JP2022129325A - Thermally conductive sheet and method for producing thermally conductive sheet - Google Patents
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Abstract
【課題】圧縮と解放を行った場合に復元力が良好な熱伝導シートを提供する。
【解決手段】繊維状フィラー3がバインダ樹脂2に分散しており、繊維状フィラー3が断面視で厚さ方向Bに70~90度の角度で配置された熱伝導シート1であって、熱伝導シート1を下記条件1で圧縮と解放を行った場合、解放後の繊維状フィラー3の配置角度が、断面視で圧縮前の角度の10度以内の範囲にある。条件1:熱伝導シート1の厚みを24時間常温で初期厚みから40%圧縮した後に解放する。
【選択図】図1
A heat conductive sheet having good restoring force when compressed and released is provided.
A heat conductive sheet (1) in which fibrous fillers (3) are dispersed in a binder resin (2), and the fibrous fillers (3) are arranged at an angle of 70 to 90 degrees in a thickness direction (B) in a cross-sectional view. When the conductive sheet 1 is compressed and released under condition 1 below, the arrangement angle of the fibrous filler 3 after release is within 10 degrees of the angle before compression in a cross-sectional view. Condition 1: After compressing the thickness of the heat conductive sheet 1 by 40% from the initial thickness at room temperature for 24 hours, it is released.
[Selection drawing] Fig. 1
Description
本技術は、熱伝導シート及び熱伝導シートの製造方法に関する。 The present technology relates to a thermally conductive sheet and a method for manufacturing the thermally conductive sheet.
従来、パーソナルコンピュータ等の各種電気機器やその他の機器に搭載されている半導体素子は、駆動により熱が発生し、発生した熱が蓄積すると半導体素子の駆動や周辺機器へ悪影響が生じるおそれがあるため、各種の冷却方法が用いられている。 Conventionally, semiconductor devices installed in various electrical devices such as personal computers and other equipment generate heat when driven, and accumulation of the generated heat can adversely affect the operation of semiconductor devices and peripheral devices. , various cooling methods are used.
半導体素子を有する機器の冷却方法としては、当該機器にファンを取り付けて機器筐体内の空気を冷却する方法、半導体素子に放熱フィンや放熱板等のヒートシンクを取り付ける方法、フッ素系不活性液体に浸漬する方式等が知られている。半導体素子にヒートシンクを取り付けて冷却を行う場合、半導体素子の熱を効率よく放出させるために、半導体素子とヒートシンクとの間に熱伝導シートが設けられる。 Cooling methods for devices with semiconductor elements include attaching a fan to the device to cool the air inside the device housing, attaching heat sinks such as heat sinks and heat sinks to the semiconductor device, and immersing the device in a fluorine-based inert liquid. There are known methods for When a heatsink is attached to a semiconductor element for cooling, a heat-conducting sheet is provided between the semiconductor element and the heatsink in order to efficiently dissipate the heat of the semiconductor element.
熱伝導シートの一例として、バインダ樹脂に充填剤(例えば、炭素繊維などの熱伝導性フィラー)を分散含有させたものが広く用いられている(例えば、特許文献1を参照)。 As an example of a thermally conductive sheet, a binder resin in which a filler (for example, a thermally conductive filler such as carbon fiber) is dispersed is widely used (see, for example, Patent Document 1).
ところで、パーソナルコンピュータのCPU(Central Processing Unit)などの電子部品は、その高速化、高性能化に伴って、放熱量が年々増大する傾向にある。しかし、プロセッサ等のチップサイズは、微細シリコン回路技術の進歩によって、従来と同等以下に小さいサイズとなり、単位面積あたりの熱流速が高くなっている。このような電子部品の温度上昇による不具合などを回避するために、電子部品を、より効率的に放熱、冷却することが求められている。 By the way, electronic parts such as a CPU (Central Processing Unit) of a personal computer tend to increase the amount of heat released year by year as the speed and performance thereof increase. However, the chip size of processors and the like has become smaller than before due to advances in fine silicon circuit technology, and the heat flux per unit area has increased. In order to avoid problems caused by the temperature rise of such electronic parts, it is required to heat and cool the electronic parts more efficiently.
熱伝導シートの放熱特性を向上するためには、例えば、熱の伝わりにくさを示す指標である熱抵抗を下げることが求められる。熱伝導シートの熱抵抗を下げるためには、例えば、発熱体(例えば電子部品)や放熱体(例えばヒートシンク)に対する熱伝導シートの密着性を向上させることが有効となる。 In order to improve the heat dissipation properties of the heat conductive sheet, for example, it is required to lower the thermal resistance, which is an index indicating the difficulty of heat transfer. In order to reduce the thermal resistance of the thermally conductive sheet, it is effective, for example, to improve the adhesion of the thermally conductive sheet to a heating element (eg, electronic component) or radiator (eg, heat sink).
しかし、熱伝導シートを形成するための熱伝導成形体をスライスした熱伝導シートの表面は、通常、凹凸があるため、密着性が乏しい傾向にある。熱伝導シートの表面の密着性が乏しいと、実装工程において、発熱体や放熱体に対する熱伝導シートの密着性が悪くなり、熱伝導シートの熱抵抗を十分に下げるのが困難な傾向にある。特に、熱伝導シートの圧縮応力が低い場合、熱伝導シートを一度圧縮する(潰す)と反発力が小さいため、発熱体と放熱体との間のギャップが開いたときに、そのギャップに対して発熱体と放熱体との間に配置された熱伝導シートが追従しにくい傾向にある。 However, the surface of a thermally conductive sheet obtained by slicing a thermally conductive molded body for forming a thermally conductive sheet usually has irregularities, and therefore tends to have poor adhesion. If the adhesion of the surface of the thermally conductive sheet is poor, the adhesiveness of the thermally conductive sheet to the heating element and the heat dissipating body becomes poor in the mounting process, and it tends to be difficult to sufficiently lower the thermal resistance of the thermally conductive sheet. In particular, when the compressive stress of the thermal conductive sheet is low, once the thermal conductive sheet is compressed (crushed), the repulsive force is small. It tends to be difficult for the heat-conducting sheet placed between the heating element and the radiator to follow.
熱伝導成形体をスライスして作製した熱伝導シートの表面をプレスする方法や、熱伝導成形体をスライスして作製した熱伝導シートを長時間静置することで、バインダ成分を熱伝導シートの表面に滲み出させて、熱伝導シートと被着体との密着性を改善させる方法が知られている(例えば、特許文献2、3を参照。)。
A method of pressing the surface of a thermally conductive sheet prepared by slicing a thermally conductive molded article, or a method of allowing a thermally conductive sheet prepared by slicing a thermally conductive molded article to stand still for a long period of time allows the binder component to be removed from the thermally conductive sheet. There is known a method of improving the adhesion between a thermally conductive sheet and an adherend by exuding it to the surface (see
しかし、熱伝導シートの表面をプレスしても、熱伝導シートの表面にバインダ成分が均一に滲み出さないことがあり、熱伝導シートの表面の場所によって密着性のばらつきが生じるおそれがある。また、熱伝導シートを長時間静置した場合も、熱伝導シートの表面をプレスする場合と同様の傾向がある。また、従来の技術では、熱伝導シートの圧縮と解放を行った場合、熱伝導シートの復元力、特に、繊維状フィラーの復元力が良好となるのかどうかについて検討されていなかった。 However, even if the surface of the thermally conductive sheet is pressed, the binder component may not uniformly ooze out on the surface of the thermally conductive sheet, and there is a risk that the adhesion may vary depending on the location of the surface of the thermally conductive sheet. Also, when the thermally conductive sheet is left standing for a long time, there is a tendency similar to when the surface of the thermally conductive sheet is pressed. Further, in the prior art, no study has been made as to whether or not the restoring force of the thermally conductive sheet, particularly the restoring force of the fibrous filler, is improved when the thermally conductive sheet is compressed and released.
本技術は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、熱伝導シートに対して圧縮と解放を行った場合に復元力が良好な熱伝導シートを提供する。 The present technology has been proposed in view of such conventional circumstances, and provides a thermally conductive sheet having a good restoring force when compression and release are performed on the thermally conductive sheet.
本件発明者らが検討したところ、繊維状フィラーがバインダ樹脂に分散しており、繊維状フィラーが断面視で厚さ方向に70~90度の角度で配置された熱伝導シートについて圧縮と解放を行った場合、圧縮解放後に繊維状フィラーの復元力が良好であることで熱抵抗の悪化を抑制しうることを見出した。 As a result of investigation by the present inventors, the fibrous filler is dispersed in the binder resin, and the fibrous filler is arranged at an angle of 70 to 90 degrees in the thickness direction in a cross-sectional view. In this case, it was found that deterioration of thermal resistance can be suppressed by the good restoring force of the fibrous filler after compression release.
