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JP2000154265A - 高熱伝導性シート - Google Patents

高熱伝導性シート

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JP2000154265A
JP2000154265A JP10328344A JP32834498A JP2000154265A JP 2000154265 A JP2000154265 A JP 2000154265A JP 10328344 A JP10328344 A JP 10328344A JP 32834498 A JP32834498 A JP 32834498A JP 2000154265 A JP2000154265 A JP 2000154265A
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sheet
particles
conductive sheet
thickness
resin
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Hiroaki Sawa
博昭 澤
Tetsumi Otsuka
哲美 大塚
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Denka Co Ltd
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Denki Kagaku Kogyo KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】熱伝導性が極めて高く、放熱部材として好適な
樹脂シートを提供すること。 【解決手段】窒化ホウ素を含む樹脂シートからなる熱伝
導性シートにおいて、シートの厚み方向にX線を照射し
て得られたX線回折図の<100>面に対する<002
>面のピーク比(<002>/<100>)が10以下
であることを特徴とする高熱伝導性シート。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高熱伝導性シート
に関する。詳しくは、電子機器の放熱を行う際に、発熱
電子部品とヒートシンクの間に介在される放熱部材とし
て好適な高熱伝導性シートに関する。
【0002】
【従来の技術】電子機器において、使用時に発生する熱
をどのように除去するかが重要な課題となっており、従
来よりトランジスタやサイリスタ等の発熱電子部品を、
放熱フインや放熱板等のヒートシンクに、熱伝導性シー
トを介して取り付けることによって行われている。この
熱伝導性シートは、樹脂に窒化ホウ素等の熱伝導性フイ
ラーを分散含有させたものが用いられており、熱伝導性
が良好であることから発熱電子部品の実装に広く賞用さ
れている。
【0003】熱伝導性シートの熱伝導性を高めるには、
熱伝導性フイラーの充填量を多くすれば良いが、シート
の機械的強度が低下するので高充填には限度があった。
【0004】また、窒化ホウ素(BN)は鱗片状粒子で
あり、その粒子自身の熱伝導性は鱗片状の面方向では約
110W/mKであるのに対し、その面に対して垂直な
方向では約2W/mK程度しかなく、BN粒子の熱伝導
性は面方向が数十倍優れていることが知られている。す
なわち、BN粒子の面方向を放熱シートの厚み方向と同
じにする(BN粒子をシート厚み方向に立てる)ことに
よってシート厚み方向の熱伝導性が飛躍的に向上するこ
とが知られているが、従来のシート製造方法(カレンダ
ーロール法、ドクターブレード法、押し出し法)では、
シート成型時にBN粒子の配向が起こり、鱗片状粒子の
面方向がシート面の方向と同一となってしまい、BN粒
子の面方向の優れた熱伝導性を活かされないままとなっ
ていた。
【0005】このような問題点を解決するため、特公平
6−12643号公報には、BN粒子をランダムに配向
させた凝集粉が提案されているが、横に配向したBN粒
子をも依然として多く存在しているので、BN粒子の面
方向の優れた熱伝導性が十分に活かされているとは言い
難い。
【0006】そこで、シート厚み方向に配向しているB
N粒子の割合を、シート面方向に配向している割合より
も多くする方法として、BN粒子の充填されたシリコー
ン固化物を成型機でブロック化し、それを垂直方向にス
ライスしてシート化する方法(特公平6−38460号
公報)があるが、この方法では断面積の広いブッロクを
成形せざるを得ないので、ブロック中心部のBN粒子は
所期したようには配向せず、熱伝導性の十分な向上は望
めない。
【0007】更には、特開平8−244094号公報に
は、BN含有の未硬化樹脂シートを金型内の狭いスリッ
トを通過させてBN粒子をシート厚み方向に立たせるこ
とが提案されているが、この方法においても中心部付近
のBN粒子はその立ち度合いが不十分であるので、本発
明が目的としている熱伝導性までには達し得ないもので
