JP5517191B2 - 熱伝導性シートの製造方法及び熱伝導性シート - Google Patents
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Description
こうした熱伝導性シートは、原寸大の熱伝導性シートに比べて大判に形成した熱伝導性シートである大判シート体を樹脂フィルム上に成形した後、被着体の大きさに合わせて一つ一つ所望の大きさに裁断するという製造方法が採用されており、裁断された大判シート体を樹脂フィルム上に載置したままで実装工場に出荷している。
また、皮膜形成剤を塗布した裁断刃を、大判シート体の表面に対して交差方向に入刀し、大判シート体を裁断してその裁断面に皮膜形成剤を付着させる工程を設けたため、裁断刃を入刀して得られる裁断面に皮膜形成剤を付着させ易く、この裁断面に非粘着性の弾性皮膜を簡単に形成することができる。そして、裁断刃の入刀により、大判シート体の裁断と皮膜形成剤の付着とを同時に行うこともでき、裁断と皮膜形成剤の付着を分けて行うこともできる。さらに、裁断刃で皮膜形成剤を付着するため、大判シート体の裁断面の全面に漏れ無く皮膜形成剤を付着させることができ、また、裁断面に均一に皮膜形成剤を付着させることができる。
さらに、裁断面に付着した皮膜形成剤を反応させて、裁断面に非粘着性の弾性皮膜を形成する工程を設けたため、所望の大きさの熱伝導性シートの側面に非粘着性の弾性皮膜を設けることができる。側面に非粘着性の弾性皮膜を有する熱伝導性シートは、隣接する熱伝導性シートの側面同士が再接着しにくく、熱伝導性シートの実装における作業性が向上する。
皮膜形成剤を塗布しない裁断刃を大判シート体に入刀する第1次裁断工程と、皮膜形成剤を塗布した裁断刃を同一箇所に入刀して裁断面に皮膜形成剤を付着させる第2次裁断工程と、を設けたため、第1次裁断工程と第2次裁断工程とで、大判シート体の裁断と皮膜形成剤の塗布とを別の工程とすることができる。これにより、裁断面への皮膜形成剤の付着をより精緻に行うことができる。また、第1次裁断工程を完全には裁断せずに切れ目を入れる仮裁断工程とし、第2次裁断工程を大判シート体を完全に裁断する本裁断と裁断面への皮膜形成剤の付着とを行う工程とすることもできる。さらに、第1次裁断工程と第2次裁断工程のそれぞれの工程で用いる裁断刃を同一の裁断刃とすることもできるし、別の裁断刃とすることもできる。同一の裁断刃を用いれば準備する裁断刃の種類が減り効率的であり、また、裁断と皮膜形成剤の塗布を同じ裁断刃でまかなうことができる。一方、別の裁断刃を用いれば、裁断と皮膜形成剤の塗布のそれぞれの工程により適した形状の裁断刃を適宜選択することができる。
厚さ方向に沿う側面に非粘着性の弾性皮膜を有する熱伝導性シートとしたため、複数の熱伝導性シートがその側面どうしで接触していても相互にくっつきにくくすることができ、個々の熱伝導性シートの取扱性を容易にすることができる。
また、熱伝導性シート内部が容易に圧縮されるようなゲル状や、粘土質状、ペースト状であっても、シート形状を弾性皮膜を形成した側面で保持することができるため、形状維持性に優れた熱伝導性シートである。
弾性皮膜を厚さ方向に沿う側面に付着した皮膜形成剤に含まれる硬化剤と前記高分子基材を形成する基剤との反応皮膜としたため、熱伝導性シートの側面に形成された非粘着性の弾性皮膜と熱伝導性シート内部の粘着性のある部位との間で明確な界面を形成することなく、側面から内部にかけて漸次性質が変わる熱伝導性シートとすることができる。したがって、弾性皮膜の剥離が起こりにくい。また、側面と内部との間での柔軟性、熱伝導性、その他の性質の急激な変化を抑えることができる。
