JPH08238707A - 放熱シート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 内部連通空間を有する可撓性の三次元網状体
又はフォーム体の骨格格子表面を熱伝導性シリコーンゴ
ム組成物で被覆してなることを特徴とする放熱シート。 【効果】 僅かな力で変形して形状に追従することがで
きると共に、冷却部分と集積回路素子との充分な接触を
確保し、集積回路素子で発生した熱をスムーズに冷却部
品に伝えることができ、電子回路に使用される集積回路
の冷却構造の一部として好適に使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、形状追随性が良好であ
り、かつ熱伝導性に優れ、十分な放熱効果を有し、この
ため電子回路に使用される集積回路の冷却構造の一部と
して好適に用いられる放熱シートに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
この種の放熱シートとしてはパワートランジスタ等にヒ
ートシンクを取り付ける際に用いられるものなどが知ら
れている（例えば、特開平５−１４０４５６号、同２−
１９６４５３号、同４−３５９０６０号、同４−１２３
７号、同４−２３９５６３号、特開昭５５−１０２６３
６号、同５６−１６３１４９号、同５７−１３７３５６
号公報等）。

【０００３】このような放熱シートは、シリコーンゴム
等の材料を母材とし、比較的熱伝導率の高い金属酸化物
あるいは窒化ホウ素等を無機充填材（フィラー）として
混入したもので、０．５〜４Ｗ／ｍ・℃の熱伝導率を持
っている。また、近年コンピューター、ワープロ、電子
手帳、電子交換機、事務機等の電子機器の高集積化、ダ
ウンサイジングによる小型化が進み、機器内の発熱密度
が大幅に増加したため、従来からの冷却ファンによる強
制冷却方式に代わり、水などの熱容量の大きな液体冷媒
を電子機器を構成する集積回路素子の近傍に循環させ、
伝導により集積回路素子で発生した熱を冷媒へ伝える冷
却方式が用いられるようになっている。この方式におい
ては冷却部品と集積回路素子とを直接接触させて固定す
ると、熱膨張により集積回路素子とプリント基板との接
合物にストレスが発生するため、熱膨張による応力を吸
収する目的で、特開平２−１９６４５３号公報では、シ
リコーン樹脂に金属酸化物等の熱伝導性材料を混入した
放熱シートにおいて、この応力を吸収するために、この
放熱シートの層の上に柔らかく変形しやすいシリコーン
樹脂の層を積層した放熱シートが提案されている。

【０００４】しかしながら、集積回路素子部品の寸法公
差、組立て時に生ずる高さや傾きのバラツキの吸収は十
分とはいえず、また、その使用に制限があり、充分な熱
膨張による応力を吸収するまでには至らず、放熱効果が
十分に得られないという問題がある。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑みなされたもので
あり、形状追随性が良好であり、かつ熱伝導性に優れ、
十分な放熱効果を有し、このため電子回路に使用される
集積回路の冷却構造の一部として好適に用いられる放熱
シートを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は、上
記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、連続気泡
構造のプラスチックフォームなどの内部連通空間を有す
る可撓性の三次元網状体又はフォーム体を熱伝導性シリ
コーンゴム組成物の溶液で含浸処理し、硬化させるなど
の方法で上記網状体又はフォーム体の骨格格子表面を覆
って熱伝導性シリコーンゴム層を形成したものが、上記
内部連通空間を保持し、可撓性を有するため、形状追随
性が良好で、電子回路に使用される集積回路において熱
膨張による応力を十分かつ確実に緩和でき、熱伝導性も
優れているため放熱シートとして非常に有効であること
を知見した。

【０００７】即ち、上記放熱シートを電子回路に使用さ
れる集積回路の冷却構造の一部として用いると、その優
れた形状追随性から、冷却部分と集積回路素子との充分
な接触を確保でき、高い熱伝導性より集積回路素子で発
生した熱をスムーズに冷却部品に伝えることができるた
め、十分な放熱効果が発揮できることを見い出し、本発
明をなすに至ったものである。

