熱拡散シート及びその実装方法
【課題】面方向の熱伝導率がよく、グラファイトシートよりも一回り大きい熱伝導性粘着層を放熱板へ貼り付けることでグラファイト部分が封止される構造をもち、信頼性のある安価で熱を放熱板へ伝熱させる特性を有する熱拡散シートを提供する。
【解決手段】熱拡散シート(10)は、グラファイトシート(3)主表面の両面に熱伝導性粘着層(2,5)を貼り合わせており、第１面の熱伝導性粘着層(2)はグラファイトシート(3)と実質的に同サイズであり、第２面の熱伝導性粘着層(5)は第１面の熱伝導性粘着層(2)よりも相対的に大きいサイズであり、グラファイトシート(3)より全周囲が突出しており、第１面及び第２面の熱伝導性粘着層(2,5)の粘着力は、初期と比較して、40℃で168時間暴露した後の粘着力減少率が20%以下であり、第１面及び第２面の熱伝導性粘着層(2,5)のポリマー成分の硬化物は、熱伝導率が0.6W/m・K以上である。
【解決手段】熱拡散シート(10)は、グラファイトシート(3)主表面の両面に熱伝導性粘着層(2,5)を貼り合わせており、第１面の熱伝導性粘着層(2)はグラファイトシート(3)と実質的に同サイズであり、第２面の熱伝導性粘着層(5)は第１面の熱伝導性粘着層(2)よりも相対的に大きいサイズであり、グラファイトシート(3)より全周囲が突出しており、第１面及び第２面の熱伝導性粘着層(2,5)の粘着力は、初期と比較して、40℃で168時間暴露した後の粘着力減少率が20%以下であり、第１面及び第２面の熱伝導性粘着層(2,5)のポリマー成分の硬化物は、熱伝導率が0.6W/m・K以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体部品の熱伝導部品、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、液晶表示装置（ＬＣＤ）などの画像表示装置の発熱部からの熱を拡散させる熱拡散シート及びその実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ（ＣＰＵ）、トランジスタ、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体、パワーモジュール、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、液晶表示装置（ＬＣＤ）などは使用中に発熱し、その熱のため電子部品の性能が低下することがある。そのため発熱するような電子部品には放熱体が取り付けられる。グラファイトシートは面方向の熱伝導率が非常によいことが知られている。この熱伝導率を利用して放熱材料として活用することは従来から知られている。グラファイトシート単独ではもろく扱いにくいためフィルムで補強し、同時に電気絶縁性も付与している。実際に放熱シートを実装するには発熱体あるいは放熱体に仮固定する必要があり、その必要性から両面テープあるいはグラファイトシートに直接、粘着剤を載せて粘着層を設けることが提案されている（特許文献１）。グラファイトシートを発光ダイオードや液晶表示装置（ＬＣＤ）に適用した例は特許文献２〜３で提案されている。
【０００３】
一方、グラファイトシートは導電性があり、もろい性質があり、半導体などは電気回路上に実装される場合、導電性であるグラファイトシートから剥離したグラファイト粉が電気回路上に落ちて短絡することもある。このような問題を解決するため、特許文献４では、グラファイトシートの両面に支持フィルムを配置し、端面にスペーサーを入れて一体化することが提案されている。
【０００４】
しかし、特許文献４では、粘着層自体は熱絶縁性であるため、熱伝導に関して更なる改良が必要である。一般的に両面テープは薄いフィルムが芯としてあり、その両面に粘着層が設けられているものが使われる場合が多い。グラファイトシートを補強するという意味が大きいが、フィルムが芯として挿入されていないとグラファイトシートが粘着層を構成している物質を吸収してしまうため経時変化で粘着力が低下する問題がある。とくにグラファイトシートに粘着層を直接設ける場合は、経時変化で粘着力が低下する現象が目立つ。また、両面テープ、粘着剤は熱伝導率が低いものが多く、せっかく面方向の熱伝導率が高いグラファイトシートを用いてもグラファイトシートに達するまでの材料の熱伝導率が低くては「熱を伝える」という効率面では好ましくはなかった。
【０００５】
従来の技術では両面テープ、粘着剤、絶縁フィルムは熱伝導率が低いものが多く、せっかく横の熱伝導率が高いグラファイトシートを用いてもグラファイトシートに達するまでの材料の熱伝導率が低くては「熱を伝える」という効率からいえば問題があった。
【特許文献１】特開平１１−３１７４８０号公報
【特許文献２】特開２００７−１０８５４７号公報
【特許文献３】特開２００８−０２８３５２号公報
【特許文献４】特開２００７−０４４９９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこれら従来の問題を改良し、面方向の熱伝導率がよく、グラファイトシートよりも一回り大きい熱伝導性粘着層を放熱板へ貼り付けることでグラファイト部分が封止される構造をもち、信頼性のある安価で熱を放熱板へ伝熱させる特性を有する熱拡散シート及びその実装方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の熱拡散シートは、グラファイトシート主表面の両面に熱伝導性粘着層を貼り合わせた熱拡散シートであって、
第１面の熱伝導性粘着層は前記グラファイトシートと実質的に同サイズであり、
第２面の熱伝導性粘着層は前記第１面の熱伝導性粘着層よりも相対的に大きいサイズであり、前記グラファイトシートより全周囲が突出しており、
前記第１面及び第２面の熱伝導性粘着層の粘着力は、初期と比較して、４０℃で１６８時間暴露した後の粘着力減少率が２０％以下であり、
前記第１面及び第２面の熱伝導性粘着層のポリマー成分の硬化物は、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の熱拡散シートの実装方法は、グラファイトシート主表面の両面に直接熱伝導性粘着層を貼り合わせた熱拡散シートを放熱板に実装する方法であって、
第１面の熱伝導性粘着層は前記グラファイトシートと実質的に同サイズであり、
第２面の熱伝導性粘着層は前記第１面の熱伝導性粘着層よりも相対的に大きいサイズであり、前記グラファイトシートより全周囲が突出しており、
前記第１面及び第２面の熱伝導性粘着層の粘着力は、初期と比較して、４０℃で１６８時間暴露した後の粘着力減少率が２０％以下であり、
前記第１面及び第２面の熱伝導性粘着層のポリマー成分の硬化物は、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、
前記グラファイトシートと実質的に同サイズの熱伝導性粘着層を放熱板に貼り付け、前記相対的に大きいサイズの熱伝導性粘着層の突出部を放熱板に貼り付けることにより前記グラファイトシートの端面部分を封止することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の熱拡散シートは、直接グラファイトシートに熱伝導性粘着層を設けており、面方向の熱伝導率がよく、グラファイトシートよりも一回り大きい熱伝導性粘着層を放熱板へ貼り付けることでグラファイト部分が封止される構造をもち、信頼性のある安価で熱を放熱板へ伝熱させる特性を有する。また、放熱板に貼り付ける際にはグラフファイトシートの端面部分は封止され、実装後であってもグラファイトシートの端面からグラファイト粉が剥離又は崩壊による落脱がなく、電気回路上の実装においても短絡の心配がなく、信頼性がある熱拡散シートが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は本発明の一実施例における熱拡散シートの断面図である。
【図２】図２は本発明の一実施例における熱拡散シートを放熱器に貼り付けた状態の断面図である。
【図３】図３は同実施例における熱拡散シートの製造工程で使用する打ち抜き型を示す平面図である。
【図４】図４Ａは本発明の一実施例における熱拡散シートの製造工程平面図、図４Ｂは同断面図である。
【図５】図５は本発明の一実施例における熱拡散シートの製造工程断面図である。
