KR20210092744A

KR20210092744A - 열전도성 시트 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20210092744A
Application number: KR1020217014503A
Authority: KR
Inventors: 히로키 구도
Original assignee: 세키수이 폴리머텍 가부시키가이샤
Priority date: 2018-11-20
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2021-07-26
Also published as: EP3885135A1; JP2021090066A; EP3885135A4; WO2020105601A1; TWI826593B; CN113015622A; EP3885135B1; JPWO2020105601A1; JP6844806B2; US20220018617A1; TW202030302A

Abstract

열전도성 시트(10)는, 각각이 실리콘 수지(11)를 포함하는 복수의 단위층(13)을 구비하고, 또한 복수의 단위층(13)이 서로 접착하도록 적층되는 열전도성 시트에 있어서, 복수의 단위층(13) 중, 적어도 1개 이상이 열전도성 충전재를 포함하고, 0.276㎫로 압축하였을 때의 압축률이 20~65%이다.

Description

열전도성 시트 및 그 제조방법

본 발명은, 열전도성 시트, 및 그 제조방법에 관한 것이다.

컴퓨터, 자동차 부품, 휴대전화 등의 전자기기에서는, 반도체 소자나 기계 부품 등의 발열체로부터 발생하는 열을 방열하기 위하여 히트싱크 등의 방열체가 일반적으로 이용된다. 방열체로의 열의 전열 효율을 높일 목적으로, 발열체와 방열체의 사이에는, 열전도성 시트가 배치되는 것이 알려져 있다. 열전도성 시트는, 전자기기 내부에 배치시킬 때 압축하여 이용되는 것이 일반적이며, 높은 유연성이 필요로 된다.

열전도성 시트는, 일반적으로는, 고분자 매트릭스와, 고분자 매트릭스 중에 분산된 열전도성 충전재를 함유한다. 또한, 열전도성 시트는, 특정한 방향의 열전도성을 높이기 위해서, 형상에 이방성을 가지는 이방성 충전재를 일방향으로 배향하는 경우가 있다.

이방성 충전재가 일방향으로 배향된 열전도성 시트는, 예를 들면, 연신(延伸) 등에 의해 이방성 충전재를 시트 면방향을 따라 배향시킨 1차 시트를 복수 제조하고, 그 1차 시트를 복수 적층하여 일체화한 것을 수직으로 슬라이스함으로써 제조된다. 이 제조방법(이하, 「유동 배향법」이라고도 한다)에 의하면, 미소 두께의 단위층이 다수 적층되어서 구성되는 열전도성 시트가 얻어진다. 또한, 이방성 충전재는, 시트의 두께 방향으로 배향시키는 것이 가능하다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

일본국 공개특허 특개2014-27144호 공보

열전도성 시트의 고분자 매트릭스로서는, 열전도성, 내열성 등의 관점에서, 실리콘 수지가 널리 사용된다. 그러나, 실리콘 수지를 고분자 매트릭스에 사용하여, 유동 배향법에 의해 열전도성 시트를 제조하려고 하면, 실리콘 수지끼리의 접착력이 약해, 슬라이스 공정 등에 있어서, 1차 시트와 1차 시트의 사이에서 박리가 발생하는 등의 문제가 일어나는 경우가 있다.

상기 문제를 해소하기 위해서, 1차 시트와 1차 시트의 사이에, 접착제나 프라이머 등의 실리콘 수지와의 반응성을 가지는 화합물을 개재시켜서, 1차 시트끼리를 강고하게 접착시키는 것이 검토되고 있다. 또한, 1차 시트를 반경화 상태로 하고, 그 반경화 상태의 1차 시트끼리를 겹치고, 압착하여 2차 경화시킴으로써, 1차 시트 사이를 강고하게 접착시키는 것도 검토되고 있다.

그러나, 상기한 접착제나 프라이머는, 1차 시트 사이에 개재시키면, 1차 시트의 표층에 머물지 않고, 일정한 깊이까지 침투하여 반응함으로써, 열전도성 시트가 단단해져서, 유연성을 잃는 등의 문제가 생기기 쉬워진다.

또한, 반경화 상태의 1차 시트를 겹치는 방법에 의하면, 반경화 상태의 1차 시트를 접착시키기 위하여 압착이 필요한 것에 추가하여, 1차 시트에도 최저한의 경도가 필요하기 때문에, 2차 경화에 의해 열전도성 시트가 필요 이상으로 단단하게 된다고 하는 문제가 있다.

즉, 종래의 제조방법으로는, 실리콘 수지를 매트릭스 성분에 사용하며, 단위층이 복수 적층되어서 구성되는 열전도성 시트를 제조하면, 유연성이 높은 것을 얻는 것은 곤란하다.

그래서, 본 발명은, 실리콘 수지를 매트릭스 성분으로서 사용하며, 또한 단위층이 다수 적층되어서 구성되는 열전도성 시트에 있어서, 유연성을 높게 하는 것을 과제로 한다.

본 발명자는, 예의 검토한 결과, 이하의 구성을 가짐으로써 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다. 즉, 본 발명은, 이하의 [1]~[10]을 제공한다.

[1] 각각이 실리콘 수지를 포함하는 복수의 단위층을 구비하며, 또한 상기 복수의 단위층이 서로 접착하도록 적층되는 열전도성 시트에 있어서,

상기 복수의 단위층 중, 적어도 1개가 열전도성 충전재를 포함하고,

상기 복수의 단위층이 서로 접착하는 접착면에 대하여 수직방향으로부터 0.276㎫로 압축하였을 때의 압축률이 20~65%인, 열전도성 시트.

[2] 상기 복수의 단위층이, 시트의 면방향을 따르는 일방향을 따라 적층되는 상기 [1]에 기재된 열전도성 시트.

[3] 상기 열전도성 충전재가, 이방성 충전재를 함유하는 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 열전도성 시트.

[4] 상기 열전도성 충전재가, 추가로 비(非)이방성 충전재를 함유하는 상기 [3]에 기재된 열전도성 시트.

[5] 상기 이방성 충전재가, 시트의 두께 방향으로 배향되는 상기 [3] 또는 [4]에 기재된 열전도성 시트.

[6] 상기 이방성 충전재가, 섬유상(狀) 재료, 및 인편상(鱗片狀) 재료에서 선택되는 적어도 1종인 상기 [2]~[5] 중 어느 한 항에 기재된 열전도성 시트.

[7] 상기 인편상 재료의 인편면의 법선 방향이, 상기 복수의 단위층의 적층 방향을 향하는 상기 [6]에 기재된 열전도성 시트.

[8] 상기 인접하는 단위층끼리가, 직접 고착(固着)하고 있는 상기 [1]~[7] 중 어느 한 항에 기재된 열전도성 시트.

[9] 각각이 실리콘 수지를 포함하며, 또한 적어도 1개의 1차 시트가 열전도성 충전재를 포함하는, 복수의 1차 시트를 준비하는 공정과,

상기 1차 시트 중 적어도 일방의 면에 진공 자외선을 조사하는 공정과,

상기 복수의 1차 시트를, 진공 자외선이 조사된 상기 일방의 면을 다른 1차 시트에 접촉시키도록 하여 적층함으로써, 복수의 1차 시트를 접착시켜서 적층 블록을 형성하는 공정과,

상기 적층 블록을 적층 방향을 따라 시트상(狀)이 되도록 절단하여 열전도성 시트를 얻는 공정을 구비하는 열전도성 시트의 제조방법.

[10] 상기 열전도성 충전재가, 이방성 충전재를 포함하고, 상기 1차 시트에서는 그 면방향을 따라 이방성 충전재가 배향되며,

상기 적층 블록은, 상기 이방성 충전재가 배향하는 방향에 직교하는 방향으로 절단되는 상기 [9]에 기재된 열전도성 시트의 제조방법.

본 발명에 의하면, 실리콘 수지를 매트릭스 성분으로서 사용하며, 또한 단위층이 복수 적층되어서 구성되는 열전도성 시트에 있어서, 유연성을 높게 할 수 있다.

도 1은 제 1 실시형태의 열전도성 시트를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 2는 열전도성 시트의 제조방법의 일례를 나타내는 모식적인 사시도이다.
도 3은 제 2 실시형태의 열전도성 시트를 나타내는 모식적인 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태와 관련되는 열전도성 시트에 대하여 자세하게 설명한다.

[제 1 실시형태]

도 1은, 제 1 실시형태의 열전도성 시트를 나타낸다. 제 1 실시형태와 관련되는 열전도성 시트(10)는, 각각이 실리콘 수지(11)와, 열전도성 충전재를 함유하는 복수의 단위층(13)을 구비한다. 복수의 단위층(13)은, 면방향을 따르는 일방향(즉, 두께 방향 z에 수직한 일방향이며, 「적층 방향 x」라고도 한다)을 따라 적층되어 있으며, 인접하는 단위층(13)끼리가 서로 접착되어 있다. 각 단위층(13)에 있어서, 실리콘 수지(11)는, 열전도성 충전재를 보지(保持)하는 매트릭스 성분이 되는 것이며, 실리콘 수지(11)에는, 열전도성 충전재가 분산되도록 배합된다.

