スクリーン印刷用熱伝導性塗料およびそれを用いた電子部品
【課題】電子部品を冷却するための放熱板を不要として、電子機器の大型化を抑制してその電子部品を高効率に冷却するために、高い熱伝導性を持ち、スクリーン印刷に適した熱伝導性塗料を提供すること、ならびにそれを用いた放熱性電子部品を提供すること
【解決手段】膨張黒鉛５０〜９５質量％、熱硬化性樹脂のエマルション粒子５〜５０質量％、および増粘剤０〜３０質量％を合わせて１００質量％とした組成物と水性媒体とからなり、２５℃における粘度が４０ポイズ〜１，０００ポイズであることを特徴とするスクリーン印刷用熱伝導性塗料。前記熱伝導性塗料を塗布・乾燥してなる放熱層を設けた電子部品。
【解決手段】膨張黒鉛５０〜９５質量％、熱硬化性樹脂のエマルション粒子５〜５０質量％、および増粘剤０〜３０質量％を合わせて１００質量％とした組成物と水性媒体とからなり、２５℃における粘度が４０ポイズ〜１，０００ポイズであることを特徴とするスクリーン印刷用熱伝導性塗料。前記熱伝導性塗料を塗布・乾燥してなる放熱層を設けた電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリーン印刷に好適な熱伝導性塗料及びそれを用いた電子部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トランジスタやＩＣ等の電子部品は通電によって高熱を発するため、電子機器の分野においては、これら電子部品の発熱に対する冷却方法が重要な技術の一つとなっている。電子部品の冷却方法としては、通常、熱伝導性に優れる材料からなる放熱板（ヒートシンク）を電子部品の発熱面に取り付ける方法が一般的である（特許文献１）。他に、放熱フィンを冷却ファンにて空冷する方法もある。
【０００３】
しかしながら、近年では電子機器の小型・軽量化を達成するべく、その薄形化および高密度実装化が急速に進められており、そのため、放熱板を実装するための十分なスペースを確保することができないという問題点があった。即ち、電子部品を適切に冷却するためには、放熱板を大きくする必要があり、その分、電子機器全体としての大型化を招く。その一方、放熱板を小さく構成したのでは、放熱効率が低下して、電子部品を効率的に冷却することができない。
【０００４】
特許文献２では、電子部品の小型化を目的として、絶縁材部の内層に高い熱伝導性を有するカーボンシートが積層状に設けられた電子部品が示されている。カーボンシートの高い熱拡散を利用して基板自体に冷却性能を付与する方法であり、非常に有効であると考えられる。しかしながら、特許文献２の方法ではカーボンシート自体が高価であることに加え、シートを複雑な形状に加工する工程が必要になるため、この方法によって製造された電子部品の価格が高くなってしまうという問題があった。また、カーボンの粉落ちによる絶縁不良などの問題もあった。
【０００５】
一方、特許文献３では熱伝導性材料をペースト化することが示されている。シート形状とは異なり、ペースト化すれば複雑な形状であっても例えばスクリーン印刷などの方法で容易に塗布できる。しかしながら、スクリーン印刷を可能とするためにはペースト粘度を低く抑える必要がある。このためにはバインダの比率を高める必要があり、これが熱伝導の妨げとなる。熱放射のように表面効果によって冷却する場合や特許文献３のように放熱板を併用する場合は必ずしも高い熱伝導性を必要としないので、このような方法でも有効であるが、熱拡散による高い冷却性能を付与する目的においては問題となる。高い冷却性能を付与するためには例えば膨張黒鉛のような高い熱伝導率をもつフィラーを高い比率で配合する必要があるが、相対的にバインダの比率が低下するため高粘度となり、このような材料をスクリーン印刷に供することは困難である。仮に分散媒を用いてスクリーン印刷可能な粘度に調整することができても、乾燥後はバインダ不足によって結着性が低くなるため強度が低く、工程間ハンドリングでの破壊や熱伝導性材料の脱落を誘発し、電子部品の性能に甚大な影響を及ぼすという問題があった。
【０００６】
従って、スクリーン印刷で塗布することを目的とする放熱部材に高い冷却性能を付与するためには、熱伝導フィラーの配合比率を高くすると同時に、少量のバインダで熱伝導フィラーの粒子を強固に結着させる必要があった。
【０００７】
特許文献４では、熱伝導フィラーとバインダの結着性を高めるためにエマルションゴム中に膨張黒鉛を均一に分散させた黒鉛落ちのない熱伝導シートが示されている。エマルションゴムを使用することによって熱伝導性の高いフィラーを高比率で添加することができるが、高粘度であることからスクリーン印刷による塗布は困難であり、耐熱性も低いという問題があった。
【特許文献１】特開平７−２３５７８１号公報
【特許文献２】特開２００７−０７３６５４号公報
【特許文献３】特開２００８−０６９２３８号公報
【特許文献４】特開２００６−１３７８６０号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、高い熱伝導性を持ち、スクリーン印刷に適した熱伝導性塗料の提供および、それを用いた放熱性電子部品を提供することを目的としている。
【０００９】
本発明者らは、上記課題について鋭意検討した結果、特定炭素材と結着材および水系媒体からなる熱伝導性塗料を用いると上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の要旨は、下記の通りである。
（１）膨張黒鉛５０〜９５質量％、熱硬化性樹脂のエマルション粒子５〜５０質量％、および増粘剤０〜３０質量％を合わせて１００質量％とした組成物と水性媒体とからなり、２５℃における粘度が４０ポイズ〜１，０００ポイズであることを特徴とするスクリーン印刷用熱伝導性塗料。
（２）２５℃における粘度から求めたチクソ比が１．０〜４．０であることを特徴とする（１）に記載のスクリーン印刷用熱伝導性塗料。
（３）（１）または（２）に記載のスクリーン印刷用熱伝導性塗料を塗布・乾燥して得られる放熱層。
（４）（３）記載の放熱層であって、厚みが１０〜３００μｍであることを特徴とする放熱層。
（５）（３）または（４）に記載の放熱層を電気絶縁部内部に設けた電子部品。
（６）プリント基板、可変抵抗器、スイッチ、エンコーダ、センサおよびコネクタから選ばれたものである（５）に記載の電子部品。
（７）２０メッシュ〜１５０メッシュのスクリーンを用いたスクリーン印刷によって（１）または（２）に記載の熱伝導性塗料を塗布する工程を含むことを特徴とする放熱層の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の熱伝導性塗料によれば、スクリーン印刷により高熱伝導性材料を電子部品の冷却を要する部位にのみ塗布して放熱層を形成できる。このため、従来電子部品を冷却するために用いられていた放熱板を不要として、電子機器の大型化を抑制しながら、容易かつ高効率に電子部品を冷却することができ、安価で効率的に熱を放出する電子部品を提供することができる。また、カーボンシート加工が不要なため、カーボン脱落のない放熱層を形成することができ、製品歩留まりも向上する。
【００１２】
結着材として熱硬化性樹脂エマルションを用いているので耐熱性が向上し、電子部品を実装する際のハンダの熱にも耐えることができる。
【００１３】
分散媒として水性媒体を用いることで、環境面や安全性に配慮したものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を詳述する。
【００１５】
本発明のスクリーン印刷用熱伝導性塗料（以下、熱伝導性塗料と略す。）には、炭素材の主成分として膨張黒鉛を用いる。膨張黒鉛は、黒鉛を硝酸、硫酸等の化学薬品で処理し、これを１，０００℃以上の高温で熱処理することで得られ、黒鉛の結晶格子の層間が膨張してフレーク状の粒子になったものである。平均粒子径が０.５〜２００μｍのものが好ましく、より好ましくは１〜１００μｍである。
