JPS59221902A - 熱伝導性に優れた絶縁シ−ト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、主として電子部品と放熱体との間に用いる熱
伝導性４Ｃ［れた絶縁シートに関する。

近年、半導体素子等の電子部品の小型化、高密度化に伴
い、電気絶縁材料に対して種々の要望が出ている。その
中でも、パワートランジ今。

サイリスタ等の電子部品は使用中に発熱して特性が低下
したり、破損したりする危険がある。

そこで、これらの電子部品には通常、熱伝導性の良い絶
縁シートを介して放熱フィン金属板等が取り付けられ部
品を保護している。

従来、このような絶縁シートとしては、マイカシートや
ポリエステルフィルム等があり、部品との密着性をよく
するためにこれらの７−トにグリースを塗布したものが
一般に使用されている。これらのシートは価格的には安
いけれど十分な熱伝導性が得られず、しかも、グリース
を塗布する工程が繁雑であり、塗布したグリースも長時
間使用していると流出したり、熱劣化をおこす欠点があ
り好ましいものではなか９た。

また、合成ゴムにアルミナ、亜鉛華等の熱伝導性無機質
粉体を充填剤として含有させたシートが知られている。

一般にこれらのシートの熱伝導性を高めるには、シート
中における熱伝導性無機質粉体の容積比率を高くしてや
ればよいのである。

しかし、充填剤の容積比率が増加するにつれて、シート
の成形加工性や機械的強度等が低下する傾向にあり、柔
軟性が失われ、曲げに対してもろく割れやすくなる等、
実用上支障をきたす結従って、上記のような合成ゴムに
無機質粉体を充填剤として含有させたシートでは充填剤
の容積比率を十分に高くすることができないので、十分
な熱伝導性が得られていなかつた。

また、合成ゴム組成物の／−ト中に織布や不織布を挿入
したり、単繊維を混入したものも提案されているが、強
度面の向上はみられるが充填剤の容積比率を高める効果
に乏しく十分とはいえなかった。

本発明者らはこのような従来技術の欠点を克服するため
鋭意検討した結果、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（
ＰＴＦＥ　）が圧縮剪断応力をかければ容易にフィブリ
ル化する特性に着目し、無機質粉体の周囲をフィブリル
化したＰＴＦＥによって把持することによりシート中の
充填剤の容積比率を極めて高くすることができることを
見い出し、本発明を成すに至ったものである。

即ち、本発明は５０〜９５容量％の熱伝導性無機質粉体
と５容量％以上の結着剤とを含む組成物からなり、該結
着剤が０．２〜８０容量％のポ、リテトラフルオロエチ
レン樹脂（ＰＴＦＥ　）と該ＰＴＦＥに対して容積比で
７４以上の合成ゴムとを含み、かつ圧縮剪断力によりフ
ィブリル化した該ＰＴＦＥを含む該結着剤により該粉体
を把持してなる熱伝導性に浸れた絶縁シートである。

本発明に用いる熱伝導性無機質粉体としては、電気絶縁
性を有するアルミナ、亜鉛華、酸化マグネシウム、酸化
ベリリウム、シリカ、雲母。

窒化ホウ素、窒化アルミナ等であって、仁れらは単独又
は２種以上を複合して使用される。

粉体の粒度や形状等については、特に限定されるもので
はないが、シートの成形加工の点からみて０．２〜１０
〇−程度の球状に近いものが好ましい。

本発明においては、粉体が組成物中にあって５０〜９５
容量％の高い比率で含まれていればよく、５０容量％未
満であれば熱伝導性が不十分で好ましくなく、又、９５
重量％を越えると機械的強度が低下するので好ましく・
ない。

本発明に用いるＰＴＦＥとしては種々のものが用いられ
るが、乳化重合によって得られるＰＴＦＥが特に好適で
あり、例えば約０．２ｒの微粒子を分散させた水性ディ
スパージーン或いは上記の微粒子を凝集して得られるフ
ァインパウダーが用いられる。