【図６】図６Ａは本発明の一実施例における熱拡散シートを放熱器に貼り付けた状態の平面図、図６Ｂは同断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の熱拡散シートは、グラファイトシート主表面の両面に直接熱伝導性粘着層を貼り合わせてあり、第１面の熱伝導性粘着層は前記グラファイトシートと実質的に同サイズであり、第２面の熱伝導性粘着層は前記第１面の熱伝導性粘着層よりも相対的に大きいサイズであり、前記グラファイトシートより全周囲が突出しており、前記グラファイトシートと実質的に同サイズの熱伝導性粘着層を放熱板に貼り付け、前記相対的に大きいサイズの熱伝導性粘着層の突出部を放熱板に貼り付けることにより前記グラファイトシートの端面部分が封止可能である。前記において、実質的とは±１ｍｍ以下を言う。
【００１２】
熱伝導性粘着層はポリマー成分と熱伝導性フィラーを含む組成物であることが好ましい。ポリマー成分はポリシロキサン（シリコーンポリマー），ポリアクリル，ポリオレフィンであることが好ましい。耐熱性、フィラーの充填しやすさの点からポリシロキサンであることが好ましい。しかし、用途によってはポリシロキサンが嫌われる場合もあり用途によって適宜ポリマーは選択する。ポリマー分は硬化後ゴム弾性であることが好ましいが、保形性の有る粘着剤のようなものでもよい。特にシリコーン粘着剤はポリシロキサンの一種であるレジンとガムと呼ばれるもので構成され、耐熱性はポリアクリル，ポリオレフィンよりも高い。
【００１３】
熱伝導性フィラーは金属酸化物，セラミックス粉体などがあり、フィラー自体は電気絶縁性であることが好ましい。金属酸化物，セラミックス粉体にはさまざまな種類，形状などがあり公知のものが使用できる。さらにこれらには表面処理をしてもよい。また、電気絶縁性のないフィラーに絶縁膜を生させ電気絶縁性を付与したフィラーとして使用することもできる。
【００１４】
熱伝導性フィラーの添加量は、ポリマー成分１００重量部に対してフィラー１００〜３０００重量部であることが好ましい。フィラーを添加しすぎると熱伝導性粘着層の粘着が低下するので熱伝導率とのバランスが大事である。
【００１５】
ポリマー成分には必要に応じて可塑剤を添加してもよい。グラファイトシートはオイルを吸収しやすいためグラファイトシートに貼り合わせた熱伝導性粘着層の組成が変化し粘着が低下しやすくなるので、可塑剤としてオイルは極略避ける必要がある。
【００１６】
ポリマー成分にはフィラー以外に難燃剤，耐熱剤，顔料，加硫剤，硬化剤を添加することができる。
【００１７】
グラファイトシートは高分子フィルムをグラファイト化する方法と天然黒鉛，膨張黒鉛を粉末にし、圧延によってシート化する方法によって製造される。高分子フィルムをグラファイト化する方法は横方向の熱伝導率が高いという特徴がある。天然黒鉛，膨張黒鉛を粉末にし、圧延によってシート化する方法は安価であることが特徴である。熱拡散の用途の場合ある程度の熱伝導率があればよいので天然黒鉛，膨張黒鉛を粉末にし、圧延によってシート化する方法によるグラファイトシートを使うのが好ましい。
【００１８】
相対的に大きいサイズの熱伝導性粘着層は、転写しやすくするためとグラファイトシート端面を完全に封止する必要性があることから、グラファイトシートよりも全周囲を１ｍｍ以上突出させるのが好ましい。より好ましくは２〜１０ｍｍ、とくに好ましいのは３〜５ｍｍ突出させる。前記において、熱伝導性粘着層をグラファイトシートよりも全周囲を１ｍｍ以上突出させるとは、例えばグラファイトシートが４角形の場合は、熱伝導性粘着層の１辺の各々の端部がグラファイトシートより１ｍｍ以上長いことを言う。別の例として、グラファイトシートが円形の場合は、熱伝導性粘着層の半径がグラファイトシートの半径より１ｍｍ以上長いことを言う。
【００１９】
熱伝導性粘着層の厚みは０．１〜５．０ｍｍであることが好ましい。グラファイトシートの厚みは６０〜５００μｍであることが好ましい。よって製品の総厚みは０．２６〜１０．５ｍｍの範囲になるが、より好ましい厚みは０．１〜１．５ｍｍである。前記の範囲であれば、半導体等の発熱部品に組み込むのに都合よい。
【００２０】
グラファイトシート両表面の熱伝導性粘着層の粘着力は、初期と比較して、４０℃で１６８時間暴露した後の粘着力減少率は２０％以下が好ましい。これにより、長期間粘着力を保持できる。さらに好ましい粘着力減少率は１０％以下である。また、熱伝導性粘着層の初期の粘着力は０．５〜１０．０Ｎ／ｃｍであることが好ましい。この範囲であれば放熱板に貼り付けやすく、剥離しにくい。
【００２１】
前記熱伝導性粘着層の粘着力は、ポリシロキサン（シリコーンポリマー）の場合、（Ａ）ビニル含有リニアシリコーンと、（Ｂ）ビニル官能性がなく（Ａ）成分と相溶するシリコーンレジンと、（Ｃ）１分子中のＳｉＨ基数が平均で２．５〜４のシリコーンであってＳｉＨとビニル基の比は０．３〜３．０と、（Ｄ）白金触媒と、（Ｅ）熱伝導性フィラーとを混合し、加硫することにより発現できる。
【００２２】
グラファイトシートの両面の熱伝導性粘着層は同じ材料を貼り合わせても良いし、異なった材料を貼り合わせても良い。例えば、第１面の熱伝導性粘着層の粘着力と第２面の熱伝導性粘着層の粘着力と差があってもよい。好ましくはグラファイトシート実質的に同サイズの第１面の熱伝導性粘着層Ａと、前記一回り大きい第２面の熱伝導性粘着層Ｂとでは、ＡはＢの１〜１０倍粘着力が高いことが好ましい。
【００２３】
また、第１面の熱伝導性粘着層の硬度と第２面の熱伝導性粘着層の硬度と差にあっても良い。好ましくはグラファイトシート実質的に同サイズの第１面の熱伝導性粘着層Ａと、前記一回り大きい第２面の熱伝導性粘着層Ｂとでは、ＡはＢの０．５〜２倍硬度が高いことが好ましい。
【００２４】
グラファイトシートの横方向の熱伝導率は１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることがさらに熱拡散性を向上するために好ましい。
【００２５】
グラファイトシートは４０℃における放射度が０．３〜０．９５であることが好ましい。放射度が高いと赤外線として空気中に熱が逃げる可能性が高いためである。グラファイトシート以外の部分、例えば両面テープやゴムの部分の放射度は０．５以上であることが好ましい。
【００２６】
前記熱伝導性粘着層は、ポリマー成分としてポリシロキサン（シリコーンポリマー），ポリアクリル又はポリオレフィンを使用し、前記ポリマー成分に熱伝導性フィラーが添加されたコンパウンドから構成され、その硬化物の熱伝導率は０．６Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。熱伝導率が０．６Ｗ／ｍ・Ｋ以上であれば、半導体等の発熱部品からの熱を効率的に拡散移動できる。この熱伝導率はポリマー成分と熱伝導性フィラーの種類及び添加量によって決めることができる。
【００２７】
また、熱拡散シートの熱抵抗値は０．２〜５．０℃・ｃｍ2／Ｗであり、電気絶縁性が２００ＭΩ以上であることが好ましい。熱抵抗値が前記の範囲であると、半導体等の発熱部品からの熱を効率的に拡散移動できる。また電気絶縁性が前記の範囲であると電気的短絡事故の発生も起きない。この熱抵抗値はポリマー成分と熱伝導性フィラーの種類及び添加量によって決めることができる。
【００２８】
グラファイトシートの放射度はグラファイトシートの製造方法によって違ってくる。圧延など方法は表面が鏡面上になり放射度が低くなる。テープなどの高分子品は放射度が５０％以上になる。近年は熱対策にサーモグラフを用いる場合が多い。そのサーモグラフを使う際に放射度を設定しないと精密な熱分析ができない。そのため放射度を明記することによって熱分析の手助けとなる。
【００２９】
グラファイトシートに熱伝導性粘着層を載せる方法にはナイフコーター，圧延，プレス，ラミネート，スクリーン印刷などがありどれを用いてもよい。場合によっては熱伝導性粘着層材料を溶剤などで希釈しインク化してグラファイトシートに載せてもよい。
【００３０】
グラファイトシートと熱伝導性粘着層の接着を強固にするため必要に応じてプライマー処理をしてもよい。プライマー処理剤は選択するポリマーの種類によって選択ができる。
【００３１】
リール巻き仕様とは長尺の離型フィルム上に熱拡散シートが整然と並んだ仕様のことをいう。さまざまな仕様形態があるが長尺フィルム上に熱拡散シートが自己の粘着で保持され、熱拡散シートが所定の大きさに規則的にカットあるいは打ち抜きされているなど規則的に並んでおり,最終的には巻物形態になるのが好ましい。これによって熱拡散シートを貼る作業が自動化できる。
【００３２】
