JPWO2020071073A1 - 放熱材、放熱材の製造方法、放熱材キット及び発熱体 - Google Patents

Abstract

金属粒子と樹脂とを含み、面方向に沿って配列した前記金属粒子が相対的に高密度で存在する領域を内部に有する、放熱材。

Description

本発明は、放熱材、放熱材の製造方法、放熱材キット及び発熱体に関する。

近年、電子機器の小型化と多機能化に伴い、単位面積当たりの発熱量が増加する傾向にある。その結果、電子機器内で局所的に熱が集中するヒートスポットが発生し、電子機器の故障、短寿命化、動作安定性の低下、信頼性の低下等の問題が生じている。このため、発熱体で生じた熱を外部に放散させてヒートスポットの発生を緩和することの重要性が増している。

電子機器の放熱対策として、金属板、ヒートシンク等の放熱器を電子機器の発熱体近傍に取り付けて、発熱体で生じた熱を放熱器に伝導し、外部に放散させることが行われている。しかしながら、電子機器の小型化に伴い、電子機器に放熱器を取り付けるのが困難な場合が生じている。そこで、電子機器の小型化に適応しうる放熱手段として、シート状の放熱材が検討されている。

例えば、特許文献１には、放熱シート層の上にシリコーン樹脂中に熱伝導性フィラーを分散させた塗膜が形成された放熱材が記載されている。しかしながら、このような放熱材を樹脂ケース等の樹脂部材で覆われている電子機器の周囲に配置した場合、放熱材から放射される赤外線の多くが樹脂部材を透過することなく吸収される。その結果、樹脂部材に新たなヒートスポットが生じて充分な放射伝熱効果が得られないおそれがある。

特開２０１１−２２２８６２号公報

上記事情に鑑み、本発明の一態様は、発熱体で生じた熱を効率よく放射伝熱することが可能な放熱材及びその製造方法を提供することを目的とする。本発明の別の一態様は、この放熱材を製造するための放熱材キット及びこの放熱材を備える発熱体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段には、以下の実施態様が含まれる。
＜１＞金属粒子と樹脂とを含み、面方向に沿って配列した前記金属粒子が相対的に高密度で存在する領域を内部に有する、放熱材。
＜２＞前記領域を正面から観察したときに、観察面に占める前記金属粒子の割合が面積基準で５０％以上である、＜１＞に記載の放熱材。
＜３＞前記領域はフーリエ変換赤外分光光度計を用いて測定される前記放熱材の吸収波長スペクトルを変化させる機能を有する、＜１＞又は＜２＞に記載の放熱材。
＜４＞前記放熱材の厚み方向の真ん中に前記領域を有する、＜１＞〜＜３＞のいずれか１項に記載の放熱材。
＜５＞発熱体に対向する面側寄りに前記領域を有する、＜１＞〜＜３＞のいずれか１項に記載の放熱材。
＜６＞発熱体に対向する面と逆の面側寄りに前記領域を有する、＜１＞〜＜３＞のいずれか１項に記載の放熱材。
＜７＞前記領域の厚みは０．１μｍ〜１００μｍの範囲内である、＜１＞〜＜６＞のいずれか１項に記載の放熱材。
＜８＞前記放熱材全体の厚みに占める前記領域の厚みの割合は０．１％〜９９％の範囲内である、＜１＞〜＜７＞のいずれか１項に記載の放熱材。
＜９＞前記領域は前記金属粒子に由来する凹凸構造を表面に有する、＜１＞〜＜９＞のいずれか１項に記載の放熱材。
＜１０＞下記（Ａ）及び（Ｂ）を満たす領域１、領域２及び領域３をこの順に備える、＜１＞〜＜１０＞のいずれか１項に記載の放熱材。
（Ａ）領域２の波長２μｍ〜６μｍにおける電磁波の吸収率の積分値 ＞ 領域１及び領域３の波長２μｍ〜６μｍにおける電磁波の吸収率の積分値
（Ｂ）領域２の金属粒子占有率 ＞ 領域１及び領域３の金属粒子占有率
＜１１＞第１の樹脂層の上に金属粒子を配置する工程と、上記金属粒子の上に第２の樹脂層を配置する工程と、をこの順に有する放熱材の製造方法。
＜１２＞金属粒子と、樹脂とを備え、＜１＞〜１０＞のいずれか１項に記載の放熱材の製造に用いるための放熱材キット。
＜１３＞＜１＞〜＜１１＞のいずれか１項に記載の放熱材を備える発熱体。