【００１６】
本発明の効果を損なわない範囲において、膨張黒鉛以外の炭素材として、カーボンブラックや炭素繊維などを添加してもよい。
【００１７】
カーボンブラックとしては、アセチレンブラック、オイルファーネスブラック、ケッチェンブラック、ランプブラック、チャンネルブラック、ガスブラック、サーマルブラック、プラズマブラックなどが挙げられ、アセチレンブラック、オイルファーネスブラック、ケッチェンブラックが挙げられる。
【００１８】
炭素繊維には、ピッチ系炭素繊維やＰＡＮ系炭素繊維が挙げられ、いわゆるカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーも含まれる。カーボンナノチューブとしては、炭素のチューブ構造が単一チューブであるシングル型、チューブ構造が二重のチューブであるダブル型、およびチューブ構造が三重以上となっているマルチ型構造を含み、さらに、チューブの一方の端が閉じて他方の端が開いているナノホーン型、一方の端の開口が他方の端の開口よりも大きいカップ型等の形態も含んでいる。
【００１９】
本発明の熱伝導性塗料には、結着材として熱硬化性樹脂を用いる必要がある。熱硬化性樹脂を用いた場合、耐熱性が向上し電子部品をハンダで実装する際の熱に耐えることができる。
【００２０】
熱硬化性樹脂として、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、アルキド樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂、グアナミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、アリルエステル樹脂、フラン樹脂、イミド樹脂、ウレタン樹脂、ユリア樹脂およびこれらの共重合変性体からなる群より選ばれる１種、または２種類以上の組み合わせを用いることができる。なかでも、結着性と耐熱性の点から、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂が好ましく、エポキシ樹脂とウレタン樹脂がより好ましい。熱硬化性樹脂は、熱伝導性塗料として基材に塗布後に硬化させて使用することが好ましい。
【００２１】
熱伝導性塗料中の結着材は、エマルション粒子とする必要がある。エマルション粒子を用いるとフィラーを点結着することが可能になるため、同量の溶剤可溶型結着材を用いた場合に比べて結着力が強くなる傾向があり、より少量の結着材で炭素材料を結着することができる。したがって、結着材による熱伝達の阻害を抑制し、かつ得られる放熱層における炭素材の割合も高くできるため、より放熱効率が高まる。
【００２２】
熱伝導性塗料には、必要に応じて増粘剤を添加してもよい。増粘剤としては、カルボシキメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ポリウレタン、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、ガゼイン等を挙げることができ、好ましくはカルボシキメチルセルロースやポリビニルアルコールがよい。これらの増粘剤は、炭素材の各材料間の濡れ性を向上させる。
【００２３】
本発明の熱伝導性塗料は、固形分として、膨張黒鉛５０〜９５質量％、熱硬化性樹脂のエマルション粒子５〜５０質量％、および増粘剤０〜３０質量％を合わせて１００質量％とした組成物を含んでいる。膨張黒鉛と熱硬化性樹脂のエマルション粒子の配合比率は、それぞれ、前記組成物の５０〜９５質量％と５〜５０質量％の範囲とすることが好ましく、６０〜９５質量％と５〜４０質量％がより好ましく、７０〜９０質量％と１０〜３０質量％とすることがさらに好ましい。結着材としての熱硬化性樹脂のエマルション粒子の割合が５０質量％を超えると、膨張黒鉛の割合が５０質量％未満となり、得られる電子部品において十分な放熱性を発揮できず、熱硬化性樹脂のエマルション粒子の割合が５質量％を下回ると、炭素材料と絶縁材部の各材料間の十分な結着性が得られないことがある。増粘剤の配合量は、結着材、炭素材および増粘剤からなる組成物の固形分中０〜３０質量％であり、好ましくは５〜１０質量％である。増粘剤の混合時期や方法は特に限定されない。
【００２４】
熱伝導性塗料の分散媒は、環境や安全性の点から、水性媒体とすることが必要である。水性媒体とは、水単独、または水と水溶性有機溶媒との混合溶媒である。有機溶剤としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルスルホルアミド、テトラメチル尿素、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、γ-ブチロラクトン、イソプロパノールが挙げられる。
【００２５】
本発明の熱伝導性塗料は、膨張黒鉛と結着材とともに、必要に応じて増粘剤を配合し、これらを分散媒中で混合、分散して得ることができる。混合、分散の手段は特に限定されず、ホモジナイザー、ディゾルバー、プラネタリミキサー等の公知の混合装置を用いることができる。膨張黒鉛、結着材および増粘剤の合計固形分比率は、熱伝導性塗料全体の５〜４０質量％が好ましく、より好ましくは１０〜３０質量％である。
【００２６】
熱伝導性塗料の粘度は、ＢＨ型粘度計のＮｏ．４ローターを用い６．０ｒｐｍで測定した２５℃における粘度が４０ポイズ〜１，０００ポイズであることが必要であり、好ましくは１００〜６００ポイズである。また、ＢＨ型粘度計のＮｏ．４ローターを用い０．６ｒｐｍおよび６．０ｒｐｍで測定した２５℃における粘度の比であるチクソ比（＝０．６ｒｐｍの粘度／６．０ｒｐｍの粘度）が１．０〜４．０となることが好ましい。
【００２７】
本発明の熱伝導性塗料は、これを電子部品の電気絶縁部の表面または内部に塗布し、乾燥することにより放熱層を形成させて用いる。
【００２８】
本発明の熱伝導性塗料はスクリーン印刷によってパターンを塗布する塗布方法に適している。
【００２９】
スクリーン印刷時に使用するスクリーンメッシュの目開きは２０メッシュ〜１５０メッシュであることが好ましい。さらに３０メッシュ〜７０メッシュのスクリーンを使用することがより好ましい。２０メッシュより粗いメッシュを使用すると、印刷時メッシュから塗料が垂れ、印刷性が損なわれる。一方１５０メッシュより精細なメッシュでは、印刷時にフィラーにより目詰まりを起こしたり、塗布厚みが小さくなるなどの問題が生じる。
【００３０】
乾燥方法としては、特に制限はないが、熱風乾燥、減圧乾燥、熱減圧乾燥が挙げられる。電子部品を高温にさらさない理由から、熱減圧乾燥が好ましい。
【００３１】
放熱層の厚みは、１０〜３００μｍが好ましく、５０〜２００μｍの範囲がより好ましい。放熱層が１０μｍより薄いと放熱性能が発揮できず、３００μｍより厚いと電子部品の小型化が困難になってしまう上に、放熱層の強度低下を誘発する。
【００３２】
電子部品とは、プリント基板、可変抵抗器、スイッチ、エンコーダ、センサ、コネクタ等が挙げられる
本発明の放熱層は、電子部品の電気絶縁部の表面及び／または内部に適宜設けて使用する。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。ただし、本発明は下記実施例によって何ら限定されるものではない。
【００３４】
なお、各種評価は以下の方法によって行った。
【００３５】
〔粘度の測定〕
２５℃浴中に熱伝導性塗料の入った容器を３０分間浸漬した後、ＢＨ型粘度計のＮｏ．４ローターを用いて６．０ｒｐｍにおける粘度を測定した（単位：ポイズ（Ｐ））。また、０．６ｒｐｍの粘度も測定し、この測定結果からチクソ比（＝０．６ｒｐｍの粘度／６．０ｒｐｍの粘度）を算出した。
【００３６】
〔スクリーン印刷性の評価〕
スクリーン印刷を行い、スクリーンメッシュからの塗料のタレや、スクリーンメッシュへの塗料の充填不足など、スクリーン印刷性への影響の有無を確認した。影響がない場合は○、影響がある場合は×とした。
