WO2021039201A1 - 熱伝導性樹脂、放熱構造体及び熱伝導性樹脂の製造方法 - Google Patents
熱伝導性樹脂、放熱構造体及び熱伝導性樹脂の製造方法 Download PDFInfo
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- the upper portion 15T and the lower portion 15B of the sheet-like material 15 are oriented in the direction perpendicular to the thickness direction of the sheet-like material 15 (lines BB and CC). Cut along the line). At this time, the inorganic fiber 30 is also cut.
- the cutting method is not particularly limited, and examples thereof include a method using a slicer or a cutter.
- the heat radiating structure of the present invention is characterized by comprising a heat source, a heat radiating member, and a heat conductive resin of the present invention arranged between the heat source and the heat radiating member.
- FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an example of the heat dissipation structure of the present invention.
- FIG. 4 shows a heat radiating structure 100 in which a heat conductive resin 10 is arranged between a semiconductor element 110 as a heat source and a heat sink 200 as a heat radiating member.
- the heat generated from the semiconductor element 110 can be thermally conducted to the heat sink 200 via the heat conductive resin 10.
- FIG. 4 shows how the heat conductive grease 115 is arranged between the semiconductor element 110 and the heat conductive resin 10 and between the heat conductive resin 10 and the heat sink 200, respectively.
- the heat conductive grease is arranged to fill the space between the semiconductor element and the heat conductive resin and the space between the heat conductive resin and the heat sink to improve the contact property and the heat conductivity. It is not essential to use the heat conductive grease, and the semiconductor element 110 may be brought into direct contact with the heat conductive resin 10, or the heat conductive resin 10 may be brought into direct contact with the heat sink 200.
- Examples of the heat source of the heat dissipation structure include a light emitting element (LED element and the like), a capacitor, a resistance element, a battery, a motor and the like in addition to the semiconductor element.
- a heat sink, a heat radiating block, a heat radiating fin, a heat diffusion sheet, a heat pipe, or the like can be used as the heat radiating member.
