JP3305720B2 - 放熱シート - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は放熱シート（熱伝導性シート）に係り、特に
放熱性、電気絶縁性および柔軟性に優れており、例えば
トランジスタ、コンデンサ、LSIパッケージ等の電子機
器部品に対する密着性が優れ、部品で発生する熱を効率
的に系外に伝達し得る放熱シートに関する。

背景技術 トランジスタ、コンデンサ、LSIパッケージ等の電子
・電気部品は、動作時の発熱により寿命が短かくなり、
また信頼性も低下し易くなる。そのため、対策として、
電子・電気部品と、この電子・電気部品に熱的に接続さ
れる放熱フィン等のヒートシンク（冷却手段）との間に
熱伝導性および密着性が優れた放熱シートを介装し、こ
の放熱シートを介して発熱を系外に放出する工夫がなさ
れている。

上記の放熱シートは、一般にマトリックス樹脂中に熱
伝導性フィラーを分散せしめてシート状に構成して製造
されている。マトリックス樹脂としては、例えばシリコ
ーンゴムが用いられる一方、熱伝導性フィラーとして
は、粒子状、板状、針状の形状を有する窒化ボロンなど
が使用されている。

また放熱シートは上記のようなマトリックス樹脂およ
び熱伝導性フィラーを使用し、大別して下記の３通りの
製造方法によって製造されている。

第１の方法は、マトリックス樹脂（例えばシリコーン
ゴム）と熱伝導性フィラー（例えば窒化硼素（BN））を
配合し混合して原料混合体とし、この原料混合体を通常
のゴム材料と同様にロール、カレンダ、押出し機等によ
りシート状に成形し、得られた成形体をプレスして加硫
するという方法である。

第２の方法は、マトリックス樹脂（例えばシリコーン
ゴム）と熱伝導性フィラー（例えば窒化ボロン）を混合
し溶剤に希釈した後、ドクターブレード法に従ってシー
ト状に形成し、乾燥してプレスして加硫するという方法
である。

第３の方法は、マトリックス樹脂（例えばシリコーン
ゴム）100重量部に対して熱伝導性フィラー（例えば窒
化ボロン）が200重量部以上配合されているという熱伝
導性フィラー高充填配合物を用いる製法であって、上記
原料をニーダ等の密閉式混練機に掛けて混合して粉末状
ゴム材に形成し、これを所定のシート成形用金型に一定
量充填しプレスして加硫するという方法である。

図41は上記従来の製造方法によって調製された放熱シ
ートの構成を示す断面図である。すなわち従来の放熱シ
ート10において、マトリックス樹脂11内に分布している
熱伝導性フィラー12は、放熱シート10の平面方向（長さ
方向）に沿って熱伝導性フィラー12の長軸が配向した状
態で配合されている。

上記のような熱伝導性フィラー12の配向は、原料混合
体がロール成形や押出し成形によって成形される際に圧
延方向や押出し方向にフィラー12が整列するために生じ
る。

しかしながら上記した従来製法によって調製される放
熱シートにおいては、熱伝導性フィラー12が平面方向に
配向し、隣接する熱伝導性フィラー12同士が相互に接触
し、いわば熱伝導性フィラー12が放熱シート10の平面方
向（長さ方向）に連続した状態に形成され易い。したが
って、放熱シート10の平面方向には熱が伝導され易くな
る一方、放熱シート10の厚さ方向には熱が伝導されにく
い欠点があったため、厚さ方向の放熱特性を主として利
用する放熱シートとしては性能が不充分となる問題点を
本発明者らは見い出した。

一方、セラミックスや金属などの硬脆な材料を熱伝導
性フィラーとして軟質な樹脂マトリックス中に多量に分
布させた放熱シートにおいては、弾性率が増加して柔軟
性が低下するため、被冷却部品に放熱シートを装着する
場合に、被冷却部品表面の凹凸に沿うように放熱シート
10が変形することが困難となる欠点もあった。したがっ
て、被冷却部品表面に放熱シート10が充分に密着せず、
伝熱抵抗が大きくなり、放熱特性が低下してしまう問題
点があることも判明した。

さらに特開昭54−163398号公報に開示されている放熱
シートは樹脂と窒化硼素粉末との複合体で形成されてお
り、窒化ほう素粉末の粒子径をシート厚さの0.2〜１倍
に設定するとともに、粉末をシート上に保持するように
圧着充填してなる構造を有する。また特開平３−20068
号公報に開示されている放熱シートは、無機充填材粒子
が連続的に接触して連なる構造を有する。上記放熱シー
トはいずれも熱伝導性を発揮する充填材の充填密度を大
きくし、充填材に連続的な連なりをもたせることによ
り、熱伝導性を高めることを目的としている。

しかしながら、本発明者らが検討したところ、充填材
粒子の接触割合が増加するに伴って放熱シートの可撓性
は低下し、4W/m・Ｋ程度の低い熱伝導率とわずかな可撓
性とを保持するに過ぎず、熱伝導率を飛躍的に向上させ
ることは困難であることが判明した。

一方、特開平３−151658号公報に開示されるように粒
子状、板状、針状等の形状を有する微小な熱伝導性フィ
ラーをシートの厚さ方向に直立状態で配向させ、熱伝導
性フィラーが接触するように、即ち樹脂層を介さずに熱
伝導性フィラーを連続的に配置した放熱シートも知られ
ている。

しかしながら上記放熱シートの場合、樹脂層を介する
ことなく熱伝導性フィラーを連続的に配置すると放熱シ
ートの可撓性（柔軟性）が損われる。すなわち充填密度
を大きくして熱伝導率を高めようとすると放熱シートは
硬く脆いものとなることが避けられない。このような放
熱シートを電子・電気部品やヒートシンクに装着しよう
とすると接触面積が低下して接触熱抵抗を生じ、十分な
熱伝導性を発揮し得ないという問題点も本発明者らは見
い出した。

また熱伝導性充填材が厚さ方向に直立状態で配向され
る他の構成例として、特開平62−240538号公報に開示さ
れた放熱材がある。この放熱材は基板上に設けた接着剤
層に金属短繊維や金属粉末を植設または埋設することに
より、連続した放熱経路を形成した構造を有する。この
場合金属短繊維がシートの厚さ方向に配置され、基板が
導電材量で構成される場合には、放熱材全体に絶縁性を
付与するためには、導電材料を接着材層で完全に隔離す
る必要がある。この場合、接着剤層に金属粉末を充填分
散することにより、熱伝導性は向上する。

しかしながら、本発明者らが検討したところ、以下の
問題点を見い出した。すなわち絶縁性を保持するために
は充填量が必然的に限定されるため、熱伝導率の低下は
不可避である。また金属粉末の充填密度が十分に大きく
なると、可撓性の確保が困難となる。また上記公報に開
示された絶縁材料で基板が構成される場合には、放熱材
全体としての熱伝導率が低下し放熱・排熱効果が不十分
となる。さらに基板上に設けた接着剤層に金属短繊維を
植設して成る放熱材を電気回路上に設置した場合に、短
繊維間に接触を生じ、回路上の電圧印加部分とアース電
位部分との間で短絡を生じるなど電気的な障害が起こり
易いという問題点を見い出したのである。

