JPWO2008075574A1

JPWO2008075574A1 - 放熱材

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Publication number: JPWO2008075574A1
Application number: JP2008550104A
Authority: JP
Inventors: 倫明矢嶋; 藤田　淳; 藤田　　淳; 鈴木　孝幸; 孝幸鈴木; 関　智憲; 智憲関; 慶紀内山
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd; Resonac Corp
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2006-12-19
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2010-04-08
Also published as: TW200837108A; WO2008075574A1

Abstract

高熱伝導性材料及び樹脂を含む放熱材を、高熱伝導性材料を５０〜９５質量％含有させることで、放熱特性に優れる放熱材を提供する。特に、高熱伝導性材料が、黒鉛を含む材料で、かさ密度が１．２〜２．２ｇ／ｃｍ３、６０℃における放射面の放射率が０．４０以上、厚さ方向の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上、面方向の熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上、形状がフィン構造を有し、全体高さが１ｍｍ以上、比熱が０．８５Ｊ／ｇＫ以下、放熱面の反対面に粘着層を有し、粘着層の熱伝導率が０．５Ｗ／ｍＫ以上である放熱材であることが好ましい。

Description

本発明は、放熱材に関する。

近年、電子機器分野において、その電子機器の温度上昇を抑制する冷却（放熱）技術が重要になってきている。特に、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）においてはその容積が減少の傾向にあるにも関わらず、ＣＰＵ（中央演算処理装置）の動作周波数の増加に伴い、発熱量は急激に上昇してきており、ＣＰＵ以外の部品についても発熱量は増加傾向に有る。

また、これらに加えて静音化、消費電力低減の要求もあることから、ファンによる空冷にできるだけ頼らない放熱システムが求められている。

冷却技術においては「経済的な冷却効果の達成」が最重要項目であるため、低コストで効率の良い冷却を達成すべく、様々な検討がなされている。

放熱材として要求される特性は、熱伝導性がよいこと、安価であること、耐久性、耐熱性及び耐候性に優れていること、所望の形状に作製可能であること、軽量であること、小型であること等が挙げられる。従来の放熱材としては、熱伝導率の高いアルミニウムや銅を材料としたヒートシンクが提案されているが（例えば、特開平０５−０７４９９２号公報参照）、これらアルミニウムや銅を用いた場合は軽量化の要件を満足することができなかった。また、アルミニウムや銅のような金属材料は表面に光沢があるため、放射率が低く熱輻射による放熱効果が得られにくいといった欠点もある。これを解決するために、例えば、金属材料の表面に黒色コーティングを施すか又は金属材料表面を酸化処理する等の後処理が検討されているが（例えば、特開２００５−１５３２９６号公報及び特開２０００−２８２２９２号公報参照）、処理工程が増えることで低コスト化の障害となっている。

本発明の目的は、軽量で高い放射率を有し、放熱特性に優れる放熱材を提供することである。

本発明は、（１）高熱伝導性材料及び樹脂を含む放熱材であって、高熱伝導性材料を放熱材中に５０〜９５質量％含有することを特徴とする放熱材に関する。

また、本発明は、（２）前記高熱伝導性材料が、黒鉛を含むことを特徴とする前記（１）記載の放熱材に関する。

また、本発明は、（３）前記放熱材のかさ密度が、１．２〜２．２ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする前記（１）又は（２）記載の放熱材に関する。

また、本発明は、（４）前記放熱材の６０℃における放射面の放射率が、０．４０以上であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の放熱材に関する。

また、本発明は、（５）前記放熱材の厚さ方向の熱伝導率が、１０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか一項に記載の放熱材に関する。

また、本発明は、（６）前記放熱材の面方向の熱伝導率が、３０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれか一項に記載の放熱材に関する。

また、本発明は、（７）前記放熱材が、フィン構造を有することを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれか一項に記載の放熱材に関する。

