JP6704590B2 - 熱伝導性シートおよび熱伝導性シートの製造方法 - Google Patents
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Description
熱伝導性シートにおいて、熱の伝わり難さを示す指標である熱抵抗値を下げるには、発熱体や放熱体に対する追従性や密着性が良いことが求められる。この観点からは柔軟な熱伝導性シートを用いることが好ましい。ところが、熱伝導性シートの柔軟性が高くなるとその粘着性も高くなり、発熱体への取付作業が困難になることがある。
また、熱伝導性シートの形状が薄いほど熱伝導性が向上するため、この観点からは、より薄い熱伝導性シートを用いることが好ましい。ところが、薄すぎると取付作業時に伸びや、破れ、しわの発生等の不都合が生じるおそれがあり、その取扱い性が低下する。
熱伝導性充填材を含有した高分子マトリクス中にメッシュシートを有する熱伝導性シートについて、メッシュシートを構成するフィラメントの縦横の本数の比が、横糸に対して縦糸が1.05倍〜1.56倍であることを特徴とする熱伝導性シートである。
メッシュシートを構成するフィラメントの縦横の本数の比が、横糸に対して縦糸が1.05倍〜1.56倍であるため、縦糸どうしの間隔を狭くして、縦糸どうしの間の網目を小さくすることができる。縦糸どうしの間隔が狭いため、縦糸どうしの間隔を広げる場合と比較して補強効果を高めることができる。そうした一方で、横糸どうしの間隔をやや広くして、横糸どうしの間の網目を大きくすることができる。横糸どうしの間隔が縦糸どうしの間隔よりもやや広いため、高分子マトリクスが形成される前の原料である液状組成物の網目への浸透を阻害し難い。そのため、補強効果を損ねることなく、液状組成物の浸透を起こし易く製造が容易な熱伝導性シートとすることができる。
メッシュシートの厚みが130μm以下で、そのフィラメントの線径が90μm以下としたため、厚みの薄い熱伝導性シートとすることができる。また、メッシュシートの開口率を70%以上としたため、メッシュシート網目の間に液状組成物が浸透し易く製造が容易な熱伝導性シートとすることができる。
メッシュシートの構造が、モノフィラメントである樹脂繊維の平織り構造からなりため、樹脂繊維の構成が単純で液状組成物が樹脂繊維の周囲を濡らしやすく、液状組成物と樹脂繊維との間に気泡が入りにくい。また、縦横のフィラメントの交点が固着しているため、樹脂繊維が動き難く、補強効果を高いメッシュシートとすることができる。
メッシュシートの比重を熱伝導性充填材を含有した高分子マトリクスの比重よりも軽くしたため、高分子マトリクスとなる前の液状組成物でメッシュシートを沈めたときに、液状組成物の中にメッシュシートを浮かび上がらせることができる。そのため、完全に浮かび上がる前に液状組成物を固化すれば、高分子マトリクスの内部にメッシュシートが含有された熱伝導性シートを容易に製造することができる。
メッシュシートの縦糸の長さ方向がシートの長手方向と略一致するため、熱伝導性シートの長手方向への引っ張りに対して短い間隔で存在する縦糸が抗するため、シートの長手方向に対する引張強度の高い熱伝導性シートとすることができる。
液状組成物を塗工する工程について、液状組成物の塗布位置に対してメッシュシートをその縦糸の長さ方向に移動させて塗布するため、メッシュシート等の原反を送り出し、巻き取る工程で液状組成物の塗布位置を固定することができる。そのため、生産性の高い製造方法である。
メッシュシートに液状組成物より低比重の材質を用い、液状組成物の塗布後に、液状組成物の中でメッシュシートを浮き上がらせる工程を設けたため、メッシュシートの上から液状組成物を塗布すれば、その液状組成物の中でメッシュシートが浮き上がり、その浮き上がった状態で液状組成物を固化することにより、内部にメッシュシートを含有する熱伝導性シートを簡単に製造することができる。
また、本発明の熱伝導性シートの製造方法によれば、熱伝導性や取扱い性に優れた熱伝導性シートを効率的に製造することができる。
図1には、熱伝導性シート11の平面図を示す。また図2には、その模式断面図を示す。熱伝導性シート11は、熱伝導性充填材を含有した高分子マトリクス12中にメッシュシート13を含有するものである。メッシュシート13に形成された格子状の網目(貫通孔)に高分子マトリクス12が挿通しており、高分子マトリクス12中には熱を伝達し易いように熱伝導性充填材が分散されて含まれるため、シートの厚み方向に熱伝導性を有している。したがって、ICやCPUなどの発熱体とヒートシンクやヒートパイプなどの放熱体との間にこのこの熱伝導性シート11を挟むようにして用いることで、発熱体から放熱体への熱伝達を速やかに進めることができる。