さらに特開昭56−35494号公報に開示されているよう
に、金属酸化物粒子を接着性を有する有機高分子中に分
散した被膜を高熱伝導性基板上に形成した放熱体も知ら
れている。この場合、高熱伝導性基板自体の熱伝導率は
十分大きいが、BeOを除く無害な金属酸化物粒子および
樹脂分散被膜の熱伝導率は低い。そのため放熱体全体と
しての熱伝導率は低くなるため、効果的な放熱排熱作用
は期待できないことも本発明者らの研究により明らかに
なった。

また本願発明とは技術分野は異なるが、特開昭62−31
909号公報、特開昭55−111014号公報、特開昭63−86322
号公報、特開平２−68811号公報、特開平２−68812号公
報等には、異方性を有する導電性シートが各種開示され
ている。上記導電性シートは、いずれも電気導電性に着
目し、シートに異方性を付与する手段として、シートの
厚さ方向に導電部材を貫通させ、かつ上記導電部材がシ
ート表面に露出した構造を有している。すなわち上記導
電性シートは、いかに信頼性良く導電性を保持するため
の対応手段を示しており、本発明のように絶縁性、熱伝
導性および可撓性を共に満足するものでなく、技術内容
は、全く異っている。

さらに特開昭64−76608号公報には導電基材にバンプ
を形成した導電材が開示される一方、特開平１−286206
号公報には導電部に低融点金属層を形成した導電材が開
示されている。しかしながらいずれも導電部材の電気的
接続を確実にする目的で形成されるものであり、熱的接
続を目的とする本発明の放熱シートとは異なる。

また、日本国特許公開公報（特開平３−20068号）に
開示されるように、樹脂層を設けることなく、粒径が数
μｍ〜10μｍの熱伝導性フィラーを相互に連続的に接触
せしめて形成した放熱シートにおいては、放熱シートの
可撓性（柔軟性）が損われるため、放熱シートと電子・
電気部品やヒートシンク（冷却手段）との接触面積が減
少し、接触熱抵抗が高まる結果、充分な熱伝導性が期待
できなかった。

このように従来、熱伝導性フィラーの充填密度を高め
るほど、熱伝導性は向上する反面、放熱シートの可撓性
は低下してしまう。そして前記した従来の製法によって
複合化する手法では高熱伝導性と良好な可撓性を共に満
足する放熱シートを得ることは困難であった。

近年の電子・電気部品の目覚しい発展に伴い、半導体
素子を含む電子機器の高集積化、高速化および高出力化
が進展し、半導体素子等の発熱部品の発熱量も増大化し
ており、より放熱特性が優れた放熱シートが要求されて
いる。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもの
であり、特に厚さ方向への放熱特性（熱伝導性）、電気
絶縁性および被冷却部品に対する密着性が格段に優れた
放熱シートを提供することを目的とする。

発明の開示 本発明者らは上記目的を達成するため、マトリックス
絶縁体に種々の高熱伝導性絶縁体を分布せしめ、その配
向性および充填量が放熱特性に及ぼす影響を実験により
確認した。その結果、特に少なくとも一部の高熱伝導性
絶縁体を放熱シートの厚さ方向に対して傾斜して配置せ
しめ、高熱伝導性絶縁体の少なくとも一端面をマトリッ
クス絶縁体表面に露出するように構成したときに、放熱
特性に優れた放熱シートが得られた。本発明は上記知見
に基づいて完成されたものである。

すなわち本発明に係る放熱シートは、複数の高熱伝導
性絶縁体が可撓性を有するマトリックス絶縁体を介して
連設された放熱シートにおいて高熱伝導性絶縁体の少な
くとも一端面が上記マトリックス絶縁体表面に露出する
ように上記少なくとも一部の高熱伝導性絶縁体を放熱シ
ートの厚さ方向に傾斜して配置したことを特徴とする。
また高熱伝導性絶縁体の両端面がマトリックス絶縁体表
面に露出するように放熱シートの厚さ方向に傾斜して配
置するとよい。

ここで上記マトリックス絶縁体としては、例えばシリ
コーンゴム、ポリオレフィン系エラストマー、ポリエチ
レン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ−ｐ−キシ
リレン、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリレート、ポリメタ
クリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、フ
ッ素系プラスチック、ポリビニルエーテル、ポリビニル
ケトン、ポリエーテル、ポリカーボネート、熱可塑性ポ
リエステル、ポリアミド、ジエン系プラスチック、ポリ
ウレタン系プラスチック、シリコーン、無機系プラスチ
ック等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、
キシレン・ホルムアルデヒド樹脂、ケトン・ホルムアル
デヒド樹脂、尿素樹脂（ユリア樹脂）、メラミン樹脂、
アニリン樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等が使用される。一
方、高熱伝導性絶縁体としては、窒化アルミニウム、窒
化ボロン、窒化けい素、炭化けい素、BeO,C−BN,ダイヤ
モンド、HP−TiC,アルミナセラミックス等の熱伝導率が
高く、電気絶縁性を有する材料を用いる。また高熱伝導
性絶縁体としては、上記のような単層の絶縁体の他に、
導電体表面に絶縁性薄膜（絶縁層）を一体に積層したも
のを採用してもよい。ここで導電体とは金属類全般を指
し、例えば金、銀、銅、アルミニウム等の一般的な金属
から選択された少なくとも１種から構成するものであ
る。さらに絶縁性薄膜を構成する材料としては、上記マ
トリックス絶縁体を構成する材料の他に耐熱性高分子材
料等を使用することができる。絶縁性薄膜の膜厚は最終
製品としての放熱シートに印加される電圧の大きさより
適宜選定されるが、導電体自体の熱伝導特性を損うこと
を防止するために0.1mm以下が望ましい。また絶縁性を
維持するため、絶縁性薄膜の電気絶縁抵抗率（体積抵抗
率）は10¹²Ω・cm以上に設定する必要がある。上記絶縁
性薄膜は窒化アルミニウム（AlN），窒化硼素（BN），
窒化けい素（Si₃N₄），アルミナ（Al₂O₃），酸化ジルコ
ニウム（ZrO₂）等の絶縁性セラミックスで構成してもよ
い。

上記高熱伝導性絶縁体の熱伝導率は25W/m・Ｋ以上に
設定される。

なお放熱シートの厚さ方向に直立または傾斜して配向
した多数の高熱伝導性絶縁体の長軸が全て一定方向に揃
う必要はなく、種々の配向角度を有する高熱伝導性絶縁
体が混在した配向組織でも構わない。

上記構成に係る放熱シートによれば、マトリックス絶
縁体中に配置する高熱伝導性絶縁体の少なくとも一端面
がマトリックス樹脂の表面に露出するように、高熱伝導
性絶縁体放熱シートの厚さ方向に直立または傾斜して配
向させているため、放熱シートの厚さ方向に熱伝導性が
良好な連続した放熱経路が形成される。したがって、放
熱シートの厚さ方向に効果的に熱を伝達することが可能
であり、放熱シートを装着した電子・電気機器の冷却効
率を大幅に改善することができる。