- Example 1 Bisphenol A type epoxy resin (jER (registered trademark) resin 828, manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd.) 83.3 parts by weight, amine-based curing agent (jER (registered trademark) Cure T, manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd.) 16.7 A weight mixture was prepared. 100 parts by weight of the resin and 100 parts by weight of alumina fibers (average fiber diameter 6 ⁇ m, average fiber length 800 ⁇ m, alumina content 95% by weight, ⁇ -alumina ratio 82% by weight) were mixed. Next, the mixture was pressure-molded by hot pressing to form a sheet-like product having a thickness of 7 mm.
- jER registered trademark
- amine-based curing agent jER (registered trademark) Cure T
- FIG. 5 is an SEM image of the surface of the heat conductive resin according to Example 1.
- the average flatness of the cross section of the inorganic fiber exposed on the surface of the heat conductive resin according to Example 1 was 0.8.
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Abstract
本発明の目的は、熱伝導性に優れた熱伝導性樹脂を提供することである。 本発明の熱伝導性樹脂は、樹脂と、上記樹脂中に含まれる、無機繊維とからなる熱伝導性樹脂であって、上記熱伝導性樹脂の表面には、上記無機繊維の断面が露出していることを特徴とする。
Description
本発明は、熱伝導性樹脂、放熱構造体及び熱伝導性樹脂の製造方法に関する。
半導体は、通電のための導体と、絶縁材料とを含んで構成される。近年半導体の高出力化によって発熱量が増大しているため、半導体から発せられる熱をいかに放散させるかが重要な課題となっている。
このような熱を放散させる方法として、発熱源から熱伝導性樹脂を介して熱を外部に放出する方法がある。
例えば、特許文献１には、基材樹脂とセラミック繊維とを含有する樹脂組成物が記載されている。
この樹脂組成物は、基材樹脂と、平均アスペクト比２～１００のセラミック繊維とを含有する樹脂組成物であって、該樹脂組成物は、上記基材樹脂を１０～９０重量％、上記セラミック繊維を９０～１０重量％含有し、上記セラミック繊維は、α化率１０％以上のアルミナ７０～９９重量％と、無機バインダ成分３０～１重量％とを含有することを特徴とする樹脂組成物である。
特許文献１に記載されたような樹脂組成物では、セラミック繊維が熱伝導を担う伝熱パスとして機能する。
例えば、特許文献１には、基材樹脂とセラミック繊維とを含有する樹脂組成物が記載されている。
この樹脂組成物は、基材樹脂と、平均アスペクト比２～１００のセラミック繊維とを含有する樹脂組成物であって、該樹脂組成物は、上記基材樹脂を１０～９０重量％、上記セラミック繊維を９０～１０重量％含有し、上記セラミック繊維は、α化率１０％以上のアルミナ７０～９９重量％と、無機バインダ成分３０～１重量％とを含有することを特徴とする樹脂組成物である。
特許文献１に記載されたような樹脂組成物では、セラミック繊維が熱伝導を担う伝熱パスとして機能する。
特許文献１に記載されたような樹脂組成物を製造する場合、基材樹脂とセラミック繊維（無機繊維）とを混合し、その後、基材樹脂を硬化させることにより製造されることになる。
この際、外観をよくするために、通常は、セラミック繊維が基材樹脂の表面から露出したり、飛び出したりしないように、基材樹脂は硬化されることになる。
そのため、セラミック繊維と、基材樹脂の表面との間には、樹脂が存在することになる。
この際、外観をよくするために、通常は、セラミック繊維が基材樹脂の表面から露出したり、飛び出したりしないように、基材樹脂は硬化されることになる。
そのため、セラミック繊維と、基材樹脂の表面との間には、樹脂が存在することになる。
特許文献１に記載されたような樹脂組成物が熱を伝導する場合、樹脂組成物の表面で熱を受け、当該熱は、セラミック繊維を介して樹脂組成物の別の表面から放出されることになる。
この際、基材樹脂の表面とセラミック繊維との間に樹脂があると、樹脂が伝熱抵抗となり、放出される熱量が不充分となる問題が生じる。
この際、基材樹脂の表面とセラミック繊維との間に樹脂があると、樹脂が伝熱抵抗となり、放出される熱量が不充分となる問題が生じる。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、熱伝導性に優れた熱伝導性樹脂を提供することである。
すなわち、本発明の熱伝導性樹脂は、樹脂と、上記樹脂中に含まれる、無機繊維とからなる熱伝導性樹脂であって、上記熱伝導性樹脂の表面には、上記無機繊維の断面が露出していることを特徴とする。
本発明の熱伝導性樹脂では、熱伝導性樹脂の表面には、無機繊維の断面が露出している。
すなわち、熱伝導性樹脂の表面と、無機繊維の断面との間には、樹脂が存在していない部分がある。
そのため、熱伝導性樹脂が熱を受ける場合、無機繊維の断面が直接熱を受けることができる。
従って、樹脂が伝熱抵抗となることが無く、より多くの熱量を放出することができる。
