KR20200120640A - 열전도성 시트 - Google Patents

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KR20200120640A
KR20200120640A KR1020207023481A KR20207023481A KR20200120640A KR 20200120640 A KR20200120640 A KR 20200120640A KR 1020207023481 A KR1020207023481 A KR 1020207023481A KR 20207023481 A KR20207023481 A KR 20207023481A KR 20200120640 A KR20200120640 A KR 20200120640A
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KR
South Korea
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thermally conductive
anisotropic filler
sheet
conductive sheet
conductive layer
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KR1020207023481A
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Inventor
시게루 고야노
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세키수이 폴리머텍 가부시키가이샤
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Abstract

열전도성 시트(1)는, 각각이 고분자 매트릭스(2)와 이방성 충전재(3)를 포함하고, 이방성 충전재(3)가 두께 방향으로 배향되어 있는 제 1 및 제 2 열전도층 (1a, 1b)을 구비한다. 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)은, 이방성 충전재(3)의 충전 비율이 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)보다 낮아지는 계면(5)을 통하여 적층된다.

Description

열전도성 시트
본 발명은, 열전도성 시트에 관한 것으로서, 예를 들면, 발열체와 방열체의 사이에 배치하여 사용되는 열전도성 시트에 관한 것이다.
컴퓨터, 자동차 부품, 휴대전화 등의 전자기기에서는, 반도체 소자나 기계 부품 등의 발열체로부터 발생하는 열을 방열하기 위해 히트 싱크 등의 방열체가 일반적으로 이용된다. 방열체로의 열의 전열 효율을 높일 목적으로, 발열체와 방열체의 사이에는, 열전도성 시트가 배치되는 것이 알려져 있다.
열전도성 시트는, 전자기기 내부에 배치시킬 때 압축하여 이용되는 것이 일반적이며, 높은 유연성이 요구된다. 따라서, 고무나 겔 등의 유연성이 높은 고분자 매트릭스에, 열전도성을 가지는 충전재가 배합되어 구성된다. 또한, 열전도성 시트는, 두께 방향의 열전도성을 높이기 위해, 탄소 섬유 등의 이방성을 가지는 충전재를 두께 방향으로 배향시키는 것이 널리 알려져 있다.
종래, 열전도성 시트는, 열전도성을 높이는 다양한 시도가 이루어지고 있으며, 예를 들면, 특허 문헌 1~3에 개시되는 바와 같이, 두께 방향으로 배향된 탄소 섬유를 표면에 노출 내지 돌출시키는 것이 알려져 있다.
또한, 열전도성 시트는, 피착면에 고정시키는 경우가 있는 한편, 전자기기에 조립할 때에 슬라이딩 등 하게 되는 경우가 있기 때문에, 일방의 면을 점착면으로 하면서, 타방의 면을 비점착면으로 하는 것도 알려져 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1에는, 두께 방향으로 배향된 탄소 섬유를 함유하는 성형 시트를 성형틀에 의해 제작하고, 이것을 면 방향을 따라 2매로 절단함으로써, 형틀 성형면이 점착면, 절단면이 비점착면이 되는 열전도성 시트가 얻어지는 것이 개시되어 있다.
또한, 종래, 열전도성 시트는, 다양한 기능을 부여할 목적으로 다층 구조가 되는 경우가 있다. 예를 들면, 특허 문헌 2에서는, 양면에 탄소 섬유가 노출된 열전도성 부재를 복수 적층하여 적층체로 하는 시도가 이루어지고 있다. 특허 문헌 2에서는, 노출된 탄소 섬유가 층간에 있어서 접속함으로써 적층체에 있어서도, 두께 방향의 열전도성이 확보된다.
또한, 특허 문헌 3에서는, 두께 방향으로 배향된 탄소 섬유를 포함하는 탄소 섬유 배향 열전도층에, 구상(球狀)의 산화 알루미늄 등으로 이루어지는 절연성 열전도성 충전재를 함유하는 절연 열전도층이 적층된 열전도성 시트가 개시되어 있다. 특허 문헌 3에 개시된 열전도성 시트에서는, 절연 열전도층이 마련됨으로써, 두께 방향의 열전도성을 양호하게 하면서, 두께 방향의 절연성이 높아져, 폭 넓은 용도로 사용하는 것이 가능해진다.
일본공개특허 특개2011-231242호 공보 일본공개특허 특개2016-000506호 공보 국제공개 2016/208458호
그러나, 특허 문헌 2와 같이, 탄소 섬유가 노출된 열전도성 부재끼리를 적층하면, 우수한 열전도성이 확보되지만, 탄소 섬유가 층간의 접착을 저해하여, 층간에 기포가 많이 생기고, 또한, 열전도성 부재끼리가 충분히 접착되지 않는 등의 문제가 발생하기 쉬워진다. 또한, 특허 문헌 2에 개시되는 적층 구조에서는, 층간에 있어서 탄소 섬유가 많이 접속하고 있기 때문에, 두께 방향의 절연성이 확보되지 않아, 전자기기 내부에 있어서는 한정된 용도로 밖에 사용할 수 없게 된다.
한편, 특허 문헌 3에서는, 일정한 열전도성을 유지하면서 두께 방향의 절연성이 확보되지만, 최근, 전자기기의 소형화 등에 의해, 열전도성 시트에서는 열전도성을 더 향상시키는 것이 요구된다.
따라서, 본 발명은, 이방성 충전재가 두께 방향으로 배향되어 있는 열전도층을 적층 구조로 하였을 때에, 두께 방향의 열전도성을 확보하면서, 층간의 접착성을 양호하게 하는 것이 가능한 열전도성 시트를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 본 발명의 다른 과제는, 절연성을 확보하면서, 우수한 열전도성을 가지는 열전도성 시트를 제공하는 것이다.
본 발명자는, 예의 검토한 결과, 이방성 충전재가 두께 방향으로 배향되어 있는 열전도층을 적층 구조로 하였을 때에, 이방성 충전재의 충전 비율이 열전도층보다 낮아지는 계면을 마련함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하여, 이하의 본 발명을 완성시켰다.
즉, 본 발명은, 이하의 [1]~[15]를 제공한다.
[1] 각각이 고분자 매트릭스와 이방성 충전재를 포함하며, 상기 이방성 충전재가 두께 방향으로 배향되어 있는 제 1 및 제 2 열전도층을 구비하고,
상기 제 1 및 제 2 열전도층이, 계면을 통하여 적층되며,
상기 계면이, 상기 고분자 매트릭스를 포함하고, 또한 상기 이방성 충전재의 충전 비율이 상기 제 1 및 제 2 열전도층보다 낮아지는, 열전도성 시트.
[2] 추가로 비이방성 충전재를 포함하는 상기 [1]에 기재된 열전도성 시트.
[3] 상기 제 1 및 제 2 열전도층 및 상기 계면에 비이방성 충전재가 함유되고,
상기 제 1 및 제 2 열전도층에 비해, 상기 계면에 있어서의 상기 비이방성 충전재의 충전 비율이 높아지는 상기 [2]에 기재된 열전도성 시트.
[4] 상기 비이방성 충전재가, 절연성을 가지는 상기 [2] 또는 [3]에 기재된 열전도성 시트.
[5] 상기 이방성 충전재가, 도전성을 가지는 상기 [1]~[4] 중 어느 한 항에 기재된 열전도성 시트.
[6] 상기 이방성 충전재가, 흑연화 탄소 섬유인 상기 [1]~[5] 중 어느 한 항에 기재된 열전도성 시트.
[7] 상기 제 1 열전도층에 함유되는 상기 이방성 충전재의 제 2 열전도층측의 단부(端部)와, 상기 제 2 열전도층에 함유되는 상기 이방성 충전재의 제 1 열전도층측의 단부가 서로 대향하고, 또한, 상기 제 1 열전도층에 함유되는 상기 이방성 충전재와, 상기 제 2 열전도층에 함유되는 상기 이방성 충전재가, 실질적으로 교차하지 않는 상기 [1]~[6] 중 어느 한 항에 기재된 열전도성 시트.
[8] 상기 열전도성 시트의 상기 제 1 열전도층측의 표면에 있어서, 상기 고분자 매트릭스로부터 상기 이방성 충전재가 돌출되고, 또한 상기 열전도성 시트의 상기 제 2 열전도층측의 표면에 있어서 고분자 매트릭스로부터 상기 이방성 충전재가 돌출되지 않는 상기 [1]~[7] 중 어느 한 항에 기재된 열전도성 시트.
[9] 상기 열전도성 시트의 상기 제 1 열전도층측의 표면의 마찰 계수가, 상기 열전도성 시트의 상기 제 2 열전도층측의 표면의 마찰 계수보다 낮아지는 상기 [1]~[8] 중 어느 한 항에 기재된 열전도성 시트.
[10] 상기 열전도성 시트의 상기 제 1 열전도층측의 표면의 마찰 계수가 0.3 미만이고, 또한 상기 열전도성 시트의 상기 제 2 열전도층측의 표면의 마찰 계수가 0.3 이상인 상기 [9]에 기재된 열전도성 시트.
[11] 상기 계면의 두께가, 60㎛ 이하인 상기 [1]~[10] 중 어느 한 항에 기재된 열전도성 시트.
[12] 각각이 고분자 매트릭스와 이방성 충전재를 포함하고, 상기 이방성 충전재가 두께 방향으로 배향되어 있는 제 1 및 제 2 시트를 준비하여, 상기 제 1 시트의 일방의 표면과, 상기 제 2 시트의 일방의 표면이 접하도록 상기 제 1 및 제 2 시트를 적층시킴으로써 열전도성 시트를 얻는 열전도성 시트의 제조 방법으로서,
적어도 상기 제 2 시트의 상기 일방의 표면은, 상기 이방성 충전재의 충전 비율이, 상기 제 2 시트의 다른 부분보다 적은 스킨층으로 형성되는, 열전도성 시트의 제조 방법.
[13] 상기 제 2 시트의 상기 일방의 표면이, 점착성을 가지는 상기 [12]에 기재된 열전도성 시트의 제조 방법.
[14] 상기 제 1 시트의 상기 일방의 표면, 및 상기 제 2 시트의 상기 일방의 표면 중 적어도 어느 것은, 표면 거칠기 Ra가 4㎛ 이하인 상기 [12] 또는 [13]에 기재된 열전도성 시트의 제조 방법.
[15] 상기 제 1 시트의 상기 일방의 표면이, 이방성 충전재가 고분자 매트릭스로부터 돌출되고, 또한 표면 거칠기 Ra가 4㎛ 이하인 상기 [14]에 기재된 열전도성 시트의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 이방성 충전재의 충전 비율이 열전도층보다 낮아지는 계면을 마련함으로써, 열전도층을 적층 구조로 해도, 두께 방향의 열전도성을 확보하면서 층간의 접착성을 양호하게 하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에서는, 열전도성 시트에 절연성의 비이방성 충전재를 함유시키고, 또한, 열전도층에 비해, 상기 계면에 있어서의 비이방성 충전재의 충전 비율을 높게 함으로써, 절연성을 확보하면서, 우수한 열전도성을 가지는 열전도성 시트를 제공하는 것도 가능하다.
도 1은 제 1 실시 형태의 열전도성 시트를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 2는 제 2 실시 형태의 열전도성 시트를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 3은 열저항 측정기의 개략도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태와 관련된 열전도성 시트에 대하여 상세하게 설명한다.
[제 1 실시 형태]
도 1은, 제 1 실시 형태의 열전도성 시트를 나타낸다. 제 1 실시 형태와 관련된 열전도성 시트(1)는, 각각이 고분자 매트릭스(2)와 이방성 충전재(3)를 포함하고, 이방성 충전재(3)가 두께 방향으로 배향되어 있는 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)을 구비하고, 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)은, 계면(5)을 통하여 적층된다. 계면(5)은, 고분자 매트릭스(2)를 포함하고, 또한 이방성 충전재(3)의 충전 비율이 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)보다 낮아진다.
이와 같이, 본 발명의 열전도성 시트(1)는, 이방성 충전재(3)의 충전 비율이 낮은 계면(5)을 통하여, 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)이 적층됨으로써, 두께 방향의 열전도성을 확보하면서 층간의 접착성을 양호하게 하는 것이 가능해진다.
열전도성 시트(1)는, 추가로 비이방성 충전재(4)를 함유한다. 열전도성 시트(1)는, 비이방성 충전재(4)를 함유함으로써 열전도성이 더 양호해진다. 비이방성 충전재(4)는, 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b) 및 계면(5)에 함유된다. 또한, 열전도성 시트(1)에 있어서는, 이방성 충전재(3)가 도전성을 가지는 한편, 비이방성 충전재(4)가 절연성을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서 도전성을 가진다는 것은 예를 들면 체적 저항률이 1×109Ω·cm 이하인 경우를 말하는 것으로 한다. 또한, 절연성을 가진다는 것은 예를 들면 체적 저항률이 1×109Ω·cm를 초과하는 경우를 말하는 것으로 한다.
