JP3520257B2 - 多機能シートの製造方法 - Google Patents

多機能シートの製造方法

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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品等の放熱
及びEMC対策をいずれも可能な多機能シートの製造方
法に関する。 【0002】 【従来の技術】従来より、電子部品等から放射された電
磁波が、他の電子部品や外部の電子機器に影響を与えた
り、他の電子部品や外部の電子機器から放射された外部
からの電磁波によって電子部品が誤動作することを防止
する、いわゆる電子機器のEMC対策用品の一つとして
ノイズ吸収シートが知られている。 【0003】一方、発熱源となる電子部品と、放熱性に
優れたヒートシンク(放熱板や筐体パネル等)との間に
介在させ、電子部品等にて発生した熱をヒートシンクに
逃がすことにより電子部品の過熱を防止する熱伝導シー
トも知られている。 【0004】これらのシートは、いずれもシリコーンゴ
ムに所望の機能を付与するためのフィラー(例えば、ノ
イズ吸収シートであればフェライト粉等の磁性フィラ
ー、熱伝導シートであればアルミナや窒化ホウ素等の熱
伝導フィラー)を混練して、成形することにより作製さ
れる。 【0005】ところで、同じ電子部品に対してEMC対
策と熱対策とを行わなければならない場合があり、取付
作業性の向上,省スペース化のため、これらノイズ吸収
シートと熱伝導シートとを一体化した多機能シートが望
まれている。 【0006】これに対して、熱伝導シートの表面に金属
製の電磁波吸収層を形成したり、また、シリコーンゴム
に、熱伝導フィラー及び磁性フィラーのいずれもを充填
することで、熱伝導性,ノイズ吸収性のいずれにも優れ
た多機能シートを作製することが考えられる。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】しかし、熱伝導シート
の表面に金属製の電磁波吸収層を形成する前者の場合、
電磁波吸収層によってシートとしての柔軟性が劣化し、
電子部品との密着性が十分に得られず、電子部品から熱
伝導シートへの熱伝導の効率が低下してしまうという問
題があった。 【0008】一方、熱伝導フィラー及び磁性フィラーの
いずれもを充填する後者の場合、熱伝導シート及びノイ
ズ吸収シートとして必要な最低限の性能を得ようとする
と、シリコーンゴムに対する熱伝導フィラー及び磁性フ
ィラーの合計充填量が過剰となり、その結果、十分な弾
性(電子部品との密着性)や強度が得られず、使用に耐
えるものを作製することができなかった。 【0009】即ち、熱伝導シートでは、一般に、熱伝導
率が2[W/m・K]以上であることが望ましく、その
ために最低限必要な熱伝導フィラーの充填量は、アルミ
ナの場合で約70体積%、窒化ホウ素の場合で約30体
積%である。一方、ノイズ吸収シートでは、最低限必要
なノイズ吸収性能を得るためには磁性フィラーの充填量
を40体積%以上とする必要がある。つまり、両フィラ
ーの合計充填量は、熱伝導フィラーとして窒化ホウ素を
用いたとしても、70体積%を越えてしまう。ところ
が、シートの母材となるシリコーンゴムは、フィラーの
充填量が約50体積%を越えると、熱伝導性シートとし
て電子部品との密着性を得るために必要な柔軟性やシー
ト状に成形した際の強度が十分に得られない。従って、
熱伝導性とノイズ吸収性とをいずれも両立させることが
できず、結局、シリコーンゴムにフィラーを充填する方
法では、いずれか単一の機能を有するシートしか作製で
きなかったのである。 【0010】本発明は、上記問題点を解決するために、
熱伝導性及びノイズ吸収性のいずれにも優れた多機能シ
トの製造方法を提供することを目的とする。 【0011】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本発明の多機能シートの製造方法は、液状シ
リコーンに、熱伝導フィラーとしての気相成長炭素繊維
を攪拌,混練する第1工程と、該第1工程によって得ら
れた材料に磁性フィラーとしてのフェライト粉を投入し
て加圧混練する第2工程と、該第2工程によって得られ
た材料をシート状に成形し、加熱硬化させる第3工程と
を備えることを特徴とする。 【0012】このように、気相成長炭素繊維とフェライ
ト粉とを一緒に液状シリコーンに混入するのではなく、
最初に、液状シリコーンに気相成長炭素繊維のみを攪
拌,混練する第1工程を行うことにより、液状シリコー
ンと気相成長炭素繊維とは均一に混ざり合い、しかも2
本ロール等の機器を用いての混練が可能な程度に粘着性
のある材料となる。 【0013】そして、この第1工程にて得られた材料
