WO2022070680A1 - 熱伝導性シート - Google Patents

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sheet
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carbon
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弘通 岩▲崎▼
健太郎 木内
健太 黒尾
大希 工藤
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積水ポリマテック株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a heat conductive sheet, for example, a heat conductive sheet arranged and used between a heating element and a radiator.
  • a heat sink such as a heat sink is generally used to dissipate heat generated from a heating element such as a semiconductor element or a mechanical part.
  • a heat conductive sheet is arranged between a heating element and a heat radiating element for the purpose of increasing the heat transfer efficiency to the heat radiating element.
  • the heat conductive sheet is generally used by being compressed when it is placed inside an electronic device, and high flexibility is required. Therefore, a highly flexible polymer matrix such as rubber or gel is mixed with a filler having thermal conductivity. Further, it is widely known that the heat conductive sheet is oriented in the thickness direction of an anisotropic filler such as carbon fiber in order to enhance the heat conductivity in the thickness direction (for example, Patent Document). See 1 and 2).
  • Patent Document 3 from the viewpoint of further enhancing the thermal conductivity, while the filler having anisotropy such as carbon fiber is exposed on the sheet surface, the arithmetic average curve (Spc) at the peak of the sheet surface is below a certain level.
  • An invention relating to a certain thermal conductivity sheet is described, and in an embodiment, the thermal resistance value can be reduced (that is, the thermal conductivity can be enhanced) by surface-polishing the sheet prepared under certain conditions. It is shown.
  • an object of the present invention is to provide a heat conductive sheet having a lower thermal resistance value than the conventional one.
  • the present inventor is a heat conductive sheet containing a matrix made of an organic polymer and carbon fibers X, in which the carbon fibers X are oriented in the thickness direction of the sheet, and the carbon fibers X are:
  • a heat conductive sheet containing carbon fibers having a long fiber length and carbon fibers having a short fiber length in specific proportions can effectively reduce the heat resistance value by polishing the surface, resulting in a sheet having a low heat resistance value.
  • a part of the carbon fiber X is exposed on the surface of the sheet, and when observing the surface of a region of 1 mm ⁇ 1 mm, the depth in the thickness direction from the highest point of the sheet to the deepest part of the sheet is determined. In the case of 100%, the area S occupied by the sheet is 65% or more in the cross section perpendicular to the thickness direction at the position 40% in the thickness direction from the highest point of the sheet, according to the above [1] to [3].
  • the heat conductive sheet according to any one.
  • the present invention by polishing the surface, it is possible to provide a thermally conductive sheet in which the thermal resistance value is effectively reduced and the sheet has a low thermal resistance value.
  • the heat conductive sheet of the present invention is a heat conductive sheet containing a matrix made of an organic polymer and carbon fibers X, in which the carbon fibers X are oriented in the thickness direction of the sheet, and among the carbon fibers X.
  • FIG. 1 is a heat conductive sheet according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention is not limited to the contents of the drawings.
  • the heat conductive sheet 10 according to the present embodiment contains a matrix 14 made of an organic polymer and carbon fibers X. Specifically, the carbon fibers X are dispersed in the matrix 14, and the carbon fibers X are heat conductive.
  • the sex sheet 10 is oriented in the thickness direction. As described above, the orientation of the carbon fibers X improves the thermal conductivity of the thermally conductive sheet 10.
  • the state in which the carbon fibers X are oriented in the thickness direction of the heat conductive sheet 10 means that the long axis direction of the carbon fibers X exceeding 60% in terms of the number ratio is 20 from the thickness direction of the heat conductive sheet 10. It means that it is suitable for the range within °. Such a state of orientation can be confirmed by observing a cross section of the heat conductive sheet 10 along the thickness direction with an electron microscope.
  • the heat conductive sheet 10 may contain a non-anisotropic filler 16. By containing the non-anisotropic filler 16 together with the carbon fiber X, it is easy to form a heat conduction path, and it is easy to improve the heat conductivity in the thickness direction of the sheet.
  • the non-anisotropic filler 16 is not an essential component in the present invention, and may be a heat conductive sheet 20 that does not contain the non-anisotropic filler 16 as shown in FIG.
  • the heat conductive sheet 20 is the same as the heat conductive sheet 10 except that the non-anisotropic filler 16 is not contained.
  • each component constituting the heat conductive sheet of the present invention will be described in detail.
  • the carbon fiber X is composed of a plurality of carbon fibers having different fiber lengths.
  • the proportion of the carbon fiber (A) having a fiber length of 100 ⁇ m or less is 40% or more
  • the proportion of the carbon fiber (B) having a fiber length of 200 ⁇ m or more is 3 to 13% among the carbon fibers X.
  • the ratio of the carbon fibers (A) having a fiber length of 100 ⁇ m or less is less than 40%, the effect of reducing the thermal resistance value by polishing the surface of the heat conductive sheet is low.
  • the ratio of the carbon fiber (A) having a fiber length of 100 ⁇ m or less is preferably 43%.
  • the above is more preferably 45% or more, still more preferably 47% or more.
  • the ratio of the carbon fibers (A) having a fiber length of 100 ⁇ m or less means the ratio of the number of carbon fibers (A) having a fiber length of 100 ⁇ m or less in the entire carbon fiber X.
  • the proportion of carbon fibers (B) having a fiber length of 200 ⁇ m or more is 3 to 13%.
  • the proportion of the carbon fiber (B) having a fiber length of 200 ⁇ m or more is less than 3%, the effect of reducing the thermal resistance value by polishing the heat conductive sheet is low.
  • the ratio of the carbon fibers (B) having a fiber length of 200 ⁇ m or more is more than 13%, the thermal resistance value before polishing becomes high, and as a result, the thermal resistance value after polishing also becomes high.
  • the proportion of the carbon fiber (B) having a fiber length of 200 ⁇ m or more is preferably 3 to 11%, more preferably 3 to 8%, and further. It is preferably 3 to 5%.
  • the ratio of the carbon fibers (B) having a fiber length of 200 ⁇ m or more means the ratio of the number of carbon fibers (B) having a fiber length of 200 ⁇ m or more in the entire carbon fiber X.
  • the proportion of the carbon fiber (C) having a fiber length of 50 ⁇ m or less in the carbon fiber X is preferably 5% or less.
  • the proportion of carbon fiber (C) is preferably 4% or less, more preferably 3% or less.
  • the ratio of the carbon fibers (C) having a fiber length of 50 ⁇ m or less means the ratio of the number of carbon fibers (C) having a fiber length of 50 ⁇ m or less in the entire carbon fiber X.
  • the average fiber length D50 of the carbon fiber X is preferably 50 to 150 ⁇ m, more preferably 70 to 130 ⁇ m, and further preferably 80 to 120 ⁇ m.
  • the average fiber length D50 of the carbon fibers X is at least these lower limit values, the carbon fibers are likely to come into contact with each other, and a heat transfer path is easily secured.
  • the average fiber length D50 of the carbon fibers X is not more than these upper limit values, it becomes easy to highly fill the matrix with carbon fibers.
  • the ratio of the carbon fibers (A), the carbon fibers (B), and the carbon fibers (C) in the carbon fiber X described above, and the average fiber length D50 are such that the carbon fiber X is used as a sample, the horizontal axis is the fiber length, and the vertical axis is the vertical axis. Can be obtained from the fiber length distribution curve with the integration frequency.
  • the fiber length distribution curve is a number-based fiber length distribution curve obtained by sequentially integrating carbon fibers having a small fiber length.
  • the fiber length distribution curve can be created by microscopic observation of the carbon fiber X.
  • the fiber length is measured using an electronic microscope or an optical microscope to create a fiber length distribution curve, and the carbon fiber (A) and the carbon fiber (B) are formed. , And the proportion of carbon fiber (C) can be calculated.
  • the average fiber length D50 means a fiber length corresponding to an integration frequency of 50%.
  • the fiber length distribution curve shall be created by excluding fibers having a small fiber length of less than 30 ⁇ m.
  • the carbon fiber X used as a measurement sample can be prepared by isolating it from a heat conductive sheet. Further, after observing the carbon fiber X with an optical microscope to obtain an observation image, the fiber length can be measured using the image analysis software "WinROOF" manufactured by Mitani Shoji Co., Ltd.
  • the carbon fiber X has a high aspect ratio, specifically, the carbon fiber X has an aspect ratio of more than 2, and preferably has an aspect ratio of 5 or more. By making the aspect ratio larger than 2, it becomes easy to orient the carbon fibers in the thickness direction, and it becomes easy to improve the thermal conductivity of the thermal conductive sheet.
  • the upper limit of the aspect ratio is not particularly limited, but is practically 100.
  • the aspect ratio of the carbon fiber means the fiber length / fiber diameter.
  • the content of the carbon fiber X in the heat conductive sheet is preferably 30 to 500 parts by mass, more preferably 50 to 300 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the matrix.
  • the carbon fiber X is preferably composed of two or more types of carbon fibers having different average fiber lengths as raw materials, and more specifically, a short fiber long carbon fiber component having an average fiber length of 50 to 120 ⁇ m and an average fiber. It is preferable to use it in combination with a long fiber long carbon fiber component having a length of more than 120 ⁇ m.
  • the staple fiber long carbon fiber component is preferably 20 to 490 parts by mass, and more preferably 40 to 290 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the matrix.
  • the long fiber long carbon fiber component is preferably 3 to 100 parts by mass, and more preferably 5 to 70 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the matrix.
  • the mass ratio of the short fiber long carbon fiber component to the long fiber long carbon fiber component is preferably 1.5 to 55, and more preferably 3 to 20.
  • the average fiber length of the staple fiber long carbon fiber component is preferably 70 to 115 ⁇ m, more preferably 90 to 110 ⁇ m.
  • the average fiber length of the long fiber long carbon fiber component is preferably 130 to 300 ⁇ m, more preferably 140 to 260 ⁇ m.
  • the average fiber length of each of the short fiber long carbon fiber component and the long fiber long carbon fiber component to be blended as a raw material is measured by measuring the fiber length of 50 arbitrary carbon fibers using an electronic microscope or an optical microscope, and the average thereof.
  • the value can be the average fiber length.
  • the carbon fiber X is preferably graphitized carbon fiber.
  • the graphitized carbon fiber has a crystal plane of graphite connected in the fiber axis direction and has a high thermal conductivity in the fiber axis direction. Therefore, by aligning the fiber axial directions in a predetermined direction, the thermal conductivity in a specific direction can be increased.
  • the carbon fiber X is not particularly limited, but has a thermal conductivity of generally 60 W / m ⁇ K or more, preferably 400 W / m ⁇ K or more, along a direction having anisotropy (that is, a long axis direction). Is.
  • the upper limit of the thermal conductivity of the carbon fiber X is not particularly limited, but is, for example, 2000 W / m ⁇ K or less.
  • the thermal conductivity can be measured by a laser flash method or a method compliant with ASTM D5470.
  • the heat conductive sheet preferably contains scaly carbon powder together with carbon fiber X.
  • scaly carbon powder By containing the scaly carbon powder, the effect of lowering the thermal resistance value by polishing the heat conductive sheet can be further enhanced.
  • the content of the scaly carbon powder in the heat conductive sheet is preferably 1 to 50 parts by mass, more preferably 5 to 40 parts by mass, and 10 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the matrix. Is more preferable.
  • the content of the scaly carbon powder is at least these lower limit values, the effect of lowering the thermal resistance value by polishing the heat conductive sheet can be further enhanced, and when it is at least these upper limit values, the mixed composition described later The viscosity tends to be appropriate, and the orientation of the scaly carbon powder becomes good.