ＰＴＦＥは無機質粉体の結着剤として、合成ゴムと混合
して用いられる。

本発明に用いる合成ゴムとしては耐熱性と電気絶縁性を
有するゴム状弾性体で、例えば、シリコーンゴム、フッ
素ゴム、アクリルゴム、クロロスルフォン化ポリエチレ
ン等があるが、特に加工性に浸れたシリコーンゴムがよ
り好適である。

本発明においては５容量％以上の結着剤が必要であり、
結着剤としては上記のＰＴＦＥと合成ゴムとを含むもの
であり、その他加硫剤９着色剤、老化防止剤等が所望に
応じて含まれる。

Ｐ　Ｔ　Ｆ　Ｅは組成物中に０．２〜３０容量％含まれ
、好ましくは１．０〜２０容量％であって、ＰＴＦＥが
０．２容量％未満であれば、十分な機械的強度や柔軟性
が得られず、粉体の容積比率の増大に伴い、７−トがも
ろく、割れやすくなるし、８０容量％を越えるとＰＴＦ
Ｅ同志の結着力が強くなりすぎて硬くなり、シートとし
ての密着性が低下するので好ましくない。

一方、合成ゴムはＦＴＦＢに対して容積比でｌ／４以上
含むことが必要であり、１４未満であればＰＴｆＥが多
くなりすぎて硬くなり、シートとしての密着性が低下す
るので好ましくないのである。

このような組成物を用いて混線シート化を行えば、圧縮
剪断力が加えられ合成ゴムと混合しているＰＴＦＥが容
易にフィブリル化するのである。

そして、このフィブリル化したＦＴＦＢが耕体の約 周囲に絡みついて、粉体を把持することにより粉体が脱
落し碌いシート状物となるのである。

本発明におけ乙混線は、これらの組成物を混合攪拌機、
ニーダ−、ボールミル、バンバリーミキサ−、ロールミ
キサー、スクリューミキサー等の混練機を用いて行なう
ことができ、組成物の分散と共にＦ　Ｔ　、Ｅ’　Ｅの
フィブリル化が行なわれるのである。

なお、本発明における混線及びフィブリル化の時期につ
いては特に限定されるものではなく、Ｐ　Ｔ　ｌ’　Ｅ
を予じめ圧縮剪断力によってフィブリル化した後で、粉
体９合成ゴム等と混練してもよいし、ＰＴＦＥと粉体と
を予じめ混練しフィブリル化した後で合成ゴム等と混練
してもよいし、勿論、粉体、′ＰＴＦＥ、合成ゴム等の
組成物を同時に混合して混練してもよいのである。混線
に際して、合成ゴムの加硫剤、加硫促進剤、安定剤。

加工改良剤、難撚剤９着色剤、溶媒等を必要に鷹 応じて添加することができる。

混線物は、カレンダーロール、　押出ｉ、ナイフコーテ
ィング、プレス機等によりシート状にする。混線と７−
ト化は、使用する装置によって一工程で行なりてもよい
し、別々の工程で行な９てもよい。この段階では、粉体
の容積比率の高い柔軟なシートが得られるけれど、粉体
の充填密度は低く、あるいは機械的強度が十分でなく未
だ絶縁シートとしての十分な性能を備えていないのであ
る。

そこで、本発明の絶縁シートを得るには、この混線シー
ト化したものを更に周速の異なる複数本のカレンダーロ
ールによって圧延することが必要である。つまり、シー
ト状物を折りたたんだり、圧延する方向を変えたりして
圧延を繰り返せばより大きな圧縮剪断力が加えられるた
め粉体の充填密度は高くなり、空隙の殆んどない均一な
ものが得られ、かつＰＴＦＥのフィブリルロールの周速
化は１．１〜８倍程度にすればよく、ロールの温度は１
’ＴＦ、Ｅがフィブリル化しやすい２０℃以上、好１し
くは５０″Ｃ以上で行なえばよい。但し、合成ゴムの架
橋温度以下でなければならない。

