JP2002086464A - 熱伝導性成形体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好な熱伝導性と電気絶縁性とを兼ね備えた
熱伝導性成形体及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 熱伝導性成形体は、黒鉛化炭素粉末が配
合された熱伝導性高分子組成物を所定の形状に成形して
なる。黒鉛化炭素粉末は、その製造過程における炭素化
処理又は黒鉛化処理をホウ素化合物の存在下にて行うこ
とによってホウ素化合物を含有している。この熱伝導性
成形体は、前記熱伝導性高分子組成物に対して磁場を印
加して黒鉛化炭素粉末を一定方向に配向させ、その状態
で熱伝導性高分子組成物を固化させることにより製造さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、良好な熱伝導性と
電気絶縁性を兼ね備えた熱伝導性成形体及びその製造方
法に関するものである。さらに詳しくは、電子機器等に
おいて半導体素子や電源、光源、部品等が発生する熱を
効率よく外部へ放散させるための放熱部材及び伝熱部材
として好適な熱伝導性成形体及びその製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の高性能化、小型化、軽
量化に伴う半導体パッケージの高密度実装化、ＬＳＩの
高集積化及び高速化等によって、電子機器から発生する
熱対策が非常に重要な課題になっている。そうした中、
プリント配線基板、半導体パッケージ、放熱板、筐体等
を熱伝導性に優れる材料で形成する方法や、放熱板等の
放熱部材と発熱源との間に熱伝導性を有する成形体（熱
伝導性成形体）を介在させる方法等が従来放熱手段とし
て採られている。

【０００３】従来の熱伝導性成形体としては、熱伝導性
を向上させることを目的に、酸化アルミニウムや窒化ホ
ウ素、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜
鉛、炭化ケイ素、黒鉛化炭素繊維等の熱伝導性充填材を
高分子材料に配合してなる熱伝導性高分子組成物からな
るものが知られている。例えば特開平９−２８３９５５
号公報には、特定の平均アスペクト比の黒鉛質炭素繊維
をシリコーンゴム等のマトリックス樹脂中に分散した熱
伝導性シートが開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特開平９−
２８３９５５号公報に開示される熱伝導性シートは、炭
素繊維が導電性であるために、プリント配線やリードピ
ンに近接した位置で用いられる場合など、電気絶縁性を
要求される用途には使用できないという問題があった。

【０００５】尚、特許第２６９５５６３号公報には、電
気絶縁性を有する被膜で被覆された炭素繊維を、その被
膜に対して相溶性を有する合成樹脂に均一分散した伝熱
材料が提唱されている。ところが、この方法で炭素繊維
を電気絶縁性被膜で被覆させることは必ずしも容易でな
く、またその組成や製造方法、電気的性質に関しての詳
細な記載がなく問題になっていた。

【０００６】また、特開平５−２６６８８０号公報、特
開平８−３１４２２号公報、特開平８−３０６３５９号
公報によれば、リチウム二次電池の負極材料として、ホ
ウ素化合物を含有する特定の炭素粉末が記載されてい
る。また、特開平２−２００８１９号公報には、ホウ素
化合物を含有する特定の炭素素材が、高強度、高弾性の
黒鉛繊維として開示されている。しかし、これらはいず
れも熱伝導性を要求される用途とは異なる分野で検討さ
れていた。

【０００７】本発明は、上記のような従来技術に存在す
る問題点に着目してなされたものである。その目的とす
るところは、良好な熱伝導性と電気絶縁性とを兼ね備
え、電子機器等における放熱部材又は伝熱部材として好
適な熱伝導性成形体及びその製造方法を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明は、高分子材料に黒鉛化炭
素粉末を配合した熱伝導性高分子組成物を所定の形状に
成形してなる熱伝導性成形体であって、前記黒鉛化炭素
粉末がホウ素化合物を含有するとともに、一定方向に配
向していることを要旨とする。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の熱伝導性成形体において、前記黒鉛化炭素粉末は、そ
の製造過程における炭素化処理又は黒鉛化処理がホウ素
化合物の存在下にて行われたものであることを要旨とす
る。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載の熱伝導性成形体において、前記ホウ素化
合物が窒化ホウ素であることを要旨とする。請求項４に
記載の発明は、ホウ素化合物を含有する黒鉛化炭素粉末
を高分子材料に配合した熱伝導性高分子組成物に対して
磁場を印加し、前記黒鉛化炭素粉末を一定方向に配向さ
せた状態で前記熱伝導性高分子組成物を固化させること
を要旨とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態を詳細に説明する。本実施形態における熱伝導性成形
体は、高分子材料に熱伝導性充填材として特定の黒鉛化
炭素粉末が配合されてなる熱伝導性高分子組成物を所定
の形状に成形したものであり、その熱伝導性成形体中に
おける黒鉛化炭素粉末は一定方向に配向している。

【００１２】まず、熱伝導性充填材として用いられる黒
鉛化炭素粉末について説明する。ここで用いられる黒鉛
化炭素粉末にはホウ素化合物が含有されており、本実施
形態の場合には、ホウ素化合物よりなる被膜が黒鉛化炭
素粉末の表面に形成されている。具体的なホウ素化合物
としては、窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭窒化ホウ素、酸
化ホウ素、塩化ホウ素、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリ
ウム、ホウ酸ニッケル、三フッ化ホウ素−メタノール錯
体、ボラン−ジメチルアミン錯体等の有機ホウ素化合
物、金属ホウ素等が挙げられる。その中でも、熱伝導性
及び電気絶縁性に優れる窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭窒
化ホウ素が好ましく、特に窒化ホウ素が好適である。こ
れらのホウ素化合物は、単独で含有させても、二種以上
を組み合わせて含有させてもよい。