このような理由から、本発明の熱伝導性樹脂は、熱伝導性に優れる。
すなわち、熱伝導性樹脂の表面と、無機繊維の断面との間には、樹脂が存在していない部分がある。
そのため、熱伝導性樹脂が熱を受ける場合、無機繊維の断面が直接熱を受けることができる。
従って、樹脂が伝熱抵抗となることが無く、より多くの熱量を放出することができる。
このような理由から、本発明の熱伝導性樹脂は、熱伝導性に優れる。
本発明の熱伝導性樹脂では、上記熱伝導性樹脂の表面積に対する上記無機繊維の断面の面積の比率は、１％以上、９０％以下であることが好ましい。
この面積比率が上記範囲内であると、無機繊維の断面が受ける熱の量が多くなり伝熱効率が向上する。
この面積比率が１％未満であると、無機繊維の断面が受ける熱の量が少なくなり伝熱効率が低下しやすくなる。
この面積比率が９０％を超えると無機繊維の量が多すぎるため、樹脂組成物の成形が困難となる。
なお、本明細書において、「熱伝導性樹脂の表面積」とは、無機繊維の断面が露出している熱伝導性樹脂の表面における、無機繊維の断面の面積と、無機繊維の断面が存在していない熱伝導性樹脂の表面の面積の合計値のことを意味する。
この面積比率が上記範囲内であると、無機繊維の断面が受ける熱の量が多くなり伝熱効率が向上する。
この面積比率が１％未満であると、無機繊維の断面が受ける熱の量が少なくなり伝熱効率が低下しやすくなる。
この面積比率が９０％を超えると無機繊維の量が多すぎるため、樹脂組成物の成形が困難となる。
なお、本明細書において、「熱伝導性樹脂の表面積」とは、無機繊維の断面が露出している熱伝導性樹脂の表面における、無機繊維の断面の面積と、無機繊維の断面が存在していない熱伝導性樹脂の表面の面積の合計値のことを意味する。
本発明の熱伝導性樹脂では、上記熱伝導性樹脂の表面に露出した上記無機繊維の断面の平均扁平率は、０．２～０．９であることが好ましい。
「扁平率」とは、下記式（１）で算出される値であり、数値が０に近づくほど、真円に近くなる。
扁平率＝（長径－短径）／長径・・・（１）
また、「平均扁平率」とは、下記式（２）で算出される値である。
平均扁平率＝熱伝導性樹脂の表面に露出した無機繊維の扁平率の合計値／熱伝導性樹脂の表面に露出した無機繊維の断面の数・・・（２）
「扁平率」とは、下記式（１）で算出される値であり、数値が０に近づくほど、真円に近くなる。
扁平率＝（長径－短径）／長径・・・（１）
また、「平均扁平率」とは、下記式（２）で算出される値である。
平均扁平率＝熱伝導性樹脂の表面に露出した無機繊維の扁平率の合計値／熱伝導性樹脂の表面に露出した無機繊維の断面の数・・・（２）
無機繊維の長手方向に垂直な断面は円に近い形状であり扁平率は０に近い。熱伝導性樹脂の表面に露出した無機繊維の断面の平均扁平率が、０．２～０．９であるということは、多くの無機繊維が中心軸に対し斜めに切断されていること意味する。
無機繊維の断面の平均扁平率を０．２～０．９とすることにより、熱伝導性樹脂の表面積に対する無機繊維の断面の面積の比率を大きくすることができる。
その結果、無機繊維の断面が熱を受けやすくなり、熱伝導性樹脂の熱伝導率を向上させることができる。
無機繊維の断面の平均扁平率を０．２～０．９とすることにより、熱伝導性樹脂の表面積に対する無機繊維の断面の面積の比率を大きくすることができる。
その結果、無機繊維の断面が熱を受けやすくなり、熱伝導性樹脂の熱伝導率を向上させることができる。
本発明の熱伝導性樹脂では、上記無機繊維は、平均繊維径１μｍ以上であることが好ましい。
無機繊維の平均繊維径が１μｍ以上であると、無機繊維が太くなるので、無機繊維の断面が受ける熱の量が多くなり伝熱効率が向上する。
無機繊維の平均繊維径が１μｍ以上であると、無機繊維が太くなるので、無機繊維の断面が受ける熱の量が多くなり伝熱効率が向上する。
本発明の熱伝導性樹脂では、上記無機繊維は、アルミナ含有量８５重量％以上でα－アルミナ率が５０重量％以上であるアルミナ繊維であることが好ましい。
このような無機繊維は、熱伝導率の高い組成の繊維であるので、熱伝導性樹脂の熱伝導率を向上させることができる。
このような無機繊維は、熱伝導率の高い組成の繊維であるので、熱伝導性樹脂の熱伝導率を向上させることができる。
本発明の熱伝導性樹脂では、上記樹脂がシリコーン樹脂、アクリル樹脂、又はエポキシ樹脂であることが好ましい。
これらの樹脂は耐熱性が高く、絶縁性にも優れるので好ましい。
これらの樹脂は耐熱性が高く、絶縁性にも優れるので好ましい。
本発明の放熱構造体は、熱源と、放熱部材と、上記熱源と上記放熱部材との間に配置された本発明の熱伝導性樹脂と、からなることを特徴とする。
当該構造であると、熱源からの熱を、熱伝導性樹脂を介して放熱部材に好適に熱伝導させることができる。
当該構造であると、熱源からの熱を、熱伝導性樹脂を介して放熱部材に好適に熱伝導させることができる。
本発明の熱伝導性樹脂の製造方法は、樹脂と無機繊維とを混合する混合工程と、上記混合工程の後、上記樹脂の一部を切断すると同時に上記無機繊維の一部を切断することにより上記樹脂の表面に上記無機繊維の断面を露出させる切断工程とを含むことを特徴とする。
このような方法で、熱伝導性樹脂を製造することにより、表面に無機繊維の断面が露出した熱伝導性樹脂を製造することができる。
（発明の詳細な説明）
以下、本発明の熱伝導性樹脂について詳述する。
図１Ａは、本発明の熱伝導性樹脂の一例を模式的に示す斜視図である。図１Ｂは、図１ＡのＡ－Ａ線断面図である。
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、熱伝導性樹脂１０は、樹脂２０と、樹脂２０中に含まれる無機繊維３０とからなる。
熱伝導性樹脂１０はシート状であり、第１主面１１と、第１主面１１と反対側の第２主面１２を有する。第１主面１１及び第２主面１２は、熱伝導性樹脂１０の表面を形成している。