あった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に鑑み
てなされたものであり、その目的は、直立に近い状態で
配向させたBN粒子の割合が、シート面の方向よりも厚
み方向に極めて多く存在させたシートを提供することで
あり、これによって、より少ないBN粒子の充填量(す
なわち、より柔軟性の高いもの)にして熱伝導性の極め
て高いシートを提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、窒
化ホウ素を含む樹脂シートからなる熱伝導性シートにお
いて、シートの厚み方向にX線を照射して得られたX線
回折図の<100>面に対する<002>面のピーク比
(<002>/<100>)が10以下であることを特
徴とする高熱伝導性シートであり、特に樹脂がシリコー
ン樹脂であることを特徴とするものである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、更に詳しく本発明について
説明する。
【0011】本発明で使用される樹脂は、シリコーン樹
脂(付加反応により加硫する液状シリコーンゴム、過酸
化物を加硫に用いる熱加硫型ミラブルタイプのシリコー
ンゴム)、エポキシ樹脂、オレフィン系樹脂等の一般的
に電子材料用途として用いられているものである。
【0012】中でも、電子機器の放熱部材では、発熱電
子部品の発熱面とヒートシンク面との密着性が要求され
るため、柔軟性を有する樹脂や、ゴム弾性を有する樹脂
が望ましい。柔軟性樹脂としては、付加反応型液状シリ
コーンの固化物が好適であり、その具体例としては、一
分子中にビニル基とH−Si基の両方を有する一液性の
シリコーンや、末端又は側鎖にビニル基を有するオルガ
ノポリシロキサンと末端又は側鎖に2個以上のH−Si
基を有するオルガノポリシロキサンとの二液性のシリコ
ーンなどがある。
【0013】このような付加反応型液状シリコーンの市
販品としては、東レダウコーニング社製、商品名「SE
−1885」等を例示することができる。樹脂の柔軟性
は、シリコーンの架橋密度や熱伝導性フイラーの充填量
によって調整することができる。
【0014】本発明で使用されるBN粒子は、その厚み
(c軸方向)が0.1μm以上であることが好ましい。
0.1μm未満では、樹脂に分散させる際に粒子が破壊
される恐れがある。また、BN粒子のアスペクト比(縦
/横比)はできるだけ大きい方が熱伝導性を向上させる
点で好ましく、アスペクト比としては20以上が好まし
い。
【0015】このようなBN粒子は、例えば粗製BN粉
末をアルカリ金属又はアルカリ土類金属のほう酸塩の存
在下、窒素雰囲気中、2000℃×3〜7時間加熱処理
して結晶を発達させ、それを粉砕した後、必要に応じて
硝酸等の強酸で精製することによって製造することがで
きる。
【0016】本発明の高熱伝導性シートにおいて、BN
粒子の含有量は、20〜70体積%特に35〜55体積
%であることが好ましい。20体積%未満では、十分な
熱伝導性を付与することができず、また70体積%をこ
えると、シートの機械的強度が低下し、用途に制約を受
ける。高熱伝導性シートの熱抵抗は、0.5℃/W・m
m以下が好ましい。
【0017】本発明の高熱伝導性シートの形状について
は全く任意であり、用途に応じて適切な形状が選択され
る。厚みは、0.1〜5.0mm程度が一般的である。
【0018】本発明の高熱伝導性シートにおいては、シ
ートの厚み方向に直立に近い状態で配向しているBN粒
子の割合が、シートの面方向よりも厚み方向に著しく大
きくなっていることが特徴である。具体的には、シート
の厚み方向にX線を照射して得られたX線回折図におい
て、<100>面(a軸)に対する<002>面(c
軸)のピーク比(<002>/<100>)が10以
下、より望ましくは6以下である。
【0019】次に、本発明の高熱伝導性シートの製造方
法について説明する。
【0020】先ず、樹脂とBN粒子を混合する。両者の
割合は、樹脂30〜80体積%、BN70〜20体積%
であることが好ましい。混合は、ロールミル、ニーダ
ー、バンバリーミキサー等を用いて行われる。
【0021】次いで、この混合物をダイス内の途中路に
設けられた複数の小さい穴に通過させて複数の棒状物を
押出成形し、それらを収集平型を通過させて未硬化シー
ト状物に成形する。ここで、小さい穴の断面積は0.0
1〜10mm2 、押出成形時のせん断速度は10S-1
上、また未硬化シート状物の寸法は、幅50〜1000
mm、厚み0.1〜5mmであることが好ましい。
【0022】ここまでの操作によって、混合物のBN粒
子は、狭い穴の流路を通過する際にせん断力を受け、シ
ートの厚み方向に直立に近い状態で配向している割合
が、シートの面方向よりも厚み方向に著しく大きくなっ
ている。
【0023】次いで、未硬化のシート状物の複数枚を積
層して、望ましくは幅150〜500mm、長さ100
〜300mm、高さ150〜500mm程度のブロック
状となし、それを所望長さに切断してから硬化させる
か、又は硬化させてから所望長さに切断することによっ
て、本発明の高熱伝導性シートを製造することができ
