JPH0888488A

JPH0888488A - 放熱シートおよびその製法

Info

Publication number: JPH0888488A
Application number: JP22521794A
Authority: JP
Inventors: Kiyoaki Kamiya; 清秋神谷; Noboru Saito; 昇斉藤
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 1994-09-20
Filing date: 1994-09-20
Publication date: 1996-04-02
Anticipated expiration: 2016-07-16
Also published as: JP3189590B2

Abstract

(57)【要約】【構成】シート状マトリックス樹脂４中に粒状熱伝導性
フィラーが分布している放熱シート１であって、上記粒
状熱伝導性フィラーが、粒状アルミナ３と、これよりも
粒径が大きい略球状マグネシア２である。【効果】放熱シート製造の際、マトリックス樹脂と粒状
熱伝導性フィラーとの混合物の粘度上昇等がなく、混練
時間が大幅に短縮される。また、放熱シートの熱伝導性
が高くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トランジスター，コン
デンサー等の電子，電気部品から発生する熱を放熱する
ために用いられる放熱シートおよびその製法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】トランジスター，コンデンサー等の電
子，電気部品は、熱に弱く、またこれら電子，電気部品
自身が発熱するため、その寿命が短くなるという問題が
ある。この電子部品等が発生する熱を放熱するために、
従来から、放熱シートが用いられている。この放熱シー
トは、シート状マトリックス樹脂中に熱伝導性フィラー
が分布したものであり、その一面に上記電子部品等を接
着し、他面に放熱フィンを取り付け、放熱シートを介し
て電子部品等から発生する熱を放熱フィンへ伝え放熱さ
せるものである。

【０００３】しかし、従来の放熱シートは、シート長手
方向の熱伝導性は優れるがシート厚み方向の熱伝導性が
低いという問題がある。これは、熱伝導性フィラーとし
て、窒化ホウ素等の板状熱伝導性フィラーが用いられる
ことによる。すなわち、この板状熱伝導性フィラーを用
いた放熱シートでは、そのシート中において、板状熱伝
導性フィラーがその板面をシート面に沿うような状態で
配向するため、シート長手方向にフィラーが連続した状
態となるが、シート厚み方向では、多段状となり、フィ
ラーの分布が不連続となる。この結果、シート厚み方向
の熱伝導性が低くなる。この問題を解決するために、本
出願人は、板状熱伝導性フィラーと、粒状熱伝導性フィ
ラーとを併用する技術を提案している（特公平５−７０
３１７号公報）。このように、板状熱伝導性フィラーと
ともに粒状熱伝導性フィラーを用いると、シートの厚み
方向において、多段状に配列した板状熱伝導性フィラー
の間に、粒状熱伝導性フィラーが位置し、熱伝導性フィ
ラーがシート厚み方向に連続するようになる。この結
果、放熱シートのシート厚み方向の熱伝導性が優れるよ
うになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、本出願人
が提案した放熱シートは、シート長手方向だけでなくシ
ート厚み方向の熱伝導性も優れる高性能なものである。
しかし、この放熱シートは、その製造に問題を有する。
通常、放熱シートは、シリコーンゴム等のマトリックス
樹脂と熱伝導性フィラーとを混合し、一般のゴムシート
製品の製造と同様に、ロール，カレンダー，押出機等に
よりシート状に成形し、これをプレス加硫することによ
り作製される。しかし、板状熱伝導性フィラーと粒状フ
ィラーとを併用してマトリックス樹脂に配合して混合す
ると、この混合物の粘度が著しく上昇して混練時間が長
時間となり、また押出加工時においても支障が生じ、製
造効率が低下するようになる。その結果、得られる放熱
シートのコストが高くなる。さらに、近年の電子，電気
部品の高性能化により、上記放熱シートの熱伝導性では
充分ではなくなってきたという問題もある。この熱伝導
性を高める方法としては、熱伝導性フィラーの配合を多
くする方法があるが、このようにすると、製造時におい
て、混練時の粘度がさらに上昇し、製造効率の一層の低
下を来す結果となる。また、得られる放熱シートも、柔
軟性等の要求特性が低下するようになる。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、熱伝導性に優れ、かつその製造が簡単で低コス
トの放熱シートおよびその製法の提供をその目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、シート状マトリックス樹脂中に粒状熱伝
導性フィラーが分布している放熱シートであって、上記
粒状熱伝導性フィラーが、粒状アルミナとこれよりも粒
径が大きい略球状マグネシアである放熱シートを第１の
要旨とし、マトリックス樹脂に粒状熱伝導性フィラーを
配合して混合しこの混合物をシート状に成形する放熱シ
ートの製法であって、上記粒状熱伝導性フィラーが、粒
状アルミナとこれよりも粒径が大きい略球状マグネシア
である放熱シートの製法を第２の要旨とする。