  • the aspect ratio of the scaly carbon powder is more than 2, and the aspect ratio is preferably 5 or more. By making the aspect ratio larger than 2, it becomes easy to orient the scaly carbon powder in the thickness direction, and it becomes easy to improve the thermal conductivity of the thermal conductive sheet.
  • the upper limit of the aspect ratio is not particularly limited, but is practically 100.
  • the aspect ratio of the scaly carbon powder means the length / thickness of the scaly carbon powder in the major axis direction.
  • scaly graphite powder is preferable.
  • the scaly graphite powder has graphite crystal planes connected in the in-plane direction of the scaly plane, and has high thermal conductivity in the in-plane direction. Therefore, by aligning the scale faces in a predetermined direction, the thermal conductivity in a specific direction can be increased.
  • the graphitized carbon material such as the above-mentioned graphitized carbon fiber and scaly graphite powder
  • the following raw materials that have been graphitized can be used.
  • examples thereof include condensed polycyclic hydrocarbon compounds such as naphthalene, condensed heterocyclic compounds such as PAN (polyacrylonitrile) and pitch, and graphitized mesophase pitch, polyimide and polybenzazole having a particularly high degree of graphitization should be used. Is preferable.
  • the mesophase pitch in the spinning process described later, the pitch is oriented in the fiber axis direction due to its anisotropy, and a graphitized carbon fiber having excellent thermal conductivity in the fiber axis direction can be obtained.
  • Graphitized carbon fiber is obtained by sequentially performing each treatment of spinning, insolubilizing and carbonizing the raw material, and then graphitizing it after crushing or cutting it to a predetermined particle size, or graphitizing it after crushing or cutting it after carbonization. Can be used.
  • the shrink polymerization reaction and cyclization reaction are likely to proceed during the graphitization treatment on the surface newly exposed by crushing, so the degree of graphitization is increased and heat conduction is further increased.
  • Graphitized carbon fibers with improved properties can be obtained.
  • the spun carbon fibers are granulated and then crushed, the carbon fibers after graphitization are rigid and easily crushed, and carbon fiber powder having a relatively narrow fiber length distribution can be obtained by crushing in a short time.
  • the thermally conductive sheet of the present invention preferably contains a non-anisotropic filler.
  • the non-asymmetric filler is a heat conductive filler contained in the heat conductive sheet separately from the carbon fiber X, and is a material that imparts heat conductivity to the heat conductive sheet together with the carbon fiber X.
  • the non-anisotropic filler is a filler having substantially no anisotropy in shape, and even in an environment in which the carbon fibers X are oriented in a predetermined direction, such as under the generation of magnetic field lines or the action of shearing force, which will be described later. , A filler that does not orient in its predetermined direction.
  • the non-anisotropic filler has an aspect ratio of 2 or less, preferably 1.5 or less.
  • the filler having thermal conductivity is appropriately interposed in the gaps of the carbon fibers X, and a thermally conductive sheet having high thermal conductivity can be obtained. Further, by setting the aspect ratio to 2 or less, it is possible to prevent the viscosity of the mixed composition described later from increasing and to achieve high filling.
  • non-asymmetric filler examples include metals, metal oxides, metal nitrides, metal hydroxides, carbon materials, non-metal oxides, nitrides, carbides and the like.
  • the shape of the non-anisotropic filler may be spherical or amorphous powder.
  • examples thereof include aluminum, copper, nickel and the like as metals, aluminum oxide (alumina), magnesium oxide, zinc oxide and the like as metal oxides, and aluminum nitride and the like as metal nitrides. Can be done.
  • the metal hydroxide examples include aluminum hydroxide.
  • carbon material examples include spheroidal graphite.
  • the non-asymmetric filler is preferably selected from alumina, aluminum, zinc oxide, boron nitride, and aluminum nitride, and aluminum and alumina are particularly preferable from the viewpoint of filling property and thermal conductivity, and alumina. Is more preferable.
  • the non-anisotropic filler one of the above-mentioned ones may be used alone, or two or more of them may be used in combination.
  • the average particle size of the non-anisotropic filler is preferably 0.1 to 50 ⁇ m, more preferably 0.5 to 35 ⁇ m. Further, it is particularly preferably 1 to 15 ⁇ m. By setting the average particle size to 50 ⁇ m or less, problems such as disturbing the orientation of the carbon fiber X are less likely to occur. Further, by setting the average particle size to 0.1 ⁇ m or more, the specific surface area of the non-anisotropic filler does not become larger than necessary, and the viscosity of the mixed composition does not easily increase even if a large amount is blended. It becomes easier to highly fill the anisotropic filler.
  • the non-anisotropic filler for example, as the non-anisotropic filler, at least two non-anisotropic fillers having different average particle sizes may be used.
  • the average particle size of the non-anisotropic filler can be measured by observing with an electron microscope or the like. More specifically, the particle size of 50 arbitrary non-anisotropic fillers is measured using, for example, an electron microscope or an optical microscope, and the average value (arithmetic mean value) is used as the average particle size. Can be done.
  • the average particle size is the volume average particle size of the particle size distribution measured by the laser diffraction / scattering method (JIS R1629).
  • the content of the non-anisotropic filler is preferably in the range of 100 to 800 parts by mass, and more preferably in the range of 150 to 700 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the matrix.
  • the non-anisotropic filler is 100 parts by mass or more, the amount of the non-anisotropic filler interposed in the gaps between the carbon fibers X is sufficient, and the thermal conductivity is improved.
  • the amount is 800 parts by mass or less, the effect of increasing the heat conductivity according to the content can be obtained, and the non-anisotropic filler may inhibit the heat conduction by the carbon fiber X. not.
  • the content is in the range of 150 to 700 parts by mass, the thermal conductivity of the thermally conductive sheet is excellent, and the viscosity of the mixed composition is also suitable.
  • the heat conductive sheet contains a matrix made of an organic polymer.
  • the matrix is an organic polymer such as an elastomer or rubber, and preferably a liquid polymer composition (curable polymer composition) formed by curing a mixed system such as a main agent and a curing agent is used. It is good to do.
  • the curable polymer composition may be, for example, composed of an uncrosslinked rubber and a crosslinking agent, or may contain a monomer, a prepolymer or the like and a curing agent or the like. Further, the curing reaction may be room temperature curing or thermosetting.
  • Silicone rubber is exemplified as the matrix formed from the curable polymer composition.
  • an addition reaction curable silicone is preferably used as the matrix (curable polymer composition).
  • the curable polymer composition one containing an alkenyl group-containing organopolysiloxane and a hydrogen organopolysiloxane may be used.
  • the rubber various synthetic rubbers other than the above can be used, and specific examples thereof include acrylic rubber, nitrile rubber, isoprene rubber, urethane rubber, ethylene propylene rubber, styrene / butadiene rubber, butadiene rubber, and fluorine. Examples include rubber and butyl rubber.
  • the synthetic rubber may be crosslinked or may remain uncrosslinked (ie, uncured) in the thermally conductive sheet. Uncrosslinked rubber is mainly used in flow orientation.
  • the matrix is a cured polymer composition composed of an uncross-linked rubber made of these synthetic rubbers and a cross-linking agent. Just do it.
  • thermoplastic elastomer such as a polyester-based thermoplastic elastomer or a polyurethane-based thermoplastic elastomer, or a thermosetting elastomer formed by curing a mixed liquid polymer composition composed of a main agent and a curing agent is also used. It is possible. For example, a polyurethane-based elastomer formed by curing a polymer composition containing a polymer having a hydroxyl group and isocyanate can be exemplified.
  • the matrix after curing is particularly flexible, and silicone rubber, especially silicone rubber, is added because it has good filling properties of carbon fibers, scaly carbon powder to be blended as needed, and non-asymmetric filler. It is preferable to use reaction-curable silicone.
  • the polymer composition for forming the matrix may be composed of a single polymer compound, or may be composed of a polymer compound and a plasticizer.
  • the plasticizer is preferably used when synthetic rubber is used, and by containing the plasticizer, it is possible to increase the flexibility of the polymer matrix when it is not crosslinked.
  • the content of the matrix is preferably 20 to 50% by volume, more preferably 25 to 45% by volume, based on the volume-based filling rate (volume filling rate) with respect to the total amount of the heat conductive sheet.
  • additives may be further added to the matrix as long as the function as the heat conductive sheet is not impaired.
  • the additive include at least one selected from a dispersant, a coupling agent, a pressure-sensitive adhesive, a flame retardant, an antioxidant, a colorant, an antioxidant and the like.
  • a crosslinking accelerator, a curing accelerator or the like that promotes crosslinking or curing may be blended as an additive.
  • the heat conductive sheet of the present invention is not particularly limited, but is preferably manufactured by, for example, a method comprising the following steps (A) and (B).
  • step (A) orientation is performed from a mixed composition containing a polymer composition as a raw material for a matrix, carbon fibers X, and a scaly carbon powder and a non-anisotropic filler to be blended as needed. Mold the molded body.
  • the mixed composition is preferably cured to form an oriented molded product.
  • the oriented molded body can be more specifically obtained by a magnetic field orientation manufacturing method or a flow orientation manufacturing method, and among these, the magnetic field orientation manufacturing method is preferable.
  • Magnetic field orientation manufacturing method In the magnetic field orientation manufacturing method, a mixed composition containing a liquid polymer composition that becomes a matrix after curing, carbon fiber X, scaly carbon powder to be blended as necessary, and a non-irometric filler is cast. After injecting into the inside of a container or the like and placing it in a magnetic field, the carbon fiber X and the scaly carbon powder to be blended as needed are oriented along the magnetic field, and then the polymer composition is cured to form an oriented molded body. To get.
  • the oriented molded body is preferably block-shaped.
  • a release film may be placed in a portion of the mold that comes into contact with the mixed composition.
  • the release film for example, a resin film having good peelability or a resin film whose one side is peeled with a release agent or the like is used. By using the release film, the oriented molded body can be easily released from the mold.
  • the viscosity of the mixed composition used in the magnetic field orientation manufacturing method is preferably 10 to 300 Pa ⁇ s in order to align the magnetic field. By setting the content to 10 Pa ⁇ s or more, each filler is less likely to settle. In addition, when it is set to 300 Pa ⁇ s or less, the fluidity becomes good, and the carbon fiber X and the scaly carbon powder to be blended as needed are properly oriented in a magnetic field, and there is a problem that the orientation takes too much time. Does not occur.
  • the viscosity is a viscosity measured at a rotation speed of 10 rpm at 25 ° C. using a rotational viscometer (Brookfield viscometer DV-E, spindle SC4-14).
  • the viscosity of the mixed composition is 10 Pa ⁇ s. It may be less than.
  • examples of the source of magnetic field lines for applying magnetic field lines include superconducting magnets, permanent magnets, and electromagnets, but superconducting magnets are preferable because they can generate a magnetic field having a high magnetic flux density.
  • the magnetic flux density of the magnetic field generated from these magnetic field line generation sources is preferably 1 to 30 tesla. When the magnetic flux density is 1 tesla or more, the carbon fibers can be easily oriented. Further, by setting the content to 30 Tesla or less, it becomes possible to practically manufacture the product.
  • the polymer composition may be cured by heating, but for example, it may be performed at a temperature of about 50 to 150 ° C. The heating time is, for example, about 10 minutes to 3 hours.
  • Flow orientation manufacturing method In the flow orientation method, a shearing force is applied to the mixed composition to produce a preliminary sheet in which carbon fibers X and scaly carbon powder to be blended as needed are oriented in the plane direction, and a plurality of sheets are laminated. It is preferable to manufacture a laminated block and use the laminated block as an orientation molded body. More specifically, in the flow orientation manufacturing method, first, carbon fiber X, a scaly carbon powder to be blended as necessary, a non-anisotropic filler, and various additives are mixed with the polymer composition. Stir to prepare a mixed composition in which the mixed solids are uniformly dispersed.
