KR20180099946A - 열전도성 시트 및 열전도성 시트의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 두께 방향의 열전도성이 양호한 열전도성 시트 및 열전도성 시트의 제조 방법을 제공한다. 경화성 수지 조성물과, 열전도성 섬유와, 열전도성 입자를 함유하는 열전도성 조성물을 제작하고, 열전도성 조성물을 압출 성형하여 기둥상의 경화물을 얻고, 기둥상의 경화물을 기둥의 길이 방향에 대하여 대략 수직 방향으로 소정의 두께로 절단하여, 표면의 L*a*b* 표색계에 있어서의 L*값이 29 이상 47 이하인 열전도 시트를 얻는다.

Description

열전도성 시트 및 열전도성 시트의 제조 방법{THERMALLY CONDUCTIVE SHEET AND PROCESS FOR MANUFACTURING THERMALLY CONDUCTIVE SHEET}

본 발명은 발열성 전자 부품 등의 방열을 촉진하는 열전도성 시트 및 열전도성 시트의 제조 방법에 관한 것이다. 본 출원은, 일본에서 2013년 6월 19일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2013-128534를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 이 출원은 참조됨으로써, 본 출원에 원용된다.

전자 기기의 더욱 고성능화에 수반하여, 반도체 소자의 고밀도화, 고실장화가 진행하고 있다. 이에 수반하여, 전자 기기를 구성하는 전자 부품으로부터 발열되는 열을 더욱 효율적으로 방열하는 것이 중요하게 되고 있다. 반도체는, 효율적으로 방열시키기 위해서, 열전도성 시트를 개재하여 방열팬, 방열판 등의 히트 싱크에 설치되어 있다. 열전도성 시트로서는, 실리콘에 무기 필러 등의 충전재를 분산 함유시킨 것이 널리 사용되고 있다.

이러한 방열 부재에 있어서는, 한층 더 열전도율의 향상이 요구되고 있고, 일반적으로는, 고열전도성을 목적으로 하여, 매트릭스 내에 배합되어 있는 무기 필러의 충전율을 높이는 것에 의해 대응하고 있다. 그러나, 무기 필러의 충전율을 높이면, 유연성이 손상되거나, 무기 필러의 충전율이 높기 때문에 분말 탈락이 발생하거나 하기 때문에, 무기 필러의 충전율을 높이는 것에는 한계가 있다.

무기 필러로서는, 예를 들어, 알루미나, 질화알루미늄, 수산화알루미늄 등을 들 수 있다. 또한, 고열전도율을 목적으로 하여, 질화붕소, 흑연 등의 비늘 조각상 입자, 탄소 섬유 등을 매트릭스 내에 충전시키는 경우가 있다. 이것은, 비늘 조각상 입자 등이 갖는 열전도율의 이방성에 의한 것이다. 예를 들어, 탄소 섬유의 경우에는, 섬유 방향으로 약 600 내지 1200W/mK의 열전도율을 갖는다. 질화붕소의 경우에는, 면 방향으로 약 110W/mK, 면 방향에 대하여 수직인 방향으로 약 2W/mK 정도의 열전도율을 갖고 있어서, 이방성을 갖는 것이 알려져 있다.

특허문헌 1에는, 탄소 섬유를 포함하는 열전도성 조성물을 도포하고, 자장을 인가하여 탄소 섬유를 배향시키는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 탄소 섬유가 배향되기 위해서는, 유동성이 필요해지기 때문에, 특허문헌 1에 기재된 방법으로는, 열전도성 필러의 충전량을 많게 할 수 없다.

일본 특허 공개 제2006-335957호 공보

본 발명은 이러한 실정을 감안하여 제안된 것으로서, 두께 방향의 열전도성이 양호한 열전도성 시트 및 열전도성 시트의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본건 발명자는, 예의 검토한 결과, 열전도성 시트의 표면을 측정했을 때의 「JIS Z 8729」 및 「JIS Z 8730」에 기재된 L*a*b* 표색계에 있어서의 「L*」값으로 표현되는 명도 L*의 값이 소정의 범위 내인 것에 의해, 양호한 열전도율이 얻어지는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명에 따른 열전도성 시트는, 경화성 수지 조성물과, 열전도성 섬유와, 열전도성 입자를 함유하고, 당해 열전도성 시트의 표면의 L*a*b* 표색계에 있어서의 L*값이 29 이상 47 이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 열전도성 시트의 제조 방법은, 경화성 수지 조성물과, 열전도성 섬유와, 열전도성 입자를 함유하는 열전도성 조성물을 제작하는 제작 공정과, 상기 열전도성 조성물을 압출 성형하여 기둥상의 경화물을 얻는 성형 공정과, 상기 기둥상의 경화물을 기둥의 길이 방향에 대하여 대략 수직 방향으로 소정의 두께로 절단하여, 표면의 L*a*b* 표색계에 있어서의 L*값이 29 이상 47 이하인 열전도성 시트를 얻는 절단 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 경화성 수지 조성물과, 열전도성 섬유와, 열전도성 입자를 함유하고, 열전도성 시트의 표면의 L*a*b* 표색계에 있어서의 L*값이 29 이상 47 이하인 것에 의해, 열전도성 시트의 두께 방향의 열전도성을 양호하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 열전도성 시트의 제조 방법의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 열전도성 시트의 제조 방법에 있어서의 절단 공정에서 사용되는 초음파 절단기의 일례를 도시하는 외관도이다.
도 3은 슬라이스 장치의 일례를 도시하는 외관도이다.
도 4는 본 발명에 따른 다른 열전도성 시트의 제조 방법에 있어서의 배열 공정의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 열전도성 시트의 제조 방법에 있어서의 임시 성형 공정, 정렬 공정 및 본 성형 공정의 일례를 설명하기 위한 모식도이다.
도 6은 본 발명에 따른 열전도성 시트의 제조 방법에 있어서의 정렬 공정에서 얻어진 적층체의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 7의 (A)는 프레스를 실시하고 있지 않은 본 성형체의 일례를 도시하는 사시도이며, 도 7의 (B)는 프레스를 실시한 본 성형체의 일례를 도시하는 사시도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태(이하, 본 실시 형태라고 칭한다.)에 대하여, 도면을 참조하면서 하기 순서로 상세하게 설명한다.

1. 열전도성 시트

2. 열전도성 시트의 제조 방법

3. 다른 열전도성 시트의 제조 방법

4. 실시예

<1. 열전도성 시트>

[L*a*b* 표색계에 있어서의 명도 L*에 대해서]

물체의 색은, 일반적으로, 명도(밝기), 색상(색조) 및 채도(선명함)의 3가지의 요소를 포함한다. 이들을 정확하게 측정하고, 표현하기 위해서는, 이들을 객관적으로 수치화하여 표현하는 표색계가 필요해진다. 이러한 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 행할 수 있다.

L*a*b* 표색계는, 예를 들어, 「JIS Z 8729」 및 「JIS Z 8730」에 기재되어 있는 표색계로서, 각 색을 구형의 색 공간에 배치하여 나타난다. L*a*b* 표색계에 있어서는, 명도를 종축(z축) 방향의 위치로 나타내고, 색상을 외주 방향의 위치로 나타내고, 채도를 중심축으로부터의 거리로 나타낸다.

