JP7124249B1 - 放熱シート及び放熱シートの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、本発明は、熱伝導性及び絶縁性が優れた放熱シート並びに熱伝導性及び絶縁性が優れた放熱シートの製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、上記の知見に基づくものであり、以下を要旨とする。
[1]六方晶窒化ホウ素一次粒子が凝集してなる凝集窒化ホウ素粒子を少なくとも含む窒化ホウ素粉末と樹脂とを含む熱伝導性樹脂組成物を成形してなる放熱シートであって、
部分放電開始電圧が2800~5000kV/mmである放熱シート。
[2]前記窒化ホウ素粉末の粒度分布が、第1の極大点、前記第1の極大点よりも粒径が大きい第2の極大点、及び前記第2の極大点よりも粒径が大きい第3の極大点を少なくとも有し、前記第1の極大点の粒径が0.4μm以上10μm未満であり、前記第2の極大点の粒径が10μm以上40μm未満であり、
前記第3の極大点の粒径が40μm以上110μm以下である上記[1]に記載の放熱シート。
[3]前記窒化ホウ素粉末の粒度分布における頻度の積算量が10%となる粒径と、前記窒化ホウ素粉末の粒度分布の最も粒径が小さい極大点及び2番目に粒径が小さい極大点の間の極小点の粒径との差の絶対値が3~30μmである上記[2]に記載の放熱シート。
[4]前記第1の極大点に隣接する極大点が前記第2の極大点であり、前記第2の極大点に隣接する極大点が前記第3の極大点であり、前記第1の極大点及び前記第2の極大点の間の第1の極小点の粒径と前記第2の極大点及び前記第3の極大点の間の第2の極小点の粒径との差の絶対値が15~60μmである上記[2]又は[3]に記載の放熱シート。
[5]前記第3の極大点を有するピークの半値幅が20~60μmである上記[2]~[4]のいずれか1つに記載の放熱シート。
[6]前記凝集窒化ホウ素粒子の圧壊強度が5~18MPaである上記[1]~[5]いずれか1つに記載の放熱シート。
[7]六方晶窒化ホウ素一次粒子が凝集してなる凝集窒化ホウ素粒子を少なくとも含む窒化ホウ素粉末と樹脂とを配合して熱伝導性樹脂組成物を作製する工程、前記熱伝導性樹脂組成物をシート状に成形して、熱伝導性樹脂組成物シートを作製する工程、及び前記熱伝導性樹脂組成物シートを真空下で加熱及び加圧する工程を含む上記[1]~[6]のいずれか1つに記載の放熱シートの製造方法。
本発明の放熱シートは、六方晶窒化ホウ素一次粒子が凝集してなる凝集窒化ホウ素粒子を少なくとも含む窒化ホウ素粉末と樹脂とを含む熱伝導性樹脂組成物を成形してなるものである。そして、本発明の放熱シートの部分放電開始電圧が2800~5000kV/mmである。なお、部分放電とは、電極間に電圧を加えたとき、その間の絶縁物中で部分的に発生する放電をいい、電極間を完全に橋絡する放電ではない。放熱シートの部分放電開始電圧が2800kV/mm未満であると、放熱シートの絶縁性が悪くなる。これは、放熱シートの部分放電開始電圧が2800kV/mm未満である場合、放熱シート中に過度のボイドが存在するためであると考えられる。なお、放電シート内にボイドがあると、その部分に電界が集中し、微弱な放電(部分放電)が発生する。放熱シートの部分放電開始電圧が5000kV/mmよりも大きいと、放熱シートの絶縁性は改善するが、熱伝導性は悪くなる。これは、放熱シートの電開始電圧が5000kV/mmよりも大きい場合、放熱シート中に存在するボイドは減少するものの、放熱シート中のボイドを減少させるために放熱シートの製造で実施した加圧により、放熱シート中の凝集窒化ホウ素粒子の凝集が壊れたためであると考えられる。このような観点から、本発明の放熱シートの部分放電開始電圧は、好ましくは2900~4700kV/mmであり、より好ましくは3000~4500kV/mmである。なお、放熱シートの部分放電開始電圧は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。また、放熱シートの部分放電開始電圧は、例えば、後述の放熱シートの製造方法において、凝集窒化ホウ素粒子の強度等に応じて、熱伝導性樹脂組成物シートを加圧するときの圧力を調整することで制御することができる。
