WO2014104292A1 - フッ素樹脂シートとその製造方法 - Google Patents

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WO2014104292A1
WO2014104292A1 PCT/JP2013/085095 JP2013085095W WO2014104292A1 WO 2014104292 A1 WO2014104292 A1 WO 2014104292A1 JP 2013085095 W JP2013085095 W JP 2013085095W WO 2014104292 A1 WO2014104292 A1 WO 2014104292A1
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WO
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fluororesin
sheet
filler
fluororesin sheet
mass
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Application number
PCT/JP2013/085095
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English (en)
French (fr)
Inventor
和輝 小林
一瀬 正信
栗田 澄彦
Original Assignee
株式会社Pat
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18Manufacture of films or sheets
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2327/00Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers
    • C08J2327/02Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08J2327/12Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms

Definitions

  • the present invention relates to a fluororesin sheet, in particular, a fluororesin sheet containing a large amount of thermally conductive filler and a method for producing the same.
  • semiconductor products generate heat during use, and the performance of these semiconductor products may deteriorate due to the heat. For this reason, semiconductor products that generate heat are cooled by a radiator such as a heat sink with a heat dissipation material interposed therebetween.
  • a heat dissipation material As such a heat dissipation material, it is known to use a polymer material having excellent heat resistance such as a fluororesin. And in order to improve heat dissipation, the thermal conductivity of the material itself is improved by adding a large amount of thermally conductive filler to the polymer material, and the thickness of the material is reduced, Attempts have also been made to reduce the thermal resistance. However, if a large amount of filler is added to the polymer material, the thermal conductivity is improved, but the flexibility is lost and it becomes hard, and there is a problem that the workability and durability are lowered and the thickness of the material cannot be reduced. .
  • Patent Document 1 only proposes a measure for reducing the amount of filler added and preventing the material from becoming harder by adding boron nitride, which is a highly thermally conductive filler, to the rubber material. It is an extremely difficult problem to obtain a high rate of high thermal conductive filler in the present situation.
  • Patent Document 2 proposes to increase the thermal conductivity by adding a boron nitride filler, which is a highly thermally conductive filler, to a fluororesin having good heat resistance.
  • this invention is difficult to add because the filler, which is boron nitride, is added directly to the fluororesin, and the fluororesin is difficult to melt, making it difficult to process the sheet and obtaining a thin sheet. It is. That is, with a fluororesin, there is a problem that it is difficult to add the filler itself before adding a large amount of filler, and a problem that it is difficult to process into a sheet even if the filler is added. Further, when the obtained sheet is bent, there is a problem that it is difficult to obtain a deformed sheet because cracks are easily generated in the bent portion.
  • the surface layer is scraped off so as to cover the lump of fluororesin.
  • a skiving method for producing a sheet is known. However, this method can be applied only to a fluororesin that does not contain a filler or a soft graphite filler equivalent to the fluororesin. For hard fillers such as metals and ceramics, blade wear and pinholes occur and the skiving method is not applied. In other words, the actual situation is that a thin sheet of fluororesin containing a filler, for example, a sheet having a thickness of about 30 ⁇ m does not exist.
  • Patent Document 4 uses a pressure-sensitive adhesive as a means for tightly fixing, and when applying the pressure-sensitive adhesive to a fluororesin sheet, it is difficult to apply directly, so pretreatment such as primer application and corona treatment is essential. It is disclosed that there is. *
  • the problem to be solved by the present invention is that even if a large amount of filler or reinforcing material is added, flexibility can be freely bent from 90 ° to 180 ° without losing flexibility, and high heat resistance and heat conductivity It is providing the fluororesin sheet
  • the fluororesin sheet according to the present invention comprises a heat-meltable fluororesin as a main matrix and comprises a thermally conductive filler or this filler and a reinforcing material, and the filler content in the sheet is 7% by volume or more. It has a thickness of 300 ⁇ m or less, a thermal conductivity of 1.5 W / m ⁇ K or more, and the above-described bendability.
  • the constituent base material of the present invention has a fluororesin as the main matrix.
  • the heat-meltable fluororesin material in the present invention means a fluororesin that can be heat-melted (hereinafter simply referred to as “fluororesin material”) excluding polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyvinyl fluoride (PVF). .
  • fluororesin material excluding polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyvinyl fluoride (PVF).
  • fluororesin material examples include perfluoroalkoxyalkane (PFA), perfluoroethylene propene copolymer (FEP), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), and polychlorotrifluoroethylene (PCTFE).
  • PFA perfluoroalkoxyalkane
  • FEP perfluoroethylene propene copolymer
  • ETFE ethylene-tetrafluoroethylene copolymer
  • PCTFE polychlorotrifluoroethylene
  • Ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer ECTFE
  • TFE / PDD tetrafluoroethylene-perfluorodioxole copolymer
  • any other fluororesin that can be heated and melted except PTFE and PVF
  • ECTFE Ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer
  • TFE / PDD tetrafluoroethylene-perfluorodioxole copolymer
  • any other fluororesin that can be heated and melted except PTFE and PVF
  • one or a mixture of two or more of these may be used, and further, a heat-resistant polymer material other than these fluororesin materials is mixed into the fluororesin material or a mixture mainly composed of the fluororesin material. Even things There.
  • the filler contained in the fluororesin sheet of the present invention is a particulate material selected from the group consisting of thermally conductive metal oxides, nitrides, carbides, metal powders, carbon, carbon nanotubes, graphite, and carbon fibers. Or it is fibrous and is disperse
  • Examples of the metal oxide include aluminum oxide, magnesium oxide, zinc oxide, titanium oxide, and silicon oxide.
  • Examples of the nitride include boron nitride, aluminum nitride, and silicon nitride.
  • Examples of the carbide include silicon carbide,
  • Examples of the metal powder include silver, gold, copper, and aluminum, and one or a mixture of two or more thereof can be used. Of the above materials, those that also provide electrical conductivity are metal powder, carbon, graphite, and carbon fiber, and when added, one or a mixture of two or more thereof may be used.
  • the shape of the filler for increasing the thermal conductivity added to the fluororesin material may be either granular or fibrous, and in the case of granular, the average particle diameter is in the range of 0.02 to 200 ⁇ m. Further, when the shape of the thermally conductive filler is fibrous, the fiber length distribution is in the range of 0.01 to 1500 ⁇ m, and the average fiber length is preferably in the range of 0.05 to 300 ⁇ m. The average fiber diameter is preferably in the range of 0.01 to 15 ⁇ m.
  • the shape of the thermally conductive filler is not limited to a granular or fibrous shape, but may be a combination of them, and the average particle size at that time may be used in combination of two or more. May be.
  • the sheet reinforcing material is embedded in the fluororesin sheet so as to increase the bending strength and tensile strength of the sheet, and is a planar product made of woven fabric, non-woven fabric, or film. Can be used.
  • a planar product When using a planar product, immerse it in a dispersion solution of a heat-meltable fluororesin material to cover the surface of the planar product with the dispersion solution, and to disperse the dispersion solution in the space of the planar product.
  • a sheet embedded with a planar product dried, and pressure-formed in the thickness direction of the sheet above the melting temperature to obtain a fluororesin sheet with excellent thermal conductivity be able to.
  • a fluororesin sheet having excellent thermal conductivity can be obtained without any loss of flexibility.
  • the upper limit of the volume fraction of the filler to be added is preferably up to 92%, as in the case of the granular form.
  • a known apparatus such as a pot mill, a planetary mixer, a two-roll, or a three-roll can be used.
  • molding for forming a sheet such as calendar molding, screen printing, press molding, and coating, and any of them may be used.
  • the woven fabric used include plain weave and twill weave, and any of them may be used, but plain weave is particularly preferable.
  • the thickness of these woven fabrics, nonwoven fabrics, and heat resistant films is preferably in the range of 2 to 100 ⁇ m, and more preferably in the range of 4 to 50 ⁇ m.
  • a woven fabric or a non-woven fabric is used as the filler, it is preferable to fill the stitches and voids present in these in terms of improving the electrical insulation. Before filling these stitches and voids, the dispersion solution alone or the compound of the dispersion solution with filler added is diluted with a solvent to create a paint, and the woven or non-woven fabric is soaked in this paint to scrape the excess paint. After taking, it is better to dry and cure.
  • Mainly enhancing electrical insulation include woven fabrics, non-woven fabrics, heat-resistant films, etc.
  • the heat-resistant temperature of these materials is most preferably the same as that of fluororesin, but depending on the conditions used What is necessary is just to select suitably.
  • glass fiber, polyphenylene sulfide, polyamide, polyimide, tetrafluoroethylene and the like can be suitably used.
  • silane coupling agents titanium coupling agents, aluminum coupling agents
  • fluorine-based coupling agents higher alcohols, fluorine-containing higher alcohols, higher fatty acids, fluorine-containing higher fatty acids, fluorine-containing benzoic acids, fluorine-containing benzoic acid derivatives, and polydimethylsiloxane.
  • concentration of these surface modifiers is in the range of 0.1 to 5% by mass with respect to the filler and the like.
  • the surface modifier is preferably changed for each type of filler, and a known method such as a dry method, a wet method, or an integral method can be used as the treatment method.
  • the fluororesin sheet of the present invention is obtained by forming a liquid composition in which a filler or a reinforcing material is dispersed or immersed in a starting material of a dispersion solution of a heat-meltable fluororesin material into a sheet shape, and drying the sheet. It can be obtained by heating the material to the melting temperature or higher and press-molding it in the thickness direction of the sheet.
  • fluororesin particles dispersed in a dispersion solution are used.
  • This starting material is prepared by mixing and dispersing a filler in a dispersion solution composed of an organic solvent such as alcohol or ether in such an amount that the particles of the fluororesin material do not affect the dispersion of water or water and the fluororesin. It is also possible to embed the reinforcing material in the matrix of the fluororesin sheet by immersing the reinforcing material in the dispersion solution and densely filling the stitches and voids of the reinforcing material.
  • the concentration of the fluororesin in the dispersion solution is required to be 10% by mass, and when it exceeds 90% by mass, the reinforcing material is immersed. Since the stitches and voids of the reinforcing material cannot be densely filled, a range of 10 to 90% by mass is necessary, and a range of 40 to 70% by mass is more preferable.
  • the amount of filler or reinforcing material added in the production of the sheet is 7% or more in terms of volume fraction relative to the fluororesin. If it is less than 7%, when the above-mentioned liquid composition is formed into a sheet and dried, cracks or turnings occur in the molded product.