次に図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施例における熱拡散シートの断面図である。この熱拡散シートは、グラファイトシート３の両面に直接熱伝導性粘着層２，５を貼り合わせている。熱伝導性粘着層２はグラファイトシート３と実質的に同サイズであり、反対面の熱伝導性粘着層５は熱伝導性粘着層２よりも相対的に大きいサイズであり、グラファイトシート３より４辺とも突出している。１，４は保護シートである。保護シート１はエンボス処理されたポリエチレンフィルムが好ましく、保護シート４は剥離処理されたポリエステルフィルムが好ましい。
【００３３】
前記熱拡散シートを放熱器に貼り付ける際は、図２に示すように、まず保護シート１を剥ぎ取り、熱伝導性粘着層２を放熱器６に貼り付け、次いで保護シート４の上から手で押圧し、保護シート４を除去する。その結果、グラファイトシート３の端面部分が封止される。１０は熱拡散シートである。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明する。本発明は下記の実施例に限定されない。
【００３５】
熱伝導性粘着層は以下のように用意した。
【００３６】
（熱伝導性粘着材料Ａ）
シリコーンポリマー（ＸＥ１４−Ｃ２０６８：モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ）１００重量部に対してアルミナ（ＡＳ２０：昭和電工社）２００重量部，酸化鉄５重量部添加しプラネタリーミキサーで１０分脱泡しながら撹拌しコンパウンドとした。
【００３７】
（熱伝導性粘着材料Ｂ）
ポリイソブチレンポリマ−（ＥＰ２００Ａ：カネカ社）１００重量部に対してアルミナ（ＡＳ２０：昭和電工社）２００重量部，架橋剤（ＣＲ３００：カネカ社）５重量部，白金触媒：ＰＴ−ＶＴＳＣ−３．０ＩＰＡ（ユミコアプレシャスメタルズ・ジャパン社）０．３重量部，遅延剤：サーフィノール６１（日信化学工業）０．１重量部，酸化鉄５重量部添加しプラネタリーミキサーで１０分脱泡しながら撹拌しコンパウンドとした。
【００３８】
（熱伝導性粘着材料Ｃ）
シリコーン粘着材（ＴＳＲ１５１０：モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製）１１０重量部に対してアルミナ（ＡＳ２０：昭和電工社）１００重量部，酸化鉄５重量部，キシレン８０重量部添加し、プラネタリーミキサーで１０分撹拌して塗工液とした。
【００３９】
（熱伝導性粘着材料Ｄ）
シリコーンポリマー（ＸＥ１４−Ｃ２０６８：モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ）１００重量部に対してアルミナ（ＡＳ２０：昭和電工社）１００重量部，架橋剤（ＴＳＦ４８４：モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ）０．１重量部，酸化鉄５重量部添加しプラネタリーミキサーで１０分脱泡しながら撹拌しコンパウンドとした。
【００４０】
（粘着材料Ｅ）
シリコーン粘着材（ＴＳＲ１５１０：モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製）１１０重量部に対してキシレン５０重量部添加し塗工液とした。
【００４１】
粘着材料と熱伝導粘着材料１〜４の物性を表１にまとめて示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】
（備考）
硬度 ：ＡＳＴＭ Ｄ２２４０ タイプＣで測定。
熱伝導率：ＡＳＴＭ Ｄ５４７０
粘着力 ：ＪＩＳ Ｚ０２３７（被接着体 アルミ板）
粘着力測定のための試験サンプルは以下のように作成した。
【００４４】
（実験番号１及び２）
フッ素離型処理をしたポリエステルフィルムと厚み１００μｍの無処理のポリエステルフィルムに熱伝導性粘着材料を挟み無処理のポリエステルフィルム面から５ＭＰでプレス加圧をして押圧し、１２０℃で６０分加熱した。冷却後、フッ素離型処理をしたポリエステルフィルムを剥がすことにより、０．２ｍｍ厚の熱伝導性粘着層を無処理のポリエステルフィルムに貼り合わせた。
【００４５】
（実験番号３及び４、５）
塗工液をナイフコートで厚み１００μｍの無処理のポリエステルフィルムに塗工した。これを３０分風乾し、さらに１２０℃で１０分硬化させた。粘着層の厚みは５０μｍとした。
【００４６】
上記、熱伝導性粘着材料，粘着材料の他、以下グラファイトシートを用意した。グラファイトシート（ＴＹＫグラファイトシート：明智セラミックス社）厚み：８０μｍ，２５０μｍ、熱伝導率：４００Ｗ／ｍ・Ｋ、放射度：０．４０。放射度は表面温度４０℃において、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ，日本電子社製ＪＩＲ−５５００型，赤外放射ユニットＩＲ−ＩＲＲ２００、検出器ＭＣＴ，測定波長範囲４．５〜２０μｍ、分解能１６ｃｍ-1、積算回数５００回）を用いて積分放射度として求めた。次に、以下の実施例のように熱拡散シートを作成した。
【００４７】
（実施例１〜４）
実施例１〜４は、同一種類で大きさの異なる熱伝導性粘着層をグラファイト層の上下に挟んだ例を示す。フッ素離型処理をしたポリエステルフィルム上の前記熱伝導性粘着材料Ａの層（実施例１〜２）あるいはＢ（実施例３〜４）とグラファイトシートをラミネート加工し、その上に０．２５ｍｍの厚さの前記熱伝導性粘着層Ａ（実施例１〜２）あるいはＢ（実施例３〜４）を設けた。図４Ａ−Ｂを用いて説明すると、ポリエステルフィルム１の上に熱伝導性粘着層２を設け、その上に熱伝導性粘着層２と同一の大きさのグラファイトシート３をラミネート加工により位置あわせして重ねて積層した。フッ素離型処理をしたポリエステルフィルム上の熱伝導性粘着層５を図４Ａ−Ｂのグラファイトシート３よりも４辺とも各５ｍｍ大きいもので打ち抜き、バリ部を除去した。グラファイトシートの大きさは、幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さは表２に示すとおりである。図５において、４はフッ素処理したポリエステルフィルム、５は熱伝導性粘着層５である。図４Ａ−Ｂの積層シートと図５の積層シートを貼り合わせることで、図１の積層シートが得られた。
【００４８】
得られた熱拡散シートの特性は、表２にまとめて示す。
【００４９】
（比較例１〜４）
各厚みのグラファイトシートに前記粘着材料Ｅ、又は前記熱伝導性粘着材料Ｃをナイフコートで塗工した。これを３０分風乾し、さらに１２０℃で１０分硬化させた。粘着厚みは５０μｍであった。その粘着面にフッ素離型フィルムを貼った。図１を用いて説明すると、グラファイトシート３の上に前記粘着材料Ｅ、又は前記熱伝導性粘着材料Ｃ（２）を形成し、その上にポリエステルフィルム１を貼り付けた。これ以外は実施例１〜４と同じである。
【００５０】
これらの方法で得た熱拡散シートの実験結果を以下の表２に示す。
【００５１】
【表２】
【００５２】
測定方法は以下のようにおこなった。
（熱抵抗値）
ＡＳＴＭ Ｄ５４７０にしたがった。
（ＬＥＤの温度）
５Ｗの出力のあるＬＥＤと電源（電流０．６Ａ 電圧１０Ｖ）で回路を作った。幅３５ｍｍ、長さ１１０ｍｍ、厚さ５ｍｍのステンレス板上の中央に実験例１〜４，比較例１〜２にて作成した幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍの熱拡散シートを置いた。ＬＥＤ１個を熱拡散シートの粘着性を利用して固定した。ＬＥＤの大きさは幅８ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚さ２．５ｍｍであり、このＬＥＤの固定場所は、幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍの熱拡散シートの中心部（中央部）とした。電源を入れて２時間後にＬＥＤの発熱温度をサーモグラフ（アピステ社製）で測定した。
（粘着力）
測定方法はＪＩＳ Ｚ０２３７にしたがった。熱拡散シートを粘着させるための被接着体はアルミ板とした。暴露は実験例１〜４，比較例１〜４にて作成した幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍの熱拡散シートの粘着面を剥き出しかつ上面にして１００℃、１６８時間熱風循環式オーブンで暴露した。
【００５３】
（実施例５，６）