本発明の一態様によれば、発熱体で生じた熱を効率よく放射伝熱することが可能な放熱材及びその製造方法が提供される。本発明の別の一態様によれば、この放熱材を製造するための放熱材キット及びこの放熱材を備える発熱体が提供される。

実施例１で作製したサンプルの断面模式図である。 実施例２で作製したサンプルの断面模式図である。 実施例３で作製したサンプルの断面模式図である。 比較例３で作製したサンプルの断面模式図である。 実施例１で作製したサンプルの吸収波長スペクトルである。 比較例１で作製したサンプルの吸収波長スペクトルである。 比較例２で作製したサンプルの吸収波長スペクトルである。 実施例７で作製した電子機器の断面模式図である。 実施例８で作製した電子機器の断面模式図である。 実施例９で作製したヒートパイプの断面模式図である。

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。

本開示において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
本開示において「〜」を用いて示された数値範囲には、「〜」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率又は含有量は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
本開示において各成分に該当する粒子は複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、各成分の粒子径は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本開示において「層」との語には、当該層が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。
本開示において実施形態を図面を参照して説明する場合、当該実施形態の構成は図面に示された構成に限定されない。また、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。

＜放熱材（第１実施形態）＞
本実施形態の放熱材は、金属粒子と樹脂とを含み、面方向に沿って配列した前記金属粒子が相対的に高密度で存在する領域を内部に有する、放熱材である。
本開示において放熱材の「内部」とは、放熱材の表面以外の部分を意味する。
本開示において「面方向」とは放熱材の主面に沿った方向を意味し、「金属粒子が相対的に高密度で存在する領域」とは、放熱材の他の領域に比べて金属粒子が高密度で存在する領域を意味する。

上記構成を有する放熱材は、これを発熱体に取り付けた場合、優れた放熱効果を発揮する。その理由は必ずしも明らかではないが、下記のように考えられる。

上記放熱材は、面方向に沿って配列した金属粒子が相対的に高密度で存在する領域（以下、金属粒子層ともいう）が放熱材の内部に形成されている。金属粒子層は、表面に金属粒子の形状に起因する微細な凹凸構造を有しており、金属粒子層に発熱体から熱が伝わると表面プラズモン共鳴が生じて、放射される電磁波の波長域が変化すると考えられる。その結果、例えば、樹脂が吸収しにくい波長域の電磁波の放射率が相対的に増大し、樹脂による蓄熱が抑制されて、放熱性が向上すると考えられる。
ここでいう「樹脂」には、放熱材に含まれる樹脂と、放熱材の外部に配置される樹脂（樹脂ケース等）の両方が含まれうる。

上述したように、放熱材に含まれる金属粒子層は、放熱材が放射する電磁波の波長スペクトルを変化させる機能を有する。樹脂は一般に、比較的低波長の赤外域（例えば、２μｍ〜１０μｍ）の電磁波を吸収しにくい（透過しやすい）傾向にある。したがってある実施態様では、放熱材に含まれる金属粒子層は、放熱材が放射する電磁波の波長域を、上記赤外域における電磁波の放射率が増大するように変化させる機能を有する。

金属粒子層が上記機能を有するか否かは、フーリエ変換赤外分光光度計を用いて測定した吸収波長スペクトルが変化するか否かにより判断することができる。具体的には、金属粒子層を含まないこと以外は本実施形態の放熱材と同じ条件で作製したサンプルの吸収波長スペクトルと、本実施形態の放熱材の吸収波長スペクトルとを比較して確認することができる。

本実施形態の放熱材では、内部に金属粒子層を形成することで、表面プラズモン共鳴を生じさせている。このため、例えば、金属板の表面を加工して微細な凹凸構造を形成して表面プラズモン共鳴を生じさせる等の手法に比べ、簡易な手法で表面プラズモン共鳴を生じさせることができる。

金属粒子層の形態は、表面プラズモン共鳴を生じうる状態であれば特に制限されない。たとえば、金属粒子層と他の領域との間に明確な境界が形成されていても、形成されていなくてもよい。また、金属粒子層は放熱材中に連続的に存在していても、非連続的（パターン状を含む）に存在していてもよい。金属粒子層に含まれる金属粒子は、隣り合う粒子と接触していても、接触していなくてもよい。

金属粒子層の厚み（厚みが一定でない場合は、厚みが最小となる部分の厚さ）は、特に制限されない。例えば、０．１μｍ〜１００μｍの範囲内であってもよい。金属粒子層の厚みは、例えば、金属粒子層に含まれる金属粒子の量、金属粒子の大きさ等によって調節することができる。

