WO2014203955A1 - 絶縁熱伝導シート - Google Patents

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WO2014203955A1
WO2014203955A1 PCT/JP2014/066246 JP2014066246W WO2014203955A1 WO 2014203955 A1 WO2014203955 A1 WO 2014203955A1 JP 2014066246 W JP2014066246 W JP 2014066246W WO 2014203955 A1 WO2014203955 A1 WO 2014203955A1
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heat conductive
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香菜 橋本
えつこ 公門
明紀 恵島
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東洋紡株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an insulating heat conductive sheet that is electrically insulating and has high thermal anisotropy. More specifically, the present invention relates to an insulating heat conductive sheet capable of selectively transferring heat in a specific direction from a heating element such as an electronic board, a semiconductor chip, and a light source while ensuring insulation reliability.
  • heat dissipation countermeasures In recent years, the importance of heat dissipation countermeasures has increased due to the increase in heat generation density associated with the reduction in thickness and heightening of electronic devices. In order to reduce thermal troubles in electronic equipment, it is important to quickly release the heat generated in the equipment to the heat radiator such as a coolant or housing so that the peripheral members are not adversely affected. A member capable of conducting heat is required. As a method of dissipating heat generated from a heat generating element such as a semiconductor or LED, it is common to attach a metal heat dissipating element such as aluminum or copper. However, in general, since metal is conductive, in order to prevent problems due to leakage to the coolant or the casing, in many cases, the heat conducting member is also required to have electrical insulation.
  • an insulating material such as metal oxide or resin is inserted between the heat generator and the heat radiator.
  • resin materials are preferred.
  • a major problem here is that resin materials generally have low thermal conductivity and heat dissipation characteristics are degraded. Therefore, conventionally, there has been proposed a technique for manufacturing a heat conductive member that achieves both heat conductivity by filling a resin material with an insulating heat conductive filler such as metal oxide fine particles.
  • the heat conducting member is mainly used by being sandwiched between a heat source and a coolant, in the case of a sheet, high heat conductivity is required in the thickness direction. In order to develop thermal anisotropy in the thickness direction, it is necessary to orient the heat conduction direction of the heat conductive filler in the thickness direction.
  • the fiber volume ratio with respect to the entire sheet volume corresponds to 30%.
  • conventional electrostatic flocking is generally used as a manufacturing technology for raising materials used for clothes, carpets, heat insulating materials, etc., and the extreme uprightness of the fibers has not been pursued, and it contains many large inclined fibers. It is out. Therefore, when an insulating heat conductive sheet is manufactured using a conventional electrostatic flocking technique, the inclined fibers cannot penetrate in the thickness direction of the sheet, so that high penetration density, that is, high thermal anisotropy cannot be obtained. .
  • Patent Document 4 describes a method of increasing the flocking density by contracting the flocking sheet after electrostatic flocking, but actually contains a large number of fibers that are greatly inclined as described above. In addition, the fibers collide with each other to cause wrinkles and deflection in the sheet, and a high flocking density cannot be obtained.
  • Patent Document 5 proposes a method in which a filler crystal plane having high thermal conductivity is oriented in the sheet surface direction by stretching orientation, and the sheets are laminated and then sliced in the thickness direction.
  • a filler crystal plane having high thermal conductivity is oriented in the sheet surface direction by stretching orientation, and the sheets are laminated and then sliced in the thickness direction.
  • fibrous thermal conductive materials have high thermal conductivity by increasing molecular orientation in the fiber axis direction, and polymers that can obtain such orientation are often highly rigid. It is a molecular chain and does not have a functional group that can interact with other substances, and has poor wettability with the binder resin.
  • an object of the present invention is to provide an insulating heat conductive sheet having excellent electrical insulation reliability and high heat conductivity.
  • this invention consists of the following structures.
  • 2. The insulating heat conductive sheet according to 1, wherein the dielectric breakdown strength after holding at 150 ° C. for 3000 hours is 30% or more with respect to the initial dielectric breakdown strength. 3.
  • the insulating heat conductive sheet according to 1 or 2 wherein an average value of a ratio of heat conductivity in a thickness direction to a surface direction of the insulating heat conductive sheet is 2 or more and 50 or less. 4). 4.
  • the insulating heat conductive sheet according to 11 or 12 wherein an average value of inclination with respect to the sheet surface of the insulating high heat conductive fiber penetrating in the thickness direction is 60 ° or more and 90 ° or less. 14 14.
  • the binder resin is any one of a silicone resin, an acrylic resin, a urethane resin, an EPDM resin, and a polycarbonate resin. 18.
  • the present invention it is possible to quickly release heat from a heating element such as a semiconductor or an LED to a heat radiating body while ensuring insulation reliability. As a result, damage to peripheral members due to heat can be reduced.
  • Example of manufacturing method of insulating heat conductive sheet in the present invention Relationship between electrostatic flocking condition and saturated flocking density in the present invention
  • Example of calibration curve of E and penetration density in the present invention Relationship between short fiber charge and flocking density in the present invention
  • 1st invention of this application contains the insulating high heat conductive fiber and binder resin which penetrated in the thickness direction, and the penetration density of the insulating high heat conductive fiber penetrated in the thickness direction is 6% or more, and the heat in the thickness direction with respect to the surface direction
  • An insulating heat conductive sheet having a conduction ratio of 2 or more and an initial dielectric breakdown strength of 20 kV / mm or more.
  • the second invention of the present application contains an insulating high thermal conductive fiber and a binder resin penetrating in the thickness direction, and the ratio of the thermal conductivity in the thickness direction to the surface direction is more than 12 and 50 or less, penetrating in the thickness direction.
  • Insulating high heat conductive membrane fibers are insulating heat conductive sheets having a penetration density of 6% or more and a volume resistivity of 10 12 ⁇ ⁇ cm or more.
  • the insulating heat conductive sheet in the present invention fibrous insulating high heat conductive fillers penetrating in the thickness direction need to be oriented and penetrated at high density, and it is essential that the binder resin is contained. As a result, it is possible to obtain a sheet that is electrically insulating and capable of selectively conducting heat in the thickness direction, and the insulating high heat conduction fiber that penetrates in the thickness direction moves the heat generated from the heating element to the opposite surface of the sheet for cooling. Heat is transferred to the material or housing.
  • the insulating heat conductive sheet in the present invention needs to have a smooth sheet surface on at least one surface of the sheet.
  • the insulating high thermal conductive fiber can be in close contact with the heat generating surface and efficiently conduct heat.
  • the opposite surface needs to be smooth in order to be in close contact with them and to conduct heat efficiently.
  • the ratio of the thermal conductivity in the thickness direction to the surface direction of the insulating heat conductive sheet of the present invention is 2 or more, preferably 6 or more, more preferably 12 and even more preferably 20 or more. If the ratio of thermal conductivity is in the above-mentioned range, heat conduction can be performed selectively and quickly in the sheet thickness direction, and the heat damage to the equipment can be prevented, so that thermal damage of peripheral equipment can be reduced. The higher the ratio of thermal conductivity, the better. However, in the method of the present invention, the actual upper limit is about 50.
  • the fiber penetration density needs to be 6% or more, preferably 6% or more and 50% or less, more preferably 10% or more and 40% or less. If it is 6% or less, the thermal conductivity in the sheet thickness direction is undesirably lowered. If it is 50% or more, the strength of the sheet is lowered, and the handling properties are deteriorated, which is not preferable.
  • the penetration density of the fiber in the present invention can be evaluated by the method of Examples described later.
  • the volume specific resistance of the insulating heat conductive sheet in the present invention is preferably 10 10 ⁇ ⁇ cm or more, preferably 10 12 ⁇ ⁇ cm or more, more preferably 10 13 ⁇ ⁇ cm or more. If the volume resistivity is high, it can be suitably used for applications that require high insulation reliability, such as around power supplies.
  • the upper limit value of the volume resistivity is not particularly limited, but is about 10 16 ⁇ ⁇ cm.
  • the insulating heat conductive sheet of the present invention preferably has an initial dielectric breakdown strength of 20 kV / mm or more and 70 kV / mm, and more preferably 25 kV / mm or more. If the dielectric breakdown strength is 20 kV / mm or more, there is no need to insert an insulating material for ensuring insulation in the electronic device to be manufactured, and the living space of the manufacturing device is increased, the weight is reduced, and the cost is low. Leading to
  • the penetration density in the sheet thickness direction of the insulating high thermal conductive fiber in the second invention of the present application needs to be 6% or more, preferably 30% or more, and more preferably 30% or more and 70% or less. . If it is 30% or less, the difference in thermal conductivity between the sheet surface direction and the thickness direction is small, and the thermal anisotropy is not sufficient. More preferably, it is 50% or more and 70% or less.
  • the adhesiveness at the interface between the insulating high thermal conductive fiber and the binder resin is very important. Therefore, the surface of the insulating high heat conductive fiber is easily bonded to improve the adhesion between the insulating high heat conductive fiber and the binder resin, and the insulation can be secured by suppressing the interface peeling between the two.
  • the insulation breakdown strength after the exposure is 30% or more of the initial insulation breakdown strength. It can be said that.
  • the processing temperature and time are not particularly limited, but may be within the assumed operating environment temperature of the electronic component and the processing temperature occurring during the manufacturing process, and more preferably after holding at 150 ° C. for 3000 hours. After holding at 200 ° C. for 3000 hours, more preferably after holding at 300 ° C. for 3000 hours, the dielectric breakdown strength of the insulating heat conductive sheet is 30% or more of the initial dielectric breakdown strength, more preferably 60% As mentioned above, More preferably, it is 90% or more.
  • the dielectric breakdown strength after 1500 thermal shock tests at ⁇ 40 ° C. to 150 ° C. is preferably 30% or more with respect to the initial dielectric breakdown strength. More preferably, it is 60% or more, and more preferably 90% or more.
  • the insulating high thermal conductive fiber may have any cross-sectional shape, but a circular shape is preferable because it is easy to increase the penetration density. Although a diameter is not specifically limited, 1 mm or less is preferable from the surface of the uniformity of the heat dissipation object. It is essential that the fiber length is adjusted according to the thickness of the sheet and penetrates in the thickness direction of the sheet.
  • the insulating high thermal conductive fiber of the present invention is preferably coated on the surface with a binder resin and a resin composition having good wettability, or on the fiber surface by an electron beam treatment.
  • an electron beam treatment electron beam techniques such as plasma treatment, corona treatment, high-frequency sputter etching treatment, and ion beam treatment can be used. These treatments enhance the adhesion between the fiber surface and the binder resin, and when the flexibility of the binder resin is impaired due to use at high temperatures, or even when thermal stress is applied to the fiber resin interface due to temperature changes, Peeling is less likely to occur.
  • electron beam treatment is more preferable from the viewpoint of productivity and simplicity, and ion beam treatment having a particularly high effect of easy adhesion is preferably used.
  • plasma treatment, high-frequency sputter etching, etc. are used, if the irradiation time and irradiation energy are increased, the convex portion itself is shaved and it is difficult to obtain a high anchor effect, but the ion beam treatment has a large elevation difference or a crack-like shape. A recess is formed, and a high anchor effect is obtained.
  • the reason why the unevenness as described above is formed is not certain, it is presumed that a convex portion having a large difference in height is effectively obtained because the ion beam has a directionality to the ion velocity.
  • the object to be treated may be a fiber bundle that is split into single fibers and aligned in one direction, or a woven fabric.
  • a closed drift ion source manufactured by Kaufman can be used.
  • an ion source DC discharge, RF discharge, microwave discharge, or the like can be used.
  • the gas used in the ion gun is not limited as long as it can generate ion particles.
  • hydrogen, helium, oxygen, nitrogen, air, fluorine, neon, argon, krypton, or N 2 O and mixtures thereof are appropriately selected from the above.
  • oxygen and air are particularly preferable because they can provide the functional group at the same time as forming the above-mentioned convex portions on the fiber surface.
  • the energy of the ion particles constituting the ion beam is adjusted to about 10 ⁇ 2 to 10 0 KeV by appropriately selecting the discharge voltage, discharge current, discharge power, beam gas flow rate, etc. of the ion gun, and the discharge voltage is about 295 to 800 W.
  • the discharge current is preferably adjusted to about 0.1 to 10 A for irradiation. Irradiation is preferably performed by adjusting the processing pressure to about 0.1 to 1.0 Pa and the fiber feed rate to about 0.01 to 1.0 m / min, preferably about 0.01 to 0.3 m / min.
  • the flame retardancy of the insulating heat conductive sheet in the present invention is preferably equivalent to V-0. If it is equivalent to V-0, it is possible to reduce the spread of fire when it is ignited due to short circuit or deterioration of the circuit in the electronic device.
  • the thickness of the sheet is preferably 10 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less, and more preferably 50 ⁇ m or more and 80 ⁇ m or less. If the thickness is less than 10 ⁇ m, the strength of the sheet is lowered, and the handling property is deteriorated. On the other hand, if it exceeds 300 ⁇ m, the thermal resistance increases, which is not preferable.
  • the average surface roughness of the sheet is preferably 15 ⁇ m or less. When the average surface roughness is 15 ⁇ m or more, the thermal conductivity is lowered because the adhesion to the heat generator and the heat radiator is impaired.
  • the durometer hardness of the insulating high thermal conductive sheet in the present invention is preferably a Shore A hardness of 80 or less and a Shore E hardness of 5 or more, more preferably a Shore A hardness of 70 or less and a Shore E hardness of 10 or more. If the Shore A hardness is low, it is possible to make close contact along the slight irregularities of the heating element and the heat dissipation element, thereby enabling efficient heat conduction. On the other hand, if the Shore E hardness is high, the handling property when incorporated into an electronic device or a light source becomes good.
