WO2022137762A1 - 熱伝導性シート、その装着方法及び製造方法 - Google Patents

熱伝導性シート、その装着方法及び製造方法 Download PDF

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WO2022137762A1
WO2022137762A1 PCT/JP2021/038777 JP2021038777W WO2022137762A1 WO 2022137762 A1 WO2022137762 A1 WO 2022137762A1 JP 2021038777 W JP2021038777 W JP 2021038777W WO 2022137762 A1 WO2022137762 A1 WO 2022137762A1
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conductive sheet
heat conductive
heat
filler
compound
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PCT/JP2021/038777
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大希 工藤
弘通 岩▲崎▼
健太 黒尾
一浩 並木
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積水ポリマテック株式会社
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
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    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating

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 heat generating body such as a semiconductor element or a mechanical part. It is known that 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.
  • Patent Document 1 discloses a heat-dissipating sheet containing at least an alkyl group-introduced silicone oil, an ⁇ -olefin, and a thermally conductive filler, which is putty-like at room temperature and softens and fluidizes by heating.
  • Patent Document 2 describes a heat-dissipating sheet comprising a polymer gel, a compound that becomes a liquid when heated in the form of a solid or paste at room temperature, and a thermally conductive filler, and is softened by heating.
  • Patent Document 3 describes a heat conductive sheet including a heat conductive resin layer, wherein the heat conductive resin layer includes a binder resin containing wax and a heat conductive filler dispersed in the binder resin.
  • a silicone gel is used as a binder resin in a heat conductive sheet containing.
  • the phase change sheet disclosed in each of the above Patent Documents 1 to 3 and the heat conductive sheet using a polymer gel such as a silicone gel have high flexibility, and therefore have good followability to a radiator and a heating element. Yes, it makes it possible to improve the heat conduction performance.
  • the thermal resistance value is increased (the thermal conductivity is decreased).
  • the thermal resistance value is low, but the load on the heating element and the radiator is high. Therefore, even under a low load condition, the thermal resistance value is low. Is desired.
  • a binder component which is a mixture of a silicone matrix (A) and a hydrocarbon compound (B), and a thermally conductive filler (C) dispersed in the binder component.
  • a thermally conductive sheet having a thickness of 0.05 to 0.5 mm and containing an anisotropic filler having the thermally conductive filler (C) oriented in the thickness direction can solve the above-mentioned problems.
  • the following invention has been completed. That is, the present invention provides the following [1] to [11].
  • the thermally conductive filler (C) comprising a binder component which is a mixture of a silicone matrix (A) and a hydrocarbon compound (B) and a thermally conductive filler (C) dispersed in the binder component (1).
  • Thermal resistance value R 40 (° C. in 2 / W) measured at 80 ° C. with a load of 40 psi and thickness T 40 (mm) at the time of measurement, and thermal resistance value R measured at 80 ° C. with a load of 10 psi.
  • the heat conduction according to claim 1, wherein the inclination ⁇ represented by the following formula (1) calculated by 10 (° C. in 2 / W) and the thickness at the time of measurement T 10 (mm) is 0.4 or less. Sex sheet. ⁇ (R 40 -R 10 ) / (T 40 -T 10 ) ... (1) [3] The heat conductive sheet according to the above [1] or [2], wherein the hydrocarbon compound (B) has a melting point higher than 23 ° C and 80 ° C or lower. [4] The heat conductive sheet according to any one of the above [1] to [3], wherein the hydrocarbon compound (B) is a crystalline polyalphaolefin.
  • the content of the hydrocarbon-based compound (B) is 0.5 to 15 parts by mass with respect to a total of 100 parts by mass of the silicone matrix (A) and the hydrocarbon-based compound (B) [1]. ]
  • a heat radiating member comprising the heat conductive sheet according to any one of the above [1] to [6] and a heat radiating body, and the heat conductive sheet is mounted on the surface of the heat radiating body.
  • the heat conductive filler (C) comprising a binder component which is a mixture of a silicone matrix (A) and a hydrocarbon compound (B) and a heat conductive filler (C) dispersed in the binder component.
  • the step of heating the conductive sheet, the second member is arranged on the surface of the heat conductive sheet opposite to the surface of the first member side, and the heat conductive sheet is pressurized to obtain the above.
  • a method for mounting a heat conductive sheet comprising a step of assembling the heat conductive sheet between the first and second members.
  • At least the curable silicone composition (A1), the hydrocarbon compound (B), the thermally conductive filler (C) containing the anisotropic filler, and the compatible substance (D) are mixed.
  • a method for producing a thermally conductive sheet comprising a step of obtaining a mixed composition and a step of curing the mixed composition by heating.
  • it is a thin heat conductive sheet that can reduce the thermal resistance value even when it is compressed with a low load when it is attached to a heating element, a heat radiator, or the like. Can be provided.
  • the heat conductive sheet of the present invention comprises a binder component which is a mixture of a silicone matrix (A) and a hydrocarbon compound (B), and a heat conductive filler (C) dispersed in the binder component.
  • the conductive filler (C) contains an anisotropic filler oriented in the thickness direction and has a thickness of 0.05 to 0.5 mm.
  • the heat conductive sheet of the present invention secures a certain degree of flexibility when heated at high temperature (that is, when used), and despite its thin thickness, it can be used as a heating element, a radiator, etc. On the other hand, followability can be ensured without applying a high load, and thermal conductivity is improved.
  • the heat conductive sheet of the present invention contains a hydrocarbon compound (B) as a binder component.
  • the hydrocarbon-based compound (B) softens, melts, and has a low viscosity when heated, thereby increasing the flexibility of the thermally conductive sheet, thereby improving the followability with the heating element and the radiator.
  • the heat conductive sheet of the present invention contains an anisotropic filler oriented in the thickness direction of the sheet as the heat conductive filler (C). This facilitates the formation of a heat conduction path in the thickness direction of the sheet. It is considered that these factors improve the thermal conductivity of the thermally conductive sheet.
  • the hydrocarbon-based compound (B) is incompatible with the silicone matrix (A), and has a sea-island structure in which the silicone matrix (A) is a sea component and the hydrocarbon-based compound (B) is an island component in the binder component. It is estimated that it will be. Since the binder component has a sea-island structure, the hydrocarbon compound (B) is continuously retained by the silicone matrix (A) even if it is softened, melted, or has a low viscosity during heating, and is pumped out while increasing its flexibility. Can also be deterred. Further, since the silicone matrix (A) constitutes a sea component, the heat conductive sheet has a predetermined rebound resilience, so that it can be stably assembled without forming an air layer between the heating element or the radiator. be able to.
  • the thickness of the heat conductive sheet of the present invention is 0.05 to 0.5 mm. If the thickness of the heat conductive sheet is less than 0.05 mm, the followability of the heat conductive sheet to a heating element or a heat radiator is deteriorated, and the thermal resistance value tends to be high. On the other hand, if the thickness of the heat conductive sheet exceeds 0.5 mm, it becomes difficult to use it for small electronic devices and the like.
  • the thickness of the heat conductive sheet is preferably 0.08 to 0.5 mm, more preferably 0.1 to 0.4 mm.
  • the heat conductive sheet of the present invention has such a relatively thin thickness, but as described above, when it is incorporated between a heating element and a radiator, the thermal resistance value is low even with a low load. can do.
  • the heat conductive sheet has excellent thermal conductivity.
  • the slope ⁇ is preferably 0.3 or less, more preferably 0.2 or less, and further preferably 0.1 or less.
  • the unit of the thermal resistance values R 40 and R 10 is ° C. in 2 / W, and the unit of the thicknesses T 40 and T 10 is mm. In general, the thermal resistance value of the heat conductive sheet is lower when measured at a load of 40 psi, which is a relatively high load, than when measured at a load of 10 psi, which is a relatively low load.
  • the slope ⁇ represented by the equation (1) showing the change in the thermal resistance value with respect to the change in the thickness is as low as the value, and as the value approaches 0, the heat is close to the same as in the case of a high load even if the load is low. It means to show the resistance value. Therefore, by adjusting the inclination ⁇ to a small value, it is possible to obtain a heat conductive sheet having a low thermal resistance value even with a low load.
  • the inclination ⁇ can be adjusted by the blending amount of the hydrocarbon compound (B) and the heat conductive filler (C), the method for producing the heat conductive sheet described later, and the like.
  • the thermal resistance value R 40 measured at a load of 40 psi and the thermal resistance value R 10 measured at a load of 10 psi can be measured by the method described in the examples.
  • the heat conductive sheet of the present invention preferably has a compressibility of 15% or more at 40 psi.
  • the compressibility is preferably 18% or more, more preferably 20% or more, from the viewpoint of increasing flexibility during use and improving thermal conductivity.
  • the compression rate is preferably 50% or less. When the compression rate is 50% or less, the handleability and reliability tend to be good, the assembly to the electronic device and the cutting process become easy, and the pump-out is less likely to occur. From these viewpoints, the compression ratio is more preferably 40% or less, and further preferably 38% or less. The compression ratio is measured by the method described in the examples.
  • the silicone matrix (A) is preferably a silicone having no fluidity at both room temperature (23 ° C.) and high temperature (80 ° C.). Since the silicone matrix (A) has no fluidity, the shape retention of the heat conductive sheet can be ensured at room temperature and high temperature. Further, as the silicone matrix (A) of the present invention, for example, silicone rubber may be used. By using silicone rubber, compression deformation becomes easy, and it becomes easy to assemble between the heating element and the radiator. Further, since a certain compression characteristic can be imparted to the heat conductive sheet, reliability can be improved.
  • the silicone used in the silicone matrix (A) may be either a condensation reaction type or an addition reaction type, but it is added because it is easy to highly fill the thermally conductive filler and the curing temperature can be easily adjusted by a catalyst or the like.
  • the reaction type is preferable.
  • the silicone matrix (A) can be obtained, for example, by curing the curable silicone composition (A1).
  • the curable silicone composition (A1) may be composed of, for example, a main agent and a curing agent.
  • the curable silicone composition (A1) contains an alkenyl group-containing organopolysiloxane as a main agent and a hydrogen organopolysiloxane as a curing agent from the viewpoint of easy high filling of a heat conductive filler. Is preferably contained.
  • the curable silicone composition (A1) is preferably liquid before curing. Since the curable silicone composition (A1) is liquid before curing, it is easy to highly fill the heat conductive filler, and further, the hydrocarbon compound (B) is contained in the curable silicone composition (A1). It becomes easier to disperse.
  • the liquid means a liquid at room temperature (23 ° C.) and 1 atm.
  • the silicone matrix (A) it is preferable to use a silicone matrix that is three-dimensionally crosslinked so as to ensure the shape retention of the heat conductive sheet.
  • a silicone matrix that is three-dimensionally crosslinked so as to ensure the shape retention of the heat conductive sheet.
  • the sex silicone composition (A1) may be cured.
  • the content of the silicone matrix (A) may be, for example, about 15 to 70% by mass, preferably 17 to 50% by mass, and more preferably 20 to 39% by mass with respect to the total amount of the heat conductive sheet.
  • ⁇ Hydrocarbon compound (B)> As the hydrocarbon compound (B) used in the present invention, a compound that is liquid at room temperature or melts by heating to a constant temperature (for example, a temperature higher than 23 ° C and 80 ° C or lower) may be used. By containing the hydrocarbon-based compound (B) as a liquid or a compound that melts by heating, the heat conductive sheet can increase the flexibility at the time of high-temperature heating, reduce the above-mentioned inclination ⁇ , and reduce the compressibility. It will be easier to make it higher.
  • a constant temperature for example, a temperature higher than 23 ° C and 80 ° C or lower
  • the melting point of the hydrocarbon compound (B) is preferably 80 ° C. or lower, more preferably 70 ° C. or lower, still more preferably 60 ° C. or lower, still more preferably, from the viewpoint of being able to melt when heated at a high temperature (for example, 80 ° C.). It is preferably 50 ° C. or lower.
  • the hydrocarbon compound (B) is preferably in a solid state at room temperature and 1 atm. Being a solid at room temperature enhances handleability. For example, when the cutting process described later is performed at a temperature near room temperature, the heat conductive sheet can be easily obtained by having a predetermined rigidity. Therefore, the melting point of the hydrocarbon compound is preferably higher than normal temperature (23 ° C.), more preferably 30 ° C.
  • the melting point of the hydrocarbon compound is the temperature of the endothermic peak of the DTA curve measured at a heating rate of 1 ° C./min using thermal weight differential thermal analysis (TGDTA).
  • TTDTA thermal weight differential thermal analysis
  • hydrocarbon compound examples include liquid paraffin, paraffin wax, petrolatum, polyalphaolefin (PAO), polyethylene wax, polypropylene wax and the like.
  • paraffin wax, petrolatum, polyalphaolefin (PAO), polyethylene wax, and polypropylene wax are preferable from the viewpoint of handleability at room temperature.
  • Vaseline is a semi-solid hydrocarbon compound, and is a mixture of a plurality of hydrocarbon compounds such as isoparaffin, cycloparaffin, and naphthene.
  • the petrolatum for example, white petrolatum defined in the Japanese Pharmacopoeia can be exemplified.
  • polyalphaolefin PAO
  • crystalline polyalphaolefin CPAO
  • Polyalphaolefins are polymers of ⁇ -olefins.
  • the type of ⁇ -olefin is not particularly limited, and may be linear, may have a branched chain, or may have a cyclic structure.
  • the polyalphaolefin is, for example, a polymer of an ⁇ -olefin having 2 to 30 carbon atoms, preferably 6 to 20 carbon atoms.
  • the crystalline polyalpha olefin may be, for example, a side chain crystalline polyalpha olefin by increasing the number of carbon atoms of the ⁇ -olefin.
  • the poly ⁇ -olefin may be a polymer of a single ⁇ -olefin or a copolymer of two or more kinds of ⁇ -olefins.
  • the content of the hydrocarbon-based compound (B) in the heat conductive sheet is preferably 0.5 to 15 parts by mass with respect to a total of 100 parts by mass of the silicone matrix (A) and the hydrocarbon-based compound (B).
  • the thermally conductive sheet has a certain degree of flexibility at high temperatures and is assembled between the heating element and the radiator. It becomes easy to improve the thermal conductivity.
  • the silicone matrix (A) is contained in a certain amount in the heat conductive sheet, and the shape retention of the heat conductive sheet can be improved.
  • the heat conductive sheet tends to have an appropriate rebound resilience, and an air layer is not formed between the heating element or the heat radiating element, so that the sheet can be stably assembled and the reliability is enhanced.
  • the content of the hydrocarbon compound (B) is more preferably 1 part by mass or more, further preferably 1.5 parts by mass or more, further preferably 2 parts by mass or more, and 40 parts by mass or less. More preferably, 10 parts by mass or less is further preferable, and 8 parts by mass or less is further preferable.
  • the silicone matrix (A) is formed from the curable silicone composition (A1) described later. Therefore, in the mixed composition described later, the content of the hydrocarbon compound (B) with respect to a total of 100 parts by mass of the curable silicone composition (A1) and the hydrocarbon compound (B) is the above-mentioned hydrocarbon compound ( It becomes the same as the content of B). The same applies to the contents of the thermally conductive filler (C), the anisotropic filler, and the non-anisotropic filler, which will be described later.
  • the binder component may be composed of a silicone matrix (A) and a hydrocarbon-based compound (B), but as long as the effect of the present invention is not impaired, a resin component other than the silicone matrix (A) or a hydrocarbon-based component can be used.