本技術は、繊維状フィラーがバインダ樹脂に分散しており、繊維状フィラーが断面視で厚さ方向に70~90度の角度で配置された熱伝導シートであって、熱伝導シートを下記条件1で圧縮と解放を行った場合、解放後の繊維状フィラーの配置角度が、断面視で圧縮前の角度の10度以内の範囲にある。
条件1:当該熱伝導シートの厚みを24時間常温で初期厚みから40%圧縮した後に解放する。
The present technology is a heat conductive sheet in which fibrous fillers are dispersed in a binder resin, and the fibrous fillers are arranged at an angle of 70 to 90 degrees in the thickness direction in a cross-sectional view. When compression and release are performed in 1, the arrangement angle of the fibrous filler after release is within 10 degrees of the angle before compression in a cross-sectional view.
Condition 1: The thickness of the heat conductive sheet is compressed to 40% of the initial thickness at room temperature for 24 hours, and then released.
本技術に係る熱伝導シートの製造方法は、バインダ樹脂と繊維状フィラーとを含む熱伝導組成物を調製する工程と、熱伝導組成物から成形体ブロックを形成する工程と、成形体ブロックをシート状にスライスして熱伝導シートを得る工程とを有し、熱伝導シートが上述した熱伝導シートである。 A method for producing a thermally conductive sheet according to the present technology includes steps of preparing a thermally conductive composition containing a binder resin and a fibrous filler, forming a molded block from the thermally conductive composition, and forming a molded block into a sheet. and obtaining a heat conductive sheet by slicing into a shape, and the heat conductive sheet is the heat conductive sheet described above.
本技術によれば、熱伝導シートに対して圧縮と解放を行った場合に復元力が良好な熱伝導シートを提供できる。 According to the present technology, it is possible to provide a thermally conductive sheet having a good restoring force when the thermally conductive sheet is compressed and released.
本技術に係る熱伝導シートは、繊維状フィラーがバインダ樹脂に分散しており、繊維状フィラーが断面視で厚さ方向に70~90度の角度で配置されている。また、本技術に係る熱伝導シートは、下記条件1で圧縮と解放を行った場合、圧縮解放後の繊維状フィラーの配置角度が、断面視で圧縮前の角度の10度以内の範囲にある。
条件1:当該熱伝導シートの厚みを24時間常温で初期厚みから40%圧縮した後に解放する。
In the heat conductive sheet according to the present technology, the fibrous filler is dispersed in the binder resin, and the fibrous filler is arranged at an angle of 70 to 90 degrees in the thickness direction in a cross-sectional view. Further, in the heat conductive sheet according to the present technology, when compression and release are performed under
Condition 1: The thickness of the heat conductive sheet is compressed to 40% of the initial thickness at room temperature for 24 hours, and then released.
このように、本技術に係る熱伝導シートは、条件1のように圧縮と解放を行った場合の復元力、特に、繊維状フィラーの復元力が良好である。すなわち、本技術に係る熱伝導シートは、条件1のように大きくつぶしても、大きく戻る。ここで、繊維状フィラーの復元力とは、上述した条件1で熱伝導シートの圧縮と解放を行った場合、圧縮解放前後の熱伝導シートの断面視における繊維状フィラーの配置角度のずれの程度を意味する。繊維状フィラーの復元力が良好であるとは、条件1で熱伝導シートの圧縮と解放を行った場合、圧縮解放後の繊維状フィラーの配置角度が、熱伝導シートの断面視で圧縮前の角度の10度以内の範囲にあることをいう。本技術に係る熱伝導シートを発熱体(例えば、IC(Integrated Circuit))と放熱体(例えば、ヒートシンク)との間に配置した場合、発熱体と放熱体との間のギャップが開いたとしても、そのギャップに対して熱伝導シート中の繊維状フィラーを容易かつ迅速に追従させることができる。これにより、熱伝導シートの熱抵抗の悪化を抑制できる。
As described above, the thermally conductive sheet according to the present technology has good restoring force when compression and release are performed as in
図1は、熱伝導シートの一例を示す断面図である。熱伝導シート1は、バインダ樹脂2と、繊維状フィラー3とを含み、繊維状フィラー3が、断面視で厚さ方向Bに70~90度の角度で配置されている。換言すると、熱伝導シート1において、繊維状フィラー3の長軸が、熱伝導シート1の面方向Aに対して70~90度の範囲で配置されている。また、熱伝導シート1は、繊維状フィラー3以外の他の熱伝導材料4をさらに含んでもよい。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a heat conductive sheet. The heat
そして、熱伝導シート1は、上述した条件1で圧縮と解放を行った場合、圧縮解放後の繊維状フィラー3の配置角度が、断面視で圧縮前の角度の10度以内の範囲にある。すなわち、熱伝導シート1は、圧縮解放前後の繊維状フィラー3の角度差が10度以内であり、圧縮解放後の繊維状フィラー3の角度が圧縮前の角度(位置)に戻りやすい傾向にある。
In the heat
上述した条件1の詳細について、例えば、厚み2mm、直径29mmの熱伝導シート1(サンプル)を24時間常温で初期厚みから(初期厚みに対して)40%圧縮し、圧縮を解放してから3分後に、熱伝導シート1中の繊維状フィラー3の配置角度を測定する。条件1において、熱伝導シート1のサイズを直径29mmとする点や、温度を常温とする点は、JIS K6262に準拠している。また、JIS K6262において、時間は選択制になっており、条件1の「24時間」は、当該規格で規定された時間の1つである。条件1による圧縮に関して、より詳細には、まず、熱伝導シート1の厚みを測定し、熱伝導シート1を直径29mmに加工する。加工した熱伝導シート1(サンプル)を、SUS304を表面とした治具に挟んで、サンプルの厚みに対して40%圧縮する。圧縮時は、サンプル厚みの60%厚のスペーサをねじ部に挟んでねじを締める。ねじを締めた後、所定の厚みまでサンプルを圧縮できたかどうかの確認のために、スペーサがずれ動かないことを確かめる。なお、表面に粘着性があるサンプルの場合は、粘着物(サンプル)が付着しないフィルムに挟んで圧縮してもよい。「常温」とは、JIS K 0050:2019(化学分析方法通則)に規定される15~25℃の範囲をいう。
Regarding the details of
熱伝導シートにおいて、圧縮解放前後の繊維状フィラー3の角度差が10度を超えると、熱伝導シートを発熱体と放熱体との間に配置した場合に、発熱体と放熱体との間のギャップが開いたときに、そのギャップに対して熱伝導シートを追従させることが困難となり、結果として、熱伝導シートの熱抵抗が悪化しやすい傾向にある。熱伝導シート1は、圧縮解放前後の繊維状フィラー3の角度差が小さいほど好ましく、8度以内であってもよく、7度以内であってもよく、6度以内であってもよく、5.6度以内であってもよく、5.2度以内であってもよく、4度以内であってもよく、3.8度以内であってもよく、3.8~5.6度の範囲であってもよい。
In the thermally conductive sheet, if the angle difference between the
熱伝導シート1を上述した条件1で圧縮する前の繊維状フィラー3は、熱伝導シート1の断面視で熱伝導シート1の厚さ方向Bに70~90度の角度で配置されていればよく、80~84度の範囲であってもよく、81.9~83.1度の範囲であってもよい。また、熱伝導シート1を上述した条件1で圧縮解放後の繊維状フィラー3も、熱伝導シート1の断面視で熱伝導シート1の厚さ方向Bに70~90度の角度で配置されていることが好ましく、例えば、70~80度の範囲であってもよく、77.0~77.9度の範囲であってもよい。
If the
熱伝導シート1は、断面視で厚さ方向Bに、全ての繊維状フィラー3が70~90度の角度で配置されていなくてもよい。図2及び図3は、熱伝導シート1における繊維状フィラー3の配置角度を測定する方法の一例を説明するための斜視図である。図2,3中、矢印Aはサンプル(熱伝導シート1)の面方向、矢印Bはサンプル(熱伝導シート1)の厚み方向を表す。例えば、図2に示すように、熱伝導シート1から、厚み2mm、直径29mmのサンプル5を準備し、サンプル5の平面視(上面)における中央部を厚さ方向Bに所定の幅に切断し、図3に示すように、切断したサンプル6の切断面6Aにおいて、外周から5mm内側かつ上下1/3の範囲6Bで、任意の繊維状フィラー3の角度を5点測定した平均値が70~90度の範囲であってもよい。
In the heat
図4は、圧縮前後の熱伝導シートの一例を示す断面図である。図4中の矢印は、熱伝導シート1(切断したサンプル6)を条件1で圧縮することを意味する。すなわち、図4中の矢印の上側は、条件1で圧縮する前の熱伝導シート1(切断したサンプル6)の一例であり、図4中の矢印の下側は、条件1で圧縮後の熱伝導シート1(切断したサンプル6)の一例である。切断面6Aにおける範囲6Bは、それ以外の範囲(例えば、切断したサンプル6の切断面6Aの中心部6Ac)と比べて、例えば、圧縮後の熱伝導シート1における繊維状フィラー3が厚さ方向Bに密になりにくく、圧縮解放前後の繊維状フィラー3の角度の変化が表れやすい傾向にある。また、切断面6Aにおける範囲6Bは、それ以外の範囲(例えば、切断面6Aの中心部6Ac)と比べて、熱伝導シート1を上述した条件1で圧縮した際に、より力がかかって倒れやすい傾向にあるため、圧縮解放前後の繊維状フィラー3の角度の変化がより顕著に表れやすい傾向にあると考えられる。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a heat conductive sheet before and after compression. The arrow in FIG. 4 means that the heat conductive sheet 1 (cut sample 6) is compressed under
また、本技術に係る熱伝導シート1は、条件1のように圧縮と解放を行った場合の復元力が良好であり、圧縮解放前後の繊維状フィラー3の角度差を小さくすることに加えて、圧縮解放前後の熱伝導シート1の外形サイズの変化も小さくできる。
In addition, the heat
例えば、厚み2mm、直径29mmの熱伝導シート1、すなわちサンプル5を、24時間常温で40%圧縮して解放後3分後のサンプル5の直径を、32.0mm以下とすることができ、31.0mm以下とすることもでき、30.0mm以下とすることもでき、29.9mm以下とすることもでき、29.6mm以下とすることもでき、29.5mm以下とすることもでき、29.5~29.9mmの範囲とすることもできる。