本発明の放熱シートのための熱伝導性樹脂組成物に含まれる窒化ホウ素粉末の粒度分布は、粒径が0.4μm以上10μm未満である第1の極大点及び粒径が10μm以上40μm未満である第2の極大点の少なくとも1つの極大点と、粒径が40μm以上110μm以下である第3の極大点とを少なくとも有することが好ましい。これにより、放熱シート中の窒化ホウ素粉末の充填性が高まるので、後述の放熱シートの製造方法における熱伝導性樹脂組成物シートを加圧するときの圧力の調整による放熱シートの部分放電開始電圧を2800~5000kV/mmの範囲内に調整することが、さらに容易になる。このような観点から、本発明の放熱シートのための熱伝導性樹脂組成物に含まれる窒化ホウ素粉末の粒度分布は、上記第1の極大点、上記第2の極大点及び上記第3の極大点を少なくとも有することがより好ましい。
本発明の放熱シートのための熱伝導性樹脂組成物に含まれる窒化ホウ素粉末の製造方法の一例を以下説明する。
本発明の放熱シートのための熱伝導性樹脂組成物に含まれる窒化ホウ素粉末は、例えば、粒度分布が上記第1の極大点を有する第1の窒化ホウ素粉末、粒度分布が上記第2の極大点を有する第2の窒化ホウ素粉末、及び粒度分布が上記第3の極大点を有する第3の窒化ホウ素粉末をそれぞれ作製し、作製した第1~3の窒化ホウ素粉末を混合することにより、製造することができる。
本発明の放熱シートのための熱伝導性樹脂組成物に含まれる樹脂には、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂(シリコーンゴムを含む)、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル、フッ素樹脂、ポリアミド(例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド等)、ポリエステル(例えば、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等)、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、全芳香族ポリエステル、ポリスルホン、液晶ポリマー、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、マレイミド変性樹脂、ABS樹脂、AAS(アクリロニトリル-アクリルゴム・スチレン)樹脂、AES(アクリロニトリル・エチレン・プロピレン・ジエンゴム-スチレン)樹脂などが挙げられる。これらの中で、耐熱性、柔軟性及びヒートシンク等への密着性の観点から、シリコーン樹脂が好ましい。シリコーン樹脂は有機過酸化物による加硫して硬化するものが好ましい。また、熱伝導性樹脂組成物の25℃における粘度は、シート状の成形体の柔軟性を改善する観点から、例えば、100,000cp以下である。
熱伝導性樹脂組成物の粘度を調節するために、熱伝導性樹脂組成物は溶媒をさらに含んでもよい。溶媒は、樹脂を溶解でき、熱伝導性樹脂組成物を塗布したのち、塗布した熱伝導性樹脂組成物から容易に除去されるものであれば特に限定されない。樹脂がシリコーン樹脂である場合、溶媒には、例えば、トルエン、キシレン、塩素系炭化水素などが挙げられる。除去が容易であるという観点から、これらの溶媒の中でトルエンが好ましい。溶媒の含有量は、熱伝導性樹脂組成物の目的とする粘度により適宜選択することができる。溶媒の含有量は、例えば、熱伝導性樹脂組成物の溶媒以外の成分100質量部に対して40~200質量部である。
本発明の放熱シートの厚さは、好ましくは100~1200μmである。放熱シートの厚さが100μm以上であると、放熱シートを発熱性電子部品により確実に密着させることができる。放熱シートの厚さが1200μm以下であると、放熱シートの放熱性をさらに良好にすることができる。そのような観点から、本発明の放熱シートの厚さは、より好ましくは150~800μmであり、さらに好ましくは200~600μmである。
本発明の放熱シートの製造方法は、六方晶窒化ホウ素一次粒子が凝集してなる凝集窒化ホウ素粒子を少なくとも含む窒化ホウ素粉末と樹脂とを配合して熱伝導性樹脂組成物を作製する工程(A)、熱伝導性樹脂組成物をシート状に成形して、熱伝導性樹脂組成物シートを作製する工程(B)、及び熱伝導性樹脂組成物シートを真空下で加熱及び加圧する工程(C)を含む。