【０００７】

【作用】すなわち、本発明者らは、上記目的を達成する
ために、熱伝導性フィラーを中心に一連の研究を重ね
た。その結果、熱伝導性フィラーとして、粒状アルミナ
とこれよりも粒径が大きい略球状マグネシアとを併用す
ると、放熱シートの製造において、混練時の粘度の上昇
がなくなり、また押出加工時の支障も生じないことを突
き止めた。そして、この特定の熱伝導性フィラーを用い
て作製した放熱シートは、本出願人が先に提案した放熱
シートよりも熱伝導性に優れ、かつ柔軟性等の特性にも
優れるようになることを見出し、上記知見と併せて本発
明に到達した。本発明により、高性能の放熱シートを低
コストで提供することが可能となる。

【０００８】つぎに、本発明を詳しく説明する。

【０００９】本発明の放熱シートは、マトリックス樹脂
と特定の粒状熱伝導性フィラーとを用いて得られる。

【００１０】上記マトリックス樹脂は、特に制限するも
のではなく、従来から使用されているものをあげること
ができる。例えば、シリコーンゴム等の合成ゴム、ポリ
オレフィン系エラストマー、ポリアミド，ポリイミド等
の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂，ポリエステル樹脂等の
熱硬化性樹脂があげられる。このなかでも、電気特性お
よび柔軟性に優れるシリコーンゴムが好ましい。

【００１１】上記粒状熱伝導性フィラーは、粒状アルミ
ナと、この粒状アルミナより粒径が大きい略球状マグネ
シアとが用いられる。このような粒径関係を有する２種
類の熱伝導性フィラーを併用することにより、放熱シー
ト製造の際の混練時の粘度上昇が抑制されるようにな
り、また得られる放熱シートの熱伝導性や柔軟性が優れ
るようになる。これが、本発明の最大の特徴である。

【００１２】上記粒状アルミナの粒径は、４０〜６０μ
ｍであることが好ましく、特に好ましくは５５〜６０μ
ｍである。また、上記略球状マグネシアの粒径は、８０
〜１２０μｍであることが好ましく、特に好ましくは９
５〜１００μｍである。すなわち、通常、放熱シートに
使用される熱伝導性フィラーの粒径は、２０μｍ以下の
小粒径のものであるが、このように、一般のフィラーよ
り粒径が大きい中粒径および大粒径の熱伝導性フィラー
を組み合わせれば、放熱シートの製造効率がさらに向上
するようになり、かつ得られる放熱シートにおいて、熱
伝導性フィラーを増量することなく熱伝導性の一層の向
上が可能となる。また、上記略球状マグネシアは、真球
状であることが好ましい。これは、マグネシアが真球状
であると、粒状アルミナとの接触性にすぐれ、放熱シー
トの熱伝導性が向上するからである。

【００１３】そして、これら粒状アルミナ（Ａ）と略球
状マグネシア（Ｍ）の体積配合比は、Ａ／Ｍ＝３／１〜
１／３の範囲が好ましく、特に好ましくは、Ａ／Ｍ＝１
／１である。このような体積配合割合とすると、製造効
率および得られる放熱シートの要求特性（熱伝導性，柔
軟性）が優れるようになる。

【００１４】また、上記熱伝導性フィラーとマトリック
ス樹脂との体積配合比は、通常、マトリックス樹脂１０
０に対し、熱伝導性フィラーの合計（Ａ＋Ｍ）が７５〜
１２５の範囲であり、好ましくは、９０〜１１０の範囲
である。

