JP6585469B2 - 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。
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.

特開2003−60134号公報JP 2003-60134 A

しかしながら、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、当該熱伝導性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。   However, in the case of the heat conductive sheet of Patent Document 1, silicone rubber is a matrix and is excellent in adhesion, but the sheet strength 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.

本発明は、以上のような問題点を鑑みて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、かつ引張強さに優れる熱伝導シートを提供することである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and the object of the present invention is to maintain the properties of the matrix resin, have the adhesiveness between the heating element and the heat dissipation element, and have a tensile strength. It is providing the heat conductive sheet excellent in thickness.

本発明者らは、熱伝導シートに繊維を含有させてシート強度を向上すべく、従来の手法、例えば、(1)熱伝導性フィラーと樹脂とを混合し、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)溶剤に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を検討した。しかしながら、これらの手法では、繊維が熱伝導シート全体に分散するため、強度を好適に向上させるに至らなかった。
そこで、本発明者らは、熱伝導シート中に繊維をどのように配置するかを鋭意検討した結果、下記発明を見出した。
In order to improve the sheet strength by adding fibers to the heat conductive sheet, the present inventors, for example, (1) mixing the heat conductive filler and the resin, and using a roll, a calendar extruder or the like (2) A method of vulcanizing by pressing in a solvent after forming into a shape, (2) A method of vulcanizing by molding, drying and pressing into a sheet with a doctor blade, (3) In a closed kneader such as a kneader A method of molding into a mixed powdery rubber material, filling a mold, and pressing was examined. However, in these methods, since the fibers are dispersed throughout the heat conductive sheet, the strength cannot be suitably improved.
Then, as a result of intensive studies on how to arrange the fibers in the heat conductive sheet, the present inventors have found the following invention.

<1>熱伝導性フィラー、繊維、および樹脂を含む熱伝導シートであって、
前記繊維は面状に交絡しており、
上記交絡した繊維は、上記熱伝導性フィラーを坦持してベースシートを形成しており、
上記樹脂がベースシートに充填されていることを特徴とする熱伝導シート。
<2>当該熱伝導シートの厚さ方向において、熱伝導シートの厚さに対して50%以上の粒子径を有する熱伝導性フィラーを少なくとも含むことを特徴とする<1>に記載の熱伝導シート。
<3>当該熱伝導シートにおける熱伝導性フィラーの体積比率が、2%以上、45%以下であ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>上記熱伝導シートの熱伝導性フィラーが凝集体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>上記熱伝導シートの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>〜<4>の何れか1項に記載の熱伝導シート。
<6>上記熱伝導シートの繊維の体積比率が1%〜10%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>上記熱伝導シートの樹脂の体積比率が55%〜95%であることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の熱伝導シート。
<1> A heat conductive sheet containing a heat conductive filler, fiber, and resin,
The fibers are entangled in a plane,
The entangled fiber carries the thermal conductive filler to form a base sheet,
A heat conductive sheet, wherein the resin is filled in the base sheet.
<2> The heat conduction according to <1>, comprising at least a heat conductive filler having a particle diameter of 50% or more with respect to the thickness of the heat conduction sheet in the thickness direction of the heat conduction sheet. Sheet.
<3> The heat conductive sheet according to <1> or <2>, wherein the volume ratio of the heat conductive filler in the heat conductive sheet is 2% or more and 45% or less.
<4> The thermal conductive filler according to any one of <1> to <3>, wherein the thermal conductive filler of the thermal conductive sheet is an agglomerate. <5> Thermal conductivity of the thermal conductive sheet The heat conductive sheet according to any one of <1> to <4>, wherein the conductive filler is an aggregate of particles having thermal anisotropy.
<6> The heat conductive sheet according to any one of <1> to <5>, wherein the fiber volume ratio of the heat conductive sheet is 1% to 10%.
<7> The heat conductive sheet according to any one of claims 1 to 6, wherein the volume ratio of the resin of the heat conductive sheet is 55% to 95%.

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両立し、かつ、引張強さに優れる熱伝導シートを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat conductive sheet which maintains the characteristic of matrix resin, makes the adhesiveness of a heat generating body and a heat radiator compatible, and is excellent in tensile strength can be provided.

