JP7129908B2 - 高耐荷重性および高熱伝導性を有する放熱シート - Google Patents
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Description
本発明に係る放熱シートにおいて使用できる補強層は、放熱シートに機械的強度を与える役目を担い、さらには放熱シートの平面方向への延伸を抑制する効果も奏する。当該補強層の材料は、放熱シートの用途に応じて任意に選択できる。例えば電子材料分野における放熱シートである場合、ガラスクロス、樹脂フィルム(ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボーネート、アクリル樹脂など)、布繊維メッシュクロス(木綿や麻、アラミド繊維、セルロース繊維、ナイロン繊維、ポリオレフィン繊維など)、不織布(アラミド繊維、セルロース繊維、ナイロン繊維、ポリオレフィン繊維など)、金属繊維メッシュクロス(ステンレス、銅、アルミニウムなど)、または金属箔(銅箔、ニッケル箔、アルミニウム箔など)を含むことが好ましい。また特に、熱伝導性の観点からはガラスクロスまたは金属箔を含むことが、熱伝導性と絶縁性の観点からはガラスクロスを含むことが、また絶縁性の観点からは樹脂フィルムを含むことが、それぞれさらに好ましい。
本発明に係る放熱シートにおいて使用できるシリコーン組成物層は、所定の範囲の十点平均粗さRzJISとデュロメーターA硬度を兼ね備えることで、上述の補強層と接合し協働して顕著な放熱性を得ることが可能となっている。
シリコーン組成物層に添加できる熱伝導性充填材として使用できるのは、限定的ではないが、窒化ホウ素粉末、窒化アルミニウム粉末、酸化アルミニウム粉末、窒化ケイ素粉末、酸化ケイ素粉末、酸化亜鉛粉末等が挙げられる。熱伝導性および加工性を良くする観点からは、窒化ホウ素粉末または酸化アルミニウム粉末を用いることが好ましく、窒化ホウ素粉末とりわけ六方晶窒化ホウ素粉末を用いることが更に好ましい。六方晶窒化ホウ素の形態は、鱗片状の一次粒子が配向せずに集合してなるアグリゲート状であることが、熱伝導性に異方性を与えないという効果が得られることから好ましい。図1にアグリゲート状の六方晶窒化ホウ素粉末の顕微鏡写真を例示的に示す。アグリゲート状でない六方晶窒化ホウ素粉末では、熱伝導率が低くなり放熱性が低下する場合がありえる。
図2~図4は、本発明の実施形態に係る放熱シートがその表面(すなわちシリコーン組成物層の開放表面)に所定の表面粗さ(十点平均粗さ)を有し、且つ所定の硬度を有することで、上述した作用効果を奏する理由を説明しようとするものである。
ポリオルガノシロキサンベースポリマー(東レ・ダウコーニング・シリコーン社製商品名「CF3110」)100質量部、架橋剤(東レ・ダウコーニング・シリコーン社製商品名「RC-4」)1質量部、アグリゲート状窒化ホウ素粉末(デンカ株式会社、SGPSグレード、以下「SGPS」と略記する)を表1および表2に示す質量部を以って充填して、500質量部のトルエンに分散して攪拌機で15時間混合し、熱伝導性充填材含有シリコーンゴム組成物を調製した。
表1~3に示した条件を用い、それ以外は実施例1と同様にして、放熱シートを作製した。
試作された実施例1~14、比較例1~4の放熱シートを下記の評価項目(1)~(5)によって行った。結果を表1~3に示す。なお、放熱シートを幅1m×10m巻のロール状の形態に(弛みや表面のひび割れにより)正常に巻き上げられなかった例については、「ロール状の作製可否」を「不可能」と記載してある。
放熱シートから図5に示す形状の試験片を作製し、当該試験片の両面の図5の斜線部分に示す箇所に銀ペーストを塗布してJIS C2139:2008に記載の方法に準拠して、体積抵抗率の評価を行なった。
