JP2014003141A - 熱伝導性シート及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【解決手段】熱伝導層の片面又は両面に熱伝導性樹脂層を積層させてなり、厚み方向の熱伝導率が１．５Ｗ／ｍＫ以上で、面内方向の熱伝導率を厚み方向の熱伝導率で割った値が２以上であることを特徴とする熱伝導性シート。
【効果】本発明の熱伝導性シートは、熱伝導層の片側又は両側に接触熱抵抗を低減のための熱伝導性樹脂層を積層させてなり、熱伝導性樹脂層が発熱体との密着性を向上させ、接触熱抵抗を低減し、素早く熱伝導層に熱を伝えることができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、発熱性電子部品からの熱を均一にヒートスポットのない状態で伝導することができる熱伝導性シート及び電子機器に関する。

パーソナルコンピューター、デジタルビデオディスク、携帯電話等の電子機器に使用されるＣＰＵ、ドライバＩＣやメモリー等のＬＳＩチップは、高性能化・高速化・小型化・高集積化に伴い、それ自身が大量の熱を発生するようになり、その熱によるチップの温度上昇はチップの動作不良、破壊を引き起こす。そのため、動作中のチップの温度上昇を抑制するための多くの熱放散方法及びそれに使用する熱放散部材が提案されている。

また、近年スマートフォンやタブレットＰＣに代表されるような携帯可能な電子端末が急速に発展、普及している。例えば、スマートフォンは手の平の上で操作し、更に通話のときには端末本体が頬及び耳に直接触れることになる。タブレットＰＣにおいても、腕や膝の上に乗せて操作する場面がある。端末背面へメモリーやチップから発生した熱が効率よく伝わると、端末背面の温度分布に偏りが生まれ、その部分だけ熱く感じてしまう。所謂ヒートスポットと呼ばれるもので、直接肌に触れる機会の多い、スマートフォンやタブレットＰＣにおいてはできるだけヒートスポットを無くして、温度分布を均一化したい。このような場合に、メモリーやチップ等の発熱体と筐体の間にグラファイトシートに代表されるような、面内方向の熱伝導に優れたシートを介在させることで、発熱体から発生した熱を素早く拡散し、ヒートスポットを無くす手法が取られている。ただ、グラファイトシートは非常に高価であること、また非常に脆いため、擦るとグラファイト成分が剥がれ落ちたり、グラファイト粉が飛沫したりする。また、厚みが薄くなると強度が落ち、取り扱い性が難しい。

また、グラファイトに代わる熱伝導層として銅箔が挙げられるが、銅は比重が８．９と非常に重い。携帯できる電子端末であるスマートフォンやタブレットＰＣ用途では端末の軽量化という観点から非常に不利である。しかも、銅は錆びやすく管理が難しい。

そこで、銅よりも安定でコストも安く、比重も軽い熱伝導層としてアルミニウム箔が挙げられる。更にアルミニウム箔は５μｍ程度の薄さまで成形可能で、今後携帯できる電子端末が更に小型化、薄型化していくことを考えると、最も有望な熱伝導層であるといえる。

ただ、グラファイトシート、銅箔、アルミニウム箔といった、熱伝導層単体では、表面が非常に硬く、発熱体と筐体の間に介在させた時に発熱体との密着性が悪く、接触熱抵抗が大きく、発熱体から発生した熱が効率良く熱伝導層に伝わらず、例えばグラファイトは面内方向の熱伝導率としては１，０００Ｗ／ｍＫを超えるものがあるが、期待しているほどの熱拡散効果が得られていない。

スマートフォンやタブレットＰＣに代表されるような電子端末の背面の温度分布均一化のために、いかに発熱体から発生した熱を効率的に熱伝導層に伝え、素早く面内に拡散させるかが課題である。ヒートスポットが存在すると使用者が熱いと感じてしまうということと、発熱体に熱ストレスが掛かり、誤作動や短寿命化の原因となってしまう。
なお、本発明に関連する従来技術として、下記文献が挙げられる。

特開平６−２９１２２６号公報 特開２０１０−２１９２９０号公報 特開２００７−１２９１３号公報

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、発熱性電子部品からの熱を均一にヒートスポットがない状態を伝導する熱伝導性シート及びこの熱伝導性シートが実装された電子機器を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、熱伝導層を片側若しくは両側に熱伝導性樹脂を積層させた熱伝導性シートを用いることで、発熱体との密着性が向上し、熱伝導性シートとの接触熱抵抗が低下し、発生した熱を素早く熱伝導層に伝えることができること、熱伝導層に伝わった熱は素早く面内に拡散するために、ヒートスポットを作らなくて済むこと、また、面内への熱拡散に着目し、面内方向の熱伝導率を厚み方向の熱伝導率で割った値が２以上であることが必要であること、ただ、厚み方向の熱伝導率が低すぎると、発熱体から発生した熱が熱伝導性中間層に効率よく伝わらないため、厚み方向の熱伝導率は１．０Ｗ／ｍＫ以上有している必要があることを知見し、本発明をなすに至ったものである。