実施例５〜６は、異なった種類で大きさの異なる熱伝導性粘着層をグラファイト層の上下に挟んだ例を示す。グラファイトシートに粘着材料、熱伝導性粘着材料Ｄをナイフコートで塗工した。これを３０分風乾し、さらに１２０℃で１０分硬化させた。粘着厚みは５０μｍであった。その粘着面にフッ素離型フィルムを貼った。これのグラファイトシート面から、図３に示す打ち抜き型７で熱伝導性粘着側のポリエステルフィルムを離型台紙にして打ち抜いた。続いてバリの部分は除去した。得られたシートの平面図を図４Ａに示し、断面図を図４Ｂに示す。図４Ａ−Ｂにおいて、１はフッ素処理したポリエステルフィルム、２は熱伝導性粘着層Ｄ、３はグラファイトシートである。
【００５４】
フッ素離型処理をしたポリエステルフィルム上の熱伝導性粘着層Ａを図３の刃よりも４辺とも各５ｍｍ大きいもので打ち抜き、バリ部を除去した。グラファイトシートの大きさは、縦２５ｍｍ、横
１００ｍｍ、厚さは表３に示すとおりである。図５において、４はフッ素処理したポリエステルフィルム、５は熱伝導性粘着層Ａである。図４Ａ−Ｂの積層シートと図５の積層シートを貼り合わせることで、図１の積層シートが得られた。
【００５５】
得られた熱拡散シート１０を放熱装置６とＬＥＤからなるライトバー１１に応用した例を図６Ａ−Ｂに示す。図６はＬＥＤからなるライトバー１１と放熱器６との間に熱拡散シート部分１０を介在させたときの平面図である。図６Ｂは同断面図である。１２は放熱装置である。熱拡散シート１０は、図２に示す状態で放熱器６に貼り付けられている。ライトバー１１から発生する熱は、熱拡散シート１０を通過して放熱器６に効率よく移動した。熱拡散シートは均熱化にも優れていた。
【００５６】
（比較例５，６）
比較例５，６においては、グラファイトシートの片面を両面テープ、もう片面を片面粘着材付きフィルムで貼った熱拡散シートも作成した。グラファイトシートに厚さ３０μｍの両面テープを貼り、もう片面に同じ厚みの片面粘着材付きフィルムを貼った。
【００５７】
実施例５，６と比較例５，６の条件と結果を表３にまとめて示す。
【００５８】
【表３】
【００５９】
（絶縁性）
オームメータにて熱拡散シートの端面に端子をあてたときの抵抗値を測定した。
【００６０】
（考察）
（１）実施例１，２はグラファイトシートに直接、熱伝導性粘着材を載せた例である。グラファイトシートに直接、熱伝導性粘着材を載せたにもかかわらず経時的な粘着力の低下は小さかった。一方、比較例１，２のシリコーン粘着材を直接グラファイトシートに貼り合わせた例ではグラファイトシートがシリコーン粘着材に含有される可塑剤を吸収するため、粘着力が経時的に低下した。
（２）実施例１，２はシリコーンポリマーの一種であるシリコーンゴムにフィラーを添加したもので比較例３，４はシリコーンポリマーの一種であるシリコーン粘着材にフィラーを添加したものである。両例ともポリマー成分に対してフィラーが添加されているにもかかわらず、実施例１，２は経時的な粘着力の低下は小さかった。それに対して比較例３，４は顕著に粘着力が経時的に低下した。
しかも、実施例１，２は比較例３，４に対してベースポリマーに対するフィラー添加量が多いにもかかわらず経時的な粘着力の低下は小さかった。
同様にポリマー成分としてイソブチレンポリマーを使用した実施例３，４でも経時的な粘着力の低下は小さかった。実施例３，４は比較例３，４に対してベースポリマーに対するフィラー添加量が多いにもかかわらず経時的な粘着力の低下は小さかった。
（３）実施例１〜６の熱伝導性粘着材料の熱伝導率は比較例１，２よりも高いため実施例１〜６の熱抵抗値は比較例１，２よりも低くなった。それら伴いＬＥＤの温度は、実施例１〜６は比較例１，２よりも低くなった。
（４）実施例１〜４は比較例３，４と比較するとＬＥＤの温度は若干高い。しかしながら、比較例３，４は粘着力が経時的に低下したため、好ましくなかった。
（５）比較例５，６はグラファイトシートの片面には厚さ３０μｍの両面テープ（熱伝導率０．３Ｗ／ｍ・ｋ）が貼ってあり、その反対面は厚み３０μｍの片面粘着材付きフィルム（熱伝導率０．３Ｗ／ｍ・ｋ）が貼ってある。そのため熱伝達の邪魔になる厚さ３０μｍの両面テープと片面粘着付きフィルムにより、実施例５，６は比較例５，６と比較して熱抵抗値は低く、ＬＥＤ温度も低い数値となった。
【符号の説明】
【００６１】
１，４ 保護シート
２，５ 熱伝導性粘着層
３ グラファイトシート
６ 放熱器
７ 打ち抜き型
１０ 熱拡散シート
１１ ライトバー
１２ 放熱装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体部品の熱伝導部品、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、液晶表示装置（ＬＣＤ）などの画像表示装置の発熱部からの熱を拡散させる熱拡散シート及びその実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ（ＣＰＵ）、トランジスタ、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体、パワーモジュール、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、液晶表示装置（ＬＣＤ）などは使用中に発熱し、その熱のため電子部品の性能が低下することがある。そのため発熱するような電子部品には放熱体が取り付けられる。グラファイトシートは面方向の熱伝導率が非常によいことが知られている。この熱伝導率を利用して放熱材料として活用することは従来から知られている。グラファイトシート単独ではもろく扱いにくいためフィルムで補強し、同時に電気絶縁性も付与している。実際に放熱シートを実装するには発熱体あるいは放熱体に仮固定する必要があり、その必要性から両面テープあるいはグラファイトシートに直接、粘着剤を載せて粘着層を設けることが提案されている（特許文献１）。グラファイトシートを発光ダイオードや液晶表示装置（ＬＣＤ）に適用した例は特許文献２〜３で提案されている。
【０００３】
一方、グラファイトシートは導電性があり、もろい性質があり、半導体などは電気回路上に実装される場合、導電性であるグラファイトシートから剥離したグラファイト粉が電気回路上に落ちて短絡することもある。このような問題を解決するため、特許文献４では、グラファイトシートの両面に支持フィルムを配置し、端面にスペーサーを入れて一体化することが提案されている。
【０００４】
しかし、特許文献４では、粘着層自体は熱絶縁性であるため、熱伝導に関して更なる改良が必要である。一般的に両面テープは薄いフィルムが芯としてあり、その両面に粘着層が設けられているものが使われる場合が多い。グラファイトシートを補強するという意味が大きいが、フィルムが芯として挿入されていないとグラファイトシートが粘着層を構成している物質を吸収してしまうため経時変化で粘着力が低下する問題がある。とくにグラファイトシートに粘着層を直接設ける場合は、経時変化で粘着力が低下する現象が目立つ。また、両面テープ、粘着剤は熱伝導率が低いものが多く、せっかく面方向の熱伝導率が高いグラファイトシートを用いてもグラファイトシートに達するまでの材料の熱伝導率が低くては「熱を伝える」という効率面では好ましくはなかった。
【０００５】
従来の技術では両面テープ、粘着剤、絶縁フィルムは熱伝導率が低いものが多く、せっかく横の熱伝導率が高いグラファイトシートを用いてもグラファイトシートに達するまでの材料の熱伝導率が低くては「熱を伝える」という効率からいえば問題があった。
【特許文献１】特開平１１−３１７４８０号公報
【特許文献２】特開２００７−１０８５４７号公報
【特許文献３】特開２００８−０２８３５２号公報
【特許文献４】特開２００７−０４４９９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこれら従来の問題を改良し、面方向の熱伝導率がよく、グラファイトシートよりも一回り大きい熱伝導性粘着層を放熱板へ貼り付けることでグラファイト部分が封止される構造をもち、信頼性のある安価で熱を放熱板へ伝熱させる特性を有する熱拡散シート及びその実装方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の熱拡散シートは、グラファイトシート主表面の両面に熱伝導性粘着層を貼り合わせた熱拡散シートであって、
第１面の熱伝導性粘着層は前記グラファイトシートと実質的に同サイズであり、
第２面の熱伝導性粘着層は前記第１面の熱伝導性粘着層よりも相対的に大きいサイズであり、前記グラファイトシートより全周囲が突出しており、
