KR20220042142A - 열전도 시트 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
두께 방향으로의 열전도성이 우수하고, 유연성도 우수한 열전도 시트 등을 제공한다. 각각이 한쪽 주면에서 다른쪽 주면으로 연속해서 설치된 복수의 열전도부(10)와, 주면방향으로 적층된 복수의 열전도부(10)의, 인접하는 계면끼리를 접합하는 접합부(20)를 구비하고, 전체로서 시트형상을 이루는 열전도 시트(100)이며, 열전도부(10)는 공극부를 포함하고 있고, 접합부(20)는, 유연성을 갖는 수지재료를 포함하는 재료로 구성되면서 동시에 부분적으로 공극층을 형성하고 있으며, 수지재료의 일부가 열전도부(10)의 공극부에 부분적으로 침입시킨다. 상기 구성에 의해, 열전도부(10)의 공극부 및 접합부(20)의 공극층으로 열전도 시트(100)의 유연성, 가요성을 높이면서, 열전도부(10)의 공극부의 일부에 수지재료를 침입시킴으로써 열전도부(10)들 사이에 공극층을 형성하면서도 이들 열전도부(10)끼리를 접합시키는 강도를 유지하는 것이 가능해진다.
Description
본 발명은, 열전도 시트 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 전자 기기나 차량용 헤드라이트, 차량 탑재 전지 등의 발열 부재에 대한 방열(放熱)이 급선무가 되고 있다. 예를 들면 컴퓨터의 중앙연산처리장치(CPU), 화상 처리용 연산 프로세서(GPU), 스마트폰의 SoC, 내장 기기의 DSP나 마이크로 컴퓨터, 혹은 트랜지스터 등의 반도체 소자, 발광 다이오드(LED)나 일렉트로루미네센스(EL), 액정 등의 발광체와 같은 전자 부품의 소형화, 고집적화에 의해 발열량이 커지는 경향이 있다. 이들의 전자 부품의 발열에 의한 장치나 시스템의 수명 저하, 오작동이 문제가 되어 왔으며, 전자 부품의 방열 대책에 대한 요구는 해마다 높아지고 있다.
이와 같은 발열체에 대한 방열 대책으로서, 공냉 팬을 이용한 강제 냉각 외에, 금속제의 방열 핀이나 펠티어 소자((Peltier device) 등의 방열 부재가 사용되고 있다. 이러한 방열 부재는, 발열체와 열적으로 접속하는 면에 있어서, 계면에 단열층이 되는 공기층이 형성되는 것을 방지하기 위해 그리스가 도포되어 왔다. 그러나, 일반적인 그리스는 열전도성이 높지 않다. 그 때문에, 열전도율이 비교적 높은 다이아몬드를 분산시킨 다이아몬드 그리스도 이용되고 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조).
그러나, 다이아몬드 그리스는 고가이다. 또한, 다이아몬드 그리스를 이용한 경우에도 충분한 열전도성을 얻는 것이 곤란했다.
본 발명의 목적 중 하나는, 두께방향으로의 열전도성이 우수하고, 유연성도 우수한 열전도 시트 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제1 측면에 관한 열전도 시트에 의하면, 각각이 한쪽 주면(主面)에서 다른쪽 주면으로 연속해서 설치된 복수의 열전도부와, 주면방향으로 적층된 상기 복수의 열전도부의, 인접하는 계면(界面)끼리를 접합하는 접합부를 구비하고, 전체로서 시트 형상을 이루는 열전도 시트로서, 상기 열전도부는, 공극부(空隙部)를 포함하고 있고, 상기 접합부는, 유연성을 갖는 수지재료를 포함하는 재료로 구성되면서 동시에 부분적으로 공극층을 형성하고 있고, 상기 수지재료의 일부가, 상기 열전도부의 상기 공극부에 부분적으로 침입시켜질 수 있다. 상기 구성에 의해, 열전도부의 공극부 및 접합부의 공극층으로 열전도 시트의 유연성, 가요성을 높이면서, 열전도부의 공극부의 일부에 수지재료를 침입시킴으로써, 열전도부들 사이에 공극층을 형성하면서도 이들 열전도부끼리를 접합시키는 강도를 유지하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 제2 측면에 관한 열전도 시트에 의하면, 상기 구성에 더하여, 상기 열전도 시트를, 그 두께방향으로 0.2N/㎟의 면압(面壓)으로 눌렀을 때의, 상기 열전도 시트의 두께 방향에서의 열전도율을 λ0.2[W/m·K], 상기 열전도 시트를, 그 두께 방향으로 0.8N/㎟의 면압으로 눌렀을 때의, 상기 열전도 시트의 두께 방향에서의 열전도율을 λ0.8[W/m·K]로 했을 때, 1.5≤λ0.8/λ0.2≤3.5의 관계를 만족시키는 것으로 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 제3 측면에 관한 열전도 시트에 의하면, 상기 어느 것의 구성에 더하여, 상기 접합부 중에 있어서의 상기 공극층이 차지하는 비율은, 2체적%이상 30체적%이하로 할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명의 제4 측면에 관한 열전도 시트에 의하면, 상기 어느 것의 구성에 더하여, 상기 열전도부는, 인편상(鱗片狀)을 이루는 흑연, 및 수지 섬유를 포함하는 재료로 구성된 것으로 할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명의 제5 측면에 관한 열전도 시트에 의하면, 상기 어느 것의 구성에 더하여, 상기 수지 섬유는, 아라미드 섬유로 할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명의 제6 측면에 관한 열전도 시트에 의하면, 상기 어느 것의 구성에 더하여, 상기 흑연을 팽창화 흑연으로 할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명의 제7 측면에 관한 열전도 시트에 의하면, 상기 어느 것의 구성에 더하여, 상기 열전도 시트의 주면에 대하여 레이저 플래시법을 이용하여 측정되는 상기 열전도 시트의 두께 방향에 있어서의 열전도율을 10W/m·K이상 200W/m·K이하로 할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명의 제8 측면에 관한 열전도 시트에 의하면, 상기 어느 것의 구성에 더하여, 상기 열전도 시트의 면내 방향에 있어서의 상기 열전도부의 폭을, 50㎛이상 300㎛이하로 할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명의 제9 측면에 관한 열전도 시트에 의하면, 상기 어느 것의 구성에 더하여, 상기 열전도 시트의 두께를, 0.2mm이상 5mm이하로 할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명의 제10 측면에 관한 열전도 시트에 의하면, 상기 어느 것의 구성에 더하여, 상기 열전도 시트를 그 두께방향으로 0.2N/㎟의 면압으로 눌렀을 때의, 상기 열전도 시트의 두께는, 0.1㎜이상 5㎜이하로 할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명의 제11 측면에 관한 열전도 시트에 의하면, 상기 어느 것의 구성에 더하여, 상기 열전도 시트의 표면 거칠기 Ra를, 0.1㎛이상 100㎛이하로 할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명의 제12 측면에 관한 열전도 시트에 의하면, 상기 어느 것의 구성에 더하여, 상기 수지재료는, 환상 분자와, 직쇄상의 분자 구조를 갖고 상기 환상 분자를 꼬치형상으로 포접(包接)하는 제1 폴리머와, 상기 제1 폴리머의 양단 부근에 설치된 봉쇄기(封鎖基)를 갖는 폴리로탁산, 및 제2 폴리머를 포함하고, 상기 환상 분자를 통해서 상기 폴리로탁산과 상기 제2 폴리머가 결합되어 있는 것으로 할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명의 제13 측면에 관한 열전도 시트에 의하면, 상기 어느 것의 구성에 더하여, 상기 열전도 시트의 법선과 상기 열전도부의 법선이 이루는 각을, 25°이상 90°이하로 할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명의 제14 측면에 관한 열전도 시트에 의하면, 상기 어느 것의 구성에 더하여, 상기 열전도부와 접합부의 계면(界面)을, 곡면형상으로 형성할 수 있다. 상기 구성에 의해, 열전도 시트를 두께 방향으로 눌렀을 때, 열전도부와 접합부가 곡면상으로 적층됨으로써 보다 변형되기 쉬워지고, 예를 들면 발열체와 면 접촉시킬 때에 간극이 형성되지 않도록 밀착시키기 쉬워져 열전도성이 높아진다.
그리고 또한, 본 발명의 제15 측면에 관한 열전도 시트에 의하면, 상기 어느 것의 구성에 더하여, 상기 열전도 시트의 주면 방향에 있어서, 서로 적층된 상기 열전도부와 접합부는, 그 막 두께를 각각 부분적으로 다르게 할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명의 제16 측면에 관한 열전도 시트의 제조 방법에 의하면, 각각이 한쪽의 주면에서 다른 쪽의 주면으로 연속해서 설치된 복수의 열전도부를 주면 방향으로 적층한 열전도 시트의 제조 방법이며, 열전도부를 구성하는 열전도부 형성용 시트에, 미경화의 수지재료를 함침하는 공정과, 상기 미경화의 수지재료가 함침된 열전도부 형성용 시트를, 롤 형상으로 권취(卷取)하는 공정과, 상기 권취된 권취체(卷取體)의 상태로 상기 미경화의 수지재료를 경화시키는 공정과, 상기 수지재료가 경화된 권취체를, 상기 롤 형상의 축 방향에 수직, 평행 또는 경사한 평면으로 재단하는 공정을 포함할 수 있다. 이에 의해, 수지재료를 함침시킨 열전도부 형성용 시트를 롤 형상으로 권취함으로써 적층 상태를 용이하게 얻을 수 있다. 또, 권취체로 함으로써, 그 뒤의 핸들링이나 재단도 용이하게 행하기 쉬워져, 저비용으로 열전도 시트를 얻을 수 있다.
그리고 또한, 본 발명의 제16 측면에 관한 열전도 시트의 제조 방법에 의하면, 상기에 더하여, 또한, 상기 열전도부 형성용 시트에 미경화의 수지재료를 함침하는 공정에 앞서, 상기 열전도부 형성용 시트를, 롤 형상의 권취체로서 준비하는 공정을 포함할 수 있다. 이에 의해, 미리 롤 형상으로 준비된 열전도부 형성용 시트에 대하여, 수지재료를 함침 후, 다시 다른 롤에 권취함으로써, 긴 열전도부 형성용 시트를 준비하면서도, 공간 절약으로 효율적으로 수지재료를 함침시키는 것이 가능해져, 재단이 끝난 직사각형 형상의 열전도부 형성용 시트를 여러 장 준비해서 함침시키는 방법에 비해 생산 효율을 향상시킬 수 있는 이점을 얻을 수 있다.
그리고 또한, 본 발명의 제17 측면에 관한 열전도 시트의 제조 방법에 의하면, 상기 어느 것에 더하여, 상기 미경화의 수지재료를, 열경화성 수지로 할 수 있다. 이에 의해, 열경화성 수지의 수지재료를 권취체에 함침시킨 상태에서도, 가열에 의해 용이하게 경화시키는 것이 가능해져 생산 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 얻어진다.
도 1은, 본 발명의 실시형태 1에 따른 열전도 시트를 이용한 방열 장치를 나타내는 모식 단면도이고,
도 2는, 본 발명의 실시형태 1에 따른 열전도 시트를 나타내는 일부 확대도가 있는 모식 평면도이고,
도 3은, 본 발명의 실시형태 1에 따른 열전도 시트를 나타내는 일부 확대도가 있는 모식 사시도이고,
도 4는, 본 발명의 실시형태 1에 따른 열전도 시트를 나타내는 모식 측면도이고,
도 5a 및 도 5b는, 접합부를 구성하는 수지재료의 일례의 개념도이고,
도 6은, 실시형태 2에 따른 열전도 시트를 나타내는 일부 확대도가 있는 모식 사시도이고,
도 7은, 실시형태 2에 따른 열전도 시트를 나타내는 모식 측면도이고,
도 8은, 실시형태 3에 따른 열전도 시트를 나타내는 모식 평면도이고,
도 9a~도 9c는, 실시형태 1에 따른 열전도 시트의 제조 방법을 나타내는 모식 단면도이고,
도 10은, 실시형태 1에 따른 열전도 시트의 적층 공정의 다른 예를 나타내는 모식 단면도이고,
도 11은, 실시형태 1에 따른 열전도 시트의 적층 공정의 다른 예를 나타내는 모식 단면도이고,
도 12a~도 12d는, 실시형태 2에 따른 열전도 시트의 제조 방법을 나타내는 모식 단면도이고,
도 13a~도 13b는, 실시형태 2에 따른 열전도 시트의 압압(押壓) 공정 전후의 열전도 시트의 두께의 변화, 및 열전도부의 기울기의 변화를 모식적으로 나타내는 종단면도이고,
도 14a~도 14d는, 실시형태 3에 따른 열전도 시트의 제조 방법을 나타내는 모식 단면도이고,
도 15는, 실시형태 4에 따른 열전도 시트의 제조 방법을 나타내는 모식도이고,
도 16은, 도 15의 권취체의 수지재료를 경화시키는 상태를 나타내는 모식 단면도이고,
도 17은, 적층체에 대한 재단 위치를 나타내는 모식 사시도이고,
도 18은, 적층체에 대한 재단 위치의 다른 예를 나타내는 모식 사시도이고,
도 19a~도 19c는, 적층체에 대한 절단 위치의 또 다른 예를 나타내는 모식 단면도이고,
도 20은, 실시 예 4에 따른 열전도 시트의 확대 단면 사진이고,
도 21은, 실시 예 1에 따른 열전도 시트의 확대 단면 사진이고,
도 22는, 도 23의 주요부 확대 단면 사진이고,
도 23은, 실시 예 1에 따른 열전도 시트의 주요부 확대 단면 사진이다.
도 2는, 본 발명의 실시형태 1에 따른 열전도 시트를 나타내는 일부 확대도가 있는 모식 평면도이고,
도 3은, 본 발명의 실시형태 1에 따른 열전도 시트를 나타내는 일부 확대도가 있는 모식 사시도이고,
도 4는, 본 발명의 실시형태 1에 따른 열전도 시트를 나타내는 모식 측면도이고,
도 5a 및 도 5b는, 접합부를 구성하는 수지재료의 일례의 개념도이고,
도 6은, 실시형태 2에 따른 열전도 시트를 나타내는 일부 확대도가 있는 모식 사시도이고,
도 7은, 실시형태 2에 따른 열전도 시트를 나타내는 모식 측면도이고,
도 8은, 실시형태 3에 따른 열전도 시트를 나타내는 모식 평면도이고,
도 9a~도 9c는, 실시형태 1에 따른 열전도 시트의 제조 방법을 나타내는 모식 단면도이고,
도 10은, 실시형태 1에 따른 열전도 시트의 적층 공정의 다른 예를 나타내는 모식 단면도이고,
도 11은, 실시형태 1에 따른 열전도 시트의 적층 공정의 다른 예를 나타내는 모식 단면도이고,
도 12a~도 12d는, 실시형태 2에 따른 열전도 시트의 제조 방법을 나타내는 모식 단면도이고,
도 13a~도 13b는, 실시형태 2에 따른 열전도 시트의 압압(押壓) 공정 전후의 열전도 시트의 두께의 변화, 및 열전도부의 기울기의 변화를 모식적으로 나타내는 종단면도이고,
도 14a~도 14d는, 실시형태 3에 따른 열전도 시트의 제조 방법을 나타내는 모식 단면도이고,
도 15는, 실시형태 4에 따른 열전도 시트의 제조 방법을 나타내는 모식도이고,
도 16은, 도 15의 권취체의 수지재료를 경화시키는 상태를 나타내는 모식 단면도이고,
도 17은, 적층체에 대한 재단 위치를 나타내는 모식 사시도이고,
도 18은, 적층체에 대한 재단 위치의 다른 예를 나타내는 모식 사시도이고,
도 19a~도 19c는, 적층체에 대한 절단 위치의 또 다른 예를 나타내는 모식 단면도이고,
도 20은, 실시 예 4에 따른 열전도 시트의 확대 단면 사진이고,
도 21은, 실시 예 1에 따른 열전도 시트의 확대 단면 사진이고,
도 22는, 도 23의 주요부 확대 단면 사진이고,
도 23은, 실시 예 1에 따른 열전도 시트의 주요부 확대 단면 사진이다.