また、本発明は、（８）前記フィンの高さが、放熱材全体の高さの３０〜９５％であることを特徴とする前記（７）記載の放熱材に関する。

また、本発明は、（９）前記フィンの溝部がテーパ状であり、テーパ角度が１〜３０°であることを特徴とする前記（７）又は（８）記載の放熱材に関する。

また、本発明は、（１０）前記放熱材全体の高さが、１ｍｍ以上であることを特徴とする前記（１）〜（９）のいずれか一項に記載の放熱材に関する。

また、本発明は、（１１）前記放熱材の比熱が、０．８５Ｊ／ｇＫ以下であることを特徴とする前記（１）〜（１０）のいずれか一項に記載の放熱材に関する。

また、本発明は、（１２）前記放熱材面方向の熱膨張率が、８×１０^-6／℃以下であることを特徴とする前記（１）〜（１１）のいずれか一項に記載の放熱材に関する。

また、本発明は、（１３）前記放熱材の体積固有抵抗が２００μΩｍ以下であることを特徴とする前記（１）〜（１２）のいずれか一項に記載の放熱材に関する。

また、本発明は、（１４）前記放熱材がＵＬ−９４規格でＶ−０の難燃性を有することを特徴とする前記（１）〜（１３）いずれか一項に記載の放熱材に関する。

また、本発明は、（１５）前記放熱材の放熱面の反対側の面に粘着層を有することを特徴とする前記（１）〜（１４）のいずれか一項に記載の放熱材に関する。

また、本発明は、（１６）前記粘着層の厚さが、１５０μｍ以下であることを特徴とする前記（１５）記載の放熱材に関する。

また、本発明は、（１７）前記粘着層の熱伝導率が、０．５Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする前記（１５）又は（１６）記載の放熱材に関する。

テーパ形状のフィン構造を有する放熱材を示す正面図である。放熱特性評価試験方法を示す概略図である。実施例１〜８、比較例２及び参考例１で用いた放熱材の面方向の形状を示す正面図である。比較例３で用いた放熱材の面方向の形状を示す正面図である。

本発明の放熱材は、高熱伝導性材料及び樹脂を含み、高熱伝導性材料を放熱在中に５０〜９５質量％含有することを特徴としている。前記放熱材中の高熱伝導性材料の含有量は、６０〜９５質量％が好ましく、７０〜９５質量％がより好ましい。前記高熱伝導性材料の含有量が５０質量％未満である場合は、放熱材の伝熱特性が低下し、充分な放熱特性が得られない。一方、前記高熱伝導性材料の含有量が９５質量％を超える場合は、放熱材の成形性が低下し、所望の形状の放熱材を得ることができない。

本発明で用いられる高熱伝導性材料は特に制限されず、放熱材の熱伝導性フィラーとして公知のものであれば構わないが、熱伝導率が１０〜１０００Ｗ／ｍＫであるものが好ましい。高熱伝導性材料の一例として、シリカ、黒鉛、アルミナ、水酸化アルミニウム、チッ化アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化マグネシウム等の無機フィラー、アルミニウム、銅、銀、金等の金属フィラー等が挙げられる。これら高熱伝導性材料は１種類で用いても、２種類以上を組み合わせて用いても良い。

前記高熱伝導性材料の例示のなかでも、軽量化と放熱特性の点で黒鉛が好ましい。黒鉛としては、例えば、天然黒鉛粉末、人造黒鉛粉末、膨張黒鉛または膨張黒鉛シートを粉砕した膨張黒鉛粉末等が用いられる。これらのなかでも天然もしくは人造黒鉛粉末が好ましい。これらの黒鉛の形状は、球形、塊状、鱗片、樹枝状等であり、特に、制限はないが、平均粒径が５〜５００μｍであることが好ましい。これら黒鉛の平均粒径はレーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定することができる。なお、平均粒径は５０％Ｄの値とする。

本発明では、前記高熱伝導性材料の粉末を樹脂と混合することにより、軽量で、放熱特性に優れる放熱材を得ることが可能である。また、黒鉛や金属フィラー等の高熱導電性材料は、樹脂と混合することにより粒子脱離による電子機器内部のショート発生を防ぐことが可能となる。

本発明において用いられる樹脂は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂が好ましい。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリブテン、結晶性ポリブタジエン、ポリスチレン、ポリブタジエン、スチレンブタジエン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデン、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、アクリロニトリル・スチレン共重合体（ＡＳ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体（ＡＢＳ）、アイオノマー、アクリロニトリル・アクリルゴム・スチレン共重合体（ＡＡＳ）、塩素化ポリエチレン・アクリロニトリル・スチレン共重合体（ＡＣＳ）、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリリレート、ポリテトラフルオロエチレン、エチレン・ポリテトラフルオロエチレン共重合体、ポリアセタール（ポリオキシメチレン）、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート（Ｕポリマー（登録商標））、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリオキシベンゾイル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、その他液晶ポリエステル等が挙げられる。

また、熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、開環重合により重合するジヒドロベンゾオキサジン環を含む熱硬化性樹脂、アミノ樹脂（ユリア樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂）、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ケイ素樹脂等が挙げられる。