放熱材全体に占める金属粒子層の割合は、特に制限されない。例えば、放熱材全体の厚みに占める金属粒子層の厚みの割合は、０．１％〜９９％の範囲内であってもよく、１％〜５０％の範囲内であってもよい。

金属粒子層における金属粒子の密度は、表面プラズモン共鳴を生じうる状態であれば特に制限されない。例えば、金属粒子層（又は放熱材）を正面（放熱材の主面）から観察したときに、観察面に占める金属粒子の割合が面積基準で５０％以上であることが好ましく、７５％以上であることがより好ましく、９０％であることがさらに好ましい。
本開示において「金属粒子層の正面から観察したときの観察面」とは、金属粒子の配列方向（放熱材の面方向）に対して垂直な方向（放熱材の厚み方向）から観察される面を意味する。
上記割合は、例えば、電子顕微鏡画像から画像処理ソフトウェアを用いて計算することができる。

放熱材における金属粒子（金属粒子層）の位置は、放熱材の内部に形成されていれば、特に制限されない。例えば、放熱材の厚み方向における真ん中に位置していてもよい。また、放熱材が発熱体と対向する面側寄りに位置していても、放熱材が発熱体と対向する面と逆の面側寄りに位置していてもよい。

本開示において「金属粒子」とは、表面の少なくとも一部が金属である粒子を意味し、粒子の内部は金属であっても、金属でなくてもよい。熱伝導による放熱性を向上させる観点からは、粒子の内部は金属であることが好ましい。
金属粒子の表面の少なくとも一部が金属である場合には、外部からの電磁波が金属粒子の表面に到達することが可能であれば、樹脂、金属酸化物等の金属以外の物質が金属粒子の周囲に存在している場合も含まれる。

金属粒子に含まれる金属としては、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、銀、金、錫、チタン、クロム、パラジウム等が挙げられる。金属粒子に含まれる金属は、１種のみであっても２種以上であってもよい。また、単体であっても合金の状態であってもよい。

金属粒子の形状は、金属粒子層の表面に所望の凹凸構造を形成できるものであれば特に制限されない。金属粒子の形状として具体的には、球状、フレーク状、針状、直方体、立方体、四面体、六面体、多面体、筒状、中空体、核部から異なる４軸方向に伸びた三次元針状構造等が挙げられる。これらの中でも、球状又は球状に近い形状が好ましい。

金属粒子の大きさは、特に制限されない。例えば、金属粒子の体積平均粒子径は、０．１μｍ〜３０μｍの範囲内であることが好ましい。金属粒子の体積平均粒子径が３０μｍ以下であると、放熱性の向上に寄与する電磁波（特に、比較的低波長の赤外光）が充分に放射される傾向にある。金属粒子の体積平均粒子径が０．１μｍ以上であると、金属粒子の凝集力が抑制され、均等に配列しやすくなる傾向にある。

金属粒子の体積平均粒子径は、放熱材に使用される金属粒子以外の材料の種類を考慮して設定してもよい。例えば、金属粒子の体積平均粒子径が小さいほど、金属粒子層の表面に形成される凹凸構造の周期が小さくなり、金属粒子層で生じる表面プラズモン共鳴が最大となる波長が短くなる。金属粒子層による電磁波の吸収率は、表面プラズモン共鳴が最大となる波長において最大となる。したがって、金属粒子層で生じる表面プラズモン共鳴が最大となる波長が短くなると、金属粒子層による電磁波の吸収率が最大となる波長が短くなり、キルヒホッフの法則に従い、当該波長における電磁波の放射率が増大する傾向にある。このため、金属粒子の体積平均粒子径を適切に選択することで、金属粒子層の放射波長を放熱材料に含まれる樹脂が吸収しにくい波長域に変換でき、放熱性がより向上する傾向にある。

金属粒子層に含まれる金属粒子の体積平均粒子径は、１０μｍ以下であってもよく、５μｍ以下であってもよく、３μｍ以下であってもよい。金属粒子の体積平均粒子径が上記範囲であると、放射する電磁波の波長域を樹脂が吸収しにくい低波長域（例えば、６μｍ以下）に変換することができる。これにより、樹脂による蓄熱を抑制し、放熱性をより向上することができる。

本開示において金属粒子の体積平均粒子径は、レーザー回折・散乱法により得られる体積基準の粒度分布曲線において小径側からの積算が５０％になるときの粒子径（Ｄ５０）である。

金属粒子層による電磁波の吸収又は放射波長を効果的に制御する観点からは、金属粒子層に含まれる金属粒子の粒子径のばらつきは小さいことが好ましい。金属粒子の粒子径のばらつきを抑えることで、金属粒子層の表面に周期性を有する凹凸構造を形成しやすくなり、表面プラズモン共鳴が生じやすくなる傾向にある。

