JP2001315244A - 熱伝導性シート、その製造方法およびその熱伝導性シートを用いた放熱構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 本発明に係る熱伝導性シートは、バイン
ダー中に炭素繊維が厚み方向に配向している熱伝導層
と、該熱伝導層の表面の一部または全部に設けられた電
気絶縁層とからなることを特徴としている。本発明に係
る前記熱伝導性シートの製造方法は、バインダー、炭素
繊維および磁性体からなる熱伝導層用シート状組成物の
厚み方向に磁場を作用させて、磁性体および炭素繊維を
熱伝導層用シート状組成物の厚み方向に配向させつつ、
該熱伝導層用シート状組成物を硬化または半硬化させる
ことを特徴としている。本発明に係る放熱構造は、発熱
体と、放熱部材または回路基板とが、前記熱伝導性シー
トを介して接合されていることを特徴としている。 【効果】 本発明に係る熱伝導性シートは、厚み方向の
異方熱伝導性が高く、絶縁性が確保されている。したが
って、半導体素子または半導体パッケージなどの発熱体
と放熱部材との間に絶縁性を要する放熱構造に有効であ
る。また、本発明に係る熱伝導性シートは、耐熱性、耐
久性、機械的強度に優れ、その上発熱体との密着性にも
優れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、熱伝導性シート、その製
造方法、熱伝導性シートを用いた放熱構造に関する。

【０００２】

【発明の技術的背景】電気機器あるいは電子機器のさら
なる高性能化に伴い、半導体素子の電極数が増加し、半
導体素子が高消費電力化する傾向にあり、電子部品から
発熱する熱をさらに効率よく放熱することが重要となっ
ている。従来より、半導体パッケージあるいは半導体か
らの放熱を効率よく行うため、半導体パッケージなどに
放熱機構を設けて放熱するか、あるいは半導体素子を搭
載する配線基板から放熱を行う試みがなされていた。た
とえば、半導体パッケージの放熱は、一般に、発熱体の
本体表面から自然対流やユニット内に設けたファンによ
る強制対流によって行われていたが、この方式では半導
体パッケージの機能が向上するに伴って発熱量が増加す
ると放熱作用が不十分となり、半導体パッケージの性能
低下などを確実に防止することはできないという問題が
あった。また、半導体パッケージの表面に放熱体を圧接
し、対流による放熱性を向上させる方式も提供されてい
るが、この方式では半導体パッケージと放熱体との圧接
面における接触面積が隙間の発生によって小さくなり、
放熱作用を設計通りに発揮するには問題があった。この
ため、たとえば、半導体パッケージに放熱体を接合する
場合では、半導体パッケージと放熱体との間に熱伝導性
を有する樹脂シートなどを挟み込み、半導体パッケージ
と放熱体とを密着させながら、放熱を有効に行うことが
行われている。また、たとえば半導体素子とこれに接触
するヒートスプレッダとの接合においては、高熱伝導性
の接着剤を間に介在させて、半導体素子とヒートスプレ
ッダとの接着を維持しながら、半導体素子からの放熱を
図ることが行われている。

【０００３】このような、半導体素子または半導体パッ
ケージと放熱体との間に介在させる高熱伝導化のための
樹脂組成物等として、たとえば、特開平５−３２６９１
６号公報では、粘土状熱硬化接着型のシリコーンゴムシ
ートが用いられているが、このシリコーンゴムシートは
半導体素子の高消費電力化に対応するには熱伝導率の点
で充分ではないという問題点があった。また、高熱伝導
率化のため、シリコーンゴムなどの樹脂シート中に熱伝
導率の高い金属粒子をランダムに分散させることも行わ
れ、さらに高熱伝導率を向上させるため、金属粒子を樹
脂シート中に高分散・高充填化する試みもなされてい
る。しかしながら、金属粒子を高分散化・高充填化して
も、熱がランダム方向に拡散するため、半導体素子と放
熱体との間の熱伝導率は充分に向上しないという問題点
があるほか、金属粒子を高充填化するため樹脂シートの
引張強さ、弾力性が低下したり、成形加工性も低下して
しまうなどの問題があった。

【０００４】このような観点から、本発明者らは、バイ
ンダー中に、表面に磁性体を付着させた炭素繊維、ある
いは磁性体粒子と炭素繊維とが、樹脂シートの厚み方向
に配向している高熱伝導性シートを用いると、シートの
厚み方向の異方熱伝導性が大幅に向上することを見出し
ている（特願平11-325757号、特願2000-027738号）。

【０００５】これらの熱伝導シートは高い熱伝導性を与
えるが電気的には十分な絶縁性を有していない。しかし
ながら、例えば表面に十分な絶縁がなされていない回路
基板の放熱を行う場合のように、発熱体の種類によって
は、電気的ショートを防ぐために熱伝導シートは絶縁性
であることが求められている。本発明者らは、上記の問
題点について鋭意検討し、バインダー中に、炭素繊維が
シートの厚み方向に配向している熱伝導性シートの一部
もしくは全面を電気絶縁層で覆うことにより、熱伝導性
を大きく損なうことなく、十分な絶縁性を確保できるこ
とを見出すとともに、該熱伝導性シートが、耐熱性、耐
久性および機械的強度に優れ、しかも発熱体との密着性
にも優れていることを見出し、本願発明を完成するに至
った。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、上記のような従来技術に伴う
問題点を解決しようとするものであって、熱伝導性シー
トの厚み方向の熱伝導性が高く、かつ発熱体との間の絶
縁性を確保しつつ、耐熱性、耐久性、機械的強度および
発熱体との密着性に優れた熱伝導性シートおよびその製
造方法を提供することを目的としている。また、本発明
は、このような熱伝導性シートを用いた放熱構造を提供
することを目的としている。

【０００７】

【発明の概要】本発明に係る熱伝導性シートは、バイン
ダー中に炭素繊維が厚み方向に配向している熱伝導層
と、該熱伝導層の表面の一部または全部に設けられた電
気絶縁層とからなることを特徴としている。前記電気絶
縁層は熱伝導性フィラーを含有することが好ましく、該
熱伝導性フィラーは酸化物系、窒化物系または炭化物系
セラミックスであることが好ましい。前記バインダーは
光硬化性および／または熱硬化性であることが好まし
い。前記熱伝導性シートの熱伝導層が磁性体を含有し、
バインダー中に該磁性体が前記熱伝導性シートの厚み方
向に配向していることが好ましく、該磁性体は、炭素繊
維の表面に付着されているか、磁性体粒子であることが
好ましい。本発明に係る前記熱伝導性シートの製造方法
は、バインダー、炭素繊維および磁性体からなる熱伝導
層用シート状組成物の厚み方向に磁場を作用させて、磁
性体および炭素繊維を熱伝導層用シート状組成物の厚み
方向に配向させつつ、該熱伝導層用シート状組成物を硬
化または半硬化させることを特徴としている。

【０００８】本発明に係る放熱構造は、発熱体と、放熱
部材または回路基板とが、前記熱伝導性シートを介して
接合されていることを特徴としている。前記発熱体は、
半導体素子または半導体パッケージであることが好まし
い。

【０００９】

【発明の具体的説明】本発明に係る熱伝導性シートは、
バインダー中に含まれる炭素繊維がシートの厚み方向に
配向した熱伝導層と、該熱伝導層の表面の一部または全
部に設けられた電気絶縁層とからなる。また、本発明に
係る熱伝導性シートは、その用途に応じ、前記熱伝導層
の両表面が前記電気絶縁層で覆われていてもよいし、片
面だけが電気絶縁層で覆われていてもよい。

【００１０】さらに、このような熱伝導性シートの熱伝
導層は、シートの厚み方向に配向した磁性体を含有して
いてもよい。なお、本明細書においては、「配向」とは
棒状の炭素繊維等がほぼ一定の方向を向いている場合、
あるいは粒子がほぼ一定の方向に並んでいる場合を意味
する。＜熱伝導層用組成物＞ まず、このような本発明に係る熱
伝導性シートの熱伝導層を形成しうる熱伝導層用組成物
について説明する。本発明に係る熱伝導層用組成物は、
バインダー、炭素繊維、および必要に応じ、磁性体、光
開始剤、熱硬化剤、その他の添加剤などからなる。