이하, 본 발명의 실시의 형태를 도면에 의거하여 설명한다. 단, 이하에 나타내는 실시의 형태는, 본 발명의 기술 사상을 구체화하기 위한 예시이며, 본 발명은 이하의 것에 한정되지 않는다. 또한, 본 명세서는 특허청구의 범위에 기재된 부재를, 실시형태의 부재에 특정하는 것은 결코 아니다. 특히 실시의 형태에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 특별한 기재가 없는 한은, 본 발명의 범위를 그것에만 한정하는 취지가 아니며 단지 설명 예에 불과하다. 또한, 각 도면이 나타내는 부재의 크기나 위치 관계 등은, 설명을 명확하게 하기 위해 과장되어 있는 경우가 있다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 동일한 명칭, 부호에 대해서는 동일 혹은 동질의 부재를 나타내고, 상세한 설명을 적절히 생략한다. 그리고 또한, 본 발명을 구성하는 각 요소는, 복수의 요소를 동일한 부재로 구성해서 하나의 부재로 복수의 요소를 겸용하는 형태로 해도 좋고, 반대로 하나의 부재의 기능을 복수의 부재로 분담해서 실현할 수도 있다.
[실시형태 1]
열전도 시트는, 다양한 발열체의 방열 부재로서 이용할 수 있다. 발열체로는, 예를 들면 CPU나 GPU, DSP, 마이크로 컴퓨터 등의 연산 소자, 트랜지스터 등의 구동 소자, LED, O-LED, 액정 등의 발광 소자, 할로겐 램프 등의 광원, 모터 등의 구동 부품 등이 적합하게 꼽힌다. 여기서는, 실시형태 1로서 방열 시트를 CPU에 적용한 예를 설명한다. 여기서는, 도 1의 모식 단면도에 나타내는 바와 같이 발열체(HG)인 CPU와, 방열기(HS)인 냉각 핀과의 사이에 열전도 시트(100)를 열적으로 결합한 방열 장치(1000)를 구성하고 있다.
(열전도 시트(100))
우선, 실시형태 1에 관한 열전도 시트(100)를, 도 2~도 4에 기초하여 설명한다. 이들 도면에 있어서, 도 2는, 실시형태 1에 관한 열전도 시트(100)를 모식 평면도, 도 3은 열전도 시트(100)를 모식 사시도, 도 4는 열전도 시트(100)를 모식 측면도, 도 5는 접합부를 구성하는 수지재료의 일례의 개념도를, 각각 나타낸다.
도 2~도 4에 도시한 바와 같이, 실시형태 1에 관한 열전도 시트(100)는, 층상(層狀)을 이루는 복수의 열전도부(10)와, 각 열전도부(10)를 접합하는 접합부(20)를 구비하고, 전체로서 시트형상을 이루고 있다. 열전도부(10)는, 인편상을 이루는 흑연(인편상 흑연)(11), 및 수지 섬유(12)를 포함한 재료로 구성되고, 열전도 시트(100)의 한쪽의 주면에서 다른쪽의 주면에 걸쳐서 설치된 것, 즉, 열전도부 (10)는, 열전도 시트(100)의 양 주면에 노출되어 있는 것이다. 접합부(20)는, 유연성을 갖는 수지재료로 구성된 것이며, 흑연(11)은, 그 두께 방향이, 층상의 열전도부(10)의 두께 T10의 방향을 따르도록 배향되어 있다. 본 실시형태에 따른 열전도 시트(100)에서는, 열전도 시트(100)의 법선 N100과 열전도부(10)의 법선 N10이 이루는 각 θ1이 25°이상 90°이하이다.
바꾸어 말하면, 열전도 시트(100)의 면 방향을 따라서 서로 교차하는 축을 x축 및 y축으로 설정하고, x축 및 상기 y축과 교차하는 축을 z축으로 설정했을 때, 열전도 시트(100)는, x축 방향으로 연장되는 복수의 열전도부(10)와, 유연성을 갖는 수지재료로 구성되고, 각 열전도부(10)를 y축 방향으로 접합하는 접합부(20)를 구비하고 있다. 그리고, 열전도부(10)는, 복수개의 인편상을 이루는 흑연(인편상 흑연)(11)과, 수지 섬유(12)를 포함하는 재료로 구성되어 있다. 그리고, 열전도부(10) 중에 있어서, 흑연(인편상 흑연)(11)은, 그 두께 방향이 y축 방향을 따르도록 배향하고 있다.
다시 말하면, 본 실시형태에 따른 열전도 시트(100)는, 열전도 시트(100)의 두께 T100의 방향인 제1 방향으로 우선적으로 열을 전도하면서 동시에 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되는 복수의 열전도부(10)와, 유연성을 갖는 수지재료로 구성되고, 각 열전도부(10)를 제1 방향 및 제2 방향과 교차하는 제3 방향으로 접합하는 접합부(20)를 구비하고 있고, 열전도부(10)는 인편상을 이루고, 그 두께방향이 제3 방향을 따르는 배향을 갖는 흑연(11)과, 수지 섬유(12)를 포함하는 재료로 구성되어 있다.
이러한 구성에 의해, 열전도 시트(100)는, 시트형상을 이루는 열전도 시트(100)의 면내의 소정 방향에 대한 두께 방향의 열전도성, 즉, y축 방향에 비해 z축 방향의 열전도성이 높으며, z축 방향(즉, 열전도 시트(100)의 두께방향)으로 우선적으로 열을 전도할 수 있어, 열전도 시트(100) 전체로서 두께방향으로의 열전도성이 우수한 것으로 할 수 있으면서 동시에 유연성도 우수한 것으로 할 수 있다. 그 결과, 예를 들면 발열체(HG)의 표면 형상에 적합하게 추종하고, 적합하게 열전도, 방열할 수 있다. 보다 구체적으로는, 발열체(HG)와의 밀착성이 향상하여, 열전도 시트(100)와 발열체(HG)와의 사이에, 공기층이 남는 것에 의한 열전도성의 저하를 효과적으로 방지할 수 있다. 특히, 열전도 시트(100)의 두께 방향으로의 열전도성이 우수하기 때문에, 발열체(HG)와의 접촉 면적을 크게 하고, 전체로서의 열전도성, 방열성을 우수한 것으로 할 수 있다. 또한, 발열체(HG)가 복잡한 형상을 가지는 것이나, 표면의 요철이 큰 것이라도, 해당 부재의 표면 형상에 적합하게 추종할 수 있어 전술한 바와 같은 기능을 효과적으로 발휘할 수 있다.
이러한 뛰어난 효과가 얻어지는 것은, 이하와 같은 이유에 의한 것으로 생각된다. 즉, 열전도부(10)가 열전도성이 높은 재료로서 인편상 흑연(11)을 포함하고, 해당 인편상 흑연(11)이 열전도부(10)에 있어서 소정의 방향으로 배향되어 있으면서 동시에 열전도부(10)가 열전도 시트(100)의 한쪽 주면에서 다른 쪽 주면에 걸쳐 연속해서 설치되어 있음에 따라 인편상 흑연(11)의 함유율을 극단적으로 높게 하지 않아도 열전도 시트(100)의 두께 방향에 있어서 인편상 흑연(11)끼리의 거리를 짧게 하여 서로 접촉하는 인편상 흑연(11)의 비율을 효과적으로 높일 수 있다. 그 결과, 충분한 유연성을 확보하면서 두께 방향으로의 열전도성을 특히 우수한 것으로 할 수 있다.
또한, 열전도부(10)에 추가하여, 유연성을 갖는 수지재료로 구성된 접합부(20)를 구비함으로써, 열전도 시트(100)의 유연성을 특히 우수한 것으로 할 수 있다. 그리고, 열전도 시트(100)의 유연성이 우수한 것임에 따라, 발열체(HG)의 표면 형상에 대한 추종성이 향상하여 상기 부재가 복잡한 형상을 갖는 경우나 표면에 비교적 큰 요철을 갖는 것이라도, 열전도 시트(100)와 상기 부재 사이에 뜻하지 않은 간극이 생기는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 그 결과, 상기 부재의 방열 등을 적합하게 수행할 수 있다.
또한, 열전도부(10)가 인편상 흑연(11)에 더하여, 수지 섬유를 포함함에 따라, 열전도부(10) 중에서의 인편상 흑연(11)의 함유율이 비교적 높은 경우라도, 열전도부(10) 중에 인편상 흑연(11)을 적합하게 유지할 수 있으며, 또한, 열전도부(10)의 유연성, 열전도 시트(100) 전체의 유연성을 높은 것으로 할 수 있다.
이에 대해, 상기와 같은 조건을 만족시키지 않으면, 만족스러운 결과를 얻을 수 없다. 예를 들면, 열전도부에 대응하는 부위만으로 구성되고, 접합부에 대응하는 부위를 갖지 않는 시트재에서는, 해당 시트재 전체로서의 유연성이 불충분해져, 해당 시트재가 적용되는 부재의 형상 등에 따라서는 충분한 열전도성을 발휘할 수 없다. 또한, 접합부에 대응하는 부위만으로 구성되고, 열전도부에 대응하는 부위를 갖지 않는 시트재에서는, 열전도성이 낮은 것이 된다. 그리고 또한, 열전도부가 수지 섬유를 포함하지 않는 경우, 예를 들어 시트재 전체로서의 유연성을 충분히 우수한 것으로 하는 것이 곤란해진다. 그리고 또한, 열전도부에 있어서, 수지 섬유 대신에, 용융한 수지, 용해한 수지 등에 의해 치밀한 수지층을 형성한 경우, 예를 들면 시트재 전체로서의 유연성을 충분히 우수한 것으로 하는 것이 어려워진다. 그리고 또한, 열전도부가 흑연을 포함하지 않는 경우, 열전도성이 낮은 것이 된다. 또한, 열전도부에 있어서의 흑연(인편상 흑연)이 상기 이외의 배향을 갖는 경우나 배향성을 갖지 않는 경우, 시트재의 두께 방향으로의 열전도성을 충분히 우수한 것으로 하는 것이 어려워진다. 또한, 인편상을 이루는 흑연, 및 수지 섬유를 포함하는 재료로 구성된 열전도부를 갖고 있어도, 당해 열전도부가, 열전도 시트의 한쪽 주면에서 다른쪽 주면에 걸쳐서 설치되어 있지 않은 경우, 예를 들면, 열전도부가, 한쪽 면에만 노출되어 있는 경우나, 양면 모두 노출되어 있지 않은 경우에는, 열전도 시트의 사용 시에 있어서, 열전도 시트에 접촉하는 부재로부터의 방열이 불충분해진다. 또한, 인편상의 흑연(인편상 흑연) 대신에 일반적인 흑연 입자(대략 구상(球狀), 부정(不定)형상의 입자 등)를 사용한 경우에도, 시트재의 두께 방향으로의 열전도성을 충분히 우수한 것으로 하는 것이 곤란해진다. 또한, 열전도 시트의 법선과 열전도부의 법선이 이루는 각 θ1이 상기 하한값 미만이면, 열전도 시트의 두께 방향으로의 전열(傳熱)이 불충분해져, 열전도 시트의 사용시에 있어서, 열전도 시트에 접촉하는 부재로부터의 방열이 불충분해진다.
또한, 열전도부(10)에 있어서는, 열전도부(10) 중에 포함되는 복수개의 인편상 흑연(11) 중 다수가 상기와 같은 배향을 나타내고 있으면 되고, 모든 인편상 흑연(11)에 대하여, 인편상 흑연(11)의 두께 방향이, 층상의 열전도부(10)의 두께 방향(특히, 도 3, 도 4에 나타내는 구성에서는, y축 방향)을 따르도록 배향되어 있지 않아도 된다. 이러한 경우에도, 전술한 바와 같은 효과가 충분히 발휘된다.
열전도부(10) 중에 포함되는 인편상 흑연(11) 중, 상기의 배향을 나타내는 인편상 흑연(11)의 비율은, 개수 기준으로, 50%이상인 것이 바람직하고, 60%이상인 것이 보다 바람직하고, 70%이상인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상술한 배향은, 인편상 흑연(11)의 두께방향(법선방향)과 층상의 열전도부(10)의 두께방향(특히, 도 3, 도 4에 나타내는 구성에서는, y축 방향)은, 완전히 일치하고 있는 것을 의미하는 것은 아니며, 예를 들면, 인편상 흑연(11)의 두께방향(법선방향)과 층상의 열전도부(10)의 두께방향이 이루는 각 θ는, 20°이하이면 되고, 특히 10°이하인 것이 바람직하다.
또한, 전술한 바와 같이, 열전도 시트(100)의 법선 N100과 열전도부(10)의 법선 N10이 이루는 각 θ1은, 25°이상 90°이하이면 좋지만, 30°이상 90°이하인 것이 바람직하고, 35°이상 90°이하인 것이 보다 바람직하고, 40°이상 90°이하인 것이 더욱 바람직하다. 이것에 의해, 전술한 효과가 보다 현저하게 발휘된다.
(열전도부)
열전도 시트(100)는, 열전도 시트의 한쪽 주면에서 다른 쪽 주면에 걸쳐서 형성된 복수의 열전도부(10)를 구비하고 있다. 본 실시형태에 있어서는, 열전도 시트(100)의 평면시(planar view)에서, 각 열전도부(10)는, x축 방향으로 연장되어 있다. 열전도부(10)는, 열전도 시트(100) 전체의 열전도성(특히, 열전도 시트(100)의 두께 방향(z축 방향)의 열전도성)에 있어서, 주로 기여하는 부위이다.
열전도부(10)는, 복수개의 인편상의 흑연(인편상 흑연)(11)과, 수지 섬유 (12)를 포함한다. 이러한 열전도부(10)는, 그 내부에, 수지 섬유(12)나 흑연(인편상 흑연)(11) 등의 간극으로서 미소(微小)한 공극부를 갖고 있다. 이러한 미소 공간에, 나중에 상술할 접합부(20)의 구성 재료의 일부가 들어감에 따라, 열전도부(10)와 접합부(20)의 밀착성을 향상시킬 수 있어, 열전도 시트(100)의 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 미소 공간 중의 공기를 배제해서, 공기보다도 열전도율이 큰 접합부(20)의 구성 재료가 침입함에 따라 열전도 시트(100)의 열전도성의 한층 더한 향상에도 기여할 수 있다.
(인편상 흑연)
각 열전도부(10)에 포함되는 복수개의 인편상 흑연(11)은, 소정의 방향으로 배향되어 있다. 즉, 인편상 흑연(11)은, 그 두께 방향이 층상의 열전도부(10)의 두께 방향(특히, 도 3, 도 4에 나타내는 구성에서는, y축 방향)을 따르도록 배향되어 있다.
이에 의해, 열전도 시트(100)는, 열전도 시트(100)의 두께 방향(y축에 직교하는 z축 방향)의 열전도성이 우수한 것이 된다.
본 명세서에 있어서, 인편상(鱗片狀)이란, 두께에 대한 주면의 크기가 충분히 큰 것이면 좋고, 예를 들면, 평판 형상이어도, 만곡판(彎曲板) 형상이어도 좋다.
인편상 흑연(11)의 편평도의 상가(相加) 평균값(평균 편평도)은, 2이상인 것이 바람직하고, 3이상 100이하인 것이 보다 바람직하며, 5이상 50이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 인편상 흑연(11)의 편평도란, 인편상 흑연(11)의 주면에 있어서의 단축 길이 Ly[㎛]의 인편상 흑연(11)의 두께 t[㎛]에 대한 비율(Ly/t)을 말한다. 인편상 흑연(11)의 평균 편평도로서는, 예를 들면, 주사형 전자 현미경에 의한 관찰로, 무작위로 추출한 100개의 인편상 흑연(11)에 대한 편평도의 상가 평균값을 채용할 수 있다. 이하에 설명하는 인편상 흑연(11)의 주면에 있어서의 단축 길이 Ly의 상가 평균값(평균 단축 길이), 인편상 흑연(11)의 두께 t의 상가 평균값(평균 두께)에 대해서도, 마찬가지로 해서 구할 수 있다.
