JP7339073B2 - 放熱シートとその製造方法 - Google Patents
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また、放熱器の取り付けの圧力により、薄膜補強層間のコンパウンド層が横方向へはみ出るため、放熱シートの取り付け作業性が悪い問題がある。
さらに、薄膜補強層を挟むゴム層は加硫ゴムからなるため、圧縮応力が高く、放熱器の取り付けに大きな力を必要とし、取り付け作業に苦労する問題がある。
本発明の放熱シートは、シリコーン樹脂にアルミナが混入したものからなるため、未加硫のコンパウンド層をゴム層で挟んだ放熱シートのように、加圧によって未加硫のコンパウンド層が横方向へはみ出るような問題がなく、取り付け作業性を良好なものにできる。
さらに、本発明の放熱シートは、復元性を有するため、発熱性部品の使用状態による冷熱サイクルの際に、温度に追従して復元し、放熱シートと発熱性部品及び放熱器との間に隙間を生じることがなく、発熱性部品の熱を放熱シートで効率よく放熱器に伝熱することができる。
シリコーン樹脂の硬化物は、針入度(JIS K2220準拠)が60~90のものが好ましい。針入度が60より低い場合にはシリコーン樹脂(硬化物)の硬度が硬くなりすぎ、その逆に針入度が90よりも高い場合にはシリコーン樹脂(硬化物)の硬度が柔らかくなりすぎ、何れの場合にも放熱器取り付け時及び取り付け後の加圧に対する放熱シート10の緩衝性が得られなくなり、発熱性部品の破損を引き起こすおそれがある。
第1実施形態の放熱シート10の製造方法は、針入度60~90のシリコーン樹脂100重量部と、アルミナの10~20wt%が平均粒子径(d50)70~100μmのものからなるアルミナ150~300重量部とを混合し、真空脱泡した後、シート状にして加熱硬化させることにより放熱シート10を得る。また、無機フィラー等をシリコーン樹脂に混入する場合、シリコーン樹脂及びアルミナと共に無機フィラー等を混合する。なお、シリコーン樹脂、アルミナ、無機フィラー等は、第1実施形態の放熱シート10において説明したとおりである。
混合は、プラネタリーミキサー等で行い、真空減圧状態で混合することにより、混合と真空脱泡を同時に行うことができる。
プレス金型を用いる方法は、混合及び真空脱泡によって得られたアルミナ混入シリコーン樹脂溶液を、プレス金型に吐出してシート状にプレスし、プレス金型の加熱により、アルミナ混入シリコーン樹脂を加熱硬化させる方法である。
第1実施形態の放熱シート11の製造方法と同様にして混合及び真空脱泡し、アルミナ混入シリコーン樹脂溶液を得る。得られたアルミナ混入シリコーン樹脂溶液を、プレス金型を用いる方法あるいは、フィルム上に流す方法により、シート状にして樹脂被膜を積層し、加熱硬化させる。
なお、アルミナ混入シリコーン樹脂層の両面に樹脂被膜を設ける場合は、コンベアによって搬送されるプラスチックフィルムとして、片面の樹脂被膜を構成するフィルムを用い、そのプラスチックフィルム上にアルミナ混入シリコーン樹脂溶液を流し、そのアルミナ混入シリコーン樹脂溶液の上に、他面の樹脂被膜を構成するプラスチックフィルムを積層し、上下のプラスチックフィルムをロールで挟んで圧延し、その他は樹脂被膜を片面に設ける場合と同様にする。
シリコーン樹脂1;2液型、品名;KE-1013、信越化学工業株式会社製、針入度60
シリコーン樹脂2;2液型、品名;EG-3100、東レ・ダウコーニング株式会社製、針入度85
アルミナ1;平均粒子径(d50)4.6μm、品名:AL-43KT、昭和電工株式会社製
アルミナ2;平均粒子径(d50)55μm、品名:LS-13、日本軽金属株式会社製
アルミナ3;平均粒子径(d50)80μm、品名:F180、日本軽金属株式会社製
水酸化アルミニウム;平均粒子径(d50)27μm、品名;SB-303、日本軽金属株式会社製
アクリル樹脂被膜層があるポリエステルフィルム;アクリル層厚み0.6μm、品名;ヒル・プリント株式会社製
PVDCフィルム;厚み10μm、品名;サランラップ(登録商標)、旭化成ホームプロダクツ株式会社製
実施例6は上面のフィルムをPVDCフィルム(厚み10μm)とした。また、加熱は、実施例5では熱風加熱炉に130℃で15分間通し、実施例5以外では、熱風加熱炉に150℃で15分間通した。また、上下2本の金属ロールの上下間隔(隙間)は5mmとし、放熱シートの厚みが5mmとなるようにした。加熱硬化後、上下面の離型PETフィルムを剥がして放熱シートを製造した。なお、実施例5の上面のアクリル樹脂被膜、実施例6の上面のPVDCフィルムは剥がさずにそのままの状態で、放熱シートを製造した。
表面硬度は、アスカーC硬度計により測定した。
50%圧縮応力は、ASTM D575-91に基づき、50%圧縮後60秒間保持したときの応力を測定した。
圧縮永久歪は、JIS K6262に基づき、圧縮前の元の厚みに対してスペーサを用いて50%圧縮した状態で100℃、22時間維持し、その後、圧縮冶具から取り外し圧縮後の厚みを測定して、次式により算出した。
圧縮永久歪=(元厚―圧縮後の厚み)/(元厚―スペーサ厚み)×100
熱伝導率は、JIS R2616に基づいて測定した。
タック性は、放熱シートの表面を手で触って粘性を感じる場合「タック性有」、粘性を感じない場合「タック性無」とした。なお、実施例5についてはアクリル樹脂被膜に対する接触感で判断し、実施例6はPVDCフィルムに対する接触感で判断した。
形状保持性は、離型フィルム付きの放熱シートから、離型フィルムを剥がし、放熱シートを所定の場所に取り付け作業を行い、そのときのシート変形性を観測し、取り付け作業時の形状保持性の評価を行った。上記離型フィルム付きの放熱シートから、離型フィルムを剥がし、放熱シートの取り付け作業時に、シート形状の変形がなく、取り付け作業に問題がない場合に「◎」、シート形状が変形する恐れがある場合に「〇」、シート形状が変形し、取り付け作業に手間取る場合に「×」とした。
総合評価は、表面硬度、圧縮応力、熱伝導率、形状保持性の各項目のうち少なくとも一項目でも所定の下記範囲外である場合に「×」とした。表面硬度、圧縮応力、熱伝導率、の各項目が各々の基準の範囲内であり、形状保持性が〇である場合に、総合評価は「〇」とし、表面硬度、圧縮応力、熱伝導率の各項目が各々の基準の範囲内であり、形状保持性が◎である場合に、総合評価は「◎」とした。表面硬度、圧縮応力、熱伝導率、形状保持性の各項目の合格基準は、表面硬度(2~10度)、圧縮応力(0.1~0.2MPa)、熱伝導率(1.2W/(m・K)以上)、形状保持性(〇または◎)である。
実施例1は、シリコーン樹脂1(針入度60)20重量部、シリコーン樹脂2(針入度85)80重量部、シリコーン樹脂全体の針入度65、アルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)55重量部、アルミナ2(平均粒子径(d50)55μm)80重量部、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)30重量部、水酸化アルミニウム50重量部、アルミナの全量165重量部、アルミナ全量100wt%中、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)の含有量18wt%、アルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)の含有量33wt%、アクリル樹脂被膜及びPVDCフィルム無しとした例である。なお、シリコーン樹脂全体の針入度の値は、JIS K2220で実測した値である。