열전도성 시트(10)는, 열전도성 충전재로서, 이방성 충전재(14)와, 비이방성 충전재(15)를 함유한다. 이방성 충전재(14)는, 시트(10)의 두께 방향 z로 배향하고 있다. 즉, 각 단위층(13)의 면방향의 일방향을 따라 배향하고 있다. 열전도성 시트(10)는, 시트의 두께 방향 z로 배향하는 이방성 충전재(14)를 함유함으로써, 두께 방향 z의 열전도성이 향상된다. 또한, 열전도성 시트(10)는, 추가로 비이방성 충전재(15)를 함유하는 것으로도 열전도성이 추가로 향상된다.

본 발명의 열전도성 시트(10)는, 0.276㎫(=40psi)로 압축하였을 때의 압축률이 20~65%가 되는 것이다. 압축률이 20% 미만이면, 유연성이 불충분하여, 전자기기 내부 등에 있어서, 압축하여 사용하는 것이 곤란해진다. 또한, 65%를 넘으면, 열전도성 시트(10)의 제조 시, 단위층(13)을 적층할 때의 압력으로 각 단위층(13)이 넓어져서, 적절하게 열전도성 시트(10)를 제조할 수 없는 경우가 있다.

유연성을 보다 향상시키는 관점에서, 압축률은 25% 이상이 바람직하고, 35% 이상이 보다 바람직하다. 또한, 제조 시에 각 단위층(13)이 넓어지는 것을 방지하고, 생산 효율을 높이는 관점에서, 압축률은, 60% 이하가 바람직하고, 55% 이하가 보다 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서의 압축률이란, 복수의 단위층(13)이 서로 접착하는 접착면에 대하여 수직방향으로부터 압축하였을 때에 측정되는 것이며, 구체적으로는 열전도성 시트(10)의 두께 방향으로 압축하면 된다. 또한, 압축률은, 압축 전의 초기 두께가 T1이고, 소정 압력으로 압축하였을 때의 두께가 T2라고 하면, 「(T1-T2)/T1」로 나타내어지는 초기 두께에 대한 압축량의 비율을 나타내는 파라미터이다.

(실리콘 수지)

실리콘 수지(11)는, 오르가노폴리실록산이면 특별하게 한정되지 않지만, 경화형 실리콘 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 실리콘 수지(11)는, 경화형인 경우에는, 경화성 실리콘 조성물을 경화함으로써 얻어지는 것이다. 실리콘 수지(11)는, 부가 반응형의 것을 사용하여도 되고, 그 이외의 것을 사용하여도 된다. 부가 반응형의 경우, 경화성 실리콘 조성물은, 주제(主劑)가 되는 실리콘 화합물과, 주제를 경화시키는 경화제로 이루어지는 것이 바람직하다.

주제로서 사용되는 실리콘 화합물은, 알케닐기 함유 오르가노폴리실록산이 바람직하고, 구체적으로는, 비닐 양 말단 폴리디메틸실록산, 비닐 양 말단 폴리페닐메틸실록산, 비닐 양 말단 디메틸실록산-디페닐실록산 코폴리머, 비닐 양 말단 디메틸실록산-페닐메틸실록산 코폴리머, 비닐 양 말단 디메틸실록산-디에틸실록산 코폴리머 등의 비닐 양 말단 오르가노폴리실록산 등을 들 수 있다.

경화제로서는, 상기한 주제인 실리콘 화합물을 경화할 수 있는 것이면, 특별하게 한정되지 않지만, 히드로실릴기(SiH)를 2개 이상 가지는 오르가노폴리실록산인, 오르가노하이드로젠폴리실록산이 바람직하다.

경화제는, 주제에 대한 배합량비를 적절히 조정함으로써, 후술하는 1차 시트의 경도를 조정할 수 있다. 구체적으로는, 주제에 대한 경화제의 배합량비를 적게 함으로써, 1차 시트의 경도를 저하할 수 있다.

실리콘 수지의 함유량은, 체적%(충전율)로 나타내면, 열전도성 시트 전량에 대하여, 바람직하게는 20~50체적%, 보다 바람직하게는 25~45체적%이다.

본 발명에 있어서, 인접하는 단위층(13,13)끼리는, 서로 접착되는 것이지만, 각 단위층(13)은, 인접하는 단위층(13)에, 직접 고착되는 것이 바람직하다. 즉, 인접하는 단위층(13,13)은, 접착제 등의 단위층 이외의 재료를 개재하지 않고 직접 접착되는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 각 단위층(13)은, 상기한 바와 같이 매트릭스 성분으로서 실리콘 수지(11)가 사용되므로, 실리콘 수지(11)끼리가 접착되게 된다.

실리콘 수지(11)끼리는, 일반적으로 높은 접착력으로 접착하는 것은 곤란하지만, 본 실시형태에서는, 후술하는 바와 같이, 단위층(13)의 접착면을 VUV 조사함으로써 표면이 활성화되므로, 비교적 높은 접착력으로, 인접하는 단위층(13,13)끼리가 접착된다. 따라서, 단위층(13) 사이의 계면에서 박리가 발생하거나 하는 일은 없다. 또한, 다른 부재를 개재시키지 않고, 나아가서는, 경화 등을 이용하지 않고 단위층(13,13)끼리가 접착되므로, 전도성 시트(10)는, 유연성이 손상되지 않고, 상기한 압축률을 확보하는 것이 가능하게 된다.

(이방성 충전재)

이방성 충전재(14)는, 형상에 이방성을 가지는 충전재이며, 배향이 가능한 충전재이다. 이방성 충전재(14)로서는, 섬유상 재료, 인편상 재료 등을 들 수 있다. 이방성 충전재(14)는, 일반적으로 애스펙트비가 높은 것이며, 애스펙트비가 2를 초과하는 것이며, 5 이상인 것이 보다 바람직하다. 애스펙트비를 2보다 크게 함으로써, 이방성 충전재(14)를 두께 방향 z로 배향시키기 쉬워지며, 열전도성 시트(10)의 열전도성을 높이기 쉽다.

또한, 애스펙트비의 상한은, 특별하게 한정되지 않지만, 실용적으로는 100이다.

또한, 애스펙트비란, 이방성 충전재(14)의 단축방향의 길이에 대한 장축방향의 길이의 비이며, 섬유상 재료에 있어서는, 섬유 길이/섬유의 직경을 의미하고, 인편상 재료에 있어서는 인편상 재료의 장축방향의 길이/두께를 의미한다.

열전도성 시트에 있어서의 이방성 충전재(14)의 함유량은, 실리콘 수지 100질량부에 대하여 10~500질량부인 것이 바람직하고, 50~350질량부인 것이 보다 바람직하다. 또한, 이방성 충전재(14)의 함유량은, 체적 기준의 충전율(체적 충전율)로 나타내면, 열전도성 시트 전량에 대하여, 바람직하게는 2~40체적%, 보다 바람직하게는 8~30체적%이다.

이방성 충전재(14)의 함유량을 10질량부 이상으로 함으로써, 열전도성을 높이기 쉬워지고, 500질량부 이하로 함으로써, 후술하는 액상 조성물의 점도가 적절하게 되기 쉬우며, 이방성 충전재(14)의 배향성이 양호해진다.

이방성 충전재(14)는, 섬유상 재료인 경우, 그 평균 섬유 길이가, 바람직하게는 10~500㎛, 보다 바람직하게는 20~350㎛이다. 평균 섬유 길이를 10㎛ 이상으로 하면, 각 열전도성 시트(10)에 있어서 이방성 충전재끼리가 적절하게 접촉하고, 열의 전달 경로가 확보되어, 열전도성 시트(10)의 열전도성이 양호해진다.

한편, 평균 섬유 길이를 500㎛ 이하로 하면, 이방성 충전재의 부피가 낮아져, 실리콘 수지 중에 고충전할 수 있게 된다. 또한, 이방성 충전재(14)에 도전성을 가지는 것을 사용하여도, 열전도성 시트(10)의 도전성이 필요 이상으로 높아지는 것이 방지된다.

또한, 상기의 평균 섬유 길이는, 이방성 충전재를 현미경으로 관찰하여 산출할 수 있다. 보다 구체적으로는, 예를 들면, 열전도성 시트(10)의 매트릭스 성분을 녹여서 분리한 이방성 충전재(14)에 대해서, 전자현미경이나 광학현미경을 이용하여, 임의의 이방성 충전재 50개의 섬유 길이를 측정하고, 그 평균값(상가 평균값)을 평균 섬유 길이로 할 수 있다. 이 때, 섬유를 분쇄하지 않도록 큰 시어(shear)가 걸리지 않도록 한다. 또한, 열전도성 시트(10)로부터 이방성 충전재(14)를 분리하는 것이 어려운 경우에는, X선 CT 장치를 이용하여, 이방성 충전재(40)의 섬유 길이를 측정하여, 평균 섬유 길이를 산출하여도 된다.