に、フェライト粉を投入して加圧混練する第2工程を行
うことにより、気相成長炭素繊維と共に最初から一緒に
混ぜた場合より多くのフェライト粉を、材料を分離させ
てしまうことなく混入することが可能となる。なお、第
1工程にて、液状シリコーンに気相成長炭素繊維を攪
拌,混練したものが、まとまりのある状態を保つことが
でき、第2工程以降の作業が可能となるフィラーの合計
充填量の上限が70体積%である。 【0014】このように本発明の製造方法によれば、シ
ートとしての強度、熱伝導材として放熱対象との密着性
(弾力性)を保持可能なフィラーの充填量の上限が70
体積%まで増加するため、その分だけフィラーを増加さ
せれば、熱伝導性及びノイズ吸収性をより向上させるこ
とができ、逆に、フィラーの充填量を必要最小限に抑え
れば、シートの弾力性(放熱対象との密着性)を向上さ
せることができる。 【0015】 【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面と
共に説明する。図1は、本発明の製造方法により製造さ
れた多機能シートの構成を表す説明図である。 【0016】図1に示すように、多機能シート10は、
シリコーンゴムからなる基材12に、気相成長炭素繊維
からなる熱伝導フィラー14と、フェライト粉からなる
磁性フィラー16とをほぼ均一に混合した構成を有して
いる。 【0017】このうち、シリコーンゴムは、2液を混合
することにより硬化する付加反応型の液状シリコーンが
用いられている。また、気相成長炭素繊維とは、炭化水
素化合物の熱分解による気相法によって生成されたウイ
スカ状の炭素繊維であり、繊維径が0.2μm、繊維長
が10〜20μm、嵩密度が0.02〜0.08g/c
m3 のものが用いられている。なお、気相法での製造方
法については、例えば、特許公報第2703691号等
に、詳述されているので、ここでは説明を省略する。 【0018】また、フェライト粉は、ソフトフェライト
(例えば、Mn−Zn系,Ni−Zn系フェライト)
を、粒径が数〜数百μmの粉体にしたものである。な
お、シートの用途によっては、ソフトフェライトの代わ
りに、ハードフェライト(例えば、Baフェライト,S
tフェライト等)や金属磁性体(パーマロイ,Fe−A
l−Si系アモルファス合金,マグネタイト等)を使用
してもよく、この場合、GHz帯の高周波領域でノイズ
吸収特性が得られる。 【0019】以下、本実施形態における多機能シートの
製造方法について説明する。なお、製造工程に入る前
に、基材12の元となる液状シリコーン,熱伝導フィラ
ー(気相成長炭素繊維)14,磁性フィラー(フェライ
ト粉)16の計量を行う。但し、各フィラー14,16
の充填量が、次の条件をすべて満たすように設定され
る。 【0020】1.熱伝導フィラー14が8体積%以上 2.磁性フィラーが40体積%以上 3.両フィラー14,16の合計充填量が60体積%以
下 [第1工程] このようにして計量された各材料のうち、まず、基材1
2と熱伝導フィラー14とを混合して攪拌・混練する。
この時、作業中における液状シリコーンの硬化を防ぐた
めの硬化遅延剤を添加する。 [第2工程] 次に、第1工程により得られた混合材料(液状シリコー
ン,熱伝導フィラー14)を、2本ロール,加圧ニーダ
を用いて、磁性フィラー16を投入しながら20分間加
圧混練する。 [第3工程] 第3工程により得られた混合材料(液状シリコーン,熱
伝導フィラー14,磁性フィラー16)を、プレス機を
用いてシート状(厚さ50μm〜5mm)に成形し、1
20℃,30分の条件で硬化させる。 【0021】このように製造された多機能シート10で
は、基材(シリコーンゴム)12に充填する熱伝導フィ
ラー14として、熱伝導性の高い気相成長炭素繊維を用
いたことにより、熱伝導シートとしての使用に必要な熱
伝導性を得るために最低限必要となる熱伝導フィラー1
4の充填量を8体積%にまで減少させることができ、そ
の分、磁性フィラー16の充填量を増大させることがで
きる。 【0022】その結果、多機能シート10では、熱伝導
フィラー12及び磁性フィラー16を、いずれも十分な
量だけ充填することが可能となり、熱伝導シートとして
の使用の際に最低限必要な熱伝導性及びノイズ吸収シー
トとして使用の際に最低限必要なノイズ吸収性を、いず
れも良好なものとして両立させることができる。 【0023】しかも、多機能シート10は1枚のシート
からなるため、取り扱いが容易で、軽薄短小化されたパ
ソコン,OA機器等の限られたスペースでも簡単に取り
付けることができ、従って、少ない手間と省スペースに
て、電子部品の放熱及びEMC対策を一度に施すことが
できる。 【0024】また、多機能シート10を、上述の製造方