본 실시 형태에 있어서, 계면(5)에 있어서의 비이방성 충전재(4)의 충전 비율은, 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)에 있어서의 비이방성 충전재(4)의 충전 비율보다 높아진다. 따라서, 열전도성 시트(1)는, 계면(5)에 존재하는 비이방성 충전재(4)에 의해 전기적으로 차단되고, 그에 따라, 두께 방향의 절연성을 높일 수 있다. 이 때문에, 열전도성 시트(1)를 다양한 용도로 사용하는 것이 가능해진다.
또한, 계면(5)에서는, 상기와 같이 이방성 충전재(3)의 충전 비율은 적어지지만, 비이방성 충전재(4)에 의해 열전도되기 때문에, 열전도성 시트(1)의 두께 방향의 열전도성이 우수한 것이 된다.
이어서, 열전도성 시트를 구성하는 각 부재를 상세하게 설명한다.
<고분자 매트릭스>
열전도성 시트(1)에 있어서 사용되는 고분자 매트릭스(2)는, 엘라스토머나 고무 등의 고분자 화합물이며, 바람직하게는 주제(主劑)와 경화제와 같은 혼합계로 이루어지는 액상의 고분자 조성물(경화성 고분자 조성물)을 경화하여 형성한 것을 사용하면 된다. 경화성 고분자 조성물은, 예를 들면, 미가교 고무와 가교제로 이루어지는 것이어도 되고, 모노머, 프리폴리머(prepolymer) 등과 경화제 등을 포함하는 것이어도 된다. 또한, 상기 경화 반응은 상온 경화여도, 열경화여도 된다.
경화성 고분자 조성물로 형성되는 고분자 매트릭스는, 실리콘 고무가 예시된다. 고분자 매트릭스가 실리콘 고무이면, 경화성 고분자 조성물은, 예를 들면, 부가 반응형의 것을 사용하고, 보다 구체적으로는, 알케닐기 함유 오르가노폴리실록산과 오르가노하이드로젠폴리실록산을 포함하는 것을 사용하면 된다.
또한, 고무로서는, 상기 이외에도 각종의 합성 고무를 사용 가능하며, 구체예에는, 예를 들면, 아크릴 고무, 니트릴 고무, 이소프렌 고무, 우레탄 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 스티렌·부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 불소 고무, 부틸 고무 등을 들 수 있다. 이들 고무를 사용하는 경우, 합성 고무는, 열전도성 시트(1)에 있어서, 가교되어도 되고, 미가교(즉, 미경화)인 채여도 된다. 미가교의 고무는, 주로 유동 배향으로 사용된다.
또한, 가교(즉, 경화)되는 경우에는, 상기에서 설명한 바와 같이, 고분자 매트릭스는, 이들 합성 고무로 이루어지는 미가교 고무와, 가교제로 이루어지는 경화성 고분자 조성물을 경화한 것으로 하면 된다.
또한, 엘라스토머로서는, 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머, 폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머 등 열가소성 엘라스토머나, 주제와 경화제로 이루어지는 혼합계의 액상의 고분자 조성물을 경화하여 형성하는 열경화형 엘라스토머도 사용 가능하다. 예를 들면, 수산기를 가지는 고분자와 이소시아네이트를 포함하는 고분자 조성물을 경화하여 형성하는 폴리우레탄계 엘라스토머를 예시할 수 있다.
상기 중에서는, 예를 들면 경화 후의 고분자 매트릭스가 특히 유연하며, 열전도성 충전재의 충전성이 좋은 점에서, 실리콘 고무, 특히 부가 반응형의 실리콘 고무를 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 고분자 매트릭스를 형성하기 위한 고분자 조성물은, 고분자 화합물 단체(單體)로 이루어지는 것이어도 되지만, 고분자 화합물과 가소제로 이루어지는 것이어도 된다. 가소제는, 합성 고무를 사용하는 경우에 적합하게 사용되고, 가소제를 포함함으로써, 미가교 시의 고분자 매트릭스의 유연성을 높여, 접착성이 양호해진다.
가소제는, 고분자 화합물과 상용성을 가지는 것이 사용되고, 구체적으로는, 에스테르계 가소제나 실리콘 오일인 것이 바람직하다. 에스테르계 가소제의 구체예로서, 예를 들면, 프탈산 에스테르, 아디프산 에스테르, 트리멜리트산 에스테르, 인산 에스테르, 세바스산 에스테르, 아젤라산 에스테르, 말레산 에스테르, 벤조산 에스테르 등을 들 수 있다. 실리콘 오일로서는, 폴리디메틸실록산을 들 수 있다.
고분자 화합물에 대한 가소제의 함유량은, 가소제/고분자 화합물이 질량비로 20/80~60/40인 것이 바람직하고, 30/70~55/45인 것이 보다 바람직하다. 가소제/고분자 화합물의 질량비를 60/40 이하로 함으로써, 고분자 화합물에 의해, 충전재를 보지(保持)하기 쉬워진다. 또한, 20/80 이상으로 함으로써, 고분자 매트릭스의 유연성이 충분해져, 제 1 및 제 2 열전도층의 접착성 등을 높이기 쉬워진다. 가소제는, 후술하는 유동 배향에 의해 이방성 충전재를 배향시키는 경우에 적합하게 사용된다.
고분자 매트릭스의 함유량은, 체적%로 나타내면, 열전도성 시트 전량(全量)에 대하여, 바람직하게는 20~50체적%, 보다 바람직하게는 30~45체적%이다.
<이방성 충전재>
고분자 매트릭스(2)에 배합되는 이방성 충전재(3)는, 형상에 이방성을 가지는 충전재이며, 배향이 가능한 충전재이다. 이방성 충전재(3)로서는, 섬유상 재료, 인편상 재료 등을 들 수 있다. 이방성 충전재(3)는, 일반적으로 애스펙트비가 높은 것이며, 애스펙트비가 2를 초과하는 것이 바람직하고, 5 이상인 것이 보다 바람직하다. 애스펙트비를 2보다 크게 함으로써, 이방성 충전재(3)를 두께 방향으로 배향시키기 쉬워져, 열전도성 시트(1)의 열전도성을 높이기 쉽다.
또한, 애스펙트비의 상한은, 특별히 한정되지 않지만, 실용적으로는 100이다.
또한, 애스펙트비란, 이방성 충전재(3)의 단축 방향의 길이에 대한 장축 방향의 길이의 비이며, 섬유상 재료에 있어서는, 섬유 길이/섬유의 직경을 의미하고, 인편상 재료에 있어서는 인편상 재료의 장축 방향의 길이/두께를 의미한다.
이방성 충전재(3)는, 열전도성을 높게 하는 관점, 및 계면(5)을 마련한 것에 의한 효과를 얻기 쉬운 점에서, 섬유상 재료인 것이 바람직하다.
이방성 충전재(3)의 함유량은, 열전도성 시트에 있어서, 고분자 매트릭스 100질량부에 대하여 75~250질량부인 것이 바람직하고, 100~200질량부인 것이 보다 바람직하다. 또한, 이방성 충전재(3)의 함유량은, 체적%로 나타내면, 열전도성 시트 전량에 대하여, 바람직하게는 10~35체적%, 보다 바람직하게는 13~30체적%이다.
이방성 충전재(3)의 함유량을 75질량부 이상으로 함으로써, 열전도성을 높이기 쉬워지고, 150질량부 이하로 함으로써, 후술하는 혼합 조성물의 점도가 적절해지기 쉬워져, 이방성 충전재(3)의 배향성이 양호해진다.
이방성 충전재(3)는, 섬유상인 경우, 그 평균 섬유 길이가, 바람직하게는 10~500㎛, 보다 바람직하게는 20~200㎛이다. 평균 섬유 길이를 10㎛ 이상으로 하면, 각 열전도층(1a, 1b)에 있어서 이방성 충전재끼리가 적절하게 접촉하여, 열의 전달 경로가 확보되어, 열전도성 시트(1)의 열전도성이 양호해진다.
한편, 평균 섬유 길이를 500㎛ 이하로 하면, 이방성 충전재의 부피가 낮아져, 고분자 매트릭스 중에 고충전할 수 있게 된다. 또한, 열전도성 시트의 도전성이 필요 이상으로 높아지는 것이 방지된다.
또한, 상기의 평균 섬유 길이는, 이방성 충전재를 현미경으로 관찰하여 산출할 수 있다. 보다 구체적으로는, 예를 들면 전자 현미경이나 광학 현미경을 이용하여, 임의의 이방성 충전재 50개의 섬유 길이를 측정하여, 그 평균값(상가(相加) 평균값)을 평균 섬유 길이로 할 수 있다.
또한, 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b) 각각에 있어서, 섬유상 재료의 평균 섬유 길이는, 그 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b) 각각의 두께보다 짧은 것이 바람직하다. 열전도층(1a, 1b) 각각의 두께보다 짧게 함으로써, 이방성 충전재(3)를 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)에 편재시켜, 이들 사이의 계면(5)에 있어서의 이방성 충전재(3)의 충전 비율을 낮게 하기 쉬워진다.
또한, 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b) 각각에 있어서, 섬유상 재료는, 평균 섬유 길이가 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)의 각각의 두께의 80% 이하이고, 또한 이들 각각의 두께의 90%를 초과하는 섬유 길이의 섬유상 재료의 함유량이, 각 층(1a, 1b)에 함유되는 섬유상 재료에 대하여, 5질량% 이하인 것이 바람직하다. 이와 같은 양태에 의해, 열전도성 시트(1)를 압축하였을 때에, 섬유상 재료가 그 압축 두께를 초과하는 길이가 되는 것이 방지된다. 이 때문에, 섬유상 재료는, 사용 시에도 계면을 관통하여 일방의 열전도층으로부터 타방의 열전도층으로 침입할 우려가 적어져, 두께 방향의 절연성이 확보하기 쉬워진다.
또한, 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b) 각각에 있어서, 섬유상 재료는, 섬유 길이가 그 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b) 각각의 두께의 50% 이하의 섬유 길이를 가지는 섬유상 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 각 열전도층은, 이와 같은 섬유 길이를 가지는 섬유상 재료를 포함함으로써, 섬유상 재료가 균일하게 분포되기 쉬워진다.
또한, 계면(5)을 관통하거나, 계면(5)에서 교차하거나 하는 섬유상 재료의 양을 적게 하는 관점에서, 섬유상 재료의 입도 분포는 좁은 것이 바람직하다. 한편, 열전도율을 높일 수 있다고 하는 관점에서, 상이한 입도 분포를 구비하는 복수의 섬유상 재료를 혼합하여 이용해도 된다.
또한, 이방성 충전재(3)가 인편상 재료인 경우, 그 평균 입경은, 10~400㎛가 바람직하고, 15~300㎛가 보다 바람직하다. 또한, 20~200㎛가 특히 바람직하다. 평균 입경을 10㎛ 이상으로 함으로써, 각 열전도층(1a, 1b)에 있어서 이방성 충전재(3)끼리가 접촉하기 쉬워지고, 열의 전달 경로가 확보되어, 열전도성 시트(1)의 열전도성이 양호해진다. 한편, 평균 입경을 400㎛ 이하로 하면, 이방성 충전재(3)의 부피가 낮아져, 고분자 매트릭스(2) 중에 이방성 충전재(3)를 고충전하는 것이 가능해진다.
또한, 인편상 재료의 평균 입경은, 이방성 충전재를 현미경으로 관찰하여 장경(長徑)을 직경으로서 산출할 수 있다. 보다 구체적으로는, 예를 들면 전자 현미경이나 광학 현미경을 이용하여, 임의의 이방성 충전재 50개의 장경을 측정하고, 그 평균값(상가 평균값)을 평균 섬유 길이로 할 수 있다.
이방성 충전재(3)는, 열전도성을 가지는 공지의 재료를 사용하면 되지만, 일반적으로 도전성을 가지는 것이 사용된다. 또한, 이방성 충전재(3)는, 후술하는 바와 같이, 자장 배향할 수 있도록, 반자성을 구비하는 것이 바람직하다.
이방성 충전재(3)의 구체예로서는, 탄소 섬유, 인편상 탄소 분말로 대표되는 탄소계 재료, 금속 섬유로 대표되는 금속 재료나 금속 산화물, 질화 붕소나 금속 질화물, 금속 탄화물, 금속 수산화물 등을 들 수 있다. 이들 중에서는, 탄소계 재료는, 비중이 작아, 고분자 매트릭스(2) 중으로의 분산성이 양호하기 때문에 바람직하고, 그 중에서도 열전도율이 높은 흑연화 탄소 재료가 보다 바람직하다. 흑연화 탄소 재료는, 그라파이트면이 소정 방향으로 가지런히 함으로써 이방성 반자성 자화율을 구비한다. 또한, 질화 붕소 등도, 결정면이 소정 방향으로 가지런히 함으로써 이방성 반자성 자화율을 구비하는 것이 된다.
따라서, 자장 배향에 의해 임의의 방향으로 배향시킬 수 있는 관점에서는, 상기와 같이 이방성 반자성 자화율을 구비하는 인편상의 질화 붕소나 흑연화 탄소 재료가 바람직하다.