弾性皮膜が、厚さ方向への圧縮に対する反発力(弾性)を有する熱伝導性シートとしたため、熱伝導性シートの内部がゲル状や、粘土質状、ペースト状などであって、圧縮に対する弾性的な復元力を有しない場合であっても、定形性を有し、寸法安定性に優れている。また、一度、圧縮された後も再利用することができる。
厚さ方向に交差する表面または裏面の少なくとも何れか一方に非粘着性の弾性皮膜を有するため、厚さ方向に交差する表面または裏面も非粘着性とすることができ、取扱い性が高まる。すなわち、無定形の粘土質状、ペースト状などの柔らかい内部と、有定形のゲル状、ゴム状などの硬い表面または裏面とを組み合わせることができ、表面側を有定形層とし内面側を無定形層とすることで、圧縮荷重が小さく形状保持性に優れ取扱いが容易な熱伝導性シートを実現することができる。
前記何れかの弾性皮膜が、それ以外の弾性皮膜とは硬さが異なる弾性皮膜としたため、
熱伝導性シートの適用部位に合わせた柔軟な設計をすることができる。すなわち、例えば、表面側は発熱体との接触面積を高めるため柔らかく、裏面側はそれほどの柔らかさは必要ではなく取扱い性の観点から硬さが要求されるような場合に、表面を柔らかく裏面を硬く形成することができる。
また、本発明の熱伝導性シートによれば、厚さ方向に沿う側面に非粘着性の弾性皮膜を設けており、熱伝導性シートの側面どうしでくっつきにくく、また、一度くっついても離しやすくすることができる。また、側面が硬く定形性があるため、電子機器への実装において取扱い性に優れている。さらに、内部は柔らかく接触面積を大にすることが可能で熱抵抗が低い。加えて、内部が柔らかく荷重値が低いにもかかわらず反発力を有し定形性(形状保持性)、取扱い性に優れている。
本実施形態の熱伝導性シート11とその製造方法を図1〜図7に示す。図1は熱伝導性シート11の平面図であり、図2は熱伝導性シート11のSA−SA線断面図、図3〜図7は熱伝導性シート11の製造方法を示す説明図である。
粘着ボディ13は、発熱体や放熱体との良好な密着性を有し、熱を伝導し易いように、熱伝導性充填材が分散した高分子基材で形成されている。その側面に形成された弾性皮膜(側面弾性皮膜)14aは、粘着ボディ13に比較して弾性があり硬く形成されて非粘着性になっている。
「非粘着性」とは側面弾性皮膜14aどうしを加圧せずに接触させた場合にそれらが付着しにくい性質をいい、作業者の手に触れた際にも粘着しにくい性質をいう。また、加圧されて付着しても剥がれやすい性質をいう。側面弾性皮膜14aが形成されていない粘着ボディ13が、熱伝導性シート11どうしを加圧せずに接触させた際にそれらが付着し合う粘着性を有するのに対し、そうした粘着性が無いことを示す概念である。
更に、前記高分子基材は、こうした主剤と硬化剤のうち、硬化剤を含まない主剤だけであっても良い。
側面弾性皮膜14aは、粘着ボディ13の側面に付着した皮膜形成剤を硬化させることで得られる。したがって、粘着ボディ13に対する接着性が高く、粘着ボディ13に比べて硬度が高くなる材料を用いることができる。こうした皮膜形成剤には、次のような材料を用いることができる。
皮膜形成剤としては、まず、前記高分子基材に対する接着性を有する接着剤を用いることができる。
接着剤は、粘着ボディ13に対する接着性があって、それ自体が硬化する接着剤を用いることができ、例えば、シリコーン系、ウレタン系、エポキシ系、フェノール系、ポリイミド系、熱可塑性系等の一液性硬化型、二液性硬化型、UV硬化型、熱硬化型等の各種接着剤を用いることができる。