従って、本発明は下記熱伝導性シート及び電子機器を提供する。
〔１〕
熱伝導層の片面又は両面に熱伝導性樹脂層を積層させてなり、厚み方向の熱伝導率が１．５Ｗ／ｍＫ以上で、面内方向の熱伝導率を厚み方向の熱伝導率で割った値が２以上であることを特徴とする熱伝導性シート。
〔２〕
熱伝導性樹脂層が、ポリマーマトリックスと熱伝導性充填剤とを含む樹脂層から形成されることを特徴とする〔１〕記載の熱伝導性シート。
〔３〕
熱伝導性樹脂層の厚みが４００μｍ以下であることを特徴とする〔１〕又は〔２〕記載の熱伝導性シート。
〔４〕
熱伝導性樹脂層の熱伝導率が１．０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の熱伝導性シート。
〔５〕
熱伝導性樹脂層の硬さがＡｓｋｅｒ Ｃで６０以下であることを特徴とする〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の熱伝導性シート。
〔６〕
熱伝導性樹脂層が、
（Ａ）分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサン：１００質量部、
（Ｂ）ケイ素原子に直接結合した水素原子が少なくとも２個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン：ケイ素原子に直接結合した水素原子のモル数が（Ａ）成分由来のアルケニル基のモル数の０．１〜５．０倍量となる量、
（Ｃ）熱伝導性充填剤：２００〜２，５００質量部、
（Ｄ）白金系硬化触媒：（Ａ）成分に対して白金族元素質量換算で０．１〜１，０００ｐｐｍ
を含むシリコーン組成物の硬化物からなることを特徴とする〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載の熱伝導性シート。
〔７〕
熱伝導層が、厚み方向の熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上で、面内方向の熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする〔１〕〜〔６〕のいずれかに記載の熱伝導性シート。
〔８〕
熱伝導層の比重が６以下であることを特徴とする〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載の熱伝導性シート。
〔９〕
熱伝導層の厚みが１００μｍ以下であることを特徴とする〔１〕〜〔８〕のいずれかに記載の熱伝導性シート。
〔１０〕
熱伝導層の材質がアルミニウムであることを特徴とする〔１〕〜〔９〕のいずれかに記載の熱伝導性シート。
〔１１〕
熱伝導層の片側に熱伝導性樹脂層を積層させた〔１〕〜〔１０〕のいずれかに記載の熱伝導性シートを熱伝導性樹脂層が発熱体側に、熱伝導層が放熱体側になるように実装された電子機器。
〔１２〕
熱伝導層の片側に熱伝導性樹脂層を積層させた〔１〕〜〔１０〕のいずれかに記載の熱伝導性シートを、携帯端末本体の背面に、熱伝導性樹脂層が発熱体側に、熱伝導層が背面ケース側になるように実装された携帯端末。

本発明の熱伝導性シートは、熱伝導層の片側又は両側に接触熱抵抗を低減のための熱伝導性樹脂層を積層させてなり、熱伝導性樹脂層が発熱体との密着性を向上させ、接触熱抵抗を低減し、素早く熱伝導層に熱を伝えることができる。熱伝導層に伝わった熱は直ちに面内に拡散される。スマートフォン、タブレットＰＣ、ウルトラブック（商標登録）に代表される携帯できる電子端末の背面に本熱伝導性シートを実装することで、背面の温度分布を均一化し、ヒートスポットを無くすことができるため、使用者の使用感を向上させ、更に発熱体内の温度上昇を抑えることができる。

携帯端末に本発明の熱伝導性シートを実装した状態の断面図である。 熱拡散性をシュミレーションするための装置の概略断面図である。

本発明の熱伝導性シートは、熱伝導層の片面又は両面に熱伝導性樹脂層を積層したものである。
ここで、熱伝導性樹脂層は、ポリマーマトリックスと熱伝導性充填剤とを含む樹脂層から形成される。
この場合、熱伝導性樹脂層の熱伝導性樹脂のポリマーマトリックスとしては、有機ゴム、シリコーンゴム、ポリウレタンゲル、合成ゴム、天然ゴム等のゴムや、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂、熱可塑性エラストマーから選ばれる。マトリックスは１種とは限らず２種以上を組み合わせてもよい。
なかでもシリコーンゴムは耐熱性、耐寒性、耐候性、電気特性等の観点から、他のマトリックスよりも優れている。熱伝導性シートが電子部品の寿命や正確な作動を司る重要な部材であることを考えれば、シリコーンゴムを用いることが好ましい。