【００１１】炭素繊維 本発明で用いられる炭素繊維は、繊維方向の熱伝導率
（Ｗ ｍ^-1Ｋ^-1）が１００以上であることが好ましく、
さらに好ましくは５００以上、特に好ましくは１２００
以上であることが望ましい。このような炭素繊維として
は、たとえば、原料の種類によって、セルロース系、Ｐ
ＡＮ系、ピッチ系などの炭素繊維のうちから選択するこ
とができるが、本発明においては、良好な熱伝導性の観
点からピッチ系の炭素繊維を用いることが好ましい。ピ
ッチ系の炭素繊維のうち、高い熱伝導性を示すものであ
れば異方性炭素繊維または等方性炭素繊維のいずれも使
用することができる。

【００１２】本発明に係る炭素繊維は、一般に知られて
いる方法によって調製することができ、また、市販の炭
素繊維を用いることができる。このような炭素繊維の直
径は、好ましくは５〜５００μｍ、さらに好ましくは１
０〜２００μｍである。炭素繊維のアスペクト比は、２
〜１００であることが好ましく、さらに好ましくは５〜
１００、特に好ましくは１０〜５０であることが望まし
い。

【００１３】このような炭素繊維は、熱伝導層用組成物
に対して体積分率で２〜７０％、好ましくは１０〜６０
％となる割合で用いられることが好ましい。この割合が
２％未満であると、硬化した熱伝導性シートの熱伝導性
を充分には高めることができないことがあり、一方、こ
の割合が７０％を超えると、得られる熱伝導性シートは
脆弱なものとなりやすく、熱伝導性シートとして必要な
弾性が得られないことがある。

【００１４】バインダー 本発明の熱伝導性シートを形成する熱伝導層用組成物に
は、バインダーとしては、ゴム状重合体あるいは樹脂状
重合体のいずれでも使用可能で、硬化または半硬化前の
状態で液状であるバインダーを好ましく用いることがで
きる。また、バインダーには、光硬化性成分および／ま
たは熱硬化性成分を添加することもでき、さらに、バイ
ンダー成分であるゴム状重合体あるいは樹脂状重合体が
光硬化性成分および／または熱硬化性成分を兼ねること
もできる。

【００１５】以下に、本発明に用いられるゴム状重合
体、樹脂状重合体、光硬化性成分および熱硬化性成分に
ついて説明する。 （ゴム状重合体）本発明で用いられるゴム状重合体とし
ては、具体的には、ポリブタジエン、天然ゴム、ポリイ
ソプレン、ＳＢＲ，ＮＢＲなどの共役ジエン系ゴムおよ
びこれらの水素添加物、スチレンブタジエンブロック共
重合体、スチレンイソプレンブロック共重合体などのブ
ロック共重合体およびこれらの水素添加物、クロロプレ
ン、ウレタンゴム、ポリエステル系ゴム、エピクロルヒ
ドリンゴム、シリコーンゴム、エチレンプロピレン共重
合体、エチレンプロピレンジエン共重合体などが挙げら
れる。これらのうち、成形加工性、耐候性、耐熱性など
の点から、特にシリコーンゴムが好ましい。ここでシリ
コーンゴムについてさらに詳細に説明する。シリコーン
ゴムとしては、液状シリコーンゴムを用いることが好ま
しい。液状シリコーンゴムは、縮合型、付加型などのい
ずれであってもよい。具体的にはジメチルシリコーン生
ゴム、メチルフェニルビニルシリコーン生ゴムあるいは
それらがビニル基、ヒドロキシル基、ヒドロシリル基、
フェニル基、フルオロ基などの官能基を含有したものな
どを挙げることができる。 （樹脂状重合体）本発明に係る樹脂状重合体としては、
具体的には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン
樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などが使用可能である。
このうち、エポキシ樹脂を用いることが好ましい。

【００１６】エポキシ樹脂としては、１分子中に２個以
上のエポキシ基を有するものが好ましく、たとえば、フ
ェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラ
ック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノール
ＡＤ型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、あるいはポ
リグリシジル（メタ）アクリレート、グリシジル（メ
タ）アクリレートと他の共重合モノマーとの共重合体な
どが挙げられる。 （光硬化性成分）本発明に係るバインダーに含まれる光
硬化性成分としては、紫外線、電子線等により硬化する
光ラジカル重合性、光カチオン重合性、配位光重合性、
光重付加反応性であるモノマー、オリゴマー、プレポリ
マーまたはポリマーが挙げられる。このような光硬化性
のモノマー、オリゴマー、プレポリマーまたはポリマー
としては、(メタ)アクリル系化合物、ビニルエーテル−
マレイン酸共重合体等の光ラジカル重合性、チオール−
エン系化合物等の光重付加反応性のものが好ましく、こ
のうち、(メタ)アクリル系化合物が特に好ましい。本発
明に係る光硬化性成分としては、このうち光硬化に要す
る時間が短時間である(メタ)アクリル系化合物のモノマ
ーが好ましく用いられる。

【００１７】このような(メタ)アクリル系化合物の光重
合性のモノマー、オリゴマー、プレポリマーあるいはポ
リマーを誘導しうるモノマーとしては、具体的には、ア
クリロニトリル、メタクリロニトリルなどのシアノ基含
有ビニル化合物、（メタ）アクリルアミド化合物および
（メタ）アクリル酸エステルなどが挙げられる。前記
（メタ）アクリルアミド化合物としては、アクリルアミ
ド、メタクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミ
ドなどが挙げられ、これらは単独であるいは混合して用
いられる。

【００１８】前記（メタ）アクリル酸エステル類として
は、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アク
リレート、ブチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘ
キシル（メタ）アクリレート、ヒドロキシエチル（メ
タ）アクリレート、フェニル（メタ）アクリレート、ベ
ンジル（メタ）アクリレート、フェノキシエチル（メ
タ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレー
ト、イソボルニル（メタ）アクリレート、トリシクロデ
カニル（メタ）アクリレートなどの単官能（メタ）アク
リレートが挙げられ、これらは単独であるいは混合して
用いられる。

【００１９】また、多官能性（メタ）アクリレートとし
ては、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジ
エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、プロピレ
ングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレング
リコールジ（メタ）アクリレート、テトラエチレングリ
コールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコー
ルジ（メタ）アクリレート、１，３-ブタンジオールジ
（メタ）アクリレート、１，４-ブタンジオールジ（メ
タ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）
アクリレート、１，６-ヘキサンジオールジ（メタ）ア
クリレート、１，９-ノナンジオールジ（メタ）アクリ
レート、１，１０-デカンジオールジ（メタ）アクリレ
ート、グリセロールジ（メタ）アクリレート、ビスフェ
ノールＡのエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド
付加物のジアクリレート、ビスフェノールＡ−ジエポキ
シ−アクリル酸付加物などの２官能（メタ）アクリレー
ト、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレー
ト、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、
グリセリントリ（メタ）アクリレートなどの３官能（メ
タ）アクリレートが挙げられる。

【００２０】これらは単独であるいは混合して用いられ
る。 （熱硬化性成分）本発明に係るバインダーとして好まし
く用いることのできる前記熱硬化性成分としては、熱に
より硬化する官能基を有するモノマー、オリゴマー、プ
レポリマーまたはポリマーが挙げられる。

【００２１】このような官能基として、エポキシ基、水
酸基、カルボキシル基、アミノ基、イソシアネート基、
ビニル基、ヒドロシリル基などが挙げられ、反応性の点
からエポキシ基、ビニル基、ヒドロシリル基が好まし
い。このような官能基を有するモノマー、オリゴマー、
プレポリマーあるいはポリマーとしては、たとえば、エ
ポキシ系化合物、ウレタン系化合物、シリコーン系化合
物などが挙げられる。このうち、熱硬化時間の短縮の観
点からエポキシ系化合物およびシリコーン系化合物を用
いることが好ましく、さらにエポキシ系化合物またはシ
リコーン系化合物は、エポキシ基、ビニル基またはヒド
ロシリル基を分子中に２個以上有していることが望まし
い。