特に、高熱伝導性絶縁体をシートの厚さ方向に対して
傾斜させるようにマトリックス絶縁体中に配向すること
により、直立して配向した場合と比較して放熱シートの
厚さ方向の柔軟性および可撓性をより高めることが可能
になり、被冷却部品から受ける応力の緩和作用が発揮さ
れる他、被冷却部品に対する放熱シートの密着性も向上
する。

また、放熱シートの全表面積に対する高熱伝導性絶縁
体の全断面積の比率を１％以上に設定することにより、
汎用の樹脂材のみからなる放熱シートと比較して放熱シ
ート全体の熱伝導率を増大化させることができる。

なおマトリックス絶縁体中に配置された全ての高熱伝
導性絶縁体がシートの厚さ方向を貫通する必要はなく、
貫通した高熱伝導性絶縁体と貫通せずにシートの水平方
向または傾斜した方向に配置した高熱伝導性絶縁体とが
混在した配置構成でも構わない。しかしながら所定の高
熱伝導率を達成するためには、貫通した高熱伝導性絶縁
体の全断面積が放熱シートの全表面積に対して１％以上
となるように調整する必要がある。上記比率が１％未満
の場合には放熱シートの熱伝導率の改善効果が少なく、
また90％を超える比率で添加した場合には熱伝導率はさ
らに増大化するが、却って放熱シートの可撓性（柔軟
性）が低下し、被冷却部品に対する密着性が低下すると
もに、高価な高熱伝導性絶縁体の使用量が増加するため
製造コストが上昇する。そのため上記比率は１〜90％程
度さらに好ましくは10〜60％程度に設定することがより
望ましい。特に熱伝導率が200W/m・Ｋで直径が0.5mmのA
lN焼結体から成る高熱伝導性絶縁体を使用した場合にお
いて、上記比率を15％以上に設定した場合には、いずれ
も従来の放熱シートより２倍以上高い熱伝導率が得られ
る。このように熱伝導率は飛躍的に増大したにも拘ら
ず、マトリックス絶縁体の弾性率（ヤング率）は一定の
ままであり、放熱シートの可撓性が損われることはなか
った。また断面積が大きい高熱伝導性絶縁体を少数配置
するよりも、断面積が小さい高熱伝導性絶縁体を数多
く、マトリックス絶縁体全面に均一に分布させることが
肝要である。また断面積が小さく細い高熱伝導性絶縁体
を用いることにより、放熱シートの柔軟性をより高める
ことができる。

また放熱シートを構成する高熱伝導性絶縁体とマトリ
ックス絶縁体との配置に一定の規則性を付与することに
より、放熱シートの平面方向に対して熱伝導率および／
または弾性率についての異方性を有する放熱シートを形
成してもよい。例えば放熱シートの幅に等しい長さを有
する高熱伝導性絶縁体とマトリックス絶縁体とを交互に
配列して一体化した放熱シートでは厚さ方向のみなら
ず、高熱伝導性絶縁体の軸方向に対しても連続した放熱
経路が形成されるため熱を効果的に伝達することが可能
である。また軸直角方向に放熱シートを屈曲させること
も容易であり、円筒状の被冷却部品表面にも高い密着度
で装着することができる。また被冷却部品から応力を受
ける態様で放熱シートが使用される場合には、応力の作
用方向と放熱シートの低弾性率となる方向とを一致させ
て放熱シートを装着することにより、応力の緩和作用が
発揮され、被冷却部品と放熱シートとの密着性を長期に
亘って維持できる。

さらに軸方向に沿って断面積が一定である柱状の高熱
伝導性絶縁体を使用した放熱シートにおいては、放熱シ
ートに外力が作用して変形した場合等に高熱伝導性絶縁
体がマトリックス絶縁体から抜け落ち易く、放熱性能が
低下するおそれがある。そこで、軸方向に沿って断面積
が変化するように、例えば樽形や鼓形に高熱伝導性絶縁
体を形成することにより、上記抜け落ちを効果的に防止
することができる。

さらに高熱伝導性絶縁体を放熱シートの厚さ方向に中
心軸を偏位させて隣接する複数の柱状高熱伝導性絶縁体
要素と、隣接する柱状高熱伝導性絶縁体要素を、放熱シ
ートの平面方向に一体に結合する結合要素とから構成し
てもよい。

上記構成の放熱シートにおいて、厚さ方向に押圧力が
作用した場合、高熱伝導性絶縁体が結合要素部分で容易
に変形し、ある程度まで撓むことが可能なため、応力を
回避し易くなると同時に被冷却部品の表面形状に合せて
シート全体が変形し易く、密着性が向上する。特に結合
要素の厚さを柱状高熱伝導性絶縁体要素の高さの1/2以
下にすることにより、結合要素部をより撓み易くするこ
とができ、放熱シート全体の弾力性および柔軟性が増
し、被冷却部品に対する密着性をさらに改善することが
できる。

また高熱伝導性絶縁体が放熱シートの厚さ方向に複数
の絶縁体要素を連設して成り、隣接する絶縁体要素の接
触面において各絶縁体要素が相互に移動自在となるよう
に構成することにより、放熱シートに外部から応力が作
用した場合においても各絶縁体要素が接触面において厚
さ方向および平面方向に独立して移動することが可能と
なり、１本の柱状に形成した高熱伝導性絶縁体を使用し
た場合と比較して、放熱シートにさらに柔軟性を付与す
ることができる。したがって電子・電気部品等の被冷却
部品表面に凹凸が存在する場合にも、良好な密着性が保
持され、長期間に亘って優れた放熱特性を発揮すること
ができる。

ここで上記各絶縁体要素の接触面は、放熱シートの平
面方向に平行となるように形成してもよいが、平面方向
に対して傾斜するように形成したり、接触面の断面形状
を鋸歯状に形成してもよい。上記のように接触面を形成
することにより、隣接する各絶縁体要素が外力によって
相互に変位した場合においても、隣接する各フィラー要
素同士の部分的な接触状態が保持され、放射経路が喪失
されるおそれが少ない。

また高熱伝導性絶縁体の両端面間の高さをマトリック
ス絶縁体の厚さより小さく設定し、マトリックス絶縁体
表面と高熱伝導性絶縁体の端面との間に凹状の段差を形
成することもできる。

上記の段差を形成した放熱シートによれば、マトリッ
クス絶縁体の表面に露出している高熱伝導性絶縁体の両
端面に対して、軟質なマトリックス絶縁体の表面がやや
高くなる。したがって、表面に凹凸を有する被冷却部品
に装着した場合においても、突出した軟質なマトリック
ス絶縁体が被冷却部品表面の凹凸に沿って変形し、高熱
伝導性絶縁体の端面およびマトリックス絶縁体表面が共
に被冷却部品表面に密着して効率的に熱を伝達すること
ができる。