これら樹脂のなかでも、耐熱性、成形性、金型との離型性の点でフェノール樹脂、開環重合により重合するジヒドロベンゾオキサジン環を含む熱硬化性樹脂、エポキシ樹脂が賞用される。また、これら樹脂は単独で用いても、２種類以上を併用してもよい。

なお、「開環重合により重合するジヒドロベンゾオキサジン環を含む熱硬化性樹脂」とは、フェノール性水酸基を有する化合物、ホルムアルデヒド類及び第１級アミンから合成される樹脂のことである。この樹脂は、加熱により開環重合反応を起こし、揮発分を発生させることなく優れた特性を持つ架橋構造を形成する。

下記一般式（Ｉ）で示される構造部位（すなわち、ジヒドロベンゾオキサジン環）を含む樹脂は、特に、耐熱性に優れ、付加反応により硬化が進行するため、揮発性副生成物が発生せず、均一で緻密な樹脂層が形成されることから、好ましい樹脂である。

ジヒドロベンゾオキサジン環を含む熱硬化性樹脂としては、下記一般式（Ａ）及び一般式（Ｂ）、

（式中、芳香環に結合する水素はヒドロキシル基のオルト位の一つを除き置換基で置換されていてもよい）

（式中、Ｒ^１は炭化水素基であり、芳香環に結合する水素は、置換基で置換されていてもよい）
に示す化学構造単位を含むものが揮発性ガスを抑制する効果が高く好ましく、一般式（Ａ）／一般式（Ｂ）のモル比で４／１〜１／９で含むものが耐熱性等の点でより好ましい。これは用いる材料の比率等により調整できる。

なお、上記一般式（Ａ）及び一般式（Ｂ）で示される化学構造単位における、置換基については特に制限はないが、メチル基、エチル基等のアルキル基等が好ましいものとして挙げられる。また、一般式（Ａ）において、ヒドロキシル基のオルト位の一つは硬化反応のために、水素をもつことが好ましい。前記各化学構造単位の数は、１分子中に含まれる一般式（Ａ）の数をｍ、一般式（Ｂ）の数をｎとするとき、ｍ≧１、ｎ≧１かつｍ＋ｎ≧２であればよいが、数平均で１０≧ｍ＋ｎ≧３であることが硬化物の特性、例えば耐熱性等の点で好ましい。

上記各化学構造単位は、互いに直接に結合していてもよく、有機の基を介して結合していてもよい。前記有機の基としては、アルキレン基、キシリレン基等が好ましいものとして挙げられ、アルキレン基としては、

で示される基（ただし、Ｒ^２は、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、フェニル基又は置換フェニル基を示す）、炭素原子数が５〜２０の鎖状アルキレン基等が挙げられる。これは、原料として用いるフェノール性水酸基を有する化合物の種類等により選択できる。

ジヒドロベンゾオキサジン環を含む熱硬化性樹脂の原料である前記フェノール性水酸基を有する化合物としては、フェノールノボラック樹脂、レゾール樹脂、フェノール変性キシレン樹脂、アルキルフェノール樹脂、メラミンフェノール樹脂、ポリブタジエン変性フェノール樹脂等のフェノール樹脂、ビスフェノール化合物、ビフェノール化合物、トリスフェノール化合物、テトラフェノール化合物等を挙げることができる。

ジヒドロベンゾオキサジン環を含む熱硬化性樹脂の原料であるホルムアルデヒド類としては、ホルムアルデヒドの他、パラホルムアルデヒド、ヘキサメチレンテトラミンのようなホルムアルデヒドを発生するもの等を用いることができる。

ジヒドロベンゾオキサジン環を含む熱硬化性樹脂の原料である第１級アミンとしては、具体的にメチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、シクロヘキシルアミン等の脂肪族アミン、アニリン、置換アニリン等の芳香族アミンが挙げられる。硬化性の点からは脂肪族アミンが好ましく、耐熱性の点からは芳香族アミンが好ましい。

各材料は、フェノール性水酸基を有する化合物、ホルムアルデヒド類及び第１級アミンを、フェノール性水酸基を有する化合物の水酸基１モルに対し第１級アミンを０．２〜０．９モル、ホルムアルデヒドを第１級アミンの２倍モル量以上の比で反応させることが、得られる樹脂の接着性等の面で好ましい。

本発明の放熱材は、高熱伝導性材料及び樹脂の他に、樹脂硬化剤、硬化促進剤、内部離型剤、滑剤等の成分を含んでいてもよい。

本発明において、上記各材料を用いてジヒドロベンゾオキサジン環を含む熱硬化性樹脂を作る方法としては、フェノール性水酸基を有する化合物と第１級アミンとの混合物を好ましくは７０℃以上に加熱したホルムアルデヒド類中に添加して、好ましくは７０〜１１０℃、より好ましくは９０〜１００℃で、好ましくは２０〜１２０分反応させ、その後好ましくは１２０℃以下の温度で減圧乾燥することにより合成することができる。