【００１３】黒鉛化炭素粉末に含有されるホウ素化合物
の量は、ホウ素換算で黒鉛化炭素粉末の０．１〜２０重
量％の範囲が好ましく、より好ましくは０．３〜１５重
量％、特に好ましくは０．５〜１０重量％である。０．
１重量％よりも少ないと電気絶縁性が不足し、逆に２０
重量％を超えると、熱伝導性が低下するため好ましくな
い。

【００１４】黒鉛化炭素粉末の原料としては、例えば、
ナフタレンやフェナントレン等の縮合多環炭化水素化合
物、石油系ピッチや石炭系ピッチ等の縮合複素環化合物
等が挙げられる。その中でも石油系ピッチ又は石炭系ピ
ッチが好ましく、特に光学的異方性ピッチ、すなわちメ
ソフェーズピッチが好ましい。

【００１５】黒鉛化炭素粉末の形態としては、繊維状、
球状、鱗片状、ウィスカー状、マイクロコイル状、ナノ
チューブ状等が挙げられるが、特に限定されない。黒鉛
化炭素粉末の大きさも特には限定されないが、繊維状の
ものの場合、繊維直径は５〜２０μｍ、平均粒径は２０
〜８００μｍが好ましい。繊維直径及び平均粒径を上記
の範囲とすることにより、高分子材料への配合を容易化
できるとともに、得られる熱伝導性高分子組成物及び熱
伝導性成形体の熱伝導性を向上させることができる。繊
維直径が５μｍよりも小さい場合や平均粒径が８００μ
ｍよりも大きい場合は、高分子材料中に高濃度で黒鉛化
炭素粉末を充填することが困難になる。一方、繊維直径
が２０μｍを超える場合は生産性が悪くなり、また平均
粒径が２０μｍよりも小さいと、かさ比重が小さくなっ
て製造工程中の取扱い性や作業性に問題が生じることが
あるので好ましくない。尚、黒鉛化炭素粉末の平均粒径
の値は、レーザー回折方式による粒度分布から算出する
ことができる。

【００１６】前記被膜を有する黒鉛化炭素粉末の熱伝導
率は特に限定されないが、繊維状のものの場合、繊維の
長さ方向における熱伝導率で２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上が好
ましく、より好ましくは４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に好
ましくは１０００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。

【００１７】また、高分子材料に熱伝導性充填材として
配合される黒鉛化炭素粉末は、カップリング剤やサイジ
ング剤で処理することによって表面を改質させて用いて
もよい。この場合、高分子材料との濡れ性や充填性を向
上させたり、界面の剥離強度を改良したりすることがで
きる。

【００１８】次に、高分子材料について説明する。高分
子材料としては、例えば、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラ
ストマー、熱硬化性樹脂、架橋ゴム等が挙げられる。

【００１９】熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体等のエチ
レン−α−オレフィン共重合体、ポリメチルペンテン、
ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニ
ル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルアルコ
ール、ポリビニルアセタール、フッ素樹脂（ポリフッ化
ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等）、ポリエ
チレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、
ポリエチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリアクリ
ロニトリル、スチレン−アクリロニトリル共重合体、Ａ
ＢＳ樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂、変
性ＰＰＥ樹脂、脂肪族ポリアミド類、芳香族ポリアミド
類、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリメタクリル酸
類（ポリメタクリル酸メチル等のポリメタクリル酸エス
テル）、ポリアクリル酸類、ポリカーボネート、ポリフ
ェニレンスルフィド、ポリサルホン、ポリエーテルサル
ホン、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルケトン、ポ
リケトン、液晶ポリマー、アイオノマー等が挙げられ
る。

【００２０】熱可塑性エラストマーとしては、スチレン
−ブタジエン共重合体及びスチレン−イソプレンブロッ
ク共重合体とそれらの水添物、スチレン系熱可塑性エラ
ストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、塩化ビ
ニル系熱可塑性エラストマー、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、
ポリアミド系熱可塑性エラストマー等が挙げられる。

【００２１】熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポ
リイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ベンゾシクロブテ
ン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジ
アリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹
脂、熱硬化型ＰＰＥ樹脂、熱硬化型変性ＰＰＥ樹脂等が
挙げられる。

【００２２】架橋ゴムとしては、天然ゴム、ブタジエン
ゴム、イソプレンゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴ
ム、ニトリルゴム、水添ニトリルゴム、クロロプレンゴ
ム、エチレンプロピレンゴム、塩素化ポリエチレン、ク
ロロスルホン化ポリエチレン、ブチルゴム、ハロゲン化
ブチルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴ
ム等が挙げられる。

【００２３】これらの高分子材料の中でも電気的及び熱
的信頼性の点から、シリコーンゴム、エポキシ樹脂、ポ
リイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ベンゾシクロブテ
ン樹脂、フッ素樹脂、ＰＰＥ樹脂及びポリアセタール樹
脂が好ましい。また、誘電率、誘電正接が小さく、かつ
高周波領域での周波数特性を要求される配線基板用途に
は、フッ素樹脂や熱硬化型ＰＰＥ樹脂、熱硬化型変性Ｐ
ＰＥ樹脂及びポリオレフィン系樹脂が好ましい。これら
の高分子材料は、一種を単独で用いても、二種以上を適
宜組み合わせて用いてもよく、二種以上の高分子材料か
らなるポリマーアロイを使用してもよい。また、高分子
材料の架橋方法については特に限定されず、熱硬化、光
硬化、湿気硬化等、公知の架橋方法を採用することがで
きる。