또한, 이방성 충전재(14)의 직경에 대해서도 마찬가지로 전자현미경이나 광학현미경, X선 CT 장치를 이용하여 측정할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 임의의 것이란 무작위로 선택한 것을 뜻한다.

또한, 이방성 충전재(14)가 인편상 재료인 경우, 그 평균 입경은, 10~400㎛가 바람직하고, 15~300㎛가 보다 바람직하다. 또한, 20~200㎛가 특히 바람직하다. 평균 입경을 10㎛ 이상으로 함으로써, 열전도성 시트(10)에 있어서 이방성 충전재(14)끼리가 접촉하기 쉬워져, 열의 전달 경로가 확보되고, 열전도성 시트(10)의 열전도성이 양호해진다. 한편, 평균 입경을 400㎛ 이하로 하면, 이방성 충전재(14)의 부피가 낮아져, 실리콘 수지(11) 중의 이방성 충전재(14)를 고충전으로 하는 것이 가능하게 된다.

또한, 인편상 재료의 평균 입경은, 이방성 충전재를 현미경으로 관찰하여 장축을 직경으로서 산출할 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 평균 섬유 길이와 마찬가지로 전자현미경이나 광학현미경, X선 CT 장치를 이용하여, 임의의 이방성 충전재 50개의 장축을 측정하고, 그 평균값(상가 평균값)을 평균 입경으로 할 수 있다.

또한, 상기 이방성 충전재(14)의 두께에 대해서도 마찬가지로 전자현미경이나 광학현미경, X선 CT 장치를 이용하여 측정할 수 있다.

이방성 충전재(14)는, 열전도성을 가지는 공지의 재료를 사용하면 된다. 또한, 이방성 충전재(14)는, 도전성을 가지고 있어도 되고, 절연성을 가지고 있어도 된다. 이방성 충전재(14)가 절연성을 가지면, 열전도성 시트(10)의 두께 방향 z의 절연성을 높일 수 있기 때문에, 전기기기에 있어서 바람직하게 사용하는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 발명에 있어서 도전성을 가진다는 것은 예를 들면 체적 저항률이 1×10⁹Ω·㎝ 이하의 경우를 뜻하는 것으로 한다. 또한, 절연성을 가진다는 것은 예를 들면 체적 저항률이 1×10⁹Ω·㎝를 초과하는 경우를 뜻하는 것으로 한다.

이방성 충전재(14)로서는, 구체적으로는, 탄소 섬유, 인편상 탄소 분말로 대표되는 탄소계 재료, 금속 섬유로 대표되는 금속 재료나 금속 산화물, 질화 붕소나 금속 질화물, 금속 탄화물, 금속 수산화물, 폴리파라페닐렌벤조옥사졸 섬유 등을 들 수 있다. 이들 중에서는, 탄소계 재료는, 비중이 작고, 실리콘 수지(11) 중에서의 분산성이 양호하기 때문에 바람직하고, 그 중에서도 열전도율이 높은, 흑연화 탄소 재료가 보다 바람직하다. 또한, 질화 붕소, 폴리파라페닐렌벤즈옥사졸 섬유는 절연성을 가지는 관점에서 바람직하고, 그 중에서도 질화 붕소가 보다 바람직하다. 질화 붕소는, 특별하게 한정되지 않지만, 인편상 재료로서 사용되는 것이 바람직하다. 인편상의 질화 붕소는, 응집되어도 되고, 응집되어 있지 않아도 되지만, 일부 또는 전부가 응집되어 있지 않은 것이 바람직하다.

이방성 충전재(14)는, 특별하게 한정되지 않지만, 이방성을 가지는 방향(즉, 장축방향)을 따른 열전도율이, 일반적으로 30W/m·K 이상이며, 바람직하게는 100W/m·K 이상이다. 이방성 충전재(14)의 열전도율은, 그 상한이 특별하게 한정되지 않지만, 예를 들면 2000W/m·K 이하이다. 열전도율의 측정 방법은, 레이저 플래시법이다.

이방성 충전재(14)는, 1종 단독으로 사용하여도 되고, 2종 이상을 병용하여도 된다. 예를 들면, 이방성 충전재(14)로서, 적어도 2개의 서로 다른 평균 입경 또는 평균 섬유 길이를 가지는 이방성 충전재(14)를 사용하여도 된다. 크기가 다른 이방성 충전재를 사용하면, 상대적으로 큰 이방성 충전재의 사이에 작은 이방성 충전재가 인입함으로써, 이방성 충전재를 실리콘 수지 중에 고밀도로 충전할 수 있는 것과 함께, 열의 전도 효율을 높일 수 있다고 생각된다.

이방성 충전재(14)로서 이용하는 탄소 섬유는, 흑연화 탄소 섬유가 바람직하다. 또한, 인편상 탄소 분말로서는, 인편상 흑연 분말이 바람직하다. 이방성 충전재(14)는, 이들 중에서도, 흑연화 탄소 섬유가 보다 바람직하다.

흑연화 탄소 섬유는, 그라파이트의 결정면이 섬유 축방향으로 이어지고 있으며, 그 섬유 축방향으로 높은 열전도율을 구비한다. 그 때문에, 그 섬유 축방향을 소정의 방향으로 나란하게 함으로써, 특정 방향의 열전도율을 높일 수 있다. 또한, 인편상 흑연 분말은, 그라파이트의 결정면이 인편면의 면 내 방향으로 이어지고 있으며, 그 면 내 방향으로 높은 열전도율을 구비한다. 그 때문에, 그 인편면을 소정의 방향으로 나란하게 함으로써, 특정 방향의 열전도율을 높일 수 있다. 흑연화 탄소 섬유 및 인편 흑연 분말은, 높은 흑연화도를 가지는 것이 바람직하다.

상기한 흑연화 탄소 섬유 등의 흑연화 탄소 재료로서는, 이하의 원료를 흑연화한 것을 이용할 수 있다. 예를 들면, 나프탈렌 등의 축합 다환 탄화수소 화합물, PAN(폴리아크릴로니트릴), 피치 등의 축합 복소환 화합물 등을 들 수 있지만, 특히 흑연화도가 높은 흑연화 메소페이즈 피치나 폴리이미드, 폴리벤자졸을 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들면 메소페이즈 피치를 이용함으로써, 후술하는 방사(紡絲) 공정에 있어서, 피치가 그 이방성에 의해 섬유 축방향으로 배향되어, 그 섬유 축방향으로 우수한 열전도성을 가지는 흑연화 탄소 섬유를 얻을 수 있다.

흑연화 탄소 섬유에 있어서의 메소페이즈 피치의 사용 양태는, 방사 가능하면 특별하게 한정되지 않고, 메소페이즈 피치를 단독으로 이용하여도 되고, 다른 원료로 조합시켜서 이용하여도 된다. 단, 메소페이즈 피치를 단독으로 이용하는 것, 즉, 메소페이즈 피치 함유량 100%의 흑연화 탄소 섬유가, 고열전도화, 방사성 및 품질의 안정성의 면으로부터 가장 바람직하다.

흑연화 탄소 섬유는, 방사, 불(不)융화 및 탄화의 각 처리를 순서대로 행하여, 소정의 입경으로 분쇄 또는 절단한 후에 흑연화한 것이나, 탄화 후에 분쇄 또는 절단한 후에 흑연화한 것을 이용할 수 있다. 흑연화 전에 분쇄 또는 절단하는 경우에는, 분쇄에 의해 새롭게 표면에 노출된 표면에 있어서 흑연화 처리 시에 축중합 반응, 환화(環化) 반응이 진행되기 쉬워지기 때문에, 흑연화도를 높여서, 한층 더 열전도성을 향상시킨 흑연화 탄소 섬유를 얻을 수 있다. 한편, 방사한 탄소 섬유를 흑연화한 후에 분쇄하는 경우에는, 흑연화 후의 탄소 섬유가 단단하기 때문에 분쇄하기 쉬우며, 단시간의 분쇄로 비교적 섬유 길이 분포가 좁은 탄소 섬유 분말을 얻을 수 있다.

흑연화 탄소 섬유의 평균 섬유 길이는, 바람직하게는 50~500㎛, 보다 바람직하게는 70~350㎛이다. 또한, 흑연화 탄소 섬유의 애스펙트비는 상기한 바와 같이 2를 초과하며, 바람직하게는 5 이상이다. 흑연화 탄소 섬유의 열전도율은, 특별하게 한정되지 않지만, 섬유 축방향에 있어서의 열전도율이, 바람직하게는 400W/m·K 이상, 보다 바람직하게는 800W/m·K 이상이다.

이방성 충전재(14)는, 각 단위층에 있어서 열전도성 시트의 두께 방향 z로 배향하고 있다. 이방성 충전재(14)의 두께 방향 z의 배향을 보다 구체적으로 설명하면, 열전도성 충전재(14)가 섬유상 충전재일 때에는, 열전도성 시트(10)의 두께 방향 z에 대하여 섬유상 충전재의 장축이 이루는 각도가 30° 미만의 이방성 충전재의 수의 비율이, 이방성 충전재 전량에 대하여, 50%를 초과하는 상태에 있는 것을 뜻하고, 당해 비율은, 바람직하게는 80%를 초과한다.