以下、本発明の熱伝導性樹脂について詳述する。
図１Ａは、本発明の熱伝導性樹脂の一例を模式的に示す斜視図である。図１Ｂは、図１ＡのＡ－Ａ線断面図である。
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、熱伝導性樹脂１０は、樹脂２０と、樹脂２０中に含まれる無機繊維３０とからなる。
熱伝導性樹脂１０はシート状であり、第１主面１１と、第１主面１１と反対側の第２主面１２を有する。第１主面１１及び第２主面１２は、熱伝導性樹脂１０の表面を形成している。
また、熱伝導性樹脂１０の第１主面１１及び第２主面１２には、無機繊維３０の断面３１が露出している。
そのため、熱伝導性樹脂１０では、熱伝導性樹脂の表面と、無機繊維３０の断面３１との間には、樹脂が存在していない部分がある。
そのため、熱伝導性樹脂１０が熱を受ける場合、無機繊維３０の断面３１が直接熱を受けることができる。
従って、樹脂２０が伝熱抵抗となることが無く、より多くの熱量を放出することができる。
このような理由から、熱伝導性樹脂１０は、熱伝導性に優れる。
そのため、熱伝導性樹脂１０では、熱伝導性樹脂の表面と、無機繊維３０の断面３１との間には、樹脂が存在していない部分がある。
そのため、熱伝導性樹脂１０が熱を受ける場合、無機繊維３０の断面３１が直接熱を受けることができる。
従って、樹脂２０が伝熱抵抗となることが無く、より多くの熱量を放出することができる。
このような理由から、熱伝導性樹脂１０は、熱伝導性に優れる。
熱伝導性樹脂１０では、熱伝導性樹脂１０の表面積に対する無機繊維３０の断面３１の面積の比率は、１％以上、９０％以下であることが好ましく、１０％以上、７０％以下であることがより好ましく、２０％以上、５０％以下であることがさらに好ましい。
この面積比率が上記範囲内であると、無機繊維３０の断面３１が受ける熱の量が多くなり伝熱効率が向上する。
この面積比率が１％未満であると、無機繊維の断面が受ける熱の量が少なくなり伝熱効率が低下しやすくなる。
この面積比率が９０％を超えると無機繊維の量が多すぎるため、樹脂組成物の成形が困難となる。
なお、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、熱伝導性樹脂１０には、その側面に無機繊維３０の断面３１が存在していない。
本明細書において、「熱伝導性樹脂の表面積」とは、無機繊維の断面が露出している熱伝導性樹脂の表面における、無機繊維の断面の面積と、無機繊維の断面が存在していない熱伝導性樹脂の表面の面積の合計値である。そのため、熱伝導性樹脂１０における「熱伝導性樹脂の表面積」とは、第１主面１１の面積及び第２主面１２の面積の合計を意味する。
この面積比率が上記範囲内であると、無機繊維３０の断面３１が受ける熱の量が多くなり伝熱効率が向上する。
この面積比率が１％未満であると、無機繊維の断面が受ける熱の量が少なくなり伝熱効率が低下しやすくなる。
この面積比率が９０％を超えると無機繊維の量が多すぎるため、樹脂組成物の成形が困難となる。
なお、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、熱伝導性樹脂１０には、その側面に無機繊維３０の断面３１が存在していない。
本明細書において、「熱伝導性樹脂の表面積」とは、無機繊維の断面が露出している熱伝導性樹脂の表面における、無機繊維の断面の面積と、無機繊維の断面が存在していない熱伝導性樹脂の表面の面積の合計値である。そのため、熱伝導性樹脂１０における「熱伝導性樹脂の表面積」とは、第１主面１１の面積及び第２主面１２の面積の合計を意味する。
熱伝導性樹脂１０では、熱伝導性樹脂１０の表面に露出した無機繊維３０の断面３１の平均扁平率は、０．２～０．９であることが好ましく、０．４～０．７であることがより好ましい。
「扁平率」とは、下記式（１）で算出される値であり、数値が０に近づくほど、真円に近くなる。
扁平率＝（長径－短径）／長径・・・（１）
また、「平均扁平率」とは、下記式（２）で算出される値である。
平均扁平率＝熱伝導性樹脂の表面に露出した無機繊維の扁平率の合計値／熱伝導性樹脂の表面に露出した無機繊維の断面の数・・・（２）
扁平率＝（長径－短径）／長径・・・（１）
また、「平均扁平率」とは、下記式（２）で算出される値である。
平均扁平率＝熱伝導性樹脂の表面に露出した無機繊維の扁平率の合計値／熱伝導性樹脂の表面に露出した無機繊維の断面の数・・・（２）
無機繊維３０の断面３１の長径及び短径、並びに、熱伝導性樹脂の表面に露出した無機繊維の断面の数は、ＳＥＭ画像を用いて、画像解析を行うことによって算出することができる。
通常、無機繊維３０の長手方向に垂直な断面は円に近い形状であり扁平率は０に近い。熱伝導性樹脂１０の表面に露出した無機繊維３０の断面３１の平均扁平率が、０．２～０．９であるということは、多くの無機繊維３０が中心軸に対し斜めに切断されていること意味する。
無機繊維３０の断面３１の平均扁平率を０．２～０．９とすることにより、熱伝導性樹脂１０の表面積に対する無機繊維３０の断面３１の面積の比率を大きくすることができる。
その結果、無機繊維３０の断面３１が熱を受けやすくなり、熱伝導性樹脂１０の熱伝導率を向上させることができる。
無機繊維３０の断面３１の平均扁平率を０．２～０．９とすることにより、熱伝導性樹脂１０の表面積に対する無機繊維３０の断面３１の面積の比率を大きくすることができる。
その結果、無機繊維３０の断面３１が熱を受けやすくなり、熱伝導性樹脂１０の熱伝導率を向上させることができる。
熱伝導性樹脂１０の表面に露出した無機繊維３０の断面３１の平均扁平率を０．２～０．９とするには、無機繊維３０を、熱伝導性樹脂１０の厚さ方向に対して斜めに配置する方法が挙げられる。