여기서, 이방성 반자성 자화율이란, 이방성 충전재(3)의 반자성 자화율의 이방성을 나타내는 물성값(CGS 단위계)이다. 즉, 이 이방성 반자성 자화율은, 외부로부터 자장을 인가하는 것에 의해 발생하는, 이방성 충전재(3)의 자화율에 대하여, 예를 들면 섬유축 방향이나 인편면의 면내 방향으로부터, 그 수직 방향의 자화율을 뺀 값이다. 이 이방성 반자성 자화율은, 자기 이방성 토크계, 진동식 자력계, 초전도 양자 간섭 소자(SQUID), 서스펜션법 등의 공지의 방법에 의해 측정할 수 있다.
또한, 이방성 충전재(3)는, 특별히 한정되지 않지만, 이방성을 가지는 방향(즉, 장축 방향)을 따르는 열전도율이, 일반적으로 60W/m·K 이상이며, 바람직하게는 400W/m·K 이상이다. 이방성 충전재(3)의 열전도율은, 그 상한이 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 2000W/m·K 이하이다. 열전도율의 측정 방법은, 레이저 플래시법이다.
이방성 충전재(3)는, 1종 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다. 예를 들면, 이방성 충전재(3)로서, 적어도 2개의 서로 상이한 평균 입경 또는 평균 섬유 길이를 가지는 이방성 충전재(3)를 사용해도 된다. 크기가 상이한 이방성 충전재를 사용하면, 상대적으로 큰 이방성 충전재의 사이에 작은 이방성 충전재가 들어감으로써, 이방성 충전재를 고분자 매트릭스 중에 고밀도로 충전할 수 있음과 함께, 열의 전도 효율을 높일 수 있다고 생각된다.
이방성 충전재(3)로서 이용하는 탄소 섬유는, 흑연화 탄소 섬유가 바람직하다. 또한, 인편상 탄소 분말로서는, 인편상 흑연 분말이 바람직하다. 이방성 충전재(3)는, 이들 중에서도, 흑연화 탄소 섬유가 보다 바람직하다.
흑연화 탄소 섬유는, 그라파이트의 결정면이 섬유축 방향으로 연속해 있으며, 그 섬유축 방향에 높은 열전도율을 구비한다. 이 때문에, 그 섬유축 방향을 소정의 방향으로 가지런히 함으로써, 특정 방향의 열전도율을 높일 수 있다. 또한, 인편상 흑연 분말은, 그라파이트의 결정면이 인편면의 면내 방향으로 연속해 있으며, 그 면내 방향에 높은 열전도율을 구비한다. 이 때문에, 그 인편면을 소정의 방향으로 가지런히 함으로써, 특정 방향의 열전도율을 높일 수 있다. 흑연화 탄소 섬유 및 인편 흑연 분말은, 높은 흑연화도를 가지는 것이 바람직하다.
상기한 흑연화 탄소 섬유, 인편상 흑연 분말 등의 흑연화 탄소 재료로서는, 이하의 원료를 흑연화한 것을 이용할 수 있다. 예를 들면, 나프탈렌 등의 축합 다환 탄화수소 화합물, PAN(폴리아크릴로니트릴), 피치 등의 축합 복소환 화합물 등을 들 수 있지만, 특히 흑연화도가 높은 흑연화 메소페이즈 피치나 폴리이미드, 폴리벤자졸을 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들면 메소페이즈 피치를 이용함으로써, 후술하는 방사(紡絲) 공정에 있어서, 피치가 그 이방성에 의해 섬유축 방향으로 배향되고, 그 섬유축 방향으로 우수한 열전도성을 가지는 흑연화 탄소 섬유를 얻을 수 있다.
흑연화 탄소 섬유에 있어서의 메소페이즈 피치의 사용 양태는, 방사 가능하면 특별히 한정되지 않고, 메소페이즈 피치를 단독으로 이용해도 되고, 다른 원료와 조합하여 이용해도 된다. 단, 메소페이즈 피치를 단독으로 이용하는 것, 즉, 메소페이즈 피치 함유량 100%의 흑연화 탄소 섬유가, 고열전도화, 방사성 및 품질의 안정성의 면에서 가장 바람직하다.
흑연화 탄소 섬유는, 방사, 불융화 및 탄화의 각 처리를 순차 행하여, 소정의 입경으로 분쇄 또는 절단한 후에 흑연화한 것이나, 탄화 후에 분쇄 또는 절단한 후에 흑연화한 것을 이용할 수 있다. 흑연화 전에 분쇄 또는 절단하는 경우에는, 분쇄에 의해 새롭게 표면에 노출된 표면에 있어서 흑연화 처리 시에 축중합 반응, 환화 반응이 진행되기 쉬워지기 때문에, 흑연화도를 높여, 보다 한층 열전도성을 향상시킨 흑연화 탄소 섬유를 얻을 수 있다. 한편, 방사된 탄소 섬유를 흑연화한 후에 분쇄하는 경우에는, 흑연화 후의 탄소 섬유가 딱딱하기 때문에 분쇄하기 쉽고, 단시간의 분쇄로 비교적 섬유 길이 분포가 좁은 탄소 섬유 분말을 얻을 수 있다.
흑연화 탄소 섬유의 섬유 직경은, 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 5~20㎛이다. 섬유 직경은 5~20㎛의 범위가 공업적으로 생산하기 쉽고, 얻어지는 열전도성 시트의 열전도성을 크게 할 수 있다.
흑연화 탄소 섬유의 평균 섬유 길이는, 상기한 바와 마찬가지로, 바람직하게는 10~500㎛, 보다 바람직하게는 20~200㎛이다. 또한, 흑연화 탄소 섬유의 애스펙트비는 상기한 바와 마찬가지로 2를 초과하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5 이상이다.
흑연화 탄소 섬유의 열전도율은, 특별히 한정되지 않지만, 섬유축 방향에 있어서의 열전도율이, 바람직하게는 400W/m·K 이상, 보다 바람직하게는 800W/m·K 이상이다.
이방성 충전재(3)는, 각 열전도층에 있어서 두께 방향으로 배향하고 있다. 이방성 충전재(3)의 두께 방향의 배향을 보다 구체적으로 설명하면, 열전도성 시트(1)의 두께 방향에 대하여 섬유축이 이루는 각도가 30° 미만인 탄소 섬유 분말의 수의 비율이 50%를 초과하는 상태에 있는 것을 말한다.
또한, 이방성 충전재(3)의 배향의 방향은, 열전도율을 높이는 관점에서는 두께 방향에 대한 섬유축이 이루는 각도를 0°로 하는 것이 바람직하다. 한편, 열전도성 시트(1)를 압축하였을 때의 하중을 낮게 할 수 있다고 하는 점에서, 5~30°의 범위에서 경사시킬 수도 있다.
또한, 이방성 충전재(3)는, 열전도성 시트(1)의 두께 방향에서, 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)에 편재한다. 여기서, 편재한다란, 이방성 충전재(3)의 농도(충전 비율)에 편향이 있다고 하는 의미이며, 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)의 사이의 계면(5)은, 이방성 충전재(3)의 충전 비율이, 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)의 충전 비율보다 낮아지는 것을 의미한다.
<비이방성 충전재>
비이방성 충전재(4)는, 이방성 충전재(3)와는 별도로 열전도성 시트(1)에 함유되는 열전도성 충전재이며, 이방성 충전재(3)와 함께 열전도성 시트(1)에 열전도성을 부여하는 재료이다. 본 실시 형태에서는, 비이방성 충전재(4)가 함유됨으로써, 배향된 이방성 충전재(3)의 사이의 간극에 충전재가 개재되어, 열전도율이 높은 열전도성 시트(1)가 얻어진다.
비이방성 충전재(4)는, 형상에 이방성을 실질적으로 가지지 않는 충전재이며, 후술하는 자력선 발생하 또는 전단력 작용하 등, 이방성 충전재(3)가 소정의 방향으로 배향되는 환경하에 있어서도, 그 소정의 방향으로 배향되지 않는 충전재이다.
비이방성 충전재(4)는, 그 애스펙트비가 2 이하인 것이 바람직하고, 1.5 이하인 것이 보다 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 이와 같이 애스펙트비가 낮은 비이방성 충전재(4)가 함유됨으로써, 이방성 충전재(3)의 간극에 열전도성을 가지는 충전재가 적절히 개재되어, 열전도율이 높은 열전도성 시트(1)가 얻어진다. 또한, 애스펙트비를 2 이하로 함으로써, 후술하는 혼합 조성물의 점도가 상승하는 것을 방지하여, 고충전으로 하는 것이 가능해진다.
비이방성 충전재(4)의 구체예는, 예를 들면, 금속, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 금속 수산화물, 탄소 재료 등을 들 수 있다. 또한, 비이방성 충전재(4)의 형상은, 구상, 부정형의 분말 등을 들 수 있다.
비이방성 충전재(4)에 있어서, 금속으로서는, 알루미늄, 구리, 니켈 등, 금속 산화물로서는, 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 아연, 석영 등, 금속 질화물로서는, 질화 붕소, 및 질화 알루미늄 등을 예시할 수 있다. 또한, 금속 탄화물로서는, 탄화 규소를 들 수 있고, 금속 수산화물로서는, 수산화 알루미늄을 들 수 있다. 또한, 탄소 재료로서는 구상 흑연 등을 들 수 있다.
이들 중에서도, 산화 알루미늄이나 알루미늄은, 열전도율이 높고, 구상의 것이 입수하기 쉬운 점에서 바람직하고, 수산화 알루미늄은 입수하기 쉽고 열전도성 시트의 난연성을 높일 수 있는 점에서 바람직하다.
비이방성 충전재(4)는, 절연성을 가지는 것이 바람직하고, 구체적으로는, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 수산화물, 금속 탄화물을 이용하는 것이 바람직하고, 그 중에서도 산화 알루미늄, 수산화 알루미늄이 보다 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 비이방성 충전재(4)가 절연성을 가짐으로써, 열전도성 시트(1)는, 비이방성 충전재(4)의 충전 비율이 높은 계면에 의해 두께 방향의 절연성을 확보하기 쉬워진다.
비이방성 충전재(4)의 평균 입경은 0.1~50㎛인 것이 바람직하고, 0.5~35㎛인 것이 보다 바람직하다. 또한, 1~15㎛인 것이 특히 바람직하다. 평균 입경을 50㎛ 이하로 함으로써, 이방성 충전재(3)의 배향을 어지럽히는 등의 문제가 발생하기 어려워진다. 또한, 평균 입경을 0.1㎛ 이상으로 함으로써, 비이방성 충전재(4)의 비표면적이 필요 이상으로 커지지 않고, 다량으로 배합해도 혼합 조성물의 점도는 상승하기 어려워, 비이방성 충전재(4)를 고충전하기 쉬워진다.
또한, 비이방성 충전재(4)의 평균 입경은, 전자 현미경 등으로 관찰하여 측정할 수 있다. 보다 구체적으로는, 예를 들면 전자 현미경이나 광학 현미경을 이용하여, 임의의 비이방성 충전재 50개의 입경을 측정하고, 그 평균값(상가 평균값)을 평균 입경으로 할 수 있다.
비이방성 충전재(4)의 함유량은, 고분자 매트릭스 100질량부에 대하여, 250~800질량부의 범위인 것이 바람직하고, 350~700질량부의 범위인 것이 보다 바람직하다. 250질량부 이상으로 함으로써, 이방성 충전재(3)끼리의 간극에 개재되는 비이방성 충전재(4)의 양이 충분해져, 열전도성이 양호해진다. 한편, 800질량부 이하로 함으로써, 함유량에 따른 열전도성을 높이는 효과를 얻을 수 있고, 또한, 비이방성 충전재(4)에 의해 이방성 충전재(3)에 의한 열전도를 저해하거나 하는 경우도 없다. 또한, 350~700질량부의 범위 내로 함으로써, 열전도성 시트(1)의 열전도성이 우수하고, 혼합 조성물의 점도도 적절해진다.
또한, 비이방성 충전재(4)의 함유량은, 체적%로 나타내면, 열전도성 시트 전량에 대하여, 25~60체적%가 바람직하고, 35~50체적%가 보다 바람직하다.
<계면>
제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)의 사이에 있는 계면(5)은, 상기와 같이, 고분자 매트릭스(2)를 포함하고, 또한, 이방성 충전재(3)의 충전 비율이, 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)보다 낮아지는 부분이다.
즉, 계면(5)은, 열전도성 시트(1)의 면 방향을 따라, 이방성 충전재(3)가 적거나 또는 이방성 충전재(3)가 존재하지 않는 상태에서, 고분자 매트릭스(2)가 면 형상으로 확산되어 구성된다. 따라서, 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)은, 계면(5)을 통하여 서로 접착하기 쉬워진다. 또한, 이방성 충전재(3)가 도전성인 경우에는, 이 계면(5)을 통하여 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)이 전기적으로 분단되어, 열전도성 시트(1)의 두께 방향의 절연성을 높일 수 있다.
여기서, 상기 계면(5)의 이방성 충전재(3)의 상기 충전 비율은, 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)의 이방성 충전재(3)의 충전량의 20% 이하인 것이 바람직하다.
이방성 충전재의 충전 비율은, 두께 방향에 수직인 선을 소정의 길이(400㎛) 긋고, 그 선 상에 있는 이방성 충전재(3)의 수에 의거하여 구할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)의 두께 방향의 중심 위치의 충전 비율을, 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b) 각각에 있어서의 충전 비율로 하면 된다.