ジヒドロベンゾオキサジン環を含む熱硬化性樹脂は、日立化成工業（株）製の付加反応型熱硬化性樹脂、商品名「ＨＲ１０６０」として入手も可能である。

本発明に用いられるフェノール樹脂は特に限定はされないが、例えば、下記一般式(II)で示されるレゾール系フェノール樹脂を用いることが好ましい。

（式II中、ａは１以上の整数とする。）
本発明においては、高熱伝導性材料との混合性の点で前記樹脂は粉末状であることが好ましく、粒径２００μｍ以下がより好ましく、１００μｍ以下であることがさらに好ましい。放熱材は、かさ密度が１．２〜２．２ｇ／ｃｍ^３であることが好ましく、１．５〜２．２ｇ／ｃｍ^３であることがより好ましく、１．７〜２．２ｇ／ｃｍ^３であることがさらに好ましい。かさ密度が１．２ｇ／ｃｍ^３未満である場合は、放熱材の内部に断熱層として作用する空気が含まれることになり、熱伝導率が低下し放熱材の放熱特性が低下する傾向がある。一方、かさ密度が２．２ｇ／ｃｍ^３を超える場合は、軽量な放熱材を得ることができなくなる傾向がある。かさ密度は、放熱材の質量を体積で除すことにより測定できる。

本発明の放熱材のかさ密度を１．２〜２．２ｇ／ｃｍ^３にするには充分に混練した材料を充分な圧力、温度で熱圧成形すればよい。

本発明の放熱材は、６０℃における放熱面の放射率が０．４０以上であることが好ましく、０．６０以上であることがより好ましく、０．８０以上であることがさらに好ましい。放射率が０.４０未満である場合は、熱輻射による放熱効果が得られにくい傾向にある。放射率の理論的上限値は１．０であるため、本発明の上限も１．０未満となる。

放熱材の６０℃における放熱面の放射率は、例えば、ＦＴ−ＩＲ法と呼ばれる方法で測定することができる。この方法は、黒体炉（異なる任意２点の温度）と測定試料（放熱材）の放射面の分光放射強度をＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光光度計）によって測定し、これらの分光放射強度と黒体炉の分光放射強度理論値から、測定試料の分光放射率を求め、これから積分放射率を算出するものであり、この積分放射率を本発明では放射率と称する。なお、放射率は測定試料の温度に依存するため（温度依存性は材料により異なる挙動を示す）、本発明においては６０℃での値を使用する。

本発明の放熱材の６０℃における放熱面の放射率を０.４０以上にするには、粗した金型を用いて放熱材を成形する、もしくはブラスト機等を用いて放熱材表面を粗くすれば良い。

本発明の放熱材は、厚さ方向の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましく、２０Ｗ／ｍＫ以上であることがより好ましく、３０Ｗ／ｍＫ以上であることがさらに好ましい。厚さ方向の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ未満である場合は、熱源からの熱を放熱面（フィン構造を有する場合はフィンがある面）からの熱輻射を利用して放散することができなくなる傾向がある。また、本発明の放熱材は面方向の熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましく、５０Ｗ／ｍＫ以上であることがより好ましく、１００Ｗ／ｍＫ以上であることがさらに好ましい。より高い放熱特性を得るためには、熱伝導率は高ければ高いほど好ましいが上限としては２００Ｗ／ｍＫであり、２００Ｗ／ｍＫを超える熱伝導率を得るためには、樹脂の含有量を極端に減らす必要があるため成形が困難なものとなる。

厚さ方向の熱伝導率は、例えば、レーザーフラッシュ、キセノンフラッシュ等によるハーフタイム法により熱拡散率を測定し、レーザーフラッシュ、キセノンフラッシュ等で求めた比熱とかさ密度の積から算出することができる。また温度傾斜法により直接、厚さ方向の熱伝導率を算出することも可能である。ハーフタイム法による測定には、例えば、真空理工株式会社製の熱定数測定装置ＴＣ−３０００型、ＴＣ−７０００型や、ＮＥＴＺＳＣＨ社製のＮａｎｏｆｌａｓｈＬＦＡ４４７等を使用することができる。

