JP6807355B2 - 熱伝導性シート及びその製造方法、熱伝導性シートの実装方法 - Google Patents
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Description
図1に本技術が適用された熱伝導性シート1を示す。熱伝導性シート1は、少なくとも高分子マトリックス成分と繊維状の熱伝導性充填剤とを含むバインダ樹脂が硬化されてなるシート本体2を有する。
シート本体2を構成する高分子マトリックス成分は、熱伝導性シート1の基材となる高分子成分のことである。その種類については、特に限定されず、公知の高分子マトリックス成分を適宜選択することができる。例えば、高分子マトリックス成分の一つとして、熱硬化性ポリマーが挙げられる。
熱伝導性シート1に含まれる繊維状の熱伝導性充填剤は、シートの熱伝導性を向上させるための成分である。熱伝導性充填剤の種類については、熱伝導性の高い繊維状の材料であれば特に限定はされないが、より高い熱伝導性を得られる点からは、炭素繊維を用いることが好ましい。
繊維状熱伝導性充填剤は、シート本体2の表面から突出し、また、バインダ樹脂の未硬化成分で被覆されている。繊維状熱伝導性充填剤のシート本体2の表面からの突出長さは50μmより長いことが好ましい。これにより、熱伝導性シート1の実装前においては、タック性が低減又は消失されて、作業性、取り扱い性を向上することができる。
熱伝導性シート1は、熱伝導性充填剤として、無機物フィラーをさらに含有させてもよい。無機物フィラーを含有させることにより、熱伝導性シート1の熱伝導性をより高め、シートの強度を向上できる。前記無機物フィラーとしては、形状、材質、平均粒径等については特に制限がされず、目的に応じて適宜選択することができる。前記形状としては、例えば、球状、楕円球状、塊状、粒状、扁平状、針状等が挙げられる。これらの中でも、球状、楕円形状が充填性の点から好ましく、球状が特に好ましい。
熱伝導性シート1は、上述した、高分子マトリックス成分及び繊維状熱伝導性充填剤、適宜含有される無機物フィラーに加えて、目的に応じてその他の成分を適宜含むこともできる。その他の成分としては、例えば、磁性金属粉、チキソトロピー性付与剤、分散剤、硬化促進剤、遅延剤、微粘着付与剤、可塑剤、難燃剤、酸化防止剤、安定剤、着色剤等が挙げられる。また、磁性金属粉の含有量を調整することにより、熱伝導性シート1に電磁波吸収性能を付与してもよい。
次いで、熱伝導性シート1の製造工程について説明する。本技術が適用された熱伝導性シート1の製造工程は、バインダ樹脂に繊維状の熱伝導性充填剤が含有された熱伝導性樹脂組成物を所定の形状に成型して硬化させ、熱伝導性成形体を形成する工程(工程A)と、上記熱伝導性成形体をシート状にスライスし、熱伝導性シートを形成する工程(工程B)と、必要に応じて、熱伝導性シートをプレスすることにより、上記バインダ樹脂の未硬化成分を滲み出させる工程(工程C)とを有する。
この工程Aでは、上述した高分子マトリックス成分及び繊維状熱伝導性充填剤、適宜含有される無機物フィラー、その他の成分を配合し、熱伝導性樹脂組成物を調製する。上述したように、本技術が適用された熱伝導性シートの製造方法では、バインダ樹脂に対する繊維状熱伝導性充填剤の体積割合が、バインダ樹脂を1としたときに0.6以下となるように調整する。なお、各成分を配合、調製する手順については特に限定はされず、例えば、高分子マトリックス成分に、繊維状熱伝導性充填剤、適宜、無機物フィラー、磁性金属粉、その他成分を添加し、混合することにより、熱伝導性樹脂組成物の調製が行われる。
図2に示すように、熱伝導性成形体6をシート状にスライスし、熱伝導性シート1を形成する工程Bでは、配向した繊維状の熱伝導性充填剤の長軸方向に対して、0°〜90°の角度となるように、熱伝導性成形体6をシート状に切断する。これにより、熱伝導性充填剤10は、シート本体の厚み方向に配向される。
熱伝導性シート1の製造工程では、必要に応じて、熱伝導性シート1をプレスすることにより、バインダ樹脂の未硬化成分を滲み出させる工程Cを有してもよい。これにより、熱伝導性シート1は、シート本体2から滲み出たバインダ樹脂の未硬化成分で両面を全面にわたって被覆し、タック性を発現させることができる。
