熱伝導シート

【課題】所望の厚さが得られ、厚さ方向の熱伝導率が高く、機械的強度に優れた熱伝導シートを提供することを目的とする。
【解決手段】第１の粒度分布ピークを有する第１のグラファイト粉体１３と、第１の粒度分布ピークよりも大きい第２の粒度分布ピークを有する第２のグラファイト粉体１４と、樹脂１２とを混合してシート状に成形した熱伝導シート１１であり、グラファイト粉体の粒度分布は少なくとも２つのピークを有している構成としたもので、このようにすることにより、厚さ方向の熱伝導率を向上させることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、０．５ｍｍから２０ｍｍ程度の比較的大きな隙間を埋めながら、発生した熱を厚さ方向にスムースに伝えることができる熱伝導シートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年電子機器の動作速度の向上が目覚しく、これに伴い半導体素子等の電子部品からの発熱が増大している。これに対して電子機器を安定して動作させるために、これらの発熱素子にグラファイトシート等の熱伝導シートを用いて熱を拡散あるいは放熱させることが行なわれている。しかしながらグラファイトシートは、一般的にその厚さが約０．０５ｍｍと薄く、発熱素子とヒートシンクとの間に比較的大きな隙間があるものについては十分に機能しにくかった。
【０００３】
グラファイトシートは、図４に示すように平面状に広がる鱗片状の結晶構造を有しており、面方向（炭素６員環が連なるａ−ｂ軸方向）に大きな熱伝導率を有し、厚さ方向であるｃ軸方向の熱伝導率は比較的小さい。そこで図３のように、グラファイトシート１を複数枚貼りあわせて切断し、厚さ方向に熱伝導を良くしたものが提案されている。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３０３２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のような熱伝導シートでは厚み方向への熱伝導率が高いものが得られるが、発熱部品とヒートシンク、ヒートスプレッダ等の放熱部品を取り付ける時には加圧が必要な場合がある。この場合に薄いシートを貼り合わせて、貼り合わせ面に対して垂直に切断したものでは、加圧力は貼り合わせ面が倒れ込む方向にも力が働いてしまう。この結果、貼り合わせ面や、グラファイトシートの層間で剥離してしまうことがある。また積層した後で切断するという工程が増えるため、コストアップの要因となっていた。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決し、所望の厚さが得られ、厚さ方向の熱伝導率が高く、機械的強度に優れた熱伝導シートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明はグラファイト粉体と樹脂を混合してシート状に成形してなる熱伝導シートであって、グラファイト粉体は第１の粒度分布ピークを有する第１のグラファイト粉体と第１の粒度分布ピークよりも大きい第２の粒度分布ピークを有する第２のグラファイト粉体とを含み、グラファイト粉体の粒度分布は少なくとも２つのピークを有するようにしたものである。
【０００９】
このようにすることにより、第２のグラファイト粉体の熱伝導率の高い方向を熱伝導シートの厚さ方向にも配置させることができ、熱伝導シートの厚さ方向の熱伝導率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように本発明によれば、所望の厚さが得られ、厚さ方向の熱伝導率が高く、機械的強度に優れた熱伝導シートを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態における熱伝導シートの断面図
【図２】本発明の一実施の形態におけるグラファイト粉体の粒度分布図
【図３】従来の熱伝導シートの斜視図
【図４】一般的なグラファイトの結晶構造を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施の形態１）