【００１５】そして、本発明では、上記粒状アルミナや
略球状マグネシアの他に、放熱シートに従来から用いら
れている硬化剤や加工助剤等の添加剤を使用することが
できる。

【００１６】つぎに、本発明の放熱シートの製法は、上
記材料を用い、例えば、以下のようにして行うことがで
きる。

【００１７】すなわち、まず、上記のマトリックス樹脂
に粒状アルミナおよび略球状マグネシアを所定量配合し
て混練しシート成形材料を作製する。この混練時におい
て、特定の熱伝導性フィラーを使用しているため混合物
の粘度の上昇がなく、混練時間は、従来の放熱シートの
混練時の１／３以下の短時間となる。そして、このシー
ト成形材料を押出成形機に投入し、押出成形機の板状開
口から押出成形する。この押出成形時にも、外観不良等
の支障は生じない。つぎに、押し出されたシート成形用
弾性体を所定の長さにカットし、このカットしたシート
成形用弾性体を厚み方向にプレスして加硫する。このプ
レス加硫条件は、使用するマトリックス樹脂により適宜
決定されるものである。このようにして本発明の放熱シ
ートを作製することができる。そして、図１に示すよう
に、本発明の放熱シート１では、マトリックス樹脂４中
に略球状マグネシア２が、シート長手方向に略層状でか
つシート厚み方向（矢印Ａ）に多段状に分布し、粒状ア
ルミナ３が、多段状に分布した上記略球状マグネシア２
の層間を中心に分布しているため、熱伝導性フィラー
が、シート長手方向およびシート厚み方向（矢印Ａ）に
連続した状態となる。この結果、本発明の放熱シート
は、シート長手方向は、もちろんシート厚み方向の熱伝
導性も高くなる。なお、本発明の放熱シートの厚みは、
通常０．２〜３ｍｍ、好ましくは０．２〜０．９ｍｍの
範囲に設定される。

【００１８】また、上記の方法以外に、ロール，カレン
ダーによりシート状，スラリー状に分出したものを適当
のサイズにカットして加硫することにより製造すること
も可能である。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、本発明の放熱シートは、
シート状マトリックス樹脂中に、粒状アルミナとこれよ
り粒径が大きい略球状マグネシアとが分布している。こ
のように、粒径が異なる２種類の粒状熱伝導性フィラー
を併用することにより、シート状マトリックス樹脂中
で、フィラーがシート長手方向およびシート厚み方向に
連続した分布状態になる。この結果、本発明の放熱シー
トは、熱伝導性が著しく高いものとなり、放熱効果が優
れるようになる。また、本発明の放熱シートは、柔軟性
等の特性にも優れるため、これを用いた電子部品等と放
熱フィンとの良好な密着性が得られる。そして、異なる
粒径の２種類の粒状熱伝導性フィラーを使用することに
より、放熱シートの製造において、マトリックス樹脂と
の混練時の粘度上昇がなくなり、また押出加工時の支障
等が発生しなくなる。この結果、製造効率が大幅に向上
するようになり、本発明の放熱シートのコストが低くな
る。

【００２０】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００２１】

【実施例１〜８，比較例１〜３】シリコーンゴムに対
し、粒状アルミナおよび略球状マグネシアを下記の表１
〜表３に示す割合で配合し混合した。そして、この混合
物をロールにより、所定の厚み（０．５ｍｍ）に分出す
ることによりシート成形用弾性体を得た。つぎに、この
シート成形用弾性体を適宜の長さにカットし、シート厚
み方向に圧力１５０ｋｇ／ｃｍ²（ゲージ圧）でプレス
加硫（条件：１７０℃×１５分）することにより、目的
とする放熱シートを得た。

【００２２】このようにして得られた実施例１〜８品，
比較例１〜３品の放熱シートについて、熱伝導率，熱抵
抗，シート柔軟性，加工性について調べた。この結果
を、上記同表に示す。なお、これらの特性は、下記に示
す方法により調べた。