  • the polymer compound used in the polymer composition may contain a polymer compound that is liquid at room temperature (23 ° C.), or may contain a polymer compound that is solid at room temperature. May be good. Further, the polymer composition may contain a plasticizer.
  • the mixed composition has a relatively high viscosity so that a shearing force is applied when it is stretched into a sheet, and the viscosity of the mixed composition is preferably 3 to 500 Pa ⁇ s.
  • the mixed composition is preferably blended with a solvent in order to obtain the above viscosity.
  • the mixed composition is flatly stretched while applying a shearing force to form a sheet (preliminary sheet).
  • a shearing force By applying a shearing force, the carbon fiber X and the scaly carbon powder to be blended as needed can be oriented in the shearing direction.
  • a sheet forming means for example, a coating applicator such as a bar coater or a doctor blade, extrusion molding, ejection from a nozzle, or the like is used to apply the mixed composition onto the base film, and then, if necessary. It may be dried or the mixed composition may be semi-cured.
  • the thickness of the preliminary sheet is preferably about 50 to 5000 ⁇ m.
  • the carbon fibers X and the scaly carbon powder compounded as needed are oriented in one direction along the surface direction of the sheet.
  • the mixed composition is cured as necessary by heating, irradiation with ultraviolet rays, etc., and the preliminary sheets are pressed against each other by heat pressing or the like. It is preferable to form a laminated block by adhering the laminated block and use the laminated block as an oriented molded body.
  • the oriented molded body obtained in the step (A) is cut by a slice or the like perpendicular to the direction in which the carbon fibers X are oriented to obtain a heat conductive sheet.
  • Slicing may be performed with, for example, a shear blade or a laser.
  • a part of carbon fiber X is exposed from the matrix on each surface which is a cut surface by cutting a slice or the like. Most of the exposed carbon fibers X are oriented in the thickness direction without collapsing.
  • the oriented molded product preferably has a type E hardness of 10 to 80, more preferably 20 to 70, as defined by JIS K6253.
  • E hardness 10 to 80
  • the matrix is more positively cut than the carbon fiber X when slicing the sheet-shaped molded product, and the carbon fiber X can be easily exposed.
  • the heat conductive sheet of the present invention produced through the above steps (A) and (B) can effectively reduce the thermal resistance value by surface polishing, and the heat having a low thermal resistance value can be effectively reduced. It becomes a conductive sheet. Therefore, it is preferable to provide a step (C), which is a step of polishing the surface of the heat conductive sheet, after the steps (A) and (B).
  • the step (C) is a step of polishing the surface of the heat conductive sheet.
  • the exposed surface of the carbon fiber X of the heat conductive sheet obtained in the step (B) is polished.
  • the surface may be polished using, for example, polishing paper, a polishing film, a polishing cloth, a polishing belt, or the like.
  • polishing paper those having an average particle size (D50) of 0.1 to 100 ⁇ m are preferable, and those having an average particle size (D50) of 9 to 60 ⁇ m are more preferable.
  • the particle size of the abrasive grains of the polishing paper is preferably # 120 to 20000, preferably # 300 to 15000, and more preferably # 320 to 4000.
  • polishing paper is continuously abutted against the surface of the heat conductive sheet in the same linear direction for polishing, reciprocating a certain distance for polishing, or rotating in the same direction for polishing. Or, a method such as abutting in various directions and polishing can be used.
  • the degree of polishing may be, for example, while observing the surface condition. For example, in the case of reciprocating polishing, 1 to 300 reciprocations are preferable, 2 to 200 times are more preferable, and 3 to 50 times are further preferable.
  • the carbon fiber X it is preferable to polish the carbon fiber X to such an extent that the protruding length of the carbon fiber X is 100 ⁇ m or less. Further, it is more preferable to polish so that the protruding length is 50 ⁇ m or less.
  • FIG. 3 schematically shows a cross section in the vicinity of the surface.
  • the heat conductive sheet is observed in a region of 1 mm ⁇ 1 mm from the surface, when the depth h in the thickness direction from the highest point P of the sheet to the deepest part Q of the sheet is 100%, from the highest point P
  • the area S occupied by the sheet is 65% or more in the cross section R perpendicular to the thickness direction at the position 40% in the thickness direction of the sheet (that is, the position 0.4h in the thickness direction of the sheet from the highest point P).
  • the thermal resistance value of the heat conductive sheet can be further lowered.
  • the reason for this is not clear, but it means that the heat conductive sheet in such a specific surface state is relatively smooth near the outermost surface of the sheet, which makes it easier to come into contact with a heating element or the like. As a result, it is considered that the thermal resistance value decreases.
  • the area S occupied by the sheet is preferably 66% or more, more preferably 68% or more.
  • the upper limit of the area occupied by the sheet is not particularly limited, but the area S occupied by the sheet is generally 95% or less.
  • the highest point P of the sheet is the highest position portion of the sheet in the observation region, which is usually the tip portion of the carbon fiber X exposed from the surface.
  • the deepest portion Q of the sheet is a portion of the recesses on the sheet surface 10A in the observation region, which is located on the innermost side of the sheet.
  • the area S occupied by the sheet in the cross section R perpendicular to the thickness direction at a position (position of 0.4 h) 40% in the thickness direction of the sheet from the highest point P is the area S occupied by the cross section R (area 1 mm ⁇ 1 mm). It means the ratio of the area where the components (matrix, carbon fiber X, etc.) constituting the sheet are present.
  • the area S occupied by the sheet may be obtained by observing 10 areas of 1 mm ⁇ 1 mm, determining the area occupied by the sheet at each location, and calculating the average value thereof.
  • the heat conductive sheet in which the area S occupied by the sheet is at least a certain level can be obtained, for example, by going through the above-mentioned steps (A) to (C), but the manufacturing method is not particularly limited.
  • the thermal resistance value of the heat conductive sheet is preferably 0.024 ° C. in 2 / W or less, and more preferably 0.022 ° C. in 2 / W or less.
  • the thermal resistance value is a thermal resistance value in the thickness direction of the heat conductive sheet.
  • the heat conductive sheet having such a thermal resistance value is not particularly limited, but can be obtained, for example, by manufacturing the above-mentioned heat conductive sheet having a sheet area S of a certain value or more.
  • the heat conductive sheet of the present invention preferably has a peak arithmetic mean curve (Spc) of 18000 (1 / mm) or less.
  • the arithmetic mean song (Spc) at the peak of the mountain is preferably 17,000 (1 / mm) or less, and more preferably 16000 (1 / mm) or less.
  • the arithmetic mean song (Spc) at the peak of the mountain is preferably 1000 (1 / mm) or more, and more preferably 5000 (1 / mm) or more.
  • the arithmetic mean song (Spc) of the peak is a parameter representing the arithmetic mean of the principal curvature of the peak in the definition region, measured according to ISO25178.
  • This value is small, it means that the points of contact with the heating element or the like are rounded.
  • this value is large, it means that the point of contact with the heating element or the like is sharp.
  • the position of the rounded contact point is not fixed, but for example, the end or end face of the carbon fiber exposed on the surface, or the surface consisting of the end of the carbon fiber and the surface of the matrix is rounded. Can be a contact point.
  • the arithmetic mean curve (Spc) of the peak can be calculated by measuring the surface profile of a predetermined measurement area (for example, a two-dimensional region of 1 mm 2 ) with a commercially available laser microscope.
  • the arithmetic mean curve (Spc) at the top of the mountain 18,000 (1 / mm) or less for example, use abrasive paper with a particle size of # 120 to 20000, and appropriately set the number of polishing times according to the particle size to polish the surface. All you have to do is process it. Further, if necessary, the E hardness of the above-mentioned oriented molded product may be set to about 10 to 80, and this may be sliced into a sheet and subjected to the above-mentioned polishing treatment.
  • the arithmetic mean height (Sa) of the surface of the heat conductive sheet is preferably 20 ⁇ m or less, and more preferably 1 to 15 ⁇ m.
  • the arithmetic mean height (Sa) can be measured using a commercially available surface texture measuring machine, and specifically, can be measured by the method described in Examples.
  • polishing may be performed.
  • the developed area ratio (Sdr) of the interface is preferably 70 or less, and more preferably 1 to 60. Even if the carbon fibers are exposed from the surface of the heat conductive sheet and the surface of the sheet is uneven, the developed area ratio (Sdr) of the interface is 70 or less, so that the surface of the sheet has smoothness and heat is generated. The contact area in close contact with the body and the like is widened, and the thermal resistance value can be reduced.
  • the developed area ratio (Sdr) of the interface is an index showing how much the developed area (surface area) of the defined region increases with respect to the area of the defined region (for example, 1 mm 2 ), and is completely flat. On the other side, the developed area ratio Sdr is 0.
  • the developed area ratio (Sdr) of the interface can be measured by the method described in Examples.
  • the developed area ratio (Sdr) of the interface 70 or less for example, among the polishing papers having a grain size of # 120 to 20000, a relatively coarse grained one is used, and the number of polishings according to the grain size is appropriately set. , The surface may be polished.
  • the thickness of the heat conductive sheet of the present invention may be appropriately selected depending on the shape and application of the electronic device on which the sheet is mounted, but is preferably 50 to 900 ⁇ m, more preferably 50 to 800 ⁇ m. Yes, more preferably 150-400 ⁇ m.
  • the thermal resistance sheet of the present invention can have a thermal resistance value of a certain level or less even in such a relatively thin case.
  • the heat conductive sheet is used inside an electronic device or the like. Specifically, the heat conductive sheet is interposed between the heating element and the heat radiating element, conducts heat generated by the heating element, transfers the heat to the radiating element, and dissipates heat from the radiating element.
  • the heating element include various electronic components such as a power source such as a CPU, a power amplifier, and a battery used inside an electronic device.
  • the radiator include a heat sink, a heat pipe, a heat pump, and a metal housing of an electronic device.
  • the heat conductive sheet is used with both surfaces in close contact with each of the heating element and the heat radiating element and compressed.
  • the physical properties of the heat conductive sheet were evaluated by the following method.
  • the average value when three points were measured for the same sample was adopted as the arithmetic mean song Spc at the peak of the mountain.
  • the arithmetic mean height (Sa) and the development area ratio of the interface (Sdr) are measured at three points with respect to the same sample, and these average values are measured at the arithmetic mean height (Sa) and the development of the interface, respectively.
  • the area ratio (Sdr) was used.
  • the thermal resistance value was measured by the method shown below using a thermal resistance measuring device as shown in FIG. Specifically, for each sample, a test piece S having a size of 30 mm ⁇ 30 mm ⁇ 0.2 mmt was prepared for this test. Then, each test piece S is attached onto a copper block 22 having a measurement surface of 25.4 mm ⁇ 25.4 mm and whose side surface is covered with a heat insulating material 21, sandwiched between the upper copper blocks 23, and loaded by the load cell 26. The thickness was set to be 80% of the original thickness.
  • the lower copper block 22 is in contact with the heater 24.
  • the upper copper block 23 is covered with the heat insulating material 21 and connected to the heat sink 25 with a fan.
  • the heater 24 is heated with a calorific value of 25 W, and 10 minutes after the temperature becomes substantially steady, the temperature of the upper copper block 23 ( ⁇ j0 ), the temperature of the lower copper block 22 ( ⁇ j1 ), and the heater.
  • the calorific value (Q) was measured, and the thermal resistance value of each sample was obtained from the following formula (1).
  • Thermal resistance ( ⁇ j1 - ⁇ j0 ) / Q ⁇ ⁇ ⁇ Equation (1)
  • ⁇ j1 is the temperature of the lower copper block 22
  • ⁇ j0 is the temperature of the upper copper block 23
  • Q is the calorific value.
