熱伝導性シート及びその製造方法
【課題】発熱体からの放熱体の熱伝導の用途において、より好適に熱伝導性シート及びその製造方法を提供する。
【解決手段】熱伝導性シートは、熱伝導性高分子層１２と、該高分子層１２の一対の表面の内の少なくとも一方の表面上に形成される樹脂層１３とを備える。熱伝導性高分子層１２は、高分子マトリックスと、熱伝導性充填材とを含有する熱伝導性高分子組成物から成形される。樹脂層１３は、高分子層１２の表面に熱可塑性樹脂粉末１４が付着した後に該粉末１４が溶融することにより形成される。熱伝導性シートの製造方法は、熱伝導性高分子組成物を調製する工程、該組成物から熱伝導性高分子層１２を成形する工程、該高分子層１２の表面上に熱可塑性樹脂粉末１４を付着させる工程、及び該粉末１４を加熱して溶融させた後、溶融した熱可塑性樹脂を固化させて樹脂層１３を形成する工程を備える。
【解決手段】熱伝導性シートは、熱伝導性高分子層１２と、該高分子層１２の一対の表面の内の少なくとも一方の表面上に形成される樹脂層１３とを備える。熱伝導性高分子層１２は、高分子マトリックスと、熱伝導性充填材とを含有する熱伝導性高分子組成物から成形される。樹脂層１３は、高分子層１２の表面に熱可塑性樹脂粉末１４が付着した後に該粉末１４が溶融することにより形成される。熱伝導性シートの製造方法は、熱伝導性高分子組成物を調製する工程、該組成物から熱伝導性高分子層１２を成形する工程、該高分子層１２の表面上に熱可塑性樹脂粉末１４を付着させる工程、及び該粉末１４を加熱して溶融させた後、溶融した熱可塑性樹脂を固化させて樹脂層１３を形成する工程を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱体、例えば電子部品から発生した熱の放熱体への熱伝導に用いられる熱伝導性シート及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発熱体、例えば電子機器に実装されるＣＰＵ等の電子部品には、該電子部品の冷却を促進するために、ヒートシンク等の放熱体が装着されている。この放熱体は、発熱体から放熱体への熱伝導を促進するために、熱伝導性シートを介して発熱体に装着されている。この熱伝導性シートによって、発熱体から放熱体への熱伝導に寄与する伝熱面積が増大し、熱伝導の効率が高められる。
【０００３】
熱伝導性シートでは一般的に、発熱体及び放熱体に対する追従性の向上と、密着性の向上とは、熱抵抗値の低下、すなわち熱伝導性能の向上に繋がる。そのため、より柔軟な熱伝導性シートが好ましい。ところが、熱伝導性シートの柔軟性を高めると、該シートの粘着性が高まる。そのため、熱伝導性シートの柔軟性及び粘着性に起因して、例えば該シートの保管時において複数のシートが積層された際にシート同士が粘着したり、シートの発熱体への取り付けが困難になったりすることから、熱伝導性シートの取り扱い性が低下するという問題が生じる。
【０００４】
こうした実情に鑑み、特許文献１には、柔らかくて変形し易いシリコーン樹脂層上に、取り扱いに必要な強度を有するシリコーン樹脂層が積層された熱伝導性シートが開示されている。特許文献２には、柔軟なシリコーン樹脂組成物の硬化物に、該硬化物の破れ、しわ等の発生を防止するための、網目状物、樹脂製フィルム等からなる補強材が積層された熱伝導性シートが開示されている。特許文献３には、熱伝導性シートの粘着性の問題を改善するために、該シートの表面に窒化ホウ素粉体（ボロンナイトライド粉体）が付着した熱伝導性シートが開示されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された熱伝導性シートでは、柔らかくて変形し易い層と、該層と同様の材料により形成されたゴム状弾性体からなる層とから熱伝導性シートが構成されていることから、該シートに若干の粘着性が残るおそれがある。また、特許文献１に開示された、取り扱いに必要な強度を有するシリコーン樹脂層、及び特許文献２に開示された補強材は、柔らかくて変形し易い層に積層されており、該変形し易い層に固着されている。そのため、熱伝導性シート全体が圧縮されて前記変形し易い層がその表面に平行な方向に沿って広がる際に、その広がりに追従して前記シリコーン層及び補強材がそれらの表面に平行な方向に沿って延びるが、この延びには大きな荷重を要する。よって、発熱体と放熱体との充分な密着性を確保するため、比較的大きな圧縮荷重を熱伝導シートに加える必要があるという問題があった。
【０００６】
また、熱伝導性シートでは一般的に、熱伝導性シートが製造された後、該シートが取り付けられる発熱体及び放熱体のサイズに合わせて裁断される。しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の熱伝導性シートでは、取り扱いに必要な強度を有するシリコーン樹脂層、及び補強材に起因して熱伝導性シートの裁断が困難であるという問題があった。更に、特許文献３に開示された熱伝導性シートでは、該シートの粘着性に起因して窒化ホウ素粉体がシートの表面に付着している。そのため、窒化ホウ素粉体が熱伝導性シートの表面から容易に脱落し、脱落した窒化ホウ素粉体の他部材及び作業者への付着が起きるといった問題があった。
【特許文献１】特開平２−１９６４５３号公報
【特許文献２】特開平７−１４９５０号公報
【特許文献３】特開平６−９６６１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、発熱体からの放熱体への熱伝導の用途において、より好適に使用可能な熱伝導性シート及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、高分子マトリックスと、熱伝導性充填材とを含有する熱伝導性高分子組成物から成形される熱伝導性高分子層と、前記熱伝導性高分子層の一対の表面の内の少なくとも一方の表面上に熱可塑性樹脂粉末が付着した後に該粉末が溶融することにより形成される樹脂層とを備える熱伝導性シートを提供する。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記樹脂層の一対の表面において外方に露出している表面上に突部が形成されている請求項１に記載の熱伝導性シートを提供する。
請求項３に記載の発明は、前記樹脂層の平均厚さが３０μｍ以下に設定されている請求項１又は請求項２に記載の熱伝導性シートを提供する。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、前記熱可塑性樹脂粉末がポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、及びエチレン酢酸ビニル共重合体樹脂から選ばれる少なくとも一種から形成されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱伝導性シートを提供する。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、前記熱伝導性高分子層が、ゲル状の軟質層と、該軟質層に比べて高い硬度を有する硬質層とを備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の熱伝導性シートを提供する。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、熱伝導性シートの製造方法であって、高分子マトリックスと、熱伝導性充填材とを含有する熱伝導性高分子組成物を調製する工程、前記熱伝導性高分子組成物から熱伝導性高分子層を成形する工程、前記熱伝導性高分子層の一対の表面の内の少なくとも一方の表面上に熱可塑性樹脂粉末を付着させる工程、及び前記熱可塑性樹脂粉末を加熱して該粉末を溶融させた後、溶融した熱可塑性樹脂を固化させて樹脂層を形成する工程を備える方法を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、発熱体からの放熱体への熱伝導の用途において、より好適に使用可能な熱伝導性シート及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下、本発明を熱伝導性シートに具体化した第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、熱伝導性シート１１は、熱伝導性高分子組成物から成形される熱伝導性高分子層１２と、該熱伝導性高分子層１２の一対の表面１２ａの内の一方の表面１２ａ上に形成されている樹脂層１３とを備えている。以下の説明において、熱伝導性シート１１を単にシート１１と称し、熱伝導性高分子組成物を単に組成物と称し、熱伝導性高分子層１２を単に高分子層１２と称する。シート１１は発熱体と放熱体との間に介在して用いられ、発熱した発熱体から放熱体への熱伝導を促進する。
【００１５】
シート１１には、熱伝導性及びハンドリング性が具備されている。熱伝導性は発熱体から放熱体への熱伝導のし易さを表す指標であり、主にシート１１の熱伝導率、熱抵抗値、柔軟性、厚さ、並びに発熱体及び放熱体との密着性に起因している。シート１１は、該シート１１の熱伝導率が高いほど、熱抵抗値が小さいほど、厚さが薄いほど、且つ発熱体及び放熱体との密着性が高いほど、発熱体から放熱体への熱伝導を促進し、優れた熱伝導性を発揮する。また、シート１１の柔軟性が高いほど、発熱体及び放熱体との密着性が高まるとともにシート１１が圧縮され易く、低荷重でシート１１の熱抵抗値を低下させることができる。
【００１６】
ハンドリング性はシート１１の運搬時などにおける該シート１１の取り扱い易さを表す指標であり、主にシート１１の粘着性に起因している。シート１１は、該シート１１の粘着性が小さいほど優れたハンドリング性を発揮し、運搬時などにおいて容易に取り扱われる。
【００１７】
組成物は、高分子マトリックスと、熱伝導性充填材とを含有している。高分子マトリックスは、熱伝導性充填材を高分子層１２内に保持する。高分子マトリックスの種類は特に限定されず、高分子層１２に要求される性能、例えば機械的強度、耐熱性等の耐久性に応じて選択される。発熱体及び放熱体の形状への高分子層１２の追従性が高いことから、高分子マトリックスとして、好ましくは高分子ゲル、ゴム、及び熱可塑性エラストマーが挙げられる。
【００１８】
高分子ゲルとして、例えばシリコーンゲル、及びポリウレタンゲルが挙げられる。ゴムとして、例えば天然ゴム、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、シリコーンゴム、ポリイソブチレンゴム、及びアクリルゴムが挙げられる。熱可塑性エラストマーとして、例えば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、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、及びポリウレタン系熱可塑性エラストマーが挙げられる。これらの具体例の内の一種のみが単独で用いられてもよいし、二種以上が組み合わされて用いられてもよい。
【００１９】
高分子マトリックスとして熱硬化性の高分子材料が用いられる場合、高分子層１２の成形の際に架橋剤が組成物に添加されて該組成物が硬化する。発熱体及び放熱体の形状への高分子層１２の追従性が高いとともに、発熱体及び放熱体と高分子層１２との密着性が高いことから、前記具体例の中でも、好ましくはシリコーン系、ポリイソブチレン系、及びアクリル系のゲル又はゴムから選ばれる少なくとも一種である。
【００２０】