また、面方向の熱伝導率は、ラメラー法と呼ばれる、試料を細裁し積み重ねて面を作り、この面に垂直にレーザーフラッシュや、キセノンフラッシュを当てハーフタイム法により厚さ方向の熱伝導率と同様にして算出する方法又は試料を細裁し積み重ねて面を作り、この面に垂直に温度差を付けて温度傾斜法により測定することができる。

本発明の放熱材の厚さ方向の熱伝導率を１０Ｗ／ｍＫ以上にするには、高熱伝導性材料を放熱材中に質量比で５０％以上含む材料を充分に混練し、充分な圧力、温度で熱圧成形すればよい。面方向の熱伝導率を３０Ｗ／ｍＫ以上にするには、厚さ方向と同様に高熱伝導性材料を放熱材中に質量比で５０％以上含む材料を充分に混練し、充分な圧力、温度で熱圧成形すればよい。

本発明の放熱材は、比熱が０．８５Ｊ／ｇＫ以下であることが好ましく、０．８０Ｊ／ｇＫ以下であることがより好ましく、０．７５Ｊ／ｇＫ以下であることがさらに好ましい。比熱が０．８５Ｊ／ｇＫ以下である場合は、従来より放熱材として使用されている比熱０．８８Ｊ／ｇＫのアルミニウムを用いた放熱材と比較して温度応答性に優れるからである。

本発明の放熱材の比熱を０．８５Ｊ／ｇＫ以下にするには、高熱伝導性材料を放熱材中に質量比で５０％以上含む材料を充分に混練し、充分な圧力、温度で熱圧成形すればよい。

本発明の放熱材は、面方向の熱膨張率が８×１０^-6／℃以下であることが好ましく、７×１０^-6／℃以下であることがより好ましく、６×１０^-6／℃以下であることがさらに好ましい。前記熱膨張率が８×１０^-6／℃以下であると、従来より放熱材として使用されている熱膨張率２５×１０^-6／℃のアルミニウムを用いた放熱材と比較して、加熱時の寸法変化が少なく、熱衝撃による破損が発生しづらいからである。

本発明の放熱材面方向の熱膨張率を８×１０^-6／℃以下にするには、高熱伝導性材料を放熱材中に質量比で５０％以上含む材料を充分に混練し、充分な圧力、温度で熱圧成形すればよい。

本発明の放熱材は体積固有抵抗が２００μΩｍ以下であることが好ましく、１５０μΩｍ以下であることがより好ましく、１００μΩｍ以下であることがさらに好ましい。前記放熱材の体積固有抵抗が２００μΩｍ以下であると、放熱材を通して接地することが可能となるからである。

本発明の放熱材の体積固有抵抗を２００μΩｍ以下にするには、高熱伝導性材料を放熱材中に質量比で５０％以上含む材料を充分に混練し、充分な圧力、温度で熱圧成形すればよい。

本発明の放熱材は、ＵＬ−９４規格でＶ−０の難燃性を有していることが好ましい。本発明品は電子部品として使用されるため、安全上難燃性を有していることが必要であるからである。

本発明の放熱材がＶ−０の難燃性を得るためには、高熱伝導性材料を放熱材中に質量比で５０％以上含む材料を充分に混練し、充分な圧力、温度で熱圧成形すればよい。

本発明の放熱材は、放熱性を高めるために放熱面側にフィン構造を有することが好ましい。ここで、フィンの形状は、熱を拡散しやすいように表面積が大きくなるような形状のものであれば特に限定されず、例えば、短冊状や円筒状等の櫛歯型、円錐状等のピン型等が挙げられる。フィンの本数、方向、間隔、配置等は、用途や適用対象等に応じて適宜設定される。

前記フィンの高さは、放熱材全体の高さの３０〜９５％であることが好ましく、４０〜９５％であることがより好ましく、５０〜９５％であることがさらに好ましい。フィンの高さが放熱材全体の高さの３０％未満である場合は、放熱特性が低下する傾向がある。一方、フィンの高さが放熱材全体の高さの９５％を超える場合は、フィンの成形が困難になる傾向があり、放熱材の強度が低下する傾向がある。

前記フィンは、放熱効率を上げるためにフィンの厚さがフィンの先端部から根元部に向かって漸増するように、溝部がテーパ状であることが好ましい。テーパ角度は１〜３０°であることが好ましく、１〜２０°であることがより好ましく、１〜１０°であることがさらに好ましい。前記テーパ角度が１°未満である場合は、金型からの離型が困難になる傾向がある。一方、前記テーパ角度が３０°を超える場合は、フィンの根元部の幅が大きくなり、フィン間のピッチを細くすることが出来なくなるため、放熱面積減少による放熱特性低下の傾向がある。テーパ形状の放熱材例を図１に示す。