工程(A)では、六方晶窒化ホウ素一次粒子が凝集してなる凝集窒化ホウ素粒子を少なくとも含む窒化ホウ素粉末と樹脂とを配合して熱伝導性樹脂組成物を作製する。工程(A)で使用する窒化ホウ素粉末は、好ましくは、本発明の放熱シートのための熱伝導性樹脂組成物に含まれる窒化ホウ素粉末である。工程(A)で使用する窒化ホウ素粉末及び樹脂については、既に説明したので、説明を省略する。
工程(B)では、熱伝導性樹脂組成物をシート状に成形して、熱伝導性樹脂組成物シートを作製する。例えば、ドクターブレード法またはカレンダー加工によって熱伝導性樹脂組成物をシート状に成形することができる。しかし、熱伝導性樹脂組成物がカレンダーロールを通過する際、熱伝導性樹脂組成物中の凝集窒化ホウ素粒子が壊れるおそれがある。したがって、ドクターブレード法により熱伝導性樹脂組成物をシート状に成形することが好ましい。
工程(C)では、熱伝導性樹脂組成物シートを真空下で加熱及び加圧する。熱伝導性樹脂組成物シートを加圧するときの圧力を調節することにより、放熱シートの部分放電開始電圧を制御することができる。例えば、熱伝導性樹脂組成物シートを加圧するときの圧力を大きくすると、放熱シートの部分放電開始電圧は大きくなる。しかし、熱伝導性樹脂組成物シートを加圧するときの圧力を大きくしすぎると、熱伝導性樹脂組成物シート中の凝集窒化ホウ素粒子の凝集が壊れる場合がある。一方、熱伝導性樹脂組成物シートを加圧するこのときの圧力を小さくすると、放熱シートの部分放電開始電圧は小さくなる。また、熱伝導性樹脂組成物シートを真空下で加熱及び加圧することにより、放熱シート中のマイクロボイドをさらに低減できるので、放熱シートの熱伝導性を改善できるとともに、放熱シートの絶縁性も改善することができる。さらに、熱伝導性樹脂組成物シートを真空下で加熱及び加圧することにより、熱伝導性樹脂組成物シートを加圧するこのときの圧力が小さくても、放熱シート中のマイクロボイドを低減できるので、熱伝導性樹脂組成物シート中の凝集窒化ホウ素粒子の凝集が壊れることを抑制できる。このような観点から、熱伝導性樹脂組成物シートを加熱及び加圧する際の真空環境の圧力は、好ましくは0.1~5kPaであり、より好ましくは0.1~3kPaである。また、熱伝導性樹脂組成物シートの加熱温度は、好ましくは120~200℃であり、より好ましくは130~180℃である。さらに、熱伝導性樹脂組成物シートの加圧する際の圧力は、好ましくは80~250kg/cm2であり、より好ましくは100~200kg/cm2である。
JEC-0401-1990(部分放電測定)に準拠して、下記の条件にて、放熱シートの部分放電開始電圧を測定した。
試験装置:同調式コロナ測定器(株式会社日本計測器製造所製、商品名「CD-6形部分放電測定器」)
検出電荷:10pc
窒化ホウ素粉末の粒度分布をベックマン・コールター株式会社製レーザー回折散乱法粒度分布測定装置、(LS-13 320)を用いて測定した。そして、得られた粒度分布から、第1~3の極大点の粒径(第1~3の極大値)、第1~3の極大点を有するピークにおけるピークスタートからピークエンドまでの間の頻度の積算量(第1~3の頻度の積算量)、頻度の積算量が10%となる粒径と、最も粒径が小さい極大点及び2番目に粒径が小さい極大点の間の極小点の粒径との差の絶対値(D10と最初の極小値間距離)、第1の極小点の粒径と第2の極小点の粒径との差の絶対値(極小値間距離)、第3の極大点を有するピークの半値幅(極大値3の半値幅)を求めた。
凝集窒化ホウ素粒子の圧壊強度は、JIS R1639-5:2007に準拠して測定した。具体的には、凝集窒化ホウ素粒子を微小圧縮試験器(「MCT-W500」株式会社島津製作所製)の試料台に散布後、凝集窒化ホウ素粒子を5個選び出し、1粒ずつ圧縮試験を行った。そして、圧壊強度(σ:MPa)は、粒子内の位置によって変化する無次元数(α=2.48)と圧壊試験力(P:N)と粒径(d:μm)からσ=α×P/(π×d2)の式を用いて算出した。JIS R1625:2010に準拠して5個の無機フィラー成分の圧壊強度をワイブルプロットし、累積破壊率が63.2%となる圧壊強度を凝集窒化ホウ素粒子の圧壊強度とした。
