KR101682328B1

KR101682328B1 - 열전도 시트의 제조 방법, 열전도 시트 및 방열 부재

Info

Publication number: KR101682328B1
Application number: KR1020157035956A
Authority: KR
Inventors: 게이스케 아라마키; 아츠야 요시나리; 다쿠히로 이시이; 신이치 우치다; 마사히코 이토
Original assignee: 데쿠세리아루즈 가부시키가이샤
Priority date: 2013-07-01
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2016-12-05
Also published as: TWI658550B; US20160150680A1; EP3018708A4; JP5752299B2; KR20160011215A; EP3018708B1; JP2015029076A; CN105408996A; EP3018708A1; US9560791B2; CN105408996B; TW201526183A; WO2015002084A1

Abstract

열전도 시트의 밀착성을 향상시켜 열전도성을 향상시킨다. 바인더 수지에 열전도성 필러가 함유된 열전도성 수지 조성물을 소정 형상으로 성형하여 경화시킴으로써, 열전도성 수지 조성물의 성형체를 얻는 공정과, 성형체를 시트상으로 절단하여 성형체 시트를 얻는 공정과, 성형체 시트를 프레스하는 공정을 갖는다.

Description

열전도 시트의 제조 방법, 열전도 시트 및 방열 부재{METHOD OF MANUFACTURING HEAT CONDUCTIVE SHEET, HEAT CONDUCTIVE SHEET, AND HEAT DISSIPATION MEMBER}

본 발명은, 반도체 소자 등의 발열체와 히트 싱크 등의 방열체 사이에 배치되는 열전도 시트의 제조 방법, 열전도 시트 및 열전도 시트를 구비한 방열 부재에 관한 것이다.

본 출원은, 일본국에 있어서 2013년 7월 1일에 출원된 일본 특허 출원 번호 특원 2013-138460호 및 일본국에 있어서 2014년 6월 16일에 출원된 일본 특허 출원 번호 특원 2014-123048 호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것으로, 이들 출원은 참조됨에 의해, 본 출원에 원용된다.

종래, 퍼스널 컴퓨터 등의 각종 전기 기기나 그 밖의 기기에 탑재되어 있는 반도체 소자에 있어서는, 구동에 의해 열이 발생되고, 발생된 열이 축적되면 반도체 소자의 구동이나 주변 기기에 악영향이 발생되기 때문에, 각종 냉각 수단이 사용되어 왔다. 반도체 소자 등의 전자 부품의 냉각 방법으로는, 당해 기기에 팬을 장착하여 기기 케이싱 내의 공기를 냉각시키는 방식이나, 그 냉각시켜야 할 반도체 소자에 방열핀이나 방열판 등의 히트 싱크를 장착하는 방법 등이 알려져 있다.

반도체 소자에 히트 싱크를 장착하여 냉각시키는 경우, 반도체 소자의 열을 효율적으로 방출시키기 위해서, 반도체 소자와 히트 싱크 사이에 열전도 시트가 형성되어 있다. 열전도 시트로서는, 실리콘 수지에 질화붕소 (BN), 흑연 등의 인편상 입자, 탄소 섬유 등의 열전도성 필러 등의 충전제를 분산 함유시킨 것이 널리 사용되고 있다 (특허문헌 1 참조).

이들 열전도성 필러는 열전도의 이방성을 갖고 있어, 예를 들어 열전도성 필러로서 탄소 섬유를 사용한 경우, 섬유 방향으로는 약 600 W/m·K ∼ 1200 W/m·K 의 열전도율을 갖고, 질화붕소를 사용한 경우에는, 면 방향에서는 약 110 W/m·K, 면 방향에 수직인 방향에서는 약 2 W/m·K 의 열전도율을 가지며, 이방성을 갖는 것이 알려져 있다.

일본 공개특허공보 2012-23335호

여기서, 퍼스널 컴퓨터의 CPU 등의 전자 부품은 그 고속화, 고성능화에 수반되어 그 방열량은 해마다 증대되는 경향이 있다. 그러나, 반대로 프로세서 등의 칩 사이즈는 미세 실리콘 회로 기술의 진보에 따라 종래와 동등 사이즈이거나 보다 작은 사이즈가 되어, 단위 면적당의 열유속은 높아진다. 따라서, 그 온도 상승에 따른 문제점 등을 회피하기 위해서, CPU 등의 전자 부품을 보다 효율적으로 방열, 냉각시키는 것이 요구되고 있다.

열전도 시트의 방열 특성을 향상시키기 위해서는, 열이 전달되기 어려움을 나타내는 지표인 열저항을 낮추는 것이 요구된다. 열저항을 낮추기 위해서는, 발열체인 전자 부품이나 히트 싱크 등의 방열체에 대한 밀착성을 향상시키는 것이 유효해진다.

그러나, 탄소 섬유 등의 열전도성 필러가 시트 표면에 노출되어 있으면, 발열체나 방열체에 대한 추종성, 밀착성이 나빠서 열저항을 충분히 낮출 수 없다. 또, 열전도성 필러를 시트 내에 몰입시키기 위해서, 열전도 시트를 발열체와 방열체 사이에서 높은 하중으로 협지시키는 방법도 제안되어 있지만, 저하중이 요구되는 발열체에 사용하는 경우에는, 열전도성 필러가 몰입되지 않아 열저항을 낮출 수 없다.

또한, 탄소 섬유 등의 열전도성 필러가 시트 표면에 노출되어 있으면, 시트 표면의 미세 점착성 (택성) 이 낮아, 발열체나 방열체에 임시로 고정시킬 수 없다. 그래서, 열전도 시트를 발열체와 방열체 사이에 실장할 때에, 별도로 점착 시트나 점착제를 사용하여 임시로 고정시킬 필요가 생긴다. 그러나, 이와 같은 점착 시트나 점착제를 개재시키면, 실장 공정이 번잡해진다.

그래서, 본 발명은, 시트 자체에 점착성을 지니게 함으로써, 발열체나 방열체에 대한 밀착성을 향상시켜 열전도성이 우수하고, 또한 점착제 등을 사용하지 않고 임시 고정을 실시할 수 있어, 실장성이 우수한 열전도 시트의 제조 방법, 열전도 시트 및 이를 사용한 방열 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 서술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 관련된 열전도 시트의 제조 방법은, 바인더 수지에 열전도성 필러가 함유된 열전도성 수지 조성물을 소정 형상으로 성형하여 경화시킴으로써, 상기 열전도성 수지 조성물의 성형체를 얻는 공정과, 상기 성형체를 시트상으로 절단하여 성형체 시트를 얻는 공정과, 상기 성형체 시트의 슬라이스면을 프레스하는 공정을 갖는다.

또, 본 발명에 관련된 열전도 시트는, 바인더 수지에 열전도성 필러가 함유된 열전도성 수지 조성물이 경화된 시트 본체를 갖고, 표면이 상기 시트 본체에서 배어 나온 상기 바인더 수지의 미 (未) 경화 성분으로 피복되어 있는 것이다.

또한, 본 발명에 관련된 방열 부재는, 전자 부품이 발하는 열을 방열하는 히트 스프레더와, 상기 히트 스프레더에 배치 형성되고, 그 히트 스프레더와 상기 전자 부품 사이에 협지되는 열전도 시트를 구비하고, 상기 열전도 시트는, 바인더 수지에 열전도성 필러가 함유된 열전도성 수지 조성물이 경화된 시트 본체를 갖고, 상기 시트 본체에서 배어 나온 상기 바인더 수지의 미경화 성분에 의해 상기 시트 본체의 전체면이 피복되어 있는 것이다.

본 발명에 따르면, 시트 본체 표면이 바인더 수지의 미경화 성분에 피복되고, 표면에 노출되어 있던 필러도 당해 미경화 성분에 의해 피복된다. 이로써, 시트 본체 표면에 미세 점착성 (택성) 이 부여되어, 발열체나 방열체 등의 접착 대상에 대한 추종성, 밀착성이 향상되어 열저항을 저감시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 시트 본체의 표면이 바인더 수지의 미경화 성분에 의해 피복되고, 표면에 미세 점착성이 부여됨으로써, 발열체나 방열체 등의 접착 대상에 대한 임시 고정이 가능해진다. 따라서, 본 발명에 따르면, 별도로 접착제를 사용할 필요가 없어, 제조 공정의 생력화, 저비용화를 실현할 수 있다.