本発明の放熱材の構造を上記のごとく所望の形状にするには、放熱材を成形する時の金型を選定することにより行なわれる。本発明の放熱材全体の高さは、用途、搭載部分によって異なるが、パソコン、プラズマテレビ等の電子機器に使用する場合、熱容量および放熱材の面方向の伝熱の点から１ｍｍ以上であることが好ましく、２ｍｍ以上であることがより好ましく、３ｍｍ以上であることがさらに好ましい。前記放熱材全体の高さが１ｍｍ未満である場合は、熱容量および放熱材の面方向の伝熱が低下し、効果的な放熱を得ることができなくなる傾向にある。一方、前記放熱材全体の高さの上限は１５０ｍｍ程度であり、これを超えると成形が困難になる可能性がある。

本発明の放熱材の製造法については特に制限はないが、例えば、高熱伝導性材料と樹脂の混合物をニーダー、ライカイ機、ヘンシェルミキサー、プラネタリーミキサー、ロール機等で攪拌、混合、混練、圧延等の工程を経て、得られた混合物を、例えば、射出成形、押出成形、プレス成形等の公知のプラスチック成形方法で所望の形状に成形して作製することができる。

本発明の放熱材は、熱源との接着性を高めるために放熱面の反対側の面に粘着層を有することが好ましい。粘着層の材料としては本発明の放熱材とＣＰＵ等の熱源を接着できるものであれば特に制限されず、例えば、アクリル系粘着材、ゴム系粘着材、シリコーン系粘着材等の粘着材を使用することができ、支持体の両面に粘着材を有する粘着フィルムを使用することが作業性、低コスト化の点で好ましい。かかる粘着フィルムとしては、例えば、支持体としてＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の高分子フィルムやアルミニウム、銅等の金属箔を使用し、前記支持体の両面に粘着材を有する粘着フィルムが挙げられる。粘着層の厚さは、熱抵抗を抑えるために、１５０μｍ以下とすることが好ましく、１００μｍ以下とすることがより好ましく、５０μｍ以であることがさらに好ましい。前記粘着層の厚さが１５０μｍを超える場合は、熱抵抗が増加し、熱を効率よく放熱材に伝えることが困難となる傾向がある。粘着層の強度、粘着力の点から、粘着層の厚さの下限値は５μｍ以上であることが好ましい。また、放熱材が粘着層を有することによる熱伝導率の低下を抑えるために、放熱材の粘着層を形成する材料の熱伝導率は、０．５Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましく、１．０Ｗ／ｍＫ以上であることがより好ましい。

本発明の放熱材は、例えば、パソコン、プラズマテレビ等の電子機器において、ＣＰＵ、プラズマテレビの熱源等による温度上昇を抑制するための放熱装置として使用することができる。

以下、実施例により、本発明を具体的に説明する。

実施例１
膨張黒鉛をシート化したものを粉砕した膨張黒鉛粉砕粉（日立化成工業株式会社製、商品名：ＨＧＦ−Ｌ）及びジヒドロベンゾオキサジン環を含む粉末の付加反応型熱硬化性樹脂（日立化成工業株式会社製、商品名：ＨＲ１０６０）を質量比５５／４５で粉体混合し、熱プレスを用いて面圧３０ＭＰａ、成形温度２００℃、成形時間５分のプレス条件で成形して、図３に示す形状のフィン構造を有する放熱材を作製した。図３は放熱材の面方向の形状を示す正面図である。

次に、上記で得られた放熱材のフィンとは反対側の面である底面に、厚さ５μｍのＰＥＴフィルムの両面に５μｍのアクリルゴム粘着材を有する厚さ１５μｍの粘着フィルム（日立化成ポリマー株式会社製、商品名：ハイボン、熱伝導率０．２Ｗ／ｍＫ）を貼り付け、粘着層付き放熱材を作製した。

得られた放熱材のかさ密度、６０℃における放射面の放射率、熱伝導率、比熱、熱膨張率、および体積固有抵抗を以下の方法により測定した。結果を表１に示す。

（かさ密度の測定）
放熱材の質量を体積で除すことで算出した。

（放射率の測定）
放熱材の放射面の放射率は、日本電子株式会社製のＪＩＲ−５５００型フーリエ変換赤外分光光度計及び放射測定ユニットＪＲＲ−２００を使用してＦＴ−ＩＲ法で測定し、積分放射率を算出して放射率とした。