【０００８】従って、本発明は、内部連通空間を有する
可撓性の三次元網状体又はフォーム体の骨格格子表面を
熱伝導性シリコーンゴムで被覆してなることを特徴とす
る放熱シート提供する。この場合、放熱シートの熱伝導
率は０．５Ｗ／ｍ・℃以上であることが好ましい。

【０００９】以下、本発明につき更に詳しく説明する
と、本発明の放熱シートは、内部連通空間を有する可撓
性の網状体又はフォーム体を基体とするものである。こ
こで、網状体又はフォーム体としては、連続気泡構造を
有し、かつ可撓性を有するものであればいずれのもので
もよく、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニ
ル、酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリビニルアルコール
やそれらの共重合体、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メ
タクリル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の連続気
泡構造のプラスチックフォーム、天然ゴム、ブチルゴ
ム、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム、ＥＰＤＭ，Ｓ
ＥＰ等のゴム弾性フォーム、海綿、コルク等の多孔性天
然物質、織布や不織布等の繊維状物質からなる多孔性物
質などが挙げられる。この中では連続気泡構造のプラス
チックフォーム、なかでもポリウレタンフォーム及びシ
リコーンフォームが好ましく、特に可撓性のある軟質の
ポリエーテルポリウレタンフォーム及びポリエステルポ
リウレタンフォームが種類も豊富であり、好適に使用す
ることができる。

【００１０】上記内部連通空間の直径、或いはプラスチ
ックフォームである場合、そのセル数は特に制限される
ものではないが、ポリウレタンフォームの場合、後述す
る熱伝導性シリコーンゴム組成物を含浸する際の含浸性
の点から、その比重を０．０１８〜０．０８、発泡倍率
としては１０〜１００倍（ポリウレタンを１０〜１００
倍発泡）とすることが好ましい。また、同様の理由か
ら、シリコーンフォームの場合は、その比重を０．１〜
０．５、発泡倍率としては２〜１５倍（シリコーンゴム
を２〜１５倍発泡）とすることが好ましい。

【００１１】また、上記網状体又はフォーム体にコーテ
ィングする熱伝導性シリコーンゴム組成物は、平均組成
式Ｒ_aＳｉＯ_(4-a)/2で表されるオルガノポリシロキサン
を主成分とし、熱伝導性を与えるための無機充填材を配
合したものである。

【００１２】ここで、上記平均組成式において、Ｒは置
換若しくは非置換の炭素数１〜１０の一価炭化水素基
（例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル
基、２−エチルブチル基及びオクチクル基などのアルキ
ル基、ビニル基、アリル基あるいはヘキセニル基等のア
ルケニル基、シクロヘキシル基及びシクロペンチル基等
のシクロアルキル基、フェニル基、トリル基等のアリー
ル基、フェニルエチル基等のアラルキル基などであり、
これらの基はその水素原子の一部又は全部をハロゲン原
子或いはシアノ基などで置換されていても良い。）を表
し、ａは１．８５〜２．１０の正数であることが好まし
い。

【００１３】このオルガノポリシロキサンの平均重合度
は、１００〜２０，０００であることが好ましく、特に
液状タイプの場合は３００〜２，０００、ゴム状タイプ
の場合は６，０００〜１２，０００であることが好まし
い。

【００１４】熱伝導性シリコーンゴム組成物に配合する
熱伝導性無機充填材としては、一般に、金属酸化物、窒
化ホウ素等が挙げられ、具体的には酸化アルミニウム、
酸化マグネシウム、二酸化ケイ素、酸化ベリリウム、キ
ュービック窒化ホウ素、ヘキサゴナル窒化ホウ素、炭化
ケイ素、窒化ケイ素等が挙げられ、これらは一種又は二
種以上を併用してもよい。。この場合、配合量は配合す
る熱伝導性無機充填剤によって異なるが、オルガノポリ
シロキサン１００重量部に熱伝導性無機充填剤を１００
〜１，０００重量部配合することが好ましい。