구체적으로는, 상기 충전 비율이 20% 이하의 영역이란, 열전도성 시트(1)의 단면에 있어서, 제 1 열전도층(1a)의 두께 방향의 중심 위치에 두께 방향에 수직인 선을 400㎛만큼 그었을 때, 그 선 상에 있는 이방성 충전재(3)의 수에 대하여, 제 1 열전도층(1a)측의 계면 부근에서 동일한 길이만큼의 선 상에 있는 이방성 충전재(3)의 수가 20%가 되는 선을 제 1 경계선으로 하고, 그 경계선의 외측으로서 이방성 충전재(3)의 비율이 20% 이하가 되는 영역을 의미한다. 또한, 마찬가지로 제 2 열전도층(1b)의 두께 방향의 중심 위치에 두께 방향에 수직인 선을 400㎛만큼 그었을 때, 그 선 상에 있는 이방성 충전재(3)의 수에 대하여, 제 2 열전도층(1b)측의 계면 부근에서 동일한 길이만큼의 선 상에 있는 이방성 충전재(3)의 수가 20%가 되는 선을 제 2 경계선으로 하고, 그 경계선의 외측으로서 이방성 충전재(3)의 비율이 20% 이하가 되는 영역을 의미한다. 또한, 제 1 및 제 2 경계선은, 두께 방향에 수직인 선이다.
계면(5)은, 이와 같이 하여 얻어진 제 1 경계선과 제 2 경계선에 끼워진 영역을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 이방성 충전재(3)의 비율이 20% 이하가 되는 상기 영역 내에, 추가로 이방성 충전재(3)의 비율이 10% 이하가 되는 경계선에 끼워진 영역을 가지는 것이 바람직하고, 이 비율은, 보다 바람직하게는 5% 이하, 더 바람직하게는 1% 이하이다.
계면(5)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제 1 열전도층(1a)에 함유되는 이방성 충전재(3)의 제 2 열전도층(1b)측의 단부(이하, 간단히 「하단」이라고도 함)(3c)와, 제 2 열전도층(1b)에 함유되는 이방성 충전재(3)의 제 1 열전도층(1a)측의 단부(이하, 간단히 「상단」이라고도 함)(3d)가 대향하고 있는 부분이라고도 할 수 있다. 열전도성 시트(1)는, 이와 같이 이방성 충전재(3)의 단부(3c, 3d)끼리가 대향함으로써, 열전도성은 거의 저하되는 경우가 없어, 고열전도성을 유지할 수 있다.
그리고, 제 2 열전도층(1b)에 함유되는 이방성 충전재(3)와, 제 1 열전도층(1a)에 함유되는 이방성 충전재(3)는 서로 실질적으로 교차하지 않는다. 이방성 충전재(3)가 실질적으로 교차하지 않음으로써, 계면(5)에 있어서의 이방성 충전재(3)의 충전 비율을 충분히 적게 할 수 있다.
여기서, 실질적으로 교차하지 않는다는 것은, 제조 시 등에 불가피하게 교차하는 것 이외는, 교차하지 않는 것을 의미한다. 구체적으로는, 열전도성 시트(1)의 단면에 있어서, 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b) 각각의 두께 방향의 중심 위치에 두께 방향에 수직인 선을 400㎛만큼 그었을 때, 각 선 상에 있는 이방성 충전재(3)의 수(A1, A2)를 산출하고, 그 합계값(A1+A2)을 산출한다. 그리고, 그 합계값에 대하여, 동일한 길이만큼에 있어서, 교차하는 이방성 충전재(3)의 수가, 충분히 적은 것을 의미한다. 보다 구체적으로는 그 비율이 20% 이하, 바람직하게는 10% 이하, 더 바람직하게는 1% 이하, 가장 바람직하게는 0%이다. 또한, 교차하는 이방성 충전재(3)의 수란, 계면(5) 내에 두께 방향에 수직인 선을 400㎛만큼 그었을 때, 그 선 상에 있는 제 1 열전도층(1a)의 이방성 충전재(3)와 제 2 열전도층(1b)에 함유되는 이방성 충전재(3)의 수의 합계를 산출하여 구하는 값으로서, 두께 방향에 있어서 가장 적어졌을 때의 값이다.
또한, 제 1 열전도층(1a)에 포함되는 이방성 충전재(3)와, 제 2 열전도층(1b)에 포함되는 이방성 충전재(3)는 실질적으로 서로 접촉하지 않는 것이 바람직하다. 또한, 실질적으로 접촉하지 않는다는 것은, 제 1 열전도층(1a)에 포함되는 대부분의 이방성 충전재(3)가, 제 2 열전도층(1b)에 포함되는 이방성 충전재(3)에 접촉하지 않는 것을 의미한다. 구체적으로는, 단면에 있어서 계면 부근을 관찰하였을 때, 서로 접촉하는 이방성 충전재(3)의 수의 비율이 3% 이하, 바람직하게는 1% 이하, 가장 바람직하게는 0% 이다. 또한, 접촉하는 수의 비율은, 계면에 있어서, 제 1 열전도층(1a)에 포함되는 이방성 충전재(3)를 100개와, 제 2 열전도층(1b)에 포함되는 이방성 충전재(3)를 100개 관찰하였을 때, 그 합계의 수(200개)에 대한, 서로 접촉하고 있는 이방성 충전재(3)의 수의 비율이다.
이와 같이, 제 1 열전도층(1a)에 있어서의 이방성 충전재(3)와, 제 2 열전도층(1b)에 있어서의 이방성 충전재는, 계면(5)에 있어서, 서로 접촉하지 않음으로써, 두께 방향의 절연성이 확보되기 쉬워진다.
또한, 계면(5)에 있어서는, 상기와 같이 이방성 충전재(3)의 충전 비율이 낮아지는 점에서, 그 비율이 낮아진 분만큼, 비이방성 충전재(4)의 충전 비율이 많아진다. 그에 따라, 상기와 같이, 계면(5)에 있어서의 비이방성 충전재(4)의 충전 비율은, 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)에 있어서의 비이방성 충전재(4)의 충전 비율보다 많아진다. 즉, 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)에 있어서의 비이방성 충전재(4)의 충전 비율에 대한, 계면(5)에 있어서의 비이방성 충전재(4)의 충전 비율의 비는, 100%보다 커지면 된다.
계면(5)에 있어서의 비이방성 충전재(4)의 충전 비율은, 이하의 방법으로 평가할 수 있다. 즉, 열전도성 시트(1)의 단면에 있어서, 제 1 열전도층(1a)의 두께 방향의 중심 위치에 두께 방향에 수직인 선을 400㎛만큼 그었을 때, 그 선 상에 있는 비이방성 충전재(4)의 비율에 대한, 계면에 있어서의 제 1 열전도층(1a) 부근의 동일한 길이만큼의 선 상에 있는 비이방성 충전재(4)의 비율의 비(B1)를 어림잡는다. 마찬가지로, 제 2 열전도층(1b)의 두께 방향의 중심 위치에 두께 방향에 수직인 선을 400㎛만큼 그었을 때, 그 선 상에 있는 비이방성 충전재(4)의 비율에 대한, 제 2 열전도층(2a)에 있어서의 계면(5) 부근의 동일한 길이만큼의 선 상에 있는 비이방성 충전재(4)의 비율의 비(B2)를 어림잡고, 그 평균값((B1+B2)/2)을 충전 비율의 비로서 구한다. 이 충전 비율의 비는 105% 이상이 되는 영역을 구비하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 110% 이상이다. 또한, 계면(5)에 있어서의 비이방성 충전재(4)의 상기 충전 비율의 상한값은, 특별히 한정되지 않지만, 실용적으로는 200%이다.
계면(5)은, 일정한 두께를 가지는 것이며, 계면(5)의 두께는, 60㎛ 이하인 것이 바람직하고, 40㎛ 이하인 것이 보다 바람직하며, 30㎛ 이하인 것이 더 바람직하다. 계면(5)의 두께가 상기 상한값 이하가 됨으로써, 제 1 열전도층(1a)에 있어서의 이방성 충전재(3)의 하단(3c)과 제 2 열전도층(1b)에 있어서의 이방성 충전재(3)의 상단(3d)이 근접하여, 계면(5)에 의해 열전도성이 저하되는 것이 방지된다. 또한, 계면(5)의 두께란, 상기한 제 1 및 제 2 경계선간의 거리를 측정함으로써 산출 가능하다.
또한, 계면(5)의 두께는, 0㎛보다 크면 되지만, 3㎛ 이상이 바람직하다. 계면(5)의 두께를 3㎛ 이상으로 함으로써, 계면(5)에 상대적으로 많이 배합되는 비이방성 충전재(4)에 의해 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)의 절연성이 적절하게 확보된다.
또한, 열전도성 시트(1)는, 후술하는 바와 같이, 제 1 및 제 2 시트를 중첩하여 접착시킴으로써 얻어지지만, 그 때에, 계면(5)에 기포가 형성되는 경우가 있다. 본 실시 형태에서는, 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)간의 접착성을 높이는 관점에서, 계면(5)에 있어서의 기포의 함유 비율이, 낮은 것이 좋다. 구체적으로는, 단면에 있어서, 계면(5) 내에 두께 방향에 수직인 선을 예를 들면 400㎛만큼 그었을 때, 그 선의 전체 길이에 대한, 선 상에 있는 기포와 겹치는 길이의 비율은, 20% 미만이 바람직하고, 10% 미만인 것이 보다 바람직하며, 0%인 것이 가장 바람직하다. 또한, 두께 방향에 수직인 선은, 기포의 비율이 가장 높아지도록 그으면 된다. 계면에 있어서의 기포의 함유 비율을 적게 하기 위해서는, 후술하는 제조 방법에서 서술하는 바와 같이, 제 1 및 제 2 시트를 접착시킬 때에, 서로 접하는 표면의 표면 거칠기 Ra를 낮게 하면 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)은, 고분자 매트릭스(2)를 포함하는 계면(5)을 통하여 접착되어 있으며, 접착층 등의 이재질(異材質)을 개재하지 않고 접합되어 있다. 이 때문에, 이소재(異素材)가 개재되는 것에 기인하는 열전도성의 저하는 발생하지 않는다.
<첨가제>
열전도성 시트(1)에 있어서, 고분자 매트릭스(2)에는, 추가로 열전도성 시트(1)로서의 기능을 손상시키지 않는 범위에서 다양한 첨가제를 배합시켜도 된다. 첨가제로서는, 예를 들면, 분산제, 커플링제, 점착제, 난연제, 산화방지제, 착색제, 침강 방지제 등으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 들 수 있다. 또한, 상기와 같이 경화성 고분자 조성물을 가교, 경화 등 시키는 경우에는, 첨가제로서, 가교, 경화를 촉진시키는 가교 촉진제, 경화 촉진제 등이 배합되어도 된다.
<열전도성 시트>
열전도성 시트(1)는, 일본공업규격인 JIS K6253의 타입 E 경도계에 의해 측정되는 E 경도로 5~80으로 하는 것이 바람직하다. E경도를 80 이하로 함으로써, 발열체나 방열체의 형상으로의 추종성이 양호해지고, 발열체나 방열체와 열전도성 시트(1)와의 밀착성이 양호해져, 열전도성이 우수한 것이 된다. 또한, E 경도가 5 이상이 됨으로써, 형상의 보지(保持)가 용이해져, 압축에 의해 이방성 충전재(3)의 배향이 흐트러지거나 하여, 열전도성이 저하되는 것을 방지한다.
열전도성 시트(1)의 경도는, 열전도성 시트(1)를 구성하는 제 1 열전도층(1a)과 제 2 열전도층(1b)의 경도가 상이할 때, 양면의 경도를 경도계를 이용해 측정하여, 그 평균값으로 할 수 있다. 또한, 열전도성 시트(1)의 두께가 10㎜를 충족하지 않는 경우에는, 합계의 두께가 10㎜ 이상이 되도록 복수매의 열전도성 시트(1)를 겹쳐 측정하는 것으로 한다. 또한, JIS K6253에서는 복수매를 겹치는 경우, 상한을 3매로 하고 있지만, 본 발명에서는 필요에 따라 3매를 초과하여 겹쳐 측정해도 되는 것으로 한다.
또한, 이방성 충전재(3) 또는 비이방성 충전재(4)의 함유량을 높임으로써, 열전도성 시트(1)는 보다 단단해지기 때문에, 열전도성 시트(1)의 경도를 바람직한 범위로 하기 위해, 고분자 매트릭스로는 원하는 경도보다 무른 것을 선택한다.
열전도성 시트(1)의 두께 방향, 즉, 이방성 충전재(3)의 배향 방향의 열전도율은, 6W/m·K 이상으로 하는 것이 바람직하고, 상한은 특히 없지만, 예를 들면 50W/m·K이다. 또한, 열전도율은 ASTM D5470-06에 준거한 방법으로 측정하는 것으로 한다.
또한, 열전도성 시트(1)의 두께 방향의 열저항값은, 두께가 0.5㎜일 때 0.7℃/W로 하는 것이 바람직하고, 하한은 특별히 없지만, 예를 들면 0.03℃/W이다.