  • the insulating high thermal conductive fiber in the present invention is not particularly limited as long as it is a fiber having electrical insulation and high thermal conductivity, and examples thereof include boron nitride fiber, high strength polyethylene fiber, and polybenzazole fiber.
  • polybenzazole fibers that have heat resistance and are easily available are preferred.
  • Carbon fiber has high thermal conductivity but is electrically conductive, so it is not suitable for use in the present invention from the viewpoint of electrical insulation.
  • a polybenzazole fiber can be purchased as a commercial product (Zylon manufactured by Toyobo Co., Ltd.).
  • the thermal conductivity of the insulated high thermal conductive fiber is preferably 20 W / mK or more, more preferably 30 W / mK or more.
  • the thermal conductivity is 20 W / mK or more, high thermal conductivity is obtained when it is formed into a sheet.
  • the binder resin is preferably excellent in heat resistance, electrical insulation, and thermal stability. By appropriately selecting the binder resin, these physical properties can be adjusted to a desired range. In consideration of adhesion to the heating element, it is preferable to select a resin having excellent flexibility or a resin having adhesiveness.
  • materials having excellent flexibility include silicone resins, acrylic resins, urethane resins, EPDM, polycarbonate resins, and materials having adhesive properties include semi-curing of thermoplastic resins and thermosetting resins. The thing of a state is mentioned.
  • a material excellent in flexibility a silicone resin that is less susceptible to deterioration due to a change in physical properties due to heat cycle is particularly preferable.
  • the material having adhesiveness is preferably a urethane-based resin having good shock absorption from the viewpoint of thermal shock resistance at the bonding interface with the heating element. It is also possible to impart flame retardancy to the heat conductive sheet by selecting a flame retardant material.
  • the sheet of the present invention may be in a state where an adhesive is applied to the surface thereof.
  • the adhesive is not particularly limited, and examples thereof include acrylic ester resins, epoxy resins, silicone resins, and resins obtained by mixing high thermal conductive fillers such as metals, ceramics, and graphite in these resins.
  • the volume resistivity of the insulating high thermal conductive fiber and the binder resin is preferably 10 10 ⁇ ⁇ cm or more, preferably 10 12 ⁇ ⁇ cm, and more preferably 10 13 ⁇ ⁇ cm. If the volume resistivity is in this range and there is no separation between the fiber and the binder resin interface, it is possible to maintain a high dielectric breakdown strength in an actual use environment.
  • the insulating high thermal conductive sheet of the first invention of the present application can be manufactured by a method including the following steps.
  • (i) A step of coating the insulating high thermal conductive fiber with a resin different from the binder resin or irradiating with an electron beam (ii) cutting the insulating high thermal conductive fiber into an arbitrary length
  • iv) A step of shrinking the base material by adhering upright insulating high heat conductive short fibers by heating, preferably while or after adhering.
  • the insulating high thermal conductive sheet of the second invention of the present application can be suitably manufactured by a method including the following steps. (i) a step of causing the insulating high heat conductive short fibers to stand upright at an inclination of 60 ° to 90 ° with respect to the sheet surface by electrostatic flocking on the substrate coated with the adhesive; (ii) a process of neutralizing the upright insulating high thermal conductive short fibers; (iii) a step of shrinking the substrate at a shrinkage rate at which the penetration density is 70% or less while being bonded or fixed by heating; (iv) impregnating the insulating high thermal conductive short fibers fixed upright on the substrate with the binder resin and solidifying the binder resin; (v) A process of removing both surfaces or polishing both surfaces as they are
  • Electrostatic flocking is a method in which a base material is placed on one side of two electrodes, and short fibers are placed on the other side. By applying a high voltage, the short fibers are charged and cast on the base material side and fixed by an adhesive. .
  • the high uprightness of the flocked fiber is a point for expressing high thermal anisotropy.
  • the average value of the inclination of the insulating high thermal conductive fiber after electrostatic flocking with respect to the sheet surface is 60 ° or more and 90 ° or less, preferably 65 ° or more and 90 ° or less, and more preferably 70 ° or more and 90 ° or less. Preferably there is.
  • the collision between the fibers is reduced in the subsequent shrinking process, and the fiber can be shrunk without causing wrinkles or deflection. Further, the inclination can be maintained even after shrinkage, and high thermal anisotropy can be secured when the sheet is formed.
  • the electrostatic flocking in the present invention is preferably carried out by an electrostatic flocking method that provides high uprightness, and the up method is preferred.
  • the down method short fibers that naturally fall by gravity are planted in addition to the short fibers that are attracted to the counter electrode along the lines of electric force by electrostatic attraction, so that the uprightness of the fibers is poor.
  • the up method has good uprightness because only short fibers attracted by electrostatic attraction are planted.
  • the electric field strength E which is the product of the inter-electrode distance r (cm) of electrostatic flocking and the applied voltage V (kV), is preferably within the range of Equation 1, and the insulation heat
  • the quotient a of the fiber length (mm) and the fineness (D) of the conductive fiber is preferably within the range of Formula 2. If E is less than the range of Equation 1, the electric field strength is insufficient and sufficient uprightness cannot be obtained. When E is 8 or more, dielectric breakdown occurs and electrostatic flocking cannot be performed normally. When a is 1.5 or less, the aspect ratio of the fiber becomes large, and it becomes difficult to maintain uprightness by its own weight.
  • the flocking density and the shrinkage rate of the substrate are preferably adjusted so that the fiber penetration density when the sheet is formed after shrinkage is 30% or more and 70% or less. If the penetration density after shrinkage is too high, electrostatic repulsion and physical repulsion due to residual charges increase, and wrinkles and deflection are likely to occur during shrinkage.
  • the area shrinkage rate of the substrate is not particularly limited. For example, if the thermal shrinkage rate in at least one direction of the substrate in 95 ° C. warm water for 10 seconds is in the range of 30 to 85%, the substrate should be shrunk with good quality. Is possible.
  • the contraction direction can be either biaxial or uniaxial. Uniaxial shrinkage is preferable in terms of easy continuous production. However, when the penetration density after shrinkage is set high, it is preferable to use a biaxial shrinkage base material in which wrinkles and deflection are less likely to occur.
  • the flocking density that is, the fiber penetration density
  • E can be controlled by adjusting E according to the flocking density applied voltage and the inter-electrode distance as shown in FIG.
  • a calibration curve of E and fiber penetration density can be prepared in advance, and adjustment can be performed by electrostatic flocking with E suitable for the desired penetration density.
  • it can be adjusted by the amount of short fibers to be installed on the electrode. The charged amount is a theoretical penetration density when all the short fibers placed on the electrode are planted.
  • the material of the adhesive in the above process is not particularly limited because it can be removed in a subsequent polishing process, but a lower electrical insulation resistance is preferable in terms of better uprightness of the fiber.
  • an aqueous dispersion such as an acrylic resin is preferably used.
  • the adhesive coating thickness is preferably small, but it is necessary to be large enough to fix the thrown fiber, so that it is preferably 10 ⁇ m to 50 ⁇ m, more preferably 10 ⁇ m to 30 ⁇ m. The following is preferable.
  • the charge removal in the above process can be carried out by bringing a ground terminal into contact with the flocking sheet to remove residual charges or removing static electricity with an ionizer.
  • the base material of the first invention of the present application is preferably made of a material having a low insulation resistance in order to increase electrostatic attraction.
  • a material capable of peeling the sheet after solidifying the binder For example, a metal foil, a polyethylene terephthalate film coated with a conductive agent, or a graphite sheet can be used.
  • a shrinkable film For example, a shrinkable polystyrene film or a polyethylene terephthalate film coated with a conductive agent can be used.
  • the base material of the second invention of the present application preferably uses a material that can be shrunk by heating or the like.
  • a material that can be shrunk by heating or the like for example, a heat-shrinkable polystyrene film or polyester film can be used.
  • a material having a low insulation resistance is preferable, and the thickness of the substrate is preferably 50 ⁇ m or less, or is coated with a conductive material.
  • the process of solidifying the binder resin by impregnating the insulating high thermal conductive fiber fixed upright on the base material with any of the following methods is possible.
  • a method in which a binder resin is dissolved in some solvent or impregnated in an emulsion state, and the solvent is volatilized by heating to solidify (ii) a method in which the binder resin is melted by heating and solidified by cooling; (iii) A method of impregnation in a monomer state and solidifying with heating or energy rays such as ultraviolet rays, infrared rays and electron beams.
  • a grinding machine for the polishing in the present invention, a grinding machine, a polishing machine, a lapping machine, a polishing machine, a honing machine, a buffing machine, a CMP apparatus, or the like can be used. Even if it peels from a base material and polishes, or it polishes including a base material as it is, it can manufacture.
  • the surface roughness of the smooth surface can be controlled by the grain size of the polishing wheel or the polishing paper.
  • the appropriate particle size varies depending on the material used for the binder resin and the high thermal conductive fiber to be used, but the smoothness improves if the particle size is lowered.
  • a polybenzazole fiber is used as the insulating high thermal conductive fiber and a silicone resin having a hardness of Shore A65 is used as the binder resin, a smooth surface having a particle size of # 2000 or more and a surface roughness of about 10 ⁇ m is obtained. In 660, it is about 5 ⁇ m.
  • the durability test in the present invention was carried out by the following method.
  • the high temperature holding test was carried out by leaving it for 3000 hours in a blast constant temperature dryer (Advantech DRX620DA) adjusted to the test temperature.
  • the thermal shock test was carried out by alternately exposing to an environment of ⁇ 40 ° C. and 150 ° C. with a holding time of 15 minutes using a small thermal shock apparatus (ESPEC TSE-11-A).
  • the evaluation method of various physical properties in the present invention is as follows.
  • the fiber diameter of the insulated high thermal conductive fiber was observed with a short fiber test piece under a microscope, and was the average value of 100 test pieces in the fiber diameter at the center point in the fiber length direction.
  • the thermal conductivity in the fiber axis direction of the insulated high thermal conductive fiber was measured by a steady heat flow method in a system having a temperature control device with a helium refrigerator.
  • the length of the sample fiber was about 25 mm, and the fiber bundle was bundled by drawing about 1000 single fibers.
  • both ends of the sample fiber were fixed with stycast GT and set on a sample stage.
  • An Au-chromel thermocouple was used for temperature measurement.
  • a 1 k ⁇ resistor was used as the heater, and this was bonded to the end of the fiber bundle with varnish.
  • the measurement temperature range was 27 ° C.
  • the measurement was performed in a vacuum of 10 ⁇ 3 Pa in order to maintain heat insulation.
  • the measurement was started after 24 hours had elapsed in a vacuum state of 10 ⁇ 3 Pa to bring the sample into a dry state.
  • the thermal conductivity was measured by passing a constant current through the heater so that the temperature difference ⁇ T between the two points L was 1K. This is shown in FIG.
  • the obtained thermal conductivity ⁇ is calculated by the following formula: can do. Examples measured using this experimental method are shown below.
  • ⁇ (W / mK) (Q / ⁇ T) ⁇ (L / S)
  • the volume resistivity of the insulating high thermal conductive fiber was measured by the following method.
  • the long fiber bundle was dried at 105 ° C. for 1 hour, and then allowed to stand for 24 hours or more in an atmosphere of 25 ° C. and 30 RH% to adjust the humidity.
  • a digital multimeter (R6441 manufactured by ADVANTEST) with a positive electrode and a ground electrode in contact with the superfiber bundle with a fixed length (5cm, 10cm, 15cm, 20cm), and a voltage of 10V applied between both electrodes. was used to measure the resistance value ( ⁇ ). From this resistance value, a volume specific resistance value was obtained for the length of each interval according to the following calculation formula, and the average value was used as the volume specific resistance value of the sample.
  • ⁇ R ⁇ (S / L) ⁇ is the volume resistivity ( ⁇ cm), R is the resistance value ( ⁇ ) of the test piece, S is the cross-sectional area (cm2), and L is the length (2 cm).
  • the cross-sectional area of the test piece was calculated by observing the fiber under a microscope.
  • the volume resistivity of the binder resin was determined by adjusting the humidity resistance of the sheet of the binder resin solution or melted film in an atmosphere of 25 ° C. and 60 RH% for at least 24 hours.
  • HIRESTA-IP Mitsubishi Yuka Co., Ltd.
  • the applied voltage was measured by switching in the order of 10 V, 100 V, 250 V, and 500 V until the measured value became stable. The measurement range was set automatically. The value after stabilization of the measured value was taken as the volume resistivity.
  • the volume resistivity of the sheet was adjusted to 25 ° C. using a high resistance resistivity meter HIRESTA-IP (manufactured by Mitsubishi Yuka Co., Ltd.) after conditioning the sheet for 24 hours or more in an atmosphere of 25 ° C. and 60 RH%. Measurement was performed in a 60 RH% atmosphere. The applied voltage was measured by switching in the order of 10 V, 100 V, 250 V, and 500 V until the measured value became stable. The measurement range was set automatically. The value after stabilization of the measured value was taken as the volume resistivity.
  • HIRESTA-IP manufactured by Mitsubishi Yuka Co., Ltd.
  • the density of the sheet and fiber was measured with a dry automatic densimeter (manufactured by Shimadzu Corp. Accupic II-1340).
  • the average surface roughness of the sheet was measured with a surface roughness shape measuring instrument (Mitutoyo Softest SV-600) with a measurement width of 5 mm and a stylus feed rate of 1.0 mm / s.