【００２４】続いて、上記の黒鉛化炭素粉末を高分子材
料に配合して得られる熱伝導性高分子組成物、及びその
熱伝導性高分子組成物を所定の形状に成形した熱伝導性
成形体について説明する。

【００２５】高分子材料に配合される黒鉛化炭素粉末の
量は、目的とする最終製品の要求性能によって適宜決定
されるが、１００重量部の高分子材料に対して５〜５０
０重量部が好ましく、１０〜３００重量部がより好まし
く、２０〜２００重量部が特に好ましい。この配合量が
５重量部よりも少ないと、得られる熱伝導性高分子組成
物及び熱伝導性成形体の熱伝導率が小さくなって放熱特
性が低下する。逆に５００重量部を超えると配合組成物
の粘度が増大して黒鉛化炭素粉末を均一に分散させるこ
とが困難になり、また気泡の混入が避けられず好ましく
ない。

【００２６】熱伝導性高分子組成物には、上述の黒鉛化
炭素粉末の他に、その他の熱伝導性充填材、難燃材、軟
化剤、着色材、安定剤等を必要に応じて配合してもよ
い。その他の熱伝導性充填材としては、酸化アルミニウ
ム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、炭化ケ
イ素、水酸化アルミニウム等の金属酸化物、金属窒化
物、金属炭化物、金属水酸化物等が挙げられる。また、
その形態としては、球状、粉状、繊維状、針状、鱗片
状、ウィスカー状、マイクロコイル状、単層ナノチュー
ブ、多層ナノチューブ状等が挙げられる。尚、併用する
充填材が導電性である場合には、得られる熱伝導性高分
子組成物及び熱伝導性成形体の電気絶縁性を損ねるおそ
れがあるので、その配合量をなるべく少なくする方が好
ましい。また、粘度を低下させるために揮発性の有機溶
剤や反応性可塑剤を添加してもよい。

【００２７】熱伝導性成形体をシート状に成形する場
合、その厚みは特に限定されないが、実用性の点から
０．０５〜１０ｍｍの範囲が好ましい。熱伝導性成形体
の熱伝導率及び電気絶縁性については特に限定されない
が、熱伝導率は１Ｗ／ｍ・Ｋ以上が好ましく、より好ま
しくは２Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に好ましくは５Ｗ／ｍ・Ｋ
以上である。電気絶縁性は、表面抵抗値で１０⁶Ω／□
以上が好ましく、より好ましくは１０⁸Ω／□以上、特
に好ましくは１０⁹Ω／□以上である。

【００２８】次に上記の熱伝導性成形体の使用方法を説
明する。熱伝導性成形体は、電子機器等において半導体
素子や電源、光源、部品等が発生する熱を効率よく外部
へ放散させるための放熱部材及び伝熱部材等として用い
られる。具体的には、シート状に加工して半導体素子等
の発熱部材と放熱器等の放熱部材との間に介在させて用
いたり、放熱板、半導体パッケージ用部品、ヒートシン
ク、ヒートスプレッダー、ダイパッド、プリント配線基
板、冷却ファン用部品、ヒートパイプ、筐体等に成形加
工して用いられたりする。

【００２９】図１は、シート状の熱伝導性成形体を伝熱
部材として用いた例を示す図である。図１（ａ）に示す
例では、半導体素子１１（ボールグリッドアレイ型半導
体パッケージ）と放熱板１２との間に熱伝導性成形体１
３が介在されている。図１（ｂ）に示す例では、半導体
素子１１（チップサイズ型半導体パッケージ）とプリン
ト配線基板１４との間に熱伝導性成形体１３が介在され
ている。図１（ｃ）に示す例では、半導体素子１１（ピ
ングリッドアレイ型半導体パッケージ）とヒートシンク
１５との間に熱伝導性成形体１３が介在されている。図
１（ｄ）に示す例では、複数の半導体素子１１と筐体１
６との間に熱伝導性成形体１３が介在されている。ま
た、図２は、熱伝導性成形体をプリント配線基板として
用いた例を示す図である。同図に示すプリント配線基板
１７は、熱伝導性高分子組成物を板状に成形してなる基
板１８を備え、その基板１８上には銅箔などからなる導
電層１９が形成されている。

【００３０】次に、熱伝導性成形体の製造方法を説明す
る。黒鉛化炭素粉末の原料としてピッチを用いる場合
は、紡糸、不融化、炭素化及び黒鉛化の各工程を経て黒
鉛化炭素繊維を製造し、その黒鉛化炭素繊維を粉砕又は
切断することにより黒鉛化炭素粉末とする。尚、粉砕又
は切断は、黒鉛化処理の後に限定されるものでなく、不
融化処理の後に行っても、炭素化処理の後に行ってもよ
いが、繊維の縦割れが比較的防げることから炭素化処理
の後に行うことが好ましい。また、炭素化処理の後に粉
砕又は切断した場合には、黒鉛化処理の際に、粉砕又は
切断して新たに露出した面において縮重合反応、環化反
応が進みやすい傾向にあることから、熱伝導性に優れた
黒鉛化炭素粉末を得やすいという利点もある。

【００３１】紡糸工程における紡糸方法としては、メル
トスピニング法、メルトブロー法、遠心紡糸法、渦流紡
糸法等が挙げられるが、紡糸時の生産性や得られる黒鉛
化炭素粉末の品質の観点からメルトブロー法が好まし
い。メルトブロー法の場合、数十ポイズ以下の低粘度で
紡糸し、かつ高速冷却することによって、黒鉛層面が繊
維軸に平行に配列しやすくなるという利点もある。