(絶縁性)
放熱シートの絶縁破壊電圧を、JIS C2110-1:2016に記載の方法に準拠し、短時間破壊試験(室温23℃)にて測定した値に基づき、評価した。結果を表1に示す。
絶縁性の評価基準は厚さ以下の通りである。
◎:絶縁破壊電圧が10kV以上
○:絶縁破壊電圧が5kV以上、10kV未満
×:絶縁破壊電圧が5kV未満
放熱シートの熱抵抗を、ASTM D5470:2017に記載の方法に準拠し、測定した値に基づき、評価した。結果を表1に示す。
熱伝導性の評価基準は以下の通りである。
◎:熱伝導率が5W/(m・K)以上
○:熱伝導率が3W/(m・K)以上、5W/(m・K)未満
×:熱伝導率が3W/(m・K)未満
以下のように、炭化ホウ素合成、加圧窒化工程、脱炭結晶化工程にて、窒化ホウ素粉末Aを作製した。
新日本電工株式会社製オルトホウ酸(以下ホウ酸)100質量部と、デンカ株式会社製アセチレンブラック(HS100)35質量部とをヘンシェルミキサーを用いて混合したのち、黒鉛ルツボ中に充填し、アーク炉にて、アルゴン雰囲気で、2200℃にて5時間加熱し炭化ホウ素(B4C)を合成した。合成した炭化ホウ素塊をボールミルで1時間粉砕し、篩網を用いて粒径75μm以下に篩分け、さらに硝酸水溶液で洗浄して鉄分等不純物を除去後、濾過・乾燥して平均粒子径4μmの炭化ホウ素粉末を作製した。
合成した炭化ホウ素を窒化ホウ素ルツボに充填した後、抵抗加熱炉を用い、窒素ガスの雰囲気で、2000℃、9気圧(0.8MPa)の条件で10時間加熱することにより炭窒化ホウ素(B4CN4)を得た。
合成した炭窒化ホウ素100質量部と、ホウ酸90質量部とをヘンシェルミキサーを用いて混合したのち、窒化ホウ素ルツボに充填し、抵抗加熱炉を用い0.2MPaの圧力条件で、窒素ガスの雰囲気で、室温から1000℃までの昇温速度を10℃/min、1000℃からの昇温速度を2℃/minで昇温し、焼成温度2020℃、保持時間10時間で加熱することにより、一次粒子が凝集して塊状になった凝集窒化ホウ素粒子を合成した。合成した凝集窒化ホウ素粒子をヘンシェルミキサーにより15分解砕をおこなった後、篩網を用いて、篩目150μmのナイロン篩にて分級を行った。焼成物を解砕及び分級することより、窒化ホウ素粉末Aを得た。
平均粒子径6μmの炭化ホウ素粉末を用いた点を除いて、窒化ホウ素粉末Aと同様な方法で窒化ホウ素粉末Bを作製した。なお、得られた窒化ホウ素粉末Bのレーザー散乱法により測定した平均粒子径(D50)は8.0μmであった。SEM観察の結果、得られた窒化ホウ素粉末Bは鱗片状の粒子であった。
平均粒子径1μmの炭化ホウ素粉末を用いた点を除いて、窒化ホウ素粉末Aと同様な方法で窒化ホウ素粉末Cを作製した。なお、得られた窒化ホウ素粉末Cのレーザー散乱法により測定した平均粒子径(D50)は1.0μmであった。SEM観察の結果、得られた窒化ホウ素粉末Cは鱗片状の粒子であった。
平均粒子径15μmの炭化ホウ素粉末を用いた点を除いて、窒化ホウ素粉末Aと同様な方法で窒化ホウ素粉末Dを作製した。なお、得られた窒化ホウ素粉末Dのレーザー散乱法により測定した平均粒子径(D50)は23μmであった。SEM観察の結果、得られた窒化ホウ素粉末Dは、一次粒子が凝集してなる凝集粒子であった。
平均粒子径25μmの炭化ホウ素粉末を用いた点を除いて、窒化ホウ素粉末Aと同様な方法で窒化ホウ素粉末Eを作製した。なお、得られた窒化ホウ素粉末Eのレーザー散乱法により測定した平均粒子径(D50)は35μmであった。SEM観察の結果、得られた窒化ホウ素粉末Eは、一次粒子が凝集してなる凝集粒子であった。
平均粒子径10μmの炭化ホウ素粉末を用いた点を除いて、窒化ホウ素粉末Aと同様な方法で窒化ホウ素粉末Fを作製した。なお、得られた窒化ホウ素粉末Fのレーザー散乱法により測定した平均粒子径(D50)は15μmであった。SEM観察の結果、得られた窒化ホウ素粉末Fは、一次粒子が凝集してなる凝集粒子であった。
平均粒子径12μmの炭化ホウ素粉末を用いた点を除いて、窒化ホウ素粉末Aと同様な方法で窒化ホウ素粉末Gを作製した。なお、得られた窒化ホウ素粉末Gのレーザー散乱法により測定した平均粒子径(D50)は18μmであった。SEM観察の結果、得られた窒化ホウ素粉末Lは、一次粒子が凝集してなる凝集粒子であった。