一方、熱伝導性充填剤としては、非磁性の銅やアルミニウム等の金属、アルミナ、シリカ、マグネシア、ベンガラ、ベリリア、チタニア、ジルコニア等の金属酸化物、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化硼素等の金属窒化物、水酸化マグネシウム等の金属水酸化物、人工ダイヤモンドあるいは炭化珪素等一般に熱伝導充填剤とされる物質を用いることができる。また平均粒径は０．１〜２００μｍ、より好ましくは０．１〜１００μｍ、更に好ましくは０．５〜５０μｍのものを用いることができ、１種又は２種以上複合して用いてもよい。
なお、この平均粒径は、レーザー光回折法による粒度分布測定装置によって求めることができ、平均粒径は、レーザー光回折法による粒度分布測定における質量平均値Ｄ５０（即ち、累積質量が５０％となるときの粒子径又はメジアン径）として測定した値である。

熱伝導性充填剤の充填量としては、ポリマーマトリックス１００質量部に対して、２００〜２，５００質量部含まれていることが好ましい。より好ましくは２００〜１，５００質量部である。２００質量部未満だと、熱伝導性樹脂層の熱伝導率が十分得られず発熱量の大きい発熱部材に適応できない場合がある。一方、熱伝導性充填剤の充填量が２，５００質量部を超えるとシートの成形性が悪くなり、成形したシートの柔軟性も乏しくなるためである。
熱伝導性樹脂層のポリマーマトリックスとしては、上述したように、シリコーンゴムが好ましいが、特に熱伝導性樹脂層としては、
（Ａ）分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサン：１００質量部、
（Ｂ）ケイ素原子に直接結合した水素原子が少なくとも２個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン：ケイ素原子に直接結合した水素原子のモル数が（Ａ）成分由来のアルケニル基のモル数の０．１〜５．０倍量となる量、
（Ｃ）熱伝導性充填剤：２００〜２，５００質量部、
（Ｄ）白金系硬化触媒：（Ａ）成分に対して白金族元素質量換算で０．１〜１，０００ｐｐｍ
を含むシリコーン組成物の硬化物から形成されたものが好ましい。

ここで、（Ａ）成分であるアルケニル基含有オルガノポリシロキサンは、ケイ素原子に結合したアルケニル基を１分子中に２個以上有するオルガノポリシロキサンである。通常は主鎖部分が基本的にジオルガノシロキサン単位の繰り返しからなるのが一般的であるが、これは分子構造の一部に分枝状の構造を含んだものであってもよく、また環状体であってもよいが、硬化物の機械的強度等、物性の点から直鎖状のジオルガノポリシロキサンが好ましく、下記平均組成式で示されるものを用いることができる。
Ｒ¹ _aＳｉＯ_(4-a)/2
（式中、Ｒ¹は炭素原子数１〜１２、好ましくは１〜１０の１価炭化水素基で、下記のアルケニル基及びアルケニル基以外の１価炭化水素基である。ａは１〜４、好ましくは１〜３、より好ましくは１〜２の正数である。）

詳しくは、ケイ素原子に結合するアルケニル基以外の官能基としては、非置換又は置換の１価炭化水素基であり、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基等のシクロアルキル基、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、ビフェニル基等のアリール基、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基、メチルベンジル基等のアラルキル基、並びにこれらの基に炭素原子が結合している水素原子の一部又は全部が、フッ素、塩素、臭素等のハロゲン原子、シアノ基等で置換された基、例えば、クロロメチル基、２−ブロモエチル基、３−クロロプロピル基、３，３，３−トリフルオロプロピル基、クロロフェニル基、フルオロフェニル基、シアノエチル基、３，３，４，４，５，５，６，６，６−ノナフルオロヘキシル基等が挙げられ、代表的なものは炭素原子数が１〜１０、特に代表的なものは炭素原子数が１〜６のものであり、好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基、クロロメチル基、ブロモエチル基、３，３，３−トリフルオロプロピル基、シアノエチル基等の炭素原子数１〜３の非置換又は置換のアルキル基及びフェニル基、クロロフェニル基、フルオロフェニル基等の非置換又は置換のフェニル基である。また、ケイ素原子に結合したアルケニル基以外の官能基は全てが同一であることを限定するものではない。