【００３２】メルトブロー法の場合、紡糸孔の直径は
０．１〜０．５ｍｍが好ましく、０．１５〜０．３ｍｍ
がより好ましい。紡糸孔の直径が０．１ｍｍよりも小さ
いと目詰まりが生じやすく、また紡糸ノズルの製作が困
難になるため好ましくない。逆に０．５ｍｍを超える
と、繊維直径が２５μｍ以上と大きくなりやすく、また
繊維直径がばらつきやすくなり品質管理上も好ましくな
い。紡糸速度は、生産性の面から毎分５００ｍ以上が好
ましく、毎分１５００ｍｍ以上がより好ましく、毎分２
０００ｍ以上が特に好ましい。紡糸温度は、原料ピッチ
の軟化点以上でピッチが変質しない温度以下であればよ
いが、通常は３００〜４００℃、好ましくは３００〜３
８０℃である。前記紡糸温度との関係から、原料ピッチ
の軟化点は好ましくは２３０〜３５０℃、より好ましく
は２５０〜３１０℃である。

【００３３】不融化工程における不融化処理の方法とし
ては、二酸化窒素や酸素等の酸化性ガス雰囲気中で加熱
処理する方法、硝酸やクロム酸等の酸化性水溶液中で処
理する方法、光やγ線等により重合処理する方法等が挙
げられるが、空気中で加熱処理する方法が簡便なことか
ら好ましい。空気中で加熱処理する方法を採る場合、好
ましくは平均昇温速度３℃／分以上で、より好ましくは
５℃／分以上で、３５０℃程度まで昇温させながら加熱
処理することが望ましい。

【００３４】続く炭素化工程における炭素化処理及びは
黒鉛化工程における黒鉛化処理は、不活性ガス雰囲気中
で加熱処理することによって行われる。炭素化処理の際
の処理温度は好ましくは２５０℃以上、より好ましくは
５００℃以上である。また黒鉛化処理の際の処理温度は
好ましくは２５００℃以上、より好ましくは３０００℃
以上である。

【００３５】本実施形態における黒鉛化炭素粉末は、炭
素化処理又は黒鉛化処理の少なくとも一方をホウ素化合
物の存在下にて行うことにより得られる。その方法とし
ては、炭素化処理又は黒鉛化処理の際にホウ素化合物を
混合する方法、予め原料ピッチにホウ素化合物を混合さ
せておき、その混合物を紡糸する方法等が挙げられる。

【００３６】粉砕又は切断処理には、ビクトリーミル、
ジェットミル、高速回転ミル等の粉砕機、又はチョップ
ド繊維で用いられる切断機等が用いられる。粉砕又は切
断を効率よく行うためには、ブレードを取付けたロータ
を高速に回転させることにより、繊維軸に対して直角方
向に繊維を寸断する方法が適切である。この粉砕又は切
断処理によって生じる黒鉛化炭素粉末の平均粒径は、ロ
ータの回転数、ブレードの角度等を調整することにより
制御される。繊維の粉砕方法としてはボールミル等の磨
砕機による方法もあるが、この方法の場合、繊維の直角
方向への加圧力が働いて繊維軸方向への縦割れの発生が
多くなるので不適当である。

【００３７】上記のようにして得られた黒鉛化炭素粉末
を高分子材料に配合し、攪拌、脱泡、混練等の操作を施
すことにより、熱伝導性高分子組成物が得られる。そし
て、その熱伝導性高分子組成物を所定の形状に成形する
ことで熱伝導性成形体が得られる。

【００３８】熱伝導性高分子組成物中における黒鉛化炭
素粉末を一定方向に配向させる方法としては、流動場又
はせん断場を利用する方法、磁場を利用する方法、電場
を利用する方法等が挙げられる。その中でも、熱伝導性
高分子組成物に磁場を印加して黒鉛化炭素粉末を磁力線
と平行に配向させる方法が、効率的で、なおかつ配向方
向を任意に設定できることから好ましい。前記黒鉛化炭
素粉末が磁場により効果的に配向する理由としては、六
方晶グラファイト構造の窒化ホウ素の結晶構造が黒鉛の
結晶構造と同形状であるために両方の反磁性体が類似し
た磁気異方性を示すためと考えられる。

【００３９】磁場配向を利用して熱伝導性成形体を製造
する場合には、金型のキャビティ内に注入された前記熱
伝導性高分子組成物に対して磁場を印加し、その熱伝導
性高分子組成物中に含まれる黒鉛化炭素粉末を一定方向
に配向させた状態で熱伝導性高分子組成物を固化させ
る。

【００４０】例えば図３に示すような板状の熱伝導性成
形体２１において黒鉛化炭素粉末を厚み方向（図３にお
けるＺ軸方向）に配向させる場合には、図４（ａ）に示
すように、磁力線Ｍの向きが熱伝導性成形体２１（図３
参照）の厚み方向に一致するように磁場発生手段２２を
配置して、金型２３のキャビティ２３ａ内に注入された
熱伝導性高分子組成物２４に対して磁場を印加する。ま
た、熱伝導性成形体２１の面内方向（図３におけるＸ軸
方向、Ｙ軸方向等）に黒鉛化炭素粉末を配向させる場合
には、図４（ａ）に示すように、磁力線Ｍの向きが熱伝
導性成形体２１（図３参照）の面内方向に一致するよう
に磁場発生手段２２を配置して、金型２３のキャビティ
２３ａ内に注入された熱伝導性高分子組成物２４に対し
て磁場を印加する。

