JP2015048414A - 絶縁性熱伝導シート - Google Patents

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Abstract

【課題】放熱性及び絶縁性がさらに向上した絶縁性熱伝導シートを提供する。
【解決手段】本発明の絶縁性熱伝導シートは、ポリテトラフルオロエチレンを含むフッ素樹脂と、熱伝導性フィラーと、を含む。前記熱伝導性フィラーは、ダイアモンド粒子と、ダイアモンド粒子を除く熱伝導性無機粒子とを含む。前記熱伝導性無機粒子として、例えば窒化ホウ素粒子が好適に用いられる。
【選択図】なし

Description

本発明は、絶縁性熱伝導シートに関する。
モバイルコンピュータ及び携帯電話に代表される電子機器では、処理能力向上による部材自体の発熱、さらには小型化にともなう高密度実装により、「放熱」が大きな課題となっている。そこで、電子機器へ適用した際に悪影響を及ぼさず、高い放熱性能と機械的強度とを有し、さらにハンドリング性に優れた放熱部材として、フッ素樹脂マトリックスに熱伝導性無機粒子を分散させた絶縁性熱伝導シートが提案されている（特許文献１）。
また、近年、環境対応の観点から、ハイブリッド自動車及び電気自動車の開発が進んでいる。このような車両の駆動系にはモータが用いられており、当該モータには高出力化が要求されている。モータを高出力化すると発熱量が増加してしまう。そこで、車両用モータを冷却する手段として、フッ素樹脂マトリックスに熱伝導性無機粒子を分散させた絶縁性熱伝導シートを利用した放熱部材が提案されている（特許文献２）。このように、絶縁性熱伝導シートは、車両用モータの冷却にも利用可能である。
特開２０１０−１３７５６２号公報 特開２０１３−２０８１５９号公報
近年、電子機器及び車両用に用いられる放熱部材に対し、放熱性及び絶縁性のさらなる向上が求められている。そこで、このような高い要求に応えるべく、本発明は、放熱性及び絶縁性がさらに向上した絶縁性熱伝導シートを提供することを目的とする。
本発明は、
ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記載する。）を含むフッ素樹脂と、熱伝導性フィラーと、を含む絶縁性熱伝導シートであって、
前記熱伝導性フィラーが、ダイアモンド粒子と、ダイアモンド粒子を除く熱伝導性無機粒子とを含む、
絶縁性熱伝導シートを提供する。
本発明の絶縁性熱伝導シートは、熱伝導性フィラーとして、ダイアモンド粒子と熱伝導性無機粒子との、２種類以上の異なる粒子を含んでいる。ダイアモンド粒子がフィラーとして添加されることにより、絶縁性熱伝導シートの高い熱伝導性を実現しつつ、絶縁性をさらに向上させることが可能となる。したがって、本発明によれば、放熱性と絶縁性との両方が向上された絶縁性熱伝導シートを実現することができる。
実施例で用いた熱特性評価装置を示す図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図である。
以下、本発明の絶縁性熱伝導シートの実施形態について説明する。なお、以下の記載は本発明を限定するものではない。
本実施形態の絶縁性熱伝導シートは、ＰＴＦＥを含むフッ素樹脂と、熱伝導性フィラーとを含む。すなわち、絶縁性熱伝導シートは、フッ素樹脂を含むマトリックス（フッ素樹脂マトリックス）に熱伝導性フィラーが分散された構成を有する。絶縁性熱伝導シートには、熱伝導性フィラーとして、熱伝導性無機粒子（ダイアモンド粒子を除く）に加えて、ダイアモンド粒子が添加されている。熱伝導性無機粒子に加えてさらにダイアモンド粒子が添加されることにより、絶縁性熱伝導シートの高い放熱性を実現しつつ、絶縁性を向上させることができる。
熱伝導性無機粒子は、絶縁性熱伝導シートに十分な熱伝導性を付与することができ、かつ、フッ素樹脂と混合されてシート形成が可能なものであればよいため、特には限定されない。熱抵抗が例えば０．６Ｋ／Ｗ以下、好ましくは０．５Ｋ／Ｗ以下の熱伝導性無機粒子を用いることができる。