【００２２】このようなエポキシ系化合物の分子量は特
に限定されないが、通常、７０〜２０，０００であり、
好ましくは３００〜５０００であることが望ましく、具
体的には、前記エポキシ系化合物のオリゴマー、プレポ
リマーまたはポリマーなど一定の分子量以上を有する各
種エポキシ樹脂が好ましく用いられる。このようなエポ
キシ系化合物としては、具体的には、たとえば、前記し
たフェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノ
ボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノー
ルＡＤ型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、あるいは
ポリグリシジル（メタ）アクリレート、グリシジル（メ
タ）アクリレートと他の共重合モノマーとの共重合体な
どが挙げられる。

【００２３】なお、これらのフェノールノボラック型エ
ポキシ樹脂等を熱硬化性成分として用いるときは、同時
に樹脂状重合体成分を兼ねることもできる。シリコーン
系化合物としては、前記ビニル基を含有したシリコーン
ゴムを挙げることができ、硬化剤として用いるヒドロシ
リル基含有化合物との反応性から、ビニル基含有シリコ
ーン型を好ましいシリコーン系化合物として挙げること
ができる。これらのシリコーン系化合物を熱硬化性成分
として用いるときには、同時にゴム状重合体成分を兼ね
ることもできる。

【００２４】なお、ゴム状重合体成分も兼ねることので
きるシリコーン系化合物の市販品としては、硬化剤であ
るヒドロシリル化合物を含有した、室温硬化型の二液タ
イプの付加型熱硬化性液状シリコーンゴムを挙げること
ができる。これらの樹脂は単独で、あるいは混合して用
いられる。 （光硬化性成分および熱硬化性成分の併用）本発明に係
るバインダーとして、前記光硬化性成分と前記熱硬化性
成分とは、併用して用いることもできる。このような併
用系においては、前記熱硬化性成分は、光硬化条件下に
おいては硬化しないことが好ましい。このように、本発
明に係るバインダーとして前記光硬化性成分と前記熱硬
化性成分とを併用する場合、その混合割合（光硬化性成
分／熱硬化性成分）は、好ましくは８０／２０〜２０／
８０重量％、さらに好ましくは７０／３０〜３０／７０
重量％、特に好ましくは４０／６０〜４０／６０重量％
であることが望ましい。前記光硬化性成分と前記熱硬化
性成分とがこのような範囲にあると、半硬化状態の熱伝
導性シート中での炭素繊維の該シートの厚み方向への配
向が充分になされるとともに、該シートを硬化させると
優れた接着性を有する熱伝導性シートを得ることができ
る。

【００２５】本発明に係るこのような光硬化性成分と熱
硬化性成分としては、前記（メタ）アクリル系化合物と
エポキシ系化合物との組み合わせが、半硬化状態の熱伝
導性シートの成形時間の短縮、優れた接着性の観点など
から好ましい。このような光硬化性成分と熱硬化性成分
の混合方法は特に制限されないが、たとえば、光硬化性
成分として前記アクリル系化合物モノマーを用い、熱硬
化性成分として前記エポキシ系樹脂を用いる場合、アク
リル系化合物モノマーに、エポキシ樹脂を溶解して混合
することができる。

【００２６】なお、本発明に係るバインダーの成分とし
て、光硬化性の官能基と、光硬化条件下で硬化しない熱
硬化性の官能基とを１分子中に含む化合物を用いて、両
成分を兼ねることもできる。このような光硬化性の官能
基を含有する化合物として前記（メタ）アクリル化合
物、熱硬化性の官能基として前記エポキシ基等が挙げら
れ、両成分を兼ねることのできる具体的な化合物として
は、グリシジル（メタ）アクリルアミドなどのエポキシ
（メタ）アクリルアミド、グリシジル（メタ）アクリレ
ート、3,4-エポキシシクロヘキシル（メタ）アクリレー
トなどのエポキシ（メタ）アクリレートなどが挙げられ
る。

【００２７】また、不飽和二重結合を有する反応性モノ
マーもバインダー成分として含有することができ、この
ような反応性モノマーとしては、たとえば、ヒドロキシ
スチレン、イソプロペニルフェノール、スチレン、α−
メチルスチレン、ｐ−メチルスチレン、クロロスチレ
ン、ｐ−メトキシスチレンなどの芳香族ビニル化合物、
ビニルピロリドン、ビニルカプロラクタムなどのヘテロ
原子含有脂環式ビニル化合物が挙げられる。 （光開始剤）本発明に係る熱伝導層用組成物には、前記
光硬化成分の硬化の際に用いる放射線の種類に応じ、た
とえば紫外線硬化による場合には光開始剤などを混合す
ることができる。

【００２８】このような光開始剤は、本発明に係る光硬
化条件下で、前記熱伝導層用組成物中に含まれる光硬化
性成分を硬化させるものであればよく、また、光硬化性
成分と熱硬化性成分とを併用する場合は、光硬化性成分
を硬化させ、かつ熱硬化性成分が硬化しなければよく、
公知の光開始剤を用いることができる。このような光開
始剤としては、たとえばベンジル、ジアセチル等のα−
ジケトン類；ベンゾイン等のアシロイン類；ベンゾイン
メチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾイ
ンイソプロピルエーテル等のアシロインエーテル類；チ
オキサントン、２，４−ジエチルチオキサントン、チオ
キサントン−４−スルホン酸、ベンゾフェノン、４，４
(−ビス（ジメチルアミノ）ベンゾフェノン、４，４’
−ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノン等のベンゾフ
ェノン類；アセトフェノン、ｐ−ジメチルアミノアセト
フェノン、α，α’−ジメトキシアセトキシベンゾフェ
ノン、２，２’−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェ
ノン、ｐ−メトキシアセトフェノン、２−メチル［４−
（メチルチオ）フェニル］−２−モルフォリノ−１−プ
ロパノン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−
（４−モルフォリノフェニル）−ブタン−１−オン等の
アセトフェノン類；アントラキノン、１，４−ナフトキ
ノン等のキノン類；フェナシルクロライド、トリブロモ
メチルフェニルスルホン、トリス（トリクロロメチル）
−ｓ−トリアジン等のハロゲン化合物；ジ−ｔ−ブチル
パーオキサイド等の過酸化物；２，４，６−トリメチル
ベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイドなどのア
シルフォスフィンオキサイド類等が挙げられる。また、
市販品としては、イルガキュア１８４、６５１，５０
０，９０７、ＣＧ１３６９、ＣＧ２４−６１、ダロキュ
ア１１１６，１１７３（チバ・スペシャルティ・ケミカ
ルズ（株）製）、ルシリンＬＲ８７２８，ＴＰＯ（ＢＡ
ＳＦ社製）、ユベクリルＰ３６（ＵＣＢ社製）等を挙げ
ることができる。

【００２９】このうち、バインダーとして光硬化性成分
と熱硬化性成分とを併用する場合に、熱伝導層用組成物
に含まれる光硬化性成分が（メタ）アクリル系化合物
で、熱硬化性成分がエポキシ系化合物である場合は、硬
化速度の速いイルガキュア６５１、ルシリンTPOなどの
光開始剤を好ましく用いることができる。このような光
開始剤の使用量は、実際の硬化速度、可使時間とのバラ
ンスなどを考慮して適量使用することが好ましいが、具
体的には、光硬化性成分１００重量部に対して、１〜５
０重量部の割合でバインダーに含まれることが好まし
く、５〜３０重量部の割合で含まれることが特に好まし
い。１重量部未満であると、酸素による感度の低下を受
け易く、５０重量部を超えると相溶性が悪くなったり、
保存安定性が低下したりする。

【００３０】また、このような光開始剤と併用して、光
開始助剤を用いることもできる。光開始助剤を併用する
と、光開始剤単独の使用に比べ、開始反応が促進され、
硬化反応を効率的に行うことができる。このような光開
始助剤としては、通常用いられる光開始助剤を用いるこ
とができる。このような光開始助剤としては、たとえ
ば、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミ
ン、トリイソプロパノールアミン、n-ブチルアミン、N-
メチルジエタノールアミン、ジエチルアミノエチル（メ
タ）アクリレートなどの脂肪族アミン、ミヒラーケト
ン、4,4'-ジエチルアミノフェノン、4-ジメチルアミノ
安息香酸エチル、4-ジメチルアミノ安息香酸エチル、4-
ジメチルアミノ安息香酸イソアミルなどが挙げられる。 （熱硬化剤）本発明に係る熱伝導層用組成物には、熱硬
化性成分の熱硬化を促進させるため熱硬化剤を混合して
もよい。このような本発明に係る熱硬化剤は、公知の熱
硬化剤を用いることができる。このような熱硬化剤とし
ては、アミン類、ジシアンジアミド、二塩基酸ジヒドラ
ジド、イミダゾール類、ヒドロシリル化合物、ビニルシ
リル化合物などが挙げられる。

