JPH1121387A - 高分子材料成形体とその用途 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】少量の窒化ホウ素含有量で高い柔軟性と優れた
熱抵抗をし、特に発熱性電子部品の装着に好適な高分子
材料成形体を提供すること。 【解決手段】熱伝導性フイラーを含有してなるゴム成形
体からなるものであって、窒化ホウ素含有率（体積％）
をＸ軸、厚み１ｍｍあたりの熱抵抗（℃／Ｗ）をＹ軸と
するＸ−Ｙ座標において、ＸとＹとの関係が、Ａ（２
０，１．５）、Ｂ（２０，０．１）及びＣ（４５，０．
１）の各点で結ばれた範囲内にあることを特徴とする高
分子材料成形体。上記高分子材料成形体で構成された電
子部品用放熱部材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱伝導性と柔軟性
に優れた高分子材料成形体とその用途に関するものであ
り、特に電子部品用放熱部材として使用した際に、トラ
ンジスタ、サイリスタ等の発熱性電子部品を損傷させる
ことなく、電子機器に組み込むことができるものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】トランジスタ、サイリスタ等の発熱性電
子部品においては、使用時に発生する熱を如何に除去す
るが重要な問題となっている。従来、このような除熱方
法としては、発熱性電子部品を電気絶縁性の放熱シート
を介して放熱フィンや金属板に取り付け、熱を逃がすこ
とが一般的に行われており、その放熱シートとしてはシ
リコーンゴムに熱伝導性フィラーを分散させたものが使
用されている。

【０００３】近年、電子部品内の回路の高集積化に伴い
その発熱量も大きくなっており、従来にも増して高い熱
伝導性を有する放熱シートが求められると共に、電子部
品の損傷防止の点から強い装着負荷をかけることは忌避
されており、このような場合には、熱抵抗が極めて小さ
く、しかも高柔軟性のシート状放熱部材が要求されてい
た。

【０００４】一方、放熱シートの熱抵抗を低減させる観
点から、熱伝導率の高いフイラ−が注目されている。特
に窒化ホウ素は、鱗片状粒子の長さ方向の熱伝導性が極
めて高いという特異性があるので、窒化ホウ素粒子を立
てた状態で使用する試みがなされている。例えば、特開
平8-244094号公報には、窒化ホウ素５０体積％又は６０
体積％を含有せしめ、それぞれ０．２０℃／Ｗ（０．３
ｍｍ厚）、０．１２℃／Ｗ（０．３ｍｍ厚）の熱抵抗の
シートが得られることが示されており、また、特開平3-
151658号公報には、窒化ホウ素３９体積％又は５６体積
％を含有せしめ、それぞれ０．４１℃／Ｗ（０．５ｍｍ
厚）、０．３０℃／Ｗ（０．５ｍｍ厚）の熱抵抗が得ら
れることが記載されている。

【０００５】更には、窒化ホウ素をランダムに配向させ
る試みとして、特開昭62-154410 号公報では窒化ホウ素
を４６〜５６体積％含有せしめたシートについて、その
熱抵抗が最低で０．４０℃／Ｗ（０．４５ｍｍ厚）まで
低減できたことが示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記先行技術の熱抵抗
は、いずれもシート厚みが０．５ｍｍ程度以下の薄物で
あり、しかも窒化ホウ素含有量が４６〜６０体積％とい
う高充填されたシートについて測定された値が０．１２
〜０．４１℃／Ｗというものである。従って、このよう
なシートでは柔軟性が十分でない。

【０００７】本発明の目的は、上記に鑑み、少量の窒化
ホウ素含有量で厚み１ｍｍあたりの熱抵抗が極めて小さ
い高分子材料成形体とそれを用いた電子部品用放熱部材
を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は熱伝
導性フイラーを含有してなるゴム成形体からなるもので
あって、窒化ホウ素含有率（体積％）をＸ軸、厚み１ｍ
ｍあたりの熱抵抗（℃／Ｗ）をＹ軸とするＸ−Ｙ座標に
おいて、ＸとＹとの関係が、Ａ（２０，１．５）、Ｂ
（２０，０．１）及びＣ（４５，０．１）の各点で結ば
れた範囲内にあることを特徴とする高分子材料成形体で
あり、荷重３ｋｇ／ｃｍ² をかけたときの圧縮変形率が
３０％以上であることを特徴とする高分子材料成形体で
ある。更に、本発明は、上記高分子材料成形体で構成さ
れてなる電子部品用放熱部材である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、更に詳しく本発明について
説明する。