【００４１】尚、図４（ａ），（ｂ）に示す例では、一
対の磁場発生手段２２を金型２３を間に挟んで配置させ
るようにしたが、各例において一方の磁場発生手段２２
を省略してもよい。また、図４（ａ），（ｂ）に示す例
では、互いのＳ極とＮ極とが対向するように一対の磁場
発生手段２２を配置したが、Ｓ極同士又はＮ極同士が対
向するように一対の磁場発生手段２２を配置してもよ
い。さらに、磁力線Ｍは必ずしも直線状でなくてもよ
く、曲線状や矩形状でもよい。また、磁力線Ｍが一方向
だけでなく２方向以上に延びるように磁場発生手段２２
を配置してもよい。

【００４２】前記磁場発生手段２２としては、永久磁
石、電磁石等が挙げられる。磁場発生手段によって形成
される磁場の磁束密度は、０．０５〜３０テスラの範囲
が好ましく、より好ましくは０．５テスラ以上、特に好
ましくは２テスラ以上である。

【００４３】以上詳述した本実施形態によれば次のよう
な効果が発揮される。 ・ 本実施形態における黒鉛化炭素粉末は、熱伝導性及
び電気絶縁性を有するホウ素化合物よりなる被膜を表面
に有することで、良好な熱伝導性と電気絶縁性の双方を
兼ね備えている。このため、この黒鉛化炭素粉末が配合
された熱伝導性成形体を電気絶縁性が要求される用途に
おいて放熱部材又は伝熱部材として使用した場合でも、
電気的な障害を発生させることなくその機能を発揮する
ことができる。

【００４４】・ 例えば繊維状の黒鉛化炭素粉末の場
合、繊維の長さ方向における熱伝導性が非常に優れてい
る。従って、この繊維状の黒鉛化炭素粉末が配合された
熱伝導性成形体では、黒鉛化炭素粉末を一定方向に配向
させることによってその配向方向における熱伝導性を著
しく向上させることができ、熱伝導性に異方性を有する
熱伝導性成形体を得ることができる。

【００４５】・ ホウ素化合物よりなる被膜は、黒鉛化
炭素粉末の製造過程における炭素化処理又は黒鉛化処理
をホウ素化合物の存在下にて行うことにより形成される
ので、その被膜の形成を容易かつ確実とすることができ
る。

【００４６】・ 熱伝導性と電気絶縁性に特に優れる窒
化ホウ素によって被膜を形成することで、熱伝導性と電
気絶縁性を一層向上させることができる。

【００４７】

【実施例】次に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形
態をさらに具体的に説明する。尚、各例において、熱伝
導率はレーザーフラッシュ法、表面抵抗値はＪＩＳ−Ｋ
６９１１に準拠して測定した。

【００４８】（黒鉛化炭素粉末の試作例１）メソフェー
ズピッチ１００％を原料に紡糸、不融化、炭素化の各工
程を経て得られる炭素繊維を粉砕して炭素粉末を得た。
この炭素粉末に対し、炭化ホウ素と窒化ホウ素の混合物
（重量比で１：１）を混合した後、窒素雰囲気下で３０
００℃まで加熱して黒鉛化処理を行い、黒鉛化炭素粉末
を得た。

【００４９】この黒鉛化炭素粉末の表面を電子顕微鏡及
びＥＳＣＡ（Ｘ線光電子分光法）にて分析したところ、
表面に炭化ホウ素及び窒化ホウ素よりなる被膜が観察さ
れた。黒鉛化炭素粉末の繊維直径、平均粒径、繊維の長
さ方向における熱伝導率及びホウ素化合物の含有量（ホ
ウ素換算）を測定した結果を表１に示す。

【００５０】（黒鉛化炭素粉末の試作例２）メソフェー
ズピッチ８０重量％と窒化ホウ素２０重量％の混合物を
紡糸して不融化した後、窒素雰囲気下で２０００℃まで
段階的に加熱して炭素化し、さらに３２００℃まで加熱
して黒鉛化処理を行い、黒鉛化炭素粉末を得た。

【００５１】この黒鉛化炭素繊維の表面を電子顕微鏡及
びＥＳＣＡにて分析したところ、表面に窒化ホウ素より
なる被膜が観察された。黒鉛化炭素粉末の繊維直径、平
均粒径、繊維の長さ方向における熱伝導率及びホウ素化
合物の含有量（ホウ素換算）を測定した結果を表１に示
す。

【００５２】（黒鉛化炭素粉末の試作例３）メソフェー
ズピッチ１００％を原料に紡糸、不融化、炭素化の各工
程を経て得られる炭素繊維を粉砕して炭素粉末を得た。
この炭素粉末を窒素雰囲気下で３０００℃まで加熱して
黒鉛化処理を行い、黒鉛化炭素粉末を得た。

【００５３】この黒鉛化炭素繊維の表面には、ホウ素化
合物よりなる被膜は観察されなかった。黒鉛化炭素粉末
の繊維直径、平均粒径、繊維の長さ方向における熱伝導
率及びホウ素化合物の含有量（ホウ素換算）を測定した
結果を表１に示す。

【００５４】（黒鉛化炭素粉末の試作例４）メソフェー
ズピッチ１００％を原料に紡糸、不融化した後、窒素雰
囲気下で２０００℃まで段階的に加熱して炭素化し、さ
らに３２００℃まで加熱して黒鉛化処理を行い、黒鉛化
炭素粉末を得た。