【００３７】
〔放熱層厚み〕
厚み０．８mmのガラスクロス−エポキシ板に対して、スキージ印圧４０ｋｇ、スキージスピード１００ｍｍ／ｓｅｃで塗料をスクリーン印刷後、１００℃で１時間真空乾燥した。得られた板の両面それぞれに対して、厚み０．2ｍｍのガラスクロス−エポキシプリプレグ、厚み０．2ｍｍの銅箔、離型フィルムをこの順に積層し、真空度５ｔｏｒｒ、プレス圧２５ｋｇ／ｃｍ２、最高到達温度１９０℃で９０分間真空プレスしてコア材を作製した後、その断面をマイクロスコープで観察し放熱層厚みを測定した。
【００３８】
〔放熱性の評価〕
作製したプリント基板に１ｋΩの抵抗体を実装し、３０Ｖの電圧を印可したときの抵抗体の温度を熱電対を用いて測定した。膨張黒鉛シートを用いて作製したプリント基板の場合、抵抗の温度は５８℃であり、これと比べて温度上昇が＋１０％以内すなわち６４℃以下であれば○、＋２０％以内すなわち７０℃以下であれば△、＋２０％を超えると×とした。
【００３９】
〔結着性の評価〕
コア材作製時の真空プレス後に、ガラスクロス−エポキシ板とプリプレグ間の放熱層で剥離が発生しないかを目視で観察し、真空プレス後にガラスクロス−エポキシ板とプリプレグ間で９０°剥離試験を行った。試験はインテスコを用い、剥離スピード５０ｍｍ／分で実施した。試験片は幅２０ｍｍとした。剥離強度が５Ｎ以上あったものを○、２Ｎ以上５Ｎ未満であったものを△、２Ｎ未満であったものを×と評価した。
【００４０】
〔ハンダ耐熱性の評価〕
コア材作製時の真空プレス後に、２８０℃のハンダ層に２０秒ディップして、コア材に膨れや剥がれがないかを目視で観察し、観察後にガラスクロス−エポキシ板とプリプレグ間で結着性の評価と同条件で９０°剥離試験を行った。剥離強度が５Ｎ以上あったものを○、２Ｎ以上５Ｎ未満であったものを△、２Ｎ未満であったものを×と評価した。
【００４１】
〔熱伝導性塗料の製造〕
熱伝導性塗料の原料として下記のものを用いた。
１．炭素材
（ア）膨張黒鉛ＣＭＸ−２０（日本黒鉛社製、平均粒径２０μｍ）
（イ）膨張黒鉛ＣＭＸ−４０（日本黒鉛社製、平均粒径４０μｍ）
（ウ）鱗状黒鉛ＣＰＢ（日本黒鉛社製、平均粒径２０μｍ）
【００４２】
２．結着材
（ア）エポキシ樹脂水性エマルションＥＭ−０４３４ＡＮ（ＡＤＥＫＡ社製、固形分濃度３０質量％）
（イ）ウレタン樹脂水性エマルションＨＵＸ−５２２（ＡＤＥＫＡ社製、固形分濃度３０質量％）
（ウ）酸変性ポリオレフィン水性エマルションＴＣ４０１０（ユニチカ社製、固形分濃度２５質量％）
（エ）共重合ポリエステル水性エマルションＫＺＡ−３５５６（ユニチカ社製、固形分濃度３０質量％）
（オ）溶剤溶解エポキシ樹脂ＥＰ−４９００（ＡＤＥＫＡ社製、ＮＭＰ溶媒、固形分濃度５０質量％）
【００４３】
３．増粘剤
（ア）カルボキシメチルセルロース（第一工業製薬社製、セロゲン）、以下、ＣＭＣと略す。
（イ）ポリビニルアルコール（日本酢ビ・ポバール社製、ＺＦ−１５Ｈ）、以下、ＰＶＡと略す。
【００４４】
（熱伝導性塗料「Ａ−１」の製造）
炭素材として膨張黒鉛「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材としてエポキシ樹脂水性エマルション３３ｇ、増粘剤として「ＣＭＣ」４質量％水溶液１６６ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が１８質量％となるように水を加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−１」を得た。
【００４５】
（熱伝導性塗料「Ａ−２」の製造）
炭素材として「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材として「ＥＭ−０４３４」３３ｇ、増粘剤として「ＰＶＡ」４質量％水溶液１６６ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が２０質量％となるように水を加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−２」を得た。
【００４６】
（熱伝導性塗料「Ａ−３」の製造）
炭素材として膨張黒鉛「ＣＭＸ−４０」５０ｇを用いた以外は、「Ａ−２」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−３」を得た。
【００４７】
（熱伝導性塗料「Ａ−４」の製造）
炭素材として「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材として「ＥＭ−０４３４」５６ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が２１質量％となるように水を加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−４」を得た。
【００４８】
（熱伝導性塗料「Ａ−５」の製造）
結着材として「ＥＭ−０４３４」１１０ｇを用いた以外は「Ａ−４」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−５」を得た。
【００４９】
（熱伝導性塗料「Ａ−６」の製造）
結着材としてウレタン樹脂水性エマルション３０ｇを用いた以外は「Ａ−１」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−６」を得た。
【００５０】
（熱伝導性塗料「Ａ−７」の製造）
炭素材として「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材として「ＥＭ−０４３４」１３３ｇ、増粘剤として「ＣＭＣ」の４質量％水溶液２５０ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が２２質量％となるように水を加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−７」を得た。
【００５１】
（熱伝導性塗料「Ａ−８」の製造）
炭素材として「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材として「ＥＭ−０４３４」８３ｇ、増粘剤として「ＣＭＣ」の４質量％水溶液２０８ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が２１質量％となるように水を加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−８」を得た。
【００５２】
（熱伝導性塗料「Ａ−９」の製造）
炭素材として「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材として「ＥＭ−０４３４」９ｇ、増粘剤として「ＣＭＣ」の４質量％水溶液７０ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が１９質量％となるように水を加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−９」を得た。
【００５３】
（熱伝導性塗料「Ａ−１０」の製造）
炭素材として「鱗状黒鉛ＣＰＢ」を用いた以外は「Ａ−１」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−１０」を得た。
【００５４】
（熱伝導性塗料「Ａ−１１」の製造）
全固形分の濃度が５質量％となるように水を加えた以外は「Ａ−１」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−１１」を得た。
【００５５】
（熱伝導性塗料「Ａ−１２」の製造）