  • the thermal resistance value was measured by using each of the thermal conductive sheet before polishing and the thermal conductive sheet after polishing as samples, and the thermal resistance value R1 before polishing and the thermal resistance value R2 after polishing were obtained.
  • the thermal resistance value R2 after polishing was evaluated according to the following criteria (evaluation criteria for thermal resistance value R2).
  • AR2 is 0.022 ° C. in 2 / W or less
  • B is 0.022 ° C. in 2 / W or more 0.024 ° C. in 2 / W or less
  • CR2 is 0.024 ° C. in 2 / W or more 0 .026 ° C. in 2 / W or less
  • DR2 is 0.026 ° C. in 2 / W or more
  • the area occupied by the sheet was calculated.
  • the surface of the area of 1 mm ⁇ 1 mm was measured at 10 points, the area occupied by the sheet for each measurement point was obtained, and the average value thereof was calculated and used as the area S occupied by the sheet.
  • the area S occupied by the sheets was determined for each.
  • the following components were used to manufacture the heat conductive sheet.
  • Carbon fiber X Carbon fiber X
  • Carbon fiber 1 Average fiber length 110 ⁇ m, aspect ratio 11, heat conductivity 1200 W / m ⁇ K graphitized carbon fiber
  • Carbon fiber 2 ... average fiber length 150 ⁇ m, aspect ratio 15, heat conductivity 900 W / m ⁇ K Graphitized Carbon Fiber Carbon Fiber 3 ...
  • Example 1 As a matrix (polymer composition), alkenyl group-containing organopolysiloxane and hydrogen organopolysiloxane (100 parts by mass in total), carbon fiber 1 140 parts by mass, carbon fiber 2 10 parts by mass, and scaly graphite powder 20 parts by mass.
  • a mixed composition was obtained by mixing 200 parts by mass of aluminum oxide powder, 100 parts by mass of aluminum powder, and 22 parts by mass of a coupling agent. Subsequently, the mixed composition is injected into a mold set to a thickness sufficiently larger than that of the heat conductive sheet, and an 8T magnetic field is applied in the thickness direction to orient the carbon fibers in the thickness direction. The matrix was cured by heating at 80 ° C.
  • a block-shaped oriented molded body was sliced into a sheet having a thickness of 250 ⁇ m using a shear blade to obtain a heat conductive sheet (before polishing) in which carbon fibers were exposed. Subsequently, both surfaces of the sheet-shaped molded body are reciprocally polished 50 times with coarse polishing paper A (grain size # 320) having an average grain size (D50) of 60 ⁇ m, and the polished heat conductive sheet. Got The thickness of the heat conductive sheet was 200 ⁇ m.
  • Examples 2 to 6, Comparative Examples 1 to 4 A heat conductive sheet was prepared in the same manner as in Example 1 except that the composition of the mixed composition was changed as shown in Table 1.
  • the ratio of the carbon fiber (A) having a fiber length of 100 ⁇ m or less and the ratio of the carbon fiber (B) having a fiber length of 200 ⁇ m or more to the carbon fibers X contained in the sheet are present. It is within the range specified by the invention, and the heat resistance value tends to decrease by polishing, the heat resistance value after polishing is low, and the heat dissipation is excellent. This is because, in each embodiment, the area S occupied by the sheet at a certain depth portion of the polished sheet is a large value, so that the surface texture near the outermost surface of the sheet is relatively smooth. It is thought that it is from.
  • the proportion of the heat conductive sheet of Comparative Example 1 in which the proportion of the carbon fiber (B) having a fiber length of 200 ⁇ m or more is smaller than the amount specified in the present invention, and the proportion of the carbon fiber (A) having a fiber length of 100 ⁇ m or less are
  • the heat conductive sheet of Comparative Example 2 which is smaller than the amount specified in the present invention, has a small effect of lowering the heat resistance value by polishing, and therefore the heat resistance value after polishing is higher than that of the sheet of Example. ..
  • the heat conductive sheets of Comparative Examples 3 and 4 in which the proportion of carbon fibers (B) having a fiber length of 200 ⁇ m or more is larger than the amount specified in the present invention have a large effect of reducing the thermal resistance value by polishing, but the heat before polishing is large. Since the resistance value is high, as a result, the thermal resistance value after polishing is higher than that of the sheet of the example.

Abstract

本発明は、有機高分子からなるマトリクスと炭素繊維Ｘを含み、前記炭素繊維Ｘがシートの厚み方向に配向している熱伝導性シートであって、前記炭素繊維Ｘのうち、繊維長１００μｍ以下の炭素繊維（Ａ）の割合が４０％以上であり、繊維長２００μｍ以上の炭素繊維（Ｂ）の割合が３～１３％である熱伝導性シートである。　本発明によれば、表面を研磨することにより、熱抵抗値が効果的に低減され、熱抵抗値の低いシートとなる熱伝導性シートを提供することができる。

Description

熱伝導性シート
　本発明は、熱伝導性シートに関し、例えば、発熱体と放熱体の間に配置して使用される熱伝導性シートに関する。
　コンピュータ、自動車部品、携帯電話等の電子機器では、半導体素子や機械部品等の発熱体から生じる熱を放熱するためにヒートシンクなどの放熱体が一般的に用いられる。放熱体への熱の伝熱効率を高める目的で、発熱体と放熱体の間には、熱伝導性シートが配置されることが知られている。
　熱伝導性シートは、電子機器内部に配置させるとき圧縮して用いられることが一般的であり、高い柔軟性が求められる。したがって、ゴムやゲルなどの柔軟性の高い高分子マトリクスに、熱伝導性を有する充填材が配合されて構成される。また、熱伝導性シートは、厚さ方向の熱伝導性を高めるために、炭素繊維などの異方性を有する充填材を厚さ方向に配向させることが広く知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