また、アルケニル基としては、例えばビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基、シクロヘキセニル基等の通常炭素原子数２〜８程度のものが挙げられ、中でもビニル基、アリル基等の低級アルケニル基が、特に好ましくはビニル基が好ましい。
なお、アルケニル基の含有量は、０．００１〜０．１ｍｏｌ／１００ｇであることが好ましい。

このオルガノポリシロキサンのオストワルド計により測定した２５℃における動粘度は、通常、１０〜１００，０００ｍｍ²／ｓ、特に好ましくは５００〜５０，０００ｍｍ²／ｓの範囲である。前記粘度が低すぎると、得られる組成物の保存安定性が悪くなり、また高すぎると得られる組成物の伸展性が悪くなる場合がある。

この（Ａ）成分のオルガノポリシロキサンは１種単独でも、粘度が異なる２種以上を組み合わせて用いてもよい。

（Ｂ）成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、１分子中に平均で２個以上、好ましくは３〜１００個のケイ素原子に直接結合する水素原子（Ｓｉ−Ｈ基）有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンであり、（Ａ）成分の架橋剤として作用する成分である。即ち、（Ｂ）成分中のＳｉ−Ｈ基と（Ａ）成分中のアルケニル基との後述の（Ｄ）成分の白金族系触媒により促進されるヒドロシリル化反応により付加して、架橋構造を有する３次元網目構造を与える。またＳｉ−Ｈ基の数が１個未満の場合、硬化しないおそれがある。

オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、下記平均構造式（Ｂ）で表されるものが好ましい。

（式中、Ｒ²は独立に脂肪族不飽和結合を含有しない非置換又は置換の１価炭化水素基あるいは水素原子であり、但し、少なくとも２個、好ましくは２〜１０、より好ましくは２〜５は水素原子であり、ｎは１以上、好ましくは１０〜１００、より好ましくは１０〜５０の整数である。）

式（Ｂ）中、Ｒ²の水素原子以外の脂肪族不飽和結合を含有しない非置換又は置換の１価炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基等のシクロアルキル基、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、ビフェニリル基等のアリール基、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基、メチルベンジル基等のアラルキル基、並びにこれらの基に炭素原子が結合している水素原子の一部又は全部が、フッ素、塩素、臭素等のハロゲン原子、シアノ基等で置換された基、例えば、クロロメチル基、２−ブロモエチル基、３−クロロプロピル基、３，３，３−トリフルオロプロピル基、クロロフェニル基、フルオロフェニル基、シアノエチル基、３，３，４，４，５，５，６，６，６−ノナフルオロヘキシル基等が挙げられ、代表的なものは炭素原子数が１〜１０、特に代表的なものは炭素原子数が１〜６のものであり、好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基、クロロメチル基、ブロモエチル基、３，３，３−トリフルオロプロピル基、シアノエチル基等の炭素原子数１〜３の非置換又は置換のアルキル基及びフェニル基、クロロフェニル基、フルオロフェニル基等の非置換又は置換のフェニル基である。また、Ｒ²は全てが同一であることを限定するものではない。

これら（Ｂ）成分の添加量は、（Ｂ）成分由来のＳｉ−Ｈ基が（Ａ）成分由来のアルケニル基１モルに対して０．１〜５．０モルとなる量、好ましくは０．３〜２．０モル、更に好ましくは０．５〜１．０となる量である。（Ｂ）成分由来のＳｉ−Ｈ基の量が（Ａ）成分由来のアルケニル基１モルに対して０．１モル未満であると硬化しない又は硬化物の強度が不十分で成形体としての形状を保持できず取り扱えない場合がある。また５モルを超えると硬化物の柔軟性がなくなり、硬化物が脆くなるおそれがある。

（Ｃ）成分の熱伝導性充填剤としては上述した通りであり、この場合の配合量は、（Ａ）成分１００質量部に対して２００〜２，５００質量部、特に２００〜１，５００質量部である。