인편상 흑연(11)의 주면에 있어서의 단축 길이 Ly의 상가 평균값(평균 단축 길이)은, 0.2㎛이상 50㎛이하인 것이 바람직하고, 0.3㎛이상 30㎛이하인 것이 보다 바람직하며, 0.5㎛이상 10㎛이하인 것이 더욱 바람직하다.
인편상 흑연(11)은, 인편상을 이루는 흑연이면 되는데, 인편상 흑연(11)으로서는, 팽창화 흑연을 적합하게 사용할 수 있다. 이에 의해, 열전도 시트(100)의 강도, 신뢰성, 열전도성을 더욱 우수한 것으로 할 수 있다.
팽창화 흑연은, 예를 들면, 층상 결정 구조를 갖는 흑연을 원료로서, 산화제로 산(酸) 처리해서 층간 화합물을 형성한 후, 세정하고, 고온에서 가열 처리해서 층간 화합물을 팽창시킴으로써 얻어진다.
팽창화 흑연의 원료로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 천연 흑연, 키쉬(kish) 흑연 등, 층상 결정 구조를 갖는 흑연 입자를 들 수 있다.
상기 산화제로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 황산, 질산, 인산, 과염소산 등의 산과 크롬산, 과망간산, 과옥소산, 과산화수소 등을 들 수 있다.
상기 가열 처리의 온도는, 400℃이상 1000℃이하인 것이 바람직하다.
열전도부(10) 중에서의 인편상 흑연(11)의 함유율은, 특별히 한정되지 않지만, 10질량%이상 90질량%이하인 것이 바람직하고, 30질량%이상 85질량%이하인 것이 보다 바람직하며, 50질량%이상 80질량%이하인 것이 더욱 바람직하다.
이에 의해, 열전도부(10)의 열전도성 및 유연성을, 보다 높은 레벨로 양립할 수 있다.
(수지 섬유)
각 열전도부(10)는, 수지 섬유(12)를 포함하고 있다. 이에 의해, 열전도부(10) 내에 전술한 인편상 흑연(11)을 적합하게 유지할 수 있다. 또한, 치밀한 수지층을 형성하는 경우에 비해 유연성을 높일 수 있다. 또한, 열전도 시트(100)를 변형시킨 경우에 있어서도, 열전도 시트(100) 전체로서 인편상 흑연(11)끼리가 적합하게 접촉한 상태를 확보할 수 있다.
수지 섬유(12)의 구성 재료로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리유산 등의 폴리에스테르; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀; 폴리파라페닐렌테레프탈아미드 등의 방향족 폴리아미드(아라미드수지), 나일론6, 나일론6,6 등의 지방족 폴리아미드 등의 폴리아미드; 폴리에테르에테르케톤 등의 폴리에테르케톤; 아크릴 수지, 폴리초산비닐, 폴리비닐알코올, 폴리페닐렌설파이드, 폴리파라페닐렌벤즈옥사졸, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계 수지(ABS 수지), 폴리염화비닐계 수지, 페녹시 수지 등의 열가소성 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 불포화 폴리에스테르 등의 열경화성 수지나, 이들의 각종 수지의 구성 모노머의 공중합체(예를 들면, 에틸렌·비닐알코올 공중합체), 변성 수지(예를 들면, 말레산 변성 수지 등), 폴리머 알로이 등을 들 수 있고, 이들로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 조합해서 사용할 수 있다.
그 중에서도, 수지 섬유(12)는, 아라미드 수지로 구성된 것이 바람직하다. 이에 의해, 열전도부(10)의 강도, 열전도 시트(100) 전체의 강도를 보다 우수한 것으로 할 수 있다. 또한, 열전도 시트(100)의 내열성을 보다 우수한 것으로 할 수 있다. 또한, 열전도 시트(100)의 성형시 등에 뜻하지 않게 수지 섬유(12)가 용융, 변형되어 버리는 것 등을 효과적으로 방지하고, 보다 확실하게, 열전도 시트(100)의 유연성을 보다 우수한 것으로 할 수 있다. 또한, 수지 섬유(12)로서는, 서로 다른 조성의 여러 종류의 섬유를 사용해도 좋다.
수지 섬유(12)의 평균 길이는, 특별히 한정되지 않지만, 1.5㎜이상 20㎜이하인 것이 바람직하고, 2.0㎜이상 18㎜이하인 것이 보다 바람직하며, 3.0㎜이상 16㎜이하인 것이 더욱 바람직하다. 이에 의해, 열전도부(10) 중에 있어서 인편상 흑연(11)을 보다 적합하게 유지할 수 있고, 인편상 흑연(11)의 뜻하지 않은 탈락을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 그 결과, 열전도 시트(100)의 내구성, 신뢰성을 보다 우수한 것으로 할 수 있다. 또한, 열전도 시트(100)의 유연성을 보다 우수한 것으로 할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 관한 열전도 시트에 있어서, 섬유의 평균 길이로서는, 예를 들면 주사형 전자 현미경에 의한 관찰에서 무작위로 추출한 100개의 섬유에 대한 길이의 상가 평균값을 채용할 수 있다.
수지 섬유(12)의 평균 폭은, 1.0㎛이상 50㎛이하인 것이 바람직하고, 2.0㎛이상 40㎛이하인 것이 보다 바람직하며, 3.0㎛이상 30㎛이하인 것이 더욱 바람직하다. 이에 의해, 열전도부(10) 중에 있어서 인편상 흑연(11)을 보다 적합하게 유지할 수 있고, 인편상 흑연(11)의 뜻하지 않는 탈락을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 그 결과, 열전도 시트(100)의 내구성, 신뢰성을 보다 우수한 것으로 할 수 있다. 또한, 열전도 시트(100)의 유연성을 보다 우수한 것으로 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 열전도 시트에 있어서, 섬유의 평균 폭으로서는, 예를 들면 주사형 전자 현미경에 의한 관찰로, 무작위로 추출한 100개의 섬유에 대한 폭의 상가 평균값을 채용할 수 있다.
열전도부(10) 중에서의 수지 섬유(12)의 함유율은 특별히 한정되지 않지만, 7질량%이상 90질량%이하인 것이 바람직하고, 12질량%이상 70질량%이하인 것이 보다 바람직하며, 18질량％이상 50질량％이하인 것이 더욱 바람직하다. 이에 의해, 열전도부(10)의 열전도성 및 유연성을, 보다 높은 레벨로 양립할 수 있다.
이에 의해, 열전도부(10)의 열전도성 및 유연성을, 보다 높은 레벨로 양립할 수 있다.
(기타 성분)
열전도부(10)는, 전술한 것 이외의 성분을 포함할 수 있다. 이러한, 기타 성분으로서는, 예를 들면, 바인더, 응집제, 가소제, 착색제, 산화방지제, 자외선 흡수제, 광안정제, 연화제, 개질제, 방청제, 충전제, 표면 윤활제, 부식 방지제, 내열 안정제, 활제, 프라이머, 대전 방지제, 중합 금지제, 가교제, 촉매, 레벨링제, 증점제, 분산제, 노화 방지제, 난연제, 가수분해 방지제, 부식 방지제, 탄소 섬유, 카본 나노 튜브, 카본 나노 화이버, 셀룰로오스 나노 화이버, 풀러렌, 금속 섬유, 금속 입자 등을 들 수 있다.
20℃에서의 열전도부(10)에 대한 열전도 시트(100)의 두께 방향(z축 방향)의 열전도율은, 10W/m·K이상 200W/m·K이하인 것이 바람직하고, 15W/m·K이상 180W/m·K이하인 것이 보다 바람직하며, 20W/m·K이상 160W/m·K이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 본 실시형태에 관한 열전도 시트에 있어서, 열전도율로서는, JIS R1611에 준거해서 레이저 플래시법에 의해 열확산율(mm2/s)을 구하고, 열확산율과 열용량(밀도×비열)의 곱으로서 산출한 값을 채용할 수 있다.
열전도부(10)의 두께(열전도부(10)의 두께방향의 길이. 도3, 도4에 나타내는 구성에서는 y축 방향의 길이)는, 특별히 한정되지 않지만, 50㎛이상 300㎛이하인 것이 바람직하고, 55㎛이상 270㎛이하인 것이 보다 바람직하며, 60㎛이상 250㎛이하인 것이 더욱 바람직하다. 이에 의해, 열전도부(10)의 열전도성 및 유연성을, 보다 높은 레벨로 양립할 수 있다. 또한, 열전도 시트(100)의 생산성을 보다 우수한 것으로 할 수 있다.
또한, 열전도 시트(100)가 구비하는 복수의 열전도부(10)는, 동일한 두께를 갖는 것이어도 좋고, 다른 두께를 갖는 것이어도 좋은데, 서로 다른 두께의 열전도부(10)를 갖는 경우, 열전도 시트(100)가 구비하는 복수의 열전도부(10)의 전체 개수 중, 두께가 상기의 범위 내에 포함되는 것의 비율이 50%이상인 것이 바람직하고, 70%이상인 것이 보다 바람직하며, 90%이상인 것이 더욱 바람직하다.
열전도 시트(100) 전체에서 차지하는 열전도부(10)의 체적률은, 30체적%이상 90체적%이하인 것이 바람직하고, 40체적%이상 85체적%이하인 것이 보다 바람직하며, 50체적%이상 82체적%이하인 것이 더욱 바람직하다. 이에 의해, 열전도부(10)의 열전도성 및 유연성을, 보다 높은 레벨로 양립할 수 있다.
(접합부)
열전도 시트(100)는, 전술한 각 열전도부(10)를 열전도부(10)의 주면과 접촉해서, 각 열전도부(10)를 접합하는 접합부(20)를 복수개 구비하고 있다. 특히, 본 실시형태에서는, 접합부(20)는 x축 방향으로 연장되어 있다.
열전도 시트(100)는, 적어도 하나의 접합부(20)를 구비하고 있으면 되지만, 도시의 구성에서는, 복수의 접합부(20)를 구비하고 있다. 보다 구체적으로는, 도시된 구성에서는, 열전도 시트(100)는, 복수의 접합부(20)와 함께 복수의 접합부(20)를 구비하고 있고, y축 방향을 따라 열전도부(10)와 접합부(20)가 번갈아 배치되고, y축 방향의 양단부에 열전도부(10)가 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 열전도 시트(100)가 구비하는 열전도부(10)의 개수를 n개로 했을 때, 열전도 시트(100)가 구비하는 접합부(20)의 개수는 (n-1)개이다.
또한, 접합부(20)는, 유연성을 갖는 수지재료로 구성되어 있다. 그리고 또한, 접합부는 부분적으로 공극층을 형성한다. 공극층에는, 공기나, 수지재료가 경화할 때에 발생하는 가스가 포함되어 있다. 또한, 수지재료의 일부는, 열전도부의 공극부에 침입한다. 접합부 중에서의 공극층이 차지하는 비율은, 2체적%이상 30체적%이하로 하는 것이 바람직하다.
(수지재료)
접합부(20)를 구성하는 수지재료(유연성을 갖는 수지재료)는, 인접하는 열전도부(10)를 접합하는 기능을 갖고 있다. 접합부(20)를 구성하는 수지재료는, 유연성을 갖는다. 따라서, 열전도 시트(100)는, 예를 들면, 당해 발열체(HG)의 표면 형상에 적합하게 추종할 수 있다. 그 결과, 예를 들면, 상기 부재와의 관계에서, 바람직하게 열전도, 방열할 수 있다. 또한, 열전도 시트(100)가 변형했을 때에 열전도 시트(100)가 파손되는 것 등을 적절하게 방지할 수 있다.
접합부(20)를 구성하는 수지재료는, 상술한 열전도부(10)를 구성하는 수지 섬유(12)와는 달라서 충분히 치밀한 것이다. 이러한 접합부(20)는, 후술하는 바와 같이, 액상을 이루는 수지재료(20')나, 시트상을 이루는 수지재료(20')(액상을 이루는 조성물을 시트상으로 성형한 것)을 사용하여 적합하게 형성된다.
접합부(20)를 구성하는 수지재료는, 특별히 한정되지 않지만, 경질 수지 이외의 수지재료, 예를 들면, 유연성 에폭시 수지, 우레탄계 수지, 고무계 수지, 불소계 수지, 실리콘계 수지, 열가소성 엘라스토머 등이 적합하게 사용된다.
또한, 접합부(20)를 구성하는 수지재료로서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 환상 분자(41)와, 직쇄상의 분자 구조를 갖고 환상 분자(41)를 꼬치 모양으로 포접(包接)하는 제1 폴리머(42)와, 제1 폴리머(42)의 양단 부근에 설치된 봉쇄기(43)를 갖는 폴리로탁산(40), 및 제2 폴리머(50)를 포함하고, 환상 분자(41)를 통해서 폴리로탁산(40)과 제2 폴리머(50)가 결합되어 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 접합부(20)를 통한 열전도부(10)끼리의 접합 강도, 열전도 시트(100)의 내구성을 충분히 우수한 것으로 하면서, 열전도 시트(100)의 내열성(예를 들면, 200℃이상의 사용 환경에도 견딜 수 있는 내열성), 유연성을 특히 우수한 것으로 할 수 있다. 또한, 이러한 수지재료는, 열전도 시트(100)의 제조시에 있어서, 열전도부(10) 중에 존재하는 미소한 공극부에 침입하기 쉽다. 따라서, 열전도 시트(100)의 내구성이나 열전도성을 더욱 향상시키는 데에도 유리하다.
특히, 도 5a에 나타내는 바와 같은 상태의 수지재료(접합부(20))에, 화살표 방향의 변형의 응력이 부하된 경우, 수지재료는, 도 5b에 나타내는 바와 같은 형태를 채용할 수 있다. 즉, 환상 분자(41)가 제1 폴리머(42)를 따라서 이동 가능하기 때문에(환언하면, 제1 폴리머(42)가 환상 분자(41) 내를 이동 가능하기 때문에), 변형의 응력을 수지재료 내(접합부(20) 중)에서 적합하게 흡수할 수 있다. 따라서, 큰 변형력(예를 들면, 비틀림의 외력 등)이 가해진 경우라도, 접합부(20)가 파손되거나, 접합부(20)가 열전도부(10)로부터 박리되어 버리는 것 등을 효과적으로 방지할 수 있다.
이하, 폴리로탁산(40)과 제2 폴리머(50)를 포함하는 수지재료에 대하여 상세하게 설명한다. 폴리로탁산(40)을 구성하는 환상 분자(41)는, 제1 폴리머(42)를 따라서 이동 가능한 것이면 되는데, 치환되어 있어도 좋은 시클로덱스트린 분자인 것이 바람직하고, 그 시클로덱스트린 분자가 α-시클로덱스트린, β-시클로덱스트린, γ-시클로덱스트린, 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 것인 것이 바람직하다.
폴리로탁산(40) 중의 환상 분자(41)의 적어도 일부는, 전술한 바와 같이 제 2 폴리머(50)의 적어도 일부와 결합한다.
환상 분자(41)가 갖는 관능기(제2 폴리머(50)와 결합하는 관능기)로서는, 예를 들면, -OH기, -NH2기, -COOH기, 에폭시기, 비닐기, 티올기, 광 가교기 등을 들 수 있다. 또한, 광 가교기로서는, 예를 들면 계피산, 쿠마린, 칼콘, 안트라센, 스티릴피리딘, 스티릴피리디늄염, 스티릴퀴놀리늄염 등을 들 수 있다.