　また特許文献３では、より熱伝導性を高める観点から、炭素繊維などの異方性を有する充填剤がシート面に表出しつつ、シート面の山頂点の算術平均曲（Ｓｐｃ）が一定以下である熱伝導性シートに関する発明が記載されており、実施例では、一定条件下で作成したシートを表面研磨することにより、熱抵抗値を低減できる（すなわち熱伝導性を高めることができる）ことが示されている。
特開２０１８－０５６３１５号公報 特開２０１８－０１４５３４号公報 国際公開第２０２０／０６７１４１号
　上記した特許文献３に記載の発明では、熱抵抗値が比較的低く、放熱性の良好な熱伝導性シートが得られる。しかしながら、近年、電子機器の高度化に伴い発熱量が増大しており、従来よりも、より熱抵抗値の低い熱伝導性シートが求められている。
　そこで、本発明は、従来よりも、熱抵抗値のより低い熱伝導性シートを提供することを目的とする。
　本発明者は、鋭意検討の結果、有機高分子からなるマトリクスと炭素繊維Ｘを含み、前記炭素繊維Ｘがシートの厚み方向に配向している熱伝導性シートであって、炭素繊維Ｘが、繊維長が長い炭素繊維と、繊維長が短い炭素繊維をそれぞれ特定割合含む熱伝導性シートは、表面を研磨することにより、熱抵抗値が効果的に低減され、熱抵抗値の低いシートとなることを見出し、本発明を完成させた。
　すなわち、本発明は、以下の［１］～［６］を提供する。
［１］有機高分子からなるマトリクスと炭素繊維Ｘを含み、前記炭素繊維Ｘがシートの厚み方向に配向している熱伝導性シートであって、前記炭素繊維Ｘのうち、繊維長１００μｍ以下の炭素繊維（Ａ）の割合が４０％以上であり、繊維長２００μｍ以上の炭素繊維（Ｂ）の割合が３～１３％である、熱伝導性シート。
［２］前記炭素繊維Ｘのうち、繊維長５０μｍ以下の炭素繊維（Ｃ）の割合が５％以下である、上記[１]に記載の熱伝導性シート。
［３］さらに鱗片状炭素粉末を含有する、上記［１］又は［２］に記載の熱伝導性シート。
［４］シート表面に前記炭素繊維Ｘの一部が露出しており、１ｍｍ×１ｍｍの領域の表面を観察したときに、シートの最高点から、シートの最深部までの厚み方向の深さを１００％とした場合において、シートの最高点から厚み方向に４０％の位置における厚さ方向に垂直な断面において、シートの占める面積Ｓが６５％以上である、上記［１］～［３］のいずれかに記載の熱伝導性シート。
［５］熱抵抗値が０．０２４℃・ｉｎ２／Ｗ以下である、上記［１］～［４］のいずれかに記載の熱伝導性シート。
［６］厚さが５０～９００μｍである、上記［１］～［５］のいずれかに記載の熱伝導性シート。
　本発明によれば、表面を研磨することにより、熱抵抗値が効果的に低減され、熱抵抗値の低いシートとなる熱伝導性シートを提供することができる。
本発明の熱伝導性シートの一実施形態を示す模式的な断面図である。 本発明の熱伝導性シートの別の実施形態を示す模式的な断面図である。 シートの占める面積Ｓの算出方法についての説明図である。 熱抵抗測定機の概略図である。
[熱伝導性シート]
　本発明の熱伝導性シートは、有機高分子からなるマトリクスと炭素繊維Ｘを含み、前記炭素繊維Ｘがシートの厚み方向に配向している熱伝導性シートであって、前記炭素繊維Ｘのうち、繊維長１００μｍ以下の炭素繊維（Ａ）の割合が４０％以上であり、繊維長２００μｍ以上の炭素繊維（Ｂ）の割合が３～１３％である、熱伝導性シートである。
　以下、本発明の熱伝導性シートについて詳しく説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る熱伝導性シートである。なお、本発明は図面の内容に限定されない。
　本実施形態に係る熱伝導性シート１０は、有機高分子からなるマトリクス１４と炭素繊維Ｘを含んでおり、詳細には、マトリクス１４中に炭素繊維Ｘが分散し、該炭素繊維Ｘは熱伝導性シート１０の厚み方向に配向している。このように、炭素繊維Ｘが配向していることにより、熱伝導性シート１０の熱伝導性が向上する。
　ここで、炭素繊維Ｘが熱伝導性シート１０の厚み方向に配向している状態とは、個数割合で６０％を超える炭素繊維Ｘの長軸方向が、熱伝導性シート１０の厚み方向から２０°以内の範囲に向いている状態をいう。こうした配向の状態は熱伝導性シート１０の厚み方向に沿った断面を電子顕微鏡によって観察することで確認することができる。
　図１に示すように、炭素繊維Ｘは、その一部がシート表面に露出していることが好ましい。これにより、厚さ方向の熱伝導率を高めやすくなり、放熱性が向上する。また、図示していないが、後述するように炭素繊維Ｘと共に、鱗片状炭素粉末を含有してもよい。
　さらに、熱伝導性シート１０は、非異方性充填材１６を含有してもよい。炭素繊維Ｘと共に、非異方性充填材１６を含有することにより、熱伝導パスを形成しやすく、シートの厚み方向の熱伝導性が向上しやすくなる。なお、非異方性充填材１６は本発明において必須の成分ではなく、図２に示すように、非異方性充填材１６を含まない熱伝導性シート２０であってもよい。熱伝導性シート２０は、非異方性充填材１６が含有されない点以外は、熱伝導性シート１０と同様である。
　以下、本発明の熱伝導性シートを構成する各成分について、詳細に説明する。
（炭素繊維Ｘ）
　炭素繊維Ｘは、繊維長の異なる複数の炭素繊維で構成されている。本発明においては、炭素繊維Ｘのうち、繊維長１００μｍ以下の炭素繊維（Ａ）の割合が４０％以上であり、繊維長２００μｍ以上の炭素繊維（Ｂ）の割合が３～１３％である。
　繊維長１００μｍ以下の炭素繊維（Ａ）の割合が４０％未満であると、熱伝導性シートの表面を研磨することによる熱抵抗値の低減効果が低くなる。また、研磨後の熱抵抗値を低くするには、研磨前の熱抵抗値を低くすることが好ましく、そのような観点から、繊維長１００μｍ以下の炭素繊維（Ａ）の割合は好ましくは４３％以上であり、より好ましくは４５％以上であり、さらに好ましくは４７％以上である。
　なお、繊維長１００μｍ以下の炭素繊維（Ａ）の割合とは、炭素繊維Ｘ全体における、繊維長１００μｍ以下の炭素繊維（Ａ）の数の割合を意味する。
　上記した通り、本発明においては、繊維長２００μｍ以上の炭素繊維（Ｂ）の割合が３～１３％である。繊維長２００μｍ以上の炭素繊維（Ｂ）の割合が３％未満であると、熱伝導性シートの研磨による熱抵抗値の低減効果が低くなる。一方、繊維長２００μｍ以上の炭素繊維（Ｂ）の割合が１３％超であると、研磨前の熱抵抗値が高くなるため、結果として研磨後の熱抵抗値も高くなる。
　熱伝導性シートの研磨後の熱抵抗値を低くする観点から、繊維長２００μｍ以上の炭素繊維（Ｂ）の割合は好ましくは３～１１％であり、より好ましくは３～８％であり、さらに好ましくは３～５％である。
　なお、繊維長２００μｍ以上の炭素繊維（Ｂ）の割合とは、炭素繊維Ｘ全体における、繊維長２００μｍ以上の炭素繊維（Ｂ）の数の割合を意味する。
　炭素繊維Ｘのうち、繊維長５０μｍ以下の炭素繊維（Ｃ）の割合は５％以下であることが好ましい。繊維長５０μｍ以下の炭素繊維（Ｃ）の割合が５％以下であることにより、研磨による熱抵抗値の低減効果が向上しやすくなる。炭素繊維（Ｃ）の割合は好ましくは４％以下、より好ましくは３％以下である。
　なお、繊維長５０μｍ以下の炭素繊維（Ｃ）の割合とは、炭素繊維Ｘ全体における、繊維長５０μｍ以下の炭素繊維（Ｃ）の数の割合を意味する。
　炭素繊維Ｘの平均繊維長Ｄ５０は、好ましくは５０～１５０μｍであり、より好ましくは７０～１３０μｍであり、さらに好ましくは８０～１２０μｍである。炭素繊維Ｘの平均繊維長Ｄ５０がこれら下限値以上であると、炭素繊維同士が接触しやすくなり、熱の伝達経路が確保されやすくなる。炭素繊維Ｘの平均繊維長Ｄ５０がこれら上限値以下であると、マトリクス中に炭素繊維を高充填しやすくなる。
　上記した炭素繊維Ｘにおける、炭素繊維（Ａ）、炭素繊維（Ｂ）、及び炭素繊維（Ｃ）の割合、並びに平均繊維長Ｄ５０は、炭素繊維Ｘを試料として、横軸を繊維長、縦軸を積算頻度とした繊維長分布曲線から求めることができる。該繊維長分布曲線は、繊維長の小さい炭素繊維から順次積算して得られる数基準の繊維長分布曲線である。
　繊維長分布曲線は、炭素繊維Ｘの顕微鏡観察により作成することができる。例えば、炭素繊維Ｘを構成する２０００個以上の炭素繊維について、繊維長を電子顕微鏡や光学顕微鏡を用いて測定して、繊維長分布曲線を作成し、炭素繊維（Ａ）、炭素繊維（Ｂ）、及び炭素繊維（Ｃ）の割合を算出できる。また、平均繊維長Ｄ５０は、積算頻度５０％に相当する繊維長を意味する。なお、繊維長分布曲線は、繊維長３０μｍ未満の小さい繊維長の繊維は除外して作成するものとする。より具体的には、測定試料として用いる炭素繊維Ｘは、熱伝導性シートから単離して準備することができる。また、その炭素繊維Ｘを光学顕微鏡で観察して観察像を得てから、三谷商事株式会社製画像解析ソフトウェア「ＷｉｎＲＯＯＦ」を用いて繊維長を計測することができる。
　炭素繊維Ｘは、アスペクト比が高いものであり、具体的にはアスペクト比が２を越えるものであり、アスペクト比は５以上であることが好ましい。アスペクト比を２より大きくすることで、炭素繊維を厚さ方向に配向させやすくなり、熱伝導性シートの熱伝導性を高めやすい。
　また、アスペクト比の上限は、特に限定されないが、実用的には１００である。
　なお、炭素繊維のアスペクト比とは、繊維長／繊維の直径を意味する。
　熱伝導性シートにおける炭素繊維Ｘの含有量は、マトリクス１００質量部に対して、３０～５００質量部であることが好ましく、５０～３００質量部であることがより好ましい。炭素繊維Ｘの含有量をこれら下限値以上とすることにより、熱伝導性を高めやすくなり、上限値以下とすることにより、後述する混合組成物の粘度が適切になりやすく、炭素繊維Ｘの配向性が良好になる。
　炭素繊維Ｘは、平均繊維長の異なる２種以上の炭素繊維を原料として構成されることが好ましく、より具体的には、平均繊維長が５０～１２０μｍの短繊維長炭素繊維成分と、平均繊維長が１２０μｍ超の長繊維長炭素繊維成分とを併用することが好ましい。
　短繊維長炭素繊維成分は、マトリクス１００質量部に対して、好ましくは２０～４９０質量部であり、より好ましくは４０～２９０質量部である。
　長繊維長炭素繊維成分は、マトリクス１００質量部に対して、好ましくは３～１００質量部であり、より好ましくは５～７０質量部である。
　熱伝導性シートの研磨による熱抵抗値の低減効果を高め、研磨後の熱抵抗値を低くする観点から、長繊維長炭素繊維成分に対する短繊維長炭素繊維成分の質量比（短繊維長炭素繊維成分／長繊維長炭素繊維成分）は、好ましくは１．５～５５であり、より好ましくは３～２０である。
　上記短繊維長炭素繊維成分の平均繊維長は、好ましくは７０～１１５μｍであり、より好ましくは９０～１１０μｍである。
　上記長繊維長炭素繊維成分の平均繊維長は、好ましくは１３０～３００μｍであり、より好ましくは１４０～２６０μｍである。
　原料として配合する短繊維長炭素繊維成分及び長繊維長炭素繊維成分のそれぞれの平均繊維長は、電子顕微鏡や光学顕微鏡を用いて、任意の炭素繊維５０個の繊維長を測定して、その平均値を平均繊維長とすることができる。
　炭素繊維Ｘは、黒鉛化炭素繊維であることが好ましい。黒鉛化炭素繊維は、グラファイトの結晶面が繊維軸方向に連なっており、その繊維軸方向に高い熱伝導率を備える。そのため、その繊維軸方向を所定の方向に揃えることで、特定方向の熱伝導率を高めることができる。
　炭素繊維Ｘは、特に限定されないが、異方性を有する方向（すなわち、長軸方向）に沿う熱伝導率が、一般的に６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、好ましくは４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。炭素繊維Ｘの熱伝導率は、その上限は特に限定されないが、例えば２０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。熱伝導率は、レーザーフラッシュ法や、ＡＳＴＭ　Ｄ５４７０に準拠した方法で測定することができる。