  • the upper limit of the volume% of the filler or the reinforcing material is the upper limit of the amount of filler that can be produced in the thickness direction press molding at the melting temperature or higher.
  • the filler or the filler and the reinforcing material can be kneaded in a large amount into the fluororesin by adding the filler or the filler and the reinforcing material to the dispersion solution in which the fluororesin powder is dispersed.
  • the filler or the filler and the reinforcing material can be kneaded in a large amount into the fluororesin by adding the filler or the filler and the reinforcing material to the dispersion solution in which the fluororesin powder is dispersed.
  • a fluororesin dispersion solution containing a filler or reinforcing material is molded and then dried and pressure-molded in the thickness direction above the melting temperature, Even if it is contained in a large amount, it becomes possible to produce a fluororesin sheet having high thermal conductivity without losing flexibility.
  • the thickness can be arbitrarily changed when a liquid composition in which a filler or a reinforcing material is dispersed or immersed is formed into a sheet shape. Thereby, it is possible to freely change the sheet thickness after the melt press molding.
  • the thickness can be arbitrarily changed when a liquid composition in which a filler or a reinforcing material is dispersed or immersed is formed into a sheet shape. Thereby, it is possible to freely change the sheet thickness after the melt press molding.
  • the amount of the filler or the reinforcing material is converted into a volume fraction, and in the case of a sheet containing 7% or more, the thinnest sheet having a thickness of 30 ⁇ m is converted into a volume fraction, It can be obtained even in a state of containing 7% or more.
  • the step of pressure forming in the thickness direction of the sheet above the melting temperature is important. Without passing through the step of pressure molding in the thickness direction of the sheet at the melting temperature or higher, a liquid composition in which a filler is dispersed in a dispersion solution of a fluororesin material is formed into a sheet, dried, Thereafter, when directly heated, melted, or bent, the sheet breaks at the bent portion. On the other hand, the sheet obtained by press molding in the thickness direction of the sheet once above the melting temperature is heated, melted and bent again, and the sheet obtained by bending is processed into an irregular shape. It becomes possible to do.
  • the bending of the fluororesin sheet obtained according to the present invention can be performed at a bending angle of 90 ° or less when the filler volume percentage is 87% or less.
  • bending can be performed at a bending angle of 180 ° or less.
  • the fluororesin sheet according to the present invention is a sheet having a filler or reinforcing material volume percentage of 15% or more
  • the surface of the fluororesin sheet can be obtained without performing pretreatment that requires labor and cost such as primer coating and corona treatment.
  • the adhesive can be directly applied to the surface.
  • the fluororesin is difficult to wet, so the adhesive cannot be directly adhered to the surface of the fluororesin sheet to which no filler or reinforcing material is added, but the filler or reinforcing material is added to the fluororesin sheet, When the addition amount is increased and the addition amount becomes 5%, tackiness is developed. When the addition amount is further increased, practical adhesive strength is developed at 15%.
  • the material and shape of the filler or the reinforcing material are not particularly limited, and may be a ceramic material, a metal material, or a resin material to which an adhesive can adhere as necessary.
  • the clear reason why the stickiness occurs when the amount of filler or reinforcing material added increases is unknown, but when the amount of filler or reinforcing material added increases, part of the filler or reinforcing material surface becomes microscopically the sheet surface. From this, it is speculated that the adhesive may stick to this part.
  • practical adhesive strength means that a fluororesin sheet having a size of 40 ⁇ 50 mm is coated with a pressure-sensitive adhesive, and an aluminum plate having a size of 40 ⁇ 50 mm is adhered to the fluororesin sheet.
  • the adhesive is peeled off without sticking to the aluminum plate when it is peeled from the aluminum plate with the end face, that is, when the adhesive strength to the fluororesin sheet is greater than the adhesive strength to the aluminum plate, On the other hand, it was judged that there was practical stickiness.
  • the pressure-sensitive adhesive applied to the present invention is not particularly limited, and not only the fluororesin-based pressure-sensitive adhesive, but also a silicone-based pressure-sensitive adhesive or other pressure-sensitive adhesives can be appropriately selected.
  • the pressure-sensitive adhesive here includes all those having adhesive strength to the filler and the reinforcing material.
  • the sheet of the present invention has the following characteristics. 1.
  • the sheet of the present invention is improved in thermal conductivity, excellent in heat dissipation, excellent in heat resistance and durability, rich in flexibility, and can be a thin sheet.
  • An adhesive can be applied directly to the fluororesin sheet.
  • 3. Suitable as a member of heat conduction parts, heat resistance parts, electrical insulation parts, and electrical conduction parts used in semiconductor products such as computers (CPUs), transistors, light emitting diodes (LEDs), thyristors, etc.
  • it can utilize suitably for the fixation of the target in film-forming techniques like sputtering which attaches the atomized nucleus to the target and attaches the bounced atoms and molecules to the substrate.
  • the production method of the present invention has the following effects. 1. A filler having various characteristics can be easily added in large quantities to a fluororesin that can be melted by heating, and the characteristics of the added filler can be made obvious. 2. Despite containing a large amount of filler, it can be freely bent into an irregular shape. 3. From thin sheets to thick sheets can be manufactured freely.
  • the fluororesin sheet 1, 1 ⁇ / b> A of the present invention is interposed between the semiconductor product 2 and the aluminum plate 3, for example, as shown in FIGS. It is provided and electrically insulates between the semiconductor product 2 and the aluminum plate 3, conducts heat from the semiconductor product 2 to the aluminum plate 3, and dissipates heat by the heat sink 4.
  • a heat conductive sheet 1A is further laid under a metal substrate 6 laid under the LED element 5, and further a heat sink 4A is laid under the heat conductive sheet 1A. Is provided to electrically insulate between the metal substrate 6 and the heat sink 4A, and heat from the LED element 5 is conducted to the metal substrate 6 to be radiated by the heat sink 4A.
  • An adhesive is applied to both sides of the fluororesin sheet 1, one side is attached to a semiconductor product, and the other side is attached to an aluminum plate.
  • FIG. 4 shows a situation where an adhesive is applied to one side of the fluororesin sheet 1.
  • the fluororesin sheet may be used as a flat plate itself (1), folded on one side (2), or folded on both sides (3). In either case, the adhesive is applied to the bottom surface of the sheet.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a mold for bending a sheet.
  • (1) is a mold for bending left and right
  • (2) is a mold for bending one side.
  • test sheet A dispersion solution manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd. having a perfluoroethylene-propene copolymer (FEP) component of 56% by mass (hereinafter simply referred to as “56% FEP dispersion solution”) and a solvent
  • FEP perfluoroethylene-propene copolymer
  • a silane coupling agent and aluminum oxide AA-3 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.
  • thermocompression bonding apparatus 300 ° C., 50 kg / cm 2 with a thermocompression bonding apparatus.
  • thermocompression bonding was subjected to thermocompression bonding at a pressure of 1 mm to obtain a 0.1 mm thick thermally conductive sheet.
  • Alumina oxide so that the volume% of alumina filler in the thermally conductive sheet after thermocompression bonding is 0%, 5%, 7%, 10% 30%, 60%, 80%, 92%, 95%,
  • Nine types of coating materials were prepared by changing the composition of the solvent and the silane coupling agent.
  • test sheet A dispersion solution (manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd.) having a perfluoroethylene-propene copolymer (FEP) component of 56 mass% (hereinafter simply referred to as “56% FEP dispersion solution”), a solvent, A silane coupling agent and aluminum oxide (AA-3, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) were added and kneaded in a pot mill to form a coating material. This coating material was applied to an imide film, air-dried at room temperature for 1 hour, and further dried in a drier at 120 ° C. for 1 hour.
  • FEP perfluoroethylene-propene copolymer
  • thermocompression bonding apparatus 400 ° C., 50 kg / cm 2 with a thermocompression bonding apparatus.
  • a thermocompression bonding apparatus 300 ° C., 50 kg / cm 2 with a thermocompression bonding apparatus.
  • the volume percent of alumina filler in the thermally conductive sheet after thermocompression bonding is 7%, 30%, 60%, 70%, 75%, 78%, 80%, 85%, 87%, 89%, 95%
  • 11 types of coating materials were prepared by changing the composition of alumina oxide, solvent, and silane coupling agent. About each coating material, 11 types of thermocompression-bonding sheets were produced according to the said process.
  • the 180 ° bending test sheet was folded in half, and an imide sheet was sandwiched between them so that they would not adhere to each other.
  • the evaluation of the bending test was determined by the presence or absence of a bent portion crack in the folded sheet. The results are shown in Table 2.
  • the bending angle was 90 °, it was converted to a volume fraction, and when it exceeded 87%, a crack occurred in the bent portion of the sheet.
  • the bending angle was 180 °, it was converted into a volume fraction, and when it exceeded 75%, cracking occurred in the bent portion of the sheet. Therefore, when the bending angle is 90 ° or less, the amount of filler added is required to be 87% or less in terms of volume fraction. It was found that when the bending angle was 180 °, it was necessary to be 75% or less in terms of volume fraction.
  • test sheet A dispersion solution (manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd.) having a perfluoroethylene-propene copolymer (FEP) component of 56 mass% (hereinafter simply referred to as “56% FEP dispersion solution”), a solvent, A silane coupling agent and aluminum oxide (AA-3, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) were added and kneaded in a pot mill to form a coating material. This coating material was applied to an imide film, air-dried at room temperature for 1 hour, and further dried in a drier at 120 ° C. for 1 hour.
  • FEP perfluoroethylene-propene copolymer
  • thermocompression bonding apparatus 400 ° C., 50 kg / cm 2
  • a thermocompression bonding apparatus 300 ° C., 50 kg / cm 2
  • thermocompression bonding apparatus 300 ° C., 50 kg / cm 2
  • Alumina oxide so that the volume% of alumina filler in the thermally conductive sheet after thermocompression bonding is 0%, 3%, 5%, 10%, 15%, 20%, 50%, 80%, 90%
  • Nine types of coating materials were prepared by changing the composition of the solvent and the silane coupling agent. For each coating material, nine types of thermocompression-bonding sheets were produced according to the above process.
  • Adhesive Type 1 Liquid Fluoro Rubber Liquid Fluoro Rubber (SIFEL 8470) Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.)
