JPWO2019244890A1 - 熱伝導性シート - Google Patents
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Abstract
Description
熱伝導性シートは、電子機器内部に配置させるとき圧縮して用いられることが一般的であり、高い柔軟性が求められる。したがって、ゴムやゲルなどの柔軟性の高い高分子マトリクスに、熱伝導性を有する充填材が配合されて構成される。また、熱伝導性シートは、厚さ方向の熱伝導性を高めるために、炭素繊維などの異方性を有する充填材を厚さ方向に配向させることが広く知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、厚さ方向の熱伝導性を十分に向上させることが可能な熱伝導性シートを提供することを課題とする。
[1] 高分子マトリクスと異方性充填材とを含み、前記異方性充填材が厚さ方向に配向している熱伝導性シートであって、
前記熱伝導性シートの表面に、前記異方性充填材が露出しており、かつ露出する前記異方性充填材が、3.5〜45%の割合で倒れるように配置される、熱伝導性シート。
[2]前記異方性充填材が、繊維材料である上記[1]に記載の熱伝導性シート。
[3]前記繊維材料が、炭素繊維である上記[2]に記載の熱伝導性シート。
[4]前記繊維材料の平均繊維長が、50〜500μmである上記[2]又は[3]に記載の熱伝導性シート。
[5]さらに非異方性充填材を含む上記[1]〜[4]のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
[6]前記非異方性充填材が、アルミナ、アルミニウム、酸化亜鉛、窒化ホウ素、及び窒化アルミニウムからなる群から選択される少なくとも1種である上記[5]に記載の熱伝導性シート。
[7]前記異方性充填材の体積充填率に対する、前記非異方性充填材の体積充填率の比が、2〜5である上記[5]又は[6]に記載の熱伝導性シート。
[8]前記表面において倒れるように配置される異方性充填材の少なくとも一部が、前記表面に対して傾斜するように配置される上記[1]〜[7]のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
[9]前記高分子マトリクスが、付加反応硬化型シリコーンである上記[1]〜[8]のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
[10]熱伝導性シートの厚さが0.1〜5mmである上記[1]〜[9]のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
[11]前記熱伝導性シートの厚さ方向における熱伝導率が10w/m・K以上である上記[1]〜[10]のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態の熱伝導性シートを示す。図1においては、代表的に異方性充填材が繊維材料である場合の例を示す。第1の実施形態に係る熱伝導性シート10は、高分子マトリクス12と異方性充填材13とを含み、異方性充填材13が厚さ方向に配向している。熱伝導性シート10の各表面10A,10Bには、異方性充填材13が露出しており、かつ露出している異方性充填材13の一部が、倒れるように配置される。
上記倒れるように配置される割合は、厚さ方向の熱伝導率を高める観点から、好ましくは10%以上、より好ましく15%以上、さらに好ましくは18%以上である。また、シート表面の傷つきなどを防止する観点から、好ましくは40%以下、より好ましくは30%以下であり、さらに好ましくは25%以下である。
ここで、倒れるように配置された異方性充填材13とは、異方性充填材13の端面13A以外の部分が、観察画像において実質的に観察される程度に倒れている充填材である。実質的に観察される程度とは、各異方性充填材13について、端面13A以外の部分が、端面13Aより2倍以上の面積(投影面積)で観察されることを意味する。したがって、異方性充填材13が繊維材料である場合には、観察画像において、繊維材料の外周面13Bが、繊維材料の端面13Aの2倍以上となる繊維材料を、倒れるように配置された異方性充填材とする。