実施例2は、実施例1におけるアルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)を140重量部、アルミナ2(平均粒子径(d50)55μm)を40重量部、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)を25重量部、アルミナの全量205重量部、アルミナ全量100wt%中、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)の含有量12wt%、アルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)の含有量68wt%、その他を実施例1と同様にした例である。
実施例3は、実施例1におけるアルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)を170重量部、アルミナ2(平均粒子径(d50)55μm)を55重量部、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)を45重量部、アルミナの全量270重量部、アルミナ全量100wt%中、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)の含有量17wt%、アルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)の含有量63wt%、その他を実施例1と同様にした例である。
実施例4は、シリコーン樹脂1(針入度60)0重量部、シリコーン樹脂2(針入度85)100重量部、シリコーン樹脂全体の針入度85、アルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)140重量部、アルミナ2(平均粒子径(d50)55μm)110重量部、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)50重量部、水酸化アルミニウム50重量部、アルミナの全量300重量部、アルミナ全量100wt%中、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)の含有量17wt%、アルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)の含有量47wt%、アクリル樹脂被膜及びPVDCフィルム無しとした例である。
比較例1は、シリコーン樹脂1(針入度60)0重量部、シリコーン樹脂2(針入度85)100重量部、シリコーン樹脂全体の針入度85、アルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)190重量部、アルミナ2(平均粒子径(d50)55μm)90重量部、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)60重量部、水酸化アルミニウム50重量部、アルミナの全量340重量部、アルミナ全量100wt%中、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)の含有量18wt%、アルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)の含有量56wt%、アクリル樹脂被膜及びPVDCフィルム無しとした例である。
比較例2は、比較例1におけるアルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)を200重量部、アルミナ2(平均粒子径(d50)55μm)を70重量部、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)を100重量部、アルミナの全量370重量部、アルミナ全量100wt%中、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)の含有量27wt%、アルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)の含有量54wt%、その他を比較例1と同様にした例である。
比較例3は、比較例1におけるアルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)を200重量部、アルミナ2(平均粒子径(d50)55μm)を120重量部、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)を80重量部、アルミナの全量400重量部、アルミナ全量100wt%中、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)の含有量20wt%、アルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)の含有量50wt%、その他を比較例1と同様にした例である。
比較例4は、実施例1におけるアルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)を100重量部、アルミナ2(平均粒子径(d50)55μm)を40重量部、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)を10重量部、アルミナの全量150重量部、アルミナ全量100wt%中、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)の含有量7wt%、アルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)の含有量67wt%、その他を実施例1と同様にした例である。
比較例5は、実施例1におけるアルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)を50重量部、アルミナ2(平均粒子径(d50)55μm)を130重量部、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)を50重量部、アルミナの全量230重量部、アルミナ全量100wt%中、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)の含有量22wt%、アルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)の含有量22wt%、その他を実施例1と同様にした例である。