  • a plasticizer other than the compound (B) may be contained as a binder component.
  • the thermally conductive sheet of the present invention further comprises a thermally conductive filler (C).
  • the thermally conductive filler (C) may be dispersed in a binder component which is a mixture of the silicone matrix (A) and the hydrocarbon-based compound (B), and may be retained in the binder component.
  • the thermally conductive filler contains an anisotropic filler that is oriented in the thickness direction of the thermally conductive sheet. This makes it easier for the heat conductive sheet to increase the heat conductivity. When oriented in the thickness direction, it becomes difficult to increase the above-mentioned compression rate.
  • the hydrocarbon-based compound (B) is dispersed in the silicone matrix (A) to increase the compression rate in the thickness direction.
  • the anisotropic filler When the anisotropic filler is oriented in the thickness direction, the major axis direction does not have to be strictly parallel to the thickness direction, and even if the major axis direction is slightly tilted with respect to the thickness direction. It shall be oriented in the thickness direction.
  • an anisotropic filler whose major axis direction is tilted by less than 20 ° is also an anisotropic filler which is oriented in the thickness direction, and such an anisotropic filler is large in the heat conductive sheet. If it is a part (for example, more than 60%, preferably more than 80% with respect to the number of total anisotropic fillers), it shall be oriented in the thickness direction.
  • the content of the thermally conductive filler (C) is preferably 150 to 3000 parts by mass, more preferably 200 to 2000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total of the silicone matrix (A) and the hydrocarbon compound (B). Parts, more preferably 300 to 1000 parts by mass.
  • the heat conductive filler (C) is preferably 150 to 3000 parts by mass, more preferably 200 to 2000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total of the silicone matrix (A) and the hydrocarbon compound (B). Parts, more preferably 300 to 1000 parts by mass.
  • the volume filling ratio of the heat conductive filler with respect to the total amount of the heat conductive sheet is preferably 30 to 85% by volume, more preferably 50 to 83% by volume, and further preferably 61 to 80% by volume. ..
  • the volume filling factor is preferably 30 to 85% by volume, more preferably 50 to 83% by volume, and further preferably 61 to 80% by volume. ..
  • the anisotropic filler is a filler having anisotropy in shape and can be oriented.
  • Examples of the anisotropic filler include a fiber material and a scaly material.
  • the anisotropic filler has a high aspect ratio, specifically, the aspect ratio exceeds 2, and the aspect ratio is preferably 5 or more. By making the aspect ratio larger than 2, it becomes easy to orient the anisotropic filler in one direction such as the thickness direction, and it is easy to increase the thermal conductivity in one direction such as the thickness direction of the heat conductive sheet.
  • the upper limit of the aspect ratio is not particularly limited, but is practically 100.
  • the aspect ratio is the ratio of the length in the major axis direction to the length in the minor axis direction of the anisotropic filler, which means the fiber length / the diameter of the fiber in the fiber material, and in the scaly material. Means the length / thickness of the scaly material in the longitudinal direction.
  • the content of the anisotropic filler in the heat conductive sheet is preferably 10 to 500 parts by mass, preferably 30 to 300 parts by mass, based on 100 parts by mass of the total of the silicone matrix (A) and the hydrocarbon-based compound (B). It is more preferably parts by mass, and even more preferably 50 to 250 parts by mass.
  • the content of the anisotropic filler is preferably 10 parts by mass or more, it becomes easy to increase the thermal conductivity. Further, when the content is 500 parts by mass or less, the viscosity of the mixed composition described later is likely to be appropriate, and the orientation of the anisotropic filler is good. Further, the dispersibility of the anisotropic filler in the silicone matrix (A) is also improved.
  • the average fiber length thereof is preferably 10 to 500 ⁇ m, more preferably 20 to 350 ⁇ m, and further preferably 50 to 300 ⁇ m.
  • the average fiber length is 10 ⁇ m or more, the anisotropic fillers appropriately contact each other inside the heat conductive sheet, a heat transfer path is secured, and the heat conductivity of the heat conductive sheet is improved.
  • the average fiber length is 500 ⁇ m or less, the bulk of the anisotropic filler becomes low, and the binder component can be highly filled.
  • the average fiber length of the fiber material is preferably shorter than the thickness of the heat conductive sheet.
  • the average fiber length can be calculated by observing the anisotropic filler with a microscope. More specifically, the fiber length of 50 arbitrary anisotropic fillers can be measured using, for example, an electron microscope or an optical microscope, and the average value (arithmetic mean value) can be used as the average fiber length. can.
  • the average particle size thereof is preferably 10 to 400 ⁇ m, more preferably 15 to 300 ⁇ m, still more preferably 20 to 200 ⁇ m.
  • the anisotropic fillers are likely to come into contact with each other in the heat conductive sheet, a heat transfer path is secured, and the heat conductivity of the heat conductive sheet is improved.
  • the average particle size is 400 ⁇ m or less, the bulk of the thermally conductive sheet becomes low, and it becomes possible to highly fill the binder component with the anisotropic filler.
  • the average particle size of the scaly material can be calculated by observing the anisotropic filler with a microscope and using the major axis as the diameter. More specifically, for example, using an electron microscope or an optical microscope, the major axis of 50 arbitrary anisotropic fillers can be measured, and the average value (arithmetic mean value) thereof can be used as the average particle size. ..
  • anisotropic filler a known material having thermal conductivity may be used, but when it is oriented by magnetic field orientation as described later, it may have diamagnetism. On the other hand, if it is oriented by flow orientation or if the anisotropic filler is not oriented, it does not have to have diamagnetism.
  • Specific examples of the anisotropic filler include carbon fibers, carbon-based materials represented by scaly carbon powder, metal materials and metal oxides represented by metal fibers, boron nitride and metal nitrides, and metal carbides. Examples thereof include metal hydroxides and polyparaphenylene benzoxazole fibers.
  • the carbon-based material is preferable because it has a small specific gravity and good dispersibility in the binder component, and among them, a graphitized carbon material having a high thermal conductivity is more preferable.
  • the graphitized carbon material has diamagnetism when the graphite surfaces are aligned in a predetermined direction.
  • Boron nitride is also preferable as the anisotropic filler. Boron nitride is not particularly limited, but is preferably used as a scaly material.
  • the scaly boron nitride may or may not be aggregated, but it is preferable that part or all of the boron nitride is not aggregated. Boron nitride and the like also have diamagnetism when their crystal planes are aligned in a predetermined direction.
  • the anisotropic filler is not particularly limited, but has a thermal conductivity of generally 30 W / m ⁇ K or more along the direction having anisotropy (that is, the long axis direction), preferably 60 W / m / K. It is m ⁇ K or more, more preferably 100 W / m ⁇ K or more, still more preferably 200 W / m ⁇ K or more.
  • the upper limit of the thermal conductivity of the anisotropic filler 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 the like.
  • the anisotropic filler may be used alone or in combination of two or more.
  • the anisotropic filler at least two anisotropic fillers having different average particle sizes or average fiber lengths may be used.
  • the anisotropic filler is densely filled in the binder component by allowing the small anisotropic filler to enter between the relatively large anisotropic fillers. At the same time, it is thought that the heat conduction efficiency can be improved.
  • the carbon fiber used as the anisotropic filler is preferably graphitized carbon fiber. Further, as the scaly carbon powder, scaly graphite powder is preferable. As the anisotropic filler, it is also preferable to use graphitized carbon fiber and scaly graphite powder in combination.
  • 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 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 fiber and the scaly graphite powder are preferably those having a high degree of graphitization.
  • the graphitized carbon material such as the graphitized carbon fiber and the scaly graphite powder described above
  • 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 graphitized carbon fibers having excellent thermal conductivity in the fiber axis direction can be obtained.
  • the mode of use of the mesophase pitch in the graphitized carbon fiber is not particularly limited as long as it can be spun, and the mesophase pitch may be used alone or in combination with other raw materials.
  • the use of mesophase pitch alone that is, graphitized carbon fiber having a mesophase pitch content of 100% is most preferable from the viewpoint of high thermal conductivity, spinnability and quality stability.
  • the graphitized carbon fiber one obtained by sequentially performing each treatment of spinning, infusibilization and carbonization, and then graphitized after being crushed or cut to a predetermined particle size, or one which is graphitized after being crushed or cut after carbonization may 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 average fiber length of the graphitized carbon fibers is preferably 10 to 500 ⁇ m, more preferably 20 to 350 ⁇ m, and even more preferably 50 to 300 ⁇ m. Further, the aspect ratio of the graphitized carbon fiber exceeds 2 as described above, and is preferably 5 or more.
  • the thermal conductivity of the graphitized carbon fiber is not particularly limited, but the thermal conductivity in the fiber axial direction is preferably 400 W / m ⁇ K or more, more preferably 800 W / m ⁇ K or more.
  • the anisotropic filler may or may not be exposed on the surface of the sheet, but it is preferable that the heat conductive sheet is exposed.
  • the surface of the heat conductive sheet can be made a non-adhesive surface by exposing the anisotropic filler.
  • the heat conductive sheet is the main surface of the sheet, and the anisotropic filler may be exposed on only one of both surfaces of the sheet, or the anisotropic filler may be exposed on both surfaces. It may be exposed. Since the surface of the heat conductive sheet is non-adhesive, it can be slid when assembling to an electronic device or the like, and the assembling property is improved.
  • the thermally conductive filler (C) in the present invention further contains a non-anisotropic filler, and the above-mentioned anisotropic filler and the non-anisotropic filler may be used in combination.
  • the non-anisotropic filler is used in combination with the anisotropic filler oriented in one direction, the non-anisotropic filler can be interposed in the gap between the oriented anisotropic fillers to further increase the thermal conductivity.
  • the non-anisotropic filler is a filler having substantially no anisotropy in shape, and is under an environment in which the anisotropic filler is 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. However, it is a filler that does not orient in the predetermined direction.
  • the non-anisotropic filler has an aspect ratio of 2 or less, preferably 1.5 or less.
  • the non-anisotropic filler having such a low aspect ratio is used in combination with the anisotropic filler, it is likely to be arranged in the gap of the anisotropic filler, and the thermal conductivity is easily improved. 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 of the metal include aluminum, copper, nickel and the like
  • examples of the metal oxide include aluminum oxide typified by alumina, magnesium oxide and zinc oxide
  • examples of the metal nitride examples include aluminum nitride and the like. can do.
  • the metal hydroxide examples of the carbon material include spheroidal graphite.
  • oxides, nitrides and carbides other than metals include quartz, boron nitride and silicon carbide.
  • aluminum oxide and aluminum are preferable because they have high thermal conductivity and spherical ones are easily available.
  • 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, for example, 0.1 to 200 ⁇ m.
  • the average particle size of the non-anisotropic filler is preferably 0.1 to 50 ⁇ m, more preferably 0.5 to 35 ⁇ m, and 1 to 15 ⁇ m. Is more preferable.
  • the average particle size is 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 is preferably 0.1 to 200 ⁇ m, more preferably 0.5 to 100 ⁇ m, and even more preferably 1 to 70 ⁇ m.
  • 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 content of the non-anisotropic filler is preferably 50 to 2500 parts by mass, preferably 100 to 1500 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total of the silicone matrix (A) and the hydrocarbon compound (B). It is more preferably present, and further preferably 200 to 750 parts by mass.
  • the amount is more preferably present, and further preferably 200 to 750 parts by mass.
  • the heat conductivity of the heat conductive sheet can be improved.
  • the content is 1500 parts by mass or less, the non-anisotropic filler is appropriately dispersed in the binder component, and the effect of increasing the thermal conductivity according to the content can be obtained.
  • the mass ratio of the content of the non-anisotropic filler to the content of the anisotropic filler is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 5, more preferably 1 to 3. It is preferably 1.1 to 2.5.
  • the non-anisotropic filler can be appropriately filled between the anisotropic fillers to form an efficient heat transfer path, so that the heat conductive sheet can be formed.
  • the thermal conductivity of the can be further improved.
  • additives may be further added to the binder component 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 curing catalyst or the like that accelerates the curing may be blended as an additive.
  • the curing catalyst include platinum-based catalysts.
  • the compatible substance (D) may be blended in the mixed composition. The compatible substance (D) does not have to be volatilized in the process of producing the heat conductive sheet and does not remain in the heat conductive sheet, but at least a part of the blended compatible substance (D) remains. May be good.
  • the heat conductive sheet of the present invention can be manufactured, for example, by a manufacturing method including the following steps X and Y.
  • Step X At least the curable silicone composition (A1), the hydrocarbon compound (B), the thermally conductive filler (C) containing the anisotropic filler, and the compatible substance (D) are mixed.
  • Step Y Step of curing the mixed composition obtained in Step X by heating
  • each step will be described in detail.
  • Step X in addition to the heat conductive filler (C) containing the curable silicone composition (A1), the hydrocarbon compound (B), and the anisotropic filler, the compatible substance (D) is mixed.
  • the compatible substance (D) is a substance that is compatible or soluble in the hydrocarbon compound (B) and the curable silicone composition (A1).
  • the hydrocarbon compound (B) has low compatibility with the curable silicone composition (A1), but can be uniformly mixed in the curable silicone composition (A1) by using the compatible substance (D). .. Therefore, the hydrocarbon compound (B) is uniformly mixed in the silicone matrix (A) obtained by curing the curable silicone composition (A1).
  • step X as long as each of the above components can be mixed to obtain a mixed composition, the mixing method and mixing order are not particularly limited, and the curable silicone composition (A1) and the hydrocarbon compound (B) are not particularly limited.
  • the heat conductive filler (C), the compatible substance (D), and other components optionally added may be appropriately mixed in any order to obtain a mixed composition.
  • the curable silicone composition (A1) is composed of, for example, a main agent and a curing agent. In such a case, the main agent, the curing agent, the hydrocarbon compound (B), and the heat conductive filler (the heat conductive filler).
  • C), the compatible substance (D), and other components optionally added may be mixed in any order to obtain a mixed composition.
  • the hydrocarbon compound (B) is dissolved in the compatible substance (D) and then mixed with the curable silicone composition (A1) and other components.
  • the other components it is advisable to mix the other components to be optionally added in any order to obtain a mixed composition.
  • the hydrocarbon-based compound (B) when the hydrocarbon-based compound (B) is dissolved in the compatible substance (D) in the step X, the hydrocarbon-based compound (B) can be mixed more uniformly in the silicone matrix (A).
  • the heating temperature is preferably heated to a temperature higher than the melting point of the compatible substance (D), and may be heated to, for example, 40 ° C. or higher to melt.
  • the upper limit of the heating temperature can be a temperature at which the thermally conductive silicone does not substantially cure in the process of mixing when the main agent and the curing agent are mixed.
  • the temperature can be set so that the compatible substance (D) does not easily volatilize. May be good.
  • the state in which the silicone matrix (A) and the hydrocarbon compound (B) are mixed is a transparent or slightly cloudy uniform mixture due to the presence of the compatible substance (D).
  • the compatible substance (D) is not contained, the solid hydrocarbon-based compound is dispersed or the liquid hydrocarbon-based compound is separated into two layers.
  • the compatible substance (D) used in the present invention is preferably a substance that is soluble in the hydrocarbon compound (B) and compatible with the curable silicone composition (A1).
  • the compatible substance (D) is preferably a substance that is liquid at room temperature (23 ° C.) and 1 atm.
  • the compatible substance (D) is a component that volatilizes, for example, by heating in step Y at about 50 to 180 ° C.
  • the compatible substance (D) volatilizes by heating during curing, so that the content ratio of the heat conductive filler (C) in the heat conductive sheet can be increased.