また、表面に対して傾斜する異方性充填材は、異方性充填材13の一方の端面13Aが、表面10A(又は10B)から離間するように、高分子マトリクス12中に埋まる程度に傾斜する異方性充填材である。そのような異方性充填材を、図1においては異方性充填材13Yで示す。
各表面10A、10Bにおいて、倒れるように配置された異方性充填材13は、表面に対して傾斜するように配置される異方性充填材13Yを含有することが好ましい。傾斜するように配置される異方性充填材13Yは、厚さ方向に配向される異方性充填材13に接触しやすくなり、厚さ方向の熱伝導性を向上させやすくなる。
熱伝導性シート10において使用される高分子マトリクス12は、エラストマーやゴム等の高分子化合物であり、好ましくは主剤と硬化剤のような混合系からなる液状の高分子組成物(硬化性高分子組成物)を硬化して形成したものを使用するとよい。硬化性高分子組成物は、例えば、未架橋ゴムと架橋剤からなるものであってもよいし、モノマー、プレポリマーなどと硬化剤などを含むものであってもよい。また、上記硬化反応は常温硬化であっても、熱硬化であっても良い。
また、架橋(すなわち、硬化)される場合には、上記で説明したとおり、高分子マトリクスは、これら合成ゴムからなる未架橋ゴムと、架橋剤とからなる硬化性高分子組成物を硬化したものとすればよい。
また、エラストマーとしては、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマーなど熱可塑性エラストマーや、主剤と硬化剤からなる混合系の液状の高分子組成物を硬化して形成する熱硬化型エラストマーも使用可能である。例えば、水酸基を有する高分子とイソシアネートとを含む高分子組成物を硬化して形成するポリウレタン系エラストマーを例示できる。
上記した中では、例えば硬化後の高分子マトリクスが特に柔軟であり、熱伝導性充填材の充填性が良い点から、シリコーンゴム、特に付加反応硬化型シリコーンを用いることが好ましい。
可塑剤は、高分子化合物と相溶性を有するものが使用され、具体的には、エステル系可塑剤やシリコーンオイルであることが好ましい。エステル系可塑剤の具体例として、例えば、フタル酸エステル、アジピン酸エステル、トリメリット酸エステル、リン酸エステル、セバシン酸エステル、アゼライン酸エステル、マレイン酸エステル、安息香酸エステル等が挙げられる。シリコーンオイルとしては、ポリジメチルシロキサンが挙げられる。
高分子マトリクスの含有量は、体積基準の充填率(体積充填率)で表すと、熱伝導性シート全量に対して、好ましくは20〜50体積%、より好ましくは25〜45体積%である。
熱伝導性シート10において、高分子マトリクス12には、さらに熱伝導性シート10としての機能を損なわない範囲で種々の添加剤を配合させてもよい。添加剤としては、例えば、分散剤、カップリング剤、粘着剤、難燃剤、酸化防止剤、着色剤、沈降防止剤などから選択される少なくとも1種以上が挙げられる。また、上記したように硬化性高分子組成物を架橋、硬化などさせる場合には、添加剤として、架橋、硬化を促進させる架橋促進剤、硬化促進剤などが配合されてもよい。
高分子マトリクス12に配合される異方性充填材13は、形状に異方性を有する充填材であり、配向が可能を充填材である。異方性充填材13は、熱伝導充填材である。異方性充填材13としては、繊維材料、鱗片状材料などが挙げられる。異方性充填材13は、アスペクト比が高いものであり、具体的にはアスペクト比が2を越えるものであり、アスペクト比は5以上であることが好ましい。アスペクト比を2より大きくすることで、異方性充填材13を厚さ方向に配向させやすくなり、熱伝導性シート10の熱伝導性を高めやすい。
また、アスペクト比の上限は、特に限定されないが、実用的には100である。
なお、アスペクト比とは、異方性充填材13の短軸方向の長さに対する長軸方向の長さの比であり、繊維材料においては、繊維長/繊維の直径を意味し、鱗片状材料においては鱗片状材料の長軸方向の長さ/厚さを意味する。