또한, 열전도성 시트(1)는, 도전성을 가지는 이방성 충전재(3)를 함유하는 경우에는, 그 도전성의 지표로서, 체적 저항률이 1.0×109Ω·cm 이상인 것이 바람직하다. 체적 저항값이 이들 하한값 이상이면, 열전도성 시트(1)는 두께 방향으로 충분히 절연성이 확보된다. 또한, 체적 저항률의 상한값은, 특별히 한정되지 않지만, 실용적으로는 1.0×1014Ω·cm이다.
또한, 체적 저항률은, 열전도 시트(1)를 금 도금한 금속판에 끼워, 초기 두께를 80%로 압축하였을 때(20% 압축)의 저항값을 테스터로 측정하여 저항값과, 열전도성 시트(1)의 두께 및 단면적으로부터 구할 수 있다.
열전도성 시트(1)는, 제 1 열전도층(1a)측의 표면(1c)이 제 2 열전도층(1b)측의 표면(1d)보다 마찰 계수가 낮아지는 것이 바람직하다. 즉, 제 1 열전도층(1a)측의 표면(1c)이 저마찰 계수, 제 2 열전도층(1b)측의 표면(1d)이 고마찰 계수가 되는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 열전도층(1a)측의 표면(1c)이 비점착면이 되고, 또한 제 2 열전도층(1b)측의 표면(1d)이 점착면이 되면 된다. 열전도성 시트(1)는, 일방의 표면(1c)이 비점착면, 타방의 표면(1d)이 점착면이 되면, 전자기기 등에 조립될 때에 슬라이딩 등 시키는 것이 가능하고, 또한 표면(1d)을 통하여 열전도성 시트(1)를 피착면에 고정시키는 것이 가능해진다.
여기서, 제 1 열전도층(1a)측의 표면(1c)은, 마찰 계수가 0.3 미만인 것이 바람직하고, 0.25 미만인 것이 바람직하다. 또한, 제 1 열전도층(1a)측의 표면(1c)의 마찰 계수의 하한값은, 특별히 한정되지 않지만, 통상은 0.05 이상이다. 마찰 계수를 0.3 미만으로 하면, 제 1 열전도층(1a)측의 표면(1c)을 비점착면으로 할 수 있다.
또한, 제 2 열전도층(1b)측의 표면(1d)은, 마찰 계수가 0.3 이상인 것이 바람직하고, 0.5 이상인 것이 보다 바람직하다. 제 2 열전도층(1b)측의 표면(1d)의 마찰 계수를 0.3 이상으로 하면, 제 2 열전도층(1b)측의 표면(1d)를 점착면으로 할 수 있다.
또한, 마찰 계수란, 후술하는 실시예에 기재된 방법에 따라 측정한 알루미늄에 대한 마찰 계수이다.
여기서, 제 1 열전도층(1a)측의 표면(1c)을, 저마찰 계수로 하거나, 비점착면으로 하거나 하기 위해서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제 1 열전도층(1a)측의 표면(1c)에 있어서, 이방성 충전재(3)를 고분자 매트릭스(2)로부터 돌출시키면 된다. 이 때, 이방성 충전재(3)의 돌출 높이는 1~50㎛로 하는 것이 바람직하다.
또한, 이방성 충전재(3)는, 상기 표면(1c)으로부터 돌출될 때, 돌출된 이방성 충전재(3)의 선단이 연마되어 있어도 된다. 이와 같은 이방성 충전재(3)는, 이방성 충전재(3)의 선단이 표면(1c)을 따라 연장되는 형상의 돌출부를 구비하면 된다. 이러한 이방성 충전재(3)에서는, 선단에 있어서의 장축 방향과 직교하는 단면적이, 축부(예를 들면, 돌출되는 충전재의 근원부)에 있어서의 장축 방향과 직교하는 단면적에 비해 크게 되어 있다. 이와 같은 형상의 이방성 충전재(3)는, 바람직하게는 돌출 높이가 1~20㎛가 된다.
이와 같이 제 1 열전도층(1a)의 표면(1c)에 이방성 충전재(3)가 돌출된 표면은, 고분자 매트릭스(2)보다 경질의 이방성 충전재(3)가 주변의 부재에 접촉하여, 저마찰 계수의 평탄면이 된다.
또한, 제 2 열전도층(1b)측의 표면(1d)은, 고마찰 계수로 하기 위해서는, 이방성 충전재(3)가 고분자 매트릭스(2) 내부에 메워진 평탄면으로 하면 된다. 이러한 표면(1d)는, 이방성 충전재(3)가 표면(1d)에 있어서 고분자 매트릭스(2)로부터 돌출되지 않고, 또한 이방성 충전재(3)가 가능한 한 표면(1d)에 노출되지 않게 된다. 이 때문에, 제 2 열전도층(1b)측의 표면(1d)은, 고분자 매트릭스(2)의 성질에 의거한 마찰 계수가 되며, 상기한 고무 등을 이용함으로써 고마찰 계수의 평탄면으로 할 수 있고, 또한, 점착면으로 하는 것도 가능하다.
다만, 본 실시 형태에서는, 제 1 열전도층(1a)측의 표면(1c)도, 제 2 열전도층(1b)측의 표면(1d)과 마찬가지로, 고마찰 계수로 되어 있어도 된다. 즉, 열전도성 시트(1)의 양 표면(1c, 1d)이, 고마찰 계수이며, 점착면으로 되어 있어도 된다.
이 경우, 제 1 열전도층(1a)측의 표면(1c)의 구성은, 상기한 제 2 열전도층(1b)측의 표면(1d)과 마찬가지의 구성을 가지면 되고, 그 구체적 내용은 상기한 바와 마찬가지이며, 이방성 충전재(3)가 표면(1c)으로부터 돌출되지 않는다.
열전도성 시트(1)에 있어서, 제 1 열전도층(1a)에 함유되는 이방성 충전재(3)와, 제 2 열전도층(1b)에 함유되는 이방성 충전재(3)는, 동일한 재질로 해도 되고, 다른 재질로 할 수도 있다.
또한, 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)에 있어서의 이방성 충전재(3)의 충전 비율은, 서로 동일하게 해도 되고, 상이하도록 해도 된다. 충전 비율이 상이한 경우, 예를 들면 표면(1c)이 저마찰 계수가 되도록 구성한 제 1 열전도층(1a)의 충전 비율을, 표면(1d)이 고마찰 계수가 되도록 구성한 제 2 열전도층(1b)의 충전 비율보다 높게 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성에 의해, 제 1 열전도층(1a)측의 표면(1c)의 마찰 계수가 보다 한층 낮아지면서, 제 2 열전도층 1측의 표면(1d)의 점착력을 높일 수 있다. 따라서, 마찰 계수의 차를 보다 현저하게 할 수 있고, 예를 들면 저마찰 계수의 표면의 슬라이딩성을 이용하는 용도에 적절해진다.
제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b) 각각의 두께는, 예를 들면, 0.1~5㎜, 바람직하게는 0.15~3㎜이다.
제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)의 두께는, 서로 동일하게 해도 되고, 상이하게 해도 된다. 이 경우, 제 1 열전도층(1a)과, 제 2 열전도층(1b)에서, 경도나 그 밖의 기능성을 상이하게 함으로써, 그들의 기능을 유효하게 발현시키도록 할 수도 있다.
예를 들면, 표면(1c)이 저마찰 계수가 되도록 구성한 제 1 열전도층(1a)의 이방성 충전재(3)의 충전 비율을, 표면(1d)이 고마찰 계수가 되도록 구성한 제 2 열전도층(1b)보다 높게 하면서, 제 1 열전도층(1a)보다 제 2 열전도층(1b)의 두께를 크게 하면 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 열전도성 시트(1)는, 전체적으로 높은 유연성을 구비하면서도, 제 1 열전도층(1a)의 표면(1c)은 마찰 계수가 낮기 때문에, 표면(1c)의 슬라이딩성을 이용하는 용도에 적절해진다.
열전도성 시트(1)는, 전자기기 내부 등에 있어서 사용된다. 구체적으로는, 열전도성 시트(1)는, 발열체와 방열체와의 사이에 개재시키고, 발열체에서 발생한 열을 열전도하여 방열체로 이동시켜, 방열체로부터 방열시킨다. 여기서, 발열체로서는, 전자기기 내부에서 사용되는 CPU, 파워 앰프, 전원 등의 각종의 전자 부품을 들 수 있다. 또한, 방열체는, 히트 싱크, 히트 펌프, 전자기기의 금속 박스체 등을 들 수 있다. 열전도성 시트(1)는, 양 표면(1c, 1d) 각각이, 발열체 및 방열체 각각에 밀착하고, 또한 압축하여 사용된다.
<열전도성 시트의 제조 방법>
상기 열전도성 시트의 제조 방법의 일례로서는, 제 1 시트와 제 2 시트를 각각 제조하고, 그들을 중첩하여 접착하는 방법을 들 수 있다. 여기서, 제 1 시트와 제 2 시트는, 각각, 열전도성 시트(1)에 있어서 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)이 되는 것이다. 따라서, 제 1 및 제 2 시트는, 각각, 고분자 매트릭스와 이방성 충전재를 포함하고, 이방성 충전재가 두께 방향으로 배향되어 있다. 또한, 제 1 및 제 2 시트는, 각각, 비이방성 충전재도 더 함유한다. 여기서, 제 1 및 제 2 시트 각각에 있어서의, 이방성 충전재 및 비이방성 충전재의 함유량은, 상기한 함유량의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 및 제 2 시트의 두께는, 상기한 제 1 및 제 2 열전도층과 동일하며, 각각 예를 들면 0.1~5㎜, 바람직하게는 0.15~3㎜이다.
본 제조 방법에 있어서, 제 1 및 제 2 시트를 중첩하여 접착하는 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 상온에서 프레스하는 방법, 가열 프레스 방법 등을 들 수 있다. 제 1 및 제 2 시트는, 후술하는 바와 같이 예를 들면 제 1 시트의 중첩면을 점착면으로 함으로써, 상온에서 프레스한 것만으로도 접착하는 것이 가능해진다.
제 1 및 제 2 시트 각각을 제조하기 위해서는, 경화 후에 고분자 매트릭스가 되는 액상의 고분자 조성물과 이방성 충전재, 비이방성 충전재를 포함하는 혼합 조성물을 자장에 두고, 이방성 충전재를 자장을 따라 배향시킨 후, 고분자 조성물을 경화시킴으로써 배향 성형체를 얻는 자장 배향 제법을 들 수 있다.
자장 배향시키기 위해, 혼합 조성물의 점도는, 10~300Pa·s인 것이 바람직하다. 10Pa·s 이상으로 함으로써, 이방성 충전재나 비이방성 충전재가 침강하기 어려워진다. 또한, 300Pa·s 이하로 함으로써 유동성이 양호해져, 자장에서 이방성 충전재가 적절하게 배향되어, 배향에 시간이 지나치게 걸리거나 하는 문제도 발생하지 않는다. 또한, 점도란, 회전 점토계(브룩필드 점도계 DV-E, 스핀들 SC4-14)를 이용하여 25℃에 있어서, 회전 속도 10rpm으로 측정된 점도이다.
단, 침강하기 어려운 이방성 충전재나 비이방성 충전재를 이용하거나, 침강 방지제 등의 첨가제를 조합시키거나 하는 경우에는, 혼합 조성물의 점도는, 10Pa·s 미만으로 해도 된다.
자장 배향 제법에 있어서, 자력선을 인가하기 위한 자력선 발생원으로서는, 초전도 자석, 영구 자석, 전자석 등을 들 수 있지만, 높은 자속 밀도의 자장을 발생시킬 수 있는 점에서 초전도 자석이 바람직하다. 이들의 자력선 발생원으로부터 발생하는 자장의 자속 밀도는, 바람직하게는 1~30테슬라이다. 자속 밀도를 1테슬라 이상으로 하면, 탄소 재료 등으로 이루어지는 상기한 이방성 충전재를 용이하게 배향시키는 것이 가능해진다. 또한, 30테슬라 이하로 함으로써, 실용적으로 제조하는 것이 가능해진다.
자장 배향 제법에서는, 상기한 자장에 의한 이방성 충전재의 배향, 및 경화를, 시트 형상에 대응한 중공부가 내부에 구획되는 금형 내에서 행하면 된다. 이와 같은 금형에서 배향 및 경화를 행하면, 얻어지는 배향 성형체의 양 표면은, 이방성 충전재의 충전 비율이 다른 부분보다 낮은 스킨층이 되고, 이 자장 성형체는, 제 2 시트로서 사용된다. 또한, 금형 내에는, 배향 성형체의 양 표면에 접하는 위치에, 박리 필름이 배치되고, 자장 성형체는 박리 필름의 사이에 성형되어도 된다. 박리 필름은, 예를 들면, 박리성이 좋은 수지 필름이나, 편면이 박리제 등에 의해 박리 처리된 수지 필름이 사용된다. 박리 필름을 사용함으로써, 배향 성형체가 금형으로부터 이형되기 쉬워진다.