前記第１面及び第２面の熱伝導性粘着層の粘着力は、初期と比較して、４０℃で１６８時間暴露した後の粘着力減少率が２０％以下であり、
前記第１面及び第２面の熱伝導性粘着層のポリマー成分の硬化物は、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の熱拡散シートの実装方法は、グラファイトシート主表面の両面に直接熱伝導性粘着層を貼り合わせた熱拡散シートを放熱板に実装する方法であって、
第１面の熱伝導性粘着層は前記グラファイトシートと実質的に同サイズであり、
第２面の熱伝導性粘着層は前記第１面の熱伝導性粘着層よりも相対的に大きいサイズであり、前記グラファイトシートより全周囲が突出しており、
前記第１面及び第２面の熱伝導性粘着層の粘着力は、初期と比較して、４０℃で１６８時間暴露した後の粘着力減少率が２０％以下であり、
前記第１面及び第２面の熱伝導性粘着層のポリマー成分の硬化物は、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、
前記グラファイトシートと実質的に同サイズの熱伝導性粘着層を放熱板に貼り付け、前記相対的に大きいサイズの熱伝導性粘着層の突出部を放熱板に貼り付けることにより前記グラファイトシートの端面部分を封止することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の熱拡散シートは、直接グラファイトシートに熱伝導性粘着層を設けており、面方向の熱伝導率がよく、グラファイトシートよりも一回り大きい熱伝導性粘着層を放熱板へ貼り付けることでグラファイト部分が封止される構造をもち、信頼性のある安価で熱を放熱板へ伝熱させる特性を有する。また、放熱板に貼り付ける際にはグラフファイトシートの端面部分は封止され、実装後であってもグラファイトシートの端面からグラファイト粉が剥離又は崩壊による落脱がなく、電気回路上の実装においても短絡の心配がなく、信頼性がある熱拡散シートが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は本発明の一実施例における熱拡散シートの断面図である。
【図２】図２は本発明の一実施例における熱拡散シートを放熱器に貼り付けた状態の断面図である。
【図３】図３は同実施例における熱拡散シートの製造工程で使用する打ち抜き型を示す平面図である。
【図４】図４Ａは本発明の一実施例における熱拡散シートの製造工程平面図、図４Ｂは同断面図である。
【図５】図５は本発明の一実施例における熱拡散シートの製造工程断面図である。
【図６】図６Ａは本発明の一実施例における熱拡散シートを放熱器に貼り付けた状態の平面図、図６Ｂは同断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の熱拡散シートは、グラファイトシート主表面の両面に直接熱伝導性粘着層を貼り合わせてあり、第１面の熱伝導性粘着層は前記グラファイトシートと実質的に同サイズであり、第２面の熱伝導性粘着層は前記第１面の熱伝導性粘着層よりも相対的に大きいサイズであり、前記グラファイトシートより全周囲が突出しており、前記グラファイトシートと実質的に同サイズの熱伝導性粘着層を放熱板に貼り付け、前記相対的に大きいサイズの熱伝導性粘着層の突出部を放熱板に貼り付けることにより前記グラファイトシートの端面部分が封止可能である。前記において、実質的とは±１ｍｍ以下を言う。
【００１２】
熱伝導性粘着層はポリマー成分と熱伝導性フィラーを含む組成物であることが好ましい。ポリマー成分はポリシロキサン（シリコーンポリマー），ポリアクリル，ポリオレフィンであることが好ましい。耐熱性、フィラーの充填しやすさの点からポリシロキサンであることが好ましい。しかし、用途によってはポリシロキサンが嫌われる場合もあり用途によって適宜ポリマーは選択する。ポリマー分は硬化後ゴム弾性であることが好ましいが、保形性の有る粘着剤のようなものでもよい。特にシリコーン粘着剤はポリシロキサンの一種であるレジンとガムと呼ばれるもので構成され、耐熱性はポリアクリル，ポリオレフィンよりも高い。
【００１３】
熱伝導性フィラーは金属酸化物，セラミックス粉体などがあり、フィラー自体は電気絶縁性であることが好ましい。金属酸化物，セラミックス粉体にはさまざまな種類，形状などがあり公知のものが使用できる。さらにこれらには表面処理をしてもよい。また、電気絶縁性のないフィラーに絶縁膜を生させ電気絶縁性を付与したフィラーとして使用することもできる。
【００１４】
熱伝導性フィラーの添加量は、ポリマー成分１００重量部に対してフィラー１００〜３０００重量部であることが好ましい。フィラーを添加しすぎると熱伝導性粘着層の粘着が低下するので熱伝導率とのバランスが大事である。
【００１５】
ポリマー成分には必要に応じて可塑剤を添加してもよい。グラファイトシートはオイルを吸収しやすいためグラファイトシートに貼り合わせた熱伝導性粘着層の組成が変化し粘着が低下しやすくなるので、可塑剤としてオイルは極略避ける必要がある。
【００１６】
ポリマー成分にはフィラー以外に難燃剤，耐熱剤，顔料，加硫剤，硬化剤を添加することができる。
【００１７】
グラファイトシートは高分子フィルムをグラファイト化する方法と天然黒鉛，膨張黒鉛を粉末にし、圧延によってシート化する方法によって製造される。高分子フィルムをグラファイト化する方法は横方向の熱伝導率が高いという特徴がある。天然黒鉛，膨張黒鉛を粉末にし、圧延によってシート化する方法は安価であることが特徴である。熱拡散の用途の場合ある程度の熱伝導率があればよいので天然黒鉛，膨張黒鉛を粉末にし、圧延によってシート化する方法によるグラファイトシートを使うのが好ましい。
【００１８】
相対的に大きいサイズの熱伝導性粘着層は、転写しやすくするためとグラファイトシート端面を完全に封止する必要性があることから、グラファイトシートよりも全周囲を１ｍｍ以上突出させるのが好ましい。より好ましくは２〜１０ｍｍ、とくに好ましいのは３〜５ｍｍ突出させる。前記において、熱伝導性粘着層をグラファイトシートよりも全周囲を１ｍｍ以上突出させるとは、例えばグラファイトシートが４角形の場合は、熱伝導性粘着層の１辺の各々の端部がグラファイトシートより１ｍｍ以上長いことを言う。別の例として、グラファイトシートが円形の場合は、熱伝導性粘着層の半径がグラファイトシートの半径より１ｍｍ以上長いことを言う。
【００１９】
熱伝導性粘着層の厚みは０．１〜５．０ｍｍであることが好ましい。グラファイトシートの厚みは６０〜５００μｍであることが好ましい。よって製品の総厚みは０．２６〜１０．５ｍｍの範囲になるが、より好ましい厚みは０．１〜１．５ｍｍである。前記の範囲であれば、半導体等の発熱部品に組み込むのに都合よい。
【００２０】
グラファイトシート両表面の熱伝導性粘着層の粘着力は、初期と比較して、４０℃で１６８時間暴露した後の粘着力減少率は２０％以下が好ましい。これにより、長期間粘着力を保持できる。さらに好ましい粘着力減少率は１０％以下である。また、熱伝導性粘着層の初期の粘着力は０．５〜１０．０Ｎ／ｃｍであることが好ましい。この範囲であれば放熱板に貼り付けやすく、剥離しにくい。
【００２１】
前記熱伝導性粘着層の粘着力は、ポリシロキサン（シリコーンポリマー）の場合、（Ａ）ビニル含有リニアシリコーンと、（Ｂ）ビニル官能性がなく（Ａ）成分と相溶するシリコーンレジンと、（Ｃ）１分子中のＳｉＨ基数が平均で２．５〜４のシリコーンであってＳｉＨとビニル基の比は０．３〜３．０と、（Ｄ）白金触媒と、（Ｅ）熱伝導性フィラーとを混合し、加硫することにより発現できる。
【００２２】
グラファイトシートの両面の熱伝導性粘着層は同じ材料を貼り合わせても良いし、異なった材料を貼り合わせても良い。例えば、第１面の熱伝導性粘着層の粘着力と第２面の熱伝導性粘着層の粘着力と差があってもよい。好ましくはグラファイトシート実質的に同サイズの第１面の熱伝導性粘着層Ａと、前記一回り大きい第２面の熱伝導性粘着層Ｂとでは、ＡはＢの１〜１０倍粘着力が高いことが好ましい。
【００２３】
また、第１面の熱伝導性粘着層の硬度と第２面の熱伝導性粘着層の硬度と差にあっても良い。好ましくはグラファイトシート実質的に同サイズの第１面の熱伝導性粘着層Ａと、前記一回り大きい第２面の熱伝導性粘着層Ｂとでは、ＡはＢの０．５〜２倍硬度が高いことが好ましい。
【００２４】
グラファイトシートの横方向の熱伝導率は１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることがさらに熱拡散性を向上するために好ましい。
【００２５】