  • SIFEL 8470 Liquid Fluoro Rubber
  • toluene solvent 100 parts by mass of toluene solvent was added and stirred to prepare a coating solution. This is applied to a thermally conductive fluororesin sheet by screen printing, dried in a draft air circulated for 10 minutes at room temperature, cured at 150 ° C. for 1 hour, and the release paper is pasted as a protective cover with an adhesive.
  • a thermally conductive fluororesin sheet was obtained. 2 parts by mass of TC-1 and 30 parts by mass of a toluene solvent were added to 100 parts by mass of a silicone adhesive (XR37-B6722, Momentive Performance Materials Japan GK) to prepare a coating solution. This was applied to a heat conductive fluorine sheet by screen printing, dried in a draft air circulated for 10 minutes at room temperature, cured at 120 ° C. for 20 minutes, and the release paper was pasted as a protective cover to heat the adhesive. A conductive fluororesin sheet was obtained.
  • the limit minimum thickness that can be produced was examined by changing the amount of filler added.
  • test sheet A dispersion solution (manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd.) having a perfluoroethylene-propene copolymer (FEP) component of 56 mass% (hereinafter simply referred to as “56% FEP dispersion solution”), a solvent, A silane coupling agent and aluminum oxide (AA-3 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) were added and kneaded in a pot mill to prepare 8 types of coating materials having different filler volume percentages.
  • FEP perfluoroethylene-propene copolymer
  • the volume percentage of the filler is such that the volume percentage of the alumina filler in the thermally conductive sheet after thermocompression bonding is 0%, 5%, 7, 10%, 30%, 60%, 90%, It was produced by changing the composition of the solvent and the silane coupling agent.
  • thermocompression bonding apparatus was subjected to thermocompression bonding at a pressure of 1 minute to obtain 5 types of fluororesin sheets having different thicknesses. It was produced by changing the coating thickness of the coating material so that the thickness after thermocompression bonding was 0.02 mm, 0.03 mm, 0.1 mm, 0.2 mm, and 0.3 mm. The results are shown in Table 4.
  • the fluororesin sheet of the present invention was able to produce a thin sheet up to 0.03 mm (30 ⁇ m), and a thick sheet of 30 ⁇ m or more could be produced freely.
  • the filler was 7 to 90% by volume. In the case of the thickness of 02 mm, it was difficult to make the sheet thickness uniform, it was difficult to uniformly disperse the filler, and the finished sheet was broken, so that it could not be practically produced.
  • a dispersion solution (manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd.) having a perfluoroethylene-propene copolymer (FEP) component of 56% by mass (hereinafter simply referred to as “56% FEP dispersion solution”) was oxidized to 178.5 parts by mass.
  • 250 parts by weight of aluminum (AA-3 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) (hereinafter simply referred to as “aluminum oxide”) and 800 parts by weight of a solvent were added and kneaded in a pot mill to obtain a coating material. This coating material was applied to an imide film, air-dried at room temperature for 1 hour, and further dried in a drier at 120 ° C. for 1 hour.
  • thermocompression bonding apparatus was thermocompression bonded for 1 minute at a pressure of 0.2 mm to obtain a 0.2 mm thick thermally conductive sheet.
  • Example 1 85 parts by mass of boron nitride and 200 parts by mass of solvent were added to 178.5 parts by mass of 56% FEP dispersion solution, and kneaded in a pot mill to obtain a coating material. Using this coating material, a 0.2 mm thick thermally conductive sheet was obtained in the same manner as in Example 1.
  • FEP dispersion solution (Mitsui / DuPont Polychemical Co., Ltd.) 178.5 parts by mass Zinc oxide 150 parts by mass (Zinc oxide type 1 Sakai Chemical Industry Co., Ltd.), spherical zinc oxide 600 parts by mass (LPZINC -11 Sakai Chemical Industry Co., Ltd.), 2.5 parts by mass of a silane coupling agent (KBM-3063) and 1000 parts by mass of a solvent were added and kneaded in a pot mill to obtain a coating material. This coating material was applied to an imide film, air-dried at room temperature for 1 hour, and further dried in a drier at 120 ° C. for 1 hour.
  • thermocompression bonding apparatus To obtain a thermally conductive sheet having a thickness of 0.2 mm.
  • FEP dispersion solution (Mitsui / DuPont Polychemical Co., Ltd.) 178.5 parts by mass Zinc oxide 300 parts by mass (Zinc oxide type 1 Sakai Chemical Industry Co., Ltd.), spherical zinc oxide 1200 parts by mass (LPZINC -11 Sakai Chemical Industry Co., Ltd.), 5.0 parts by mass of a silane coupling agent (KBM-3063) and 1200 parts by mass of a solvent were added and kneaded in a pot mill to obtain a coating material. This coating material was applied to an imide film, air-dried at room temperature for 1 hour, and further dried in a drier at 120 ° C. for 1 hour.
  • thermocompression bonding apparatus To obtain a thermally conductive sheet having a thickness of 0.2 mm.
  • thermal conductivity It measured according to ASTM D5470.
  • Bending characteristics ⁇ When the thermally conductive sheet is not cracked using a pin gauge of ⁇ 1 ⁇ : When the thermally conductive sheet is not cracked using a pin gauge of ⁇ 1.1 to 2 ⁇ : ⁇ 2.1 to 3 When the heat conductive sheet is not broken using a pin gauge of No. x: When the heat conductive sheet is cracked using a pin gauge of ⁇ 3.1 or more (3) Heat resistance The heat conductive sheet is heated in a hot air circulation oven 300 Exposure at ° C x 24 hours.
  • a pin gauge with the smallest diameter that does not break the thermal conductive sheet before exposure is searched.
  • a pin gauge of the smallest diameter that does not break the thermally conductive sheet after exposure is searched.
  • heat resistance is determined by the difference in the diameter of the pin gauge before and after exposure. ⁇ : When the pin gauge diameter difference is ⁇ 0 to 1.0 ⁇ : When the pin gauge diameter difference is ⁇ 1.1 to 2 ⁇ : When the pin gauge diameter difference is ⁇ 2.1 to 3 ⁇ : The pin gauge diameter difference is ⁇ 3 .1 or more
  • silicone rubber SE1183U, manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd.
  • aluminum oxide 250 parts by mass of aluminum oxide
  • a vulcanizing agent manufactured by RC-1 Toray Dow Corning Co., Ltd. 4 parts by weight and simply 100 parts by weight of xylene were added and kneaded with a planetary mixer to form a coating material.
  • This coating material was coated on a polyester film, air-dried at room temperature for 24 hours, and further cured in a hot-air circulating oven at 100 ° C. for 30 minutes. The polyester film was peeled off to obtain a 0.2 mm thick thermally conductive sheet.
  • 230 230 parts by mass of graphite powder, 4 parts by mass of vulcanizing agent, and 100 parts by mass of solvent were added to 100 parts by mass of silicone rubber, and kneaded with a planetary mixer to obtain a coating material.
  • This coating material was coated on a polyester film and air-dried at room temperature for 24 hours, and then covered with another polyester film and cured by press processing at 100 ° C. for 30 minutes. The polyester film was peeled off, and further subjected to secondary vulcanization at 200 ° C. for 4 hours to obtain a 0.2 mm thick heat conductive sheet.
  • Silicone rubber (SE1183U manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd.) Zinc oxide 150 parts by mass (Zinc oxide 1 type, manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.), spherical zinc oxide 600 parts by mass (LPZINC-11, Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) Company), 2.5 parts by mass of a silane coupling agent (KBM-3063) and 100 parts by mass of a solvent were added and kneaded with a planetary mixer to obtain a coating material.
  • This coating material was coated on a polyester film, air-dried at room temperature for 24 hours, and further cured in a hot-air circulating oven at 100 ° C. for 30 minutes. The polyester film was peeled off, followed by secondary vulcanization at 200 ° C. for 4 hours to obtain a thermally conductive composition having a thickness of 0.2 mm.
  • Silicone rubber (SE1183U manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd.) 100 parts by mass of zinc oxide 300 parts by mass (Zinc oxide type 1 Sakai Chemical Industry Co., Ltd.), spherical zinc oxide 1200 parts by mass (LPZINC-11 Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) Company), 5.0 parts by mass of a silane coupling agent (KBM-3063), and 100 parts by mass of a solvent were added and kneaded with a planetary mixer to obtain a coating material.
  • This coating material was coated on a polyester film, air-dried at room temperature for 24 hours, and further cured in a hot-air circulating oven at 100 ° C. for 30 minutes. The polyester film was peeled off, followed by secondary vulcanization at 200 ° C. for 4 hours to obtain a thermally conductive composition having a thickness of 0.2 mm.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • 2-propanol was added and stirred to produce a 56% PTFE dispersion solution corresponding to the 56% FEP dispersion solution of Example 1. did.
  • a coating material was applied to an imide film, air-dried at room temperature for 1 hour, and further dried in a drier at 120 ° C. for 1 hour. And the upper and lower sides are sandwiched between imide films, and 300 ° C., 50 kg / cm 2 with a thermocompression bonding apparatus. In this case, a 0.2 mm thick heat conductive sheet could not be obtained.
  • the so-called “fluororesin material” capable of being heated and melted excluding PTFE and PVF shown in the examples of the present invention is a comparative example. If the same amount of filler as that of the silicone rubber is added, it can be seen that the bending property of the present invention is better than that of the comparative example. Moreover, when the filler which surface-treated like Examples 7 and 8 is used, a bending characteristic is improved rather than Examples 5 and 6 which are not surface-treated. This indicates that the surface-treated filler has improved affinity with the fluororesin material.
  • Comparative Example 11 tried to knead the filler directly into PTFE, but could not knead. Therefore, the physical properties could not be evaluated.
  • Comparative Example 12 was a 56% PTFE dispersion solution corresponding to the 56% FEP dispersion solution of Example 4. However, even if the filler could be temporarily filled, when it was dried and the solvent ran out, it became a sheet. It could not be held, and thermocompression work could not be performed. Therefore, the physical properties could not be evaluated.
  • This coating material was applied to an imide film, air-dried at room temperature for 1 hour, and further dried in a drier at 120 ° C. for 1 hour. And the upper and lower sides are sandwiched between imide films, and 300 ° C., 50 kg / cm 2 with a thermocompression bonding apparatus.
  • a thermocompression bonding apparatus was subjected to thermocompression bonding at a pressure of 1 mm to obtain a 0.2 mm thick thermally conductive fluororesin sheet. When the thermal conductivity was measured, it was 1.5 W / m ⁇ K.