なお、熱伝導性樹脂１０では、無機繊維３０が、熱伝導性樹脂１０の厚さ方向に沿って配向していてもよく無作為に配向していてもよい。
熱伝導性樹脂１０では、無機繊維３０は、平均繊維径１μｍ以上であることが好ましく、４～１０μｍであることがより好ましい。
無機繊維３０の平均繊維径が１μｍ以上であると、無機繊維３０が太くなるので、無機繊維３０の断面３１が受ける熱の量が多くなり伝熱効率が向上する。
無機繊維３０の平均繊維径が１μｍ以上であると、無機繊維３０が太くなるので、無機繊維３０の断面３１が受ける熱の量が多くなり伝熱効率が向上する。
熱伝導性樹脂１０では、無機繊維の平均繊維長は１００μｍ以上であることが好ましく、４００μｍ以上であることがより好ましい。
また、無機繊維の平均繊維長は５０００μｍ以下であることが好ましい。
また、無機繊維の平均繊維長は５０００μｍ以下であることが好ましい。
熱伝導性樹脂１０では、無機繊維３０のアスペクト比は、１００より大きく１０００以下であることが好ましい。
無機繊維のアスペクト比が上記範囲であると、熱が繊維部分の長い距離を連続して流れ、その間に熱伝導率の低い樹脂部分が介在しないためにより高い熱伝導率を有する熱伝導性樹脂とすることができる。
無機繊維のアスペクト比は（アルミナ繊維の平均繊維長／平均繊維径）で求めることができる。
無機繊維のアスペクト比が上記範囲であると、熱が繊維部分の長い距離を連続して流れ、その間に熱伝導率の低い樹脂部分が介在しないためにより高い熱伝導率を有する熱伝導性樹脂とすることができる。
無機繊維のアスペクト比は（アルミナ繊維の平均繊維長／平均繊維径）で求めることができる。
熱伝導性樹脂１０では、無機繊維３０は、アルミナ含有量８５重量％以上でα－アルミナ率が５０重量％以上であるアルミナ繊維であることが好ましい。
このような無機繊維は、熱伝導率の高い組成の繊維であるので、熱伝導性樹脂の熱伝導率を向上させることができる。
このような無機繊維は、熱伝導率の高い組成の繊維であるので、熱伝導性樹脂の熱伝導率を向上させることができる。
アルミナ繊維中のアルミナ含有量は、蛍光Ｘ線分析法により以下の手順でアルミナ繊維に含まれる元素の定量分析を行ってＡｌ含有量を求め、Ａｌ含有量からＡｌ２Ｏ３換算での重量比率を算出することによって求めることができる。
まず試料を乳鉢で十分に粉砕し、有機バインダ（Ｃｈｅｍｐｌｅｘ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｉｎｃ Ｓｐｅｃｔｒｏ Ｂｌｅｎｄ ４４μｍ）を加え、よく混合する。その後、加圧することでペレット状に成形する。ペレットのサイズは例えば直径約１３ｍｍ、厚み約５ｍｍとする。
それを蛍光Ｘ線測定装置（株式会社リガク製ＺＳＸ Ｐｒｉｍｕｓ ＩＩ）により測定する。
本装置のＸ線管はＲｈであり、定格最大出力は４ｋＷである。また、分析領域は１０ｍｍφである。
まず試料を乳鉢で十分に粉砕し、有機バインダ（Ｃｈｅｍｐｌｅｘ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｉｎｃ Ｓｐｅｃｔｒｏ Ｂｌｅｎｄ ４４μｍ）を加え、よく混合する。その後、加圧することでペレット状に成形する。ペレットのサイズは例えば直径約１３ｍｍ、厚み約５ｍｍとする。
それを蛍光Ｘ線測定装置（株式会社リガク製ＺＳＸ Ｐｒｉｍｕｓ ＩＩ）により測定する。
本装置のＸ線管はＲｈであり、定格最大出力は４ｋＷである。また、分析領域は１０ｍｍφである。
また、アルミナ繊維中のα－アルミナ率は以下のように測定する。
＜α－アルミナ率の測定方法＞
αアルミナ［大明化学工業（株）製 タイミクロン ＴＭ－ＤＡ］を標準物質として粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）スペクトルを測定し、αアルミナの特徴ピークである２θ＝４３．０～４３．５°のピーク強度（ｈ０）を測定する。これに対して、測定条件を同一にして測定対象のＸＲＤスペクトルを測定し、２θ＝４３．０～４３．５°のピーク強度（ｈ）を測定する。標準物質のピーク強度（ｈ０）がαアルミナ１００重量％であるとして、ｈ／ｈ０で計算される値をα－アルミナ率とする。
＜α－アルミナ率の測定方法＞
αアルミナ［大明化学工業（株）製 タイミクロン ＴＭ－ＤＡ］を標準物質として粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）スペクトルを測定し、αアルミナの特徴ピークである２θ＝４３．０～４３．５°のピーク強度（ｈ０）を測定する。これに対して、測定条件を同一にして測定対象のＸＲＤスペクトルを測定し、２θ＝４３．０～４３．５°のピーク強度（ｈ）を測定する。標準物質のピーク強度（ｈ０）がαアルミナ１００重量％であるとして、ｈ／ｈ０で計算される値をα－アルミナ率とする。
アルミナ繊維のα－アルミナ率は８０重量％以上であることが好ましく、９９重量％以下であることが好ましい。
熱伝導性樹脂１０では、無機繊維３０の含有量は、２０重量％以上であることが好ましく、４０～８０重量％であることがより好ましい。
無機繊維の含有割合を２０重量％以上とすることにより、無機繊維により熱伝導効果がより好適に発揮され、より高い熱伝導率を有する熱伝導性樹脂とすることができる。
無機繊維の含有割合が２０重量％未満であると、熱伝導性が不足しやすくなる。
無機繊維の含有割合を２０重量％以上とすることにより、無機繊維により熱伝導効果がより好適に発揮され、より高い熱伝導率を有する熱伝導性樹脂とすることができる。
無機繊維の含有割合が２０重量％未満であると、熱伝導性が不足しやすくなる。
樹脂２０は、熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹脂や、光硬化性樹脂であってもよい。
