。
両面粘着テープとしては、前記基材の厚さを有するものであれば特に制限はなく、例えば、積水化学工業株式会社製「３８０１Ｘ（ＰＥＴ基材の厚さ４μｍ）」、「３８０５Ｈ（ＰＥＴ基材の厚さ４０μｍ）」、「３８１０Ｈ（ＰＥＴ基材の厚さ５０μｍ）」を好適に用いることができる。
＜電子機器用熱伝導性積層体の製造方法＞
本発明の電子機器用熱伝導性積層体を製造する方法に特に制限はなく、一般的な方法により製造することができる。例えば、発泡体シートと、両面粘着テープとをラミネートする方法を挙げることができる。なお、ラミネートは常温、常圧下で行ってもよく、また、加熱、加圧下で行ってもよい。
本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
以下の製造例で使用した材料は以下のとおりである。
（１）エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）
ＪＳＲ株式会社製、商品名「ＥＰ２１」
密度：０．８６ｇ／ｃｍ３
プロピレン含量：３４質量％
（２）液状エチレン−プロピレン−ジエンゴム（液状ＥＰＤＭ）
三井化学株式会社製、商品名「ＰＸ−０６８」
密度：０．９ｇ／ｃｍ３
プロピレン含量：３９質量％
（３）アゾジカルボンアミド
大塚化学株式会社製、商品名「ＳＯ−Ｌ」
（４）酸化マグネシウム
宇部マテリアルズ株式会社、商品名「ＲＦ−１０Ｃ−ＳＣ」
破砕品４５μｍ以下分級平均粒径４μｍ
熱伝導率：４２〜６０Ｗ／ｍ・Ｋ
（５）フェノール系酸化防止剤
ＢＡＳＦジャパン株式会社製、商品名「イルガノックス１０１０」
［製造例１］
エチレン−プロピレン−ジエンゴム６０質量部、液状エチレン−プロピレン−ジエンゴム４０質量部、アゾジカルボンアミド１７質量部、酸化マグネシウム３６０質量部、及びフェノール系酸化防止剤０．１質量部の混合物１８０ｇを溶融混練後、プレスすることにより厚さが０．４ｍｍの発泡性樹脂シートを得た。得られた発泡性樹脂シートの両面に加速電圧５００ｋｅＶにて電子線を３．０Ｍｒａｄ照射して発泡性樹脂シートを架橋させた。次にシートを２５０℃に加熱することによって発泡性樹脂シートを発泡させて、見掛け密度０．６０ｇ／ｃｍ３、厚さ０．５ｍｍの発泡体シートを得た。
［製造例２］
エチレン−プロピレン−ジエンゴム５０質量部、液状エチレン−プロピレン−ジエンゴム５０質量部、アゾジカルボンアミド２０質量部、酸化マグネシウム３００質量部、及びフェノール系酸化防止剤０．１質量部の混合物１８０ｇを溶融混練後、プレスすることにより厚さが０．３２ｍｍの発泡性樹脂シートを得た。得られた発泡性樹脂シートの両面に加速電圧５００ｋｅＶにて電子線を３．０Ｍｒａｄ照射して発泡性樹脂シートを架橋させた。次にシートを２５０℃に加熱することによって発泡性樹脂シートを発泡させて、見掛け密度０．３５ｇ／ｃｍ３、厚さ０．５ｍｍの発泡体シートを得た。
実施例１
製造例１で得られた発泡体シートの一方の面に両面粘着テープ［積水化学工業株式会社製「３８０１Ｘ」（ＰＥＴ基材の厚さ４μｍ、両面粘着テープの総厚さ１０μｍ）］を貼付し、電子機器用熱伝導性積層体を得た。
実施例２
貼付した両面粘着テープを、積水化学工業株式会社製「３８０５Ｈ」（ＰＥＴ基材の厚さ４０μｍ、両面粘着テープの総厚さ５０μｍ）に変更したこと以外は実施例１と同様に実施した。
実施例３
貼付した両面粘着テープを、積水化学工業株式会社製「３８１０Ｈ」（ＰＥＴ基材の厚さ５０μｍ、両面粘着テープの総厚さ１００μｍ）に変更したこと以外は実施例１と同様に実施した。
実施例４
製造例２で得られた発泡体シートを使用したこと以外は、実施例１と同様に実施した。
実施例５
製造例２で得られた発泡体シートを使用したこと以外は、実施例３同様に実施した。
比較例１
製造例１で得られた発泡体シートにアクリル系の粘着剤を２０μｍ塗布し、粘着層付発泡体シートを得た。
比較例２
製造例１で得られた発泡体シートに不織布基材両面テープ［積水化学工業株式会社製「＃５７８２」（不織布基材の厚さ７０μｍ、不織布基材両面テープの総厚さ１３０μｍ）］を貼付し、積層体を得た。
比較例３
製造例１で得られた発泡体シートの一方の面に両面粘着テープ［積水化学工業株式会社製「３８２０ＢＨ」（ＰＥＴ基材の厚さ１３０μｍ、両面粘着テープの総厚さ２００μｍ）］を貼付し、積層体を得た。
＜物性＞
得られた発泡体シートの物性は以下のように測定した。各測定結果は表１に示す。
〔発泡倍率〕
発泡倍率は、発泡体シ−トの比重を発泡性樹脂シートの比重で除することにより算出した。
〔見掛け密度〕
ＪＩＳ Ｋ ７２２２に準拠して測定した。
〔２５％圧縮強度〕
発泡体シートの厚さ方向の２５％圧縮強度は、ＪＩＳ Ｋ６７６７−７．２．３（ＪＩＳ２００９）に準拠して測定した。
〔発泡体シートの熱伝導率〕
レーザーフラッシュ法により、アルバック理工株式会社製「ＴＣ−７０００」を用いて、未発泡樹脂シートの熱伝導率を２５℃にて測定し、該見かけ密度から下記数式により計算値として発泡体シートの熱伝導率を算出した。
１／λｅ＝｛（１−Ｖ１／３）／λＳ｝＋Ｖ１／３／｛λＳ・（１−Ｖ２／３）＋λｇ・Ｖ２／３｝
λｅ：発泡体シートの熱伝導率
Ｖ：発泡体の気孔率（気孔率＝１−〔１／発泡倍率〕）
λＳ：未発泡樹脂シートの熱伝導率
λｇ：空気の熱伝導率
〔最大抗張力〕
実施例及び比較例で得られた積層体の最大抗張力を、引張試験機を用いてＪＩＳ Ｋ６７６７（Ａ法）に準拠して行った。
〔熱伝導性能〕
実施例と比較例で得られたシートの熱伝導性は図１に示した積層構造を用いて測定した。具体的には、断熱材の上に２５ｍｍ×２５ｍｍ×２ｍｍのヒーター（坂口電熱株式会社製マイクロセラミックヒーター、型番「ＭＳ５」）を載せ、その上に２５ｍｍ×２５ｍｍの各実施例及び比較例で作成したサンプルを重ねた。その上に５０ｍｍ×１００ｍｍ×２ｍｍのアルミニウム板を載せ、サンプルを伝わった熱がアルミニウム板に拡散する構造を形成した。この状態でヒーターに１Ｗの電力を引加し、１５分後にヒーターの温度が一定となったところで当該ヒーターの温度［Ｔ］（℃）を測定した。値が小さい程、熱伝導性能がよいことを示す。
実施例及び比較例の結果より、本発明の電子機器用熱伝導性積層体は、薄さと柔軟性と熱伝導性を有している共に、作業性に優れていることがわかる。

Claims (5)

  1. ２５％圧縮強度が２００ｋＰａ以下であり、厚さが０．０５〜１．０ｍｍである発泡体シートの少なくとも一方の面に、両面粘着テープを貼付した電子機器用熱伝導性積層体であり、前記両面粘着テープの基材が厚さ２〜１００μｍのポリエチレンテレフタレートであり、前記両面粘着テープの総厚さが１０〜１５０μｍである、電子機器用熱伝導性積層体。
  2. 前記発泡体シートを構成するエラストマー樹脂が、酸化物、窒化物及びタルクから選ばれる１種以上の熱伝導体を含有する、請求項１に記載の電子機器用熱伝導性積層体。
  3. 前記熱伝導体の含有量が、前記エラストマー樹脂１００質量部に対して１００〜５００質量部である、請求項２に記載の電子機器用熱伝導性積層体。
  4. 前記発泡体シートの発泡倍率が１．５〜６倍である、請求項１〜３のいずれかに記載の電子機器用熱伝導性積層体。
  5. 前記両面粘着テープの基材の厚さが３〜１００μｍである、請求項１〜４のいずれかに記載の電子機器用熱伝導性積層体。
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