For example, the heat
このように、熱伝導シート1を発熱体と放熱体との間に配置した場合、発熱体と放熱体との間のギャップが開いたとしても、そのギャップに対して熱伝導シート1の外形サイズと熱伝導シート1中の繊維状フィラー3を追従させることができる。そのため、熱伝導シート1の熱抵抗の悪化をより効果的に抑制できる。また、熱伝導シート1は、圧縮解放前後の外形サイズの変化を小さくできるため、発熱体(例えばIC)の形状に応じて熱伝導シート1を加工して、発熱体の全面をより効率的に冷却できる。
In this way, when the thermally
熱伝導シート1は、比較的柔らかいことが好ましく、例えばショアタイプOOにおける硬度が25~40であることが好ましい。熱伝導シート1の硬度がこのような範囲であることにより、圧縮解放後の熱伝導シート1中の繊維状フィラー3や、熱伝導シート1の外形サイズの復元力がより良好となる。また、熱伝導シート1の被着体に対する追従性がより良好となる。熱伝導シート1の硬度は、後述する実施例の方法で測定することができる。
The heat
ここで、復元性を有する熱伝導シートとしてゴムシートが挙げられる。しかし、ゴムシートは、一般的にショアタイプOOにおける硬度が高く(硬く)、例えば発熱体としてのICや放熱体としてのヒートシンクに対する負荷が高い。また、ゴムシートよりも柔らかい熱伝導剤としてグリス(液状)が挙げられる。しかし、グリスは、発熱体としてのICに対する形状追従性や復元性が低い。ここで、圧縮率が低い領域(初期厚みに対して40%未満の圧縮)では、比較的硬い熱伝導シートでも潰すことができ、熱伝導シートを潰した後に繊維状フィラーの角度や、熱伝導シートの外形サイズを戻すことが可能である。しかし、硬い熱伝導シートでは、条件1のように初期厚みに対して40%熱伝導シートを圧縮しようとすると、破壊(例えば熱伝導シートに亀裂などが入る)が起きて、繊維状フィラーの角度や、熱伝導シートの外形サイズを戻すことが困難な傾向にある。また、硬い熱伝導シートでは、熱伝導シートを加圧(圧縮)するのに大変な力を要する。一方、本技術に係る熱伝導シート1は、ショアタイプOOにおける硬度を25~40に調整することができ、ゴムシートより柔らかく、グリス(液状)シートよりも復元性や被着体に対する形状追従性が良好である。すなわち、熱伝導シート1は、ショアタイプOOにおける硬度が25~40と柔らかいが、復元性が良好であり、条件1で圧縮したときにも、繊維状フィラー3の角度や、熱伝導シート1の外形サイズが戻りやすい。
Here, a rubber sheet is exemplified as a thermally conductive sheet having resilience. However, the rubber sheet generally has a high hardness (hardness) in Shore type OO, and the load on an IC as a heating element and a heat sink as a radiator is high. Grease (liquid) can be used as a heat conductive agent that is softer than the rubber sheet. However, grease has low shape-following property and restoring property to an IC as a heating element. Here, in a region where the compressibility is low (compression of less than 40% with respect to the initial thickness), even a relatively hard heat conductive sheet can be crushed, and after crushing the heat conductive sheet, the angle of the fibrous filler and the heat conduction It is possible to return the outline size of the sheet. However, with a hard thermally conductive sheet, if you try to compress the thermally conductive sheet by 40% with respect to the initial thickness as in
熱伝導シート1の厚みは、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、熱伝導シート1の厚みは、0.05mm以上とすることができ、0.1mm以上とすることもできる。また、熱伝導シート1の厚みの上限値は、5mm以下とすることができ、4mm以下であってもよく、3mm以下であってもよい。熱伝導シート1は、取扱性の観点では、厚みが0.1~4mmであることが好ましい。熱伝導シート1の厚みは、例えば、熱伝導シート1の厚みを任意の5箇所で測定し、その算術平均値から求めることができる。
The thickness of the heat
以下、熱伝導シート1の構成要素の具体例について説明する。熱伝導シート1は、例えば、バインダ樹脂2と、繊維状フィラー3と、他の熱伝導材料4とを含む。
Specific examples of the components of the thermally
<バインダ樹脂>
バインダ樹脂2は、繊維状フィラー3や他の熱伝導材料4を熱伝導シート1内に保持するためのものである。バインダ樹脂2は、熱伝導シート1に要求される機械的強度、耐熱性、電気的性質等の特性に応じて選択される。バインダ樹脂2としては、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、熱硬化性樹脂の中から選択することができる。
<Binder resin>
The
熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-プロピレン共重合体等のエチレン-αオレフィン共重合体、ポリメチルペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、エチレン-酢酸ビニル共重合体、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリフッ化ビニリデン及びポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系重合体、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、スチレン-アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体(ABS)樹脂、ポリフェニレン-エーテル共重合体(PPE)樹脂、変性PPE樹脂、脂肪族ポリアミド類、芳香族ポリアミド類、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチルエステル等のポリメタクリル酸エステル類、ポリアクリル酸類、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルケトン、ポリケトン、液晶ポリマー、シリコーン樹脂、アイオノマー等が挙げられる。 Examples of thermoplastic resins include polyethylene, polypropylene, ethylene-α-olefin copolymers such as ethylene-propylene copolymers, polymethylpentene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, ethylene-vinyl acetate copolymers, Fluorinated polymers such as polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polystyrene, polyacrylonitrile, styrene-acrylonitrile copolymer, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer Polymer (ABS) resin, polyphenylene-ether copolymer (PPE) resin, modified PPE resin, aliphatic polyamides, aromatic polyamides, polyimide, polyamideimide, polymethacrylic acid, polymethacrylic acid such as polymethacrylic acid methyl ester acid esters, polyacrylic acids, polycarbonates, polyphenylene sulfides, polysulfones, polyethersulfones, polyethernitrile, polyetherketones, polyketones, liquid crystal polymers, silicone resins, ionomers and the like.
熱可塑性エラストマーとしては、スチレン- ブタジエンブロック共重合体又はその水添化物、スチレン-イソプレンブロック共重合体又はその水添化物、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー等が挙げられる。 Thermoplastic elastomers include styrene-butadiene block copolymers or hydrogenated products thereof, styrene-isoprene block copolymers or hydrogenated products thereof, styrene-based thermoplastic elastomers, olefin-based thermoplastic elastomers, vinyl chloride-based thermoplastic elastomers. , polyester-based thermoplastic elastomers, polyurethane-based thermoplastic elastomers, polyamide-based thermoplastic elastomers, and the like.
熱硬化性樹脂としては、架橋ゴム、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂等が挙げられる。架橋ゴムの具体例としては、天然ゴム、アクリルゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、スチレン-ブタジエン共重合ゴム、ニトリルゴム、水添ニトリルゴム、クロロプレンゴム、エチレン-プロピレン共重合ゴム、塩素化ポリエチレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、及びシリコーンゴムが挙げられる。 Thermosetting resins include crosslinked rubbers, epoxy resins, phenol resins, polyimide resins, unsaturated polyester resins, diallyl phthalate resins, and the like. Specific examples of crosslinked rubber include natural rubber, acrylic rubber, butadiene rubber, isoprene rubber, styrene-butadiene copolymer rubber, nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, chloroprene rubber, ethylene-propylene copolymer rubber, chlorinated polyethylene rubber, Chlorosulfonated polyethylene rubber, butyl rubber, halogenated butyl rubber, fluororubber, urethane rubber, and silicone rubber.