명도를 나타내는 종축(z축) 방향의 위치는, L*로 나타난다. 명도 L*의 값은 양의 수이며, 그 숫자가 작을수록 명도가 낮은 것으로 되어, 어두워지는 경향을 갖는다. 구체적으로, L*의 값은 흑색에 상당하는 0부터 백색에 상당하는 100까지 변화한다.

또한, 구형의 색 공간을 L*=50의 위치에서 수평하게 절단한 단면도에 있어서, x축의 정방향이 적색 방향, y축의 정방향이 황색 방향, x축의 부방향이 녹색 방향, y축의 부방향이 청색 방향이다. x축 방향의 위치는, -60 내지 +60의 값을 취하는 a*에 의해 표현된다. y축 방향의 위치는, -60 내지 +60의 값을 취하는 b*에 의해 표현된다. 이와 같이, a*와 b*은 색도를 나타내는 정부의 숫자이며, 0에 근접할수록 검어진다. 색상 및 채도는, 이 a*의 값 및 b*의 값에 의해 표현된다.

L*a*b* 표색계에 있어서는, 명도 L*이 커지면 백색 색조를 띠고, 명도 L*이 작아지면 흑색 색조를 띤다. 또한, L*a*b* 표색계에 있어서는, a*이 -1 미만이 되면 녹색 색조를 띠고, a*이 -1 이상이 되면 적색 색조를 띤다. 또한, b*이 -1 미만이 되면 청색 색조를 띠고, b*이 +1을 초과하면 황색 색조를 띤다.

본 실시 형태에 따른 열전도성 시트는, 경화성 수지 조성물과, 열전도성 섬유와, 열전도성 입자를 함유하고, 열전도성 섬유의 체적％를 크게 하면, 표면의 명도 L*이 작아지는 경향이 있고, 열전도성 입자의 체적％를 크게 하면 명도 L*이 커지는 경향이 있다. 구체적으로는, 열전도성 섬유가 탄소 섬유이며, 열전도성 입자가 알루미나, 질화알루미늄 및 수산화알루미늄 중, 적어도 알루미나를 포함하는 1종 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 열전도성 시트를 얻기 위해서는, 열전도율이 높은 열전도성 섬유의 함유량을 단순히 증가시키는 것이 아니라, 형상을 유지하기 위하여 열전도성 입자를 첨가해야만 한다. 또한, 압출 시의 열전도성 조성물의 점도를 낮추기 위해서, 열전도성 섬유 및 열전도성 입자의 배합을 적당량으로 해야 한다.

본건 발명자는, 예의 검토한 결과, 명도 L*의 값이 소정의 범위 내인 것에 의해, 양호한 열전도율이 얻어지는 것을 알아냈다. 즉, 본 실시 형태에 따른 열전도성 시트는, 경화성 수지 조성물과, 열전도성 섬유와, 열전도성 입자를 함유하고, 열전도성 시트의 표면의 L*a*b* 표색계에 있어서의 L*값이 29 이상 47 이하이다. 이에 의해, 열전도성 시트의 두께 방향의 열전도성을 양호하게 할 수 있다.

또한, 열전도성 시트의 표면에 얼룩 모양, 또는 줄무늬상의 라인이 생기는 경우가 있다. 이것은, 중공상의 형의 내부에 열전도성 조성물을 압출할 때, 슬릿을 통하여 나온 열전도 조성물끼리가 중공상의 형의 내부에서 밀착하는 과정에 있어서, 표면에 색의 농담이 생겼기 때문이다. 열전도성 시트의 표면이 얼룩 모양, 또는 줄무늬상의 라인이 들어 있는 경우에는, 두께 방향으로 탄소 섬유가 일정 방향으로 배향하고 있지 않고, 랜덤하게 배향하고 있다. 그러나, 명도 L*은, 탄소 섬유의 배향 방향에 관계없이, 표면의 탄소 섬유, 알루미나 등의 면적에 의해 결정된다. 이로 인해, 열전도성 시트의 표면이 얼룩 모양, 또는 줄무늬상의 라인이 들어 있는 경우에는, 열전도성 시트의 표면의 단위 면적당 L*값이 29 이상 47 이하이면 된다.

또한, 혼합 시간을 조정함으로써 열전도성 시트의 표면의 L*값을 조정 가능하다. 혼합 시간을 길게 하면 L*값이 작아지는 경향이 있고, 짧게 하면 L*값이 커지는 경향이 있다. 혼합 시간이 긴 경우, 열전도성 시트 표면의 탄소 섬유의 면적이 커지고, 표면에 노출되는 백색의 알루미나나 질화알루미늄이 적어지는 것이라고 생각된다. 또한, 시트의 표면에 광택이 있는 경우에는 L*값이 커지는 경향이 있다.

또한, 상술한 설명에서는, L*a*b* 표색계를 예로 들었지만, 표색계의 선택 방법은 특별히 한정되는 것은 아니라, L*a*b* 표색계로 환산 가능한 표색계이면 된다. 예를 들어, XYZ 표색계, L*C*h 표색계일 수도 있다.

이하, 본 실시 형태에 따른 열전도성 시트를 구성하는 경화성 수지 조성물, 열전도성 섬유, 열전도성 입자 등에 대하여 설명한다.

[경화성 수지 조성물]

경화성 수지 조성물은, 특별히 한정되지 않고 열전도성 시트에 요구되는 성능에 따라서 적절히 선택할 수 있고, 예를 들어, 열가소성 중합체 또는 열경화성 중합체를 사용할 수 있다.

열가소성 중합체로서는, 열가소성 수지, 열가소성 엘라스토머, 또는 이들의 폴리머 알로이 등을 들 수 있다.

열가소성 수지로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있고, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등의 에틸렌-α-올레핀 공중합체; 폴리메틸펜텐, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리아세트산비닐, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체, 폴리비닐알코올, 폴리아세탈, 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소계 수지; 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS) 수지, 폴리페닐렌에테르, 변성 폴리페닐렌에테르, 지방족 폴리아미드류, 방향족 폴리아미드류, 폴리아미드이미드, 폴리메타크릴산 또는 그의 에스테르, 폴리아크릴산 또는 그의 에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리페닐렌술피드, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리에테르니트릴, 폴리에테르케톤, 폴리케톤, 액정 중합체, 실리콘 수지, 아이오노머 등을 들 수 있다. 이들은 1종 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.

열가소성 엘라스토머로서는, 예를 들어 스티렌-부타디엔 공중합체 또는 그의 수소 첨가 중합체, 스티렌-이소프렌 블록 공중합체 또는 그의 수소 첨가 중합체 등의 스티렌계 열가소성 엘라스토머, 올레핀계 열가소성 엘라스토머, 염화비닐계 열가소성 엘라스토머, 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머, 폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머, 폴리아미드계 열가소성 엘라스토머 등을 들 수 있다. 이들은 1종 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.

열경화성 중합체로서는, 예를 들어 가교 고무, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 비스말레이미드 수지, 벤조시클로부텐 수지, 페놀 수지, 불포화 폴리에스테르, 디알릴프탈레이트 수지, 실리콘 수지, 폴리우레탄, 폴리이미드 실리콘, 열경화형 폴리페닐렌에테르, 열경화형 변성 폴리페닐렌에테르 등을 들 수 있다. 이들은 1종 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.