次に、粘着ボディ13の高分子基材となる前記主剤とその主剤と反応して硬化する硬化剤を含む組成物を皮膜形成剤に用いることができる。例えば、熱硬化して高分子基材となる主剤と硬化剤で粘着ボディ13を形成するとともに、この粘着ボディ13の側面に、この主剤と硬化剤の混合組成物である皮膜形成剤を塗布し加熱することで、主剤と硬化剤が架橋硬化した粘着ボディ13を形成するとともに、同様の主剤と硬化剤が架橋硬化した側面弾性皮膜14aを形成することができる。この場合には、粘着ボディ13も側面弾性皮膜14aも同材質であるため、粘着ボディ13と側面弾性皮膜14aとの界面の固着力が強固である。なお、主剤と硬化剤の含有比を粘着ボディ13と側面弾性皮膜14aで比較すると、側面弾性皮膜14aの方が硬化剤の含有比が高くなっている。
さらに、側面弾性皮膜14aは、粘着ボディ13の高分子基材となる前記主剤と反応して硬化する硬化剤そのものとすることができる。
主剤を含まない硬化剤単独を皮膜形成剤として側面弾性皮膜14aを形成すると、粘着ボディ13と側面弾性皮膜14aとの間で明確な境界ができず、内部から側面に向かって徐々に硬くなる熱伝導体12を得ることができる。そのため、粘着ボディ13と側面弾性皮膜14aとの境界部分が、上記(1)の接着剤を用いた場合は異種材料に基づく境界面、上記(2)の主剤と硬化剤の混合組成物を用いた場合は同種材料ではあるが硬度の相違に基づく境界面、がそれぞれ生じていることと異なる。
即ち、皮膜形成剤に硬化剤を用いると、硬化剤が粘着ボディ13に浸透して側面弾性皮膜14aを形成することから、粘着ボディ13と側面弾性皮膜14aとの間で境界部分が無く両者が一体となるので側面部分が剥がれにくい。換言すれば、外縁から内方へ徐々に粘着性を発現する傾斜材料となることから、側面弾性皮膜14aも粘着ボディ13の一部となる。こうした点で、硬化剤を皮膜形成剤とすることは好ましい。
粘着ボディ13の不混和ちょう度を35程度とし、側面弾性皮膜14aの硬さをE硬度で50程度とすることは好ましい態様である。
先ず、高分子基材(混合後に高分子基材となる主剤と硬化剤であっても良い)と熱伝導性充填材を攪拌機で混合して熱伝導性組成物17を用意する。混合時には空気の混入を防ぐために真空下により攪拌、混練することが好ましい。そして、図3で示すように、コンベアー1面にフィルムシート2を敷き、このフィルムシート2上にバーコーター3を用いて熱伝導性組成物17を塗布し、熱伝導性組成物17をシート状に成形して、製品として所望する熱伝導性シート11の大きさより大判の大判シート体18を形成する。厚さが均一に塗布された大判シート体18はコンベアー1上を矢示方向に移動して、裁断工程へ搬送される。
次に、図4で示すように、大判シート体18の表面に対して交差方向(矢示方向)に裁断刃を入刀する(第1次裁断工程)。それから、図5で示すように、皮膜形成剤16を塗布した裁断刃4を、大判シート体18の第1次裁断で形成された窪み12eに再度侵入させて裁断面に皮膜形成剤16を付着させる(第2次裁断工程)。
最後に不要な部分を取り除いて、図7で示すように、フィルムシート2上に配列載置した複数の熱伝導体12を得ることができ、所望の大きさの個々の熱伝導体12を熱伝導性シート11として用いることができる。
また、第1次裁断工程について大判シート体18を完全には裁断せずに切れ目を入れる仮裁断工程とし、第2次裁断工程を大判シート体を完全に裁断する本裁断と裁断面への皮膜形成剤の付着とを行う工程とすることができる。仮裁断工程を行った後、本裁断工程を行うため、裁断面が整った熱伝導体12を得ることがで、形状の整った熱伝導体12を得ることができる。そして、これらの工程は2段階の入刀工程があるため、側面と交差する表面または裏面に皮膜形成剤を付着させることが少ないため好ましい。
また、第1次裁断工程で入刀する粘着ボディ13は粘着性を有するため、裁断刃に粘着ボディ13がくっつきにくいよう、裁断刃や大判シート体18を冷却して第1次裁断工程を行うことは好ましい。