法、即ち最初に基材12と熱伝導フィラー14と十分に
混練した後に、磁性フィラー16を混練する方法にて製
造することにより、シートとしての強度、熱伝導材とし
て放熱対象との密着性(弾力性)を保持可能なフィラー
の充填量の上限を、従来の50体積%から60体積%ま
で増加させることができる。 【0025】従って、その分だけフィラーを増加させれ
ば、熱伝導性及びノイズ吸収性をより向上させることが
でき、また、フィラーの充填量を必要最小限に抑えれ
ば、シートの弾力性(放熱対象との密着性)を向上させ
ることができる。 【0026】また、熱伝導フィラー14として充填され
る気相成長炭素繊維は、導電性を有しているため、ノイ
ズを遮蔽する効果もあり、EMC対策品としての性能が
向上するだけでなく、当該多機能シート10を、電子部
品の帯電防止にも使用することができる。 【0027】また更に、磁性フィラー16として充填さ
れるフェライト粉は、基材12であるシリコーンゴム
を、熱放射性の優れた黒体に近づけることになるため、
当該多機能シート10は、それ自体の熱放射も増加する
ため、放熱対象からの放熱をより効率良く行うことがで
きる。 【0028】 【実施例】次に、上述の第1〜第3工程を用い、熱伝導
フィラー(気相成長炭素繊維)14,磁性フィラー(M
n−Zn系フェライト粉)16の充填量を変えて製造し
た多機能シート(実施例1,2)、及び磁性フィラー1
6を省略して熱伝導フィラー14のみを充填し、しかも
熱伝導フィラーとして、気相成長炭素繊維,ピッチ系炭
素繊維(繊維長100μm),樹枝状銅粉,アルミニウ
ム粉を用いた熱伝導シート(比較例1〜4)について、
特性の測定を行ったので、以下に、その結果を示す。 【0029】なお、実施例1,2及び比較例1〜4にお
ける各フィラーの材質及び充填量は、[表1]に示す通
りである。 【0030】 【表1】【0031】これら実施例1,2及び比較例1〜4につ
いて、熱伝導率,体積抵抗率,表面抵抗率についての測
定結果を[表2]に、透磁率の周波数特性についての測
定結果を[表2]に、またシールド効果の周波数特性に
ついての測定結果を[表4]に示す。 【0032】但し、熱伝導率は、熱伝導率測定器(京都
電子工業製/QTM−500)を使用して測定し、ま
た、体積抵抗率及び表面抵抗率は、JIS K6911
に準じて高抵抗率計MCP−HT450及び低抵抗率計
MCP−T600(いずれも三菱化学製)を使用し測定
した。 【0033】また、透磁率の周波数特性は、透磁率測定
器HP4291A(ヒューレットパッカード製)を使用
し、シールド効果の周波数特性は、電磁波シールド特性
試験器MA8602B(アンリツ製)を使用し、KEC
法に準じて測定を行った。 【0034】 【表2】 【0035】 【表3】 【0036】 【表4】【0037】[表2]〜[表4]に示すように、実施例
1,2では、熱伝導率が2.0[W/m・K]以上、ま
た、1MHz〜100MHzの範囲においてノイズ吸収
効果に関係する透磁率μ’が3以上となり、熱伝導性及
びノイズ吸収性のいずれについても、十分な特性が得ら
れている。 【0038】更に、実施例1,2では、導電性と関連の
ある体積抵抗率,表面抵抗率も、十分に小さなものとな
り帯電防止にも使用できること、また、0.1MHz〜
1000MHzの範囲においてシールド効果が10dB
以上となり、ノイズ吸収だけでなくノイズ遮蔽の効果も
加わるため、EMC対策に好適であることが示されてい
る。
【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明の製造方法にて製造された多機能シー
トの構成を表す説明図である。 【符号の説明】 10…多機能シート 12…基材 14…熱伝
導フィラー 16…磁性フィラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開2000−302970(JP,A) 特開2001−316502(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 23/373 H05K 9/00

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 加圧或いは加熱の少なくとも一方によっ
    て固化が促進される液状シリコーンに、気相成長炭素繊
    維を攪拌,混練する第1工程と、 該第1工程によって得られた材料にフェライト粉を投入
    して加圧混練する第2工程と、 該第2工程によって得られた材料をシート状に成形し、
    加熱して固化させる第3工程と、 を備えることを特徴とする多機能シートの製造方法。
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