가교 고무로서는, 예를 들어 천연 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 니트릴 고무, 수소 첨가 니트릴 고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 염소화 폴리에틸렌, 클로로술폰화폴리에틸렌, 부틸 고무, 할로겐화부틸 고무, 불소 고무, 우레탄 고무, 아크릴 고무, 폴리이소부틸렌 고무, 실리콘 고무 등을 들 수 있다. 이들은 1종 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.

경화성 수지 조성물의 경화 방법은, 특별히 한정되지 않고 열전도성 시트에 요구되는 성능에 따라서 적절히 선택할 수 있고, 예를 들어, 경화제 혼합형, 용제 휘산형, 가열 경화형, 열 용융형, 자외선 경화형 등을 사용할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 성형 가공성, 내후성이 우수함과 함께, 전자 부품에 대한 밀착성 및 추종성의 관점에서, 경화제 혼합형의 실리콘 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 실리콘 수지로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있고, 예를 들어 부가 반응형 액상 실리콘 고무, 과산화물을 가황에 사용하는 열 가황형 밀러블 타입의 실리콘 고무 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 전자 기기의 방열 부재로서는, 전자 부품의 발열면과 히트 싱크면의 밀착성이 요구되기 때문에, 부가 반응형 액상 실리콘 고무가 특히 바람직하다.

열전도성 시트 중의 경화성 수지 조성물의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 25체적％ 이상 45체적％ 이하로 할 수 있다.

[열전도성 섬유]

열전도성 섬유로서는, 예를 들어, 탄소 섬유를 사용할 수 있다. 탄소 섬유로서는, 예를 들어 피치계, PAN계, 아크 방전법, 레이저 증발법, CVD법(화학 기상 성장법), CCVD법(촉매 화학 기상 성장법) 등으로 합성된 것을 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 열전도의 점에서 피치계 탄소 섬유나 폴리벤즈아졸을 흑연화한 탄소 섬유가 특히 바람직하다.

피치계의 탄소 섬유는, 피치를 주원료로 하고, 용융 방사, 불융화 및 탄화 등의 각 처리 공정 후에 2000 내지 3000℃ 또는 3000℃를 초과하는 고온에서 열처리하여 흑연화시킨 것이다. 원료 피치는, 광학적으로 무질서하게 편향을 나타내지 않는 등방성 피치와, 구성 분자가 액정상으로 배열되어 광학적 이방성을 나타내는 이방성 피치(메소페이즈 피치)로 구분된다. 이방성 피치로부터 제조된 탄소 섬유는, 등방성 피치로부터 제조된 탄소 섬유보다도 기계 특성이 우수하고, 전기 및 열의 전도성이 높아진다. 그 때문에, 메소페이즈 피치계의 흑연화 탄소 섬유를 사용하는 것이 바람직하다.

탄소 섬유는, 필요에 따라, 그 일부 또는 전부를 표면 처리하여 사용할 수 있다. 표면 처리로서는, 예를 들어, 산화 처리, 질화 처리, 니트로화, 술폰화, 또는 이들의 처리에 의해 표면에 도입된 관능기 또는 탄소 섬유의 표면에, 금속, 금속 화합물, 유기 화합물 등을 부착 또는 결합시키는 처리 등을 들 수 있다. 관능기로서는, 예를 들어 수산기, 카르복실기, 카르보닐기, 니트로기, 아미노기 등을 들 수 있다.

열전도성 섬유의 평균 섬유 길이는 40㎛ 이상 250㎛ 이하인 것이 바람직하다. 열전도성 섬유의 평균 섬유 길이를 40㎛ 이상 250㎛ 이하로 함으로써, 열전도성 섬유끼리가 교락하기 쉬워져, 열전도성 시트의 두께 방향의 열전도성을 보다 양호하게 할 수 있다. 또한, 평균 섬유 길이를 조정하기 위해서, 상이한 평균 섬유 길이의 탄소 섬유를 혼합할 수도 있다. 또한, 열전도성 섬유의 평균 섬유 길이는, 예를 들어, 입도 분포계, 현미경, 주사형 전자 현미경(SEM) 등에 의해 측정할 수 있다.

열전도성 시트 중의 열전도성 섬유의 함유량은 15체적％ 이상 35체적％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 열전도성 섬유의 함유량을 15체적％ 이상으로 함으로써, 더 효과적으로 열 저항값을 낮출 수 있기 때문에, 열전도성 시트의 두께 방향의 열전도성을 보다 양호하게 할 수 있다. 또한, 열전도성 섬유의 함유량을 35체적％ 이하로 함으로써, 예를 들어 압출기로 열전도성 조성물을 압출하는 때에, 압출이 곤란해지는 것을 방지할 수 있다. 열전도성 시트 중의 탄소 섬유의 함유량은 23체적% 이상 35체적% 이하일 수 있다.

[열전도성 입자]

열전도성 입자는, 열전도성 조성물에 있어서의 열전도성 섬유와의 유속의 차이에 의해, 소정의 방향으로 열전도성 섬유를 정렬시키기 쉽게 하기 위해, 즉, 열전도성 섬유를 압출 방향을 따라서 배향시키기 쉽게 하기 위하여 사용된다. 또한, 열전도성 입자는, 열전도성 시트의 형상을 유지시키기 위해서도 사용된다.

열전도성 입자로서는, 예를 들어. 알루미나, 질화알루미늄, 수산화알루미늄, 실리카, 질화붕소, 티타니아, 유리, 산화아연, 탄화규소, 규소(실리콘), 산화규소, 산화알루미늄, 금속 입자 등을 사용할 수 있다. 이들은 1종 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다. 이들 중에서도, 알루미나, 질화알루미늄 및 수산화알루미늄 중, 적어도 알루미나를 포함하는 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다.

질화알루미늄은, 그 분자 내에 질소를 갖고 있으며, 이 질소가 경화성 수지 조성물의 반응을 저해하여, 열전도성 조성물의 점도의 상승을 억제한다. 그로 인해, 질화알루미늄을 사용함으로써, 열전도성 입자로서 알루미나 입자만을 사용했을 때와 비교하여, 더 효과적으로 열전도성 섬유를 열전도성 시트의 두께 방향을 따라서 배향시킬 수 있어, 열전도성 시트의 두께 방향의 열전도성을 양호하게 할 수 있다.

또한, 열전도성 입자는, 예를 들어 실란 커플링제로 표면 처리하는 것이 바람직하다. 열전도성 입자를 표면 처리함으로써, 분산성을 향상시켜, 열전도성 시트의 유연성을 향상시킬 수 있다. 또한, 슬라이스에 의해 얻어진 표면 조도를 보다 작게 할 수 있다.

열전도성 입자의 평균 입자 직경은 0.5㎛ 이상 10㎛ 이하인 것이 바람직하다. 평균 입자 직경이 0.5㎛ 미만이면 경화 불량의 원인이 되는 경우가 있고, 10㎛을 초과하면, 탄소 섬유의 배향을 저해하여 경화물의 열전도율이 낮아지는 경우가 있다.