【００３１】具体的には、ポリメチレンジアミン、ジエ
チレントリアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、ビ
スヘキサメチレントリアミン、ジエチルアミノプロピル
アミン、ポリエーテルジアミン、1,3-ジアミノシクロヘ
キサン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニ
ルスルホン、4,4'-ヒ゛ス(o-トルイジン)、m-フェニレンジ
アミン、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメ
チルイミダゾール、ブロックイミダゾール、両末端ヒド
ロシリル基含有ポリジメチルシロキサン、両末端ビニル
基含有ポリジメチルシロキサンなどが挙げられる。

【００３２】このような熱硬化剤の使用量は、実際の硬
化速度、可使時間とのバランスなどを考慮して適量使用
することが好ましいが、具体的には、熱硬化剤は、熱硬
化性成分１００重量部に対して、１〜５０重量部の割合
でバインダーに含まれることが好ましく、特に好ましく
は１〜３０重量部の割合で含まれることが望ましい。な
お、前記光開始剤および熱硬化剤の添加方法は特に限定
されるものではないが、保存安定性、成分混合時の触媒
の偏在防止などの観点から、バインダーに予め混合して
おくことが好ましい。

【００３３】磁性体 本発明に係る熱伝導性シートを形成しうる熱伝導層用組
成物には磁性体が含まれていてもよい。このような磁性
体としては、磁性体粒子、または炭素繊維の表面に磁性
体が付着されているものが好ましい。本発明に係る磁性
体に用いられる材料としては、たとえば、鉄、コバル
ト、ニッケルなどの強磁性を示す金属もしくは該金属か
らなる合金が挙げられ、さらに、鉄、コバルト、ニッケ
ルなどの強磁性を示す金属を含有する金属間化合物ある
いは該金属の金属酸化物などの金属化合物が挙げられ
る。 （磁性体粒子）本発明に係る磁性体の好ましい形態とし
て用いられる磁性体粒子は、後述する方法により、磁場
を印加した場合に磁場方向に配向しうる程度の磁性を示
せば、特に限定されない。

【００３４】このような磁性体粒子は、前記磁性体を粒
子状にした金属粒子である。このような磁性体粒子は、
鉄、ニッケル、コバルトなどの金属の粒子を芯粒子と
し、該芯粒子の表面に、他の金属たとえば熱伝導性の高
い金属をメッキした粒子、あるいは、非磁性金属粒子も
しくはガラスビーズなどの無機物質粒子またはポリマー
粒子を芯粒子とし、該芯粒子の表面に、鉄、ニッケル、
コバルトなどの強磁性を示す金属のメッキを少なくとも
施した粒子などが挙げられる。芯粒子の表面への金属の
被覆方法については特に制限はないが、たとえば化学メ
ッキ、無電解メッキなどにより行うことができる。ま
た、芯粒子表面への前記磁性体の被覆量は、芯粒子に対
して０．５〜５０重量％が好ましく、より好ましくは１
〜３０重量％、さらに好ましくは２〜２５重量％、特に
好ましくは４〜２０重量％である。

【００３５】このような磁性体粒子の粒子径は、１〜１
０００μｍであることが好ましく、より好ましくは２〜
５００μｍ、さらに好ましくは５〜３００μｍ、特に好
ましくは１０〜２００μｍである。磁性体粒子の形状
は、特に限定されるものではないが、球状のもの、星形
状のものあるいはこれらが凝集した２次粒子による塊状
のもの、細長い棒状のものを用いることができる。

【００３６】前記磁性体粒子の含水率は、５％以下であ
ることが好ましく、より好ましくは３％以下、さらに好
ましくは２％以下、とくに好ましくは１％以下である。
このような条件を満足する磁性体粒子を用いることによ
り、後述する製造方法において、熱伝導層用組成物を半
硬化処理して半硬化状態の熱伝導性シートを得る際に、
該熱伝導性シート内に気泡が生ずることが防止または抑
制される。

【００３７】このような磁性体粒子を用いる場合は、熱
伝導層用組成物に対して体積分率で１０〜５０容量％、
好ましくは１５〜４０容量％となる割合で用いられるこ
とが好ましい。この割合が１０％未満であると、磁性体
粒子とともに半硬化状態の熱伝導性シート中の炭素繊維
を磁場方向へ配向せしめることが困難になることがあ
る。一方、この割合が５０％を超えると、得られる半硬
化状態の熱伝導性シートおよびこれを硬化した熱伝導性
シートは脆弱なものとなりやすく、また高熱伝導性シー
トとして必要な弾性が得られないことがある。

【００３８】このような磁性体粒子と炭素繊維は、熱伝
導層用組成物の全体積中に合計で２０〜８０容量％の量
で含まれることが好ましく、さらに好ましくは３０〜６
０容量％の量で含まれることが望ましい。また、磁性体
粒子の表面がシランカップリング剤などのカップリング
剤で処理されたものも適宜用いることができる。磁性体
粒子の表面がカップリング剤で処理されていると、該磁
性体粒子と前記バインダーとの接着性が高くなり、その
結果、得られる熱伝導性シートは、耐久性が高いものと
なる。 （炭素繊維の表面に付着させた磁性体）本発明に係る
「炭素繊維の表面に付着させた磁性体」は、前述した炭
素繊維の表面に前記磁性体が付着された炭素繊維であ
る。

【００３９】このような本発明に係る炭素繊維表面に付
着された磁性体は、後述する方法により、磁場を印加し
た場合に磁場方向に配向しうる程度の磁性を示せば、炭
素繊維表面全体に層状に付着していても、層を形成せず
に炭素繊維表面に一部に付着していてもよく、また、磁
性体の材料、厚みは特に限定されない。炭素繊維表面へ
の磁性体の付着方法については、たとえば化学メッキな
どの無電解メッキなどにより行うことができる。

【００４０】このような「表面に磁性体を付着させた炭
素繊維」が、熱伝導層用組成物の全体積中に含有される
合計量は、熱伝導層用組成物の全体積中に合計で２〜７
０容量％の量であることが好ましく、さらに好ましくは
１０〜６０容量％の量であることが望ましい。この割合
が２容量％未満であると、硬化した熱伝導性シートの熱
伝導性を充分には高めることができないことがあり、一
方、この割合が７０容量％を超えると、得られる熱伝導
性シートは脆弱なものとなりやすく、熱伝導性シートと
して必要な弾性が得られないことがある。

【００４１】また、表面に磁性体を付着させた炭素繊維
の表面がシランカップリング剤などのカップリング剤で
さらに処理されたものも適宜用いることができる。表面
に磁性体を付着させた炭素繊維の表面がカップリング剤
でさらに処理されていると、表面に磁性体を付着させた
炭素繊維と前記バインダーとの接着性が高くなり、その
結果、得られる高熱伝導性シートは、耐久性が高いもの
となる。

【００４２】その他の添加剤 本発明においては、熱伝導層用組成物には、必要に応じ
て、通常のシリカ粉、コロイダルシリカ、エアロゲルシ
リカ、アルミナなどの無機充填材を含有させることがで
きる。このような無機充填材を含有させることにより、
未硬化時におけるチクソ性が確保され、粘度が高くな
り、しかも表面に磁性体を付着させた炭素繊維の組成物
中での分散安定性が向上するとともに、硬化または半硬
化後における熱伝導性シートの強度を向上させることが
できる。この無機充填材の使用量は特に限定されるもの
ではないが、あまり多量に使用すると、磁性体粒子と炭
素繊維、または表面に磁性体を付着させた炭素繊維の磁
場による配向を十分に達成できなくなるので好ましくな
い。熱伝導層用組成物 本発明に係る熱伝導層用組成物は、上述したバインダ
ー、炭素繊維、さらに必要に応じ磁性体、光硬化剤、熱
硬化剤、前記その他の添加剤などからなる。