熱伝導性無機粒子の導電性能については、用途に応じて適宜決定できる。体積抵抗率が例えば１０10〜１０17Ω・ｃｍ程度、好ましくは１０14Ω・ｃｍ以上の材料で形成された熱伝導性無機粒子を用いることができる。このような絶縁性材料として、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素及び酸化マグネシウムからなる群から選ばれる少なくともいずれか１種を用いることができる。
熱伝導性無機粒子には、熱伝導率が高く、かつ電気抵抗率も大きいことから、窒化ホウ素が好適に用いられる。したがって、本実施形態の絶縁性熱伝導シートは、ダイアモンド粒子と窒化ホウ素粒子とを熱伝導性フィラーとして含むことが好ましい。例えば、絶縁性熱伝導シートに含まれる熱伝導性フィラーが、ダイアモンド粒子及び窒化ホウ素粒子からなっていてもよい。
熱伝導性無機粒子の形状は、特には限定されない。熱伝導性無機粒子として、球状及び非球状の粒子を用いることができる。なかでも、圧延処理によって面方向に整列させることで熱伝導異方性を付与することができることから、平板状及び鱗片状の熱伝導性無機粒子を用いることが好ましい。また、同様の理由から、熱伝導性無機粒子自体が熱伝導異方性を有していることが好ましい。また、絶縁性熱伝導シートの厚さ方向の熱伝導率を向上させるために、市販の凝集形状の熱伝導性無機粒子を用いてもよい。
熱伝導性無機粒子の粒径は、特には限定されないが、０．２〜５００μｍ程度であって、フッ素樹脂マトリックスから脱落しないことが必要である。なお、ここでの粒径とは、レーザ回折・散乱式粒子径・粒度分布測定装置（マイクロトラック）によって測定される値のことである。
ダイアモンド粒子の形状は、特には限定されない。球状及び非球状のダイアモンド粒子を用いることができる。また、ダイアモンド粒子の粒径は、特には限定されず、０．１〜５００μｍ程度である。
熱伝導性フィラーの含有量は、絶縁性熱伝導シートの全質量に対して５０〜９５質量％であることが好ましく、７０〜９０質量％であることがより好ましく、８０〜９０質量％であることがさらに好ましい。熱伝導性フィラーの含有量が高いほど熱伝導性能は高くなるが、成形が困難になる問題がある。
ダイアモンド粒子の含有量は、絶縁性熱伝導シートの全質量に対して５〜５０質量％であることが好ましく、５〜３０質量％であることがより好ましく、５〜１０質量％であることがさらに好ましい。ダイアモンド粒子の含有量を５〜５０質量％の範囲内とすることにより、より高い放熱性を実現できる。
フッ素樹脂は、ＰＴＦＥを含む。フッ素樹脂がＰＴＦＥを含むことにより、絶縁性熱伝導シートに熱伝導性フィラーをより高い割合で含有させることができる。フッ素樹脂は、ＰＴＦＥのみによって構成されていてもよいし、ＰＴＦＥと他のフッ素樹脂との混合物であってもよい。他のフッ素樹脂としては、溶融性フッ素樹脂が好ましく用いられる。溶融性フッ素樹脂を用いることで、フッ素樹脂と熱伝導性フィラーとを含む材料をシート化することがより容易となる。溶融性フッ素樹脂としては、ＰＴＦＥと相溶性の良いものが好ましく、例えば、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）及び四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）が好ましく用いられる。
フッ素樹脂の含有量は、熱伝導性フィラーの量に応じて適宜調整されるが、絶縁性熱伝導シートの全質量に対して５〜５０質量％であることが好ましい。また、ＰＴＦＥと溶融性フッ素樹脂とを組み合わせて用いる場合、フッ素樹脂の全質量に対する溶融性フッ素樹脂の割合は、５〜７０質量％が好ましく、１０〜５０質量％がより好ましい。