  • the mixed composition contains the compatible substance (D), so that the viscosity is lowered. Therefore, it becomes easy to increase the blending amount of the heat conductive filler (C), and further, it becomes easy to orient the anisotropic filler in a predetermined direction by magnetic field orientation or the like described later.
  • the compatible substance (D) examples include an alkoxysilane compound, a hydrocarbon solvent, and an alkoxysiloxane compound. Since these compounds have high solubility or compatibility with the hydrocarbon compound (B) and the curable silicone composition (A1), the hydrocarbon compound (B) with respect to the curable silicone composition (A1) in the mixed composition. ) Can be enhanced. As a result, the hydrocarbon compound (B) is appropriately dispersed even in the heat conductive sheet, and it becomes easy to secure shape retention, reliability, flexibility at high temperature and the like.
  • the compatible substance (D) may be used alone or in combination of two or more.
  • the compatible substance (D) it is preferable to use an alkoxysilane compound.
  • the alkoxysilane compound By using the alkoxysilane compound, bubbles and the like are not seen on the surface of the heat conductive sheet obtained by curing, and the appearance is improved.
  • the alkoxysilane compound used as the compatible substance (D) 1 to 3 of the 4 bonds of the silicon atom (Si) are bonded to the alkoxy group, and the remaining bonds are bonded to the organic substituent. It is a compound having a structure. Since the alkoxysilane compound has an alkoxy group and an organic substituent, the dispersibility of the hydrocarbon compound (B) with respect to the curable silicone composition (A1) can be enhanced.
  • alkoxy group contained in the alkoxysilane compound examples include a methoxy group, an ethoxy group, a protoxy group, a butoxy group, a pentoxy group, and a hexatoxy group.
  • the alkoxysilane compound may be contained as a dimer in the curable silicone composition (A1).
  • an alkoxysilane compound having at least one of a methoxy group and an ethoxy group is preferable from the viewpoint of easy availability.
  • the number of alkoxy groups contained in the alkoxysilane compound is preferably 2 or 3 from the viewpoint of compatibility and solubility with the curable silicone composition (A1) and the hydrocarbon compound (B). It is more preferable to have.
  • the alkoxysilane compound is preferably at least one selected from a trimethoxysilane compound, a triethoxysilane compound, a dimethoxysilane compound, and a diethoxysilane compound.
  • Examples of the functional group contained in the organic substituent of the alkoxysilane compound include an acryloyl group, an alkyl group, a carboxyl group, a vinyl group, a methacrylic group, an aromatic group, an amino group, an isocyanate group, an isocyanurate group and an epoxy group. Examples include a hydroxyl group and a mercapto group.
  • a platinum catalyst is used as the curing catalyst of the curable silicone composition (A1), it is preferable to select and use an alkoxysilane compound that does not easily affect the curing reaction of the organopolysiloxane.
  • the organic substituent of the alkoxysilane compound shall not contain an amino group, an isocyanate group, an isocyanurate group, a hydroxyl group, or a mercapto group. Is preferable.
  • the alkoxysilane compound has an alkylalkoxysilane compound having an alkyl group bonded to a silicon atom, that is, an alkyl group as an organic substituent from the viewpoint of enhancing the dispersibility of the hydrocarbon compound (B) in the silicone matrix (A). It preferably contains an alkoxysilane compound. Therefore, a dialkyldialkoxysilane compound and an alkyltrialkoxysilane compound are preferable, and an alkyltrialkoxysilane compound is particularly preferable.
  • the number of carbon atoms of the alkyl group bonded to the silicon atom may be, for example, 1 to 16.
  • the number of carbon atoms of the alkyl group is preferably 6 or more, preferably 8 or more, from the viewpoint of enhancing the dispersibility of the hydrocarbon-based compound. It is more preferably 12 or less, and more preferably 10 or less.
  • the dialkoxysilane compound such as the dimethoxysilane compound and the triethoxysilane compound
  • the number of carbon atoms of the above alkyl group may be 1 or more from the viewpoint of enhancing the dispersibility of the hydrocarbon-based compound, and the number of carbon atoms may be 1. 10 or less is preferable, 6 or less is more preferable, and 4 or less is further preferable.
  • alkyl group-containing alkoxysilane compound examples include methyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, diethyldimethoxysilane, trimethylmethoxysilane, methyltriethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, and n-propyltrimethoxysilane.
  • n-decyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, and n-octyltriethoxysilane are more preferable, and hydrocarbon-based compounds are more preferable from the viewpoint of improving the dispersibility of the hydrocarbon-based compound (B).
  • hydrocarbon-based compounds are more preferable from the viewpoint of improving the dispersibility of the hydrocarbon-based compound (B).
  • n-decyltrimethoxysilane and n-octyltriethoxysilane are even more preferable.
  • the alkoxysiloxane compound used as the compatible substance (D) has two or more siloxane bonds and has a structure in which an alkoxy group is bonded to at least one silicon atom.
  • the alkoxysiloxane compound has a structure in which an organic substituent is bonded to at least one silicon atom among the silicon atoms constituting the siloxane bond.
  • the alkoxysiloxane compound has an alkoxy group and an organic substituent, so that the dispersibility of the hydrocarbon-based compound (B) can be enhanced.
  • alkoxy group and the organic substituent contained in the alkoxysiloxane compound include those exemplified in the above description of the alkoxysilane compound, which have at least an alkyl group from the viewpoint of enhancing the dispersibility of the hydrocarbon-based compound (B). Is preferable.
  • alkoxysiloxane compound examples include methylmethoxysiloxane oligomer, methylphenylmethoxysiloxane oligomer, methylepoxymethoxysiloxane oligomer, methylmercaptomethoxysiloxane oligomer, and methylacryloylmethoxysiloxane oligomer.
  • alkoxysiloxane compound one kind or two or more kinds can be used.
  • hydrocarbon solvent used as the compatible substance (D) examples include aromatic hydrocarbon solvents. Of these, an aromatic hydrocarbon solvent is preferable from the viewpoint of compatibility with the curable silicone composition (A1).
  • aromatic hydrocarbon solvent examples include aromatic hydrocarbon solvents having about 6 to 10 carbon atoms, and examples thereof include toluene, xylene, methylene, ethylbenzene, propylbenzene, butylbenzene, t-butylbenzene and the like. , Preferably toluene, xylene and the like.
  • the content of the compatible substance (D) is preferably 6 to 60 parts by mass with respect to a total of 100 parts by mass of the curable silicone composition (A1) and the hydrocarbon compound (B).
  • the uniformity of mixing of the hydrocarbon compound (B) with respect to the curable silicone composition (A1) can be sufficiently enhanced.
  • the content of the compatible substance (D) is more preferably 10 to 50 parts by mass, further preferably 15 to 45 parts by mass.
  • the hydrocarbon compound (B) remains undissolved, and for example, a solid hydrocarbon compound is dispersed.
  • a dispersed solid substance may have properties as a filler in the mixed composition. That is, since the undissolved solid matter becomes a part of the filler that increases the viscosity, it may be difficult to increase the blending amount of the thermally conductive filler as a result.
  • the content of the compatible substance (D) is preferably higher than the content of the hydrocarbon-based compound (B). ..
  • the compatible substance (D) may not be contained in the heat conductive sheet, but may be contained in the heat conductive sheet in an amount smaller than the content in the mixed composition.
  • components other than the compatible substance (D) that is, curable silicone composition (A1), hydrocarbon compound (B), thermally conductive filler (C), other additives, etc.
  • the contents of the hydrocarbon compound (B) and the heat conductive filler (C) in the mixed composition are also as described above.
  • the content of each component is shown based on a total of 100 parts by mass of the silicone matrix (A) and the hydrocarbon compound (B), but in the mixed composition, the curable silicone composition is shown. The amount is based on a total of 100 parts by mass of the substance (A1) and the hydrocarbon compound (B).
  • Step Y is a step of curing the mixed composition by heating.
  • the temperature at which the mixed composition is heated is not particularly limited as long as the curable silicone composition (A1) can be cured by heating, and may be higher than room temperature (23 ° C.), but is preferably at a temperature of 50 ° C. or higher. It is good to heat.
  • the heating temperature is not particularly limited, but may be any temperature as long as the heat conductive sheet and the mixed composition are not thermally deteriorated, and are, for example, 180 ° C. or lower, preferably 150 ° C. or lower. Further, the heating of the mixed composition may be carried out in one step or in two or more steps.
  • the heating temperature may be within the above range at least in any one step, but it is preferable that the heating temperature is within the above range in all steps.
  • the total heating time is, for example, about 10 minutes to 3 hours.
  • the mixed composition may be formed into a predetermined shape such as a block shape or a sheet shape, and may be heated and cured. Further, in step Y, the mixed composition may be cured by heating after the anisotropic filler used as the thermally conductive filler (C) is oriented in one direction.
  • the anisotropic filler can be oriented by a magnetic field orientation method or a flow orientation method, but it is preferably oriented by a magnetic field orientation method.
  • the magnetic field orientation method it is preferable to inject the mixed composition into a mold or the like and place it in a magnetic field to orient the anisotropic filler along the magnetic field. Then, it is preferable to obtain an oriented molded product by curing the curable silicone composition (A1). The mixing composition may be cured under the heating conditions as described above.
  • the oriented molded body is preferably block-shaped, but may be sheet-shaped. By forming the sheet, the oriented molded body can be used as it is as a heat conductive sheet without slicing. On the other hand, the block shape enhances the orientation of the anisotropic filler.
  • 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 method is preferably 10 to 300 Pa ⁇ s in order to align the magnetic field. When it is set to 10 Pa ⁇ s or more, the heat conductive filler (C) is less likely to settle. Further, when the content is 300 Pa ⁇ s or less, the fluidity is improved, the anisotropic filler is appropriately oriented by a magnetic field, and there is no problem that the orientation takes too long.
  • 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). However, when the thermally conductive filler (C) which is difficult to settle is used or when an additive such as a settling inhibitor is combined, the viscosity of the mixed composition may be less than 10 Pa ⁇ s.
  • 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 with a high magnetic flux density.
  • the magnetic flux density of the magnetic field generated from these magnetic force line generation sources is preferably 1 to 30 tesla.
  • the above-mentioned anisotropic filler made of a carbon material or the like can be easily oriented. Further, by setting the content to 30 Tesla or less, it becomes possible to practically manufacture the product.
  • a shearing force is applied to the mixed composition to produce a primary sheet in which the anisotropic filler is oriented along the plane direction. More specifically, in the flow orientation method, first, the mixed composition prepared in the step X is stretched flat while applying a shearing force to form a sheet (primary sheet). By applying a shearing force, the anisotropic filler 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, or extrusion molding or ejection from a nozzle is used to coat the mixed composition on the base film, and then, if necessary.
  • the mixed composition may be semi-cured, or it may be fully cured.
  • the thickness of the primary sheet is preferably about 50 to 5000 ⁇ m.
  • the anisotropic filler is oriented in one direction along the surface direction of the sheet.
  • the mixed composition used in the flow orientation method has a relatively high viscosity so that a shearing force is applied when the mixed composition is stretched into a sheet.
  • the viscosity of the mixed composition is preferably 3 to 500 Pa ⁇ s.
  • the primary sheet may be used as it is as a heat conductive sheet without forming a block. Further, after stacking a plurality of primary sheets so that the orientation directions are the same, the primary sheets are bonded to each other by a hot press or the like while being cured by heating as necessary to form a laminated block (block-shaped). An oriented molded body) may be formed. Further, when forming a laminated block, the primary sheets may be overlapped after irradiating at least one of the surfaces of the primary sheets to be overlapped with each other with vacuum ultraviolet rays. When the primary sheets are overlapped with each other through the surface irradiated with vacuum ultraviolet rays, the primary sheets can be firmly adhered to each other.
  • the mixed composition when irradiating with vacuum ultraviolet rays, the mixed composition may be completely cured when the primary sheet is produced, and when the primary sheets are laminated to form a laminated block, the mixed composition is cured by heating or the like. No need. Also in the flow orientation method, the curing of the mixed composition may be performed under the heating conditions as described above.
  • the obtained oriented molded body is cut by a slice or the like perpendicular to the direction in which the anisotropic filler is oriented to form a sheet. Good for the body. Slicing may be performed with, for example, a shear blade.
  • the tip of the anisotropic filler is exposed from the binder component on each surface which is the cut surface by cutting the slice or the like.
  • the sheet-shaped molded product obtained by cutting may be used as it is as a heat conductive sheet, or may be further treated.
  • each surface which is a cut surface may be polished. The surface may be polished using, for example, abrasive paper.
  • the heat conductive sheet of the present invention is used inside an electronic device or the like. Specifically, the heat conductive sheet is interposed between the two members and is used to conduct heat from one member to the other. Specifically, the heat conductive sheet is interposed between the heating element and the radiator, conducts heat generated by the heating element, transfers the heat to the radiator, and dissipates heat from the radiator.
  • the heating element include various electronic components such as a CPU, a power amplifier, and a power supply used inside an electronic device.
  • the radiator include a heat sink, a heat pump, and a metal housing of an electronic device.
  • the heat conductive sheet may be used with both surfaces in close contact with each of the heating element and the heat radiating element and compressed.
  • the present invention also provides a method for mounting a heat conductive sheet.
  • the heat conductive sheet of the present invention comprises a binder component which is a mixture of a silicone matrix (A) and a hydrocarbon compound (B), and a heat conductive filler (C) dispersed in the binder component.
  • the thermally conductive filler (C) contains an anisotropic filler oriented in the thickness direction, and has a thickness of 0.05 to 0.5 mm.
  • the heat conductive sheet of the present invention can be stably mounted between two members (between the first and second members) by the mounting method having the following steps 1 to 3.
  • Step 1 Place the heat conductive sheet on the surface of the first member
  • Step 2 Step to heat the heat conductive sheet
  • Step 3 The side opposite to the surface of the heat conductive sheet on the first member side
  • the first and second members are Although not particularly limited, it is preferable that one is a heating element and the other is a radiator. The detailed description of the heating element and the radiator is as described above.
  • Step 1 the heat conductive sheet is placed on the surface of the first member.
  • the method of arranging the heat conductive sheet is not particularly limited, but it is preferable to arrange the heat conductive sheet so that one surface of the heat conductive sheet comes into contact with the first member. In this method, as will be described later, it is preferable to perform step 2 after step 1. In that case, since the heat conductive sheet is arranged on the surface of the first member in a state where there is elasticity before heating, the workability of the step 1 is improved.
  • Step 2 the heat conductive sheet is heated.
  • Step 2 may be performed after step 1, before step 1, or in parallel with step 1, but step 2 may be performed after step 1 as described above. preferable. That is, in step 2, it is preferable to heat the heat conductive sheet arranged on the surface of the first member.
  • the heat conductive sheet may be heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the hydrocarbon compound (B). Therefore, the thermal conductivity sheet should be heated to a temperature higher than normal temperature (23 ° C.), but the hydrocarbon-based compound (B) is surely melted and thermally conductive at the time of assembly (step 3 described later). From the viewpoint of increasing the flexibility of the sheet, it is preferable to heat the sheet to 40 ° C. or higher, more preferably 50 ° C. or higher, still more preferably 60 ° C. or higher. Further, from the viewpoint of preventing the heat conductive sheet from being heated more than necessary, the heat conductive sheet may be heated to 100 ° C. or lower, preferably 90 ° C. or lower, more preferably 85 ° C.