　熱伝導性シートは、炭素繊維Ｘと共に、鱗片状炭素粉末を含むことが好ましい。鱗片状炭素粉末を含むことにより、熱伝導性シートの研磨による熱抵抗値の低下効果をより高めることができる。
　熱伝導性シートにおける鱗片状炭素粉末の含有量は、マトリクス１００質量部に対して、１～５０質量部であることが好ましく、５～４０質量部であることがより好ましく、１０～３０質量部であることがより好ましい。鱗片状炭素粉末の含有量がこれら下限値以上であると、熱伝導性シートの研磨による熱抵抗値の低下効果をより高めることができ、これら上限値以下であると、後述する混合組成物の粘度が適切になりやすく、鱗片状炭素粉末の配向性が良好になる。
　鱗片状炭素粉末のアスペクト比は２を越えるものであり、アスペクト比は５以上であることが好ましい。アスペクト比を２より大きくすることで、鱗片状炭素粉末を厚さ方向に配向させやすくなり、熱伝導性シートの熱伝導性を高めやすい。また、アスペクト比の上限は、特に限定されないが、実用的には１００である。鱗片状炭素粉末のアスペクト比は、鱗片状炭素粉末の長軸方向の長さ／厚さを意味する。
　鱗片状炭素粉末としては、鱗片状黒鉛粉末が好ましい。鱗片状黒鉛粉末は、グラファイトの結晶面が鱗片面の面内方向に連なっており、その面内方向に高い熱伝導率を備える。そのため、その鱗片面を所定の方向に揃えることで、特定方向の熱伝導率を高めることができる。
　上記した黒鉛化炭素繊維、鱗片状黒鉛粉末などの黒鉛化炭素材料としては、以下の原料を黒鉛化したものを用いることができる。例えば、ナフタレン等の縮合多環炭化水素化合物、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、ピッチ等の縮合複素環化合物等が挙げられるが、特に黒鉛化度の高い黒鉛化メソフェーズピッチやポリイミド、ポリベンザゾールを用いることが好ましい。例えばメソフェーズピッチを用いることにより、後述する紡糸工程において、ピッチがその異方性により繊維軸方向に配向され、その繊維軸方向へ優れた熱伝導性を有する黒鉛化炭素繊維を得ることができる。
　黒鉛化炭素繊維は、原料に対して紡糸、不融化及び炭化の各処理を順次行い、所定の粒径に粉砕又は切断した後に黒鉛化したものや、炭化後に粉砕又は切断した後に黒鉛化したものを用いることができる。黒鉛化前に粉砕又は切断する場合には、粉砕で新たに表面に露出した表面において黒鉛化処理時に縮重合反応、環化反応が進みやすくなるため、黒鉛化度を高めて、より一層熱伝導性を向上させた黒鉛化炭素繊維を得ることができる。一方、紡糸した炭素繊維を黒鉛化した後に粉砕する場合は、黒鉛化後の炭素繊維が剛いため粉砕し易く、短時間の粉砕で比較的繊維長分布の狭い炭素繊維粉末を得ることができる。
（非異方性充填材）
　本発明の熱伝導性シートは、非異方性充填材を含有することが好ましい。非異方性充填材は、炭素繊維Ｘとは別に熱伝導性シートに含有される熱伝導性充填材であり、炭素繊維Ｘとともに熱伝導性シートに熱伝導性を付与する材料である。非異方性充填材を充填することで、シートへ硬化する前段階において、粘度上昇が抑えられ、分散性が良好となる。また、炭素繊維Ｘ同士では、例えば繊維長が大きくなると充填材同士の接触面積を高くしにくいが、その間を非異方性充填材で埋めることで、伝熱パスを形成でき、熱伝導率の高い熱伝導性シートが得られる。
　非異方性充填材は、形状に異方性を実質的に有しない充填材であり、後述する磁力線発生下又は剪断力作用下など、炭素繊維Ｘが所定の方向に配向する環境下においても、その所定の方向に配向しない充填材である。
　非異方性充填材は、そのアスペクト比が２以下であり、１．５以下であることが好ましい。アスペクト比が低い非異方性充填材が含有されることで、炭素繊維Ｘの隙間に熱伝導性を有する充填材が適切に介在され、熱伝導率の高い熱伝導性シートが得られる。また、アスペクト比を２以下とすることで、後述する混合組成物の粘度が上昇するのを防止して、高充填にすることが可能になる。
　非異方性充填材の具体例は、例えば、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属水酸化物、炭素材料、金属以外の酸化物、窒化物、炭化物などが挙げられる。また、非異方性充填材の形状は、球状、不定形の粉末などが挙げられる。
　非異方性充填材において、金属としては、アルミニウム、銅、ニッケルなど、金属酸化物としては、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化マグネシウム、酸化亜鉛など、金属窒化物としては窒化アルミニウムなどを例示することができる。金属水酸化物としては、水酸化アルミニウムが挙げられる。さらに、炭素材料としては球状黒鉛などが挙げられる。金属以外の酸化物、窒化物、炭化物としては、石英、窒化ホウ素、炭化ケイ素などが挙げられる。
　非異方性充填材は、上記した中でも、アルミナ、アルミニウム、酸化亜鉛、窒化ホウ素、及び窒化アルミニウムから選択されることが好ましく、特に充填性や熱伝導率の観点からアルミニウム、アルミナが好ましく、アルミナがより好ましい。
　非異方性充填材は、上記したものを１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
　非異方性充填材の平均粒径は０．１～５０μｍであることが好ましく、０．５～３５μｍであることがより好ましい。また、１～１５μｍであることが特に好ましい。平均粒径を５０μｍ以下とすることで、炭素繊維Ｘの配向を乱すなどの不具合が生じにくくなる。また、平均粒径を０．１μｍ以上とすることで、非異方性充填材の比表面積が必要以上に大きくならず、多量に配合しても混合組成物の粘度は上昇しにくく、非異方性充填材を高充填しやすくなる。
　非異方性充填材は、例えば、非異方性充填材として、少なくとも２つの互いに異なる平均粒径を有する非異方性充填材を使用してもよい。
　なお、非異方性充填材の平均粒径は、電子顕微鏡等で観察して測定できる。より具体的には、例えば電子顕微鏡や光学顕微鏡を用いて、任意の非異方性充填材５０個の粒径を測定して、その平均値（相加平均値）を平均粒径とすることができる。あるいは平均粒径は、レーザー回折散乱法（ＪＩＳ　Ｒ１６２９）により測定した粒度分布の体積平均粒径である。
　非異方性充填材の含有量は、マトリクス１００質量部に対して、１００～８００質量部の範囲であることが好ましく、１５０～７００質量部の範囲であることがより好ましい。
　非異方性充填材は、１００質量部以上とすることで、炭素繊維Ｘ同士の隙間に介在する非異方性充填材の量が十分となり、熱伝導性が良好になる。一方、８００質量部以下とすることで、含有量に応じた熱伝導性を高める効果を得ることができ、また、非異方性充填材により炭素繊維Ｘによる熱伝導を阻害したりすることもない。さらに、１５０～７００質量部の範囲内にすることで、熱伝導性シートの熱伝導性に優れ、混合組成物の粘度も好適となる。
（マトリクス）
　熱伝導性シートは有機高分子からなるマトリクスを含む。マトリクスは、エラストマーやゴム等の有機高分子であり、好ましくは主剤と硬化剤のような混合系からなる液状の高分子組成物（硬化性高分子組成物）を硬化して形成したものを使用するとよい。硬化性高分子組成物は、例えば、未架橋ゴムと架橋剤からなるものであってもよいし、モノマー、プレポリマーなどと硬化剤などを含むものであってもよい。また、上記硬化反応は常温硬化であっても、熱硬化であっても良い。
　硬化性高分子組成物から形成されるマトリクスは、シリコーンゴムが例示される。シリコーンゴムの場合、マトリクス（硬化性高分子組成物）としては、好ましくは、付加反応硬化型シリコーンを使用する。また、より具体的には、硬化性高分子組成物として、アルケニル基含有オルガノポリシロキサンとハイドロジェンオルガノポリシロキサンとを含むものを使用すればよい。
　ゴムとしては、上記以外にも各種の合成ゴムを使用可能であり、具体例には、例えば、アクリルゴム、ニトリルゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム等が挙げられる。これらゴムを使用する場合、合成ゴムは、熱伝導性シートにおいて、架橋されてもよいし、未架橋（すなわち、未硬化）のままでもよい。未架橋のゴムは、主に流動配向にて使用される。
　また、架橋（すなわち、硬化）される場合には、上記で説明したとおり、マトリクスは、これら合成ゴムからなる未架橋ゴムと、架橋剤とからなる硬化性高分子組成物を硬化したものとすればよい。
　また、エラストマーとしては、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマーなど熱可塑性エラストマーや、主剤と硬化剤からなる混合系の液状の高分子組成物を硬化して形成する熱硬化型エラストマーも使用可能である。例えば、水酸基を有する高分子とイソシアネートとを含む高分子組成物を硬化して形成するポリウレタン系エラストマーを例示できる。
　上記した中では、例えば硬化後のマトリクスが特に柔軟であり、炭素繊維や必要に応じて配合される鱗片状炭素粉末、非異方性充填材の充填性が良い点から、シリコーンゴム、特に付加反応硬化型シリコーンを用いることが好ましい。
　また、マトリクスを形成するための高分子組成物は、高分子化合物単体からなるものでもよいが、高分子化合物と可塑剤とからなるものでもよい。可塑剤は、合成ゴムを使用する場合に好適に使用され、可塑剤を含むことで、未架橋時の高分子マトリクスの柔軟性を高めることが可能である。
　マトリクスの含有量は、体積基準の充填率（体積充填率）で表すと、熱伝導性シート全量に対して、好ましくは２０～５０体積％、より好ましくは２５～４５体積％である。
（添加剤）
　熱伝導性シートにおいて、マトリクスには、さらに熱伝導性シートとしての機能を損なわない範囲で種々の添加剤を配合させてもよい。添加剤としては、例えば、分散剤、カップリング剤、粘着剤、難燃剤、酸化防止剤、着色剤、沈降防止剤などから選択される少なくとも１種以上が挙げられる。また、上記したように硬化性高分子組成物を架橋、硬化などさせる場合には、添加剤として、架橋、硬化を促進させる架橋促進剤、硬化促進剤などが配合されてもよい。
[熱伝導性シートの製造方法]
　本発明の熱伝導性シートは、特に限定されないが、例えば、以下の工程（Ａ）、及び（Ｂ）を備える方法により製造することが好ましい。
　工程（Ａ）：熱伝導性シートにおいて厚さ方向となる一方向に沿って、炭素繊維Ｘが配向された配向成形体を得る工程
　工程（Ｂ）：配向成形体を切断してシート状にして、熱伝導性シートを得る工程
　以下、各工程について、より詳細に説明する。
＜工程（Ａ）＞
　工程（Ａ）では、例えば、マトリクスの原料となる高分子組成物と、炭素繊維Ｘと、必要に応じて配合される鱗片状炭素粉末及び非異方性充填材とを含む混合組成物から配向成形体を成形する。混合組成物は、好ましくは硬化して配向成形体とする。配向成形体は、より具体的には磁場配向製法、流動配向製法により得ることができるが、これらの中では、磁場配向製法が好ましい。
（磁場配向製法）
　磁場配向製法では、硬化後にマトリクスとなる液状の高分子組成物と、炭素繊維Ｘと、必要に応じて配合される鱗片状炭素粉末及び非異方性充填材とを含む混合組成物を注型容器などの内部に注入したうえで磁場に置き、炭素繊維Ｘ及び必要に応じて配合される鱗片状炭素粉末を磁場に沿って配向させた後、高分子組成物を硬化させることで配向成形体を得る。配向成形体としてはブロック状のものとすることが好ましい。
　また、金型内部において、混合組成物に接触する部分には、剥離フィルムを配置してもよい。剥離フィルムは、例えば、剥離性の良い樹脂フィルムや、片面が剥離剤などで剥離処理された樹脂フィルムが使用される。剥離フィルムを使用することで、配向成形体が金型から離型しやすくなる。