バインダ樹脂2としては、例えば、電子部品の発熱面とヒートシンク面との密着性を考慮するとシリコーン樹脂が好ましい。シリコーン樹脂としては、例えば、アルケニル基を有するシリコーンを主成分とし、硬化触媒を含有する主剤と、ヒドロシリル基(Si-H基)を有する硬化剤とからなる、2液型の付加反応型シリコーン樹脂を用いることができる。アルケニル基を有するシリコーンとしては、例えば、ビニル基を有するポリオルガノシロキサンを用いることができる。硬化触媒は、アルケニル基を有するシリコーン中のアルケニル基と、ヒドロシリル基を有する硬化剤中のヒドロシリル基との付加反応を促進するための触媒である。硬化触媒としては、ヒドロシリル化反応に用いられる触媒として周知の触媒が挙げられ、例えば、白金族系硬化触媒、例えば白金、ロジウム、パラジウムなどの白金族金属単体や塩化白金などを用いることができる。ヒドロシリル基を有する硬化剤としては、例えば、ヒドロシリル基を有するポリオルガノシロキサンを用いることができる。バインダ樹脂2は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
As the
熱伝導シート1中のバインダ樹脂2の含有量は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、熱伝導シート1中のバインダ樹脂2の含有量は、熱伝導シート1の柔軟性や復元性の観点では、20体積%以上とすることができ、25体積%以上であってもよく、30体積%以上であってもよく、33体積%以上であってもよい。また、熱伝導シート1中のバインダ樹脂2の含有量は、熱伝導シート1の熱伝導率や復元性の観点では、70体積%以下とすることができ、60体積%以下であってもよく、50体積%以下であってもよく、41体積%以下であってもよく、39体積%以下であってもよい。また、熱伝導シート1中のバインダ樹脂2の含有量は、例えば、熱伝導シート1の復元性の観点では、20~50体積%とすることが好ましく、35体積%超、41体積%以下とすることがより好ましく、39~41体積%とすることがさらに好ましい。
The content of the
<繊維状フィラー>
熱伝導シート1は、繊維状フィラー3を含む。繊維状フィラー3とは、長軸と短軸とを有し、長軸と短軸の長さが異なりアスペクト比(平均長軸長さ/平均短軸長さ)が1を超える形状であるものを含む。繊維状フィラー3は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。繊維状フィラー3は、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、金属繊維、炭素繊維などを用いることができ、炭素繊維が好ましい。
<Fibrous filler>
The heat
炭素繊維は、例えば、ピッチ系炭素繊維、PAN系炭素繊維、PBO繊維を黒鉛化した炭素繊維、アーク放電法、レーザー蒸発法、CVD法(化学気相成長法)、CCVD法(触媒化学気相成長法)等で合成された炭素繊維を用いることができる。これらの中でも、熱伝導性の観点では、ピッチ系炭素繊維が好ましい。 Carbon fibers include, for example, pitch-based carbon fiber, PAN-based carbon fiber, carbon fiber obtained by graphitizing PBO fiber, arc discharge method, laser evaporation method, CVD method (chemical vapor deposition method), CCVD method (catalytic chemical vapor deposition method), growth method) or the like can be used. Among these, pitch-based carbon fibers are preferable from the viewpoint of thermal conductivity.
繊維状フィラー3の平均繊維長(平均長軸長さ)は、例えば、50~250μmとすることができ、75~220μmであってもよい。また、繊維状フィラー3の平均繊維径(平均短軸長さ)は、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、4~20μmとすることができ、5~14μmであってもよい。繊維状フィラー3のアスペクト比は、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、熱伝導性の観点では、例えば、8以上とすることができ、9~30であってもよい。繊維状フィラー3の平均長軸長さ及び平均短軸長さは、例えば、マイクロスコープや走査型電子顕微鏡(SEM)で測定することができる。
The average fiber length (average long axis length) of the
炭素繊維は、目的に応じて、表面が絶縁被膜によって被覆されていてもよい。このように、炭素繊維として、絶縁被覆炭素繊維を用いることができる。絶縁被覆炭素繊維は、炭素繊維と、炭素繊維の表面の少なくとも一部に絶縁皮膜とを有し、必要に応じて、その他の成分を含有してもよい。 The surface of the carbon fiber may be covered with an insulating coating depending on the purpose. Thus, insulation-coated carbon fibers can be used as the carbon fibers. The insulation-coated carbon fiber has a carbon fiber and an insulation coating on at least part of the surface of the carbon fiber, and may contain other components as necessary.
絶縁皮膜は、電気絶縁性を有する材料からなり、例えば、酸化ケイ素や、重合性材料の硬化物で形成されている。重合性材料は、例えばラジカル重合性材料であり、重合性を有する有機化合物、重合性を有する樹脂などが挙げられる。ラジカル重合性材料は、エネルギーを利用してラジカル重合する材料であれば、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ラジカル重合性2重結合を有する化合物が挙げられる。ラジカル重合性2重結合としては、例えば、ビニル基、アクリロイル基、メタクリロイル基などが挙げられる。ラジカル重合性2重結合を有する化合物におけるラジカル重合性2重結合の個数は、耐熱性や、耐溶剤性を含む強度の観点では、2つ以上が好ましい。ラジカル重合性2重結合を2つ以上有する化合物は、例えば、ジビニルベンゼン(Divinylbenzene:DVB)、(メタ)アクリロイル基を2つ以上有する化合物が挙げられる。ラジカル重合性材料は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。ラジカル重合性材料の分子量は、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、50~500の範囲とすることができる。絶縁皮膜が重合性材料の硬化物で形成されている場合、絶縁被膜における重合性材料に由来する構成単位の含有量は、例えば、50質量%以上とすることができ、90質量%以上とすることもできる。 The insulating film is made of an electrically insulating material, such as silicon oxide or a cured polymer material. The polymerizable material is, for example, a radical polymerizable material such as a polymerizable organic compound and a polymerizable resin. The radically polymerizable material can be appropriately selected according to the purpose as long as it is a material that undergoes radical polymerization using energy. Examples thereof include compounds having a radically polymerizable double bond. Examples of radically polymerizable double bonds include vinyl groups, acryloyl groups, and methacryloyl groups. The number of radically polymerizable double bonds in the compound having radically polymerizable double bonds is preferably two or more from the viewpoint of strength including heat resistance and solvent resistance. Examples of compounds having two or more radically polymerizable double bonds include divinylbenzene (DVB) and compounds having two or more (meth)acryloyl groups. The radically polymerizable material may be used singly or in combination of two or more. The molecular weight of the radically polymerizable material can be appropriately selected depending on the purpose, and can be in the range of 50-500, for example. When the insulating coating is formed of a cured product of a polymerizable material, the content of structural units derived from the polymerizable material in the insulating coating can be, for example, 50% by mass or more, and can be 90% by mass or more. can also
絶縁皮膜の平均厚みは、目的に応じて適宜選択することができ、高い絶縁性を実現する観点では、50nm以上とすることができ、100nm以上であってもよく、200nm以上であってもよい。絶縁被膜の平均厚みの上限値は、例えば、1000nm以下とすることができ、500nm以下であってもよい。絶縁被膜の平均厚みは、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)観察により求めることができる。 The average thickness of the insulating film can be appropriately selected depending on the purpose, and from the viewpoint of realizing high insulation, it can be 50 nm or more, may be 100 nm or more, or may be 200 nm or more. . The upper limit of the average thickness of the insulating coating can be, for example, 1000 nm or less, and may be 500 nm or less. The average thickness of the insulating coating can be determined, for example, by observation with a transmission electron microscope (TEM).
絶縁皮膜により炭素繊維を被覆する方法としては、例えば、ゾルゲル法、液相堆積法、ポリシロキサン法、特開2018-98515号公報に記載された炭素繊維の表面の少なくとも一部に重合性材料の硬化物からなる絶縁皮膜を形成する方法等が挙げられる。 Examples of methods for coating carbon fibers with an insulating film include a sol-gel method, a liquid phase deposition method, a polysiloxane method, and a polymerizable material on at least a part of the surface of the carbon fiber described in JP-A-2018-98515. Examples include a method of forming an insulating film made of a cured product.