熱伝導性充填材は、高分子層１２の熱伝導率を高めてシート１１の熱伝導性を高める。熱伝導性充填材として、例えば金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、又は金属水酸化物の粉末が挙げられる。具体的には、熱伝導性充填材として、例えば酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、炭化ケイ素、石英、又は水酸化アルミニウムの粉末が挙げられる。また、熱伝導性充填材として、高い熱伝導性を有するとともに導電性を有する、炭素繊維、又はダイヤモンド、黒鉛、若しくはアルミニウムの粉末が挙げられる。これらの具体例の内の一種のみが単独で用いられてもよいし、二種以上が組み合わされて用いられてもよい。
【００２１】
組成物中の熱伝導性充填材の含有量は、例えば高分子マトリックスの種類、及び高分子層１２の組成に応じて適宜に設定されるが、好ましくは５〜９０体積％である。熱伝導性充填材の含有量が５体積％未満の場合には、熱伝導性充填材が過剰に少ないことから、高分子層１２が優れた熱伝導性を発揮することができないおそれがある。更に、熱伝導性充填材の材質に起因する、優れた難燃性などの物性を高分子層１２が発揮することができないおそれがある。熱伝導性充填材の含有量が９０体積％を超えると、組成物の粘度が過剰に高くなることから、高分子層１２の成形が困難になるおそれがある。
【００２２】
組成物は、例えば高分子層１２の生産性、耐候性、及び耐熱性の向上を目的として、例えば可塑剤、補強材、着色剤、耐熱向上剤、カップリング剤、難燃剤、粘着剤、触媒、硬化遅延剤、劣化防止剤等を適量含有してもよい。
【００２３】
高分子層１２は四角板状を有しており、高分子マトリックスと熱伝導性充填材とを備えている。高分子層１２は、熱伝導性充填材に起因して発熱体から放熱体への熱伝導を促進する。更に、高分子層１２は、高分子マトリックスに起因して、適度な柔軟性を有するとともに粘着性を有している。
【００２４】
高分子層１２の熱伝導率は、発熱体から放熱体への熱伝導を効率的に行うことができることから、好ましくは１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。また、日本工業規格であるＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＥの硬度計によって測定される高分子層１２の硬度は、好ましくは６０以下であり、より好ましくは５未満である。高分子層１２の硬度が６０を超える場合、発熱体及び放熱体の形状への追従性が十分に得られず、発熱体又は放熱体と高分子層１２との密着性が低下してシート１１の熱伝導性が低下するおそれがある。高分子層１２の硬度が６０以下の場合には、発熱体及び放熱体の表面が凹凸状を有する場合にも、発熱体及び放熱体の形状への高分子層１２の追従性が良好となり、発熱体及び放熱体とシート１１との密着性を十分に確保することができる。更に、６０以下の硬度を有する高分子層１２によってシート１１の柔軟性が確保される。そのため、例えばシート１１が取り付けられた発熱体に加わる衝撃をシート１１が吸収することにより、発熱体を好適に保護することができる。
【００２５】
高分子層１２の厚さは特に限定されないが、好ましくは０．０５〜５ｍｍであり、より好ましくは０．０５〜２．０ｍｍである。高分子層１２の厚さが０．０５未満である場合、高分子層１２に所望される硬度が得られ難くなったり、高分子層１２の製造が困難になってシート１１の生産性が低下し、該シート１１の製造コストが嵩んだりするおそれがある。高分子層１２の厚さが５ｍｍを超えると、該高分子層１２の厚さ方向における熱抵抗が高くなり、高分子層１２に所望される熱伝導性が得られなくなるおそれがある。更に、高分子層１２の単位面積当たりの質量が増加することから、シート１１の製造コストが嵩んだり、該シート１１が装着される例えば電子機器の軽量化が妨げられたりするおそれがある。高分子層１２の厚さが０．０５〜２．０ｍｍに設定されることにより、該高分子層１２の熱抵抗値を良好に低下させることができる。
【００２６】
樹脂層１３は高分子層１２全体にわたって形成されており、高分子層１２の一対の表面１２ａの内の少なくとも一方の表面１２ａ上に熱可塑性樹脂粉末が付着した後に該粉末が溶融することにより形成される。熱可塑性樹脂として粉末状に形成可能な樹脂が挙げられ、例えばポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、及びポリカーボネート（ＰＣ）樹脂が挙げられる。更に、熱可塑性樹脂として、熱可塑性エラストマー、例えば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、及びエステル系熱可塑性エラストマーが挙げられる。これらの具体例の内の一種のみが単独で用いられてもよいし、二種以上が組み合わされて用いられてもよい。優れた柔軟性を有するとともに安価であることから、これらの具体例の中でも、好ましくはＰＥ樹脂、ＰＰ樹脂、ＥＶＡ樹脂、及びスチレン系熱可塑性エラストマーであり、より好ましくはＰＥ樹脂、ＰＰ樹脂、及びＥＶＡ樹脂である。
【００２７】
熱可塑性樹脂粉末の平均粒径は、好ましくは５０μｍ以下であり、より好ましくは３０μｍ以下である。熱可塑性樹脂粉末の平均粒径が５０μｍを超えると、樹脂層１３の平均厚さを５０μｍ以下することが困難になる。更に、形成される樹脂層１３の表面の凹凸が大きくなり、発熱体及び放熱体へのシート１１の密着性が低下するおそれがある。熱可塑性樹脂粉末の平均粒径を３０μｍ以下にすることにより、樹脂層１３が薄く形成され、該樹脂層１３に起因するシート１１の熱伝導性の低下を抑制することができる。そのため、樹脂層１３が省略されたシートと同等の熱伝導性を得ることができる。
【００２８】
高分子層１２の表面１２ａへの熱可塑性樹脂粉末の付着は不均一であり、不均一に付着した熱可塑性樹脂粉末の溶融、及び溶融した熱可塑性樹脂の固化によって樹脂層１３が形成されることから、該樹脂層１３の厚さは不均一である。樹脂層１３の平均厚さは、好ましくは５０μｍ以下であり、より好ましくは３０μｍ以下である。樹脂層１３の平均厚さが５０μｍを超えると、過剰に厚い樹脂層１３に起因してシート１１の熱伝導性が低下するおそれがある。樹脂層１３の平均厚さを３０μｍ以下にすることにより、該樹脂層１３に起因するシート１１の熱伝導性の低下を抑制し、該樹脂層１３が省略されたシートと同等の熱伝導性を得ることができる。
【００２９】
本実施形態に係る樹脂層１３では、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、該樹脂層１３の一対の表面１３ａにおいて外方に露出している表面１３ａ上に複数の突部１３ｂが形成されている。樹脂層１３は、該樹脂層１３中の熱可塑性樹脂に起因して、高分子層１２に比べて低い粘着性を有するとともに高い硬度を有している。そのため、樹脂層１３は、シート１１の粘着性を低下させてハンドリング性を高めるとともに、高分子層１２の補強材として作用する。
【００３０】
シート１１は、組成物を調製する工程と、該組成物から高分子層１２を成形する工程と、該高分子層１２の表面１２ａ上に熱可塑性樹脂粉末１４を付着させる工程と、樹脂層１３を形成する工程とを経て製造される。
【００３１】
組成物を調製する工程では、前記各成分が適宜に混合されて組成物が調製される。組成物の調製において、液状の高分子マトリックスが用いられる場合には周知の撹拌機が用いられ、固体状の高分子マトリックスが用いられる場合には周知の混練機が用いられる。
【００３２】
高分子層１２を成形する工程では、組成物を用いてシート状の高分子層１２が成形される。高分子層１２の成形方法は特に限定されず、具体例として、周知の成形方法、例えばバーコーター法、ドクターブレード法、コンマコーター法、カレンダー成形法、及びＴダイ等を用いた押出成形法が挙げられる。
【００３３】
熱可塑性樹脂粉末１４を付着させる工程では、図３（ａ）に示すように、高分子層１２の一対の表面の内の一方の表面上に熱可塑性樹脂粉末１４が付着される。熱可塑性樹脂粉末１４の付着方法として、例えば高分子層１２の表面上に熱可塑性樹脂粉末１４を落下させる方法、熱可塑性樹脂粉末１４を高分子層１２の表面に吹き付ける方法、及び熱可塑性樹脂粉末１４が敷き詰められた容器内に高分子層１２を入れて該高分子層１２の表面を熱可塑性樹脂粉末１４に接触させる方法が挙げられる。高分子層１２は、高分子マトリックスに起因して粘着性を有している。そのため、熱可塑性樹脂粉末１４は、高分子層１２の表面に接触した際に該表面に付着する。
【００３４】
高分子層１２の表面１２ａへの熱可塑性樹脂粉末１４の付着量は、該粉末１４が高分子層１２から脱落しない範囲内において適宜に設定される。熱可塑性樹脂粉末１４の付着量は、該粉末１４の例えば比重に依存しているが、例えば、好ましくは１〜３０ｇ／ｍ２の範囲である。
【００３５】
樹脂層１３を形成する工程では、まず高分子層１２に付着した熱可塑性樹脂粉末１４を加熱して該粉末１４を溶融させた後、溶融した熱可塑性樹脂を固化させることにより樹脂層１３が形成される。熱可塑性樹脂粉末１４の加熱方法は特に限定されない。高分子マトリックスとして熱硬化性樹脂が用いられた際には、組成物をシート状に仮成形してシートを得た後、該シートの表面に熱可塑性樹脂粉末１４を付着させ、更にシートを高温槽内に放置することが好ましい。この場合、シートの硬化による高分子層１２の成形と、熱可塑性樹脂粉末１４の溶融とを同時に行うことができる。また、高分子マトリックスとしてシリコーンゲル又はシリコーンゴムが用いられた際には、高分子層１２の成形後に行われる２次加硫と、熱可塑性樹脂粉末１４の溶融とが同時に行われてもよい。
【００３６】
溶融した熱可塑性樹脂の固化手段は特に限定されず、例えば、冷却装置を用いて熱可塑性樹脂を冷却することなく、溶融した熱可塑性樹脂を室温（２５℃）雰囲気下に放置することにより冷却して樹脂層１３を形成してもよい。本実施形態では、熱可塑性樹脂粉末１４の加熱温度及び加熱時間と、溶融した熱可塑性樹脂の冷却温度及び冷却時間とを適宜に調整することにより、以下の様にして樹脂層１３の表面１３ａ上に突部１３ｂが形成される。
【００３７】
即ち、例えば熱可塑性樹脂粉末１４の加熱温度及び加熱時間の調整により、高分子層１２の表面１２ａに付着した複数の熱可塑性樹脂粉末１４の内の一部の熱可塑性樹脂粉末１４のみが溶融したり、一つの熱可塑性樹脂粉末１４の周縁部のみが溶融して中心部が溶融しなかったりする。そのため、樹脂層１３中には、少なくとも一部が溶融していない熱可塑性樹脂粉末１４が存在する。そして、樹脂層１３中の熱可塑性樹脂粉末１４によって、又は熱可塑性樹脂粉末１４が樹脂層１３の表面１３ａ上に露出することによって突部１３ｂが形成される。また、例えば溶融した熱可塑性樹脂の冷却温度及び冷却時間を調整することにより、溶融した熱可塑性樹脂が粒子形状を維持した状態で固化する。そのため、樹脂層１３の表面１３ａ上において粒子形状を維持した状態で固化した熱可塑性樹脂によって突部１３ｂが形成される。
【００３８】
シート１１を発熱体及び放熱体に取り付ける際には、例えば基板上に配設された発熱体（例えば電子素子）上にシート１１を載置する。このとき、例えば高分子層１２が発熱体に対向している。続いて、シート１１上に放熱体を載置した後、シート１１が発熱体及び放熱体に密着するように、放熱体から発熱体に向かって荷重を加え、発熱体及び放熱体によってシート１１を挟持する。
【００３９】
前記実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