환상 분자(41)가 제1 폴리머(42)에 의해 꼬치 모양으로 포접될 때에 환상 분자(41)가 최대한으로 포접될 수 있는 양을 1로 한 경우, 제1 폴리머(42)에 꼬치 모양으로 포접되어 있는 환상 분자(41)의 양은 0.001이상 0.6이하인 것이 바람직하고, 0.01이상 0.5이하인 것이 보다 바람직하며, 0.05이상 0.4이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상이한 2종 이상의 환상 분자(41)를 사용해도 좋다.
폴리로탁산(40)을 구성하는 제1 폴리머(42)로서는, 예를 들면, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리(메타)아크릴산, 셀룰로오스계 수지(카르복시메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스 등), 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리비닐아세탈계 수지, 폴리비닐메틸에테르, 폴리아민, 폴리에틸렌이민, 카제인, 젤라틴, 전분 등 및/또는 이들의 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 기타 올레핀계 단량체와의 공중합 수지 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리염화비닐 수지, 폴리스티렌이나 아크릴로니트릴-스티렌 공중합 수지 등의 폴리스티렌계 수지, 폴리메틸메타크릴레이트나 (메타)아크릴산에스테르 공중합체, 아크릴로니트릴-메틸아크릴레이트 공중합 수지 등의 아크릴계 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리우레탄 수지, 염화비닐-초산비닐 공중합 수지, 폴리비닐부티랄 수지 등; 및 이들의 유도체 또는 변성체, 폴리이소부틸렌, 폴리테트라히드로푸란, 폴리아닐린, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS수지), 나일론 등의 폴리아미드류, 폴리이미드류, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔 등의 폴리디엔류, 폴리디메틸실록산 등의 폴리실록산류, 폴리설폰류, 폴리이민류, 폴리무수초산류, 폴리요소류, 폴리설파이드류, 폴리포스파젠류, 폴리케톤류, 폴리페닐렌류, 폴리할로올레핀류나 이들의 유도체를 들 수 있고, 특히 폴리에틸렌글리콜인 것이 바람직하다.
제1 폴리머(42)의 중량 평균 분자량은, 1만 이상인 것이 바람직하고, 2만 이상인 것이 보다 바람직하며, 3.5만 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상이한 2종 이상의 제1 폴리머(42)를 사용해도 좋다.
환상 분자(41)와 제1 폴리머(42)의 조합으로서는, 환상 분자(41)가 치환되어 있어도 좋은 α-시클로덱스트린이며, 제1 폴리머(42)가 폴리에틸렌글리콜인 것이 바람직하다.
폴리로탁산(40)을 구성하는 봉쇄기(43)는, 환상 분자(41)가 제1 폴리머(42)로부터 탈리(脫離)되는 것을 방지하는 기능을 갖는 기(基)이면, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 디니트로페닐기류, 시클로덱스트린류, 아다만탄기류, 트리틸기류, 플루오레세인류, 피렌류, 치환 벤젠류(치환기로서 알킬, 알킬옥시, 히드록시, 할로겐, 시아노, 설포닐, 카르복실, 아미노, 페닐 등을 들 수 있다. 치환기는 1개 또는 복수 존재해도 좋다), 치환되어 있어도 좋은 다핵 방향족류, 스테로이드류 등을 들 수 있다. 치환 벤젠류, 치환 다핵 방향족류를 구성하는 치환기로서는, 예를 들면 알킬, 알킬옥시, 히드록시, 할로겐, 시아노, 설포닐, 카르복실, 아미노, 페닐 등을 들 수 있다. 치환기는 1개 또는 복수 존재해도 좋다. 또한, 상이한 2종 이상의 봉쇄기(43)를 사용해도 좋다.
수지재료(접합부(20)) 중에 있어서, 적어도 일부의 폴리로탁산(40)이, 환상 분자(41)를 개재하여 제2 폴리머(50)와 결합되어 있는데, 수지재료(접합부(20)) 중, 제2 폴리머(50)와 결합되어 있지 않은 폴리로탁산(40)이 포함되어 있어도 좋고, 폴리로탁산(40)끼리 결합되어 있어도 좋다.
제2 폴리머(50)는, 환상 분자(41)를 통해서 폴리로탁산(40)과 결합하는 것이다. 제2 폴리머(50)가 갖는 환상 분자(41)와 결합하는 관능기로서는, 예를 들면, -OH기, -NH2기, -COOH기, 에폭시기, 비닐기, 티올기, 광 가교기 등을 들 수 있다. 또한, 광 가교기로서는, 예를 들면 계피산, 쿠마린, 칼콘, 안트라센, 스티릴피리딘, 스티릴피리디늄염, 스티릴퀴놀리늄염 등을 들 수 있다.
제2 폴리머(50)로서는, 예를 들면 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리(메타)아크릴산, 셀룰로오스계 수지(카르복시메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스 등), 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리비닐아세탈계 수지, 폴리비닐메틸에테르, 폴리아민, 폴리에틸렌이민, 카제인, 젤라틴, 전분 등 및/또는 이들의 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 기타 올레핀계 단량체와의 공중합 수지 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리염화비닐 수지, 폴리스티렌이나 아크릴로니트릴-스티렌 공중합 수지 등의 폴리스티렌계 수지, 폴리메틸메타크릴레이트나 (메타)아크릴산에스테르 공중합체, 아크릴로니트릴-메틸아크릴레이트 공중합 수지 등의 아크릴계 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리우레탄 수지, 염화비닐-초산비닐 공중합 수지, 폴리비닐부티랄 수지 등; 및 이들의 유도체 또는 변성체, 폴리이소부틸렌, 폴리테트라히드로푸란, 폴리아닐린, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS수지), 나일론 등의 폴리아미드류, 폴리이미드류, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔 등의 폴리디엔류, 폴리디메틸실록산 등의 폴리실록산류, 폴리설폰류, 폴리이민류, 폴리무수초산류, 폴리요소류, 폴리설파이드류, 폴리포스파젠류, 폴리케톤류, 폴리페닐렌류, 폴리할로올레핀류의 각종 수지의 골격을 갖고, 전술한 관능기를 갖는 것 등을 들 수 있다.
또한, 제2 폴리머(50)와 환상 분자(41)는, 가교제에 의해 화학 결합되어 있어도 좋다.
가교제의 분자량은, 2000미만인 것이 바람직하고, 1000미만인 것이 보다 바람직하며, 600미만인 것이 더욱 바람직하며, 400미만인 것이 가장 바람직하다.
가교제로서는, 예를 들면, 염화시아눌, 트리메소일클로라이드, 테레프탈로일클로라이드, 에피클로로히드린, 디브로모벤젠, 글루타르알데히드, 페닐렌디이소시아네이트, 디이소시안산톨릴렌, 디비닐술폰, 1,1'-카르보닐디이미다졸, 알콕시실란류 등을 들 수 있다. 또한, 상이한 2종 이상의 가교제를 사용해도 좋다.
또한, 제2 폴리머(50)는, 호모폴리머일 수도 있고, 코폴리머일 수도 있다. 수지재료(접합부(20)) 중에 있어서, 적어도 일부의 제2 폴리머(50)가, 환상 분자(41)를 통해서 폴리로탁산(40)과 결합되어 있는데, 수지재료(접합부(20)) 중, 폴리로탁산(40)과 결합되어 있지 않은 제2 폴리머(50)가 포함되어 있어도 좋고, 제2 폴리머(50)끼리 결합되어 있어도 좋다. 또한, 상이한 2종 이상의 제2 폴리머(50)를 사용해도 좋다.
수지재료(접합부(20)) 중에서의 제2 폴리머(50)의 함유량에 대한 폴리로탁산(40)의 함유량의 비율은, 중량비로 1/1000이상인 것이 바람직하다.
(기타 성분)
접합부(20)는, 전술한 이외의 성분(기타 성분)을 포함하고 있어도 좋다. 이러한 성분으로서는, 예를 들면, 가소제, 착색제, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 광안정제, 연화제, 개질제, 방청제, 충전제, 표면 윤활제, 부식 방지제, 내열 안정제, 활제, 프라이머, 대전 방지제, 중합 금지제, 가교제, 촉매, 레벨링제, 증점제, 분산제, 노화 방지제, 난연제, 가수분해 방지제, 부식 방지제 등을 들 수 있다.
본 실시형태에 관한 열전도 시트(100)는, 층상을 이루는 것이다. 접합부(20)의 두께 T20(층상을 이루는 접합부(20)의 두께 방향의 길이. 도 3, 도 4에 나타내는 구성에서는, y축 방향의 길이)는, 특별히 한정되지 않지만, 0.1㎛이상 200㎛이하인 것이 바람직하고, 0.1㎛이상 100㎛이하인 것이 보다 바람직하며, 0.1㎛이상 50㎛이하인 것이 더욱 바람직하다. 이에 의해, 열전도부(10)의 열전도성 및 유연성을, 보다 높은 레벨로 양립할 수 있다. 또한, 열전도 시트(100)의 생산성을 보다 우수한 것으로 할 수 있다.
또한, 열전도 시트(100)가 복수의 접합부(20)를 구비하는 경우, 이들 복수의 접합부(20)는 동일한 두께를 갖는 것이어도 되고, 다른 두께를 갖는 것이어도 되는데, 서로 다른 두께의 접합부(20)를 갖는 경우, 열전도 시트(100)가 구비하는 복수의 열전도부(10)의 전체 개수 중, 두께가 상기의 범위 내에 포함되는 것의 비율이 50%이상인 것이 바람직하고, 70%이상인 것이 보다 바람직하며, 90%이상인 것이 한층 더 바람직하다.
도시한 구성에서는, 열전도 시트(100)의 양면에 있어서, 열 전도부(10)와 접합부(20)는 단차가 없는 일면(面一)이지만, 열전도부(10)가 설치된 부위에서의 열 전도 시트(100)의 두께 T100와, 접합부(20)가 설치된 부위에서의 열전도 시트(100)의 두께 T100는 달라도 좋다. 예를 들면, 도시된 구성에서는, 각 접합부(20)는, 열전도 시트(100)의 양 주면에 노출되어 있는데, 접합부(20) 중 적어도 하나는, 열전도 시트(100)의 한쪽 면에만 노출되어 있어도 좋고, 열전도 시트(100)의 양 주면 중 어느 것에도 노출되어 있지 않은 것이어도 좋다.
열전도 시트(100) 전체에 차지하는 접합부(20)의 체적률은, 10체적%이상 70체적%이하인 것이 바람직하고, 15체적%이상 60체적%이하인 것이 보다 바람직하며, 18체적%이상 50체적%이하인 것이 더욱 바람직하다. 이에 의해, 열전도부(10)의 열전도성 및 유연성을, 보다 높은 레벨로 양립할 수 있다.
또한, 도시한 구성에서는, 열전도부(10)와 접합부(20)의 경계가 명확하지만, 예를 들면 열전도부(10), 접합부(20) 중 적어도 한쪽의 구성 재료의 확산, 상용(相容) 등에 의해, 열전도부(10)와 접합부(20)의 경계가 불명확질 수 있다. 이러한 경우에도, 열전도부(10)는, 인편상 흑연(11)의 함유율 및 수지 섬유(12)의 함유율이 접합부(20)에서의 이들의 함유율보다도 높은 영역이며, 접합부(20)는, 상기 수지재료의 함유율이 열전도부(10)에서의 상기 수지재료의 함유율보다도 높은 영역이고, 양자의 구별을 할 수 있다.
또한, 열전도 시트(100)의 용도는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 각종의 방열 시트 등으로서 사용할 수 있다.
열전도 시트(100)의 두께 T100(z축 방향의 길이)는, 0.2mm이상 5mm이하인 것이 바람직하고, 0.3mm이상 4mm이하인 것이 보다 바람직하며, 0.5mm이상 3mm이하인 것이 더욱 바람직하다. 이에 의해, 발열체(HG)의 표면 형상에 의해 적합하게 추종할 수 있고, 보다 적합하게 열전도, 방열할 수 있다. 또한, 열전도 시트(100)의 유연성 및 내구성을 보다 높은 레벨로 양립할 수 있다.
열전도 시트(100)의 양 주면에서의 표면 거칠기 Ra는, 0.1㎛이상 100㎛이하인 것이 바람직하고, 0.2㎛이상 80㎛이하인 것이 보다 바람직하며, 0.3㎛이상 60㎛이하인 것이 더욱 바람직하다. 이에 의해, 열전도 시트(100)의 생산성이 현저하게 저하되는 것을 방지하면서, 발열체(HG)의 표면 형상에 의해 적합하게 추종할 수 있고, 보다 적합하게 열전도, 방열할 수 있다.
또, 열전도 시트(100)의 표면 거칠기 Ra는, 예를 들면 JIS B0601-2013에 준거해서 측정할 수 있다. 또한, 열전도 시트(100)의 표면 거칠기 Ra는, 연마 처리 등에 의해 조정할 수 있다.
(열전도 시트(100)의 두께 방향에서의 열전도율)
열전도 시트(100)를, 그 두께 방향으로 0.2N/㎟의 면압(面壓)으로 눌렀을 때의, 열전도 시트(100)의 두께 방향에서의 열 전도율을 λ0.2[W/m·K], 열전도 시트(100)를, 그 두께 방향으로 0.8N/㎟의 면압으로 눌렀을 때의, 열전도 시트(100)의 두께 방향에서의 열 전도율을 λ0.8[W/m·K]로 했을 때, 1.5≤λ0.8/λ0.2≤3.5의 관계를 만족하는 것이 바람직하고, 1.7≤λ0.8/λ0.2≤3.2의 관계를 만족하는 것이 보다 바람직하고, 1.9≤λ0.8/λ0.2≤3.0의 관계를 만족하는 것이 한층 더 바람직하다.
λ0.8/λ0.2의 값이 너무 작으면, 열전도 시트와 접촉시키는 부재의 조건에 따라서는, 열전도 시트와 발열체(HG)나 방열체와의 밀착성이 불충분해져, 열전도성이 충분히 발휘되지 않을 우려가 있다. 한편, λ0.8/λ0.2가 너무 크면, 형상의 안정성이 저하해서 열전도 시트의 내구성이 저하되거나, 로트마다의 성능 편차가 커져 안정된 성능을 유지할 수 없을 우려가 있다. 따라서, λ0.8/λ0.2는 상기의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.
열전도 시트(100)의 주면에 대해서, 레이저 플래시법을 이용해서 측정되는 열전도 시트(100)의 두께 방향에 있어서의 열전도율은, 10W/m·K이상 200W/m·K이하인 것이 바람직하고, 15W/m·K이상 180W/m·K이하인 것이 보다 바람직하며, 20W/m·K이상 160W/m·K이하인 것이 더욱 바람직하다.
이에 의해, 열전도 시트의 열전도성을 높게 유지하고, 보다 적합하게 열전도, 방열할 수 있는 효과가 얻어진다.
열전도 시트(100)를 그 두께 방향으로 0.2N/㎟의 면압으로 눌렀을 때의, 해당 열전도 시트(100)의 두께는, 0.1mm이상 5mm이하인 것이 바람직하고, 0.2mm이상 4mm이하인 것이 보다 바람직하며, 0.3mm이상 3mm이하인 것이 더욱 바람직하다.
이에 의해, 발열체(HG) 및 방열체 표면의 요철을, 높은 추종성을 가진 열전도 시트의 두께로 흡수하여, 밀착성을 충분히 담보함으로써, 계면 열저항을 낮게 억제해서 보다 적합하게 열전도, 방열할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
[실시형태 2]
이어서, 실시형태 2에 따른 열전도 시트를, 도 6~도 7을 참조해서 설명한다. 이들의 도면에서, 도 6은 실시형태 2에 따른 열 전도성 시트(200)의 모식 사시도를, 도 7은 실시형태 2에 따른 열전도 시트(200)의 모식 측면도를, 각각 나타낸다. 이하의 설명에서는, 전술한 실시형태 1과의 상이점을 중심으로 설명하고, 같은 사항에 대한 설명은 적절히 생략한다.