実施例5は、シリコーン樹脂1(針入度60)20重量部、シリコーン樹脂2(針入度85)80重量部、シリコーン樹脂全体の針入度65、アルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)140重量部、アルミナ2(平均粒子径(d50)55μm)40重量部、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)30重量部、水酸化アルミニウム50重量部、アルミナの全量210重量部、アルミナ全量100wt%中、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)の含有量14wt%、アルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)の含有量67wt%、アクリル樹脂被膜有りとした例である。
実施例6は、実施例5におけるアクリル樹脂被膜に代えてPVDCフィルムを表面に積層し、その他を実施例5と同様にした例である。
実施例6は、表面硬度(アスカーC硬度)8度、50%圧縮応力0.15MPa、圧縮永久歪45%、熱伝導率1.35W/(m・K)、タック性無、形状保持性「◎」、総合評価「◎」であり、低硬度低圧縮応力性及び復元性を有し、取り付け作業性が良好な放熱シートである。
実施例7は、実施例5におけるアクリル樹脂被膜を無くし、その他を実施例5と同様にした例である。
実施例7は、表面硬度(アスカーC硬度)4度、50%圧縮応力0.12MPa、圧縮永久歪45%、熱伝導率1.5W/(m・K)、タック性無、形状保持性「◎」、総合評価「◎」であり、低硬度低圧縮応力性及び復元性を有し、取り付け作業性が良好な放熱シートである。
実施例8は、シリコーン樹脂1(針入度60)0重量部、シリコーン樹脂2(針入度85)100重量部、シリコーン樹脂全体の針入度85、アルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)140重量部、アルミナ2(平均粒子径(d50)55μm)40重量部、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)30重量部、水酸化アルミニウム50重量部、アルミナの全量210重量部、アルミナ全量100wt%中、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)の含有量14wt%、アルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)の含有量67wt%、アクリル樹脂被膜及びPVDCフィルム無しとした例である。
比較例6は、シリコーン樹脂1(針入度60)0重量部、シリコーン樹脂2(針入度85)100重量部、シリコーン樹脂全体の針入度85、アルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)40重量部、アルミナ2(平均粒子径(d50)55μm)40重量部、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)140重量部、水酸化アルミニウム50重量部、アルミナの全量220重量部、アルミナ全量100wt%中、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)の含有量64wt%、アルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)の含有量18wt%、アクリル樹脂被膜及びPVDCフィルム無しとした例である。
比較例7は、比較例6におけるアルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)を40重量部、アルミナ2(平均粒子径(d50)55μm)を130重量部、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)を50重量部、アルミナの全量220重量部、アルミナ全量100wt%中、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)の含有量23wt%、アルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)の含有量18wt%とし、その他を比較例6と同様にした例である。
比較例8は、比較例6におけるアルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)を80重量部、アルミナ2(平均粒子径(d50)55μm)を70重量部、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)を70重量部、アルミナの全量220重量部、アルミナ全量100wt%中、アルミナ3(平均粒子径(d50)80μm)の含有量32wt%、アルミナ1(平均粒子径(d50)4.6μm)の含有量36wt%とし、その他を比較例6と同様にした例である。
11 アルミナ混入シリコーン樹脂
11A アルミナ混入シリコーン樹脂層
21A 樹脂被膜
Claims (7)
- アルミナと、
シリコーン樹脂と、を含み、
前記シリコーン樹脂は、針入度が60~90であり、
前記シリコーン樹脂100重量部に前記アルミナが150~300重量部混入され、
前記アルミナの10~20wt%が平均粒子径(d50)70~100μmのものからなることを特徴とする放熱シート。 - 前記放熱シートの表面硬度がアスカーC硬度で2~10度、50%圧縮応力(ASTM D575-91準拠)が0.1~0.2MPa、JIS K6262に基づく圧縮永久歪(C-set、100℃、50%圧縮率)の値が20~60%であることを特徴とする請求項1に記載の放熱シート。
- 水酸化アルミニウムを更に含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の放熱シート。
- 前記水酸化アルミニウムの混入量は、前記シリコーン樹脂100重量部に対して10~50重量部であることを特徴とする請求項3に記載の放熱シート。
- 前記アルミナの60~80wt%が平均粒子径(d50)0.1~5μmのものからなることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載の放熱シート。
- 前記アルミナが混入された前記シリコーン樹脂の層の表面に樹脂被膜が積層されていることを特徴とする請求項1から請求項5の何れか一項に記載の放熱シート。
- アルミナが混入されたシリコーン樹脂からなる放熱シートの製造方法において、
針入度60~90のシリコーン樹脂100重量部と、アルミナの10~20wt%が平均粒子径(d50)70~100μmのものからなるアルミナ150~300重量部とを混合し、真空脱泡した後、シート状にして加熱硬化させることを特徴とする放熱シートの製造方法。
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