（１）本実施形態に係るシート１１は、高分子層１２と、該高分子層１２上に形成される樹脂層１３とを備えている。樹脂層１３は、高分子層１２の表面１２ａ上に熱可塑性樹脂粉末１４が付着し、該粉末１４が溶融した後に溶融した熱可塑性樹脂が固化することにより形成される。樹脂層１３の粘着性は、該樹脂層１３中の熱可塑性樹脂に起因して高分子層１２に比べて低い。そのため、樹脂層１３によりシート１１のハンドリング性を高めることができる。
【００４０】
また、樹脂層１３は、前述したように熱可塑性樹脂粉末１４の溶融及び溶融した熱可塑性樹脂の固化により形成される。そのため、樹脂層１３の代わりに樹脂フィルムが高分子層１２上に積層される場合に比べて、シート１１の発熱体及び放熱体への取り付けの際にシート１１に加えられる荷重を小さくすることができる。これは以下の理由による。即ち、本実施形態に係る高分子層１２は、荷重が加えられた際に表面に平行な方向に広がり、樹脂層１３は、荷重が加えられた際に表面に平行な方向に広がることなく容易に圧縮される。これに対して、樹脂層１３の代わりに樹脂フィルムが用いられる場合には、該フィルムが高分子層１２に固着されることから、高分子層１２の広がりに追従してフィルムがその表面に平行な方向に延びる。しかしながら、樹脂フィルムは樹脂層１３に比べて硬く、該フィルムがその表面に平行な方向に延びるのに大きな荷重を要する。そのため、樹脂フィルムが用いられた場合には、本実施形態に係るシート１１に比べて圧縮に必要な荷重が大きくなる。
【００４１】
更に、本実施形態に係るシート１１は、樹脂層１３の代わりに樹脂フィルムが高分子層１２上に積層される場合に比べて容易に裁断可能である。これは以下の理由による。即ち、本実施形態に係る樹脂層１３は通常、その製造方法に起因して、樹脂フィルムに比べて薄く形成されるとともに不均一な厚さに形成される。加えて、樹脂層１３中には、例えば高分子層１２上に付着した熱可塑性樹脂粉末１４同士の間に存在し、溶融した熱可塑性樹脂中に混入した空気に起因する空隙が形成されている。そのため、樹脂層１３は樹脂フィルムに比べて引き裂き強度が低く、容易に引き裂かれる。
【００４２】
（２）樹脂層１３は、高分子層１２の表面１２ａ上に熱可塑性樹脂粉末１４が付着し、該粉末１４が溶融した後に溶融した熱可塑性樹脂が固化することにより形成される。そのため、熱可塑性樹脂粉末１４を高分子層１２の表面１２ａ全体にわたって付着させて該表面１２ａ全体にわたって樹脂層１３を形成したり、熱可塑性樹脂粉末１４を高分子層１２の表面１２ａの一部にのみ付着させて該表面１２ａの一部にのみ樹脂層１３を形成したりすることができる。即ち、高分子層１２上の所望の個所に樹脂層１３を容易に形成することができ、シート１１において高分子層１２に起因する粘着性を有する個所と、樹脂層１３に起因する粘着性を有しない個所とを容易に形成してシート１１の設計のバリエーションを容易に広げることができる。
【００４３】
（３）本実施形態の樹脂層１３の一対の表面１３ａにおいて外方に露出している表面１３ａ上に複数の突部１３ｂが形成されている。そのため、各突部１３ｂにより樹脂層１３の表面粗さを高めて該樹脂層１３の粘着性を低下させることができる。さらに、溶融していない熱可塑性樹脂粉末１４が樹脂層１３中に存在している場合、該熱可塑性樹脂粉末１４と、該粉末１４の周囲に位置する熱可塑性樹脂との間の界面に沿って樹脂層１３が容易に引き裂かれることから、シート１１をより容易に裁断することができる。
【００４４】
（４）本実施形態に係るシート１１では、樹脂層１３は、高分子層１２の一対の表面１２ａの内の一方の表面１２ａ上のみに形成されている。そのため、高分子層１２において、樹脂層１３が形成されていないとともに外方に露出している表面１２ａは、高分子層１２中の高分子マトリックスに起因して粘着性を有している。よって、シート１１が発熱体及び放熱体に取り付けられる際には、高分子層１２の露出している表面１２ａの粘着性に起因して、シート１１を例えば発熱体に取り付けてシート１１の位置ずれを防止することができる。
【００４５】
（５）本実施形態に係るシート１１は、組成物を調製する工程と、該組成物から高分子層１２を成形する工程と、該高分子層１２の表面１２ａ上に熱可塑性樹脂粉末１４を付着させる工程と、樹脂層１３を形成する工程とを経て製造される。熱可塑性樹脂粉末１４を付着させる工程では、高分子層１２中の高分子マトリックスの粘着性に起因して、高分子層１２に接触した熱可塑性樹脂粉末１４は該高分子層１２に付着する。そのため、接着剤及び粘着剤を用いることなく、熱可塑性樹脂粉末１４を高分子層１２に付着させることができる。よって、樹脂層１３を容易に形成してシートを容易に製造することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、本発明をシート１１に具体化した第２実施形態を図面に基づいて説明する。第２実施形態では、第１実施形態との説明の重複を避けるために、第１実施形態と同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略し、第１実施形態と同一の作用及び効果についてもその説明を省略する。
【００４７】
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２実施形態に係る高分子層１２は、ゲル状の軟質層２１と、該軟質層２１に比べて高い硬度を有する硬質層２２とから構成されている。具体的には、軟質層２１の一対の表面２１ａの内の一方の表面２１ａ上に硬質層２２が形成されており、他方の表面２１ａ上に樹脂層１３が形成されている。
【００４８】
軟質層２１及び硬質層２２はともに第１実施形態に係る組成物により形成されている。ＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＥの硬度計によって測定される軟質層２１の硬度は例えば５未満であり、硬質層２２の硬度は例えば５〜５０である。
【００４９】
前記実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
（６）本実施形態に係る高分子層１２は軟質層２１及び硬質層２２とから構成されており、硬質層２２、軟質層２１、及び樹脂層１３が順に積層されている。そのため、ゲル状の軟質層２１を、該軟質層２１よりも高い硬度を有する硬質層２２及び樹脂層１３で挟持することにより、硬質層２２及び樹脂層１３が軟質層２１の補強材として作用して該軟質層２１の形状を容易に保持することができる。
【００５０】
前記各実施形態は、以下のように変更して具体化されてもよい。
・ 前記各実施形態において、高分子層１２の両方の表面１２ａ上に樹脂層１３が形成されてもよい。この場合、一対の樹脂層１３によってシート１１のハンドリング性をより向上させることができる。
【００５１】
・ 前記各実施形態において、全ての熱可塑性樹脂粉末１４が溶融してもよい。このとき、樹脂層１３の表面１３ａ上には、熱可塑性樹脂粉末１４に起因する突部１３ｂは形成されない。
【００５２】
・ 前記各実施形態において、シート１１が発熱体及び放熱体に取り付けられる際に樹脂層１３が発熱体に対向してもよい。
・ 第１実施形態に係る高分子層１２は一層で構成されており、第２実施形態に係る高分子層１２は軟質層２１と硬質層２２との二層で構成されているが、高分子層１２が三層以上で構成されてもよい。
【実施例】
【００５３】
次に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明するが、実施形態はこれらの実施例に限定されない。
（実施例１）
実施例１においては、以下の工程に従って図２に示す構成を有するシート１１を得た。即ち、まず軟質層２１を形成する組成物として、高分子マトリックスとしての液状のシリコーンポリマー１００質量部と、熱伝導性充填材としての酸化アルミニウム粒子との、プラネタリーミキサーによる脱泡を行いつつ３０分の混練を行って組成物を調製した。液状のシリコーンポリマーとして東レダウコーニング株式会社製のＣＹ５２−２９１を用いた。酸化アルミニウム粒子として、４５μｍの平均粒径を有する酸化アルミニウム粒子８００質量部と、３μｍの平均粒径を有する酸化アルミニウム粒子３００質量部と、１．６μｍの平均粒径を有する酸化アルミニウム粒子１００質量部とを用いた。
【００５４】
また、硬質層２２を形成する組成物として、高分子マトリックスとしての液状のシリコーンポリマー１００質量部と、熱伝導性充填材としての酸化アルミニウム粒子３００質量部及び水酸化アルミニウム粒子１５０質量部との、プラネタリーミキサーによる脱泡を行いつつ３０分の混練を行って組成物を調製した。液状のシリコーンポリマーとして東レダウコーニング株式会社製のＣＹ５２−２９１を用いた。前記酸化アルミニウム粒子の平均粒径は１．８μｍであり、水酸化アルミニウムの平均粒径は３５μｍであった。
【００５５】
次いで、各組成物をコンマコーター法によるシーティングラインにてシート状に形成し、硬化炉で１次加硫（１０分／１２０℃）を行って軟質層２１及び硬質層２２を成形した。軟質層２１の平均厚さは１．２ｍｍであり、ＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＥの硬度計によって測定される軟質層２１の硬度は５未満であった。硬質層２２の平均厚さは０．２０ｍｍであり、ＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＥの硬度計によって測定される硬質層２２の硬度は５０であった。そして、軟質層２１及び硬質層２２を積層して高分子層１２を得た。高分子層１２の平均厚さは１．４ｍｍであり、熱伝導率は３Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００５６】
次に、図３（ａ）に示すように、熱可塑性樹脂粉末１４としての２０μｍの平均粒子径を有するＰＥ粉末（三井化学株式会社製のＭＩＰＥＬＯＮ（登録商標）ＸＭ２００）を、樹脂層１３の平均厚さが約２０μｍとなるように、３．０ｇ／ｍ２の割合で高分子層１２の一方の表面１２ａ上に付着させた。ＰＥ粉末が付着した高分子層１２を１５０℃の恒温槽に入れ、該温度雰囲気下においてＰＥ粉末を１時間加熱して該粉末を溶融させた。
【００５７】
続いて、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、高分子層１２を室温雰囲気下に５分間放置することにより、溶融したＰＥを冷却して固化させて樹脂層１３を形成してシート１１を得た。そして、一辺の長さが１０ｍｍである正方形状にシート１１を裁断して試験片を得た。
【００５８】
（実施例２）
実施例２においては、樹脂層１３の平均厚さが約３０μｍとなるように、６．０ｇ／ｍ２の割合で高分子層１２の一方の表面１２ａ上にＰＥ粉末を付着させた以外は、実施例１と同様にして試験片を得た。
【００５９】
（実施例３）
実施例３においては、樹脂層１３の平均厚さが約４０μｍとなるように、９．８ｇ／ｍ２の割合で高分子層１２の一方の表面１２ａ上にＰＥ粉末を付着させた以外は、実施例１と同様にして試験片を得た。
【００６０】
（実施例４）
実施例４においては、樹脂層１３の平均厚さが約４５μｍとなるように、１２．３ｇ／ｍ２の割合で高分子層１２の一方の表面１２ａ上にＰＥ粉末を付着させた以外は、実施例１と同様にして試験片を得た。
【００６１】
（比較例１）
比較例１においては、樹脂層１３を省略した以外は実施例１と同様にして試験片を得た。
【００６２】
（実施例５）