도 1 은, 본 발명이 적용된 열전도 시트 및 방열 부재를 나타내는 단면도이다.
도 2 는, 성형체 시트가 스페이서를 개재하여 프레스되는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 3 은, 복수의 성형체 시트를 인접시키고 일괄적으로 프레스함으로써, 대형 열전도 시트를 얻는 공정을 나타내는 사시도이다.

이하, 본 발명이 적용된 열전도 시트의 제조 방법, 열전도 시트 및 방열 부재에 대해서 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또, 본 발명은, 이하의 실시형태에만 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경이 가능한 것은 물론이다. 또, 도면은 모식적인 것으로, 각 치수의 비율 등은 현실의 것과는 상이한 경우가 있다. 구체적인 치수 등은 이하의 설명을 참작하며 판단해야 하는 것이다. 또, 도면 상호 간에 있어서도 서로의 치수 관계나 비율이 상이한 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다.

본 발명이 적용된 열전도 시트 (1) 는, 반도체 소자 등의 전자 부품 (3) 이 발하는 열을 방열하는 것이고, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 히트 스프레더 (2) 의 전자 부품 (3) 과 대치되는 주면 (2a) 에 고정되고, 전자 부품 (3) 과 히트 스프레더 (2) 사이에 협지되는 것이다. 또, 열전도 시트 (1) 는 히트 스프레더 (2) 와 히트 싱크 (5) 사이에 협지된다. 그리고, 열전도 시트 (1) 는, 히트 스프레더 (2) 와 함께 전자 부품 (3) 의 열을 방열하는 방열 부재 (4) 를 구성한다.

히트 스프레더 (2) 는, 예를 들어 방형 판상으로 형성되고, 전자 부품 (3) 과 대치되는 주면 (2a) 과 주면 (2a) 의 외주를 따라 세워 형성된 측벽 (2b) 을 갖는다. 히트 스프레더 (2) 는, 측벽 (2b) 에 둘러싸인 주면 (2a) 에 열전도 시트 (1) 가 형성되고, 또한 주면 (2a) 과 반대측인 타면 (2c) 에 열전도 시트 (1) 를 개재하여 히트 싱크 (5) 가 형성된다. 히트 스프레더 (2) 는, 높은 열전도율을 가질수록 열저항이 감소되어, 효율적으로 반도체 소자 등의 전자 부품 (3) 의 열을 흡열하기 때문에, 예를 들어 열전도성이 양호한 구리나 알루미늄을 사용하여 형성할 수 있다.

전자 부품 (3) 은 예를 들어 BGA 등의 반도체 패키지로서, 배선 기판 (6) 에 실장된다. 또한 히트 스프레더 (2) 도 측벽 (2b) 의 선단면이 배선 기판 (6) 에 실장되고, 이로써 측벽 (2b) 에 의해 소정 거리를 두고 전자 부품 (3) 을 둘러싸고 있다.

그리고, 히트 스프레더 (2) 의 주면 (2a) 에 열전도 시트 (1) 가 접착됨으로써, 반도체 소자가 발하는 열을 흡수하고, 히트 싱크 (5) 로부터 방열되는 방열 부재 (4) 가 형성된다. 히트 스프레더 (2) 와 열전도 시트 (1) 의 접착은, 후술하는 열전도 시트 (1) 자체의 점착력에 의해 실시할 수 있지만, 적절히 접착제를 사용해도 된다. 접착제로는, 열전도 시트 (1) 의 히트 스프레더 (2) 에 대한 접착과 열전도를 담당하는 공지된 방열성 수지 혹은 방열성 접착 필름을 사용할 수 있다.

[열전도 시트 (1)]

열전도 시트 (1) 는, 바인더 수지에 열전도성 필러가 함유된 열전도성 수지 조성물이 경화된 시트 본체 (7) 를 갖고, 시트 본체에서 배어 나온 바인더 수지의 미경화 성분 (8) 에 의해 시트 본체 (7) 의 전체면이 피복되어 있다.

열전도 시트 (1) 는, 바인더 수지에 열전도성 필러가 함유된 열전도성 수지 조성물을 경화시켜 형성한 수지 성형체를, 시트상으로 절단하여 성형체 시트를 얻고, 그 후, 성형체 시트를 프레스함으로써 제조된다. 상세한 것은 후술한다.

열전도 시트 (1) 를 구성하는 열전도성 필러는, 전자 부품 (3) 으로부터의 열을 효율적으로 히트 스프레더 (2) 에 전도시키기 위한 것으로, 섬유상 필러가 바람직하게 사용된다. 이와 같은 섬유상 필러로서는, 평균 직경이 지나치게 작으면 그 비표면적이 과대해져 열전도 시트 (1) 를 제조할 때의 수지 조성물의 점도가 지나치게 높아지는 것이 우려되고, 지나치게 크면 성형체의 제조가 곤란해질 우려가 있기 때문에, 바람직하게는 5 ∼ 12 ㎛ 이다. 또, 그 평균 섬유 길이는 바람직하게는 30 ∼ 300 ㎛ 이다. 30 ㎛ 미만에서는 그 비표면적이 과대해져 열전도성 수지 조성물의 점도가 지나치게 높아지는 경향이 있고, 300 ㎛ 보다 지나치게 크면 열전도 시트 (1) 의 압축을 저해시키는 경향이 있다.

섬유상 필러의 구체예로서는, 바람직하게는, 예를 들어 탄소 섬유, 금속 섬유 (예를 들어, 니켈, 철 등), 유리 섬유, 세라믹스 섬유 (예를 들어, 산화물 (예를 들어, 산화알루미늄, 이산화규소 등), 질화물 (예를 들어, 질화붕소, 질화알루미늄 등), 붕화물 (예를 들어, 붕화알루미늄 등), 탄화물 (예를 들어, 탄화 규소 등) 등의 비금속계 무기 섬유) 을 들 수 있다.

섬유상 필러는, 열전도 시트 (1) 에 대해 요구되는 기계적 성질, 열적 성질, 전기적 성질 등의 특성에 따라 선택된다. 그 중에서도, 고탄성률, 양호한 열전도성, 고도전성, 전파 차폐성, 저열팽창성 등을 나타내는 점에서 피치계 탄소 섬유 혹은 폴리벤자졸을 흑연화시킨 탄소 섬유를 바람직하게 사용할 수 있다.

섬유상 필러의 열전도 시트 (1) 중의 함유량은 지나치게 적으면 열전도율이 낮아지고, 지나치게 많으면 점도가 높아지는 경향이 있으므로, 바람직하게는 16 ∼ 40 체적％ 이다.

또한, 섬유상 필러 이외에, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서 판상 필러, 인편상 필러, 구상 (球狀) 필러 등을 병용할 수 있다. 특히, 섬유상 필러의 열전도성 수지 조성물 중에서의 2 차 응집을 억제한다는 관점에서, 0.1 ∼ 10 ㎛ 직경의 구상 필러 (바람직하게는 구상 알루미나나 구상 질화알루미늄) 를, 섬유상 필러 100 질량부에 대해 바람직하게는 50 ∼ 900 질량부 병용하는 것이 바람직하다.

바인더 수지는, 섬유상 필러를 열전도 시트 (1) 내에 유지하는 것이고, 열전도 시트 (1) 에 요구되는 기계적 강도, 내열성, 전기적 성질 등의 특성에 따라 선택된다. 이와 같은 바인더 수지로서는, 열가소성 수지, 열가소성 엘라스토머, 열경화성 수지 중에서 선택할 수 있다.