【００５５】この黒鉛化炭素繊維の表面には、ホウ素化
合物よりなる被膜は観察されなかった。黒鉛化炭素粉末
の繊維直径、平均粒径、繊維の長さ方向における熱伝導
率及びホウ素化合物の含有量（ホウ素換算）を測定した
結果を表１に示す。

【００５６】

【表１】 （実施例１）試作例１の黒鉛化炭素粉末をシランカップ
リング剤で表面処理し、その処理後の黒鉛化炭素粉末１
２０重量部を不飽和ポリエステル樹脂（株式会社日本触
媒製エポラック）１００重量部に混合して熱伝導性高分
子組成物を調製した。続いて、その熱伝導性高分子組成
物を所定の金型のキャビティ内に注入し、磁力線の向き
が熱伝導性成形体の厚み方向に一致する磁場（磁束密度
６テスラ）を印加して熱伝導性高分子組成物中の黒鉛化
炭素粉末を十分に配向させた後に加熱硬化させて、厚み
１．５ｍｍ×縦２０ｍｍ×横２０ｍｍの板状の熱伝導性
成形体を得た。

【００５７】この熱伝導性成形体中の黒鉛化炭素粉末は
厚み方向に揃って配向していた。熱伝導性成形体の厚み
方向（Ｚ軸方向）における熱伝導率、面内方向（Ｘ軸方
向）における熱伝導率及び表面抵抗値を測定した結果を
表２に示す。

【００５８】（実施例２）実施例１において、磁力線の
向きが熱伝導性成形体の面内方向（Ｙ軸方向）に一致す
る磁場をキャビティ内の熱伝導性高分子組成物に印加す
るように変更した。それ以外は実施例１と同様にして板
状の熱伝導性成形体を作製した。

【００５９】この熱伝導性成形体中の黒鉛化炭素粉末は
面内方向（Ｙ軸方向）に揃って配向していた。熱伝導性
成形体の厚み方向（Ｚ軸方向）における熱伝導率、面内
方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）における熱伝導率及び表
面抵抗値を測定した結果を表２に示す。

【００６０】（実施例３）試作例１の黒鉛化炭素粉末を
シランカップリング剤で表面処理し、その処理後の黒鉛
化炭素粉末８０重量部を液状エポキシ樹脂（スリーボン
ド株式会社製 ＴＢ２２８０Ｃ）１００重量部に混合し
て熱伝導性高分子組成物を調製した。続いて、その熱伝
導性高分子組成物を所定の金型のキャビティ内に注入
し、磁力線の向きが熱伝導性成形体の厚み方向に一致す
る磁場（磁束密度１０テスラ）を印加して熱伝導性高分
子組成物中の黒鉛化炭素粉末を十分に配向させた後に加
熱硬化させて、厚み３ｍｍ×縦２０ｍｍ×横２０ｍｍの
板状の熱伝導性成形体を得た。

【００６１】この熱伝導性成形体中の黒鉛化炭素粉末は
厚み方向に揃って配向していた。熱伝導性成形体の厚み
方向（Ｚ軸方向）における熱伝導率、面内方向（Ｘ軸方
向）における熱伝導率及び表面抵抗値を測定した結果を
表２に示す。

【００６２】（実施例４）実施例３において、磁力線の
向きが熱伝導性成形体の面内方向（Ｙ軸方向）に一致す
る磁場をキャビティ内の熱伝導性高分子組成物に印加す
るように変更した。それ以外は実施例３と同様にして板
状の熱伝導性成形体を作製した。

【００６３】この熱伝導性成形体中の黒鉛化炭素粉末は
面内方向（Ｙ軸方向）に揃って配向していた。熱伝導性
成形体の厚み方向（Ｚ軸方向）における熱伝導率、面内
方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）における熱伝導率及び表
面抵抗値を測定した結果を表２に示す。

【００６４】（実施例５）試作例２の黒鉛化炭素粉末を
シランカップリング剤で表面処理し、その処理後の黒鉛
化炭素粉末１１０重量部と酸化アルミニウム粉末（昭和
電工株式会社製ＡＳ−２０）６０重量部とを、液状シリ
コーンゴム（ＧＥ東芝シリコーン株式会社製 ＴＳＥ３
０７０）１００重量部に混合して熱伝導性高分子組成物
を調製した。続いて、その熱伝導性高分子組成物を所定
の金型のキャビティ内に注入し、磁力線の向きが熱伝導
性成形体の厚み方向に一致する磁場（磁束密度１０テス
ラ）を印加して熱伝導性高分子組成物中の黒鉛化炭素粉
末を十分に配向させた後に加熱硬化させて、厚み０．５
ｍｍ×縦２０ｍｍ×横２０ｍｍの板状の熱伝導性成形体
（アスカーＣ硬度１７）を得た。

【００６５】この熱伝導性成形体中の黒鉛化炭素粉末は
厚み方向に揃って配向していた。熱伝導性成形体の厚み
方向（Ｚ軸方向）における熱伝導率、面内方向（Ｘ軸方
向）における熱伝導率及び表面抵抗値を測定した結果を
表２に示す。

【００６６】（実施例６）実施例５において、磁力線の
向きが熱伝導性成形体の面内方向（Ｙ軸方向）に一致す
る磁場をキャビティ内の熱伝導性高分子組成物に印加す
るように変更した。それ以外は実施例５と同様にして板
状の熱伝導性成形体（アスカーＣ硬度１７）を作製し
た。