さらに、マトリックス絶縁体表面に露出した高熱伝導
性絶縁体の端面に、軟質金属から成る凸状のバンプを形
成して構成することもできる。軟質金属としては、Bi−
Pb,Bi−Pb−Sn,Bi−Sn−Cd,Bi−Sn−Zn,Bi−Cd,Pb−Sn
などの融点が200℃以下の低融点金属を使用する。

上記のようなバンプを形成した放熱シートによれば、
被冷却部品に放熱シートを圧着する際にバンプが圧潰さ
れ半導体素子や放熱フィン表面の凹凸に沿って変形し、
両部材間の密着度を増すため、接触伝熱抵抗を大幅に低
減することができる。

また、本発明に係る放熱シートの製造方法は、マトリ
ックス絶縁体中に高熱伝導性絶縁体が配置されている放
熱シートの製造方法において、所定形状の高熱伝導性絶
縁体の少なくとも一部を放熱シートの厚さ方向に対して
傾斜させて配設し、この高熱伝導性絶縁体の両端面をマ
スキング剤で被覆し、この被覆した両端面を除く高熱伝
導性絶縁体の周囲にマトリックス絶縁体をコーティング
して成形体を調製し、しかる後に成形体からマスキング
剤を除去し、得られた成形体を加熱しシート状に形成す
ることを特徴とする。ここで上記マスキング剤としては
パラフィンやスチレンゴム等を使用する。

またマトリックス絶縁体中に高熱伝導性絶縁体が分布
している放熱シートの製造方法において、多数の高熱伝
導性絶縁体をその長軸が平行となるように間隔を置いて
配設し、この高熱伝導性絶縁体の周囲にマトリックス絶
縁体をコーティングしてブロック状の成形体を調製し、
しかる後に上記高熱伝導性絶縁体の長軸に対して所定の
切断角度で上記ブロック状成形体をシート状に切断し複
数の放熱シートを調製してもよい。

上記製造方法において、高熱伝導性絶縁体の長軸に対
して90度の切断角度でブロック状成形体を切断（スライ
ス）することにより、高熱伝導性絶縁体が厚さ方向に直
立した放熱シートを量産することができる一方、上記切
断角度を鋭角に設定することにより、高熱伝導性絶縁体
が厚さ方向に対して傾斜し、弾力性に優れた放熱シート
を量産することができる。なお、上記切断角度が30度未
満になると、高熱伝導性絶縁体による伝熱経路が長くな
り、放熱シートの冷却性能が低下してしまう。したがっ
て、切断角度は30〜90度に設定するとよい。特に高熱伝
導性絶縁体を厚さ方向から傾斜させて弾力性に優れた放
熱シートとするためには、上記切断角度を30〜60度に設
定する。

さらに上記製造方法において、高熱伝導性絶縁体の周
囲にマトリックス絶縁体をコーティングする前に、親油
性基を有するコーティング剤を上記高熱伝導性絶縁体表
面に塗布してコーティング層を形成することにより、マ
トリックス絶縁体と高熱伝導性絶縁体との濡れ性が改善
され、放熱シート全体に対する高熱伝導性絶縁体の含有
量を、両者の接合強度を低下させることなく増加させる
ことができ、所定の高熱伝導率を有する放熱シートを任
意に調製することができる。

このように本発明に係る放熱シートは、単にマトリッ
クス絶縁体中に高熱伝導性絶縁体を充填複合化して形成
するのではなく、熱伝導性を発揮する部位と可撓性を発
揮する部分とを機能別に明確に分けた上で、放熱シート
全体として電気絶縁性を確保している。この対応によ
り、熱伝導性、可撓性および電気絶縁性を要求特性に応
じて適宜設計調整することができる。したがって上記電
気絶縁性、高熱伝導性および可撓性を可ね備えた放熱シ
ートを提供することが可能となる。