또한, 이방성 충전재(14)가 인편상 충전재일 때에는, 열전도성 시트(10)의 두께 방향 z에 대하여 인편상 충전재의 인편면이 이루는 각도가 30° 미만의 이방성 충전재의 수의 비율이, 이방성 충전재 전량에 대하여, 50%를 초과하는 상태에 있는 것을 뜻하고, 당해 비율은, 바람직하게는 80%를 초과하는 것으로 할 수 있다. 바꾸어 말하면, 열전도성 시트의 시트면(x-y면)에 대하여, 인편면의 법선 방향이 이루는 각도가 30° 미만의 이방성 충전재의 수의 비율이, 이방성 충전재 전량에 대하여, 50%를 초과하는 상태에 있는 것을 뜻하고, 당해 비율은, 바람직하게는 80%를 초과한다.

또한, 이방성 충전재(14)의 배향 방향은, 열전도율을 높이는 관점에서는 두께 방향 z에 대한 장축이 이루는 각도 또는 인편면이 이루는 각도를 0° 이상 5° 미만으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 열전도성 시트(10)를 압축하였을 때의 하중을 낮출 수 있다고 하는 점에서, 5° 이상 30° 미만의 범위로 경사지게 할 수도 있다. 또한, 이들 각도는, 일정 수(예를 들면, 임의의 이방성 충전재(14)를 50개)의 이방성 충전재(14)의 배향 각도의 평균값이다.

추가로 이방성 충전재(14)는, 열전도성 충전재(14)가 섬유상 또는 인편상 중 어느 것도 아닐 때에는, 열전도성 시트(10)의 두께 방향 z에 대하여 이방성 충전재(14)의 장축이 이루는 각도가 30° 미만의 이방성 충전재의 수의 비율이, 이방성 충전재 전량에 대하여, 50%를 초과하는 상태에 있는 것을 뜻하고, 당해 비율은, 바람직하게는 80%를 초과하는 것으로 한다.

또한, 이방성 충전재(14)가 인편상 재료인 경우, 이방성 충전재(14)는, 추가로, 인편면의 법선 방향이 소정 방향을 향하는 것이 바람직하고, 구체적으로는, 복수의 단위층(13)의 적층 방향 x를 향하는 것이 바람직하다. 이처럼 법선 방향이 적층 방향 x를 향함으로써, 열전도성 시트(10)의 두께 방향 z의 열전도성이 향상된다. 또한, 열전도성 시트(10)의 면방향을 따르면서, 또한 적층 방향 x에 직교하는 방향의 열전도성도 향상된다.

또한, 인편면의 법선 방향이 적층 방향 x를 향한다는 것은 적층 방향 x에 대하여 법선 방향이 이루는 각도가 30° 미만의 탄소 섬유 분말의 수의 비율이 50%를 초과하는 상태에 있는 것을 뜻하고, 당해 비율은, 바람직하게는 80%를 초과한다.

또한, 이방성 충전재(14)는, 인편상 재료인 경우에는, 후술하는 제조방법에서 서술하는 바와 같이, 전단력을 부여하면서 시트상으로 성형함으로써, 인편면의 법선 방향이 적층 방향 x를 향하게 된다.

<비이방성 충전재>

비이방성 충전재(15)는, 이방성 충전재(14)와는 별도로 열전도성 시트(10)에 함유되는 열전도성 충전재이며, 이방성 충전재(14)와 함께 열전도성 시트(10)에 열전도성을 부여하는 재료이다. 본 실시형태에서는, 비이방성 충전재(15)가 함유됨으로써, 배향한 이방성 충전재(14)의 사이의 간극에 충전재가 개재하여, 열전도율이 높은 열전도성 시트(10)가 얻어진다.

비이방성 충전재(15)는, 형상에 이방성을 실질적으로 가지지 않는 충전재이며, 후술하는 전단력 작용 하 등, 이방성 충전재(14)가 소정의 방향으로 배향하는 환경하에 있어서도, 그 소정의 방향으로 배향하지 않는 충전재이다.

비이방성 충전재(15)는, 그 애스펙트비가 2 이하이며, 1.5 이하인 것이 보다 바람직하다. 본 실시형태에서는, 이처럼 애스펙트비가 낮은 비이방성 충전재(15)가 함유됨으로써, 이방성 충전재(14)의 간극에 열전도성을 가지는 충전재가 적절하게 개재되어, 열전도율이 높은 열전도성 시트(10)가 얻어진다. 또한, 애스펙트비를 2 이하로 함으로써, 후술하는 액상 조성물의 점도가 상승하는 것을 방지하고, 고충전으로 하는 것이 가능하게 된다.

비이방성 충전재(15)는, 도전성을 가져도 되지만, 절연성을 가지는 것이 바람직하고, 열전도성 시트(10)에 있어서는, 이방성 충전재(14) 및 비이방성 충전재(15)의 양방이 절연성을 가지는 것이 바람직하다. 이처럼, 이방성 충전재(14) 및 비이방성 충전재(15)의 양방이 절연성이면, 열전도성 시트(10)의 두께 방향 z의 절연성을 한층 더 높이기 쉬워진다.

비이방성 충전재(15)의 구체예는, 예를 들면, 금속, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 수산화물, 탄소 재료, 금속 이외의 산화물, 질화물, 탄화물 등을 들 수 있다. 또한, 비이방성 충전재(14)의 형상은, 구상(球狀), 부정형(不定形)의 분말 등을 들 수 있다.

비이방성 충전재(15)에 있어서, 금속으로서는, 알루미늄, 구리, 니켈 등, 금속 산화물로서는, 알루미나로 대표되는 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연 등, 금속 질화물로서는 질화알루미늄 등을 예시할 수 있다. 금속 수산화물로서는, 수산화알루미늄을 들 수 있다. 추가로, 탄소 재료로서는 구상 흑연 등을 들 수 있다. 금속 이외의 산화물, 질화물, 탄화물로서는, 석영, 질화 붕소, 탄화 규소 등을 들 수 있다.

이들 중에서도, 산화알루미늄이나 알루미늄은, 열전도율이 높으며, 구상인 것이 입수하기 쉬운 점에서 바람직하고, 수산화알루미늄은 입수하기 쉬우며 열전도성 시트의 난연성을 높일 수 있는 점에서 바람직하다.

절연성을 가지는 비이방성 충전재(15)로서는, 상기한 중에서도, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 수산화물, 금속 탄화물을 들 수 있지만, 특히 산화알루미늄, 수산화알루미늄이 바람직하다.

비이방성 충전재(15)는, 상기한 것을 1종 단독으로 사용하여도 되고, 2종 이상을 병용하여도 된다.

비이방성 충전재(15)의 평균 입경은 0.1~50㎛인 것이 바람직하고, 0.5~35㎛인 것이 보다 바람직하다. 또한, 1~15㎛인 것이 특히 바람직하다. 평균 입경을 50㎛ 이하로 함으로써, 이방성 충전재(14)의 배향을 어지럽히는 등의 문제가 발생하기 어려워진다. 또한, 평균 입경을 0.1㎛ 이상으로 함으로써, 비이방성 충전재(15)의 비표면적이 필요 이상으로 커지지 않고, 다량으로 배합하여도 액상 조성물의 점도는 상승하기 어려우며, 비이방성 충전재(15)를 고충전하기 쉬워진다.

또한, 비이방성 충전재(15)의 평균 입경은, 전자현미경 등으로 관찰하여 측정할 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 이방성 충전재에 있어서의 측정과 마찬가지로 전자현미경이나 광학현미경, X선 CT 장치를 이용하고, 임의의 비이방성 충전재 50개의 입경을 측정하여, 그 평균값(상가 평균값)을 평균 입경으로 할 수 있다.

열전도성 시트(10)에 있어서의 비이방성 충전재(15)의 함유량은, 실리콘 수지 100질량부에 대하여, 50~1500질량부의 범위인 것이 바람직하고, 200~800질량부의 범위인 것이 보다 바람직하다. 50질량부 이상으로 함으로써, 이방성 충전재(14)끼리의 간극에 개재하는 비이방성 충전재(15)의 양이 일정량 이상이 되고, 열전도성이 양호해진다. 한편, 1500질량부 이하로 함으로써, 함유량에 따른 열전도성을 높이는 효과를 얻을 수 있고, 또한, 비이방성 충전재(15)에 의해 이방성 충전재(14)에 의한 열전도를 저해하거나 할 일도 없다. 또한, 200~800질량부의 범위 내로 함으로써, 열전도성 시트(10)의 열전도성이 우수하고, 액상 조성물의 점도도 적절하게 된다.

또한, 비이방성 충전재(15)의 함유량은, 체적%로 나타내면, 열전도성 시트 전량에 대하여, 10~75체적%가 바람직하고, 30~60체적%가 보다 바람직하다.

또한, 본 실시형태에 있어서 각 단위층(13)은, 실질적으로 동일한 조성을 가진다. 따라서, 각 단위층에 있어서의 이방성 충전재, 비이방성 충전재, 및 실리콘 수지의 함유량은, 열전도성 시트에 있어서의 함유량과 마찬가지이며, 각 단위층에 있어서의 이방성 충전재, 비이방성 충전재 및 실리콘 수지의 함유량도, 상기에서 서술한 바와 같이 된다.

