JP6671735B2 - 熱伝導性シートの製造方法 - Google Patents
熱伝導性シートの製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6671735B2 JP6671735B2 JP2019088161A JP2019088161A JP6671735B2 JP 6671735 B2 JP6671735 B2 JP 6671735B2 JP 2019088161 A JP2019088161 A JP 2019088161A JP 2019088161 A JP2019088161 A JP 2019088161A JP 6671735 B2 JP6671735 B2 JP 6671735B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- graphite powder
- flaky graphite
- heat conductive
- carbon fiber
- sample
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 8
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 171
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 171
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 166
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 98
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 49
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 38
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 33
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 31
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 18
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 18
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 18
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 18
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 10
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 4
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims 2
- 239000011231 conductive filler Substances 0.000 description 55
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 31
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 18
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 17
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 11
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical group O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000007259 addition reaction Methods 0.000 description 7
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 7
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 7
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 6
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 5
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011357 graphitized carbon fiber Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 3
- 239000011302 mesophase pitch Substances 0.000 description 3
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 3
- UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N Naphthalene Chemical compound C1=CC=CC2=CC=CC=C21 UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004692 metal hydroxides Chemical class 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 2
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 2
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000000790 scattering method Methods 0.000 description 2
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 2
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 229920006311 Urethane elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229920000800 acrylic rubber Polymers 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 125000003342 alkenyl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 239000002482 conductive additive Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 150000002391 heterocyclic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000012948 isocyanate Substances 0.000 description 1
- 150000002513 isocyanates Chemical class 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000012778 molding material Substances 0.000 description 1
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000989 no adverse effect Toxicity 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- -1 polycyclic hydrocarbon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229920005862 polyol Polymers 0.000 description 1
- 150000003077 polyols Chemical class 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000007348 radical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007363 ring formation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
- H05K7/20436—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing
- H05K7/20445—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing the coupling element being an additional piece, e.g. thermal standoff
- H05K7/20472—Sheet interfaces
- H05K7/20481—Sheet interfaces characterised by the material composition exhibiting specific thermal properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/04—Carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
- C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
- C08K7/02—Fibres or whiskers
- C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
- C08K7/06—Elements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/02—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of carbon, e.g. graphite
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
- H01L23/3737—Organic materials with or without a thermoconductive filler
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
- C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
- C08K2003/2227—Oxides; Hydroxides of metals of aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K2201/00—Specific properties of additives
- C08K2201/001—Conductive additives
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
- F28F2255/06—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes composite, e.g. polymers with fillers or fibres
Description
以上のような背景のもとになされたのが本発明である。即ち本発明は、熱伝導性の高い熱伝導性シートを提供することを目的とする。