전술한 실시형태에서는, 열전도 시트(100)의 법선 N100과 열전도부(10)의 법선 N10이 직교하고 있는 것(이들이 이루는 각이 90°였다)에 대해, 실시형태 2에 따른 열전도 시트(200)에서는, 열전도 시트(200)의 법선 N100과 열전도부(10)의 법선 N10이 직교하지 않는다. 상술한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 열전도 시트(200)에서는, 열전도 시트(200)의 법선 N100과 열전도부(10)의 법선 N10이 이루는 각 θ1이 25°이상 90°이하이면 되고, 본 실시형태와 같이, 열전도 시트(200)의 법선 N100과 열전도부(10)의 법선 N10이 직교하지 않아도 된다. 이러한 경우에도, 전술한 바와 같은 효과가 얻어진다.
또한, 열전도 시트(200)의 법선 N100과 열전도부(10)의 법선 N10이 직교하지 않음에 따라 열전도 시트(200)의 두께 방향의 압력에 대한 내구성이 향상한다. 이것은, 열전도 시트(200)의 법선 N100과 열전도부(10)의 법선 N10이 직교하고 있는 경우, 열전도 시트(200)의 두께 방향의 압력이 가해졌을 때에, 열전도부(10)와 접합부(20)에서의 강성의 차이 등에 의해 열전도부(10)가 좌굴하여 열전도부(10)와 접합부(20)가 박리되기 쉽지만, 열전도 시트(200)의 법선 N100과 열전도부(10)의 법선 N10이 직교하고 있지 않은 경우에는, 열전도 시트(200)의 두께 방향의 압력이 가해졌을 때에, 해당 압력에는, 열전도부(10)와 접합부(20)를 밀어붙이는 방향의 힘의 성분이 포함되고, 해당 성분이 열전도부(10)와 접합부(20)를 밀착시키는데 기여하기 때문이라고 생각할 수 있다.
본 실시형태와 같이, 열전도 시트(200)의 법선 N100과 열전도부(10)의 법선 N10이 직교하지 않은 경우, 열전도 시트(200)의 법선 N100과 열전도부(10)의 법선 N10이 이루는 각 θ1는, 30°이상 85°이하인 것이 바람직하고, 35°이상 80°이하인 것이 보다 바람직하며, 40°이상 75°이하인 것이 더욱 바람직하다. 이에 의해, 전술한 효과가 보다 현저하게 발휘된다.
[실시형태 3]
이어서, 실시형태 3에 관한 열전도 시트를, 도 8에 따라 설명한다. 도 8은, 실시형태 3에 관한 열전도 시트(300)의 모식 평면도를 나타내고 있다. 이하의 설명에서는, 상술한 실시형태와의 차이점을 중심으로 설명하고, 같은 사항의 설명은 적절히 생략한다.
본 실시형태의 열전도 시트(300)는, 상술한 실시형태의 열전도 시트(100)와 같은 구성을 갖는 시트 본체(100')와, 그 외주에 접촉해서 설치된 프레임체(30)를 구비한다. 즉 프레임체(30)를 구비하고 있는 것 이외는, 전술한 실시형태와 같은 구성을 갖고 있다.
이러한 구성에 의해, 열전도부(10)와 접합부(20)의 접합 강도가 비교적 낮은 경우나, 열전도부(10) 자체의 강도가 낮은 경우, 접합부(20) 자체의 강도가 낮은 경우 등이어도, 열전도 시트(300)의 파손을 적절히 방지할 수 있다. 특히, 열전도 시트(300)가 적용되는 발열체(HG)의 표면을 추종시킬 때에, 열전도 시트(300)를 비교적 크게 변형시킨 경우 등이라도, 열전도 시트(300)가 파손되어 버리는 것을 적합하게 방지할 수 있다. 또한, 열전도 시트(300)를 제조할 때에, 뜻하지 않은 변형이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있고, 원하는 형상의 열전도 시트(300)를 보다 적합하게 제조할 수 있다. 특히, 상술한 바와 같은 두께(z축 방향의 길이)가 비교적 작은 열전도 시트(300)를 보다 적합하게 제조할 수 있다.
프레임체(30)의 구성 재료로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐 등의 폴리올레핀, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르나, 이들의 공중합체 등의 각종 수지재료나, 알루미늄, 구리, 철, 스테인리스강 등의 각종 금속 재료 등을 들 수 있고, 이들로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 조합해서 사용할 수 있는데, 특히, 폴리염화비닐리덴이 바람직하다. 폴리염화비닐리덴은, 각종의 수지재료 등에 대한 밀착성이 우수하면서 동시에 자기 점착성도 갖고 있기 때문에, 시트 본체(100')로부터의 뜻하지 않은 탈락을 효과적으로 방지할 수 있고, 전술한 바와 같은 효과를 보다 현저하게 발휘할 수 있다. 또한, 폴리염화비닐리덴은, 인장 탄성률도 크기 때문에, 열전도 시트(300)의 제조시에서의 취급의 용이성이 특히 우수한 것이 된다.
프레임체(30)의 폭 W은, 3㎛이상 2000㎛이하인 것이 바람직하고, 5㎛이상 150㎛이하인 것이 보다 바람직하며, 30㎛이상 1000㎛이하인 것이 더욱 바람직하다. 이에 의해, 열전도 시트(100)의 유연성을 충분히 우수한 것으로 하면서, 프레임체(30)를 설치하는 것에 의한 효과가 보다 현저하게 발휘된다. 또한, 프레임체(30)의 폭 W는, 각 부위에서 일정해도 좋고, 다른 것이어도 좋다.
프레임체(30)의 z축 방향의 길이는, 특별히 한정되지 않지만, 0.2㎜이상 5㎜이하인 것이 바람직하고, 0.3㎜이상 4㎜이하인 것이 보다 바람직하며, 0.5㎜이상 3㎜이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 후술하는 도 14c의 구성에서는, 프레임체(30)는, 시트 본체(100')의 외주 전체에 설치되어 있지만, 시트 본체(100')의 외주의 일부에만 설치되어 있어도 된다. 예를 들면, 프레임체(30)는, 시트 본체(100')의 y축에 평행한 변과, 그들에 접속하는 x축에 평행한 변의 일부에만 설치되어 있어도 된다. 이러한 경우에도, 전술한 바와 같은 효과가 충분히 발휘된다. 또한, 프레임체(30)의 재료의 사용량을 억제할 수 있어, 자원 절약, 비용 절감 등의 관점에서도 유리하다.
(열전도 시트의 사용 형태)
이어서, 본 실시형태에 관한 열전도 시트의 사용 형태에 관해서 설명한다. 본 실시형태에 따른 열전도 시트는, 열전도성, 특히, 두께 방향으로의 열전도성이 우수하고, 유연성에도 우수하다. 따라서, 발열체(HG)인 고온부재의 냉각에 적합하게 사용할 수 있다. 본 실시형태에 관한 열전도 시트는, 통상, 고온 부재의 표면의 적어도 일부에 접촉하도록 해서 사용된다. 또한, 본 실시형태에 따른 열전도 시트는, 적용되는 고온 부재의 크기, 형상 등에 따라 필요에 따라서 절단해서 사용해도 좋다. 또한, 단일의 고온 부재에, 여러 장의 열전도 시트를 적용할 수 있다.
고온 부재로서는, 해당 고온 부재가 놓이는 분위기보다도 고온이 되는 부재이면, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면 컴퓨터의 중앙연산처리장치(CPU), 화상 처리용 연산 프로세서(GPU), FPGA, ASIC 등의 전자부품, 발광 다이오드(LED), 액정, 일렉트로루미네센스(EL) 등의 전자부품 등을 들 수 있다.
열전도 시트가 적용되는 고온 부재로서는, 그 표면의 최고 도달 온도(열전도 시트를 적용하지 않았을 경우에 도달하는 최고 온도)가, 40℃이상 250℃이하인 것이 바람직하고, 50℃이상 200℃이하의 것이 보다 바람직하며, 60℃이상 180℃이하의 것이 더욱 바람직하다. 이러한 고온 부재로서는, 예를 들면, 컴퓨터의 중앙연산처리장치(CPU), 화상 처리용 연산 프로세서(GPU) 등의 전자 부품이나, 발광 다이오드(LED), 액정, 일렉트로루미네센스(EL) 등의 전자 부품, 리튬 이온 전지 등의 각종 전지 등을 들 수 있다.
[실시형태 1에 관련한 열전도 시트의 제조 방법]
이어서, 실시형태에 관한 열전도 시트의 제조 방법에 관해서 설명한다. 우선, 전술한 실시형태 1에 관한 열전도 시트(100)의 제조 방법을, 도 9a~도 11을 참조해서 설명한다. 이들 도면에 있어서, 도 9a~도 9c는, 실시형태 1에 관련한 열전도 시트의 제조 방법을 나타내는 모식 단면도, 도 10, 도 11은, 각각 적층 공정의 다른 예를 나타내는 모식 단면도이다.
실시형태 1에 관한 열전도 시트의 제조 방법은,
·도 9a에 도시하는 바와 같이, 열전도부(10)의 형성에 사용하는 열전도부 형성용 시트(10')를 준비하는 열전도부 형성용 시트 준비 공정과,
·도 9b에 도시하는 바와 같이, 수지재료(20')를 개재하여 열전도부 형성용 시트(10')를 적층하여 적층체(60)를 얻는 적층 공정과,
·도 9c에 도시하는 바와 같이, 적층체(60)를 열전도부 형성용 시트(10')의 적층 방향으로 절단하는 절단 공정을,
포함한다. 이에 의해, 두께 방향으로의 열전도성이 우수하고, 유연성도 우수한 열전도 시트를 적절하게 제조할 수 있는 열전도 시트의 제조 방법을 제공할 수 있다. 이하, 각 공정에 관해서 상세하게 설명한다.
(열전도부 형성용 시트 준비 공정)
열전도부 형성용 시트 준비 공정에서는, 도 9a에 나타내는 바와 같이 열전도부(10)의 형성에 사용하는 열전도부 형성용 시트(10')를 준비한다. 열전도부 형성용 시트(10')로서는, 예를 들면, 인편상의 흑연(인편상 흑연)(11)과 수지 섬유(12)를 혼초(混抄)하는 것에 의해 얻어진 것을 사용할 수 있다. 혼정에 의해 얻어진 열전도부 형성용 시트(10')는, 인편상 흑연(11)의 두께 방향이, 해당 열전도부 형성용 시트(10')의 두께 방향을 따르도록, 적합하게 배향한 것이 된다.
혼초에 의해 시트 형상으로 성형한 후에, 건조 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 혼초시에 사용된 수분을 제거할 수 있어 취급이 용이해진다. 또한, 열전도부 형성용 시트(10')의 형상의 안정성, 강도가 향상된다.
혼초에 의해 시트 형상으로 성형한 후에, 당해 시트의 두께 방향으로 가열 가압 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 인편상 흑연(11)을 보다 적합하게 배향시킬 수 있다. 또한, 열전도부 형성용 시트(10')의 형상의 안정성, 강도가 향상된다. 또한, 혼초시에 사용한 수분을 제거할 수 있어 취급이 용이해진다.
특히, 열전도부 형성용 시트(10')는, 이하의 각 공정을 갖는 방법을 사용하여 제조된 것이 바람직하다. 즉, 열전도부 형성용 시트(10')는, 인편상의 흑연(인편상 흑연)(11)과 수지 섬유(12)를 혼초하는 혼초 공정과, 혼초물의 두께 방향으로 가압하는 제1 가압 공정(제1 프레스 공정)과, 건조 공정과, 혼초물의 두께 방향으로 가압하면서 가열하는 제2 가압 공정(제2 프레스 공정)을 갖는 방법에 의해 제조된 것이 바람직하다.
제1 가압 공정은, 실온(예를 들면 10℃이상 35℃이하)에서, 적합하게 행할 수 있다. 또한, 제1 가압 공정에서의 프레스 압력은, 예를 들면, 1MPa이상 30MPa이하로 할 수 있다.
건조 공정은, 감압, 가열, 자연 건조에 의해 행할 수 있지만, 가열에 의해 행하는 경우, 가열 온도는, 40℃이상 100℃이하로 할 수 있다.
제2 가압 공정에서의 가열 온도(열 프레스 표면 온도)는, 예를 들면 100℃이상 400℃이하로 할 수 있다. 또한, 제2 가압 공정에서의 프레스 압력은, 예를 들면 10MPa이상 40MPa이하로 할 수 있다.
열전도부 형성용 시트(10')의 구성 재료(인편상 흑연(11), 수지 섬유(12) 등))로서는, 전술한 프레임체(30)의 구성 재료와 같은 것을 들 수 있고, 전술한 열전도부(10)에서 설명한 것과 같은 조건을 만족하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 전술한 것과 같은 효과가 얻어진다.
열전도부 형성용 시트(10')의 두께는, 통상, 전술한 열전도부(10)의 두께와 마찬가지이다. 본 공정에서는, 통상, 열전도부 형성용 시트(10')를 여러 장 준비하는데, 예를 들면, 띠형상(피륙형상)의 열전도부 형성용 시트(10')를 한 장만 준비해도 된다. 이러한 경우라도, 나중의 적층 공정에서 적층체를 적합하게 얻을 수 있다.
(적층 공정)
적층 공정에서는, 도 9b에 도시하는 바와 같이 수지재료(20')를 개재해서 열전도부 형성용 시트(10')를 적층해서 적층체(60)를 얻는다. 수지재료(20')는, 열전도 시트(100)에 있어서, 접합부(20)가 되어야 하는 것이다. 본 공정에서 사용하는 수지재료(20')는, 액상을 이루는 것이어도 좋고, 시트상을 이루는 것(예를 들면, 프리프레그 등)이어도 좋다.
수지재료(20')는, 전술한 접합부(20)를 구성하는 수지재료에 대응하는 재료이다. 보다 구체적으로는, 수지재료(20')는, 전술한 접합부(20)를 구성하는 수지재료와 동일한 조건을 만족하는 것이어도 되고, 그 전구체여도 된다. 전구체로서는, 중합도가 보다 낮은 모노머, 다이머, 올리고머나 프리폴리머 등 외에, 가교도가 보다 낮은 수지재료 등을 들 수 있다.
수지재료(수지재료 조성물)(20')는, 상기 이외의 성분을 포함하고 있어도 된다. 이러한 성분으로서는, 예를 들면, 중합 개시제, 가교제, 용매 등을 들 수 있다. 본 공정에서 사용되는 수지재료(20')가 액상을 이루는 것인 경우, 본 공정에서는, 통상, 수지재료(20')를 열전도부 형성용 시트(10')의 표면에 도공한다. 수지재료(20')의 도공량은, 열전도부 형성용 시트(10')의 각 부위에서 동일해도 되고, 달라도 된다. 또한, 수지재료(20')는, 열전도부 형성용 시트(10')의 표면 전체에 부여해도 되고, 열전도부 형성용 시트(10')의 표면의 일부에만 부여해도 된다.
도 9a~도 9b에 나타내는 구성에서는, 여러 장 준비된 매엽(枚葉)의 열전도부 형성용 시트(10')를, 수지재료(20')를 개재하여 적층하고 있는데, 예를 들면, 도 10에 나타내는 적층체(60B)와 같이, 수지재료(20')가 부여된 열전도부 형성용 시트(10')(특히, 띠모양의 열전도부 형성용 시트(10'))를 감아 돌려도 좋다. 또한, 도 11에 나타내는 적층체(60C)와 같이, 수지재료(20')가 부여된 열전도부 형성용 시트(10')(특히, 띠모양의 열전도부 형성용 시트(10'))를 벨로우즈(蛇腹) 형태로 접어서 적층체(60C)를 얻어도 좋다.
본 공정에 있어서는, 적어도 수지재료(20')를 개재하여 열전도부 형성용 시트(10')를 적층하는 처리를 행하면 되지만, 필요에 따라서 다른 처리를 행해도 된다. 예를 들면, 수지재료(20')를 연화 또는 용융시키는 가열처리를 행해도 좋고, 수지재료(20')가 용매를 포함하는 것인 경우, 감압, 가열, 풍건(風乾) 등에 의해 건조처리를 행해도 좋고, 수지재료(20')의 중합도, 가교도를 높이기 위한 중합 처리, 가교 처리를 행해도 좋고, 열전도부 형성용 시트(10')와 수지재료(20')의 밀착성(열전도부(10)와 접합부(20)와의 밀착성)을 높이기 위한 가압 처리(압착 처리)를 행해도 좋다.