상기 배향 성형체(제 2 시트)의 스킨층은, 고분자 매트릭스를 함유하고, 또한 이방성 충전재의 충전 비율이 다른 부분(스킨층 이외의 부분)보다 낮아진다. 또한, 스킨층에 있어서는, 통상, 이방성 충전재가 함유되지 않는다. 그리고, 제 2 시트의 양 표면은, 이방성 충전재가 돌출되어 있지 않은 표면이 된다. 또한, 제 2 시트의 스킨층은, 이방성 충전재의 충전 비율이, 후술하는 제 1 시트의 스킨층 이외의 부분보다 마찬가지로 낮아진다.
또한, 상기 배향 성형체(제 2 시트)의 스킨층에 있어서, 비이방성 충전재의 충전 비율은, 다른 부분(스킨층 이외의 부분)보다 높아진다. 또한, 제 2 시트의 스킨층은, 비이방성 충전재의 충전 비율이, 후술하는 제 1 시트의 스킨층 이외의 부분보다 마찬가지로 높아진다.
한편, 제 1 시트에 대해서는, 얻어지는 제 1 시트보다 두께가 큰 배향 성형체를 우선 제조하고, 그 배향 성형체를 슬라이스 또는 컷트 등에 의해, 면 방향을 따라 절단하여, 제 1 시트를 얻는 것이 바람직하다. 이에 따라, 제 1 시트는, 적어도 일방의 표면이, 슬라이스나 컷트 등의 절단에 의해 고분자 매트릭스로부터 이방성 충전재의 선단이 돌출된 표면이 된다. 또한, 제 1 시트는, 그 양 표면이, 이방성 충전재의 선단이 돌출된 표면인 것이 보다 바람직하다. 또한, 절단에 의해, 이방성 충전재의 선단이 돌출된 표면은, 연마지 등을 이용하여 적절히 연마되어도 된다.
또한, 제 1 시트는, 상기 제 2 시트와 마찬가지의 방법으로 제조한 것을 사용해도 된다. 즉, 제 1 시트도, 상기 제 2 시트와 마찬가지로, 그 양면이 스킨층이 되는 것을 사용해도 된다.
또한, 제 1 및 제 2 시트는, 어느 일방의 표면이 스킨층이 되는 한편, 타방의 표면이 스킨층이 되지 않고, 이방성 충전재의 선단이 돌출된 표면이 되어도 된다. 다만, 제 1 및 제 2 시트는, 그 제조를 용이하게 하는 관점에서, 양 표면 모두 스킨층이 마련되는 면으로 하거나, 혹은, 양 표면 모두 이방성 충전재가 돌출된 면으로 하는 것이 좋다.
이어서, 본 제조 방법에서는, 스킨층이 형성되는 제 2 시트의 일방의 표면을, 제 1 시트의 일방의 표면에 접하도록, 제 1 및 제 2 시트를 중첩하여, 이들을 접착시켜, 열전도성 시트를 얻는다. 이에 따라, 열전도성 시트(1)에 있어서는, 스킨층에 의해 계면(5)이 형성되고, 그 계면(5)에 의해 제 1 및 제 2 시트 각각으로 형성된 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)이 접착된다.
여기서, 스킨층은, 상기와 같이, 이방성 충전재의 충전 비율이, 스킨층 이외의 부분보다 낮고, 따라서, 열전도성 시트(1)는, 상기와 같이, 계면(5)에 있어서의 이방성 충전재(3)의 충전 비율이, 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)에 있어서의 이방성 충전재(3)의 충전 비율보다 낮아진다. 한편, 스킨층은, 상기와 같이, 비이방성 충전재의 충전 비율이, 스킨층 이외의 부분보다 높고, 따라서, 열전도성 시트(1)는, 상기와 같이, 계면(5)에 있어서의 비이방성 충전재(4)의 충전 비율이, 제 1 및 제 2 열전도층(1a, 1b)에 있어서의 비이방성 충전재(4)의 충전 비율보다 높아진다.
또한, 스킨층은, 고분자 매트릭스에 고무 등을 사용함으로써 점착성을 가지는 것이 되기 때문에, 스킨층이 마련된 제 2 시트의 일방의 표면을, 제 1 시트의 일방의 표면에 중첩함으로써, 점착성을 가지는 표면을 통하여, 제 1 및 제 2 시트가 접착되는 것이 된다. 따라서, 열전도성 시트(1)에 있어서는, 제 1 열전도층(1a)과 제 2 열전도층(1b)의 사이의 접착성이 양호해진다.
또한, 제 2 시트는, 상기와 같이, 양 표면에 스킨층이 마련되기 때문에, 열전도성 시트(1)에 있어서의 제 2 열전도층(1b)측의 표면(1d)은, 스킨층에 의해 구성되는 것이 되고, 상기와 같이 고마찰 계수가 된다. 다만, 제 2 시트는, 상기와 같이 일방의 표면에 스킨층이 마련되고, 타방의 표면을 이방성 충전재(3)가 돌출되는 표면으로 해도 되며, 그 경우에는, 표면(1d)은 저마찰 계수가 된다.
상기 제조 방법에 있어서, 제 1 시트의 일방의 표면(즉, 제 2 시트에 접하는 중첩면)은, 상기와 같이, 스킨층이 마련된 면이어도 되지만, 스킨층이 마련되지 않고, 고분자 매트릭스로부터 이방성 충전재가 돌출된 면인 것이 바람직하다. 또한, 스킨층이 마련된 면이면, 제 1 및 제 2 시트는, 예를 들면 점착면끼리가 접착되게 되므로, 이들 사이의 접착성이 보다 한층 양호해진다.
한편, 제 1 시트의 일방의 표면(중첩면)은, 이방성 충전재가 돌출되는 면이어도, 후술하는 바와 같이 표면 거칠기 Ra를 낮게 함으로써, 상기한 제 2 시트에 대한 접착성이 양호해진다.
또한, 제 1 시트의 타방의 표면(즉, 제 2 시트에 중첩되는 면과는 반대측의 면)은, 상기한 일방의 표면(중첩면)과 마찬가지로, 고분자 매트릭스로부터 이방성 충전재가 돌출된 표면인 것이 바람직하다. 제 1 시트의 타방의 표면을 이방성 충전재가 돌출된 표면으로 함으로써, 열전도성 시트(1)에 있어서, 제 1 열전도층(1a)측의 표면(1c)이, 저마찰 계수가 되어, 비점착면으로 하는 것이 가능하다.
단, 제 1 시트의 타방의 표면은, 스킨층이 마련된 면이어도 된다. 스킨층이 마련된 면으로 하면, 열전도성 시트(1)에 있어서, 제 1 열전도층(1a)측의 표면(1c)은, 고마찰 계수가 되어, 점착면으로 하는 것이 가능하다. 즉, 열전도성 시트(1)는, 양 표면(1c, 1d) 모두 점착면으로 해도 된다.
상기 제조 방법에 있어서, 제 1 및 제 2 시트는, 서로 접하는 표면(중첩면)의 표면 거칠기 Ra는, 예를 들면 10㎛ 이하이지만, 적어도 일방이 4㎛ 이하인 것이 바람직하고, 적어도 일방이 1㎛ 이하이거나, 또는 양방이 4㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 서로 접하는 표면의 일방의 표면 거칠기 Ra를 4㎛ 이하로 하면, 제 1 및 제 2 시트의 접착성이 양호해져, 상기와 같이 계면에 기포가 발생하기 어려워진다. 또한, 적어도 일방이 1㎛ 이하이거나, 또는 양 표면을 4㎛ 이하로 하면, 접착성이 더 양호해져, 기포가 보다 한층 발생하기 어려워진다. 또한, 상기 표면 거칠기 Ra는 낮은 것이 좋지만, 실용적으로는 0.1㎛ 이상이 되는 것이 가능하다. 또한, 본 발명에서 간단히 표면 거칠기 Ra라고 하는 경우, JIS B0601에 규정되는 산술 평균 높이 Ra를 나타내는 것으로 한다.
제 2 시트의 표면은, 상기와 같이 스킨층이 마련되고, 그 표면 거칠기 Ra는 통상 4㎛ 이하가 된다. 또한, 제 1 시트의 표면에 스킨층이 마련되는 경우도 마찬가지이다.
한편, 제 1 시트는, 그 표면이 이방성 충전재가 돌출된 표면인 경우에는, 일반적으로 표면 거칠기 Ra가 커지는 점에서, 표면 거칠기 Ra를 작게 하기 위한 처리를 행할 필요가 있다. 구체적으로는, 슬라이스 또는 컷트 등의 절단에 의해 형성된 표면을, 추가로 정밀 연마 시트로 연마하여 평활성을 높이면 된다. 정밀 연마 시트로서는, 예를 들면 입도 분포나 입경이 제어된 분말이 배합된 수지 필름으로 이루어지는 연마 필름을 예시할 수 있다. 절단에 의해 형성된 표면은, 정밀 연마 시트로 연마하기 전에, 통상의 연마지에 의해 연마해도 된다.
이와 같이, 제 1 시트의 표면(중첩면)이, 이방성 충전재가 돌출된 표면인 경우에도, 그 표면 거칠기 Ra를 작게 하고, 또한 상기와 같이 제 2 시트의 표면(중첩면)에 스킨층을 마련하여 예를 들면 점착면으로 함으로써, 제 1 시트와 제 2 시트를 접착하는 것이 가능해진다.
제 1 및 제 2 시트는, 고분자 매트릭스의 성질을 이용하여 접착되는 것이며, 상기와 같이, 고분자 매트릭스의 점착성을 이용하여 접착하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 및 제 2 시트 중 적어도 어느 것에 있어서, 고분자 조성물을 완전히 경화하지 않고 반경화로 해 두고, 적어도 어느 일방이 반경화 상태 그대로, 제 1 및 제 2 시트를 중첩하고, 그 후 경화를 진행시켜, 이들을 접착시켜도 된다. 여기서, 반경화 상태란, 고체가 되는 정도로 경화 반응이 진행된 상태로서, 미반응의 관능기가 잔존하고 있는 상태를 말한다.
이러한 경화 반응은, 단일의 반응이어도 되고, 또한 복수의 반응을 조합시킨 것이어도 된다. 예를 들면, 1단째의 반응을 80℃에서 진행하는 경화 반응에 의해 반경화로 하고, 2단계째로서 150℃에서 진행하는 경화 반응에 의해 제 1 및 제 2 시트를 접착시켜도 된다.
또한, 상기 제조 방법에서는, 자장을 이용하여 이방성 충전재를 배향하였지만, 다른 방법에 의해 이방성 충전재를 배향해도 되고, 예를 들면, 유동 배향을 이용해도 된다. 보다 구체적으로는, 혼합 조성물에 전단력을 가해 얇은 판자 형상으로 한 예비적 시트를 제조하고, 이것을 복수매 적층하여 적층 블록을 제조하고, 그리고 그 적층 블록을 재단하는 적층 슬라이스 제법을 이용할 수 있다.
적층 슬라이스 제법은, 우선, 고분자 조성물에 이방성 충전재와 비이방성 충전재, 필요에 따라 다양한 첨가제를 혼입하여 교반하고, 혼입시킨 고형물이 균질하게 분산된 혼합 조성물을 조제한다. 여기서, 고분자 조성물에 사용하는 고분자 화합물은, 상온(23℃)에서 액상의 고분자 화합물을 포함하는 것이어도 되고, 상온에서 고체상의 고분자 화합물을 포함하는 것이어도 된다. 또한, 고분자 조성물은, 가소제를 함유하고 있어도 된다.
혼합 조성물은, 시트상으로 신장시킬 때에 전단력이 가해지도록 비교적 고점도이며, 혼합 조성물의 점도는, 구체적으로는 3~50Pa·s인 것이 바람직하다. 혼합 조성물은, 상기 점도를 얻기 위해, 용제를 함유하는 것이 바람직하다.
이어서, 혼합 조성물에 대하여 전단력을 부여하면서 평평하게 신장시켜 시트상(예비적 시트)으로 성형한다. 전단력을 가함으로써, 이방성 충전재를 전단 방향으로 배향시킬 수 있다. 시트의 성형 수단으로서, 예를 들면, 바 코터나 독터 블레이드 등의 도포용 애플리케이터, 혹은, 압출 성형이나 노즐로부터의 토출 등에 의해, 기재 필름 상에 혼합 조성물을 도공하고, 필요에 따라 건조시키는 방법을 들 수 있다. 이 때, 필요에 따라, 혼합 조성물은 반경화시켜도 된다. 예비적 시트 두께는, 50~250㎛ 정도가 되는 것이 바람직하다. 예비적 시트에 있어서, 이방성 충전재는 시트의 면 방향을 따른 일 방향으로 배향하고 있다.
이어서, 예비적 시트를, 배향 방향이 동일해지도록 복수매 겹쳐 적층한 후, 가열, 자외선 조사 등에 의해 혼합 조성물을 필요에 따라 경화시키면서, 열 프레스 등에 의해 예비적 시트를 서로 접착시킴으로써 적층 블록을 형성한다. 그 후, 이방성 충전재의 배향 방향과 직교하는 방향으로 적층 블록을 절단하여, 표면에 이방성 충전재가 돌출된 시트를 얻을 수 있다.