グラファイトシートは４０℃における放射度が０．３〜０．９５であることが好ましい。放射度が高いと赤外線として空気中に熱が逃げる可能性が高いためである。グラファイトシート以外の部分、例えば両面テープやゴムの部分の放射度は０．５以上であることが好ましい。
【００２６】
前記熱伝導性粘着層は、ポリマー成分としてポリシロキサン（シリコーンポリマー），ポリアクリル又はポリオレフィンを使用し、前記ポリマー成分に熱伝導性フィラーが添加されたコンパウンドから構成され、その硬化物の熱伝導率は０．６Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。熱伝導率が０．６Ｗ／ｍ・Ｋ以上であれば、半導体等の発熱部品からの熱を効率的に拡散移動できる。この熱伝導率はポリマー成分と熱伝導性フィラーの種類及び添加量によって決めることができる。
【００２７】
また、熱拡散シートの熱抵抗値は０．２〜５．０℃・ｃｍ2／Ｗであり、電気絶縁性が２００ＭΩ以上であることが好ましい。熱抵抗値が前記の範囲であると、半導体等の発熱部品からの熱を効率的に拡散移動できる。また電気絶縁性が前記の範囲であると電気的短絡事故の発生も起きない。この熱抵抗値はポリマー成分と熱伝導性フィラーの種類及び添加量によって決めることができる。
【００２８】
グラファイトシートの放射度はグラファイトシートの製造方法によって違ってくる。圧延など方法は表面が鏡面上になり放射度が低くなる。テープなどの高分子品は放射度が５０％以上になる。近年は熱対策にサーモグラフを用いる場合が多い。そのサーモグラフを使う際に放射度を設定しないと精密な熱分析ができない。そのため放射度を明記することによって熱分析の手助けとなる。
【００２９】
グラファイトシートに熱伝導性粘着層を載せる方法にはナイフコーター，圧延，プレス，ラミネート，スクリーン印刷などがありどれを用いてもよい。場合によっては熱伝導性粘着層材料を溶剤などで希釈しインク化してグラファイトシートに載せてもよい。
【００３０】
グラファイトシートと熱伝導性粘着層の接着を強固にするため必要に応じてプライマー処理をしてもよい。プライマー処理剤は選択するポリマーの種類によって選択ができる。
【００３１】
リール巻き仕様とは長尺の離型フィルム上に熱拡散シートが整然と並んだ仕様のことをいう。さまざまな仕様形態があるが長尺フィルム上に熱拡散シートが自己の粘着で保持され、熱拡散シートが所定の大きさに規則的にカットあるいは打ち抜きされているなど規則的に並んでおり,最終的には巻物形態になるのが好ましい。これによって熱拡散シートを貼る作業が自動化できる。
【００３２】
次に図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施例における熱拡散シートの断面図である。この熱拡散シートは、グラファイトシート３の両面に直接熱伝導性粘着層２，５を貼り合わせている。熱伝導性粘着層２はグラファイトシート３と実質的に同サイズであり、反対面の熱伝導性粘着層５は熱伝導性粘着層２よりも相対的に大きいサイズであり、グラファイトシート３より４辺とも突出している。１，４は保護シートである。保護シート１はエンボス処理されたポリエチレンフィルムが好ましく、保護シート４は剥離処理されたポリエステルフィルムが好ましい。
【００３３】
前記熱拡散シートを放熱器に貼り付ける際は、図２に示すように、まず保護シート１を剥ぎ取り、熱伝導性粘着層２を放熱器６に貼り付け、次いで保護シート４の上から手で押圧し、保護シート４を除去する。その結果、グラファイトシート３の端面部分が封止される。１０は熱拡散シートである。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明する。本発明は下記の実施例に限定されない。
【００３５】
熱伝導性粘着層は以下のように用意した。
【００３６】
（熱伝導性粘着材料Ａ）
シリコーンポリマー（ＸＥ１４−Ｃ２０６８：モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ）１００重量部に対してアルミナ（ＡＳ２０：昭和電工社）２００重量部，酸化鉄５重量部添加しプラネタリーミキサーで１０分脱泡しながら撹拌しコンパウンドとした。
【００３７】
（熱伝導性粘着材料Ｂ）
ポリイソブチレンポリマ−（ＥＰ２００Ａ：カネカ社）１００重量部に対してアルミナ（ＡＳ２０：昭和電工社）２００重量部，架橋剤（ＣＲ３００：カネカ社）５重量部，白金触媒：ＰＴ−ＶＴＳＣ−３．０ＩＰＡ（ユミコアプレシャスメタルズ・ジャパン社）０．３重量部，遅延剤：サーフィノール６１（日信化学工業）０．１重量部，酸化鉄５重量部添加しプラネタリーミキサーで１０分脱泡しながら撹拌しコンパウンドとした。
【００３８】
（熱伝導性粘着材料Ｃ）
シリコーン粘着材（ＴＳＲ１５１０：モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製）１１０重量部に対してアルミナ（ＡＳ２０：昭和電工社）１００重量部，酸化鉄５重量部，キシレン８０重量部添加し、プラネタリーミキサーで１０分撹拌して塗工液とした。
【００３９】
（熱伝導性粘着材料Ｄ）
シリコーンポリマー（ＸＥ１４−Ｃ２０６８：モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ）１００重量部に対してアルミナ（ＡＳ２０：昭和電工社）１００重量部，架橋剤（ＴＳＦ４８４：モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ）０．１重量部，酸化鉄５重量部添加しプラネタリーミキサーで１０分脱泡しながら撹拌しコンパウンドとした。
【００４０】
（粘着材料Ｅ）
シリコーン粘着材（ＴＳＲ１５１０：モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製）１１０重量部に対してキシレン５０重量部添加し塗工液とした。
【００４１】
粘着材料と熱伝導粘着材料１〜４の物性を表１にまとめて示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】
（備考）
硬度 ：ＡＳＴＭ Ｄ２２４０ タイプＣで測定。
熱伝導率：ＡＳＴＭ Ｄ５４７０
粘着力 ：ＪＩＳ Ｚ０２３７（被接着体 アルミ板）
粘着力測定のための試験サンプルは以下のように作成した。
【００４４】
（実験番号１及び２）
フッ素離型処理をしたポリエステルフィルムと厚み１００μｍの無処理のポリエステルフィルムに熱伝導性粘着材料を挟み無処理のポリエステルフィルム面から５ＭＰでプレス加圧をして押圧し、１２０℃で６０分加熱した。冷却後、フッ素離型処理をしたポリエステルフィルムを剥がすことにより、０．２ｍｍ厚の熱伝導性粘着層を無処理のポリエステルフィルムに貼り合わせた。
【００４５】
（実験番号３及び４、５）
塗工液をナイフコートで厚み１００μｍの無処理のポリエステルフィルムに塗工した。これを３０分風乾し、さらに１２０℃で１０分硬化させた。粘着層の厚みは５０μｍとした。
【００４６】
上記、熱伝導性粘着材料，粘着材料の他、以下グラファイトシートを用意した。グラファイトシート（ＴＹＫグラファイトシート：明智セラミックス社）厚み：８０μｍ，２５０μｍ、熱伝導率：４００Ｗ／ｍ・Ｋ、放射度：０．４０。放射度は表面温度４０℃において、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ，日本電子社製ＪＩＲ−５５００型，赤外放射ユニットＩＲ−ＩＲＲ２００、検出器ＭＣＴ，測定波長範囲４．５〜２０μｍ、分解能１６ｃｍ-1、積算回数５００回）を用いて積分放射度として求めた。次に、以下の実施例のように熱拡散シートを作成した。
【００４７】
（実施例１〜４）
実施例１〜４は、同一種類で大きさの異なる熱伝導性粘着層をグラファイト層の上下に挟んだ例を示す。フッ素離型処理をしたポリエステルフィルム上の前記熱伝導性粘着材料Ａの層（実施例１〜２）あるいはＢ（実施例３〜４）とグラファイトシートをラミネート加工し、その上に０．２５ｍｍの厚さの前記熱伝導性粘着層Ａ（実施例１〜２）あるいはＢ（実施例３〜４）を設けた。図４Ａ−Ｂを用いて説明すると、ポリエステルフィルム１の上に熱伝導性粘着層２を設け、その上に熱伝導性粘着層２と同一の大きさのグラファイトシート３をラミネート加工により位置あわせして重ねて積層した。フッ素離型処理をしたポリエステルフィルム上の熱伝導性粘着層５を図４Ａ−Ｂのグラファイトシート３よりも４辺とも各５ｍｍ大きいもので打ち抜き、バリ部を除去した。グラファイトシートの大きさは、幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さは表２に示すとおりである。図５において、４はフッ素処理したポリエステルフィルム、５は熱伝導性粘着層５である。図４Ａ−Ｂの積層シートと図５の積層シートを貼り合わせることで、図１の積層シートが得られた。