金属粒子の粒子径のばらつきは、例えば、体積基準の粒度分布曲線において小径側からの積算が１０％になるときの粒子径（Ｄ１０）をＡ（μｍ）、小径側からの積算が９０％になるときの粒子径（Ｄ９０）をＢ（μｍ）としたとき、Ａ／Ｂの値が０．３以上となる程度であることが好ましく、０．４以上となる程度であることがより好ましく、０．６以上となる程度であることがさらに好ましい。

放熱材に含まれる樹脂の種類は特に制限されず、公知の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、紫外線硬化性樹脂等から選択できる。具体的には、フェノール樹脂、アルキド樹脂、アミノアルキド樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂、メラミン尿素樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、塩化ゴム系樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。これらの中でも耐熱性、入手性等の観点からは、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等が好ましい。放熱材に含まれる樹脂は、１種のみであっても２種以上であってもよい。

放熱材は、樹脂及び金属粒子以外の材料を含んでもよい。例えば、セラミックス粒子、添加剤等を含んでもよい。

放熱材がセラミックス粒子を含むことで、例えば、放熱材の放熱効果をより高めることができる。セラミックス粒子として具体的には、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、ジルコニア、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化リチウム、二酸化ケイ素等の粒子が挙げられる。金属粒子層に含まれるセラミックス粒子は、１種のみであっても２種以上であってもよい。また、表面が樹脂、酸化物等で構成される皮膜で覆われていてもよい。

セラミックス粒子の大きさ及び形状は、特に制限されない。例えば、上述した金属粒子の大きさ及び形状の好ましい態様として記載したものと同様であってもよい。

放熱材が添加剤を含むことで、放熱材又は放熱材を形成するための材料に所望の機能を付与することができる。添加剤として具体的には、分散剤、造膜助剤、可塑剤、顔料、シランカップリング剤、粘度調整剤等が挙げられる。

放熱材の形状は特に制限されず、用途等に応じて選択できる。例えば、シート状、フィルム状、板状等が挙げられる。あるいは、発熱体に放熱材の材料を塗布して形成された層の状態であってもよい。

放熱材の厚み（厚みが一定でない場合は、厚みが最小となる部分の厚さ）は、特に制限されない。例えば、１μｍ〜５００μｍの範囲内であることが好ましく、１０μｍ〜２００μｍであることがより好ましい。放熱材の厚みが５００μｍ以下であると、放熱材が断熱層となりにくく良好な放熱性が維持される傾向にある。放熱材の厚みが１μｍ以上であると、放熱材の機能が充分に得られる傾向にある。

放熱材が吸収又は放射する電磁波の波長領域は特に制限されないが、熱放射性の観点からは、室温（２５℃）下、３μｍ〜３０μｍにおける各波長に対する吸収率又は放射率が１.０に近いほど好ましい。具体的には０．８以上であることが好ましく、０．９以上であることがより好ましい。

電磁波の吸収率又は放射率は、放射率測定器（例えば、京都電子工業株式会社製、Ｄ ａｎｄ Ｓ ＡＥＲＤ）、フーリエ変換赤外分光光度計等により測定することができる。キルヒホッフの法則により、電磁波の吸収率と放射率は等しいと考えることができる。
放熱材が吸収又は放射する電磁波の波長領域は、フーリエ変換赤外分光光度計で測定することができる。具体的には、各波長の透過率と反射率を測定し、下記式にて計算することができる。
吸収率（放射率）＝１−透過率−反射率

放熱材の用途は、特に制限されない。例えば、電子機器の発熱体に相当する箇所に取り付けて、発熱体で生じた熱を放散させるために用いてもよい。また、発熱体で生じた熱を金属板、ヒートシンク等の放熱器に伝えるために用いてもよい。

金属粒子層は、金属粒子に由来する凹凸構造を表面に有することが好ましい。金属粒子に由来する凹凸構造を表面に有する金属粒子層に発熱体から熱が伝わると表面プラズモン共鳴が生じて、放射される電磁波の波長域が変化すると考えられる。その結果、例えば、放熱材に含まれる樹脂が吸収しない波長域の電磁波の放射率が相対的に増大し、樹脂による蓄熱が抑制されて、放熱性が向上すると考えられる。

放熱材は、下記（Ａ）及び（Ｂ）を満たす領域１、領域２及び領域３をこの順に備えていてもよい。
（Ａ）領域２の波長２μｍ〜６μｍにおける電磁波の吸収率の積分値） ＞ 領域１及び領域３の波長２μｍ〜６μｍにおける電磁波の吸収率の積分値）
（Ｂ）領域２の金属粒子占有率 ＞ 領域１及び領域３の金属粒子占有率