絶縁性熱伝導シートは、多孔質構造を有していてもよい。この多孔質構造については、特に制限はない。例えば、後述のように、フッ素樹脂、熱伝導性フィラー及び成形助剤（揮発性材料）を含むシート状成形体を作製し、その後、成形助剤を除去することによって多孔質構造を得ることができる。多孔質構造に起因する熱抵抗の上昇を抑えるために、絶縁性熱伝導シートに含浸材を含浸させてもよい。孔内に含浸材が含まれることにより孔内の熱伝導率が低くなるので、絶縁性熱伝導シート全体の熱抵抗を小さく抑えることができる。含浸材は、絶縁性熱伝導シートの用途に応じて適宜選択することができるので、特には限定されない。しかし、含浸材には、例えば、揮発性を有さず、かつ絶縁性を有する材料が好ましく用いられる。含浸材として、接着性材料を用いることも可能である。含浸材は、絶縁性熱伝導シートの孔内に含ませる必要があることから、１〜１０００００ｍＰａ・ｓの粘度を有することが好ましく、１〜１０００ｍＰａ・ｓの粘度を有することがより好ましい。粘度が低いほど、孔内に含浸材を容易に含ませることができる。
含浸材の電気絶縁性及び熱伝導性は、特には制限されないが、より高いほど好ましい。
含浸材としては、例えば、アクリル系及びシリコーン系のオイル、並びに、熱硬化系接着剤（例えば、エポキシ樹脂等）及びホットメルト接着剤等の接着剤を用いることができる。これらのオイル及び接着剤は公知であり、市販品としても入手可能である。絶縁性熱伝導シートの用途、さらに所望する絶縁性及び放熱性に応じて、含浸材の種類を適宜選択すればよい。
本実施形態の絶縁性熱伝導シートは、高い放熱性と高い絶縁性とを共に満たすことが可能であり、例えば０．５５Ｋ／Ｗ未満の熱抵抗及び５０ｋＶ／ｍｍ以上の絶縁破壊電圧を有することができる。本実施形態の絶縁性熱伝導シートは、このような低い熱抵抗と高い絶縁破壊電圧との両方を実現できるので、たとえ薄い場合でも優れた放熱性及び絶縁性を発揮することができる。したがって、絶縁性熱伝導シートの厚さを１ｍｍ以下にすることも可能であり、ハンドリング性を向上させることもできる。なお、本実施形態の絶縁性熱伝導シートの厚さは、特には限定されないが、ハンドリング性の高さから、例えば０．０５〜３ｍｍ程度とすることができ、好ましくは０．１〜１ｍｍである。
次に、本実施形態の絶縁性熱伝導シートを製造する方法について説明する。
本実施の形態の絶縁性熱伝導シートの製造方法は、例えば、
（Ｉ）ＰＴＦＥを含むフッ素樹脂と、熱伝導性無機フィラー（ダイアモンド粒子と、ダイアモンド粒子を除く熱伝導性無機粒子とを含む）と、成形助剤とを含むシート状成形体を複数準備する工程と、
（II）複数の前記シート状成形体を重ね合わせて圧延する工程と、
（III）前記成形助剤を除去する工程と、
を含む。
また、工程（III）によって得られたシート状物を加圧成形する工程（工程（IV））をさらに含んでもよい。工程（IV）では、ＰＴＦＥの焼成温度範囲内の温度で加圧成形を行うことが望ましい。
含浸材が含浸された絶縁性熱伝導シートを製造する場合は、工程（III）よりも後（工程（IV）を実施する場合は工程（IV）の後）に、得られたシート状物に含浸材を含浸させる工程（工程（Ｖ））を実施する。
工程（Ｉ）の例について説明する。ＰＴＦＥを含むフッ素樹脂及び熱伝導性フィラーは、上記に説明したとおりである。まず、フッ素樹脂に熱伝導性フィラー及び成形助剤を混合して、ペースト状の混合物を作製する。このとき、ＰＴＦＥの繊維化を極力抑制する条件で行うことが望ましい。具体的には、ＰＴＦＥにせん断力を加えないように、回転数を小さくし、混合時間を短くして、混練せずに混合することが望ましい。材料を混合する段階でＰＴＦＥの繊維化が起こると、工程（II）において圧延する際に、既に形成されているＰＴＦＥの繊維が切断されてＰＴＦＥの網目構造が破壊されてしまう可能性があり、シート形状を保つことが困難となる場合がある。したがって、本実施の形態のように、ＰＴＦＥの繊維化を抑制するように混合することによって、後の工程でのフッ素樹脂をマトリックスとするシート状物の加工が容易となる。
成形助剤には、例えばドデカンやデカン等の飽和炭化水素を使用できる。成形助剤は、混合物の全重量に対して２０〜５５重量％となるように添加すればよい。このような混合物を押出成形及びロール圧延によってシート状に成形して得られる母シートを、シート状成形体（シート状成形体の第１の例）として用いることができる。このようにして得られるシート状成形体の厚さは、例えば０．５〜５ｍｍである。