또한, 열전도성 입자는, 입경이 서로 다른 2종 이상을 사용함으로써, 더 효과적으로, 열전도성 시트의 두께 방향을 따라서 열전도성 섬유를 배향시키기 쉽게 할 수 있어, 열전도성 시트의 두께 방향의 열전도성을 보다 양호하게 할 수 있다. 열전도성 입자로서, 입경이 서로 다른 2종 이상을 사용하는 경우, 큰 구상 입자를 3㎛ 이상 10㎛ 이하로 하고, 작은 구상 입자를 0.3㎛ 이상 3㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 더 효과적으로, 열전도성 시트의 두께 방향을 따라서 열전도성 섬유를 배향시키기 쉽게 할 수 있어, 열전도성 시트의 두께 방향의 열전도성을 양호하게 할 수 있다. 또한, 열전도성 입자의 평균 입자 직경은, 예를 들어 입도 분포계, 주사형 전자 현미경(SEM)에 의해 측정할 수 있다.

열전도성 시트 중의 열전도성 입자의 함유량은 20체적％ 이상 60체적％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 열전도성 입자의 함유량을 20체적％ 이상 60체적％ 이하로 함으로써, 열전도성 섬유의 배향이 흐트러지기 어려워지기 때문에, 열전도성 시트의 두께 방향의 열전도성을 보다 양호하게 할 수 있다. 열전도성 시트 중의 열전도성 입자의 함유량은 20체적％ 이상 60체적％ 이하일 수 있고, 열전도성 입자는 알루미나 및 질화알루미늄을 함유할 수 있고, 알루미나의 함유량은 6체적％ 이상 25체적％ 이하일 수 있고, 질화알루미늄의 함유량은 7체적％ 이상 28체적％ 이하일 수 있다.

또한, 전술한 열전도성 조성물에는, 필요에 따라, 예를 들어 용제, 틱소트로피성 부여제, 분산제, 경화제, 경화 촉진제, 지연제, 미점착 부여제, 가소제, 난연제, 산화 방지제, 안정제, 착색제 등의 그 밖의 성분을 더 배합할 수 있다.

또한, 열전도성 시트의 두께는 0.1mm 이상이 바람직하다. 열전도성 시트의 두께가 0.1mm 미만이면, 경화물의 경도에 따라서는 슬라이스 시에 형상을 유지할 수 없게 되는 경우가 있다. 얻어진 시트에, 도트상, 라인상, 외주에 점착층을 형성하는 것도 가능하다.

<2. 열전도성 시트의 제조 방법>

이어서, 전술한 열전도성 시트의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 따른 열전도성 시트의 제조 방법은, 도 1에 도시한 바와 같이, 열전도성 조성물 제작 공정 S1과, 성형 공정 S2와, 절단 공정 S3을 갖는다.

[열전도성 조성물 제작 공정 S1]

열전도성 조성물 제작 공정 S1에 있어서, 경화성 수지 조성물, 열전도성 섬유, 열전도성 입자 등을, 믹서 등을 사용하여 혼합함으로써 상술한 열전도성 조성물을 제조한다. 열전도성 조성물 중의 배합량은, 예를 들어, 열전도성 섬유를 15체적％ 이상 35체적％ 이하로 하고, 열전도성 입자를 20체적％ 이상 60체적％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

[성형 공정 S2]

성형 공정 S2에 있어서는, 열전도성 조성물 제작 공정 S1에서 제작한 열전도성 조성물을 펌프, 압출기 등을 사용하여, 형 내에 압출 성형하여, 기둥상의 경화물을 얻는다. 형으로서는, 형상, 크기, 재질 등에 대해서는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있고, 형상으로서는, 중공 원기둥 형상, 중공 각기둥 형상 등을 들 수 있다. 크기로서는, 제작하는 열전도성 시트의 크기에 따라서 적절히 선정할 수 있다. 재질로서는, 예를 들어 스테인리스 등을 들 수 있다.

압출 성형된 성형체는, 사용하는 수지에 따라서 적절한 경화 반응에 의해 경화물로 한다. 압출 성형체의 경화 방법으로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 경화성 수지 조성물로서 실리콘 수지 등의 열경화성 수지를 사용한 경우, 가열에 의해 경화시키는 것이 바람직하다.

가열에 사용하는 장치로서는, 예를 들어 원적외로, 열풍로 등을 들 수 있다. 가열 온도로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있지만, 예를 들어 40℃ 내지 150℃에서 행하는 것이 바람직한 경화물의 유연성은, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있고, 예를 들어 실리콘의 가교 밀도, 열전도 필러의 충전량 등에 따라 조정할 수 있다.

이에 의해, 예를 들어 도 2에 도시한 바와 같이 열전도성 섬유가 기둥상의 길이 방향 L로 배향된 기둥상의 열전도성 조성물을 형성할 수 있다. 열전도성 조성물이 압출기 등에 의해 형을 통과하는 과정에 있어서, 열전도성 섬유, 열전도성 입자 등이 열전도 조성물의 중심 방향으로 모아져서, 표면과 중심에서는 열전도성 섬유의 밀도가 서로 다른 상태로 된다. 즉, 압출기를 통과한 열전도 조성물(성형체)의 표면에는, 열전도성 섬유가 표면에 돌출되어 있지 않으므로, 열전도 조성물(성형체)을 경화한 경화물의 표면부(열전도성 시트에 있어서의 외주부)는 양호한 미점착성을 구비하여, 피착체(반도체 장치 등)에의 접착성이 양호해진다. 한편, 열원 또는 방열측과 접하는 면은, 열전도성 섬유가 돌출되어 있으므로 미점착성이 저하된다.

여기서, 상기 미점착성이란, 경시 및 습열에 의한 접착력 상승이 적은 재박리성을 갖고, 피착체에 접착된 경우에 간단히 위치가 어긋나지 않을 정도의 점착성을 갖는 것을 의미한다.

또한, 성형 공정 S2에 있어서는, 예를 들어, 열전도성 조성물 제작 공정 S1에서 제작한 열전도성 조성물을, 이형재를 도포한 폴리에스테르 필름 상에 도포하여 도 2에 도시한 바와 같은 기둥상의 열전도성 조성물을 형성할 수도 있다.

[절단 공정 S3]

절단 공정 S3은, 기둥상의 경화물을, 기둥의 길이 방향에 대하여 대략 수직 방향으로 소정의 두께로 절단하여, 표면의 L*a*b* 표색계에 있어서의 L*값이 29 이상 47 이하인 열전도성 시트를 얻는 공정이다. 예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 초음파 절단기(3)를 사용하여, 기둥상의 열전도성 조성물(2)의 길이 방향 L과 직교하는 방향 V로 기둥상의 열전도성 조성물(2)을 초음파 커터(4)로 슬라이스함으로써, 열전도성 섬유의 배향을 유지한 상태에서 열전도성 시트(1)를 형성할 수 있다. 그로 인해, 열전도성 섬유의 배향이 두께 방향으로 유지되어, 열전도 특성이 양호한 열전도성 시트(1)를 얻을 수 있다.

초음파 절단기(3)는 도 3에 도시한 바와 같이, 기둥상의 열전도성 조성물(2)이 적재되는 워크 테이블(5)과, 초음파 진동을 가하면서 워크 테이블(5) 상의 기둥상의 열전도성 조성물(2)을 슬라이스하는 초음파 커터(4)를 구비한다.