本発明の熱伝導シートを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the heat conductive sheet of this invention. 本発明の熱伝導シートに係るベースシートを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the base sheet which concerns on the heat conductive sheet of this invention. 従来の熱伝導シートを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional heat conductive sheet.

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。   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.

《熱伝導シート》
本発明の熱伝導シートは、熱伝導性フィラー、繊維、および樹脂を含む熱伝導シートであって、上記繊維は面状に交絡しており、上記交絡した繊維は、上記熱伝導性フィラーを坦持してベースシートを形成しており、上記樹脂がベースシートに充填されているものである。図1は、本発明の熱伝導シート10を示す断面図であり、熱伝導性フィラー1、繊維2、および樹脂3を含んでいる。図1は、熱伝導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 is a heat conductive sheet containing a heat conductive filler, a fiber, and a resin, wherein the fiber is entangled in a planar shape, and the entangled fiber carries the heat conductive filler. And a base sheet is formed, and the base sheet is filled with the resin. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a heat conductive sheet 10 of the present invention, which includes a heat conductive filler 1, fibers 2, and a resin 3. FIG. 1 only shows an example of the heat conductive sheet, and the present invention is not limited to the embodiment.

<熱伝導性フィラー>
熱伝導性フィラーは、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、熱伝導性フィラーの一面から熱伝導性フィラーを媒介することで、熱伝導シートの一面から伝わった熱が他面へ放熱される。本発明で使用する熱伝導性フィラーとしては、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、窒化ホウ素などの窒化物または炭化物が好ましく、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。
<Thermal conductive filler>
The heat conductive filler is contained in the heat conductive sheet in order to exhibit heat conductivity, and is transmitted from one surface of the heat conductive sheet by mediating the heat conductive filler from one surface of the heat conductive filler. Heat is dissipated to the other side. As a heat conductive filler used by this invention, a thing with high heat conductivity is preferable, However It does not specifically limit.
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, nitrides or carbides 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.

熱伝導性フィラーの形状としては、不定形、球状、板状、球状、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の窒化ホウ素であり、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 thermally conductive filler may be any of an indefinite shape, a spherical shape, a plate shape, a spherical shape, and a fibrous shape, and 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 thermally conductive filler is hexagonal boron nitride, and the particle shape is flaky due to its manufacturing method, resulting in directional anisotropy in its thermal conductivity There is a feature that the thermal conductivity in the surface direction of the scaly particles 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捕らえることができ、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など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 the boron nitride aggregate can be captured as the thermal conductivity intermediate between the thermal conductivity in the thickness direction of the scaly particles and the thermal conductivity in the plane direction. High thermal conductivity can be utilized. In addition, the direction of thermal conductivity can be used as a material having isotropic properties 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.

熱伝導性フィラーの粒子径(直径)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。上記粒子径は、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、本発明の熱伝導シートは、熱伝導シートの厚さ方向において、熱伝導シートの厚さに対して50%以上の粒子径を有する熱伝導性フィラーを少なくとも含むことが好ましい。熱伝導性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熱伝導性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、それぞれの熱伝導性フィラーの内部を伝導して対面に速やかに伝導される。このように、効率的な放熱が可能であるため、図3に示すような熱伝導率フィラー11が高充填され、樹脂13の体積比率が小さい熱伝導シート100とは異なり、熱伝導性フィラーの体積比率が低くとも、熱伝導性に優れるものである。   The particle diameter (diameter) of the heat conductive 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. The particle diameter may be set according to the thickness of the heat conductive sheet. Specifically, the heat conductive sheet of the present invention is in the thickness direction of the heat conductive sheet with respect to the thickness of the heat conductive sheet. It is preferable to include at least a thermally conductive filler having a particle size of 50% or more. Because the heat conductive filler has a large particle size, that is, the ratio of the heat conductive filler in the thickness direction of the heat conductive sheet is high, the heat transferred from the heating element to one surface of the heat conductive sheet is the heat conduction of each. Conducted through the inside of the conductive filler and quickly conducted to the opposite side. Thus, since efficient heat dissipation is possible, unlike the heat conductive sheet 100 which is highly filled with the thermal conductivity filler 11 as shown in FIG. Even if the volume ratio is low, the thermal conductivity is excellent.