熱伝導シート1中の繊維状フィラー3の含有量は、熱伝導シート1の熱伝導性の観点では、例えば、5体積%以上とすることができ、10体積%以上とすることもでき、14積%以上とすることもでき、20体積%以上とすることもでき、25体積%以上とすることもできる。また、熱伝導シート1中の繊維状フィラー3の含有量は、熱伝導シート1の成形性の観点では、例えば30体積%以下とすることができ、28体積%以下とすることもでき、25体積%以下とすることもでき、23体積%以下とすることもできる。熱伝導シート1中の繊維状フィラー3の含有量は、例えば、5~50体積%とすることができ、14~25体積%とすることが好ましい。2種以上の繊維状フィラー3を併用する場合、その合計量が上述した含有量を満たすことが好ましい。
The content of the
<他の熱伝導材料>
他の熱伝導材料4は、上述した繊維状フィラー3以外の熱伝導材料であり、例えば、無機フィラーが挙げられる。他の熱伝導材料4の形状は、例えば、球状、破砕状、楕円球状、塊状、粒状、扁平状などが挙げられる。他の熱伝導材料4の形状は、充填性の観点では、破砕状、球状、楕円球状などが好ましく、熱伝導シート1の復元性、特に、熱伝導シート1において圧縮と解放を行った場合、解放後に繊維状フィラー3の復元力をより良好とする観点では破砕状が好ましい。なお、粉砕状とは、例えば、長軸と短軸を有し、長軸方向と短軸方向の長さの比が10以下であるものをいう。他の熱伝導材料4は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
<Other thermal conductive materials>
The other thermally
他の熱伝導材料4は、例えば、無機フィラーであり、具体的には、酸化アルミニウム(アルミナ、サファイア)、窒化アルミニウム、水酸化アルミニウム、アルミニウム、酸化亜鉛などを用いることができる。特に、熱伝導シート1の復元性や熱伝導率の観点では、水酸化アルミニウム及びアルミナの少なくとも1種を用いることが好ましく、具体例として、アルミナを単独で用いる態様、水酸化アルミニウムを単独で用いる態様が挙げられる。
The other thermally
アルミナ粒子の平均粒径(D50)は、例えば、0.1~10μmとすることができ、0.1~8μmであってもよく、0.1~7μmであってもよく、0.1~2μmであってもよい。水酸化アルミニウム粒子の平均粒径(D50)は、例えば、0.1~10μmとすることができ、0.1~8μmであってもよく、0.1~7μmであってもよく、0.1~2μmであってもよい。 The average particle diameter (D50) of the alumina particles may be, for example, 0.1 to 10 μm, may be 0.1 to 8 μm, may be 0.1 to 7 μm, may be 0.1 to It may be 2 μm. The average particle size (D50) of the aluminum hydroxide particles may be, for example, 0.1 to 10 μm, may be 0.1 to 8 μm, may be 0.1 to 7 μm, and may be 0.1 to 8 μm. It may be 1-2 μm.
他の熱伝導材料4の平均粒径は、他の熱伝導材料4の粒子径分布全体を100%とした場合に、粒子径分布の小粒子径側から粒子径の値の累積カーブを求めたとき、その累積値が50%となるときの粒子径をいう。粒度分布(粒子径分布)は、体積基準によって求められたものである。粒度分布の測定方法としては、例えば、レーザー回折型粒度分布測定機を用いる方法が挙げられる。
The average particle size of the other thermally
他の熱伝導材料4は、表面処理が施されていてもよい。表面処理としては、例えば、アルコキシシラン化合物などのカップリング剤により他の熱伝導材料4を処理することが挙げられる。カップリング剤の処理量は、例えば、他の熱伝導材料4の総量に対して0.1~1.5体積%の範囲とすることができる。
The other thermally
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、残り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が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、ブトキシ基などが挙げられる。アルコキシシラン化合物の具体例としては、トリメトキシシラン化合物、トリエトキシシラン化合物などが挙げられる。 An alkoxysilane compound is a compound having a structure in which 1 to 3 of the 4 bonds of a silicon atom (Si) are bonded to alkoxy groups and the remaining bonds are bonded to organic substituents. Examples of the alkoxy group that the alkoxysilane compound has include a methoxy group, an ethoxy group, and a butoxy group. Specific examples of alkoxysilane compounds include trimethoxysilane compounds and triethoxysilane compounds.
熱伝導シート1中の他の熱伝導材料4の含有量は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択できる。熱伝導シート1が他の熱伝導材料4を含む場合、熱伝導材料4の含有量は、熱伝導シート1の復元性や熱伝導率の観点では、21体積%超とすることができ、36体積%以上であってもよく、40体積%以上であってもよく、42体積%以上であってもよい。また、熱伝導シート1中の他の熱伝導材料4の含有量は、熱伝導シート1の復元性の観点では、50体積%以下とすることができ、45体積%以下であってもよく、40体積%以下であってもよい。熱伝導シート1中の他の熱伝導材料4の含有量は、熱伝導シート1の復元性をより良好にする観点では、例えば、36~45体積%とすることが好ましい。2種以上の他の熱伝導材料4を併用する場合、その合計量が上述した含有量を満たすことが好ましい。
The content of the other thermally
熱伝導シート1が繊維状フィラー3と他の熱伝導材料4を含む場合、熱伝導シート1中の繊維状フィラー3と他の熱伝導材料4の含有量の合計は、熱伝導シート1の復元性や熱伝導率の観点では、50体積%以上とすることができ、55体積%以上であってもよく、59体積%以上であってもよく、60体積%以上であってもよい。また、熱伝導シート1中の繊維状フィラー3と他の熱伝導材料4の含有量の合計は、熱伝導シート1の復元性の観点では、77体積%未満とすることができ、67体積%以下であってもよく、65体積%以下であってもよく、64体積%以下であってもよく、63体積%以下であってもよく、62体積%以下であってもよく、61体積%以下であってもよい。熱伝導シート1中の繊維状フィラー3と他の熱伝導材料4の含有量の合計は、例えば、59体積%以上65体積%未満とすることが好ましい。
When the heat
熱伝導シート1は、本技術の効果を損なわない範囲で、上述した成分以外の他の成分をさらに含有してもよい。他の成分としては、例えば、分散剤、硬化促進剤、遅延剤、粘着付与剤、可塑剤、難燃剤、酸化防止剤、安定剤、着色剤などが挙げられる。
The heat
<熱伝導シートの製造方法>
本技術に係る熱伝導シートの製造方法は、バインダ樹脂2と繊維状フィラー3とを含む熱伝導組成物を調製する工程(以下、工程Aともいう。)と、熱伝導組成物から成形体ブロックを形成する工程(以下、工程Bともいう。)と、成形体ブロックをシート状にスライスして熱伝導シート1を得る工程(以下、工程Cともいう。)とを有する。
<Method for manufacturing heat conductive sheet>
The method for producing a thermally conductive sheet according to the present technology includes a step of preparing a thermally conductive composition containing a
工程Cで得られる熱伝導シート1は、上述のように、繊維状フィラー3がバインダ樹脂2に分散しており、繊維状フィラー3が断面視で厚さ方向Bに70~90度の角度で配置されている。そして、熱伝導シート1を上述した条件1で圧縮と解放を行った場合、圧縮解放後の繊維状フィラー3の配置角度が、断面視で圧縮前の角度の10度以内の範囲にある。
In the heat
本製造方法で得られる熱伝導シート1は、条件1のように圧縮と解放を行った場合の復元力、特に、繊維状フィラー3の復元力が良好である。そのため、熱伝導シート1を発熱体と放熱体との間に配置した場合に、発熱体と放熱体との間のギャップが開いたとしても、そのギャップに対して熱伝導シート1中の繊維状フィラー3を容易かつ迅速に追従させることができる。これにより、熱伝導シート1の熱抵抗の悪化を抑制できる。
The thermally
[工程A]
工程Aでは、バインダ樹脂2と繊維状フィラー3とを含む熱伝導組成物を調製する。熱伝導組成物は、上述した他の熱伝導材料4を含んでもよい。熱伝導組成物は、各種添加剤や揮発性溶剤ととともに公知の手法で均一に混合してもよい。
[Step A]
In step A, a thermally conductive composition containing
[工程B]
工程Bでは、熱伝導組成物から成形体ブロックを形成する。成形体ブロックの形成方法としては、押出成形法、金型成形法などが挙げられる。押出成形法、金型成形法としては、特に制限されず、公知の各種押出成形法、金型成形法の中から、熱伝導組成物の粘度や熱伝導シート1に要求される特性等に応じて適宜採用することができる。例えば、押出成形法において、熱伝導組成物をダイより押し出す際、あるいは金型成形法において、熱伝導組成物を金型へ圧入する際、バインダ樹脂2が流動し、その流動方向に沿って繊維状フィラー3の長軸が配向する。
[Step B]
In step B, a molded block is formed from the thermally conductive composition. Examples of methods for forming the molded block include an extrusion molding method and a mold molding method. The extrusion molding method and the mold molding method are not particularly limited, and various known extrusion molding methods and mold molding methods can be selected depending on the viscosity of the heat conductive composition and the properties required for the heat
成形体ブロックの大きさ・形状は、求められる熱伝導シートの大きさに応じて決めることができる。例えば、断面の縦の大きさが0.5~15cmで横の大きさが0.5~15cmの直方体が挙げられる。直方体の長さは必要に応じて決定すればよい。押出成形法では、熱伝導組成物の硬化物からなり、押出方向に繊維状フィラー3の長軸が配向した、柱状の成形体ブロックを形成しやすい。
The size and shape of the molded block can be determined according to the required size of the heat conductive sheet. For example, a rectangular parallelepiped having a cross-sectional length of 0.5 to 15 cm and a width of 0.5 to 15 cm can be used. The length of the rectangular parallelepiped may be determined as required. In the extrusion molding method, it is easy to form a columnar molding block made of a cured product of the heat conductive composition, in which the long axis of the
得られた成形体ブロックは、熱硬化させることが好ましい。熱硬化における硬化温度は、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、バインダ樹脂2がシリコーン樹脂である場合、60℃~120℃の範囲とすることができる。熱硬化における硬化時間は、例えば、30分~10時間の範囲とすることができる。
The molded block obtained is preferably heat-cured. The curing temperature in thermosetting can be appropriately selected according to the purpose, and can be in the range of 60.degree. C. to 120.degree. C. when the