（Ｄ）成分の白金系硬化触媒は、（Ａ）成分由来のアルケニル基と、（Ｂ）成分由来のＳｉ−Ｈ基の付加反応を促進するための触媒であり、ヒドロシリル化反応に用いられる触媒として周知の触媒が挙げられる。その具体例としては、例えば、白金（白金黒を含む）、ロジウム、パラジウム等の白金族金属単体、Ｈ₂ＰｔＣｌ₄・ｎＨ₂Ｏ、Ｈ₂ＰｔＣｌ₆・ｎＨ₂Ｏ、ＮａＨＰｔＣｌ₆・ｎＨ₂Ｏ、ＫａＨＰｔＣｌ₆・ｎＨ₂Ｏ、Ｎａ₂ＰｔＣｌ₆・ｎＨ₂Ｏ、Ｋ₂ＰｔＣｌ₄・ｎＨ₂Ｏ、ＰｔＣｌ₄・ｎＨ₂Ｏ、ＰｔＣｌ₂、Ｎａ₂ＨＰｔＣｌ₄・ｎＨ₂Ｏ（但し、式中、ｎは０〜６の整数であり、好ましくは０又は６である）等の塩化白金、塩化白金酸及び塩化白金酸塩、アルコール変性塩化白金酸（米国特許第３，２２０，９７２号明細書参照）、塩化白金酸とオレフィンとのコンプレックス（米国特許第３，１５９，６０１号明細書、同第３，１５９，６６２号明細書、同第３，７７５，４５２号明細書参照）、白金黒、パラジウム等の白金族金属をアルミナ、シリカ、カーボン等の担体に担持させたもの、ロジウム−オレフィンコンプレックス、クロロトリス（トリフェニルフォスフィン）ロジウム（ウィルキンソン触媒）、塩化白金、塩化白金酸又は塩化白金酸塩とビニル基含有シロキサン、特にビニル基含有環状シロキサンとのコンプレックス等が挙げられる。（Ｄ）成分の使用量は、所謂触媒量でよく、通常、（Ａ）成分に対する白金族金属元素の質量換算で、０．１〜１，０００ｐｐｍ程度がよい。

（Ｅ）成分として、付加反応制御剤を配合してもよく、付加反応制御剤は、通常の付加反応硬化型シリコーン組成物に用いられる公知の付加反応制御剤を全て用いることができる。例えば、１−エチニル−１−ヘキサノール、３−ブチン−１−オール等のアセチレン化合物や各種窒素化合物、有機リン化合物、オキシム化合物、有機クロロ化合物等が挙げられる。使用量としては、（Ａ）成分１００質量部に対して０．０１〜１質量部程度が望ましい。

なお、上記シリコーンゴムとしては、上述した付加反応硬化型のシリコーン組成物を硬化したものに限られず、有機過酸化物硬化型、紫外線硬化型、電子線硬化型、縮合反応硬化型の公知のシリコーン組成物を硬化することによって得られたものを用いることができる。

［熱伝導性樹脂層の厚み］
熱伝導性樹脂層の厚みは４００μｍ以下が好ましく、より好ましくは２００μｍ以下、更に好ましくは１５０μｍ以下である。熱伝導性樹脂層の役割としては、発熱体から発生した熱を効率的に熱伝導層に伝えることであるので、熱伝導性樹脂層が厚いと不利になってしまう。その下限は、１０μｍ以上、特に５０μｍ以上であることが本発明の効果を発揮させる点から好ましい。

［熱伝導性樹脂層の熱伝導率］
熱伝導性樹脂層の熱伝導率は１．０Ｗ／ｍＫ以上が好ましい。より好ましくは２．０Ｗ／ｍＫ以上で、更に好ましくは３．０Ｗ／ｍＫ以上である。熱伝導性樹脂層の役割は発熱体から発生した熱を効率的に熱伝導層に伝えることであるので、熱伝導性樹脂層の熱伝導率が１．０Ｗ／ｍＫを切ると発熱体から発生した熱を熱伝導層に伝える際に非常に不利である。なお、その上限は特に制限はないが、通常１５Ｗ／ｍＫ以下である。

測定方法としては、測定用サンプルとして熱伝導性樹脂硬化物を６０ｍｍ×６０ｍｍ×６ｍｍのサイズに成形したものを２つ準備し、成形体でプローブを挟み、ホットディスク法を用いて測定した。

［熱伝導性樹脂層の硬さ］
熱伝導性樹脂層の硬さはＡｓｋｅｒ Ｃで６０以下が好ましい。より好ましくは３０以下、更に好ましくは１０以下である。熱伝導性樹脂層の役割は効率的に発熱体から発生した熱を熱伝導層に伝えることであり、Ａｓｋｅｒ Ｃで６０より硬いと、発熱体との密着性が悪くなり、効率的に熱を伝えることができない。なお、その下限は通常１以上である。
測定方法はアスカーＣ硬度計を用い、ＪＩＳ規格に準拠して行なった。