全固形分の濃度が３０質量％となるように水を加えた以外は「Ａ−１」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−１２」を得た。
【００５６】
（熱伝導性塗料「Ａ−１３」の製造）
結着材として酸変性ポリオレフィン水性エマルション「ＴＣ４０１０」４０ｇを用いた以外は「Ａ−２」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−１３」を得た。
【００５７】
（熱伝導性塗料「Ａ−１４」の製造）
結着材として共重合ポリエステル水性エマルション「ＫＺＡ−３５５６」３３ｇを用いた以外は「Ａ−２」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−１４」を得た。
【００５８】
（熱伝導性塗料「Ａ−１５」の製造）
炭素材として「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材として「ＥＭ−０４３４」３３３ｇ、増粘剤として「ＣＭＣ」の６質量％水溶液２７７ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が２５質量％となるように水を加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−１５」を得た。
【００５９】
（熱伝導性塗料「Ａ−１６」の製造）
炭素材として「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材として「ＥＭ−０４３４」３ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が１８質量％となるように水を加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−１６」を得た。
【００６０】
（熱伝導性塗料「Ａ−１７」の製造）
結着材として「ＥＭ−０４３４」３３ｇ、増粘剤として「ＣＭＣ」の１０質量％水溶液４００ｇを用いた以外は「Ａ−７」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−１７」を得た。
【００６１】
（熱伝導性塗料「Ａ−１８」の製造）
炭素材として「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材として溶剤溶解エポキシ樹脂「ＥＰ−４９００」３３ｇ、増粘剤として「ＣＭＣ」４質量％水溶液１６６ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が２０質量％となるようにＮＭＰを加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−１８」を得た。
【００６２】
熱伝導性塗料「Ａ−１」〜「Ａ−１８」の組成を表１に示す。
【００６３】
【表１】
【００６４】
（実施例１）
熱伝導性塗料「Ａ−１」をメッシュカウント５０のスクリーン版を用いたスクリーン印刷によりガラスクロス−エポキシ板両面に塗布し、熱風乾燥した後、真空乾燥によりエポキシ樹脂を硬化させ、板両面にプリプレグと銅箔、離型フィルムの順に重ねて真空熱プレスしてコア材を作製した。コア材に感光性フィルムとパターンフィルムを重ねて紫外線で露光し、未露光部分の感光性フィルムを溶解させ、エッチングを施し、回路パターンを形成して両面プリント基板を作製した。
【００６５】
（実施例２）
メッシュカウント３０のスクリーン版を用いた以外は実施例１と同様にしてプリント基板を作製した。
【００６６】
（実施例３）
メッシュカウント１００のスクリーン版を用いた以外は実施例１と同様にしてプリント基板を作製した。
【００６７】
（実施例４〜１１）
熱伝導性塗料「Ａ−２」〜「Ａ−９」を用いた以外は実施例１と同様にしてプリント基板を作製した。
【００６８】
（比較例１）
ガラスクロス−エポキシ板両面にプリプレグと銅箔、離型フィルムの順に重ねて真空プレスした以外は実施例１と同様にしてプリント基板を作製した。
【００６９】
（比較例２）
熱伝導性塗料をガラスクロス−エポキシ板に塗布する代わりに、プリプレグ、膨張黒鉛シート（松下電器産業社製ＰＧＳ 厚さ２００μｍ）、プリプレグ、銅箔、離型フィルムの順に重ねて真空熱プレスしてコア材を作製する以外は実施例１と同様にプリント基板を作製した。
【００７０】
（比較例３〜１１）
熱伝導性塗料「Ａ−１０」〜「Ａ−１８」を用いた以外は実施例１と同様にしてプリント基板を作製した。
【００７１】
（参考例１）
メッシュカウント１８０のスクリーン版を用いた以外は実施例１と同様にしてプリント基板を作製した。
【００７２】
（参考例２）
メッシュカウント１５のスクリーン版を用いた以外は実施例１と同様にしてプリント基板を作製した。
【００７３】
実施例１〜１１および比較例１〜１１および参考例１〜２における評価結果を表２に示す。
【００７４】
【表２】
【００７５】
表２の結果から明らかなように、実施例１〜１１では塗料の粘度が好適なスクリーン印刷条件に適合しており、タレや充填不足などの問題が起こることなく、スクリーン印刷による塗工ができた。
【００７６】
これに対して、粘度が本発明で規定する範囲よりも低い比較例４ではスクリーン印刷時にスクリーンメッシュからのタレが発生し、粘度が本発明で規定する範囲よりも高い比較例５ではスクリーンメッシュへの塗料の充填が不足してスクリーン印刷性が悪かった。参考として、スクリーンのメッシュカウントが大きい参考例１ではメッシュの目開きが細かすぎてフィラーが通過し難くなり、印刷できない現象が起こった。また、メッシュカウントが小さい参考例２では目開きが粗すぎてタレが発生した。
【００７７】
放熱性の評価において、実施例１〜１１ではプリント基板が発生する熱を拡散および放熱しているため、カーボン層を設けない比較例１に比べて明らかに温度上昇を抑制しており、その放熱性能は従来のカーボンシートを用いた比較例２と同等以上であった。
【００７８】
さらに、放熱性に関して次のことが分かる。炭素材として鱗状黒鉛を用いた比較例３よりも、膨張黒鉛を用いた実施例１〜１１の方が放熱性が高かった。膨張黒鉛の比率が低い比較例８よりも膨張黒鉛の比率が高い実施例１〜１１の方が放熱性が高かった。放熱層厚みが小さい比較例４、１２よりも放熱層厚みが大きい実施例１〜１１の方が放熱性が高かった。
【００７９】
結着性および耐熱性の評価においては、熱硬化性樹脂エマルションを用いた実施例１〜１１では結着性および耐熱性が優れていた。熱可塑性樹脂エマルションを用いた比較例６，７では耐熱性が劣っており、固形分中の膨張黒鉛の比率が高く、チクソ比が大きい比較例９や増粘剤の比率が高い比較例１０では結着性が劣っていた。また、溶剤に溶解したエポキシ樹脂を用いた比較例１１では結着性・耐熱性が劣っていた。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリーン印刷に好適な熱伝導性塗料及びそれを用いた電子部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トランジスタやＩＣ等の電子部品は通電によって高熱を発するため、電子機器の分野においては、これら電子部品の発熱に対する冷却方法が重要な技術の一つとなっている。電子部品の冷却方法としては、通常、熱伝導性に優れる材料からなる放熱板（ヒートシンク）を電子部品の発熱面に取り付ける方法が一般的である（特許文献１）。他に、放熱フィンを冷却ファンにて空冷する方法もある。
【０００３】
しかしながら、近年では電子機器の小型・軽量化を達成するべく、その薄形化および高密度実装化が急速に進められており、そのため、放熱板を実装するための十分なスペースを確保することができないという問題点があった。即ち、電子部品を適切に冷却するためには、放熱板を大きくする必要があり、その分、電子機器全体としての大型化を招く。その一方、放熱板を小さく構成したのでは、放熱効率が低下して、電子部品を効率的に冷却することができない。