또한, 본 공정에서는, 미리 수지재료(20')에 의해 복수의 열전도부 형성용 시트(10')가 접합된 유닛을 준비해 두고, 해당 유닛을 더 적층, 접합함으로써, 목적으로 하는 적층체(60)을 얻어도 좋다.
(절단 공정)
절단 공정에서는, 도 9c에 나타내는 바와 같이 적층체(60)를 열전도부 형성용 시트(10')의 적층 방향(적층체(60)의 두께 방향)으로 절단한다. 이에 의해, 상술한 열전도 시트(100)가 얻어진다. 특히, 여러 번 절단을 행함으로써, 여러 장의 열전도 시트(100)가 얻어진다. 이때, 절단시의 두께를 조정함으로써, 원하는 두께의 열전도 시트(100)를 얻을 수 있다. 여러 장의 열전도 시트(100)를 얻는 경우, 각 열전도 시트(100)는 동일한 두께를 가지는 것이어도 좋고, 서로 다른 두께를 갖는 것이어도 좋다. 또한, 1장의 열전도 시트(100)의 각 부위에 있어서, 두께가 다르도록 적층체(60)를 절단해도 좋다.
또한, 본 공정은, 적층체(60)를 냉각한 상태에서 행해도 된다. 이에 의해, 예를 들면 본 공정에서의 수지재료(20')의 탄성 변형을 보다 효과적으로 억제하고, 본 공정을 보다 효율적으로 수행할 수 있다. 또한, 절단 두께(열전도 시트(100)의 두께 T100)가 비교적 얇은 경우라도, 본 공정을 적합하게 행할 수 있어, 수율의 저하를 효율적으로 방지할 수 있다. 적층체(60)를 냉각한 상태에서 본 공정을 행하는 경우, 본 공정에서의 적층체(60)의 온도는, 10℃ 이하인 것이 바람직하고, 0℃ 이하인 것이 보다 바람직하며, -10℃ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이에 의해, 전술한 바와 같은 효과가 보다 현저하게 발휘된다.
[실시형태 2에 관한 열전도 시트의 제조 방법]
이어서, 실시형태 2에 관한 열전도 시트의 제조 방법에 대하여, 도 12a~도 13b에 기초하여 설명한다. 도 12a~도 12d는, 실시형태 2에 관한 열전도 시트의 제조 방법을 나타내는 모식 단면도이다. 도 13a~도 13b는, 압압 공정의 전후에 있어서의 열전도 시트의 두께의 변화, 및 열전도부의 기울기의 변화를 모식적으로 나타내는 종단면도이며, 도 13a가 압압 공정 전의 상태를 나타내는 도면이며, 도 13b가 압압 공정 후의 상태를 나타내는 도면이다. 이하의 설명에서는, 상술한 실시형태와의 상이점을 중심으로 설명하고, 동일한 사항에 관한 설명은 적절히 생략한다.
실시형태 2에 관한 열전도 시트의 제조 방법은,
·도 12a에 도시하는 바와 같이, 열전도부(10)의 형성에 사용하는 열전도부 형성용 시트(10')를 준비하는 열전도부 형성용 시트 준비 공정과,
·도 12b에 도시하는 바와 같이, 수지재료(20')를 개재하여 열전도부 형성용 시트(10')를 적층하여 적층체(60)를 얻는 적층 공정과,
·도 12b에 도시하는 바와 같이, 적층체(60)를 열전도부 형성용 시트(10')의 적층 방향으로부터 소정 각도 경사진 방향으로 절단하는 절단 공정과,
·도 12c에 도시하는 바와 같이, 절단에 의해 얻어진 열전도 시트(200)를 그 두께 방향으로 누르는 압압 공정을 포함한다. 도 12c에 나타내는 절단 공정에서는, 적층체(60)를 열전도부 형성용 시트(10')의 적층 방향(적층체(60)의 두께 방향)에 대하여, 소정 각도 θ2 경사한 방향에서 절단한다. 다시 말해서, 전술한 실시형태 1에 관한 제조 방법과는, 적층체(60)의 절단 방향이 다르며, 또 압압 공정을 더 가지고 있는 것을 제외하고는 동일하다. 이러한 구성에 의해, 도 6에 도시한 바와 같이, 열전도 시트(200)의 법선 N100과 열전도부(10)의 법선 N10이 직교하지 않는 열전도 시트(100)를 적합하게 제조할 수 있다.
또한, 상기와 같은 절단 공정 후에, 도 12c에 나타내는 바와 같은 압압 공정을 가짐으로써, 압압 공정 전에 비해, 열전도부(10)와 접합부(20)의 밀착성을 한층 더 높여, 열전도 시트의 내구성을 보다 우수한 것으로 할 수 있다. 또한, 보다 박형(薄型)의 열전도 시트(200)를 적합하게 제조할 수 있으면서 동시에 열전도 시트(200)에서의 열전도 시트(200)의 법선 N100과 열전도부(10)의 법선 N10이 이루는 각을 보다 적합하게 조정할 수 있다(도 13a, 도 13b 참조).
절단 공정에서의 적층체(60)의 절단 방향은, 이하의 조건을 만족하는 것이 바람직하다. 즉, 열전도부 형성용 시트(10')의 적층 방향(열전도부 형성용 시트(10')의 법선 방향. 적층체(60)의 두께 방향)과 절단 방향이 이루는 각 θ2은, 5°이상 85°이하인 것이 바람직하고, 7°이상 60°이하인 것이 보다 바람직하며, 10°초과 50°이하인 것이 더욱 바람직하고, 15°초과 40°이하인 것이 가장 바람직하다. 이에 의해, 전술한 효과가 보다 현저하게 발휘된다.
또한, 압압 공정에서의 압력은, 특별히 한정되지 않지만, 0.01MPa이상 1MPa이하인 것이 바람직하고, 0.03MPa이상 0.7MPa이하인 것이 보다 바람직하며, 0.05MPa이상 0.5MPa이하인 것이 한층 더 바람직하다. 이에 의해, 전술한 효과가 보다 현저하게 발휘된다.
[실시형태 3에 관한 열전도 시트의 제조 방법]
이어서, 실시형태 3에 관한 열전도 시트의 제조 방법에 대하여, 도 14a~도 14d를 토대로 설명한다. 도 14a~도 14d는, 실시형태 3에 관한 열전도 시트(300)의 제조 방법을 나타내는 모식 단면도이다. 이하의 설명에서는, 상술한 실시형태와의 상이점을 중심으로 설명하고, 동일한 사항에 대한 설명은 적절히 생략한다.
실시형태 3에 관한 열전도 시트(300)의 제조 방법은,
·도 14a에 도시하는 바와 같이, 열전도부(10)의 형성에 사용하는 열전도부 형성용 시트(10')를 준비하는 열전도부 형성용 시트 준비 공정과,
·도 14b에 도시하는 바와 같이, 수지재료(20')를 개재하여 열전도부 형성용 시트(10')를 적층하여 적층체(60)를 얻는 적층 공정과,
·도 14c에 도시하는 바와 같이, 적층체(60)에 프레임체 형성용 막(30')을 설치하는 프레임체 형성용 막 설치 공정과,
·도 14d에 도시하는 바와 같이, 프레임체 형성용 막(30')이 설치된 적층체 (60)를 열전도부 형성용 시트(10')의 적층 방향으로 절단하는 절단 공정을 포함한다. 바꾸어 말하면, 전술한 실시형태 1에 관련한 제조 방법과는, 적층 공정과 절단 공정 사이에 프레임체 형성용 막 설치 공정을 더 포함하는 것 이외는, 마찬가지이다.
이와 같은 구성에 의해, 예를 들면 열전도 시트(300)에 있어서, 전술한 바와 같은 프레임체(30)의 기능을 발휘시킬 수 있다. 또한, 예를 들면 나중의 절단 공정에 있어서의 적층체(60)의 뜻하지 않은 변형을 억제할 수 있고, 열전도 시트(300)에 있어서, 뜻하지 않은 두께의 불균일이 발생하는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 도 14d 중에서는, 절단 공정에 있어서, 적층체(60)를 열전도부 형성용 시트(10')의 적층 방향(적층체(60)의 두께 방향)으로 절단하는 경우에 관해서 나타내고 있지만, 전술한 실시형태 2와 같이, 적층체(60)를 열전도부 형성용 시트(10')의 적층 방향(적층체(60)의 두께 방향)에 대해 소정 각도 경사진 방향에서 절단해도 좋다. 또한, 실시형태 3에 관한 열전도 시트(300)의 제조 방법에 있어서, 절단 공정 후에, 전술한 실시형태 2에서 설명한 바와 같은 압압 공정을 더 갖고 있어도 좋다.
(프레임체 형성용 막 설치 공정)
도 14c에 나타내는 프레임체 형성용 막 설치 공정에서는, 적층체(60)에 프레임체 형성용 막(30')을 설치한다. 프레임체 형성용 막(30')은, 임의의 형태로 설치해도 되지만, 적층체(60)의 대향하는 2개의 측면(두께방향의 면) 및 이들에 접속하는 상면 및 하면(적층체(60)의 적층방향에 대한 상면 및 하면)의 적어도 일부에 설치하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 예를 들면, 열전도 시트(300)에 있어서, 전술한 바와 같은 프레임체(30)의 기능을 보다 효과적으로 발휘시킬 수 있다. 또한, 예를 들면, 나중의 절단 공정에 있어서의 적층체(60)의 뜻하지 않는 변형을 보다 효과적으로 억제할 수 있고, 열전도 시트(300)에 있어서 뜻하지 않은 두께의 불균일이 발생하는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
특히, 도시의 구성에서는, 적층체(60)의 대향하는 2개의 측면에 더하여, 상면 및 하면의 전체에 걸쳐서 연속적으로 프레임체 형성용 막(30')을 설치한다. 이에 의해, 전술한 바와 같은 효과가 보다 현저하게 발휘된다.
또한, 실시형태 3에 관한 열전도 시트(300)에서는, 적층체(60)에 프레임체 형성용 막(30')을 감아 돌림으로써, 프레임체 설치 공정을 수행한다. 이에 의해, 본 공정 중에, 뜻하지 않게 프레임체 형성용 막(30')이 박리되거나, 탈락되어 버리는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있으며, 전술한 바와 같은 효과가 보다 확실하게 발휘된다. 또한, 절단 공정에서의 적층체(60)의 형상의 안정성이 특히 우수한 것이 된다.
적층체(60)에 프레임체 형성용 막(30')을 감아 돌리는 경우, 프레임체 형성용 막(30')의 두께는, 3㎛이상 100㎛이하인 것이 바람직하고, 5㎛이상 80㎛이하인 것이 보다 바람직하며, 7㎛이상 50㎛이하인 것이 더욱 바람직하다. 이에 의해, 열전도 시트(300)의 유연성을 충분히 우수한 것으로 하면서, 전술한 바와 같은 효과가 보다 현저하게 발휘된다.
프레임체 형성용 막(30')의 구성 재료로서는, 전술한 프레임체(30)의 구성 재료와 동일한 것을 들 수 있고, 전술한 프레임체(30)에서 설명한 것과 같은 조건을 만족하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 전술한 바와 같은 효과가 얻어진다.
[실시형태 4에 관한 열전도 시트의 제조 방법]
이상의 예에서는, 열전도부 형성용 시트(10')를 수지재료(20')를 개재하여 적층하는 방법에 대해서 설명했는데, 본 발명은 열전도부와 접합부의 적층 구조를 얻는 방법을 상기에 한정하는 것은 아니다. 예를 들면, 열전도부 형성용 시트(10')에 수지재료(20')를 함침시킨 상태로 적층하고, 적층 상태의 열전도부 형성용 시트(10')에 대해 수지재료(20')를 경화시킴으로써, 열전도부와 접합부의 적층 구조를 얻을 수도 있다. 또한, 적층 방법도, 시트 형상으로 절단한 열전도부 형성용 시트(10')를 여러 장 적층하는 것 외에, 미리 형성된 하나의 열전도부 형성용 시트(10')를 권취하거나 절곡시킴으로써, 적층 상태로 할 수 있다.
예를 들면, 도 15에 도시한 바와 같이 미리 작성된 열전도부 형성용 시트(10')를 롤 형상으로 감은 권취체(RL1)를 준비한다. 그리고 열전도부 형성용 시트(10')의 일단을 권취체(RL1)로부터 인출해서 액체상의 수지재료(20')에 함침시킨다. 예를 들면, 액체상의 수지재료(20')를 저장한 수지조(BT)에, 롤에서 인출한 열전도부 형성용 시트(10')를 침지시킨다. 혹은 키스코트나 다이코트와 같은 코터를 사용하거나, 스프레이로 도포해도 좋다.
이와 같이 해서 수지재료(20')를 함침 혹은 도포한 열전도부 형성용 시트(10')를, 다시 다른 롤(RO2)에 감는다. 이 상태에서 수지재료(20')를 경화시킴으로써 적층체(60D)를 얻을 수 있다. 예를 들면, 열가소성 수지나 자외선 경화성 수지를 사용함으로써, 미경화의 수지재료(20')를 함침된 적층 상태에 있는 열전도부 형성용 시트(10')에 대해 가열이나 자외선 조사 등의 처리에 의해 수지재료(20')를 경화시킨 적층체(60D)를, 권취체(RL2)로서 얻는 것이 가능해진다. 수지재료(20')의 경화시에는, 예를 들면 도 16에 도시하는 바와 같이 폐색 공간(CS) 내에 놓인 권취체(RL2)를 회전시키면서 히터(HT)로 가열, 혹은 자외선을 조사한다.
또한, 이 방법이면, 수지재료(20')가 미경화의 상태에서 수지의 함침량을 조정하는 것이 가능해진다. 미리 권취체(RL1)의 중량을 측정해 두는 것으로, 수지재료(20')를 함침한 권취체(RL2)의 중량을 측정하면, 그 차이로부터, 수지재료(20')의 함침량을 계산할 수 있다. 이 수지재료(20')의 함침량이, 열전도부 형성용 시트(10')에 대해 너무 많을 경우는, 권취체(RL2)를 회전시켜서 원심 분리에 의해 수지재료(20')를 빼내어 원하는 함침량으로 조정할 수 있다. 또한, 수지재료(20')의 함침량이 너무 적은 경우에는, 다시 수지재료(20')를 열전도부 형성용 시트(10')에 함침시키도록 함침 공정으로 되돌릴 수 있다. 또한, 액체상의 수지재료(20')가 미경화의 상태로 권취체(RL2)를 방치해서, 수지재료(20')의 일부를 자연스럽게 적하(滴下)시켜서 함침량을 조정해도 좋다. 단, 이 경우에도, 수지재료(20')가 권취체(RL2)에 균일하게 분포되도록, 권취체(RL2)를 일정한 속도로 회전시키는 것이 바람직하다.
이와 같이 해서 원하는 양의 수지재료(20')를 함침시킨 권취체(RL2)에 대해 수지재료(20')를 경화시켜서 적층체(60D)를 얻을 수 있다. 그리고 또한, 이 적층체(60D)에 대해 절단 공정을 수행한다. 절단은, 도 17의 단면도에 나타내는 바와 같이, 권취체(RL2)의 권취축방향에 수직인 평면을 절단면으로 하고, 절단면끼리 서로 평행으로 하고, 그 간격을 열전도 시트(100)의 두께에 대응시켜서 재단한다. 이에 의해, 절단된 열전도 시트의 원지(原紙)가 얻어진다. 그리고 또한, 얻어진 열전도 시트의 원지를, 필요에 따라서 원하는 크기로 절단해서(예를 들면, 도 17에 있어서 파선으로 나타내는 직사각형), 열전도 시트(100)가 얻어진다. 또한, 얻어지는 열전도 시트(100)에서의 열전도부(10)와 접합부(20)의 계면은, 도 3에 나타낸 바와 같은 직선형상이 되지 않고, 원호형상으로 만곡된 것이 된다. 또한, 열전도 시트 원지의 절단된 위치에 따라 그 패턴도 다소 상이하다.