　磁場配向製法において使用する混合組成物の粘度は、磁場配向させるために、１０～３００Ｐａ・ｓであることが好ましい。１０Ｐａ・ｓ以上とすることで、各充填材が沈降しにくくなる。また、３００Ｐａ・ｓ以下とすることで流動性が良好になり、磁場で炭素繊維Ｘ及び必要に応じて配合される鱗片状炭素粉末が適切に配向され、配向に時間がかかりすぎたりする不具合も生じない。なお、粘度とは、回転粘度計（ブルックフィールド粘度計ＤＶ－Ｅ、スピンドルＳＣ４－１４）を用いて２５℃において、回転速度１０ｒｐｍで測定された粘度である。
　ただし、沈降し難い炭素繊維Ｘ、鱗片状炭素粉末、又は非異方性充填材を用いたり、沈降防止剤等の添加剤を組合せたりする場合には、混合組成物の粘度は、１０Ｐａ・ｓ未満としてもよい。
　磁場配向製法において、磁力線を印加するための磁力線発生源としては、超電導磁石、永久磁石、電磁石等が挙げられるが、高い磁束密度の磁場を発生することができる点で超電導磁石が好ましい。これらの磁力線発生源から発生する磁場の磁束密度は、好ましくは１～３０テスラである。磁束密度を１テスラ以上とすると、炭素繊維を容易に配向させることが可能になる。また、３０テスラ以下にすることで、実用的に製造することが可能になる。
　高分子組成物の硬化は、加熱により行うとよいが、例えば、５０～１５０℃程度の温度で行うとよい。また、加熱時間は、例えば１０分～３時間程度である。
（流動配向製法）
　流動配向製法では、混合組成物に剪断力をかけて、面方向に炭素繊維Ｘ及び必要に応じて配合される鱗片状炭素粉末が配向された予備的シートを製造し、これを複数枚積層して積層ブロックを製造して、その積層ブロックを配向成形体とするとよい。
　より具体的には、流動配向製法では、まず、高分子組成物に炭素繊維Ｘ、及び必要に応じて配合される鱗片状炭素粉末、非異方性充填材、並びに種々の添加剤を混入し攪拌し、混入させた固形物が均質に分散した混合組成物を調製する。ここで、高分子組成物に使用する高分子化合物は、常温（２３℃）で液状の高分子化合物を含むものであってもよいし、常温で固体状の高分子化合物を含むものであってもよい。また、高分子組成物は、可塑剤を含有していてもよい。
　混合組成物は、シート状に伸長させるときに剪断力がかかるように比較的高粘度であり、混合組成物の粘度は、具体的には３～５００Ｐａ・ｓであることが好ましい。混合組成物は、上記粘度を得るために、溶剤が配合されることが好ましい。
　次に、混合組成物に対して剪断力を付与しながら平たく伸長させてシート状（予備的シート）に成形する。剪断力をかけることで、炭素繊維Ｘ及び必要に応じて配合される鱗片状炭素粉末を剪断方向に配向させることができる。シートの成形手段として、例えば、バーコータやドクターブレード等の塗布用アプリケータ、もしくは、押出成形やノズルからの吐出等により、基材フィルム上に混合組成物を塗工し、その後、必要に応じて乾燥したり、混合組成物を半硬化させたりするとよい。予備的シートの厚さは、５０～５０００μｍ程度とすることが好ましい。予備的シートにおいて、炭素繊維Ｘ及び必要に応じて配合される鱗片状炭素粉末はシートの面方向に沿う一方向に配向している。
　次いで、予備的シートを、配向方向が同じになるように複数枚重ねて積層した後、加熱、紫外線照射などにより混合組成物を必要に応じて硬化させつつ、熱プレス等により予備的シートを互いに接着させることで積層ブロックを形成し、その積層ブロックを配向成形体とするとよい。
＜工程（Ｂ）＞
　工程（Ｂ）では、工程（Ａ）にて得られた配向成形体を、炭素繊維Ｘが配向する方向に対して垂直に、スライスなどにより切断して、熱伝導性シートを得る。スライスは、例えばせん断刃やレーザーなどで行うとよい。熱伝導性シートは、スライスなどの切断により、切断面である各表面においてマトリクスから炭素繊維Ｘの一部が露出する。露出する炭素繊維Ｘは、ほとんどが倒れずに厚さ方向に配向したものとなる。
　ここで、配向成形体は、ＪＩＳ　Ｋ６２５３で規定するタイプＥ硬度が１０～８０であることが好ましく、２０～７０であることがより好ましい。Ｅ硬度が１０～８０であると、シート状成形体をスライスする際に、炭素繊維Ｘよりもマトリクスの方が積極的に切断され、炭素繊維Ｘを露出させ易くすることができる。
　上記した工程（Ａ）及び（Ｂ）を経て製造された本発明の熱伝導性シートは、上記したとおり、表面研磨することにより、効果的に熱抵抗値を低減でき、熱抵抗値の低い熱伝導性シートとなる。したがって、工程（Ａ）及び（Ｂ）の後に、熱伝導性シートの表面を研磨する工程である工程（Ｃ）を設けることが好ましい。
＜工程（Ｃ）＞
　工程（Ｃ）は、熱伝導性シートの表面を研磨する工程である工程である。
　工程（Ｃ）では、工程（Ｂ）で得られた熱伝導性シートの炭素繊維Ｘが露出した表面を研磨する。表面の研磨は、例えば、研磨紙や研磨フィルム、研磨布、研磨ベルト等を使用して行うとよい。
　研磨紙の性状としては、含有する砥粒の平均粒径（Ｄ５０）が０．１～１００μｍのものが好ましく、９～６０μｍのものがより好ましい。また、研磨紙の砥粒の粒度としては、♯１２０～２００００であることが好ましく、♯３００～１５０００であることが好ましく、♯３２０～４０００であることがより好ましい。
　研磨方法は、熱伝導性シートの表面に対して、例えば研磨紙を同一直線方向に連続して当接し研磨するほか、一定距離を往復して研磨したり、同一方向に回転して研磨をしたり、様々な方向に当接して研磨したり、といった方法を用いることができる。
　また、研磨の程度は、例えば、表面状態を観察しながら行えばよいが、例えば往復研磨の場合は、１～３００回の往復が好ましく、２～２００回がより好ましく、３～５０回がさらに好ましく、具体的には、炭素繊維Ｘの突出する長さが１００μｍ以下になる程度に研磨することが好ましい。更には突出する長さが５０μｍ以下になる程度に研磨することがより好ましい。
[熱伝導性シートの表面状態]
　本発明の熱伝導性シートは、前記したとおり、シート表面に炭素繊維Ｘの一部が露出していることが好ましい。これに加え、熱伝導性シートの表面状態が以下のとおりであることが、熱抵抗値を低くする観点から好ましい。
　熱伝導性シートの好適な表面状態について、表面近傍の断面を模式的に示した図３により説明する。熱伝導性シートを表面から１ｍｍ×１ｍｍの領域で観察した際において、シートの最高点Ｐから、シートの最深部Ｑまでの厚み方向の深さｈを１００％とした場合において、最高点Ｐからシートの厚み方向に４０％の位置（すなわち最高点Ｐからシートの厚み方向に０．４ｈの位置）における厚さ方向に垂直な断面Ｒにおいて、シートの占める面積Ｓが６５％以上であることが好ましい。
　シートの占める面積Ｓが６５％以上であると、熱伝導性シートの熱抵抗値をより低くすることができる。この理由は定かではないが、このような特定の表面状態の熱伝導性シートは、シートの最表面近傍で比較的平滑であることを意味しており、これにより発熱体などと接触しやすくなり、その結果、熱抵抗値が低下すると考えられる。
　熱抵抗値をより低下させる観点から、シートの占める面積Ｓは、好ましくは６６％以上であり、より好ましくは６８％以上である。また上記したシートの占める面積の上限は特に限定されないが、一般にはシートの占める面積Ｓは９５％以下である。
　シートの最高点Ｐは、観察領域において、シートの最も高い位置にある部分であり、通常は表面から露出している炭素繊維Ｘの先端部分となる。シートの最深部Ｑは、観察領域におけるシート表面１０Ａにおける凹部のうち最もシート内部側に位置する部分である。
　また、最高点Ｐからシートの厚み方向に４０％の位置（０．４ｈの位置）における厚さ方向に垂直な断面Ｒにおけるシートの占める面積Ｓとは、断面Ｒ（面積　１ｍｍ×１ｍｍ）において、シートを構成する成分（マトリクス、炭素繊維Ｘなど）が存在する面積の割合を意味する。
　なおシートの占める面積Ｓは、１ｍｍ×１ｍｍの領域を１０箇所観察して、それぞれの箇所において上記したシートの占める面積を求め、それらの平均値として求めればよい。
　シートの占める面積Ｓが一定以上である熱伝導性シートは、例えば、上記した工程（Ａ）～工程（Ｃ）を経ることより得られるが、製法は特に限定されるものではない。
　熱伝導性シートの熱抵抗値は、好ましくは０．０２４℃・ｉｎ２／Ｗ以下であり、より好ましくは０．０２２℃・ｉｎ２／Ｗ以下である。熱抵抗値がこのような値であると、発熱体から放熱体へ熱を伝達させやすい熱伝導性シートとなる。熱抵抗値は小さければ小さいほどよいが、通常は０．００１℃・ｉｎ２／Ｗ以上である。なお、該熱抵抗値は、熱伝導性シートの厚み方向の熱抵抗値である。
　このような熱抵抗値を有する熱伝導性シートは、特に限定されないが、例えば、上記したシート面積Ｓが一定以上である熱伝導性シートを製造することにより得られる。
＜表面各種パラメーター（Ｓｐｃ、Ｓａ、Ｓｄｒ）＞
　本発明の熱伝導性シートは、山頂点の算術平均曲（Ｓｐｃ）が１８０００（１／ｍｍ）以下であることが好ましい。山頂点の算術平均曲（Ｓｐｃ）が１８０００（１／ｍｍ）以下であると、発熱体等と密着する接触面積が広くなり、熱抵抗値を低減できる。
　山頂点の算術平均曲（Ｓｐｃ）は、１７０００（１／ｍｍ）以下であることが好ましく、１６０００（１／ｍｍ）以下であることがより好ましい。また、山頂点の算術平均曲（Ｓｐｃ）は、１０００（１／ｍｍ）以上であることが好ましく、５０００（１／ｍｍ）以上であることがより好ましい。
　山頂点の算術平均曲（Ｓｐｃ）は、ＩＳＯ２５１７８に準拠して測定される、定義領域中における山頂点の主曲率の算術平均を表すパラメータである。この値が小さいことは、発熱体等と接触する点が丸みを帯びていることを示す。一方、この値が大きいことは、発熱体等と接触する点が尖っていることを示す。
　なお、丸みを帯びた接触点の位置は定かではないが、例えば、表面に露出した炭素繊維の端部若しくは端面、あるいは、炭素繊維の端部とマトリクスの表面とからなる面が、丸みを帯びた接触点になり得る。
　また、山頂点の算術平均曲（Ｓｐｃ）は、所定の測定面積（例えば１ｍｍ２の二次元領域）の表面プロファイルを市販のレーザー顕微鏡で測定することにより算出することができる。
　山頂点の算術平均曲（Ｓｐｃ）が１８０００（１／ｍｍ）以下とするには、例えば、粒度＃１２０～２００００の研磨紙を用い、粒度に応じた研磨回数を適宜設定して、表面の研磨処理を行えばよい。また、必要に応じて上記した配向成形体のＥ硬度を１０～８０程度としこれをシート状にスライスし、上記の研磨処理を行ってもよい。
　熱伝導性シートの表面の算術平均高さ（Ｓａ）が２０μｍ以下であることが好ましく、１～１５μｍであることがより好ましい。算術平均高さ（Ｓａ）が２０μｍ以下であることで、シート表面が平滑性を有し、発熱体等と密着する接触面積が広くなり、熱抵抗値を低減できる。算術平均高さ（Ｓａ）は、市販の表面性状測定機を利用して測定することが可能で、具体的には実施例に記載の方法で測定することができる。
　算術平均高さ（Ｓａ）を２０μｍ以下とするには、例えば、粒度＃１２０～２００００の研磨紙のうち比較的粒度の粗いものを用い、粒度に応じた研磨回数を適宜設定して、表面の研磨処理を行えばよい。
　また、熱伝導性シートの表面は、界面の展開面積比（Ｓｄｒ）は７０以下であることが好ましく、１～６０であることがより好ましい。熱伝導性シートの表面から炭素繊維が露出してシート表面が凸凹した状態であっても、界面の展開面積比（Ｓｄｒ）が７０以下であることで、シート表面に平滑性を有し、発熱体等と密着する接触面積が広くなり、熱抵抗値を低減できる。
　なお、界面の展開面積比（Ｓｄｒ）は、定義領域の展開面積（表面積）が、定義領域の面積（例えば１ｍｍ２）に対してどれだけ増大しているかを示す指標であって、完全に平坦な面は展開面積比Ｓｄｒが０となる。界面の展開面積比（Ｓｄｒ）は実施例に記載の方法で測定することができる。
　また、界面の展開面積比（Ｓｄｒ）を７０以下とするには、例えば、粒度＃１２０～２００００の研磨紙のうち比較的粒度の粗いものを用い、粒度に応じた研磨回数を適宜設定して、表面の研磨処理を行えばよい。