(첨가 성분)

열전도성 시트(10)에 있어서, 실리콘 수지(11)에는, 추가로 열전도성 시트(10)로서의 기능을 손상하지 않는 범위에서 다양한 첨가제를 배합시켜도 된다. 첨가제로서는, 예를 들면, 분산제, 커플링제, 점착제, 난연제, 산화방지제, 착색제, 침강 방지제 등에서 선택되는 적어도 1종 이상을 들 수 있다. 또한, 상기한 바와 같이 경화성 실리콘 조성물을 경화시킬 경우에는, 첨가제로서 경화를 촉진시키는 경화 촉매 등이 배합되어도 된다. 경화 촉매로서는, 백금계 촉매를 들 수 있다. 추가로, 실리콘 수지(11)에는, 본 발명의 효과가 손상되지 않는 범위 내에서, 첨가 성분으로서 실리콘 수지 이외의 수지 성분이 혼합되어도 된다.

(열전도성 시트)

열전도성 시트(10)의 두께 방향 z의 열전도율은, 예를 들면 5W/(m·K) 이상이며, 7W/(m·K) 이상으로 하는 것이 바람직하고, 9W/(m·K) 이상이 보다 바람직하다. 이들 하한값 이상으로 함으로써, 열전도성 시트(10)의 두께 방향 z에 있어서의 열전도성을 우수한 것으로 할 수 있다. 상한은 특별히 없지만, 열전도성 시트(10)의 두께 방향 z의 열전도율은, 예를 들면 50W/(m·K) 이하이다. 또한, 열전도율은 ASTM D5470-06에 준거한 방법으로 측정하는 것으로 한다.

열전도성 시트(10)의 타입 OO경도는, 예를 들면 62 이하이다. 열전도성 시트(10)는, 타입 OO경도가 62 이하가 됨으로써, 유연성이 담보되고, 예를 들면, 발열체와 방열체 등에 대한 추종성이 양호하게 되고, 방열성이 양호하게 되기 쉽다. 또한, 유연성을 향상시키고, 추종성 등을 우수한 것으로 하는 관점에서, 열전도성 시트(10)의 타입 OO경도는, 바람직하게는 50 이하, 보다 바람직하게는 45 이하이다.

또한, 열전도성 시트(10)의 타입 OO경도는, 특별하게 한정되지 않지만, 예를 들면 15 이상, 바람직하게는 18 이상, 보다 바람직하게는 25 이상이다.

본 실시형태에서는, 열전도 시트(10)의 양면(10A,10B)에 있어서, 이방성 충전재(14)가 노출된다. 또한, 노출한 이방성 충전재(14)는, 양면(10A,10B) 각각으로부터 돌출하고 있어도 된다. 열전도성 시트(10)는, 양면(10A,10B)에 이방성 충전재(14)가 노출됨으로써, 양면(10A,10B)이 비(非)점착면이 된다. 또한, 열전도성 시트(10)는, 후술하는 칼날에 의한 절단에 의해, 양면(10A,10B)이 절단면이 되므로, 양면(10A,10B)에 있어서 이방성 충전재(14)가 노출된다.

단, 양면(10A,10B) 중 어느 일방 또는 양방은, 이방성 충전재(14)가 노출되지 않고 점착면이 되어도 된다.

열전도성 시트(10)의 두께는, 열전도성 시트(10)가 탑재되는 전자기기의 형상이나 용도에 따라, 적절히 변경된다. 열전도성 시트(10)의 두께는, 특별하게 한정되지 않지만, 예를 들면 0.1~5㎜의 범위에서 사용되면 된다.

또한, 각 단위층(13)의 두께는, 특별하게 한정되지 않지만, 0.1~2.0㎜가 바람직하고, 0.3~0.8㎜가 보다 바람직하다. 또한, 단위층(13)의 두께는, 단층(13)의 적층 방향 x를 따르는 단위층(13)의 길이이다.

열전도성 시트(10)는, 전자기기 내부 등에 있어서 사용된다. 구체적으로는, 열전도성 시트(10)는, 발열체와 방열체의 사이에 개재시켜져, 발열체에서 발한 열을 열전도하여 방열체로 이동시키고, 방열체로부터 방열시킨다. 여기에서, 발열체로서는, 전자기기 내부에서 사용되는 CPU, 파워앰프, 전원 등의 각종의 전자부품을 들 수 있다. 또한, 방열체는, 히트싱크, 히트펌프, 전자기기의 금속 박스체 등을 들 수 있다. 열전도성 시트(10)는, 양면(10A,10B) 각각이, 발열체 및 방열체 각각에 밀착하고, 또한 압축되어 사용된다.

<열전도성 시트의 제조방법>

다음으로, 상기한 제 1 실시형태와 관련되는 열전도성 시트의 제조방법의 일례에 대하여 도 2를 참조하면서 설명한다. 본 제조방법은, 각각이 실리콘 수지와, 열전도성 충전재를 포함하는, 복수의 1차 시트를 준비하는 1차 시트 준비 공정과, 1차 시트에 VUV를 조사하는 VUV 조사 공정과, VUV를 조사한 1차 시트를 적층하여 적층 블록을 얻는 적층 공정과, 적층 블록을 절단하여 열전도성 시트를 얻는 절단 공정을 구비한다. 이하, 각 공정에 대하여 상세하게 설명한다.

(1차 시트 준비 공정)

1차 시트 준비 공정에서는, 우선, 실리콘 수지의 원료인 경화성 실리콘 조성물과, 열전도성 충전재(즉, 이방성 충전재(14), 비이방성 충전재(15))를 혼합하여 액상 조성물을 조제한다. 액상 조성물은, 통상 슬러리로 이루어진다. 액상 조성물에는 필요에 따라 적절히 첨가 성분이 추가로 혼합되어도 된다. 여기에서, 액상 조성물을 구성하는 각 성분의 혼합은, 예를 들면 공지의 니더, 혼련 롤, 믹서 등을 사용하면 된다.

액상 조성물의 점도는, 시트 성형의 수단 및 소망되는 시트의 두께에 따라 결정할 수 있다. 액상 조성물을 기재(基材)에 도공함으로써 시트 성형을 행할 경우, 액상 조성물의 점도는 50~10000Pa·s인 것이 바람직하다. 점도를 50Pa·s 이상으로 함으로써, 전단력을 부여함으로써, 이방성 충전재를 1차 시트의 면방향으로 배향하기 쉬워진다. 또한, 10000Pa·s 이하로 함으로써 도공성이 양호해진다.

또한, 점도란, 회전점도계(브룩필드 점도계 DV-E, 스핀들 SC4-14)를 이용하여, 회전 속도 1rpm으로 측정된 점도이며, 측정 온도는 액상 조성물의 도공 시의 온도이다.

경화성 실리콘 조성물은, 통상, 액체가 되는 것이며, 경화성 실리콘 조성물을 구성하는 각 성분(알케닐기 함유 오르가노폴리실록산, 오르가노하이드로젠폴리실록산 등)의 분자량 등을 적절히 조정함으로써, 상기 점도로 하면 된다. 또한, 액상 조성물에는, 상기 점도로 조제하기 위하여 필요에 따라 유기 용제가 배합되어도 되지만, 유기 용제는 배합되지 않는 쪽이 바람직하다.

다음으로, 액상 조성물을, 전단력을 부여하면서 시트상으로 성형함으로써, 이방성 충전재(14)를 시트면과 평행한 방향(즉, 면방향)으로 배향시킨다. 여기에서, 액상 조성물은, 예를 들면, 바 코터 또는 독터 블레이드 등의 도포용 애플리케이터, 혹은, 압출 성형이나 노즐로부터의 토출 등에 의해, 기재 필름 상에 도공하면 되고, 이러한 방법에 의해, 액상 조성물의 도공 방향을 따른 전단력을 부여할 수 있다. 이 전단력을 받아, 액상 조성물 중의 이방성 충전재(14)는 도공 방향으로 배향된다.

다음으로, 시트상으로 성형된 액상 조성물을 경화시켜, 1차 시트를 얻는다. 1차 시트에서는, 상기한 바와 같이, 면방향을 따라 이방성 충전재가 배향된다. 액상 조성물의 경화는, 액상 조성물에 포함되는 경화성 실리콘 조성물을 경화함으로써 행한다. 액상 조성물의 경화는, 가열에 의해 행하면 되지만, 예를 들면, 50~150℃ 정도의 온도로 행하면 된다. 또한, 가열 시간은, 예를 들면 10분~3시간 정도이다.

또한, 액상 조성물에 용제가 배합되는 경우에는, 용제는 경화 시의 가열에 의해 휘발시키면 된다.