또한, 적층체(60D)의 절단 위치는, 도 17에 도시한 바와 같은 롤 RO2과 직교하는 평면에 한정되지 않고, 예를 들면 도 18의 측면도에 도시하는 바와 같이, 롤 RO2에 대해 경사시킨 평면으로 절단해도 좋다. 이 절단 방법이라면, 절단된 열전도 시트 원지의, 열전도부(10)와 접합부(20)의 계면을, 도 7의 단면도에 나타낸 바와 같은 경사시킨 상태로 할 수 있다.
혹은, 도 19a~도 19c의 단면도에 나타내는 바와 같이, 권취체(RL2)의 롤(RO2)과 평행한 평면을 절단면으로 해도 좋다. 이 경우도 절단면끼리 서로 평행하게 하고, 그 간격을 열전도 시트(100)의 두께에 대응시켜서 재단한다. 이에 의해, 절단된 열전도 시트의 원지가 얻어진다. 그리고 또한, 얻어진 열전도 시트의 원지를, 필요에 따라서 원하는 크기로 절단해서 열전도 시트(100)가 얻어진다. 또한 얻어지는 열전도 시트(100)에서의 열전도부(10)와 접합부(20)의 패턴은, 도 3에 나타낸 바와 같은 각 위치에서 동일한 폭이나 각도가 되지 않고, 약간 경사진 것이 된다. 또한, 열전도 시트 원지의 절단 위치에 따라 그 폭이나 각도도 다소 상이하다. 도 19a의 예에서는, 절단 위치를 롤(RO2)을 통과하지 않는 위치로 했지만, 이 예에 한정되지 않고, 예를 들면 도 19a의 단면도에 도시하는 바와 같이, 롤(RO2)을 통과하는 반경을 따른 단면으로서도 좋다. 이 절단 방법이면, 절단된 열전도 시트 원지의, 열전도부(10)와 접합부(20)의 패턴을, 절단 위치에 관계없이 대체로 일정하게 할 수 있고, 하나의 적층체(60D)로부터 균질한 열전도 시트(100)를 얻는 것이 가능해진다. 혹은, 도 19c의 단면도에 나타내는 바와 같이, 롤(RO2)을 중심으로 하는 일정한 영역 내에서, 절단면을 서로 평행하게 해서 절단하면서 동시에 나머지 영역은 이 절단면과 직교하는 방향으로 설정해도 좋다. 이 방법이라면, 도 19b의 단면도와 같이 절단면을 비스듬히 하지 않고, 도 19c에 있어서 수직 방향과 수평 방향의 2방향으로만 할 수 있으므로, 절단을 용이하게 행할 수 있는 이점을 얻을 수 있다.
또한, 이상과 같이 열전도부 형성용 시트(10')를 권취하는 구성에 있어서는, 도 15에 나타낸 바와 같이 반드시 단면시(斷面視)를 진원상(眞圓狀)으로 권취하는 구성에 한정되지 않고, 타원상이나 트랙형상 등으로 해도 좋다. 또한, 상술한 예에서는 심체(芯體)로서 롤(RO2)을 이용하여 감는 구성을 나타내었지만, 심체가 없는 코어리스의 권취체로 해도 좋다.
그리고 이상의 예에서는, 열전도 시트(100)는 평면에서 보아 직사각형 형상으로 한 예를 설명했지만, 발열체(HG)나 방열구(放熱具)의 형상에 따라 열전도 시트(100)의 형상은 적절히 설정할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관해서 설명했지만, 본 발명은, 이들에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 열전도 시트의 제조 방법에 있어서는, 전술한 공정에 더하여, 다른 공정(전처리 공정, 중간처리 공정, 후처리 공정 등)을 더 갖고 있어도 좋다. 예를 들면, 절단 공정의 후처리로서, 시트의 표면을 연마하는 공정을 가지고 있어도 좋다. 이에 의해, 보다 적합하게 열전도부를 외부에 노출시킬 수 있으면서 동시에, 표면 거칠기 Ra를 보다 적합하게 조정할 수 있다. 또한, 전술한 실시형태 2에 관한 열전도 시트의 제조 방법에 있어서, 압압 공정을 생략해도 좋다.
또한, 본 발명의 열전도 시트는, 전술한 방법으로 제조된 것에 한정되지 않고, 어떠한 방법으로 제조된 것이어도 좋다. 또한, 본 발명의 열전도 시트는, 전술한 열전도부, 접합부, 프레임체 이외의 구성을 갖는 것이어도 좋다.
이하, 실시예 및 비교예에 의거하여 본 발명을 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 특별히 온도 조건을 나타내지 않은 처리, 측정에 대해서는, 20℃에서 행하였다.
(1)열전도 시트의 제조
각 실시예 및 각 비교예의 열전도 시트를 이하와 같이 해서 제조하였다.
(실시 예 1)
(열전도부 형성용 시트의 제조)
우선, 수지 섬유로서의 아라미드 수지와, 인편상 흑연으로서의 팽창화 흑연을 혼초하고(혼초 공정), 그 후, 20℃에서 프레스 압력 1MPa의 가압 처리(제1 가압 공정)를 행하고, 그리고 또한, 140℃에서 건조 처리를 실시한 후에, 프레스 압력 5MPa로 180℃의 가압 처리를 2분간 행하고(제2 가압 공정), 그리고 150mm×150mm의 정사각형상으로 절단함으로써, 여러 장의 열전도부 형성용 시트를 얻었다. 얻어진 열전도부 형성용 시트 중에 있어서, 인편상 흑연은, 그 두께 방향이, 열전도부 형성용 시트의 두께방향을 따르도록 배향한다. 또한, 얻어진 열전도부 형성용 시트의 두께는, 65㎛이었다.
(적층체의 제조)
이어서, 열전도부 형성용 시트 중 1장을 유리판에 탑재하고, 해당 열전도부 형성용 시트의 한쪽 주면(상면) 전체에, 수지재료로서 무용매-액체형의 엘라스토머 생지인 셀름·엘라스토머(SeRM Elastomer)(어드밴스드·소프트 머티리얼즈 주식회사 제조) 3g을 도공했다. 당해 셀름·엘라스토머는, 환상 분자와, 직쇄상의 분자 구조를 갖고 환상 분자를 꼬치모양으로 포접하는 제1 폴리머와, 제1 폴리머의 양단 부근에 설치된 봉쇄기를 갖는 폴리로탁산, 및 제2 폴리머 분자를 포함하고, 환상 분자를 통해서 폴리로탁산과 제2 폴리머가 결합되어 있는 것이며, 전술한 바람직한 조건을 만족하는 것이다.
이어서, 상기와 같이 해서 수지재료가 도공된 열전도부 형성용 시트 상에, 수지재료가 도공되어 있지 않은 상기 열전도부 형성용 시트를 탑재하였다. 상기와 같이, 최상층의 열전도부 형성용 시트로의 셀름·엘라스토머(어드밴스드·소프트 머티리얼즈 주식회사 제조)의 도공과, 거기로의 수지재료가 도공되어 있지 않은 상기 열전도부 형성용 시트의 탑재를 반복하여 행함으로써, 25장의 열전도부 형성용 시트와 25층의 수지재료층을 구비한 적층체가 얻어졌다.
이어서, 이 적층체를 2장의 유리판으로 끼워 넣고, 클램프를 이용하여 가압해서, 상기의 각 층을 압착하였다. 이 상태에서, 150℃×3시간의 가열 처리를 수행하고, 수지재료로서의 셀름·엘라스토머를 경화시켰다.
(열전도 시트의 제조)
이어서, 상기와 같이 해서 얻어진 적층체(수지재료로서의 셀름·엘라스토머가 경화된 상태의 적층체)를 그 두께방향으로 절단하고(절단 공정), 그리고 또한, 표면을 샌드페이퍼로 연마함에 따라(연마공정), 도 2~도 4에 나타내는 바와 같은 열전도 시트를 얻었다.
이와 같이 해서 얻어진 열전도 시트는, 층상을 이루는 복수의 열전도부와, 상기 각 열전도부를 접합하는 접합부를 구비하고, 전체로서 시트상을 이루는 것이었다. 그리고, 열전도부는, 인편상을 이루는 흑연, 및 수지 섬유를 포함하는 재료로 구성되고, 상기 열전도 시트의 한쪽 주면에서 다른쪽 주면에 걸쳐서 설치된 것이며, 상기 접합부는, 유연성을 갖는 수지재료로 구성된 것이고, 흑연은, 그 두께 방향이, 층상의 상기 열전도부의 두께 방향을 따르도록 배향되어 있고, 열전도 시트의 법선과 열전도부의 법선이 이루는 각이 90°이었다.
바꾸어 말하면, 본 실시예에서 얻어진 열전도 시트는, 해당 열전도 시트의 면 방향을 따라 서로 교차하는 축을 x축 및 y축으로 설정하고, x축 및 y축과 교차하는 축을 z축으로 설정했을 때, y축 방향에 비해 z축 방향의 열전도성이 높고, 또한 x축 방향으로 연장되는 복수의 열전도부와, 수지재료로 구성되고, 각 열전도부를 y축 방향으로 접합하는 접합부(20)를 구비한 것이며, 열전도부는, 인편상을 이루고, 해당 인편의 두께방향이 y축 방향을 따르는 배향을 갖는 흑연과, 수지 섬유를 포함하는 재료로 구성되어 있는 것이었다.
이와 같이 해서 얻어진 열전도 시트의 두께는 0.3㎜이었다. 열전도 시트의 양면의 표면 거칠기 Ra는 50㎛이었다. 또한, 열전도 시트에 있어서, 열전도부 형성용 시트에 의해 형성된 열전도부의 두께는 65㎛이며, 수지재료로서의 셀름·엘라스토머의 경화물로 구성된 접합부(20)의 두께는 100㎛이었다. 또한, 열전도부 중에서의 수지 섬유의 함유율은 25질량％, 인편상 흑연의 함유율은 75질량％였다.
(실시 예 2~5)
열전도부 형성용 시트의 제조에 사용하는 수지 섬유, 인편상 흑연의 조건을 변경하면서 동시에 접합부 형성용의 수지재료의 종류, 도포 조건, 열전도부 형성용 시트와 수지재료의 적층 조건을 조정함으로써, 표 1에 나타내는 바와 같은 구성이 되도록 한 것 이외에는, 상기 실시 예 1과 동일하게 해서 열전도 시트를 제조하였다.
(실시 예 6)
절단 공정에서, 열전도부 형성용 시트의 적층 방향(열전도부 형성용 시트의 법선 방향)과 절단 방향이 이루는 각을 19°로 하면서 동시에, 절단공정과 연마공정 사이에, 절단 공정에서 얻어진 시트 부재를 그 두께 방향으로 누르는 압압 공정을 구비한 것 이외에는, 상기 실시 예 1과 동일하게 해서 열전도 시트를 제조하였다(도 2, 도 6, 도 7 참조). 압압 공정에서의 압력은 0.2MPa로 하였다.
(실시 예 7~10)
열전도부 형성용 시트의 제조에 사용하는 수지섬유, 인편상 흑연의 조건을 변경하면서 동시에 접합부 형성용의 수지재료의 종류, 도포 조건, 열전도부 형성용 시트와 수지재료와의 적층 조건, 절단 공정에서의 열전도부 형성용 시트의 적층 방향(열전도부 형성용 시트의 법선 방향)과 절단 방향이 이루는 각을 조정함으로써, 표 1에 나타내는 바와 같은 구성이 되도록 한 것 이외에는, 상기 실시 예 6과 동일하게 해서 열전도 시트를 제조하였다.
(실시 예 11)
우선, 상기 실시 예 1과 마찬가지로 해서, 25장의 열전도부 형성용 시트와 25층의 수지 재료층을 구비한 적층체(수지재료로서의 셀름·엘라스토머가 경화된 상태의 적층체)를 얻었다.
이어서, 당해 적층체의 대향하는 2개의 측면, 상면 및 하면의 전체를, 11㎛의 폴리염화비닐리덴제의 필름으로 감아돌리고, 평균 폭 100㎛의 프레임체 형성용 막을 설치하였다.
그 후, 상기와 같이 해서 얻어진 프레임체 형성용 막이 설치된 상태의 적층체를, 그 두께방향으로 절단하고(절단 공정), 그리고 또한, 표면을 샌드 페이퍼로 연마함으로써(연마공정), 열전도부와 접합부를 구비하는 시트 본체와, 그 외주에 접촉해서 설치된 프레임체를 구비하는 열전도 시트를 얻었다(도 8 참조).
(실시 예 12~15)
열전도부 형성용 시트의 제조에 사용하는 수지섬유, 인편상 흑연의 조건을 변경하면서 동시에, 접합부 형성용의 수지 재료의 도포 조건, 열전도부 형성용 시트와 수지 재료와의 적층 조건, 프레임체 형성용 막의 조건을 조정함으로써, 표 2에 나타내는 바와 같은 구성이 되도록 한 것 이외에는, 상기 실시 예 6과 마찬가지로 해서 열전도 시트를 제조하였다.
(실시 예 16)
우선, 상기 실시 예 1과 동일하게 해서, 25장의 열전도부 형성용 시트와 25층의 수지 재료층을 구비한 적층체(수지 재료로서의 셀름·엘라스토머가 경화된 상태의 적층체)를 얻었다.
이어서, 당해 적층체의 대향하는 2개의 측면, 상면 및 하면의 전체를, 11㎛의 폴리염화비닐리덴제의 필름으로 감아 돌려서, 평균 두께 100㎛의 프레임체 형성용 막을 설치하였다.
그 후, 상기와 같이 해서 얻어진 프레임체 형성용 막이 설치된 상태의 적층체를, 절단하고(절단 공정), 절단 공정에서 얻어진 시트 부재를 그 두께 방향으로 누르고(압압 공정), 그리고 또한 표면을 샌드 페이퍼로 연마함으로써(연마공정), 열전도부와 접합부를 구비하는 시트 본체와, 그 외주에 접촉해서 설치된 프레임체를 구비하는 열전도 시트를 얻었다(도 8 참조). 절단 공정에서는, 열전도부 형성용 시트의 적층 방향(열전도부 형성용 시트의 법선 방향)과 절단 방향이 이루는 각을 19°로 조정하였다.
(비교 예 1)
본 비교 예에서는, 상기 실시 예 1에서 제조한 열전도부 형성용 시트를, 그대로 열전도 시트로서 사용하였다. 즉, 본 비교 예의 열전도 시트에 있어서, 인편상 흑연은, 그 두께 방향이, 열전도 시트의 두께 방향을 따르도록 배향한다.
(비교 예 2)
열전도부 형성용 시트의 제조시에 있어서, 인편상 흑연 대신에 구상의 흑연(흑연입자)을 사용한 것 이외에는, 상기 실시 예 6과 동일하게 해서 열전도 시트를 제조하였다. 흑연 입자의 평균 입경은, 20㎛이었다.
상기 각 실시 예 및 비교 예의 열전도 시트의 구성을 표 1, 표 2에 정리해서 나타낸다. 또한, 어떤 열전도 시트도, 양쪽의 주면에, 각 열전도부 및 각 접합부가 노출되어 있었다. 또한, 표 1, 표 2 중, 셀름·엘라스토머(어드밴스드·소프트 머티리얼즈 주식회사 제조)의 경화물을 「SeRM」, 유연성 페놀 수지(DIC사제, J-325)의 경화물을 「PH」로 나타냈다. 또한, 표 1, 표 2 중, 열전도 시트의 법선과 열전도부의 법선이 이루는 각을 θ1로 나타내고, 열전도부 형성용 시트의 적층 방향과 절단 방향이 이루는 각을 θ2로 나타내었다. 또한, 상기 각 실시 예에서 사용한 인편상 흑연은, 모두, 평균 편평도가 3이상 100이하이고, 평균 단축(短軸) 길이가 0.2㎛이상 50㎛이하의 것이었다. 또한, 상기 각 실시 예의 열전도 시트에서는, 모두, 열전도부를 구성하는 전체 인편상 흑연 중, 인편상 흑연의 두께 방향(법선방향)과 y축 방향이 이루는 각이 10 °이하의 것을 비율이, 개수 기준으로, 80%이상이었다.