  • the hardness of the sheet was measured according to JIS K-6253.
  • the dielectric breakdown strength of the sheet was measured in a short time method using TP-516UZ (manufactured by Tama Denso Co., Ltd.) in accordance with ASTM ⁇ ⁇ D 149.
  • the sheet used was conditioned at 23 ⁇ 2 ° C. and 50 ⁇ 5% RH for 48 hours.
  • a sheet is sandwiched between the lower electrode ⁇ 6 mm cylinder and the upper electrode ⁇ 25 mm cylinder, and a voltage is applied at a pressure increase rate of 0.1 to 0.2 kV / s in an atmosphere of 23 ⁇ 2 ° C. and 50 ⁇ 5% RH to cause dielectric breakdown.
  • the voltage value at which was generated was measured.
  • the average of the measured values at any nine points of the 80 mm-diameter sheet was taken as the dielectric breakdown strength of the sheet.
  • the thermal conductivity in the sheet thickness direction or the sheet surface direction was determined by the following calculation formula using the thermal diffusivity in the sheet thickness direction or the sheet surface direction, the specific heat of the sheet, and the density of the sheet, respectively.
  • the penetration density of the insulating high thermal conductive fiber in the sheet was evaluated by the following method.
  • (Iii) The volume content of the fiber on each surface is calculated by the following formula.
  • volume content of fiber on each surface [(Number of fiber cross sections in the photographed image) ⁇ (fiber cross section calculated from fiber diameter)] ⁇ (area of observation field) (Iv) Out of the volume content of the fibers on each surface, the smaller value was taken as the volume content of the fibers penetrating, that is, the penetration density.
  • the flocking density was calculated by the same measurement method as described above by embedding the flocked sheet with an epoxy resin, taking a photo of the cross section in the surface direction.
  • the inclination of the insulating high thermal conductive fiber was evaluated by the following method.
  • a flocked sheet is embedded with an epoxy resin and polished to obtain a cross section in the thickness direction of the sheet.
  • the measured angle is averaged to obtain the fiber inclination.
  • Example 1 The thermal conductivity in the fiber axis direction of Zylon HM (manufactured by Toyobo) was 40 W / mK. Zylon HM cut to a length of 400 ⁇ m is used as the insulating high thermal conductive fiber, and liquid silicone rubber main ingredient TSE3431-A / 100 parts by mass, manufactured by Momentive Performance Materials, as the binder resin liquid, liquid manufactured by Momentive Performance Materials, Inc. Silicone rubber curing agent A resin liquid mixed with TSE3431-C / 30 parts by mass was used. A 10 wt.% Aqueous solution of polyvinyl alcohol AH-26 (manufactured by Nippon Synthetic Chemical) was used as an adhesive.
  • a space clean ® S7200 having a thickness of 20 ⁇ m was used as a substrate.
  • the substrate was placed on a positive electrode plate coated with a thin paraffin oil as a lubricant, and the adhesive was applied to a thickness of 25 ⁇ m.
  • electrostatic flocking was performed at a distance between electrodes of 3 cm and a voltage of 18 kV for 5 minutes to prepare a Zylon flocking sheet.
  • the amount of Zylon charged was 25%.
  • the positive electrode plate on which the flocking sheet was placed was grounded and neutralized, and then heated by a hot plate at 95 ° C. to shrink the substrate. After completion of the shrinkage, the adhesive was solidified by heating at 80 ° C. for 10 minutes.
  • a binder resin solution was applied to the flocked sheet to a thickness of 600 ⁇ m, vacuum defoamed, and heated and solidified at 80 ° C. for 1 hour.
  • the substrate was peeled from the obtained sheet, and both sides of the sheet were polished with # 2000 polishing paper to produce a Zylon composite silicone rubber sheet having a thickness of 100 ⁇ m.
  • the volume resistivity of the sheet was 10 16 ⁇ ⁇ cm or more (measuring machine overrange). Evaluation in the UL94 flame retardant test was V-0.
  • Example 2 Electrostatic flocking and substrate shrinkage were performed in the same manner as in Example 1 except that the amount of Zylon charged was 20%.
  • binder resin liquid Toyobo saturated copolymer polyester urethane solution UR3600 / 80.9 parts by weight, Toyobo saturated copolymer polyester urethane solution BX-10SS / 12.0 parts by weight, Toyobo epoxy resin AH-120 / 7.1 A liquid in which 100 parts by weight of methyl ethyl ketone and 100 parts by weight of methyl ethyl ketone were mixed was used.
  • the sheet after shrinkage was immersed in a binder resin liquid layer having a depth of 1200 ⁇ m and vacuum degassed to impregnate the binder resin liquid. After drying at 60 ° C. for 2 hours, both sides of the sheet were polished with # 2000 polishing paper to prepare a Zylon composite ester urethane resin sheet having a thickness of 100 ⁇ m. In this state, the sheet is in a semi-cured state. In actual use, the semi-cured sheet was bonded to a heating element or a cooling body, heated at 140 ° C. for 4 hours and completely cured, and thus the volume resistivity was measured in a completely cured state. The volume specific resistance of the fully cured sheet was 10 16 ⁇ ⁇ cm or more (measuring machine overrange).
  • Example 3 A sheet was produced in the same manner as in Example 2 except that the electrostatic flocking voltage was 13 kV and the Zylon charge was 17%. The volume specific resistance of the fully cured sheet was 10 16 ⁇ ⁇ cm or more (measuring machine overrange).
  • Example 4 A sheet was prepared in the same manner as in Example 2 except that the adhesive coating thickness was 50 ⁇ m and the Zylon charge was 30%. The volume specific resistance of the fully cured sheet was 10 16 ⁇ ⁇ cm or more (measuring machine overrange).
  • Example 5 A sheet was produced in the same manner as in Example 2 except that the electrostatic flocking voltage was 36 kV, the distance between the electrodes was 6 cm, and the Zylon charge was 25%. The volume specific resistance of the fully cured sheet was 10 16 ⁇ ⁇ cm or more (measuring machine overrange).
  • Example 6 A sheet was produced in the same manner as in Example 1 except that the grain size of the abrasive paper was # 600.
  • the volume resistivity of the sheet was 10 16 ⁇ ⁇ cm or more (measuring machine overrange).
  • Example 7 The thermal conductivity in the fiber axis direction of Zylon HM (manufactured by Toyobo) was 40 W / mK.
  • As an ion gun Advanced Energy Industries 38CMLIS is used, oxygen is used as a gas to be introduced into the ion gun, a discharge voltage of 540 V, a discharge current of 0.56 A, a discharge power of 295 W, a beam gas flow rate of 45 sccm, and a processing pressure of 3 ⁇ 10 ⁇ 1 Pa. After irradiating with an ion beam from a position 4 cm from the end, it was cut to a length of 400 ⁇ m with a guillotine type cutter.
  • As the substrate an aluminum foil having a thickness of 11 ⁇ m was used. A substrate was placed on the positive electrode plate, and an adhesive was applied to a thickness of 25 ⁇ m.
  • electrostatic flocking was performed at a distance between electrodes of 3 cm and a voltage of 18 kV for 5 minutes to prepare a Zylon flocking sheet.
  • the obtained flocked sheet was heated at 80 ° C. for 1 hour to cure the adhesive, and then the binder resin liquid was applied to the flocked sheet to a thickness of 600 ⁇ m and vacuum degassed, followed by solidification by heating at 80 ° C. for 1 hour. .
  • the base material was peeled from the obtained sheet, and both surfaces of the sheet were polished with abrasive paper having a particle size of # 2000 to finally produce a Zylon composite silicone rubber sheet having a thickness of 100 ⁇ m.
  • the Shore A hardness of the sheet was 68. Evaluation in the UL94 flame retardant test was V-0.
  • Example 8 As binder resin liquid, Toyobo saturated copolymer polyester urethane solution UR3600 / 80.9 parts by weight, Toyobo saturated copolymer polyester urethane solution BX-10SS / 12.0 parts by weight, Toyobo epoxy resin AH-120 / 7.1 A liquid in which 100 parts by weight of methyl ethyl ketone and 100 parts by weight of methyl ethyl ketone were mixed was used. The flocked sheet produced in the same manner as in Example 1 was immersed in a binder resin liquid layer having a depth of 1200 ⁇ m and vacuum degassed to impregnate the binder resin liquid. After drying at 60 ° C.
  • both sides of the sheet were polished with # 2000 polishing paper to prepare a Zylon composite ester urethane resin sheet having a thickness of 100 ⁇ m.
  • the sheet In this state, the sheet is in a semi-cured state.
  • the semi-cured sheet was adhered to a heating element or a cooling body and heated at 140 ° C. for 4 hours to be completely cured. Therefore, the durability test was measured in a completely cured state.
  • Example 9 As the binder resin solution, the same procedure as in Example 8 was used except that a mixture of Toyobo saturated copolymer polyester urethane solution UR3575 / 100 parts by weight and Toyobo epoxy resin HY-30 / 2.4 parts by weight was used. A Zylon composite ester urethane resin sheet and a fully cured sheet were prepared.
  • Example 10 As a binder resin solution, Yodozol AA76 (manufactured by Henkel Japan), which is an aqueous dispersion of an acrylic resin, was used, and Zylon was performed in the same manner as in Example 7 except that heat curing was performed at 80 ° C. for 1 hour. A composite acrylic resin sheet was produced.
  • Yodozol AA76 manufactured by Henkel Japan
  • Zylon was performed in the same manner as in Example 7 except that heat curing was performed at 80 ° C. for 1 hour.
  • a composite acrylic resin sheet was produced.
  • Example 11 A Zylon composite ester urethane resin sheet and a fully cured sheet were prepared in the same manner as in Example 8 except that the adhesive coating thickness was 50 ⁇ m.
  • Example 12 The thermal conductivity in the fiber axis direction of Zylon HM (manufactured by Toyobo) was 40 W / mK.
  • As an ion gun Advanced Energy Industries 38CMLIS is used, oxygen is used as a gas to be introduced into the ion gun, a discharge voltage of 540 V, a discharge current of 0.56 A, a discharge power of 295 W, a beam gas flow rate of 45 sccm, and a processing pressure of 3 ⁇ 10 ⁇ 1 Pa. After irradiating with an ion beam from a position 4 cm from the end, it was cut to a length of 400 ⁇ m with a guillotine type cutter.
  • a space clean ® S7200 having a thickness of 20 ⁇ m was used as a substrate. The substrate was placed on a positive electrode plate coated with a thin paraffin oil as a lubricant, and the adhesive was applied to a thickness of 25 ⁇ m.
  • electrostatic flocking was performed at a distance between electrodes of 3 cm and a voltage of 18 kV for 5 minutes to prepare a Zylon flocking sheet.
  • the amount of Zylon charged was 25%.
  • the positive electrode plate on which the flocking sheet was placed was grounded and neutralized, and then heated by a hot plate at 95 ° C. to shrink the substrate. After completion of the shrinkage, the adhesive was solidified by heating at 80 ° C. for 10 minutes.
  • a binder resin solution was applied to the flocked sheet to a thickness of 600 ⁇ m, vacuum defoamed, and heated and solidified at 80 ° C. for 1 hour.
  • the substrate was peeled from the obtained sheet, and both sides of the sheet were polished with # 2000 polishing paper to produce a Zylon composite silicone rubber sheet having a thickness of 100 ⁇ m.
  • the volume resistivity of the sheet was 10 16 ⁇ ⁇ cm or more (measuring machine overrange), and the Shore A hardness of the sheet was 68. Evaluation in the UL94 flame retardant test was V-0.
  • Example 13 Electrostatic flocking and substrate shrinkage were performed in the same manner as in Example 1 except that the amount of Zylon charged was 20%.
  • binder resin liquid Toyobo saturated copolymer polyester urethane solution UR3600 / 80.9 parts by weight, Toyobo saturated copolymer polyester urethane solution BX-10SS / 12.0 parts by weight, Toyobo epoxy resin AH-120 / 7.1 A liquid in which 100 parts by weight of methyl ethyl ketone and 100 parts by weight of methyl ethyl ketone were mixed was used.
  • the sheet after shrinkage was immersed in a binder resin liquid layer having a depth of 1200 ⁇ m and vacuum degassed to impregnate the binder resin liquid. After drying at 60 ° C. for 2 hours, both sides of the sheet were polished with # 2000 polishing paper to prepare a Zylon composite ester urethane resin sheet having a thickness of 100 ⁇ m. In this state, the sheet is in a semi-cured state. In actual use, a semi-cured sheet is bonded to a heating element or a cooling body and heated at 140 ° C. for 4 hours to be completely cured. Therefore, the volume resistivity and durability test were measured in a completely cured state. The volume specific resistance of the fully cured sheet was 10 16 ⁇ ⁇ cm or more (measuring machine overrange).
  • Example 14 Electrostatic flocking and substrate shrinkage were performed in the same manner as in Example 2 except that the electrostatic flocking voltage was 13 kV and the Zylon charge was 17%.
  • the binder resin solution the same procedure as in Example 13 was used except that a mixture of Toyobo saturated copolymer polyester urethane solution UR3575 / 100 parts by weight and Toyobo epoxy resin HY-30 / 2.4 parts by weight was used.
  • a Zylon composite ester urethane resin sheet and a fully cured sheet were prepared. The volume specific resistance of the fully cured sheet was 10 16 ⁇ ⁇ cm or more (measuring machine overrange).