【０００４】
特許文献２では、電子部品の小型化を目的として、絶縁材部の内層に高い熱伝導性を有するカーボンシートが積層状に設けられた電子部品が示されている。カーボンシートの高い熱拡散を利用して基板自体に冷却性能を付与する方法であり、非常に有効であると考えられる。しかしながら、特許文献２の方法ではカーボンシート自体が高価であることに加え、シートを複雑な形状に加工する工程が必要になるため、この方法によって製造された電子部品の価格が高くなってしまうという問題があった。また、カーボンの粉落ちによる絶縁不良などの問題もあった。
【０００５】
一方、特許文献３では熱伝導性材料をペースト化することが示されている。シート形状とは異なり、ペースト化すれば複雑な形状であっても例えばスクリーン印刷などの方法で容易に塗布できる。しかしながら、スクリーン印刷を可能とするためにはペースト粘度を低く抑える必要がある。このためにはバインダの比率を高める必要があり、これが熱伝導の妨げとなる。熱放射のように表面効果によって冷却する場合や特許文献３のように放熱板を併用する場合は必ずしも高い熱伝導性を必要としないので、このような方法でも有効であるが、熱拡散による高い冷却性能を付与する目的においては問題となる。高い冷却性能を付与するためには例えば膨張黒鉛のような高い熱伝導率をもつフィラーを高い比率で配合する必要があるが、相対的にバインダの比率が低下するため高粘度となり、このような材料をスクリーン印刷に供することは困難である。仮に分散媒を用いてスクリーン印刷可能な粘度に調整することができても、乾燥後はバインダ不足によって結着性が低くなるため強度が低く、工程間ハンドリングでの破壊や熱伝導性材料の脱落を誘発し、電子部品の性能に甚大な影響を及ぼすという問題があった。
【０００６】
従って、スクリーン印刷で塗布することを目的とする放熱部材に高い冷却性能を付与するためには、熱伝導フィラーの配合比率を高くすると同時に、少量のバインダで熱伝導フィラーの粒子を強固に結着させる必要があった。
【０００７】
特許文献４では、熱伝導フィラーとバインダの結着性を高めるためにエマルションゴム中に膨張黒鉛を均一に分散させた黒鉛落ちのない熱伝導シートが示されている。エマルションゴムを使用することによって熱伝導性の高いフィラーを高比率で添加することができるが、高粘度であることからスクリーン印刷による塗布は困難であり、耐熱性も低いという問題があった。
【特許文献１】特開平７−２３５７８１号公報
【特許文献２】特開２００７−０７３６５４号公報
【特許文献３】特開２００８−０６９２３８号公報
【特許文献４】特開２００６−１３７８６０号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、高い熱伝導性を持ち、スクリーン印刷に適した熱伝導性塗料の提供および、それを用いた放熱性電子部品を提供することを目的としている。
【０００９】
本発明者らは、上記課題について鋭意検討した結果、特定炭素材と結着材および水系媒体からなる熱伝導性塗料を用いると上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の要旨は、下記の通りである。
（１）膨張黒鉛５０〜９５質量％、熱硬化性樹脂のエマルション粒子５〜５０質量％、および増粘剤０〜３０質量％を合わせて１００質量％とした組成物と水性媒体とからなり、２５℃における粘度が４０ポイズ〜１，０００ポイズであることを特徴とするスクリーン印刷用熱伝導性塗料。
（２）２５℃における粘度から求めたチクソ比が１．０〜４．０であることを特徴とする（１）に記載のスクリーン印刷用熱伝導性塗料。
（３）（１）または（２）に記載のスクリーン印刷用熱伝導性塗料を塗布・乾燥して得られる放熱層。
（４）（３）記載の放熱層であって、厚みが１０〜３００μｍであることを特徴とする放熱層。
（５）（３）または（４）に記載の放熱層を電気絶縁部内部に設けた電子部品。
（６）プリント基板、可変抵抗器、スイッチ、エンコーダ、センサおよびコネクタから選ばれたものである（５）に記載の電子部品。
（７）２０メッシュ〜１５０メッシュのスクリーンを用いたスクリーン印刷によって（１）または（２）に記載の熱伝導性塗料を塗布する工程を含むことを特徴とする放熱層の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の熱伝導性塗料によれば、スクリーン印刷により高熱伝導性材料を電子部品の冷却を要する部位にのみ塗布して放熱層を形成できる。このため、従来電子部品を冷却するために用いられていた放熱板を不要として、電子機器の大型化を抑制しながら、容易かつ高効率に電子部品を冷却することができ、安価で効率的に熱を放出する電子部品を提供することができる。また、カーボンシート加工が不要なため、カーボン脱落のない放熱層を形成することができ、製品歩留まりも向上する。
【００１２】
結着材として熱硬化性樹脂エマルションを用いているので耐熱性が向上し、電子部品を実装する際のハンダの熱にも耐えることができる。
【００１３】
分散媒として水性媒体を用いることで、環境面や安全性に配慮したものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を詳述する。
【００１５】
本発明のスクリーン印刷用熱伝導性塗料（以下、熱伝導性塗料と略す。）には、炭素材の主成分として膨張黒鉛を用いる。膨張黒鉛は、黒鉛を硝酸、硫酸等の化学薬品で処理し、これを１，０００℃以上の高温で熱処理することで得られ、黒鉛の結晶格子の層間が膨張してフレーク状の粒子になったものである。平均粒子径が０.５〜２００μｍのものが好ましく、より好ましくは１〜１００μｍである。
【００１６】
本発明の効果を損なわない範囲において、膨張黒鉛以外の炭素材として、カーボンブラックや炭素繊維などを添加してもよい。
【００１７】
カーボンブラックとしては、アセチレンブラック、オイルファーネスブラック、ケッチェンブラック、ランプブラック、チャンネルブラック、ガスブラック、サーマルブラック、プラズマブラックなどが挙げられ、アセチレンブラック、オイルファーネスブラック、ケッチェンブラックが挙げられる。
【００１８】
炭素繊維には、ピッチ系炭素繊維やＰＡＮ系炭素繊維が挙げられ、いわゆるカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーも含まれる。カーボンナノチューブとしては、炭素のチューブ構造が単一チューブであるシングル型、チューブ構造が二重のチューブであるダブル型、およびチューブ構造が三重以上となっているマルチ型構造を含み、さらに、チューブの一方の端が閉じて他方の端が開いているナノホーン型、一方の端の開口が他方の端の開口よりも大きいカップ型等の形態も含んでいる。
【００１９】
本発明の熱伝導性塗料には、結着材として熱硬化性樹脂を用いる必要がある。熱硬化性樹脂を用いた場合、耐熱性が向上し電子部品をハンダで実装する際の熱に耐えることができる。
【００２０】
熱硬化性樹脂として、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、アルキド樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂、グアナミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、アリルエステル樹脂、フラン樹脂、イミド樹脂、ウレタン樹脂、ユリア樹脂およびこれらの共重合変性体からなる群より選ばれる１種、または２種類以上の組み合わせを用いることができる。なかでも、結着性と耐熱性の点から、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂が好ましく、エポキシ樹脂とウレタン樹脂がより好ましい。熱硬化性樹脂は、熱伝導性塗料として基材に塗布後に硬化させて使用することが好ましい。