워크 테이블(5)은 금속제의 이동대(6) 상에 실리콘 러버(7)가 배치되어 있다. 이동대(6)는 이동 기구(8)에 의해 소정의 방향으로 이동 가능하게 되고, 기둥상의 열전도성 조성물(2)을 초음파 커터(4)의 하부에, 순차, 이송 조작한다. 실리콘 러버(7)는 초음파 커터(4)의 날끝을 수용할 만한 두께를 갖는다. 워크 테이블(5)은 실리콘 러버(7) 상에 기둥상의 열전도성 조성물(2)이 적재되면, 초음파 커터(4)의 슬라이스 조작에 따라서 이동대(6)가 소정 방향으로 이동되어, 기둥상의 열전도성 조성물(2)을 순차 초음파 커터(4)의 하부로 보낸다.

초음파 커터(4)는 기둥상의 열전도성 조성물(2)을 슬라이스하는 나이프(9)와, 나이프(9)에 초음파 진동을 부여하는 초음파 발진 기구(10)와, 나이프(9)를 승강 조작하는 승강 기구(11)를 갖는다.

나이프(9)는 워크 테이블(5)에 대하여 날끝을 향하게 되고, 승강 기구(11)에 의해 승강 조작됨으로써 워크 테이블(5) 상에 적재된 기둥상의 열전도성 조성물(2)을 슬라이스해 간다. 나이프(9)는 초음파 발진 가능한 한쪽날칼 또는 양날칼을 사용할 수 있다. 양날칼은, 성형체에 대하여 양날칼을 수직으로 내리면 슬라이스된 시트의 두께가 면 내에서 경사지게 되므로, 양날칼의 날끝이 성형체에 대하여 수직이 되도록 양날칼을 기울일 필요가 있다. 기울기는 양날칼의 날끝의 각도의 절반의 각도가 된다. 나이프(9)의 치수나 재질은, 기둥상의 열전도성 조성물(2)의 크기나 조성 등에 따라서 결정되어, 예를 들어, 나이프(9)는 폭 40mm, 두께 1.5mm, 칼날 각도 10°의 강을 포함한다. 이어서, 얻어진 성형체를 경화시킨 후, 경화물에 대하여 날이 수직으로 절입하도록 절단함으로써, 균일한 두께로 자를 수 있고, 절단면의 표면 조도를 작게 할 수 있으므로 계면에서의 열저항이 낮아져, 시트의 두께 방향의 열전도가 높은 열전도성 시트를 제작할 수 있다. 또한, 표면 조도 Ra는, 예를 들어 레이저 현미경에 의해 측정할 수 있다.

초음파 발진 기구(10)는 나이프(9)에 대하여 기둥상의 열전도성 조성물(2)의 슬라이스 방향으로 초음파 진동을 부여하는 것이며, 발신 주파수는 10kHz 내지 100kHz, 진폭은 10㎛ 내지 100㎛의 범위에서 조절하는 것이 바람직하다.

초음파 절단기(3)에 의해 초음파 진동을 부여하면서 슬라이스한 열전도성 시트(1)는 초음파 진동을 부여하지 않고 슬라이스한 열전도성 시트에 비하여, 열저항이 낮게 억제된다. 초음파 절단기(3)는 초음파 커터(4)에 슬라이스 방향으로의 초음파 진동을 부여하고 있기 때문에, 계면 열저항이 낮고, 열전도성 시트(1)의 두께 방향으로 배향되어 있는 열전도성 섬유가 나이프(9)에 의해 옆으로 쓰러지기 어려운 것에 의한다. 한편, 초음파 진동을 부여하지 않고 슬라이스한 열전도성 시트에서는, 나이프의 마찰 저항에 의해 열전도성 섬유의 배향이 흐트러져, 절단면에의 노출이 감소되어버리고, 그로 인해, 열저항이 상승해버린다. 따라서, 초음파 절단기(3)를 사용함으로써, 열전도 특성이 우수한 열전도성 시트(1)를 얻을 수 있다.

이와 같이 경화 반응이 완료된 성형체를, 압출 방향에 대하여 수직 방향으로 소정의 두께로 절단함으로써, 열전도성 섬유가 열전도성 시트의 두께 방향으로 배향(수직 배향)된 열전도성 시트를 얻을 수 있다. 열전도성 시트의 두께는 0.1mm 이상이 바람직하다. 상기 두께가 0.1mm 미만이면 경화물의 경도에 따라서는 슬라이스 시에 형상을 유지할 수 없게 되는 경우가 있다. 또한, 슬라이스 시에는, 성형체를 냉각이나 가온 등 온도를 조절하면서 슬라이스해도 된다. 또한, 날을 냉각하면서 슬라이스해도 된다.

<3. 다른 열전도성 시트의 제조 방법>

열전도성 시트(1)는 이하와 같은 제조 방법에 의해 제작할 수도 있다. 즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 상술한 열전도성 시트의 제조 방법의 성형 공정 S2에 있어서, 임시 성형 공정 S21과, 정렬 공정 S22와, 본 성형 공정 S23을 가질 수도 있다. 또한, 이하의 설명에서는, 상술한 열전도성 조성물 제작 공정 S1 및 절단 공정 S3에 대해서는, 그 상세한 설명을 생략한다.

[임시 성형 공정 S21]

임시 성형 공정 S21에서는, 도 5의 (A)에 도시한 바와 같이, 열전도성 조성물 제작 공정 S1에서 제작한 열전도성 조성물(12)을 압출기(13)로 압출하고, 압출 방향을 따라서 열전도성 섬유가 배향된 가늘고 긴 기둥상의 임시 성형체(14)(이하, 임시 성형체(14)라고 칭한다.)를 성형한다.

압출기(13)는 예를 들어, 도 5의 (A)에 도시한 바와 같이, 가늘고 긴 형상의 통형으로 구성되어 있고, 열전도성 조성물(12)이 배출되는 측의 관구부(12B)의 구경 W2가 본체부(12A)의 내경 W1보다도 직경 축소되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 압출기(13)는, 본체부(12a)의 내경 W1이 길이 방향의 소정 위치로부터 압출 방향으로 향하여 테이퍼 형상으로 직경 축소되고, 관구부(12B)의 구경 W2가 본체부(12A)의 내경 W1보다도 직경 축소되어 있을 수도 있다. 열전도성 조성물(12)을 이러한 압출기(13)로 압출하고, 압출기(13) 내에서 본체부(12A)의 내경 W1보다도 직경 축소되어 있는 부분으로 향하여 열전도성 조성물(12)을 통과시킴으로써, 열전도성 섬유가 압출 방향을 따르기 쉬워진다. 이에 의해, 임시 성형체(14)의 길이 방향으로 열전도성 섬유를 보다 확실하게 배향시킬 수 있다.

예를 들어, 압출기(13)는 열전도성 조성물(12) 중의 열전도성 섬유의 함유량이 15체적％ 이상 25체적％ 이하일 때에는, 관구부(12B)의 구경 W2를 1.5 내지 9.5mm 정도로 하는 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서, 개구부(12B)의 구경 W2를1.5mm 이상으로 함으로써, 열전도성 조성물(12)을 압출기(13)로 압출하는 때에, 압출이 곤란해지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 관구부(12B)의 구경 W2를 9.5mm 이하로 함으로써, 열전도성 섬유의 배향이 흐트러지기 어려워지기 때문에, 열전도성 시트(1)의 두께 방향의 열전도성을 보다 양호하게 할 수 있다.