[제 2 실시 형태]
이어서, 본 발명의 제 2 실시 형태의 열전도성 시트에 대하여, 도 2를 이용하여 설명한다
제 1 실시 형태에 있어서는, 열전도성 시트(1)에는, 충전재로서, 이방성 충전재(3)에 더해, 비이방성 충전재(4)가 함유되어 있었지만, 본 실시 형태에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 비이방성 충전재가 함유되지 않는다.
제 2 실시 형태의 열전도성 시트(11)는, 비이방성 충전재가 함유되지 않는 점 이외는, 상기한 제 1 실시 형태의 열전도성 시트와 마찬가지이므로, 그 설명은 생략한다.
본 실시 형태에서도, 열전도성 시트(11)는, 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 이방성 충전재(3)의 충전 비율이 낮은 계면(15)을 통하여, 제 1 및 제 2 열전도층(11a, 11b)이 적층됨으로써, 두께 방향의 열전도성을 확보하면서 층간의 접착성을 양호하게 하는 것이 가능해진다.
또한, 열전도성 시트(11)는, 상기와 같이, 제 1 열전도층(11a)측의 표면(11c)이 저마찰 계수이며, 제 2 열전도층(11b)측의 표면(11d)이 고마찰 계수로 함으로써, 전자기기 등에 조립할 때에 슬라이딩 등 시키는 것이 가능하고, 또한 표면(11d)을 통하여 피착면에 고정시키는 것도 가능해진다. 물론, 열전도성 시트(11)는, 양 표면(11c, 11d)이 점착면이 되어도 된다.
또한, 상기와 같이, 제 1 열전도층(11a)과, 제 2 열전도층(11b)에 있어서의 이방성 충전재(3)의 충전 비율이나, 이들 열전도층(11a, 11b)의 두께를 적절히 조정함으로써 열전도성 시트(11)에 다양한 특성을 부여하는 것도 가능해진다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 실시 형태에서는, 열전도층은, 2개의 층으로 이루어지는 구성만을 나타냈지만, 3개 이상의 열전도층을 가지는 구성으로 해도 된다. 이 경우, 각 열전도층간은, 상기한 계면을 통하여 접착하면 된다. 3개 이상의 열전도층을 가지는 경우, 각 열전도층, 계면의 구성은 상기와 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다. 단, 본 발명에서는, 제조 비용 등의 관점에서, 열전도층은 2층으로 이루어지는 것이 바람직하다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들의 예에 의해 전혀 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에서는, 이하의 방법에 의해 열전도성 시트의 물성을 평가했다.
[경도]
각 시료의 열전도성 시트의 경도는, JIS K6253 규정에 따라 타입 E 듀로미터를 이용하여 측정한 E 경도이다.
[열저항값]
열저항값은, 도 3에 나타내는 바와 같은 열저항 측정기를 이용하여, 이하에 나타내는 방법으로 측정했다. 구체적으로는, 각 시료에 대해, 본 시험용으로 크기가 10㎜×10㎜의 시험편(S)를 제작했다. 그리고 각 시험편(S)을, 측정면이 10㎜×10㎜이며 측면이 단열재(21)로 덮여진 구리제 블록(22)의 위에 첩부(貼付)하고, 상방의 구리제 블록(23)으로 사이에 끼워, 로드셀(26)에 의해 하중을 가해, 두께가 원래의 두께의 87.5%가 되도록 설정했다. 여기서, 하방의 구리제 블록(22)은 히터(24)와 접하고 있다. 또한, 상방의 구리제 블록(23)은 팬을 구비하는 히트 싱크(25)에 접속되어 있다. 이어서, 히터(24)를 발열량 25W로 발열시키고, 온도가 대략 정상 상태가 되는 10분 후에, 상방의 구리제 블록(23)의 온도(θj0), 하방의 구리제 블록(22)의 온도(θj1), 및 히터의 발열량(Q)을 측정하여, 이하의 식 (1)로부터 각 시료의 열저항값을 구했다.
열저항= (θj1-θj0)/Q ···식 (1)
식 (1)에 있어서, θj1은 하방의 구리제 블록(22)의 온도, θj0은 상방의 구리제 블록(23)의 온도, Q는 발열량이다.
[표면 거칠기 Ra]
각 시료의 표면 거칠기 Ra는, 별도의 시료에 중첩하기 전에, 형상 해석 레이저 현미경 VK-X150(주식회사기엔스제(製))을 이용하여 측정했다. 또한, 측정은 시료 표면의 임의의 0.6㎜의 직선 영역을 측정 범위로 했다.
[마찰 계수]
마찰 계수는, 이하의 방법으로 구한 정지 마찰 계수이다. 구체적으로는, 수평대의 위에 각 시험편을 재치한 후, 당해 시험편의 위에 슬라이딩편 및 120g의 추(직경: 28㎜, 높이: 25㎜의 원기둥형)를 차례로 재치했다. 이어서, 추에 견인용의 테이프의 일단을 첩부하고, 당해 테이프의 타단을 푸시풀게이지(아이코엔지니어링(주)제의 CPU 게이지 M-9500)에 고정했다. 계속해서, 푸시풀게이지를, 시험편의 외면과 평행한 방향으로 100㎜/min의 속도로 견인했다.
이 때, 푸시풀게이지의 견인 시에 있어서의 시험편과 슬라이딩편과의 정지 마찰력 Fs(N)을 측정하여, 하기 식 (2)에 의해 정지 마찰 계수를 산출했다. 여기서, 각 시험편에 대하여 정지 마찰력 Fs의 측정 및 정지 마찰 계수의 산출을 5회 행하고, 그들의 정지 마찰 계수의 값의 평균값을 시험편 표면의 정지 마찰 계수로 했다. 여기서, 슬라이딩편으로서, 알루미늄박 테이프(3M사제의 Scotch Brand Tape 433HD)를 이용했다. 알루미늄박 테이프에 대해서는, 당해 테이프의 알루미늄박 면이 각 시험편에 대향하도록 재치했다.
정지 마찰 계수= Fs(N)/Fp(N) ···식 (2)
상기 식 (2)에 있어서, Fp은, 슬라이딩편의 질량(중량)에 의해 발생하는 수직항력을 나타내고, Fp의 값은 0.12kg(추의 중량)×9.8m/s2(중력 가속도)=0.1176N로 나타낸다.
[체적 저항률]
체적 저항률은, 이하의 조건으로 측정했다. 우선, 직경 20㎜의 금 도금된 구리 전극 사이에 시트 샘플을 끼웠다. 계속해서, 스페이서에 의해 시트가 원래의 두께의 80%의 두께가 되도록, 20% 압축하고, 1분간 정지한 후의 저항값을 측정했다. 그리고, 측정한 각 저항값과, 시험편의 두께, 전극 및 시험편의 단면적으로부터 체적 저항률을 산출했다.
체적 저항률(Ω·cm)= 저항값(Ω)×단면적(cm2)/두께(cm) ···식 (3)
[계면의 두께, 교차하는 이방성 충전재의 비율, 기포 함유 비율]
주사형 전자 현미경을 이용하여, 각 시료의 단면을 배율 200배로 관찰했다. 그리고 각 단면에 대하여 명세서 기재의 방법으로, 이방성 충전재의 비율이 20% 이하가 되는 경계선을 구하여, 접착면 부근에 있는 제 1 열전도층의 경계선과 제 2 열전도층의 경계선의 거리를 계면의 두께라고 했다. 또한, 각 단면에 있어서 명세서 기재의 방법으로, 교차하는 이방성 충전재의 비율, 및 기포 함유 비율을 측정했다.
[비이방성 충전재의 충전 비율]
주사형 전자 현미경을 이용하여, 각 시료의 단면을 배율 200배로 관찰했다. 그리고 각 단면에 대하여 명세서 기재의 방법으로, 계면 부근의 400㎛의 선분 상에서 고분자 매트릭스와 비이방성 충전재가 차지하는 길이(편의상 「ba」라고 함)(환언하면, 전체로부터 이방성 충전재가 차지하는 길이를 뺀 길이)의 비율과, 마찬가지로 하여 구한 제 1 열전도층의 중앙 부분의 비율(b1) 및 제 2 열전도층의 중앙 부분의 상기 비율(b2)을 비교하여, 비이방성 충전재의 충전 비율을 어림잡았다. 구체적으로는, 제 1 열전도층에 대한 계면에 있어서의 비이방성 충전재의 충전 비율을 B1=ba/b1에 의해, 제 2 열전도층에 대한 계면에 있어서의 비이방성 충전재의 충전 비율을 B2=ba/b2에 의해 계산하고, 이어서 그 평균값((B1+B2)/2)을 충전 비율의 비로서 구해 백분율(%)로 나타냈다.
[제 1 및 제 2 시트의 제작]
(시료 1)
고분자 매트릭스로서, 알케닐기 함유 오르가노폴리실록산과 하이드로젠오르가노폴리실록산(합계로 100질량부)과, 이방성 충전재로서 흑연화 탄소 섬유(평균 섬유 길이 100㎛, 애스펙트비 10, 열전도율 500W/m·K, 도전성) 120질량부와, 산화 알루미늄 분말(구상, 평균 입경 5㎛, 애스펙트비 1.0, 절연성) 500질량부를 혼합하여 혼합 조성물을 얻었다. 혼합 조성물의 점도는, 100Pa·s이었다.
계속해서, 소정 두께로 설정된 금형 내의 상하면에 박리 필름을 배치한 다음에, 상기 혼합 조성물을 주입하고, 8T의 자장을 두께 방향으로 인가하여 흑연화 탄소 섬유를 두께 방향으로 배향한 후에, 80℃에서 60분간 가열함으로써 고분자 매트릭스를 경화하여, 두께 0.2㎜의 시트상의 시료 1을 얻었다. 시트상의 시료 1의 양 표면은, 이방성 충전재가 함유되지 않는 스킨층으로 이루어지고, 모두 마찰 계수가 0.5 이상이며, 점착성을 가지고 있었다. 또한, 시트상의 시료 1의 양 표면은, 표면 거칠기 Ra가 모두 0.37㎛였다.
(시료 2)
우선, 시료 1과 동일한 혼합 조성물을 준비한다. 계속해서, 각 시료보다 충분히 큰 두께로 설정된 금형에 상기 혼합 조성물을 주입하고, 8T의 자장을 두께 방향으로 인가하여 흑연화 탄소 섬유를 두께 방향으로 배향한 후에, 80℃에서 60분간 가열함으로써 매트릭스를 경화하여, 블록상의 성형체를 얻었다.
이어서, 전단 칼날을 이용하여, 블록상의 성형체를 두께 0.2㎜의 시트상으로 절단함으로써, 탄소 섬유가 노출되어 있는 시트를 얻었다.
계속해서, 상기 시트의 표면을, 연마 입자의 입경이 10㎛인 연마지를 이용하여 연마함으로써, 표면으로부터 노출되어 있는 탄소 섬유의 단부를 처리함으로써, 표면과 평행 방향으로 연장되는 돌기부를 형성하여, 두께 0.2㎜의 시트상의 시료 2를 얻었다.
시트상의 시료 2의 양 표면은, 모두 마찰 계수가 0.25 미만이며, 비점착면이었다. 또한, 시트상의 시료 2의 양 표면은, 표면 거칠기 Ra가 8.1㎛였다.
(시료 3)
시료 2와 마찬가지로 하여 얻은 시트의 표면을, 연마 입자가 입경 60㎛의 산화 알루미늄으로 형성된 정밀 연마 필름을 이용하여 연마함으로써 평활성을 높여, 두께 0.2㎜의 시트상의 시료 3을 얻었다.
시트상의 시료 3의 양 표면은, 모두 마찰 계수가 0.25 미만이며, 비점착면이었다. 또한, 시트상의 시료 3의 양 표면은, 표면 거칠기 Ra가 3.8㎛였다.
(시료 4)
고분자 매트릭스로서, 니트릴 고무 50질량부와 아디프산 비스[2-(2-부톡시에톡시)에틸] 50질량부의 혼합물(합계로 100질량부)과, 이방성 충전재로서 흑연화 탄소 섬유(평균 섬유 길이 100㎛, 애스펙트비 10, 열전도율 500W/m·K, 도전성) 120질량부와, 산화 알루미늄 분말(구상, 평균 입경 5㎛, 애스펙트비 1.0, 절연성) 500질량부와, 용제로서의 시클로헥사논 300질량부를 혼합하여 액상의 혼합 조성물을 얻었다. 혼합 조성물의 점도는, 10Pa·s이었다.
이어서, 박리 필름 상에 바 코터로 상기 혼합 조성물을 도포하고, 추가로 용제를 건조시킴으로써, 코팅 방향으로 이방성 충전재가 배향되어 있는, 두께 100㎛의 예비 배향 시트를 얻었다.
계속해서, 예비 배향 시트를 125매 겹쳐 가열하면서 압축함으로써, 두께 10㎜의 적층 시트를 얻었다. 또한, 적층 시트를 얻을 때, 두께는 20% 압축했다.
그리고, 전단 칼날을 이용하여, 블록상의 적층 시트를, 두께 0.4㎜로 절단하여 시트를 얻었다. 얻어진 시트에서는, 흑연화 탄소 섬유가, 시트의 양 표면에 있어서 돌출되어 있었다. 또한, 절단 방향은, 예비 배향 시트의 적층 방향에 대한 수직 방향이다.