上記熱伝導性樹脂層が積層される熱伝導層としては、面内方向の熱伝導に優れた熱伝導層としてグラファイトシートが挙げられる。しかし、グラファイトシートは非常に高価であること、また非常に脆いため、擦るとグラファイト成分が剥がれ落ちたり、グラファイト粉が飛沫したりする。厚みが薄くなると、強度が下がり、取り扱いが非常に悪くなる。

また、グラファイトに代わる熱伝導層として銅箔が挙げられるが、銅は比重が８．９と非常に重い。携帯できる電子端末であるスマートフォンやタブレットＰＣ用途では端末の軽量化という観点から非常に不利である。また銅は錆びやすく管理が難しい。

そこで、比重が６以下のものが好ましく、特に銅よりも安定でコストも安く、比重も軽い熱伝導層としてアルミニウム箔が好適に用いられる。更にアルミニウム箔は５μｍ程度の薄さまで成形可能で、今後携帯端末が更に小型化、薄型化していくことを考えると最も有望な熱伝導層であるといえる。

［熱伝導層の熱伝導率］
熱伝導層の厚み方向の熱伝導率は３０Ｗ／ｍＫ以上、好ましくは６０Ｗ／ｍＫ以上で、面内方向への熱伝導率は２００Ｗ／ｍＫ以上、特に２５０Ｗ／ｍＫ以上が好ましい。厚み方向にもある程度の熱伝導率を有していなければ、厚み方向の熱伝達が著しく悪くなってしまうためである。また、面内方向の熱伝導率が小さいと、効率的に熱拡散させることができない。なお、熱伝導層の厚み方向の熱伝導率、面内方向への熱伝導率は特に制限されないが、厚み方向の熱伝導率は７００Ｗ／ｍＫ以下、特に５００Ｗ／ｍＫ以下、面内方向への熱伝導率は１，５００Ｗ／ｍＫ以下、特に７００Ｗ／ｍＫ以下が好ましい。

［熱伝導層の厚み］
熱伝導層の厚みが１００μｍ以下であることが好ましい。更に好ましくは７０μｍ以下である。スマートフォンやタブレットＰＣに用いられる部材として、薄くて軽いことが求められるためである。１００μｍを超えるような熱伝導層だと、熱伝導性シート全体の厚みが厚くなるし、熱伝導性樹脂層を積層する際の加工性も難しくなる。
なお、熱伝導層の厚さの下限は、通常２μｍ以上、特に１０μｍ以上とすることが好ましい。

熱伝導層に熱伝導性樹脂層を積層させる際に、片面のみに積層させるか、両面に積層させるかで、熱伝導性シートとして果たす役割が異なる。

片面に積層させる場合、発熱体側に樹脂層が当たるように実装し、放熱体側には熱伝導層が接することになる。この場合、発熱体と熱伝導性シートとの密着は熱伝導性樹脂層の寄与により非常に良好で、接触熱抵抗が低減し、効率良く熱を伝えることができる。一方、筐体側（放熱体側）は熱伝導性樹脂層がないため、密着性に乏しく、接触熱抵抗が非常に大きくなってしまう。この場合、厚み方向の熱伝達が悪くなるため、相対的に面内方向によく熱が伝わることになり、熱拡散という観点から見れば、最も効率がよい。

図１は、スマートフォン、タブレットＰＣ、ウルトラブック（商標登録）に代表されるような携帯端末１０に、熱伝導層２の片面に熱伝導性樹脂層３を積層した熱伝導性シート１を適用した例を示す。即ち、基板１２と半導体チップ１４とを備えた携帯端末本体１６の発熱体側（半導体チップ１４側）に熱伝導性樹脂層３が配置され、熱伝導層２が携帯端末１０の背面ケース１８側に配置されるように熱伝導性シート１を実装したものである。

一方、両側に積層させる場合、発熱体側、筐体側共に密着性が良好になり、接触熱抵抗が低減し、厚み方向の熱伝達がよくなる。この場合、面内の熱拡散をさせながらも、厚み方向にも熱を逃がすことができる。

片側のみに熱伝導性樹脂層を積層させたものを用いるか両側に熱伝導性樹脂層を積層させたものを用いるかは、どのように熱を逃がしたいかという放熱設計次第である。

本発明に係る熱伝導層に熱伝導性樹脂層を積層してなる熱伝導性シートは、厚み方向の熱伝導率が１．５Ｗ／ｍＫ以上、好ましくは２Ｗ／ｍＫ以上で、通常２０Ｗ／ｍＫ以下、特に１０Ｗ／ｍＫ以下であり、面内方向の熱伝導率を厚み方向の熱伝導率で割った値が２以上、好ましくは５以上、より好ましくは７以上である。その上限は特に制限されないが、１００以下、特に７０以下である。