高分子マトリクス中に分散した炭素繊維と鱗片状黒鉛粉末とを含む熱伝導性シートであって、前記鱗片状黒鉛粉末が、前記炭素繊維どうしの間に介在し、前記炭素繊維の繊維軸方向がシートの厚み方向に配向し、前記鱗片状黒鉛粉末の鱗片面の長軸方向がシートの厚み方向に配向するとともに、該鱗片面に対する法線方向がシートの面方向にランダムに向いており、前記炭素繊維と鱗片状黒鉛粉末との質量割合が120:10〜60:70の範囲内にある熱伝導性シートである。
高分子マトリクス100質量部に対して、炭素繊維と鱗片状黒鉛粉末の合計質量が80〜180質量部となる割合で炭素繊維と鱗片状黒鉛粉末とを含むため、熱伝導性シートの柔軟性を損なうこともなく、柔軟な熱伝伝導性シートを得ることができる。
炭素繊維および鱗片状黒鉛粉末以外の熱伝導性充填材をさらに含み、この熱伝導性充填材の平均粒径が前記炭素繊維の平均繊維長および前記鱗片状黒鉛粉末の平均粒径よりも小さく、アスペクト比が2以下であるものとしたため、シート厚方向だけでなくシート厚に対する垂直方向での熱伝導性充填材どうしの接触を高め、結果的にシート厚方向の熱伝導性を高めることができる。
炭素繊維や鱗片状黒鉛粉末以外のその他の熱伝導性充填材を酸化アルミニウムや水酸化アルミニウムとしたため、磁場の影響を受けずに高分子マトリクス中にランダムに分散させることができ、炭素繊維や鱗片状黒鉛粉末の隙間に介在させて熱伝導性シートの熱伝導性を高めることができる。
高分子マトリクス100質量部に対して、前記炭素繊維と前記鱗片状黒鉛粉末と前記熱伝導性充填材の合計を380〜790質量部の割合で含むため、熱伝導性シートの柔軟性を損なうことなく、熱伝導性に優れた熱伝導性シートとすることができる。
熱伝導性シートは、高分子マトリクス中に炭素繊維と鱗片状黒鉛粉末、そして、炭素繊維や鱗片状黒鉛粉末以外のその他の熱伝導性充填材を含んで構成している。
また、鱗片状黒鉛粉末の鱗片面の法線方向が面方向にランダムである状態とは、その法線方向がシート面内の特定の方向から15°以内の範囲を向いている鱗片状黒鉛粉末が50%未満である状態を意味するものとする。換言すれば、法線方向がシート面内の特定の方向から15°以内の範囲を向いている鱗片状黒鉛粉末が50%を超える場合は、鱗片状黒鉛粉末の法線方向が面方向にランダムではない状態を意味するものとする。
こうした配向の様子は、電子顕微鏡によって断面を観察することで確認することができる。
(高分子マトリクス:)
高分子マトリクスは、熱伝導性充填材を保持する部材であり、柔軟なゴム状弾性体でなる。炭素繊維や鱗片状黒鉛粉末を配向した状態で含有させるためには、配向させる工程の際に流動性を有していることが要求される。例えば、熱可塑性樹脂であれば、加熱して可塑化した状態で炭素繊維や鱗片状黒鉛粉末を配向させることができる。また、反応性液状樹脂であれば、硬化前に炭素繊維や鱗片状黒鉛粉末を配向させて、その状態を維持したまま硬化すれば、炭素繊維や鱗片状黒鉛粉末が配向した硬化物を得ることができる。前者は比較的粘度が高く、また低粘度になるまで可塑化すると樹脂が熱劣化するおそれがあるため、後者の樹脂を採用することが好ましい。
高分子マトリクスの中に含有される炭素繊維には、繊維状、棒状、針状等の各種形状の炭素繊維を含む。炭素繊維はグラファイトの結晶面が繊維軸方向に連なっており、その繊維軸方向に極めて高い熱伝導率を有する。そのため、その繊維軸方向を所定の方向に揃えることで、その方向の熱伝導率を高めることができる。
炭素繊維の平均繊維長は、好ましくは10〜600μm、より好ましくは80〜500μmである。平均繊維長が10μmより短いと、高分子マトリクス中において炭素繊維同士の接触が少なく、熱の伝達経路が不充分となり、熱伝導性が低下するおそれがある。一方、平均繊維長が600μmよりも長いと、炭素繊維が嵩高くなり、高分子マトリクス中に高充填することが困難になる。なお、この平均繊維長は、炭素繊維を顕微鏡で観察した粒度分布から算出することができる。
炭素繊維の含有量は、高分子マトリクス100質量部に対して60〜150質量部であることが好ましい。60質量部未満では熱伝導性を高め難く、150質量部を超えると、混合組成物の粘度が高くなり配向性が悪くなるおそれがある。
高分子マトリクスの中で配向する鱗片状黒鉛粉末は、鱗片状や扁平状等と称される扁形した黒鉛粉末を含むものである。鱗片状黒鉛粉末はグラファイトの結晶面が面方向に広がっており、その面内において等方的に極めて高い熱伝導率を備える。そのため、その鱗片面の面方向をシートの厚み方向に揃えることで、シートの厚み方向の熱伝導率を高めることができる。そうした一方で、鱗片面に対する法線方向はランダムな方向を向いている。したがって、シートの広がり方向では異方性を発現せずに、等方的に熱を伝えるように構成されている。
炭素繊維は、一軸の略棒状であるため、液状樹脂内での流動抵抗が小さく配向し易いとともに、粘度が上昇し難いことから高充填し易いという特徴がある。そうした一方で、炭素繊維は一軸状であるため他の熱伝導性充填材と接触する面積は小さく、高充填しなければ熱伝導性を高め難いと思われる。
鱗片状黒鉛粉末は、鱗片状であるため、液状樹脂内での流動抵抗が大きく配向し難いとともに、粘度が上昇し易いことから高充填が難しいという特徴がある。しかし、鱗片状であるため他の熱伝導性充填材と接触する面積は大きく、比較的低充填でも熱伝導性を高め易いと思われる。
熱伝導性シートには、炭素繊維および鱗片状黒鉛粉末以外の熱伝導性充填材を含むことができる。ここでは、先に述べた炭素繊維および鱗片状黒鉛粉末以外の熱伝導性充填材を「その他の熱伝導性充填材」と称するものとする。その他の熱伝導性充填材は以下の性質を有することが好ましい。
熱伝導性シートとしての機能を損なわない範囲で種々の添加剤を含ませることができる。例えば、可塑剤、分散剤、カップリング剤、粘着剤などの有機成分を含んでも良い。またその他の成分として難燃剤、酸化防止剤、着色剤などを適宜添加してもよい。
上記原料を用いた熱伝導性シートの製造について説明する。
硬化して高分子マトリクスとなる反応性液状樹脂等の液状樹脂に、炭素繊維や鱗片状黒鉛粉末、その他の熱伝導性充填材などの熱伝導性充填材と、添加剤等を添加して混合、攪拌し、反応性液状樹脂中に熱伝導性充填材を分散させた混合組成物を得る。反応性液状樹脂が主剤と硬化剤との混合により硬化させるような液状樹脂の場合は、主剤と硬化剤の何れか一方、または両方に熱伝導性充填材を分散させることができ、主剤と硬化剤とを混合して混合組成物を得る。