また、樹脂２０は、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、又はエポキシ樹脂であることが好ましい。
これらの樹脂は耐熱性が高く、絶縁性にも優れる。
また、樹脂２０は、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、又はエポキシ樹脂であることが好ましい。
これらの樹脂は耐熱性が高く、絶縁性にも優れる。
また、熱伝導性樹脂１０には樹脂２０と無機繊維３０のほかに、無機粒子等が含まれていてもよい。
無機粒子としては、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、シリカ及びアルミナからなる群から選択された少なくとも１種であることが好ましい。
また、これらの無機粒子は、熱伝導率が高い材料であるので熱伝導性樹脂中に配合することによって熱伝導性樹脂の熱伝導性を高めることができる。
また、これらの無機粒子は、電気伝導性の低い材料であるため、これらの無機粒子を使用することにより熱伝導性樹脂の絶縁性を高めることができる。
無機粒子の割合は、熱伝導性樹脂中において３０重量％以下であることが好ましい。
無機粒子としては、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、シリカ及びアルミナからなる群から選択された少なくとも１種であることが好ましい。
また、これらの無機粒子は、熱伝導率が高い材料であるので熱伝導性樹脂中に配合することによって熱伝導性樹脂の熱伝導性を高めることができる。
また、これらの無機粒子は、電気伝導性の低い材料であるため、これらの無機粒子を使用することにより熱伝導性樹脂の絶縁性を高めることができる。
無機粒子の割合は、熱伝導性樹脂中において３０重量％以下であることが好ましい。
熱伝導性樹脂１０の厚みは、５００μｍ以上、１０ｍｍ以下であることが好ましい。
また、１ｍｍ以上であることがより好ましく、３ｍｍ以下であることがより好ましい。
金属材料に比べると熱伝導性樹脂は熱伝導率が低いので、熱伝導性樹脂の厚さが厚すぎる（例えば１０ｍｍを超える）と、熱伝導性樹脂を使用することによる全体の熱伝導率が充分に高くなりにくくなる。
また、１ｍｍ以上であることがより好ましく、３ｍｍ以下であることがより好ましい。
金属材料に比べると熱伝導性樹脂は熱伝導率が低いので、熱伝導性樹脂の厚さが厚すぎる（例えば１０ｍｍを超える）と、熱伝導性樹脂を使用することによる全体の熱伝導率が充分に高くなりにくくなる。
熱伝導性樹脂１０は、その熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋを超えることが好ましく、３Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることがより好ましい。
熱伝導性樹脂１０の熱伝導率は、レーザーフラッシュ法により測定することできる。
熱伝導性樹脂１０の熱伝導率は、レーザーフラッシュ法により測定することできる。
次に、本発明の熱伝導性樹脂の製造方法について説明する。
図２は、本発明の熱伝導樹脂の製造方法の混合工程の一例を模式的に示す模式図である。
図３Ａは、本発明の熱伝導樹脂の製造方法の切断工程の一例を模式的に示す模式図である。図３Ｂは、図３ＡのＢ－Ｂ線断面図である。
図２は、本発明の熱伝導樹脂の製造方法の混合工程の一例を模式的に示す模式図である。
図３Ａは、本発明の熱伝導樹脂の製造方法の切断工程の一例を模式的に示す模式図である。図３Ｂは、図３ＡのＢ－Ｂ線断面図である。
（１）混合工程
まず、図２に示すように、樹脂２０と無機繊維３０とを混合し、その後、シート状物１５を成形する。この際、シート状物１５の厚さを、所望の熱伝導性樹脂の形状よりも少し厚くする。
なお、樹脂２０の好ましい種類、及び、無機繊維３０の好ましい種類は、上記の通りであるのでここでの説明は省略する。
まず、図２に示すように、樹脂２０と無機繊維３０とを混合し、その後、シート状物１５を成形する。この際、シート状物１５の厚さを、所望の熱伝導性樹脂の形状よりも少し厚くする。
なお、樹脂２０の好ましい種類、及び、無機繊維３０の好ましい種類は、上記の通りであるのでここでの説明は省略する。
（２）切断工程
次に、図３Ａに示すように、シート状物１５の上方部分１５Ｔ及び下方部分１５Ｂを、シート状物１５の厚さ方向と垂直な方向（Ｂ－Ｂ線及びＣ－Ｃ線に沿って）に切断する。この際、無機繊維３０も切断されるようにする。
切断方法は特に限定されないが、例えば、スライサーやカッターを用いる方法が挙げられる。
次に、図３Ａに示すように、シート状物１５の上方部分１５Ｔ及び下方部分１５Ｂを、シート状物１５の厚さ方向と垂直な方向（Ｂ－Ｂ線及びＣ－Ｃ線に沿って）に切断する。この際、無機繊維３０も切断されるようにする。
切断方法は特に限定されないが、例えば、スライサーやカッターを用いる方法が挙げられる。
このように切断されたシート状物１５は、熱伝導性樹脂１０となり、上面が第１主面１１となり、下面が第２主面１２となる。
また、第１主面１１及び第２主面１２には、無機繊維３０の断面３１が露出することになる。
また、第１主面１１及び第２主面１２には、無機繊維３０の断面３１が露出することになる。
以上の工程を経て、第１主面１１及び第２主面１２に無機繊維３０の断面３１が露出した熱伝導性樹脂１０を製造することができる。
本工程において無機繊維３０は切断されることになるが、無機繊維３０の断面３１の平均扁平率は０．２～０．９となることが好ましい。
このような範囲の平均扁平率とする方法としては、上記「（１）混合工程」において、無機繊維３０を、熱伝導性樹脂１０の厚さ方向に対して斜めに配置する方法が挙げられる。
無機繊維３０を、熱伝導性樹脂１０の厚さ方向に対して斜めに配置すると、図３Ａに示すように、無機繊維３０が、中心軸に対し斜めに切断されることになる。