［熱伝導性シートの熱伝導率］
熱伝導性シートの面内方向、厚み方向の熱伝導率は共に、ベテル社製商品名サーモウェーブアナライザーを用いて測定した。

［熱伝導性シートの面内方向の熱伝導率］
熱伝導性シート自体の面内方向の熱伝導率は、サーモウェーブアナライザーによって測定される。測定原理としては、熱伝導性シートの片面の１点から周期加熱し、反対面から放射測温するときに、測温位置を移動させ、距離ごとの位相差を求め、面内方向の熱拡散率を求め、熱拡散率から熱伝導率を算出する。
上述したように、面内方向の熱伝導率を厚み方向の熱伝導率で割った値が２以上であることが好ましい。より好ましくは５以上である。熱伝導性シートの面内方向と厚み方向の熱伝導率に差が無ければ、熱を面内に効率的に拡散させることができないためである。

［熱伝導性シートの厚み方向の熱伝導率］
熱伝導性シート自体の厚み方向の熱伝導率は、サーモウェーブアナライザーによって測定される。測定原理としては、熱伝導性シートの片面の１点から周期加熱するときの加熱周波数を変化させることで、周波数ごとの位相差を求め、厚み方向の熱拡散率を求め、熱拡散率から熱伝導率を算出する。厚み方向への熱伝導率が低いと、効率的に熱伝導層に発熱体から発生した熱が効率良く伝わらないので、上述したように１．５Ｗ／ｍＫ以上が好ましい。

本発明に係る熱伝導性シートが適用される電子機器としては、スマートフォン、タブレットＰＣ、ウルトラブック（商標登録）に代表される携帯端末が挙げられる。

以下に実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。

実施例及び比較例で用いた成分は以下の通りである。
（Ａ）成分：

Ｘがビニル基である、オルガノポリシロキサン。
（Ａ−１）粘度：６００ｍｍ²／ｓ（２５℃）
（Ａ−２）粘度：３０，０００ｍｍ²／ｓ（２５℃）

（Ｂ）成分：

ハイドロジェンポリシロキサン
平均重合度が下記の通りである、両末端が水素で封鎖されたハイドロジェンポリシロキサン
平均重合度：ｏ＝２８、ｐ＝２

（Ｃ）成分：
平均粒径が下記の通りである水酸化アルミニウム。
（Ｃ−１）平均粒径１μｍ：アルミニウム粉
（Ｃ−２）平均粒径１０μｍ：アルミニウム粉
（Ｃ−３）平均粒径１μｍ：アルミナ
（Ｃ−４）平均粒径１０μｍ：アルミナ

（Ｄ）成分：
５質量％塩化白金酸２−エチルヘキサノール溶液

（Ｅ）成分：
付加反応制御剤として、エチニルメチリデンカルビノール。

（Ｆ）成分：

平均重合度３０である片末端がトリメトキシシリル基で封鎖されたジメチルポリシロキサン。

（Ｇ）成分：
可塑剤としてジメチルポリシロキサン。

ｒ＝８０のジメチルポリシロキサン。

材料の混練にはプラネタリーミキサーを用い、組成物イ〜ホを得た。

（熱伝導層）
アルミニウム箔 厚み５０μｍ
アルミニウム箔 厚み３０μｍ
グラファイトシート 厚み１００μｍ

［実施例１〜４］
表１に示すシリコーン組成物イ〜ホに対して、トルエンを添加し、２０質量％のトルエン溶液を調製した。この溶液を熱伝導層上にスペーサーを用いてコーティングし、８０℃でトルエンを揮発させ、続いて１２０℃で硬化させた。熱伝導層の両側に積層させる場合には、もう片方の面にも熱伝導性シリコーン組成物のトルエン溶液の塗工を行った。熱伝導層の片側を表面とし、その裏側を裏面とする。表面に塗工する組成物と裏面に塗工する組成物は異なっていてもよい。