열가소성 수지로서는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등의 에틸렌-α올레핀 공중합체, 폴리메틸펜텐, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리아세트산비닐, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체, 폴리비닐알코올, 폴리비닐아세탈, 폴리불화비닐리덴 및 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소계 중합체, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 (ABS) 수지, 폴리페닐렌-에테르공중합체 (PPE) 수지, 변성 PPE 수지, 지방족 폴리아미드류, 방향족 폴리아미드류, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리메타크릴산, 폴리메타크릴산메틸에스테르 등의 폴리메타크릴산에스테르류, 폴리아크릴산류, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌술파이드, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리에테르니트릴, 폴리에테르케톤, 폴리케톤, 액정 폴리머, 실리콘 수지, 아이오노머 등을 들 수 있다.

열가소성 엘라스토머로서는, 스티렌-부타디엔 블록 공중합체 또는 그 수 (水) 첨가물, 스티렌-이소프렌블록 공중합체 또는 그 수 첨가물, 스티렌계 열가소성 엘라스토머, 올레핀계 열가소성 엘라스토머, 염화비닐계 열가소성 엘라스토머, 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머, 폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머, 폴리아미드계 열가소성 엘라스토머 등을 들 수 있다.

열경화성 수지로서는, 가교 고무, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 불포화 폴리에스테르수지, 디알릴프탈레이트 수지 등을 들 수 있다. 가교 고무의 구체예로서는, 천연 고무, 아크릴 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 스티렌-부타디엔 공중합 고무, 니트릴 고무, 수소 첨가 니트릴 고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌-프로필렌 공중합 고무, 염소화 폴리에틸렌 고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무, 부틸 고무, 할로겐화 부틸 고무, 불소 고무, 우레탄 고무 및 실리콘 고무를 들 수 있다.

열전도성 수지 조성물은, 섬유상 필러와 바인더 수지에 첨가하여 필요에 따라 각종 첨가제나 휘발성 용제를, 공지된 수법에 의해 균일하게 혼합함으로써 조정 할 수 있다.

이와 같은 열전도 시트 (1) 는, 후술하는 바와 같이 시트상으로 잘라내어진 후, 프레스됨으로써, 시트 본체 (7) 로부터 전체 표면에 걸쳐 바인더 수지의 미경화 성분 (8) 이 배어 나오고, 당해 미경화 성분 (8) 에 의해 표면이 피복되어 있다. 이로써, 열전도 시트 (1) 는 슬라이스면에 노출되어 있던 섬유상 필러가 바인더 수지의 미경화 성분에 피복되어, 표면에 미세 점착성 (택성) 이 발현된다. 따라서, 열전도 시트 (1) 는, 전자 부품 (3) 이나 히트 스프레더 (2) 의 표면에 대한 추종성, 밀착성이 향상되어 열저항을 저감시킬 수 있다.

또, 열전도 시트 (1) 는, 시트 본체 (7) 의 표면이 바인더 수지의 미경화 성분 (8) 에 의해 피복되어, 표면에 미세 점착성이 발현됨으로써, 히트 스프레더 (2) 의 주면 (2a) 에 대한 접착 혹은 전자 부품 (3) 의 상면 (3a) 으로의 임시 고정이 가능해진다. 따라서, 열전도 시트 (1) 는, 별도로 접착제를 사용할 필요가 없어, 제조 공정의 생력화, 저비용화를 실현할 수 있다.

여기서, 열전도 시트 (1) 는, 열전도성 수지 조성물의 바인더 수지의 주제와 경화제의 성분비를 조정함으로써, 원하는 미세 점착성 (택성) 을 얻을 수 있다. 예를 들어, 열전도성 수지 조성물의 바인더 수지로서 2 액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지를 사용한 경우, 주제와 경화제의 성분 비율은

주제 : 경화제 ＝ 35 : 65 ∼ 65 : 35

로 하는 것이 바람직하다.

이 성분비로 조정함으로써, 열전도 시트 (1) 는 시트 형상을 유지하면서, 프레스에 의해 바인더 수지의 미경화 성분 (8) 이 배어 나오고, 시트 본체 (7) 의 전체 표면을 피복하여, 시트 전체에 적당한 미세 점착성을 얻을 수 있다.

한편, 이 성분비보다 주제의 성분이 적으면 열전도 시트 (1) 는, 바인더 수지의 경화가 진행되어 유연성이 부족함과 함께, 시트 본체 (7) 의 바인더 수지의 미경화 성분 (8) 에 의한 피복도 불충분하여 시트 본체 (7) 의 적어도 일부에서는 미세 점착성도 발현되지 않는다. 또, 이 성분비보다 경화제의 성분이 적으면 점착성이 과잉으로 발현되어 시트 형상을 유지할 수 없고, 또한 성형체로부터 시트상으로 잘라내는 것도 곤란해져 취급성을 저해시킨다.

[L*a*b 표색계에 있어서의 명도 L* 에 대해]

물체의 색은, 일반적으로 명도 (밝기), 색상 (색조) 및 채도 (선명함) 의 3 가지 요소로 이루어진다. 이것들을 정확하게 측정하여 표현하기 위해서는, 이것들을 객관적으로 수치화시켜 표현하는 표색계가 필요하다. 이와 같은 표색계로서는, 예를 들어 L*a*b 표색계를 들 수 있다. L*a*b 표색계는, 예를 들어 시판되고 있는 분광 측색계 등의 측정기에 의해 용이하게 측정을 할 수 있다.

L*a*b 표색계는, 예를 들어, 「JIS Z 8729」및 「JIS Z 8730」에 기재되어 있는 표색계로서, 각 색을 구형의 색공간에 배치하여 표시된다. L*a*b 표색계에 있어서는, 명도를 세로축 (z 축) 방향의 위치에서 나타내고, 색상을 외주 방향의 위치에서 나타내고, 채도를 중심축으로부터의 거리에서 나타낸다.

명도를 나타내는 세로축 (z 축) 방향의 위치는 L* 로 나타낸다. 명도 L* 의 값은 양수이고, 그 숫자가 작을수록 명도가 낮아지고 어두워지는 경향을 갖는다. 구체적으로 L* 의 값은 흑색에 상당하는 0 에서부터 백색에 상당하는 100 까지 변화한다.

또, 구형의 색공간을 L* ＝ 50 의 위치에서 수평으로 절단한 단면도에 있어서, x 축의 정 (正) 방향이 적색 방향, y 축의 정방향이 황색 방향, x 축의 부 (負) 방향이 녹색 방향, y 축의 부방향이 청색 방향이다. x 축 방향의 위치는 －60 ∼ ＋60 의 값을 취하는 a* 에 의해 표시된다. y 축 방향의 위치는 －60 ∼ ＋60 의 값을 취하는 b* 에 의해 표시된다. 이와 같이 a* 와 b* 는 색도를 표시하는 정부의 숫자이고, 0 에 가까워질수록 검어진다. 색상 및 채도는 이들 a* 의 값 및 b* 의 값에 의해 표시된다.

L*a*b 표색계에 있어서는, 명도 L* 이 커지면 흰빛을 띠고, 명도 L* 이 작아지면 검은 빛을 띤다. 또, L*a*b 표색계에 있어서는, a* 가 －1 미만이 되면 초록색을 띠게 되고, a* 가 －1 이상이 되면 붉은색을 띠게 된다. 또한, b* 가 －1 미만이 되면 푸른색을 띠고, b* 가 ＋1 을 초과하면 노란색을 띠게 된다.

열전도 시트 (1) 는, 경화성 수지 조성물과, 섬유상 필러와, 열전도성 입자를 함유하고, 섬유상 필러의 체적％ 를 크게 하면 표면의 명도 L* 이 작아지는 경향이 있고, 열전도성 입자의 체적％ 를 크게 하면 명도 L* 이 커지는 경향이 있다. 구체적으로는, 섬유상 필러가 탄소 섬유이고, 열전도성 입자가 알루미나, 질화알루미늄 및 수산화알루미늄 중, 적어도 알루미나를 함유하는 1 종 이상인 열전도성 시트의 표면을 관찰한 경우에 있어서, 탄소 섬유의 면적이 많고, 표면에 노출되는 백색의 알루미나나 질화알루미늄이 적은 경우, 명도 L* 이 작아지는 경향이 있고, 탄소 섬유의 면적이 적고, 표면에 노출되는 백색의 알루미나나 질화알루미늄이 많은 경우, 명도 L* 이 커지는 경향이 있다.