そうすると、図３Ｂに示すように、幾つかの無機繊維３０の断面３１が楕円形や線形となる。
このように、幾つかの無機繊維３０の断面３１を楕円形や線形とすることにより、無機繊維３０の断面３１の平均扁平率は０．２～０．９とすることができる。
このような範囲の平均扁平率とする方法としては、上記「（１）混合工程」において、無機繊維３０を、熱伝導性樹脂１０の厚さ方向に対して斜めに配置する方法が挙げられる。
無機繊維３０を、熱伝導性樹脂１０の厚さ方向に対して斜めに配置すると、図３Ａに示すように、無機繊維３０が、中心軸に対し斜めに切断されることになる。
そうすると、図３Ｂに示すように、幾つかの無機繊維３０の断面３１が楕円形や線形となる。
このように、幾つかの無機繊維３０の断面３１を楕円形や線形とすることにより、無機繊維３０の断面３１の平均扁平率は０．２～０．９とすることができる。
次に、本発明の放熱構造体について説明する。
本発明の放熱構造体は、熱源と、放熱部材と、上記熱源と上記放熱部材との間に配置された本発明の熱伝導性樹脂と、からなることを特徴とする。
本発明の放熱構造体は、熱源と、放熱部材と、上記熱源と上記放熱部材との間に配置された本発明の熱伝導性樹脂と、からなることを特徴とする。
図４は、本発明の放熱構造体の一例を模式的に示す断面図である。
図４には、熱源としての半導体素子１１０と放熱部材としてのヒートシンク２００の間に熱伝導性樹脂１０が配置された形態の放熱構造体１００を示している。
この形態であると、半導体素子１１０から発生した熱を、熱伝導性樹脂１０を介してヒートシンク２００に熱伝導させることができる。
図４には、熱源としての半導体素子１１０と放熱部材としてのヒートシンク２００の間に熱伝導性樹脂１０が配置された形態の放熱構造体１００を示している。
この形態であると、半導体素子１１０から発生した熱を、熱伝導性樹脂１０を介してヒートシンク２００に熱伝導させることができる。
図４には、半導体素子１１０と熱伝導性樹脂１０の間、及び、熱伝導性樹脂１０とヒートシンク２００の間、のそれぞれに熱伝導グリス１１５が配置された様子を示している。
熱伝導グリスは半導体素子と熱伝導性樹脂の間の空間、及び、熱伝導性樹脂とヒートシンクの間の空間を埋めて接触性を高めて熱伝導性を向上させるために配置されているが、熱伝導性グリスを使用することは必須ではなく、半導体素子１１０と熱伝導性樹脂１０を直接接触させてもよく、熱伝導性樹脂１０とヒートシンク２００を直接接触させてもよい。
熱伝導グリスは半導体素子と熱伝導性樹脂の間の空間、及び、熱伝導性樹脂とヒートシンクの間の空間を埋めて接触性を高めて熱伝導性を向上させるために配置されているが、熱伝導性グリスを使用することは必須ではなく、半導体素子１１０と熱伝導性樹脂１０を直接接触させてもよく、熱伝導性樹脂１０とヒートシンク２００を直接接触させてもよい。
放熱構造体の熱源としては、半導体素子の他に発光素子（ＬＥＤ素子等）、コンデンサ、抵抗素子、電池、モーター等が挙げられる。
また、放熱部材としては、ヒートシンク、放熱ブロック、放熱フィン、熱拡散シート、ヒートパイプ等を使用することができる。
また、放熱部材としては、ヒートシンク、放熱ブロック、放熱フィン、熱拡散シート、ヒートパイプ等を使用することができる。
（実施例）
以下、本発明をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
以下、本発明をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
（実施例１）
樹脂としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ｊＥＲ（登録商標）樹脂８２８、三菱ケミカル株式会社製）８３．３質量部、アミン系硬化剤（ｊＥＲ（登録商標）キュアＴ、三菱ケミカル株式会社製）１６．７重量部の混合物を準備した。
当該樹脂１００重量部と、アルミナ繊維（平均繊維径６μｍ、平均繊維長８００μｍ、アルミナ含有量９５重量％、α－アルミナ率８２重量％）１００重量部とを混合した。
次に、混合物をホットプレスで加圧成形することで、厚さ７ｍｍのシート状物を成形した。
次に、スライサーを用いて、該シート状物の上面から１ｍｍの部分及び下面から１ｍｍの部分を、厚さ方向と垂直な方向に切断した。
上面部分及び下面部分を取り除き、厚さ５ｍｍの実施例１に係る熱伝導性樹脂を製造した。
樹脂としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ｊＥＲ（登録商標）樹脂８２８、三菱ケミカル株式会社製）８３．３質量部、アミン系硬化剤（ｊＥＲ（登録商標）キュアＴ、三菱ケミカル株式会社製）１６．７重量部の混合物を準備した。
当該樹脂１００重量部と、アルミナ繊維（平均繊維径６μｍ、平均繊維長８００μｍ、アルミナ含有量９５重量％、α－アルミナ率８２重量％）１００重量部とを混合した。
次に、混合物をホットプレスで加圧成形することで、厚さ７ｍｍのシート状物を成形した。
次に、スライサーを用いて、該シート状物の上面から１ｍｍの部分及び下面から１ｍｍの部分を、厚さ方向と垂直な方向に切断した。
上面部分及び下面部分を取り除き、厚さ５ｍｍの実施例１に係る熱伝導性樹脂を製造した。
実施例１に係る熱伝導性樹脂において、表面に露出した無機繊維の断面の平均扁平率を、ＳＥＭ画像を用いて算出した。
図５は、実施例１に係る熱伝導性樹脂の表面のＳＥＭ画像である。
その結果、実施例１に係る熱伝導性樹脂の表面に露出した無機繊維の断面の平均扁平率は０．８であった。
図５は、実施例１に係る熱伝導性樹脂の表面のＳＥＭ画像である。
その結果、実施例１に係る熱伝導性樹脂の表面に露出した無機繊維の断面の平均扁平率は０．８であった。