[工程C]
工程Cでは、成形体ブロックをシート状にスライスして、厚さ方向Bに繊維状フィラー3の長軸が配向した熱伝導シート1を得る。スライスにより得られるシートの表面(スライス面)には、繊維状フィラー3が露出する。スライスする方法としては特に制限はなく、成形体ブロックの大きさや機械的強度により公知のスライス装置の中から適宜選択することができる。スライス装置としては、例えば、超音波カッタ、かんな(鉋)などが挙げられる。成形体ブロックのスライス方向としては、成形方法が押出成形法である場合、押出し方向に繊維状フィラー3の長軸が配向しているものもあるため、押出し方向に対して60~120度であることが好ましく、70~100度の方向であることがより好ましく、90度(垂直)の方向であることがさらに好ましい。
[Step C]
In step C, the molded block is sliced into sheets to obtain a thermally
このように、工程Aと、工程Bと、工程Cとを有する製造方法では、繊維状フィラー3がバインダ樹脂2に分散した熱伝導シート1であって、繊維状フィラー3が断面視で厚さ方向Bに70~90度の角度で配置され、上述した条件1で圧縮と解放を行った場合、圧縮解放後の繊維状フィラー3の配置角度が、断面視で圧縮前の角度の10度以内の範囲にある熱伝導シート1を得ることができる。
Thus, in the manufacturing method including Step A, Step B, and Step C, the heat
熱伝導シート1の製造方法は、上述した例に限定されず、例えば、工程Cの後に、スライス面をプレスする工程Dをさらに有していてもよい。このような工程Dを有する製造方法では、工程Cで得られる熱伝導シート1の表面がより平滑化され、他の部材との密着性をより向上できる。プレスの方法としては、平盤と表面が平坦なプレスヘッドとからなる一対のプレス装置を使用することができる。また、熱伝導シート1の表面をピンチロールでプレスしてもよい。
The method for manufacturing the thermally
プレスの際の圧力は、例えば、0.1~100MPaの範囲とすることができ、0.1~1MPaの範囲であってもよく、0.1~0.5MPaの範囲であってもよい。プレス時間は、プレスの際の圧力、シート面積などに応じて適宜選択することができ、例えば、10秒~5分の範囲とすることができ、30秒~3分の範囲であってもよい。 The pressure during pressing may be, for example, in the range of 0.1 to 100 MPa, may be in the range of 0.1 to 1 MPa, or may be in the range of 0.1 to 0.5 MPa. The pressing time can be appropriately selected according to the pressure during pressing, the sheet area, etc., and can be, for example, in the range of 10 seconds to 5 minutes, and may be in the range of 30 seconds to 3 minutes. .
一態様として、ヒータを内蔵したプレスヘッドを用いて加熱しながらプレスを行ってもよい。プレス温度は、例えば、0~180℃の範囲とすることができ、室温(例えば25℃)~100℃の範囲であってもよく、30~100℃の範囲であってもよい。プレスの効果をより高め、プレス時間を短縮するために、成形体シートを構成するバインダ樹脂のガラス転移温度(Tg)以上でプレスを行ってもよい。 As one mode, pressing may be performed while heating using a press head with a built-in heater. The pressing temperature may range, for example, from 0 to 180°C, may range from room temperature (eg, 25°C) to 100°C, or may range from 30 to 100°C. In order to enhance the effect of pressing and shorten the pressing time, pressing may be performed at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature (Tg) of the binder resin forming the compact sheet.
<電子機器>
熱伝導シート1は、例えば、発熱体と放熱体との間に配置させることにより、発熱体で生じた熱を放熱体に逃がすためにそれらの間に配された構造の電子機器(サーマルデバイス)とすることができる。電子機器は、発熱体と放熱体と熱伝導シート1とを少なくとも有し、必要に応じて、その他の部材をさらに有していてもよい。
<Electronic equipment>
The thermally
発熱体としては、特に限定されず、例えば、CPU、GPU(Graphics Processing Unit)、DRAM(Dynamic Random Access Memory)、フラッシュメモリなどの集積回路素子、トランジスタ、抵抗器など、電気回路において発熱する電子部品等が挙げられる。また、発熱体には、通信機器における光トランシーバ等の光信号を受信する部品も含まれる。 The heat generating element is not particularly limited, and includes, for example, CPU, GPU (Graphics Processing Unit), DRAM (Dynamic Random Access Memory), integrated circuit elements such as flash memory, transistors, resistors, and other electronic components that generate heat in electric circuits. etc. The heating element also includes components for receiving optical signals, such as optical transceivers in communication equipment.
放熱体としては、特に限定されず、例えば、ヒートシンクやヒートスプレッダなど、集積回路素子やトランジスタ、光トランシーバ筐体などと組み合わされて用いられるものが挙げられる。ヒートシンクやヒートスプレッダの材質としては、例えば、銅、アルミニウムなどが挙げられる。放熱体としては、ヒートスプレッダやヒートシンク以外にも、熱源から発生する熱を伝導して外部に放散させるものであればよく、例えば、放熱器、冷却器、ダイパッド、プリント基板、冷却ファン、ペルチェ素子、ヒートパイプ、ベーパーチャンバー、金属カバー、筐体等が挙げられる。ヒートパイプは、例えば、円筒状、略円筒状又は扁平筒状の中空構造体である。 The radiator is not particularly limited, and examples thereof include heat sinks, heat spreaders, and the like, which are used in combination with integrated circuit elements, transistors, optical transceiver housings, and the like. Materials for the heat sink and heat spreader include, for example, copper and aluminum. As the radiator, in addition to the heat spreader and the heat sink, any material can be used as long as it conducts the heat generated from the heat source and dissipates it to the outside. Heat pipes, vapor chambers, metal covers, housings, and the like. A heat pipe is, for example, a cylindrical, substantially cylindrical, or flat cylindrical hollow structure.
図5は、熱伝導シートを適用した半導体装置の一例を示す断面図である。例えば、熱伝導シート1は、図5に示すように、各種電子機器に内蔵される半導体装置50に実装され、発熱体と放熱体との間に挟持される。図5に示す半導体装置50は、電子部品51と、ヒートスプレッダ52と、熱伝導シート1とを備え、熱伝導シート1がヒートスプレッダ52と電子部品51との間に挟持される。熱伝導シート1が、ヒートスプレッダ52とヒートシンク53との間に挟持されることにより、ヒートスプレッダ52とともに、電子部品51の熱を放熱する放熱部材を構成する。熱伝導シート1の実装場所は、ヒートスプレッダ52と電子部品51との間や、ヒートスプレッダ52とヒートシンク53との間に限らず、電子機器や半導体装置の構成に応じて、適宜選択できる。ヒートスプレッダ52は、例えば方形板状に形成され、電子部品51と対峙する主面52aと、主面52aの外周に沿って立設された側壁52bとを有する。ヒートスプレッダ52は、側壁52bに囲まれた主面52aに熱伝導シート1が設けられ、主面52aと反対側の他面52cに熱伝導シート1を介してヒートシンク53が設けられる。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor device to which a heat conductive sheet is applied. For example, as shown in FIG. 5, the heat
以下、本技術の実施例について説明する。本技術は、これらの実施例に限定されるものではない。 Examples of the present technology will be described below. The present technology is not limited to these examples.
<実施例1>
実施例1では、表1に示すように、2液性の付加反応型液状シリコーン樹脂%に、シランカップリング剤でカップリング処理した平均粒径2μmのアルミナ粒子45体積%と、繊維状フィラーとして平均繊維長200μmのピッチ系炭素繊維14体積%とを混合し、シリコーン組成物を調製した。なお、2液性の付加反応型液状シリコーン樹脂は、ポリオルガノシロキサンを主成分とするものを41体積%使用し、完成後のシートのショアタイプOOにおける硬度が25となるよう調整した。得られたシリコーン組成物を、中空四角柱状の金型(50mm×50mm)の中に押出成形し、50mm□のシリコーン成型体を成型した。シリコーン成型体をオーブンにて100℃で6時間加熱してシリコーン硬化物とした。シリコーン硬化物を、厚みが2.0mmとなるようにスライサーで切断して熱伝導シートを得た。
<Example 1>
In Example 1, as shown in Table 1, 45% by volume of alumina particles having an average particle diameter of 2 μm and having been subjected to coupling treatment with a silane coupling agent were added to the two-liquid addition reaction type liquid silicone resin at 45% by volume, and as a fibrous filler, 14% by volume of pitch-based carbon fibers having an average fiber length of 200 μm were mixed to prepare a silicone composition. 41% by volume of the two-liquid addition reaction type liquid silicone resin containing polyorganosiloxane as the main component was used, and the completed sheet was adjusted to have a Shore type OO hardness of 25. The resulting silicone composition was extruded into a hollow quadrangular prism-shaped mold (50 mm x 50 mm) to form a 50 mm square silicone molding. The silicone molded product was heated in an oven at 100° C. for 6 hours to obtain a cured silicone product. The cured silicone material was cut with a slicer so as to have a thickness of 2.0 mm to obtain a thermally conductive sheet.