높은 열전도율을 갖는 열전도 시트를 얻기 위해서는, 열전도율이 높은 섬유상 필러의 함유량을 단순히 늘리는 것이 아니라, 형상을 유지하는 위해 열전도성 입자를 첨가해야 한다. 또, 압출시의 열전도성 수지 조성물의 점도를 낮추기 위해서, 섬유상 필러 및 열전도성 입자의 배합을 적당량으로 해야 한다.

명도 L* 의 값이 소정 범위 내임으로써, 양호한 열전도율이 얻어지는 것을 알아냈다. 즉, 본 실시 형태에 관련된 열전도 시트 (1) 는, 경화성 수지 조성물과, 섬유상 필러와, 열전도성 입자를 함유하고, 열전도성 시트 표면의 L*a*b 표색계에 있어서의 L* 값이 25 이상 70 이하이다. 이로써, 열전도 시트 (1) 의 두께 방향의 열전도성을 양호하게 할 수 있다. 시트의 표면이 얼룩 모양 또는 줄무늬상의 라인이 들어가 있어도 상기 L* 의 범위에 들어가 있으면 된다. 시트의 표면이 얼룩 모양 또는 줄무늬상의 라인이 들어가 있는 경우에는, 두께 방향으로 섬유상 필러가 일정 방향으로 배향되어 있지 않고 랜덤으로 배향되어 있다. 랜덤으로 배향되어 있음으로써 섬유상 필러끼리의 교락 (交絡) 과 열전도성 입자의 접점이 증가되어 일정 방향으로 배향되어 있는 것보다 열전도율이 커진다. 중공상 형 (型) 의 내부에 열전도성 수지 조성물을 압출하는 공정에 있어서, 슬릿을 통과해서 나온 열전도성 수지 조성물끼리 중공상 형의 내부에서 밀착된다. 그 과정에 있어서 표면에 색의 농담이 생긴다. 또, 혼합 시간이나 교반 속도 등을 조정함으로써 열전도 시트 (1) 표면의 L*a*b 표색계에 있어서의 L* 값을 조정할 수 있다. 혼합 시간을 길게 하거나 교반 속도를 크게 하면 섬유상 필러가 작아져 L* 값이 작아진다. 또, 혼합 시간을 짧게 하거나 교반 속도를 작게 하면 섬유상 필러가 작아지지 않으므로, L* 을 크게 할 수 있다. 또한, 시트의 표면에 광택이 있는 경우에는 L 값이 커지는 경향이 있다. 오일을 혼합하거나 실리콘의 A/B 비를 바꿈으로써 시트 표면의 광택 정도를 조정할 수도 있다.

[열전도 시트의 제조 공정]

본 발명의 열전도 시트 (1) 는 이하의 공정 (A) ∼ (C) 를 갖는 제조 방법에 의해 제조할 수 있다. 이하, 공정별로 상세하게 설명한다.

＜공정 A＞

먼저, 섬유상 필러를 바인더 수지에 분산시킴으로써 열전도 시트 (1) 형성용의 열전도성 수지 조성물을 조제한다. 이 조제는, 섬유상 필러와 바인더 수지와 필요에 따라 배합되는 각종 첨가제나 휘발성 용제를 공지된 수법에 의해 균일하게 혼합함으로써 실시할 수 있다.

＜공정 B＞

다음으로, 조제된 열전도성 수지 조성물로부터 압출 성형법 또는 금형 성형법에 의해 성형체 블록을 형성한다.

압출 성형법, 금형 성형법으로는 특별히 제한되지 않고, 공지된 각종 압출 성형법, 금형 성형법 중에서 열전도성 수지 조성물의 점도나 열전도 시트 (1) 에 요구되는 특성 등에 따라 적절히 채용할 수 있다.

압출 성형법에 있어서, 열전도성 수지 조성물을 다이로부터 압출할 때, 혹은 금형 성형법에 있어서, 열전도성 수지 조성물을 금형에 압입할 때, 바인더 수지가 유동되고, 그 유동 방향을 따라 일부 섬유상 필러가 배향되지만, 대부분은 배향이 랜덤으로 되어 있다.

또, 다이의 선단에 슬릿을 장착한 경우, 압출된 성형체 블록의 폭 방향에 대해 중앙부는, 섬유상 필러가 배향되기 쉬운 경향이 있다. 그 한편, 성형체 블록의 폭 방향에 대해 주변부는, 슬릿벽의 영향을 받아 섬유상 필러가 랜덤으로 배향되기 쉽다.

성형체 블록의 크기·형상은 요구되는 열전도 시트 (1) 의 크기에 따라 결정할 수 있다. 예를 들어, 단면의 세로 크기가 0.5 ∼ 15 ㎝ 이고 가로 크기가 0.5 ∼ 15 ㎝ 인 직방체를 들 수 있다. 직방체의 길이는 필요에 따라 결정하면 된다.

＜공정 C＞

다음으로, 형성된 성형체 블록을 시트상으로 슬라이스한다. 이로써 시트 본체 (7) 를 구성하는 성형체 시트가 얻어진다. 슬라이스에 의해 얻어지는 시트의 표면 (슬라이스면) 에는 섬유상 필러가 노출된다. 슬라이스하는 방법으로는 특별히 제한은 없고, 성형체 블록의 크기나 기계적 강도에 따라 공지된 슬라이스 장치 (바람직하게는 초음파 커터나 대패) 중에서 적절히 선택할 수 있다. 성형체 블록의 슬라이스 방향으로는, 성형 방법이 압출 성형 방법인 경우에는, 압출 방향으로 배향되어 있는 것도 있기 때문에 압출 방향에 대해 60 ∼ 120 도, 보다 바람직하게는 70 ∼ 100 도의 방향이다. 특히 바람직하게는 90 도 (수직) 의 방향이다.

슬라이스 두께로서도 특별히 제한은 없고, 열전도 시트 (1) 의 사용 목적 등 에 따라 적절히 선택할 수 있다.

＜공정 D＞

이어서, 얻어진 성형체 시트의 슬라이스면을 프레스한다. 프레스 방법으로는, 평반 (平盤) 과 표면이 평탄한 프레스 헤드로 이루어지는 1 쌍의 프레스 장치를 사용할 수 있다. 또, 핀치 롤로 프레스해도 된다.

이로써 성형체 시트는, 시트 본체 (7) 에서 바인더 수지의 미경화 성분 (8) 이 배어 나오고, 당해 미경화 성분 (8) 에 의해 표면이 피복된 열전도 시트 (1) 를 얻는다. 열전도 시트 (1) 는, 슬라이스면에 노출되어 있던 섬유상 필러가 바인더 수지의 미경화 성분 (8) 에 피복되어, 표면에 미세 점착성 (택성) 이 발현된다. 따라서, 열전도 시트 (1) 는, 전자 부품 (3) 이나 히트 스프레더 (2) 의 표면에 대한 추종성, 밀착성이 향상되어 열저항을 저감시킬 수 있다.

또, 열전도 시트 (1) 는, 시트 본체 (7) 의 표면이 바인더 수지의 미경화 성분 (8) 에 의해 피복되어, 표면에 미세 점착성이 발현됨으로써, 히트 스프레더 (2) 의 주면 (2a) 에 대한 접착 혹은 전자 부품 (3) 의 상면 (3a) 에 대한 임시 고정이 가능해진다. 따라서, 열전도 시트 (1) 는, 별도로 접착제를 사용할 필요가 없어, 제조 공정의 생력화, 저비용화를 실현할 수 있다.

또한, 열전도 시트 (1) 는 취급 중에 표면의 미세 점착성을 상실한 경우에도, 프레스를 실시하면, 재차 시트 본체 (7) 에서 바인더 수지의 미경화 성분 (8) 이 배어 나와, 당해 미경화 성분 (8) 에 의해 표면이 피복된다. 따라서, 열전도 시트 (1) 는, 히트 스프레더 (2) 에 대한 접착 위치나 전자 부품 (3) 에 대한 임시 고정 위치가 어긋난 경우에도, 리페어가 가능해진다.