  • Example 15 As a binder resin solution, Yodozol AA76 (manufactured by Henkel Japan), which is an aqueous dispersion of an acrylic resin, was used, and Zylon was prepared in the same manner as in Example 12 except that heat curing was performed at 80 ° C. for 1 hour. A composite acrylic resin sheet was produced. The volume resistivity of the resin sheet was 10 16 ⁇ ⁇ cm or more (measuring machine overrange).
  • Example 16 A sheet was prepared in the same manner as in Example 13 except that the adhesive coating thickness was 50 ⁇ m and the Zylon charge was 30%. The volume specific resistance of the fully cured sheet was 10 16 ⁇ ⁇ cm or more (measuring machine overrange).
  • Example 17 A sheet was produced in the same manner as in Example 13 except that the electrostatic flocking voltage was 36 kV, the distance between the electrodes was 6 cm, and the Zylon charge was 25%. The volume resistivity of the completely cured sheet was 10 16 ⁇ ⁇ cm or more (measuring overrange).
  • Example 18 A sheet was produced in the same manner as in Example 13 except that the grain size of the abrasive paper was set to # 600. The volume resistivity of the sheet was 10 16 ⁇ ⁇ cm or more (measuring machine overrange).
  • Example 1 Electrostatic flocking and substrate shrinkage were carried out in the same manner as in Example 2 except that the amount of Zylon charged was 40%. When the substrate was shrunk, deflection occurred and a good sheet could not be obtained.
  • Example 2 A sheet was prepared in the same manner as in Example 1 except that the silicone binder resin described in Example 1 was used as the adhesive, the coating thickness was 120 ⁇ m, and the adhesive solidification condition was 80 ° C. for 1 hour. did. When the substrate was shrunk, deflection occurred and a good sheet could not be obtained.
  • Example 3 A sheet was prepared in the same manner as in Example 1 except that the electrostatic flocking voltage was 10 kV. When the substrate was shrunk, deflection occurred and a good sheet could not be obtained.
  • Example 4 A Zylon composite ester urethane resin sheet and a fully cured sheet were prepared in the same manner as in Example 8, except that a polyethylene terephthalate film having a thickness of 50 ⁇ m was used as the substrate and the adhesive coating thickness was 120 ⁇ m.
  • Example 5 A Zylon composite ester urethane resin sheet and a fully cured sheet were prepared in the same manner as in Example 8 except that a 50 ⁇ m-thick polyethylene terephthalate film was used as the substrate and the adhesive coating thickness was 400 ⁇ m.
  • Example 6 A Zylon composite ester urethane resin sheet and a fully cured sheet were prepared in the same manner as in Example 8 except that the voltage applied between the electrodes was 10 kV.
  • Example 7 In the same binder resin solution as in Example 7, Zylon HM short fibers similarly irradiated and cut with an ion beam were mixed so as to have a volume content of 20%, and stirred for 5 minutes. The obtained Zylon composite resin solution was applied to a thickness of 100 ⁇ m on a 50 ⁇ m thick polyethylene terephthalate film, placed on the ground electrode plate, and a voltage of 18 kV was applied between the electrodes for 5 minutes, followed by solidification by heating at 80 ° C. for 1 hour. I let you. The Shore A hardness of the sheet was 68. Evaluation in the UL94 flame retardant test was V-0.
  • Example 8 A Zylon composite silicone sheet was produced in the same manner as in Example 7 except that Zylon HM not subjected to electron beam treatment was used as the insulating high thermal conductive fiber.
  • Example 9 A Zylon composite ester urethane resin sheet was produced in the same manner as in Example 8 except that Zylon HM not subjected to electron beam treatment was used as the insulating high thermal conductive fiber.
  • Example 10 Electrostatic flocking and substrate shrinkage were carried out in the same manner as in Example 13 except that the amount of Zylon charged was 40%. When the substrate was shrunk, deflection occurred and a good sheet could not be obtained.
  • Example 11 A sheet was prepared in the same manner as in Example 13 except that a 50 ⁇ m-thick polyethylene terephthalate film was used as the substrate. When the substrate was shrunk, deflection occurred and a good sheet could not be obtained.
  • Example 12 A Zylon composite ester urethane resin sheet and a fully cured sheet were produced in the same manner as in Example 13 except that the adhesive coating thickness was 120 ⁇ m. When the substrate was shrunk, deflection occurred and a good sheet could not be obtained.
  • Example 13 A sheet was produced in the same manner as in Example 13 except that the electrostatic flocking voltage was 10 kV. When the substrate was shrunk, deflection occurred and a good sheet could not be obtained.
  • Example 14 In the same manner as in Example 12, the Zylon HM short fibers irradiated and cut similarly with the ion beam were mixed so as to have a volume content of 20%, and stirred for 5 minutes.
  • the obtained Zylon composite resin liquid was applied to a space clean ® S7200 with a thickness of 100 ⁇ m, a base material was placed on a positive electrode plate coated with a thin paraffin oil as a lubricant, and a voltage of 18 kV was applied between the electrodes.
  • the Shore A hardness of the sheet was 68. Evaluation in the UL94 flame retardant test was V-0. When the substrate was shrunk, deflection occurred and a good sheet could not be obtained.
  • Example 15 A Zylon composite silicone sheet was prepared in the same manner as in Example 12 except that Zylon HM not subjected to electron beam treatment was used as the insulating high thermal conductive fiber.
  • Example 16 A Zylon composite ester urethane resin sheet was produced in the same manner as in Example 13 except that Zylon HM not subjected to electron beam treatment was used as the insulating high thermal conductive fiber.
  • the sheets of Examples 1 to 18 have a large ratio of thermal conductivity in the thickness direction to the plane direction and are extremely excellent in thermal anisotropy. Therefore, even when used as a thermal conductive sheet for electronic devices with high heat generation density, Heat dissipation to the surrounding members is reduced.