압출기(13)에 있어서, 관구부(12B)의 단면 형상은, 예를 들어, 원상, 삼각 형상, 직사각 형상, 정사각 형상으로 할 수 있지만, 직사각 형상 또는 정사각 형상으로 하는 것이 바람직하다. 관구부(12B)의 단면 형상을 직사각 형상 또는 정사각 형상으로 함으로써, 임시 성형체(14)가 각기둥 형상으로 된다. 그로 인해, 정렬 공정 S22에 있어서, 복수의 임시 성형체(14)를 길이 방향과 직교하는 방향으로 인접하도록 정렬시키고, 정렬시킨 복수의 임시 성형체(14)를 정렬 방향과 대략 직교하는 방향으로 배치시킨 적층체(14A)(이하, 적층체(14A)라고 칭한다.)를 얻을 때에, 적층체(14A)의 사이에 간극이 발생하기 어려워진다. 이에 의해, 적층체(14A) 중에 기포가 포함되기 어려워지기 때문에, 본 성형 공정 S23에 있어서, 보다 난연성이 우수한 본 성형체(16)를 얻을 수 있다.

임시 성형체(14)는 압출기(13)에 의한 압출 방향을 따라서 열전도성 섬유가 배향되어 있어, 가늘고 긴 기둥상의 형상, 예를 들어, 가늘고 긴 사각기둥 형상, 가늘고 긴 삼각기둥 형상, 가늘고 긴 원기둥 형상이다.

[정렬 공정 S22]

정렬 공정 S22에 있어서는, 예를 들어, 도 5의 (B), 도 5의 (C), 도 6에 도시한 바와 같이, 임시 성형 공정 S21에서 성형한 복수의 임시 성형체(14)를 길이 방향과 직교하는 방향으로 인접하도록 정렬시켜, 적층체(14A)를 얻는다. 예를 들어, 정렬 공정 S22에 있어서는, 소정의 프레임(15) 내에, 임시 성형체(14)를 정렬시켜, 직육면체상이나 입방체상으로 임시 성형체(14)를 배치시킨 적층체(14A)를 얻는다. 프레임(15)은 본 성형 공정 S23에 있어서 본 성형체(16)를 성형할 때에 적층체(14A)를 고정하는 고정 수단으로서 사용되어, 적층체(14A)가 크게 변형되어버리는 것을 방지한다. 프레임(15)은 예를 들어 금속으로 형성되어 있다.

[본 성형 공정 S23]

본 성형 공정 S23에 있어서는, 예를 들어, 도 5의 (D)에 도시한 바와 같이, 정렬 공정 S22에서 얻어진 적층체(14A)를 경화시킴으로써, 도 5의 (E) 및 도 7의 (A), (B)에 도시한 바와 같이, 적층체(14A)를 구성하는 임시 성형체(14)끼리가 일체화된 본 성형체(16)를 성형한다. 적층체(14A)를 경화시키는 방법으로서는, 예를 들어, 적층체(14A)를 가열 장치로 가열하는 방법이나, 적층체(14A)를 가열 가압 장치로 가열 가압하는 방법을 들 수 있다. 또한, 열전도성 조성물(12)을 구성하는 경화성 수지 조성물로서 아크릴 수지를 사용했을 때에는, 예를 들어, 이소시아네이트 화합물을 열전도성 조성물(12) 중에 함유시킴으로써, 적층체(14A)를 상온에서 경화시키는 것이 가능하다.

이들 적층체(14A)를 경화시키는 방법으로서는, 적층체(14A)를 가열 가압 장치로 가열 가압하는 방법, 즉, 적층체(14A)를 경화시킬 때에, 적층체(14A)를 구성하는 복수의 임시 성형체(14)의 길이 방향에 직교하는 방향(수직 방향)으로 프레스하는 것이 바람직하다. 이와 같이 적층체(14A)를 프레스함으로써, 적층체(14A) 내에서부터 기포를 보다 확실하게 제거할 수 있기 때문에, 본 성형 공정 S23에 있어서, 보다 난연성이 우수한 본 성형체(16)를 얻는 것이 가능하게 된다.

이와 같이 복수의 기둥상의 임시 성형체를 길이 방향으로 정렬시켜, 복수의 임시 성형체끼리가 일체화된 본 성형체를 성형하고, 본 성형체의 길이 방향과 대략 직교하는 방향으로 절단함으로써, 열전도성 시트(1) 중의 열전도성 섬유를 보다 확실하게 동일한 방향으로 정렬시킬 수 있어, 열전도성 시트(1)의 두께 방향의 열전도성을 보다 양호하게 할 수 있다.

<4. 실시예>

실시예

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예에서는, 열전도성 섬유와 열전도성 입자를 함유하는 실리콘 수지 조성물을 조정하고, 실리콘 수지 조성물로부터 얻어진 열전도성 시트의 표면의 L*a*b* 표색계에 있어서의 L*값, 열전도성 시트의 두께 방향의 열전도율, 열전도성 시트의 불량률, 및 열전도성 시트의 외관에 대하여 평가하였다. 또한, 본 실시예에 있어서, 열전도성 섬유의 평균 섬유 길이는, 현미경(하이록스 가부시끼가이샤(HiROX Co Ltd) 제조, KH7700)으로 각 열전도성 섬유를 측정하여 얻은 산출값이며, 열전도성 입자의 평균 입자 직경은, 입도 분포계에 의해 측정한 값이다. 또한, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[L*값의 측정]

분광 광도계를 사용하여, 열전도성 시트의 표면을 측정하였다. 「JIS Z 8729」 및 「JIS Z 8730」에 규정되어 있는 L*a*b* 표색계의 색 표시 방법을 사용하여, 「L*」값으로 표현되는 명도 L*을 측정하였다.

[열전도율의 측정]

ASTM-D5470에 준거한 측정 방법에 의해, 1kgf/㎠의 하중을 가하여 열전도성 시트의 열전도율을 측정하였다.

[불량률]

실리콘 경화물로부터 열전도성 시트를 슬라이스했을 때에, 열전도성 시트의 표면에 기포가 말려들게 된 것이나, 열전도성 시트에 관통 구멍이 있었던 것을 불량으로 하고, 그 비율을 산출하였다. 또한, 기포의 유무 및 관통 구멍의 유무는, 열전도성 시트의 표면을 육안으로 관찰함으로써 판단하였다.

[외관 평가]

육안에 의해 열전도성 시트를 관찰하고, 열전도성 시트의 박리, 열전도성 시트의 형상을 유지할 수 없는 등의 불량이 발생한 경우를 「불량」으로 하고, 그 이외를 「양호」로 하였다.

[실시예 1]

실시예 1에서는, 2액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지에, 열전도성 입자로서 실란 커플링제로 커플링 처리한 평균 입경 5㎛의 알루미나 입자 40체적％, 및 열전도성 섬유로서 평균 섬유 길이 40㎛의 피치계 탄소 섬유 20체적％를 2시간 혼합하여, 실리콘 수지 조성물을 제조하였다.