【００１５】熱伝導性シリコーンゴム組成物は、加硫形
態から室温加硫、熱加硫のいずれでも良く、硬化方式か
らパーオキサイド加硫、付加加硫、ＵＶ加硫、電子線加
硫等のいずれをも選択できる。例えば、両末端に水酸基
を持つジオルガノポリシロキサンと加水分解性基を１分
子中に２個以上、好ましくは３個以上持つポリシロキサ
ンに熱伝導性の無機充填材（フィラー）を添加し、硬化
用触媒としてアルキルチタネート類、カルボン酸スズな
どを使用し、空気中の湿気により室温で加硫する液状熱
伝導性シリコーンゴム組成物、主鎖にビニル基を含む重
合度６，０００〜１２，０００のジオルガノポリシロキ
サンに熱伝導性の無機充填材（フィラー）を添加し、パ
ーオキサイド類を硬化用触媒として蒸気又は熱により加
硫する熱伝導性シリコーンゴム組成物、主鎖にビニル基
を含む重合度３００〜２，０００のジオルガノポリシロ
キサンと、ケイ素原子に結合する水素原子を有するオル
ガノハイドロジェンポリシロキサンに熱伝導性の無機充
填材（フィラー）を添加し、白金錯体を硬化用触媒とし
て室温若しくは加熱により加硫する液状熱伝導性シリコ
ーン組成物等がある。また、これらの熱伝導性シリコー
ンゴム組成物に補強剤、分散剤、耐熱向上剤、難燃性付
与剤、導電性付与剤、顔料等の公知の添加剤を添加して
もよい。これらの熱伝導性シリコーンゴム組成物は、網
状体又はフォーム体への含有のために作業し易い粘度と
なるように芳香族系、脂肪族系の溶剤により希釈若しく
は溶解乃至分散することができる。

【００１６】このような熱伝導性シリコーンゴム組成物
をプラスチックフォーム等の上記網状体又はフォーム体
に含浸させ、網状体又はフォーム体の骨格格子表面に熱
伝導性シリコーンゴム組成物のコーティング層を形成す
る場合は、この網状体又はフォーム体を上記液状のシリ
コーンゴム組成物又はシリコーンゴム組成物を適宜な溶
剤に溶解乃至分散させたもの（以下、単に液状組成物と
いう）に浸漬することによって上記網状体又はフォーム
体の内部連通空間に上記液状組成物を十分に含浸させた
後に引上げ、余分な液状組成物をロールで絞り取るとい
う方法、或いは網状体又はフォーム体が薄物であれば両
面に上記液状組成物をロールコーター、ナイフコーター
等により充分に塗布する（塗布により網状体又はフォー
ム体の内部に上記液状組成物が含浸される）という方法
を採用し、次いで、室温〜２００℃で２分〜１日乾燥、
硬化させることによって、本発明の放熱シートを得るこ
とができる。

【００１７】この場合、熱伝導性シリコーンゴム組成物
のコーティング量は、放熱シートの用途に応じて決める
ことができるが、一般的には、上記乾燥硬化後の放熱シ
ートの熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・℃以上、より好ましく
は、０．８Ｗ／ｍ・℃以上となるような量とすることが
好ましい。熱伝導性が０．５Ｗ／ｍ・℃未満では十分な
放熱効果が得られない場合がある。

【００１８】以上のようにして得られた放熱シートは、
僅かな力で変形して形状に追従することができると共
に、冷却部分と集積回路素子との充分な接触を確保し、
集積回路素子で発生した熱をスムーズに冷却部品に伝え
ることができるものである。

【００１９】なお、本発明の放熱シートは、電子回路に
使用される集積回路の冷却構造の一部として好適に使用
できるものであるが、その用途は特に制限されるもので
はなく、他の用途にも有効使用することができる。