また、工程（Ｉ）において準備するシート状成形体の別の例として、上記母シートが複数重ね合わされて圧延されることによって得られた積層シート（シート状成形体の第２の例）も挙げられる。積層シートの積層数は、特には限定されず、製造しようとする絶縁性熱伝導シートの構成層数（絶縁性熱伝導シートを構成する層の数）を考慮して、適宜決定することができる。
なお、シート状成形体が、フッ素樹脂、熱伝導性フィラー及び成形助剤以外の他の材料を含んでいてもよいし、フッ素樹脂、熱伝導性フィラー及び成形助剤のみによって作製されていてもよい。
次に、工程（II）の例について説明する。工程（II）では、工程（Ｉ）で準備した複数のシート状成形体を重ね合わせて圧延する。具体的には、工程（Ｉ）で準備した複数のシート状成形体を積層し、この積層物を圧延して積層シートを得る。上述したように、シート状成形体は、上記母シート（第１の例のシート状成形体）であってもよいし、母シートを複数重ね合わせて圧延することによって得られた積層シート（第２の例のシート状成形体）であってもよい。工程（II）において重ね合わせるシート状成形体の数は、特に限定されず、例えば２〜１０枚程度が可能である。高い強度を実現するために、シート状成形体を１つずつ重ね合わせて圧延することが望ましい。
複数のシート状成形体を重ね合わせる方法の他の例として、シート状成形体を折り重ねる方法も挙げられる。折り重ねるシート状成形体の枚数（重ね合わせるシート状成形体の枚数）は、特に限定されず、例えば２〜１０枚程度とする。シート状成形体を折り重ねて圧延することで、シート強度を向上させるとともに、熱伝導性フィラーをフッ素マトリックスへ強固に固定することができる。その結果、熱伝導性フィラーの配合率が高く、かつ可撓性のあるシートを作製することができる。
工程（Ｉ）と工程（II）とが交互に繰り返されてもよい。この場合の具体例を、以下に説明する。
まず、複数（例えば２〜１０枚）の母シートを準備する（工程（Ｉ））。次に、複数の母シートを重ね合わせ、得られた積層物を圧延して積層シート（第１の積層シート）を得る（工程（II））。ここで得られた第１の積層シートをさらに複数（例えば２〜１０枚）準備し、当該第１の積層シートを工程（Ｉ）におけるシート状成形体として用いる。次に、複数（例えば２〜１０枚）の第１の積層シートを重ね合わせ、得られた積層物を圧延して積層シート（第２の積層シート）を得る（工程（II））。さらに、得られた第２の積層シートを複数（例えば２〜１０枚）準備し、当該第２の積層シートを工程（Ｉ）におけるシート状成形体として用いる。次に、複数（例えば２〜１０枚）の第２の積層シートを重ね合わせ、得られた積層物を圧延して積層シート（第３の積層シート）を得る（工程（II））。このように、目的とする絶縁性熱伝導シートの構成層数になるまで、工程（Ｉ）と工程（II）とを交互に繰り返すことができる。なお、ここで説明した例では、積層数が同じである積層シート同士（第１の積層シート同士、第２の積層シート同士等）を重ね合わせて圧延しているが、積層数が互いに異なる積層シート同士を重ね合わせて圧延することも可能である。
工程（II）を繰り返す際に、圧延方向を変更することが望ましい。例えば、第２の積層シートを得るために行う圧延では、その圧延方向を、第１の積層シートを得るために行った圧延の方向から９０度変更するとよい。このように方向を変えながら圧延することによって、ＰＴＦＥのネットワークが縦横に延び、シート強度の向上及び熱伝導性フィラーのＰＴＦＥマトリックスへの強固な固定が可能になる。
絶縁性熱伝導シートの構成層数を、当該絶縁性熱伝導シートに含まれる母シートの総数で表すとき、構成層数は、例えば２〜５０００層とできる。シート強度を上げるためには、層数は２００層以上が望ましい。また、薄膜化（例えば１ｍｍ以下のシートとする）ためには、層数は１５００層以下が望ましい。構成層数を多くするほど、得られるシートの強度を高くできる。