【００４８】
得られた熱拡散シートの特性は、表２にまとめて示す。
【００４９】
（比較例１〜４）
各厚みのグラファイトシートに前記粘着材料Ｅ、又は前記熱伝導性粘着材料Ｃをナイフコートで塗工した。これを３０分風乾し、さらに１２０℃で１０分硬化させた。粘着厚みは５０μｍであった。その粘着面にフッ素離型フィルムを貼った。図１を用いて説明すると、グラファイトシート３の上に前記粘着材料Ｅ、又は前記熱伝導性粘着材料Ｃ（２）を形成し、その上にポリエステルフィルム１を貼り付けた。これ以外は実施例１〜４と同じである。
【００５０】
これらの方法で得た熱拡散シートの実験結果を以下の表２に示す。
【００５１】
【表２】
【００５２】
測定方法は以下のようにおこなった。
（熱抵抗値）
ＡＳＴＭ Ｄ５４７０にしたがった。
（ＬＥＤの温度）
５Ｗの出力のあるＬＥＤと電源（電流０．６Ａ 電圧１０Ｖ）で回路を作った。幅３５ｍｍ、長さ１１０ｍｍ、厚さ５ｍｍのステンレス板上の中央に実験例１〜４，比較例１〜２にて作成した幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍの熱拡散シートを置いた。ＬＥＤ１個を熱拡散シートの粘着性を利用して固定した。ＬＥＤの大きさは幅８ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚さ２．５ｍｍであり、このＬＥＤの固定場所は、幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍの熱拡散シートの中心部（中央部）とした。電源を入れて２時間後にＬＥＤの発熱温度をサーモグラフ（アピステ社製）で測定した。
（粘着力）
測定方法はＪＩＳ Ｚ０２３７にしたがった。熱拡散シートを粘着させるための被接着体はアルミ板とした。暴露は実験例１〜４，比較例１〜４にて作成した幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍの熱拡散シートの粘着面を剥き出しかつ上面にして１００℃、１６８時間熱風循環式オーブンで暴露した。
【００５３】
（実施例５，６）
実施例５〜６は、異なった種類で大きさの異なる熱伝導性粘着層をグラファイト層の上下に挟んだ例を示す。グラファイトシートに粘着材料、熱伝導性粘着材料Ｄをナイフコートで塗工した。これを３０分風乾し、さらに１２０℃で１０分硬化させた。粘着厚みは５０μｍであった。その粘着面にフッ素離型フィルムを貼った。これのグラファイトシート面から、図３に示す打ち抜き型７で熱伝導性粘着側のポリエステルフィルムを離型台紙にして打ち抜いた。続いてバリの部分は除去した。得られたシートの平面図を図４Ａに示し、断面図を図４Ｂに示す。図４Ａ−Ｂにおいて、１はフッ素処理したポリエステルフィルム、２は熱伝導性粘着層Ｄ、３はグラファイトシートである。
【００５４】
フッ素離型処理をしたポリエステルフィルム上の熱伝導性粘着層Ａを図３の刃よりも４辺とも各５ｍｍ大きいもので打ち抜き、バリ部を除去した。グラファイトシートの大きさは、縦２５ｍｍ、横
１００ｍｍ、厚さは表３に示すとおりである。図５において、４はフッ素処理したポリエステルフィルム、５は熱伝導性粘着層Ａである。図４Ａ−Ｂの積層シートと図５の積層シートを貼り合わせることで、図１の積層シートが得られた。
【００５５】
得られた熱拡散シート１０を放熱装置６とＬＥＤからなるライトバー１１に応用した例を図６Ａ−Ｂに示す。図６はＬＥＤからなるライトバー１１と放熱器６との間に熱拡散シート部分１０を介在させたときの平面図である。図６Ｂは同断面図である。１２は放熱装置である。熱拡散シート１０は、図２に示す状態で放熱器６に貼り付けられている。ライトバー１１から発生する熱は、熱拡散シート１０を通過して放熱器６に効率よく移動した。熱拡散シートは均熱化にも優れていた。
【００５６】
（比較例５，６）
比較例５，６においては、グラファイトシートの片面を両面テープ、もう片面を片面粘着材付きフィルムで貼った熱拡散シートも作成した。グラファイトシートに厚さ３０μｍの両面テープを貼り、もう片面に同じ厚みの片面粘着材付きフィルムを貼った。
【００５７】
実施例５，６と比較例５，６の条件と結果を表３にまとめて示す。
【００５８】
【表３】
【００５９】
（絶縁性）
オームメータにて熱拡散シートの端面に端子をあてたときの抵抗値を測定した。
【００６０】
（考察）
（１）実施例１，２はグラファイトシートに直接、熱伝導性粘着材を載せた例である。グラファイトシートに直接、熱伝導性粘着材を載せたにもかかわらず経時的な粘着力の低下は小さかった。一方、比較例１，２のシリコーン粘着材を直接グラファイトシートに貼り合わせた例ではグラファイトシートがシリコーン粘着材に含有される可塑剤を吸収するため、粘着力が経時的に低下した。
（２）実施例１，２はシリコーンポリマーの一種であるシリコーンゴムにフィラーを添加したもので比較例３，４はシリコーンポリマーの一種であるシリコーン粘着材にフィラーを添加したものである。両例ともポリマー成分に対してフィラーが添加されているにもかかわらず、実施例１，２は経時的な粘着力の低下は小さかった。それに対して比較例３，４は顕著に粘着力が経時的に低下した。
しかも、実施例１，２は比較例３，４に対してベースポリマーに対するフィラー添加量が多いにもかかわらず経時的な粘着力の低下は小さかった。
同様にポリマー成分としてイソブチレンポリマーを使用した実施例３，４でも経時的な粘着力の低下は小さかった。実施例３，４は比較例３，４に対してベースポリマーに対するフィラー添加量が多いにもかかわらず経時的な粘着力の低下は小さかった。
（３）実施例１〜６の熱伝導性粘着材料の熱伝導率は比較例１，２よりも高いため実施例１〜６の熱抵抗値は比較例１，２よりも低くなった。それら伴いＬＥＤの温度は、実施例１〜６は比較例１，２よりも低くなった。
（４）実施例１〜４は比較例３，４と比較するとＬＥＤの温度は若干高い。しかしながら、比較例３，４は粘着力が経時的に低下したため、好ましくなかった。
（５）比較例５，６はグラファイトシートの片面には厚さ３０μｍの両面テープ（熱伝導率０．３Ｗ／ｍ・ｋ）が貼ってあり、その反対面は厚み３０μｍの片面粘着材付きフィルム（熱伝導率０．３Ｗ／ｍ・ｋ）が貼ってある。そのため熱伝達の邪魔になる厚さ３０μｍの両面テープと片面粘着付きフィルムにより、実施例５，６は比較例５，６と比較して熱抵抗値は低く、ＬＥＤ温度も低い数値となった。
【符号の説明】
【００６１】
１，４ 保護シート
２，５ 熱伝導性粘着層
３ グラファイトシート
６ 放熱器
７ 打ち抜き型
１０ 熱拡散シート
１１ ライトバー
１２ 放熱装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラファイトシート主表面の両面に熱伝導性粘着層を貼り合わせた熱拡散シートであって、
第１面の熱伝導性粘着層は前記グラファイトシートと実質的に同サイズであり、
第２面の熱伝導性粘着層は前記第１面の熱伝導性粘着層よりも相対的に大きいサイズであり、前記グラファイトシートより全周囲が突出しており、
前記第１面及び第２面の熱伝導性粘着層の粘着力は、初期と比較して、４０℃で１６８時間暴露した後の粘着力減少率が２０％以下であり、
前記第１面及び第２面の熱伝導性粘着層のポリマー成分の硬化物は、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする熱拡散シート。
【請求項２】
前記第１面の熱伝導性粘着層の粘着力と第２面の熱伝導性粘着層の粘着力とは差があり、前記第１面の熱伝導性粘着層の粘着力の方が高い請求項１に記載の熱拡散シート。
【請求項３】
前記第１面の熱伝導性粘着層の硬度と第２面の熱伝導性粘着層の硬度とは差があり、前記第１面の熱伝導性粘着層の硬度の方が高い請求項１に記載の熱拡散シート。
【請求項４】
前記グラファイトシートは、４０℃における放射度が０．３〜０．９５である請求項１に記載の熱拡散シート。
【請求項５】
前記熱伝導性粘着層のポリマー成分がポリシロキサン，ポリアクリル及びポリオレフィンから選ばれる少なくとも一つのポリマーであり、前記ポリマー成分に熱伝導性フィラーが添加されたコンパウンドである請求項１に記載の熱拡散シート。