（熱伝導率の測定）
熱伝導率は真空理工株式会社製ＴＣ−７０００型を用いて熱拡散率を測定し、比熱とかさ密度の積から算出した。

（比熱の測定）
比熱はPerkin-Elmer社製のＤＳＣ−７型を用いたＤＳＣ（示差走差熱量計）法により測定した。

（熱膨張率の測定）
熱膨張率はセイコー株式会社製のＳＳ５２００型熱機械分析装置（ＴＭＡ）を用いて測定した。

（体積固有抵抗の測定）
体積固有抵抗はＫＩＫＵＥＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ社のＭＯＤＥＬＰＡＢ型電流電圧発生器を用いて４端子法により測定した。

得られた放熱材の放熱特性を以下の方法により評価した。

図２に示すように１０ｍｍ角のセラミックヒーター２（坂口電熱株式会社製）上に銅板３を載置し、放熱材１の粘着層が接するように銅板３上に放熱材１を貼り付けた。セラミックヒーター２に一定出力：２．５Ｗ／ｃｍ^２（１５０℃時）の電流を流し、銅板３の中心部の温度をサーモロガー(安立計器株式会社製、製品名：ＡＭ−８０６０Ｋ)により測定した。セラミックヒーター２の温度低下を直接測定することは困難であるため、セラミックヒーター２と放熱材１との間の銅板３の温度を測定した。銅板の温度の測定は、試験開始２０分後に行い、周囲の環境温度の影響を避けるため、銅板の温度Ｔ１と環境温度Ｔ２との差（Ｔ１−Ｔ２）を評価温度と定義した。結果を表１に示す。

実施例２
膨張黒鉛粉砕粉と付加反応型熱硬化性樹脂の質量比を７０／３０とすること以外は、実施例１と同様に操作して粘着層付き放熱材を作製し、同様の評価を行なった。結果を表１に示す。

実施例３
膨張黒鉛粉砕粉と付加反応型熱硬化性樹脂の質量比を９０／１０とすること以外は、実施例１と同様に操作して粘着層付き放熱材を作製し、同様の評価を行なった。結果を表１に示す。

実施例４
膨張黒鉛粉砕粉に代えて天然黒鉛粉（日本黒鉛株式会社製、商品名：Ｆ４８）を用い、天然黒鉛粉と付加反応型熱硬化性樹脂の質量比を９０／１０とすること以外は、実施例１と同様に操作して放熱材を作製した。次いで、放熱材のフィンとは反対側の面である底面に熱伝導性グリース（サンハヤト株式会社製、商品名：ＳＣＨ−２０、熱伝導率０．８４Ｗ／ｍＫ）を塗布し、銅板と密着させた。実施例１と同様の評価を行ない、結果を表１に示した。

実施例５
膨張黒鉛粉砕粉に代えて人造黒鉛粉（ティムカル社製、商品名：ｋｓ５−７５）を用い、人造黒鉛粉と付加反応型熱硬化性樹脂の質量比を９０／１０とすること以外は、実施例１と同様に操作して放熱材を作製した。次いで、放熱材のフィンとは反対側の面である底面に熱伝導性グリース（サンハヤト株式会社製、商品名：ＳＣＨ−２０、熱伝導率０．８４Ｗ／ｍＫ）を塗布し、銅板と密着させた。実施例１と同様の評価を行ない、結果を表１に示した。

実施例６
付加反応型熱硬化性樹脂に代えてフェノール樹脂（日立化成工業株式会社製、商品名：ＨＰ−１９０Ｒ）を用い、膨張黒鉛粉砕粉とフェノール樹脂の質量比を９０／１０とすること以外は、実施例１と同様に操作して放熱材を作製した。次いで、放熱材のフィンとは反対側の面である底面に熱伝導性グリース（サンハヤト株式会社製、商品名：ＳＣＨ−２０、熱伝導率０．８４Ｗ／ｍＫ）を塗布し、銅板と密着させた。実施例１と同様の評価を行ない、結果を表１に示した。

実施例７
膨張黒鉛粉砕粉に代えて人造黒鉛粉（ティムカル社製、商品名：ｋｓ５−７５）を用い、付加反応型熱硬化性樹脂に代えてフェノール樹脂（日立化成工業株式会社製、商品名：ＨＰ−１９０Ｒ）を用い、人造黒鉛粉とフェノール樹脂の質量比を９０／１０とすること以外は、実施例１と同様に操作して放熱材を作製した。次いで、放熱材のフィンとは反対側の面である底面に熱伝導性グリース（サンハヤト株式会社製、商品名：ＳＣＨ−２０、熱伝導率０．８４Ｗ／ｍＫ）を塗布し、銅板と密着させた。実施例１と同様の評価を行ない、結果を表１に示した。