ロールの圧力は１〜５０　ｋｑ／ｃｄ程度で行なえばよ
いが、圧力を高くしすぎると硬くなり、柔軟性を失なう
ので好ましくない。

一方向に圧延されたシート状物を更に直交方向に圧延す
れば粉体等の分散がより均一になり、たて、よこ方向の
機械的強度が平均化し、好ましい。場合によフては、こ
のシート状物を一定の角度で折りたたんで圧延してもよ
いことはいうまでもない。

このように圧延をくりかえして行なりたシート状物は、
加熱、加圧によって加硫又は架橋されて、浸れた特性を
有する絶縁シートが得られる。

なお、この絶縁シートは必要に応じて不織布。

織物、ネット、糸等の補強材が挿入されてよいことはい
うまでもない。

このようにして得られる絶縁シートの物性を下記の方法
によって測定して評価した。

（１）熱抵抗の測定 厚さ０．４０　ｍｍの試験片をパワートランジスタ（２
８Ｄ−４２８，ＴＯ−８型）と放熱フィン（■型、６Ｘ
１２Ｃ１ＩＩ角）の間にセ、トシ、締付トルクを５　ｋ
ｔｉ・ＣＭとし、電流２Ａで電圧ｌＯ■を印加したとき
の熱抵抗値（℃／ｗａｔｔ　）を測定した。

熱抵抗値は、小さいほど熱伝導性が高＜、０．５で／ｗ
ａｔｔ以下であれば放熱性能は実用上良好であった。

（２）引張強度の測定 テンシロン型引張試験機を用いてＪＩＳ　Ｋ２ＳＯ３に
準じて測定した。

引張り強度が８０　ｋｑ／ｃｄ以上であれば実用上問題
なく使用することができた。

（３）耐折強度の測定 カールフランク型耐折強度試験機を用いて、厚さ０．４
０　ａｌで８Ｘ２１１Ｊの試験片について試験片の上端
をクランプに、下端を１ｋｇの荷重合に取り付け、屈曲
角１８０′にて試験片が破断する迄の回数を測定した。

耐折強度２００回以上は極めて柔軟で好ましいことを示
し、１０回以下はもろくて割れやすく実用性に乏しいこ
とを示す。

実施例 鳥 ＰＴＦＥとしてのテフロン６Ｊ（三井フロロケミカル■
製の商品名）の微粉末と粒径８０／Ａのアルミナ粉末及
びジメチルビニルシリ４−ンゴコ ムを種々の割合で混練した。なお、加硫剤として、シリ
コーンゴムの重量に対して１，５重量％の過酸化物をす
べて添加した。これらを第１表の割合で配合したものを
ニーグーで混線後、２本ロールでシート状にして更にこ
れを温度６０℃で、周速比１：Ｌ５のロールにより圧延
を４回繰り返して厚さ０．４０　ｍＭのシート状物を得
た。

次いでこのシート状物を１５０℃で加硫して、厚さ０．
４朋の絶縁シートを得だ。

比較例１〜６ 上記の実施例に対して、ＰＴＦＥを全く含まないもの（
比較例１，３及び５　）　ＰＴＦＥを８０容量％を越え
て含むもの（比較例２及び４）、シリコーンゴムがＰ　
Ｔ　ｌ’　Ｈに対して容積比でｌ／４未満であるもの（
比較例２，４及び６）を比較例とし、実施例と同じ製造
方法で厚さ０．４間のシートをつくった。

これらの実施例及び比較例をまとめてその配合と物性を
第１表に示した。

表１ 比較例７及び８ 実施例７の配合（ＰＴＦＥ’ｌＱ容址％、アルミナｒｏ
ｙ５．％、シリコーンゴム２０谷ｍ％）のうち、比較例
７ではＰ　Ｔ　Ｆ　Ｅに代えて、繊維の太さ３デニール
、繊維の長さ１５ｍｍの弗素繊維を一比較例８ではｌ’
ＴＦＥに代えて直径２５ＩＬ、長さ１５ｍｍのガラス繊
維を用いて実施例７と同じ製造方法でＱ、４　ｍＭのシ
ートをつくった。