【請求項６】
前記熱拡散シートの熱伝導性粘着層の初期の粘着力が０．５〜１０．０Ｎ／ｃｍの範囲である請求項１に記載の熱拡散シート。
【請求項７】
前記熱拡散シートの熱抵抗値が０．２〜５．０℃・ｃｍ2／Ｗの範囲である請求項１に記載の熱拡散シート。
【請求項８】
前記熱拡散シートの電気絶縁性が２００ＭΩ以上である請求項１に記載の熱拡散シート。
【請求項９】
前記第２面の熱伝導性粘着層は、前記第１面の熱伝導性粘着層よりも全周囲が１ｍｍ以上突出している請求項１に記載の熱拡散シート。
【請求項１０】
前記熱拡散シートは、リール巻きされている請求項１に記載の熱拡散シート。
【請求項１１】
グラファイトシート主表面の両面に直接熱伝導性粘着層を貼り合わせた熱拡散シートを放熱板に実装する方法であって、
第１面の熱伝導性粘着層は前記グラファイトシートと実質的に同サイズであり、
第２面の熱伝導性粘着層は前記第１面の熱伝導性粘着層よりも相対的に大きいサイズであり、前記グラファイトシートより全周囲が突出しており、
前記第１面及び第２面の熱伝導性粘着層の粘着力は、初期と比較して、４０℃で１６８時間暴露した後の粘着力減少率が２０％以下であり、
前記第１面及び第２面の熱伝導性粘着層のポリマー成分の硬化物は、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、
前記グラファイトシートと実質的に同サイズの熱伝導性粘着層を放熱板に貼り付け、前記相対的に大きいサイズの熱伝導性粘着層の突出部を放熱板に貼り付けることにより前記グラファイトシートの端面部分を封止することを特徴とする熱拡散シートの実装方法。
【請求項１２】
前記グラファイトシートの横方向の熱伝導率が１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項１１に記載の熱拡散シートの実装方法。
【請求項１３】
前記グラファイトシートは、４０℃における放射度が０．３〜０．９５である請求項１１に記載の熱拡散シートの実装方法。
【請求項１４】
前記熱伝導性粘着層のポリマー成分がポリシロキサン，ポリアクリル及びポリオレフィンから選ばれる少なくとも一つのポリマーであり、前記ポリマー成分に熱伝導性フィラーが添加されたコンパウンドである請求項１１に記載の熱拡散シートの実装方法。
【請求項１５】
前記熱拡散シートの熱伝導性粘着層の初期の粘着力が０．５〜１０．０Ｎ／ｃｍの範囲である請求項１１に記載の熱拡散シートの実装方法。
【請求項１６】
前記熱拡散シートの熱抵抗値が０．２〜５．０℃・ｃｍ2／Ｗの範囲である請求項１１に記載の熱拡散シートの実装方法。
【請求項１７】
前記熱拡散シートの電気絶縁性が２００ＭΩ以上である請求項１１に記載の熱拡散シートの実装方法。
【請求項１８】
前記第２面の熱伝導性粘着層は、前記第１面の熱伝導性粘着層よりも全周囲が１ｍｍ以上突出している請求項１１に記載の熱拡散シートの実装方法。
【請求項１９】
前記熱拡散シートは、リール巻きされている請求項１１に記載の熱拡散シートの実装方法。
【請求項１】
グラファイトシート主表面の両面に熱伝導性粘着層を貼り合わせた熱拡散シートであって、
第１面の熱伝導性粘着層は前記グラファイトシートと実質的に同サイズであり、
第２面の熱伝導性粘着層は前記第１面の熱伝導性粘着層よりも相対的に大きいサイズであり、前記グラファイトシートより全周囲が突出しており、
前記第１面及び第２面の熱伝導性粘着層の粘着力は、初期と比較して、４０℃で１６８時間暴露した後の粘着力減少率が２０％以下であり、
前記第１面及び第２面の熱伝導性粘着層のポリマー成分の硬化物は、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする熱拡散シート。
【請求項２】
前記第１面の熱伝導性粘着層の粘着力と第２面の熱伝導性粘着層の粘着力とは差があり、前記第１面の熱伝導性粘着層の粘着力の方が高い請求項１に記載の熱拡散シート。
【請求項３】
前記第１面の熱伝導性粘着層の硬度と第２面の熱伝導性粘着層の硬度とは差があり、前記第１面の熱伝導性粘着層の硬度の方が高い請求項１に記載の熱拡散シート。
【請求項４】
前記グラファイトシートは、４０℃における放射度が０．３〜０．９５である請求項１に記載の熱拡散シート。
【請求項５】
前記熱伝導性粘着層のポリマー成分がポリシロキサン，ポリアクリル及びポリオレフィンから選ばれる少なくとも一つのポリマーであり、前記ポリマー成分に熱伝導性フィラーが添加されたコンパウンドである請求項１に記載の熱拡散シート。
【請求項６】
前記熱拡散シートの熱伝導性粘着層の初期の粘着力が０．５〜１０．０Ｎ／ｃｍの範囲である請求項１に記載の熱拡散シート。
【請求項７】
前記熱拡散シートの熱抵抗値が０．２〜５．０℃・ｃｍ2／Ｗの範囲である請求項１に記載の熱拡散シート。
【請求項８】
前記熱拡散シートの電気絶縁性が２００ＭΩ以上である請求項１に記載の熱拡散シート。
【請求項９】
前記第２面の熱伝導性粘着層は、前記第１面の熱伝導性粘着層よりも全周囲が１ｍｍ以上突出している請求項１に記載の熱拡散シート。
【請求項１０】
前記熱拡散シートは、リール巻きされている請求項１に記載の熱拡散シート。
【請求項１１】
グラファイトシート主表面の両面に直接熱伝導性粘着層を貼り合わせた熱拡散シートを放熱板に実装する方法であって、
第１面の熱伝導性粘着層は前記グラファイトシートと実質的に同サイズであり、
第２面の熱伝導性粘着層は前記第１面の熱伝導性粘着層よりも相対的に大きいサイズであり、前記グラファイトシートより全周囲が突出しており、
前記第１面及び第２面の熱伝導性粘着層の粘着力は、初期と比較して、４０℃で１６８時間暴露した後の粘着力減少率が２０％以下であり、
前記第１面及び第２面の熱伝導性粘着層のポリマー成分の硬化物は、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、
前記グラファイトシートと実質的に同サイズの熱伝導性粘着層を放熱板に貼り付け、前記相対的に大きいサイズの熱伝導性粘着層の突出部を放熱板に貼り付けることにより前記グラファイトシートの端面部分を封止することを特徴とする熱拡散シートの実装方法。
【請求項１２】
前記グラファイトシートの横方向の熱伝導率が１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項１１に記載の熱拡散シートの実装方法。
【請求項１３】
前記グラファイトシートは、４０℃における放射度が０．３〜０．９５である請求項１１に記載の熱拡散シートの実装方法。
【請求項１４】
前記熱伝導性粘着層のポリマー成分がポリシロキサン，ポリアクリル及びポリオレフィンから選ばれる少なくとも一つのポリマーであり、前記ポリマー成分に熱伝導性フィラーが添加されたコンパウンドである請求項１１に記載の熱拡散シートの実装方法。
【請求項１５】
前記熱拡散シートの熱伝導性粘着層の初期の粘着力が０．５〜１０．０Ｎ／ｃｍの範囲である請求項１１に記載の熱拡散シートの実装方法。
【請求項１６】
前記熱拡散シートの熱抵抗値が０．２〜５．０℃・ｃｍ2／Ｗの範囲である請求項１１に記載の熱拡散シートの実装方法。
【請求項１７】
前記熱拡散シートの電気絶縁性が２００ＭΩ以上である請求項１１に記載の熱拡散シートの実装方法。
【請求項１８】
前記第２面の熱伝導性粘着層は、前記第１面の熱伝導性粘着層よりも全周囲が１ｍｍ以上突出している請求項１１に記載の熱拡散シートの実装方法。
【請求項１９】
前記熱拡散シートは、リール巻きされている請求項１１に記載の熱拡散シートの実装方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１４９５０９（Ｐ２０１０−１４９５０９Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６２９０６（Ｐ２００９−２６２９０６）
【出願日】平成２１年１１月１８日（２００９．１１．１８）
【出願人】（０００２３７４２２）富士高分子工業株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１８日（２００９．１１．１８）
【出願人】（０００２３７４２２）富士高分子工業株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
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