また、大判シート体18の形成には、バーコーターを用いる方法に代えて、ドクターブレード法や、カレンダー成形法、Tダイを用いた押出成形法などを行うこともできる。
また、粘着ボディ13に粘性があり弾性が無い材料を用いても、側面弾性皮膜14aに弾性を付与することができ、側面を側面弾性皮膜14aで覆うことで熱伝導性シート11の形状を保持することができる。
本実施形態の熱伝導性シート21とその製造方法を図8〜図10に示す。図8は熱伝導性シート21の断面図であり、図9、図10は熱伝導性シート21の製造方法を示す説明図である。
本実施形態の熱伝導性シート21は、先の実施形態の熱伝導性シート11と異なり、発熱体や放熱体の何れか一方と密着させる面にも弾性皮膜14bを設けている。
裏面弾性皮膜14bは、側面に形成された側面弾性皮膜14aと同材質でも良いが、別材質とすることもできる。
次に、コンベアー1に載置するフィルムシート2に、硬質用熱伝導性組成物27bを塗布し(図9参照)、その上に硬化剤を塗布する(図示せず)。そして、さらにその上に軟質用熱伝導性組成物27aを塗布すると(図10参照)、硬質用熱伝導性組成物27bと軟質用熱伝導性組成物27aが積層する大判シート体28が得られる。大判シート体28は、コンベアー1で矢示方向に移動して、裁断工程へ搬送する。
その後、先の実施形態で示した方法と同様にして裁断工程を実行し、側面に皮膜形成剤が付着した所望の大きさの熱伝導体22を得る。最後に皮膜形成剤を硬化させて熱伝導性シート21を得る。
裏面弾性皮膜14bや粘着ボディ13の形成も、バーコーターを用いる方法以外の上述の方法を行うことができるが、裏面弾性皮膜14b用材料(硬質用熱伝導性組成物27b)と粘着ボディ13用材料(軟質用熱伝導性組成物27a)を同時に押出成形する二色成形を行うと、生産効率が高くなる点、寸法精度が高くなる点で好ましい。
本実施形態の熱伝導性シート31とその製造方法を図11、図12に示す。図11は熱伝導性シート31の断面図であり、図12は熱伝導性シート31の製造方法を示す説明図である。
本実施形態の熱伝導性シート31は、発熱体や放熱体と密着させる表裏両面に弾性皮膜14b、14cを設けている。
あるいはまた、それぞれ裏面弾性皮膜14b、粘着ボディ13、表面弾性皮膜14cとなる熱伝導性組成物を形成しておき、各部位が積層するように各熱伝導性組成物を射出成形することができる。
予めシート状に形成した表裏両弾性皮膜14b,14cを用い、その表面に硬化剤を塗布して粘着ボディ13と固着した場合は、各部材を同時に射出して固着する場合と比べると、粘着ボディ13と弾性皮膜14b,14cの境界部分の厚さを変えることができ、製造方法を変化させることで、得られる熱伝導性シート31の性質を変えることができる。
さらに、表面と裏面の硬度を変えることで、大きさ、密着面積、押圧荷重などの密着させるべき発熱体や放熱体の特徴に併せて適宜硬度を修正することができる。
熱伝導性シート11,21,31の側面に形成する側面弾性皮膜14aは、その側面の全面(全部)に形成せずとも、側面の一部に形成することができる。例えば、図13(A)で示す熱伝導性シート41では、対向する2組の側面のうちの一方に側面弾性皮膜14aを形成している。また、図13(B)で示す熱伝導性シート51では、各側面の中央付近を除いて側面弾性皮膜14aを形成している。さらに、図13(C)で示す熱伝導性シート61では、対向する1組の側面では中央付近のみに側面弾性皮膜14aを形成し、もう1組の側面では中央付近を除いて側面弾性皮膜14aを形成している。こうした熱伝導性シート41,51,61は、裁断刃に付着させる皮膜形成剤14の位置を調整することで製造することができる。熱伝導性シート41,51,61では、圧縮時に側面弾性皮膜14aを形成していない側面部分が外方へ膨出し易いため、側面全面に側面弾性皮膜14aを形成する場合に比較して潰れやすく、圧縮荷重を小さくすることができる。