熱伝導性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、熱伝導性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。   Although the volume ratio of the heat conductive filler is not limited, the volume ratio of the heat conductive filler is 2% to 45% and the flexibility of the resin in order to maintain the heat conductivity and to satisfy the flexibility and cost of the resin described later. If importance is attached to the property, it is preferable to keep it as low as 5% to 20%.

<繊維>
繊維は熱伝導シートの引張強さ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は、樹脂を充填する前のベースシート20を示す断面図である。ベースシートは、繊維2が絡み合うことで引張強さの向上に寄与しており、かつ、絡み合った繊維2に熱伝導性フィラー1が坦持されているため、熱伝導性フィラー1が熱伝導シートから脱落し難い。
<Fiber>
Fiber is 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. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the base sheet 20 before filling with resin. The base sheet contributes to the improvement of the tensile strength by the fibers 2 being intertwined, and the heat conductive filler 1 is carried on the intertwined fibers 2, so that the heat conductive filler 1 is the heat conductive sheet. It is hard to drop off.

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、高い引張強さを発現でき、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 exhibited, and further, the fibers can be easily entangled with the heat conductive filler and can be suitably supported.

繊維は、互いに交絡し、熱伝導性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。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、マニア麻、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 the fibers can be entangled with each other and carry the heat conductive 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. 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, mania 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。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。   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. In the present invention, softwood pulp is preferable because of its high physical strength.

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 the paper and the strength of the paper. 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%〜10%であり、好ましくは4%〜7%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さを好適な範囲としつつも、繊維の比率が高すぎないため、熱伝導性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 10%, preferably 4% to 7%. If it is in the above range, the amount of fibers that can form the base sheet is secured and the tensile strength is in a suitable range, but the fiber ratio is not too high, so the volume ratio of the thermally conductive filler or resin is reduced. Therefore, the thermal conductivity or adhesion can be maintained in a suitable range.

<樹脂>
樹脂はベースシートに充填されており、熱伝導シートが発熱体と放熱体との間に設置された際、発熱体、および放熱体との密着性を高めるものである。このため、繊維を主体とする熱伝導シートよりも密着性が高い。
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、55%〜95%であり、好ましくは75%〜90%である。
<Resin>
The resin is filled in the base sheet, and when the heat conductive sheet is installed between the heat generator and the heat radiator, the adhesion between the heat generator and the heat radiator is enhanced. For this reason, adhesiveness is higher than the heat conductive sheet which has a fiber as a main component.
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, 55% to 95%, preferably 75% to 90%.

<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、引張強さに優れている。引張強さは少なくとも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以上、10MPa以下であれば十分作業性を有し、0.1MPa以上、7MPa以下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、0.8W/(m・K)以上であり、より好ましくは1.0W/(m・K)以上、さらには5.0W/(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、熱伝導率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, more preferably 0.3 MPa or more. The higher the upper limit value, the better. However, if it is 0.1 MPa or more and 10 MPa or less, it has sufficient workability, and even if it is 0.1 MPa or more and 7 MPa or less, there is no problem in practicality.
Moreover, it is preferable that the heat conductivity of a heat conductive sheet is high, for example, 0.8 W / (m * K) or more, More preferably, 1.0 W / (m * K) or more, Furthermore, 5.0 W / (M · K) or more. The higher the thermal conductivity, the better, so the upper limit is not limited.
As for the adhesion between the heat generating body and the heat radiating body, it is sufficient that no peeling occurs between the heat conductive sheet and the adherend, and when the peeling occurs, the thermal conductivity is lowered.