<実施例2>
実施例2では、表1に示すように、シランカップリング剤でカップリング処理した平均粒径2μmのアルミナ粒子45体積%に替えて、シランカップリング剤でカップリング処理した平均粒径1.2μmの破砕状の水酸化アルミニウム粒子45体積%を用いたことと、完成後のシートのショアタイプOOにおける硬度が30となるように調整したこと以外は、実施例1と同様に熱伝導シートを得た。
<Example 2>
In Example 2, as shown in Table 1, instead of 45% by volume of alumina particles having an average particle size of 2 μm that were coupled with a silane coupling agent, 1.2 μm average particle size that was coupled with a silane coupling agent was used. A heat conductive sheet was obtained in the same manner as in Example 1 except that 45% by volume of crushed aluminum hydroxide particles were used and the hardness of the completed sheet in Shore type OO was adjusted to 30. rice field.
<実施例3>
実施例3では、表1に示すように、2液性の付加反応型液状シリコーン樹脂に、シランカップリング剤でカップリング処理した平均粒径4μmのアルミナ粒子36体積%と、繊維状フィラーとして平均繊維長120μmのピッチ系炭素繊維25体積%とを混合してシリコーン組成物を調製したことと、2液性の付加反応型液状シリコーン樹脂としてポリオルガノシロキサンを主成分とするものを39体積%使用したことと、完成後のシートのショアタイプOOにおける硬度が40となるように調整したこと以外は、実施例1と同様に熱伝導シートを得た。
<Example 3>
In Example 3, as shown in Table 1, 36% by volume of alumina particles having an average particle diameter of 4 μm, which were subjected to coupling treatment with a silane coupling agent, to a two-liquid addition reaction type liquid silicone resin, and an average A silicone composition was prepared by mixing 25% by volume of pitch-based carbon fiber with a fiber length of 120 μm, and 39% by volume of a two-liquid addition reaction type liquid silicone resin containing polyorganosiloxane as a main component was used. A heat conductive sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that the completed sheet had a hardness of 40 in Shore type OO.
<比較例1>
比較例1では、表1に示すように、2液性の付加反応型液状シリコーン樹脂に、シランカップリング剤でカップリング処理した平均粒径4μmのアルミナ粒子42体積%と、繊維状フィラーとして平均繊維長150μmのピッチ系炭素繊維23体積%とを混合してシリコーン組成物を調製したことと、2液性の付加反応型液状シリコーン樹脂としてポリオルガノシロキサンを主成分とするものを35体積%使用したことと、完成後のシートのショアタイプOOにおける硬度が40となるように調整したこと以外は、実施例1と同様に熱伝導シートを得た。
<Comparative Example 1>
In Comparative Example 1, as shown in Table 1, 42% by volume of alumina particles having an average particle size of 4 μm, which were subjected to coupling treatment with a silane coupling agent, to a two-liquid addition reaction type liquid silicone resin, and an average of 4 μm as a fibrous filler. A silicone composition was prepared by mixing 23% by volume of pitch-based carbon fiber with a fiber length of 150 μm, and 35% by volume of a two-liquid addition reaction type liquid silicone resin containing polyorganosiloxane as a main component was used. A heat conductive sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that the completed sheet had a hardness of 40 in Shore type OO.
<比較例2>
比較例2では、表1に示すように、2液性の付加反応型液状シリコーン樹脂に、シランカップリング剤でカップリング処理した平均粒径4μmのアルミナ粒子21体積%と、平均粒径1.3μmの窒化アルミニウム粒子24体積%と、繊維状フィラーとして平均繊維長150μmのピッチ系炭素繊維22体積%とを混合してシリコーン組成物を調製したことと、2液性の付加反応型液状シリコーン樹脂としてポリオルガノシロキサンを主成分とするものを33体積%使用したことと、完成後のシートのショアタイプOOにおける硬度が50となるように調整したこと以外は、実施例1と同様に熱伝導シートを得た。
<Comparative Example 2>
In Comparative Example 2, as shown in Table 1, 21% by volume of alumina particles having an average particle diameter of 4 μm and having an average particle diameter of 1.0 μm, which were subjected to coupling treatment with a silane coupling agent, were added to a two-liquid addition reaction type liquid silicone resin. A silicone composition was prepared by mixing 24% by volume of 3 μm aluminum nitride particles and 22% by volume of pitch-based carbon fiber having an average fiber length of 150 μm as a fibrous filler, and a two-liquid addition reaction type liquid silicone resin. Heat conductive sheet in the same manner as in Example 1, except that 33% by volume of a material containing polyorganosiloxane as a main component was used as the heat conductive sheet, and the hardness of the completed sheet in Shore type OO was adjusted to 50. got
<比較例3>
比較例3では、表1に示すように、2液性の付加反応型液状シリコーン樹脂に、シランカップリング剤でカップリング処理した平均粒径4μmのアルミナ粒子36体積%と、平均粒径1.3μmの窒化アルミニウム粒子25体積%と、平均粒径15μmのアルミニウム粉末16体積%とを混合してシリコーン組成物を調製したことと、2液性の付加反応型液状シリコーン樹脂としてポリオルガノシロキサンを主成分とするものを23体積%使用したことと、完成後のシートのショアタイプOOにおける硬度が40となるよう調整したこと以外は、実施例1と同様に熱伝導シートを得た。このように、比較例3では、炭素繊維を含まない熱伝導シートを得た。
<Comparative Example 3>
In Comparative Example 3, as shown in Table 1, 36% by volume of alumina particles having an average particle diameter of 4 μm and having an average particle diameter of 1.0 μm, which were subjected to coupling treatment with a silane coupling agent, were added to a two-liquid addition reaction type liquid silicone resin. A silicone composition was prepared by mixing 25% by volume of aluminum nitride particles of 3 μm and 16% by volume of aluminum powder with an average particle size of 15 μm, and polyorganosiloxane was used as a two-liquid addition reaction type liquid silicone resin. A heat conductive sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that 23% by volume of the component was used and that the completed sheet had a Shore type OO hardness of 40. Thus, in Comparative Example 3, a heat conductive sheet containing no carbon fiber was obtained.
<バルク熱伝導率>
バルク熱伝導率は、ASTM-D5470に準拠した方法で各熱伝導シートの熱抵抗を測定し、横軸に測定時の熱伝導シートの厚み(mm)、縦軸に熱伝導シートの熱抵抗(℃・cm2/W)をプロットし、そのプロットの傾きから熱伝導シートのバルク熱伝導率(W/m・K)を算出した。熱伝導シートの熱抵抗は、厚みの異なる熱伝導シートを3種類用意して、それぞれの厚みの熱伝導シートについて測定した。結果を表1に示す。
<Bulk thermal conductivity>
For bulk thermal conductivity, the thermal resistance of each thermal conductive sheet is measured by a method in accordance with ASTM-D5470, the horizontal axis is the thickness (mm) of the thermal conductive sheet at the time of measurement, and the vertical axis is the thermal resistance of the thermal conductive sheet ( °C·cm 2 /W) was plotted, and the bulk thermal conductivity (W/m·K) of the thermal conductive sheet was calculated from the slope of the plot. The thermal resistance of the thermally conductive sheet was measured by preparing three types of thermally conductive sheets with different thicknesses and measuring the thermally conductive sheets with different thicknesses. Table 1 shows the results.
<評価用サンプルの作製>
実施例及び比較例で得られた熱伝導シートを直径29mmに加工して、評価用のサンプルを準備した。サンプルは3枚以上用意し、(1)外形サイズ確認用、(2)圧縮前の断面観察用、(3)圧縮解放後の断面観察用に用いた。
<Preparation of sample for evaluation>
The heat conductive sheets obtained in Examples and Comparative Examples were processed to have a diameter of 29 mm to prepare samples for evaluation. Three or more samples were prepared and used for (1) checking the external size, (2) observing the cross section before compression, and (3) observing the cross section after releasing the compression.
<圧縮解放後のサンプルの外形サイズ>
圧縮解放後のサンプルの外形サイズは、ノギスを用いて最大長と最短長を目視で測定し平均値とした。具体的には、厚み2mm、直径29mmのサンプルを24時間常温で初期厚みに対して40%圧縮し、圧縮解放してから3分後にサンプルの外形サイズを測定した。結果を表1に示す。
<External size of sample after compression release>
For the outer size of the sample after compression release, the maximum length and the shortest length were visually measured using a vernier caliper, and the average value was taken. Specifically, a sample having a thickness of 2 mm and a diameter of 29 mm was compressed by 40% of the initial thickness at room temperature for 24 hours, and the external size of the sample was measured 3 minutes after the compression was released. Table 1 shows the results.