実施例８
膨張黒鉛粉砕粉に代えて天然黒鉛粉（日本黒鉛株式会社製、商品名：Ｆ４８）を用い、付加反応型熱硬化性樹脂に代えてフェノール樹脂（日立化成工業株式会社製、商品名：ＨＰ−１９０Ｒ）を用い、天然黒鉛粉とフェノール樹脂の質量比を９０／１０とすること以外は、実施例１と同様に操作して放熱材を作製した。次いで、放熱材のフィンとは反対側の面である底面に熱伝導性グリース（サンハヤト株式会社製、商品名：ＳＣＨ−２０、熱伝導率０．８４Ｗ／ｍＫ）を塗布し、銅板と密着させた。実施例１と同様の評価を行ない、結果を表１に示した。

比較例１
膨張黒鉛粉砕粉と付加反応型熱硬化性樹脂の質量比を９６／４とすること以外は、実施例１と同様に操作したところ、混合物の粘度が上昇し成形できず、放熱材を作製することができなかった。

比較例２
膨張黒鉛粉砕粉と付加反応型熱硬化性樹脂の質量比を４５／５５とすること以外は、実施例１と同様に操作して粘着層付き放熱材を作製し、同様の評価を行なった。結果を表２に示す。

比較例３
膨張黒鉛粉砕粉と付加反応型熱硬化性樹脂の質量比を４５／５５とし、図４に示す形状とすること以外は、実施例１と同様に操作して放熱材を作製した。次いで、放熱材のフィンとは反対側の面である底面に熱伝導性グリース（サンハヤト株式会社製、商品名：ＳＣＨ−２０、熱伝導率０．８４Ｗ／ｍＫ）を塗布し、銅板と密着させた。実施例１と同様の評価を行ない、結果を表２に示した。

参考例１
図３に示す形状の放熱材をアルミニウムで作製した。次いで、放熱材のフィンとは反対側の面である底面に熱伝導性グリース（サンハヤト株式会社製、商品名：ＳＣＨ−２０、熱伝導率０．８４Ｗ／ｍＫ）を塗布し、銅板と密着させた。実施例１と同様の評価を行ない、結果を表２に示した。

参考例２
放熱材を用いずに、銅板の温度を測定した。すなわち、１０ｍｍ角のセラミックヒーター２（坂口電熱株式会社製）上に銅板３を載置し、セラミックヒーター２に一定出力：２．５Ｗ／ｃｍ^２（１５０℃時）の電流を流し、銅板３の中心部の温度をサーモロガーにより測定した。銅板の温度Ｔ１と環境温度Ｔ２との差（Ｔ１−Ｔ２）を評価温度と定義した。結果を表２に示す。

本発明の放熱材は、軽量で高い放射率を有し、放熱特性に優れるものである。

Claims

高熱伝導性材料及び樹脂を含む放熱材であって、高熱伝導性材料を放熱材中に５０〜９５質量％含有することを特徴とする放熱材。
前記高熱伝導性材料が、黒鉛を含むことを特徴とする請求項１記載の放熱材。
前記放熱材のかさ密度が、１．２〜２．２ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする請求項１又は２記載の放熱材。
前記放熱材の６０℃における放射面の放射率が、０．４０以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の放熱材。
前記放熱材の厚さ方向の熱伝導率が、１０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の放熱材。
前記放熱材の面方向の熱伝導率が、３０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の放熱材。
前記放熱材が、フィン構造を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の放熱材。
前記フィンの高さが、放熱材全体の高さの３０〜９５％であることを特徴とする請求項７記載の放熱材。
前記フィンの溝部がテーパ状であり、テーパ角度が１〜３０°であることを特徴とする請求項７又は８記載の放熱材。
前記放熱材全体の高さが、１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の放熱材。
前記放熱材の比熱が、０．８５Ｊ／ｇＫ以下であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の放熱材。
前記放熱材面方向の熱膨張率が、８×１０^-6／℃以下であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の放熱材。
前記放熱材の体積固有抵抗が２００μΩｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の放熱材。
前記放熱材がＵＬ−９４規格でＶ−０の難燃性を有することを特徴とする請求項１〜１３いずれか一項に記載の放熱材。
前記放熱材の放熱面の反対側の面に粘着層を有することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の放熱材。
前記粘着層の厚さが、１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１５記載の放熱材。
前記粘着層の熱伝導率が、０．５Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１５又は１６記載の放熱材。