実施例５においては、以下の工程に従って図１に示す構成を有するシート１１を得た。即ち、まず組成物として、液状のシリコーンポリマー（東レダウコーニング株式会社製、ＣＹ５２−２９１）１００質量部と、熱伝導性充填材としての黒鉛化ＰＢＯ炭素繊維５０質量部、酸化アルミニウム粒子、及び水酸化アルミニウム粒子２００質量部と、触媒との、プラネタリーミキサーによる脱泡を行いつつ３０分の混練を行って組成物を調製した。黒鉛化ＰＢＯ炭素繊維の平均繊維径は１０μｍであり、該炭素繊維の平均繊維長は１００μｍであった。酸化アルミニウム粒子として、３．５μｍの平均粒径を有する酸化アルミニウム粒子１００質量部と、１．６μｍの平均粒径を有する酸化アルミニウム粒子１００質量部とを用いた。水酸化アルミニウム粒子の平均粒径は８μｍであった。
【００６３】
次いで、組成物を金型ブレス成形によりシート状に仮成形した。仮成形したシートを磁場発生装置内に載置し、８テスラの磁束密度を有する磁場を組成物に印加して黒鉛化ＰＢＯ炭素繊維を高分子層１２の厚さ方向に沿って配向させた。続いて、恒温槽内でシートの１次加硫（１５０℃／１時間）及び２次加硫工程（１５０℃／２時間）を行って高分子層１２を得た。高分子層１２の厚さは約０．７５ｍｍであり、ＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＥの硬度計によって測定される高分子層１２の硬度は２０であり、高分子層１２の熱伝導率は１５Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００６４】
次に、熱可塑性樹脂粉末１４としての２０μｍの平均粒子径を有するＰＥ粉末を、樹脂層１３の平均厚さが約２０μｍとなるように、３．０ｇ／ｍ２の割合で高分子層１２の一方の表面１２ａ上に付着させた。そして、実施例１と同様にして樹脂層１３を形成して試験片を得た。
【００６５】
（実施例６）
実施例６においては、熱可塑性樹脂粉末１４として２０μｍの平均粒子径を有するＰＰ粉末を用い、１次加硫後のシートの表面上にＰＰ粉末を付着させた後に２次加硫を行ってＰＰ粉末を溶融させた以外は、実施例５と同様にして試験片を得た。ＰＰの付着割合は実施例５のＰＥ粉末と同じである。
【００６６】
（実施例７）
実施例７においては、熱可塑性樹脂粉末１４として２０μｍの平均粒子径を有するＥＶＡ粉末を用い、１次加硫前のシートの表面上にＥＶＡ粉末を付着させた後に１次加硫を行ってＥＶＡ粉末を溶融させた以外は、実施例５と同様にして試験片を得た。ＥＶＡの付着割合は実施例５のＰＥ粉末と同じである。
【００６７】
（比較例２）
比較例２においては、樹脂層１３を省略した以外は実施例５と同様にして試験片を得た。
【００６８】
（比較例３）
比較例３においては、樹脂層１３の代わりに５μｍの厚さを有するＰＥフィルムを高分子層１２の一方の表面１２ａ全体にわたって積層した以外は、実施例５と同様にして試験片を得た。
【００６９】
そして、各例に係る試験片に関して以下の各項目の測定及び評価を行った。それらの結果を表１及び表２に示す。表１中の“シート”欄中の“軟質層の硬度（Ｅ）”欄は、ＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＥの硬度計によって測定される軟質層２１の硬度を示し、“硬質層の硬度（Ｅ）”欄は、前記硬度計によって測定される硬質層２２の硬度を示す。表２中の“高分子層の硬度（Ｅ）”欄は、ＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＥの硬度計によって測定される高分子層１２の硬度を示す。また、各表中において、“樹脂層”欄中の“厚さ（μｍ）”は樹脂層１３の平均厚さ（μｍ）を示すが、比較例３においては樹脂層１３の代わりにＰＥフィルムが用いられることから、比較例３においてはＰＥフィルムの厚さを示す。
【００７０】
＜熱抵抗値＞
実施例１〜４及び比較例１に係る試験片については、図４に示すように、基板２４上の発熱体２５及び放熱体２６で試験片２７を挟持し、放熱体２６上に重り２８を載置して、試験片２７が表１に示す厚さになるまで圧縮されるように荷重を試験片２７に加えた。これは、軟質層２１の硬度が５未満であるために軟質層２１が極めて柔軟であることから、一定の荷重を試験片２７に加えた状態で熱抵抗値を測定した場合に比べて、一定の厚さに圧縮されるように試験片２７に荷重を加えた状態で熱抵抗値を測定した方が、算出された熱抵抗値の信頼性が高まるためである。そして、発熱体２５が発熱した状態で１０分間放置した後、試験片２７における発熱体２５側の外面の温度Ｔ１と放熱体２６側の外面の温度Ｔ２とを測定機２９により測定した。そして、下記式（１）により試験片２７の熱抵抗値を算出した。発熱体２５は通常、ＣＰＵに代表される電子部品であるが、シートの性能評価の簡素化および迅速化のため、本試験では発熱体２５として発熱量が４Ｗであるヒータを用いた。
【００７１】
熱抵抗値（℃／Ｗ）＝（Ｔ１（℃）−Ｔ２（℃））／発熱量（Ｗ）…（１）
一方、実施例５〜７及び比較例２、３に係る試験片２７については、発熱体２５として発熱量が２５Ｗであるヒータを使用し、試験片２７に一定の荷重（５０Ｎ／ｃｍ２）を加えた状態で各温度Ｔ１及びＴ２を測定した以外は、実施例１〜４及び比較例１の場合と同様にして熱抵抗値を算出した。これは、実施例５〜７及び比較例２、３に係る高分子層１２が実施例１〜４及び比較例１に係る軟質層２１の程度にまで柔軟でないことから、一定の荷重が加えられた状態での各試験片２７の熱抵抗値を比較することができるためである。
【００７２】
＜ハンドリング性＞
各例の試験片２７の粘着性に基づいて、該試験片２７のハンドリング性を評価した。各表の“ハンドリング性”欄において、“○”は、試験片２７の粘着性が適度に低く、該試験片２７の取り扱いが容易であったことを示し、“×”は、試験片２７の粘着性が高く、該試験片２７の取り扱いが困難であったことを示す。
【００７３】
【表１】
表１に示すように、実施例１〜４に係るシート１１においては、各項目について優れた評価及び結果が得られた。具体的には、実施例１〜４に係るシート１１は、その粘着性をほとんど感じない程度にまで緩和することができ、ハンドリング性を向上させることができた。更に、硬質層２２と樹脂層１３とにより、ゲル状の軟質層２１の形状を保持することができ、シート１１のハンドリング性を向上させることができた。そのため、実施例１〜４に係るシート１１は、発熱体２５からの放熱体２６への熱伝導の用途において、より好適に使用可能である。更に、実施例１及び実施例２に係るシート１１の熱抵抗値は、実施例３及び実施例４に係るシート１１の熱抵抗値に比べて低かった。この結果より、樹脂層１３の平均厚さを３０μｍ以下にすることにより、シート１１の熱伝導性を高めることができることが分かった。
【００７４】
一方、比較例１に係るシートでは、樹脂層１３が省略されているとともに軟質層２１が高い柔軟性を有していることから、シートの粘着性が高くてその取り扱いが困難であった。
【００７５】
表２に示すように、実施例５〜７に係るシート１１においては、各項目について優れた評価及び結果が得られた。具体的には、実施例５〜７に係るシート１１は、その粘着性をほとんど感じない程度にまで緩和することができ、ハンドリング性を向上させることができた。更に、実施例５〜７に係る樹脂層１３は比較例３に係るＰＥフィルムに比べて厚く形成されているが、実施例５〜７に係るシート１１は、比較例３に係るシートに比べて熱抵抗値を大幅に低下させて熱伝導性を高めることができた。これは、比較例３に係るシートは、高分子層１２上に積層されたフィルムにより、実施例５〜７に係るシート１１に比べて圧縮され難くなったためと考えられる。
【００７６】
一方、比較例２に係るシートでは、樹脂層１３が省略されていることから、シートの粘着性が高くてその取り扱いが困難であった。比較例３に係るシートでは、前述したように熱抵抗値が高く、実施例５〜７に係るシートに比べて熱伝導性が劣っていた。
【００７７】
更に、実施例１〜７に係るシート１１では、比較例３に係るシートに比べてシート１１の裁断を容易に行うことができた。これは以下の理由によるものと考えられる。即ち、溶融していない熱可塑性樹脂粉末１４が樹脂層１３中に存在しており、例えば該粉末１４が樹脂層１３の表面上に露出している。そのため、フィルムに比べて樹脂層１３の引き裂き強度は測定不能な程に小さく、該樹脂層１３がフィルムに比べて引き裂かれ易い。
【００７８】
（実施例８）
実施例８においては、実施例１と同様にしてシート１１を得た。そして、熱可塑性樹脂粉末１４の付着前における軟質層２１の表面２１ａと、樹脂層１３の表面１３ａとの算術平均粗さＲａ、最大高さＲｙ、及び十点平均粗さＲｚを、超深度形状測定顕微鏡（株式会社キーエンス製、ＶＫ８５００）を用いて測定した。測定領域は３００μｍ四方（９００００μｍ２）であった。また、測定を異なる個所にて３回行った。軟質層２１の表面における測定結果を表３に示し、樹脂層１３の表面における測定結果を表４に示す。表３及び表４において、“長さ（Ｘ）（μｍ）”は測定領域のＸ軸方向における長さを示し、“長さ（Ｙ）（μｍ）”は測定領域のＹ軸方向における長さを示し、“面積（μｍ２）”は測定領域の面積を示す。更に、１回目の測定の際の軟質層２１の表面２１ａの３Ｄ画像を図５に示し、１回目の測定の際の樹脂層１３の表面１３ａの表面の３Ｄ画像を図６に示す。
【００７９】
【表２】
表３、４及び図５、６に示すように、樹脂層１３の表面粗さは、軟質層２１の表面粗さに比べて高かった。これは、樹脂層１３の厚さが不均一であり、且つ樹脂層１３の表面１３ａに複数の突部１３ｂが形成されているためと考えられる。そのため、表面粗さが適度に高い樹脂層１３によりシート１１の粘着性を低下させ、該シート１１のハンドリング性を高めることができることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】（ａ）は第１実施形態に係る熱伝導性シートを示す斜視図、（ｂ）は熱伝導性シートを示す断面図。
【図２】（ａ）は第２実施形態に係る熱伝導性シートを示す斜視図、（ｂ）は熱伝導性シートを示す断面図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は熱伝導性シートの電子顕微鏡写真を示す図。
【図４】熱抵抗値の求め方を示す概略図。
【図５】軟質層の表面粗さを示す図。
【図６】樹脂層の表面粗さを示す図。
【符号の説明】
【００８１】
１１…熱伝導性シート、１２…熱伝導性高分子層、１２ａ…表面、１３…樹脂層、１３ａ…表面、１３ｂ…突部、１４…熱可塑性樹脂粉末、２１…軟質層、２２…硬質層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱体、例えば電子部品から発生した熱の放熱体への熱伝導に用いられる熱伝導性シート及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発熱体、例えば電子機器に実装されるＣＰＵ等の電子部品には、該電子部品の冷却を促進するために、ヒートシンク等の放熱体が装着されている。この放熱体は、発熱体から放熱体への熱伝導を促進するために、熱伝導性シートを介して発熱体に装着されている。この熱伝導性シートによって、発熱体から放熱体への熱伝導に寄与する伝熱面積が増大し、熱伝導の効率が高められる。
【０００３】
熱伝導性シートでは一般的に、発熱体及び放熱体に対する追従性の向上と、密着性の向上とは、熱抵抗値の低下、すなわち熱伝導性能の向上に繋がる。そのため、より柔軟な熱伝導性シートが好ましい。ところが、熱伝導性シートの柔軟性を高めると、該シートの粘着性が高まる。そのため、熱伝導性シートの柔軟性及び粘着性に起因して、例えば該シートの保管時において複数のシートが積層された際にシート同士が粘着したり、シートの発熱体への取り付けが困難になったりすることから、熱伝導性シートの取り扱い性が低下するという問題が生じる。
【０００４】