  • step 2 when the heat conductive sheet is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the hydrocarbon compound (B), the first and second heat-conducting sheets are pressurized in step 3 through the molten hydrocarbon compound (B). Can be easily fixed to the member of.
  • the method for heating the heat conductive sheet is not particularly limited, and the heat conductive sheet may be heated by a heating device such as an infrared heater, a hot air heater, or a heat transfer heater.
  • a heating device such as an infrared heater, a hot air heater, or a heat transfer heater.
  • the phase change sheet is generally softened or melted by heating a heating element constituting either the first or second member, but in this mounting method, the heat conductive sheet generates heat.
  • the heating device is heated by a heating device separate from the body before being sandwiched between the first and second members.
  • the heat conductive sheet can be fixed to the first and second members before the use of the electronic device. Therefore, it is possible to compress and assemble the heat conductive sheet at the compression rate as designed.
  • Step 3 the second member is arranged on the surface of the heat conductive sheet opposite to the surface of the first member side, and the heat conductive sheet is pressurized to be between the first and second members. Assemble the heat conductive sheet.
  • step 3 it is preferable to further arrange the second member on the heat conductive sheet arranged on the surface of the first member, whereby the heat conductive sheet is made of the first and second members. It will be in a state of being sandwiched between them.
  • Step 3 may be performed in parallel with step 2, but is preferably performed after step 2. Therefore, in step 3, it is preferable to further arrange the second member on the heat conductive sheet that has been arranged on the surface of the first member and has already been heated. In this mounting method, it is more preferable to perform the steps 1, step 2, and step 3 in this order. If each process is performed in such an order, workability is improved.
  • the heat conductive sheet sandwiched between the first and second members in step 3 is heated by step 2, and therefore, in step 3, the heated state is further pressurized in the thickness direction. It is good.
  • the pressurization may be performed, for example, by further pressing the heat conductive sheet sandwiched between the first and second members in the thickness direction by the first and second members.
  • the heat conductive sheet has a temperature equal to or higher than the melting point of the hydrocarbon compound (B) at the time of pressurization in step 3, and the hydrocarbon compound (B) is melted.
  • the heat conductive sheet may be fixed to the first and second members by the compound (B).
  • the heat conductive sheet of the present invention has a certain degree of flexibility in a heated state, it can be made to follow the first and second members by the pressurization in step 3. Therefore, even if the first and second members have irregularities, the heat conductive sheet can be brought into close contact with the first and second members to prevent the thermal resistance from increasing. Further, the heat conductive sheet can be assembled without applying high stress to the first and second members. Further, since the heat conductive sheet has shape retention even when heated, pump-out is suppressed and reliability is enhanced even when used in a compressed state as described above. Further, since the heat conductive sheet has a certain elasticity before heating, the workability at the time of assembly can be improved.
  • the present invention also provides a heat-dissipating member provided with the above-mentioned heat-conducting sheet and a heat-dissipating body, and the heat-conducting sheet is mounted on the surface of the heat-dissipating body.
  • a heat radiating member can be obtained, for example, by arranging a heat conductive sheet on the surface of the heat radiating body and fixing the heat conductive sheet to the surface of the heat radiating body.
  • the heat conductive sheet may be fixed to the surface of the radiator by heating to a temperature equal to or higher than the melting point of the hydrocarbon compound (B) and pressurizing, for example. At this time, the heat conductive sheet may be placed on the surface of the heat radiating body after being heated, or may be placed on the surface of the heat radiating body and then heated.
  • the heat conductive sheet can be mounted between the heat radiating body and the heat generating body by arranging the heat generating body on the surface of the heat conductive sheet opposite to the surface of the heat radiating body side.
  • the mounting method the method including the above steps 2 and 3 may be performed, and the details thereof are as described above and will be omitted.
  • the heat conductive sheets obtained in this example and the comparative example were evaluated by the following methods.
  • Thermal resistance value, slope ⁇ The thermal resistance value was measured by the method shown below using a thermal resistance measuring machine as shown in FIG. Specifically, for each sample, a test piece S having a size of 30 mm ⁇ 30 mm 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 pressed by a load cell 26 at a pressure of 40 psi (. A load of 0.276 MPa) was applied. Here, the lower copper block 22 is in contact with the heater 24.
  • the upper copper block 23 is covered with a heat insulating material 21 and connected to a heat sink 25 with a fan.
  • the temperature of the upper copper block 23 ( ⁇ j0 ), the temperature of the lower copper block 22 ( ⁇ j1 ), and the calorific value of the heater (Q). ) was measured, and the thermal resistance value R40 of each sample was obtained from the following formula (2). The temperature was adjusted so that the heat conductive sheet had a calorific value of 80 ° C.
  • Thermal resistance value ( ⁇ j1 - ⁇ j0 ) / Q ⁇ ⁇ ⁇ Equation (2)
  • ⁇ 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 R 10 was calculated in the same manner as above except that a load of 10 psi (0.069 MPa) was applied by the load cell 26.
  • the thermal resistance value R 40 (° C. in 2 / W) measured at a load of 40 psi calculated as described above, the thickness of the heat conductive sheet at the time of measurement at a load of 40 psi T 40 (mm), and the thermal resistance measured at a load of 10 psi. From the value R 10 (° C. in 2 / W) and the thickness T 10 (mm) of the heat conductive sheet at the time of measurement at a load of 10 psi, the inclination ⁇ was obtained by the following formula (1).
  • (R 40 -R 10 ) / (T 40 -T 10 ) ... (1)
  • the thermal resistance value at low load was evaluated according to the following criteria based on the value of the slope ⁇ .
  • a Slope ⁇ is 0.1 or less
  • B Slope ⁇ is more than 0.1 0.4 or less
  • C Slope ⁇ is more than 0.4 1 or less
  • D Slope ⁇ is more than 1
  • Example 1 Side-chain crystalline polyalphaolefin (CPAO, melting point (Tm): 42 ° C.) as the hydrocarbon compound (B) and n-decyltrimethoxysilane as the compatible substance (D) are added according to the blending amounts in Table 1.
  • the mixture was mixed at 23 ° C. to obtain a mixture in which the hydrocarbon compound (B) was dissolved in the compatible substance (D).
  • the silicone main agent 1 alkenyl group-containing organopolysiloxane
  • the silicone curing agent hydrohalogen organopolysiloxane
  • the catalyst platinum-based catalyst
  • thermally conductive filler (C) aluminum powder (spherical, average particle size 3 ⁇ mm, aspect ratio 1 to 1.5, thermal conductivity 236 W / m ⁇ K) was used as the non-anisotropic filler. .. Further, as an anisotropic filler, graphite graphite powder (average particle size 40 ⁇ m, aspect ratio 10, thermal conductivity 550 W / m ⁇ K), graphitized carbon fiber 1 (average fiber length 77 ⁇ m, aspect ratio 8, thermal conductivity 1200 W). / M ⁇ K) and graphitized carbon fiber 2 (average fiber length 150 ⁇ m, aspect ratio 15, thermal conductivity 900 W / m ⁇ K) were used.
  • the volume filling factor of the heat conductive filler (C) in each Example and Comparative Example was 66% by volume.
  • the melting point is the temperature of the endothermic peak of the DTA curve measured under the condition of a heating rate of 1 ° C./min by thermal weight differential thermal analysis (TGDTA, "DTG-60” manufactured by Shimadzu Corporation).
  • 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 apply the anisotropic filler in the thickness direction.
  • the curable silicone composition (A1) was cured by heating at 80 ° C. for 60 minutes to obtain a block-shaped oriented molded body.
  • the block-shaped oriented molded product is sliced into a sheet using a shear blade to obtain a sheet-shaped molded product in which the anisotropic filler is exposed, and then heated at 150 ° C. for 2 hours. Then, the sheet-shaped molded body was used as a heat conductive sheet.
  • Example 2 to 4 A heat conductive sheet was obtained in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of each component was changed to the amount shown in Table 1. Two types of heat conductive sheets, one having a thickness of 0.2 mm and the other having a thickness of 0.3 mm, were produced. For each heat conductive sheet, the heat resistance value R 40 measured at a load of 40 psi and the thickness T 40 at the time of measurement, and the heat resistance value R 10 measured at a load of 10 psi and the thickness T 10 at the time of measurement are described above. The measurement was performed as per, and the inclination ⁇ was calculated and the thermal resistance at low load was evaluated. The results are shown in Table 1.
  • Example 5 A heat conductive sheet was obtained in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of the side chain crystalline polyalphaolefin (CPAO) was as shown in Table 1 and dimethyldimethoxysilane was used as the compatible substance (D). ..
  • the hydrocarbon-based compound (B) tended to be difficult to dissolve in the compatible substance (D), and it took time to dissolve, but a heat conductive sheet could be obtained without any problem.
  • Example 6 A heat conductive sheet was obtained in the same manner as in Example 1 except that white petrolatum according to the Japanese Pharmacopoeia was used as the hydrocarbon compound (B) in the blending amounts shown in Table 1. Two types of heat conductive sheets, one having a thickness of 0.2 mm and the other having a thickness of 0.3 mm, were produced. For each heat conductive sheet, the heat resistance value R 40 measured at a load of 40 psi and the thickness T 40 at the time of measurement, and the heat resistance value R 10 measured at a load of 10 psi and the thickness T 10 at the time of measurement are described above. The measurement was performed as per, and the inclination ⁇ was calculated and the thermal resistance at low load was evaluated. The results are shown in Table 1.
  • Example 1 The same procedure as in Example 1 was carried out except that a heat conductive sheet was prepared from a mixed composition obtained by mixing each component according to the formulation shown in Table 1 without using the hydrocarbon compound (B). Table 1 shows the evaluation results of the heat conductive sheet obtained in Comparative Example 1.
  • Example 3 The same procedure as in Example 1 was carried out except that the mixed composition obtained by mixing each component according to the formulation shown in Table 1 was used without using the compatible substance (D), but the hydrocarbon compound (B) was used. Was not dispersed in the curable silicone composition (A1), and a block-shaped oriented molded body could not be obtained.
  • the heat conductive sheets of Examples 1 to 6 were heat conductive sheets satisfying the requirements of the present invention, had a high compressibility at high temperatures, and were excellent in flexibility. Further, although the thickness is thin, the value of the inclination ⁇ is small, the followability to the heating element and the heat radiating element is excellent under a low load, and the thermal resistance value is low.
  • Examples 2, 3 and 6 obtained by blending the hydrocarbon compound (B) in the range of 2 parts by mass or more and 8 parts by mass or less and using n-decyltrimethoxysilane as the compatible substance (D).
  • the heat conductive sheet of No. 1 had a lower value of inclination ⁇ and a particularly low heat resistance value under a low load.
  • the heat conductive sheet obtained in each example was a relatively rigid sheet at room temperature lower than the melting point of the hydrocarbon compound (B), the heat conductive sheet is obtained by slicing as described above. It was possible and was excellent in handleability. Further, even at 80 ° C., the liquid did not become liquid and the liquid material did not flow out, so that pump-out did not occur even when compressed for a long period of time, and the reliability was good. Furthermore, no bubbles were observed on the surface of the heat conductive sheet, and the appearance was good.
  • the heat conductive sheets of Comparative Examples 1 and 2 had a low compressibility at high temperatures and did not have a certain degree of flexibility.
  • the value of the slope ⁇ was larger than that of the examples, and at a low load, the followability to the heating element and the radiator was insufficient, and the thermal resistance value was high.
  • Comparative Example 3 since the compatible substance (D) was not used, a heat conductive sheet could not be obtained.