【００２０】

【実施例】以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるも
のではない。

【００２１】［実施例１、比較例］両末端がジメチルビ
ニルシロキシ基で封鎖されたジメチルシロキサン単位９
９．８５モル％、ジメチルビニルシロキサン単位０．１
５モル％からなる平均重合度８，０００のメチルビニル
ポリシロキサン１００重量部、ステアリン酸処理した水
酸化アルミニウム［ハイジライトＨ−４２Ｓ（昭和電工
（株）製、平均粒子径１．０μｍ）］を１５０重量部、
比表面積が２００ｍ²／ｇであるシリカ微粉末［アエロ
ジル２００（日本アエロジル（株）製）］３０重量部、
及び分散剤として下記構造式（Ｉ）で示されるα，ω−
ジヒドロキシメチルポリシロキサン５重量部をニーダー
を用いて均一に混練し、１５０℃で２時間熱処理した。
冷却後、この混合物に室温で酸化アルミニウム粉末［ア
ルミナＡＬ−２４（昭和電工（株）製）］６００重量部
を二本ロールで添加混合し、更に、このゴムコンパウン
ド１００重量部に硬化剤として有機過酸化物２，４−ジ
クロルベンゾイルパーオキサイドの５０％ペースト［Ｃ
−２（信越化学工業（株）製）］１．０重量部を二本ロ
ールで添加後、１．０ｍｍに分出し、これをトルエンで
撹拌機を用いて溶解し、トルエン７０％の溶液を得た。
次いで、２ｍｍ厚で比重０．０２の連通気泡構造の軟質
ウレタンスポンジＥＣＳ（（株）イノアックコーポレー
ション製）にナイフコーティングにより上記溶液を含浸
し、室温で３時間放置した。その後、１００℃で３０分
間乾燥、硬化することにより、放熱シートを得た。得ら
れた放熱シートの熱伝導率、圧縮応力を下記の方法で測
定した。結果を表１に示す。

【００２２】また、比較として、市販の低応力タイプの
アルミナ含有シリコーン放熱シートＴＣ−１００ＴＫＣ
（信越化学工業（株）製、１ｍｍ厚）を用い、その熱伝
導率と圧縮応力を同様に測定した。結果を表１に示す。

【００２３】

【化１】

【００２４】熱伝導率の測定方法 放熱シート（ＴＵ−３型）を放熱器とトランジスタの間
に挟み、φ３．０ｍｍのネジで固定した後、トランジス
タに電力をかける。３分後トランジスタ及び放熱器の中
央部の温度を測定し、下記式（１）より熱抵抗を算出
し、下記式（２）より熱伝導率を換算する。 トランジスタ：２ＳＣ２２４５（富士電機（株）製） 放熱器：ＦＢＡ１５０ＰＳ−ＡＮ−Ｏ（オーエス（株）
製） ネジ締め強さ：表１、２に示した強さで実施した。 印加電圧：７（Ｖ）×４（Ａ）＝２８（Ｗ） 測定器：Ｔ型熱電対

【００２５】

【数１】 Ｔ¹ ：トランジスタ温度（℃） Ｔ²：放熱器の温度（℃） Ｔ¹ _G：放熱グリース（Ｇ−７４６）を用いた時のトラン
ジスタ温度（℃） Ｔ² _G：放熱グリース（Ｇ−７４６）を用いた時の放熱器
の温度（℃）

【００２６】

【数２】 Ａ：トランジスタの断面積（ｍ²）；６．０９×１０^-4
４ｍ² Ｌ：放熱シートの厚さ（ｍ） 圧縮応力の測定

【００２７】放熱シートを５０ｍｍ×５０ｍｍにカット
し、島津製作所（株）製オートグラフＡＧ−１００Ｂで
クロスヘッドスピード０．５ｍｍ／ｍｉｎで圧縮した時
の圧縮率と圧縮応力を測定する。