こうした実情に鑑み、特許文献１には、柔らかくて変形し易いシリコーン樹脂層上に、取り扱いに必要な強度を有するシリコーン樹脂層が積層された熱伝導性シートが開示されている。特許文献２には、柔軟なシリコーン樹脂組成物の硬化物に、該硬化物の破れ、しわ等の発生を防止するための、網目状物、樹脂製フィルム等からなる補強材が積層された熱伝導性シートが開示されている。特許文献３には、熱伝導性シートの粘着性の問題を改善するために、該シートの表面に窒化ホウ素粉体（ボロンナイトライド粉体）が付着した熱伝導性シートが開示されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された熱伝導性シートでは、柔らかくて変形し易い層と、該層と同様の材料により形成されたゴム状弾性体からなる層とから熱伝導性シートが構成されていることから、該シートに若干の粘着性が残るおそれがある。また、特許文献１に開示された、取り扱いに必要な強度を有するシリコーン樹脂層、及び特許文献２に開示された補強材は、柔らかくて変形し易い層に積層されており、該変形し易い層に固着されている。そのため、熱伝導性シート全体が圧縮されて前記変形し易い層がその表面に平行な方向に沿って広がる際に、その広がりに追従して前記シリコーン層及び補強材がそれらの表面に平行な方向に沿って延びるが、この延びには大きな荷重を要する。よって、発熱体と放熱体との充分な密着性を確保するため、比較的大きな圧縮荷重を熱伝導シートに加える必要があるという問題があった。
【０００６】
また、熱伝導性シートでは一般的に、熱伝導性シートが製造された後、該シートが取り付けられる発熱体及び放熱体のサイズに合わせて裁断される。しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の熱伝導性シートでは、取り扱いに必要な強度を有するシリコーン樹脂層、及び補強材に起因して熱伝導性シートの裁断が困難であるという問題があった。更に、特許文献３に開示された熱伝導性シートでは、該シートの粘着性に起因して窒化ホウ素粉体がシートの表面に付着している。そのため、窒化ホウ素粉体が熱伝導性シートの表面から容易に脱落し、脱落した窒化ホウ素粉体の他部材及び作業者への付着が起きるといった問題があった。
【特許文献１】特開平２−１９６４５３号公報
【特許文献２】特開平７−１４９５０号公報
【特許文献３】特開平６−９６６１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、発熱体からの放熱体への熱伝導の用途において、より好適に使用可能な熱伝導性シート及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、高分子マトリックスと、熱伝導性充填材とを含有する熱伝導性高分子組成物から成形される熱伝導性高分子層と、前記熱伝導性高分子層の一対の表面の内の少なくとも一方の表面上に熱可塑性樹脂粉末が付着した後に該粉末が溶融することにより形成される樹脂層とを備える熱伝導性シートを提供する。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記樹脂層の一対の表面において外方に露出している表面上に突部が形成されている請求項１に記載の熱伝導性シートを提供する。
請求項３に記載の発明は、前記樹脂層の平均厚さが３０μｍ以下に設定されている請求項１又は請求項２に記載の熱伝導性シートを提供する。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、前記熱可塑性樹脂粉末がポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、及びエチレン酢酸ビニル共重合体樹脂から選ばれる少なくとも一種から形成されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱伝導性シートを提供する。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、前記熱伝導性高分子層が、ゲル状の軟質層と、該軟質層に比べて高い硬度を有する硬質層とを備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の熱伝導性シートを提供する。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、熱伝導性シートの製造方法であって、高分子マトリックスと、熱伝導性充填材とを含有する熱伝導性高分子組成物を調製する工程、前記熱伝導性高分子組成物から熱伝導性高分子層を成形する工程、前記熱伝導性高分子層の一対の表面の内の少なくとも一方の表面上に熱可塑性樹脂粉末を付着させる工程、及び前記熱可塑性樹脂粉末を加熱して該粉末を溶融させた後、溶融した熱可塑性樹脂を固化させて樹脂層を形成する工程を備える方法を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、発熱体からの放熱体への熱伝導の用途において、より好適に使用可能な熱伝導性シート及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下、本発明を熱伝導性シートに具体化した第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、熱伝導性シート１１は、熱伝導性高分子組成物から成形される熱伝導性高分子層１２と、該熱伝導性高分子層１２の一対の表面１２ａの内の一方の表面１２ａ上に形成されている樹脂層１３とを備えている。以下の説明において、熱伝導性シート１１を単にシート１１と称し、熱伝導性高分子組成物を単に組成物と称し、熱伝導性高分子層１２を単に高分子層１２と称する。シート１１は発熱体と放熱体との間に介在して用いられ、発熱した発熱体から放熱体への熱伝導を促進する。
【００１５】
シート１１には、熱伝導性及びハンドリング性が具備されている。熱伝導性は発熱体から放熱体への熱伝導のし易さを表す指標であり、主にシート１１の熱伝導率、熱抵抗値、柔軟性、厚さ、並びに発熱体及び放熱体との密着性に起因している。シート１１は、該シート１１の熱伝導率が高いほど、熱抵抗値が小さいほど、厚さが薄いほど、且つ発熱体及び放熱体との密着性が高いほど、発熱体から放熱体への熱伝導を促進し、優れた熱伝導性を発揮する。また、シート１１の柔軟性が高いほど、発熱体及び放熱体との密着性が高まるとともにシート１１が圧縮され易く、低荷重でシート１１の熱抵抗値を低下させることができる。
【００１６】
ハンドリング性はシート１１の運搬時などにおける該シート１１の取り扱い易さを表す指標であり、主にシート１１の粘着性に起因している。シート１１は、該シート１１の粘着性が小さいほど優れたハンドリング性を発揮し、運搬時などにおいて容易に取り扱われる。
【００１７】
組成物は、高分子マトリックスと、熱伝導性充填材とを含有している。高分子マトリックスは、熱伝導性充填材を高分子層１２内に保持する。高分子マトリックスの種類は特に限定されず、高分子層１２に要求される性能、例えば機械的強度、耐熱性等の耐久性に応じて選択される。発熱体及び放熱体の形状への高分子層１２の追従性が高いことから、高分子マトリックスとして、好ましくは高分子ゲル、ゴム、及び熱可塑性エラストマーが挙げられる。
【００１８】
高分子ゲルとして、例えばシリコーンゲル、及びポリウレタンゲルが挙げられる。ゴムとして、例えば天然ゴム、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、シリコーンゴム、ポリイソブチレンゴム、及びアクリルゴムが挙げられる。熱可塑性エラストマーとして、例えば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、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、及びポリウレタン系熱可塑性エラストマーが挙げられる。これらの具体例の内の一種のみが単独で用いられてもよいし、二種以上が組み合わされて用いられてもよい。
【００１９】
高分子マトリックスとして熱硬化性の高分子材料が用いられる場合、高分子層１２の成形の際に架橋剤が組成物に添加されて該組成物が硬化する。発熱体及び放熱体の形状への高分子層１２の追従性が高いとともに、発熱体及び放熱体と高分子層１２との密着性が高いことから、前記具体例の中でも、好ましくはシリコーン系、ポリイソブチレン系、及びアクリル系のゲル又はゴムから選ばれる少なくとも一種である。
【００２０】
熱伝導性充填材は、高分子層１２の熱伝導率を高めてシート１１の熱伝導性を高める。熱伝導性充填材として、例えば金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、又は金属水酸化物の粉末が挙げられる。具体的には、熱伝導性充填材として、例えば酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、炭化ケイ素、石英、又は水酸化アルミニウムの粉末が挙げられる。また、熱伝導性充填材として、高い熱伝導性を有するとともに導電性を有する、炭素繊維、又はダイヤモンド、黒鉛、若しくはアルミニウムの粉末が挙げられる。これらの具体例の内の一種のみが単独で用いられてもよいし、二種以上が組み合わされて用いられてもよい。
【００２１】
組成物中の熱伝導性充填材の含有量は、例えば高分子マトリックスの種類、及び高分子層１２の組成に応じて適宜に設定されるが、好ましくは５〜９０体積％である。熱伝導性充填材の含有量が５体積％未満の場合には、熱伝導性充填材が過剰に少ないことから、高分子層１２が優れた熱伝導性を発揮することができないおそれがある。更に、熱伝導性充填材の材質に起因する、優れた難燃性などの物性を高分子層１２が発揮することができないおそれがある。熱伝導性充填材の含有量が９０体積％を超えると、組成物の粘度が過剰に高くなることから、高分子層１２の成形が困難になるおそれがある。
【００２２】
組成物は、例えば高分子層１２の生産性、耐候性、及び耐熱性の向上を目的として、例えば可塑剤、補強材、着色剤、耐熱向上剤、カップリング剤、難燃剤、粘着剤、触媒、硬化遅延剤、劣化防止剤等を適量含有してもよい。
【００２３】
高分子層１２は四角板状を有しており、高分子マトリックスと熱伝導性充填材とを備えている。高分子層１２は、熱伝導性充填材に起因して発熱体から放熱体への熱伝導を促進する。更に、高分子層１２は、高分子マトリックスに起因して、適度な柔軟性を有するとともに粘着性を有している。
【００２４】
高分子層１２の熱伝導率は、発熱体から放熱体への熱伝導を効率的に行うことができることから、好ましくは１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。また、日本工業規格であるＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＥの硬度計によって測定される高分子層１２の硬度は、好ましくは６０以下であり、より好ましくは５未満である。高分子層１２の硬度が６０を超える場合、発熱体及び放熱体の形状への追従性が十分に得られず、発熱体又は放熱体と高分子層１２との密着性が低下してシート１１の熱伝導性が低下するおそれがある。高分子層１２の硬度が６０以下の場合には、発熱体及び放熱体の表面が凹凸状を有する場合にも、発熱体及び放熱体の形状への高分子層１２の追従性が良好となり、発熱体及び放熱体とシート１１との密着性を十分に確保することができる。更に、６０以下の硬度を有する高分子層１２によってシート１１の柔軟性が確保される。そのため、例えばシート１１が取り付けられた発熱体に加わる衝撃をシート１１が吸収することにより、発熱体を好適に保護することができる。