【００４３】また、前記熱伝導層用組成物には、シラン
カップリング剤、チタンカップリング剤が含有されてい
てもよく、さらに、必要に応じて、紫外線吸収剤、熱重
合安定剤、酸化防止剤、熱安定剤、帯電防止剤、難燃
剤、接着性改善剤、防かび剤などの添加剤を含有してい
てもよい。本発明に係る熱伝導層用組成物の調製は、従
来公知の方法をいずれも採用することができ、その調製
方法としては、たとえば、バインダー、炭素繊維、およ
び必要に応じ、磁性体、光開始剤、熱硬化剤あるいは無
機充填剤などを混合し、混練する方法などが挙げられ
る。

【００４４】このような本発明の熱伝導層用組成物の粘
度は、温度25℃において10,000〜1,000,000 ｃｐの範囲
内であることが好ましく、また、このような熱伝導層用
組成物は、ペースト状であることが好ましい。本発明に
係る熱伝導層用組成物をシート状に成形するには、従来
公知の方法が採用できるが、ロール圧延法、流延法ある
いは塗布法などを採用しうる。

【００４５】このようなシート状組成物の厚さは、熱伝
導性シートの用途などにより異なり特に制限されない
が、通常５０μｍ〜１０００μｍ程度である。 ＜電気絶縁層＞本発明に係る熱伝導性シートは、その熱
伝導層の表面の一部または全部が電気絶縁層で覆われて
いる。このような電気絶縁層は、熱伝導性フィラーを含
有していてもよい。

【００４６】電気絶縁層用組成物 本発明に係る電気絶縁層用組成物には、前記バインダー
として例示した、ゴム状重合体、樹脂状重合体、光硬化
性成分、熱硬化性成分と同様のものを使用することがで
き、硬化または半硬化前の状態で液状であるものを好ま
しく用いることができる。また、前記バインダーと同様
に、ゴム状重合体あるいは樹脂状重合体が光硬化性成分
および／または熱硬化性成分を兼ねることもできる。

【００４７】また、前記電気絶縁層用組成物には、シラ
ンカップリング剤、チタンカップリング剤が含有されて
いてもよく、さらに、必要に応じて、紫外線吸収剤、熱
重合安定剤、酸化防止剤、熱安定剤、帯電防止剤、難燃
剤、接着性改善剤、防かび剤などの添加剤を含有してい
てもよい。このような電気絶縁層用組成物には、前記熱
伝導層に使用したをバインダー成分と同じ成分のものを
用いても、異なる成分のものを用いてもよいが、熱伝導
層と電気絶縁層との接合性を高める観点からは、同じ成
分のものを用いることが好ましい。

【００４８】このような電気絶縁層用組成物は、熱伝導
性の向上の観点から、熱伝導性フィラーを含有していて
もよい。電気絶縁層に含まれる熱伝導性フィラーとして
は、バインダー部分の熱伝導性能を大きく損なわないよ
うな、熱伝導度の高いものが好ましい。このような熱伝
導性フィラーとしては、酸化物系セラミックス、窒化物
系セラミックスまたは炭化物系セラミックスを好ましく
用いることができる。

【００４９】酸化物系セラミックスとしては、アルミナ
（Al₂O₃）、ジルコニア（ZrO₂）、マグネシア（MgO）,
酸化ベリリウム（BeO）などの単純酸化物系セラミック
ス、ムライト（3Al₂O₃・2SiO₂）、ジルコン（ZrSiO₄）な
どの複合酸化物系セラミックスなどが挙げられる。

【００５０】窒化物系セラミックスとしては、窒化ケイ
素（Si₂N₄）、窒化アルミニウム（AlN）、窒化ホウ素
（BN）、窒化チタン（TiN）、窒化ジルコニウム（Zr
N）、窒化タンタル（TaN）などが挙げられる。炭化物系
セラミックスとしては、炭化ケイ素（SiC）、炭化チタ
ン（TiC）、炭化ホウ素（B₄C）、炭化タングステン（W
C）などが挙げられる。

【００５１】本発明に係る熱伝導性フィラーとしては、
前記の酸化物系セラミックス、窒化物系セラミックスま
たは炭化物系セラミックスのうちでは、窒化物系セラミ
ックスまたは酸化物系セラミックスが好ましく、このう
ち、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、アルミナ、マグネ
シアが特に好ましい。これらの熱伝導性フィラーは、１
種または２種以上を混合して用いることができる。

【００５２】このような、酸化物系セラミックス、窒化
物系セラミックスまたは炭化物系セラミックスの形態は
特に限定されないが、通常粉体状であることが好まし
い。このような粉体の平均粒径は、０．１〜１００μｍ
であることが好ましく、１〜３０μｍであることがさら
に好ましい。また、このような熱伝導性フィラーを電気
絶縁層用組成物に含める場合には、その含有量は、電気
絶縁層の容量に対して、好ましくは２〜６０容量％、さ
らに好ましくは５〜４５容量％であることが望ましい。

【００５３】このような電気絶縁層用組成物は、公知の
方法により調製することができ、前記の電気絶縁層を構
成する、ゴム状重合体、樹脂状重合体あるいは光硬化性
成分、熱硬化性成分などに、必要に応じ前記熱伝導性フ
ィラーなどを均一に混合して調製すればよい。このよう
な本発明の熱伝導層用組成物の粘度は、温度25℃におい
て10,000〜1,000,000 ｃｐの範囲内であることが好まし
く、また、このような熱伝導層用組成物は、ペースト状
であることが好ましい。

【００５４】電気絶縁層 本発明に係る電気絶縁層用組成物をシート状に成形する
には、従来公知の方法が採用できるが、ロール圧延法、
流延法あるいは塗布法などを採用しうる。このような電
気絶縁層用組成物の厚さは、熱伝導性シートの用途、要
求される熱伝導性能および絶縁性能などにより異なり特
に限定されないが、通常、１〜１００μｍ、好ましくは
５〜５０μｍ程度の厚さであることが好ましい。＜熱伝導性シート＞ 熱伝導層と電気絶縁層の形成方法 本発明に係る熱伝導性シート１は、図１に示すようにバ
インダー中に炭素繊維が厚み方向に配向している熱伝導
層２と、熱伝導層の表面の一部または全部を覆う電気絶
縁層３とからなる。また、熱伝導層は必要に応じ磁性体
を含有し、電気絶縁層は必要に応じ熱伝導性フィラーを
含有していてもよい。

【００５５】以下に、バインダー中に炭素繊維と、磁性
体とが含まれる熱伝導性シートを例にとってその成形方
法について、さらに詳細に説明する。得られる熱伝導性
シートの具体例としては、図２および図３が挙げられ
る。図２に示すように、熱伝導性シート１は、バインダ
ー４中に、炭素繊維５および必要に応じ磁性体粒子６と
が、それぞれ熱伝導性シートの厚みの方向に配向してい
る熱伝導層２と、必要に応じ含熱伝導性フィラー７を含
有するバインダー８からなる電気絶縁層３とからなる。

【００５６】また、図３に示すように、本発明に係る熱
伝導性シート１は、前記バインダー４中に、必要に応じ
表面に磁性体を付着させた炭素繊維９が、熱伝導性シー
トの厚みの方向に配向している熱伝導層２と、必要に応
じ熱伝導性フィラー７を含有するバインダー８からなる
電気絶縁層３とからなる。このような熱伝導性シート
は、最終的に本発明に係る熱伝導層の表面の一部または
全部が電気絶縁層で覆われていればよく、これらの層を
形成する順序などは特に限定されない。

【００５７】たとえば、電気絶縁層の硬化シートを先に
形成し、該電気絶縁層シートの表面に塗布などによって
熱伝導層用組成物を被覆させた後、熱伝導層用組成物中
の炭素繊維をシートの厚み方向に配向させつつ該熱伝導
層を硬化または半硬化させ、本発明に係る熱伝導性シー
トを形成することができる。また、熱伝導層を先に形成
し、その熱伝導層の表面に、電気絶縁層用組成物を塗布
などによって被覆させた後、熱あるいは光などにより電
気絶縁層を硬化または半硬化させて、熱伝導層の表面に
電気絶縁層を形成させることもできる。