경화에 의해 얻어진 1차 시트의 두께는, 0.1~2.0㎜의 범위인 것이 바람직하다. 1차 시트의 두께를 상기 범위 내로 함으로써, 이방성 충전재(14)를 전단력에 의해서 면 방향으로 적절하게 배향할 수 있게 된다. 또한, 1차 시트의 두께를 0.1㎜ 이상으로 함으로써, 기재 필름으로부터 용이하게 박리할 수 있다. 추가로, 1차 시트의 두께를 2.0㎜ 이하로 함으로써, 1차 시트가 자중(自重)에 의해 변형되거나 하는 것을 방지한다. 이들 관점에서 1차 시트의 두께는, 보다 바람직하게는 0.3~0.8㎜이다.

1차 시트의 타입 OO경도는, 6 이상인 것이 바람직하다. 6 이상으로 함으로써, 1차 시트를 적층할 때에 가압하여도 1차 시트가 그다지 넓어지지 않아, 충분한 두께를 가지는 적층 블록을 제조할 수 있다. 그러한 관점에서, 1차 시트의 타입 OO경도는, 10 이상이 보다 바람직하고, 15 이상이 더욱 바람직하다.

또한, 얻어지는 열전도성 시트의 유연성을 확보하는 관점에서, 1차 시트의 타입 OO경도는, 55 이하가 바람직하고, 50 이하가 보다 바람직하고, 40 이하가 더욱 바람직하다.

(VUV 조사 공정)

다음으로, 경화된 1차 시트 중 적어도 일방의 면에 대하여, VUV 조사를 행한다. VUV란, 진공 자외선이며, 파장이 10~200㎚의 자외선을 의미한다. VUV의 광원으로서는, 엑시머 Xe 램프, 엑시머 ArF 램프 등을 들 수 있다.

경화된 1차 시트는, 상기한 바와 같이 실리콘 수지(오르가노폴리실록산)를 포함하는 것이며, VUV를 조사하면, VUV가 조사된 면은 활성화된다. 1차 시트는, 후술하는 바와 같이, 그 활성화된 일방의 면이 겹친 면이 되도록, 다른 1차 시트와 겹침으로써, 1차 시트 사이가 강고하게 접착되게 된다.

그 원리는 확실한 것은 아니지만, 실리콘 수지는, VUV가 조사되면, 오르가노폴리실록산의 C-Si 결합이, Si-OH 등의 Si-O 결합으로 변화되고, 그 Si-O 결합에 의해, 1차 시트 사이가 강고하게 접착되는 것이라고 추정된다. 즉, 1차 시트와 1차 시트(단위층(13,13))는, 오르가노폴리실록산의 분자 사에에서 결합이 생김으로써 접착된다.

VUV 조사 조건은, 1차 시트의 표면을 활성화할 수 있는 조건이면 특별하게 한정되지 않지만, 예를 들면 적산광량이 5~100mJ/㎠, 바람직하게는 적산광량이 10~50mJ/㎠이 되도록 VUV를 조사하면 된다.

(적층 공정)

다음으로, 복수의 1차 시트(21)를, 도 2(a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 이방성 충전재(14)의 배향 방향이 같아지도록 적층한다. 여기에서, 각 1차 시트(21)는, 상기한 바와 같이, 서로 접촉하는 겹친 면 중 어느 일방의 면이, 미리 VUV 조사되어 있으면 된다. 일방의 면이 VUV 조사되어 있음으로써, 그 활성화된 일방의 면에 의해 인접하는 1차 시트(21,21)끼리가 접착된다. 또한, 접착성을 보다 향상시키는 관점에서, 겹친 면의 양방이 VUV 조사되어 있는 것이 바람직하다.

즉, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 1차 시트(21)는, VUV 조사된 일방의 면(21A)을, 다른 1차 시트(21)에 접촉하도록 겹치면 되지만, 이 때, 일방의 면(21A)에 접촉하는, 다른 1차 시트(21)의 타방의 면(21B)도 VUV 조사되는 것이 바람직하다.

1차 시트(21)는, 상기한 바와 같이 겹치는 것만으로 접착 가능하지만, 보다 강고하게 접착시키기 위해서, 1차 시트(21)의 적층 방향 x로 가압하여도 된다. 가압은, 1차 시트(21)가 크게 변형되지 않는 정도의 압력으로 행하면 되며, 예를 들면 롤러나 프레스를 이용하여 가압할 수 있다. 일례로서, 롤러를 이용할 때에는, 압력을 0.3~3kgf/50㎜로 하는 것이 바람직하다.

적층된 1차 시트(21)는, 예를 들면 가압 시 등에서 적절히 가열되어도 되지만, VUV 조사에 의해 활성화된 1차 시트(21)는, 가열하지 않아도 접착할 수 있으므로, 적층된 1차 시트(21)는, 가열하지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 프레스 시의 온도는, 예를 들면 0~50℃, 바람직하게는 10~40℃ 정도이다.

(절단 공정)

다음으로, 도 2(c)에 나타내는 바와 같이, 칼날(18)에 의해, 적층 블록(22)을 1차 시트(21)의 적층 방향 x를 따라 절단하여, 열전도성 시트(10)를 얻는다. 이 때, 적층 블록(22)은, 이방성 충전재(14)의 배향 방향과 직교하는 방향으로 절단하면 된다. 칼날(18)로서는, 예를 들면, 면도칼이나 커터 나이프 등의 양날칼이나 편날칼, 둥근 칼날, 와이어 칼날, 톱 칼날 등을 이용할 수 있다. 적층 블록(22)은, 칼날(18)을 이용하고, 예를 들면, 눌러 자름, 전단, 회전, 슬라이딩 등의 방법에 의해 절단된다.

또한, 이상의 제조방법에서는, 실리콘 수지의 원료로서, 가열함으로써 경화되는 경화성 실리콘 조성물을 사용한 예를 설명하였지만, 실리콘 수지의 원료는 경화성을 가지는 것에 한정되지 않고, 경화성을 가지지 않는 것을 사용하여도 된다. 그러한 경우에는, 액상 조성물은, 실리콘 수지, 열전도성 충전재, 및 그 외 필요에 따라 배합되는 첨가 성분의 혼합물을 유기 용제로 희석한 것을 사용하면 된다. 유기 용제로 희석된 액상 조성물은, 시트상으로 성형하고, 건조함으로써 1차 시트로서, 그 건조에 의해 얻어진 1차 시트에 대하여, VUV 조사를 행하면 된다.

[제 2 실시형태]

다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태의 열전도성 시트에 대해서, 도 3을 이용하여 설명한다.

제 1 실시형태에 있어서 열전도성 시트(10)는, 열전도성 충전재로서, 이방성 충전재(14)에 추가하여, 비이방성 충전재(15)를 함유하고 있었지만, 본 실시형태의 열전도성 시트(30)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 비이방성 충전재를 함유하지 않는다. 즉, 제 2 실시형태의 열전도성 시트의 각 단위층(33)에는, 시트(30)의 두께 방향으로 배향되는 이방성 충전재(34)가 함유되지만, 비이방성 충전재는 함유되지 않는다.

제 2 실시형태의 열전도성 시트(30)의 그 외의 구성은, 비이방성 충전재가 함유되지 않는 점 이외에는, 상기한 제 1 실시형태의 열전도성 시트(10)와 마찬가지이므로, 그 설명은 생략한다.

본 실시형태에 있어서도, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 열전도성 시트(30)는, 0.276㎫로 압축하였을 때의 압축률이 20~65%가 되는 것이며, 유연성이 양호하여, 전자기기 내부 등에 있어서, 압축하여 사용할 수 있다. 또한, 단위층(33)을 적층할 때의 압력으로 각 단위층(33)이 거의 넓어지지 않아, 열전도성 시트(30)를 적절하게 제조할 수 있다.

또한, 인접하는 단위층(33)은, 접착면이 VUV 조사에 의해 활성화된 다음 접착됨으로써, 강고하게 접착되는 것과 함께, 유연성이 손상되지 않아 상기한 압축률을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 열전도성 시트는, 상기 제 1 및 제 2 실시형태의 구성에 한정되지 않고, 다양한 양태를 가지는 것이 가능하다. 예를 들면, 제 1 실시형태에 있어서 열전도성 시트는, 열전도성 충전재로서, 이방성 충전재 및 비이방성 충전재의 양방을 함유하고 있었지만, 열전도성 시트는, 이방성 충전재를 함유하지 않고, 비이방성 충전재만을 함유하여도 된다.

또한, 이방성 충전재를 함유하지 않는 경우에는, 1차 시트를 성형할 때, 이방성 충전재를 배향시키기 위하여 전단력을 부여할 필요는 없고, 액상 조성물을 시트상으로 성형할 수 있는 방법이면 어떠한 방법으로 1차 시트를 성형하여도 된다.

이상의 설명에서는, 열전도성 시트에 있어서의 각 단위층은, 모두 실질적으로 동일한 조성을 가지는 양태에 대하여 설명하였지만, 각 단위층의 조성은 서로 달라도 된다.