또, 열전도 시트 (1) 는, 바인더 수지의 미경화 성분 (8) 이 시트 본체 (7) 의 전체면에서 배어 나와, 시트 본체 (7) 의 표리면뿐만 아니라 측면도 피복된다. 바인더 수지의 미경화 성분 (8) 은 절연성을 갖기 때문에, 열전도 시트 (1) 는 측면에 절연성이 부여된다. 따라서, 열전도 시트 (1) 는, 전자 부품 (3) 과 히트 스프레더 (2) 에 협지되어 주변으로 팽출되고, 주변에 배치된 도전성 부재와 접촉된 경우에도, 열전도 시트 (1) 를 개재하여 반도체 소자나 히트 싱크와 당해 도전성 부재가 단락되는 것을 방지할 수 있다.

또, 열전도 시트 (1) 는, 프레스됨으로써 두께 방향으로 압축되어, 섬유상 필러끼리의 접촉 빈도를 증대시킬 수 있다. 이로써, 열전도 시트 (1) 의 열저항을 저감시킬 수 있게 된다. 또한, 열전도 시트 (1) 는 프레스됨으로써, 표면이 평활화된다.

프레스시의 압력으로는, 지나치게 낮으면 프레스를 하지 않은 경우와 열저항이 변함없는 경향이 있고, 지나치게 높으면 시트가 연신되는 경향이 있으므로, 바람직하게는 0.0098 ∼ 9.8 MPa, 보다 바람직하게는 0.049 ∼ 9.3 MPa 이다.

또, 열전도 시트 (1) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 프레스 헤드와 대치되는 재치 (載置) 면에 스페이서 (10) 를 배치하고 성형체 시트 (11) 가 프레스됨으로써, 당해 스페이서 (10) 의 높이에 따른 소정의 시트 두께로 형성할 수 있다.

열전도 시트 (1) 는 프레스됨으로써, 시트 본체 (7) 내의 바인더 수지의 미경화 성분 (8) 이 배어 나와, 시트 표면의 전체를 피복하면, 배어 나오는 것이 멈춘다. 프레스 시간은, 바인더 수지 중의 바인더 수지 성분과 경화제 성분의 배합비, 프레스 압력, 시트 면적 등에 따라 바인더 수지의 미경화 성분 (8) 이 배어 나와, 시트 본체 (7) 표면의 전체를 피복하는 데에 충분한 시간을 적절히 설정할 수 있다.

또, 프레스 공정은, 바인더 수지의 미경화 성분 (8) 이 배어 나와, 시트 본체 (7) 표면의 피복 효과를 보다 촉진시키기 위해서, 히터를 내장한 프레스 헤드를 사용하여 가열하면서 실시해도 된다. 이와 같은 효과를 높이기 위해, 가열 온도는 바인더 수지의 유리 전이 온도 이상에서 실시하는 것이 바람직하다. 이로써, 프레스 시간을 단축시킬 수 있다.

또, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 스페이서 (10) 를 배치하지 않고, 복수 (예를 들어 4 장) 의 성형체 시트 (11) 를 인접시키고 프레스 헤드 (12) 에 의해 일괄적으로 열 프레스함으로써, 복수의 성형체 시트 (11) 가 일체화된 대형 열전도 시트 (1) 를 제조할 수 있다. 이 경우, 각 성형체 시트 (11) 는, 동일 치수, 동일 두께로 형성된 대략 사각형상을 이루고, 1 변을 인접하는 성형체 시트 (11) 의 1 변에 맞추어 균등 간격으로 인접시키는 것이 바람직하다. 이로써, 이음매나 요철이 없는 균일한 두께의 열전도 시트 (1) 를 제조할 수 있다. 또, 대형 열전도 시트 (1) 는, 복수의 성형체 시트 (11) 가 일체화됨과 함께, 프레스에 의해 바인더 수지의 미경화 성분이 배어 나와, 시트 본체 (7) 의 표면 전체가 피복된다.

실시예

[제 1 실시예]

이어서, 본 발명의 제 1 실시예 (실시예 1 ∼ 7) 및 제 1 비교예 (비교예 1 ∼ 4) 에 대해 설명한다. 제 1 실시예 및 제 1 비교예에서는, 열전도성 수지 조성물의 바인더 성분과 경화제 성분의 성분비를 변경하여 열전도 시트의 샘플을 형성하고, 각 샘플에 대해 PET 필름으로부터의 박리력 (N/㎝), 열저항 (K·㎠/W) 을 측정, 평가함과 함께, 시트상으로 잘라내는 작업이나 박리 필름으로부터 박리시켜 첩부 (貼付) 를 실시할 때의 작업성에 대해서도 평가를 하였다.

[실시예 1]

실시예 1 에서는, 2 액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지에, 실란 커플링제로 커플링 처리한 평균 입경 4 ㎛ 의 알루미나 입자 (열전도성 입자 : 덴키 화학공업 주식회사 제조) 20 vol％ 와, 평균 섬유 길이 150 ㎛, 평균 섬유 직경 9 ㎛ 의 피치계 탄소 섬유 (열전도성 섬유 : 닛폰 그라파이트 파이버 주식회사 제조) 22 vol％ 와, 실란 커플링제로 커플링 처리한 평균 입경 1 ㎛ 의 질화알루미늄 (열전도성 입자 : 주식회사 토쿠야마 제조) 24 vol％ 를 분산시켜, 실리콘 수지 조성물 (열전도성 수지 조성물) 을 조제하였다. 2 액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지는 실리콘 A 액 35 질량％, 실리콘 B 액 65 질량％ 의 비율로 혼합한 것이다. 얻어진 실리콘 수지 조성물을, 내벽에 박리 처리한 PET 필름을 붙인 직방체상 금형 (20 ㎜ × 20 ㎜) 내로 압출하여 실리콘 성형체를 성형하였다. 얻어진 실리콘 성형체를 오븐으로 100 ℃ 에서 6 시간 경화시켜 실리콘 경화물로 하였다. 얻어진 실리콘 경화물을, 오븐에서 100 ℃, 1 시간 가열한 후, 초음파 커터로 절단하여 두께 1.53 ㎜ 의 성형체 시트를 얻었다. 초음파 커터의 슬라이스 속도는 매초 50 ㎜ 로 하였다. 또한, 초음파 커터에 부여되는 초음파 진동은 발진 주파수를 20.5 kHz 로 하고, 진폭을 60 ㎛ 로 하였다.

얻어진 성형체 시트를 박리 처리한 PET 필름 사이에 끼운 후, 두께 1.49 ㎜ 의 스페이서를 넣고 프레스함으로써, 두께 1.50 ㎜ 의 열전도 시트 샘플을 얻었다. 프레스 조건은 80 ℃, 2.45 MPa 설정에서 3 min 로 하였다.

[실시예 2]

실시예 2 에서는, 2 액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지로서, 실리콘 A 액 40 질량％ 와 실리콘 B 액 60 질량％ 를 혼합한 것을 사용한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 조건에서 열전도 시트 샘플을 제조하였다.

[실시예 3]

실시예 3 에서는, 2 액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지로서, 실리콘 A 액 45 질량％ 와 실리콘 B 액 55 질량％ 를 혼합한 것을 사용한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 조건에서 열전도 시트 샘플을 제조하였다.

[실시예 4]

실시예 4 에서는, 2 액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지로서, 실리콘 A 액 50 질량％ 와 실리콘 B 액 50 질량％ 를 혼합한 것을 사용한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 조건에서 열전도 시트 샘플을 제조하였다.

[실시예 5]

실시예 5 에서는, 2 액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지로서, 실리콘 A 액 55 질량％ 와 실리콘 B 액 45 질량％ 를 혼합한 것을 사용한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 조건에서 열전도 시트 샘플을 제조하였다.

[실시예 6]

실시예 6 에서는, 2 액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지로서, 실리콘 A 액 60 질량％ 와 실리콘 B 액 40 질량％ 를 혼합한 것을 사용한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 조건에서 열전도 시트 샘플을 제조하였다.