こうした熱伝導性充填材は、高分子マトリクス12中で一定方向に配向させることもでき、配向させた方向に熱伝導性が高まる点で好ましい。
網目の形状は限定せず、網目はメッシュシート13の表側から裏側に至るものであれば良いが、網目となる貫通孔がメッシュシート13の面直方向に沿って形成されたものが好ましく、その点で畳織よりは平織が好ましい。
さらに、網目は規則的に形成される方が均一な熱伝導性能を与えることから好ましく、この点で不織布や編み物よりも織物が好ましい。
そして、フィラメントの交点付近に熱伝導性充填材を含有した高分子マトリクスが入り込みにくい隙間を小さくできる点で、縦糸(経糸)13aと横糸(緯糸)13bの2方向のモノフィラメント(単繊維)であるフィラメントのみからなり、フィラメント同士が重なる交点が、1本の経糸と1本の緯糸のみからなる図3で示すメッシュシート13が最も好ましい。
なお、単位としての「メッシュ」とは25.4mm(1インチ)内の線の数または網目数を指す。密度(本/インチ)100であれば、100メッシュである。また、目開きや、開口率(空間率)は次の式で定義される。
目開き(mm)=(25.4/メッシュ数)−線径(mm)
開口率(%)=((目開きmm)/(目開きmm+線径mm))2×100
メッシュシート13の交点を熱融着する場合や圧着する場合は、熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。また、メッシュシート13が樹脂製の場合には、コロナ処理やUV改質等の表面処理を施したフィラメントからなるメッシュシート13とすることもできる。そしてまた、熱伝導性シートに耐電圧性が求められる場合には、金属以外のメッシュシートを用いることが好ましい。
厚さ200μm程度の薄い熱伝導性シート11を得るためには、厚さ130μm以下、フィラメントの線径が90μm以下であり、メッシュの交点は融着して厚みを減らしたものがさらに好ましい。また、開口率を70%以上とすることで、メッシュの開口を液状組成物が貫通しやすくなるためさらに好ましい。
開口率を高めるためにはメッシュの密度が100メッシュ未満(100本未満/インチ)であることが好ましい。
硬化して高分子マトリクス12となる原料として、主剤と硬化剤に熱伝導性充填材、必要により種々の添加剤を入れ攪拌機で混合して調製した液状組成物を用意する。
次に、図4で示すように、フィルムシート1上にメッシュシート13を乗せた原反をロールコーター2に通すことで、メッシュシート13の縦糸の長さ方向に沿って液状組成物14を塗布する。この塗工工程で液状組成物14がメッシュシート13の開口(貫通孔)に入り込むとともに、比重の高い液状組成物14の中で比重の低いメッシュシート13が浮き上がる。
液状組成物14の塗布には、グラビアコート、ロールコート、ナイフコート、コンマコート、リップコート、ダイコート、ディッピングなどを用いても良いし、あるいはまた、金型内にメッシュシート13を配置して液状組成物14を注入し一体成形する方法を用いても良い。
得られた熱伝導性シートは、適用する発熱体と放熱体の大きさに適応した大きさに裁断して所望の大きさの熱伝導性シート11を得る。
また、大面積状の熱伝導性シートの裁断は、メッシュシートの縦糸、横糸のそれぞれの長さ方向に対して交叉する方向に裁断することも好ましい態様の一である。裁断方向に対して縦糸、横糸の双方に交叉するため、どの向きに対しても引張強度が高い熱伝導性シート11とすることができるからである。
この熱伝導性シートは、メッシュシートの上下に高分子マトリクスが広がり、開口には高分子マトリクスが貫通したものとなった。熱伝導性シートの裏面を観察したが、高分子マトリクス内に気泡の混入は見当たらなかった。耐電圧(絶縁破壊電圧)も5.0kVをクリアし、十分であった。
この熱伝導性シートは、メッシュシートの上下に高分子マトリクスが広がり、開口には高分子マトリクスが貫通したものとなった。熱伝導性シートの裏面を観察したが、高分子マトリクス内に気泡の混入は見当たらなかった。耐電圧も十分であった。
この熱伝導性シートは、メッシュシートの上下に高分子マトリクスが広がり、開口には高分子マトリクスが貫通したものとなった。熱伝導性シートの裏面を観察したが、高分子マトリクス内に気泡の混入は見当たらなかった。耐電圧も十分であった。
この熱伝導性シートは、メッシュシートの上下に高分子マトリクスが広がり、開口には高分子マトリクスが貫通したものとなった。また高分子マトリクス内に気泡の混入は生じなかった。
この熱伝導性シートは、メッシュシートの上下に高分子マトリクスが広がり、開口には高分子マトリクスが貫通したものとなった。熱伝導性シートの裏面を観察したが、高分子マトリクス内に気泡の混入は見当たらなかった。耐電圧も十分であった。しかしながら、熱伝導性シートの引張強度は、シートの横方向で10MPaと弱いものとなってしまった。