【００５８】さらに、熱伝導層、電気絶縁層をそれぞれ
形成し、これらを密着させて本発明に係る熱伝導性シー
トを形成させることもできる。この場合、熱伝導層と電
気絶縁層のどちらか一方が半硬化状態である場合、熱伝
導性シートを熱圧着すれば、熱伝導層と電気絶縁層の密
着性の高い熱伝導性シートを形成させることができる。
また、少なくとも電気絶縁層が半硬化状態である場合、
前記熱伝導性シートを発熱体と放熱部材などの間に挟み
込んで熱圧着させ、発熱体と放熱部材等の接着性に優れ
た放熱構造とすることができる。 （熱伝導層の製造方法）本発明に係る熱伝導性シートを
構成する熱伝導層の厚み方向に炭素繊維を配向させる方
法は、炭素繊維が熱伝導層の厚み方向にほぼ配向すれば
よく、特に限定されないが、たとえば、バインダー中に
磁性体と炭素繊維とを含有する前記熱伝導層用組成物を
シート状に成形し、該熱伝導層用シート状組成物の厚み
方向に磁場を作用させて磁性体および炭素繊維を配向さ
せるとともに、該熱伝導層用シート状組成物を光照射あ
るいは加熱により硬化あるいは半硬化させて、本発明に
係る熱伝導層を形成することができる。

【００５９】このように磁性体を含有させて炭素繊維を
配向させる場合、磁性体および炭素繊維の配向と、該熱
伝導層用シート状組成物の硬化または半硬化は、同時に
行ってもよいし、配向させた後、硬化または半硬化を行
ってもよい。より具体的には、前記熱伝導層用シート状
組成物中の磁性体および炭素繊維を、該熱伝導層用シー
ト状組成物の厚みの方向に配向させるために印可される
磁場の強さは、好ましくは５００〜５００００ガウス程
度、さらに好ましくは２０００〜２００００ガウス程度
であり、磁場印加時間は好ましくは１〜１２０分程度、
さらに好ましくは５〜３０分程度である。磁場の印加
は、室温下で行ってもよいし、必要に応じ加熱して硬化
してもよい。

【００６０】また、本発明に係る熱伝導層用組成物を硬
化または半硬化する方法は、用いるバインダーの種類お
よび要求するシート性能によって異なり制限されない。
たとえば、前記エポキシ樹脂をバインダー成分として、
好ましくは８０〜１８０℃、さらに好ましくは１００〜
１６０℃の範囲で加熱することによって、前記熱伝導層
用シート状組成物を硬化させることができる。このよう
な加熱の方法は、特に制限されず、公知の方法を用いる
ことができ、通常のヒーター等を用いて熱伝導層用シー
ト状組成物を硬化させればよい。加熱時間は、特に制限
されず、通常５〜１２０分間程度の範囲が好ましい。

【００６１】また、たとえば、前記（メタ）アクリル樹
脂をバインダー成分として用いた場合には、光開始剤の
存在下に、可視光線、紫外線、赤外線、遠紫外線、電子
線、Ｘ線などの光を選択的に照射して熱伝導層を得るこ
ともできる。光照射の方法は、特に制限されず、公知の
方法を用いることができ、たとえば、通常の光重合装置
を用いて、前記熱伝導層用シート状組成物に特定の波長
の紫外線等を照射して行えばよい。紫外線蛍光灯の場合
は、通常照射時間は２〜３分程度であり、照射距離は５
〜１０cm程度であり、高圧水銀灯の場合は、照射時間は
１０〜２０秒、照射距離は７〜２０cm程度であることが
好ましい。 （光硬化性成分と熱硬化性成分とを併用した熱伝導性シ
ートの形成方法）熱伝導層あるいは電気絶縁層を構成す
るバインダーとして、前記光硬化性成分として（メタ）
アクリル系化合物と、前記熱硬化性成分としてエポキシ
系化合物を用いる場合は、たとえば、硬化した熱伝導層
の表面に前記光硬化性成分と熱硬化性成分の併用系の電
気絶縁層用組成物を塗布して電気絶縁層用シート状組成
物を形成し、さらに、可視光線、紫外線、赤外線、遠紫
外線、電子線、Ｘ線などの光を選択的に照射し、電気絶
縁層用シート状組成物中に含まれる光硬化性成分を硬化
して、熱伝導層あるいは電気絶縁層が半硬化状態の熱伝
導性シートを得ることができる。

【００６２】光硬化性成分と熱硬化性成分を併用する場
合に、光照射により光硬化性成分を硬化させて、半硬化
状態の熱伝導性シートを製造する方法は特に制限され
ず、公知の方法を用いることができる。たとえば、通常
の光重合装置を用いて、前記熱伝導層の表面に電気絶縁
層用組成物を塗布し、さらに特定の波長の紫外線等を照
射して行えばよい。紫外線蛍光灯の場合は、照射時間は
２〜３分程度であり、照射距離は５〜１０cm程度であ
り、高圧水銀灯の場合は、照射時間は１０〜２０秒、照
射距離は７〜２０cm程度であることが好ましい。

【００６３】熱伝導層に前記光硬化性成分と熱硬化性成
分を併用する場合、熱伝導層用シート状組成物に磁場を
作用させて、磁性体および炭素繊維を熱伝導性シートの
厚み方向に配向させつつ、光照射を行って半硬化した熱
伝導性シートを得る工程手順は特に制限されず、磁場の
印加と同時に光照射してもよいし、磁場の印加により磁
性体および炭素繊維をシートの厚み方向に配向させた
後、光照射して該シート状組成物を半硬化させてもよ
い。磁性体および炭素繊維を充分に配向させる観点から
は、磁場を印可させてこれらを配向させた後に、光照射
して該シート状組成物を半硬化させることが好ましい。
このような半硬化状態の熱伝導性シートを得る際の温度
は、前記シート状組成物に含まれる熱硬化性成分が硬化
しなければ特に制限されないが、通常室温程度で行えば
よく、好ましくは２０〜１００℃、さらに好ましくは２
０〜６０℃であることが望ましい。

【００６４】このような光硬化によれば、半硬化した熱
伝導性シートを、簡便かつ短時間で成形することができ
る。このようにして得られる熱伝導層中の、バインダ
ー、炭素繊維、磁性体の構成割合は、前述した熱伝導層
用組成物と同様である。また、電気絶縁層中の熱伝導性
フィラーの構成割合は、前記電気絶縁層用組成物と同様
である。 （保護フィルム付き熱伝導性シート）本発明に係る熱伝
導性シートは、その表面の両面または片面が保護フィル
ムで覆われていてもよい。また、熱伝導層または電気絶
縁層のそれぞれ形成過程において、それぞれの層の片面
または両面が保護フィルムで覆われていてもよい。

【００６５】このような保護フィルムの材料は、磁場の
印加、光照射を損なわず、磁場の印加、紫外線等の光照
射によりその保護フィルム材料が著しく劣化しなければ
特に制限されないが、たとえば、透明であって、弾力
性、耐光性を有し、半硬化状態の熱伝導性シートを熱圧
着などに供するために保護フィルムを剥離する場合に容
易、かつ破断することなく剥離できる程度の強度を有し
ているフィルムが好ましく、たとえば、ポリエチレンテ
レフタレート（PET）、ポリイミド（PI）、ポリエチレ
ン（PE）などを好ましく用いることができる。

【００６６】このような保護フィルムの厚さは特に制限
されないが、熱伝導性シート剥離の容易性等の観点か
ら、５〜１５０μｍ程度であることが望ましい。また、
本発明に係る熱伝導性シートは、２枚の保護フィルムを
有する場合に、これらの保護フィルムを一定距離離間す
るためのスペーサーを有していてもよい。このようなス
ペーサーの材料は特に制限されないが、たとえば、SUS
あるいはポリエチレンテレフタレートなどを好ましく用
いることができる。スペーサーの、シートの厚み方向の
長さ（厚さ）、外周方向の長さは、熱伝導性シートの厚
み、サイズに依存して変更可能で、熱伝導層用組成物あ
るいは電気絶縁層用組成物を保持できれば特に制限され
ない。