예를 들면, 이상의 설명에서는, 열전도성 시트에 있어서의 단위층은, 모두, 열전도성 충전재를 함유하고 있었지만, 적어도 하나의 단위층이 열전도성 충전재를 함유하고, 그 외의 단위층이 열전도성 충전재를 함유하고 있지 않아도 된다. 그러한 경우, 일부의 단위층이 열전도성 충전재를 함유하고 있지 않은 점을 제외하고, 열전도성 충전재, 실리콘 수지, 열전도성 시트 등의 각종 구성은, 상기 제 1 및 제 2 실시형태에서 설명한 바와 같으므로, 그 설명은 생략한다. 또한, 제조방법에서는, 복수의 1차 시트 중, 적어도 1개의 1차 시트가 열전도성 충전재를 포함하고, 다른 1차 시트는 열전도성 충전재를 함유하지 않아도 된다.

또한, 예를 들면, 제 1 실시형태에서는, 어느 것의 단위층도, 이방성 충전재와, 비이방성 충전재의 양방을 함유하고 있지만, 일부의 단위층이 이방성 충전재와 비이방성 충전재의 양방을 함유하고, 일부의 단위층이 이방성 충전재 및 비이방성 충전재 중 어느 일방을 함유하여도 된다.

또한, 예를 들면, 일부의 단위층이 이방성 충전재만을 가지고, 일부의 단위층이 비이방성 충전재(15)만을 가져도 된다.

또한, 각 단위층은, 열전도성 충전재의 함유량이 서로 동일할 필요는 없고, 일부의 단위층에 있어서의 열전도성 충전재의 함유량을, 다른 단위층에 있어서의 열전도성 충전재의 함유량과 다르게 하여도 된다. 또한, 일부의 단위층에 있어서의 열전도성 충전재의 종류를, 다른 단위층에 있어서의 열전도성 충전재의 종류와 다르게 하여도 된다.

이상과 같이, 각 단위층에 있어서, 열전도성 충전재의 함유량의 유무, 함유량, 종류 등을 적절히 조정함으로써, 일부의 단위층의 열전도율이, 다른 단위층의 열전도율보다 높아지도록 하여도 된다. 이러한 경우, 열전도율이 높은 단위층과, 열전도율이 낮은 단위층은, 번갈아 나란히 놓아도 되지만, 번갈아 나란히 놓을 필요도 없다.

마찬가지로, 일부의 단위층의 도전율이, 다른 단위층의 도전율보다 낮아지도록 하여도 된다. 이러한 경우에도, 도전율이 높은 단위층과, 도전율이 낮은 단위층은, 번갈아 나란히 놓아도 되지만, 번갈아 나란히 놓을 필요도 없다. 단위층의 일부의 도전율을 다른 단위층보다 낮게 함으로써, 도전율이 낮은 일부의 단위층에 의해, 적층 방향 x(도 1 참조)를 따르는 도전을 방해할 수 있다. 그 때문에, 열전도성 시트 전체에서도, 적층 방향 x에 있어서의 도전율이 낮아져, 절연성을 확보하기 쉬워진다. 또한, 절연성을 보다 확보하기 쉽게 하기 위해서는, 도전율이 낮은 단위층에는, 열전도성 충전재를 함유시키지 않는 것이 바람직하다.

또한, 복수의 단위층 중 일부를 열전도성을 가지는 단위층으로 하고, 다른 일부를 광 투과성을 가지는 단위층으로 하여도 된다. 열전도성을 가지는 단위층은, 상기한 바와 같이 열전도성 충전재, 바람직하게는 이방성 충전재와 비이방성 충전재의 양방을 함유하는 층이다. 한편, 광 투과성을 가지는 단위층은, 예를 들면, 열전도성 충전재를 함유하지 않는 층으로 하면 된다. 이러한 구성에 의하면, 열전도성 시트 전체에서도, 두께 방향을 따라 일정한 열전도성과 광 투과성을 가지게 된다. 열전도성을 가지는 단위층과, 광 투과성을 가지는 단위층은 번갈아 나란히 놓아도 되지만, 번갈아 나란히 놓을 필요도 없다.

물론, 도전성 충전재 이외의 구성을, 단위층마다로 변경하여도 된다. 예를 들면, 일부의 단위층의 실리콘 수지의 종류를, 다른 단위층의 실리콘 수지의 종류로 변경하여도 된다. 또한, 일부의 단위층에 있어서의 첨가 성분의 함유의 유무, 첨가 성분의 종류, 양 등을, 다른 단위층과 다르게 하여도 된다.

예를 들면, 일부의 단위층의 실리콘 수지의 종류 또는 양, 열전도성 충전재의 종류 또는 양 중 적어도 일부를, 다른 단위층과 다르게 함으로써, 일부의 단위층의 경도(타입 OO경도)를 다른 단위층의 경도와 다르게 하여도 된다.

[실시예]

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들의 예에 의해 조금도 한정되는 것은 아니다.

본 실시예에서는, 이하의 방법에 의해 열전도성 시트의 물성을 평가하였다.

[압축률]

열전도성 시트를, 10㎜×10㎜의 사이즈로 컷트하고, 0.276㎫(=40psi)로 압축하였을 때의 압축률을 측정하였다. 구체적으로는 10㎜×10㎜의 크기로 표면이 평탄한 대좌(臺座)와, 평행하게 가압하는 가압자의 사이에 시험편을 끼우고, 0.276㎫로 시험편을 압축하였을 때의 두께 T2를 측정하고, 초기 두께 T1에 대한 압축률(T1-T2)/T1을 산출하였다.

[경도]

열전도성 시트 및 1차 시트의 타입 OO경도는, ASTM D2240-05의 규정에 따라서, 측정하였다. 또한, 타입 OO경도는, 시험편이 10㎜가 되도록 조정하고, 시험편의 양면의 경도를 측정하여 그 평균값을 산출하였다. 단, 두께가 10㎜ 미만인 경우에는, 복수매의 시트를 겹쳐서, 시험편의 두께가 10㎜,또는 10㎜보다 크면서 또한 10㎜에 가장 가까운 두께가 되도록 조정하였다.

[열전도율]

열전도성 시트의 열전도율은 ASTM D5470-06에 준거한 방법으로 측정하였다.

[실시예 1]

경화성 실리콘 조성물로서, 알케닐기 함유 오르가노폴리실록산(주제)과 하이드로젠오르가노폴리실록산(경화제)(합계로 100질량부, 체적 충전율 40체적%)과, 이방성 충전재로서 흑연화 탄소 섬유(평균 섬유 길이 100㎛, 애스펙트비 10, 열전도율 500W/m·K) 120질량부(체적 충전율 30체적%)와, 비이방성 충전재로서 산화알루미늄 분말(구상, 평균 입경 3㎛, 애스펙트비 1.0) 500질량부(체적 충전율 30체적%)를 혼합하여, 슬러리상의 액상 조성물을 얻었다. 액상 조성물의 25℃에 있어서의 점도는 90Pa·s였다.

액상 조성물을, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)제의 기재 필름 상에, 25℃에서 도포용 애플리케이터로서 바 코터를 이용하여 일방향으로 도포하였다. 이방성 충전재는, 도포 방향으로 장축이 향하고, 도포면의 법선 방향으로 단축이 향하고 있었다. 다음으로, 도포한 액상 조성물을, 120℃에서 0.5시간 가열함으로써, 액상 조성물을 경화시킴으로써, 두께 500㎛의 1차 시트를 얻었다.

얻어진 1차 시트 각각의 양면에 대하여, VUV 조사 장치(상품명 엑시머 MINI, 하마마쓰호트닉스사제)를 이용하고, 실온(25℃), 대기중에서 1차 시트의 표면에 적산광량 20mJ/㎠의 조건으로 VUV를 조사하였다. 다음으로, VUV를 조사한 1차 시트를, 100매 적층하고, 25℃의 환경하, 롤러에 의해 1.6kgf/50㎜의 압력으로 가압하여, 적층 블록을 얻었다. 얻어진 적층 블록을 커터 칼날에 의해, 적층 방향으로 평행이면서, 또한 이방성 충전재의 배향 방향으로 수직으로 슬라이스하여, 각 단위층의 두께가 500㎛, 두께 2㎜인 열전도성 시트를 얻었다.

(실시예 2~5)

1차 시트의 경화 후의 경도가 표 1의 기재된 바와 같이 되도록, 주제와 경화제의 배합비를 변경한 점을 제외하고 실시예 1과 마찬가지로 실시하였다. 각 실시예 2~5에 있어서 액상 조성물의 25℃에 있어서의 점도는, 90Pa·s였다. 얻어진 열전도성 시트는 두께가 2㎜이며, 각 단위층의 두께는 500㎛였다.

(실시예 6)

이방성 충전재를 질화 붕소(비(非)응집 인편상 재료, 평균 입경 40㎛, 애스펙트비 4~8, 열전도율 100W/m·K)로 변경하고, 추가로 첨가부 수를 180질량부로 변경한 점을 제외하고 실시예 1과 마찬가지로 실시하였다. 얻어진 열전도성 시트는 두께가 2㎜이며, 각 단위층의 두께는 500㎛였다. 이방성 충전재의 충전율이 26체적%, 비이방성 충전재의 충전율이 41체적%이며, 실리콘 수지의 충전율이 33체적%였다. 또한, 이방성 충전재는, 인편면의 법선 방향이 적층 방향을 향하고 있었다.