[실시예 7]

실시예 7 에서는, 2 액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지로서, 실리콘 A 액 65 질량％ 와 실리콘 B 액 35 질량％ 를 혼합한 것을 사용한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 조건에서 열전도 시트 샘플을 제조하였다.

[제 1 비교예]

[비교예 1]

비교예 1 에서는, 2 액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지로서, 실리콘 A 액 25 질량％ 와 실리콘 B 액 75 질량％ 를 혼합한 것을 사용한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 조건에서 열전도 시트 샘플을 제조하였다.

[비교예 2]

비교예 2 에서는, 2 액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지로서, 실리콘 A 액 30 질량％ 와 실리콘 B 액 70 질량％ 를 혼합한 것을 사용한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 조건에서 열전도 시트 샘플을 제조하였다.

[비교예 3]

비교예 3 에서는, 2 액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지로서, 실리콘 A 액 70 질량％ 와 실리콘 B 액 30 질량％ 를 혼합한 것을 사용한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 조건에서 열전도 시트 샘플을 제조하였다.

[비교예 4]

비교예 4 에서는, 2 액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지로서, 실리콘 A 액 75 질량％ 와 실리콘 B 액 25 질량％ 를 혼합한 것을 사용한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 조건에서 열전도 시트 샘플을 제조하였다.

[박리력의 측정]

실시예 1 ∼ 7 및 비교예 1 ∼ 4 에 관련된 각 열전도 시트 샘플에 대해 박리 처리한 PET 필름으로부터 벗겨 박리 처리하지 않은 PET 사이에 끼운 후, 두께 1.49 ㎜ 의 스페이서를 사이에 두고 80 ℃, 2.45 MPa 설정에서 3 분간 프레스하여 상온까지 냉각시키고, 이어서 PET 필름의 단부 (端部) 를 손으로 박리시키고, 시험기 사이에 끼운 후, 90°상방으로 50 ㎜/min 의 속도로 잡아 당겨 하중을 측정하고, 미세 점착성 (택성) 에 대해 평가하였다. 각 샘플의 박리력 (하중) 은 소정의 폭을 갖고 계측된다. 평가 기준으로는, 박리력이 0.02 ∼ 0.15 (N/㎝) 의 범위에서 작용한 경우를 최적 (◎), 박리력이 0.02 ∼ 0.04 (N/㎝), 0.15 ∼ 0.25 (N/㎝) 의 범위에서 작용한 경우를 양호 (○), 박리력이 0 ∼ 0.02 (N/㎝), 0.20 ∼ 0.30 (N/㎝) 의 범위에서 작용한 경우를 보통 (△), 박리력이 0 (N/㎝) 인 경우를 불량 (×) 으로 하였다.

[열저항값의 측정]

또한, 실시예 1 ∼ 7 및 비교예 1 ∼ 4 에 관련된 각 열전도 시트 샘플에 대해 ASTM-D5470 에 준거한 방법으로 하중 0.5 kgf/㎠ 및 7.5 kgf/㎠ 로 열저항값을 측정하였다. 평가 기준으로는, 하중 0.5 kgf/㎠ 에 있어서, 열저항이 약 0.65 (K·㎠/W) 를 초과하지 않은 경우를 최적 (◎), 열저항이 0.65 ∼ 0.847 (K·㎠/W) 을 양호 (○), 0.847 ∼ 0.87 (K·㎠/W) 을 보통 (△), 0.87 (K·㎠/W) 이상을 불량 (×) 으로 하였다. 또, 하중 7.5 kgf/㎠ 에 있어서, 특별한 평가를 하지 않지만, 하중 0.5 kgf/㎠ 의 경우와 동일하게 평가할 수 있다.

[작업성의 평가]

또한, 실시예 1 ∼ 7 및 비교예 1 ∼ 4 에 관련된 각 열전도 시트 샘플에 대해 시트상으로 잘라내거나 박리 필름으로부터 박리시켜 첩부할 때의 작업성에 대해 평가를 하였다. 평가 기준으로는, 초음파 커터에 의해 실리콘 경화물로부터 두께 1.53 ㎜ 의 성형 시트를 잘라낼 수 있고, 또한 열전도 시트 샘플로부터 PET 필름을 격리시킬 때에 시트 본체의 변형도 없고, 소정의 택성을 발현한 상태에서 첩착 (貼着) 가능한 경우를 양호 (○), 잘라내기 작업이나 박리·첩착 작업에 지장이 있는 경우를 불량 (×) 으로 하였다.

표 1 에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 ∼ 7 에 관련된 열전도 시트 샘플에서는, PET 필름의 박리력 (N/㎝) 이 0 ∼ 0.25 가 되고, 적당한 미세 점착성 (택성) 이 발현되어 있음을 알 수 있다. 또한, 실시예 1 에 있어서, 박리력이 0 (N/㎝) 을 포함하지만, PET 필름이 박리되기 시작했을 때의 값은 본래의 박리력보다 낮게 계측되는 것에 의한 것이다.

즉, 실시예 1 ∼ 7 에 관련된 열전도 시트 샘플에서는, 시트의 전체 표면에 걸쳐 실리콘액의 미경화 성분이 배어 나와 피복됨으로써, 적당한 미세 점착성이 발현되어 있다. 따라서, 실시예 1 ∼ 7 에 관련된 열전도 시트 샘플은, 첩부 대상의 표면에 대한 추종성, 밀착성이 향상되어 열저항을 저감시킬 수 있었다.

또, 실시예 1 ∼ 7 에 관련된 열전도 시트 샘플은, 표면이 바인더 수지의 미경화 성분에 의해 피복되어, 표면에 미세 점착성이 부여됨으로써, 임시 고정이 가능해지고, 별도로 접착제를 사용할 필요가 없어, 제조 공정의 생력화, 저비용화를 실현할 수 있다.

한편, 비교예 1, 2 에 관련된 열전도 시트 샘플에서는, 실리콘 A 액의 구성 비율이 낮아, 30 ％ 이하였기 때문에, 미경화 성분이 충분히 남지 않고, 프레스함으로써도 시트의 전체 표면을 피복하기에 이르지 못하여 미세 점착성은 발현되지 않았다. 또, 비교예 1, 2 에 관련된 열전도 시트 샘플은, 유연성이 부족함과 함께, 탄소 섬유가 표면에 노출되어 있기 때문에, 접착 대상에 대한 추종성, 밀착성이 나빠서 열저항이 상승되었다.

또, 비교예 3, 4 에 관련된 열전도 시트 샘플에서는, 실리콘 A 액의 구성 비율이 높아, 70 ％ 이상이었기 때문에, 시트 본체로 형상을 유지할 수 있을 정도의 경도가 없어, PET 필름을 박리시키고자 하면 시트 형상을 유지할 수 없어 취급이 곤란하다. 또한, 비교예 3, 4 에 관련된 열전도 시트 샘플은, 프레스에 의해 탄소 섬유가 면 방향으로 경도 (傾倒) 되어 열저항이 상승되었다. 또, 실리콘 경화물의 경도가 부족하여 얇은 시트상으로 잘라내는 공정도 곤란하였다.

[제 2 실시예]

이어서, 본 발명의 제 2 실시예 (실시예 8 ∼ 14) 및 제 2 비교예 (비교예 5 ∼ 8) 에 대해 설명한다. 제 2 실시예 및 제 2 비교예에서는, 제 1 실시예와 동일하게 열전도성 수지 조성물의 바인더 성분과 경화제 성분의 성분비를 변경하여, 얻어진 성형체 시트의 프레스 유무에 따른 압축 응력과 잔류 응력을 측정함과 함께, 열전도성 수지 조성물의 미경화 성분량을 측정하였다.