なお、上述した工程Cにおいては、図3に示すように、熱伝導性シート1の少なくとも一方の面、好ましくは両面に、プラスチックフィルム11を貼付した状態でプレスすることが好ましい。プラスチックフィルムとしては、例えばPETフィルムが用いられる。また、プラスチックフィルムは、成形体シートの表面への貼付面に剥離処理を施してもよい。
実使用時においては、熱伝導性シート1は、適宜プラスチックフィルム11が剥離され、例えば、半導体装置等の電子部品や、各種電子機器の内部に実装される。このとき、熱伝導性シート1は、シート本体2の表面にはタック性が低減又は消失され、あるいはプラスチックフィルム11が貼付されているため、取り扱い性に優れるとともに、電子部品等に押し当てて荷重が印加されるとタックが発現し、作業性にも優れる。
また、熱伝導性シート1は、位置ズレを修正したり、一旦組み立てた後に何らかの事情で解体し、再度組み立てる等の要因で一端電子部品等から剥離して、再度貼り直しを行うリワーク作業を行うことができる。このとき、熱伝導性シート1は、電子部品等への載置する際に荷重が印加されることによりタック性を発現させて電子部品へ貼付され、次いで、熱伝導性シートを貼りなおす際には、荷重を解放し、電子部品等から剥離され、再度、電子部品上等に貼付される。
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1μmと5μmの混合アルミナ粒子46.2体積%、平均繊維長200μmのピッチ系炭素繊維14体積%を混合し、シリコーン組成物を調製した。2液性の付加反応型液状シリコーン樹脂は、オルガノポリシロキサンを主成分とするものを使用し、シリコーンA剤とB剤との配合比が、53:47となるように配合した。実施例1におけるバインダ樹脂の合計量は39.8体積%、炭素繊維の配合量は14体積%であり、バインダ樹脂に対する炭素繊維の体積割合は、0.35である。
実施例2では、実施例1で作成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、熱導電性シートを得た。次に、この熱伝導性シートを剥離処理されたPETフィルムで挟み、熱伝導性シートを87℃、0.5MPa、3分の条件でプレスした。実施例2におけるバインダ樹脂の合計量は39.8体積%、炭素繊維の配合量は14体積%であり、バインダ樹脂に対する炭素繊維の体積割合は、0.35である。
実施例3では、実施例1で作成したシリコーン硬化物を、厚みが3.0mmとなるようにスライサーで切断し、熱導電性シートを得た。次に、この熱伝導性シートを剥離処理されたPETフィルムで挟み、熱伝導性シートを87℃、0.5MPa、3分の条件でプレスした。実施例3におけるバインダ樹脂の合計量は39.8体積%、炭素繊維の配合量は14体積%であり、バインダ樹脂に対する炭素繊維の体積割合は、0.35である。
実施例4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1μmと5μmの混合アルミナ粒子46.2体積%、平均繊維長200μmのピッチ系炭素繊維14体積%を混合し、シリコーン組成物を調製した。2夜性の付加反応型液状シリコーン樹脂は、オルガノポリシロキサンを主成分とするものを使用し、シリコーンA剤とB剤との配合比が、58:42となるように配合した。実施例4におけるバインダ樹脂の合計量は39.8体積%、炭素繊維の配合量は14体積%であり、バインダ樹脂に対する炭素繊維の体積割合は、0.35である。
実施例5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1μmと5μmの混合アルミナ粒子46.2体積%、平均繊維長200μmのピッチ系炭素繊維14体積%を混合し、シリコーン組成物を調製した。2夜性の付加反応型液状シリコーン樹脂は、オルガノポリシロキサンを主成分とするものを使用し、シリコーンA剤とB剤との配合比が、50:50となるように配合した。実施例5におけるバインダ樹脂の合計量は39.8体積%、炭素繊維の配合量は14体積%であり、バインダ樹脂に対する炭素繊維の体積割合は、0.35である。