(실시예 7)

이방성 충전재를 인편상 탄소 분말(평균 입경 130㎛, 애스펙트비 4~8, 열전도율 400W/m·K)로 변경한 점을 제외하고 실시예 1과 마찬가지로 실시하였다. 얻어진 열전도성 시트는 두께가 2㎜이며, 각 단위층의 두께는 500㎛였다. 이방성 충전재의 충전율이 19체적%, 비이방성 충전재의 충전율이 45체적%, 실리콘 수지의 충전율이 36체적%였다. 또한, 이방성 충전재는, 인편면의 법선 방향이 적층 방향을 향하고 있었다.

(비교예 1)

실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해 1차 시트를 제조하였다. 얻어진 1차 시트에 VUV를 조사하지 않고, 그 대신에, 1차 시트의 일방의 면 상에 접착제(「XY 프라이머」, 도레이다우사제)를 바르고, 그 접착제를 개재하여 다른 1차 시트를 겹치고, 그 조작을 반복함으로써, 1차 시트를 100매 적층하여, 적층 블록을 얻었다. 그 후, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해, 두께 2㎜인 열전도성 시트를 얻었다. 각 단위층의 두께는 500㎛였다.

(비교예 2)

경화성 실리콘 조성물의 경화 조건을 70℃에서 15분으로 변경하였을 때에 경도가 OO25가 되도록, 주제와 경화제의 배합비를 변경하고, 70℃에서 15분 경화하여 1차 시트를 제조한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 1차 시트를 제조하였다. 1차 시트는, 완전 경화되어 있지 않고, 반경화 상태였다.

얻어진 1차 시트에 VUV를 조사하지 않고, 100매 적층하고, 그 적층체를 25℃의 환경하, 롤러에 의해 1.6kgf/50㎜의 압력으로 가압하고, 그 후에 추가로 120℃로 1시간 가열함으로써, 적층체를 전(全)경화시켜서 적층 블록을 얻었다. 그 후, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해, 두께 2㎜인 열전도성 시트를 얻었다. 각 단위층의 두께는 50㎛였다. 또한, 완전 경화 후의 경도는 OO79가 되었다.

(비교예 3)

1차 시트에 대하여, VUV를 조사하지 않은 점을 제외하고 실시예 1과 마찬가지로 실시하였다.

(비교예 4)

실시예 2와 마찬가지의 방법에 의해 1차 시트를 제조하였다. 얻어진 1차 시트에 VUV를 조사하지 않고, 그 대신에, 1차 시트의 일방의 면 상에 접착제를 바르고, 그 접착제(「XY 프라이머」, 도레이다우사제)를 개재하여 다른 1차 시트를 겹치고, 그 조작을 반복함으로써, 1차 시트를 100매 적층하여, 적층 블록을 얻었다. 그 후, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해, 두께 2㎜인 열전도성 시트를 얻었다. 각 단위층의 두께는 500㎛였다.

(비교예 5)

실시예 1과 같은 경화성 실리콘 조성물을 사용한 점을 제외하고, 비교예 2와 마찬가지의 방법으로 1차 시트를 제조하였다. 즉, 비교예 5에서는 실시예 1과 같은 경화성 실리콘 조성물을 70℃에서 15분 가열하여 반경화 상태를 제조하였다.

얻어진 1차 시트에 VUV를 조사하지 않고, 100매 적층하고, 그 적층체를 25℃의 환경하, 롤러에 의해 1.6kgf/50㎜의 압력으로 가압하고, 그 후에 추가로 120℃로 1시간 가열함으로써, 적층체를 전경화시켰다. 그런데, 이 때 가압 전에 25㎜였던 적층체는, 가압에 의해 찌부러져버려, 소정의 적층 블록을 얻을 수 없었다.

(비교예 6)

경화성 실리콘 조성물의 경화 조건을 70℃에서 15분으로 변경하였을 때에 경도가 OO8이 되도록, 주제와 경화제의 배합비를 변경하고, 70℃에서 15분 경화하여 1차 시트를 제조한 것 이외에는, 실시예 2와 마찬가지의 방법으로 1차 시트를 제조하였다. 1차 시트는, 완전 경화되어 있지 않고, 반경화 상태였다.

얻어진 1차 시트에 VUV를 조사하지 않고, 100매 적층하고, 그 적층체를 25℃의 환경하, 롤러에 의해 1.6kgf/50㎜의 압력으로 가압하고, 그 후에 추가로 120℃로 1시간 가열함으로써, 적층체를 전경화시켜서 적층 블록을 얻었다. 이 때 가압 전에 25㎜였던 적층체는, 가압에 의해 20㎜까지 찌부러져 있었다. 그 후, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해, 두께 2㎜인 열전도성 시트를 얻었다. 각 단위층은 완전하게 일체화되어 있어, 경계를 판별할 수 없었지만, 적층 블록의 찌부러짐양으로부터, 각 단위층의 두께는 400㎛였다.

이상의 실시예 1~7에서는, VUV 조사에 의해 단위층 사이를 접착함으로써, 실리콘 수지를 매트릭스 성분으로서 사용하며, 또한 단위층이 다수 적층되어서 구성되는 열전도성 시트에 있어서, 유연성을 높게 할 수 있었다. 또한, 실시예 2에서는, 경화제의 양이 적어, 1차 시트가 비교적 무른 것이었기 때문에, 1차 시트를 적층할 때, 가압에 의해 1차 시트가 다소 넓어졌지만, 충분한 두께를 가지는 적층 블록을 제조할 수 있었다.

그에 비하여, 비교예 1, 2, 4, 6에서는, 단위층 사이의 접착에 VUV 조사를 사용하지 않았기 때문에, 얻어진 열전도성 시트의 유연성이 부족하게 되었다. 또한, 비교예 3에서는, 1차 시트끼리를 접착시키는 처리를 행하지 않았기 때문에, 1차 시트끼리가 접착되지 않아, 적층 블록을 슬라이스할 때에 층간에서 박리가 발생하여, 열전도성 시트를 제조할 수 없었다. 비교예 5에서는, 1차 시트가 지나치게 물렀기 때문에, 1차 시트를 적층할 때, 1차 시트가 가압에 의해 넓어져, 충분한 두께를 가지는 적층 블록을 제조할 수 없었다. 한편, 비교예 6은, 실시예 2와 같은 정도의 경도의 반경화 1차 시트로부터 적층 블록을 제조할 수 있었지만, 완전 경화 후에는 유연성이 부족하였다.

10,30 열전도성 시트
10A,21A 일방의 면
10B,21B 타방의 면
11 실리콘 수지
13,33 단위층
14,34 이방성 충전재
15 비이방성 충전재
18 칼날
21 1차 시트
22 적층 블록

Claims

각각이 실리콘 수지를 포함하는 복수의 단위층을 구비하며, 또한 상기 복수의 단위층이 서로 접착하도록 적층되는 열전도성 시트에 있어서,
상기 복수의 단위층 중, 적어도 1개가 열전도성 충전재를 포함하고,
상기 복수의 단위층이 서로 접착하는 접착면에 대하여 수직방향으로부터 0.276㎫로 압축하였을 때의 압축률이 20~65%인, 열전도성 시트.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 단위층이, 시트의 면방향을 따르는 일방향을 따라 적층되는 열전도성 시트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 열전도성 충전재가, 이방성 충전재를 함유하는 열전도성 시트.
제 3 항에 있어서,
상기 열전도성 충전재가, 추가로 비이방성 충전재를 함유하는 열전도성 시트.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 이방성 충전재가, 시트의 두께 방향으로 배향되는 열전도성 시트.
제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이방성 충전재가, 섬유상 재료, 및 인편상 재료에서 선택되는 적어도 1종인 열전도성 시트.
제 6 항에 있어서,
상기 인편상 재료의 인편면의 법선 방향이, 상기 복수의 단위층의 적층 방향을 향하는 열전도성 시트.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 인접하는 단위층끼리가, 직접 고착하고 있는 열전도성 시트.
각각이 실리콘 수지를 포함하며, 또한 적어도 1개의 1차 시트가 열전도성 충전재를 포함하는, 복수의 1차 시트를 준비하는 공정과,
상기 1차 시트 중 적어도 일방의 면에 진공 자외선을 조사하는 공정과,
상기 복수의 1차 시트를, 진공 자외선이 조사된 상기 일방의 면을 다른 1차 시트에 접촉시키도록 하여 적층함으로써, 복수의 1차 시트를 접착시켜서 적층 블록을 형성하는 공정과,
상기 적층 블록을 적층 방향을 따라 시트상이 되도록 절단하여 열전도성 시트를 얻는 공정을 구비하는 열전도성 시트의 제조방법.
제 9 항에 있어서,
상기 열전도성 충전재가, 이방성 충전재를 포함하고, 상기 1차 시트에서는 그 면방향을 따라 이방성 충전재가 배향되며,
상기 적층 블록은, 상기 이방성 충전재가 배향하는 방향에 직교하는 방향으로 절단되는 열전도성 시트의 제조방법.