  • Adhesive application adhesive type 1 liquid fluororubber liquid fluorororubber (SIFEL 8370A Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) 50 parts by mass and liquid fluoro rubber (SIFEL 8370B Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) 50 parts by mass, mixed liquid fluoro rubber was added to 100 parts by mass of toluene solvent and stirred to make a coating solution.
  • This is applied to a thermally conductive fluororesin sheet by screen printing, dried in an air-circulated fume hood for 10 minutes at room temperature, cured at 120 ° C. for 1 hour, and the release paper is pasted as a protective cover with an adhesive. A thermally conductive fluorine sheet was obtained.
  • Adhesive type 2 Thermally conductive liquid fluororubber Liquid fluororubber (SIFEL8470, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) 100 parts by mass Zinc oxide 2 types (manufactured by Hakusui Tech) 30 parts by mass, toluene solvent 100 parts by mass Made a coating solution. This is applied to a heat-conducting fluorine sheet by screen printing, dried in an air-circulated fume hood for 10 minutes at room temperature, cured at 150 ° C. for 1 hour, and the release paper is pasted as a protective cover to heat with adhesive. A conductive fluorine sheet was obtained.
  • Type of pressure-sensitive adhesive 3 Silicone pressure-sensitive adhesive Silicone pressure-sensitive adhesive (XR37-B6722; Momentive Performance Materials Japan GK) 100 parts by mass TC-1 2 parts by mass, toluene solvent 30 parts by mass Made a coating solution. This was applied to a heat conductive fluorine sheet by screen printing, dried in a draft air circulated for 10 minutes at room temperature, cured at 120 ° C. for 20 minutes, and the release paper was pasted as a protective cover to heat the adhesive. A conductive fluorine sheet was obtained.
  • Adhesive Type 4 Thermally Conductive Silicone Adhesive Silicone Adhesive (XR37-B6722; Momentive Performance Materials Japan GK) 2 parts of zinc oxide (manufactured by Hakusui Tech Co., Ltd.) 30 Add parts by weight, 2 parts by weight of TC-1, and 30 parts by weight of a toluene solvent. This was applied to a heat conductive fluorine sheet by screen printing, dried in a draft air circulated for 10 minutes at room temperature, cured at 120 ° C. for 20 minutes, and the release paper was pasted as a protective cover to heat the adhesive. A conductive fluorine sheet was obtained.
  • Adhesion test piece The above-mentioned four kinds of adhesives were each adhered to a fluororesin sheet having a thickness of 0.2 mm, their adhesive surfaces were exposed, and exposed at 220 ° C. for 3 days in a hot air circulation oven. After that, it was affixed to an aluminum plate to obtain an adhesive test piece.
  • Table 7 shows the results of the examples.
  • the heat conductive fluororesin sheet of the present invention and the heat conductive sheet obtained by bending the sheet are easy to manufacture, and of course, the heat conductivity is improved, the heat resistance is good, and the flexibility is improved.
  • the availability becomes extremely high.
  • it can process suitably also in shapes other than planes, such as an irregular shape. Adhesion can also be applied, and high performance and downsizing according to the mounting density of the semiconductor and handling by the customer are improved, and the applicability is extremely high.
  • the thickness can be reduced to 30 ⁇ m, the thermal resistance of the sheet can be reduced, and a low thermal resistance can be realized together with a high thermal conductivity, which can greatly contribute to power electronics applications.

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Abstract

加熱溶融性フッ素樹脂をマトリクスとし、シート中のフィラー含有量が7体積%以上であり、厚みが300μm以下であり、熱伝導率が1.5W/m・K以上の値を有するとともに、90°から180°まで自在に曲げ加工が可能な高い耐熱性と熱伝導性を有する高い耐熱性と熱伝導性を有する導体製品の熱伝導用、耐熱用、絶縁用および伝導用部材として、また、スパッタリングによる薄膜製造のためのターゲットの固定に使用されるフッ素樹脂シートである。このフッ素樹脂シートは、加熱溶融性フッ素樹脂材料のディスパージョン溶液の出発原料中にフィラーあるいは補強材を分散あるいは浸漬させた液状組成物をシート状に成形して乾燥した後、このフッ素樹脂材料を溶融温度以上に加熱して、このシートの厚さ方向に加圧成形することで得られる。

Description

フッ素樹脂シートとその製造方法
本発明は、フッ素樹脂シート、とくに、熱伝導性フィラーを多く配合したフッ素樹脂シートとその製造方法に関する。
  半導体製品は、使用中に発熱し、その熱のためこれら半導体製品の性能が低下することがある。このため、発熱する半導体製品には、放熱材料を挟んでヒートシンクなどの放熱器によって冷却されるようになっている。
  また、近年、パワーエレクトロニクス化が進み、上記半導体製品はもちろん、モジュールとしても、発熱量が膨大になっており、前記半導体製品およびモジュールに直接接する放熱材料には、より高い耐熱性とともに熱伝導性とが要求されるようになってきた。
かかる放熱材料として、フッ素樹脂のような耐熱性に優れた高分子材料を使用することが知られている。そして、また、放熱性の改善のためには、素材である高分子材料に熱伝導性フィラーを多く添加することによって素材自体の熱伝導性を改善するとともに、材料の厚さを薄くして、熱抵抗を小さくすることも試みられるようになった。しかしながら、高分子材料にフィラーを多く添加すると、熱伝導性は改善されるが、柔軟性が失われて硬くなり、加工性や耐久性が低下してしまい材料の厚みを薄くできないという問題がある。
 特許文献1には、ゴム材料に高熱伝導性フィラーである窒化ホウ素を添加することで、フィラー添加量を減らし、素材が硬くなることを防ぐ方策が提案されているにすぎず、より高い熱伝導率を求めて、高熱伝導性フィラーをより多く添加することは、現状では極めて難しい問題として残されている。
また、特許文献2には、耐熱性のよいフッ素樹脂に、高熱伝導性フィラーである窒化ホウ素のフィラーを添加することで、熱伝導率を上げることが提案されている。しかしながら、この発明は、フッ素樹脂に窒化ホウ素であるフィラーを直接添加するために添加作業が困難であり、また、フッ素樹脂は溶融しづらいために、シート加工が難しく、薄いシートを得ることが困難である。つまりフッ素樹脂では、フィラーを多量に添加する以前に、フィラーを添加すること自体が難しいという問題と、フィラーを添加してもシートに加工することが難しいという問題が存在する。また得られたシートを曲げ加工すると、曲げ部に割れが発生しやすいために異形のシートを得ることが困難であるという問題も存在する。