側面に側面弾性皮膜(14a)が設けられた試料と設けられていない試料を作製し、荷重測定器を用いて圧縮試験を行った。
試料は、厚さ2.4mm、幅10mm四方とし、4つの側面全面に側面弾性皮膜14aを有する熱伝導性シート(11)を試料1とし、4つの側面のいずれにも側面弾性皮膜(14a)が形成されていないものを試料2とした。これらの試料1及び試料2は、何れも粘着ボディ(13)の部分の硬度はE硬度が0(不混和ちょう度が35)である。
さらに比較のために、4つの側面のいずれにも側面弾性皮膜(14a)が形成されず、粘着ボディ(13)の部分の硬度がE硬度10である試料3を作製した。
圧縮試験では、厚さ2.4mmの試料を徐々に圧縮していき、所定の圧縮率になった際の荷重値を測定した。その結果を表1に示す。
2 フィルムシート
3 バーコーター
4 裁断刃
5 ローラー
11 熱伝導性シート(第1実施形態)
12 熱伝導体
12e 窪み
13 粘着ボディ
14 弾性皮膜
14a 側面弾性皮膜
14b 裏面弾性皮膜
14c 表面弾性皮膜
16 皮膜形成剤
17 熱伝導性組成物
18 大判シート体
21 熱伝導性シート(第2実施形態)
22 熱伝導体
27a 軟質用熱伝導性組成物
27b 硬質用熱伝導性組成物
28 大判シート体
31 熱伝導性シート(第3実施形態)
32 熱伝導体
38 大判シート体
41 熱伝導性シート(第1変形例)
42 熱伝導体
51 熱伝導性シート(第2変形例)
52 熱伝導体
61 熱伝導性シート(第3変形例)
62 熱伝導体
CL 裁断線
Claims (7)
- 高分子基材中に熱伝導性充填材が分散する熱伝導性シートの製造方法において、
高分子基材に熱伝導性充填材を配合した熱伝導性組成物を所望の大きさより大判のシート状に成形した大判シート体を形成する工程と、
皮膜形成剤を塗布した裁断刃を、大判シート体の表面に対して交差方向に入刀し、大判シート体を裁断してその裁断面に皮膜形成剤を付着させる工程と、
裁断面に付着した皮膜形成剤に含まれる硬化剤と前記高分子基材を形成する基剤とを硬化させて、その反応皮膜である非粘着性の弾性皮膜をこの裁断面に形成する工程と、
を実行し、厚さ方向に沿う側面に非粘着性の弾性皮膜を有する熱伝導性シートを形成することを特徴とした熱伝導性シートの製造方法。 - 皮膜形成剤を付着させる工程に、皮膜形成剤を塗布しない裁断刃を大判シート体に入刀する第1次裁断工程と、皮膜形成剤を塗布した裁断刃を同一箇所に入刀して裁断面に皮膜形成剤を付着させる第2次裁断工程と、を含む請求項1記載の熱伝導性シートの製造方法。
- 高分子基材中に熱伝導性充填材が分散する熱伝導性シートであって、厚さ方向に沿う側面に付着した皮膜形成剤に含まれる硬化剤と高分子基材を形成する基剤との反応皮膜である非粘着性の弾性皮膜を厚さ方向に沿う側面に有し、柔らかな内部と硬い側面とが境界なく一体となっており、前記厚さ方向への圧縮に対する反発力を有する熱伝導性シート。
- 弾性皮膜が、前記厚さ方向への圧縮に対する反発力を有する請求項3記載の熱伝導性シート。
- 前記厚さ方向に交差する表面または裏面の少なくとも何れか一方に非粘着性の弾性皮膜を有する請求項3または請求項4記載の熱伝導性シート。
- 前記何れかの弾性皮膜が、それ以外の弾性皮膜とは硬さが異なる請求項5記載の熱伝導性シート。
- 請求項3〜請求項6何れか1項記載の熱伝導性シートをフィルムシート上に複数個配列載置した熱伝導性シート付きフィルムシート。
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