上記構成を有する放熱材は、これを発熱体に取り付けた場合、優れた放熱効果を発揮する。その理由は必ずしも明らかではないが、下記のように考えられる。
樹脂は一般に、短波長の赤外光を吸収しにくく、長波長の赤外光を吸収しやすい性質を有する。このため、樹脂が吸収しにくい２μｍ〜６μｍの波長域における電磁波の吸収率を高める（すなわち、放射率を高める）ことで、樹脂による蓄熱が抑制されて、放熱性が向上すると考えられる。
上記構成を有する放熱材は、２μｍ〜６μｍの波長域における電磁波の吸収率の積分値が領域１と領域３のそれよりも高い領域２を備えることで、上記の課題を解決している。

領域２として具体的には、金属粒子を相対的に多く含むことで金属粒子によって形成された微細な凹凸構造を有し、表面プラズモン共鳴効果が生じるように構成された層（金属粒子層）が挙げられる。
領域１及び領域３として具体的には、樹脂を相対的に多く含む層（樹脂層）が挙げられる。

領域２の位置は領域１及び領域３の間であれば特に制限されず、放熱材の厚み方向の真ん中に配置されても、発熱体寄り側に配置されても、発熱体に対向する側と逆側寄りに配置されてもよい。
隣接する領域の間には、明確な境界が存在していても、存在していない（例えば、金属粒子占有率が厚み方向において段階的に変化する）状態であってもよい。
上記構成において「金属粒子占有率」とは、当該領域に占める金属粒子の体積基準の割合を意味する。「電磁波の吸収率」は、上述した放熱材の電磁波の吸収率と同様にして測定できる。

領域２が領域１と領域３との間に配置されていることで、領域２に含まれる金属粒子が配列した状態が維持され、安定した放熱性が得られる傾向にある。
領域１及び領域３に含まれる材料、厚み等は同じであっても異なっていてもよい。例えば、領域１が発熱体側に位置する場合、領域１に熱伝導性の高い材料を用いることで熱をより効率的に伝達でき、放熱性のさらなる向上が期待できる。

＜放熱材の製造方法＞
本実施形態の放熱材の製造方法（第１実施形態）は、第１の樹脂層の上に金属粒子を配置する工程と、上記金属粒子の上に第２の樹脂層を配置する工程と、をこの順に有する。

上記方法によれば、金属粒子と樹脂とを含み、内部に前記金属粒子が偏在した構造を有する放熱材を製造することができる。
金属粒子に表面プラズモン共鳴を生じさせて良好な放熱性を得る観点からは、金属粒子は上述した放熱材に含まれる金属粒子層を形成していることが好ましい。すなわち、金属粒子は上述した放熱材に含まれる金属粒子層の詳細及び好ましい態様を満たすものであることが好ましい。

上記方法で使用する第１の樹脂層及び第２の樹脂層は、上述した放熱材に含まれる樹脂を含むものであってもよく、上述した放熱材に含まれるセラミックス粒子、添加剤等をさらに含んでもよい。上記方法で使用する金属粒子は、上述した放熱材に含まれる金属粒子であってもよい。

第１の樹脂層及び第２の樹脂層の材質及び寸法は同じであっても、異なっていてもよい。作業性の観点からは、あらかじめ成形された状態（樹脂フィルム等）であることが好ましい。樹脂層同士、金属粒子又は被着体との密着性を確保する観点からは、第１の樹脂層及び第２の樹脂層の両方又はいずれか一方は、両面又は片面が粘着性を有するものであってもよい。

金属粒子の分布ムラを抑制する観点からは、第１の樹脂層の金属粒子が配置される面が粘着性を有していることが好ましい。第１の樹脂層の金属粒子が配置される面が粘着性を有していると、第１の樹脂層上に金属粒子を配置する際の金属粒子の移動が適度に制御されて、金属粒子の分布ムラが抑制される傾向にある。

第１の樹脂層上に金属粒子を配置する手法は、特に制限されない。例えば、金属粒子又は金属粒子を含む組成物を刷毛、ふるい、エレクトロスプレー、コーター、インクジェット装置、スクリーン印刷装置等を用いて配置する方法が挙げられる。金属粒子が凝集物を形成している場合、配置前に凝集物を解砕する処理を行うことが好ましい。