2액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지는, 오르가노폴리실록산을 주성분으로 하는 것을 사용하고, 실리콘 A액 16.8체적％와, 실리콘 B액 18.8체적％를 혼합하였다. 얻어진 실리콘 수지 조성물을, 중공 사각기둥 형상의 금형(35mm×35mm) 내에 압출 성형하여, 35mm□의 실리콘 성형체를 성형하였다. 실리콘 성형체를 오븐에서 100℃에서 6시간 가열하여 실리콘 경화물로 하였다. 실리콘 경화물을, 두께 2.0mm가 되도록 초음파 커터로 절단하여, 열전도성 시트를 얻었다. 초음파 커터의 슬라이스 속도는 매초 50mm으로 하였다. 또한, 초음파 커터에 부여하는 초음파 진동은, 발진 주파수를 20.5kHz로 하고, 진폭을 60㎛로 하였다.

표 1에 실시예 1의 열전도성 시트의 측정, 평가 결과를 나타낸다. 열전도성 시트의 명도 L*은 29.8이며, 열전도율은 10.2W/mK이었다. 또한, 열전도성 시트의 불량률은 5％ 미만이고, 외관은 양호하였다.

[실시예 2]

실시예 2에서는, 2액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지에, 열전도성 입자로서 실란 커플링제로 커플링 처리한 평균 입경 5㎛의 알루미나 입자 37체적％, 및 열전도성 섬유로서 평균 섬유 길이 250㎛의 피치계 탄소 섬유 25체적％를 4시간 혼합하여, 실리콘 수지 조성물을 제조하였다. 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 열전도성 시트를 얻었다.

표 1에 실시예 2의 열전도성 시트의 측정, 평가 결과를 나타낸다. 열전도성 시트의 명도 L*은 29.1이며, 열전도율은 15.4W/mK이었다. 또한, 열전도성 시트의 불량률은 5％ 미만이고, 외관은 양호하였다.

[실시예 3]

실시예 3에서는, 2액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지에, 열전도성 입자로서 실란 커플링제로 커플링 처리한 평균 입경 5㎛의 알루미나 입자 19체적％, 실란 커플링제로 커플링 처리한 평균 입경 1㎛의 질화알루미늄 입자 24체적％, 및 열전도성 섬유로서 평균 섬유 길이 150㎛의 피치계 탄소 섬유 23체적％를 4시간 혼합하여, 실리콘 수지 조성물을 제조하였다. 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 열전도성 시트를 얻었다.

표 1에 실시예 3의 열전도성 시트의 측정, 평가 결과를 나타낸다. 열전도성 시트의 명도 L*은 37.5이며, 열전도율은 23.2W/mK이었다. 또한, 열전도성 시트의 불량률은 5％ 미만이고, 외관은 양호하였다.

[실시예 4]

실시예 4에서는, 2액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지에, 열전도성 입자로서 실란 커플링제로 커플링 처리한 평균 입경 5㎛의 알루미나 입자 18체적％, 실란 커플링제로 커플링 처리한 평균 입경 1㎛의 질화알루미늄 입자 22체적％, 및 열전도성 섬유로서 평균 섬유 길이 100㎛의 피치계 탄소 섬유 32체적％를 4시간 혼합하여, 실리콘 수지 조성물을 제조하였다. 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 열전도성 시트를 얻었다.

표 1에 실시예 4의 열전도성 시트의 측정, 평가 결과를 나타낸다. 열전도성 시트의 명도 L*은 31.2이며, 열전도율은 26.3W/mK이었다. 또한, 열전도성 시트의 불량률은 5％ 미만이고, 외관은 양호하였다.

[실시예 5]

실시예 5에서는, 2액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지에, 열전도성 입자로서 실란 커플링제로 커플링 처리한 평균 입경 5㎛의 알루미나 입자 25체적％, 실란 커플링제로 커플링 처리한 평균 입경 1㎛의 질화알루미늄 입자 7체적％, 및 열전도성 섬유로서 평균 섬유 길이 150㎛의 피치계 탄소 섬유 34체적％를 4시간 혼합하여, 실리콘 수지 조성물을 제조하였다. 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 열전도성 시트를 얻었다.

표 1에 실시예 5의 열전도성 시트의 측정, 평가 결과를 나타낸다. 열전도성 시트의 명도 L*은 30.6이며, 열전도율은 14.8W/mK이었다. 또한, 열전도성 시트의 불량률은 5％ 미만이고, 외관은 양호하였다.

[실시예 6]

실시예 6에서는, 2액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지에, 열전도성 입자로서 실란 커플링제로 커플링 처리한 평균 입경 5㎛의 알루미나 입자 6체적％, 실란 커플링제로 커플링 처리한 평균 입경 1㎛의 질화알루미늄 입자 28체적％, 및 열전도성 섬유로서 평균 섬유 길이 150㎛의 피치계 탄소 섬유 33체적％를 4시간 혼합하여, 실리콘 수지 조성물을 제조하였다. 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 열전도성 시트를 얻었다.

표 1에 실시예 6의 열전도성 시트의 측정, 평가 결과를 나타낸다. 열전도성 시트의 명도 L*은 45.3이며, 열전도율은 17.2W/mK이었다. 또한, 열전도성 시트의 불량률은 5％ 미만이고, 외관은 양호하였다.

[실시예 7]

실시예 7에서는, 2액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지에, 열전도성 입자로서 실란 커플링제로 커플링 처리한 평균 입경 5㎛의 알루미나 입자 30체적％, 실란 커플링제로 커플링 처리한 평균 입경 3㎛의 수산화알루미늄 입자 3체적％, 및 열전도성 섬유로서 평균 섬유 길이 150㎛의 피치계 탄소 섬유 20체적％를 4시간 혼합하여, 실리콘 수지 조성물을 제조하였다. 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 열전도성 시트를 얻었다.

표 1에 실시예 7의 열전도성 시트의 측정, 평가 결과를 나타낸다. 열전도성 시트의 명도 L*은 34.3이며, 열전도율은 11.2W/mK이었다. 또한, 열전도성 시트의 불량률은 5％ 미만이고, 외관은 양호하였다.

[비교예 1]

비교예 1에서는, 2액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지에, 열전도성 섬유로서 평균 섬유 길이 150㎛의 피치계 탄소 섬유 40체적％를 4시간 혼합하여, 실리콘 수지 조성물을 제조하였다. 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하였다.

표 1에 비교예 1의 열전도성 시트의 측정, 평가 결과를 나타낸다. 실리콘 경화물의 형상을 유지할 수 없었기 때문에, 열전도성 시트의 명도 L*, 열전도율, 불량률, 및 외관의 평가를 할 수 없었다.

[비교예 2]

비교예 2에서는, 2액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지에, 열전도성 입자로서 실란 커플링제로 커플링 처리한 평균 입경 5㎛의 알루미나 입자 50체적％, 및 열전도성 섬유로서 평균 섬유 길이 250㎛의 피치계 탄소 섬유(데이진 가부시끼가이샤 제조, 상품명: 라히마) 10체적％를 4시간 혼합하여, 실리콘 수지 조성물을 제조하였다. 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 열전도성 시트를 얻었다.

표 1에 비교예 7의 열전도성 시트의 측정, 평가 결과를 나타낸다. 열전도성 시트의 명도 L*은 47.3이며, 열전도율은 6.5W/mK이었다. 또한, 열전도성 시트의 불량률은 5％ 미만이고, 외관은 양호하였다.