異方性充填材13は、熱伝導性を高くする観点、及び表面10A,10Bにおいて異方性充填材13を倒れるように配置させやすい観点から、繊維材料であることが好ましい。
異方性充填材13の含有量を30質量部以上とすることで、熱伝導性を高めやすくなり、300質量部以下とすることで、後述する混合組成物の粘度が適切になりやすく、異方性充填材13の配向性が良好となる。
一方、平均繊維長を500μm以下とすると、異方性充填材の嵩が低くなり、高分子マトリクス中に高充填できるようになる。
なお、上記の平均繊維長は、異方性充填材を顕微鏡で観察して算出することができる。より具体的には、例えば電子顕微鏡や光学顕微鏡を用いて、任意の異方性充填材50個の繊維長を測定して、その平均値(相加平均値)を平均繊維長とすることができる。
また、異方性充填材13が鱗片状材料である場合、その平均粒径は、10〜400μmが好ましく、15〜200μmがより好ましい。また、15〜130μmが特に好ましい。平均粒径を10μm以上とすることで、熱伝導性シート10において異方性充填材13同士が接触しやすくなり、熱の伝達経路が確保される。また、異方性充填材13が熱伝導性シート10の表面において倒れるように配置されやすくなり、熱伝導性シート10の熱伝導性が良好になる。一方、平均粒径を400μm以下とすると、熱伝導性シート10の嵩が低くなり、高分子マトリクス12中に異方性充填材13を高充填することが可能になる。
なお、鱗片状材料の平均粒径は、異方性充填材を顕微鏡で観察して長径を直径として算出することができる。より具体的には、例えば電子顕微鏡や光学顕微鏡を用いて、任意の異方性充填材50個の長径を測定して、その平均値(相加平均値)を平均粒径とすることができる。
異方性充填材13の具体例としては、炭素繊維、又は鱗片状炭素粉末で代表される炭素系材料、金属繊維で代表される金属材料や金属酸化物、窒化ホウ素や金属窒化物、金属炭化物、金属水酸化物等が挙げられる。これらの中では、炭素系材料は、比重が小さく、高分子マトリクス12中への分散性が良好なため好ましく、中でも熱伝導率の高い黒鉛化炭素材料がより好ましい。黒鉛化炭素材料は、グラファイト面が所定方向に揃うことで反磁性を備える。また、窒化ホウ素なども、結晶面が所定方向に揃うことで反磁性を備える。また、異方性充填材13は、炭素繊維であることが特に好ましい。
黒鉛化炭素繊維は、グラファイトの結晶面が繊維軸方向に連なっており、その繊維軸方向に高い熱伝導率を備える。そのため、その繊維軸方向を所定の方向に揃えることで、特定方向の熱伝導率を高めることができる。また、鱗片状黒鉛粉末は、グラファイトの結晶面が鱗片面の面内方向に連なっており、その面内方向に高い熱伝導率を備える。そのため、その鱗片面を所定の方向に揃えることで、特定方向の熱伝導率を高めることができる。黒鉛化炭素繊維および鱗片黒鉛粉末は、高い黒鉛化度をもつものが好ましい。
黒鉛化炭素繊維におけるメソフェーズピッチの使用態様は、紡糸可能ならば特に限定されず、メソフェーズピッチを単独で用いてもよいし、他の原料と組み合わせて用いてもよい。ただし、メソフェーズピッチを単独で用いること、すなわち、メソフェーズピッチ含有量100%の黒鉛化炭素繊維が、高熱伝導化、紡糸性及び品質の安定性の面から最も好ましい。
非異方性充填材14は、異方性充填材13とは別に熱伝導性シート10に含有される熱伝導性充填材であり、異方性充填材13とともに熱伝導性シート10に熱伝導性を付与する材料である。本実施形態では、非異方性充填材14を充填することで、シートへ硬化する前段階において、粘度上昇が抑えられ、分散性が良好となる。また、異方性充填材13同士では、例えば繊維長が大きくなると充填材同士の接触面積を高くしにくいが、その間を非異方性充填材14で埋めることで、伝熱パスを形成でき、熱伝導率の高い熱伝導性シート10が得られる。
非異方性充填材14は、形状に異方性を実質的に有しない充填材であり、後述する磁力線発生下又は剪断力作用下など、異方性充填材13が所定の方向に配向する環境下においても、その所定の方向に配向しない充填材である。