  • a heating element such as an electronic board, a semiconductor chip, and a light source to a coolant and a housing
  • heat conduction and heat dissipation from a heating element such as an electronic board, a semiconductor chip, and a light source to a coolant and a housing

Abstract

絶縁性および熱異方性に優れ、高い放熱性を有する熱伝導シートを提供することを課題とする。厚み方向に貫通した絶縁高熱伝導繊維及びバインダ樹脂を含有してなり、該厚み方向に貫通した絶縁高熱伝導繊維の貫通密度が６％以上、面方向に対する厚み方向の熱伝導比が２以上であり、初期の絶縁破壊強さが２０ｋＶ／ｍｍ以上であることを特徴とする絶縁熱伝導シート。

Description

絶縁熱伝導シート
　本発明は、電気絶縁性でかつ高い熱異方性を有する絶縁熱伝導シートに関する。更に詳しくは、絶縁信頼性を確保しつつ、電子基盤や半導体チップ、光源などの発熱体から特定方向に選択的に熱を伝えることが可能な絶縁熱伝導シートに関する。
　近年、電子機器の薄短小化、高出力化に伴う発熱密度の増加により、放熱対策の重要性が高まっている。電子機器の熱トラブルを軽減するためには、周辺部材に悪影響を及ぼさないよう機器内で発生した熱をすみやかに冷却材や筐体等の放熱体へ逃がすことが重要であり、特定方向への熱伝導が可能な部材が求められる。半導体やLEDなどの発熱体から生じる熱を放熱する方法としては、アルミニウム、銅などの金属製の放熱体を取り付けるのが一般的である。しかしながら一般的に金属は導電性があるため、冷却材や筐体への漏電による不具合を防ぐ為、多くの場合において熱伝導部材には電気絶縁性も求められる。電気絶縁性が必要な場合には、発熱体と放熱体の間に酸化金属や樹脂等の絶縁材料を挿入する。特に、成型性や密着性の観点から、最近では樹脂材料が好まれるケースが増えている。ここで大きな問題となることは、樹脂材料は一般的には熱伝導性が低く、放熱特性が低下することである。そこで従来、樹脂材料に酸化金属微粒子等の絶縁熱伝導性フィラーを充填させることで熱伝導性を両立させた熱伝導部材の製造技術が提案されている。さらに熱伝導部材は主に熱源と冷却材の間に挟んで使用するため、シートの場合には厚み方向に高い熱伝導性が要求される。厚み方向に熱異方性を発現するためには熱伝導フィラーの熱伝導方向を厚み方向に配向させる必要がある。
このような技術として、特許文献１および特許文献２では、電気絶縁性と熱伝導性を両立する有機繊維または金属窒化物を静電植毛または磁場によりバインダ樹脂中で配向させている。しかしながら磁場配向させる場合は、添加する熱伝導フィラー量が多いと樹脂粘度が増加し配向しがたくなる。また静電植毛の場合は、繊維同士の静電および物理的反発のためシート中の植毛繊維の体積率は６％程度であり、十分な熱異方性が得られない。一方、特許文献３に、通常の静電植毛技術では植毛短繊維の太さ、長さに依らず植毛目付けはほぼ１００～１５０ｇ／ｍ２になることが一般的であると述べられており、例えば密度が１．２ｇ／ｃｍ３、繊維長が０．４ｍｍの短繊維を使用した場合には、シート全体積に対する繊維体積率が３０％に相当することになる。しかしながら従来の静電植毛は衣服やカーペット、断熱材等に用いる起毛素材の製造技術としての利用が一般的であり、繊維の極度な直立性は追求されておらず、大きく傾斜した繊維を多く含んでいる。そのため、従来の静電植毛技術を利用して絶縁熱伝導シートを製造した場合、傾斜した繊維はシートの厚み方向に貫通することができないため高い貫通密度、すなわち高い熱異方性が得られない。　
更には特許文献４において、静電植毛後に植毛シートを収縮させることで植毛密度を上げる方法が記載されているが、実際には上述のように大きく傾斜した繊維を多く含むため、収縮させた際に繊維同士の衝突によってシートに皺やたわみが生じ、高い植毛密度を得られない。
これらの状況を鑑み、特許文献５では延伸配向により高熱伝導性であるフィラー結晶面をシート面方向に配向させ、シートを積層した後、厚み方向にスライスする方法が提案されている。しかしフィラー間に介在するマトリックス樹脂層によって熱伝導が阻害されるため、充填率の割にさほど高い熱異方性を得られない。
また一般的に、繊維状熱伝導材は繊維軸方向に分子の配向性を高めることで高い熱伝導性を得ており、このような配向が得られる高分子は多くの場合、剛直性の高い分子鎖であり他の物質と相互作用を生じるような官能基を有しておらず、バインダ樹脂との濡れ性に乏しい。そのため、実使用環境において高温や度重なる温度変化にさらされることで、熱伝導材とバインダ樹脂との界面剥離が生じ、絶縁破壊強度が低下することがある。絶縁破壊強度が低下すると絶縁破壊が生じやすくなりの機器の故障につながる。
特開2002-88171号公報 特許第4521937号公報 特開平8-299890号公報 特開昭61-179382号公報 特開2011-184663号公報
本発明は、かかる従来技術の課題を背景になされたものである。すなわち、本発明の目的は、電気絶縁性の信頼性に優れかつ高い熱伝導性を有する絶縁熱伝導シートを提供することにある。
　　本発明者らは鋭意検討した結果、以下に示す手段により、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、以下の構成からなる。
１．厚み方向に貫通した絶縁高熱伝導繊維及びバインダ樹脂を含有してなり、該厚み方向に貫通した絶縁高熱伝導繊維の貫通密度が６％以上、面方向に対する厚み方向の熱伝導比が２以上であり、初期の絶縁破壊強さが２０ｋＶ／ｍｍ以上であることを特徴とする絶縁熱伝導シート。
２．前記絶縁熱伝導シートにおいて、１５０℃、３０００時間保持後の絶縁破壊強さが初期の絶縁破壊強さに対して３０%以上であることを特徴とする１に記載の絶縁熱伝導シート。
３．前記絶縁熱伝導シートの面方向に対する厚み方向の熱伝導率の比の平均値が２以上５０以下であることを特徴とする１または２に記載の絶縁熱伝導シート。
４．前記厚み方向に貫通した絶縁熱伝導繊維のシート面に対する傾きの平均値が６０°以上９０°以下であることを特徴とする１～３のいずれかに記載の絶縁熱伝導シート。
５．少なくとも一方のシート表面では表面粗度が１５μm以下である１～４のいずれか
に記載の絶縁熱伝導シート。
６．デュロメータ硬度がショアA硬度８０以下、ショアE硬度５以上である１～５いずれかに記載の絶縁熱伝導シート。
７．ＵＬ９４難燃性試験における評価がＶ－０である１～６のいずれかに記載の絶縁熱伝導シート。
８．前記厚み方向に貫通した絶縁高熱伝導繊維が窒化ホウ素繊維、高強度ポリエチレン繊維、ポリベンザゾール繊維のいずれかであることを特徴とする１～７のいずれかに記載の絶縁熱伝導シート。
９．前記バインダ樹脂がシリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、EPDM系樹脂、ポリカーボネート系樹脂のいずれかであることを特徴とする１～８のいずれかに記載の絶縁熱伝導シート。
１０．前記厚み方向に貫通した絶縁高熱伝導繊維の貫通密度が６％以上５０％以下であること特徴とする１～９のいずれかに記載の絶縁熱伝導シート。
１１．厚み方向に貫通した絶縁高熱伝導繊維及びバインダ樹脂を含有してなり、かつ面方向に対する厚み方向の熱伝導率の比が１２を超えて５０以下、該厚み方向に貫通した絶縁高熱伝導膜繊維の貫通密度が６％以上であり、かつ体積固有抵抗が１０１２Ω・cm以上である絶縁熱伝導シート。
１２．前記厚み方向に貫通した絶縁高熱伝導繊維の貫通密度が３０％以上７０%以下である、１１に記載の絶縁熱伝導シート。
１３．前記厚み方向に貫通した絶縁高熱伝導繊維のシート面に対する傾きの平均値が６０°以上９０°以下であることを特徴とする１１又は１２に記載の絶縁熱伝導シート。
１４．少なくとも一方のシート表面では表面粗度が１５μm以下である１１～１３いずれかに記載の絶縁熱伝導シート。
１５．ＵＬ９４難燃性試験における評価がＶ－０である１１～１４のいずれかに記載の絶縁熱伝導シート。
１６．前記厚み方向に貫通した絶縁高熱伝導繊維が窒化ホウ素繊維、高強度ポリエチレン繊維、ポリベンザゾール繊維のいずれかであることを特徴とする１１～１５のいずれかに記載の絶縁熱伝導シート。
１７．前記バインダ樹脂がシリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、EPDM系樹脂、ポリカーボネート系樹脂のいずれかであることを特徴とする１１～１６のいずれかに記載の絶縁熱伝導シート。
１８．絶縁高熱伝導繊維を易接着処理する工程と、
絶縁高熱伝導繊維を任意の長さに切断する工程と、
接着剤を塗布した基材に静電植毛により絶縁高熱伝導短繊維を直立させる工程と、
直立した絶縁高熱伝導短繊維を加熱により接着固定する、好ましくは接着固定しながらまたは接着固定した後に基材を収縮させる工程と、
基材に直立固定された絶縁高熱伝導短繊維にバインダ樹脂を含浸させバインダ樹脂を硬化させる工程と、
基材より剥離またはそのままで両表面を研磨する工程
とを含むことを特徴とする絶縁熱伝導シートの製造方法。
１９．接着剤を塗布した基材に静電植毛により絶縁高熱伝導短繊維をシート面に対して６０°～９０°の傾きで直立させる工程と、
直立した絶縁高熱伝導短繊維を除電する工程と、
加熱により接着固定しながらまたは接着固定した後に、貫通密度が７０％以下となる収縮率にて基材を収縮させる工程と、
基材に直立固定された絶縁高熱伝導短繊維にバインダ樹脂を含浸させバインダ樹脂を固化させる工程と、
基材より剥離またはそのままで両表面を研磨する工程
を含むことを特徴とする絶縁熱伝導シートの製造方法。
　本発明により、絶縁信頼性を確保しつつ、半導体やLED等の発熱体から放熱体へ迅速に熱を逃がすことが可能になる結果、周辺部材の熱による損傷を低減することができる。
本発明における絶縁熱伝導シートの製造方法の例 本発明における静電植毛条件と飽和植毛密度の関係 本発明におけるＥと貫通密度の検量線の例 本発明における短繊維仕込量と植毛密度の関係
　以下、本発明を詳述する。本願第一の発明は、厚み方向に貫通した絶縁高熱伝導繊維及びバインダ樹脂を含有してなり、該厚み方向に貫通した絶縁高熱伝導繊維の貫通密度が６％以上、面方向に対する厚み方向の熱伝導比が２以上であり、初期の絶縁破壊強さが２０ｋＶ／ｍｍ以上であることを特徴とする絶縁熱伝導シートである。
　本願第二の発明は、厚み方向に貫通した絶縁高熱伝導繊維及びバインダ樹脂を含有してなり、かつ面方向に対する厚み方向の熱伝導率の比が１２を超えて５０以下、該厚み方向に貫通した絶縁高熱伝導膜繊維の貫通密度が６％以上であり、かつ体積固有抵抗が１０１２Ω・cm以上である絶縁熱伝導シートである。
　以下、特に説明記載のない場合は本願第一の発明と本願第二の発明に共通する事項を示す。
本発明における絶縁熱伝導シートは厚み方向に貫通した繊維状の絶縁高熱伝導性フィラーが高密度に配向し貫通している必要があり、バインダ樹脂を含有していることが必須である。これにより電気絶縁性でかつ厚み方向に選択的に熱伝導が可能なシートとすることができ、厚み方向に貫通した絶縁高熱伝導繊維が発熱体から発生する熱をシートの反対面に移動させ冷却材または筐体へ伝熱する。
また、本発明における絶縁熱伝導シートはシートの少なくとも一方の面ではシート面が平滑である必要がある。平滑であることで、絶縁高熱伝導繊維が発熱面に密着し効率的に熱を伝導することが可能となる。また、平滑面の反対面に冷却材または筐体を設置する場合には、これらと密着し効率的に熱を伝導するために、反対面も平滑である必要がある。
本発明の絶縁熱伝導シートの面方向に対する厚み向の熱伝導率の比は２以上であり、６以上が好ましく、１２を超えることがより好ましく、さらに好ましくは２０以上であることが好ましい。熱伝導率の比が上述の範囲であればシート厚み方向に選択的かつ迅速に熱伝導が可能となり、機器内への熱の充満が防げることから周辺機器の熱損傷を軽減できる。熱伝導率の比は高い程良いが本発明の手法においては実質上限が５０程度となる。
本願第一の発明において、繊維の貫通密度は６％以上であることが必要であり、６％以上５０％以下であることが好ましく、より好ましくは１０％以上４０％以下である。６％以下であるとシート厚み方向の熱伝導率が低下し好ましくない。５０％以上であるとシートの強度が低下するためハンドリング性が悪くなる為好ましくない。
本発明における繊維の貫通密度は後述の実施例の方法により評価することができる。
本発明における絶縁熱伝導シートの体積固有抵抗は１０１０Ω・cm以上が好ましく、好ましくは１０１２Ω・cm以上、さらに好ましくは１０１３Ω・cm以上である。体積固有抵抗が高ければ、電源周辺等の高い絶縁信頼性が必要とされる用途へも好適に用いることができる。体積固有抵抗の上限値は特に限定されるものではないが、１０１６Ω・cm程度である。
本発明の絶縁熱伝導シートは、初期の絶縁破壊強さが２０ｋV／ｍｍ以上７０ｋV／ｍｍであることが好ましく、さらに好ましくは、２５ｋV／ｍｍ以上であることが好ましい。絶縁破壊強さが、２０ｋＶ／ｍｍ以上であれば、作製する電子機器に、絶縁性を確保するための絶縁材料を挿入する必要はなく、作製機器の居住空間アップや軽量化、さらには低コスト化につながる。
本願第二の発明における絶縁高熱伝導繊維のシート厚み方向の貫通密度は６％以上であることが必要であり、３０％以上であることが好ましく、３０％以上７０％以下であることがより好ましい。３０％以下であるとシート面方向と厚み方向の熱伝導率の差が小さく熱異方性が十分でない。さらに好ましくは、５０％以上７０％以下である。
　絶縁性は、膜中の空隙の存在で、著しく低下する。そのため、絶縁高熱伝導繊維とバインダ樹脂との界面の接着性は非常に重要である。そこで、絶縁高熱伝導繊維の表面を易接着処理することで、絶縁高熱伝導繊維とバインダ樹脂との接着性を向上させ、両者の界面剥離を抑制することで、絶縁性を確保できる。
　しかしながら、電子部品の製造工程中においては、種々の温度領域を経ることも想定される。種々の温度領域や、保持時間により、絶縁高熱伝導繊維とバインダ樹脂との接着性が低下することも想定される。