【００１０】本発明で使用される窒化ホウ素は、硼素を
含む化合物と窒素を含む化合物とを共存させて焼成した
後、それを粉砕することによって製造することができる
ものであり、粉末Ｘ線解析法による黒鉛指数（ＧＩ）が
１．５以下の高結晶性のものが望ましい。

【００１１】本発明の高分子材料成形体における窒化ホ
ウ素の含有率は、全体積中の２０〜４５体積％、特に２
５〜４０体積％であることが望ましい。窒化ホウ素の含
有率が２０体積％未満では高分子材料成形体としての熱
抵抗が十分ではなく、また４５体積％を越えると、成形
体の柔軟性、機械的強度が損なわれる。

【００１２】本発明でマトリックスとして使用されるゴ
ムとしては、シリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリル
ゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレン共重合体、エチ
レン酢酸ビニル共重合体などをあげることができる。こ
れらのうち、特にシリコーンゴムは、成形体としたとき
の柔軟性、形状追随性、発熱面への密着性、更には耐熱
性に優れているので最適である。

【００１３】シリコーンゴムの種類としては、ミラブル
型シリコーンが代表的なものであるが、総じて所要の柔
軟性を発現させることが難しい場合が多いので、高い柔
軟性を発現させるためには付加反応型液状シリコーンが
好ましい。付加反応型液状シリコーンの具体例として
は、一分子中にビニル基とＨ−Ｓｉ基の両方を有する一
液反応型のオルガノポリシロキサン、または末端あるい
は側鎖にビニル基を有するオルガノポリシロキサンと末
端あるいは側鎖に２個以上のＨ−Ｓｉ基を有するオルガ
ノポリシロキサンとの二液性のシリコーンなどをあげる
ことができる。このような付加反応型液状シリコーンの
市販品としては、例えば東レ・ダウコーニング・シリコ
ーン社製、商品名「ＳＥ−１８８５Ａ／Ｂ」がある。

【００１４】本発明で使用される付加反応型液状シリコ
ーンの含有量は、全体積中の５５〜８０体積％、特に６
０〜７５体積％であることが望ましい。付加反応型液状
シリコーンの含有量が５５体積％未満では成形体とした
ときの柔軟性が十分でなく、また８０体積％を越えると
成形体の熱抵抗が実用上不十分となる。

【００１５】また、本発明で使用される付加反応型液状
シリコーンは、アセチルアルコール類、マレイン酸エス
テル類などの反応遅延剤、十〜数百μｍのアエロジルや
シリコーンパウダーなどの増粘剤、難燃剤、顔料などと
併用することもできる。

【００１６】本発明で重要なことは、上記窒化ホウ素含
有の高分子材料成形体において、窒化ホウ素含有率（体
積％）をＸ軸、厚み１ｍｍあたりの熱抵抗（℃／Ｗ）を
Ｙ軸とするＸ−Ｙ座標において、ＸとＹとの関係が、Ａ
（２０，１．５）、Ｂ（２０，０．１）、Ｃ（４５，
０．１）の各点で結ばれた範囲内にあることである。

【００１７】Ａ点とＢ点を結ぶ線分よりも左側の領域で
は、ゴム比率が相対的に高くなるため熱抵抗を低減しに
くく、特に柔軟性の高いゴムを使用した場合には粘着性
が激しくなり保形性も悪化する。また、Ａ点とＣ点を結
ぶ線分よりも右側の領域のものは普通に知られているも
のであり、窒化ホウ素含有率に比較して熱抵抗が低減で
きずコスト利点も少ない。