第１の樹脂層上に配置された金属粒子の上に第２の樹脂層を配置する方法は、特に制限されない。例えば、フィルム状の第２の樹脂層を、必要に応じて加熱しながらラミネートする方法が挙げられる。

上記方法は、放熱材を単独で製造するものであっても、発熱体の表面に放熱材を形成するものであってもよい。発熱体の表面に放熱材を形成する方法としては、第１の樹脂層の上に金属粒子を配置する工程の前に、発熱体の表面に第１の樹脂層を配置する方法が挙げられる。

本実施形態の放熱材の製造方法（第２実施形態）は、金属粒子を平面上に配置する工程と、前記金属粒子の上に第１の樹脂層を配置して積層体を得る工程と、前記積層体を前記平面から分離する工程と、前記金属粒子の上に第２の樹脂層を配置する工程と、をこの順に有する。

上記方法によれば、金属粒子と樹脂とを含み、内部に前記金属粒子が偏在した構造を有する放熱材を製造することができる。
上記方法で使用する材料及び手法の詳細及び好ましい態様としては、第１実施形態の方法に記載した材料及び手法の詳細及び好ましい態様を参照できる。

＜放熱材キット＞
本実施形態の放熱材キットは、金属粒子と、樹脂とを備え、上述した放熱材の製造に用いるための放熱材キットである。

放熱材キットに含まれる金属粒子、樹脂及びその他の成分の詳細及び好ましい態様は、上述した放熱材及びその製造方法に記載した金属粒子、樹脂及びその他の成分の詳細及び好ましい態様と同様である。
金属粒子はそのままの状態であっても、分散媒等を含む組成物の状態であってもよい。
樹脂はあらかじめ成形された状態（樹脂フィルム等）であっても、成形されていなくてもよい。

放熱材キットを用いて放熱材を製造する方法は、特に制限されない。例えば、上述した放熱材の製造方法であってもよい。

＜発熱体＞
本実施形態の発熱体は、上述した実施形態の放熱材を備える。

発熱体の種類は、特に制限されない。例えば、電子機器に含まれるＩＣ（集積回路）、半導体素子等の電子部品、ヒートパイプなどが挙げられる。

発熱体に放熱材が取り付けられる態様は、特に制限されない。例えば、粘着性を有する放熱材を直接取り付けても、接着材等を介して取り付けてもよい。

発熱体に放熱材が取り付けられる際、放熱材における金属粒子層の位置が発熱体側寄りになるように取り付けても、放熱材における金属粒子層の位置が発熱体と逆側寄りになるように発熱体を取り付けてもよい。

必要に応じ、発熱体は、放熱器を備えてもよい。この場合、発熱体の本体と放熱器の間に放熱材が介在していることが好ましい。発熱体の本体と放熱器の間に放熱材が介在していることで、優れた放熱性が達成される。放熱器としては、アルミニウム、鉄、銅等の金属からなる板、ヒートシンクなどが挙げられる。

本体の放熱材が取り付けられる部分は、平面であっても、平面でなくてもよい。本体の放熱材が取り付けられる部分が平面でない場合は、可とう性を有する放熱材を用いて放熱材を取り付けてもよい。

以下、実施例を参照して本開示をさらに詳細に説明する。ただし本開示は、以下の実施例に記載された内容に限定されるものではない。

＜実施例１＞
基材レスのアクリル樹脂製両面テープ（１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚み２５μｍ）の片面上に、振動撹拌機を用いて解砕された銅粒子(体積平均粒子径：１．６μｍ)を５ｇ置き、市販されている刷毛を用いて均一に銅粒子を敷き詰め、過剰な銅粒子をエアーダスターで除去することで、金属粒子層を形成した。金属粒子層を正面から観察したときの金属粒子の割合は、面積基準で８０％以上であった。

次に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基材上に製膜されたアクリル樹脂フィルム（Ｔｇ：７５℃、分子量：３０，０００、１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚み２５μｍ）を、金属粒子層の上に８０℃で加熱しながらラミネートした。その後、ＰＥＴ基材を剥がし、両面テープ側の面を５０ｍｍ×８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのアルミニウム板に貼り付けて、サンプルを作製した。

作製したサンプルの断面模式図を、図１に示す。図１に示すように、サンプル１０は、厚み方向における中心に銅粒子が集まって形成された金属粒子層１１と、その両側に配置される樹脂層１２及び樹脂層１３と、を備えている。また、樹脂層１２側がアルミニウム板１４に貼り付けられている。

作製したサンプル（アルミニウム板を含む）の熱放射率を、放射率測定器（京都電子工業製、Ｄ ａｎｄ Ｓ ＡＥＲＤ）を用いて、室温（２５℃）下で測定した（測定波長域：３μｍ〜３０μｍ）。実施例１のサンプルの放射率は、０．９であった。