種々の温度下で、一定時間、絶縁熱伝導シートを曝した場合、曝した後の絶縁破壊強さが、初期の絶縁破壊強さの３０％以上であると、十分な絶縁性を保持しているといえる。処理温度および時間については、特に限定されるものではないが、想定する電子部品の作動環境温度および製造工程中に起こる加工温度内であれば良く、好ましくは１５０℃・３０００時間保持後、より好ましくは２００℃・３０００時間保持後、さらに好ましくは３００℃・３０００時間保持後において、絶縁熱伝導シートの絶縁破壊強さが初期の絶縁破壊強さの３０％以上であり、より好ましくは、６０％以上、さらに好ましくは、９０％以上である。
　本発明の絶縁熱伝導シートは、－４０℃～１５０℃の熱衝撃試験１５００回後の絶縁破壊強さが初期の絶縁破壊強さに対して３０%以上であることが好ましい。より好ましくは、６０％以上、さらに好ましくは、９０％以上である。
絶縁高熱伝導繊維はどの様な断面形状をとってもかまわないが貫通密度を上げることが容易である為、円形が好ましい。直径は特に限定しないが放熱対象の均一性の面から１ｍｍ以下が好ましい。繊維の長さはシートの厚みに応じて調節し、シートの厚み方向に貫通していることが必須である。
本発明の絶縁高熱伝導繊維は、その表面がバインダ樹脂と濡れ性が良好な樹脂組成物で被覆されているか、もしくは電子線処理により繊維表面に易接着処理が施されていることが好ましい。電子線処理としてはプラズマ処理、コロナ処理、高周波スパッタエッチング処理、イオンビーム処理等の電子線技術が利用できる。これらの処理によって繊維表面とバインダ樹脂との接着性を高めることで高温での使用でバインダ樹脂の柔軟性が損なわれた場合や、温度変化により繊維樹脂界面に熱応力が加わった場合でも界面の剥離が生じにくくなる。
　本発明の絶縁高熱伝導繊維の易接着化方法としては、生産性、簡便性の観点から電子線処理がより好ましく、特に易接着化の効果が高いイオンビーム処理が好適に用いられる。プラズマ処理、高周波スパッタエッチング処理等を使用した場合、照射時間、照射エネルギーを高くすると、凸部自体が削られ高いアンカー効果が得にくいが、イオンビーム処理では高低差が大きい凸部やひび割れ状の凹部が形成され、高いアンカー効果が得られる。上述のような凹凸が形成される理由は定かではないが、イオンビームがイオン速度に方向性を有するために効果的に高低差が大きい凸部が得られると推測される。
　繊維に対してイオンビーム処理を行うためには、紡糸または熱処理後、ロールツウロールで巻き出し、イオンビーム処理装置で連続的にロールツウロール処理する方法や、バッチ式の方法が採用できるが、操業性の面からロールツウロール方式が好ましい。被処理物は繊維束の他に、繊維束を単繊維に分繊し一方向に揃えたものや、織物でもよい。イオンビームを繊維に照射するためのイオンガンとしては、例えばカウフマン製のクローズドドリフトイオンソースを利用することができ、イオン源としては、ＤＣ放電、ＲＦ放電、マイクロ波放電などを利用することができる。特に、ロールツウロール処理においては、リニアイオンソースを用いることが好ましい。
　イオンガンに使用されるガスとしては、イオン粒子を生成しうるものならいかなるガスも制限されないが、例えば水素、ヘリウム、酸素、窒素、空気、フッ素、ネオン、アルゴン、クリプトンまたはＮ２Ｏおよびこれらの混合物の中から適宜選択して使用される。これらの中では、特に酸素、空気が、繊維表面に上述の凸部を形成すると同時に官能基も付与することができるので好ましい。
　イオンビームを構成するイオン粒子のエネルギーは、イオンガンの放電電圧、放電電流、放電電力、ビームガス流量などを適宜選択して、１０－２～１００ＫｅＶ程度に調節し、放電電圧は２９５～８００Ｗ程度、放電電流は０．１～１０Ａ程度に調節して照射することが好ましい。処理時圧力は０．１～１．０Ｐａ程度、繊維送り速度は０．０１～１．０ｍ／ｍｉｎ、好ましくは０．０１～０．３ｍ／ｍｉｎ程度に調節して照射することが好ましい。
本発明における絶縁熱伝導シートの難燃性はＶ-０相当であることが好ましい。Ｖ-０相当であれば電子機器中で回路の短絡、劣化等により発火した際に延焼を軽減することができる。
シートの厚みは１０μｍ以上３００μｍ以下が好ましく、より好ましくは５０μm以上８０μm以下である。１０μｍより薄くなるとシートの強度が低下し、ハンドリング性が悪くなる為好ましくない。また３００μｍを超えると熱抵抗が大きくなる為好ましくない。
シートの平均表面粗度は１５μm以下であることが好ましい。平均表面粗度が１５μm以上であると発熱体および放熱体との密着性が損なわれるため熱伝導性が低下する。
本発明における絶縁高熱伝導シートのデュロメータ硬度がショアA硬度８０以下、ショアE硬度５以上であることが好ましく、より好ましくはショアA硬度７０以下、ショアE硬度１０以上である。ショアA硬度低ければ発熱体や放熱体のわずかな凹凸に沿って密着することが可能になり効率的に熱伝導が可能になる。一方、ショアE硬度が高ければ電子機器や光源へ組み込む際のハンドリング性が良好になる。
本発明における絶縁高熱伝導繊維は、電気絶縁性と高い熱伝導性を有する繊維であれば特に限定するものではなく、例えば、窒化ホウ素繊維、高強度ポリエチレン繊維、ポリベンザゾール繊維などが挙げられるが、特に耐熱性を兼ね備え、入手が容易であるポリベンザゾール繊維が好ましい。炭素繊維は高熱伝導性を有するが導電性であるため、電気絶縁性観点から本発明への使用には適さない。ポリベンザゾール繊維は市販品（東洋紡株式会社製　Ｚｙｌｏｎ）を購入することが可能である。
絶縁高熱伝導繊維の熱伝導性は２０W/mK以上であることが好ましく、より好ましくは３０W/mK以上である。熱伝導性が２０W/mK以上であれば、シートへ成形した際に高い熱伝導性が得られる。
バインダ樹脂は耐熱性や電気絶縁性、熱安定性に優れることが好ましく、バインダ樹脂を適切に選択することで、これらの物性を所望の範囲に調整することが可能である。発熱体との密着性を考慮して、柔軟性に優れる樹脂もしくは接着性を有する樹脂を選定することが好ましい。たとえば、柔軟性に優れる材質としては、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、EPDM、ポリカーボネート系樹脂が挙げられ、接着性を有する材質としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂の半硬化状態のものが挙げられる。柔軟性に優れる材質としては、特にヒートサイクルによる物性変化が少なく劣化しにくいシリコーン系樹脂が好ましい。接着性を有する材質としては、発熱体との接着界面での耐熱衝撃性の観点から衝撃吸収性の良いウレタン系樹脂が好ましい。また難燃性の材質を選択することで熱伝導シートに難燃性を付与することも可能である。
本発明のシートはその表面に接着剤が塗布された状態であってもよい。接着剤は特に限定されないがアクリル酸エステル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂など、またはこれらの樹脂中に金属、セラミック、黒鉛等の高熱伝導性フィラーを混合した樹脂が挙げられる。
絶縁高熱伝導繊維およびバインダ樹脂の体積固有抵抗は１０１０Ω・cm以上好ましくは１０１２Ω・cm、さらに好ましくは１０１３Ω・cmであることが好ましい。体積固有抵抗がこの範囲であり、繊維とバインダ樹脂界面の剥離がなければ、高い絶縁破壊強さを実使用環境下で維持することが可能である。
本願第一の発明の絶縁高熱伝導性シートは以下の工程を含む方法により製造可能である。
(ｉ) 前記絶縁高熱伝導繊維をバインダ樹脂とは異なる樹脂で被覆する、または電子線照
射する工程
(ii)絶縁高熱伝導繊維を任意の長さに切断する工程
(iii)接着剤を塗布した基材に静電植毛により絶縁高熱伝導短繊維を直立させる工程
(iv)直立した絶縁高熱伝導短繊維を加熱により接着固定する、好ましくは接着固定しながらまたは接着固定した後に基材を収縮させる工程
(ｖ)基材に直立固定された絶縁高熱伝導短繊維にバインダ樹脂を含浸させバインダ樹脂を硬化させる工程
(vi)基材より剥離またはそのままで両表面を研磨する工程
本願第二の発明の絶縁高熱伝導性シートは以下の工程を含む方法により好適に製造可能である。
(ｉ)接着剤を塗布した基材に静電植毛により絶縁高熱伝導短繊維をシート面に対して６０°～９０°の傾きで直立させる工程と
(ii)直立した絶縁高熱伝導短繊維を除電する工程と
(iii)加熱により接着固定しながらまたは接着固定した後に、貫通密度が７０％以下とな
る収縮率にて基材を収縮させる工程と
(iv)基材に直立固定された絶縁高熱伝導短繊維にバインダ樹脂を含浸させバインダ樹脂を固化させる工程と、
(ｖ)基材より剥離またはそのままで両表面を研磨する工程
静電植毛とは2つの電極の片方に基材、もう片方に短繊維を配置し、高電圧を印加することで短繊維を帯電させ基材側に投錨、接着剤により固定化するものである。
本発明においては、植毛繊維の直立性が高いことが高い熱異方性を発現させるポイントとなる。上述の製造工程における、静電植毛後の絶縁高熱伝導繊維のシート面に対する傾きの平均値は６０°以上９０°以下、好ましくは６５°以上９０°以下、更に好ましくは７０°以上９０°以下であることが好ましい。この角度にコントロールすることで後の収縮工程において繊維同士の衝突が少なくなり、皺やたわみを生じることなく収縮させることが可能となる。また収縮後も上記の傾きを保持することが可能となり、シートとした際に高い熱異方性を確保できる。
本発明における静電植毛は高い直立性が得られる静電植毛方法で行うことが好ましく、アップ法が好ましい。ダウン法は、静電引力により電気力線に沿って対抗電極へ引き付けられる短繊維に加え、重力により自然落下する短繊維も植毛されるため繊維の直立性に乏しくなる。一方、アップ法は静電引力で引き付けられる短繊維のみが植毛されるため直立性が良好となる。
高い直立性を得る為に、静電植毛の電極間距離r（ｃｍ）と印加電圧V（ｋＶ）の積である電界強さEは式１の範囲内であることが好ましく、かつ、絶縁高熱伝導繊維の繊維長（mm）と繊度（D）の商ａは式２の範囲内であることが好ましい。Eが式１の範囲以下では電界の強さが不十分であり十分な直立性が得られない。Eが８以上では絶縁破壊が発生し静電植毛が正常に行えない。ａが１．５以下では繊維のアスペクト比が大きくなり自重により直立性を維持することが困難になる。ａが１０．２以上ではアスペクト比が小さくなり繊維内での繊維軸方向の分極率が小さくなるため、直立性に乏しくなる。
０．２５a＋３．３７≦E≦８・・・式１
（r：電極間距離（ｃｍ）、V：印加電圧（ｋＶ）、E＝V／r）
２≦ａ≦１０・・・式２
（ａ：繊度（D）／繊維長（mm））
上記の好ましい製造条件を図２に示す。上述の範囲内において静電植毛を行うことで、絶縁高熱伝導繊維のシート面に対する傾きを６０°以上にすることが可能である。本願第一の発明においては上述の範囲内において静電植毛を行うことで、絶縁高熱伝導繊維の最終的な貫通密度は３０％を達成することが可能である。
本願第二の発明において植毛密度および基材の収縮率は、収縮後にシートとした際の繊維の貫通密度が３０％以上７０％以下となるように各々調整することが好ましい。収縮後の貫通密度が高すぎると、残留電荷による静電反発および物理的反発が大きくなり、収縮時に皺やたわみが生じやすい。基材の面積収縮率は特に限定されるものではないが、例えば９５℃温水中１０秒での基材の少なくとも一方向の熱収縮率が３０～８５％の範囲であれば品位良く収縮させることが可能である。また収縮方向は二軸、一軸のどちらでも使用することが可能である。連続生産が容易である点では一軸収縮が好ましいが、収縮後の貫通密度を高く設定する場合には、より皺やたわみが生じがたい二軸収縮の基材を用いるのが好ましい。
植毛密度すなわち繊維の貫通密度は、図２のように、植毛密度印加電圧および電極間距離によってEを調整することにより制御可能である。あらかじめ、図３の様にEと繊維の貫通密度の検量線を作成して、所望の貫通密度に適したEにて静電植毛することで調整できる。または図４のように、電極上に設置する短繊維の仕込量によっても調整できる。仕込量とは、電極上に設置した短繊維が全て植毛された場合の理論上の貫通密度である。
上記工程上の接着剤の材質は後の研磨工程で除去可能であるため特に限定されるものではないが、より電気絶縁抵抗が低い方が繊維の直立性が良好になる点で好ましい。たとえば、アクリル樹脂等の水分散液が好適に用いられる。また、絶縁抵抗を低く抑える為に接着剤の塗工厚みは小さい方が好ましいが、投錨した繊維を固定可能な程度に大きい必要があるため、好ましくは１０μm以上５０μm以下、より好ましくは１０μm以上３０μm以下であることが好ましい。
　上記工程上の除電は、植毛シートにアース端子を接触させて残留電荷を取り除くか、イオナイザーで静電気を除去することにより実施できる。
本願第一の発明の基材は、静電植毛において高い植毛密度を得るためには、静電引力を高める為に絶縁抵抗が小さい材質が好ましい。またコスト低減のためにはバインダを固化したのちにシートを剥離可能な材質を選択することが好ましく、例えば金属箔、導電剤をコーティングしたポリエチレンテレフタレートフィルム、黒鉛シートを用いることができる。また、後の工程で基材を収縮させる場合は収縮可能なフィルムを用いる必要があり、例えば導電剤をコーティングした収縮性のポリスチレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルムなどを用いることが可能である。
本願第二の発明の基材は、加熱等により収縮可能な材質を用いることが好ましい。例えば熱収縮性のポリスチレンフィルム、ポリエステルフィルムを用いることが可能である。また高い直立性を得るために絶縁抵抗が低い材質が好ましく、基材の厚みが５０μm以下であるか、導電材をコーティングしていることが好ましい。
本発明の製造工程において基材に直立固定された絶縁高熱伝導繊維にバインダ樹脂を含浸させバインダ樹脂を固化させる工程は以下に示すいずれの方法でも可能である。(ｉ)バインダ樹脂を何らかの溶媒に溶解、またはエマルジョンの状態で含浸し、加熱により溶媒を揮発させ固化させる方法、(ii)加熱により溶融した状態で含浸し、冷却により固化させる方法、(iii)モノマーの状態で含浸し、加熱、もしくは紫外線、赤外線、電子線などのエネルギー線で固化させる方法。
本発明における研磨は、研削盤や研磨機、ラップ盤、ポリッシングマシーン、ホーニングマシン、バフ研磨機、CMP装置などが使用できる。基材より剥離して研磨しても、またはそのまま基材を含めて研磨しても製造可能である。