図面の簡単な説明 図１は、放熱シートの従来例を示す断面図である。

図２は、図１に示す放熱シートの斜視図である。

図３は、図１に示す放熱シートに使用される高熱伝導
性絶縁体の形状例を示す斜視図である。

図４は、放熱シートの表面積に対する高熱伝導性絶縁
体の全断面積とマトリックス絶縁体の熱伝導率に対する
放熱シートの熱伝導率の比との関係を示すグラフ。

図５は、本発明に係る放熱シートの第２実施例を示す
断面図である。

図６は、本発明に係る放熱シートの第３実施例を示す
断面図である。

図７は、本発明に係る放熱シートの製造方法の一実施
例を示す斜視図である。

図８は、本発明に係る放熱シートの第４実施例を示す
断面図である。

図９は、第４実施例で使用した高熱伝導性絶縁体の形
状を示す斜視図である。

図10は、図９に示す高熱伝導性絶縁体に部分的にマト
リックス絶縁体片を接着した状態を示す斜視図である。

図11は、本発明に係る放熱シートの第５実施例を示す
断面図である。

図12は、図11に示す放熱シートに外力が作用した状態
を示す断面図である。

図13は、本発明に係る放熱シートの第６実施例を示す
断面図である。

図14は、図13に示す高熱伝導性絶縁体の接触面の形状
例を示す拡大断面図である。

図15は、図13に示す放熱シートに外力が作用した状態
を示す断面図である。

図16は、本発明に係る放熱シートの第７実施例を示す
断面図である。

図17は、図16におけるXVII−XVII矢視断面図である。

図18は、図16に示す放熱シートを介して冷却フィンを
接合する状態を示す断面図である。

図19は、図16に示す放熱シートを介装した半導体素子
と冷却フィンとの接合部を拡大して示す断面図である。

図20は、マトリックス絶縁体の他の構成例を示す断面
図である。

図21は、図20におけるXXI部拡大断面図である。

図22は（Ａ）〜（Ｉ）は、それぞれ本発明の放熱シー
トに使用される熱伝導性充填材の形状例を示す斜視図で
ある。

図23は、実施例９に係る放熱シートの構造を示す断面
図である。

図24は、図23におけるXXIV部拡大断面図である。

図25は、実施例10に係る放熱シートのマトリックス絶
縁体の構成を示す断面図である。

図26は、図25に示すマトリックス絶縁体の斜視図であ
る。

図27は、実施例11に係る放熱シートのマトリックス絶
縁体の構成を示す断面図である。

図28は、実施例12に係る放熱シートのマトリックス絶
縁体の構成を示す断面図である。

図29は、実施例13に係る放熱シートの構成を示す断面
図である。

図30は、実施例14に係る放熱シートの構成を示す断面
図である。

図31は、実施例15に係る放熱シートの構成を示す断面
図である。

図32は、実施例16に係る放熱シートの構成を示す断面
図である。

図33は、実施例17に係る放熱シートの構成を示す断面
図である。

図34は、図33に示す放熱シートに使用される高熱伝導
性絶縁体の形状を示す斜視図である。

図35は、実施例18に係る放熱シートの構成を示す断面
図である。

図36は、図35に示す放熱シートに使用される高熱伝導
性絶縁体の形状を示す斜視図である。

図37は、実施例19に係る放熱シートの構成を示す斜視
図である。

図38は、実施例20に係る放熱シートの構成を示す斜視
図である。

図39は、実施例7Aに係る放熱シートに使用した高熱伝
導性絶縁体の構造を示す斜視図である。

図40は、実施例7Aに係る放熱シートの放熱特性を示す
グラフである。

図41は、従来の放熱シートの構成例を示す断面図であ
る。

発明を実施するための最良の形態 次に本発明の実施例および従来例について添付図面を
参照してより具体的に説明する。まず比較のために従来
例を説明する。

従来例 図１は放熱シートの従来例を示す断面図であり、図２
は図１に示す放熱シートの斜視図である。

すなわち従来例に係る放熱シート１は、マトリックス
絶縁体２中に複数の高熱伝導性絶縁体３が分散配置した
放熱シート１において、上記高熱伝導性絶縁体３が放熱
シート１の厚さ方向を貫通するとともに、その両端面が
上記マトリックス絶縁体２の表面に露出するように、高
熱伝導性絶縁体３が放熱シート１の厚さ方向に直立して
前記マトリックス絶縁体２中に配向して構成される。

マトリックス絶縁体２としては、シリコーンゴム、ポ
リオレフィン系エラストマー等を使用した。また高熱伝
導性絶縁体３としては、熱伝導率が200W/m・Ｋと高く、
かつ絶縁性を有する窒化アルミニウム焼結体で構成し、
図３に示すように直径が0.5mm、高さが0.5mmである円柱
状に形成した。この高熱伝導性絶縁体３は、放熱シート
１の厚さ方向に直立しており、その両端面はマトリック
ス絶縁体２の表面に露出している。

また放熱シート１の表面積に対する高熱伝導性絶縁体
３の全断面積（全露出面積）の比率を0.1〜90％の範囲
に設定し、所定量の高熱伝導性絶縁体３をマトリックス
絶縁体中に配合した。また上記窒化アルミニウム製の高
熱伝導性絶縁体３は、熱伝導率を向上させるために焼結
されている。

なお上記放熱シート１の成形材料には、上記したマト
リックス絶縁体２と高熱伝導性絶縁体３以外に、必要に
応じて硬化剤、可塑剤、加工助剤等の添加剤を適宜配合
してもよい。

次に、上記の放熱シート１の製造方法について説明す
る。まず、窒化アルミニウムから成る高熱伝導性絶縁体
３を所定の大きさの円柱状（例えば上記したように直径
が0.5mm、高さが0.5mm）に焼結した。この高熱伝導性絶
縁体３は、窒化アルミニウム原料粉末に焼結助剤として
例えば酸化イットリウムを3wt％添加した原料混合体を
成形し、得られた成形体を窒化雰囲気中で1800℃にて焼
成して得られた熱伝導率200W/m・Ｋ程度の焼結体で形成
した。

そして、この高熱伝導性絶縁体３の表面に親油性の強
い基を有する界面活性剤（例えばアミド系の界面活性
剤，チタネート系カップリング剤）等のコーティング剤
を塗布した。このように、コーティング剤を高熱伝導性
絶縁体３の表面に塗布することによって、マトリックス
絶縁体２と高熱伝導性絶縁体３との濡れ性が改善され、
放熱シート１全体中の高熱伝導性絶縁体３の含有量を増
大させ、所定の熱伝導率とヤング率とを付与することが
可能となる。

そして、円柱状に形成された高熱伝導性絶縁体３を、
シート厚さ方向に直立させてその両端面にパラフィンを
塗布してマスキングを行なった後、高熱伝導性絶縁体３
の周囲にマトリックス絶縁体２を適当な厚みでコーティ
ングする。マトリックス絶縁体２をコーティングした後
に、円柱状の高熱伝導性絶縁体３の両端面に塗布したマ
スキング剤を取り除いた。

そして、直立している円柱状の高熱伝導性絶縁体３を
その両端面が露出するようにしてコーティングしたマト
リックス絶縁体２を、金型に垂直に配置した。すなわち
シートの厚さ方向両端に高熱伝導性絶縁体３のマスキン
グした両端面がくるように配列し、加熱、プレスするこ
とにより本発明に係る放熱シート１を製造することがで
きる。

このようにして得られた従来例に係る放熱シート１
は、図１に示すように、マトリックス絶縁体２中に、円
柱状の高熱伝導性絶縁体３が放熱シート１の厚さ方向
（上下方向）に配置分布し、高熱伝導性絶縁体３の両端
面がマトリックス絶縁体２の表面に露出し厚さ方向に連
続した放熱経路が形成されているため、熱は放熱シート
１の厚さ方向に効果的に伝導される。

図４は、放熱シート１におけるマトリックス絶縁体の
熱伝導率に対する放熱シートの熱伝導率の比と、放熱シ
ート１の表面積に対する高熱伝導性絶縁体３の全断面積
の比率との関係を示す測定データであり、この測定結果
から明らかなように、放熱シート１の表面積に対する高
熱伝導性絶縁体３の全断面積の比率が１％以上であれ
ば、マトリックス樹脂のみで形成した放熱シートの熱伝
導率より高い熱伝導率が得られた。

特に上記比率を15％以上に設定することにより、従来
の汎用の放熱シートの２倍以上の高い熱伝導率を有する
放熱シートが得られた。このように高い熱伝導率が得ら
れたにも拘らず、マトリックス絶縁体の弾性率（ヤング
率）は一定のままに保持され、良好な可撓性が維持され
た。しかしながら上記比率が80％を超えると放熱シート
の柔軟性が低下し、被冷却部品に対する密着性が低下し
実用化は困難であることが判明した。また熱伝導性と密
着性とを共に満足する上記比率の範囲は15〜60％である
ことが確認された。

このような放熱シート１を、LSIパッケージ等の電子
・電気部品と放熱ファン等のヒートシンク（冷却手段）
の間に挟むことにより、電子・電気部品で発生する熱
は、放熱シート１の厚さ方向に効果的に伝達され、ヒー
トシンクで効率よく冷却することができる。

一方、比較例として、特開昭54−163398号公報および
特開平３−151658号公報に開示された実施例条件に準拠
して作成した放熱シートについて同様に熱伝導率を測定
した。その結果、充分な可撓性を保持し得る組成範囲で
得られる熱伝導率は4W/m・Ｋと低かった。上記熱伝導率
値は、本実施例において面積比率が７％の放熱シートに
匹敵するに過ぎない。したがって高熱伝導性絶縁体の占
有面積比率を７％より大きくすることにより、良好な可
撓性を確保しながら、従来技術では到達し得なかった大
きな熱伝導率を得ることができた。