【００１８】本発明における熱抵抗は、ＴＯ−３型に裁
断した試料（１ｍｍ）をトランジスタの内蔵されたＴＯ
−３型銅製ヒーターケース（有効面積６．０ｃｍ² ）と
銅板との間に挟み、初期厚みの１０％が圧縮されるよう
に荷重をかけてセットした後、トランジスタに電力５Ｗ
をかけて４分間保持し、ヒーターケースと放熱フィンと
の温度差（℃）から（１）式によって算出されるもので
ある。

【００１９】 熱抵抗（℃／Ｗ）＝温度差（℃）／電力（Ｗ） ・・・・（１）

【００２０】また、本発明における圧縮変形率は、１０
ｍｍ角（厚さ１ｍｍ）の試料を圧縮時の変位と荷重表示
可能な試験機（例えば島津製作所社製商品名「オートグ
ラフ」）を用い、圧縮速度（ヘッド移動速度）０．５ｃ
ｍ／分で荷重３ｋｇ／ｃｍ²をかけたときの試料変形量
を測定し、その初期厚みとの比より、 次の（２）式から
算出される値である。なお、試料厚みが１ｍｍに満たな
いときは試料を単純積層して１ｍｍとし、また面積が１
０ｍｍ角に満たないときは複数個の試料の面積総和が１
００ｍｍ² となるようにしてセットし圧縮変形率を測定
するものとする。

【００２１】 圧縮変形率（％）＝荷重３ｋｇ／ｃｍ² をかけたときの変形量（ｍｍ）×１ ００／試料の初期厚み（ｍｍ） ・・・・（２）

【００２２】本発明の高分子材料成形体の柔軟性は、付
加反応型シリコーンによって形成される架橋席の密度や
高分子材料成形体中の窒化ホウ素含有量によって調整す
ることができるが、高分子材料成形体の好ましい柔軟性
の尺度としては荷重３ｋｇ／ｃｍ² をかけたときの圧縮
変形率が３０％以上であることが望ましい。圧縮変形率
が３０％未満の場合には、電子部品を実装着したときに
装着負荷がかかり過ぎ、電子部品を破損させてしまう危
険がある。

【００２３】本発明の高分子材料成形体の製造方法の一
例を示すならば、付加反応型液状シリコーンと窒化ホウ
素を室温下で混合してスラリーを調整し、それを断面形
状が凹型の金属製の型に流し込み、プレス機で加圧・加
熱してグリーンシートを仮成形した後、型から取り出し
て積層し、これを更に加熱硬化させた後、積層方向から
所望厚みに切断する方法が好適である。

【００２４】本発明の高分子材料成形体の厚みは、０．
２〜１０ｍｍ、好ましくは０．５〜２ｍｍである。ま
た、その面形状には特に制限はなく、シート状に切断し
た高分子材料成形体を任意形状に打ち抜いて使用しても
良い。

【００２５】本発明の高分子材料成形体は、その表面の
粘着性を制御するために必要に応じて表面処理を施すこ
とができる。具体的な表面処理方法としては、（１）窒
化ホウ素粉末を打紛する、（２）過酸化物架橋剤などを
表面塗布し表面のみを硬化させる、（３）紫外線を照射
するなどである。

【００２６】更には、本発明の高分子材料成形体は高い
柔軟性とわずかの粘着性を有しているので、輸送時・保
存時のハンドリング性の補助及びゴミ付着防止の点か
ら、包装材に配列して取り扱うことが好ましい。包装材
としては、例えばポリエチレンフィルム、ポリプロピレ
ンフィルム、ＰＥＴフィルム、テフロンフィルム、ガラ
スクロス補強テフロンフィルムなどをあげることができ
る。

【００２７】本発明の高分子材料成形体は、発熱性電子
部品又は発熱性電子部品の搭載された回路基盤と冷却装
置との間に挟み込んで使用されるものであるが、冷却装
置にあらかじめ貼付け、一体化するなどして電子部品用
放熱部材として供給することも可能である。冷却装置と
しては、例えばヒートシンク、放熱フィン、金属又はセ
ラミックスのケース等があげられ、またそのセラミック
スとしては、ＡｌＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 等があ
げられる。