[실시예 8]

실시예 8 에서는, 2 액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지에, 실란 커플링제로 커플링 처리한 평균 입경 4 ㎛ 의 알루미나 입자 (열전도성 입자 : 덴키 화학공업 주식회사 제조) 20 vol％ 와, 평균 섬유 길이 150 ㎛, 평균 섬유 직경 9 ㎛ 의 피치계 탄소 섬유 (열전도성 섬유 : 닛폰 그라파이트 파이버 주식회사 제조) 22 vol％ 와, 실란 커플링제로 커플링 처리한 평균 입경 1 ㎛ 의 질화알루미늄 (열전도성 입자 : 주식회사 토쿠야마 제조) 24 vol％ 를 분산시켜, 실리콘 수지 조성물 (열전도성 수지 조성물) 을 조제하였다. 2 액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지는 실리콘 A 액 35 질량％, 실리콘 B 액 65 질량％ 의 비율로 혼합한 것이다. 얻어진 실리콘 수지 조성물을, 내벽에 박리 처리한 PET 필름을 붙인 직방체상 금형 (50 ㎜ × 50 ㎜) 내로 압출하여 실리콘 성형체를 성형하였다. 얻어진 실리콘 성형체를 오븐으로 100 ℃ 에서 6 시간 경화시켜 실리콘 경화물로 하였다. 얻어진 실리콘 경화물을, 오븐에서 100 ℃, 1 시간 가열한 후, 초음파 커터로 절단하였다. 또한, 25 ㎜ × 25 ㎜ 로 절단하여 두께 3.03 ㎜ 의 성형체 시트를 얻었다. 이것을 프레스 전 성형체 시트로 하였다. 초음파 커터에 부여되는 초음파 진동은, 발진 주파수를 20.5 kHz 로 하고, 진폭을 60 ㎛ 로 하였다. 초음파 커터의 슬라이스 속도는 매초 50 ㎜ 로 하였다.

또, 얻어진 프레스 전 성형체 시트를 박리 처리를 한 PET 필름 사이에 끼운 후, 스페이서를 넣지 않고 프레스함으로써, 두께 2.95 ㎜ 의 프레스 후 성형체 시트 (열전도 시트) 를 얻었다. 프레스 조건은 100 ℃, 10 초, 0.1 MPa 로 하였다. 프레스 후 성형체 시트의 미경화 성분량은 1.0 ％ 였다.

[실시예 9]

실시예 9 에서는, 2 액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지로서, 실리콘 A 액 40 질량％ 와 실리콘 B 액 60 질량％ 를 혼합한 것을 사용한 것 이외에는, 실시예 8 과 동일한 조건에서 프레스 전 성형체 시트 및 프레스 후 성형체 시트를 제조하였다. 프레스 전 성형체 시트의 두께는 3.01 ㎜, 프레스 후 성형체 시트의 두께는 2.96 ㎜ 였다. 프레스 후 성형체 시트의 미경화 성분량은 1.1 ％ 였다.

[실시예 10]

실시예 10 에서는, 2 액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지로서, 실리콘 A 액 45 질량％ 와 실리콘 B 액 55 질량％ 를 혼합한 것을 사용한 것 이외에는, 실시예 8 과 동일한 조건에서 프레스 전 성형체 시트 및 프레스 후 성형체 시트를 제조하였다. 프레스 전 성형체 시트의 두께는 3.05 ㎜, 프레스 후 성형체 시트의 두께는 2.98 ㎜ 였다. 프레스 후 성형체 시트의 미경화 성분량은 1.3 ％ 였다.

[실시예 11]

실시예 11 에서는, 2 액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지로서, 실리콘 A 액 50 질량％ 와 실리콘 B 액 50 질량％ 를 혼합한 것을 사용한 것 이외에는, 실시예 8 과 동일한 조건에서 프레스 전 성형체 시트 및 프레스 후 성형체 시트를 제조하였다. 프레스 전 성형체 시트의 두께는 3.02 ㎜, 프레스 후 성형체 시트의 두께는 2.96 ㎜ 였다. 프레스 후 성형체 시트의 미경화 성분량은 1.5 ％ 였다.

[실시예 12]

실시예 12 에서는, 2 액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지로서, 실리콘 A 액 55 질량％ 와 실리콘 B 액 45 질량％ 를 혼합한 것을 사용한 것 이외에는, 실시예 8 과 동일한 조건에서 프레스 전 성형체 시트 및 프레스 후 성형체 시트를 제조하였다. 프레스 전 성형체 시트의 두께는 3.01 ㎜, 프레스 후 성형체 시트의 두께는 2.97 ㎜ 였다. 프레스 후 성형체 시트의 미경화 성분량은 3.4 ％ 였다.

[실시예 13]

실시예 13 에서는, 2 액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지로서, 실리콘 A 액 60 질량％ 와 실리콘 B 액 40 질량％ 를 혼합한 것을 사용한 것 이외에는, 실시예 8 과 동일한 조건에서 프레스 전 성형체 시트 및 프레스 후 성형체 시트를 제조하였다. 프레스 전 성형체 시트의 두께는 3.03 ㎜, 프레스 후 성형체 시트의 두께는 2.90 ㎜ 였다. 프레스 후 성형체 시트의 미경화 성분량은 4.5 ％ 였다.

[실시예 14]

실시예 14 에서는, 2 액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지로서, 실리콘 A 액 65 질량％ 와 실리콘 B 액 35 질량％ 를 혼합한 것을 사용한 것 이외에는, 실시예 8 과 동일한 조건에서 프레스 전 성형체 시트 및 프레스 후 성형체 시트를 제조하였다. 프레스 전 성형체 시트의 두께는 3.00 ㎜, 프레스 후 성형체 시트의 두께는 2.88 ㎜ 였다. 프레스 후 성형체 시트의 미경화 성분량은 5.0 ％ 였다.

[제 2 비교예]

[비교예 5]

비교예 5 에서는, 2 액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지로서, 실리콘 A 액 25 질량％ 와 실리콘 B 액 75 질량％ 를 혼합한 것을 사용한 것 이외에는, 실시예 8 과 동일한 조건에서 프레스 전 성형체 시트 및 프레스 후 성형체 시트를 제조하였다. 프레스 전 성형체 시트의 두께는 3.03 ㎜, 프레스 후 성형체 시트의 두께는 3.01 ㎜ 였다. 프레스 후 성형체 시트의 미경화 성분량은 0.5 ％ 였다.

[비교예 6]

비교예 6 에서는, 2 액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지로서, 실리콘 A 액 30 질량％ 와 실리콘 B 액 70 질량％ 를 혼합한 것을 사용한 것 이외에는, 실시예 8 과 동일한 조건에서 프레스 전 성형체 시트 및 프레스 후 성형체 시트를 제조하였다. 프레스 전 성형체 시트의 두께는 3.02 ㎜, 프레스 후 성형체 시트의 두께는 3.00 ㎜ 였다. 프레스 후 성형체 시트의 미경화 성분량은 0.65 ％ 였다.

[비교예 7]

비교예 7 에서는, 2 액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지로서, 실리콘 A 액 70 질량％ 와 실리콘 B 액 30 질량％ 를 혼합한 것을 사용한 것 이외에는, 실시예 8 과 동일한 조건에서 프레스 전 성형체 시트 및 프레스 후 성형체 시트를 제조하였다. 프레스 전 성형체 시트의 두께는 3.08 ㎜, 프레스 후 성형체 시트의 두께는 2.92 ㎜ 였다. 프레스 후 성형체 시트의 미경화 성분량은 5.5 ％ 였다.

[비교예 8]

비교예 8 에서는, 2 액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지로서, 실리콘 A 액 75 질량％ 와 실리콘 B 액 25 질량％ 를 혼합한 것을 사용한 것 이외에는, 실시예 8 과 동일한 조건에서 프레스 전 성형체 시트 및 프레스 후 성형체 시트를 제조하였다. 프레스 전 성형체 시트의 두께는 3.02 ㎜, 프레스 후 성형체 시트의 두께는 2.87 ㎜ 였다. 프레스 후 성형체 시트의 미경화 성분량은 6.0 ％ 였다.

[압축 응력의 측정]

실시예 8 ∼ 14 및 비교예 5 ∼ 8 에 관련된 프레스 전 성형체 시트 및 프레스 후 성형체 시트에 대해, 인장 압축 시험기 ((주) A & D 제조, 텐실론 RTG1225) 를 사용하여, 압축 속도 25.4 ㎜/min 로 40 ％ 압축했을 때의 최대 압축 응력을 측정하였다.