非異方性充填材14において、金属としては、アルミニウム、銅、ニッケルなど、金属酸化物としては、アルミナに代表される酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛など、金属窒化物としては窒化アルミニウムなどを例示することができる。金属水酸化物としては、水酸化アルミニウムが挙げられる。さらに、炭素材料としては球状黒鉛などが挙げられる。金属以外の酸化物、窒化物、炭化物としては、石英、窒化ホウ素、炭化ケイ素などが挙げられる。
非異方性充填材14は、上記した中でも、アルミナ、アルミニウム、酸化亜鉛、窒化ホウ素、及び窒化アルミニウムから選択されることが好ましく、特に充填性や熱伝導率の観点からアルミナが好ましい。
非異方性充填材14は、上記したものを1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
非異方性充填材14は、例えば、非異方性充填材14として、少なくとも2つの互いに異なる平均粒径を有する非異方性充填材14を使用してもよい。
なお、非異方性充填材14の平均粒径は、電子顕微鏡等で観察して測定できる。より具体的には、例えば電子顕微鏡や光学顕微鏡を用いて、任意の非異方性充填材50個の粒径を測定して、その平均値(相加平均値)を平均粒径とすることができる。
非異方性充填材14の含有量は、体積基準の充填率(体積充填率)で表すと、熱伝導性シート全量に対して、30〜60体積%が好ましく、40〜55体積%がより好ましい。
非異方性充填材14は、200質量部以上とすることで、異方性充填材13同士の隙間に介在する非異方性充填材14の量が十分となり、熱伝導性が良好になる。一方、800質量部以下とすることで、含有量に応じた熱伝導性を高める効果を得ることができ、また、非異方性充填材14により異方性充填材13による熱伝導を阻害したりすることもない。さらに、300〜700質量部の範囲内にすることで、熱伝導性シート10の熱伝導性に優れ、混合組成物の粘度も好適となる。
熱伝導性シート10の厚さ方向の熱伝導率は、例えば5W/m・K以上であり、10W/m・K以上とすることが好ましく、15W/m・K以上がより好ましく、18W/m・K以上がさらに好ましい。これら下限値以上とすることで、熱伝導性シート10の厚さ方向における熱伝導性を優れたものにできる。上限は特にないが、熱伝導性シート10の厚さ方向の熱伝導率は、例えば50W/m・K以下である。なお、熱伝導率はASTM D5470−06に準拠した方法で測定するものとする。
非粘着面である表面10A、10Bは、作業者の手に触れたりしても粘着しにくく、また、後述する発熱体や放熱体などの接触対象物などに加圧により付着しても剥がれやすい。また、熱伝導性シート10は、表面10A、10Bが非粘着であることで、電子機器などに組み付けるときに摺動などさせることが可能になる。
なお、表面粗さRaは、JIS B0601に規定される算術平均高さRaを示すものである。
本実施形態の熱伝導性シートは、特に限定されないが、例えば、以下の工程(A)、(B)及び(C)を備える方法により製造できる。
工程(A):熱伝導性シートにおいて厚さ方向となる一方向に沿って、異方性充填材が配向された配向成形体を得る工程
工程(B):配向成形体を切断してシート状にして、シート状成形体を得る工程
工程(C):シート状成形体の表面を研磨する工程
以下、各工程について、より詳細に説明する。
工程(A)では、異方性充填材と、非異方性充填材と、高分子マトリクスの原料となる高分子組成物とを含む混合組成物から配向成形体を成形する。混合組成物は、好ましくは硬化して配向成形体とする。配向成形体は、より具体的には磁場配向製法、流動配向製法により得ることができるが、これらの中では、磁場配向製法が好ましい。
磁場配向製法では、硬化後に高分子マトリクスとなる液状の高分子組成物と、異方性充填材及び非異方性充填材とを含む混合組成物を金型などの内部に注入したうえで磁場に置き、異方性充填材を磁場に沿って配向させた後、高分子組成物を硬化させることで配向成形体を得る。配向成形体としてはブロック状のものとすることが好ましい。