評価方法としては、上述したようにサーモウェーブアナライザーによって面内方向、及び厚み方向の熱伝導率を測定した。

実施例１〜４のように、熱伝導層の片側又は両側に熱伝導性樹脂層を積層させることで、接触熱抵抗が低減し、効率的に熱伝導層に熱が伝わり、面内への熱伝導率を厚み方向の熱伝導率で割った値が２以上であることを確認した。厚み方向の熱伝導率も１．５Ｗ／ｍＫ以上を持つ。また、熱伝導層の片面にのみ熱伝導性樹脂層を積層させた場合、面内方向の熱伝導率を厚み方向の熱伝導率で割った値が大きくなる。一方、比較例１のように熱伝導性樹脂層の熱伝導率が低いと、厚み方向の熱伝導率が十分得られない。比較例２のように熱伝導層がないと、面内方向と厚み方向の熱伝導率に差が出ない。比較例３のように、グラファイトシートは面内方向に優れた熱伝導率を示す。ただ、実装した際には、発熱体との接触熱抵抗が加味されるため、期待しているほどの熱拡散性は得られないと予想される。

実装した際の熱拡散性をシュミレーションするために、図２に示す装置を用いて温度を測定した。結果を表３に示す。
〔実装した際の熱拡散の実験の条件〕
熱源（ヒーター）材質：ＳＵＳ ３０４
電力：６Ｗ（２５Ｖ）
温度の測定方法：非接触型赤外線温度計
<手順>
１． 断熱材２０の上に測定用サンプル２２を置く（サンプルサイズ：１６×１６ｃｍ）。
２． サンプル２２の中心に、直径２０ｃｍ角の熱源（ヒーター）２１を置く（電力：６Ｗ）。
３． １分後、熱源の温度と熱源の中心から３０ｍｍ離れた点の温度を測定する。
<測定サンプル>
・ 実施例１，３記載の熱伝導性シート（熱伝導性樹脂層側に熱源を置く）
・ 比較例１，３記載の熱伝導性シート

上記表３の結果から示すように、実施例１，３記載の熱伝導性シートを用いた場合、熱源の温度と３０ｍｍ離れた点の温度差が、比較例１，３記載の熱伝導性シートを用いた場合に比べて小さいことがわかる。これは、効果的に熱が拡散していることを示す。

１ 熱伝導性シート
２ 熱伝導層
３ 熱伝導性樹脂層
１０ 携帯端末
１２ 基板
１４ 半導体チップ
１６ 携帯端末本体
１８ 背面ケース
２０ 断熱材
２１ 熱源
２２ サンプル

Claims (12)

1. 熱伝導層の片面又は両面に熱伝導性樹脂層を積層させてなり、厚み方向の熱伝導率が１．５Ｗ／ｍＫ以上で、面内方向の熱伝導率を厚み方向の熱伝導率で割った値が２以上であることを特徴とする熱伝導性シート。
2. 熱伝導性樹脂層が、ポリマーマトリックスと熱伝導性充填剤とを含む樹脂層から形成されることを特徴とする請求項１記載の熱伝導性シート。
3. 熱伝導性樹脂層の厚みが４００μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の熱伝導性シート。
4. 熱伝導性樹脂層の熱伝導率が１．０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の熱伝導性シート。
5. 熱伝導性樹脂層の硬さがＡｓｋｅｒ Ｃで６０以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の熱伝導性シート。
6. 熱伝導性樹脂層が、
   （Ａ）分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサン：１００質量部、
   （Ｂ）ケイ素原子に直接結合した水素原子が少なくとも２個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン：ケイ素原子に直接結合した水素原子のモル数が（Ａ）成分由来のアルケニル基のモル数の０．１〜５．０倍量となる量、
   （Ｃ）熱伝導性充填剤：２００〜２，５００質量部、
   （Ｄ）白金系硬化触媒：（Ａ）成分に対して白金族元素質量換算で０．１〜１，０００ｐｐｍ
   を含むシリコーン組成物の硬化物からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の熱伝導性シート。
7. 熱伝導層が、厚み方向の熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上で、面内方向の熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の熱伝導性シート。
8. 熱伝導層の比重が６以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の熱伝導性シート。
9. 熱伝導層の厚みが１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の熱伝導性シート。
10. 熱伝導層の材質がアルミニウムであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の熱伝導性シート。
11. 熱伝導層の片側に熱伝導性樹脂層を積層させた請求項１〜１０のいずれか１項記載の熱伝導性シートを熱伝導性樹脂層が発熱体側に、熱伝導層が放熱体側になるように実装された電子機器。
12. 熱伝導層の片側に熱伝導性樹脂層を積層させた請求項１〜１０のいずれか１項記載の熱伝導性シートを、携帯端末本体の背面に、熱伝導性樹脂層が発熱体側に、熱伝導層が背面ケース側になるように実装された携帯端末。

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