【００２５】
高分子層１２の厚さは特に限定されないが、好ましくは０．０５〜５ｍｍであり、より好ましくは０．０５〜２．０ｍｍである。高分子層１２の厚さが０．０５未満である場合、高分子層１２に所望される硬度が得られ難くなったり、高分子層１２の製造が困難になってシート１１の生産性が低下し、該シート１１の製造コストが嵩んだりするおそれがある。高分子層１２の厚さが５ｍｍを超えると、該高分子層１２の厚さ方向における熱抵抗が高くなり、高分子層１２に所望される熱伝導性が得られなくなるおそれがある。更に、高分子層１２の単位面積当たりの質量が増加することから、シート１１の製造コストが嵩んだり、該シート１１が装着される例えば電子機器の軽量化が妨げられたりするおそれがある。高分子層１２の厚さが０．０５〜２．０ｍｍに設定されることにより、該高分子層１２の熱抵抗値を良好に低下させることができる。
【００２６】
樹脂層１３は高分子層１２全体にわたって形成されており、高分子層１２の一対の表面１２ａの内の少なくとも一方の表面１２ａ上に熱可塑性樹脂粉末が付着した後に該粉末が溶融することにより形成される。熱可塑性樹脂として粉末状に形成可能な樹脂が挙げられ、例えばポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、及びポリカーボネート（ＰＣ）樹脂が挙げられる。更に、熱可塑性樹脂として、熱可塑性エラストマー、例えば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、及びエステル系熱可塑性エラストマーが挙げられる。これらの具体例の内の一種のみが単独で用いられてもよいし、二種以上が組み合わされて用いられてもよい。優れた柔軟性を有するとともに安価であることから、これらの具体例の中でも、好ましくはＰＥ樹脂、ＰＰ樹脂、ＥＶＡ樹脂、及びスチレン系熱可塑性エラストマーであり、より好ましくはＰＥ樹脂、ＰＰ樹脂、及びＥＶＡ樹脂である。
【００２７】
熱可塑性樹脂粉末の平均粒径は、好ましくは５０μｍ以下であり、より好ましくは３０μｍ以下である。熱可塑性樹脂粉末の平均粒径が５０μｍを超えると、樹脂層１３の平均厚さを５０μｍ以下することが困難になる。更に、形成される樹脂層１３の表面の凹凸が大きくなり、発熱体及び放熱体へのシート１１の密着性が低下するおそれがある。熱可塑性樹脂粉末の平均粒径を３０μｍ以下にすることにより、樹脂層１３が薄く形成され、該樹脂層１３に起因するシート１１の熱伝導性の低下を抑制することができる。そのため、樹脂層１３が省略されたシートと同等の熱伝導性を得ることができる。
【００２８】
高分子層１２の表面１２ａへの熱可塑性樹脂粉末の付着は不均一であり、不均一に付着した熱可塑性樹脂粉末の溶融、及び溶融した熱可塑性樹脂の固化によって樹脂層１３が形成されることから、該樹脂層１３の厚さは不均一である。樹脂層１３の平均厚さは、好ましくは５０μｍ以下であり、より好ましくは３０μｍ以下である。樹脂層１３の平均厚さが５０μｍを超えると、過剰に厚い樹脂層１３に起因してシート１１の熱伝導性が低下するおそれがある。樹脂層１３の平均厚さを３０μｍ以下にすることにより、該樹脂層１３に起因するシート１１の熱伝導性の低下を抑制し、該樹脂層１３が省略されたシートと同等の熱伝導性を得ることができる。
【００２９】
本実施形態に係る樹脂層１３では、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、該樹脂層１３の一対の表面１３ａにおいて外方に露出している表面１３ａ上に複数の突部１３ｂが形成されている。樹脂層１３は、該樹脂層１３中の熱可塑性樹脂に起因して、高分子層１２に比べて低い粘着性を有するとともに高い硬度を有している。そのため、樹脂層１３は、シート１１の粘着性を低下させてハンドリング性を高めるとともに、高分子層１２の補強材として作用する。
【００３０】
シート１１は、組成物を調製する工程と、該組成物から高分子層１２を成形する工程と、該高分子層１２の表面１２ａ上に熱可塑性樹脂粉末１４を付着させる工程と、樹脂層１３を形成する工程とを経て製造される。
【００３１】
組成物を調製する工程では、前記各成分が適宜に混合されて組成物が調製される。組成物の調製において、液状の高分子マトリックスが用いられる場合には周知の撹拌機が用いられ、固体状の高分子マトリックスが用いられる場合には周知の混練機が用いられる。
【００３２】
高分子層１２を成形する工程では、組成物を用いてシート状の高分子層１２が成形される。高分子層１２の成形方法は特に限定されず、具体例として、周知の成形方法、例えばバーコーター法、ドクターブレード法、コンマコーター法、カレンダー成形法、及びＴダイ等を用いた押出成形法が挙げられる。
【００３３】
熱可塑性樹脂粉末１４を付着させる工程では、図３（ａ）に示すように、高分子層１２の一対の表面の内の一方の表面上に熱可塑性樹脂粉末１４が付着される。熱可塑性樹脂粉末１４の付着方法として、例えば高分子層１２の表面上に熱可塑性樹脂粉末１４を落下させる方法、熱可塑性樹脂粉末１４を高分子層１２の表面に吹き付ける方法、及び熱可塑性樹脂粉末１４が敷き詰められた容器内に高分子層１２を入れて該高分子層１２の表面を熱可塑性樹脂粉末１４に接触させる方法が挙げられる。高分子層１２は、高分子マトリックスに起因して粘着性を有している。そのため、熱可塑性樹脂粉末１４は、高分子層１２の表面に接触した際に該表面に付着する。
【００３４】
高分子層１２の表面１２ａへの熱可塑性樹脂粉末１４の付着量は、該粉末１４が高分子層１２から脱落しない範囲内において適宜に設定される。熱可塑性樹脂粉末１４の付着量は、該粉末１４の例えば比重に依存しているが、例えば、好ましくは１〜３０ｇ／ｍ２の範囲である。
【００３５】
樹脂層１３を形成する工程では、まず高分子層１２に付着した熱可塑性樹脂粉末１４を加熱して該粉末１４を溶融させた後、溶融した熱可塑性樹脂を固化させることにより樹脂層１３が形成される。熱可塑性樹脂粉末１４の加熱方法は特に限定されない。高分子マトリックスとして熱硬化性樹脂が用いられた際には、組成物をシート状に仮成形してシートを得た後、該シートの表面に熱可塑性樹脂粉末１４を付着させ、更にシートを高温槽内に放置することが好ましい。この場合、シートの硬化による高分子層１２の成形と、熱可塑性樹脂粉末１４の溶融とを同時に行うことができる。また、高分子マトリックスとしてシリコーンゲル又はシリコーンゴムが用いられた際には、高分子層１２の成形後に行われる２次加硫と、熱可塑性樹脂粉末１４の溶融とが同時に行われてもよい。
【００３６】
溶融した熱可塑性樹脂の固化手段は特に限定されず、例えば、冷却装置を用いて熱可塑性樹脂を冷却することなく、溶融した熱可塑性樹脂を室温（２５℃）雰囲気下に放置することにより冷却して樹脂層１３を形成してもよい。本実施形態では、熱可塑性樹脂粉末１４の加熱温度及び加熱時間と、溶融した熱可塑性樹脂の冷却温度及び冷却時間とを適宜に調整することにより、以下の様にして樹脂層１３の表面１３ａ上に突部１３ｂが形成される。
【００３７】
即ち、例えば熱可塑性樹脂粉末１４の加熱温度及び加熱時間の調整により、高分子層１２の表面１２ａに付着した複数の熱可塑性樹脂粉末１４の内の一部の熱可塑性樹脂粉末１４のみが溶融したり、一つの熱可塑性樹脂粉末１４の周縁部のみが溶融して中心部が溶融しなかったりする。そのため、樹脂層１３中には、少なくとも一部が溶融していない熱可塑性樹脂粉末１４が存在する。そして、樹脂層１３中の熱可塑性樹脂粉末１４によって、又は熱可塑性樹脂粉末１４が樹脂層１３の表面１３ａ上に露出することによって突部１３ｂが形成される。また、例えば溶融した熱可塑性樹脂の冷却温度及び冷却時間を調整することにより、溶融した熱可塑性樹脂が粒子形状を維持した状態で固化する。そのため、樹脂層１３の表面１３ａ上において粒子形状を維持した状態で固化した熱可塑性樹脂によって突部１３ｂが形成される。
【００３８】
シート１１を発熱体及び放熱体に取り付ける際には、例えば基板上に配設された発熱体（例えば電子素子）上にシート１１を載置する。このとき、例えば高分子層１２が発熱体に対向している。続いて、シート１１上に放熱体を載置した後、シート１１が発熱体及び放熱体に密着するように、放熱体から発熱体に向かって荷重を加え、発熱体及び放熱体によってシート１１を挟持する。
【００３９】
前記実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
（１）本実施形態に係るシート１１は、高分子層１２と、該高分子層１２上に形成される樹脂層１３とを備えている。樹脂層１３は、高分子層１２の表面１２ａ上に熱可塑性樹脂粉末１４が付着し、該粉末１４が溶融した後に溶融した熱可塑性樹脂が固化することにより形成される。樹脂層１３の粘着性は、該樹脂層１３中の熱可塑性樹脂に起因して高分子層１２に比べて低い。そのため、樹脂層１３によりシート１１のハンドリング性を高めることができる。
【００４０】
また、樹脂層１３は、前述したように熱可塑性樹脂粉末１４の溶融及び溶融した熱可塑性樹脂の固化により形成される。そのため、樹脂層１３の代わりに樹脂フィルムが高分子層１２上に積層される場合に比べて、シート１１の発熱体及び放熱体への取り付けの際にシート１１に加えられる荷重を小さくすることができる。これは以下の理由による。即ち、本実施形態に係る高分子層１２は、荷重が加えられた際に表面に平行な方向に広がり、樹脂層１３は、荷重が加えられた際に表面に平行な方向に広がることなく容易に圧縮される。これに対して、樹脂層１３の代わりに樹脂フィルムが用いられる場合には、該フィルムが高分子層１２に固着されることから、高分子層１２の広がりに追従してフィルムがその表面に平行な方向に延びる。しかしながら、樹脂フィルムは樹脂層１３に比べて硬く、該フィルムがその表面に平行な方向に延びるのに大きな荷重を要する。そのため、樹脂フィルムが用いられた場合には、本実施形態に係るシート１１に比べて圧縮に必要な荷重が大きくなる。
【００４１】
更に、本実施形態に係るシート１１は、樹脂層１３の代わりに樹脂フィルムが高分子層１２上に積層される場合に比べて容易に裁断可能である。これは以下の理由による。即ち、本実施形態に係る樹脂層１３は通常、その製造方法に起因して、樹脂フィルムに比べて薄く形成されるとともに不均一な厚さに形成される。加えて、樹脂層１３中には、例えば高分子層１２上に付着した熱可塑性樹脂粉末１４同士の間に存在し、溶融した熱可塑性樹脂中に混入した空気に起因する空隙が形成されている。そのため、樹脂層１３は樹脂フィルムに比べて引き裂き強度が低く、容易に引き裂かれる。
【００４２】
（２）樹脂層１３は、高分子層１２の表面１２ａ上に熱可塑性樹脂粉末１４が付着し、該粉末１４が溶融した後に溶融した熱可塑性樹脂が固化することにより形成される。そのため、熱可塑性樹脂粉末１４を高分子層１２の表面１２ａ全体にわたって付着させて該表面１２ａ全体にわたって樹脂層１３を形成したり、熱可塑性樹脂粉末１４を高分子層１２の表面１２ａの一部にのみ付着させて該表面１２ａの一部にのみ樹脂層１３を形成したりすることができる。即ち、高分子層１２上の所望の個所に樹脂層１３を容易に形成することができ、シート１１において高分子層１２に起因する粘着性を有する個所と、樹脂層１３に起因する粘着性を有しない個所とを容易に形成してシート１１の設計のバリエーションを容易に広げることができる。
【００４３】
（３）本実施形態の樹脂層１３の一対の表面１３ａにおいて外方に露出している表面１３ａ上に複数の突部１３ｂが形成されている。そのため、各突部１３ｂにより樹脂層１３の表面粗さを高めて該樹脂層１３の粘着性を低下させることができる。さらに、溶融していない熱可塑性樹脂粉末１４が樹脂層１３中に存在している場合、該熱可塑性樹脂粉末１４と、該粉末１４の周囲に位置する熱可塑性樹脂との間の界面に沿って樹脂層１３が容易に引き裂かれることから、シート１１をより容易に裁断することができる。