実施例１１ 実施例７の配合（ＰＴＩ！”ＥＩＱ容量容量子ルミナ７
０容量％、シリコーンゴム２０容量％）のうち、アルミ
ナに代えて粒径２５との窒化ホウ素の粉末を用いて実施
７と同じ製造方法で厚さ０．４朋の絶縁シートを得だ。

これらの実施例及び比較例をまとめて、その配合と物性
を第２表に示した。

表２ 本発明で得られる絶縁シートは電子部品の放熱用に用い
られ、極めて浸れたものであり、他に温度、ヒーーズ、
温度センサー等の放熱用絶縁材、ヒートパイプの放熱用
スペーサー材トシても有用なものである。

特許出願人　日本バイリーン株式会社 手続補正書（自発） 昭和５９年５月１・４ノ　日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 昭和５８年特許願第９７７０５号 ２、発明の名称 熱伝導性に優れた絶縁シート ８、補正をする者 事件との関係　特許出願人 明細書の発明の詳細な説明の欄 ５、補正の内容 明細書の発明の詳細な説明の欄を次の通り補正する。

（１）　　第１頁第３行目の「絶縁シート」の前に「平
面又は立体的な」を挿入する。

（２）第６頁第１行目の「複合」とあるのを「混合」に
、第９行目の「重量％」とあるのを「容量％」と訂正す
る。

（３）第８頁第１２行目の「シート化」とあるのを削除
する。

の工程を簡略化できるので有利である。」を暑； 加入し、第９行目の「混線及び」を削除し、「フィブリ
ル化」の前に「ＰＴＦＥの」を挿入する。

（５）第１Ｏ頁第６行目の１シート状」の前に「平面又
は立体的な」を挿入し、第７行目の最初の「る。」　の
後に「なお、本発明におけるシートとは平面状のものだ
けでなくパイプ状のような立体的な成型物も含むものと
する。」を加入する。

（６）第１０頁第９行目から第１８行目にかけて「この
段階では・・・・・・・・・（中略）・・・・・・・・
・いげないのである。」　とあるのを削除し、「このよ
うな混練したシートは従来のものに比べてはるかに粉体
の容積比率が高く、柔軟なシートが得られ、粉体の充填
密度も高いにもかかわらず、機械的強度も高く、熱伝導
性にぼれている。」を挿入する。

（７）　　第１ＯＮ第１４行目の１そこで、本発明の」
とあるのを削除し、「絶縁ノート」の前に「さらに、強
度の殴れた平面的な」を挿入する。

（Ｂ）　　第１１員４４ダ４１の「支束シル、のイｌ＋
＝「　カ′”４【し・　沌イトＪ　　ば　才ｆ入　し、
）シ、」　の　を灸　１；　ｔ・またはセ椅、０冷＜”
ｊｔ＋」ｆＪ甲入し、矛？へ丁Ｄ１かＥＪ”を夙と偽茗
　ｒ　２　、Ｈ比」ヒｆＪ正す五。

（９）第１０頁第９行目の１曖れた」の前番こ「更に」
を挿入し、第１２行目の１いう捷でもない。」　の後に
「さらに、ツクイブ状等の立体的に成型さ詐たものであ
−てもよい。」を加入する〇

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、５０〜９５容量％の熱伝導性無機質粉体（以下「粉
   体」という）と５容量％以上の結着剤とを含む組成物か
   らなり、該結着剤が０．２〜３０容量％のポリテトラフ
   ルオロエチレン樹脂ｃ以下「ＰＴ１’ＥＪという）と、
   該ＰＴＦＥに対して容積比で　１／４以上の合成ゴムと
   を含み、かつ、圧縮剪断力によりフィブリル化した該Ｐ
   ＴＦＥを含む該結着剤により該粉体を把持してなる熱伝
   導性に優れた絶縁シート。