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Abstract

本発明の熱伝導性シートは、シリコーンマトリクス(A)と炭化水素系化合物(B)の混合物であるバインダー成分と、前記バインダー成分に分散される熱伝導性充填材(C)とを備え、前記熱伝導性充填材(C)が厚さ方向に配向する異方性充填材を含み、厚さが0.05~0.5mmである。 本発明によれば、厚みの薄い熱伝導性シートであって、低荷重で圧縮した場合であっても熱抵抗値を低くすることが可能な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、その装着方法及び製造方法
 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、伝導効率をより一層高めるために発熱体、放熱体に対する追従性が求められる。したがって、加熱により軟化ないし溶融する、いわゆるフェーズチェンジシートと呼ばれる相変化型の熱伝導性シートが検討されている。例えば、特許文献1では、アルキル基導入シリコーンオイルと、α-オレフィンと、熱伝導性フィラーとを少なくとも含み、常温ではパテ状であり、加熱により軟化し流動化する放熱シートが開示されている。
 また、熱伝導性シートとしては高分子ゲルを利用した熱伝導性シートも知られている。例えば、特許文献2には、高分子ゲルと、常温では固形ないしペースト状で加熱すると液体になる化合物と、熱伝導性フィラーとを含む組成物からなる放熱シートであって、加熱によって軟化することを特徴とする熱軟化放熱シートが開示されている。
 また、特許文献3には、熱伝導性樹脂層を含む熱伝導性シートであって、熱伝導性樹脂層が、ワックスを含むバインダー樹脂と、該バインダー樹脂中に分散する熱伝導性充填材とを含む熱伝導性シートにおいて、バインダー樹脂にシリコーンゲルが使用されることが開示されている。
 以上の各特許文献1~3に開示されるフェーズチェンジシートや、シリコーンゲルなどの高分子ゲルを利用した熱伝導性シートは、柔軟性が高いため、放熱体、発熱体に対する追従性が良好であり、それにより、熱伝導性能を高くすることが可能になる。
特開2004-331835号公報 特開2002-234952号公報 特開2001-291807号公報
 しかしながら、上記したような従来の熱伝導性シートは、厚みが薄い場合、高温下において、発熱体及び放熱体の間に圧縮して装着する際の荷重が低荷重であると、発熱体及び放熱体に対する追従性が悪くなり、そのため熱抵抗値が高くなる(熱伝導性が低下する)という問題があることが分かった。一方、熱伝導性シートを高荷重で圧縮すると、熱抵抗値は低くなるものの、発熱体及び放熱体に対する負荷が高くなるため、低荷重の条件であっても熱抵抗値の低い熱伝導性シートが望まれる。
 そこで、本発明は、厚みの薄い熱伝導性シートであって、低荷重で圧縮した場合であっても熱抵抗値を低くすることが可能な熱伝導性シートを提供することを課題とする。
 本発明者は、鋭意検討の結果、シリコーンマトリクス(A)と炭化水素系化合物(B)の混合物であるバインダー成分と、前記バインダー成分に分散される熱伝導性充填材(C)とを備え、前記熱伝導性充填材(C)が厚さ方向に配向する異方性充填材を含み、厚さが0.05~0.5mmである、熱伝導性シートが上記課題を解決できることを見出し、以下の本発明を完成させた。すなわち、本発明は、以下の[1]~[11]を提供する。
[1]シリコーンマトリクス(A)と炭化水素系化合物(B)の混合物であるバインダー成分と、前記バインダー成分に分散される熱伝導性充填材(C)とを備え、前記熱伝導性充填材(C)が厚さ方向に配向する異方性充填材を含み、厚さが0.05~0.5mmである、熱伝導性シート。
[2]80℃において荷重40psiで測定される熱抵抗値R40(℃・in/W)及び測定時厚さT40(mm)と、80℃において荷重10psiで測定される熱抵抗値R10(℃・in/W)及び測定時厚さT10(mm)とで算出される下記式(1)で示される傾きαが0.4以下である、請求項1に記載の熱伝導性シート。
α=(R40-R10)/(T40-T10)・・・(1)
[3]前記炭化水素系化合物(B)の融点が、23℃より高く80℃以下である上記[1]又は[2]に記載の熱伝導性シート。
[4]前記炭化水素系化合物(B)が結晶性ポリアルファオレフィンである上記[1]~[3]のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
[5]前記炭化水素系化合物(B)の含有量が、シリコーンマトリクス(A)と炭化水素系化合物(B)の合計100質量部に対して、0.5~15質量部である上記[1]~[4]のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
[6]前記熱伝導性充填材(C)の体積充填率が、30~85体積%である上記[1]~[5]のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
[7]上記[1]~[6]のいずれか1項に記載の熱伝導性シートと、放熱体とを備え、前記熱伝導性シートが前記放熱体の表面に装着される放熱部材。
[8]シリコーンマトリクス(A)と炭化水素系化合物(B)の混合物であるバインダー成分と、前記バインダー成分に分散される熱伝導性充填材(C)とを備え、前記熱伝導性充填剤(C)が厚さ方向に配向する異方性充填材を含み、厚さが0.05~0.5mmである、熱伝導性シートを、第1の部材の表面に配置する工程と、前記熱伝導性シートを加熱する工程と、前記熱伝導性シートの前記第1の部材側の面とは反対側の面に第2の部材を配置し、かつ前記熱伝導性シートを加圧して、前記第1及び第2の部材間に前記熱伝導性シートを組み付ける工程とを備える熱伝導性シートの装着方法。
[9]前記炭化水素系化合物(B)が23℃より高い融点を有し、前記熱伝導性シートを、前記融点以上に加熱する上記[8]に記載の熱伝導性シートの装着方法。
[10]硬化性シリコーン組成物(A1)と、炭化水素系化合物(B)と、異方性充填材を含む熱伝導性充填材(C)と、相溶性物質(D)とを少なくとも混合させて、混合組成物を得る工程と、前記混合組成物を加熱により硬化する工程とを備える熱伝導性シートの製造方法。
[11]前記相溶性物質(D)がアルコキシシラン化合物である上記[10]に記載の熱伝導性シートの製造方法。
 本発明によれば、厚みの薄い熱伝導性シートであって、発熱体及び放熱体などに装着する際に低荷重で圧縮した場合においても熱抵抗値を低くすることが可能な熱伝導性シートを提供することができる。
熱抵抗を測定する測定機を説明する図である。
[熱伝導性シート]
 以下、本発明の実施形態に係る熱伝導性シートについて詳しく説明する。
 本発明の熱伝導性シートは、シリコーンマトリクス(A)と炭化水素系化合物(B)の混合物であるバインダー成分と、バインダー成分に分散される熱伝導性充填材(C)とを備え、前記熱伝導性充填材(C)が厚さ方向に配向する異方性充填材を含み、厚さが0.05~0.5mmである。
 本発明の熱伝導性シートは、以上の構成を有することで、高温加熱時(すなわち、使用時)に一定の柔軟性を確保し、厚みが薄いにもかかわらず、発熱体、放熱体などに対して高い荷重を作用させることなく追従性を確保でき、熱伝導性が良好になる。
 熱伝導性シートの厚みが薄いにも関わらず、発熱体、放熱体などに対して、低荷重で追従性が良好となる原理は定かではないが、以下のように推定される。本発明の熱伝導性シートはバインダー成分として、炭化水素系化合物(B)を含有する。炭化水素系化合物(B)は、加熱時に軟化、溶融、低粘度化することにより、熱伝導性シートの柔軟性が高まり、これにより発熱体、放熱体との追従性が向上する。これに加えて、本発明の熱伝導性シートは熱伝導性充填材(C)として、シートの厚さ方向に配向する異方性充填材を含んでいる。これにより、シートの厚さ方向の熱伝導パスが形成されやすくなる。これらの要因により、熱伝導性シートの熱伝導性が向上すると考えられる。
 なお、炭化水素系化合物(B)は、シリコーンマトリクス(A)に相溶されず、バインダー成分において、シリコーンマトリクス(A)が海成分、炭化水素系化合物(B)が島成分となる海島構造になると推定される。バインダー成分が海島構造を有することで、炭化水素系化合物(B)は、加熱時に軟化、溶融、低粘度化などしてもシリコーンマトリクス(A)によって保持され続け、柔軟性を高めながらもポンプアウトも抑止できる。また、シリコーンマトリクス(A)が海成分を構成することで、熱伝導性シートは所定の反発弾性を備えるので、発熱体、又は放熱体との間などに空気層ができずに安定して組み付けることができる。
<厚さ>
 本発明の熱伝導性シートの厚さは、0.05~0.5mmである。熱伝導性シートの厚さが0.05mm未満であると、熱伝導性シートの発熱体や放熱体に対する追従性が悪くなり、熱抵抗値が高くなる傾向がある。一方、熱伝導性シートの厚さが0.5mmを超えると、小型の電子機器などに使用し難くなる。熱伝導性シートの厚さは、好ましくは0.08~0.5mmであり、より好ましくは0.1~0.4mmである。
 本発明の熱伝導性シートは、このように比較的厚みが薄いものであるが、上記したように、発熱体と放熱体の間に組み込む際に、低荷重であっても熱抵抗値を低くすることができる。
<傾きα>
 本発明の熱伝導性シートは、80℃において荷重40psi(0.276MPa)で測定される熱抵抗値R40及び測定時厚さT40と、荷重10psi(0.069MPa)で測定される熱抵抗値R10及び測定時厚さT10とで算出される下記式(1)で示される傾きαが0.4以下であることが好ましい。
α=(R40-R10)/(T40-T10)・・・(1)
 傾きαを0.40以下とすることにより、低荷重においても発熱体、放熱体などに対して、追従性が良好になり、熱伝導性に優れる熱伝導性シートとなる。傾きαは、好ましくは0.3以下であり、より好ましくは0.2以下であり、さらに好ましく0.1以下である。なお、熱抵抗値R40及びR10の単位は℃・in/Wであり、厚さT40及びT10の単位はmmである。
 熱伝導性シートは、一般に、相対的に高荷重である荷重40psiで測定した場合の方が、相対的に低荷重である荷重10psiで測定した場合よりも、熱抵抗値は低くなる。このため、厚みの変化に対する熱抵抗値の変化を示す式(1)で表される傾きαは、その値が低く0に近づくにつれて、低荷重であっても高荷重のときと同等に近い熱抵抗値を示すことを意味する。したがって、傾きαを小さく調整することにより、低荷重であっても熱抵抗値の低い熱伝導性シートを得ることができる。
 傾きαは、炭化水素系化合物(B)や熱伝導性充填材(C)の配合量、後述する熱伝導性シートの製造方法などにより調整することができる。
 荷重40psiで測定される熱抵抗値R40及び荷重10psiで測定される熱抵抗値R10は、実施例に記載の方法で測定することができる。
<圧縮率>
 本発明の熱伝導性シートは、40psiにおける圧縮率が15%以上であることが好ましい。熱伝導性シートの圧縮率が15%以上となると、加熱した際の柔軟性が高く、使用時に発熱体や放熱体に対する追従性が向上し、熱伝導性が良好となる。上記圧縮率は、使用時の柔軟性を高め、熱伝導性を向上させる観点から、18%以上が好ましく、20%以上がより好ましい。
 また、上記圧縮率は、50%以下が好ましい。圧縮率が50%以下になることで、取扱い性、信頼性が良好になりやすくなり、電子機器への組み付けや切断加工も容易になり、さらには、ポンプアウトなども生じにくくなる。これら観点から、上記圧縮率は、40%以下がより好ましく、38%以下がさらに好ましい。
 圧縮率は、実施例に記載の方法で測定される。
<シリコーンマトリクス(A)>
 シリコーンマトリクス(A)は、室温(23℃)及び高温下(80℃)のいずれにおいても流動性を有しないシリコーンであるとよい。シリコーンマトリクス(A)は、流動性を有しないので、常温及び高温下において熱伝導性シートの保形性を確保できる。
 また、本発明のシリコーンマトリクス(A)としては例えばシリコーンゴムを使用すればよい。シリコーンゴムを使用することで圧縮変形が容易となり、発熱体と放熱体の間に組み付けやすくなる。また、熱伝導性シートに一定の圧縮特性を付与できるので、信頼性を高めることができる。
 シリコーンマトリクス(A)に使用するシリコーンとしては、縮合反応型、付加反応型のいずれでもよいが、熱伝導性充填材を高充填し易く、また触媒等により硬化温度を容易に調整できることから、付加反応型が好ましい。シリコーンマトリクス(A)は、例えば、硬化性シリコーン組成物(A1)を硬化することで得ることができる。硬化性シリコーン組成物(A1)は、例えば主剤と硬化剤からなるとよい。
 硬化性シリコーン組成物(A1)は、付加反応型の場合、熱伝導性充填材を高充填し易いという観点から、主剤としてのアルケニル基含有オルガノポリシロキサンと硬化剤としてのハイドロジェンオルガノポリシロキサンとを含有することが好ましい。
 なお、硬化性シリコーン組成物(A1)は、硬化前は液状であることが好ましい。硬化性シリコーン組成物(A1)は、硬化前に液状であることで、熱伝導性フィラーを高充填しやすく、さらには、炭化水素系化合物(B)を硬化性シリコーン組成物(A1)中に分散させやすくなる。なお、本明細書において液状とは、常温(23℃)、1気圧下で液体のものをいう。
 また、シリコーンマトリクス(A)は、熱伝導性シートの保形性を確保できるようにするために、3次元架橋しているシリコーンマトリクスを使用することが好ましい。そのためには、例えば付加反応型の場合、1分子中にアルケニル基を少なくとも3以上有するアルケニル基含有オルガノポリシロキサン、またはケイ素原子に付加する水素を少なくとも3以上有するハイドロジェンオルガノポリシロキサンを含有する硬化性シリコーン組成物(A1)を硬化させればよい。
 シリコーンマトリクス(A)の含有量は、熱伝導性シート全量に対して、例えば15~70体積%程度であればよく、好ましくは17~50質量%、より好ましくは20~39質量%である。
<炭化水素系化合物(B)>
 本発明で使用する炭化水素系化合物(B)は、室温で液状、あるいは、一定の温度(例えば、23℃より高く80℃以下の温度)に加熱することで溶融する化合物を使用すればよい。熱伝導性シートは、炭化水素系化合物(B)として液状あるいは加熱により溶融する化合物を含有することで、高温加熱時に柔軟性を高めることができ、上記した傾きαを小さくしたり、圧縮率を高くしやすくなる。
 炭化水素系化合物(B)の融点は、高温(例えば、80℃)加熱時に溶融できる観点から、好ましくは80℃以下であるが、より好ましくは70℃以下、さらに好ましくは60℃以下、よりさらに好ましくは50℃以下である。
 炭化水素系化合物(B)は、室温、1気圧下で固体状であることが好ましい。室温で固体であることで、取扱い性を高め、例えば後述する切断加工を室温近傍の温度で行うとき、所定の剛性を有することで、容易に熱伝導性シートを得ることができる。したがって、炭化水素系化合物の融点は常温(23℃)より高いことが好ましく、30℃以上であることがより好ましく、35℃以上であることがさらに好ましい。なお、炭化水素系化合物の融点は、熱重量示差熱分析(TGDTA)を用い昇温速度1℃/minで測定したDTA曲線の吸熱ピークの温度である。また、炭化水素系化合物が混合物である場合は、融点は上記温度範囲の中の最大の吸熱ピークとする。
 炭化水素系化合物の具体例としては、流動パラフィン、パラフィンワックス、ワセリン、ポリアルファオレフィン(PAO)、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスなどが挙げられる。これらの中では、常温における取り扱性などの観点から、パラフィンワックス、ワセリン、ポリアルファオレフィン(PAO)、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスが好ましい。なお、ワセリンは、半固形状炭化水素系化合物であり、イソパラフィン、シクロパラフィン、ナフテンなどの複数の炭化水素系化合物の混合物である。また、ワセリンとしては例えば日本薬局方に定義される白色ワセリンを例示できる。
 上記の中でもポリアルファオレフィン(PAO)が好ましく、中でも結晶性を有する結晶性ポリアルファオレフィン(CPAO)がより好ましい。ポリアルファオレフィンは、α-オレフィンの重合体である。α-オレフィンの種類に特に制限はなく、直鎖であっても、分岐鎖を有してもよく、また、環状構造を有してもよい。ポリアルファオレフィンは、例えば炭素数2~30、好ましくは炭素数6~20のα-オレフィンの重合体である。結晶性ポリアルファオレフィンは、例えばα-オレフィンの炭素数を大きくして、側鎖結晶性ポリアルファオレフィンとしてもよい。
 ポリα-オレフィンは、単一のα-オレフィンの重合体であってもよいし、2種以上のα-オレフィンの共重合体であってもよい。
 熱伝導性シートにおける、シリコーンマトリクス(A)と炭化水素系化合物(B)の合計100質量部に対する、炭化水素系化合物(B)の含有量は、好ましくは0.5~15質量部である。
 炭化水素系化合物(B)の含有量が0.5質量部以上であると、熱伝導性シートは、高温下で一定の柔軟性を有し、発熱体と放熱体の間などに組み付けられた際の熱伝導性が向上しやすくなる。
 一方で、上記含有量が15質量部以下であると、シリコーンマトリクス(A)が熱伝導性シート中に一定量含有されることになり、熱伝導性シートの保形性を良好にできる。さらには、熱伝導性シートは、適度な反発弾性を有しやすくなり、発熱体又は放熱体との間に空気層ができずに安定して組み付けやすく、信頼性が高められる。
 これら観点から、炭化水素系化合物(B)の含有量は、1質量部以上がより好ましく、1.5質量部以上がさらに好ましく、2質量部以上がよりさらに好ましく、また、40質量部以下がより好ましく、10質量部以下がさらに好ましく、8質量部以下がよりさらに好ましい。