[잔류 응력의 측정]

실시예 8 ∼ 14 및 비교예 5 ∼ 8 에 관련된 프레스 전 성형체 시트 및 프레스 후 성형체 시트에 대해, 압축 응력의 측정에 제공한 각 시트를 40 ％ 압축한 상태에서 10 분간 유지하고, 10 분후의 압축 강도를 측정하였다.

[미경화 성분량의 측정]

실시예 8 ∼ 14 및 비교예 5 ∼ 8 에 관련된 프레스 후 성형체를 20 ㎜φ 로 형발 (型拔) 하고, 시트의 상하에 여과지 (아드반테크 토요 (주) 사 제조 No.1) 를 각각 1 장 배치하고, 9.42 kg 의 추를 얹은 상태에서 125 ℃ 의 오븐에 24 시간 정치 (靜置) 시키고, 여과지에 미경화 성분을 흡착시켰다. 실온으로 되돌린 후, 여과지를 떼내어, 성형체 시트의 질량을 측정하여 질량 변화율을 산출함으로써, 미경화 성분량으로 하였다.

[열저항값의 측정]

실시예 8 ∼ 14 및 비교예 5 ∼ 8 에 관련된 각 열전도 시트 샘플에 대해 ASTM-D5470 에 준거한 방법으로 하중 0.5 kgf/㎠ 및 7.5 kgf/㎠ 로 열저항값을 측정하였다.

또, 프레스 후 성형체 시트는 프레스 전 성형체 시트와 비교해서 밀도가 상승되어 단단해질 것으로 예상되었지만, 프레스 전 성형체 시트보다 프레스 후 성형체 시트의 최대 압축 응력이 작아지는 것을 알 수 있었다. 최대 압축 응력, 잔류 응력이 지나치게 크면 실장시에 기판에 가해지는 부하가 커지기 때문에, 최대 압축 응력, 잔류 응력이 작아지는 실시예 8 ∼ 14 는 바람직한 형태라고 할 수 있다.

또한, 실시예 8 ∼ 14 에 관련된 열전도 시트 샘플에서는, 프레스 후 성형체 시트의 미경화 성분량은 1 ％ 이상, 5 ％ 이하였다. 미경화 성분량이 지나치게 많으면 열원이나 방열측과 시트의 접촉면에서 미경화 성분 유래의 오일이 배어 나올 가능성이 있지만, 1 ％ 이상, 5 ％ 이하이면 열전도 시트로서 사용할 때에 지장은 없다. 또, 미경화 성분량이 지나치게 적은 경우에는, 열원이나 방열측과의 접촉이 나빠서 열저항이 커질 우려가 있기 때문에, 미경화 성분량은 실시예 8 ∼ 14 의 범위가 바람직하다.

한편, 비교예 5, 6 에 관련된 열전도 시트 샘플에서는, 실리콘 A 액의 구성 비율이 낮아, 30 ％ 이하였기 때문에, 프레스 후 성형체 시트의 미경화 성분이 충분히 남지 않고, 프레스함으로써도 시트의 전체 표면을 피복하기에 이르지 못하여 미세 점착성은 발현되지 않았다. 또, 비교예 5, 6 에 관련된 열전도 시트 샘플은, 유연성이 부족함과 함께, 탄소 섬유가 표면에 노출되어 있기 때문에, 접착 대상에 대한 추종성, 밀착성이 나빠서, 실시예 8 ∼ 14 와 비교해서 열저항이 상승되었다.

또, 비교예 7, 8 에 관련된 열전도 시트 샘플에서는, 실리콘 A 액의 구성 비율이 높아, 70 ％ 이상이었기 때문에, 시트 본체로 형상을 유지할 수 있을 정도의 경도가 없고, PET 필름을 박리시키고자 하면 시트 형상을 유지할 수 없어 취급이 곤란하다. 또한, 실리콘 경화물의 경도가 부족하여 얇은 시트상으로 잘라내는 공정도 곤란하였다.

또한, 비교예 7, 8 에 관련된 열전도 시트 샘플에서는, 프레스 후 성형체 시트의 미경화 성분량은 5 ％ 를 초과하였다. 비교예 7, 8 에 관련된 열전도 시트 샘플에서는, 실시예 8 ∼ 14 와 비교해서 미경화 성분량이 많기 때문에, 열원이나 방열측과 시트의 접촉면에서 오일이 배어 나올 우려가 있다.

1 : 열전도 시트
2 : 히트 스프레더
2a : 주면
3 : 전자 부품
3a : 상면
4 : 방열 부재
5 : 히트 싱크
6 : 배선 기판
10 : 스페이서

Claims

바인더 수지에 열전도성 필러가 함유된 열전도성 수지 조성물을 소정 형상으로 성형하여 경화시킴으로써, 상기 열전도성 수지 조성물의 성형체로서, 단면의 세로 크기가 0.5 ~ 15 ㎝ 이고 가로 크기가 0.5 ~ 15 ㎝ 인 직방체 형상을 갖는 성형체를 얻는 공정과,
상기 성형체를 시트상으로 절단하여 성형체 시트를 얻는 공정과,
상기 성형체 시트의 슬라이스면을 프레스함으로써, 표면을 상기 성형체 시트의 본체에서 배어 나온 상기 바인더 수지의 미경화 성분으로 피복하는 공정을 갖는 열전도 시트의 제조 방법으로서,
상기 열전도성 필러는 탄소 섬유이고,
상기 성형체를 얻는 공정에서는, 중공상의 형 내에 상기 열전도성 수지 조성물을 압출하여 충전시키고, 상기 열전도성 수지 조성물을 열경화시킴으로써, 상기 탄소 섬유가 상기 열전도성 수지 조성물을 압출하는 방향에 대해 랜덤으로 배향되어 있는 상기 성형체를 얻는 열전도 시트의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 바인더 수지는, 액상 실리콘 겔의 주제와 경화제를 갖고, 상기 주제에 대한 상기 경화제의 배합을, 이하의 비율로 하는 열전도 시트의 제조 방법.
주제 : 경화제 ＝ 35 : 65 ∼ 65 : 35
제 1 항에 있어서,
상기 성형체 시트는 스페이서를 개재하여 프레스됨으로써, 소정 두께로 성형되는 열전도 시트의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 상기 성형체 시트를 인접시키고 일괄적으로 프레스함으로써, 상기 복수의 성형체 시트가 일체화된 상기 열전도 시트를 얻는 열전도 시트의 제조 방법.
바인더 수지에 열전도성 필러가 함유된 열전도성 수지 조성물이 경화된 시트 본체를 갖고,
표면이 상기 시트 본체에서 배어 나온 상기 바인더 수지의 미경화 성분으로 피복되어 있는 열전도 시트.
제 5 항에 있어서,
프레스됨으로써 상기 시트 본체에서 배어 나온 상기 바인더 수지의 미경화 성분에 의해 상기 시트 본체의 전체면이 피복되어 있는 열전도 시트.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 열전도성 필러는 탄소 섬유이고,
상기 시트 본체의 표면에 면하는 상기 탄소 섬유가, 상기 시트 본체에서 배어 나온 상기 바인더 수지의 미경화 성분에 의해 피복되어 있는 열전도 시트.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 시트 본체는, 바인더 수지에 열전도성 필러가 함유된 열전도성 수지 조성물이 경화된 복수의 성형체 시트가 일체화되어 이루어지는 열전도 시트.
전자 부품이 발하는 열을 방열하는 히트 스프레더와,
상기 히트 스프레더에 배치 형성되고, 그 히트 스프레더와 상기 전자 부품 사이에 협지되는 열전도 시트를 구비하고,
상기 열전도 시트는, 바인더 수지에 열전도성 필러가 함유된 열전도성 수지 조성물이 경화된 시트 본체를 갖고, 상기 시트 본체에서 배어 나온 상기 바인더 수지의 미경화 성분에 의해 상기 시트 본체의 전체면이 피복되어 있는 방열 부재.
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