圧延初期（含まれる母シートの総数が少ない段階）は、強度が低く高倍率の圧延に耐えることが困難であるが、シート状成形体の積層及び圧延を繰り返すにしたがって圧延倍率が上がり、シート強度の向上及び熱伝導性フィラーのＰＴＦＥマトリックスへの強固な固定が可能になる。また、積層構造（構成層数）は、得られるシートの熱伝導性や絶縁性にも関係する。したがって、十分な熱伝導性と絶縁性とを備えたシートを得るために、構成層数は１０〜１０００層が好ましい。
最終的に目的とする厚さ、例えば０．１〜３ｍｍ程度の厚さのシートを作製し、その後、工程（III）で成形助剤を除去することによって、本実施形態の絶縁性熱伝導シートを得ることができる。工程（III）における成形助剤の除去は、使用する成形助剤に応じて公知の方法から適宜選択された方法に従って、実施することができる。例えば、圧延して得られるシート状物を加熱して、成形助剤を乾燥除去すればよい。
成形助剤を除去した後に、工程（III）によって得られたシート状物を加圧成形してもよい（工程（IV））。このような加圧成形の工程を含むことにより、絶縁性熱伝導シートの気孔率を低下させることができ、熱伝導性を向上させることができる。工程（II）を実施した後のシート状物の気孔率は、通常５０〜８０％程度であるが、工程（IV）を実施することにより、シート状物の気孔率が４０％以下にまで低下させることができる。さらに、この加圧成形の工程を経ることにより、熱伝導性フィラー同士がより密に存在するようになり、絶縁性熱伝導シートの熱抵抗をさらに小さくすることができる。加圧成形は、例えば、温度３２０〜４００℃で、シート状物を圧力０．０５〜５０ＭＰａで１〜１５分間プレスすることで行うことができる。なお、ここでいう気孔率とは、後述の実施例で行った測定方法によって求められる値である。
絶縁性熱伝導シートに含浸材を含浸させる場合は、工程（III）によって得られたシート状物（工程（IV）が実施された場合は、工程（IV）によって得られたシート状物）に、含浸材を含浸させる（工程（Ｖ））。含浸材は、上記に説明したとおりである。
工程（Ｖ）は、含浸材を短時間で高い含浸率で含浸させることが容易であるという理由から、工程（III）によって得られたシート状物（工程（IV）が実施された場合は、工程（IV）によって得られたシート状物）を含浸材中に浸漬し、加圧することによって行うことが好ましい。このような操作は、加圧容器を用いて行うことができる。
加圧容器からシート状物を取り出した後、その表面の含浸材を拭き取る。
以上のようにして、本実施形態の絶縁性熱伝導シートを得ることができるが、本実施形態の絶縁性熱伝導シートの製造方法は上記に限られるものではない。
本実施形態の絶縁性熱伝導シートは、良好な熱伝導性と絶縁性とを有する。さらに、本実施形態の絶縁性熱伝導シートは、耐オイル性が高いフッ素樹脂を使用しているため、オイル環境下での使用に好適である。したがって、本実施形態の絶縁性熱伝導シートは、車両（例えば、ハイブリット自動車及び電気自動車等）用モータ用の放熱部材として最適であり、当該絶縁性熱伝導シートを用いることによって、車両用モータを長期にわたって高効率で冷却することができる。また、本実施形態の絶縁性熱伝導シートは、ヒートシンクの放熱部材として使用することができる。なお、車両用モータ内での使用形態はこれに限られない。本実施形態の絶縁性熱伝導シートは、車両用モータ以外（例えば、発電機及び電子機器等）用の放熱部材としても、使用可能である。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。最初に、本実施例で行った評価方法について説明する。
（熱抵抗）