＜実施例２＞
ＰＥＴ基材上に製膜されたアクリル樹脂フィルムの厚みを１０μｍに変更したこと以外は実施例１と同様にして、放熱材のサンプルを作製した。

作製したサンプルの断面模式図を、図２に示す。図２に示すように、サンプル２０は、厚み方向における中心よりもアルミニウム板２４と逆の面側寄りに銅粒子が集まって形成された金属粒子層２１と、その両側に配置される樹脂層２２及び樹脂層２３とを備えている。

＜実施例３＞
アクリル樹脂製両面テープの厚みを１０μｍに変更したこと以外は実施例１と同様にして、放熱材のサンプルを作製した。

作製したサンプルの断面模式図を、図３に示す。図３に示すように、サンプル３０は、厚み方向における中心よりもアルミニウム板３４側寄りに銅粒子が集まって形成された金属粒子層３１と、その両側に配置されるアクリル樹脂層３２及びアクリル樹脂層３３とを備えている。

＜比較例１＞
アクリル系樹脂１００質量％に対して３０質量％の酢酸ブチルを混合し、粘度を調整した組成物を調製した。この組成物を吹付塗装装置を用いて５０ｍｍ×８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのアルミニウム板の全面に吹付塗装し、組成物層を形成した。この組成物層を自然乾燥させ、６０℃、３０分で加熱硬化させて、膜厚が３０μｍのサンプルを作製した。

実施例１と同様にして測定した比較例１のサンプルの放射率は、０．７であった。

＜比較例２＞
比較例１と同じ組成物を吹付塗装装置を用いて５０ｍｍ×８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのアルミニウム板の全面に吹付塗装し、組成物層を形成した。この組成物層を自然乾燥させ、６０℃、３０分で加熱硬化させて、膜厚が１００μｍのサンプルを作製した。

実施例１と同様にして測定した比較例２のサンプルの放射率は、０．９であった。

＜比較例３＞
アクリル系樹脂９５体積％と、二酸化ケイ素粒子（体積平均粒子径：２μｍ）５体積％とを含む市販の熱放射性塗料を、吹付塗装装置を用いて５０ｍｍ×８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのアルミニウム板に吹付塗装し、組成物層を形成した。この組成物層を自然乾燥させ、６０℃、３０分で加熱硬化させて、膜厚が３０μｍのサンプルを作製した。

作製したサンプルの断面模式図を、図４に示す。図４に示すように、サンプル４０は、二酸化ケイ素粒子４１と樹脂４２とを含み、二酸化ケイ素粒子４１が樹脂４２中の特定の部分に偏在せずに分散した構造を有している。

実施例１と同様にして測定した比較例３のサンプルの放射率は、０．８１であった。

＜吸収波長スペクトルの比較＞
実施例１、比較例１及び比較例２で作製したサンプル（アルミニウム板を含む）の吸収波長スペクトルを、フーリエ変換赤外分光光度計により測定した。得られた吸収波長スペクトルをそれぞれ図５、６、７に示す。金属粒子層を備える実施例１（図５）は、金属粒子層を備えていない比較例１（図６）及び比較例２（図７）に比べ、特に１０μｍ以下の波長域における吸収効率が増加していることが確認できる。
比較例２のサンプルは、比較例１のサンプルに比べ、サンプルの厚みが増したことで８μｍ以上の波長域での吸収効率が増加し、比較例１よりも放射率が高くなっていることがわかる。一方、８μｍ未満の波長域での吸収効率はほとんど変化しないことがわかる。

＜放熱性の評価＞
実施例及び比較例で作製したサンプルを用いて、下記の手法により放熱性の評価を行った。結果を表１に示す。

市販の面状発熱体（ポリイミドヒーター）を一対のアルミニウム板（５０ｍｍ×８０ｍｍ、厚さ２ｍｍ）で挟む。一方のアルミニウム板として、実施例及び比較例で作製したサンプルを使用する。アルミニウム板の表面に、Ｋ熱電対をアルミニウム用はんだで接着する。
この状態で、２５℃に設定した恒温槽中央に静置し、アルミニウム板表面の温度変化を測定する。この際、ヒーターの出力は、サンプルでない方のアルミニウム板の表面温度が１００℃になるように設定する。ヒーターは一定の熱量を発生しているので、サンプルの放熱効果が高いほど、アルミニウム板表面の温度は低下する。すなわち、サンプルの表面温度が低くなるほど放熱効果が高いといえる。測定したサンプルの表面温度（最高温度）を表１に示す。