【００６７】このような熱伝導層用組成物あるいは電気
絶縁層用組成物を保護フィルムで覆う方法は特に制限さ
れないが、たとえば、前記熱伝導層用組成物をロール圧
延法によってシート形成する際に、該組成物を保護フィ
ルムで挟み込みながら圧延して得ることができる。ま
た、たとえば、スペーサー等により２枚の保護フィルム
を並行に所定距離離間して保持し、該保護フィルム間に
前記組成物を充填して形成することもできる。また、こ
の際に磁場を印可した状態で行ってもよい。＜熱伝導性シートを用いた放熱構造＞ 図４に示すよう
に、本発明に係る放熱構造１０は、発熱体１１と、放熱
部材１２とが、本発明に係る前記熱伝導性シート１を介
して接合されており、該熱伝導性シートは、バインダー
と、炭素繊維と、必要に応じ磁性体とを含有し、炭素繊
維および磁性体が該熱伝導性シートの厚み方向に配向す
る熱伝導層と、必要に応じ熱伝導性フィラーを含有する
電気絶縁層からなっている。このような発熱体として
は、半導体素子または半導体パッケージなどが挙げられ
る。

【００６８】このような、本発明に係る熱伝導性シート
を介した、前記発熱体と、放熱部材または回路基板との
接合は、前記硬化または半硬化した熱伝導性シートを、
発熱体と、放熱部材または回路基板との間に挟み込み、
次いで該熱伝導性シートを圧着させることにより行うこ
とができる。この場合、熱伝導性シートとしては、前記
光硬化成分と前記熱硬化性成分とを含有し、熱伝導性シ
ートの表面を覆う電気絶縁層が半硬化した熱伝導性シー
トを好ましく用いることができる。

【００６９】なお、このような半硬化した熱伝導性シー
トを熱圧着させる場合は、前記放熱構造に係る発熱体、
放熱部材または回路基板、放熱構造内の配線、バンプそ
の他の部品が、熱圧着に伴う温度、圧力により変形、損
傷あるいは溶解しない範囲で行うことが望ましく、室温
もしくは硬化反応が十分に進まない程度に加熱した状態
で圧力を加えた状態で仮接着し、その後加熱して硬化反
応を完結させる方法、あるいは圧着時に十分に加熱して
接着と硬化を同時に行う方法など、必要に応じて適宜選
択することができる。たとえば、熱圧着温度は、好まし
くは ８０〜１８０℃、さらに好ましくは１００〜１６
０℃、特に好ましくは１２０〜１５０℃の範囲で行うこ
とが望ましい。温度が８０℃を下回ると、熱硬化が円滑
に行われず、長時間の反応時間を要することがあり、温
度が１８０℃を超えると、前記発熱体等に付着するハン
ダ等が溶解することがある。また、熱圧着の圧力は、好
ましくは０．１〜５kg/cm²、特に好ましくは０．５〜２
kg/cm²の範囲で行うことが望ましい。圧力が０．１kg/c
m²を下回ると発熱体と放熱部材等の接着が不十分となる
ことがあり、圧力が５kg/cm²を上回ると、発熱体である
半導体素子などが損傷を受けることがある。

【００７０】このような熱圧着の時間は、通常、好まし
くは１分〜１２０分程度であり、より好ましくは２０分
〜６０分程度であることが望ましい。このように、本発
明に係る半硬化した熱伝導性シートを介して発熱体と放
熱部材等を熱圧着すると、発熱体と放熱部材または回路
基板との接着を充分に行うことができるので、発熱体か
らの発熱に伴う部材の膨張、収縮、あるいは外部からの
振動、衝撃等によって、発熱体、放熱部材等が熱伝導性
シートから剥離することを防止することが可能であり、
放熱あるいは半導体パッケージの機能の信頼性の向上を
図ることができる。また、このような半硬化した熱伝導
性シートを用いた発熱体と放熱部材等の熱圧着は、半硬
化した熱伝導性シートを所定形状に切断して、発熱体と
放熱部材等に挟み込んで行えばよい。

【００７１】このような、本発明に係る熱伝導性シート
は、弾力性に優れるので、前記の放熱構造内の部材の膨
張、収縮に耐えうる。そして、本発明に係る熱伝導性シ
ートは、炭素繊維が、該熱伝導性シートの厚み方向に配
向し、かつ熱伝導層の表面の一部または全部が電気絶縁
層で覆われているので、発熱体と放熱部材等の間の電気
絶縁性にも優れた、放熱効率の高い放熱構造を得ること
ができる。

【００７２】

【発明の効果】本発明に係る熱伝導性シートは、硬化ま
たは半硬化状態のバインダー中に、炭素繊維が、熱伝導
性シートの厚みの方向に配向している熱伝導層と、電気
絶縁層とからなるので、厚み方向の異方熱伝導性が高
く、絶縁性が確保されている。したがって、半導体素子
または半導体パッケージなどの発熱体と放熱部材との間
に絶縁性を要する放熱構造に有効である。しかも本発明
に係る熱伝導性シートは、耐熱性、耐久性、機械的強度
に優れ、その上発熱体との密着性にも優れている。

【００７３】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に
説明するが、これらの実施例により本発明は限定される
ものではない。

【００７４】

【実施例１】［熱伝導性シートの製造］２液タイプの付
加型熱硬化性液状シリコーンゴム（粘度１００Ｐ）に対
し、平均膜厚１μmとなるように表面にニッケル金属を
無電解メッキした、平均直径１０μｍ、平均長さ２００
μｍのピッチ系炭素繊維（繊維軸方向の熱伝導率１４０
０Ｗ／ｍ・Ｋ）を１５体積分率（％）加え、真空中で３
０分間混合し、熱伝導層用組成物(A)を得た。上記と同
様のシリコーンゴムに対して、平均粒径３μｍのＢＮ
（窒化ホウ素）粉末を２５体積分率（％）加え、真空中
で３０分混合した後、このシリコーンゴム組成物の厚さ
が約２０μmとなるようにＰＥＴフィルム（厚さ５０μ
m）上に塗布した。その後、１００℃、３０分間加熱す
ることにより、片面がＰＥＴで保護された電気絶縁用シ
ートを得た。シートの厚さ方向に磁力線が通る電磁石の
上で、厚さ０．２ｍｍのスペーサを介して平行に設置さ
れた、先に調製したPETフィルム付きの電気絶縁用シー
ト２枚の間に、PETフィルムが外側になるようにして、
熱伝導層用組成物を充填し、成形品用シートを得た。次
いで、この成形品用シートの厚さ方向に磁力線が通るよ
うに、電磁石により室温にて約４０００ガウスの磁場強
度で２０分間処理したのち、印加を続けながら、１００
℃に加熱し、硬化シートを得た。硬化シートの両面から
ＰＥＴフィルムを取り除くことにより、両面が電気絶縁
層で覆われた厚み０．２４ｍｍの熱伝導性シートを得
た。

【００７５】得られた熱伝導性シートについて、下記の
方法により、熱伝導性、電気絶縁性を評価した。得られ
た結果を表１に示す。 ＜熱伝導性試験＞熱交流法によって、得られた熱伝導性
シートの熱拡散率を測定し、常法により別途求めた、熱
容量、密度の値から熱伝導率を評価した。

【００７６】具体的には、図７は熱交流法によって、熱
伝導性シートの熱拡散率を評価する方法を示したもの
で、熱交流法によって温度変化の位相差（△θ）を測定
し下記数式２に示される関係に基づき熱拡散率（α）を
算出し、さらに、下記数式１に基づき、常法により別途
求めた熱容量、密度の値から熱伝導性シートの厚み方向
の熱伝導率（λ）を得ることができる。

【００７７】図５に示すように、熱交流法によって温度
変化の位相差（△θ）を測定するシステムは、ファンク
ションジェネレーター１６、ロックインアンプ１７、パ
ソコン１８、サンプル１３、電極１４、１５からなる。
サンプル１３の両面を電極１４および１５（ガラス板上
にスパッタにより設けた金属薄膜）で挟み込み、一方の
電極１４に交流電圧を印可することにより、サンプル１
３の片面を加熱し、他方の電極１５の抵抗変化から温度
変化を検知し、図６にも示すように、応答の遅れから温
度変化（△T）の位相差（△θ）を測定した。数式２に
基づいて熱拡散率（α）を求めるとともに、数式１に基
づいて伝導率（λ）を求めた。