【００２８】

【表１】

【００２９】［実施例２］２５℃において３，５００ｃ
ｓの粘度を有する両末端に水酸基を有するポリジメチル
シロキサン１００重量部とボロンナイトライド（ＫＢＮ
（ｈ）−１０；信越化学工業（株）製）１００重量部と
の混合物を作製し、この混合物にメチルトリメトキシシ
ラン３重量部とテトラプロピルチタネート０．５重量部
とを添加し、得られた混合物をオクタメチルシクロシロ
キサン２０重量部と脱水したトルエン５０重量部とで溶
解した。次いで、２ｍｍ厚で比重０．０３の軟質ウレタ
ンスポンジＭＦ−５０（（株）イノアックコーポレーシ
ョン製）にナイフコーティングにより上記溶液を含浸
し、室温で２４時間放置後、１００℃で５分間乾燥、硬
化することにより、放熱シートを得た。この放熱シート
の熱伝導率と圧縮応力を実施例１と同様に測定した。結
果を表２に示す。

【００３０】［実施例３］ビニル基含有オルガノポリシ
ロキサン（Ｍｅ₂ＳｉＯ単位９４．２４モル％、ＶｉＭ
ｅＰｈＳｉＯ_1/2単位０．５２モル％、Ｍｅ₃ＳｉＯ_1/2
単位２．２４モル％及びＭｅＳｉＯ_3/2単位３モル％か
らなり、粘度１，５００ｃｐ）７１重量部、ジメチルポ
リシロキサン（Ｍｅ₂ＳｉＯ単位９４モル％、Ｍｅ₃Ｓｉ
Ｏ_1/2単位３モル％及びＭｅＳｉＯ_3/2単位３モル％から
なり、粘度５００ｃｐ）２９重量部、アルミナＡＬ−２
４（昭和電工（株）製）３５０重量部を１５０℃で１時
間混合した。常温に冷却後、上記混合物にエチニルシク
ロヘキサノール０．０３重量部を均一に混合した後、塩
化白金酸のビニルシロキサン錯体（ｐｔ含有量１重量
％）０．０６重量部を添加して均一に混合した。更に、
得られた混合物にメチルハイドロジェンポリシロキサン
（Ｍｅ₂ＨＳｉＯ_1/2単位２．５モル％、Ｍｅ₃ＳｉＯ_1/2
単位２．５モル％及びＭｅ₂ＳｉＯ単位９５モル％から
なり、粘度３５ｃｐ）６．７重量部を均一に混合して熱
伝導性シリコーンゴム組成物を調製した。この組成物を
トルエンで７０％に希釈し、１ｍｍ厚のポリエステル不
織布（クラレ（株）製、１００ｇ／ｍ²）に含浸し、二
本ロールで間隔０．８ｍｍ厚で絞って室温で４４時間乾
燥後、１００℃で３０分間キュアーして、０．８ｍｍ厚
の放熱シートを得た。この放熱シートの熱伝導率と圧縮
応力を実施例１と同様に測定した。結果を表２に示す。

【００３１】

【表２】

【００３２】

【発明の効果】本発明の放熱シートは、僅かな力で変形
して形状に追従することができると共に、冷却部分と集
積回路素子との充分な接触を確保し、集積回路素子で発
生した熱をスムーズに冷却部品に伝えることができる。
また、この優れた放熱効果から電子回路に使用される集
積回路の冷却構造の一部として好適に使用できるもので
ある。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部連通空間を有する可撓性の三次元網
   状体又はフォーム体の骨格格子表面を熱伝導性シリコー
   ンゴムで被覆してなることを特徴とする放熱シート。
2. 【請求項２】 熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・℃以上である
   請求項１記載の放熱シート。
3. 【請求項３】 三次元網状体又はフォーム体が連続気泡
   性のプラスチックフォームである請求項１又は２記載の
   放熱シート。
4. 【請求項４】 熱伝導性シリコーンゴムを形成する組成
   物が平均組成式Ｒ_aＳｉＯ_(4-a)/2（Ｒは置換若しくは非
   置換の一価炭化水素基、ａは１．８５〜２．１０の正数
   である。）で示されるオルガノポリシロキサンと熱伝導
   性無機充填材とを配合した組成物であることを特徴とす
   る請求項１乃至３のいずれか１項記載の放熱シート。