表１に示すように、サンプルでない方のアルミニウム板の表面温度１００℃に比べ、樹脂のみからなる組成物層を備えるサンプルを用いた比較例１及び比較例２では、表面温度が８５℃、８０℃に低減したが、実施例に比べるとその低減効果は小さい。これは、サンプルが金属粒子層を含まないために熱放射伝熱による放熱効果が実施例に比べて小さいためと考えられる。

樹脂中に二酸化ケイ素粒子が一様に分散した状態のサンプルを用いた比較例３では、表面温度が７８℃に低減したが、実施例に比べるとその低減効果は小さい。これは、二酸化ケイ素粒子が樹脂中に一様に分散しているために、表面プラズモン共鳴による放熱性の増幅効果が充分に得られていないためと考えられる。二酸化ケイ素粒子と銅粒子の放熱特性は同等であるため、銅粒子が樹脂中に分散した場合も比較例３のような結果を示すと考えられる。

＜実施例７＞
図８に示すような電子機器の電子部品（発熱体）に、実施例１で作製したサンプルを貼り付けて、温度低減効果を調べた。
図８に示す電子機器１００は、電子部品１０１と、これらが実装された回路基板１０２とを含んでいる。電子部品１０１の上部には、実施例１で作製したサンプル１０３（アルミニウム板を除く）の樹脂層１２側が取り付けられている。この電子機器を作動したところ、電子部品１０１の温度が１２５℃（サンプルなし）から９５℃に低下した。

＜実施例８＞
図９に示すような電子機器の電子部品（発熱体）に、実施例１で作製したサンプルを貼り付けて、温度低減効果を調べた。
図９に示す電子機器２００は、電子部品２０１と、これらが実装された回路基板２０２とを含んでいる。さらに、電子部品２０１の周囲が樹脂２０４で封止されている。電子部品２０１の上部には、実施例１で作製したサンプル２０３（アルミニウム板を除く）の樹脂層１２側が貼り付けられている。この電子機器を作動したところ、電子部品２０１の温度が１５５℃（サンプルなし）から１１５℃に低下した。

＜実施例９＞
図１０に示すようなヒートパイプ（発熱体）に、実施例１で作製したサンプルを貼り付けて、温度低減効果を調べた。
図１０に示すヒートパイプ３００はステンレス鋼の管３０１（直径３２ｍｍ）であり、周囲に実施例２で作製したサンプル３０２（アルミニウム板を除く）の樹脂層１２側が貼り付けられている。このヒートパイプの内部に９０℃の水を流したところ、表面温度が８５℃（サンプルなし）から６８℃に低下した。

本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に援用されて取り込まれる。

Claims (13)

1. 金属粒子と樹脂とを含み、面方向に沿って配列した前記金属粒子が相対的に高密度で存在する領域を内部に有する、放熱材。
2. 前記領域を正面から観察したときに、観察面に占める前記金属粒子の割合が面積基準で５０％以上である、請求項１に記載の放熱材。
3. 前記領域はフーリエ変換赤外分光光度計を用いて測定される前記放熱材の吸収波長スペクトルを変化させる機能を有する、請求項１又は請求項２に記載の放熱材。
4. 前記放熱材の厚み方向の真ん中に前記領域を有する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の放熱材。
5. 発熱体に対向する面側寄りに前記領域を有する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の放熱材。
6. 発熱体に対向する面と逆の面側寄りに前記領域を有する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の放熱材。
7. 前記領域の厚みは０．１μｍ〜１００μｍの範囲内である、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の放熱材。
8. 前記放熱材全体の厚みに占める前記領域の厚みの割合は０．１％〜９９％の範囲内である、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の放熱材。
9. 前記領域は前記金属粒子に由来する凹凸構造を表面に有する、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の放熱材。
10. 下記（Ａ）及び（Ｂ）を満たす領域１、領域２及び領域３をこの順に備える、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の放熱材。
    （Ａ）領域２の波長２μｍ〜６μｍにおける電磁波の吸収率の積分値 ＞ 領域１及び領域３の波長２μｍ〜６μｍにおける電磁波の吸収率の積分値
    （Ｂ）領域２の金属粒子占有率 ＞ 領域１及び領域３の金属粒子占有率
11. 第１の樹脂層の上に金属粒子を配置する工程と、上記金属粒子の上に第２の樹脂層を配置する工程と、をこの順に有する放熱材の製造方法。
12. 金属粒子と、樹脂とを備え、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の放熱材の製造に用いるための放熱材キット。
13. 請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の放熱材を備える発熱体。

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