平均粒子径55μmの炭化ホウ素粉末を用いた点を除いて、窒化ホウ素粉末Aと同様な方法で窒化ホウ素粉末Hを作製した。なお、得られた窒化ホウ素粉末Hのレーザー散乱法により測定した平均粒子径(D50)は78μmであった。SEM観察の結果、得られた窒化ホウ素粉末Hは、一次粒子が凝集してなる凝集粒子であった。また、窒化ホウ素粉末Hの粒度分布のピークの半値幅は46μmであった。
平均粒子径70μmの炭化ホウ素粉末を用いた点を除いて、窒化ホウ素粉末Aと同様な方法で窒化ホウ素粉末Iを作製した。なお、得られた窒化ホウ素粉末Iのレーザー散乱法により測定した平均粒子径(D50)は95μmであった。SEM観察の結果、得られた窒化ホウ素粉末Iは、一次粒子が凝集してなる凝集粒子であった。また、窒化ホウ素粉末Iの粒度分布のピークの半値幅は53μmであった。
平均粒子径40μmの炭化ホウ素粉末を用いた点を除いて、窒化ホウ素粉末Aと同様な方法で窒化ホウ素粉末Jを作製した。なお、得られた窒化ホウ素粉末Jのレーザー散乱法により測定した平均粒子径(D50)は55μmであった。SEM観察の結果、得られた窒化ホウ素粉末Jは、一次粒子が凝集してなる凝集粒子であった。また、窒化ホウ素粉末Jの粒度分布のピークの半値幅は28μmであった。
平均粒子径65μmの炭化ホウ素粉末を用いたを除いて、窒化ホウ素粉末Aと同様な方法で窒化ホウ素粉末Kを作製した。なお、得られた窒化ホウ素粉末Kのレーザー散乱法により測定した平均粒子径(D50)は82μmであった。SEM観察の結果、得られた窒化ホウ素粉末Kは、一次粒子が凝集してなる凝集粒子であった。また、窒化ホウ素粉末Kの粒度分布のピークの半値幅は45μmであった。
平均粒子径50μmの炭化ホウ素粉末を用いた点を除いて、窒化ホウ素粉末Aと同様な方法で窒化ホウ素粉末Lを作製した。なお、得られた窒化ホウ素粉末Lのレーザー散乱法により測定した平均粒子径(D50)は73μmであった。SEM観察の結果、得られた窒化ホウ素粉末Lは、一次粒子が凝集してなる凝集粒子であった。また、窒化ホウ素粉末Kの粒度分布のピークの半値幅は48μmであった。
得られた窒化ホウ素粉末及び液状シリコーン樹脂(メチルビニルポリシロキサン、ダウ・東レ株式会社製、商品名「CF-3110」)の合計100体積%に対して、60体積%の窒化ホウ素粉末及び40体積%のシリコーン樹脂1、シリコーン樹脂100質量部に対して1質量部の硬化剤(2,5-ジメチルー2,5-ビス(t-ブチルパーオキシ)ヘキサン、化薬ヌーリオン株式会社製、商品名「トリゴノックス101」)、窒化ホウ素粉末の合計100質量部に対して0.5質量部のシランカップリング剤(ジメチルジメトキシシラン、ダウ・東レ株式会社製、商品名「DOWSIL Z-6329 Silane」、25℃における粘度:1cp)、シランカップリング剤100質量部に対して15質量部の水、並びに上述の原料の合計100質量部に対して110質量部のトルエンを攪拌機(HEIDON社製、商品名「スリーワンモーター」)に投入し、タービン型撹拌翼を用いて15時間混合して熱伝導性樹脂組成物のスラリーを作製した。
そして、ドクターブレード法により、上記スラリーを厚さ0.05mmのペットフィルム(キャリアフィルム)上に厚さ1.0mmで塗工し、75℃で5分乾燥させて、ペットフィルム付きのシート状成形体を作製した。得られたシート状成形体の熱伝導性樹脂組成物面に厚さ0.05mmのペットフィルムを積層して、積層体を作製した。なお、この積層体の層構造はペットフィルム/熱伝導性樹脂組成物/ペットフィルムであった。次いで、得られた積層体に対して、真空下(圧力3.5kPa)、温度150℃の条件で、表2に示す圧力で30分間の加熱プレスを行い、両面のペットフィルムを剥離してシートとした。次いで、それを常圧、150℃で4時間の2次加熱を行い、放熱シートとした。
Claims (7)
- 六方晶窒化ホウ素一次粒子が凝集してなる凝集窒化ホウ素粒子を少なくとも含む窒化ホウ素粉末と樹脂とを含む熱伝導性樹脂組成物を成形してなる放熱シートであって、
部分放電開始電圧が2800~5000kV/mmである放熱シート。 - 前記窒化ホウ素粉末の粒度分布が、第1の極大点、前記第1の極大点よりも粒径が大きい第2の極大点、及び前記第2の極大点よりも粒径が大きい第3の極大点を少なくとも有し、