次に本発明に係る放熱シートの第２実施例について図
５を参照して説明する。すなわち第２実施例に係る放熱
シート1aは、高熱伝導性絶縁体3aの両端面間の高さｈを
マトリックス樹脂2aの厚さＨより小さく設定し、マトリ
ックス絶縁体2a表面と高熱伝導性絶縁体3aの端面との間
に（Ｈ−ｈ）/2の深さを有する凹状の段差４を形成した
以外は第１実施例の放熱シート１と同様な構成である。
すなわちマトリックス絶縁体2aの表面に露出している高
熱伝導性絶縁体3aの両端面に対して、マトリックス絶縁
体2aの表面の方がやや高くなるようにして製造されてい
る。したがって、表面に凹凸を有する被冷却部品の粗い
表面に放熱シート1aを装着した場合においても、マトリ
ックス絶縁体2aの突出した表面部が部品の凹凸に沿って
自在に変形する。そして変形が完了した段階で段差４は
なくなるため、高熱伝導性絶縁体3aの露出端面およびマ
トリックス絶縁体2aの表面が共に電子・電気部品等の被
冷却部品表面に良好に密着して熱を効率的に伝達するこ
とができる。

次に本発明の第３実施例について図６を参照して説明
する。図６は第３実施例に係る放熱シート1bを示す断面
図であり、放熱シート1b内に配合される高熱伝導性絶縁
体3bの配置状態を示す図である。

すなわち第３実施例に係る放熱シート1bは、第１実施
例において使用したものと同一な窒化アルミニウム製の
円柱状の高熱伝導性絶縁体3bを、シートの平面方向に対
して所定の角度θだけ傾斜させてマトリックス絶縁体2b
中に配置して構成される。この場合にも高熱伝導性絶縁
体3bはシートの厚さ方向を貫通し、その両端面がマトリ
ックス絶縁体2bの表面に露出している。

この第３実施例に係る放熱シート1bは、前記した第１
実施例の場合と同様な製造方法によって製造することが
できる。但し第３実施例においては、高熱伝導性絶縁体
3bを、シートの厚さ方向に対してやや傾斜させた状態で
予め配置し、しかる後に各高熱伝導性絶縁体3bの周囲に
マトリックス絶縁体2bを充填する点が従来例の場合とは
異なる。

また上記した製造方法とは別に、大型のマトリックス
樹脂体内に長尺な高熱伝導性絶縁体を所定方向に予め配
向せしめた大型のブロック状成形体を形成し、そのブロ
ック状成形体をシート状に切断（スライス）する際の角
度を変えることにより高熱伝導性絶縁体が任意の角度で
傾斜した放熱シートを効率的に量産することもできる。
以下に図７を参照して上記製造方法を具体的に説明す
る。

図７は上記のブロック状成形体５を、ロータリーカッ
ターなどの切断用砥石６で薄く切断する状態を示す斜視
図である。

まず、窒化アルミニウム原料粉末に焼結助剤としての
酸化イットリウムを３重量％添加して調製した原料混合
体を円柱フィラー状に成形し、得られた成形体を窒素ガ
ス雰囲気中で温度1800℃で焼成して、直径が0.5mm、長
さが100mm程度の円柱状の高熱伝導性絶縁体3cを調製し
た。この高熱伝導性絶縁体3cは最終的に形成する放熱シ
ート1cの厚さの数1000倍に達する長尺なものであり、そ
の熱伝導率は200W/m・Ｋであった。

次にこの高熱伝導性絶縁体3cに対するマトリックス絶
縁体2cの濡れ性を改善するために親油性基を有するアミ
ド系の界面活性剤から成るコーティング剤を高熱伝導性
絶縁体3cの表面に塗布した。しかる後に上記長尺円柱状
の高熱伝導性絶縁体3cを、その長軸方向を揃えてマトリ
ックス絶縁体2c中に多数配置して図７に示すような大型
のブロック状成形体５を形成した。

そして得られたブロック状成形体５を、例えばロータ
リーカッターなどの切断砥石６を使用して0.5mm程度の
厚さで順次薄く切断することにより、高熱伝導性絶縁体
3cがマトリックス絶縁体2cを貫通し両端面がマトリック
ス絶縁体2cの表面（切断面）において露出した複数枚の
放熱シート素材が形成される。この放熱シート素材の表
面に露出した高熱伝導性絶縁体3cの端面をマスキングし
た後に、この放熱シート素材を成形用金型内に垂直に
（すなわち厚さ方向に高熱伝導性絶縁体3cのマスキング
した両端面が位置するように）配置し、加熱しながらプ
レスすることにより各実施例に係る放熱シート1,1cが形
成される。

そして上記切断操作において、高熱伝導性絶縁体3cの
長軸に対する切断角度θを90度（すなわち長軸に対して
直角）に設定して切断することにより、図１に示すよう
に高熱伝導性絶縁体３が放熱シート１の厚さ方向に直立
するようにマトリックス絶縁体２中に配向した第１実施
例に係る放熱シート１が効率的に製造できる。

一方、高熱伝導性絶縁体3cの長軸に対する切断角度θ
を30〜60度程度の鋭角に設定して切断することにより、
図６に示すような高熱伝導性絶縁体3bが放熱シート1bの
厚さ方向に対して傾斜するようにマトリックス絶縁体２
中に配向した第３実施例に係る放熱シート1bが量産され
る。

このようにして製造された第３実施例に係る放熱シー
ト1bによれば、従来例に係る放熱シート１の効果に加え
て下記のような効果がある。すなわち高熱伝導性絶縁体
3bをシートの厚さ方向に対して傾斜させるようにマトリ
ックス絶縁体2b中に配置しているため、従来例のように
直立して配置した場合と比較して放熱シート1bの厚さ方
向の柔軟性、弾力性をより高めることが可能になり、被
冷却部品から受ける応力の緩和作用が発揮される他、被
冷却部品に対する放熱シート1bの密着性も向上する。

ちなみに上記第３実施例において、高熱伝導性絶縁体
3bを放熱シートの平面方向に対して30〜60度傾斜させて
形成した厚さ0.5mmの放熱シートは、高熱伝導性絶縁体3
bを厚さ方向に直立させて形成した放熱シートと比較し
て厚さ方向に10〜40％大きな変位が可能であり、厚さ方
向における弾力性にも優れていることが確認された。

また、図６に示すようにマトリックス絶縁体2bの表面
に露出している高熱伝導性絶縁体3bの両端面を、マトリ
ックス絶縁体2bの表面とほぼ同一平面状になるようにし
て設置することにより、被冷却部品との接触面を大きく
することができるので、シート厚さ方向の熱伝導性と弾
力性とがさらに向上する。

以上説明した第２〜第３実施例においては、中心軸が
ほぼ直線状で断面が円形である円柱状の高熱伝導性絶縁
体1,1a,1bを使用した例で示しているが、本発明では上
記形状に限定されず、例えば断面が楕円または多角形で
ある柱状の高熱伝導性絶縁体を使用することもでき、ま
た後述の実施例で説明するように中心軸が実質的に屈曲
した形状の高熱伝導性絶縁体を使用することにより、さ
らに弾力性に優れた放熱シートが得られる。