る。その際の硬化は、遠赤外乾燥炉内を通過させる、又
は熱風乾燥機に入れて加熱する等によって行われる。な
お、本発明の高熱伝導性シートの厚みとしては、0.0
5〜5mm特に0.2〜2mmであることが好ましい。
【0024】
【実施例】以下、実施例と比較例をあげて更に具体的に
本発明を説明する。
【0025】実施例1 ミラブル型シリコーンゴム(東芝シリコーン社製、商品
名「TSE2913U」)に、平均粒子径15μm、平
均粒子厚み1μmのBN粉末(電気化学工業社製、商品
名「デンカボロンナイトライド」)を表1に示す割合で
配合し、ミキサで混合し、更にシリコーンゴム用加硫剤
(2、4−ジクロロパーオキサイド)、シリコーンゴム
用難燃付与剤(白金含有イソプロピルアルコール)、フ
イラー分散剤(日本ユニカー社製、商品名「A−17
3」)をそれぞれ少量添加してコンパウンドを調製し
た。
【0026】次いで、縦1mm、横0.2mm、長さ1
0mmの穴が縦に1列、横に500列を有するノズル板
と、その直後に縦1mm、横50mmの開口部を有する
収集平型とが内部に設けられてなるダイスから、上記コ
ンパウンドを押出成形して未硬化のシート状物を得、そ
れらを巻き取りロールによって50層巻き取り、厚み5
0mmにした。この積層物を150℃の熱風乾燥機で2
0Hr加硫硬化させた後、幅(厚み)1mmに切断し
て、本発明の高熱伝導性シートを製造した。
【0027】実施例2 樹脂として、A液(ビニル基を有するオルガノポリシロ
キサン)とB液(H−Si基を有するオルガノポリシロ
キサン)の二液性の付加反応型液状シリコーン(東レダ
ウコーニング社製、商品名「SE−1885」)を、A
液対B液の混合比を表1に示す配合(体積%)としたこ
と以外は、実施例1と同様にして高熱伝導性シートを製
造した。
【0028】比較例1 実施例1において、未硬化のシート状物の一枚を用いた
こと以外は、実施例1と同様に加硫硬化させて熱伝導性
シートを製造した。
【0029】比較例2 実施例1で調製されたコンパウンドを、圧力50kg/
cm2 、温度150℃、30分間の加圧プレスを行って
熱伝導性シートを製造した。
【0030】上記で得られた熱伝導性シートについて、
シートの厚み方向にX線を照射して得られたX線回折図
における、<100>面(a軸)に対する<002>面
(c軸)のピーク比(<002>/<100>)及び熱
抵抗を測定した。それらの結果を表2に示す。なお、特
公平6−12643公報の実施例6の値を参考例として
表2に併記した。
【0031】(1)ピーク比 シートを20×20mmに切り出し、表1に示す条件で
X線回折分析(装置:リガク社製商品名「GF−201
3])を行い、<100>面(a軸)に対する<002
>面(c軸)のピーク比(<002>/<100>)を
算出した。
【0032】
【表1】
【0033】(2)熱抵抗 熱伝導性シートをTO−3形状に切断してTO−3型の
銅製ヒーターケースと銅板との間にはさみ、締付けトル
ク5kgf−cmにてセットした後、銅製ヒーターケー
スに電力15Wをかけて4分間保持して銅製ヒーターケ
ースと銅板との温度差を測定し、次式により算出した。
【0034】熱抵抗(℃/W・mm)={温度差(℃)
/電力(W)}÷シート厚(mm)
【0035】
【表2】
【0036】表2より、実施例の高熱伝導性シートは、
比較例のシートに比べて、熱抵抗が小さく熱伝導性が大
幅に向上していることがわかる。
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、高熱伝導性のシートが
提供される。本発明の高熱伝導性シートは、電子機器の
放熱部材として好適なものである。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // B29C 47/08 H01L 23/36 M B29K 83:00 105:16 B29L 7:00 Fターム(参考) 4F071 AA01 AA14 AA42 AA67 AB27 AF44 AH12 BA01 BB03 BB06 BC01 BC17 4F207 AA33 AB11 AB16 AC04 AE10 AG01 AG27 AH33 AK03 KA01 KA13 KA17 KF02 KK51 KW50 4J002 AA001 BB001 CD001 CP031 DK006 FD206 GQ00 5F036 AA01 BB21 BD21

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒化ホウ素を含む樹脂シートからなる熱
    伝導性シートにおいて、シートの厚み方向にX線を照射
    して得られたX線回折図の<100>面に対する<00
    2>面のピーク比(<002>/<100>)が10以
    下であることを特徴とする高熱伝導性シート。
  2. 【請求項2】 樹脂がシリコーンであることを特徴とす
    る請求項1記載の高熱伝導性シート。
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