【００４４】
（４）本実施形態に係るシート１１では、樹脂層１３は、高分子層１２の一対の表面１２ａの内の一方の表面１２ａ上のみに形成されている。そのため、高分子層１２において、樹脂層１３が形成されていないとともに外方に露出している表面１２ａは、高分子層１２中の高分子マトリックスに起因して粘着性を有している。よって、シート１１が発熱体及び放熱体に取り付けられる際には、高分子層１２の露出している表面１２ａの粘着性に起因して、シート１１を例えば発熱体に取り付けてシート１１の位置ずれを防止することができる。
【００４５】
（５）本実施形態に係るシート１１は、組成物を調製する工程と、該組成物から高分子層１２を成形する工程と、該高分子層１２の表面１２ａ上に熱可塑性樹脂粉末１４を付着させる工程と、樹脂層１３を形成する工程とを経て製造される。熱可塑性樹脂粉末１４を付着させる工程では、高分子層１２中の高分子マトリックスの粘着性に起因して、高分子層１２に接触した熱可塑性樹脂粉末１４は該高分子層１２に付着する。そのため、接着剤及び粘着剤を用いることなく、熱可塑性樹脂粉末１４を高分子層１２に付着させることができる。よって、樹脂層１３を容易に形成してシートを容易に製造することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、本発明をシート１１に具体化した第２実施形態を図面に基づいて説明する。第２実施形態では、第１実施形態との説明の重複を避けるために、第１実施形態と同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略し、第１実施形態と同一の作用及び効果についてもその説明を省略する。
【００４７】
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２実施形態に係る高分子層１２は、ゲル状の軟質層２１と、該軟質層２１に比べて高い硬度を有する硬質層２２とから構成されている。具体的には、軟質層２１の一対の表面２１ａの内の一方の表面２１ａ上に硬質層２２が形成されており、他方の表面２１ａ上に樹脂層１３が形成されている。
【００４８】
軟質層２１及び硬質層２２はともに第１実施形態に係る組成物により形成されている。ＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＥの硬度計によって測定される軟質層２１の硬度は例えば５未満であり、硬質層２２の硬度は例えば５〜５０である。
【００４９】
前記実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
（６）本実施形態に係る高分子層１２は軟質層２１及び硬質層２２とから構成されており、硬質層２２、軟質層２１、及び樹脂層１３が順に積層されている。そのため、ゲル状の軟質層２１を、該軟質層２１よりも高い硬度を有する硬質層２２及び樹脂層１３で挟持することにより、硬質層２２及び樹脂層１３が軟質層２１の補強材として作用して該軟質層２１の形状を容易に保持することができる。
【００５０】
前記各実施形態は、以下のように変更して具体化されてもよい。
・ 前記各実施形態において、高分子層１２の両方の表面１２ａ上に樹脂層１３が形成されてもよい。この場合、一対の樹脂層１３によってシート１１のハンドリング性をより向上させることができる。
【００５１】
・ 前記各実施形態において、全ての熱可塑性樹脂粉末１４が溶融してもよい。このとき、樹脂層１３の表面１３ａ上には、熱可塑性樹脂粉末１４に起因する突部１３ｂは形成されない。
【００５２】
・ 前記各実施形態において、シート１１が発熱体及び放熱体に取り付けられる際に樹脂層１３が発熱体に対向してもよい。
・ 第１実施形態に係る高分子層１２は一層で構成されており、第２実施形態に係る高分子層１２は軟質層２１と硬質層２２との二層で構成されているが、高分子層１２が三層以上で構成されてもよい。
【実施例】
【００５３】
次に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明するが、実施形態はこれらの実施例に限定されない。
（実施例１）
実施例１においては、以下の工程に従って図２に示す構成を有するシート１１を得た。即ち、まず軟質層２１を形成する組成物として、高分子マトリックスとしての液状のシリコーンポリマー１００質量部と、熱伝導性充填材としての酸化アルミニウム粒子との、プラネタリーミキサーによる脱泡を行いつつ３０分の混練を行って組成物を調製した。液状のシリコーンポリマーとして東レダウコーニング株式会社製のＣＹ５２−２９１を用いた。酸化アルミニウム粒子として、４５μｍの平均粒径を有する酸化アルミニウム粒子８００質量部と、３μｍの平均粒径を有する酸化アルミニウム粒子３００質量部と、１．６μｍの平均粒径を有する酸化アルミニウム粒子１００質量部とを用いた。
【００５４】
また、硬質層２２を形成する組成物として、高分子マトリックスとしての液状のシリコーンポリマー１００質量部と、熱伝導性充填材としての酸化アルミニウム粒子３００質量部及び水酸化アルミニウム粒子１５０質量部との、プラネタリーミキサーによる脱泡を行いつつ３０分の混練を行って組成物を調製した。液状のシリコーンポリマーとして東レダウコーニング株式会社製のＣＹ５２−２９１を用いた。前記酸化アルミニウム粒子の平均粒径は１．８μｍであり、水酸化アルミニウムの平均粒径は３５μｍであった。
【００５５】
次いで、各組成物をコンマコーター法によるシーティングラインにてシート状に形成し、硬化炉で１次加硫（１０分／１２０℃）を行って軟質層２１及び硬質層２２を成形した。軟質層２１の平均厚さは１．２ｍｍであり、ＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＥの硬度計によって測定される軟質層２１の硬度は５未満であった。硬質層２２の平均厚さは０．２０ｍｍであり、ＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＥの硬度計によって測定される硬質層２２の硬度は５０であった。そして、軟質層２１及び硬質層２２を積層して高分子層１２を得た。高分子層１２の平均厚さは１．４ｍｍであり、熱伝導率は３Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００５６】
次に、図３（ａ）に示すように、熱可塑性樹脂粉末１４としての２０μｍの平均粒子径を有するＰＥ粉末（三井化学株式会社製のＭＩＰＥＬＯＮ（登録商標）ＸＭ２００）を、樹脂層１３の平均厚さが約２０μｍとなるように、３．０ｇ／ｍ２の割合で高分子層１２の一方の表面１２ａ上に付着させた。ＰＥ粉末が付着した高分子層１２を１５０℃の恒温槽に入れ、該温度雰囲気下においてＰＥ粉末を１時間加熱して該粉末を溶融させた。
【００５７】
続いて、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、高分子層１２を室温雰囲気下に５分間放置することにより、溶融したＰＥを冷却して固化させて樹脂層１３を形成してシート１１を得た。そして、一辺の長さが１０ｍｍである正方形状にシート１１を裁断して試験片を得た。
【００５８】
（実施例２）
実施例２においては、樹脂層１３の平均厚さが約３０μｍとなるように、６．０ｇ／ｍ２の割合で高分子層１２の一方の表面１２ａ上にＰＥ粉末を付着させた以外は、実施例１と同様にして試験片を得た。
【００５９】
（実施例３）
実施例３においては、樹脂層１３の平均厚さが約４０μｍとなるように、９．８ｇ／ｍ２の割合で高分子層１２の一方の表面１２ａ上にＰＥ粉末を付着させた以外は、実施例１と同様にして試験片を得た。
【００６０】
（実施例４）
実施例４においては、樹脂層１３の平均厚さが約４５μｍとなるように、１２．３ｇ／ｍ２の割合で高分子層１２の一方の表面１２ａ上にＰＥ粉末を付着させた以外は、実施例１と同様にして試験片を得た。
【００６１】
（比較例１）
比較例１においては、樹脂層１３を省略した以外は実施例１と同様にして試験片を得た。
【００６２】
（実施例５）
実施例５においては、以下の工程に従って図１に示す構成を有するシート１１を得た。即ち、まず組成物として、液状のシリコーンポリマー（東レダウコーニング株式会社製、ＣＹ５２−２９１）１００質量部と、熱伝導性充填材としての黒鉛化ＰＢＯ炭素繊維５０質量部、酸化アルミニウム粒子、及び水酸化アルミニウム粒子２００質量部と、触媒との、プラネタリーミキサーによる脱泡を行いつつ３０分の混練を行って組成物を調製した。黒鉛化ＰＢＯ炭素繊維の平均繊維径は１０μｍであり、該炭素繊維の平均繊維長は１００μｍであった。酸化アルミニウム粒子として、３．５μｍの平均粒径を有する酸化アルミニウム粒子１００質量部と、１．６μｍの平均粒径を有する酸化アルミニウム粒子１００質量部とを用いた。水酸化アルミニウム粒子の平均粒径は８μｍであった。
【００６３】
次いで、組成物を金型ブレス成形によりシート状に仮成形した。仮成形したシートを磁場発生装置内に載置し、８テスラの磁束密度を有する磁場を組成物に印加して黒鉛化ＰＢＯ炭素繊維を高分子層１２の厚さ方向に沿って配向させた。続いて、恒温槽内でシートの１次加硫（１５０℃／１時間）及び２次加硫工程（１５０℃／２時間）を行って高分子層１２を得た。高分子層１２の厚さは約０．７５ｍｍであり、ＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＥの硬度計によって測定される高分子層１２の硬度は２０であり、高分子層１２の熱伝導率は１５Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００６４】
次に、熱可塑性樹脂粉末１４としての２０μｍの平均粒子径を有するＰＥ粉末を、樹脂層１３の平均厚さが約２０μｍとなるように、３．０ｇ／ｍ２の割合で高分子層１２の一方の表面１２ａ上に付着させた。そして、実施例１と同様にして樹脂層１３を形成して試験片を得た。
【００６５】
（実施例６）
実施例６においては、熱可塑性樹脂粉末１４として２０μｍの平均粒子径を有するＰＰ粉末を用い、１次加硫後のシートの表面上にＰＰ粉末を付着させた後に２次加硫を行ってＰＰ粉末を溶融させた以外は、実施例５と同様にして試験片を得た。ＰＰの付着割合は実施例５のＰＥ粉末と同じである。
【００６６】
（実施例７）
実施例７においては、熱可塑性樹脂粉末１４として２０μｍの平均粒子径を有するＥＶＡ粉末を用い、１次加硫前のシートの表面上にＥＶＡ粉末を付着させた後に１次加硫を行ってＥＶＡ粉末を溶融させた以外は、実施例５と同様にして試験片を得た。ＥＶＡの付着割合は実施例５のＰＥ粉末と同じである。
【００６７】
（比較例２）
比較例２においては、樹脂層１３を省略した以外は実施例５と同様にして試験片を得た。
【００６８】
（比較例３）
比較例３においては、樹脂層１３の代わりに５μｍの厚さを有するＰＥフィルムを高分子層１２の一方の表面１２ａ全体にわたって積層した以外は、実施例５と同様にして試験片を得た。
【００６９】