 さらには、フッ素樹脂の厚さを薄くすることで熱抵抗を小さくする試みの例として、特許文献3に記載されているように、フッ素樹脂の塊にカンナをかけるように表層をそぎ落として薄いシートを製造するスカイビング法が知られている。しかしながら、この方法が適用できるのは、フィラーが入っていないフッ素樹脂または、フッ素樹脂と同程度の柔らかいグラファイトフィラーを入れたものに限られる。金属やセラミックス等の硬いフィラーについては、刃の摩耗やピンホールが発生しスカイビング方は適用されていない。つまりフィラー入りのフッ素樹脂で薄いシート、たとえば30μm厚さ程度のシート自体は現存しないのが実情である。
一方、前記したフッ素樹脂シートを、半導体製品やモジュールとヒートシンクの間に挟んで使用する時、フッ素樹脂シートを相手材に密着させて固定する必要がある。また、特許文献4には、密着固定する手段として粘着剤を用い、フッ素樹脂シートに、その粘着剤を塗布する際、直接塗布が困難なため、プライマー塗布、コロナ処理などの前処理が必須であることが開示されている。 
特開2005-343728号公報 特開2010-137562号公報 特開平6-287540号公報 特開2012-122024号公報
本発明が解決しようとする課題は、フィラーあるいは強化材を多く添加しても、柔軟性を損なうこともなく、90°から180°まで自在に曲げ加工が可能で、高い耐熱性と熱伝導性を有するフッ素樹脂シートとその製造方法を提供することにある。
本発明に係るフッ素樹脂シートは、加熱溶融性フッ素樹脂をメインマトリクスとするもので、熱伝導性フィラーまたはこのフィラーと補強材を含んでなるもので、シート中のフィラー含有量が7体積%以上であり、厚みが300μm以下であり、熱伝導率が1.5W/m・K以上の値を有するとともに、前記の曲げ性を有する。
本発明のシートは、耐熱性、機械的強度、曲げ性などの基本的特性は、フッ素樹脂そのものからもたらされるものであるが、その特性を失わしめない限り、他の高分子有機物を添加配合することが可能で、この意味で本発明の構成基材をフッ素樹脂をメインマトリクスとするものとした。 
本発明における加熱溶融性フッ素樹脂材料とは、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)及びポリフッ化ビニル(PVF)を除く、加熱溶融が可能なフッ素樹脂(以下、単に「フッ素樹脂材料」という)を意味する。
 本発明において使用出来るフッ素樹脂材料は、具体的には、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)、パーフルオロエチレンプロペンコポリマー(FEP)、エチレン-テトラフルオロエチレンコポリマー(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン-クロロトリフルオロエチレンコポリマー(ECTFE)、テトラフルオロエチレン-パーフルオロジイオキソールコポリマー(TFE/PDD)などであり、これ以外にもPTFE及びPVFを除く加熱溶融が可能なフッ素樹脂であればよく、これらから1種あるいは2種以上の混合物でもよく、さらに、上記のフッ素樹脂材料あるいはフッ素樹脂材料を主体とする混合物に、これらのフッ素樹脂材料以外の耐熱性のある高分子材料を混合したものでもよい。
 本発明のフッ素樹脂シートに含有されるフィラーは、熱伝導性の金属酸化物、窒化物、炭化物、金属粉、カーボン、カーボンナノチューブ、グラファイト、炭素繊維からなる群の中から選択された粒子状物または繊維状であって、シート中に分散される。
  上記の金属酸化物としては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化珪素などがあり、窒化物としては、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化珪素などがあり、炭化物としては、炭化珪素、炭化ホウ素などがあり、さらに、金属粉としては、銀、金、銅、アルミニウムなどがあり、これらから1種あるいは2種以上の混合物も使用できる。  なお、上記材質のうち、電気伝導性も併せて付与するものとしては、金属粉、カーボン、グラファイト、炭素繊維であり、添加に際して、これらから1種あるいは2種以上の混合物としてもよい。
  前記フッ素樹脂材料に添加する熱伝導性を高めるためのフィラーの形状は、粒状あるいは繊維状いずれでもよく、粒状の場合、平均粒径は0.02ないし200μmの範囲である。また、熱伝導性フィラーの形状が繊維状である場合は、繊維長分布0.01ないし1500μmの範囲であり、平均繊維長は、0.05ないし300μmの範囲であることが好ましく、この場合の平均繊維径は、0.01ないし15μmの範囲であることが好ましい。
  なお、熱伝導性フィラーの形状は、粒状あるいは繊維状に限定されるものではなく、それらを組み合わせたものでよく、その際の平均粒径も必要に応じて、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
また、シートの補強材は、フッ素樹脂シート中に埋め込みされた状態で内蔵することで、シートの曲げ強度や、引っ張り強度を増すことができ、織布、不織布、あるいはフィルムからなる面状品等を用いることができる。
 面状品を使用する場合は、加熱溶融性フッ素樹脂材料のディスパージョン溶液に浸漬して、これら面状品の表面に、ディスパージョン溶液を被覆するとともに、面状品の空隙に、ディスパージョン溶液を充填して、面状品を埋め込んだシートを成形し、これを乾燥して、溶融温度以上でシートの厚さ方向に加圧成形することで、熱伝導性に優れたフッ素樹脂シートを得ることができる。面状品を用いることによって柔軟性をなんら損なうことなく、熱伝導性に優れたフッ素樹脂シートを得ることができる。
面状品の場合も、添加するフィラーの体積分率は、前記した粒状の場合と同様、上限は92%までが好ましい。この際の混合は、ポットミル、プラネタリミキサー、二本ロール、3本ロールなど公知の装置を使用することができる。さらにシートにするための成形には、カレンダー成形、スクリーン印刷、プレス成形、コーティングなど種々あり、どれを用いてもよい。
使用する織布は、平織、綾織などがあり、いずれを用いてもよいが、特に平織が好ましい。これらの織布、不織布、耐熱フィルムの厚みは2ないし100μmの範囲であることが好ましく、より好ましい厚みは、4ないし50μmの範囲である。さらに、フィラーとして織布、不織布を使用する場合は、これらに存在する編み目、空隙を埋めておくのが電気絶縁性を向上させる点で好ましい。これら編み目、空隙を埋める作業は、事前にディスパージョン溶液単独あるいはフィラー添加のディスパージョン溶液のコンパウンドを溶剤で希釈して塗料を作り、この塗料中に織布、不織布を漬けて余分な塗料を掻き取ったあと、乾燥硬化させるのがよい。
 主に電気絶縁性を高める物としては、織布、不織布、耐熱フィルムなどがあるが、これらの材料の耐熱温度は、フッ素樹脂と同等程度の耐熱性が最も好ましいが、使用する条件に応じて適宜選択すればよい。たとえば硝子繊維、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド、ポリイミド、テトラフルオロエチレン等は好適に使用できる。
  フッ素樹脂材料に添加するフィラー、織布、不織布、及び耐熱フィルムは、表面改質をするのがよく、そのための表面改質剤として、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、フッ素系カップリング剤、高級アルコール、含フッ素高級アルコール、高級脂肪酸、含フッ素高級脂肪酸、含フッ素安息香酸、含フッ素安息香酸誘導体、ポリジメチルシロキサンなどが例示できる。これらの表面改質剤の濃度は、フィラー等に対して0.1ないし5質量%の範囲である。なお、表面改質剤は、フィラーの種類毎に変えるのがよく、その処理方法は乾式法、湿式法、インテグラル法など公知の方法を使用することができる。
本発明のフッ素樹脂シートは、加熱溶融性フッ素樹脂材料のディスパージョン溶液の出発原料中にフィラーあるいは補強材を分散あるいは浸漬させた液状組成物をシート状に成形して乾燥した後、このフッ素樹脂材料を溶融温度以上に加熱して、このシートの厚さ方向に加圧成形することで得ることができる。
  本発明のフッ素樹脂シートの製造に際しての出発原料としては、ディスパージョン溶液に分散されたフッ素樹脂粒子が使用される。この出発原料は、フッ素樹脂材料の粒子が水もしくは水とフッ素樹脂の分散に影響が出ない量のアルコール、エーテル等の有機溶剤からなるディスパージョン溶液にフィラーを混合、分散させることで調製する。またディスパージョン溶液中に補強材を浸漬させ、補強材の編み目、空隙を緻密に埋めることでフッ素樹脂シートのマトリックス中に補強材を埋め込むこともできる。
得られたシートにフッ素樹脂自体の特性を付与するためには、ディスパージョン溶液中のフッ素樹脂の濃度は10質量%は必要で、また、90質量%を超えると補強材を浸漬させた際に補強材の編み目、空隙を緻密に埋めることができなくなることから、10から90質量%の範囲が必要で、より好ましくは40ないし70質量%の範囲である。
シートの製造に際して添加するフィラーあるいは補強材の量は、フッ素樹脂に対する体積分率に換算して、7%以上である。7%未満では、前記した液状組成物をシート状に成形して乾燥した時、成形体にクラックまたはめくれが発生する。なおフィラーあるいは補強材の体積%の上限値は、溶融温度以上での厚さ方向加圧成形でシート製造が可能なフィラーの添加量が上限値である。
 本発明においては、フィラーまたはフィラーおよび補強材をフッ素樹脂粉末が分散するディスパージョン溶液に添加することによって、フッ素樹脂に、フィラーあるいは補強材を多量に練りこむことが可能になる。そして、フィラーあるいは補強材を練りこんだフッ素樹脂のディスパージョン溶液中を成形後、乾燥して、溶融温度以上で厚さ方向に加圧成形するという一連の工程を組み合わせることによって、初めて、フィラーを多量に含んでも柔軟性を失うこともなく、熱伝導性に富んだフッ素樹脂シートの製造が可能になる。
本発明のフッ素樹脂シートは、その製造過程で、フィラーあるいは補強材を分散あるいは浸漬させた液状組成物をシート状に成形する際、その厚さを任意自在に変えることができる。これによって、溶融加圧成形後のシート厚さの自在に変化させることができることができる。
本発明のフッ素樹脂シートは、その製造過程で、フィラーあるいは補強材を分散あるいは浸漬させた液状組成物をシート状に成形する際、その厚さを任意自在に変えることができる。これによって、溶融加圧成形後のシート厚さの自在に変化させることができることができる。
つまり、本発明によって、フィラーあるいは補強材の量を体積分率に換算して、7%以上含有するシートの場合、得られる最も薄くシート厚さ30μmのものを、体積分率に換算して、7%以上範囲含有した状態でも得ることができる。
 本発明のフッ素樹脂シートの製造過程において、溶融温度以上でシートの厚さ方向に加圧成形する工程は重要である。この溶融温度以上でシートの厚さ方向に加圧成形する工程を経ずに、フッ素樹脂材料のディスパージョン溶液の中にフィラーを分散させてなる液状組成物をシート状に成形、乾燥して、その後、直接、加熱、溶融、曲げ加工すると、曲げ部でシートが破断することになる。これに対して、一旦、溶融温度以上で、シートの厚さ方向に加圧成形して得たシートは、再度、加熱、溶融して曲げ加工して得たシートは自在に折り曲げて異形に加工することが可能になる。