【００６７】この熱伝導性成形体中の黒鉛化炭素粉末は
面内方向（Ｙ軸方向）に揃って配向していた。熱伝導性
成形体の厚み方向（Ｚ軸方向）における熱伝導率、面内
方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）における熱伝導率及び表
面抵抗値を測定した結果を表２に示す。

【００６８】（実施例７）スチレン系熱可塑性エラスト
マー（旭化成工業株式会社製 タフテックＨ１０５３）
１００重量部に溶剤としてトルエン２０００重量部を加
えて溶解し、そこに試作例２の黒鉛化炭素粉末４０重量
部を混合して熱伝導性高分子組成物を調製した。続い
て、その熱伝導性高分子組成物を所定の金型のキャビテ
ィ内に注入し、磁力線の向きが熱伝導性成形体の高さ方
向に一致する磁場（磁束密度８テスラ）を印加して熱伝
導性高分子組成物中の黒鉛化炭素粉末を十分に配向させ
た後に加熱硬化させて、高さ４０ｍｍ×縦２０ｍｍ×横
２０ｍｍの熱伝導性成形体を得た。

【００６９】この熱伝導性成形体中の黒鉛化炭素粉末は
高さ方向に揃って配向していた。熱伝導性成形体の高さ
方向（Ｚ軸方向）における熱伝導率、面内方向（Ｘ軸方
向）における熱伝導率及び表面抵抗値を測定した結果を
表２に示す。

【００７０】

【表２】 （比較例１）実施例１において、試作例１の黒鉛化炭素
粉末に代えて試作例３の黒鉛化炭素粉末を使用するよう
に変更するとともに、熱伝導性高分子組成物を硬化させ
る際の磁場の印加を省略した。それ以外は実施例１と同
様にして熱伝導性成形体を作製した。

【００７１】この熱伝導性成形体中の黒鉛化炭素粉末は
一定方向に配向せずランダムに分散していた。熱伝導性
成形体の厚み方向（Ｚ軸方向）における熱伝導率、面内
方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）における熱伝導率及び表
面抵抗値を測定した結果を表３に示す。

【００７２】（比較例２）比較例１において、磁力線の
向きが熱伝導性成形体の厚み方向に一致する磁場（磁束
密度６テスラ）を印加して熱伝導性高分子組成物中の黒
鉛化炭素粉末を十分に配向させた後に加熱硬化させるよ
うに変更した。それ以外は比較例１と同様にして熱伝導
性成形体を作製した。

【００７３】この熱伝導性成形体中の黒鉛化炭素粉末は
厚み方向に揃って配向していた。熱伝導性成形体の厚み
方向（Ｚ軸方向）における熱伝導率、面内方向（Ｘ軸方
向）における熱伝導率及び表面抵抗値を測定した結果を
表３に示す。

【００７４】（比較例３）実施例５において、試作例２
の黒鉛化炭素粉末に代えて試作例４の黒鉛化炭素粉末を
使用するように変更するとともに、熱伝導性高分子組成
物を硬化させる際の磁場の印加を省略した。それ以外は
実施例１と同様にして熱伝導性成形体を作製した。

【００７５】この熱伝導性成形体中の黒鉛化炭素粉末は
一定方向に配向せずランダムに分散していた。熱伝導性
成形体の厚み方向（Ｚ軸方向）における熱伝導率、面内
方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）における熱伝導率及び表
面抵抗値を測定した結果を表３に示す。

【００７６】（比較例４）比較例３において、磁力線の
向きが熱伝導性成形体の厚み方向に一致する磁場（磁束
密度１０テスラ）を印加して熱伝導性高分子組成物中の
黒鉛化炭素粉末を十分に配向させた後に加熱硬化させる
ように変更した。それ以外は比較例３と同様にして熱伝
導性成形体（アスカーＣ硬度１７）を作製した。

【００７７】この熱伝導性成形体中の黒鉛化炭素粉末は
厚み方向に揃って配向していた。熱伝導性成形体の厚み
方向（Ｚ軸方向）における熱伝導率、面内方向（Ｘ軸方
向）における熱伝導率及び表面抵抗値を測定した結果を
表３に示す。

【００７８】

【表３】 表２に示すように、ホウ素を含有する黒鉛化炭素粉末を
使用した実施例１〜７の熱伝導性成形体は、熱伝導率の
値と表面抵抗値の値がともに大きく、このことから熱伝
導性と電気絶縁性がともに優れていることが示された。
それに対して、表３に示すように、ホウ素を含有しない
黒鉛化炭素粉末を使用した比較例１〜４の熱伝導性成形
体は、熱伝導率の値は大きいが表面抵抗値の値は小さ
く、このことから熱伝導性には優れるが電気絶縁性に劣
ることが示された。

【００７９】また、実施例１〜７において、黒鉛化炭素
粉末の配向方向における熱伝導率の値が、その他の方向
における熱伝導率の値に比べて著しく大きく、実施例１
〜７の熱伝導性成形体は熱伝導性に異方性があることが
示された。

【００８０】（実施例８）実施例１の板状の熱伝導性成
形体を使って配線基板を作製した。熱伝導性成形体を基
板とし、その基板上にエポキシ系接着剤を塗布し、厚さ
３５μｍの銅箔をプレスで加圧接着した後、銅箔をエッ
チングすることにより、基板上に導体回路を形成した。
その配線基板上にトランジスタ（株式会社東芝製 ＴＯ
−２２０）を半田付けし、反対面を冷却ファンで冷却し
ながら通電し、トランジスタと配線基板の温度差より熱
抵抗を求めたところ、０．２３℃／Ｗであった。