そして、各例に係る試験片に関して以下の各項目の測定及び評価を行った。それらの結果を表１及び表２に示す。表１中の“シート”欄中の“軟質層の硬度（Ｅ）”欄は、ＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＥの硬度計によって測定される軟質層２１の硬度を示し、“硬質層の硬度（Ｅ）”欄は、前記硬度計によって測定される硬質層２２の硬度を示す。表２中の“高分子層の硬度（Ｅ）”欄は、ＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＥの硬度計によって測定される高分子層１２の硬度を示す。また、各表中において、“樹脂層”欄中の“厚さ（μｍ）”は樹脂層１３の平均厚さ（μｍ）を示すが、比較例３においては樹脂層１３の代わりにＰＥフィルムが用いられることから、比較例３においてはＰＥフィルムの厚さを示す。
【００７０】
＜熱抵抗値＞
実施例１〜４及び比較例１に係る試験片については、図４に示すように、基板２４上の発熱体２５及び放熱体２６で試験片２７を挟持し、放熱体２６上に重り２８を載置して、試験片２７が表１に示す厚さになるまで圧縮されるように荷重を試験片２７に加えた。これは、軟質層２１の硬度が５未満であるために軟質層２１が極めて柔軟であることから、一定の荷重を試験片２７に加えた状態で熱抵抗値を測定した場合に比べて、一定の厚さに圧縮されるように試験片２７に荷重を加えた状態で熱抵抗値を測定した方が、算出された熱抵抗値の信頼性が高まるためである。そして、発熱体２５が発熱した状態で１０分間放置した後、試験片２７における発熱体２５側の外面の温度Ｔ１と放熱体２６側の外面の温度Ｔ２とを測定機２９により測定した。そして、下記式（１）により試験片２７の熱抵抗値を算出した。発熱体２５は通常、ＣＰＵに代表される電子部品であるが、シートの性能評価の簡素化および迅速化のため、本試験では発熱体２５として発熱量が４Ｗであるヒータを用いた。
【００７１】
熱抵抗値（℃／Ｗ）＝（Ｔ１（℃）−Ｔ２（℃））／発熱量（Ｗ）…（１）
一方、実施例５〜７及び比較例２、３に係る試験片２７については、発熱体２５として発熱量が２５Ｗであるヒータを使用し、試験片２７に一定の荷重（５０Ｎ／ｃｍ２）を加えた状態で各温度Ｔ１及びＴ２を測定した以外は、実施例１〜４及び比較例１の場合と同様にして熱抵抗値を算出した。これは、実施例５〜７及び比較例２、３に係る高分子層１２が実施例１〜４及び比較例１に係る軟質層２１の程度にまで柔軟でないことから、一定の荷重が加えられた状態での各試験片２７の熱抵抗値を比較することができるためである。
【００７２】
＜ハンドリング性＞
各例の試験片２７の粘着性に基づいて、該試験片２７のハンドリング性を評価した。各表の“ハンドリング性”欄において、“○”は、試験片２７の粘着性が適度に低く、該試験片２７の取り扱いが容易であったことを示し、“×”は、試験片２７の粘着性が高く、該試験片２７の取り扱いが困難であったことを示す。
【００７３】
【表１】
表１に示すように、実施例１〜４に係るシート１１においては、各項目について優れた評価及び結果が得られた。具体的には、実施例１〜４に係るシート１１は、その粘着性をほとんど感じない程度にまで緩和することができ、ハンドリング性を向上させることができた。更に、硬質層２２と樹脂層１３とにより、ゲル状の軟質層２１の形状を保持することができ、シート１１のハンドリング性を向上させることができた。そのため、実施例１〜４に係るシート１１は、発熱体２５からの放熱体２６への熱伝導の用途において、より好適に使用可能である。更に、実施例１及び実施例２に係るシート１１の熱抵抗値は、実施例３及び実施例４に係るシート１１の熱抵抗値に比べて低かった。この結果より、樹脂層１３の平均厚さを３０μｍ以下にすることにより、シート１１の熱伝導性を高めることができることが分かった。
【００７４】
一方、比較例１に係るシートでは、樹脂層１３が省略されているとともに軟質層２１が高い柔軟性を有していることから、シートの粘着性が高くてその取り扱いが困難であった。
【００７５】
表２に示すように、実施例５〜７に係るシート１１においては、各項目について優れた評価及び結果が得られた。具体的には、実施例５〜７に係るシート１１は、その粘着性をほとんど感じない程度にまで緩和することができ、ハンドリング性を向上させることができた。更に、実施例５〜７に係る樹脂層１３は比較例３に係るＰＥフィルムに比べて厚く形成されているが、実施例５〜７に係るシート１１は、比較例３に係るシートに比べて熱抵抗値を大幅に低下させて熱伝導性を高めることができた。これは、比較例３に係るシートは、高分子層１２上に積層されたフィルムにより、実施例５〜７に係るシート１１に比べて圧縮され難くなったためと考えられる。
【００７６】
一方、比較例２に係るシートでは、樹脂層１３が省略されていることから、シートの粘着性が高くてその取り扱いが困難であった。比較例３に係るシートでは、前述したように熱抵抗値が高く、実施例５〜７に係るシートに比べて熱伝導性が劣っていた。
【００７７】
更に、実施例１〜７に係るシート１１では、比較例３に係るシートに比べてシート１１の裁断を容易に行うことができた。これは以下の理由によるものと考えられる。即ち、溶融していない熱可塑性樹脂粉末１４が樹脂層１３中に存在しており、例えば該粉末１４が樹脂層１３の表面上に露出している。そのため、フィルムに比べて樹脂層１３の引き裂き強度は測定不能な程に小さく、該樹脂層１３がフィルムに比べて引き裂かれ易い。
【００７８】
（実施例８）
実施例８においては、実施例１と同様にしてシート１１を得た。そして、熱可塑性樹脂粉末１４の付着前における軟質層２１の表面２１ａと、樹脂層１３の表面１３ａとの算術平均粗さＲａ、最大高さＲｙ、及び十点平均粗さＲｚを、超深度形状測定顕微鏡（株式会社キーエンス製、ＶＫ８５００）を用いて測定した。測定領域は３００μｍ四方（９００００μｍ２）であった。また、測定を異なる個所にて３回行った。軟質層２１の表面における測定結果を表３に示し、樹脂層１３の表面における測定結果を表４に示す。表３及び表４において、“長さ（Ｘ）（μｍ）”は測定領域のＸ軸方向における長さを示し、“長さ（Ｙ）（μｍ）”は測定領域のＹ軸方向における長さを示し、“面積（μｍ２）”は測定領域の面積を示す。更に、１回目の測定の際の軟質層２１の表面２１ａの３Ｄ画像を図５に示し、１回目の測定の際の樹脂層１３の表面１３ａの表面の３Ｄ画像を図６に示す。
【００７９】
【表２】
表３、４及び図５、６に示すように、樹脂層１３の表面粗さは、軟質層２１の表面粗さに比べて高かった。これは、樹脂層１３の厚さが不均一であり、且つ樹脂層１３の表面１３ａに複数の突部１３ｂが形成されているためと考えられる。そのため、表面粗さが適度に高い樹脂層１３によりシート１１の粘着性を低下させ、該シート１１のハンドリング性を高めることができることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】（ａ）は第１実施形態に係る熱伝導性シートを示す斜視図、（ｂ）は熱伝導性シートを示す断面図。
【図２】（ａ）は第２実施形態に係る熱伝導性シートを示す斜視図、（ｂ）は熱伝導性シートを示す断面図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は熱伝導性シートの電子顕微鏡写真を示す図。
【図４】熱抵抗値の求め方を示す概略図。
【図５】軟質層の表面粗さを示す図。
【図６】樹脂層の表面粗さを示す図。
【符号の説明】
【００８１】
１１…熱伝導性シート、１２…熱伝導性高分子層、１２ａ…表面、１３…樹脂層、１３ａ…表面、１３ｂ…突部、１４…熱可塑性樹脂粉末、２１…軟質層、２２…硬質層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子マトリックスと、熱伝導性充填材とを含有する熱伝導性高分子組成物から成形される熱伝導性高分子層と、
前記熱伝導性高分子層の一対の表面の内の少なくとも一方の表面上に熱可塑性樹脂粉末が付着した後に該粉末が溶融することにより形成される樹脂層とを備えることを特徴とする熱伝導性シート。
【請求項２】
前記樹脂層の一対の表面において外方に露出している表面上に突部が形成されている請求項１に記載の熱伝導性シート。
【請求項３】
前記樹脂層の平均厚さが３０μｍ以下に設定されている請求項１又は請求項２に記載の熱伝導性シート。
【請求項４】
前記熱可塑性樹脂粉末がポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、及びエチレン酢酸ビニル共重合体樹脂から選ばれる少なくとも一種から形成されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱伝導性シート。
【請求項５】
前記熱伝導性高分子層が、ゲル状の軟質層と、該軟質層に比べて高い硬度を有する硬質層とを備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の熱伝導性シート。
【請求項６】
熱伝導性シートの製造方法であって、
高分子マトリックスと、熱伝導性充填材とを含有する熱伝導性高分子組成物を調製する工程、
前記熱伝導性高分子組成物から熱伝導性高分子層を成形する工程、
前記熱伝導性高分子層の一対の表面の内の少なくとも一方の表面上に熱可塑性樹脂粉末を付着させる工程、及び
前記熱可塑性樹脂粉末を加熱して該粉末を溶融させた後、溶融した熱可塑性樹脂を固化させて樹脂層を形成する工程を備えることを特徴とする方法。
【請求項１】
高分子マトリックスと、熱伝導性充填材とを含有する熱伝導性高分子組成物から成形される熱伝導性高分子層と、
前記熱伝導性高分子層の一対の表面の内の少なくとも一方の表面上に熱可塑性樹脂粉末が付着した後に該粉末が溶融することにより形成される樹脂層とを備えることを特徴とする熱伝導性シート。
【請求項２】
前記樹脂層の一対の表面において外方に露出している表面上に突部が形成されている請求項１に記載の熱伝導性シート。
【請求項３】
前記樹脂層の平均厚さが３０μｍ以下に設定されている請求項１又は請求項２に記載の熱伝導性シート。
【請求項４】
前記熱可塑性樹脂粉末がポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、及びエチレン酢酸ビニル共重合体樹脂から選ばれる少なくとも一種から形成されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱伝導性シート。
【請求項５】
前記熱伝導性高分子層が、ゲル状の軟質層と、該軟質層に比べて高い硬度を有する硬質層とを備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の熱伝導性シート。
【請求項６】
熱伝導性シートの製造方法であって、
高分子マトリックスと、熱伝導性充填材とを含有する熱伝導性高分子組成物を調製する工程、
前記熱伝導性高分子組成物から熱伝導性高分子層を成形する工程、
前記熱伝導性高分子層の一対の表面の内の少なくとも一方の表面上に熱可塑性樹脂粉末を付着させる工程、及び
前記熱可塑性樹脂粉末を加熱して該粉末を溶融させた後、溶融した熱可塑性樹脂を固化させて樹脂層を形成する工程を備えることを特徴とする方法。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２４１４４０（Ｐ２００９−２４１４４０Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９１４１１（Ｐ２００８−９１４１１）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００２３７０２０）ポリマテック株式会社 (234)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００２３７０２０）ポリマテック株式会社 (234)
【Ｆターム（参考）】
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