<圧縮前の炭素繊維の傾き>
圧縮前のサンプル5(熱伝導シート1)の断面観察は、図2に示すように、サンプル5の中央部を厚さ方向Bに5mm幅にカミソリ刃で切断してサンプル6を得た。そして、図3に示すように、サンプル6において、外周から5mm内側かつ、断面の上下1/3の範囲6Bで、任意の炭素繊維3Aの角度を5点測定して平均値を求めた。炭素繊維3Aの角度の測定は、マイクロスコープVHX-5000(キーエンス社製)を用いて、倍率100倍で行った。炭素繊維3Aの5点の角度の測定は、サンプル6の平行を出したのち、炭素繊維3Aの角度が0度から90度になるように計測した。
<Inclination of carbon fiber before compression>
For cross-sectional observation of sample 5 (heat conductive sheet 1) before compression, as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 3, in the
図6は、圧縮前の熱伝導シートの断面のデジタルマイクロスコープ写真である。一例として、実施例3のサンプル6における炭素繊維の角度の算出方法を説明する。図6に示す「[6]93度」のように、角度が90度を超えたものは180度-93度=87度とした。圧縮前の実施例3のサンプル6における炭素繊維3Aの5点の角度は、87度、79度、82度、93度(87度)、78度であり、平均は82.6度であった。結果を表1に示す。
FIG. 6 is a digital microscope photograph of a cross section of the thermally conductive sheet before compression. As an example, a method of calculating the angle of the carbon fibers in
<圧縮解放後の炭素繊維の傾き>
圧縮解放後のサンプル6の断面観察は、圧縮前のサンプル6の断面観察と同時に行った。図2に示すサンプル5を24時間常温で初期厚みに対して40%圧縮し、圧縮解放してから3分後に、図2,3に示すように、圧縮解放後のサンプル5の中央部を厚さ方向Bに5mm幅にカミソリ刃で切断してサンプル6を得た。このサンプル6の切断面(表面)において、外周から5mm内側かつ、断面の上下1/3の範囲6Bで、任意の炭素繊維3Aの角度を5点測定して平均値を求めた。
<Inclination of carbon fiber after compression release>
The cross-sectional observation of the
図7は、圧縮解放後の熱伝導シートの断面のデジタルマイクロスコープ写真である。一例として、実施例3のサンプル6における炭素繊維3Aの角度の算出方法を説明する。図7に示すように、圧縮解放後の実施例3のサンプル6における炭素繊維3Aの5点の角度は、74度、79度、70度、78度、84度であり、平均は77.0度であった。結果を表1に示す。
FIG. 7 is a digital microscope photograph of a cross section of the thermally conductive sheet after compression release. As an example, a method of calculating the angle of the
<圧縮解放前後の炭素繊維の角度差>
圧縮解放前後のサンプル6における炭素繊維3Aの5点の角度の平均の差(度)を求めた。結果を表1に示す。
<Angle difference of carbon fiber before and after compression release>
An average difference (degrees) in the angles of five points of the
<ショアタイプOOにおける硬度>
熱伝導シートのショアタイプOOにおける硬度は、ASTM-D2240に準拠した測定方法で、2mm厚の熱伝導シートを5枚重ねて10mm厚とし、片面5点、両面で合計10点測定した測定結果の平均値とした。結果を表1に示す。
<Hardness in Shore type OO>
The hardness of the shore type OO thermal conductive sheet is measured by a method based on ASTM-D2240, and five 2 mm thick thermal conductive sheets are stacked to make a thickness of 10 mm. Average value. Table 1 shows the results.
実施例1~3で得られた熱伝導シートは、繊維状フィラー3がバインダ樹脂2に分散しており、繊維状フィラー3が断面視で厚さ方向Bに70~90度の角度で配置されており、上述した条件1で圧縮と解放を行った場合、圧縮解放後の繊維状フィラー3の配置角度が、断面視で圧縮前の角度の10度以内の範囲にあることが分かった。すなわち、実施例1~3で得られた熱伝導シートは、条件1のように圧縮と解放を行った場合の復元力、特に、炭素繊維3A(繊維状フィラー3)の復元力が良好であることが分かった。そのため、実施例1~3で得られた熱伝導シートを発熱体と放熱体との間に配置した場合に、発熱体と放熱体との間のギャップが開いたとしても、そのギャップに対して熱伝導シート中の繊維状フィラー3を容易かつ迅速に追従させることができる。これにより、実施例1~3で得られた熱伝導シートは、熱抵抗の悪化を抑制できると考えられる。
In the heat conductive sheets obtained in Examples 1 to 3, the
また、実施例1~3で得られた熱伝導シートを厚み2mm、直径29mmとして、24時間常温で40%圧縮し、解放後3分後の直径が32.0mm以下であることが分かった。すなわち、実施例1~3で得られた熱伝導シートは、圧縮解放後の外形サイズの変化が小さいことも分かった。 Further, it was found that the heat conductive sheets obtained in Examples 1 to 3 were 2 mm thick and 29 mm in diameter, compressed by 40% at room temperature for 24 hours, and had a diameter of 32.0 mm or less 3 minutes after release. In other words, it was also found that the thermally conductive sheets obtained in Examples 1 to 3 show little change in outer size after compression is released.
一方、比較例1,2で得られた熱伝導シートは、上述した条件1で圧縮と解放を行った場合、圧縮解放後の繊維状フィラー3の配置角度が、断面視で圧縮前の角度の10度以内の範囲にないことが分かった。すなわち、比較例1,2で得られた熱伝導シートは、実施例1~3の熱伝導シートと比べて、条件1のように圧縮と解放を行った場合の復元力、特に、炭素繊維3A(繊維状フィラー3)の復元力が良好ではないことが分かった。また、比較例1~3で得られた熱伝導シートは、圧縮解放後の外形サイズの変化が実施例1~3と比べて大きいことが分かった。
On the other hand, in the heat conductive sheets obtained in Comparative Examples 1 and 2, when compression and release were performed under the above-described
1 熱伝導シート、2 バインダ樹脂、3 繊維状フィラー、3A 炭素繊維、4 他の熱伝導材料、5 サンプル、6 切断したサンプル、6A 切断面、6Ac 中心部、50 半導体装置、51 電子部品、52 ヒートスプレッダ、52a 主面、52b 側壁、52c 他面、53 ヒートシンク 1 thermally conductive sheet, 2 binder resin, 3 fibrous filler, 3A carbon fiber, 4 other thermally conductive material, 5 sample, 6 cut sample, 6A cut surface, 6Ac core, 50 semiconductor device, 51 electronic component, 52 Heat spreader, 52a main surface, 52b side wall, 52c other surface, 53 heat sink
Claims (11)
当該熱伝導シートを下記条件1で圧縮と解放を行った場合、解放後の上記繊維状フィラーの配置角度が、断面視で圧縮前の角度の10度以内の範囲にある、熱伝導シート。
条件1:当該熱伝導シートの厚みを24時間常温で初期厚みから40%圧縮した後に解放する。 A heat conductive sheet in which a fibrous filler is dispersed in a binder resin, and the fibrous filler is arranged at an angle of 70 to 90 degrees in the thickness direction in a cross-sectional view,
A thermally conductive sheet, wherein when the thermally conductive sheet is compressed and released under condition 1 below, the arrangement angle of the fibrous filler after release is within 10 degrees of the angle before compression in a cross-sectional view.
Condition 1: The thickness of the heat conductive sheet is compressed to 40% of the initial thickness at room temperature for 24 hours, and then released.
上記繊維状フィラーと上記他の熱伝導材料の含有量の合計が65体積%未満である、請求項1~7のいずれか1項に記載の熱伝導シート。 Further containing other thermally conductive materials other than the fibrous filler,
The thermally conductive sheet according to any one of claims 1 to 7, wherein the total content of the fibrous filler and the other thermally conductive material is less than 65% by volume.
上記他の熱伝導材料が、水酸化アルミニウム及びアルミナの少なくとも1種である、請求項1~8のいずれか1項に記載の熱伝導シート。 Further containing other thermally conductive materials other than the fibrous filler,
The thermally conductive sheet according to any one of claims 1 to 8, wherein the other thermally conductive material is at least one of aluminum hydroxide and alumina.
上記熱伝導組成物から成形体ブロックを形成する工程と、
上記成形体ブロックをシート状にスライスして熱伝導シートを得る工程とを有し、
上記熱伝導シートが、請求項1~9のいずれか1項に記載の熱伝導シートである、熱伝導シートの製造方法。 preparing a thermally conductive composition containing a binder resin and a fibrous filler;
forming a molded block from the thermally conductive composition;
and obtaining a heat conductive sheet by slicing the molded block into a sheet,
A method for producing a thermally conductive sheet, wherein the thermally conductive sheet is the thermally conductive sheet according to any one of claims 1 to 9.
放熱体と、
上記発熱体と上記放熱体との間に配置された請求項1~9のいずれか1項に記載の熱伝導シートとを備える、電子機器。
a heating element;
a radiator;
An electronic device comprising the thermally conductive sheet according to any one of claims 1 to 9 arranged between the heating element and the radiator.
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