【００２１】
熱伝導性塗料中の結着材は、エマルション粒子とする必要がある。エマルション粒子を用いるとフィラーを点結着することが可能になるため、同量の溶剤可溶型結着材を用いた場合に比べて結着力が強くなる傾向があり、より少量の結着材で炭素材料を結着することができる。したがって、結着材による熱伝達の阻害を抑制し、かつ得られる放熱層における炭素材の割合も高くできるため、より放熱効率が高まる。
【００２２】
熱伝導性塗料には、必要に応じて増粘剤を添加してもよい。増粘剤としては、カルボシキメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ポリウレタン、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、ガゼイン等を挙げることができ、好ましくはカルボシキメチルセルロースやポリビニルアルコールがよい。これらの増粘剤は、炭素材の各材料間の濡れ性を向上させる。
【００２３】
本発明の熱伝導性塗料は、固形分として、膨張黒鉛５０〜９５質量％、熱硬化性樹脂のエマルション粒子５〜５０質量％、および増粘剤０〜３０質量％を合わせて１００質量％とした組成物を含んでいる。膨張黒鉛と熱硬化性樹脂のエマルション粒子の配合比率は、それぞれ、前記組成物の５０〜９５質量％と５〜５０質量％の範囲とすることが好ましく、６０〜９５質量％と５〜４０質量％がより好ましく、７０〜９０質量％と１０〜３０質量％とすることがさらに好ましい。結着材としての熱硬化性樹脂のエマルション粒子の割合が５０質量％を超えると、膨張黒鉛の割合が５０質量％未満となり、得られる電子部品において十分な放熱性を発揮できず、熱硬化性樹脂のエマルション粒子の割合が５質量％を下回ると、炭素材料と絶縁材部の各材料間の十分な結着性が得られないことがある。増粘剤の配合量は、結着材、炭素材および増粘剤からなる組成物の固形分中０〜３０質量％であり、好ましくは５〜１０質量％である。増粘剤の混合時期や方法は特に限定されない。
【００２４】
熱伝導性塗料の分散媒は、環境や安全性の点から、水性媒体とすることが必要である。水性媒体とは、水単独、または水と水溶性有機溶媒との混合溶媒である。有機溶剤としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルスルホルアミド、テトラメチル尿素、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、γ-ブチロラクトン、イソプロパノールが挙げられる。
【００２５】
本発明の熱伝導性塗料は、膨張黒鉛と結着材とともに、必要に応じて増粘剤を配合し、これらを分散媒中で混合、分散して得ることができる。混合、分散の手段は特に限定されず、ホモジナイザー、ディゾルバー、プラネタリミキサー等の公知の混合装置を用いることができる。膨張黒鉛、結着材および増粘剤の合計固形分比率は、熱伝導性塗料全体の５〜４０質量％が好ましく、より好ましくは１０〜３０質量％である。
【００２６】
熱伝導性塗料の粘度は、ＢＨ型粘度計のＮｏ．４ローターを用い６．０ｒｐｍで測定した２５℃における粘度が４０ポイズ〜１，０００ポイズであることが必要であり、好ましくは１００〜６００ポイズである。また、ＢＨ型粘度計のＮｏ．４ローターを用い０．６ｒｐｍおよび６．０ｒｐｍで測定した２５℃における粘度の比であるチクソ比（＝０．６ｒｐｍの粘度／６．０ｒｐｍの粘度）が１．０〜４．０となることが好ましい。
【００２７】
本発明の熱伝導性塗料は、これを電子部品の電気絶縁部の表面または内部に塗布し、乾燥することにより放熱層を形成させて用いる。
【００２８】
本発明の熱伝導性塗料はスクリーン印刷によってパターンを塗布する塗布方法に適している。
【００２９】
スクリーン印刷時に使用するスクリーンメッシュの目開きは２０メッシュ〜１５０メッシュであることが好ましい。さらに３０メッシュ〜７０メッシュのスクリーンを使用することがより好ましい。２０メッシュより粗いメッシュを使用すると、印刷時メッシュから塗料が垂れ、印刷性が損なわれる。一方１５０メッシュより精細なメッシュでは、印刷時にフィラーにより目詰まりを起こしたり、塗布厚みが小さくなるなどの問題が生じる。
【００３０】
乾燥方法としては、特に制限はないが、熱風乾燥、減圧乾燥、熱減圧乾燥が挙げられる。電子部品を高温にさらさない理由から、熱減圧乾燥が好ましい。
【００３１】
放熱層の厚みは、１０〜３００μｍが好ましく、５０〜２００μｍの範囲がより好ましい。放熱層が１０μｍより薄いと放熱性能が発揮できず、３００μｍより厚いと電子部品の小型化が困難になってしまう上に、放熱層の強度低下を誘発する。
【００３２】
電子部品とは、プリント基板、可変抵抗器、スイッチ、エンコーダ、センサ、コネクタ等が挙げられる
本発明の放熱層は、電子部品の電気絶縁部の表面及び／または内部に適宜設けて使用する。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。ただし、本発明は下記実施例によって何ら限定されるものではない。
【００３４】
なお、各種評価は以下の方法によって行った。
【００３５】
〔粘度の測定〕
２５℃浴中に熱伝導性塗料の入った容器を３０分間浸漬した後、ＢＨ型粘度計のＮｏ．４ローターを用いて６．０ｒｐｍにおける粘度を測定した（単位：ポイズ（Ｐ））。また、０．６ｒｐｍの粘度も測定し、この測定結果からチクソ比（＝０．６ｒｐｍの粘度／６．０ｒｐｍの粘度）を算出した。
【００３６】
〔スクリーン印刷性の評価〕
スクリーン印刷を行い、スクリーンメッシュからの塗料のタレや、スクリーンメッシュへの塗料の充填不足など、スクリーン印刷性への影響の有無を確認した。影響がない場合は○、影響がある場合は×とした。
【００３７】
〔放熱層厚み〕
厚み０．８mmのガラスクロス−エポキシ板に対して、スキージ印圧４０ｋｇ、スキージスピード１００ｍｍ／ｓｅｃで塗料をスクリーン印刷後、１００℃で１時間真空乾燥した。得られた板の両面それぞれに対して、厚み０．2ｍｍのガラスクロス−エポキシプリプレグ、厚み０．2ｍｍの銅箔、離型フィルムをこの順に積層し、真空度５ｔｏｒｒ、プレス圧２５ｋｇ／ｃｍ２、最高到達温度１９０℃で９０分間真空プレスしてコア材を作製した後、その断面をマイクロスコープで観察し放熱層厚みを測定した。
【００３８】
〔放熱性の評価〕
作製したプリント基板に１ｋΩの抵抗体を実装し、３０Ｖの電圧を印可したときの抵抗体の温度を熱電対を用いて測定した。膨張黒鉛シートを用いて作製したプリント基板の場合、抵抗の温度は５８℃であり、これと比べて温度上昇が＋１０％以内すなわち６４℃以下であれば○、＋２０％以内すなわち７０℃以下であれば△、＋２０％を超えると×とした。
【００３９】
〔結着性の評価〕
コア材作製時の真空プレス後に、ガラスクロス−エポキシ板とプリプレグ間の放熱層で剥離が発生しないかを目視で観察し、真空プレス後にガラスクロス−エポキシ板とプリプレグ間で９０°剥離試験を行った。試験はインテスコを用い、剥離スピード５０ｍｍ／分で実施した。試験片は幅２０ｍｍとした。剥離強度が５Ｎ以上あったものを○、２Ｎ以上５Ｎ未満であったものを△、２Ｎ未満であったものを×と評価した。
【００４０】
〔ハンダ耐熱性の評価〕
コア材作製時の真空プレス後に、２８０℃のハンダ層に２０秒ディップして、コア材に膨れや剥がれがないかを目視で観察し、観察後にガラスクロス−エポキシ板とプリプレグ間で結着性の評価と同条件で９０°剥離試験を行った。剥離強度が５Ｎ以上あったものを○、２Ｎ以上５Ｎ未満であったものを△、２Ｎ未満であったものを×と評価した。
【００４１】
〔熱伝導性塗料の製造〕
熱伝導性塗料の原料として下記のものを用いた。
１．炭素材
（ア）膨張黒鉛ＣＭＸ−２０（日本黒鉛社製、平均粒径２０μｍ）
（イ）膨張黒鉛ＣＭＸ−４０（日本黒鉛社製、平均粒径４０μｍ）