[참고예 1]

참고예 1에서는, 2액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지에, 열전도성 입자로서 실란 커플링제로 커플링 처리한 평균 입경 5㎛의 알루미나 입자 40체적％, 및 열전도성 섬유로서 평균 섬유 길이 40㎛의 피치계 탄소 섬유 20체적％를 2시간 혼합하여, 실리콘 수지 조성물을 제조하였다.

2액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지는, 실리콘 A액 16.8체적％와, 실리콘 B액 18.8체적％를 혼합한 것을 사용하였다. 얻어진 실리콘 수지 조성물을 박리 PET 상에 바 코터로 두께 2mm로 도포하고, 100℃에서 6시간 경화한 후, 추가로 바 코터로 두께 2mm로 도포하는 공정을 반복하여, 두께 40mm의 성형체를 제작하여, 40mm□의 실리콘 성형체를 성형하였다. 실리콘 성형체를 오븐에서 100℃에서 6시간 가열하여 실리콘 경화물로 하였다. 실리콘 경화물을, 두께 2.0mm가 되도록 초음파 커터로 절단하여, 열전도성 시트를 얻었다. 초음파 커터의 슬라이스 속도는 매초 50mm로 하였다. 또한, 초음파 커터에 부여하는 초음파 진동은, 발진 주파수를 20.5kHz로 하고, 진폭을 60㎛로 하였다.

표 1에 참고예 1의 열전도성 시트의 측정, 평가 결과를 나타낸다. 열전도성 시트의 명도 L*은 29.4이며, 열전도율은 8.6W/mK이었다. 또한, 열전도성 시트의 불량률은 25％였다. 열전도율의 측정 시에 적층 계면에서 박리가 발생하여, 외관은 불량하였다.

[참고예 2]

참고예 2에서는, 2액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지에, 열전도성 입자로서 실란 커플링제로 커플링 처리한 평균 입경 5㎛의 알루미나 입자 19체적％, 실란 커플링제로 커플링 처리한 평균 입경 1㎛의 질화알루미늄 입자 24체적％, 및 열전도성 섬유로서 평균 섬유 길이 150㎛의 피치계 탄소 섬유 25체적％를 4시간 혼합하여, 실리콘 수지 조성물을 제조하였다. 이외에는, 참고예 1과 동일하게 하여 열전도성 시트를 얻었다.

표 1에 참고예 2의 열전도성 시트의 측정, 평가 결과를 나타낸다. 열전도성 시트의 명도 L*은 27.9이며, 열전도율은 18.7W/mK이었다. 또한, 열전도성 시트의 불량률은 16％였다. 열전도율의 측정 시에 적층 계면에서 박리가 발생하여, 외관은 불량하였다.

[참고예 3]

참고예 3에서는, 2액성의 부가 반응형 액상 실리콘 수지에, 열전도성 입자로서 실란 커플링제로 커플링 처리한 평균 입경 5㎛의 알루미나 입자 18체적％, 실란 커플링제로 커플링 처리한 평균 입경 1㎛의 질화알루미늄 입자 22체적％, 및 열전도성 섬유로서 평균 섬유 길이 100㎛의 피치계 탄소 섬유 32체적％를 4시간 혼합하여, 실리콘 수지 조성물을 제조하였다. 이외에는, 참고예 1과 동일하게 하여 열전도성 시트를 얻었다.

표 1에 참고예 3의 열전도성 시트의 측정, 평가 결과를 나타낸다. 열전도성 시트의 명도 L*은 36.1이며, 열전도율은 20.1W/mK이었다. 또한, 열전도성 시트의 불량률은 21％였다. 열전도율의 측정 시에 적층 계면에서 박리가 발생하여, 외관은 불량하였다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 열전도성 시트의 표면의 L*a*b* 표색계에 있어서의 L*값이 29 이상 47 이하인 실시예 1 내지 7은 높은 열전도율이 얻어졌다. 한편, 열전도성 시트의 표면의 L*a*b* 표색계에 있어서의 L*값이 47을 초과하는 비교예 2는 열전도율이 낮았다.

또한, 실시예 1 내지 7과 비교예 1로부터, 열전도성 섬유 및 열전도성 입자의 배합이 필요한 것을 알았다. 또한, 탄소 섬유를 많이 함유하고, 흑색에 근접할수록 열 특성이 좋아진다고 생각되었지만, 실시예 3 내지 6으로부터, 질화알루미늄을 함유하고, L*의 값이 큰 쪽이 높은 열전도율이 얻어지는 것을 알았다. 또한, 참고예 1 내지 3으로부터, 열전도성 시트의 표면의 L*a*b* 표색계에 있어서의 L*값에 의해, 양호한 열전도율이 얻어지는 것을 알았지만, 적층 도포에 의해 기둥상의 경화물을 제작했기 때문에, 적층 계면에서 박리가 발생하여, 형상 유지가 곤란하였다.

1: 열전도성 시트
2: 기둥상의 열전도성 조성물
3: 초음파 절단기
4: 초음파 커터
5: 워크 테이블
6: 이동대
7: 실리콘 러버
8: 이동 기구
9: 나이프
10: 초음파 발진 기구
11: 승강 기구
12: 열전도성 조성물
13: 압출기
14: 임시 성형체
14A: 적층체
15: 프레임
16: 본 성형체

Claims (4)

1. 경화성 수지 조성물과, 열전도성 섬유와, 열전도성 입자를 함유하는 열전도성 조성물을 제작하는 제작 공정과,
   상기 열전도성 조성물을 압출 성형하여 기둥상의 경화물을 얻는 성형 공정과,
   상기 기둥상의 경화물을 기둥의 길이 방향에 대하여 수직 방향으로 소정의 두께로 절단하여, 열전도성 시트를 얻는 절단 공정을 갖고,
   상기 열전도성 시트가, 경화성 수지 조성물과, 열전도성 섬유와, 열전도성 입자를 함유하고,
   당해 열전도성 시트의 표면의 L*a*b* 표색계에 있어서의 L*값이 31.2 이상 45.3 이하이고,
   상기 열전도성 섬유가 탄소 섬유이고,
   상기 열전도성 입자가 알루미나 및 질화알루미늄을 함유하고,
   상기 열전도성 섬유의 함유량이 23체적％ 이상 35체적％ 이하이고,
   상기 열전도성 입자의 함유량이 28체적％ 이상 60체적％ 이하이고,
   상기 알루미나의 함유량이 6체적% 이상 25체적％ 이하이고,
   상기 질화알루미늄의 함유량이 22체적% 이상 28체적% 이하인 열전도성 시트의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 성형 공정에서는, 복수의 기둥상의 임시 성형체를 길이 방향과 직교하는 방향으로 인접하도록 정렬시켜, 복수의 임시 성형체끼리가 일체화된 본 성형체를 성형하고,
   상기 절단 공정에서는, 상기 본 성형체의 길이 방향과 직교하는 방향으로 절단하는 열전도성 시트의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 열전도성 섬유의 평균 섬유 길이가 40㎛ 이상 250㎛ 이하이고,
   상기 열전도성 입자의 평균 입자 직경이 0.5㎛ 이상 10㎛ 이하인 열전도성 시트의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 알루미나의 함유량이 6체적% 이상 19체적％ 이하인 열전도성 시트의 제조 방법.

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