【００８１】（比較例５）比較例２の板状の熱伝導性成
形体を使って実施例８と同様にして配線基板を作製し
た。そして、その配線基板上にトランジスタ（株式会社
東芝製 ＴＯ−２２０）を半田付けし、反対面を冷却フ
ァンで冷却しながら通電したが、回路がショートして作
動しなかった。

【００８２】次に、前記実施形態から把握できる技術的
思想について以下に記載する。 （１）高分子材料に黒鉛化炭素粉末を配合した熱伝導性
高分子組成物を所定の形状に成形してなる熱伝導性成形
体であって、前記黒鉛化炭素粉末が表面にホウ素化合物
よりなる被膜を有するとともに、一定方向に配向してい
ることを特徴とする熱伝導性成形体。このように構成し
た場合、良好な熱伝導性と電気絶縁性とを兼ね備えるこ
とができる。

【００８３】（２）表面にホウ素化合物よりなる被膜を
有する黒鉛化炭素粉末を高分子材料に配合した熱伝導性
高分子組成物に対して磁場を印加し、前記黒鉛化炭素粉
末を一定方向に配向させた状態で前記熱伝導性高分子組
成物を固化させることを特徴とする熱伝導性成形体の製
造方法。このように構成した場合、良好な熱伝導性と電
気絶縁性とを兼ね備えた熱伝導性成形体を効率的に製造
することができる。

【００８４】（３）前記黒鉛化炭素粉末は、その製造過
程における炭素化処理又は黒鉛化処理がホウ素化合物の
存在下にて行われたものである請求項４又は上記（２）
に記載の熱伝導性成形体の製造方法。このように構成し
た場合、被膜の形成を容易かつ確実とすることができ
る。

【００８５】（４）前記ホウ素化合物が窒化ホウ素であ
る請求項４、上記（２）又は（３）に記載の熱伝導性成
形体の製造方法。このように構成した場合、熱伝導性と
電気絶縁性をより向上させることができる。

【００８６】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成されている
ため、次のような効果を奏する。請求項１に記載の発明
によれば、良好な熱伝導性と電気絶縁性とを兼ね備える
ことができる。

【００８７】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の効果に加え、被膜の形成を容易かつ確実
とすることができる。請求項３に記載の発明によれば、
請求項１又は請求項２に記載の発明の効果に加え、熱伝
導性と電気絶縁性をより向上させることができる。

【００８８】請求項４に記載の発明によれば、良好な熱
伝導性と電気絶縁性とを兼ね備えた熱伝導性成形体を効
率的に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）〜（ｄ）は熱伝導性成形体の使用例を
示す側面図。

【図２】 同じく熱伝導性成形体の使用例を示す断面
図。

【図３】 四角板状の熱伝導性成形体を示す斜視図。

【図４】 （ａ），（ｂ）は熱伝導性成形体の製造方法
を示す概念図。

【符号の説明】

１３，２１…熱伝導性成形体、１８…熱伝導性成形体と
しての基板。

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｃ０８Ｋ 3/04 Ｃ０８Ｋ 3/04 3/38 3/38 Ｃ０８Ｌ 101/00 Ｃ０８Ｌ 101/00 Ｃ０９Ｋ 5/08 Ｃ０１Ｂ 31/04 １０１Ｂ Ｈ０１Ｌ 23/373 Ｂ２９Ｋ 105:00 // Ｃ０１Ｂ 31/04 １０１ 105:18 Ｂ２９Ｋ 105:00 507:04 105:18 Ｃ０９Ｋ 5/00 Ｄ 507:04 Ｈ０１Ｌ 23/36 Ｍ Ｆターム(参考） 4F071 AA13 AA42 AA49 AA67 AB03 AB18 AB27 AF39 AF44 AG12 AG13 AH12 BB05 BC03 4F204 AA41 AB16 AB18 AC04 AM29 EA03 EB01 EF01 EF02 EK08 4G046 EA02 EB02 EC01 EC06 4J002 AC011 AC031 AC061 AC071 AC081 AC091 BB031 BB061 BB121 BB151 BB161 BB181 BB241 BB271 BC031 BC051 BC061 BD031 BD101 BD121 BD141 BD151 BE021 BF021 BG011 BG051 BG061 BG101 BN151 BQ001 CC031 CD001 CF061 CF071 CF081 CF171 CF211 CG001 CH051 CH071 CH091 CJ001 CK021 CL011 CL031 CL041 CL071 CL081 CM041 CN011 CN031 CP031 DA026 DK007 FD010 FD206 GQ00 5F036 AA01 BA23 BB01 BB21 BD11 BD13 BD14 BD21

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高分子材料に黒鉛化炭素粉末を配合した
   熱伝導性高分子組成物を所定の形状に成形してなる熱伝
   導性成形体であって、前記黒鉛化炭素粉末がホウ素化合
   物を含有するとともに、一定方向に配向していることを
   特徴とする熱伝導性成形体。
2. 【請求項２】 前記黒鉛化炭素粉末は、その製造過程に
   おける炭素化処理又は黒鉛化処理がホウ素化合物の存在
   下にて行われたものである請求項１に記載の熱伝導性成
   形体。
3. 【請求項３】 前記ホウ素化合物が窒化ホウ素である請
   求項１又は請求項２に記載の熱伝導性成形体。
4. 【請求項４】 ホウ素化合物を含有する黒鉛化炭素粉末
   を高分子材料に配合した熱伝導性高分子組成物に対して
   磁場を印加し、前記黒鉛化炭素粉末を一定方向に配向さ
   せた状態で前記熱伝導性高分子組成物を固化させること
   を特徴とする熱伝導性成形体の製造方法。