（ウ）鱗状黒鉛ＣＰＢ（日本黒鉛社製、平均粒径２０μｍ）
【００４２】
２．結着材
（ア）エポキシ樹脂水性エマルションＥＭ−０４３４ＡＮ（ＡＤＥＫＡ社製、固形分濃度３０質量％）
（イ）ウレタン樹脂水性エマルションＨＵＸ−５２２（ＡＤＥＫＡ社製、固形分濃度３０質量％）
（ウ）酸変性ポリオレフィン水性エマルションＴＣ４０１０（ユニチカ社製、固形分濃度２５質量％）
（エ）共重合ポリエステル水性エマルションＫＺＡ−３５５６（ユニチカ社製、固形分濃度３０質量％）
（オ）溶剤溶解エポキシ樹脂ＥＰ−４９００（ＡＤＥＫＡ社製、ＮＭＰ溶媒、固形分濃度５０質量％）
【００４３】
３．増粘剤
（ア）カルボキシメチルセルロース（第一工業製薬社製、セロゲン）、以下、ＣＭＣと略す。
（イ）ポリビニルアルコール（日本酢ビ・ポバール社製、ＺＦ−１５Ｈ）、以下、ＰＶＡと略す。
【００４４】
（熱伝導性塗料「Ａ−１」の製造）
炭素材として膨張黒鉛「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材としてエポキシ樹脂水性エマルション３３ｇ、増粘剤として「ＣＭＣ」４質量％水溶液１６６ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が１８質量％となるように水を加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−１」を得た。
【００４５】
（熱伝導性塗料「Ａ−２」の製造）
炭素材として「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材として「ＥＭ−０４３４」３３ｇ、増粘剤として「ＰＶＡ」４質量％水溶液１６６ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が２０質量％となるように水を加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−２」を得た。
【００４６】
（熱伝導性塗料「Ａ−３」の製造）
炭素材として膨張黒鉛「ＣＭＸ−４０」５０ｇを用いた以外は、「Ａ−２」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−３」を得た。
【００４７】
（熱伝導性塗料「Ａ−４」の製造）
炭素材として「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材として「ＥＭ−０４３４」５６ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が２１質量％となるように水を加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−４」を得た。
【００４８】
（熱伝導性塗料「Ａ−５」の製造）
結着材として「ＥＭ−０４３４」１１０ｇを用いた以外は「Ａ−４」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−５」を得た。
【００４９】
（熱伝導性塗料「Ａ−６」の製造）
結着材としてウレタン樹脂水性エマルション３０ｇを用いた以外は「Ａ−１」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−６」を得た。
【００５０】
（熱伝導性塗料「Ａ−７」の製造）
炭素材として「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材として「ＥＭ−０４３４」１３３ｇ、増粘剤として「ＣＭＣ」の４質量％水溶液２５０ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が２２質量％となるように水を加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−７」を得た。
【００５１】
（熱伝導性塗料「Ａ−８」の製造）
炭素材として「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材として「ＥＭ−０４３４」８３ｇ、増粘剤として「ＣＭＣ」の４質量％水溶液２０８ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が２１質量％となるように水を加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−８」を得た。
【００５２】
（熱伝導性塗料「Ａ−９」の製造）
炭素材として「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材として「ＥＭ−０４３４」９ｇ、増粘剤として「ＣＭＣ」の４質量％水溶液７０ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が１９質量％となるように水を加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−９」を得た。
【００５３】
（熱伝導性塗料「Ａ−１０」の製造）
炭素材として「鱗状黒鉛ＣＰＢ」を用いた以外は「Ａ−１」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−１０」を得た。
【００５４】
（熱伝導性塗料「Ａ−１１」の製造）
全固形分の濃度が５質量％となるように水を加えた以外は「Ａ−１」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−１１」を得た。
【００５５】
（熱伝導性塗料「Ａ−１２」の製造）
全固形分の濃度が３０質量％となるように水を加えた以外は「Ａ−１」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−１２」を得た。
【００５６】
（熱伝導性塗料「Ａ−１３」の製造）
結着材として酸変性ポリオレフィン水性エマルション「ＴＣ４０１０」４０ｇを用いた以外は「Ａ−２」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−１３」を得た。
【００５７】
（熱伝導性塗料「Ａ−１４」の製造）
結着材として共重合ポリエステル水性エマルション「ＫＺＡ−３５５６」３３ｇを用いた以外は「Ａ−２」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−１４」を得た。
【００５８】
（熱伝導性塗料「Ａ−１５」の製造）
炭素材として「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材として「ＥＭ−０４３４」３３３ｇ、増粘剤として「ＣＭＣ」の６質量％水溶液２７７ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が２５質量％となるように水を加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−１５」を得た。
【００５９】
（熱伝導性塗料「Ａ−１６」の製造）
炭素材として「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材として「ＥＭ−０４３４」３ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が１８質量％となるように水を加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−１６」を得た。
【００６０】
（熱伝導性塗料「Ａ−１７」の製造）
結着材として「ＥＭ−０４３４」３３ｇ、増粘剤として「ＣＭＣ」の１０質量％水溶液４００ｇを用いた以外は「Ａ−７」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−１７」を得た。