以下、本発明の一実施の形態における熱伝導シートについて、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施の形態における熱伝導シート１１の断面図であって、アクリルからなる樹脂１２と、第１のグラファイト粉体１３と、これより大きな第２のグラファイト粉体１４と、により熱伝導シート１１を構成している。第１のグラファイト粉体１３は平面方向の平均の大きさ約３μｍのグラファイト粉体からなり、第２のグラファイト粉体１４は平面方向の平均の大きさ約１８μｍのグラファイト粉体からなっており、熱伝導シート１１におけるグラファイト粉体の粒度分布をとったときに、図２のように第１のグラファイト粉体１３による第１のピーク、第２のグラファイト粉体１４による第２のピークの２つのピークを有している。ここで粒度分布とは、グラファイト粉体の平面方向の大きさによって、そのフルイ体積の度数（％）の分布状態を示したものである。
【００１４】
このように粒度分布のピークが大きく異なる第１のグラファイト粉体１３と第２のグラファイト粉体１４を樹脂１２に混ぜてシート状に成形することにより、第２のグラファイト粉体１４の面方向（熱伝導率が高い方向）が、熱伝導シート１１の面方向だけでなく、厚さ方向にも向くため、熱伝導シート１１の厚さ方向の熱伝導率を向上させることができる。このとき第１のグラファイト粉体１３の平面方向の平均の大きさを０．５〜１０μｍ、第２のグラファイト粉体１４の平面方向の平均の大きさを１５〜１００μｍとするのが望ましく、さらに第２のグラファイト粉体１４の平均の大きさを、第１のグラファイト粉体１３の平均の大きさの３倍以上、より好ましくは５倍以上とすることがより望ましい。
【００１５】
さらに熱伝導シート１１の厚さ方向の熱伝導率を向上させるためには、第２のグラファイト粉体１４の形状を厚さ方向に歪ませた三次元形状とすることが望ましい。このようにすることにより、樹脂１２と混合した時に熱伝導シート１１の厚さ方向に、第２のグラファイト粉体１４の熱伝導率が高い方向が向きやすくなり、厚さ方向の熱伝導率を向上させることができる。
【００１６】
次に本発明の一実施の形態における熱伝導シート１１の製造方法について説明する。
【００１７】
まず、厚さ約２５μｍの熱分解グラファイトシートを例えば約１ｍｍ角の大きさに切断する。これをジェットミルを用いて粉砕することにより鱗片状の粉体を得たあと、ふるいにかけることにより、大きな粉体と小さな粉体に分ける。この大きな粉体が第２のグラファイト粉体１４となる。この第２のグラファイト粉体１４の大きさを約１８μｍ、厚さ約１μｍとしている。天然黒鉛あるいは人造黒鉛等を用いてグラファイト粉体を作る場合、その大きさをコントロールすることが難しいが、本実施の形態のように、熱分解グラファイトシートを切断したあと粉砕して鱗片状の粉体を得るようにすると、切断する大きさ、粉砕時間等により所望の大きさの鱗片状の粉体を得ることができる。
【００１８】
このとき第２のグラファイト粉体１４のアスペクト比（平面方向の大きさ／厚さ）を５以上、好ましくは２０以上とすることが望ましい。このようにすることにより第２のグラファイト粉体１４が変形しやすくなり、厚み方向の熱伝導率を向上させることができる。
【００１９】
なお、第２のグラファイト粉体１４を作るための熱分解グラファイトシートは、大きなシートでなくても良く、周辺部の端材や、金型で抜いた後の廃材を用いても良い。このようにすることにより、低コストの熱伝導シート１１を得ることができる。
【００２０】
次に第２のグラファイト粉体１４を三次元形状になるように厚さ方向に歪ませて変形させる。この方法としては、薄いシート上に第２のグラファイト粉体１４を広げたものを、２つの回転するローラの間に通す。このとき２つのローラの回転速度を異ならせることにより、第２のグラファイト粉体１４を円弧状に歪ませることができる。あるいはジルコニア等の固い球状粒子と第２のグラファイト粉体を混ぜ合わせて袋に入れ、これに静水圧をかけることを行なっても良い。このようにすることにより、第２のグラファイト粉体１４を球状粒子に沿って円弧状の形に歪ませることができる。このとき球状粒子の大きさは、第２のグラファイト粉体１４よりも大きいものを用いる。このようにすることにより、容易に第２のグラファイト粉体１４と球状粒子とを分離することができる。