実施例及び比較例の絶縁性熱伝導シートの放熱性を、それらの熱抵抗によって評価した。熱抵抗の測定は、図１（ａ）及び（ｂ）に示す熱特性評価装置１０を用いて行った。熱特性評価装置１０は、上部に発熱体（ヒータブロック）１１を有し、下部に放熱体（冷却水が内部を循環するように構成された冷却ベース板）１２を有している。発熱体１１及び放熱体１２は、それぞれ１辺が２０ｍｍの立方体となるように形成されたアルミニウム製（Ａ５０５２、熱伝導率：１４０Ｗ／ｍ・Ｋ）のロッド１３を有している。一対のロッド１３の側部には、発熱体１１及び放熱体１２を貫通する一対の圧力調整用ネジ１４が備えられている。圧力調整用ネジ１４と発熱体１１との間には、ロードセル１５が備えられており、これにより、圧力調整用ネジ１４を締めこんだ際の圧力が測定される。放熱体１２側のロッド１３の内部には、接触式変位計１７の３本のプローブ１６（直径１ｍｍ）が設置されている。プローブ１６の上端部は、試料（各実施例及び比較例の絶絶縁性熱伝導シート）がロッド１３間に配置されていないときには、上側（発熱体１１側）のロッド１３の下面に接触した状態になっており、上下のロッド１３間の間隔（試料の厚さ）を測定可能に構成されている。発熱体１１及び上下のロッド１３の背面側には、温度計１９の温度センサ１８が取り付けられている。具体的には、発熱体１１の１箇所と、各ロッド１３の上下方向に等間隔で５箇所に、温度センサ１８が取り付けられている。
まず、一対のロッド１３で、上下から試料２０（２０ｍｍ×２０ｍｍ）を挟み込んだ。圧力調整用ネジ１４を締めこんで、試料２０に圧力を加え、発熱体１１の温度を１５０℃に設定するともに、放熱体１２に２０℃の冷却水を循環させた。そして、発熱体１１及び上下のロッド１３の温度が安定した後、上下のロッド１３の温度を各温度センサ１８で測定した。上下のロッド１３の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）と温度勾配から、試料２０を通過する熱流束を算出するとともに、上下のロッド１３と試料２０との界面の温度を算出した。そして、これらを用いて当該圧力における熱抵抗（Ｋ／Ｗ）を、熱伝導率方程式（フーリエの法則）を用いて算出した。なお、試料２０に２００Ｎの圧力を加えた場合について熱抵抗を求めた。
Ｑ＝−λｇｒａｄＴ
Ｒ＝１／λ（Ｌ／Ａ）
Ｑ：単位面積あたりの熱流速
ｇｒａｄＴ：温度勾配
Ｌ：試料（絶縁性熱伝導シート）の厚さ
Ａ：ロッド面積
λ：熱伝導率
Ｒ：熱抵抗
（絶縁破壊電圧（ＢＤＶ：Break Down Voltage））
実施例及び比較例の絶縁性熱伝導シートの絶縁性を、それらの絶縁破壊電圧によって評価した。ＪＩＳ Ｃ ２１１０の規格に準拠した方法で、実施例及び比較例の絶縁性熱伝導シートの絶縁破壊電圧を測定した。絶縁破壊電圧の測定は、昇圧速度１ｋＶ／ｓｅｃで実施された。
（気孔率）
絶縁性熱伝導シートの重量と体積とを測定し、その結果から実測密度を求めた。この実測密度と真密度とを用いて、以下の式により気孔率を求めた。
気孔率（％）＝（１−実測密度／真密度）×１００
(実施例１）
熱伝導性無機粒子としての窒化ホウ素粒子（水島合金鉄株式会社、品番「ＨＰ−４０」、粒径３０〜６０μｍ）と、ダイアモンド粒子（河南黄河旋風股分有限会社、品番「ＨＨＭ−Ｃ」、粒径８〜１６μｍ）と、ＰＴＦＥ粉末（ダイキン工業株式会社製、品番「ＭＰ−１０４Ｕ」）とを、質量比８７．５：２．５：１０の割合で混合した。この混合物１００質量部に対し、成形助剤としてデカン４０質量部を加えて混練することによって、ペースト状混合物を得た。
得られたペースト状の混合物を圧延ロールで圧延することによって、厚さ０．６ｍｍの母シート（シート状成形体）を得た。この母シート２枚を互いに重ね合わせて得られた積層物を、上記圧延ロール間に通して圧延し、積層シート（第１の積層シート）を作製した。次に、得られた第１の積層シートをシート状成形体として２枚準備した。これら２枚の第１の積層シートを重ね合わせて積層し、この積層物を圧延して、新たな積層シート（第２の積層シート）を作製した。次に、得られた第２の積層シートをシート状成形体として２枚準備した。これら２枚の第２の積層シートを重ね合わせて積層し、この積層物を、１回目の圧延方向から９０度変更した方向に圧延して新たな積層シート（第３の積層シート）を作製した。このように、得られた積層シートをシート状成形体として用いて重ね合わせて圧延する工程を、圧延方向を９０度ずつ変更しながら６回繰り返して、最終的に厚さ約０．２５ｍｍの圧延シートを得た。