【００２８】また、上記電子部品用放熱部材が使用され
る電子機器としては、コンピューター、ＣＤ−ＲＯＭド
ライブ、ＤＶＤドライブ、ＣＤ−Ｒドライブ等をあげる
ことができる。

【００２９】

【実施例】以下、実施例、比較例をあげて更に具体的に
本発明を説明する。

【００３０】実施例１〜３ Ａ液（ビニル基を有するオルガノポリシロキサン）とＢ
液（Ｈ−Ｓｉ基を有するオルガノポリシロキサン）の二
液性の付加反応型シリコーン（東レダウコーニング社
製、商品名「ＳＥ−１８８５」）をＡ液対Ｂ液の混合比
を表１に示す配合（体積％）で混合し、これにマレイン
酸ジメチルを主剤とした反応遅延剤と窒化ホウ素粉末
（電気化学工業社製商品名「デンカボロンナイトライド
ＳＧＰ」平均粒径＝２０μｍ）を表１に示す割合（体積
％）で室温下で混合してスラリーを調製した。

【００３１】このスラリーを断面凹状の金型（１１ｃｍ
角、１．０ｍｍ深さ）の中央部に流し込み、上から平板
で蓋をした後、加圧プレスで１５０℃×１０分間加圧・
加熱し、１．０ｍｍ厚のグリーンシートを得た。

【００３２】このグリーンシートを５０枚積層した後、
それを乾燥機で１５０℃×２２時間加熱硬化させて積層
固化物を得た。この積層固化物をカッターで積層方向に
垂直に１．０ｍｍ幅に切断し、本発明のシート状高分子
材料成形体（１ｍｍ厚）を製造した。

【００３３】比較例１〜３ 実施例１〜３で得られたそれぞれのグリーンシートを積
層することなくそのまま乾燥機で１５０℃×２２時間加
熱して、１．０ｍｍ厚のグリーンシート固化物を得た。

【００３４】上記で得られた高分子材料成形体及びグリ
ーンシート固化物について、ＴＯ−３型及び１０ｍｍ角
に裁断し、熱抵抗及び圧縮変形率を上記に従い測定し
た。それらの結果を表１に示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】実施例１〜３で得られた高分子材料成形体
（５０ｍｍ角×１．０ｍｍ）をアルミニウム製の放熱フ
ィンの平板面に積層してヒートシンクを作製した。高分
子材料成形体はアルミニウム板面に対して粘着を有して
おり、容易にアルミニウム板に粘着した。得られたヒー
トシンクを発熱性電子部品に装着荷重３ｋｇ／ｃｍ²と
して圧装したが、発熱性電子部品に損傷は見られず、そ
の動作時の放熱性も極めて良好であった。

【００３７】

【発明の効果】本発明の高分子材料成形体は、少量の窒
化ホウ素含有量で高い柔軟性と優れた熱抵抗を有するも
のであるから、発熱性電子部品を損傷させることなく装
着することができる。

フロントページの続き (72)発明者 西川 正人 福岡県大牟田市新開町１ 電気化学工業株 式会社大牟田工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱伝導性フイラーを含有してなるゴム成
   形体からなるものであって、窒化ホウ素含有率（体積
   ％）をＸ軸、厚み１ｍｍあたりの熱抵抗（℃／Ｗ）をＹ
   軸とするＸ−Ｙ座標において、ＸとＹとの関係が、Ａ
   （２０，１．５）、Ｂ（２０，０．１）及びＣ（４５，
   ０．１）の各点で結ばれた範囲内にあることを特徴とす
   る高分子材料成形体。
2. 【請求項２】 荷重３ｋｇ／ｃｍ² をかけたときの圧縮
   変形率が３０％以上であることを特徴とする請求項１記
   載の高分子材料成形体。
3. 【請求項３】 ゴムが付加反応型液状シリコーンゴムの
   固化物であり、熱伝導性フィラーが窒化ホウ素粉末であ
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の高分子材料成
   形体。
4. 【請求項４】 請求項３記載の高分子材料成形体からな
   ることを特徴とする電子部品用放熱部材。