【００２３】〔熱伝導率〕熱伝導率は、熱伝導率測定機
（京都電子社製）を用いプルーブ法により測定した。

【００２４】〔熱抵抗〕図２に示す断面形状の放熱フィ
ン６に上記放熱シート１を介して、ＴＯ−３型トランジ
スター５をセットした。ただし、上記放熱シート１は、
上記トランジスターの底部形状に合わせて打ち抜いた。
そして、電力を付加したとき、Ｔ部およびＦ部の発熱温
度を測定した。このときの測定条件は、下記のとおりで
ある。付加電力：２０Ｗ（２０Ｖ×１Ａ）トランジスタ締付けトルク：５ｋｇ・ｃｍそして、得られた測定値から、下記の式にもとづいて熱
抵抗を算出した。Ｒ＝（Ｔ−Ｆ）／ＥＲ：熱抵抗（℃／Ｗ）Ｔ：トランジスタＴ部の温度（℃）Ｆ：放熱フィンＦ部の温度（℃）Ｅ：負荷電力（Ｗ）

【００２５】〔シート柔軟性〕シート柔軟性は、厚さ
０．５ｍｍのシートを折り曲げたときの外観の変化によ
り評価した。折り曲げた後、曲がりぐせがまったくつか
ず、亀裂の発生しなかったものを○、曲がりぐせが少し
つくか微小の亀裂が発生したものを△、曲がりぐせがつ
くか亀裂が発生したものを×で表した。

【００２６】〔加工性〕加工性は、放熱シート製造の
際、混練時の粘度の上昇、押出加工時の支障およびシー
ト成形材料の設備への付着の有無によって調べた。そし
て、混練時の粘度の上昇、押出加工時の支障およびシー
ト成形材料の設備への付着が無かったものを○、わずか
な粘度の上昇や押出加工時に支障が生じたものを△、粘
度の上昇や押出加工時に支障が生じたり、シート成形材
料の設備への付着がみられたものを×で表した。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】

【表３】

【００３０】上記表１〜表２から、実施例品の放熱シー
トは、熱伝導率，熱抵抗，シート柔軟性，加工性の全て
の特性に優れていた。このことから、本発明の放熱シー
トは、その製造が容易で放熱効果が優れているといえ
る。特に、実施例品２の放熱シートにおいて、熱伝導率
および熱抵抗が優れていた。また、実施例品２の放熱シ
ートは、シート柔軟性および加工性も、他の実施例品と
比較して優れていた。これに対し、上記表３から、全比
較例品の放熱シートは、熱伝導率および熱抵抗が悪く、
実用に供するものではなかった。また、比較例品１の放
熱シートは、シート柔軟性および加工性の両特性が悪
く、比較例品２の放熱シートは、シート柔軟性は優れて
いたが、加工時において、シート成形材料の設備への付
着が生じた。そして、比較例品３の放熱シートは、略球
状マグネシアの粒径より粒状アルミナの粒径が大きいた
め、熱伝導性および熱抵抗が著しく悪かった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の放熱シートの一実施例の断面の模式図
である。

【図２】熱抵抗を測定する状態を示す模式図である。

【符号の説明】

１放熱シート２略球状マグネシア３粒状アルミナ４マトリックス樹脂

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シート状マトリックス樹脂中に粒状熱伝
導性フィラーが分布している放熱シートであって、上記
粒状熱伝導性フィラーが、粒状アルミナとこれよりも粒
径が大きい略球状マグネシアであることを特徴とする放
熱シート。
【請求項２】上記略球状マグネシアが、放熱シートの
シート長手方向に略層状でかつシート厚み方向に多段状
に分布し、上記粒状アルミナが、多段状に分布した上記
略球状マグネシアの層間を中心に分布している請求項１
記載の放熱シート。
【請求項３】上記粒状アルミナの粒径が、４０〜６０
μｍであり、上記略球状マグネシアの粒径が８０〜１２
０μｍである請求項１または２に記載の放熱シート。
【請求項４】上記の粒状アルミナと略球状マグネシア
との体積配合比が、粒状アルミナ／略球状マグネシア＝
３／１〜１／３の範囲である請求項１〜３のいずれか一
項に記載の放熱シート。
【請求項５】マトリックス樹脂に粒状熱伝導性フィラ
ーを配合して混合しこの混合物をシート状に成形する放
熱シートの製法であって、上記粒状熱伝導性フィラー
が、粒状アルミナとこれよりも粒径が大きい略球状マグ
ネシアであることを特徴とする放熱シートの製法。