 なお、シリコーンマトリクス(A)は、後述する硬化性シリコーン組成物(A1)から形成されるものである。したがって、後述する混合組成物においては、硬化性シリコーン組成物(A1)と炭化水素系化合物(B)の合計100質量部に対する、炭化水素化合物(B)の含有量が、上記した炭化水素化合物(B)の含有量と同じになる。後述する熱伝導性充填材(C)、異方性充填材、及び非異方性充填材の含有量も同様である。
 また、バインダー成分は、シリコーンマトリクス(A)と炭化水素系化合物(B)からなるとよいが、本発明の効果を阻害しない範囲であれば、シリコーンマトリクス(A)以外の樹脂成分や、炭化水素系化合物(B)以外の可塑剤などをバインダー成分として含有してもよい。
<熱伝導性充填材(C)>
 本発明の熱伝導性シートは、熱伝導性充填材(C)をさらに備える。熱伝導性充填材(C)は、シリコーンマトリクス(A)と炭化水素系化合物(B)の混合物であるバインダー成分中に分散され、かつバインダー成分に保持されるとよい。
 熱伝導性充填材は、熱伝導性シートの厚さ方向に配向する異方性充填材を含有する。これにより、熱伝導性シートは、熱伝導性を高めやすくなる。厚さ方向に配向すると、上記した圧縮率を高くしにくくなるが、本発明では、炭化水素系化合物(B)をシリコーンマトリクス(A)中に分散させることで、厚さ方向の圧縮率を高くできる。
 なお、異方性充填材は、厚さ方向に配向する場合、その長軸方向が厳密に厚さ方向に平行である必要はなく、長軸方向が多少厚さ方向に対して傾いていても厚さ方向に配向するものとする。具体的には、長軸方向が20°未満程度傾いているものも厚さ方向に配向している異方性充填材とし、そのような異方性充填材が、熱伝導性シートにおいて、大部分であれば(例えば、全異方性充填材の数に対して60%超、好ましくは80%超)、厚さ方向に配向するものとする。
 熱伝導性充填材(C)の含有量は、シリコーンマトリクス(A)と炭化水素系化合物(B)の合計100質量部に対して、好ましくは150~3000質量部、より好ましくは200~2000質量部、さらに好ましくは300~1000質量部である。熱伝導性充填材(C)を150質量部以上とすることで、一定の熱伝導性を熱伝導性シートに付与できる。また、1500質量部以下とすることで、バインダー成分に熱伝導性充填材(C)を適切に分散できる。また、後述する混合組成物の粘度が必要以上に高くなったりすることも防止できる。
 また、熱伝導性シート全量に対する熱伝導性充填材の体積充填率は、好ましくは30~85体積%であり、より好ましくは50~83体積%であり、さらに好ましくは61~80体積%である。体積充填率を上記下限値以上とすることで、一定の熱伝導性を熱伝導性シートに付与できる。また、上限値以下とすることで、熱伝導性シートの製造が容易になる。
(異方性充填材)
 異方性充填材は、形状に異方性を有する充填材であり、配向が可能を充填材である。異方性充填材としては、繊維材料、鱗片状材料などが挙げられる。異方性充填材は、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、異方性充填材を厚さ方向などの一方向に配向させやすくなり、熱伝導性シートの厚さ方向などの一方向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、アスペクト比とは、異方性充填材の短軸方向の長さに対する長軸方向の長さの比であり、繊維材料においては、繊維長/繊維の直径を意味し、鱗片状材料においては鱗片状材料の長軸方向の長さ/厚さを意味する。
 熱伝導性シートにおける異方性充填材の含有量は、シリコーンマトリクス(A)と炭化水素系化合物(B)の合計100質量部に対して10~500質量部であることが好ましく、30~300質量部であることがより好ましく、50~250質量部であることがさらに好ましい。
 異方性充填材の含有量を10質量部以上とすることで、熱伝導性を高めやすくなる。また、500質量部以下とすることで、後述する混合組成物の粘度が適切になりやすく、異方性充填材の配向性が良好となる。さらに、シリコーンマトリクス(A)における異方性充填材の分散性も良好になる。
 異方性充填材は、繊維材料である場合、その平均繊維長が、好ましくは10~500μm、より好ましくは20~350μm、さらに好ましくは50~300μmである。平均繊維長を10μm以上とすると、熱伝導性シート内部において、異方性充填材同士が適切に接触して、熱の伝達経路が確保され、熱伝導性シートの熱伝導性が良好になる。
 一方、平均繊維長を500μm以下とすると、異方性充填材の嵩が低くなり、バインダー成分中に高充填できるようになる。
 また、繊維材料の平均繊維長は、熱伝導性シートの厚さよりも短いことが好ましい。厚さよりも短いことで、繊維材料が熱伝導性シートの表面から必要以上に突出したりすることを防止する。
 なお、上記の平均繊維長は、異方性充填材を顕微鏡で観察して算出することができる。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、任意の異方性充填材50個の繊維長を測定して、その平均値(相加平均値)を平均繊維長とすることができる。
 また、異方性充填材が鱗片状材料である場合、その平均粒径は、10~400μmが好ましく、15~300μmがより好ましく、20~200μmがさらに好ましい。平均粒径を10μm以上とすることで、熱伝導性シートにおいて異方性充填材同士が接触しやすくなり、熱の伝達経路が確保され、熱伝導性シートの熱伝導性が良好になる。一方、平均粒径を400μm以下とすると、熱伝導性シートの嵩が低くなり、バインダー成分中に異方性充填材を高充填することが可能になる。
 なお、鱗片状材料の平均粒径は、異方性充填材を顕微鏡で観察して長径を直径として算出することができる。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、任意の異方性充填材50個の長径を測定して、その平均値(相加平均値)を平均粒径とすることができる。
 異方性充填材は、熱伝導性を有する公知の材料を使用すればよいが、後述するように磁場配向により配向する場合には、反磁性を備えるとよい。一方で、流動配向により配向し、あるいは、異方性充填材を配向しない場合には反磁性を備えなくてもよい。
 異方性充填材の具体例としては、炭素繊維、又は鱗片状炭素粉末で代表される炭素系材料、金属繊維で代表される金属材料や金属酸化物、窒化ホウ素や金属窒化物、金属炭化物、金属水酸化物、ポリパラフェニレンベンゾオキサゾール繊維等が挙げられる。これらの中では、炭素系材料は、比重が小さく、バインダー成分中への分散性が良好なため好ましく、中でも熱伝導率の高い黒鉛化炭素材料がより好ましい。黒鉛化炭素材料は、グラファイト面が所定方向に揃うことで反磁性を備える。
 また、異方性充填材としては、窒化ホウ素も好ましい。窒化ホウ素は、特に限定されないが、鱗片状材料として使用されることが好ましい。鱗片状の窒化ホウ素は、凝集されてもよいし、凝集されていなくてもよいが、一部又は全部が凝集されていないことが好ましい。なお、窒化ホウ素なども、結晶面が所定方向に揃うことで反磁性を備える。
 また、異方性充填材は、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30W/m・K以上であり、好ましくは60W/m・K以上であり、より好ましくは100W/m・K以上、さらに好ましくは200W/m・K以上である。異方性充填材の熱伝導率は、その上限が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などにより測定できる。
 異方性充填材は、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。例えば、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または平均繊維長を有する異方性充填材を使用してもよい。大きさの異なる異方性充填材を使用すると、相対的に大きな異方性充填材の間に小さな異方性充填材が入り込むことにより、異方性充填材をバインダー成分中に高密度に充填できるとともに、熱の伝導効率を高められると考えられる。
 異方性充填材として用いる炭素繊維は、黒鉛化炭素繊維が好ましい。また、鱗片状炭素粉末としては、鱗片状黒鉛粉末が好ましい。異方性充填材としては、黒鉛化炭素繊維と鱗片状黒鉛粉末を併用することも好ましい。
 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。また、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。黒鉛化炭素繊維および鱗片黒鉛粉末は、高い黒鉛化度をもつものが好ましい。
 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。
 黒鉛化炭素繊維におけるメソフェーズピッチの使用態様は、紡糸可能ならば特に限定されず、メソフェーズピッチを単独で用いてもよいし、他の原料と組み合わせて用いてもよい。ただし、メソフェーズピッチを単独で用いること、すなわち、メソフェーズピッチ含有量100%の黒鉛化炭素繊維が、高熱伝導化、紡糸性及び品質の安定性の面から最も好ましい。
 黒鉛化炭素繊維は、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。
 黒鉛化炭素繊維の平均繊維長は、上記したとおり、好ましくは10~500μm、より好ましくは20~350μm、さらに好ましくは50~300μmである。また、黒鉛化炭素繊維のアスペクト比は上記したとおり2を超えており、好ましくは5以上である。黒鉛化炭素繊維の熱伝導率は、特に限定されないが、繊維軸方向における熱伝導率が、好ましくは400W/m・K以上、より好ましくは800W/m・K以上である。
 熱伝導性シートは、異方性充填材を含有する場合、異方性充填材はシート表面において露出していてもよいし、露出していなくてもよいが、露出することが好ましい。熱伝導性シートのシート表面は、異方性充填材が露出することで、非粘着面とすることができる。熱伝導性シートは、シートの主面となるものであり、シートの両表面のうち、いずれか一方のみに異方性充填材が露出していてもよいし、両方に異方性充填材が露出していてもよい。熱伝導性シートは、シート表面が非粘着であることで、電子機器などに組み付けるときに摺動などさせることが可能になり、組み付け性が向上する。
(非異方性充填材)
 本発明における熱伝導性充填材(C)は、さらに非異方性充填材を含有し、上記した異方性充填材と非異方性充填材とを併用してもよい。
 非異方性充填材は、特に、一方向に配向した異方性充填材と併用することで、配向した異方性充填材の間の隙間に介在し、熱伝導性をより一層高くできる。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、異方性充填材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。このようにアスペクト比が低い非異方性充填材は、異方性充填材と併用する場合、異方性充填材の隙間に配置されやすくなり、熱伝導率を向上させやすくなる。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、アルミナに代表される酸化アルミニウム、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。
 これらの中でも、酸化アルミニウムやアルミニウムは、熱伝導率が高く、球状のものが入手しやすい点で好ましい。
 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、例えば0.1~200μmである。例えば異方性充填材と併用する場合には、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く、1~15μmであることがさらに好ましい。平均粒径を50μm以下とすることで、異方性充填材と併用しても、異方性充填材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。
 また、非異方性充填材の平均粒径は0.1~200μmであることが好ましく、0.5~100μmであることがより好ましく、1~70μmであることがさらに好ましい。
 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。
 非異方性充填材の含有量は、シリコーンマトリクス(A)と炭化水素系化合物(B)の合計100質量部に対して、50~2500質量部であることが好ましく、100~1500質量部であることがより好ましく、200~750質量部であることがさらに好ましい。50質量部以上とすることで、熱伝導性シートの熱伝導性を良好にできる。一方で、1500質量部以下とすることで、非異方性充填材がバインダー成分中に適切に分散して、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る。また、混合組成物の粘度が必要以上に上昇することも防止できる。
 異方性充填材の含有量に対する、非異方性充填材の含有量の質量比は、特に限定されないが、0.5~5であることが好ましく、1~3であることがより好ましく、1.1~2.5であることが好ましい。質量比を上記範囲内とすることで、非異方性充填材が、異方性充填材の間に適度に充填され、効率的な伝熱パスを形成することができるため、熱伝導性シートの熱伝導性をより一層向上させることができる。
(添加剤)
 熱伝導性シートにおいて、バインダー成分には、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シリコーン組成物(A1)を硬化させる場合には、添加剤として硬化を促進させる硬化触媒などが配合されてもよい。硬化触媒としては、白金系触媒が挙げられる。
 また、後述するように混合組成物には、相溶性物質(D)が配合されることがある。相溶性物質(D)は、熱伝導性シートを製造する過程で揮発し熱伝導性シートには残存しなくてもよいが、配合された相溶性物質(D)の少なくとも一部が残存してもよい。
[熱伝導性シートの製造方法]
 本発明の熱伝導性シートは、例えば、以下の工程X、及び工程Yを備える製造方法により製造できる。
 工程X:硬化性シリコーン組成物(A1)と、炭化水素系化合物(B)と、異方性充填材を含む熱伝導性充填材(C)と、相溶性物質(D)とを少なくとも混合させて、混合組成物を得る工程
 工程Y:工程Xで得た混合組成物を加熱により硬化する工程
 以下、各工程について詳細に説明する。
(工程X)
 工程Xでは、硬化性シリコーン組成物(A1),炭化水素系化合物(B)、及び異方性充填材を含む熱伝導性充填材(C)に加え、相溶性物質(D)を混合することで、混合組成物を得る。相溶性物質(D)は、炭化水素系化合物(B)及び硬化性シリコーン組成物(A1)に対して、相溶ないし溶解する物質である。炭化水素系化合物(B)は、硬化性シリコーン組成物(A1)に対する相溶性が低いが、相溶性物質(D)を使用することで、硬化性シリコーン組成物(A1)中に均一に混合できる。そのため、炭化水素系化合物(B)は、硬化性シリコーン組成物(A1)を硬化して得られるシリコーンマトリクス(A)においても均一に混ざっている。
 工程Xでは、上記各成分を混合して、混合組成物を得ることができる限り、その混合方法や混合順は特に限定されず、硬化性シリコーン組成物(A1)、炭化水素系化合物(B)、熱伝導性充填材(C)、相溶性物質(D)、及び必要に応じて任意で添加されるその他の成分を任意の順番で適宜混合して、混合組成物を得るとよい。
 また、硬化性シリコーン組成物(A1)は、上記のとおり、例えば主剤と硬化剤とからなるが、そのような場合、主剤、硬化剤、炭化水素系化合物(B)、熱伝導性充填材(C)、相溶性物質(D)、及び必要に応じて任意で添加されるその他の成分を任意の順番で混合して、混合組成物を得てもよい。
 また、炭化水素系化合物(B)は、相溶性物質(D)に溶解させたうえで、硬化性シリコーン組成物(A1)や、その他の成分と混合させることが好ましい。
 この場合、炭化水素系化合物(B)と相溶性物質(D)の混合物、硬化性シリコーン組成物(A1)(あるいは、主剤及び硬化剤)、熱伝導性充填材(C)、及び必要に応じて任意で添加されるその他の成分を任意の順番で混合して、混合組成物を得るとよい。
 このように、工程Xにおいて炭化水素系化合物(B)を相溶性物質(D)に溶解させておくと、炭化水素系化合物(B)は、シリコーンマトリクス(A)においてより一層均一に混合できる。
 なお、炭化水素系化合物(B)を相溶性物質(D)に溶解させる場合、適宜加熱してもよい。このとき加熱温度は、相溶性物質(D)の融点より高い温度まで加熱することが好ましく、例えば40℃以上に加熱して溶解してもよい。また、加熱温度の上限は、主剤と硬化剤とに混合する場合、混合の過程で熱伝導性シリコーンが実質的に硬化しない温度とすることができる。一方、主剤と硬化剤とにそれぞれ相溶性物質(D)を混合する場合には、相溶性物質(D)が揮発し難い温度とすることができ、例えば80℃以下に加熱して溶解してもよい。
 また、シリコーンマトリクス(A)と炭化水素系化合物(B)と混合した状態は、相溶性物質(D)が介在することで、透明またはやや白濁した均一な混合物である。他方、相溶性物質(D)を含まない場合には、固形の炭化水素系化合物が分散した状態または液状の炭化水素系化合物が2層分離した状態となる。
<相溶性物質(D)>
 本発明で使用される相溶性物質(D)は、炭化水素系化合物(B)に溶解し、かつ硬化性シリコーン組成物(A1)に対して相溶する物質であるとよい。相溶性物質(D)は、常温(23℃)、1気圧で液状である物質であることが好ましい。相溶性物質(D)は、後述する通り、例えば、工程Yの50~180℃程度の加熱により揮発する成分である。相溶性物質(D)は、硬化時の加熱により揮発することで、熱伝導性シートにおける熱伝導性充填材(C)の含有割合を大きくできる。また、混合組成物は、相溶性物質(D)を含有することで、粘度が低下する。そのため、熱伝導性充填材(C)の配合量を多くしやすくなり、さらには、後述する磁場配向などにより異方性充填材を所定の方向に配向させやすくなる。