また、金型内部において、混合組成物に接触する部分には、剥離フィルムを配置してもよい。剥離フィルムは、例えば、剥離性の良い樹脂フィルムや、片面が剥離剤などで剥離処理された樹脂フィルムが使用される。剥離フィルムを使用することで、配向成形体が金型から離型しやすくなる。
ただし、沈降し難い異方性充填材や非異方性充填材を用いたり、沈降防止剤等の添加剤を組合せたりする場合には、混合組成物の粘度は、10Pa・s未満としてもよい。
高分子組成物の硬化は、加熱により行うとよいが、例えば、50〜150℃程度の温度で行うとよい。また、加熱時間は、例えば10分〜3時間程度である。
流動配向製法では、混合組成物に剪断力をかけて、面方向に異方性充填材が配向された予備的シートを製造し、これを複数枚積層して積層ブロックを製造して、その積層ブロックを配向成形体とするとよい。
より具体的には、流動配向製法では、まず、高分子組成物に異方性充填材と非異方性充填材、必要により種々の添加剤を混入し攪拌し、混入させた固形物が均質に分散した混合組成物を調製する。ここで、高分子組成物に使用する高分子化合物は、常温(23℃)で液状の高分子化合物を含むものであってもよいし、常温で固体状の高分子化合物を含むものであってもよい。また、高分子組成物は、可塑剤を含有していてもよい。
混合組成物は、シート状に伸長させるときに剪断力がかかるように比較的高粘度であり、混合組成物の粘度は、具体的には3〜50Pa・sであることが好ましい。混合組成物は、上記粘度を得るために、溶剤が配合されることが好ましい。
次いで、予備的シートを、配向方向が同じになるように複数枚重ねて積層した後、加熱、紫外線照射などにより混合組成物を必要に応じて硬化させつつ、熱プレス等により予備的シートを互いに接着させることで積層ブロックを形成し、その積層ブロックを配向成形体とするとよい。
工程(B)では、工程(A)にて得られた配向成形体を、異方性充填材が配向する方向に対して垂直に、スライスなどにより切断して、シート状成形体を得る。スライスは、例えばせん断刃などで行うとよい。シート状成形体は、スライスなどの切断により、切断面である各表面において高分子マトリクスから異方性充填材の先端が露出する。また、露出した異方性充填材の少なくとも一部は、各表面から突出する。露出する異方性充填材は、ほとんどが倒れずに厚さ方向に配向したものとなる。
工程(C)では、シート状成形体の異方性充填材が露出した表面を研磨する。表面の研磨は、例えば、研磨紙を使用して行うとよい。本製造方法では、シート状成形体の表面を研磨することより、露出した異方性充填材の一部が倒される。その原理は、定かではないが、異方性充填材と高分子マトリクスの弾性率の違いにより、研磨の際に高分子マトリクスが沈みこむ一方で、異方性充填材が浮き上がり、かつ浮き上がった異方性充填材が表面に押さえつけられるようにして倒されると推定される。本製造方法では、異方性充填材をより多く倒すために、研磨時に異方性充填材に強い力を作用させ、かつ研磨回数を多くする必要がある。
したがって、研磨紙としては、粗目の研磨紙を使用する必要がある。粗目の研磨紙としては、砥粒の平均粒径(D50)が3〜60μmのものが挙げられる。3μm以上の研磨紙を使用し、かつ研磨回数を多くすることで、十分な量の異方性充填材を倒すことが可能になる。また、60μm以下の研磨紙を使用することで、熱伝導性シートの表面に実用的に問題となる傷が付いたりすることを防止する。また、研磨紙は、砥粒の平均粒径(D50)は9〜45μmであることが好ましい。
また、研磨回数は、例えば、表面状態を観察し、異方性充填材13の倒れる量を確認しながら行えばよいが、比較的回数を多くすることが好ましく、具体的には、熱伝導性シート表面の表面粗さRaが20μm以下になるように研磨することが好ましく、更に表面粗さが10μm以下になるように研磨することがより好ましい。
したがって、両表面10A、10Bのうちの他方は、露出した異方性充填材13が、倒されず、また、倒されていても上記した所定の割合とならないように倒されてもよい。この場合、工程(C)による研磨を両表面のうち一方のみに行うとともに、他方の表面には、研磨を行わず、また、研磨を行っても上記工程(C)で示した条件以外で研磨を行うとよい。