平滑面の表面粗度は研磨砥石または研磨紙の粒度により制御できる。使用するバインダ樹脂および高熱伝導繊維に材質により適切な粒度は異なるが、粒度を下げれば平滑性が向上する。例えば、絶縁高熱伝導繊維にポリベンザゾール繊維を使用し、バインダ樹脂に硬度がショアＡ６５のシリコーン樹脂を使用した場合は粒度＃２０００以上で表面粗度１０μm程度の平滑面が得られ、また粒度＃６６０では５μm程度となる。
本発明における耐久性試験は以下の方法にて実施した。
高温保持試験は試験温度に温度調整された送風定温乾燥機（アドバンテック製 DRX620DA）内に３０００時間静置することで行った。
熱衝撃試験は小型冷熱衝撃装置（エスペック製 TSE-11-A）を用いて、－４０℃と１５０℃の環境に保持時間１５分で交互にさらすことにより行った。
　本発明における各種物性の評価方法は、以下の通りである。
絶縁高熱伝導繊維の繊度は、長繊維束より１０cmカットして試験片を採取し、ウルトラミクロ天秤（ザルトリウス・メカトロニクス・ジャパン製 ME5）にて測定した重量から以下の計算式に従い算出した。
繊度（デニール）＝重量（g）×９００００
絶縁高熱伝導繊維の繊維径は、短繊維試験片を顕微鏡下で観察し、繊維長方向の中心点での繊維径において、１００試験片の平均値とした。
絶縁高熱伝導繊維の繊維軸方向の熱伝導率は、ヘリウム冷凍機付きの温度制御装置を有するシステムにて定常熱流法により測定した。また、試料繊維の長さは約２５ｍｍとし、繊維束は単繊維を約１０００本引き揃えて束ねた。
次いで、試料繊維の両端をスタイキャストＧＴにて固定し、試料台にセットした。温度測定にはＡｕ－クロメル熱電対を用いた。ヒーターには１ｋΩ抵抗を用い、これを繊維束端にワニスで接着した。測定温度領域は２７℃とした。測定は断熱性を保つため１０－３Ｐａの真空中で行った。なお測定は試料を乾燥状態にするため１０－３Ｐａの真空状態で２４時間経過した後開始した。
熱伝導率の測定は、２点間Ｌの温度差ΔＴが１Ｋとなるように、ヒーターに一定の電流を流して行った。これを図２に示す。ここで、繊維束の断面積をＳ、熱電対間の距離をＬ、ヒーターにより与えた熱量をＱ、熱電対間の温度差をΔＴとすると、求める熱伝導率λは以下の計算式により算出することができる。本実験方法を用いて測定した実施例を以下に示す。
λ（Ｗ／ｍＫ）＝（Ｑ／ΔＴ）×（Ｌ／Ｓ）
絶縁高熱伝導繊維の体積固有抵抗率は以下の方法により測定した。
長繊維束を１０５℃で１時間乾燥し、その後２５℃、３０RH％の雰囲気下で２４時間以上放置し調湿した。一定長さ（５cm、１０cm、１５cm、２０cm）の間隔をあけて正電極とアース電極を超繊維束に接触させ、両電極間に１０Ｖの電圧をかけ、デジタル・マルチメータ（ADVANTEST社製 R6441）により抵抗値（Ω）を測定した。この抵抗値から、以下の計算式に従い、各間隔の長さについて体積固有抵抗値を求め、その平均値を試料の体積固有抵抗値とした。
ρ＝Ｒ×（Ｓ／Ｌ）
　ρは体積抵抗率（Ωｃｍ）、Ｒは試験片の抵抗値（Ω）、Ｓは断面積（ｃｍ２）、Ｌは長さ（２ｃｍ）を示す。なお、試験片の断面積は、繊維を顕微鏡下で観察して算出した。
バインダ樹脂の体積固有抵抗は、バインダ樹脂を溶液または溶融製膜したシートを２５℃、６０RH％の雰囲気下で２４時間以上調湿し、高抵抗抵抗率計HIRESTA-IP（三菱油化（株）製）を使用して、２５℃、６０RH％雰囲気下で測定した。印加電圧は測定値が安定する電圧まで、10V、100V、250V、500Vの順に切り替えて測定を行った。測定レンジは自動設定とした。測定値安定後の値を体積固有抵抗とした。
シートの体積固有抵抗は、シートを２５℃、６０RH％の雰囲気下で２４時間以上調湿し、高抵抗抵抗率計HIRESTA-IP（三菱油化（株）製）を使用して、２５℃、６０RH％雰囲気下で測定した。印加電圧は測定値が安定する電圧まで、10V、100V、250V、500Vの順に切り替えて測定を行った。測定レンジは自動設定とした。測定値安定後の値を体積固有抵抗とした。
シートおよび繊維の密度は乾式自動密度計（島津製作所製 アキュピックII 1340）により測定した。
シートの平均表面粗度は面粗度形状測定機.(ミツトヨ製 Softest SV-600)により、測定幅を5mm、触針送り速度を１．０mm/ｓとして測定した。
シートの硬度はＪＩＳ Ｋ ６２５３に準拠して測定した。
シートの絶縁破壊強さはＡＳＴＭ Ｄ １４９に準拠し、ＴＰ－５１６ＵＺ（多摩電測製）を用いて短時間法にて行った。シートは２３±２℃・５０±５％ＲＨで４８時間調湿したものを使用した。下部電極φ６ｍｍ円柱、上部電極φ２５ｍｍ円柱の間にシートを挟み、２３±２℃・５０±５％ＲＨの大気中にて昇圧速度０．１～０．２ｋＶ／ｓで電圧を印加し、絶縁破壊が生じた電圧値を測定した。φ８０ｍｍのシートの任意の９点での測定値の平均をシートの絶縁破壊強さとした。
シート厚み方向またはシート面方向の熱伝導率はそれぞれ、シート厚み方向またはシート面方向の熱拡散率、シートの比熱、シートの密度を用いて以下の計算式により求めた。熱拡散率はベテル社製 熱物性測定装置サーモウェーブアナライザTA３を使用して測定した。
λ＝α×Cp×ρ・・・式４
（λ：熱伝導率（W/mK）、α：熱拡散率（m2/s）、Cp：比熱(J/gK)、ρ：密度(g/m3)）
シートの面方向に対する厚み方向の熱伝導率の比は、任意の位置５点におけるシート厚み方向および面方向の熱伝導率の各平均値を用いて以下の式により算出した。
シートの面方向に対する厚み方向の熱伝導率の比　＝
　　　　　　　　（厚み方向熱伝導率平均値）　÷　（面方向熱伝導率平均値）
シートにおける絶縁高熱伝導繊維の貫通密度は以下の方法により評価した。
（i）シート両表面の同じ座標位置を視野の中心とし、落射型光学顕微鏡の倍率２０レンズで両表面を撮影する。
（ii）各表面における撮影像中の繊維断面の個数を計測する。
（iii）各表面における繊維の体積含有率を以下の計算式により算出する。
 
各表面における繊維の体積含有率　＝
〔（撮影像中の繊維断面の個数）×（繊維径から算出した繊維断面積）〕
÷（観察視野の面積）
（iv）各表面における繊維の体積含有率のうち、より小さい値を貫通している繊維の体積含有率、すなわち貫通密度とした。
また植毛密度は植毛シートをエポキシ樹脂で包埋し、面方向研摩断面を顕微鏡撮影して、上述と同様の計測方法により算出した。
絶縁高熱伝導繊維の傾きは以下の方法により評価した。
（i）植毛シートをエポキシ樹脂で包埋し、研磨してシートの厚み方向断面を出す。
（ii）シートの厚み方向断面を落射型光学顕微鏡の倍率２０レンズで撮影する。
（iii）繊維１００本を選び平滑面に対する繊維長方向の角度のうち小さい方を計測する。
（iv）計測した角度を平均し繊維の傾きとする。
以下に具体的な実施例を述べる。また測定結果を表1～表３にまとめる。
（実施例１）
ＺｙｌｏｎＨＭ（東洋紡製）の繊維軸方向の熱伝導率は４０Ｗ／ｍＫであった。絶縁高熱伝導繊維として、長さ４００μmに切断したＺｙｌｏｎＨＭを用い、バインダ樹脂液として、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製 液状シリコーンゴム主剤 ＴＳＥ３４３１－Ａ／１００質量部、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製 液状シリコーンゴム硬化剤 ＴＳＥ３４３１－Ｃ／３０質量部を混合した樹脂液を使用した。接着剤として、ポリビニルアルコールAH－２６（日本合成化学製）の１０wt.%水溶液を使用した。基材として、厚み２０μmのスペースクリーン®Ｓ７２００を使用した。潤滑剤としてパラフィン油を薄く塗った正電極板上に基材を設置し、接着剤を厚み２５μmに塗工した。ここへ電極間距離３cm、電圧１８kVで５分間静電植毛しＺｙｌｏｎ植毛シートを作成した。Ｚｙｌｏｎ仕込量は２５％とした。植毛シートが載った正電極板をアース接続して除電した後、９５℃のホットプレートで加熱して基材を収縮させた。収縮完了後、８０℃、１０分加熱し接着剤を固化させた。植毛シートにバインダ樹脂液を厚み６００μmに塗工して真空脱泡し、８０℃、１時間加熱固化させた。得られたシートから基材を剥離し、シート両面を＃２０００の研摩紙で研摩し厚み１００μmのＺｙｌｏｎ複合シリコーンゴムシートを作製した。シートの体積固有抵抗は１０１６Ω・ｃｍ以上（測定機オーバーレンジ）であった。ＵＬ９４難燃性試験における評価がＶ-０であった。
（実施例２）
Ｚｙｌｏｎ仕込量を２０％とした以外は実施例１と同様の方法で静電植毛、基材収縮を行った。バインダ樹脂液として、東洋紡製 飽和共重合ポリエステルウレタン溶液 ＵＲ３６００／８０．９重量部、東洋紡製飽和共重合ポリエステルウレタン溶液ＢＸ－１０ＳＳ／１２．０重量部、東洋紡製 エポキシ樹脂 ＡＨ－１２０／７．１重量部、メチルエチルケトン１００重量部を混合した液を使用した。収縮後のシートを深さ１２００μmのバインダ樹脂液層へ浸漬、真空脱泡してバインダ樹脂液を含浸させた。６０℃２時間乾燥させたのち、シート両面を＃２０００の研摩紙で研摩し厚み１００μmのＺｙｌｏｎ複合エステルウレタン樹脂シートを作製した。なお、この状態においてシートは半硬化状態である。実使用時は半硬化状態のシートを発熱体や冷却体と接着し１４０℃４時間加熱し完全硬化させて使用するため、体積固有抵抗は完全硬化状態にて測定した。完全硬化シートの体積固有抵抗は１０１６Ω・ｃｍ以上（測定機オーバーレンジ）であった。
（実施例３）
静電植毛の電圧を１３ｋＶ、Ｚｙｌｏｎ仕込量を１７％とした以外は実施例２と同様の方法でシートを作製した。完全硬化シートの体積固有抵抗は１０１６Ω・ｃｍ以上（測定機オーバーレンジ）であった。
（実施例４）
接着剤塗工厚みを５０μm、Ｚｙｌｏｎ仕込量を３０％とした以外は実施例２と同様の方法でシートを作製した。完全硬化シートの体積固有抵抗は１０１６Ω・ｃｍ以上（測定機オーバーレンジ）であった。
（実施例５）
静電植毛の電圧を３６ｋＶ、電極間距離を６ｃｍ、Ｚｙｌｏｎ仕込量を２５％とした点以外は実施例２と同様の方法でシートを作製した。完全硬化シートの体積固有抵抗は１０１６Ω・ｃｍ以上（測定機オーバーレンジ）であった。
（実施例６）
研摩紙の粒度を＃６００とした点以外は実施例１と同様の方法でシートを作製した。シートの体積固有抵抗は１０１６Ω・ｃｍ以上（測定機オーバーレンジ）であった。
（実施例７）
ＺｙｌｏｎＨＭ（東洋紡製）の繊維軸方向の熱伝導率は４０Ｗ／ｍＫであった。イオンガンとして、Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社の３８ＣＭＬＩＳを用い、イオンガンに導入するガスとして酸素を用い、放電電圧５４０Ｖ、放電電流０．５６Ａ、放電電力２９５Ｗ、ビームガス流量４５ｓｃｃｍ、処理圧力３×１０－１Ｐａで繊維から４ｃｍの位置からイオンビームを照射したのち、ギロチン型裁断機で長さ４００μmに切断した。バインダ樹脂液として、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製 液状シリコーンゴム主剤 ＴＳＥ３４３１－Ａ／１００質量部、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製 液状シリコーンゴム硬化剤 ＴＳＥ３４３１－Ｃ／３０質量部を混合した樹脂液を使用した。接着剤として、ポリビニルアルコールAH－２６（日本合成化学製）の１０wt.%水溶液を使用した。基材として、厚み１１μmのアルミニウム箔を使用した。正電極板上に基材を設置し、接着剤を厚み２５μmに塗工した。ここへ電極間距離３cm、電圧１８kVで５分間静電植毛しＺｙｌｏｎ植毛シートを作成した。得られた植毛シートを８０℃、１時間加熱し、接着剤を硬化させた後、植毛シートにバインダ樹脂液を厚み６００μmに塗工して真空脱泡し、８０℃、１時間加熱固化させた。得られたシートから基材を剥離し、シート両面を粒度＃２０００の研磨紙にて研磨し、最終的に厚み１００μmのＺｙｌｏｎ複合シリコーンゴムシートを作製した。シートのショアＡ硬度は６８であった。ＵＬ９４難燃性試験における評価がＶ-０であった。
（実施例８）
バインダ樹脂液として、東洋紡製 飽和共重合ポリエステルウレタン溶液 ＵＲ３６００／８０．９重量部、東洋紡製飽和共重合ポリエステルウレタン溶液ＢＸ－１０ＳＳ／１２．０重量部、東洋紡製 エポキシ樹脂 ＡＨ－１２０／７．１重量部、メチルエチルケトン１００重量部を混合した液を使用した。実施例１と同様に作製した植毛シートを深さ１２００μmのバインダ樹脂液層へ浸漬、真空脱泡してバインダ樹脂液を含浸させた。６０℃２時間乾燥させたのち、シート両面を＃２０００の研摩紙で研摩し厚み１００μmのＺｙｌｏｎ複合エステルウレタン樹脂シートを作製した。なお、この状態においてシートは半硬化状態である。実使用時は半硬化状態のシートを発熱体や冷却体と接着し１４０℃４時間加熱し完全硬化させて使用するため、耐久性試験は完全硬化状態にて測定した。
（実施例９）
バインダ樹脂液として、東洋紡製飽和共重合ポリエステルウレタン溶液ＵＲ３５７５／１００重量部、東洋紡製エポキシ樹脂 ＨＹ－３０／２．４重量部を混合した液を使用した以外は実施例８と同様の手法にてＺｙｌｏｎ複合エステルウレタン樹脂シートおよび完全硬化シートを作製した。
（実施例１０）
バインダ樹脂液として、アクリル系樹脂の水分散液であるヨドゾールＡＡ７６（ヘンケルジャパン製）を使用し、加熱硬化を８０℃、１時間で行った点以外は、実施例７と同様の手法にてＺｙｌｏｎ複合アクリル樹脂シートを作製した。
（実施例１１）
接着剤塗工厚みを５０μmとした点以外は、実施例８と同様の手法にてＺｙｌｏｎ複合エステルウレタン樹脂シートおよび完全硬化シートを作製した。
（実施例１２）