次に、得られた圧延シートを１５０℃で３０分間乾燥して、成形助剤を除去した。次いで、この圧延シートを、３８０℃、７ＭＰａで１分間プレスして、厚さ約０．２ｍｍの絶縁性熱伝導シートを得た。この絶縁性熱伝導シートの気孔率は２４％であった。
さらに、本実施例では、得られた絶縁性熱伝導シートに、含浸剤としてシリコーンオイルを含浸させた。具体的には、加圧容器内に、シリコーンオイル（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社、品番「ＰＤＭＳ １００−Ｊ」）を加え、そこへ絶縁性熱伝導シートを浸漬した。容器内に圧縮空気を送り込み、０．５ＭＰａまで加圧し、１０分間保持することによって、シリコーンオイルを絶縁性熱伝導シートに含浸させた。含浸後、絶縁性熱伝導シートの表面のシリコーンオイルを拭き取って、シリコーンオイルが含浸された絶縁性熱伝導シートを得た。シリコーンオイルが含浸された絶縁性熱伝導シートは、２１４μｍの厚さを有していた。上記の方法で測定した熱抵抗は０．５２Ｋ／Ｗであり、絶縁破壊電圧は５８．４ｋＶ／ｍｍであった。
（実施例２）
熱伝導性無機粒子としての窒化ホウ素粒子（水島合金鉄株式会社、品番「ＨＰ−４０」、粒径３０〜６０μｍ）と、ダイアモンド粒子（河南黄河旋風股分有限会社、品番「ＨＨＭ−Ｃ」、粒径８〜１６μｍ）と、ＰＴＦＥ粉末（ダイキン工業株式会社製、品番「ＭＰ−１０４Ｕ」）とを、質量比８５：５：１０の割合で混合した。この混合物１００質量部に対し、成形助剤としてデカン４０質量部を加えて混練することによって、ペースト状混合物を得た。得られたペースト状混合物を用いて、実施例１と同じ方法で絶縁性熱伝導シートを作製した。この絶縁性熱伝導シートの気孔率は２６％であった。
さらに、本実施例においても、実施例１と同様に、絶縁性熱伝導シートにシリコーンオイルを含浸させた。シリコーンオイルが含浸された絶縁性熱伝導シートは、２１４μｍの厚さを有していた。上記の方法で測定した熱抵抗は０．５０Ｋ／Ｗであり、絶縁破壊電圧は５８．４ｋＶ／ｍｍであった。
（実施例３）
熱伝導性無機粒子としての窒化ホウ素粒子（水島合金鉄株式会社、品番「ＨＰ−４０」、粒径３０〜６０μｍ）と、ダイアモンド粒子（河南黄河旋風股分有限会社、品番「ＨＨＭ−Ｃ」、粒径８〜１６μｍ）と、ＰＴＦＥ粉末（ダイキン工業株式会社製、品番「ＭＰ−１０４Ｕ」）と、ＰＦＡ粉末（三井・デュポンフロロケミカル株式会社製、品番「ＭＰ−１０」）とを、質量比８５：５：８：２の割合で混合した。この混合物１００質量部に対し、成形助剤としてデカン４０質量部を加えて混練することによって、ペースト状混合物を得た。得られたペースト状混合物を用いて、実施例１と同じ方法で絶縁性熱伝導シートを作製した。この絶縁性熱伝導シートの気孔率は３２％であった。
さらに、本実施例においても、実施例１と同様に、絶縁性熱伝導シートにシリコーンオイルを含浸させた。シリコーンオイルが含浸された絶縁性熱伝導シートは、２０３μｍの厚さを有していた。上記の方法で測定した熱抵抗は０．５０Ｋ／Ｗであり、絶縁破壊電圧は５７．０ｋＶ／ｍｍであった。
（実施例４）
熱伝導性無機粒子としての窒化ホウ素粒子（水島合金鉄、品番「ＨＰ−４０」、粒径３０〜６０μｍ）と、ダイアモンド粒子（河南黄河旋風股分有限会社、品番「ＨＨＭ−Ｃ」、粒径５４〜８４μｍ）と、ＰＴＦＥ粉末（ダイキン工業株式会社製、品番「ＭＰ−１０４Ｕ」）とを質量比８５：５：１０の割合で混合した。この混合物１００質量部に対し、成形助剤としてデカン４０質量部を加えて混練することによって、ペースト状混合物を得た。得られたペースト状混合物を用いて、実施例１と同じ方法で絶縁性熱伝導シートを作製した。この絶縁性熱伝導シートの気孔率は２４％であった。
さらに、本実施例においても、実施例１と同様に、絶縁性熱伝導シートにシリコーンオイルを含浸させた。シリコーンオイルが含浸された絶縁性熱伝導シートは、２１０μｍの厚さを有していた。上記の方法で測定した熱抵抗は０．５３Ｋ／Ｗであり、絶縁破壊電圧は５０．０ｋＶ／ｍｍであった。
（比較例１）