次に本発明の第４実施例について図８〜図10を参照し
て説明する。すなわち第４実施例に係る放熱シート1dは
マトリックス絶縁体2d中に複数の高熱伝導性絶縁体3dが
分散した放熱シート1dにおいて、上記高熱伝導性絶縁体
3dが放熱シート1dの厚さ方向を貫通するとともに、その
両端面が上記マトリックス絶縁体2dの表面に露出するよ
うに、放熱シート1dの厚さ方向に配向しており、上記高
熱伝導性絶縁体3dは、放熱シート1dの厚さ方向に中心軸
を偏位させて隣接する複数の柱状絶縁体要素７と、隣接
する柱状絶縁体要素７を、放熱シート3dの平面方向に一
体に結合する結合要素８とから構成されている。また各
結合要素８の厚さＴが柱状絶縁体要素７の高さＨの1/2
以下に設定されている。

上記高熱伝導性絶縁体3dは、図８〜図９に示すように
厚さ1mmの結合要素８の表裏に、直径5mmで高さが5mmの
円柱状の柱状絶縁体要素7,7を互い違いになるように一
体に結合されてなり、いずれの要素7,8も熱伝導率が高
く、かつ電気絶縁性に優れた窒化アルミニウム焼結体で
一体に形成されている。また各高熱伝導性絶縁体3dの柱
状絶縁体要素7,7は、放熱シート1dの厚さ方向にほぼ直
立しており、その両端面はマトリックス絶縁体2dの表面
に露出している。

さらに、高熱伝導性絶縁体3dは、放熱シート1dの表面
積に対して高熱伝導性絶縁体3dの全断面積の比率が例え
ば15％以上になるようにしてマトリックス絶縁体2d中に
配合されている。また、窒化アルミニウムで形成されて
いる高熱伝導性絶縁体3dは、高い熱伝導率を得るため
に、予め焼結助剤とともに焼結されている。

上記第４実施例に係る放熱シート1dは、以下に示す製
造方法によって製造される。すなわち、まず高熱伝導性
絶縁体3dとなる窒化アルミニウム原料粉末に焼結助剤と
して3wt％イットリアを添加した後、例えば直径が6mm、
高さが6mm程度の円柱状の絶縁体要素に成形し、それら
の間に厚さ2mm程度の窒化アルミニウムグリーンシート
を所定の大きさに切断し結合要素成形体を段階状になる
なるように張り合わせる。その後、この成形体を、窒素
雰囲気中1800℃にて焼成し、熱伝導率200W/m・Ｋの高熱
伝導性絶縁体3dとした。

次に図10に示すように、高熱伝導性絶縁体3dにおける
柱状絶縁体要素７が結合した結合要素８の反対側の面
に、上記柱状絶縁体要素７と略同一寸法のマトリックス
樹脂片９を接着した。このマトリックス樹脂片９を接着
することにより、シート成形時に高熱伝導性絶縁体3dを
平面上に配列した場合においても、転倒することがなく
所定の配向位置を保持することができる。

次に親油性基を有するカップリング剤などの界面活性
剤から成るコーティング剤を上記高熱伝導性絶縁体3dの
全表面に塗布した。このように、コーティング剤を高熱
伝導性絶縁体3dの表面に塗布することによって、マトリ
ックス絶縁体2dと高熱伝導性絶縁体3dとの濡れ性が改善
されて、放熱シート1d全体中の高熱伝導性絶縁体3dの含
有量を増大させ、所定の高熱伝導率を確保することが可
能となる。

次に一対の柱状絶縁体要素7,7を結合要素８によって
水平方向に段階状に接続した上記高熱伝導性絶縁体3d
を、厚さ方向に直立させて、マトリックス絶縁体2dの表
面に露出される両端面にマスキングを行なった後、高熱
伝導性絶縁体3dの周囲にマトリックス絶縁体2dをコーテ
ィングした。マトリックス絶縁体2dをコーティングした
後は、高熱伝導性絶縁体3dのマトリックス絶縁体2dの表
面に露出される両端面のマスキング剤を除去した。

そして、ほぼ直立している高熱伝導性絶縁体3dをその
両端面が露出するようにしてコーティングしたマトリッ
クス絶縁体2dを、厚さ方向に高熱伝導性絶縁体3dのマス
キングした両端面が位置するように成形用金型内に配列
し、加熱、プレスすることにより第４実施例に係る放熱
シート1dを製造した。

上記のようにして製造された第４実施例に係る放熱シ
ート1dは、図８に示すように一対の絶縁体要素7,7が結
合要素８によって水平方向に結合された段階状の高熱伝
導性絶縁体3dを使用しており、その両端面がマトリック
ス絶縁体2dの表面に露出しているため、放熱シート1dの
表裏に亘って熱伝導率が大きい連続した放熱経路が形成
される。したがって他の実施例同様に放熱シート1dの厚
さ方向の熱伝導性が優れ、被冷却部品において発生した
熱を効率的に伝達することができる。

また第４実施例に係る放熱シート1dにおいては、一対
の柱状絶縁体要素7,7が結合要素８を介して水平方向に
結合された段階状の高熱伝導性絶縁体3dを使用している
ため、厚さ方向に押圧力が作用した場合においても、高
熱伝導性絶縁体が結合要素８部分で容易に変形し、ある
程度まで撓むことが可能なため、応力を回避し易くなる
と同時に被冷却部品の表面形状（凹凸）に合せて変形し
易く、密着性が向上する。特に結合要素８の厚さＴを柱
状絶縁体要素７の高さＨの1/2以下にすることにより、
結合要素８部をより撓み易くすることができ、放熱シー
ト1d全体の弾力性が増し、被冷却部品に対する密着性を
さらに改善することができる。

なお前記第１〜３実施例と同様に、上記第４実施例の
場合においても、放熱シート1dの表面積に対する高熱伝
導性絶縁体3dの全断面積の比率が15％以上であれば、段
階状に高熱伝導性絶縁体3dを形成した場合でも従来の樹
脂のみから成る放熱シートと比較して２倍以上の高い熱
伝導率が得られた。

以下実施例４の具体例について説明する。

実施例4A 熱伝導率が200W/m・Ｋである窒化アルミニウム焼結体
から図９に示すような高熱伝導性絶縁体3dを多数製造し
た。この高熱伝導性絶縁体3dは、幅5mm×長さ12mm×厚
さ2mmの結合要素８の両端部に直径5mm×高さ5mmの柱状
絶縁体要素７を互い違いに固着して成る。次に図10に示
すように、高熱伝導性絶縁体3dに、シリコーンゴムから
成る柱状のマトリックス樹脂片９をシリコーン系接着剤
にて接着した。こうして得られた高熱伝導性絶縁体3d表
面に界面活性剤を塗布して、マトリックス絶縁体に対す
る濡れ性を改善した後に、平板上に規則的に配列し、そ
の空隙部にマトリックス絶縁体2dとなるシリコーンゴム
を流し込み硬化せしめて図８に示すような実施例4Aに係
る放熱シート1dを得た。