この熱伝導性シートは、メッシュシートの上下に高分子マトリクスが広がり、開口には高分子マトリクスが貫通したものとなった。熱伝導性シートの裏面を観察したところ、気泡の混入が一部に見られた。また、耐電圧は3.0kVをクリアできず耐電圧の要求特性を満たしていなかった。
得られた熱伝導性シートは、引張強度がシートの縦方向、横方向の何れも低く取扱い性が悪かった。
得られた熱伝導性シートは、引張強度がシートの縦方向、横方向の何れも10MPaと低く取扱い性が悪かった。
得られた熱伝導性シートは、引張強度は高くなったものの、開口率が小さいためか液状組成物の染みこみが悪く、シート内にピンホールが発生した。また耐電圧が劣るものとなった。
熱伝導性シート内に気泡があると、局所的に薄い部分が発生するため、耐電圧性が弱くなるものと考えられる。またメッシュ本数が多いため、難燃性「V−0」を得ることができなかった。
「開口率」は、値の大きい、横糸どうしの間のメッシュシートの開口率を記載した。
「引張強度」は、各実験例の熱伝導性シートをメッシュシートの縦糸方向または横糸方向に沿って、引張試験用の試験片の形状にカットし、JIS K6251に準拠して引張試験を行い測定した。
各実験例の熱伝導性シートを試験片(長さ127mm×幅12.7mm)の大きさにカットし、試験片の長手方向が鉛直方向となるように固定用クランプに保持した状態で、バーナーの炎に10秒間接炎した後、炎から離して各試験片の燃焼時間を記録した。さらに、二度目の接炎後における火種の保持時間(グローイング時間)と、試験片の下方に配置されている脱脂綿を発火させる滴下物の有無とを記録した。以上の操作を各試験片について、5回1組として行った。そして、次の表2に示す判定基準に基づいて、“V−0”又は“V−1”についての合否を判定した。なお、この難燃性の判定基準は、“V−0”の方が“V−1”よりも難燃性が高いことを示す。
2 ロールコーター(コーティングロール)
11 熱伝導性シート
12 高分子マトリクス
13 メッシュシート
13a 縦糸
13b 横糸
14 液状組成物
Claims (10)
- 熱伝導性充填材を含有した高分子マトリクス中にメッシュシートを有する熱伝導性シートにおいて、
熱伝導性充填材を含有した高分子マトリクスのJIS K6253に準拠したE硬度が、5〜95であり、
メッシュシートを構成するフィラメントがモノフィラメントであり、モノフィラメントの縦横の本数の比が、横糸に対して縦糸が1.05倍〜1.56倍であることを特徴とする熱伝導性シート。
- メッシュシートの厚みが130μm以下であり、そのフィラメントの線径が90μm以下であり、メッシュシートの開口率が70%以上である請求項1記載の熱伝導性シート。
- メッシュシートがモノフィラメントである樹脂繊維の平織り構造からなり、縦横のフィラメントの交点が固着している請求項1または請求項2記載の熱伝導性シート。
- メッシュシートの比重が熱伝導性充填材を含有した高分子マトリクスの比重よりも軽い請求項1〜請求項3何れか1項記載の熱伝導性シート。
- メッシュシートの縦糸の長さ方向がシートの長手方向と略一致する請求項1〜請求項4何れか1項記載の熱伝導性シート。
- 熱伝導性充填材が、高分子マトリクス中で一定方向に配向している請求項1〜請求項5何れか1項記載の熱伝導性シート。
- 熱伝導性充填材が、炭素繊維、グラファイト粉末、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化鉄、石英、水酸化アルミニウム、炭化ケイ素からなる群から選択される少なくとも1種である請求項1〜請求項6何れか1項記載の熱伝導性シート。
- 熱伝導性充填材を含有した高分子マトリクス中にメッシュシートを有する熱伝導性シートの製造方法であって、
熱伝導性充填材を含有した高分子マトリクスのJIS K6253に準拠したE硬度が、5〜95であり、
メッシュシートを構成するフィラメントがモノフィラメントであり、モノフィラメントの縦横の本数の比が、横糸に対して縦糸が1.05倍〜2.00倍であり、
硬化して熱伝導性充填材を含有した高分子マトリクスとなる25℃での粘度が7000〜120000cPである液状組成物をメッシュシートの縦糸の長さ方向に沿ってメッシュシート上に塗工する熱伝導性シートの製造方法。 - 前記液状組成物を塗工する工程が、液状組成物の塗布位置に対してメッシュシートをその縦糸の長さ方向に移動させて塗布する工程である請求項8記載の熱伝導性シートの製造方法。
- メッシュシートに液状組成物より低比重の材質を用い、液状組成物の塗布後に、液状組成物の中でメッシュシートを浮き上がらせる工程を設けた請求項8または請求項9記載の熱伝導性シートの製造方法。
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