熱伝導性無機粒子としての窒化ホウ素粒子（水島合金鉄、品番「ＨＰ−４０」、粒径３０〜６０μｍ）と、ＰＴＦＥ粒子（ダイキン工業株式会社製、品番「ＭＰ−１０４Ｕ」）と、ＰＦＡ粉末（三井・デュポンフロロケミカル株式会社製、品番「ＭＰ−１０」）とを、質量比９０：８：２の割合で混合した。この混合物１００質量部に対し、成形助剤としてデカン４０質量部を加えて混練することによって、ペースト状混合物を得た。得られたペースト状混合物を用いて、実施例１と同じ方法で絶縁性熱伝導シートを作製した。この絶縁性熱伝導シートの気孔率は３１％であった。
さらに、本比較例においても、実施例１と同様に、絶縁性熱伝導シートにシリコーンオイルを含浸させた。シリコーンオイルが含浸された絶縁性熱伝導シートは、２５２μｍの厚さを有していた。上記の方法で測定した熱抵抗は０．５５Ｋ／Ｗであり、絶縁破壊電圧は４８．０ｋＶ／ｍｍであった。
（比較例２）
熱伝導性無機粒子としての窒化ホウ素粒子（水島合金鉄、品番「ＨＰ−４０」、粒径３０〜６０μｍ）と、熱伝導性無機粒子としての窒化ケイ素粒子（電気化学工業株式会社、品番「ＮＰ−２００」、平均粒径１μｍ）と、ＰＴＦＥ粉末（ダイキン工業株式会社製、品番「ＭＰ−１０４Ｕ」）と、ＰＦＡ粉末（三井・デュポンフロロケミカル株式会社製、品番「ＭＰ−１０」）とを、質量比８５：５：８：２の割合で混合した。この混合物１００質量部に対し、成形助剤としてデカン４０質量部を加えて混練することによって、ペースト状混合物を得た。得られたペースト状混合物を用いて、実施例１と同じ方法で絶縁性熱伝導シートを作製した。この絶縁性熱伝導シートの気孔率は３４％であった。
さらに、本比較例においても、実施例１と同様に、絶縁性熱伝導シートにシリコーンオイルを含浸させた。シリコーンオイルが含浸された絶縁性熱伝導シートは、２２５μｍの厚さを有していた。上記の方法で測定した熱抵抗は０．６１Ｋ／Ｗであり、絶縁破壊電圧は６４．９ｋＶ／ｍｍであった。
以上の結果を、表１にまとめて示す。
Figure 2015048414
ダイアモンド粒子と窒化ホウ素粒子とがフィラーとして含まれている実施例１〜４の絶縁性熱伝導シートは、フィラーとして窒化ホウ素粒子のみが含まれている比較例１の絶縁性熱伝導シートと比較して、熱抵抗が低く（放熱性が高く）、絶縁破壊電圧が高かった（絶縁性が高かった）。また、窒化ホウ素粒子に加えて、ダイアモンド粒子ではなく窒化ケイ素粒子が含まれる比較例２の絶縁性熱伝導シートは、比較例１の絶縁性熱伝導シートと比較すると、絶縁破壊電圧は高くなったものの熱抵抗も高くなってしまった。このように、ダイアモンド粒子と、ダイアモンド粒子を除く熱伝導性無機粒子とをフィラーとして含む本発明の絶縁性熱伝導シートは、ダイアモンド粒子を含まない従来の絶縁性熱伝導シートと比較して、より高い絶縁性とより高い放熱性との両方を実現できることが確認された。
本発明の絶縁性熱伝導シートは、高い放熱性と高い絶縁性を備えており、さらにハンドリング性にも優れているので、電子機器及び車両用の放熱部材として好適に利用できる。
１０ 熱特性評価装置
１１ 発熱体
１２ 放熱体
１３ ロッド
１４ 圧力調整用ネジ
１５ ロードセル
１６ プローブ
１７ 接触式変位計
１８ 温度センサ
１９ 温度計
２０ 試料

Claims (4)

  1. ポリテトラフルオロエチレンを含むフッ素樹脂と、熱伝導性フィラーと、を含む絶縁性熱伝導シートであって、
    前記熱伝導性フィラーが、ダイアモンド粒子と、ダイアモンド粒子を除く熱伝導性無機粒子とを含む、
    絶縁性熱伝導シート。
  2. 前記熱伝導性無機粒子が、窒化ホウ素粒子である、
    請求項１に記載の絶縁性熱伝導シート。
  3. 熱抵抗が０．５５Ｋ／Ｗ未満であり、かつ、絶縁破壊電圧が５０ｋＶ／ｍｍ以上である、
    請求項１又は２に記載の絶縁性熱伝導シート。
  4. 前記絶縁性熱伝導シートが多孔質構造を有しており、
    前記絶縁性熱伝導シートに含浸された含浸材をさらに含む、
    請求項１〜３の何れか１項に記載の絶縁性熱伝導シート。
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