【００７８】

【数１】

【００７９】

【数２】

【００８０】＜電気絶縁性試験＞得られた熱伝導性シー
トを表面を金メッキした２枚の銅板で挟み、銅板間の抵
抗を評価することにより絶縁性を調べた。

【００８１】

【実施例２】ポリエチレングリコールジメタクリレート
（PDE４００、共栄社（株）製）を６０部とビスフェノ
ールAタイプエポキシ樹脂 （EP1001、油化シェルエポ
キシ（株）製）４０部の混合物に対し、光開始剤（イル
ガキュアー６５１、チバガイギー（株）製）をメタクリ
レートに対して３重量％、イミダゾール系硬化剤（2P4M
HZ−PW、四国化成（株）製）をエポキシ樹脂に対して１
０重量％添加して得られたバインダ（I）に、平均膜厚
１μmとなるように表面にニッケル金属を無電解メッキ
した平均直径１０μｍ、平均長さ２００μｍのピッチ系
炭素繊維（繊維軸方向の熱伝導率１４００Ｗ／ｍ・Ｋ）
を１５体積分率（％）加え、真空中で３０分間混合し、
熱伝導層用組成物(B)を得た。

【００８２】上記と同様の成分からなるバインダ(I)
に、平均粒径３μｍのＢＮ（窒化ホウ素）粉末を２５体
積分率（％）加え、真空中で３０分混合した後、バイン
ダ(A)からなる組成物の厚さが約２０μmとなるようにＰ
ＥＴフィルム上（５０μm）上に塗布した。その後、１
００℃、３０分間加熱することにより、片面がＰＥＴで
保護された電気絶縁用シートを得た。

【００８３】シートの厚さ方向に磁力線が通る電磁石の
上で、厚さ０．２ｍｍのスペーサを介して平行に設置さ
れた２枚のPETフィルムの間に、熱伝導層用組成物(B)を
充填し、熱伝導性用組成物からなるシート状組成物を得
た。次いで、シート状組成物の厚さ方向に磁力線が通る
ように、電磁石により室温にて約４０００ガウスの磁場
強度で２０分間処理したのち、印加を続けながら、シー
ト状組成物の上方から、紫外線照射装置により、紫外線
を１分間照射し、半硬化状態の厚さ０．２mmの熱伝導層
を構成するシートを得た。両面のＰＥＴを取り除いたこ
の熱伝導シートを、上記の片面がＰＥＴフィルムで保護
された２枚の電気絶縁用シートに、PETフィルムが外側
になるようにして挟み込み、熱プレス下で圧をかけた状
態で加熱した後、ＰＥＴフィルムを剥離し、厚み０．２
４mmの硬化状態の熱伝導性シートを得た。

【００８４】得られた熱伝導性シートについて、実施例
１と同様にして熱伝導性試験ならびに電気絶縁性試験を
行った。

【００８５】

【比較例１】実施例１において、電気絶縁用シートを用
いる代わりに、厚さ0.24mmのスペーサを介した平行に設
置された電気絶縁層を設けていない２枚のＰＥＴフィル
ム（それぞれ50μｍ）の間に熱伝導層用組成物(A)を充
填して、さらに、磁場をかけない状態で１００℃に加熱
し硬化した以外は実施例１と同様にしてシートを得た。

【００８６】実施例１と同様にして、得られたシートに
ついて、熱伝導性試験および電気絶縁性試験を行った。

【００８７】

【比較例２】実施例１において、電気絶縁用シートを用
いる代わりに、厚さ0.24mmのスペーサを介した平行に設
置された電気絶縁層を設けていない２枚のＰＥＴフィル
ム（それぞれ50μｍ）の間に熱伝導層用樹脂組成物(A)
を充填した以外は実施例１と同様にしてシートを得た。

【００８８】実施例１と同様にして、得られたシートに
ついて、熱伝導性試験および電気絶縁性試験を行った。

【００８９】

【比較例３】前記実施例２において、電気絶縁用シート
を用いなかった以外は、実施例２と同様にして、磁場の
印加の下で熱伝導層用組成物（B）を硬化して、シート
を得た。実施例１と同様にして、得られたシートについ
て、熱伝導性試験および電気絶縁性試験を行った。

【００９０】実施例１、２、比較例１〜３のシートの熱
伝導率を、比較例１で得られたシートの熱伝導率に対し
て、５倍未満の熱伝導率のものを×、５倍以上２０倍未
満のものを△、２０倍以上のものを○として評価した。
電気絶縁試験については、１０ＭΩ以上の抵抗の場合
○、それ以下の抵抗の場合×とした。結果を表１に示
す。

【００９１】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、熱伝導層と電気絶縁層とからなる熱伝
導性シートの断面の模式図である。

【図２】図２は、磁性体粒子と炭素繊維とを含有する熱
伝導層と、熱伝導性フィラーを含有する電気絶縁層とか
らなる熱伝導性シートの断面の模式図である。

【図３】図３は、表面に磁性体が付着した炭素繊維を含
有する熱伝導層と、熱伝導性フィラーを含有する電気絶
縁層とからなる熱伝導性シートの断面の模式図である。

【図４】図４は、放熱構造断面の模式図である。

【図５】図５は、熱交流法による熱伝導率の測定方法を
示した図である。

【図６】図６は、熱交流法による熱伝導率の測定方法の
うち温度変化の位相差を示した図である。

【符号の説明】

１ 熱伝導性シート ２ 熱伝導層 ３ 電気絶縁層 ４ バインダー ５ 炭素繊維 ６ 磁性体粒子 ７ 熱伝導性フィラー ８ バインダー ９ 表面に磁性体を付着させた炭素繊維 １０ 放熱構造 １１ 発熱体 １２ 放熱部材 １３ サンプル １４ 電極 １５ 電極 １６ ファンクションジェネレーター １７ ロックインアンプ １８ パソコン

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０９Ｋ 5/08 Ｃ０９Ｋ 5/00 Ｅ (72)発明者 佐 藤 穂 積 東京都中央区築地二丁目11番24号 ジェイ エスアール株式会社内 Ｆターム(参考） 4F100 AB16 AD03B AD04B AD07B AD11A AN02 AR00C AR00D AS00E BA04 BA06 CA20A EJ421 EJ521 EJ611 GB41 JB13A JB14A JG04B JG06A JJ01A JJ03 JJ06C JJ10D JK01 JL00 4J002 AA001 CD051 CP031 DA016 DA087 DC007 FA046 FA087 GQ05

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バインダー中に炭素繊維が厚み方向に配
   向している熱伝導層と、該熱伝導層の表面の一部または
   全部に設けられた電気絶縁層とからなることを特徴とす
   る熱伝導性シート。
2. 【請求項２】 前記電気絶縁層が熱伝導性フィラーを含
   有することを特徴とする請求項１に記載の熱伝導性シー
   ト。
3. 【請求項３】 前記熱伝導性フィラーが酸化物系、窒化
   物系または炭化物系セラミックスであることを特徴とす
   る請求項１または２に記載の熱伝導性シート。
4. 【請求項４】 前記バインダーが光硬化性および／また
   は熱硬化性であることを特徴とする請求項１〜３のいず
   れかに記載の熱伝導性シート。
5. 【請求項５】 前記熱伝導性シートの熱伝導層が磁性体
   を含有し、バインダー中に該磁性体が前記熱伝導性シー
   トの厚み方向に配向していることを特徴とする請求項１
   〜４のいずれかに記載の熱伝導性シート。
6. 【請求項６】 前記磁性体が、炭素繊維の表面に付着さ
   れていることを特徴とする請求項５に記載の熱伝導性シ
   ート。
7. 【請求項７】 前記磁性体が、磁性体粒子であることを
   特徴とする請求項５に記載の熱伝導性シート。
8. 【請求項８】 バインダー、炭素繊維および磁性体から
   なる熱伝導層用シート状組成物の厚み方向に磁場を作用
   させて、磁性体および炭素繊維を熱伝導層用シート状組
   成物の厚み方向に配向させつつ、該熱伝導層用シート状
   組成物を硬化または半硬化させることを特徴とする請求
   項５〜７のいずれかに記載の熱伝導性シートの製造方
   法。
9. 【請求項９】 発熱体と、放熱部材または回路基板と
   が、請求項１〜７のいずれかに記載の熱伝導性シートを
   介して接合されていることを特徴とする熱伝導性シート
   を用いた放熱構造。
10. 【請求項１０】 前記発熱体が、半導体素子または半導
    体パッケージであることを特徴とする請求項９に記載の
    熱伝導性シートを用いた放熱構造。