レーザーフラッシュ法熱定数測定装置（アルバック理工株式会社製ＴＣ－１２００ＲＨ）を用いて実施例１に係る熱伝導性樹脂の熱伝導率を測定したところ、熱伝導率は１５Ｗ／ｍ・Ｋであった。
（実施例２）
アルミナ繊維をムライト繊維に代えた以外は、実施例１と同様にして、実施例２に係る熱伝導性樹脂を製造した。
実施例２に係る熱伝導性樹脂の表面に露出した無機繊維の断面の平均扁平率は０．７であった。
実施例２に係る熱伝導性樹脂の熱伝導率は２Ｗ／ｍ・Ｋであった。
アルミナ繊維をムライト繊維に代えた以外は、実施例１と同様にして、実施例２に係る熱伝導性樹脂を製造した。
実施例２に係る熱伝導性樹脂の表面に露出した無機繊維の断面の平均扁平率は０．７であった。
実施例２に係る熱伝導性樹脂の熱伝導率は２Ｗ／ｍ・Ｋであった。
（比較例１）
樹脂としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ｊＥＲ（登録商標）樹脂８２８、三菱ケミカル株式会社製）８３．３質量部、アミン系硬化剤（ｊＥＲ（登録商標）キュアＴ、三菱ケミカル株式会社製）１６．７重量部の混合物を準備した。
当該樹脂１００重量部と、ムライト繊維１００重量部とを混合した。
次に、混合物をホットプレスで加圧成形し、厚さ５ｍｍのシート状とし、比較例１に係る熱伝導性樹脂を製造した。
比較例１に係る熱伝導性樹脂の熱伝導率は１Ｗ／ｍ・Ｋであった。
樹脂としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ｊＥＲ（登録商標）樹脂８２８、三菱ケミカル株式会社製）８３．３質量部、アミン系硬化剤（ｊＥＲ（登録商標）キュアＴ、三菱ケミカル株式会社製）１６．７重量部の混合物を準備した。
当該樹脂１００重量部と、ムライト繊維１００重量部とを混合した。
次に、混合物をホットプレスで加圧成形し、厚さ５ｍｍのシート状とし、比較例１に係る熱伝導性樹脂を製造した。
比較例１に係る熱伝導性樹脂の熱伝導率は１Ｗ／ｍ・Ｋであった。
１０ 熱伝導性樹脂
１１ 第１主面
１２ 第２主面
１５ シート状物
１５Ｔ 上方部分
１５Ｂ 下方部分
２０ 樹脂
３０ 無機繊維
３１ 無機繊維の断面
１００ 放熱構造体
１１０ 半導体素子（熱源）
１１５ 熱伝導グリス
２００ ヒートシンク（放熱部材）
１１ 第１主面
１２ 第２主面
１５ シート状物
１５Ｔ 上方部分
１５Ｂ 下方部分
２０ 樹脂
３０ 無機繊維
３１ 無機繊維の断面
１００ 放熱構造体
１１０ 半導体素子（熱源）
１１５ 熱伝導グリス
２００ ヒートシンク（放熱部材）
Claims (8)
- 樹脂と、
前記樹脂中に含まれる、無機繊維とからなる熱伝導性樹脂であって、
前記熱伝導性樹脂の表面には、前記無機繊維の断面が露出していることを特徴とする熱伝導性樹脂。 - 前記熱伝導性樹脂の表面積に対する前記無機繊維の断面の面積の比率は、１％以上、９０％以下である請求項１に記載の熱伝導性樹脂。
- 前記熱伝導性樹脂の表面に露出した前記無機繊維の断面の平均扁平率は、０．２～０．９である請求項１又は２に記載の熱伝導性樹脂。
- 前記無機繊維は、平均繊維径１μｍ以上である請求項１～３のいずれか１項に記載の熱伝導性樹脂。
- 前記無機繊維は、アルミナ含有量８５重量％以上でα－アルミナ率が５０重量％以上であるアルミナ繊維である請求項１～４のいずれか１項に記載の熱伝導性樹脂。
- 前記樹脂がシリコーン樹脂、アクリル樹脂、又はエポキシ樹脂である請求項１～５のいずれか１項に記載の熱伝導性樹脂。
- 熱源と、放熱部材と、前記熱源と前記放熱部材との間に配置された請求項１～６のいずれか１項に記載の熱伝導性樹脂と、からなることを特徴とする放熱構造体。
- 樹脂と無機繊維とを混合する混合工程と、
前記混合工程の後、前記樹脂の一部を切断すると同時に前記無機繊維の一部を切断することにより前記樹脂の表面に前記無機繊維の断面を露出させる切断工程とを含むことを特徴とする熱伝導性樹脂の製造方法。
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| JP2019-153822 | 2019-08-26 | ||
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|---|---|
| WO2021039201A1 true WO2021039201A1 (ja) | 2021-03-04 |
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|---|---|---|---|
| PCT/JP2020/028062 WO2021039201A1 (ja) | 2019-08-26 | 2020-07-20 | 熱伝導性樹脂、放熱構造体及び熱伝導性樹脂の製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| WO2023153007A1 (ja) * | 2022-02-10 | 2023-08-17 | Jnc株式会社 | 繊維状無機フィラーを含む樹脂組成物及び成形体 |
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2019
- 2019-08-26 JP JP2019153822A patent/JP2021034589A/ja active Pending
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2020
- 2020-07-20 WO PCT/JP2020/028062 patent/WO2021039201A1/ja active Application Filing
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