このスライス面には、必要に応じて研磨工程を実行することができる。研磨工程では、研磨紙や布やヤスリなどを用いて、シートの表面から露出した炭素繊維の端面を研磨する。これにより、露出した炭素繊維の端面が平坦に潰される。こうした端面は、発熱体や放熱体との密着性を高めて、最終的に得られる熱伝導性シートの熱抵抗を低減する効果を奏する。
また、このような1次シートを積層する方法は、1次シートの形成の際に表面に高分子マトリクスの濃度が高いスキン層が形成される。そのため、1次シートどうしを積層するとこのスキン層が介在してしまうため、高分子マトリクス中に熱伝導性充填材の濃度の薄い部分が生じ熱伝導を阻害するおそれがある。そのため、こうした方法を採用することは好ましくない。
熱伝導性シートでは、炭素繊維や鱗片状黒鉛粉末の長軸がシート厚方向に配向しているのでシート厚方向の熱伝導率を高めることができ、また、鱗片状黒鉛粉末の短軸が長軸に垂直なランダムな方向を向いているので、一定方向を向いている場合に比べて鱗片状黒鉛粉末どうしの接触部分が増えることからシート厚方向の熱伝導率を高めることができる。
そして、炭素繊維と鱗片状黒鉛粉末を所定割合で含むため、高分子マトリクスに対して、それほど熱伝導性充填材の含有量を高めることなく熱伝導率を高め、柔軟な熱伝導性シートとすることができる。
付加反応型シリコーンの主剤100質量部に対し、炭素繊維(平均繊維長100μm)130質量部と、その他の熱伝導性充填材として酸化アルミニウム(球状、平均粒径10μm)250質量部および水酸化アルミニウム(不定形、平均粒径8μm)250質量部を混合して混合組成物(主剤)を得た。また、付加反応型シリコーンの硬化剤についても主剤と同じように、付加反応型シリコーンの硬化剤100質量部に対し、炭素繊維(平均繊維長100μm)130質量部と、その他の熱伝導性充填材として酸化アルミニウム(球状、平均粒径10μm)250質量部および水酸化アルミニウム(不定形、平均粒径8μm)250質量部を混合して混合組成物(硬化剤)を得た。そして、混合組成物(主剤)と混合組成物(硬化剤)を混合することで、試料1の混合組成物(主剤と硬化剤の混合物)を得た。
また、表1〜表3に示す原材料と配合(質量部)に変更した以外は試料1と同様にして試料2〜試料24の混合組成物を得た。
また、各表において、炭素繊維と鱗片状黒鉛粉末の合計質量を(A)+(B)で示し、炭素繊維と鱗片状黒鉛粉末の合計質量に対する炭素繊維の質量の割合を(A)/[(A)+(B)]で示している。
試料1〜試料12および試料14〜試料24の各混合組成物を型に流し込み、型内の成形材料に振動を与えながら、炭素繊維や鱗片状黒鉛粉末が型の上下方向に配向するように10テスラの磁場を印加した。続いて、90℃で60分間加熱して付加反応型シリコーンを硬化させた後、型から成形体を取り出した。得られた成形体は、後述する熱抵抗の測定ができる試験片の大きさ、即ち、炭素繊維や鱗片状黒鉛粉末の配向方向を厚み方向として、その厚みが2mmである26mm×26mm四方のシート形状となるように切断して試料1〜試料12および試料14〜試料24の熱伝導性シートを得た。
(混合組成物の粘度の測定:)
各試料の混合組成物の粘度を測定した。この粘度は粘度計(BROOK FIELD製回転粘度計DV−E)で、スピンドルNo.14の回転子を用い、回転速度10rpm、測定温度23℃で測定した値である。各試料の混合組成物の粘度を表1〜表3に示す。
各試料の熱伝導性シートの硬さを測定した。この硬さは、JIS K6253規定に従ってタイプEデュロメータを用いて測定したE硬度の値である。
熱伝導率は、図5の概略図で示した熱伝導率測定機を用い、ASTM D5470−06に準拠した方法で測定した。より具体的には、試験片Sとしての各試料の熱伝導性シートを、測定面が25.4mm×25.4mmで側面が断熱材11で覆われた銅製ブロック12の上に貼付し、上方の銅製ブロック13で挟み、圧縮率が10%になるようにロードセル16によって荷重をかけた。ここで、下方の銅製ブロック12はヒーター14と接している。また、上方の銅製ブロック13はファン付きのヒートシンク15に接続している。次いで、下方の銅製ブロック12の表面が80℃になるようにヒーター14を発熱させ、温度が略定常状態となる15分後に、上方の銅製ブロック13の温度(θj0)とヒーターの発熱量(Q)を測定し、以下の式(1)から各試料の熱抵抗を、さらに以下の式(2)から熱伝導率を求めた。また、このときの各試験片Sの厚みTも測定した。
式(1)において、θj1は下方の銅製ブロック12の温度(80℃)、θj0は上方の銅製ブロック13の温度、Qは発熱量である。
式(2)において、Tは各試験片の厚みである。
(硬さ:)
各試料の熱伝導性シートの硬さについては、試料1〜試料12、試料14〜試料24においてE32〜E37の範囲内にありほぼ同じであった。しかし、試料13はE60となり他の試料よりは硬い結果となった。
試料1は炭素繊維を130部(鱗片状黒鉛粉末を含まない)、試料9は鱗片状黒鉛粉末を130部(炭素繊維を含まない)含んでおり、この両試料は熱伝導性充填材の配合量としては同量であるが、試料1の方が混合組成物の粘度は低く、熱伝導率は高い結果となった(試料1と試料9の対比)。
なお、本実施例の説明では、その他の熱伝導性充填材を含むものであっても鱗片状黒鉛粉末を含まずに炭素繊維を含む試料を炭素繊維単独、炭素繊維を含まずに鱗片状黒鉛粉末を含む試料を鱗片状黒鉛粉末単独のように称している。
2 高分子マトリクス
3 炭素繊維
4 鱗片状黒鉛粉末
5 その他の熱伝導性充填材
10 熱伝導率測定機
11 断熱材
12 下方の銅製ブロック
13 上方の銅製ブロック
14 ヒーター
15 ファン付きヒートシンク
16 ロードセル
S 試験片
θj0 上方の銅製ブロック13の温度
θj1 下方の銅製ブロック12の温度
Claims (5)
- 熱伝導性シートの製造方法において、