【００６１】
（熱伝導性塗料「Ａ−１８」の製造）
炭素材として「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材として溶剤溶解エポキシ樹脂「ＥＰ−４９００」３３ｇ、増粘剤として「ＣＭＣ」４質量％水溶液１６６ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が２０質量％となるようにＮＭＰを加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−１８」を得た。
【００６２】
熱伝導性塗料「Ａ−１」〜「Ａ−１８」の組成を表１に示す。
【００６３】
【表１】
【００６４】
（実施例１）
熱伝導性塗料「Ａ−１」をメッシュカウント５０のスクリーン版を用いたスクリーン印刷によりガラスクロス−エポキシ板両面に塗布し、熱風乾燥した後、真空乾燥によりエポキシ樹脂を硬化させ、板両面にプリプレグと銅箔、離型フィルムの順に重ねて真空熱プレスしてコア材を作製した。コア材に感光性フィルムとパターンフィルムを重ねて紫外線で露光し、未露光部分の感光性フィルムを溶解させ、エッチングを施し、回路パターンを形成して両面プリント基板を作製した。
【００６５】
（実施例２）
メッシュカウント３０のスクリーン版を用いた以外は実施例１と同様にしてプリント基板を作製した。
【００６６】
（実施例３）
メッシュカウント１００のスクリーン版を用いた以外は実施例１と同様にしてプリント基板を作製した。
【００６７】
（実施例４〜１１）
熱伝導性塗料「Ａ−２」〜「Ａ−９」を用いた以外は実施例１と同様にしてプリント基板を作製した。
【００６８】
（比較例１）
ガラスクロス−エポキシ板両面にプリプレグと銅箔、離型フィルムの順に重ねて真空プレスした以外は実施例１と同様にしてプリント基板を作製した。
【００６９】
（比較例２）
熱伝導性塗料をガラスクロス−エポキシ板に塗布する代わりに、プリプレグ、膨張黒鉛シート（松下電器産業社製ＰＧＳ 厚さ２００μｍ）、プリプレグ、銅箔、離型フィルムの順に重ねて真空熱プレスしてコア材を作製する以外は実施例１と同様にプリント基板を作製した。
【００７０】
（比較例３〜１１）
熱伝導性塗料「Ａ−１０」〜「Ａ−１８」を用いた以外は実施例１と同様にしてプリント基板を作製した。
【００７１】
（参考例１）
メッシュカウント１８０のスクリーン版を用いた以外は実施例１と同様にしてプリント基板を作製した。
【００７２】
（参考例２）
メッシュカウント１５のスクリーン版を用いた以外は実施例１と同様にしてプリント基板を作製した。
【００７３】
実施例１〜１１および比較例１〜１１および参考例１〜２における評価結果を表２に示す。
【００７４】
【表２】
【００７５】
表２の結果から明らかなように、実施例１〜１１では塗料の粘度が好適なスクリーン印刷条件に適合しており、タレや充填不足などの問題が起こることなく、スクリーン印刷による塗工ができた。
【００７６】
これに対して、粘度が本発明で規定する範囲よりも低い比較例４ではスクリーン印刷時にスクリーンメッシュからのタレが発生し、粘度が本発明で規定する範囲よりも高い比較例５ではスクリーンメッシュへの塗料の充填が不足してスクリーン印刷性が悪かった。参考として、スクリーンのメッシュカウントが大きい参考例１ではメッシュの目開きが細かすぎてフィラーが通過し難くなり、印刷できない現象が起こった。また、メッシュカウントが小さい参考例２では目開きが粗すぎてタレが発生した。
【００７７】
放熱性の評価において、実施例１〜１１ではプリント基板が発生する熱を拡散および放熱しているため、カーボン層を設けない比較例１に比べて明らかに温度上昇を抑制しており、その放熱性能は従来のカーボンシートを用いた比較例２と同等以上であった。
【００７８】
さらに、放熱性に関して次のことが分かる。炭素材として鱗状黒鉛を用いた比較例３よりも、膨張黒鉛を用いた実施例１〜１１の方が放熱性が高かった。膨張黒鉛の比率が低い比較例８よりも膨張黒鉛の比率が高い実施例１〜１１の方が放熱性が高かった。放熱層厚みが小さい比較例４、１２よりも放熱層厚みが大きい実施例１〜１１の方が放熱性が高かった。
【００７９】
結着性および耐熱性の評価においては、熱硬化性樹脂エマルションを用いた実施例１〜１１では結着性および耐熱性が優れていた。熱可塑性樹脂エマルションを用いた比較例６，７では耐熱性が劣っており、固形分中の膨張黒鉛の比率が高く、チクソ比が大きい比較例９や増粘剤の比率が高い比較例１０では結着性が劣っていた。また、溶剤に溶解したエポキシ樹脂を用いた比較例１１では結着性・耐熱性が劣っていた。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨張黒鉛５０〜９５質量％、熱硬化性樹脂のエマルション粒子５〜５０質量％、および増粘剤０〜３０質量％を合わせて１００質量％とした組成物と水性媒体とからなり、２５℃における粘度が４０ポイズ〜１，０００ポイズであることを特徴とするスクリーン印刷用熱伝導性塗料。
【請求項２】
２５℃における粘度から求めたチクソ比が１．０〜４．０であることを特徴とする請求項１に記載のスクリーン印刷用熱伝導性塗料。
【請求項３】
請求項１または２に記載のスクリーン印刷用熱伝導性塗料を塗布・乾燥して得られる放熱層。
【請求項４】
請求項３記載の放熱層であって、厚みが１０〜３００μｍであることを特徴とする放熱層。
【請求項５】
請求項３または４に記載の放熱層を電気絶縁部表面及び／または内部に設けた電子部品。
【請求項６】
プリント基板、可変抵抗器、スイッチ、エンコーダ、センサおよびコネクタから選ばれたものである請求項５に記載の電子部品。
【請求項７】
２０メッシュ〜１５０メッシュのスクリーンを用いたスクリーン印刷によって請求項１または２に記載の熱伝導性塗料を塗布する工程を含むことを特徴とする放熱層の製造方法。
【請求項１】
膨張黒鉛５０〜９５質量％、熱硬化性樹脂のエマルション粒子５〜５０質量％、および増粘剤０〜３０質量％を合わせて１００質量％とした組成物と水性媒体とからなり、２５℃における粘度が４０ポイズ〜１，０００ポイズであることを特徴とするスクリーン印刷用熱伝導性塗料。
【請求項２】
２５℃における粘度から求めたチクソ比が１．０〜４．０であることを特徴とする請求項１に記載のスクリーン印刷用熱伝導性塗料。
【請求項３】
請求項１または２に記載のスクリーン印刷用熱伝導性塗料を塗布・乾燥して得られる放熱層。
【請求項４】
請求項３記載の放熱層であって、厚みが１０〜３００μｍであることを特徴とする放熱層。
【請求項５】
請求項３または４に記載の放熱層を電気絶縁部表面及び／または内部に設けた電子部品。
【請求項６】
プリント基板、可変抵抗器、スイッチ、エンコーダ、センサおよびコネクタから選ばれたものである請求項５に記載の電子部品。
【請求項７】
２０メッシュ〜１５０メッシュのスクリーンを用いたスクリーン印刷によって請求項１または２に記載の熱伝導性塗料を塗布する工程を含むことを特徴とする放熱層の製造方法。
【公開番号】特開２０１０−１１１８２９（Ｐ２０１０−１１１８２９Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８７８０１（Ｐ２００８−２８７８０１）
【出願日】平成２０年１１月１０日（２００８．１１．１０）
【出願人】（０００００４５０３）ユニチカ株式会社 (1,214)
【出願人】（５９４００７３０８）ユーアイ電子株式会社 (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１０日（２００８．１１．１０）
【出願人】（０００００４５０３）ユニチカ株式会社 (1,214)
【出願人】（５９４００７３０８）ユーアイ電子株式会社 (9)
【Ｆターム（参考）】
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