[厚さ]
　本発明の熱伝導性シートの厚さは、該シートが搭載される電子機器の形状や用途に応じて適宜選択されればよいが、好ましくは５０～９００μｍであり、より好ましくは５０～８００μｍであり、さらに好ましくは１５０～４００μｍである。本発明の熱伝導性シートは、このように比較的薄い場合であったとしても、熱抵抗値を一定以下とすることができる。
[用途]
　熱伝導性シートは、電子機器内部などにおいて使用される。具体的には、熱伝導性シートは、発熱体と放熱体との間に介在させられ、発熱体で発した熱を熱伝導して放熱体に移動させ、放熱体から放熱させる。ここで、発熱体としては、電子機器内部で使用されるＣＰＵ、パワーアンプ、バッテリー等の電源などの各種の電子部品が挙げられる。また、放熱体は、ヒートシンク、ヒートパイプ、ヒートポンプ、電子機器の金属筐体などが挙げられる。熱伝導性シートは、両表面それぞれが、発熱体及び放熱体それぞれに密着し、かつ圧縮して使用される。
　以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
　本実施例では、以下の方法により熱伝導性シートの物性を評価した。
[各繊維長別の炭素繊維の割合、平均繊維長Ｄ５０]
　熱伝導性シートに含有される炭素繊維Ｘについて、繊維長１００μｍ以下の炭素繊維（Ａ）の割合、繊維長２００μｍ以上の炭素繊維（Ｂ）の割合、繊維長５０μｍ以下の炭素繊維（Ｃ）の割合を以下のとおり算出した。
　研磨後の熱伝導性シートからシリコーン溶解剤（関東化学株式会社製ＫＳＲ－１)を用いて炭素繊維Ｘを単離した。そして、該単離物を光学顕微鏡（株式会社キーエンス製デジタルマイクロスコープＶＨＸ－９００）を用いて観察像（画像）を得てから、画像解析ソフトウェアＷｉｎＲＯＯＦ２０１５（三谷商事株式会社製）により、約２０００個の個々の炭素繊維の繊維長を計測した。続いて、横軸を繊維長、縦軸を積算頻度（数基準）とした繊維長分布曲線を得た。そして、該繊維長分布曲線により、炭素繊維Ｘにおける、炭素繊維（Ａ）、炭素繊維（Ｂ）、炭素繊維（Ｃ）の割合をそれぞれ求めた。なお、このとき繊維長分布曲線は、繊維長３０μｍ未満の小さい繊維長の繊維は除外して作成した。
　また、上記のとおり得られた繊維長分布曲線により、炭素繊維Ｘの平均繊維長Ｄ５０を求めた。
［山頂点の算術平均曲（Ｓｐｃ）、算術平均高さ（Ｓａ）、界面の展開面積比（Ｓｄｒ）］
　研磨後の熱伝導性シートの山頂点の算術平均曲（Ｓｐｃ）、算術平均高さ（Ｓａ）、及び界面の展開面積比（Ｓｄｒ）について以下のとおり測定した。
　レーザー顕微鏡（株式会社キーエンス製、ＶＫ－Ｘ１５０）を用いた表面性状解析により、ＩＳＯ２５１７８に準拠して行った。具体的には、レンズ倍率１０倍で、表面積１０００μｍ×１０００μｍの二次元領域の表面プロファイルを、レーザー法により測定した。同一サンプルに対して３か所測定したときの平均値を山頂点の算術平均曲Ｓｐｃとして採用した。
　算術平均高さ（Ｓａ）及び界面の展開面積比（Ｓｄｒ）についても、同様に同一サンプルに対して３か所測定し、これらの平均値をそれぞれ、算術平均高さ（Ｓａ）及び界面の展開面積比（Ｓｄｒ）とした。
［熱抵抗値］
　熱抵抗値は、図４に示すような熱抵抗測定機を用い、以下に示す方法で測定した。
　具体的には、各試料について、本試験用に大きさが３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．２ｍｍｔの試験片Ｓを作製した。そして各試験片Ｓを、測定面が２５．４ｍｍ×２５．４ｍｍで側面が断熱材２１で覆われた銅製ブロック２２の上に貼付し、上方の銅製ブロック２３で挟み、ロードセル２６によって荷重をかけて、厚さが元の厚さの８０％となるように設定した。ここで、下方の銅製ブロック２２はヒーター２４と接している。また、上方の銅製ブロック２３は、断熱材２１によって覆われ、かつファン付きのヒートシンク２５に接続されている。次いで、ヒーター２４を発熱量２５Ｗで発熱させ、温度が略定常状態となる１０分後に、上方の銅製ブロック２３の温度（θｊ０）、下方の銅製ブロック２２の温度（θｊ１）、及びヒーターの発熱量（Ｑ）を測定し、以下の式（１）から各試料の熱抵抗値を求めた。
　　　熱抵抗＝（θｊ１－θｊ０）／Ｑ　　　　　・・・　式（１）
　式（１）において、θｊ１は下方の銅製ブロック２２の温度、θｊ０は上方の銅製ブロック２３の温度、Ｑは発熱量である。
　熱抵抗値の測定は、研磨前の熱伝導性シート及び研磨後の熱伝導性シートのそれぞれを試料として行い、研磨前の熱抵抗値Ｒ１、研磨後の熱抵抗値Ｒ２を求めた。
　研磨後の熱抵抗値Ｒ２について以下の基準で評価した
（熱抵抗値Ｒ２の評価基準）
Ａ　　Ｒ２が０．０２２℃・ｉｎ２／Ｗ以下
Ｂ　　Ｒ２が０．０２２℃・ｉｎ２／Ｗ超０．０２４℃・ｉｎ２／Ｗ以下
Ｃ　　Ｒ２が０．０２４℃・ｉｎ２／Ｗ超０．０２６℃・ｉｎ２／Ｗ以下
Ｄ　　Ｒ２が０．０２６℃・ｉｎ２／Ｗ超
　熱抵抗改善率（％）を下記式より算出し、以下の基準で評価した。なお熱抵抗改善率が高いほど、研磨による熱抵抗の低下効果が高いことを意味する。
熱抵抗改善率（％）＝１００×（Ｒ１－Ｒ２）／Ｒ１
（熱抵抗改善率（％）の評価基準）
Ａ　　熱抵抗改善率が４５％以上
Ｂ　　熱抵抗改善率が４０％以上４５％未満
Ｃ　　熱抵抗改善率が３０％以上４０％未満
Ｄ　　熱抵抗改善率が３０％未満
[シートの占める面積Ｓ]
　レーザー顕微鏡（株式会社キーエンス製、ＶＫ－Ｘ１５０）を用いた表面性状を解析により、熱伝導性シートの１ｍｍ×１ｍｍの領域の表面を観察して、得られた高さＭＡＰを画像解析ソフトウェアＷｉｎＲＯＯＦ２０１５（三谷商事株式会社製）で解析することで各厚み方向の位置における面積の割合を計測した。そして、その計測結果から、シートの最高点と、シートの最深部までの厚み方向の深さを１００％として、シートの最高点から厚み方向に４０％の位置における厚さ方向に垂直な断面において、シートの占める面積を求めた。１ｍｍ×１ｍｍの領域の表面を１０箇所測定して、それぞれの測定箇所についてシートの占める面積を求め、それらの平均値を算出し、シートの占める面積Ｓとした。研磨前の熱伝導性シートと研磨後の熱伝導性シートを試料として、それぞれについてシートの占める面積Ｓを求めた。
［配向率］
　作製した熱伝導性シートの断面を電子顕微鏡により観察し、１００個の炭素繊維を抽出し、１００個中、シートの厚み方向に配向している炭素繊維の数を求めた。６１個（６１％）以上が配向しているものをＡとし、６０個（６０％）未満のものをＢとした。
　なお、炭素繊維の長軸方向が、熱伝導性シートの厚み方向から２０°以内の範囲に向いているものを配向していると判断した。
　熱伝導性シートを製造には、以下の各成分を使用した。
（マトリクス）
　主剤としてアルケニル基含有オルガノポリシロキサン、硬化剤としてハイドロジェンオルガノポリシロキサンを含む付加反応型オルガノポリシロキサン
（炭素繊維Ｘ）
　以下の炭素繊維を使用した。
　炭素繊維１・・・平均繊維長１１０μｍ、アスペクト比１１、熱伝導率１２００Ｗ／ｍ・Ｋの黒鉛化炭素繊維
　炭素繊維２・・・平均繊維長１５０μｍ、アスペクト比１５、熱伝導率９００Ｗ／ｍ・Ｋの黒鉛化炭素繊維
　炭素繊維３・・・平均繊維長２００μｍ、アスペクト比２０、熱伝導率１２００Ｗ／ｍ・Ｋの黒鉛化炭素繊維
　鱗片状黒鉛粉末・・鱗片状、平均粒径１３０μｍ、アスペクト比１０、熱伝導率５５０Ｗ／ｍ・Ｋ
　酸化アルミニウム粉末・・球状、平均粒径３μｍ、アスペクト比１．０
　アルミニウム粉末・・不定形、平均粒径３μｍ
　カップリング剤・・ｎ－デシルトリメトキシシラン
［実施例１］
　マトリクス（高分子組成物）として、アルケニル基含有オルガノポリシロキサンとハイドロジェンオルガノポリシロキサン（合計で１００質量部）と、炭素繊維１　１４０質量部、炭素繊維２　１０質量部、鱗片状黒鉛粉末２０質量部、酸化アルミニウム粉末２００質量部、アルミニウム粉末１００質量部、及びカップリング剤２２質量部を混合して混合組成物を得た。
　続いて、熱伝導性シートよりも充分に大きな厚さに設定された金型に上記混合組成物を注入し、８Ｔの磁場を厚さ方向に印加して炭素繊維を厚さ方向に配向した後に、８０℃で６０分間加熱することでマトリクスを硬化して、ブロック状の配向成形体を得た。
　次に、せん断刃を用いて、ブロック状の配向成形体を厚さ２５０μｍのシート状にスライスすることにより、炭素繊維が露出している熱伝導性シート（研磨前）を得た。
　続いて、シート状成形体の両表面を、砥粒の平均粒径（Ｄ５０）が６０μｍである粗目の研磨紙Ａ（粒度＃３２０）により５０回往復研磨して、研磨後の熱伝導性シートを得た。該熱伝導性シートの厚みは２００μｍであった。
［実施例２～６、比較例１～４］
　混合組成物の組成を表１のとおりに変更した以外は実施例１と同様にして熱伝導性シートを作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　実施例１～６の熱伝導性シートは、該シートに含有される炭素繊維Ｘのうち繊維長１００μｍ以下の炭素繊維（Ａ）の割合及び繊維長２００μｍ以上の炭素繊維（Ｂ）の割合が本発明で規定する範囲であり、研磨することにより熱抵抗値が低下しやすく、かつ研磨後の熱抵抗値が低く放熱性に優れるものであった。これは、各実施例において、研磨後のシートの一定の深さ部分におけるシートが占める面積Ｓが大きい値となっていることより、シートの最表面近傍の表面性状が比較的平滑になっているからと考えられる。
　これに対して、繊維長２００μｍ以上の炭素繊維（Ｂ）の割合が本発明で規定する量よりも少ない比較例１の熱伝導性シート、及び繊維長１００μｍ以下の炭素繊維（Ａ）の割合が本発明で規定する量よりも少ない比較例２の熱伝導性シートは、研磨することによる熱抵抗値の低下効果が小さく、そのため研磨後の熱抵抗値が実施例のシートと比べ高くなっていた。
　繊維長２００μｍ以上の炭素繊維（Ｂ）の割合が本発明で規定する量よりも多い比較例３及び４の熱伝導性シートは、研磨による熱抵抗値の低下効果は大きいものの、研磨前の熱抵抗値が高いため、結果として研磨後の熱抵抗値が実施例のシートよりも高くなっていた。
　１０、２０　熱伝導性シート
　１４　マトリクス
　Ｘ　　炭素繊維
　２１　断熱材
　２２　下方の銅製ブロック
　２３　上方の銅製ブロック
　２４　ヒーター
　２５　ヒートシンク
　２６　ロードセル
　Ｓ　　試験片
　θｊ０　上方の銅製ブロックの温度
　θｊ１　下方の銅製ブロックの温度

 

Claims (6)

  1. 　有機高分子からなるマトリクスと炭素繊維Ｘを含み、前記炭素繊維Ｘがシートの厚み方向に配向している熱伝導性シートであって、
    　前記炭素繊維Ｘのうち、繊維長１００μｍ以下の炭素繊維（Ａ）の割合が４０％以上であり、繊維長２００μｍ以上の炭素繊維（Ｂ）の割合が３～１３％である、熱伝導性シート。
  2. 　前記炭素繊維Ｘのうち、繊維長５０μｍ以下の炭素繊維（Ｃ）の割合が５％以下である、請求項１に記載の熱伝導性シート。
  3. 　さらに鱗片状炭素粉末を含有する、請求項１又は２に記載の熱伝導性シート。
  4. 　シート表面に前記炭素繊維Ｘの一部が露出しており、１ｍｍ×１ｍｍの領域の表面を観察したときに、シートの最高点から、シートの最深部までの厚み方向の深さを１００％とした場合において、シートの最高点から厚み方向に４０％の位置における厚さ方向に垂直な断面において、シートの占める面積Ｓが６５％以上である、請求項１～３のいずれかに記載の熱伝導性シート。
  5. 　熱抵抗値が０．０２４℃・ｉｎ２／Ｗ以下である、請求項１～４のいずれかに記載の熱伝導性シート。
  6. 　厚さが５０～９００μｍである、請求項１～５のいずれかに記載の熱伝導性シート。

     
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