【００２１】
本実施の形態では、第２のグラファイト粉体１４を熱分解グラファイトシートから作っているため、柔軟性を有しており、これらの方法により三次元形状になるように厚さ方向に変形させることができる。
【００２２】
このときの形状は、第２のグラファイト粉体１４の厚さの３倍以上、より好ましくは５倍以上変形させることが望ましい。
【００２３】
第１のグラファイト粉体１３は、ふるいによって分離された小さな粉体をさらに粉砕することにより、第１のグラファイト粉体１３として使っても良い。あるいは天然黒鉛、人造黒鉛等を細かく粉砕したもの、またはこれらと小さな粉体を粉砕したものを混合したものであっても良い。
【００２４】
次に第１のグラファイト粉体１３と第２のグラファイト粉体１４とを混ぜ合わせる。このようにすることにより、第２のグラファイト粉体のまわりを第１のグラファイト粉体が囲む状態となり、次に樹脂１２と混ぜ合わせた時も、そのままの形状を維持し易くなる。
【００２５】
このとき第１のグラファイト粉体１３と第２のグラファイト粉体１４との配合割合は、重量比で第２のグラファイト粉体１４の方が多くなるようにすることが望ましい。このようにすることにより熱伝導シート１１の厚さ方向の熱伝導率を向上させることができる。
【００２６】
また硬化後の熱伝導シート１１の樹脂１２の重量割合を３３％から９７％とすることが望ましい。樹脂量が３３％よりも少なくなると、シートの膜強度を得にくくなり、またグラファイト粉が脱落しやすくなる。逆に９７％よりも多くなると、熱伝導率が極端に悪くなってくる。
【００２７】
次に第１のグラファイト粉体１３と第２のグラファイト粉体１４と樹脂１２と混ぜ合わせたものを、ドクターブレード法によりシート状に成形し、これをホットプレート上で硬化させ、所定の大きさに切断することにより、熱伝導シート１１を得る。ここで樹脂１２としては、重量比でアクリルポリマー（３０％）、トルエン（３０％）、酢酸エチル（４０％）の混合物を用いて行い、硬化後の厚さが約０．６ｍｍのものを得た。さらにもっと厚いものを得たい場合は、成形したシートを貼り合わせても良い。
【００２８】
また成形して硬化した熱伝導シート１１の厚さと第２のグラファイト粉体１４の平均粒径の比は、２．５〜１００、好ましくは５〜５０とすることが望ましい。この比が２．５より小さくなると成形性が悪化し、１００を超えると熱伝導率が悪化してくるためである。
【００２９】
なお、樹脂には、例えばアクリル酸エステル共重合物のように、硬化した後も微粘着性のある粘土状のものを用いることが望ましく、熱伝導シートの硬さをアスカーＣ型硬度計で４０以下、好ましくは２０以下となるようにすることが望ましい。このようにすることにより、発熱体との密着性を向上させることができ、熱抵抗を下げることにより、実効的な熱伝導度をより向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の熱伝導シートは、所望の厚さが得られ、厚さ方向の熱伝導率が高く、機械的強度に優れたものが得られ、産業上有用である。
【符号の説明】
【００３１】
１１熱伝導シート
１２樹脂
１３第１のグラファイト粉体
１４第２のグラファイト粉体

【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラファイト粉体と樹脂を混合してシート状に成形してなる熱伝導シートであって、前記グラファイト粉体は第１の粒度分布ピークを有する第１のグラファイト粉体と前記第１の粒度分布ピークよりも大きい第２の粒度分布ピークを有する第２のグラファイト粉体とを含み、前記グラファイト粉体の粒度分布は少なくとも２つのピークを有していることを特徴とする熱伝導シート。
【請求項２】
前記第２のグラファイト粉体は、厚さ方向に歪ませた三次元形状を有することを特徴とする請求項１記載の熱伝導シート。
【請求項３】
前記第２のグラファイト粉体は、円弧状に歪ませたものであることを特徴とする請求項２記載の熱伝導シート。

【図１】