実施例6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1μmと5μmの混合アルミナ粒子36体積%、平均繊維長200μmのピッチ系炭素繊維14体積%を混合し、シリコーン組成物を調製した。2夜性の付加反応型液状シリコーン樹脂は、オルガノポリシロキサンを主成分とするものを使用し、シリコーンA剤とB剤との配合比が、53:47となるように配合した。実施例6におけるバインダ樹脂の合計量は50体積%、炭素繊維の配合量は14体積%であり、バインダ樹脂に対する炭素繊維の体積割合は、0.28である。
実施例7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1μmと5μmの混合アルミナ粒子49体積%、平均繊維長200μmのピッチ系炭素繊維14体積%を混合し、シリコーン組成物を調製した。2夜性の付加反応型液状シリコーン樹脂は、オルガノポリシロキサンを主成分とするものを使用し、シリコーンA剤とB剤との配合比が、53:47となるように配合した。実施例7におけるバインダ樹脂の合計量は37体積%、炭素繊維の配合量は14体積%であり、バインダ樹脂に対する炭素繊維の体積割合は、0.38である。
実施例8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1μmと5μmの混合アルミナ粒子37.2体積%、平均繊維長200μmのピッチ系炭素繊維23体積%を混合し、シリコーン組成物を調製した。2夜性の付加反応型液状シリコーン樹脂は、オルガノポリシロキサンを主成分とするものを使用し、シリコーンA剤とB剤との配合比が、53:47となるように配合した。実施例8におけるバインダ樹脂の合計量は39.8体積%、炭素繊維の配合量は23体積%であり、バインダ樹脂に対する炭素繊維の体積割合は、0.58である。
実施例9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1μmと5μmの混合アルミナ粒48.2体積%、平均繊維長200μmのピッチ系炭素繊維12体積%を混合し、シリコーン組成物を調製した。2夜性の付加反応型液状シリコーン樹脂は、オルガノポリシロキサンを主成分とするものを使用し、シリコーンA剤とB剤との配合比が、53:47となるように配合した。実施例9におけるバインダ樹脂の合計量は39.8体積%、炭素繊維の配合量は12体積%であり、バインダ樹脂に対する炭素繊維の体積割合は、0.30である。
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の混合アルミナ粒42.5体積%、平均繊維長150μmのピッチ系炭素繊維23体積%を混合し、シリコーン組成物を調製した。2夜性の付加反応型液状シリコーン樹脂は、オルガノポリシロキサンを主成分とするものを使用し、シリコーンA剤とB剤との配合比が、53:47となるように配合した。比較例1におけるバインダ樹脂の合計量は34.1体積%、炭素繊維の配合量は23体積%であり、バインダ樹脂に対する炭素繊維の体積割合は、0.67である。
比較例2では、比較例1で作成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、熱導電性シートを得た。次に、この熱伝導性シートを剥離処理されたPETフィルムで挟み、熱伝導性シートを87℃、0.5MPa、3分の条件でプレスした。比較例2におけるバインダ樹脂の合計量は34.1体積%、炭素繊維の配合量は23体積%であり、バインダ樹脂に対する炭素繊維の体積割合は、0.67である。
比較例3では、比較例1で作成したシリコーン硬化物を、厚みが3.0mmとなるようにスライサーで切断し、熱導電性シートを得た。次に、この熱伝導性シートを剥離処理されたPETフィルムで挟み、熱伝導性シートを87℃、0.5MPa、3分の条件でプレスした。比較例3におけるバインダ樹脂の合計量は34.1体積%、炭素繊維の配合量は23体積%であり、バインダ樹脂に対する炭素繊維の体積割合は、0.67である。