그 후, 얻어진 시트의 양 표면을, 연마 입자의 입경이 10㎛인 연마지를 이용하여 연마함으로써, 표면으로부터 노출되어 있는 탄소 섬유의 단부를 처리하고 나서, 추가로 연마 입자가 입경 60㎛의 산화 알루미늄으로 형성된 정밀 연마 필름을 이용하여, 평활성을 높임으로써, 두께 0.2㎜의 시트상의 시료 4를 얻었다. 시트상의 시료 4의 양 표면은, 모두 마찰 계수가 0.25 미만이며, 비점착면이었다. 또한, 시트상의 시료 4의 양 표면은, 표면 거칠기 Ra가 4.0㎛였다.
[실시예 1]
시트상의 상기 시료 1을 2매 준비하고, 2매의 시료 1을 중첩하여 이들을 롤 프레스를 이용하여, 실온(25℃)에서 압력 1MPa의 조건으로 프레스하여 접착시켜, 열전도성 시트를 얻었다.
실시예 1의 열전도성 시트는, 각각이 시료 1로 형성되고, 각각 두께 0.2㎜의 제 1 및 제 2 열전도층을 가지고, 이들은 두께 18㎛의 계면을 통하여 접착되어 있었다. 실시예 1의 열전도성 시트의 단면을 관찰한 바, 계면에서는, 흑연화 탄소 섬유가 거의 존재하고 있지 않고, 기포도 존재하고 있지 않았다. 또한, 계면에 있어서의 산화 알루미늄 분말의 충전 비율은, 제 1 및 제 2 열전도층에 있어서의 산화 알루미늄 분말의 충전 비율에 대하여, 119%였다. 또한, 열전도성 시트의 양 표면은, 모두 마찰 계수가 0.5 이상이며, 점착성을 가지고 있었다. 그 밖의 열전도성 시트의 평가 결과는, 표 1에 나타낸다.
[실시예 2]
시트상의 시료 1과, 시료 2를 준비하고, 시료 1, 2를 중첩하여 이들을 실시예 1과 마찬가지로 프레스하여 접착시켜, 열전도성 시트를 얻었다. 실시예 2의 열전도성 시트는, 각각이 시료 2, 1로 형성되고, 각각 두께 0.2㎜의 제 1 열전도층, 및 제 2 열전도층을 가지고, 이들은 두께 10㎛의 계면을 통하여 접착되어 있었다. 실시예 2의 열전도성 시트의 단면을 관찰한 바, 계면에는, 흑연화 탄소 섬유가 적지만, 미소 기포가 보이고, 계면에 있어서의 기포의 비율은 2.1%였다. 또한, 계면에 있어서의 산화 알루미늄 분말의 충전 비율은, 제 1 및 제 2 열전도층에 있어서의 산화 알루미늄 분말의 충전 비율에 대하여, 110%였다. 또한, 열전도성 시트의 제 1 열전도층측의 표면의 마찰 계수는 0.25 미만이며 비점착면이고, 또한 열전도성 시트의 제 2 열전도층측의 표면의 마찰 계수는 0.5 이상이며 점착면이 되었다. 그 밖의 열전도성 시트의 평가 결과는, 표 1에 나타낸다.
[실시예 3]
시트상의 시료 1과, 시료 3을 준비하고, 시료 1, 3을 중첩하여 이들을 실시예 1과 마찬가지로 프레스하여 접착시켜, 열전도성 시트를 얻었다. 실시예 3의 열전도성 시트는, 각각이 시료 3, 1로 형성되고, 각각 두께 0.2㎜의 제 1 열전도층, 및 제 2 열전도층을 가지고, 이들은 두께 9.8㎛의 계면을 통하여 접착되어 있었다. 실시예 2의 열전도성 시트의 단면을 관찰한 바, 계면에는, 흑연화 탄소 섬유가 적고, 또한, 계면에는 기포가 보이지 않았다. 또한, 계면에 있어서의 산화 알루미늄 분말의 충전 비율은, 제 1 및 제 2 열전도층에 있어서의 산화 알루미늄 분말의 충전 비율에 대하여, 114%였다. 또한, 열전도성 시트의 제 1 열전도층측의 표면의 마찰 계수는 0.25 미만이며 비점착면이고, 또한 열전도성 시트의 제 2 열전도층측의 표면의 마찰 계수는 0.5 이상이며 점착면이 되었다. 그 밖의 열전도성 시트의 평가 결과는, 표 1에 나타낸다.
[실시예 4]
시트상의 시료 1과, 시료 4를 준비하고, 시료 1, 4를 중첩하여 이들을 실시예 1과 마찬가지로 프레스하여 접착시켜, 열전도성 시트를 얻었다. 실시예 4의 열전도성 시트는, 각각이 시료 4, 1로 형성되고, 각각 두께 0.2㎜의 제 1 열전도층, 및 제 2 열전도층을 가지고, 이들은 두께 9.5㎛의 계면을 통하여 접착되어 있었다. 실시예 4의 열전도성 시트의 단면을 관찰한 바, 계면에는, 흑연화 탄소 섬유가 적고, 또한, 계면에는 기포가 0%였다. 또한, 계면에 있어서의 산화 알루미늄 분말의 충전 비율은, 제 1 및 제 2 열전도층에 있어서의 산화 알루미늄 분말의 충전 비율에 대하여, 112%였다. 또한, 열전도성 시트의 제 1 열전도층측의 표면의 마찰 계수는 0.25 미만이며 비점착면이고, 또한 열전도성 시트의 제 2 열전도층측의 표면의 마찰 계수는 0.5 이상이며 점착면이 되었다. 그 밖의 열전도성 시트의 평가 결과는, 표 1에 나타낸다.
[비교예 1~4]
비교예 1~4에서는 각각, 두께를 0.4㎜ 이외로 한 점을 제외하고, 시료 1~4 각각과 마찬가지의 방법으로, 단층으로 이루어지는 열전도성 시트를 제작했다. 열전도성 시트의 평가 결과를 표 1, 2에 나타낸다.
[비교예 5]
시트상의 시료 2를 2매 준비하고, 2매의 시료 2를 중첩하여 이들을 실시예 1과 마찬가지의 조건으로 프레스하였지만, 2매의 시료 2끼리가 접착되지 않아, 열전도성 시트가 얻어지지 않았다.
[비교예 6]
시트상의 시료 2를 2매 준비하고, 이들 2매의 시료 2를, 두께 10㎛의 양면 점착 테이프(니토전공(주)제, 「No.5601」)를 개재시켜 중첩하여 실시예 1과 마찬가지의 조건으로 프레스하고, 이들을 접착시켜 열전도성 시트를 얻었다.
비교예 6의 열전도성 시트는, 각각이 시료 2, 2로 형성된 제 1 열전도층, 및 제 2 열전도층을 가지고 있었지만, 이들은 양면 점착 테이프에 의해 접착되어 있었다. 또한, 제 1 열전도층과 제 2 열전도층의 층 사이에는, 많은 기포가 보였다. 또한, 열전도성 시트의 양 표면의 마찰 계수는 0.25 미만이며 비점착면이었다. 그 밖의 열전도성 시트의 평가 결과를 표 2에 나타낸다.
[비교예 7]
비교예 1의 제조 방법에 있어서, 금형 내에 배치하는 박리 필름의 일방을, 두께 6㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름으로 변경하고, 단층으로 이루어지는 열전도층의 일방의 면에 PET 필름이 고착된 열전도성 시트를 얻었다. 열전도성 시트의 평가 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure pct00001
Figure pct00002
이상의 실시예 1~4의 결과로부터 명백한 바와 같이, 제 1 및 제 2 열전도층을, 계면을 통하여 접착시킴으로써, 적층 구조이면서도, 두께 방향의 열전도성을 확보하면서, 층간의 접착성을 양호하게 할 수 있었다. 이에 비해, 비교예 6에 나타내는 바와 같이 접착제층을 통하여, 제 1 및 제 2 열전도층을 접착시키면, 두께 방향의 열전도성이 악화되고, 또한 계면에 있어서도 간극이 보여, 제 1 및 제 2 열전도층을 높은 접착성으로 접착시킬 수 없었다.
또한, 실시예 1~4에서는, 제 1 및 제 2 시트는, 제 1 시트의 스킨층이 마련된 면을 중첩면으로 함으로써 높은 접착성으로 접착할 수 있었다. 이에 비해, 비교예 5에 나타내는 바와 같이, 중첩면을 스킨층으로 하지 않는 경우에는, 제 1 및 제 2 시트를 중첩하여 프레스해도, 제 1 및 제 2 시트가 접착되지 않아, 실용적으로 사용할 수 있는 열전도성 시트를 얻을 수 없었다. 또한, 실시예 1~4에서는, 열전도성 및 절연성 모두가 밸런스 좋게 양호해졌지만, 열전도층이 단층으로 이루어지는 비교예 1~4, 7에서는, 열전도성 및 절연성의 양방을 밸런스 좋게 양호하게 할 수 없었다.
1, 11 열전도성 시트
1a, 11a 제 1 열전도층
1b, 11b 제 2 열전도층
1c, 1d, 11c, 11d 표면
2 고분자 매트릭스
3 이방성 충전재
3c 하단
3d 상단
4, 14 비이방성 충전재
5, 15 계면
21 단열재
22 하방의 구리제 블록
23 상방의 구리제 블록
24 히터
25 히트 싱크
26 로드셀
S 시험편
θj0 상방의 구리제 블록의 온도
θj1 하방의 구리제 블록의 온도

Claims (15)

  1. 각각이 고분자 매트릭스와 이방성 충전재를 포함하며, 상기 이방성 충전재가 두께 방향으로 배향되어 있는 제 1 및 제 2 열전도층을 구비하고,
    상기 제 1 및 제 2 열전도층이, 계면을 통하여 적층되며,
    상기 계면이, 상기 고분자 매트릭스를 포함하고, 또한 상기 이방성 충전재의 충전 비율이 상기 제 1 및 제 2 열전도층보다 낮아지는, 열전도성 시트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    추가로 비이방성 충전재를 포함하는 열전도성 시트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 열전도층 및 상기 계면에 비이방성 충전재가 함유되고,
    상기 제 1 및 제 2 열전도층에 비해, 상기 계면에 있어서의 상기 비이방성 충전재의 충전 비율이 높아지는 열전도성 시트.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 비이방성 충전재가, 절연성을 가지는 열전도성 시트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이방성 충전재가, 도전성을 가지는 열전도성 시트.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이방성 충전재가, 흑연화 탄소 섬유인 열전도성 시트.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 열전도층에 함유되는 상기 이방성 충전재의 제 2 열전도층측의 단부와, 상기 제 2 열전도층에 함유되는 상기 이방성 충전재의 제 1 열전도층측의 단부가 서로 대향하고,
    상기 제 1 열전도층에 함유되는 상기 이방성 충전재와, 상기 제 2 열전도층에 함유되는 상기 이방성 충전재가, 실질적으로 교차하지 않는 열전도성 시트.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전도성 시트의 상기 제 1 열전도층측의 표면에 있어서, 상기 고분자 매트릭스로부터 상기 이방성 충전재가 돌출되고, 또한 상기 열전도성 시트의 상기 제 2 열전도층측의 표면에 있어서 고분자 매트릭스로부터 상기 이방성 충전재가 돌출되지 않는 열전도성 시트.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전도성 시트의 상기 제 1 열전도층측의 표면의 마찰 계수가, 상기 열전도성 시트의 상기 제 2 열전도층측의 표면의 마찰 계수보다 낮아지는 열전도성 시트.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 열전도성 시트의 상기 제 1 열전도층측의 표면의 마찰 계수가 0.3 미만이고, 또한 상기 열전도성 시트의 상기 제 2 열전도층측의 표면의 마찰 계수가 0.3 이상인 열전도성 시트.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 계면의 두께가, 60㎛ 이하인 열전도성 시트.
  12. 각각이 고분자 매트릭스와 이방성 충전재를 포함하고, 상기 이방성 충전재가 두께 방향으로 배향되어 있는 제 1 및 제 2 시트를 준비하며,
    상기 제 1 시트의 일방의 표면과, 상기 제 2 시트의 일방의 표면이 접하도록 상기 제 1 및 제 2 시트를 적층시킴으로써 열전도성 시트를 얻는 열전도성 시트의 제조 방법으로서,
    적어도 상기 제 2 시트의 상기 일방의 표면은, 상기 이방성 충전재의 충전 비율이, 상기 제 2 시트의 다른 부분보다 적은 스킨층으로 형성되는, 열전도성 시트의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 시트의 상기 일방의 표면이, 점착성을 가지는 열전도성 시트의 제조 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 시트의 상기 일방의 표면, 및 상기 제 2 시트의 상기 일방의 표면 중 적어도 어느 것은, 표면 거칠기 Ra가 4㎛ 이하인 열전도성 시트의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 시트의 상기 일방의 표면이, 이방성 충전재가 고분자 매트릭스로부터 돌출되고, 또한 표면 거칠기 Ra가 4㎛ 이하인 열전도성 시트의 제조 방법.
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