[표 1]
[표 2]
(2) 평가
우선, 실시예 1∼16 및 비교예 1∼2에 관한 각 열전도 시트의 열전도율을, 레이저 플래시법을 사용하여 측정하였다. 이 결과를 표 3에 나타낸다. 또한, 레이저 플래시법을 이용한 열전도율의 측정에는, Netzsch사제 열전도율 측정 장치 LFA447 NanoFlash를 사용하였다.
[표 3]
다음으로, 시판의 퍼스널 컴퓨터(후지츠사제, FMVD13002)의 마더보드 상의 CPU 위에, 그리스를 통하여 고정된 냉각 핀을 제거하고, CPU 상의 그리스를 주의해서 닦아냈다. 이어서, CPU 상에 그 크기로 잘라낸 상기 실시 예 1의 열전도 시트를 설치하고, 해당 열전도 시트에 냉각 핀을 다시 고정하였다. 그 후, 20℃로 온도 관리된 실내에서, 퍼스널 컴퓨터를 기동하고, 소정의 처리를 행했을 때의 CPU 온도를, Speccy(Piriform Ltd사 제조)에 의해 측정하였다.
상기 실시 예 2~16 및 각 비교 예의 열전도 시트에 관해서도 같은 측정을 행하였다. 상기 측정을 행했을 때의, 상기 소정의 처리를 개시하고 나서 30분 후의 CPU 온도를, 이하의 기준에 따라 평가하였다. CPU 온도가 낮을수록 열전도 시트의 두께 방향으로의 열전도성이 우수하다고 할 수 있다.
A: CPU 온도가 60℃ 미만이다.
B: CPU 온도가 60℃이상 65℃미만이다.
C: CPU 온도가 65℃이상 70℃미만이다.
D: CPU 온도가 70℃이상 75℃미만이다.
E: CPU 온도가 75℃이상이다.
이들 실시 예 1~16 및 비교 예 1~2에 관한 각 열전도 시트의 평가 결과를, 이하의 표 4에 나타낸다.
[표 4]
표 3에서 명백한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 열전도 시트는, 모두, 두께 방향으로의 열전도성이 우수했다. 또한, 본 실시형태에 관한 열전도 시트는, 모두 유연성이 우수하고, 고온 부재인 CPU의 표면으로의 형상 추종성이 우수하였다. 또한, 상기의 평가에 사용된 각 열전도 시트를 퍼스널 컴퓨터에서 꺼내, 그 외관을 관찰한 바, 실시 예 6~10 및 16의 열전도 시트에서는, 열전도부의 좌굴이 방지되어, 열전도 시트 전체에 걸쳐서 열전도부와 접합부가 밀착된 상태를 유지하였다. 또한, 본 실시형태에 따른 열전도 시트에서는, 이러한 우수한 특성을 갖는 열전도 시트를 적합하게 제조할 수 있었다. 특히, 프레임체 형성용 막을 이용한 상기 실시예 11~16에서는, 적층체의 절단을 보다 용이하게 행할 수 있었다. 이에 비해, 각 비교 예의 열전도 시트에서는, 만족스러운 결과를 얻지 못하였다.
또한, 열전도 시트 대신에, 다이아몬드 그리스를 사용하여, 상기와 같은 평가를 행한 결과, CPU 온도는 83℃가 되었다.
또한, 열전도부의 두께 T10을 50㎛이상 300㎛이하의 범위 내에서 변경하고, 접합부의 두께 T20을 0.1㎛이상 200㎛이하의 범위 내에서 변경하여, 열전도부 중에서의 인편상 흑연의 함유율을 10질량%이상 90질량%이하의 범위 내에서 변경하고, 열전도부 중에서의 수지 섬유의 함유율을 10질량%이상 90질량%이하의 범위 내에서 변경하여, 수지 섬유의 평균 길이를 1.5㎜이상 20㎜이하의 범위 내에서 변경하고, 수지 섬유의 평균 폭을 1.0㎛이상 50㎛이하의 범위 내에서 변경하고, 열전도부 중에서의 수지 섬유의 함유율 XF[질량％]에 대한 인편상 흑연의 함유율 XG[질량%]의 비율(XG/XF)을 0.10이상 9.0이하의 범위 내에서 변경하고, 열전도 시트 전체에서 차지하는 열전도부의 체적률을 30체적%이상 90체적%이하의 범위 내에서 변경하고, 열전도 시트 전체에서 차지하는 접합부의 체적률을 10체적%이상 70체적%이하의 범위 내에서 변경하고, 프레임체의 폭 W를 30㎛이상 1000㎛이하의 범위 내에서 변경한 것 이외에는, 상기 각 실시예 및 각 비교예와 동일하게 해서 열전도 시트를 제조하고, 상기와 동일하게 해서 평가를 행한 바, 상기와 동일한 경향이 확인되었다.
또한, 매엽(枚葉)의 열전도부 형성용 시트를 사용하는 대신에, 띠 형상의 열전도부 형성용 시트를 사용하고, 해당 띠 형상의 열전도부 형성용 시트에 수지재료를 부여해서, 감아돌리는 방법, 및 벨로우즈 모양으로 접는 방법을 채용한 것 이외에는, 상기 각 실시예 및 각 비교예와 동일하게 해서 열전도 시트를 제조하고, 상기와 동일하게 해서 평가를 행한 결과, 상기와 동일한 결과가 얻어졌다. .
(적층체의 단면 사진)
그리고 또한, 상술한 실시 예에서의 열전도 시트의 단면의 확대 사진을, 도 20~도 23에 나타낸다. 이들 도면에 있어서, 도 20은 실시예 4에 따른 열전도 시트, 도 21은 실시 예 1에 따른 열전도 시트, 도 22는 도 23의 요부 확대 단면 사진, 도 23은 실시 예 1에 따른 열전도 시트의 요부 확대 단면 사진을 각각 나타낸다. 또 각 도면의 상하 방향이, 열전도 시트의 두께 방향에 해당한다. 그리고 또한, 도 20은 고밀도 제품이고, 도 21은 저밀도 제품에 해당한다. 도 22에 나타내는 바와 같이, 고밀도 제품에 있어서는, 열전도부(10)의 두께가 약 65㎛이며, 층상의 열전도부(10)들 사이에 접합부(20)로서 수지재료가 존재하는 것을 알 수 있다. 이와 같이 접합부(20)는 반드시 속이 꽉 찬(中實) 층상으로 존재할 필요는 없고, 부분적으로 혹은 이산적(離散的)으로 수지 재료로 접합된 부재로서 존재한다. 즉, 열전도부(10)들 사이에는 비교적 큰 비율로 공극층이 존재한다. 이러한 층상의 열전도부(10) 사이의 간극은, 부분적으로 층상으로 형성되어 있고, 층간의 간극으로서 존재한다. 이러한 공극층의 존재에 의해, 열전도 시트의 유연성이나 가요성이 높아져, 열전도 시트와 면접촉하는 발열체(HG)나 방열기의 표면의 형상이나 요철에 추종시켜서 이들의 계면에서 밀착시키기 쉬워진다. 또한, 열전도부(10)에도 공극부를 형성함으로써, 이러한 열전도 시트의 유연성이 높아진다. 한편, 열전도부(10)의 공극부의 일부에 수지재료를 침입시킴으로써, 열전도부(10)들 사이에 공극층을 형성하면서도 이들 열전도부(10)끼리를 접합시키는 강도를 유지하는 것이 가능해진다.
또한, 도 23의 저밀도 제품에 있어서는, 이러한 열전도부(10) 사이의 공극층이 보다 큰 경향이 나타난다. 즉, 보다 경량이고 변형성이 풍부한 열전도 시트가 얻어진다. 또한, 접합부(20)는 공극층을 형성하면서도, 부분적으로 수지재료로 접합되어 있기 때문에 층상의 열전도 시트가 유지된다.
이상과 같이, 본 발명의 실시형태에 관련한 열전도 시트 및 그 제조 방법에 따르면, 두께방향으로의 열전도성이 우수하고, 유연성도 우수한 열전도 시트를 제공할 수 있다.
산업상의 이용 가능성
본 발명에 관련한 열전도 시트 및 그 제조 방법은, 컴퓨터에 내장되는 CPU나 MPU, GPU, SoC 등의 전자 부품이나 LED, 액정, PDP, EL, 휴대 전화 등의 발광 소자등의 전자 부품의 방열 시트 등으로서 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 차량용 헤드라이트, 전기 자동차나 하이브리드 자동차 등의 전동 차량용의 전원으로서 사용되는 전지 블록, 반도체 구동 소자나 MCU 등의 발열체와 히트싱크 사이에 개재되는 완충 시트로서도 적합하게 이용할 수 있다.
1000; 방열장치
100, 200, 300; 열전도 시트
100'; 시트 본체
200; 시트 부재
10; 열전도부
10'; 열전도부 형성용 시트
11; 흑연(인편상 흑연)
12; 수지 섬유
20; 접합부
20'; 수지재료
30; 프레임체
30'; 프레임체 형성용 막
40; 폴리로탁산
41; 환상 분자
42; 제1 폴리머
43; 봉쇄기
50; 제2 폴리머
60, 60B, 60C, 60D; 적층체
HS; 냉각기
HG; 발열체
T100; 두께
T10; 두께
T20; 두께
N100; 법선
N10; 법선
W; 폭
RL1, RL2; 권취체
RO2; 롤
BT; 수지조
CS; 폐색공간
HT; 히터
100, 200, 300; 열전도 시트
100'; 시트 본체
200; 시트 부재
10; 열전도부
10'; 열전도부 형성용 시트
11; 흑연(인편상 흑연)
12; 수지 섬유
20; 접합부
20'; 수지재료
30; 프레임체
30'; 프레임체 형성용 막
40; 폴리로탁산
41; 환상 분자
42; 제1 폴리머
43; 봉쇄기
50; 제2 폴리머
60, 60B, 60C, 60D; 적층체
HS; 냉각기
HG; 발열체
T100; 두께
T10; 두께
T20; 두께
N100; 법선
N10; 법선
W; 폭
RL1, RL2; 권취체
RO2; 롤
BT; 수지조
CS; 폐색공간
HT; 히터
Claims (18)
- 각각이 한쪽 주면(主面)에서 다른쪽 주면으로 연속해서 설치된 복수의 열전도부와,
주면 방향으로 적층된 상기 복수의 열전도부의, 인접하는 계면(界面)끼리를 접합하는 접합부를 구비하고,
전체로서 시트 형상을 이루는 열전도 시트이며,
상기 열전도부는, 공극부(空隙部)를 포함하고 있고,
상기 접합부는, 유연성을 갖는 수지재료를 포함하는 재료로 구성되면서 동시에 부분적으로 공극층(空隙層)을 형성하고 있고,
상기 수지재료의 일부가, 상기 열전도부의 상기 공극부에 부분적으로 침입시켜서 이루어지는 열전도 시트.
- 제1항에 기재된 열전도 시트로서,
상기 열전도 시트를, 그 두께 방향으로 0.2N/㎟의 면압(面壓)으로 눌렀을 때의, 상기 열전도 시트의 두께 방향에서의 열전도율을 λ0.2[W/m·K], 상기 열전도 시트를, 그 두께 방향으로 0.8N/㎟의 면압으로 눌렀을 때의, 상기 열전도 시트의 두께 방향에서의 열 전도율을 λ0.8[W/m·K]로 했을 때, 1.5≤λ0.8/λ0.2≤3.5의 관계를 만족하는 열전도 시트.
- 제1항 또는 제2항에 기재된 열전도 시트로서,
상기 접합부 중에서의 상기 공극층이 차지하는 비율은, 2체적%이상 30체적%이하인 열전도 시트.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 열전도 시트로서,
상기 열전도부는, 인편상(鱗片狀)을 이루는 흑연, 및 수지 섬유를 포함하는 재료로 구성된 것인 열전도 시트.
- 제4항에 기재된 열전도 시트로서,
상기 수지 섬유는, 아라미드 섬유인 열전도 시트.
- 제4항 또는 제5항에 기재된 열전도 시트로서,
상기 흑연은, 팽창화 흑연인 열전도 시트.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 열전도 시트로서,
상기 열전도 시트의 주면에 대하여, 레이저 플래시법을 이용하여 측정되는 상기 열전도 시트의 두께 방향에서의 열전도율이 10W/m·K이상 200W/m·K이하인 열전도 시트.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 열전도 시트로서,
상기 열전도 시트의 면내 방향에서의 상기 열전도부의 폭은, 50㎛이상 300㎛이하인 열전도 시트.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 열전도 시트로서,
상기 열전도 시트의 두께는, 0.2mm이상 5mm이하인 열전도 시트.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 열전도 시트로서,
상기 열전도 시트를 그 두께 방향으로 0.2N/㎟의 면압으로 눌렀을 때의, 상기 열전도 시트의 두께는, 0.1㎜이상 5㎜이하인 열전도 시트.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 열전도 시트로서,
상기 열전도 시트의 표면 거칠기 Ra는, 0.1㎛이상 100㎛이하인 열전도 시트.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 열전도 시트로서,
상기 수지재료는, 환상 분자와, 직쇄상의 분자 구조를 갖고 상기 환상 분자를 꼬치형태로 포접(包接)하는 제1 폴리머와, 상기 제1 폴리머의 양단 부근에 설치된 봉쇄기(封鎖基)를 갖는 폴리로탁산, 및 제2 폴리머를 포함하고, 상기 환상 분자를 통해서 상기 폴리로탁산과 상기 제2 폴리머가 결합되어 있는 것인 열전도 시트.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 열전도 시트로서,
상기 열전도 시트의 법선과 상기 열전도부의 법선이 이루는 각이, 25°이상 90°이하인 열전도 시트.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 열전도 시트로서,
상기 열전도부와 접합부의 계면(界面)이, 곡면 형상으로 형성되어 이루어지는 열전도 시트.
- 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 열전도 시트로서,
상기 열전도 시트의 주면 방향에 있어서, 서로 적층된 상기 열전도부와 접합부는, 그 막 두께를 각각 부분적으로 다르게 해서 이루어지는 열전도 시트.
- 각각이 한쪽 주면에서 다른쪽 주면으로 연속해서 설치된 복수의 열전도부를 주면 방향으로 적층한 열전도 시트의 제조 방법이며,
열전도부를 구성하는 열전도부 형성용 시트에, 미경화의 수지재료를 함침하는 공정과,
상기 미경화의 수지재료가 함침된 열전도부 형성용 시트를, 롤 형상으로 권취하는 공정과,
상기 권취된 권취체(卷取體)의 상태에서, 상기 미경화의 수지재료를 경화시키는 공정과,
상기 수지재료가 경화된 권취체를, 상기 롤 형상의 축 방향에 수직, 평행 또는 경사진 평면으로 재단하는 공정을,
포함하는 열전도 시트의 제조 방법.
- 제16항에 기재된 열전도 시트의 제조 방법으로서, 또한,
상기 열전도부 형성용 시트에 미경화의 수지재료를 함침하는 공정에 앞서,
상기 열전도부 형성용 시트를, 롤 형상의 권취체로서 준비하는 공정을 포함하는 열전도 시트의 제조 방법.
- 제16항 또는 제17항에 기재된 열전도 시트의 제조 방법으로서,
상기 미경화의 수지재료가, 열경화성 수지인 열전도 시트의 제조 방법.
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