次に、本発明の第2の実施形態の熱伝導性シートについて、図2を用いて説明する。
第1の実施形態においては、熱伝導性シート10には、充填材として、異方性充填材13に加えて、非異方性充填材14が含有されていたが、本実施形態の熱伝導性シート20は、図2に示すように、非異方性充填材が含有されない。すなわち、第2の実施形態の熱伝導性シートにおいては、充填材として例えば炭素繊維のみを使用してもよい。
第2の実施形態の熱伝導性シート20のその他の構成は、非異方性充填材が含有されない点以外は、上記した第1の実施形態の熱伝導性シート10と同様であるので、その説明は省略する。
[熱伝導率]
熱伝導性シートの厚さ方向の熱伝導率はASTM D5470−06に準拠した方法で測定した。
走査型電子顕微鏡(商品名「SU3500」、株式会社日立ハイテクノロジーズ製)を用いて、熱伝導性シートの一方の表面を倍率100倍の条件で観察し、観察画像を得た。観察画像において、熱伝導性シートの0.8mm×1.2mmに相当する測定領域において、明細書記載の方法で、露出する異方性充填材の総数(A)と、露出し、かつ表面において倒れるように配置される異方性充填材の数(B)とを目視にてカウントして、B/A×100を算出した。この操作は、熱伝導性シートの一方の表面において、それぞれが別の測定領域となるように100回繰り返し、その平均値を求めて、倒れるように配置される異方性充填材の割合とした。
熱抵抗値は、図3に示すような熱抵抗測定機を用い、以下に示す方法で測定した。具体的には、各試料について、本試験用に大きさが30mm×30mmの試験片Sを作製した。そして各試験片Sを、測定面が25.4mm×25.4mmで側面が断熱材21で覆われた銅製ブロック22の上に貼付し、上方の銅製ブロック23で挟み、ロードセル26によって荷重をかけて、厚さが元の厚さの90%となるように設定した。ここで、下方の銅製ブロック22はヒーター24と接している。また、上方の銅製ブロック23は、断熱材21によって覆われ、かつファン付きのヒートシンク25に接続されている。次いで、ヒーター24を発熱量25Wで発熱させ、温度が略定常状態となる10分後に、上方の銅製ブロック23の温度(θj0)、下方の銅製ブロック22の温度(θj1)、及びヒーターの発熱量(Q)を測定し、以下の式(1)から各試料の熱抵抗値を求めた。
熱抵抗=(θj1−θj0)/Q ・・・ 式(1)
式(1)において、θj1は下方の銅製ブロック22の温度、θj0は上方の銅製ブロック23の温度、Qは発熱量である。
熱伝導性シートの両面について、JIS B0601に規定される算術平均高さRaを求めた。
高分子マトリクス(高分子組成物)として、アルケニル基含有オルガノポリシロキサンとハイドロジェンオルガノポリシロキサン(合計で100質量部、体積充填率30体積%)と、異方性充填材として黒鉛化炭素繊維(平均繊維長100μm、アスペクト比10、熱伝導率500W/m・K)130質量部(体積充填率18体積%)と、非異方性充填材として、酸化アルミニウム粉末(球状、平均粒径10μm、アスペクト比1.0)250質量部(体積充填率20体積%)、及び水酸化アルミニウム粉末(不定形、平均粒径8μm)250質量部(体積充填率32体積%)を混合して混合組成物を得た。
続いて、熱伝導性シートよりも充分に大きな厚さに設定された金型に上記混合組成物を注入し、8Tの磁場を厚さ方向に印加して黒鉛化炭素繊維を厚さ方向に配向した後に、80℃で60分間加熱することでマトリクスを硬化して、ブロック状の配向成形体を得た。
次に、せん断刃を用いて、ブロック状の配向成形体を厚さ2mmのシート状にスライスすることにより、炭素繊維が露出しているシート状成形体を得た。
実施例1で得られた熱伝導性シートの表面を、走査型電子顕微鏡により観察した画像を図4に示す。図4に示すように、熱伝導性シートの表面に露出する炭素繊維は、厚さ方向に配向して実質的に繊維の端面しか見えない炭素繊維33Aが多いが、炭素繊維の一部は、表面に沿って寝るように配置される炭素繊維33Xであったり、また、表面に対して傾斜する炭素繊維33Yであったりしており、倒れるように配置されていた。