硬化することで高分子マトリクスとなる反応性液状樹脂と、炭素繊維と鱗片状黒鉛粉末との質量割合が120:10〜60:70の範囲内にある前記炭素繊維と前記鱗片状黒鉛粉末と、を混合して混合組成物を得る工程と、
前記炭素繊維と前記鱗片状黒鉛粉末とを所定の方向に配向させる配向工程と、
前記反応性液状樹脂を架橋、硬化させて塊状成形体を形成する工程と、
前記塊状成形体を、前記炭素繊維の繊維軸方向と前記鱗片状黒鉛粉末の鱗片面の長軸方向とが前記熱伝導性シートの厚み方向に向くようにスライスする工程と、
を順に実行することを特徴とする熱伝導性シートの製造方法。 - 前記配向工程は、前記混合組成物を押出成形する工程である
請求項1記載の熱伝導性シートの製造方法。 - 前記配向工程は、前記混合組成物に磁場を印加して、前記炭素繊維と前記鱗片状黒鉛粉厚を配向させる工程である
請求項1記載の熱伝導性シートの製造方法。 - さらに、前記スライス面を研磨する研磨工程を有する
請求項1〜3何れか1項記載の熱伝導性シートの製造方法。 - 熱伝導性シートの製造方法において、
硬化することで高分子マトリクスとなる反応性液状樹脂と、炭素繊維と鱗片状黒鉛粉末との質量割合が120:10〜60:70の範囲内にある前記炭素繊維と前記鱗片状黒鉛粉末と、を混合して混合組成物を得る工程と、
前記炭素繊維と前記鱗片状黒鉛粉末とを前記炭素繊維の繊維軸方向と前記鱗片状黒鉛粉末の鱗片面の長軸方向とが前記熱伝導性シートの厚み方向に向くように配向させる配向工程と、
前記反応性液状樹脂を架橋、硬化させる工程と、
を順に実行することを特徴とする熱伝導性シートの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016079171 | 2016-04-11 | ||
JP2016079171 | 2016-04-11 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018511918A Division JP6532047B2 (ja) | 2016-04-11 | 2017-02-27 | 熱伝導性シート |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019186555A JP2019186555A (ja) | 2019-10-24 |
JP6671735B2 true JP6671735B2 (ja) | 2020-03-25 |
Family
ID=60041760
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018511918A Active JP6532047B2 (ja) | 2016-04-11 | 2017-02-27 | 熱伝導性シート |
JP2019088161A Active JP6671735B2 (ja) | 2016-04-11 | 2019-05-08 | 熱伝導性シートの製造方法 |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018511918A Active JP6532047B2 (ja) | 2016-04-11 | 2017-02-27 | 熱伝導性シート |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10964620B2 (ja) |
EP (1) | EP3419399B1 (ja) |
JP (2) | JP6532047B2 (ja) |
KR (1) | KR102073780B1 (ja) |
CN (1) | CN108781524B (ja) |
WO (1) | WO2017179318A1 (ja) |
Families Citing this family (29)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3419399B1 (en) * | 2016-04-11 | 2020-08-26 | Sekisui Polymatech Co., Ltd. | Heat conductive sheet |
JP7315132B2 (ja) * | 2018-01-30 | 2023-07-26 | 積水ポリマテック株式会社 | 熱拡散シートおよびバッテリーシステム |
JP7247469B2 (ja) * | 2018-03-29 | 2023-03-29 | 日本ゼオン株式会社 | 複合シート及びその製造方法 |
JP6650175B1 (ja) * | 2018-06-22 | 2020-02-19 | 積水ポリマテック株式会社 | 熱伝導性シート |
JP6650176B1 (ja) * | 2018-06-22 | 2020-02-19 | 積水ポリマテック株式会社 | 熱伝導性シート |
KR20210055693A (ko) * | 2018-09-07 | 2021-05-17 | 세키수이 폴리머텍 가부시키가이샤 | 열전도성 시트 |
CN112715059A (zh) * | 2018-09-26 | 2021-04-27 | 积水保力马科技株式会社 | 导热片 |
WO2020105601A1 (ja) * | 2018-11-20 | 2020-05-28 | 積水ポリマテック株式会社 | 熱伝導性シート及びその製造方法 |
CN113993943A (zh) * | 2019-06-07 | 2022-01-28 | 伊顿智能动力有限公司 | 导热聚合物 |
KR102177818B1 (ko) * | 2019-06-24 | 2020-11-12 | 대흥특수화학(주) | 탄소계 필러를 이용한 열전도성 점착필름 |
US20220276011A1 (en) | 2019-07-31 | 2022-09-01 | Showa Marutsutsu Company, Ltd. | Heat conducting sheet and its method of manufacture |
JP7115445B2 (ja) | 2019-09-03 | 2022-08-09 | 信越化学工業株式会社 | マレイミド樹脂フィルム及びマレイミド樹脂フィルム用組成物 |