《熱伝導シートの製造方法》
本発明の熱伝導シートの作成方法は、通常の熱伝導シートの作成方法、つまり、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、溶剤に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、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成が困難である。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 method for producing a heat conductive sheet of the present invention is a normal method for producing a heat conductive sheet, that is, a heat conductive filler and a matrix resin are mixed, formed into a sheet shape by a roll, a calendar extruder, etc., and then pressed. Method of vulcanization, method of diluting in a solvent and molding / drying / pressing into a sheet with a doctor blade, vulcanization, molding into a powdered rubber material mixed with a closed kneader such as a kneader, and filling the mold However, it is difficult to create by a pressing method. 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熱伝導性フィラーと繊維を混抄した母体となるシートを作成し、作成した混抄シートにマトリックス樹脂を含浸して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、原材料である熱伝導性フィラー、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混抄シートを得る。次に作製した混抄シートに樹脂を含浸し、プレスして加硫して作成をする。
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 heat conductive filler and a fiber using a wet papermaking method used in ordinary papermaking. And a method of preparing a heat conductive sheet by impregnating the prepared mixed paper with a matrix resin.
Specifically, firstly, a specified amount of each of the heat conductive filler and fiber as raw materials are weighed, and a slurry obtained by mixing and stirring in water is applied to a wet papermaking machine such as a long net type or a circular net type, Dehydrated with a continuous wire mesh-shaped dewatering part, and then dried with a multi-cylinder dryer or Yankee dryer to obtain a mixed paper sheet. Next, the prepared mixed paper sheet is impregnated with resin, pressed and vulcanized.

ベースシートを作成する場合、300μm以上の粒子径の大きい熱伝導性フィラーを作成される熱伝導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混抄シートの強度を向上するためにバインダー、紙力材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。
When producing a base sheet, it is necessary to use a thickener in order to disperse | distribute the heat conductive filler with a large particle diameter of 300 micrometers or more uniformly in the heat conductive sheet produced. 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.
Further, a binder or a paper strength material may be used to improve the strength of the mixed paper sheet which is the base material of the heat conductive sheet, or 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.

〔熱伝導性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〕
熱伝導性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 thermally conductive filler and volume ratio of fiber and matrix resin]
The volume ratio of the thermally conductive filler and the volume ratio of the fibers and the matrix resin were calculated from the weight, area, thickness, raw material composition, and density of each member.

〔熱伝導率〕
熱伝導率は熱拡散率を測定し、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)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/mK)、熱拡散率(m/s)をα、熱伝導シートの密度(kg/m)をρ、熱伝導シートの比熱容量(J/kgK)をcとして下記の計算式にて算出される。
λ=αρc
〔Thermal conductivity〕
The thermal conductivity was calculated by measuring the thermal diffusivity and using the density and specific heat of the thermal conductive sheet from the obtained thermal diffusivity. The thermal diffusivity was measured by a temperature wave thermal analysis method (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 / mK) for the thermal conductivity, α for the thermal diffusivity (m 2 / s), ρ for the density (kg / m 3 ) of the thermal conductive sheet, and the specific heat capacity (J / KgK) as c, and is calculated by the following formula.
λ = αρc

〔引張強さ〕
引張強さは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。引張強さをTS(MPa)、最大の力(N)をF、平行部分の厚さ(mm)をt、平行部分の幅(mm)をWとして引張強さは下記の計算式にて算出される。
TS=F/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 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. Calculated.
TS = F m / Wt

〔密着性試験〕
密着性はRa=3〜4のすりガラスを用意し、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、密着性が良好に張り付いたものを○、張り付いたが気泡が混入したものを△、張り付かないものは×とする。
[Adhesion test]
Adhesiveness prepared ground glass of Ra = 3-4, bonded the heat conductive sheet, and confirmed it visually. After sticking, the sticking with good adhesion is indicated with ◯, the sticking but with bubbles mixed is indicated with Δ, and the sticking without sticking is indicated with ×.

〔実施例1〕
熱伝導性フィラーとして窒化ホウ素凝集体(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)70重量部、繊維として天然パルプ30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60重量部を溶かして増粘した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、加熱乾燥して混抄シートを作成した。得られた混抄シートに、マトリックス樹脂としてシリコーンゲルを含浸し、600μmのスペーサーを用いて加熱プレス(70℃×30min)して硬化し、熱伝導シートを作製した。
[Example 1]
Boron nitride agglomerates (average particle size 300 to 350 μm, mesh work is performed to remove particles less than 300 μm) as heat conductive filler, natural pulp 30 parts by weight, acrylate latex 0.75 parts by weight 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 60 parts by weight of acrylamide into a thickened aqueous solution, and the slurry was made by wet paper making and dried by heating to prepare a mixed paper. The obtained mixed paper was impregnated with silicone gel as a matrix resin and cured by heating press (70 ° C. × 30 min) using a 600 μm spacer to prepare a heat conductive sheet.

〔実施例2〕
窒化ホウ素凝集体の使用量を80重量部、天然パルプの使用量を20重量部に変更した以外は、実施例1と同様にして熱伝導シートを作製した。
[Example 2]
A heat conductive sheet was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of boron nitride aggregate used was changed to 80 parts by weight and the amount of natural pulp used was changed to 20 parts by weight.

〔実施例3〕
窒化ホウ素凝集体を平均粒子径15〜30μmのものに変更し、窒化ホウ素の使用量を80重量部、天然パルプの使用量を20重量部に変更した以外は、実施例1と同様にして熱伝導シートを作製した。
Example 3
Heat was changed in the same manner as in Example 1 except that the boron nitride aggregate was changed to one having an average particle size of 15 to 30 μm, the amount of boron nitride used was changed to 80 parts by weight, and the amount of natural pulp used was changed to 20 parts by weight. A conductive sheet was prepared.

〔比較例1〕
熱伝導性フィラーとして窒化ホウ素凝集体(平均粒子径300〜350μm、メッシュ作業を施し300μm以下の粒子を除去)40重量部、マトリックス樹脂として付加反応型のシリコーンゲル100重量部を混合し、600μmのスペーサーを用いて加熱プレス(70℃×30min)して硬化し、熱伝導シートを作製した。
[Comparative Example 1]
40 parts by weight of boron nitride aggregate (average particle size 300 to 350 μm, removing particles of 300 μm or less by applying a mesh work) as a heat conductive filler, 100 parts by weight of addition reaction type silicone gel as a matrix resin are mixed, and 600 μm Using a spacer, it was cured by heating press (70 ° C. × 30 min) to produce a heat conductive sheet.

〔比較例2〕
熱伝導性フィラーとして窒化ホウ素凝集体(平均粒子径15〜30μm)200重量部、マトリックス樹脂としてシリコーンゲル100重量部を混合し、600μmのスペーサーを用いて加熱プレス(70℃×30min)して硬化し、熱伝導シートを作製した。
[Comparative Example 2]
200 parts by weight of boron nitride agglomerates (average particle size 15 to 30 μm) as a heat conductive filler, 100 parts by weight of silicone gel as a matrix resin are mixed, and cured by heating press (70 ° C. × 30 min) using a 600 μm spacer. And the heat conductive sheet was produced.

表1に実施例1〜3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、体積比率、熱伝導率、引張強さ、密着性を示す。   Table 1 shows the thickness, volume ratio, thermal conductivity, tensile strength, and adhesion of the heat conductive sheets prepared by the procedures of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2.

Figure 0006585469
Figure 0006585469

実施例1の熱伝導シートは熱伝導率4.16W/mKと良好な値を示し、引張強さは4.52MPaと高い値であった。また、密着性も良好であった。
実施例2より本発明で作成された熱伝導シートの熱伝導性フィラーの体積比率は9%、繊維の体積比率は4%、マトリックス樹脂の体積比率は87%であった。熱伝導率は14.40W/mKを得た。また、Ra=3〜4の凹凸面への密着が確認され、マトリックス樹脂の特性を維持した高い密着性を有していることが確認された。また、引張強さは0.41MPaであった。これは熱伝導シートを取り付け及び剥離する際に形状を維持するには十分に高い値であり、作業性が向上されていることが確認された。
実施例3では、熱伝導性フィラーの粒子径が小さいために熱伝導率が低い水準であったが、引張強さ、密着性共に良好な結果が得られた。
The heat conductive sheet of Example 1 showed a good value of 4.16 W / mK, and the tensile strength was as high as 4.52 MPa. Also, the adhesion was good.
From Example 2, the volume ratio of the heat conductive filler of the heat conductive sheet prepared in the present invention was 9%, the volume ratio of the fibers was 4%, and the volume ratio of the matrix resin was 87%. The thermal conductivity was 14.40 W / mK. Moreover, adhesion to the uneven surface of Ra = 3 to 4 was confirmed, and it was confirmed that the film had high adhesion while maintaining the characteristics of the matrix resin. Moreover, the tensile strength was 0.41 MPa. This is a sufficiently high value to maintain the shape when the heat conductive sheet is attached and peeled, and it was confirmed that workability was improved.
In Example 3, the thermal conductivity was low because the particle size of the thermally conductive filler was small, but good results were obtained in both tensile strength and adhesion.