 本発明によって得られたフッ素樹脂シートの曲げ加工は、フィラーの含有体積%を87%以下にすると、90°以下の曲げ角度で、曲げ加工が可能になる。また、フィラーの体積%を75%以下にすると、180°以下の曲げ角度で、曲げ加工が可能になる。
 本発明に係るフッ素樹脂シートは、フィラーあるいは補強材の体積%が15%以上のシートの場合には、プライマー塗布、コロナ処理などの手間とコストのかかる前処理を行うことなく、フッ素樹脂シート表面に直接、粘着剤を塗着することができる。
フッ素樹脂は難濡れ性のため、フィラーあるいは補強材の添加されていないフッ素樹脂シートの表面に、直接、粘着剤を粘着させることはできないが、フッ素樹脂シートにフィラーあるいは補強材を添加して、その添加量を増やし、添加量が5%になると粘着性が発現する。さらに添加量を増やすと15%で実用的な粘着力が発現するようになる。
フィラーあるいは補強材の材質、形状には特別な限定はなく、セラミックス系、金属系、あるいは必要に応じて粘着剤が粘着できる樹脂材料の材質でもよい。フィラーあるいは補強材の添加量が増えると粘着性が発生する明確な理由は不明であるが、フィラーあるいは補強材の添加量が増えると、フィラーあるいは補強材表面の一部が、ミクロ的にシート表面から頭出しして、この部分に粘着剤が粘着するのではないかと、推察される。
なおここで実用的な粘着力とは、40×50mmサイズのフッ素樹脂シートに粘着剤を塗着させ、そのフッ素樹脂シートと、同じく40×50mmサイズのアルミニウム板を接着させて、フッ素樹脂シートの端面を持ってアルミニウム板から引きはがした時、粘着剤がアルミ板に付着することなく剥がれた時、つまりフッ素樹脂シートに対する粘着力のほうがアルミ板に対する粘着力よりも大きい時に、フッ素樹脂シートに対して実用的な粘着性ありと判断した。
本発明に適用する粘着剤に特別な制約はなく、フッ素樹脂系粘着剤は勿論のこと、シリコーン系粘着剤、あるいはその他の粘着剤も適宜選択することができる。ここでの粘着剤とは、フィラー及び補強材に対して、接着力のあるものはすべて含まれる。
 本発明のシートは以下の特性を有する。
1.   本発明のシートは、熱伝導率の改善を図れて放熱性に優れ、耐熱性や耐久性も良好であり、柔軟性に富み、薄いシートとすることができる。
2.   フッ素樹脂シートに直接、粘着剤を塗着することができる。
3.   コンピュータ(CPU)、トランジスタ、発光ダイオード(LED)、サイリスタなどの半導体製品に使用される熱伝導用部品、耐熱用部品、電気絶縁用部品用、電気伝導用部品の部材として好適である
4.   また、プラズマ化した原子核をターゲットに当てて、跳ね返った原子や分子を基盤に付着させるスパッタリングのような成膜技術におけるターゲットの固定に好適に利用できる。
 また、本発明の製造法によって以下の効果を奏する。
1.加熱溶融が可能なフッ素樹脂に、種々の特性を有するフィラーを大量に且つ容易に添加でき、添加したフィラーの特性を顕在化できる。
2.フィラーを多量に含有するにも拘わらず、異形に自在に折り曲げ可能である。
3.薄いシートから厚いシートまで、自在に製造できる。
本発明の熱伝導性組成物の利用形態を示す正面図である。 本発明の熱伝導性組成物の利用形態を示す側面図である。 本発明の熱伝導性シートをLED電球に適用した状態を示す側面図である。 各形状の熱伝導性フッ素組成物に粘着剤が塗布されている側面図。 シートの折り曲げ加工用金型の説明図である。
  以下、本発明のフッ素樹脂シートが適用された時の状況を図1から図4に示す図に基づいて説明する。
本発明フッ素樹脂シート1、1Aは、例えば、図1、2に示すように、半導体製品2とアルミ板3との間に密着した状態で介在し、さらに、アルミ板3の下にヒートシンク4が設けられていて、半導体製品2とアルミ板3との間を電気絶縁すると共に、アルミ板3に半導体製品2からの熱を伝導して、ヒートシンク4により放熱する。
  また、LED電球の場合では、例えば、図3に示すように、LED素子5の下に敷かれた金属基板6の下に、さらに熱伝導性シート1Aが敷かれ、さらに、その下にヒートシンク4Aが設けられて、金属基板6とヒートシンク4Aとの間を電気絶縁すると共に、金属基板6にLED素子5からの熱を伝導して、ヒートシンク4Aにより放熱する。 フッ素樹脂シート1の両面には粘着剤が塗着されており、片面は半導体製品に、もう一方の片面は、アルミ板に貼着されている。
図4はフッ素樹脂シート1の片面に粘着剤を塗着した状況を示したものである。フッ素樹脂シートは、平板そのもので使用する場合(1)、片側を折り曲げられた場合(2)、両側を折り曲げられ場合(3)がある。いずれの場合も、粘着剤はシートの底面に塗着される。
図5はシートの折り曲げ用の金型を説明した図である。同図において、(1)は、左右を折り曲げる金型、(2)は、片側を折り曲げる金型である。
以下、本発明のシートの特性の検査法を実施例として説明する。
この実施例は、フィラーの添加量を変えてシートの成形性との関係を調べたものである。
試験用シートの製造
パーフルオロエチレン-プロペンコポリマー(FEP)成分が56質量%のディスパージョン溶液(三井・デュポンポリケミカル株式会社製)(以下、単に「56%FEPディスパージョン溶液」という)に、溶剤、シランカップリング剤、酸化アルミニウム(AA-3  住友化学社製)を添加して、ポットミルにて混練りして塗材にした。 この塗材をイミドフィルムに塗布して室温で1時間風乾し、さらに、120℃、1時間の条件で乾燥機にて乾燥させた。そして、イミドフィルムで上下を挟み、熱圧着装置にて300℃、50kg/cm2
の圧力で1分間熱圧着して、0.1mm厚みの熱伝導性シートを得た。熱圧着後の熱伝導性シート中のアルミナフィラーの体積%が、0%、5%、7%、10% 30%、60%、80%、92%、95%になるように、酸化アルミナ、溶剤、シランカップリング剤の配合を変えて、9種類の塗材を作製した。
評価試験
各塗材について、乾燥器での乾燥後の成形シートのクラック発生状況、および熱圧着後のシートのクラック発生状況について調べた。
結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
表1の結果から、体積分率に換算して、フィラー量が7%未満のシートでは、乾燥後に、成形体にクラック又は、めくれが発生することが判明した。 また上限92%を超えるシートには、加圧後、クラックが発生することを確認した。
フィラーの添加量を変えて、シートの折り曲げ性との関係を調べた。
試験用シート製造
パーフルオロエチレン-プロペンコポリマー(FEP)成分が56質量%のディスパージョン溶液(三井・デュポンポリケミカル株式会社製)(以下、単に「56%FEPディスパージョン溶液」という)に、溶剤、シランカップリング剤、酸化アルミニウム(AA-3  住友化学社製)を添加して、ポットミルにて混練りして塗材にした。 この塗材をイミドフィルムに塗布して室温で1時間風乾し、さらに、120℃、1時間の条件で乾燥機にて乾燥させた。そして、イミドフィルムで上下を挟み、熱圧着装置にて300℃、50kg/cm2
の圧力で1分間熱圧着して、0.2mm厚みの熱伝導性シートを得た。熱圧着後の熱伝導性シート中のアルミナフィラーの体積%が、7%、30%、60%、70%、75%、78%、80%、85%、87%、89%、95%になるように、酸化アルミナ、溶剤、シランカップリング剤の配合を変えて、11種類の塗材を作製した。 各塗材について、前記工程に従って11種類の熱圧着シートを作製した。
評価試験
図5に示したシート折り曲げ加工用金型を使用して行った。
試験方法
90°曲げ試験
あらかじめ150℃に加熱した金型に、イミドシートで挟んだフッ素樹脂シートを載置して図5の金型の上型で加圧し曲げ加工を行った。
180°曲げ試験
シートを二つ折りし、お互いが接着しない様に、間にイミドシートを挟み、更に上下面にもイミドシートを用い、150℃熱加圧を加えた。
曲げ試験の評価は、折り曲げたシートの曲げ部クラックの有無で判定した。
結果を表2に示す。
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
曲げ角度が90°の場合、体積分率に換算して、87%を越えると、シートの曲げ部にクラックが発生した。
曲げ角度が180°の場合、体積分率に換算して、75%を越えるとシートの曲げ部にクラック化発した。
従って曲げ角度が90°以下の場合は、フィラーの添加量は体積分率で、87%以下であることが必要である。曲げ角度が180°の場合、体積分率に換算して、75%以下であることが必要であることがわかった。
フィラーの添加量を変えて、フィラーの体積分率と粘着性の関係を調べた。
試験用シート製造
パーフルオロエチレン-プロペンコポリマー(FEP)成分が56質量%のディスパージョン溶液(三井・デュポンポリケミカル株式会社製)(以下、単に「56%FEPディスパージョン溶液」という)に、溶剤、シランカップリング剤、酸化アルミニウム(AA-3  住友化学社製)を添加して、ポットミルにて混練りして塗材にした。 この塗材をイミドフィルムに塗布して室温で1時間風乾し、さらに、120℃、1時間の条件で乾燥機にて乾燥させた。そして、イミドフィルムで上下を挟み、熱圧着装置にて300℃、50kg/cm2
の圧力で1分間熱圧着して、0.2mm厚みの熱伝導性シートを得た。熱圧着後の熱伝導性シート中のアルミナフィラーの体積%が、0%、3%、5%、10%、15%、20%、50%、80%、90%になるように、酸化アルミナ、溶剤、シランカップリング剤の配合を変えて、9種類の塗材を作製した。
各塗材について、前記工程に従って9種類の熱圧着シートを作製した。
評価試験
前記9種類の熱圧着シートに対してフッ素樹脂系粘着剤、シリコーン系粘着剤の2種類の粘着剤を粘着させて粘着力のテストを行った。
使用した粘着剤は下記のとおりである。
粘着剤の種類1:液状フッ素ゴム
液状フッ素ゴム(SIFEL8470
信越化学工業)100質量部に対してトルエン溶剤100質量部添加
攪拌して塗液にした。
これを熱伝導性フッ素樹脂シートにスクリーン印刷により、塗布し、空気循環させたドラフト内で室温10分乾燥し、150℃×1時間硬化させて、かつ離型紙を保護カバーとして張り合わせて粘着剤付き熱伝導性フッ素樹脂シートを得た。
シリコーン粘着剤(XR37-B6722,モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社)100質量部に対してTC-1 2質量部,トルエン溶剤30質量部添加攪拌して塗液にした。
これを熱伝導性フッ素シートにスクリーン印刷により、塗布し、空気循環させたドラフト内で室温10分乾燥し、120℃×20分硬化させて、かつ離型紙を保護カバーとして張り合わせて粘着剤付き熱伝導性フッ素樹脂シートを得た。
評価試験
かすかでもフッ素樹脂シートに粘着性が発現された所で粘着発現と評価した。実用的な粘着発現の基準は、40×50mmサイズのフッ素樹脂シートに粘着剤を塗着させ、そのフッ素樹脂シートと、同じく40×50mmサイズのアルミニウム板を接着させて、フッ素樹脂シートの端面を持ってアルミニウム板から引きはがした時、粘着剤がアルミ板に付着することなく剥がれた時、つまりフッ素樹脂シートに対する粘着力のほうがアルミ板に対する粘着力よりも大きい時に、フッ素樹脂シートに対して実用的な粘着性ありと判断した。