比較例4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1μmの窒化アルミニウム粒子70.6体積%、平均粒径5μmの水酸化アルミニウム粒子5.2体積%、平均粒径4μmのアルミナ粒子3.3体積%を混合し、シリコーン組成物を調製した。2液性の付加反応型液状シリコーン樹脂は、オルガノポリシロキサンを主成分とするものを使用し、シリコーンA剤とB剤との配合比が、58:42となるように配合した。
比較例5では、表1に示すように、得られたシリコーン組成物を、剥離処理されたPETに挟み2mm厚となるようパーコーターで塗布した他は、比較例4と同じ条件とした。
比較例6では、表1に示すように、得られたシリコーン組成物を、剥離処理されたPETに挟み3mm厚となるようパーコーターで塗布した他は、比較例4と同じ条件とした。
Claims (10)
- 少なくとも高分子マトリックス成分と繊維状の熱伝導性充填剤とを含むバインダ樹脂が硬化されてなるシート本体を有し、
上記バインダ樹脂に対する上記繊維状の熱伝導性充填剤の体積割合が、バインダ樹脂を1としたときに0.6以下であり、
上記繊維状の熱伝導性充填剤は、上記シート本体の表面から突出するとともに、上記バインダ樹脂の未硬化成分で被覆されている
熱伝導性シート。 - 上記熱伝導性充填剤は、上記シート本体の表面から突出長さが50μmよりも長い請求項1に記載の熱伝導性シート。
- 上記熱伝導性充填剤は、上記シート本体の厚み方向に配向されている請求項1に記載の熱伝導性シート。
- デュロメータ硬度規格ASTM−D2240におけるタイプOOが15〜40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。
- 上記シート本体を0.8kgf/cm2の荷重で圧縮し、当該荷重を解放した後に、上記シート本体の厚みが圧縮前の90%以上に回復する請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
- 上記シート本体に荷重を印加して圧縮し、当該荷重を解放した後に、上記シート本体の荷重の印加前後における表面粗さRzの差が8以下である請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
- 0.3kgf/cm2の荷重を印加した際における熱抵抗が1.9℃cm2/W以下である請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
- バインダ樹脂に繊維状の熱伝導性充填剤が含有された熱伝導性樹脂組成物を所定の形状に成型して硬化させ、熱伝導性成形体を形成する工程と、
上記熱伝導性成形体をシート状にスライスし、熱伝導性シートを形成する工程とを有し、
上記バインダ樹脂に対する上記繊維状の熱伝導性充填剤の体積割合が、バインダ樹脂を1としたときに0.6以下であり、
上記繊維状の熱伝導性充填剤は、上記シート本体の表面から突出するとともに、上記バインダ樹脂の未硬化成分で被覆されている
熱伝導性シートの製造方法。 - 上記熱伝導性シートをプレスすることにより、上記バインダ樹脂の未硬化成分を滲み出
させる請求項8に記載の熱伝導性シートの製造方法。 - 電子部品上に載置し、放熱部材との間に挟持する熱伝導性シートの実装方法において、
上記電子部品への載置する際に上記熱伝導性シートに荷重を印加させることによりタック性を発現させて電子部品へ貼付し、
上記熱伝導性シートを貼りなおす際には、荷重を解放し、上記電子部品から剥離し、再度、上記電子部品上に貼付する工程を有し、
上記熱伝導性シートは、
少なくとも高分子マトリックス成分と繊維状の熱伝導性充填剤とを含むバインダ樹脂が硬化されてなるシート本体を有し、
上記バインダ樹脂に対する上記繊維状の熱伝導性充填剤の体積割合が、バインダ樹脂を1としたときに0.6以下であり、
上記繊維状の熱伝導性充填剤は、上記シート本体の表面から突出するとともに、上記バインダ樹脂の未硬化成分で被覆されている
熱伝導性シートの実装方法。
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