熱伝導率(H;単位W/(m・K))は、放熱シートの厚み方向に対して評価を行なった。熱拡散率(A;単位m2/sec)と密度(B;単位kg/m3)、比熱容量(C;単位J/(kg・K))から、H=A×B×Cとして、算出した。熱拡散率は、測定用試料を幅10mm×長さ10mmに加工し、測定用レーザー光の反射防止の為、放熱シートの両面にカーボンブラックを塗布した後、レーザーフラッシュ法により求めた。測定装置はキセノンフラッシュアナライザ(NETZSCH社製商品名「LFA447NanoFlash」)を用いた。密度はアルキメデス法を用いて求めた。比熱容量はJIS K 7123:1987に記載の方法に準拠して求めた。
40mm×40mmの放熱シートを5枚用意し、それぞれの放熱シートの中心を、内径がφ5mmのトムソン刃を有する型で打ち抜いてねじ穴を設けた。それぞれの放熱シートをTO-3P形状のトランジスタ(接触部分サイズ:20mm×26mm)と厚さ1mmのアルミニウム板との間にねじ穴の位置を合わせて挟むようにして、そのねじ穴を通したM3P0.5形状のねじおよびトルクドライバーを用いて下記表1~3に記載の荷重(面圧)が得られるようにトルクをかけて1時間締め付けた。その後、ねじを取り外してシートの破れの有無を目視にて確認した。目視にて破れの有無が判断しにくい場合は、ねじを取り外した状態のままのシートの両面に、ねじ穴周辺部を避けるようにして電極を当ててDC1.0kVの電圧をかけて、通電した場合は破れ有り、通電しない場合は破れ無しと評価した。
シリコーンゴム組成物層の表面の十点平均粗さRzJISは、共焦点顕微鏡(Keyence社製商品名「LT・9010M」)を用いて、計測長さ10,000μm、計測ピッチ10μm、計測速度500μmの条件で、JIS B0601:2013に準拠して評価を行った。
シリコーンゴム組成物層のデュロメーターA硬度は、JIS K6249:2003に準拠した方法で、各実施例・比較例に用いたシリコーン組成物層と同じ材料・条件で試験片を作成し測定を行った。測定時の試験片の温度も当該JISの規定に従い調節した。なおシリコーンゴム組成物層のデュロメーターA硬度に関しては、本実施例で用いた程度の構成であれば、放熱シートを規定の厚さになるように重ねて測定することによっても、目安となる値を得ることが可能である。
12 補強層
14 表側のシリコーン組成物層
16 裏側のシリコーン組成物層
20 発熱する電子部品
30 放熱部材
40 ねじ
Claims (8)
- 補強層の両面に、熱伝導性充填材を含有するシリコーン組成物層が積層された構成を有する放熱シートであって、
前記放熱シートの両面に在る前記シリコーン組成物層の少なくとも一方において、前記補強層に接合していない側の開放表面の十点平均粗さRzJISが、15μm以上70μm以下の範囲であり、
前記シリコーン組成物層のデュロメーターA硬度が25以上90以下の範囲であり、
前記放熱シートの厚み方向に対する熱伝導率が2.5W/(m・K)以上である、放熱シート。 - 前記熱伝導性充填材は窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化ケイ素、および酸化亜鉛からなる群から選ばれる一種以上の材料を含む、請求項1に記載の放熱シート。
- 前記窒化ホウ素は六方晶窒化ホウ素である、請求項2に記載の放熱シート。
- 前記窒化ホウ素は窒化ホウ素の鱗片状の一次粒子が配向せずに集合してなるアグリゲート状である請求項3に記載の放熱シート。
- 前記シリコーン組成物層は、シリコーン成分の合計100質量部に対して、前記熱伝導性充填材を20質量部以上1,500質量部以下の範囲で含有する、請求項1~4のいずれか一項に記載の放熱シート。
- 前記補強層が、ガラスクロス、樹脂フィルム、布繊維メッシュクロス、不織布、金属繊維メッシュクロス、および金属箔からなる群から選択される一種以上の材料を含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の放熱シート。
- ロール状放熱シートである、請求項1~6のいずれか一項に記載の放熱シート。
- 請求項1~7のいずれか一項に記載の放熱シートを用いて得られる放熱部材。
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