結果を表3に示す
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
本発明フッ素樹脂シートでは、フッ素樹脂系粘着剤、シリコーン系粘着剤、いずれの粘着剤でも、フィラーの体積分率5%以上で粘着性が発現し、15%以上で実用的な粘着性が発生した。
フィラーの添加量を変えて、製造可能な限界最小厚さを調べた。
試験用シート製造
パーフルオロエチレン-プロペンコポリマー(FEP)成分が56質量%のディスパージョン溶液(三井・デュポンポリケミカル株式会社製)(以下、単に「56%FEPディスパージョン溶液」という)に、溶剤、シランカップリング剤、酸化アルミニウム(AA-3  住友化学社製)を添加して、ポットミルにて混練りしてフィラーの体積%が異なる8種類の塗材を作った。
フィラーの体積%は、熱圧着後の熱伝導性シート中のアルミナフィラーの体積%が、0%、5%、7、10%、30%、60%、90%になるように、酸化アルミナ、溶剤、シランカップリング剤の配合を変えて作製した。
評価試験
この塗材をイミドフィルムに塗布して室温で1時間風乾し、さらに、120℃、1時間の条件で乾燥機にて乾燥させた。そして、イミドフィルムで上下を挟み、熱圧着装置にて300℃、50kg/cm2
の圧力で1分間熱圧着して、厚さが異なる5種類のフッ素樹脂シートを得た。
熱圧着後の厚さが、0.02mm、0.03mm、0.1mm、0.2mm、0.3mmになるように、塗材の塗布厚さを変えて作製した。結果を表4に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
本発明フッ素樹脂シートは、0.03mm(30μm)まで薄いシートを作ることができ、30μm以上の厚いシートも自在に製造することができた。そしてフィラーを、体積%で7~90%のシートができた。02mmの厚さのものは、シート厚みを均一にすることが困難、フィラーを均一に分散させることが困難、出来上がったシートが破れる等の問題が発生し、実質製品化できなかった。
  次に本発明の熱伝導性シート及びこれに粘着剤を塗着した熱伝導性シートの優位性を検証した。
  パーフルオロエチレン-プロペンコポリマー(FEP)成分が56質量%のディスパージョン溶液(三井・デュポンポリケミカル株式会社製)(以下、単に「56%FEPディスパージョン溶液」という)178.5質量部に、酸化アルミニウム(AA-3  住友化学社製)(以下、単に「酸化アルミニウム」という)250質量部、溶剤800質量部を添加して、ポットミルにて混練りして塗材にした。この塗材をイミドフィルムに塗布して室温で1時間風乾し、さらに、120℃、1時間の条件で乾燥機にて乾燥させた。そして、イミドフィルムで上下を挟み、熱圧着装置にて300℃、50kg/cm2
の圧力で1分間熱圧着して、0.2mm厚みの熱伝導性シートを得た。
  56%FEPディスパージョン溶液178.5質量部に、酸化アルミニウム500質量部、溶剤1000質量部を添加して、ポットミルにて混練りして塗材にした。この塗材を用いて実施例1と同様の方法にて0.2mm厚みの熱伝導性シートを得た。
  56%FEPディスパージョン溶液178.5質量部に、酸化アルミニウム250質量部、シランカップリング剤(KBM-3063)(以下、単に「シランカップリング剤」という)2.5質量部、溶剤800質量部を添加して、ポットミルにて混練りして塗材にした。この塗材を用いて実施例1と同様の方法にて0.2mm厚みの熱伝導性シートを得た。
 56%FEPディスパージョン溶液178.5質量部に、酸化アルミニウム500質量部、シランカップリング剤5.0質量部、溶剤1000質量部を添加して、ポットミルにて混練りして塗材にした。この塗材を用いて実施例1と同様の方法にて0.2mm厚みの熱伝導性シートを得た。
  56%FEPディスパージョン溶液178.5質量部に、窒化ホウ素(HP-40、水島合金株式会社製)(以下、単に「窒化ホウ素」という)56質量部、溶剤150質量部を添加して、ポットミルにて混練りして塗材にした。この塗材を用いて実施例1と同様の方法にて0.2mm厚みの熱伝導性シートを得た。
 56%FEPディスパージョン溶液178.5質量部に、窒化ホウ素85質量部、溶剤200質量部を添加して、ポットミルにて混練りして塗材にした。この塗材を用いて実施例1と同様の方法にて0.2mm厚みの熱伝導性シートを得た。
  56%FEPディスパージョン溶液178.5質量部に、グラファイト粉(CGC-50、日本黒鉛工業株式会社製)(以下、単に「グラファイト粉」という)230質量部、増粘剤溶液(外割2%CMC溶液、カルボキシメチルセルロースアンモニウム粉末、和光純薬工業株式会社製)(以下、単に「増粘剤溶液」という)12質量部、溶剤580質量部を添加して、ポットミルにて混練りして塗材にした。この塗材を用いて実施例1と同様の方法にて0.2mm厚みの熱伝導性シートを得た。
  56%FEPディスパージョン溶液178.5質量部に、グラファイト粉400質量部、増粘剤溶液12質量部、溶剤1000質量部を添加して、ポットミルにて混練りして塗材にした。この塗材を用いて実施例1と同様の方法にて0.2mm厚みの熱伝導性シートを得た。
 56%FEPディスパージョン溶液(三井・デュポンポリケミカル株式会社製)178.5質量部に対して酸化亜鉛 150質量部(酸化亜鉛1種 堺化学工業株式会社製)、球状酸化亜鉛 600質量部(LPZINC-11 堺化学工業株式会社製)、シランカップリング剤2.5質量部(KBM-3063)、溶剤1000質量部を添加してポットミルにて混練りし塗材にした。
この塗材をイミドフィルムに塗布して室温で1時間風乾し、さらに120℃、1時間の条件で乾燥機にて乾燥させた。更にイミドフィルムで上下挟み熱圧着装置にて温度300℃、加圧50kg/cm2で1分間熱圧着し厚み0.2mmの熱伝導性シートを得た。
 56%FEPディスパージョン溶液(三井・デュポンポリケミカル株式会社製)178.5質量部に対して酸化亜鉛 300質量部(酸化亜鉛1種 堺化学工業株式会社製)、球状酸化亜鉛 1200質量部(LPZINC-11 堺化学工業株式会社製)、シランカップリング剤5.0質量部(KBM-3063)、溶剤1200質量部を添加してポットミルにて混練りし塗材にした。
この塗材をイミドフィルムに塗布して室温で1時間風乾し、さらに120℃×1時間の条件で乾燥機にて乾燥させた。更にイミドフィルムで上下挟み熱圧着装置にて温度300℃、加圧50kg/cm2で1分間熱圧着し厚み0.2mmの熱伝導性シートを得た。
 以上の実施例で得られたシート及び組成物について、熱伝導率、曲げ特性、耐熱性を以下の方法にて測定した。
(1)熱伝導率  ASTM  D5470に準じて測定した。
(2)曲げ特性
        ◎:φ1のピンゲージを使用して熱伝導性シートが割れない場合
        ○:φ1.1ないし2のピンゲージを使用して熱伝導性シートが割れない場合
        △:φ2.1ないし3のピンゲージを使用して熱伝導性シートが割れない場合
        ×:φ3.1以上のピンゲージを使用して熱伝導性シートが割れる場合
(3)耐熱性
  熱伝導性シートを熱風循環式オーブンにて300°C×24時間曝露する。まず、曝露する前の熱伝導性シートが割れない最少径のピンゲージを探査する。次に、曝露したあとの熱伝導性シートが割れない最少径のピンゲージを探査する。そして、曝露前後のピンゲージの径の差により耐熱性を判定する。
        ◎:ピンゲージ径の差がφ0ないし1.0の場合
        ○:ピンゲージ径の差がφ1.1ないし2の場合
        △:ピンゲージ径の差がφ2.1ないし3の場合
        ×:ピンゲージ径の差がφ3.1以上の場合
 その結果を表5に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
比較例1
  シリコーンゴム(SE1183U、東レ・ダウコーニング株式会社製)(以下、単に「シリコーンゴム」という)100質量部に、酸化アルミニウム250質量部、加硫剤(RC-1東レ・ダウコーニング社製)(以下、単に「加硫剤」という)4質量部、キシレン100質量部を添加して、プラネタリミキサーにて混練りして塗材にした。この塗材をポリエステルフィルムにコーティングして室温で24時間風乾し、さらに、100℃×30分間の条件で熱風循環式オーブンで硬化させた。ポリエステルフィルムを剥がして、0.2mm厚みの熱伝導性シートを得た。
比較例2
  シリコーンゴム100質量部に、酸化アルミニウム250質量部、加硫剤6質量部、キシレン100質量部を添加して、プラネタリミキサーにて混練りして塗材にした。この塗材を用いて比較例1と同様の方法にて0.2mm厚みの熱伝導性シートを得た。
比較例3
  シリコーンゴム100質量部に、酸化アルミニウム250質量部、シランカップリング剤2.5質量部、加硫剤4質量部、キシレン100質量部を添加して、プラネタリミキサーにて混練りして塗材にした。この塗材を用いて比較例1と同様の方法にて0.2mm厚みの熱伝導性シートを得た。
比較例4
  シリコーンゴム100質量部に、酸化アルミニウム500質量部、シランカップリング剤5.0質量部、加硫剤6質量部、キシレン100質量部を添加して、プラネタリミキサーにて混練りして塗材にした。この塗材を用いて比較例1と同様の方法にて0.2mm厚みの熱伝導性シートを得た。
比較例5
 シリコーンゴム100質量部に、窒化ホウ素56質量部、加硫剤4質量部、溶剤100質量部を添加して、プラネタリミキサーにて混練りして塗材にした。この塗材をポリエステルフィルムにコーティングして室温で24時間風乾し、さらに、100℃×30分間の条件で熱風循環式オーブンで硬化させた。ポリエステルフィルムを剥がし、さらに、200℃×4時間の二次加硫をして0.2mm厚みの熱伝導性シートを得た。
比較例6
  シリコーンゴム100質量部に、窒化ホウ素85質量部、加硫剤6質量部、溶剤100質量部を添加して、プラネタリミキサーにて混練りして塗材にした。この塗材を用いて比較例5と同様の方法にて0.2mm厚みの熱伝導性シートを得た。
比較例7
  シリコーンゴム100質量部に、グラファイト粉230質量部、加硫剤4質量部、溶剤100質量部を添加して、プラネタリミキサーにて混練りして塗材にした。この塗材をポリエステルフィルムにコーティングして室温で24時間風乾したのち、もう1枚のポリエステルフィルムを被せ、100℃×30分間の条件でプレス加工により硬化させた。ポリエステルフィルムを剥がし、さらに、200℃×4時間の二次加硫をして0.2mm厚みの熱伝導性シートを得た。
比較例8
  シリコーンゴム100質量部に、グラファイト粉400質量部、加硫剤4質量部、溶剤100質量部を添加して、プラネタリミキサーにて混練りして塗材にした。この塗材を用いて比較例7と同様の方法にて0.2mm厚みの熱伝導性シートを得た。
比較例9
 シリコーンゴム(SE1183U 東レ・ダウコーニング株式会社製) 100質量部に対して酸化亜鉛 150質量部(酸化亜鉛1種 堺化学工業株式会社製)、球状酸化亜鉛 600質量部(LPZINC-11 堺化学工業株式会社製)、シランカップリング剤2.5質量部(KBM-3063)、溶剤100質量部を添加してプラネタのミキサーにて混練りし塗材にした。