US20220289932A1 (en) * | 2019-09-30 | 2022-09-15 | Sekisui Polymatech Co., Ltd. | Thermally conductive sheet and method for producing same |
WO2021085383A1 (ja) * | 2019-11-01 | 2021-05-06 | 積水ポリマテック株式会社 | 熱伝導性シート及びその製造方法 |
CN111978732B (zh) * | 2020-09-04 | 2022-05-24 | 广东思泉新材料股份有限公司 | 一种三维导热网络结构的热界面材料 |
JP6989675B1 (ja) * | 2020-10-21 | 2022-01-05 | デクセリアルズ株式会社 | 熱伝導性シート及び熱伝導性シートの製造方法 |
CN112574574A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-03-30 | 上海阿莱德实业股份有限公司 | 一种硅胶基碳材料取向型导热界面材料及其电磁制备方法 |
EP4282610A1 (en) * | 2021-01-25 | 2023-11-29 | Sekisui Techno Molding Co., Ltd. | Resin composition and resin molded article |
CN115073067A (zh) * | 2021-03-16 | 2022-09-20 | 湖南大学 | 一种高导热材料及其制备方法 |
DE102021109621A1 (de) * | 2021-04-16 | 2022-10-20 | BRANDENBURGISCHE TECHNISCHE UNIVERSITÄT COTTBUS-SENFTENBERG, Körperschaft des öffentlichen Rechts | Strukturbauteil und Fahrzeug |
CN115505265A (zh) * | 2021-06-23 | 2022-12-23 | 嘉兴超维新材料科技有限公司 | 一种高导热硅橡胶垫片及其制备方法和应用 |
WO2023190587A1 (ja) * | 2022-03-29 | 2023-10-05 | 積水ポリマテック株式会社 | 熱伝導性シート及び熱伝導性シートの製造方法 |
WO2023190726A1 (ja) * | 2022-03-30 | 2023-10-05 | デクセリアルズ株式会社 | 熱伝導性シート及び熱伝導性シートの製造方法 |
WO2023190756A1 (ja) * | 2022-03-31 | 2023-10-05 | デクセリアルズ株式会社 | 熱伝導性シート、熱伝導性シートの製造方法及び熱伝導性シートの表面の平滑度の検査方法 |
WO2023190751A1 (ja) * | 2022-03-31 | 2023-10-05 | デクセリアルズ株式会社 | 熱伝導性シート及び熱伝導性シートの製造方法 |
CN114800989B (zh) * | 2022-04-21 | 2023-08-11 | 常州富烯科技股份有限公司 | 石墨烯纤维、模具、石墨烯纤维增强导热垫片、制备方法 |
WO2024018635A1 (ja) * | 2022-07-22 | 2024-01-25 | 株式会社レゾナック | 熱伝導シート、放熱装置及び熱伝導シートの製造方法 |
CN115304811A (zh) * | 2022-09-05 | 2022-11-08 | 安徽宇航派蒙健康科技股份有限公司 | 一种导热塑料的制备方法 |
CN116622238B (zh) * | 2023-04-04 | 2024-03-26 | 厦门斯研新材料技术有限公司 | 一种导热复合材料及其制备方法 |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004051852A (ja) | 2002-07-22 | 2004-02-19 | Polymatech Co Ltd | 熱伝導性高分子成形体及びその製造方法 |
WO2005019132A1 (ja) * | 2003-08-26 | 2005-03-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 高熱伝導性部材及びその製造方法ならびにそれを用いた放熱システム |
JP2005146057A (ja) | 2003-11-12 | 2005-06-09 | Polymatech Co Ltd | 高熱伝導性成形体及びその製造方法 |
JP4814550B2 (ja) | 2005-06-03 | 2011-11-16 | ポリマテック株式会社 | 熱伝導性成形体の製造方法 |
CN102433105B (zh) | 2006-11-01 | 2014-07-30 | 日立化成株式会社 | 导热片、其制造方法以及使用了导热片的散热装置 |
WO2010116891A1 (ja) | 2009-04-10 | 2010-10-14 | ポリマテック株式会社 | 熱伝導性塊状接着剤及び熱伝導性接着シート並びにそれらの製造方法 |
JP5254870B2 (ja) * | 2009-04-22 | 2013-08-07 | ポリマテック株式会社 | 熱伝導性シート及びその製造方法 |
IT1393962B1 (it) * | 2009-05-05 | 2012-05-17 | Polimeri Europa Spa | Articoli espansi con ottima resistenza allo irraggiamento solare e ottime proprieta' termoisolanti e meccaniche |
JP2010263946A (ja) * | 2009-05-12 | 2010-11-25 | Fujifilm Corp | 内視鏡 |
JP2012171986A (ja) * | 2011-02-17 | 2012-09-10 | Teijin Ltd | 熱伝導性組成物 |