比較例1では、粒子径の大きな熱伝導性フィラーを使用することで熱伝導率が向上していることが確認されたが、熱伝導シートに繊維が含まれていないため、引張強さが0.02MPaと小さく、シートの作業性が悪いことが確認された。
比較例2では、粒子径の小さい熱伝導性フィラーを使用してマトリックス樹脂に高充填したことにより、熱伝導率の向上が確認されたが、熱伝導シートに繊維が含まれていないため、引張強さがさほど高くなかった。また、密着性試験で、気泡の混入が確認された。
In Comparative Example 1, it was confirmed that the thermal conductivity was improved by using a thermally conductive filler having a large particle diameter, but the tensile strength was 0 because no fiber was contained in the thermally conductive sheet. It was as small as 0.02 MPa and it was confirmed that the workability of the sheet was poor.
In Comparative Example 2, an improvement in the thermal conductivity was confirmed by using a thermally conductive filler with a small particle size and high filling in the matrix resin. However, the fiber was not contained in the thermal conductive sheet. The strength was not so high. Moreover, mixing of bubbles was confirmed in the adhesion test.

1 熱伝導性フィラー(大粒子径)
2 樹脂
3 繊維
10 熱伝導シート
11 熱伝導性フィラー(小粒子径)
13 樹脂
20 ベースシート
100 一般的な熱伝導シート
1 Thermally conductive filler (large particle size)
2 Resin 3 Fiber 10 Thermal conductive sheet 11 Thermal conductive filler (small particle size)
13 Resin 20 Base sheet 100 General heat conductive sheet

Claims (5)

熱伝導性フィラー、繊維、および樹脂を含む熱伝導シートであって、
上記繊維は面状に交絡しており、
上記交絡した繊維は、上記熱伝導性フィラーを坦持してベースシートを形成しており、
上記樹脂がベースシートに充填されており、
当該熱伝導シートの厚さ方向において、熱伝導シートの厚さに対して50%以上の粒子径を有する熱伝導性フィラーを少なくとも含み
上記熱伝導シートの樹脂の体積比率が55%〜95%であり、
上記熱伝導性フィラーの形状は、不定形、球状、板状または粒子が凝集した凝集体の形状であることを特徴とする熱伝導シート。
A heat conductive sheet containing a heat conductive filler, fiber, and resin,
The fibers are entangled in a plane,
The entangled fiber carries the thermal conductive filler to form a base sheet,
The resin is filled in the base sheet ,
In the thickness direction of the heat conductive sheet, at least a heat conductive filler having a particle diameter of 50% or more with respect to the thickness of the heat conductive sheet ,
The volume ratio of the resin of the heat conductive sheet is 55% to 95%,
The heat conductive sheet is characterized in that the heat conductive filler has an indeterminate shape, a spherical shape, a plate shape, or a shape of an aggregate in which particles are aggregated .
当該熱伝導シートにおける熱伝導性フィラーの体積比率が、2%以上、45%以下であることを特徴とする請求項1に記載の熱伝導シート。 The heat conductive sheet according to claim 1, wherein a volume ratio of the heat conductive filler in the heat conductive sheet is 2% or more and 45% or less. 上記熱伝導シートの熱伝導性フィラーが凝集体であることを特徴とする請求項1または2に記載の熱伝導シート The heat conductive sheet according to claim 1 or 2, wherein the heat conductive filler of the heat conductive sheet is an aggregate. 上記熱伝導シートの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請求項1〜3の何れかに記載の熱伝導シート。 The heat conductive sheet according to any one of claims 1 to 3 , wherein the heat conductive filler of the heat conductive sheet is an aggregate of particles having thermal anisotropy. 上記熱伝導シートの繊維の体積比率が1%〜10%であることを特徴とする請求項1〜の何れか1項に記載の熱伝導シート。 The heat conductive sheet according to any one of claims 1 to 4 , wherein a volume ratio of fibers of the heat conductive sheet is 1% to 10%.
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