 この塗材をポリエステルフィルムにコーティングして室温で24時間風乾し、さらに100℃×30分の条件で熱風循環式のオーブンで硬化させた。ポリエステルフィルムをはがし、さらに、200℃×4時間の二次加硫して厚み0.2mmの熱伝導性組成物を得た。
比較例10
 シリコーンゴム(SE1183U 東レ・ダウコーニング株式会社製) 100質量部に対して酸化亜鉛 300質量部(酸化亜鉛1種 堺化学工業株式会社製)、球状酸化亜鉛 1200質量部(LPZINC-11 堺化学工業株式会社製)、シランカップリング剤5.0質量部(KBM-3063)、溶剤100質量部を添加してプラネタのミキサーにて混練りし塗材にした。
 この塗材をポリエステルフィルムにコーティングして室温で24時間風乾し、さらに100℃×30分の条件で熱風循環式のオーブンで硬化させた。ポリエステルフィルムをはがし、さらに、200℃×4時間の二次加硫して厚み0.2mmの熱伝導性組成物を得た。
 以下、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を使用した場合の比較例を開示する。
比較例11
   ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)パウダー品100質量部に、酸化アルミニウム250質量部を添加して、320℃の条件にて2軸混練装置にて混練りを試みたが、混練りすることが出来ず、0.2mm厚みの熱伝導性シートは得られなかった。
比較例12
   ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)パウダー品56質量部に対して、2-プロパノール44質量部を加え攪拌して、実施例1の56%FEPディスパージョン溶液に相当する、56%PTFEディスパージョン溶液を作製した。この56%PTFEディスパージョン溶液178.5質量部に、酸化アルミニウム250質量部、溶剤800質量部を添加して、ポットミルにて混練りして塗材にした。この塗材をイミドフィルムに塗布して室温で1時間風乾し、さらに、120℃、1時間の条件で乾燥機にて乾燥させた。そして、イミドフィルムで上下を挟み、熱圧着装置にて300℃、50kg/cm2
の圧力で1分間熱圧着したが、この場合も、0.2mm厚みの熱伝導性シートを得ることが出来なかった。
  以上の方法で得られたシート及び組成物を上記実施例と同様の測定方法で評価し、その結果を表6に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
  実施例5~14と比較例1~10の結果の対比から理解されるように、本発明の実施例に示したPTFE及びPVFを除く加熱溶融が可能な所謂「フッ素樹脂材料」は、比較例のシリコーンゴムと同量のフィラー添加であれば、本発明の方が比較例よりも曲げ特性が良好であることが分かる。
  また、実施例7、8のように表面処理をしたフィラーを使用すると、表面処理をしていない実施例5、6よりも、曲げ特性が良くなっている。
これは表面処理をしたフィラーがフッ素樹脂材料との親和性が向上したことを示している。
  比較例11は、PTFEに直接フィラーを練り込もうとしたが、練り込み出来なかった。そのため物性の評価ができなかった。
比較例12は、実施例4の56%FEPディスパージョン溶液に相当する、56%PTFEディスパージョン溶液としたが、一時的にフィラーを充填できても、乾燥して溶剤がなくなると、シート状に保持することができず、熱圧着作業ができなかった。
 そのため物性の評価ができなかった。
次にフッ素樹脂シートにフッ素ゴム系粘着剤を塗布した実施例について述べる。
(1)フッ素樹脂シートの作製
パーフルオロエチレン-プロペンコポリマー(FEP)成分が56質量%のディスパージョン溶液(三井・デュポンポリケミカル株式会社製)(以下、単に「56%FEPディスパージョン溶液」という)178.5質量部に、酸化アルミニウム(AA-3  住友化学社製)(以下、単に「酸化アルミニウム」という)250質量部、溶剤800質量部を添加して、ポットミルにて混練りして塗材にした。
この塗材をイミドフィルムに塗布して室温で1時間風乾し、さらに、120℃、1時間の条件で乾燥機にて乾燥させた。そして、イミドフィルムで上下を挟み、熱圧着装置にて300℃、50kg/cm
の圧力で1分間熱圧着して、0.2mm厚みの熱伝導性フッ素樹脂シートを得た。
熱伝導率を測定したところ1.5W/m・Kであった。
 (2)粘着剤の塗布
粘着剤の種類1:液状フッ素ゴム
液状フッ素ゴム(SIFEL8370A信越化学工業)50質量部と、液状フッ素ゴム(SIFEL8370B信越化学工業)50質量部を混合し、混合液状フッ素ゴムを100質量部に対してトルエン溶剤100質量部添加攪拌して塗液にした。
これを熱伝導性フッ素樹脂シートにスクリーン印刷により、塗布し、空気循環させたドラフト内で室温10分乾燥し、120℃×1時間硬化させて、かつ離型紙を保護カバーとして張り合わせて粘着剤付き熱伝導性フッ素シートを得た。
粘着剤の種類2:熱伝導性液状フッ素ゴム
液状フッ素ゴム(SIFEL8470,信越化学工業)100質量部に対して酸化亜鉛2種(ハクスイテック社製) 30質量部,トルエン溶剤100質量部添加攪拌して塗液にした。
これを熱伝導性フッ素シートにスクリーン印刷により、塗布し、空気循環させたドラフト内で室温10分乾燥し、150℃×1時間硬化させて、かつ離型紙を保護カバーとして張り合わせて粘着剤付き熱伝導性フッ素シートを得た。
粘着剤の種類3:シリコーン粘着剤
シリコーン粘着剤(XR37-B6722,モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社)100質量部に対してTC-1 2質量部,トルエン溶剤30質量部添加攪拌して塗液にした。
これを熱伝導性フッ素シートにスクリーン印刷により、塗布し、空気循環させたドラフト内で室温10分乾燥し、120℃×20分硬化させて、かつ離型紙を保護カバーとして張り合わせて粘着剤付き熱伝導性フッ素シートを得た。
粘着剤の種類4:熱伝導性シリコーン粘着剤
シリコーン粘着剤(XR37-B6722,モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社)100質量部に対してに対して酸化亜鉛2種(ハクスイテック社製) 30質量部,TC-1 2質量部,トルエン溶剤30質量部添加攪拌して塗液にする。
これを熱伝導性フッ素シートにスクリーン印刷により、塗布し、空気循環させたドラフト内で室温10分乾燥し、120℃×20分硬化させて、かつ離型紙を保護カバーとして張り合わせて粘着剤付き熱伝導性フッ素シートを得た。
(3)粘着試験片
前記した4種類の粘着剤を、それぞれ厚さ0.2mmのフッ素樹脂シートに粘着させ、その粘着面を露出させて、熱風循環式オーブンにて220℃×3日間暴露したのち、アルミ板に貼りつけて粘着試験片とした。
本試験は、220℃に3日間暴露しても粘着力が消失しないことを証明するための試験である。
(4)リワーク性
 アルミ板に、□30の粘着試験片を貼り、5分後粘着試験片を剥がし、粘着部分がアルミ板に残るかどうかを目視で確認した。
アルミ板に粘着部分が残らない方が、リワーク性が良好という結果になる。
表7に実施例の結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 表7の結果より、液状フッ素ゴムは220℃に3日間暴露しても粘着力が消失せず、良好な粘着材を維持できることが判明した。また引きはがした時に粘着した相手材からきれいに引きはがすことができることも判明した。
これは、フッ素系材料シートなので液状フッ素ゴムの粘着材とは親和性がよくなり、相手材がアルミ等で、フッ素系材料でない場合は、リワーク性が良好になることが判った。
 本発明は永久固定と仮固定の両方に有益であることが判った。
 比較例のシリコーン粘着剤は、220℃に3日間暴露で既に粘着性が消失していることが判る。
 以上、本発明の実施例を説明したが、具体的な構成はこれに限定されず、さらに本発明の要旨を逸脱しない範囲での変更は、適宜可能であることが理解されるべきである。
  本発明の熱伝導性フッ素樹脂シート、及びこれを折り曲げ加工した熱伝導性シートは、製造が容易であり、熱伝導率の改善は無論のこと、耐熱性が良好で、その上、柔軟性に富み、薄いシートを得たいような場合に、その利用可能性が極めて高くなる。また異形などの平面以外の形状にも適宜自在に加工できる。また粘着付与も可能であり、半導体の実装密度にともなう高性能化や小型化、顧客での取り扱い性もよくなり、その利用可能性が極めて高くなる。また厚さを30μmまで薄くできるので、シートの熱抵抗も小さくでき、高い熱伝導度と共に、低い熱抵抗も実現でき、パワーエレクトロニクス用途に多大な貢献ができるものである。
      1 フッ素樹脂シート
      1A フッ素樹脂シート
      2 半導体製品
      3 アルミ板
      4、4A ヒートシンク
      5 LED素子
      6 金属基板

 

Claims (13)

  1. 熱伝導性フィラーまたはフィラーおよび補強材を含む加熱溶融性フッ素樹脂をメインマトリクスとするフッ素樹脂シートであって、
    前記シート中のフィラー含有量が7体積%以上、厚みが300μm以下であり、且つ、熱伝導率が1.5W/m・K以上であるフッ素樹脂シート。
  2.  前記フィラーが粒子あるいは繊維状であって、前記フッ素樹脂シート中に分散されてなる請求項1に記載のフッ素樹脂シート。
  3. 前記フィラー(と補強材)の材質が、金属酸化物、窒化物、炭化物、金属粉、カーボン、カーボンナノチューブ、グラファイト、炭素繊維からなる群の中から選択されたいずれか一つである請求項1に記載されたフッ素樹脂シート。
  4. 前記補強材が、織布、不織布、耐熱フィルムからなる群の中から選択されたいずれか一つであって、フッ素樹脂シート中に内蔵されてなる請求項1に記載のフッ素樹脂シート。
  5. 前記フッ素樹脂シート中のフィラーの体積分率が75%以下であるときの曲げ加工の曲げ角度が180°以下である請求項1に記載のフッ素樹脂シート。
  6. 前記曲げ加工の曲げ角度が90°以下で、前記フッ素樹脂シート中のフィラーの体積分率が87%以下である請求項6に記載のフッ素樹脂シート。
  7. 表面にフィラーを含む粘着剤を塗布したしてなり、前記粘着剤中のフィラーの体積分率が、粘着剤全量の15%以上である請求項1に記載のフッ素樹脂シート
  8. 前記フィラーと補強材が、表面改質されてなる請求項1に記載のフッ素樹脂シート。
  9. 半導体製品の熱伝導用、耐熱用、絶縁用および伝導用部材として使用される請求項1に記載のフッ素樹脂シート。
  10. スパッタリングによる薄膜製造のためのターゲットの固定に使用される請求項1に記載のフッ素樹脂シート。
  11. 加熱溶融性フッ素樹脂材料のディスパージョン溶液中にフィラーまたはフィラーおよび補強材を分散した液状組成物をシート状に成形後、乾燥したのち、
    前記加熱溶融性フッ素樹脂材料をその溶融温度以上で、シートの厚さ方向に加圧成形するフッ素樹脂シートの製造方法。
     
  12.  前記フッ素樹脂材料のディスパージョン溶液中のフッ素樹脂濃度が10~90質量%である請求項11記載のフッ素樹脂シートの製造方法。
  13. 再度、加熱して曲げ加工して製造する請求項11に記載のフッ素樹脂シートの製造方法。
     
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