ＺｙｌｏｎＨＭ（東洋紡製）の繊維軸方向の熱伝導率は４０Ｗ／ｍＫであった。イオンガンとして、Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社の３８ＣＭＬＩＳを用い、イオンガンに導入するガスとして酸素を用い、放電電圧５４０Ｖ、放電電流０．５６Ａ、放電電力２９５Ｗ、ビームガス流量４５ｓｃｃｍ、処理圧力３×１０－１Ｐａで繊維から４ｃｍの位置からイオンビームを照射したのち、ギロチン型裁断機で長さ４００μmに切断した。バインダ樹脂液として、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製 液状シリコーンゴム主剤 ＴＳＥ３４３１－Ａ／１００質量部、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製 液状シリコーンゴム硬化剤 ＴＳＥ３４３１－Ｃ／３０質量部を混合した樹脂液を使用した。接着剤として、ポリビニルアルコールAH－２６（日本合成化学製）の１０wt.%水溶液を使用した。基材として、厚み２０μmのスペースクリーン®Ｓ７２００を使用した。潤滑剤としてパラフィン油を薄く塗った正電極板上に基材を設置し、接着剤を厚み２５μmに塗工した。ここへ電極間距離３cm、電圧１８kVで５分間静電植毛しＺｙｌｏｎ植毛シートを作成した。Ｚｙｌｏｎ仕込量は２５％とした。植毛シートが載った正電極板をアース接続して除電した後、９５℃のホットプレートで加熱して基材を収縮させた。収縮完了後、８０℃、１０分加熱し接着剤を固化させた。植毛シートにバインダ樹脂液を厚み６００μmに塗工して真空脱泡し、８０℃、１時間加熱固化させた。得られたシートから基材を剥離し、シート両面を＃２０００の研摩紙で研摩し厚み１００μmのＺｙｌｏｎ複合シリコーンゴムシートを作製した。シートの体積固有抵抗は１０１６Ω・ｃｍ以上（測定機オーバーレンジ）、シートのショアＡ硬度は６８であった。ＵＬ９４難燃性試験における評価がＶ-０であった。
（実施例１３）
Ｚｙｌｏｎ仕込量を２０％とした以外は実施例１と同様の方法で静電植毛、基材収縮を行った。バインダ樹脂液として、東洋紡製 飽和共重合ポリエステルウレタン溶液 ＵＲ３６００／８０．９重量部、東洋紡製飽和共重合ポリエステルウレタン溶液ＢＸ－１０ＳＳ／１２．０重量部、東洋紡製 エポキシ樹脂 ＡＨ－１２０／７．１重量部、メチルエチルケトン１００重量部を混合した液を使用した。収縮後のシートを深さ１２００μmのバインダ樹脂液層へ浸漬、真空脱泡してバインダ樹脂液を含浸させた。６０℃２時間乾燥させたのち、シート両面を＃２０００の研摩紙で研摩し厚み１００μmのＺｙｌｏｎ複合エステルウレタン樹脂シートを作製した。なお、この状態においてシートは半硬化状態である。実使用時は半硬化状態のシートを発熱体や冷却体と接着し１４０℃４時間加熱し完全硬化させて使用するため、体積固有抵抗および耐久性試験は、完全硬化状態にて測定した。完全硬化シートの体積固有抵抗は１０１６Ω・ｃｍ以上（測定機オーバーレンジ）であった。
（実施例１４）
静電植毛の電圧を１３ｋＶ、Ｚｙｌｏｎ仕込量を１７％とした以外は実施例２と同様の方法で静電植毛、基材収縮を行った。バインダ樹脂液として、東洋紡製飽和共重合ポリエステルウレタン溶液ＵＲ３５７５／１００重量部、東洋紡製エポキシ樹脂 ＨＹ－３０／２．４重量部を混合した液を使用した以外は実施例１３と同様の手法にてＺｙｌｏｎ複合エステルウレタン樹脂シートおよび完全硬化シートを作製した。完全硬化シートの体積固有抵抗は１０１６Ω・ｃｍ以上（測定機オーバーレンジ）であった。
（実施例１５）
バインダ樹脂液として、アクリル系樹脂の水分散液であるヨドゾールＡＡ７６（ヘンケルジャパン製）を使用し、加熱硬化を８０℃、１時間で行った点以外は、実施例１２と同様の手法にてＺｙｌｏｎ複合アクリル樹脂シートを作製した。樹脂シートの体積固有抵抗は１０１６Ω・ｃｍ以上（測定機オーバーレンジ）であった。
（実施例１６）
接着剤塗工厚みを５０μm、Ｚｙｌｏｎ仕込量を３０％とした以外は実施例１３と同様の方法でシートを作製した。完全硬化シートの体積固有抵抗は１０１６Ω・ｃｍ以上（測定機オーバーレンジ）であった。
（実施例１７）
静電植毛の電圧を３６ｋＶ、電極間距離を６ｃｍ、Ｚｙｌｏｎ仕込量を２５％とした点以外は実施例１３と同様の方法でシートを作製した。完全硬化シートの体積固有抵抗は１０１６Ω・ｃｍ以上（測定機オーバーレンジ）であった。
（実施例１８）
研摩紙の粒度を＃６００とした点以外は実施例１３と同様の方法でシートを作製した。シートの体積固有抵抗は１０１６Ω・ｃｍ以上（測定機オーバーレンジ）であった。
（参考例１）
Ｚｙｌｏｎ仕込量を１５％とした以外は実施例２と同様の方法でシートを作製した。完全硬化シートの体積固有抵抗は１０１６Ω・ｃｍ以上（測定機オーバーレンジ）であった。
（参考例２）
Ｚｙｌｏｎ仕込量を１０％とした以外は実施例２と同様の方法でシートを作製した。完全硬化シートの体積固有抵抗は１０１６Ω・ｃｍ以上（測定機オーバーレンジ）であった。
（比較例１）
Ｚｙｌｏｎ仕込量を４０％とした以外は実施例２と同様の方法で静電植毛、基材収縮を実施した。基材を収縮した際、たわみが発生し良好なシートを得られなかった。
（比較例２）
接着剤として実施例１に記載のシリコーン系バインダ樹脂を使用し、塗工厚みを１２０μm、接着剤固化条件を８０℃１時間とした点以外は、実施例１と同様の手法にてシートを作製した。基材を収縮した際、たわみが発生し良好なシートを得られなかった。
（比較例３）
静電植毛の電圧を１０ｋＶとした点以外は実施例１と同様の手法にてシートを作製した。基材を収縮した際、たわみが発生し良好なシートを得られなかった。
（比較例４）
基材として厚み５０μmポリエチレンテレフタラートフィルムを使用し、接着剤塗工厚みを１２０μmとした点以外は、実施例８と同様の手法にてＺｙｌｏｎ複合エステルウレタン樹脂シートおよび完全硬化シートを作製した。
（比較例５）
基材として厚み５０μmポリエチレンテレフタラートフィルムを使用し、接着剤塗工厚みを４００μmとした点以外は、実施例８と同様の手法にてＺｙｌｏｎ複合エステルウレタン樹脂シートおよび完全硬化シートを作製した。
（比較例６）
電極間に印加する電圧を１０ｋVとした点以外は、実施例８と同様の手法にてＺｙｌｏｎ複合エステルウレタン樹脂シートおよび完全硬化シートを作製した。
（比較例７）
実施例７と同様のバインダ樹脂液に、同様にイオンビーム照射、切断したＺｙｌｏｎＨＭ短繊維を体積含有率２０％となるように混合し、５分間攪拌した。得られたＺｙｌｏｎ複合樹脂液を厚み５０μmポリエチレンテレフタラートフィルム上に厚み１００μmに塗工し、アース電極板の上部に設置し電極間に電圧１８kVを５分間印加した後、８０℃、１時間加熱固化させた。シートのショアＡ硬度は６８であった。ＵＬ９４難燃性試験における評価がＶ-０であった。
（比較例８）
絶縁高熱伝導繊維として電子線処理を施していないＺｙｌｏｎＨＭを使用した点以外は、実施例７と同様の手法にてＺｙｌｏｎ複合シリコーンシートを作製した。
（比較例９）
絶縁高熱伝導繊維として電子線処理を施していないＺｙｌｏｎＨＭを使用した点以外は、実施例８と同様の手法にてＺｙｌｏｎ複合エステルウレタン樹脂シートを作製した。
（比較例１０）
Ｚｙｌｏｎ仕込量を４０％とした以外は実施例１３と同様の方法で静電植毛、基材収縮を実施した。基材を収縮した際、たわみが発生し良好なシートを得られなかった。
（比較例１１）
基材として厚み５０μmポリエチレンテレフタラートフィルムを使用したこと以外は、実施例１３と同様の手法にてシートを作製した。基材を収縮した際、たわみが発生し良好なシートを得られなかった。
（比較例１２）
接着剤塗工厚みを１２０μmとした点以外は、実施例１３と同様の手法にてＺｙｌｏｎ複合エステルウレタン樹脂シートおよび完全硬化シートを作製した。基材を収縮した際、たわみが発生し良好なシートを得られなかった。
（比較例１３）
静電植毛の電圧を１０ｋＶとした点以外は実施例１３と同様の手法にてシートを作製した。基材を収縮した際、たわみが発生し良好なシートを得られなかった。
（比較例１４）
実施例１２と同様のバインダ樹脂液に、同様にイオンビーム照射、切断したＺｙｌｏｎＨＭ短繊維を体積含有率２０％となるように混合し、５分間攪拌した。得られたＺｙｌｏｎ複合樹脂液を厚み２０μmのスペースクリーン®Ｓ７２００上に厚み１００μmに塗工し、潤滑剤としてパラフィン油を薄く塗った正電極板上に基材を設置し、電極間に電圧１８kVを５分間印加した後、８０℃、１時間加熱固化させた。シートのショアＡ硬度は６８であった。ＵＬ９４難燃性試験における評価がＶ-０であった。基材を収縮した際、たわみが発生し良好なシートを得られなかった。
（比較例１５）
絶縁高熱伝導繊維として電子線処理を施していないＺｙｌｏｎＨＭを使用した点以外は、実施例１２と同様の手法にてＺｙｌｏｎ複合シリコーンシートを作製した。
（比較例１６）
絶縁高熱伝導繊維として電子線処理を施していないＺｙｌｏｎＨＭを使用した点以外は、実施例１３と同様の手法にてＺｙｌｏｎ複合エステルウレタン樹脂シートを作製した。
実施例１～１８のシートは面方向に対する厚み方向の熱伝導率の比が大きく、熱異方性に非常に優れるので、発熱密度の高い電子機器の熱伝導シートとして使用した際でも、機器内への放熱が少なく周辺部材への熱ダメージが軽減される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
本発明により、電気絶縁信頼性を確保しつつ、電子基盤や半導体チップ、光源などの発熱体から冷却材や筐体等へ迅速かつ異方的に熱伝導および放熱が可能となり、電子機器内への熱の充満が軽減される結果、熱による電子機器や光源などの劣化を軽減して寿命を伸ばすことができることから、産業界に大きく寄与することが期待される。
（図１）
１ 接着剤
２ 基材フィルム
３ 絶縁高熱伝導短繊維
４ 正電極
５ アース電極
６ 直立した絶縁高熱伝導短繊維
７ ホットプレート
８ 収縮後の植毛シート

Claims (19)

  1. 厚み方向に貫通した絶縁高熱伝導繊維及びバインダ樹脂を含有してなり、該厚み方向に貫通した絶縁高熱伝導繊維の貫通密度が６％以上、面方向に対する厚み方向の熱伝導比が２以上であり、初期の絶縁破壊強さが２０ｋＶ／ｍｍ以上であることを特徴とする絶縁熱伝導シート。
  2. 前記絶縁熱伝導シートにおいて、１５０℃、３０００時間保持後の絶縁破壊強さが初期の絶縁破壊強さに対して３０%以上であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁熱伝導シート。
  3. 前記絶縁熱伝導シートの面方向に対する厚み方向の熱伝導率の比の平均値が２以上５０以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁熱伝導シート。
  4. 前記厚み方向に貫通した絶縁熱伝導繊維のシート面に対する傾きの平均値が６０°以上９０°以下であることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の絶縁熱伝導シート。
  5. 少なくとも一方のシート表面では表面粗度が１５μm以下である請求項１～４のいずれかに記載の絶縁熱伝導シート。
  6. デュロメータ硬度がショアA硬度８０以下、ショアE硬度５以上である請求項１～５いずれかに記載の絶縁熱伝導シート。
  7. ＵＬ９４難燃性試験における評価がＶ－０である請求項１～６のいずれかに記載の絶縁熱伝導シート。
  8. 前記厚み方向に貫通した絶縁高熱伝導繊維が窒化ホウ素繊維、高強度ポリエチレン繊維、ポリベンザゾール繊維のいずれかであることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の絶縁熱伝導シート。
  9. 前記バインダ樹脂がシリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、EPDM系樹脂、ポリカーボネート系樹脂のいずれかであることを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載の絶縁熱伝導シート。
  10. 前記厚み方向に貫通した絶縁高熱伝導繊維の貫通密度が６％以上５０％以下であること特徴とする請求項１～９のいずれかに記載の絶縁熱伝導シート。
  11. 厚み方向に貫通した絶縁高熱伝導繊維及びバインダ樹脂を含有してなり、かつ面方向に対する厚み方向の熱伝導率の比が１２を超えて５０以下、該厚み方向に貫通した絶縁高熱伝導膜繊維の貫通密度が６％以上であり、かつ体積固有抵抗が１０１２Ω・cm以上である絶縁熱伝導シート。
  12. 前記厚み方向に貫通した絶縁高熱伝導繊維の貫通密度が３０％以上７０%以下である、請求項１１に記載の絶縁熱伝導シート。
  13. 前記厚み方向に貫通した絶縁高熱伝導繊維のシート面に対する傾きの平均値が６０°以上９０°以下であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の絶縁熱伝導シート。
  14. 少なくとも一方のシート表面では表面粗度が１５μm以下である請求項１１～１３いずれかに記載の絶縁熱伝導シート。
  15. ＵＬ９４難燃性試験における評価がＶ－０である請求項１１～１４のいずれかに記載の絶縁熱伝導シート。
  16. 前記厚み方向に貫通した絶縁高熱伝導繊維が窒化ホウ素繊維、高強度ポリエチレン繊維、ポリベンザゾール繊維のいずれかであることを特徴とする請求項１１～１５のいずれかに記載の絶縁熱伝導シート。
  17. 前記バインダ樹脂がシリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、EPDM系樹脂、ポリカーボネート系樹脂のいずれかであることを特徴とする請求項１１～１６のいずれかに記載の絶縁熱伝導シート。
  18. 絶縁高熱伝導繊維を易接着処理する工程と、
    絶縁高熱伝導繊維を任意の長さに切断する工程と、
    接着剤を塗布した基材に静電植毛により絶縁高熱伝導短繊維を直立させる工程と、
    直立した絶縁高熱伝導短繊維を加熱により接着固定する、好ましくは接着固定しながらまたは接着固定した後に基材を収縮させる工程と、
    基材に直立固定された絶縁高熱伝導短繊維にバインダ樹脂を含浸させバインダ樹脂を硬化させる工程と、
    基材より剥離またはそのままで両表面を研磨する工程
    とを含むことを特徴とする絶縁熱伝導シートの製造方法。
  19. 接着剤を塗布した基材に静電植毛により絶縁高熱伝導短繊維をシート面に対して６０°～９０°の傾きで直立させる工程と、
    直立した絶縁高熱伝導短繊維を除電する工程と、
    加熱により接着固定しながらまたは接着固定した後に、貫通密度が７０％以下となる収縮率にて基材を収縮させる工程と、
    基材に直立固定された絶縁高熱伝導短繊維にバインダ樹脂を含浸させバインダ樹脂を固化させる工程と、
    基材より剥離またはそのままで両表面を研磨する工程
    を含むことを特徴とする絶縁熱伝導シートの製造方法。
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