JP2013001818A (ja) | 2011-06-17 | 2013-01-07 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 樹脂組成物及びこれからなるインバータ用部品 |
JP6385038B2 (ja) * | 2013-09-30 | 2018-09-05 | 住友化学株式会社 | 摺動部材用樹脂組成物 |
WO2015050263A1 (ja) | 2013-10-01 | 2015-04-09 | 住友化学株式会社 | 樹脂組成物及びこれからなる放熱部品 |
CN103740110A (zh) | 2013-12-23 | 2014-04-23 | 华为技术有限公司 | 一种定向柔性导热材料及其成型工艺和应用 |
WO2015198990A1 (ja) * | 2014-06-27 | 2015-12-30 | Rimtec株式会社 | 反応射出成形用配合液およびその製造方法 |
JP6295890B2 (ja) * | 2014-08-27 | 2018-03-20 | 三菱ケミカル株式会社 | 炭素繊維束 |
CN105001450B (zh) * | 2015-07-09 | 2018-05-18 | 天津大学 | 定向高导热碳/聚合物复合材料及制备方法 |
CN105175994B (zh) * | 2015-08-03 | 2018-05-04 | 广东生益科技股份有限公司 | 一种覆铜板用环氧树脂组合物及其应用 |
EP3419399B1 (en) | 2016-04-11 | 2020-08-26 | Sekisui Polymatech Co., Ltd. | Heat conductive sheet |
-
2017
- 2017-02-27 EP EP17782136.0A patent/EP3419399B1/en active Active
- 2017-02-27 KR KR1020187023861A patent/KR102073780B1/ko active IP Right Grant
- 2017-02-27 US US16/086,202 patent/US10964620B2/en active Active
- 2017-02-27 WO PCT/JP2017/007389 patent/WO2017179318A1/ja active Application Filing
- 2017-02-27 CN CN201780016876.7A patent/CN108781524B/zh active Active
- 2017-02-27 JP JP2018511918A patent/JP6532047B2/ja active Active
-
2019
- 2019-05-08 JP JP2019088161A patent/JP6671735B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3419399A4 (en) | 2019-10-30 |
CN108781524B (zh) | 2020-12-25 |
CN108781524A (zh) | 2018-11-09 |
JPWO2017179318A1 (ja) | 2019-02-14 |
KR20180133842A (ko) | 2018-12-17 |
US20200243414A1 (en) | 2020-07-30 |
US10964620B2 (en) | 2021-03-30 |
KR102073780B1 (ko) | 2020-02-05 |
JP6532047B2 (ja) | 2019-06-19 |
JP2019186555A (ja) | 2019-10-24 |
EP3419399B1 (en) | 2020-08-26 |
WO2017179318A1 (ja) | 2017-10-19 |
EP3419399A1 (en) | 2018-12-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6671735B2 (ja) | 熱伝導性シートの製造方法 | |
JP6650176B1 (ja) | 熱伝導性シート | |
JP6671702B2 (ja) | 熱伝導性シート | |
WO2016208458A1 (ja) | 熱伝導性シート | |
CN111699090B (zh) | 导热性片 | |
JP2005146057A (ja) | 高熱伝導性成形体及びその製造方法 | |
JP6646836B2 (ja) | 熱伝導性シート | |
JP7281093B2 (ja) | 熱伝導性シート | |
WO2020067141A1 (ja) | 熱伝導性シート | |
JP6650175B1 (ja) | 熱伝導性シート | |
JP7076871B1 (ja) | 熱伝導性シート | |
WO2023190587A1 (ja) | 熱伝導性シート及び熱伝導性シートの製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20190911 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190911 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20191023 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20191029 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191219 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200221 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200225 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6671735 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |