JP2004342758A

JP2004342758A - 放熱シート

Info

Publication number: JP2004342758A
Application number: JP2003136152A
Authority: JP
Inventors: Minoru Kamata; 穣鎌田; Yuichi Wakukawa; 祐一湧川; Yosuke Matsui; 洋介松井
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】熱伝導性、柔軟性、機械強度とともに難燃性をあわせ持ち、熱伝導率の制御が可能な、プラズマディスプレイ、パーソナルコンピュータ等の電気機器やトランジスター、コンデンサー、ＩＣ及びＣＰＵ等の電子部品の放熱に有効な放熱シートの提供。
【解決手段】ひまし油変性ポリオールとイソシアネートからなるポリウレタンのようなマトリックスエラストマーと熱伝導性フィラーとからなり、このフィラーが平均粒子径３〜６０μｍの水酸化アルミニウムで２５〜５０ｖｏｌ％分散含有させることによって定常平行板法による熱伝導率が０．５〜１．０Ｗ／ｍ・Ｋの範囲で、ＵＬ９４による難燃性レベルがＶ−２より良好である放熱シートが得られる。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱伝導性と難燃性に優れ、電気機器や電子部品等で使用される発熱体を放熱するのに有効な放熱シートに関する。
本発明の放熱シートは、特にプラズマディスプレイ、トランジスター、コンデンサー、パーソナルコンピュータ等の電気機器や電子部品に用いられる発熱体の放熱に有効である。
【０００２】
【従来技術】
プラズマディスプレイ、トランジスター、コンデンサー、パーソナルコンピュータ等の電気機器や電子部品に用いられるＩＣ及びＣＰＵ等の発熱体の放熱に使用される放熱シートには、高い熱伝導性と共に、柔軟性やパネル保持性が求められている。
従来、熱伝導性の優れた放熱シートとしては、マトリックス樹脂に熱伝導性の球状マグネシアを適宜、粒状アルミナと組み合わせた組成物からなる放熱シート（特開平８−８８４８８号公報）、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなどの熱伝導性に優れたフィラーを含み、押圧により塑性変形する粘性層を有する放熱シート（特開平１１−７４６６７号公報）、２種以上の粒径の板状の熱伝導性粒子、酸化アルミニウムや酸化チタンのような酸化物粒子、窒化ホウ素のような窒化物粒子、炭化珪素のような炭化物粒子、銅、アルミニウムのような金属粒子を適宜の割合で組み合わせ、厚み方向に直立状態で配向せしめた熱伝導性シート（特開２００２−１６４４８１号公報）が知られている。
【０００３】
しかし、上述の技術では、高い熱伝導性を有するシートを得るためには、マトリックス樹脂中にＢＮ（チッ化ホウ素）、ＡＩＮ（チッ化アルミ）、アルミナ、炭素繊維、気相成長炭素繊維又はアルミ粉末等の熱伝導性フィラーを多量に充填することが考えられる。しかしながら、例えばアルミナを４０ｖｏｌ％添加した場合の定常平行板法による熱伝導率は０．８０Ｗ／ｍ・Ｋに、チッ化アルミを３０ｖｏｌ％添加した場合には、同じく熱伝導率は０．８９Ｗ／ｍ・Ｋになるが、これ以上は含有量を増加させても、熱伝導率の改善は見られなかった。逆に、多量のフィラーの含有によりマトリックスエラストマーの本来の柔軟性が損なわれる問題も生じ、特に放熱シートに求められる熱伝導率が０．５〜１．０Ｗ／ｍ・Ｋの範囲では、上記熱伝導性フィラーの含有量に相応の熱伝導率の向上が顕著でなく、フィラーの充填量による熱伝導率の制御が難しかった。
さらに、最近では、プラズマディスプレイ等の電気機器の火災等を防止するために使用部品にもＵＬ規格の難燃性を付与することが求められている。しかし、難燃性を付与するため一般的には難燃剤を添加する方法が用いられるが、難燃剤が高価なものが多くコストアップになったり、又特に液状の難燃剤の使用では、得られた放熱シート表面への難燃剤のブリードによる電気障害等の問題もあった。
【０００４】
【特許文献】
１．特開平８−８８４８８号公報
２．特開平１１−７４６６７号公報
３．特開２００２−１６４４８１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、放熱シートにおける上記問題に鑑みて、特別に難燃剤を加えることなく、放熱シートに要求される高熱伝導性、柔軟性、密着性（パネル保持性）を備えたうえに、ノンブリードで難燃性を有する放熱シートを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、放熱シートにおける上記課題の解決のために検討の結果、高熱伝導性のフィラーとして用いる、水酸化アルミニウムが火炎に接すると消炎作用を有すること、即ち難燃性を示すことを見出し、本発明に想達した。
即ち、本発明は、高熱伝導性フィラーとして粒状の水酸化アルミニウムを、ベースのマトリックスエラストマーに分散含有させることによって０．５〜１．０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導性を満足し、かつＵＬ９４燃焼試験のＶ−２レベルの難燃性を有する放熱シートが得られる。
又、本発明は、粒状フィラーの平均粒子径が３〜６０μｍであり、シート中の含有量が２５〜５０ｖｏｌ％であることを特徴とする。これにより、高熱伝導性とフィラーの含有量によらない熱伝導性の制御が可能となる。
【０００７】
さらに、本発明は、マトリックスエラストマーが、ひまし油変性ポリオールとイソシアネートからなるポリウレタンであることを特徴とする。ひまし油変性ポリオールは、エステル結合を有し、適度に分枝しているので得られるポリウレタン製放熱シートは、低硬度で柔軟性に富み、しかも機械強度の熱による変化が小さいものとなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
上記のように本発明は、高熱伝導性のフィラーとして水酸化アルミニウムを用いることにより、高熱伝導性と同時に難燃性も付与、特に、水酸化アルミニウムの粒子径及びシート中での含有量を特定することにより、含有量以外での熱伝導性制御が可能になり、好ましく、さらに、ひまし油変性ポリオールとイソシアネートからなるポリウレタンエラストマーをベースにしているので、柔軟性と機械強度を兼ね備えた放熱シートとなる。
【０００９】
マトリックスエラストマーとしては、ポリウレタン、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド等を用いることができる。軟質化が容易で機械強度が優れる点でポリウレタンが好ましく、耐熱性の点でひまし油変性したポリオールを用いたものが好ましい。
【００１０】
本発明において熱伝導性フィラーは、水酸化アルミニウムに限定される．水酸化アルミニウムは、汎用性材料で価格的にも妥当であり、難燃性も示すので必須である。水酸化アルミニウムが難燃性を示す理由は必ずしも明らかではないが、火炎に接し加熱されると水酸基に基づく水が発生し、消炎するものと考えられる。
【００１１】
熱伝導率の測定に、定常平行板法を用いるのは、当分野で一般に用いられていることによる。
また、放熱シートの難燃性評価にＵＬ規格の燃焼試験を用いるのは、電気機器を米国で販売する場合、火炎に対する保険等の要請により必須とされていることによる。
【００１２】
水酸化アルミニウムの平均粒子径は、３〜６０μｍで、シート中の含有量が２５〜５０ｖｏｌ％が好ましい。平均粒子径が３μｍより小さくなると、嵩密度が大きくなり、又、６０μｍより大きくなると沈降を生じやすくなり、マトリックスエラストマーに安定分散しにくくなり、熱伝導性が落ちる。含有量が２５ｖｏｌ％より少なくなると、ＵＬ規格のＶ−２レベル以上の難燃性が得られず、５０ｖｏｌ％より多くなると、マトリックスエラストマーの機械強度が落ち、パネル等を安定して保持できなくなる。
【００１３】
本発明の放熱シートを製造するには、マトリックスエラストマーが液状材料を混合し反応硬化させて得られる場合は、液状材料に粒状の水酸化アルミニウムを添加し撹拌混合して分散させ、混合液をシート形成型に注入し、加熱硬化させ、硬化後脱型すればよい。
【００１４】
【実施例１】
ひまし油変性ポリオール（豊国製油製：２Ｔ−５００８Ｓ）１００部と、熱伝導性フィラーとして平均粒子径３．５μｍの水酸化アルミニウム（昭和電工製：Ｈ３２０ＳＴ）１９６．６８部を混合した。
得られたポリオールとフィラー混合液を１００℃で、１時間保管後、触媒（サンアブロ製：Ｕ−ｃａｔ２０３０）０．３部、イソシアネート（日本ポリウレタン製：ミリオネートＭＴ）３．２８部を添加した（ＮＣＯｉｎｄｅｘ＝０．８５）。
この混合液を２枚の剥離紙（シート成形用型として使用）で挟み、カレンダー成形を行い、厚さ１．０〜１．２ｍｍの放熱シートを得た（水酸化アルミニウムの含有量は４４ｖｏｌ％）。
【００１５】
【実施例２】
実施例１に準じて、フィラーとして平均粒子径２０μｍの水酸化アルミニウム（昭和電工製：Ｈ３１）９６．６８部を用いて厚さ１．０〜１．２ｍｍの放熱シートを得た（水酸化アルミニウムの含有量は４４ｖｏｌ％）。
【００１６】
【実施例３】
実施例１に準じて、フィラーとして平均粒子径５５μｍの水酸化アルミニウム（昭和電工製：Ｈ１０）１９６．６８部を使用して、厚さ１．０〜１．２ｍｍの放熱シートを得た（水酸化アルミニウムの含有量は４４ｖｏｌ％）。
【００１７】
【比較例１】
実施例１に準じて、フィラーとして平均粒子径３．５μｍの水酸化アルミニウム（昭和電工製：Ｈ３２０ＳＴ）６０．５部を使用して厚さ１．０〜１．２ｍｍの放熱シートを得た（水酸化アルミニウムの含有量は１９ｖｏｌ％）。
【００１８】
【比較例２】
実施例１に準じて、フィラーとして平均粒子径１０μｍのアルミナ（昭和電工製：ＡＳ５０）２６５．３３部を使用して厚さ１．０〜１．２ｍｍの放熱シートを得た（水酸化アルミニウムの含有量は３９ｖｏｌ％）。
【００１９】
上記実施例１〜３並びに比較例１及び２で使用した熱伝導性フィラーの平均粒子径及びシート中での含有量、得られた放熱シートの熱伝導率及び難燃性の評価結果は以下の表１の通りである。
【００２０】
【評価方法】
（１）熱伝導率は、熱伝導度測定機（カトーテック社製サーモラボ２）による定常熱伝導測定法で測定した。
（測定条件）ウォーターボックス中に室温下の水を流し、ボックス上に５× ５ｃｍのサンプルを乗せ、さらに試料上の、ＢＴボックスの熱板を試料にあてて載せる。定常に達した後、ＢＴボックスの熱流損失（Ｗ）をパネルメーターで読みとる。
定常状態における熱流損失（Ｗ）は、以下の式で表わすことができるので、熱伝導率が求められる。
Ｗ＝Ｋｘ（Ａ・△Ｔ／Ｄ）
Ｗ：定常状態における熱流損失
Ｄ：試料厚み
△Ｔ：試料温度差
Ａ：ＢＴ熱板面積
Ｋ：熱伝導率
（２）難燃性は、ＵＬ規格に準じた。
【００２１】
【表１】

【００２２】
上記表１によれば、熱伝導性フィラーとして水酸化アルミニウムを使用すると、０．５〜１．０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率とＵＬ９４でＶ−２レベル以上の難燃性が得られ、含有量を４４ｖｏｌ％にしても、平均粒子径を変えることにより、熱伝導率を制御できることがわかる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、熱伝導性フィラーとして水酸化アルミニウムを使用し、ポリウレタンのようなマトリックスエラストマーに分散させることにより、高熱伝導性と難燃性をあわせ持ち、充填量でなく、平均粒子径により熱伝導率の制御が可能な放熱シートが得られる。プラズマディスプレイ、トランジスター、コンデンサー、パーソナルコンピュータ等の電気機器や電子部品に用いられるＩＣ及びＣＰＵ等に必要なＵＬ燃焼試験でＶ−２レベルを達成することができる。

Claims

マトリックスエラストマー中に粒状フィラーとして水酸化アルミニウムを分散含有させてなる放熱シートであって、定常平行板法による熱伝導率が０．５〜１．０Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＵＬ９４による難燃性レベルがＶ−２より良好であることを特徴とする放熱シート。
粒状フィラーの平均粒子径が、３〜６０μｍであり、シート中の含有量が２５〜５０ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項１に記載の放熱シート。
マトリックスエラストマーが、ひまし油変性ポリオールとイソシアネートからなるポリウレタンであることを特徴とする請求項１に記載の放熱シート。