実施例2〜5は、シート状成形体の研磨で使用した研磨紙を、砥粒の平均粒径(D50)を表1に記載のものに変更して、炭素繊維が一定量倒れるまで研磨した点以外は、実施例1と同様に実施した。熱伝導性シートの両表面は、いずれも非粘着面であった。
実施例2〜5それぞれで得られた熱伝導性シートの表面を走査型電子顕微鏡により観察すると、実施例1と同様に、熱伝導性シートの表面に露出する炭素繊維は、厚さ方向に配向して実質的に繊維の端面しか見えない炭素繊維が多いが、炭素繊維の一部は、表面に沿って寝るように配置される炭素繊維であったり、また、表面に対して傾斜する炭素繊維であったりしており、倒れるように配置されていた。
シート状成形体を研磨しなかった点以外は、実施例1と同様に実施した。
比較例1で得られた熱伝導性シートの表面を走査型電子顕微鏡により観察すると、熱伝導性シートの表面に露出する炭素繊維は、厚さ方向に配向して実質的に繊維の端面しか見えないものが殆どであり、倒れるように配置された炭素繊維は、上記各実施例に比べて少なかった。
シート状成形体を研磨するときの研磨紙を砥粒の平均粒径(D50)1μmの研磨紙に変更して、実施例1と同様の研磨回数で行った点以外は、実施例1と同様に実施した。
比較例2で得られた熱伝導性シートの表面を走査型電子顕微鏡により観察すると、熱伝導性シートの表面に露出する炭素繊維は、厚さ方向に配向して実質的に繊維の端面しか見えないものが殆どであり、倒れるように配置された炭素繊維は、上記各実施例に比べて少なかった。
10A、10B、20A、20B 表面
12 高分子マトリクス
13A 端面
13B 外周面
13、13X、13Y 異方性充填材
14 非異方性充填材
21 断熱材
22 下方の銅製ブロック
23 上方の銅製ブロック
24 ヒーター
25 ヒートシンク
26 ロードセル
S 試験片
θj0 上方の銅製ブロックの温度
θj1 下方の銅製ブロックの温度
Claims (11)
- 高分子マトリクスと異方性充填材とを含み、前記異方性充填材が厚さ方向に配向している熱伝導性シートであって、
前記熱伝導性シートの表面に、前記異方性充填材が露出しており、かつ露出する前記異方性充填材が、3.5〜45%の割合で倒れるように配置される、熱伝導性シート。 - 前記異方性充填材が、繊維材料である請求項1に記載の熱伝導性シート。
- 前記繊維材料が、炭素繊維である請求項2に記載の熱伝導性シート。
- 前記繊維材料の平均繊維長が、50〜500μmである請求項2又は3に記載の熱伝導性シート。
- さらに非異方性充填材を含む請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
- 前記非異方性充填材が、アルミナ、アルミニウム、酸化亜鉛、窒化ホウ素、及び窒化アルミニウムからなる群から選択される少なくとも1種である請求項5に記載の熱伝導性シート。
- 前記異方性充填材の体積充填率に対する、前記非異方性充填材の体積充填率の比が、2〜5である請求項5又は6に記載の熱伝導性シート。
- 前記表面において倒れるように配置される異方性充填材の少なくとも一部が、前記表面に対して傾斜するように配置される請求項1〜7のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
- 前記高分子マトリクスが、付加反応硬化型シリコーンである請求項1〜8のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
- 熱伝導性シートの厚さが0.1〜5mmである請求項1〜9のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
- 前記熱伝導性シートの厚さ方向における熱伝導率が10w/m・K以上である請求項1〜10のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
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