 相溶性物質(D)としては、アルコキシシラン化合物、炭化水素系溶媒、アルコキシシロキサン化合物などが挙げられる。これら化合物は、炭化水素系化合物(B)及び硬化性シリコーン組成物(A1)に対する溶解性ないし相溶性が高いため、混合組成物において、硬化性シリコーン組成物(A1)に対する炭化水素系化合物(B)の分散性を高めることができる。これにより、熱伝導性シートにおいても、炭化水素系化合物(B)が適切に分散され、保形性、信頼性、高温下における柔軟性などを確保しやすくなる。
 相溶性物質(D)は、1種単独で使用されてもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
 相溶性物質(D)としては、アルコキシシラン化合物を使用することが好ましい。アルコキシシラン化合物を使用することで、硬化により得られた熱伝導性シートの表面に気泡などが見られず外観が良好となる。
 相溶性物質(D)として使用されるアルコキシシラン化合物は、ケイ素原子(Si)が持つ4個の結合のうち、1~3個がアルコキシ基と結合し、残余の結合が有機置換基と結合した構造を有する化合物である。アルコキシシラン化合物は、アルコキシ基及び有機置換基を有することで、硬化性シリコーン組成物(A1)に対する炭化水素系化合物(B)の分散性を高めるこができる。
 アルコキシシラン化合物の有するアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロトキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基、及びヘキサトキシ基が挙げられる。アルコキシシラン化合物は、硬化性シリコーン組成物(A1)中に二量体として含有されていてもよい。
 アルコキシシラン化合物の中でも、入手容易性の観点から、メトキシ基及びエトキシ基の少なくともいずれかを有するアルコキシシラン化合物が好ましい。アルコキシシラン化合物の有するアルコキシ基の数は、硬化性シリコーン組成物(A1)及び炭化水素系化合物(B)との相溶性、溶解性などの観点から、2又は3であることが好ましく、3であることがより好ましい。アルコキシシラン化合物は、具体的にはトリメトキシシラン化合物、トリエトキシシラン化合物、ジメトキシシラン化合物、ジエトキシシラン化合物から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。
 アルコキシシラン化合物が有する有機置換基に含まれる官能基としては、例えば、アクリロイル基、アルキル基、カルボキシル基、ビニル基、メタクリル基、芳香族基、アミノ基、イソシアネート基、イソシアヌレート基、エポキシ基、ヒドロキシル基、及びメルカプト基が挙げられる。ここで、硬化性シリコーン組成物(A1)の硬化触媒として白金触媒を用いる場合、オルガノポリシロキサンの硬化反応に影響を与え難いアルコキシシラン化合物を選択して用いることが好ましい。具体的には、白金触媒を利用した付加反応型のオルガノポリシロキサンを用いる場合、アルコキシシラン化合物の有機置換基は、アミノ基、イソシアネート基、イソシアヌレート基、ヒドロキシル基、又はメルカプト基を含まないことが好ましい。
 アルコキシシラン化合物は、シリコーンマトリクス(A)における炭化水素系化合物(B)の分散性を高める観点から、ケイ素原子に結合したアルキル基を有するアルキルアルコキシシラン化合物、すなわち、有機置換基としてアルキル基を有するアルコキシシラン化合物を含むことが好ましい。したがって、ジアルキルジアルコキシシラン化合物、アルキルトリアルコキシシラン化合物が好ましく、中でもアルキルトリアルコキシシラン化合物が好ましい。
 ケイ素原子に結合したアルキル基の炭素数は、例えば1~16であるとよい。また、トリメトキシシラン化合物、トリエトキシシラン化合物などのトリアルコキシシラン化合物においては、炭化水素系化合物の分散性を高める観点から、上記アルキル基の炭素数が6以上であることが好ましく、8以上であることがさらに好ましく、また、炭素数が12以下であることが好ましく、10以下であることがより好ましい。
 一方で、ジメトキシシラン化合物、トリエトキシシラン化合物などのジアルコキシシラン化合物においては、炭化水素系化合物の分散性を高める観点から、上記アルキル基の炭素数は1以上であればよく、また、炭素数10以下が好ましく、6以下がより好ましく、4以下がさらに好ましい。
 アルキル基含有アルコキシシラン化合物としては、例えば、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、n-プロピルトリメトキシシラン、ジ-n-プロピルジメトキシシラン、ジ-n-プロピルジエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、イソブチルトリエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、イソブチルトリエトキシシラン、n-ヘキシルトリメトキシシラン、n-ヘキシルトリエトキシシラン、メチルシクロヘキシルジメトキシシラン、メチルシクロヘキシルジエトキシシラン、n-オクチルトリメトキシシラン、n-オクチルトリエトキシシラン、n-デシルトリメトキシシラン、n-デシルトリエトキシシランなどが挙げられる。
 アルキル基含有アルコキシシラン化合物の中でも、炭化水素系化合物(B)の分散性を良好にする観点から、n-デシルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、n-オクチルトリエトキシシランがさらに好ましく、炭化水素系化合物(B)との溶解性の観点からn-デシルトリメトキシシラン、n-オクチルトリエトキシシランがよりさらに好ましい。
 相溶性物質(D)として使用されるアルコキシシロキサン化合物は、二つ以上のシロキサン結合を有し、少なくとも一つのケイ素原子にアルコキシ基が結合した構造を有する。アルコキシシロキサン化合物は、シロキサン結合を構成するケイ素原子のうち、少なくとも一つのケイ素原子に有機置換基が結合した構造を有する。アルコキシシロキサン化合物は、アルコキシ基を及び有機置換基を有することで、炭化水素系化合物(B)の分散性を高めることができる。
 アルコキシシロキサン化合物の有するアルコキシ基及び有機置換基としては、上記アルコキシシラン化合物の説明で例示したものを挙げることができ、炭化水素系化合物(B)の分散性を高める観点から、少なくともアルキル基を有することが好ましい。
 アルコキシシロキサン化合物としては、例えば、メチルメトキシシロキサンオリゴマー、メチルフェニルメトキシシロキサンオリゴマー、メチルエポキシメトキシシロキサンオリゴマー、メチルメルカプトメトキシシロキサンオリゴマー、及びメチルアクリロイルメトキシシロキサンオリゴマーなどが挙げられる。
 アルコキシシロキサン化合物は、一種類又は二種類以上を使用することができる。
 相溶性物質(D)として使用される炭化水素系溶媒としては、芳香族炭化水素系溶媒が挙げられる。中でも硬化性シリコーン組成物(A1)との相溶性の観点から芳香族炭化水素系溶媒が好ましい。芳香族炭化水素系溶媒としては、炭素数6~10程度の芳香族炭化水素系溶媒が挙げられ、例えば、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、ブチルベンゼン、t-ブチルベンゼンなどが挙げられ、好ましくはトルエン、キシレンなどである。
 混合組成物において、硬化性シリコーン組成物(A1)と炭化水素系化合物(B)の合計100質量部に対する、相溶性物質(D)の含有量は、6~60質量部であることが好ましい。6質量部以上であると、硬化性シリコーン組成物(A1)に対して炭化水素系化合物(B)の混合の均一性を十分に高めるこができる。また、60質量部以下とすることで、相溶性物質(D)の使用量に見合った効果を得ることができる。これら観点から、相溶性物質(D)の上記含有量は、10~50質量部がより好ましく、15~45質量部がさらに好ましい。
 このとき、炭化水素系化合物(B)の混合が均一でない場合は、炭化水素系化合物が溶け残り、例えば固形の炭化水素系化合物が分散した状態になってしまう。このような分散した固形物は、混合組成物中では充填材としての性質が生じてしまうおそれがある。すなわち、溶け残りの固形物が粘度を上昇させる充填材の一部となるため、結果として熱伝導性充填材の配合量を多くしにくくなるおそれがある。
 また、混合組成物において、炭化水素系化合物(B)の分散性を高める観点から、相溶性物質(D)の含有量は、炭化水素系化合物(B)の含有量よりも多くすることが好ましい。
 なお、相溶性物質(D)は、工程Yの加熱により、一部又は全部が揮発することが好ましい。したがって、相溶性物質(D)は、熱伝導性シートに含有されなくてもよいが、混合組成物における含有量よりも少ない量で熱伝導性シートに含有されてもよい。
 なお、混合組成物における、相溶性物質(D)以外の成分(すなわち、硬化性シリコーン組成物(A1)、炭化水素系化合物(B)、熱伝導性充填材(C)、その他の添加剤など)の詳細な説明は、上記の通りである。また、混合組成物における炭化水素系化合物(B)及び熱伝導性充填材(C)の含有量も上記のとおりである。ただし、上記では、各成分の含有量は、シリコーンマトリクス(A)と炭化水素系化合物(B)の合計100質量部を基準とする量が示されるが、混合組成物においては、硬化性シリコーン組成物(A1)と炭化水素系化合物(B)の合計100質量部を基準とする量とする。
(工程Y)
 工程Yは、混合組成物を加熱により硬化する工程である。混合組成物を加熱する際の温度は、硬化性シリコーン組成物(A1)を加熱により硬化できる限り、特に限定されず、室温(23℃)より高ければよいが、好ましくは50℃以上の温度で加熱するとよい。また、加熱温度は、特に限定されないが、熱伝導性シート、混合組成物が熱劣化しない程度の温度であればよく、例えば180℃以下、好ましくは150℃以下である。また、混合組成物の加熱は、1段階で行ってもよいし、2段階以上で行ってもよい。2段階以上で行う場合は、少なくともいずれかの段階で加熱温度が上記範囲内であればよいが、全ての段階で加熱温度が上記範囲内であるほうが好ましい。また、加熱時間合計は、例えば10分~3時間程度である。また、2段階以上で行う場合、例えば1段階目において混合組成物を半硬化させ、2段階目移行の加熱により混合組成物を全硬化させるとよい。
 工程Yでは、混合組成物は、ブロック状、シート状などの所定の形状に成形し、かつ加熱して硬化させるとよい。また、工程Yでは、混合組成物は、熱伝導性充填材(C)として用いる異方性充填材を一方向に配向したうえで加熱により硬化させるとよい。異方性充填材は、磁場配向法、流動配向法により配向させることができるが、磁場配向法により配向させることが好ましい。
 磁場配向法では、混合組成物を金型などの内部に注入したうえで磁場に置き、異方性充填材を磁場に沿って配向させるとよい。そして、硬化性シリコーン組成物(A1)を硬化させることで配向成形体を得るとよい。混合組成物の硬化は、上記の通りの加熱条件により行うとよい。
 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が、シート状のものであってもよい。シート状のものとすることで、配向成形体は、スライスすることなくそのまま熱伝導性シートとして使用することができる。一方でブロック状とすることで、異方性充填材の配向性が高められる。
 磁場配向法では、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、熱伝導性充填材(C)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、磁場で異方性充填材が適切に配向され、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、沈降し難い熱伝導性充填材(C)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、炭素材料などからなる上記した異方性充填材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。
 流動配向法では、混合組成物に剪断力をかけて、面方向に沿って異方性充填材が配向された一次シートを製造する。より具体的には、流動配向法では、まず、工程Xにおいて調製された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(一次シート)に成形する。剪断力をかけることで、異方性充填材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、全硬化させたりするとよい。一次シートの厚さは、50~5000μm程度とすることが好ましい。一次シートにおいて、異方性充填材はシートの面方向に沿う一方向に配向している。
 流動配向法で使用する混合組成物は、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る。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。
 一次シートは、後述するようにブロックとせずにそのまま熱伝導性シートとして使用してもよい。また、一次シートを、配向方向が同じになるように複数枚重ねて積層した後、必要に応じて加熱により硬化させつつ、熱プレス等により一次シートを互いに接着させることで積層ブロック(ブロック状の配向成形体)を形成してもよい。
 また、積層ブロックを形成する場合には、一次シートの互いに重ね合わせる面の少なくとも一方に、真空紫外線を照射させた後、一次シートを重ね合わせてもよい。真空紫外線を照射された面を介して、一次シートを重ね合わせると、一次シート同士が強固に接着できる。また、真空紫外線を照射させる場合には、一次シートを作製する際に混合組成物を全硬化させておいてもよく、一次シートを重ね合わせて積層ブロックを形成する際には加熱などにより硬化させる必要はない。
 流動配向法でも、混合組成物の硬化は、上記の通りの加熱条件により行うとよい。
 上記のとおり、ブロック状の配向成形体を形成する際には、得られた配向成形体を、異方性充填材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、シート状成形体とするとよい。スライスは、例えばせん断刃などで行うとよい。シート状成形体は、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バインダー成分から異方性充填材の先端が露出することになる。
 切断により得られたシート状成形体は、そのまま熱伝導性シートとしてもよいが、さらに別の処理をしてもよい。例えば切断面である各表面を研磨するなどしてもよい。表面の研磨は、例えば、研磨紙を使用して行うとよい。
[熱伝導性シートの使用方法]
 本発明の熱伝導性シートは、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、2つの部材の間に介在させられ、一方の部材から他方の部材に熱を伝導させるために使用される。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、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とよい。
[熱伝導性シートの装着方法]
 本発明は、熱伝導性シートの装着方法も提供する。本発明の熱伝導性シートは、上記のとおり、シリコーンマトリクス(A)と炭化水素系化合物(B)の混合物であるバインダー成分と、バインダー成分に分散される熱伝導性充填材(C)とを備え、前記熱伝導性充填剤(C)が厚さ方向に配向する異方性充填材を含み、厚さが0.05~0.5mmである。
 本発明の熱伝導性シートは、以下の工程1~工程3を有する装着方法によって、2つの部材間(第1及び第2の部材間)に安定して装着させることができる。
工程1:上記熱伝導性シートを、第1の部材の表面に配置する工程
工程2:熱伝導性シートを加熱する工程
工程3:熱伝導性シートの第1の部材側の面とは反対側の面に第2の部材を配置し、かつ熱伝導性シートを加圧して、第1及び第2の部材間に熱伝導性シートを組み付ける工程
 本装着方法において、第1及び第2の部材は、特に限定されないが、一方が発熱体で、他方が放熱体であるとよい。発熱体、放熱体の詳細な説明は上記の通りである。
(工程1)
 工程1では、熱伝導性シートを、第1の部材の表面に配置する。熱伝導性シートの配置方法は、特に限定されないが、熱伝導性シートの一方の面が、第1の部材に接触するように配置するとよい。
 本方法では、後述する通り、工程1の後に工程2を行うことが好ましい。その場合、熱伝導性シートは、加熱前のコシがある状態で第1の部材の表面に配置されることになるため、工程1の作業性が良好となる。
(工程2)
 工程2では、熱伝導性シートを加熱する。工程2は工程1の後に行ってもよいし、工程1の前に行ってもよいし、工程1と並行して行ってもよいが、工程2は、上記の通り工程1の後に行うことが好ましい。すなわち、工程2では、第1の部材の表面に配置された熱伝導性シートを加熱することが好ましい。
 工程2では、熱伝導性シートを、炭化水素系化合物(B)の融点以上の温度に加熱するとよい。したがって、熱伝導性シートは、常温(23℃)より高い温度に加熱されるとよいが、炭化水素系化合物(B)を確実に溶融させ、組み付け時(後述する工程3)において、熱伝導性シートの柔軟性を高める観点から、好ましくは40℃以上、より好ましくは50℃以上、さらに好ましくは60℃以上に加熱されるとよい。
 また、必要以上に熱伝導性シートを加熱することを防止する観点から、熱伝導性シートは、100℃以下に加熱すればよく、好ましくは90℃以下、より好ましくは85℃以下に加熱されるとよい。
 工程2において、熱伝導性シートを炭化水素系化合物(B)の融点以上に加熱させると、その溶融された炭化水素系化合物(B)を介して、工程3における加圧により第1及び第2の部材に容易に固定させることができる。