前記第1の極大点の粒径が0.4μm以上10μm未満であり、
前記第2の極大点の粒径が10μm以上40μm未満であり、
前記第3の極大点の粒径が40μm以上110μm以下である請求項1に記載の放熱シート。 - 前記窒化ホウ素粉末の粒度分布における頻度の積算量が10%となる粒径と、前記窒化ホウ素粉末の粒度分布の最も粒径が小さい極大点及び2番目に粒径が小さい極大点の間の極小点の粒径との差の絶対値が3~30μmである請求項2に記載の放熱シート。
- 前記第1の極大点に隣接する極大点が前記第2の極大点であり、
前記第2の極大点に隣接する極大点が前記第3の極大点であり、
前記第1の極大点及び前記第2の極大点の間の第1の極小点の粒径と前記第2の極大点及び前記第3の極大点の間の第2の極小点の粒径との差の絶対値が15~60μmである請求項2又は3に記載の放熱シート。 - 前記第3の極大点を有するピークの半値幅が20~60μmである請求項2~4のいずれか1項に記載の放熱シート。
- 前記凝集窒化ホウ素粒子の圧壊強度が5~18MPaである請求項1~5のいずれか1項に記載の放熱シート。
- 六方晶窒化ホウ素一次粒子が凝集してなる凝集窒化ホウ素粒子を少なくとも含む窒化ホウ素粉末と樹脂とを配合して熱伝導性樹脂組成物を作製する工程、
前記熱伝導性樹脂組成物をシート状に成形して、熱伝導性樹脂組成物シートを作製する工程、及び
前記熱伝導性樹脂組成物シートを真空下で加熱及び加圧する工程を含む請求項1~6のいずれか1項に記載の放熱シートの製造方法。
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JP2011176024A (ja) * | 2010-02-23 | 2011-09-08 | Mitsubishi Electric Corp | 熱硬化性樹脂組成物、bステージ熱伝導性シート及びパワーモジュール |
JP2018052782A (ja) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | デンカ株式会社 | 六方晶窒化ホウ素一次粒子凝集体 |
WO2018235920A1 (ja) * | 2017-06-23 | 2018-12-27 | 積水化学工業株式会社 | 樹脂材料、樹脂材料の製造方法及び積層体 |
JP2019029269A (ja) * | 2017-08-01 | 2019-02-21 | 東洋インキScホールディングス株式会社 | 熱伝導性絶縁シートおよび複合部材 |
WO2019164002A1 (ja) * | 2018-02-26 | 2019-08-29 | デンカ株式会社 | 絶縁放熱シート |
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---|---|---|---|---|
KR20200099912A (ko) * | 2019-02-15 | 2020-08-25 | 삼성전자주식회사 | 방열 시트 및 이를 포함하는 전자 장치 |
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011176024A (ja) * | 2010-02-23 | 2011-09-08 | Mitsubishi Electric Corp | 熱硬化性樹脂組成物、bステージ熱伝導性シート及びパワーモジュール |
JP2018052782A (ja) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | デンカ株式会社 | 六方晶窒化ホウ素一次粒子凝集体 |
WO2018235920A1 (ja) * | 2017-06-23 | 2018-12-27 | 積水化学工業株式会社 | 樹脂材料、樹脂材料の製造方法及び積層体 |
JP2019029269A (ja) * | 2017-08-01 | 2019-02-21 | 東洋インキScホールディングス株式会社 | 熱伝導性絶縁シートおよび複合部材 |
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