 熱伝導性シートの加熱方法は、特に限定されず、赤外線ヒーター、熱風ヒーター、伝熱ヒーターなどの加熱装置により熱伝導性シートを加熱すればよい。
 従来、フェーズチェンジシートは、第1及び第2の部材のいずれかを構成する発熱体の加熱により、軟化ないし溶融されることが一般的であるが、本装着方法において熱伝導性シートは、発熱体とは別の加熱装置により、第1及び第2の部材の間に挟み込まれる前に加熱されることが好ましい。このような態様によれば、熱伝導性シートを、電子機器の使用前に第1及び第2の部材に固定させることが可能になる。したがって熱伝導性シートを設計通りの圧縮率などで圧縮させて組み付けたりすることも可能になる。
(工程3)
 工程3では、熱伝導性シートの第1の部材側の面とは反対側の面に第2の部材を配置し、かつ熱伝導性シートを加圧して、第1及び第2の部材間に熱伝導性シートを組み付ける。
 工程3では、第1の部材の表面上に配置された熱伝導性シートの上にさらに第2の部材を配置させるとよく、これにより、熱伝導性シートは、第1及び第2の部材の間に挟み込まれた状態となる。
 工程3は、工程2と並行して行ってもよいが、工程2の後に行うことが好ましい。したがって、工程3では、第1の部材の表面上に配置され、かつ既に加熱された、熱伝導性シートの上にさらに第2の部材を配置させるとよい。
 なお、本装着方法では、工程1、工程2、及び工程3の順に行うことがより好ましい。このような順番で各工程を行うと作業性が向上する。
 工程3において第1及び第2の部材の間に挟み込まれた熱伝導性シートは、工程2により加熱されており、したがって工程3では、その加熱された状態で、さらに厚さ方向に加圧されるとよい。ここで、加圧は、例えば、第1及び第2の部材に挟み込まれた熱伝導性シートを、第1及び第2の部材によってさらに厚さ方向に押圧されることで行われるとよい。
 また、熱伝導性シートは、工程3の加圧時には、炭化水素系化合物(B)の融点以上の温度となり、炭化水素系化合物(B)が溶融されているので、その溶融された炭化水素系化合物(B)によって熱伝導性シートを第1及び第2の部材に固定させるとよい。
 以上の通り、本発明の熱伝導性シートは、加熱された状態において一定以上の柔軟性を有するので、工程3の加圧により、第1及び第2の部材に追従させることができる。したがって、第1及び第2の部材が凹凸を有していても、熱伝導性シートを第1及び第2の部材に密着させて、熱抵抗が上昇することを防止できる。また、第1及び第2の部材に高い応力を作用させることなく、熱伝導性シートを組み付けることができる。さらに、熱伝導性シートは、加熱されても保形性を有するので、上記のように、圧縮された状態で使用されても、ポンプアウトを抑止し、信頼性が高められる。さらに、熱伝導性シートは、加熱前においては一定のコシを有するので、組み付け時の作業性を向上させることができる。
[放熱部材]
 本発明は、上記した熱伝導性シートと、放熱体と備え、熱伝導性シートが、放熱体の表面に装着された放熱部材も提供する。このような放熱部材は、例えば、熱伝導性シートを放熱体の表面上に配置し、かつ熱伝導性シートを放熱体の表面に固定させることで得るこ
とができる。ここで、熱伝導性シートは、例えば炭化水素系化合物(B)の融点以上の温度に加熱して、かつ加圧することで放熱体の表面に固定させるとよい。この際、熱伝導性シートは、加熱した後で放熱体の表面に配置してもよいし、放熱体の表面に配置した後で加熱してもよい。
 また、放熱部材は、熱伝導性シートの放熱体側の面とは反対側の面に発熱体を配置することで、放熱体と発熱体の間に熱伝導性シートを装着させることができる。装着方法としては、上記工程2、3を備える方法で行うとよく、その詳細は上記の通りであるので省略する。
 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、比較例で得られた熱伝導性シートは、以下の方法により評価した。
[熱抵抗値、傾きα]
 熱抵抗値は、図1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によって圧力40psi(0.276MPa)の荷重をかけた。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(2)から各試料の熱抵抗値R40を求めた。なお、温度は、熱伝導性シートが80℃となるように発熱量を調整した。
   熱抵抗値=(θj1-θj0)/Q     ・・・ 式(2)
 式(2)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。
 また、ロードセル26によって圧力10psi(0.069MPa)の荷重をかけた以外は、上記と同様にして熱抵抗値R10を算出した。
 上記のとおり算出した荷重40psiで測定した熱抵抗値R40(℃・in/W)、荷重40psiにおける測定時の熱伝導性シートの厚さT40(mm)、荷重10psiで測定した熱抵抗値R10(℃・in/W)、荷重10psiにおける測定時の熱伝導性シートの厚さT10(mm)から、下記式(1)により傾きαを求めた。
α=(R40-R10)/(T40-T10)・・・(1)
 低荷重における熱抵抗値は、傾きαの値に基づいて以下の基準で評価した。
A 傾きαが0.1以下
B 傾きαが0.1超0.4以下
C 傾きαが0.4超1以下
D 傾きαが1超
[圧縮率]
 熱伝導性シートを、10mm×10mmのサイズでカットして、80℃環境下で0.276MPa(=40psi)で圧縮したときの圧縮率を測定した。具体的には10mm×10mmの大きさで表面が平坦な台座と、平行に押圧する押圧子の間に試験片を挟み、0.276MPaで試験片を圧縮したときの厚みT2を測定し、初期厚みT1に対する圧縮率(%)[100×(T1-T2)/T1]を算出した。
[実施例1]
 炭化水素系化合物(B)としての側鎖結晶性ポリアルファオレフィン(CPAO、融点(Tm):42℃)と、相溶性物質(D)としてのn-デシルトリメトキシシランを表1の配合量に従って23℃で混合させて、相溶性物質(D)に炭化水素系化合物(B)を溶解させた混合物を得た。得られた混合物と、硬化性シリコーン組成物(A1)としてのシリコーン主剤1(アルケニル基含有オルガノポリシロキサン)、シリコーン硬化剤(ハイドロジェンオルガノポリシロキサン)と、触媒(白金系触媒)とを均一に混合した後に熱伝導性充填材(C)とを表1の配合量に従って混合させて、混合組成物を得た。
 なお、熱伝導性充填材(C)としては、非異方性充填材としてアルミニウム粉末(球状、平均粒径3μmm、アスペクト比1~1.5、熱伝導率236W/m・K)を使用した。また、異方性充填材として鱗片黒鉛粉末(平均粒径40μm、アスペクト比10、熱伝導率550W/m・K)、黒鉛化炭素繊維1(平均繊維長77μm、アスペクト比8、熱伝導率1200W/m・K)、及び黒鉛化炭素繊維2(平均繊維長150μm、アスペクト比15、熱伝導率900W/m・K)を使用した。なお、各実施例、比較例における熱伝導性充填材(C)の体積充填率は66体積%であった。
 また、融点は熱重量示差熱分析(TGDTA、株式会社島津製作社製「DTG-60」)で昇温速度1℃/minの条件で測定したDTA曲線の吸熱ピークの温度である。
 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異方性充填材を厚さ方向に配向した後に、80℃で60分間加熱することで硬化性シリコーン組成物(A1)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シート状にスライスすることにより、異方性充填材が露出しているシート状成形体を得てから、さらに150℃で2時間加熱し、そのシート状成形体を熱伝導性シートとした。熱伝導性シートは、厚みが0.2mmのものと、厚みが0.3mmのものとの2種類を作製した。
 それぞれの熱伝導性シートについて、荷重40psiで測定される熱抵抗値R40及び測定時厚さT40と、荷重10psiで測定される熱抵抗値R10及び測定時厚さT10とを上記のとおり測定して、傾きαの算出及低荷重時の熱抵抗の評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例2~4]
 各成分の配合量を表1に記載の量に変更した以外は、実施例1と同様にして熱伝導性シートを得た。熱伝導性シートは、厚みが0.2mmのものと、厚みが0.3mmのものとの2種類を作製した。
 それぞれの熱伝導性シートについて、荷重40psiで測定される熱抵抗値R40及び測定時厚さT40と、荷重10psiで測定される熱抵抗値R10及び測定時厚さT10とを上記のとおり測定して、傾きαの算出及低荷重時の熱抵抗の評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例5]
 側鎖結晶性ポリアルファオレフィン(CPAO)の配合量を表1のとおりとし、相溶性物質(D)としてジメチルジメトキシシランを使用した以外は、実施例1と同様にして熱伝導性シートを得た。なお、実施例5では、炭化水素系化合物(B)は相溶性物質(D)に溶解しにくい傾向にあり、溶解に時間を要したが、問題なく熱伝導性シートを得ることができた。熱伝導性シートは、厚みが0.2mmのものと、厚みが0.3mmのものとの2種類を作製した。
 それぞれの熱伝導性シートについて、荷重40psiで測定される熱抵抗値R40及び測定時厚さT40と、荷重10psiで測定される熱抵抗値R10及び測定時厚さT10とを上記のとおり測定して、傾きαの算出及低荷重時の熱抵抗の評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例6]
 炭化水素系化合物(B)として、日本薬局方における白色ワセリンを表1に配合量で使用した以外は、実施例1と同様にして熱伝導性シートを得た。熱伝導性シートは、厚みが0.2mmのものと、厚みが0.3mmのものとの2種類を作製した。
 それぞれの熱伝導性シートについて、荷重40psiで測定される熱抵抗値R40及び測定時厚さT40と、荷重10psiで測定される熱抵抗値R10及び測定時厚さT10とを上記のとおり測定して、傾きαの算出及低荷重時の熱抵抗の評価を行った。結果を表1に示す。
[比較例1、2]
 炭化水素系化合物(B)を使用せずに、表1の配合に従って各成分を混合して得た混合組成物により、熱伝導性シートを作製したこと以外は実施例1と同様に実施した。比較例1で得られた熱伝導性シートの評価結果を表1に示す。
[比較例3]
 相溶性物質(D)使用せずに、表1の配合に従って各成分を混合して得た混合組成物を使用したこと以外は実施例1と同様に実施したが、炭化水素系化合物(B)が硬化性シリコーン組成物(A1)に分散せずにブロック状の配向成形体を得ることができなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001

 
 実施例1~6の熱伝導性シートは、本発明の要件を満足する熱伝導性シートであり、高温下における圧縮率が高く、柔軟性に優れていた。また、厚みが薄いにも関わらず、傾きαの値が小さく、低荷重において、発熱体や放熱体に対する追従性などに優れ、熱抵抗値が低いものであった。特に、炭化水素系化合物(B)を2質量部以上8質量部以下の範囲で配合し、かつ相溶性物質(D)としてn-デシルトリメトキシシランを用いて得た実施例2、3、6の熱伝導性シートは、傾きαの値がより低く、低荷重における熱抵抗値が特に低いものであった。
 各実施例で得られた熱伝導性シートは、炭化水素系化合物(B)の融点よりも低い室温においては、比較的剛性があるシートであったため、上記の通りスライスにより熱伝導性シートを得ることができ、取扱い性に優れていた。また、80℃においても、液状になることも液状物が流れ出ることもなかったため、長期間圧縮してもポンプアウトなどが生じず、信頼性も良好であった。さらには、熱伝導性シートの表面に気泡などが見られず、外観が良好であった。
 比較例1及び2の熱伝導性シートは、高温下において圧縮率が低く、一定の柔軟性を有していなかった。また、傾きαの値が実施例と比較して大きくなっており、低荷重において、発熱体や放熱体に対する追従性などが不十分となり、熱抵抗値が高いものであった。
 比較例3では、相溶性物質(D)使用しなかったため、熱伝導性シートを得ることができなかった。
 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 (11)

  1.  シリコーンマトリクス(A)と炭化水素系化合物(B)の混合物であるバインダー成分と、
     前記バインダー成分に分散される熱伝導性充填材(C)とを備え、
     前記熱伝導性充填材(C)が厚さ方向に配向する異方性充填材を含み、
     厚さが0.05~0.5mmである、
     熱伝導性シート。
  2.  80℃において荷重40psiで測定される熱抵抗値R40(℃・in/W)及び測定時厚さT40(mm)と、80℃において荷重10psiで測定される熱抵抗値R10(℃・in/W)及び測定時厚さT10(mm)とで算出される下記式(1)で示される傾きαが0.4以下である、請求項1に記載の熱伝導性シート。
    α=(R40-R10)/(T40-T10)・・・(1)
  3.  前記炭化水素系化合物(B)の融点が、23℃より高く80℃以下である請求項1又は2に記載の熱伝導性シート。
  4.  前記炭化水素系化合物(B)が結晶性ポリアルファオレフィンである請求項1~3のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
  5.  前記炭化水素系化合物(B)の含有量が、シリコーンマトリクス(A)と炭化水素系化合物(B)の合計100質量部に対して、0.5~15質量部である請求項1~4のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
  6.  前記熱伝導性充填材(C)の体積充填率が、30~85体積%である請求項1~5のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
  7.  請求項1~6のいずれか1項に記載の熱伝導性シートと、放熱体とを備え、前記熱伝導性シートが前記放熱体の表面に装着される放熱部材。
  8.  シリコーンマトリクス(A)と炭化水素系化合物(B)の混合物であるバインダー成分と、前記バインダー成分に分散される熱伝導性充填材(C)とを備え、前記熱伝導性充填剤(C)が厚さ方向に配向する異方性充填材を含み、厚さが0.05~0.5mmである熱伝導性シートを、第1の部材の表面に配置する工程と、
     前記熱伝導性シートを加熱する工程と、
     前記熱伝導性シートの前記第1の部材側の面とは反対側の面に第2の部材を配置し、かつ前記熱伝導性シートを加圧して、前記第1及び第2の部材間に前記熱伝導性シートを組み付ける工程と
     を備える熱伝導性シートの装着方法。
  9.  前記炭化水素系化合物(B)が23℃より高い融点を有し、前記熱伝導性シートを、前記融点以上に加熱する請求項8に記載の熱伝導性シートの装着方法。
  10.  硬化性シリコーン組成物(A1)と、炭化水素系化合物(B)と、異方性充填材を含む熱伝導性充填材(C)と、相溶性物質(D)とを少なくとも混合させて、混合組成物を得る工程と、
     前記混合組成物を加熱により硬化する工程と
     を備える熱伝導性シートの製造方法。
  11.  前記相溶性物質(D)がアルコキシシラン化合物である請求項10に記載の熱伝導性シートの製造方法。

     
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023190585A1 (ja) * 2022-03-29 2023-10-05 積水ポリマテック株式会社 熱伝導性シート、その装着方法及び製造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004331835A (ja) * 2003-05-08 2004-11-25 Fuji Polymer Industries Co Ltd 放熱シート
JP2007150349A (ja) * 2007-02-09 2007-06-14 Shin Etsu Chem Co Ltd 熱軟化性熱伝導性部材
WO2020050334A1 (ja) * 2018-09-07 2020-03-12 積水ポリマテック株式会社 熱伝導性シート
JP2020105412A (ja) * 2018-12-28 2020-07-09 東洋インキScホールディングス株式会社 熱伝導性絶縁接着シート、及び該シートの製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004331835A (ja) * 2003-05-08 2004-11-25 Fuji Polymer Industries Co Ltd 放熱シート
JP2007150349A (ja) * 2007-02-09 2007-06-14 Shin Etsu Chem Co Ltd 熱軟化性熱伝導性部材
WO2020050334A1 (ja) * 2018-09-07 2020-03-12 積水ポリマテック株式会社 熱伝導性シート
JP2020105412A (ja) * 2018-12-28 2020-07-09 東洋インキScホールディングス株式会社 熱伝導性絶縁接着シート、及び該シートの製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023190585A1 (ja) * 2022-03-29 2023-10-05 積水ポリマテック株式会社 熱伝導性シート、その装着方法及び製造方法
JP7424714B1 (ja) 2022-03-29 2024-01-30 積水ポリマテック株式会社 熱伝導性シート、その装着方法及び製造方法

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