実施例4B 実施例4Aにおいて窒化アルミニウム焼結体で形成した
結合要素８に替えてタフピッチ銅で形成した結合要素を
使用した以外は、実施例4Aと同一条件で処理して実施例
4Bに係る放熱シートを調製した。

実施例4C 実施例4Aにおいて窒化アルミニウム焼結体で形成した
柱状絶縁体要素７に替えてタフピッチ銅で形成した柱状
体を使用した以外は、実施例4Aと同一条件で処理して実
施例4Cに係る放熱シートを調製した。

比較例4A 実施例4Aにおいて結合要素８の厚さを3mmとし、柱状
絶縁体要素７の高さを3mmとした以外は、実施例4Aと同
一条件で処理して比較例4Aに係る放熱シートを調製し
た。

このようにして調製した実施例4A〜4Cおよび比較例4A
に係る各放熱シートの熱伝導率を測定するとともに、曲
面上に装着してその密着性の良否を観察した。測定結果
を下記表１に示す。

ここで◎印は放熱シートが曲面上にほぼ完全に密着す
ることを示し、 ○印は、95％以上の領域で密着することを示し、 ×印は、密着しない領域が10％以上であることを示
す。

表１に示す結果から明らかなように結合要素の厚さが
柱状絶縁体要素の高さの1/2を超える比較例4Aの場合に
は、放熱シートの可撓性が低下し、曲面に対する密着性
が低下することが判明した。また各実施例で使用した高
熱伝導性絶縁体の両端面間に導電性は認められなかっ
た。また各放熱シートの電気抵抗率を測定したところ、
いずれも10¹²Ω・cm以上となり、部分的に導電材を使用
した場合においても、放熱シート全体としては優れた電
気絶縁性を備えることが確認された。すなわち本実施例
の放熱シートは熱のみを伝導する構造であるため、電位
の違いが故障の原因となり易い半導体素子部品に対して
も問題なく適用することができる。一方特開昭63−9450
4号公報、特開昭55−111014号公報、特開昭62−240538
号公報などに開示された放熱シートのように、金属など
の導電対を充填材として使用した場合には、短絡等を生
じ易いため、半導体素子等の発熱部品には適用できな
い。

また特開平３−151658号公報に示すような、充填材が
配向した構造を採用するまでもなく、本実施例による放
熱シートによれば熱の流れに異方性を与えることがで
き、特にシートの厚さ方向に多くの熱を流すことが可能
になった。

さらに高熱伝導性絶縁体3dが一体物で形成され、かつ
シートの表裏にわたって貫通しているため、マトリック
ス絶縁体2dとの接触熱抵抗を考慮する必要がなくなる。
従って特開平３−20068号公報に記載されるような充填
材同士を改めて接触させる必要もない。

次に本発明の第５実施例について、図11〜図12を参照
して説明する。図11に示す放熱シート1eは、マトリック
ス絶縁体2e中に分布させる各高熱伝導性絶縁体が、放熱
シート1eの厚さ方向に２個の絶縁体要素13,14を連設し
て成り、軸方向に隣接する絶縁体要素13,14の接触面15
において各絶縁体要素13,14が相互に移動自在となるよ
うに構成し、隣接する絶縁体要素13,14の接触面15を、
放熱シート1eの平面方向に対して傾斜するように形成し
たことを特徴とし、上記以外の構成要素の態様は第１実
施例に係る放熱シート１と同一である。

本実施例の放熱シート1eによれば、第１実施例と同様
に高熱伝導性絶縁体3eが厚さ方向に貫通し、その両端面
がマトリックス絶縁体2e表面に露出しているため、厚さ
方向に連接して放熱経路が形成されるため、放熱特性が
優れている。

特に軸方向に隣接する絶縁体要素13,14間に両者が相
互に移動できる傾斜した接触面15を形成しているため、
放熱シート1eに弾力性を付与することができ、密着性が
優れる。すなわち、図12に示すように、放熱シート1eに
水平方向および厚さ方向から外力Ｆが作用した場合にお
いても、各絶縁体要素13,14が接触面15において部分的
な接触状態を保持しながら、厚さ方向および平面方向に
自在に移動することが可能となり、１本の単体から成る
高熱伝導性絶縁体を使用した場合と比較して、放熱シー
ト1eに弾力性を付与することができる。したがって、被
冷却部品表面に凹凸が存在する場合にも、良好な密着性
が保持され、長期間に亘って安定した放熱特性を発揮す
ることができる。

次に本発明の第６実施例について図13〜図15を参照し
て説明する。図13に示す放熱シート1fは、軸方向に隣接
する絶縁体要素13a,14aの接触面15aの断面形状を、図14
に示すように鋸歯状に形成した点において第５実施例と
は異なり、他の構成要素は同一である。ここで上記接触
面（界面）15aは、図14に拡大して示すように、対向す
る一対の絶縁体要素13a,14aの端面からある程度の空間
的裕度をもって遊嵌する形状に形成される。

図13に示すように、放熱シート1fに厚さ方向に圧縮す
るような外力Ｆが作用した場合には、対向する絶縁体要
素13a,14aは接触面において密着している。一方、図15
に示すように、放熱シート1fに平面方向に外力Ｆが作用
した場合には、対向する絶縁体要素13a,14aが平面方向
に相互にずれることによって、応力の発生を抑止する。
このときずれて移動する距離は鋸歯状に形成した接触面
15aの凸部の引っ掛かりによって規制されるため、過大
な変位は起こらない。また引っ掛かり部分において部分
的に接触状態が保持されるため、放熱経路が完全に遮断
されるおそれも小さい。

一方図11に示すように接触面15を傾斜して形成した高
熱伝導性絶縁体3eを配合した第５実施例の放熱シート1e
では、対向する絶縁体要素13,14同士の引っ掛かりが少
ないため、外力が作用した場合の変位量が過大になる場
合があるが、本実施例によれば対向する絶縁体要素13,1
4が大きく変位した場合においても、部分的に接触状態
が保持され放熱経路が完全に遮断されることは少ない。

次に本発明の第７実施例について図16〜図19を参照し
て説明する。図16および図17はそれぞれ第７実施例に係
る放熱シート1gの構成を示す斜視図および断面図であ
る。本実施例の放熱シート1gは、マトリックス絶縁体2g
としてのポリイミド製フレキシブルフィルムの厚さ方向
に貫通するようにAlN焼結体製の高熱伝導性絶縁体3gを
配設するともに、上記マトリックス絶縁体2g表面に露出
した高熱伝導性絶縁体3gの両端面に、Pb−Sn合金等の軟
質金属から成る半球状のバンプ16を形成して構成され
る。

上記軟質金属から成る半球状のバンプ16は放熱シート
1gと被冷却部品とを強固に接合する接着剤としての機能
と、接合部における両者の密着度を高める熱伝導を促進
する機能とを有する。この熱伝導用および接着用バンプ
16は、従来の回路基板上において回路素子間を電気的に
接続する信号用バンプと同時に、スクリーン印刷法等に
よって形成することが可能である。

上記構成に係る放熱シート1gを、図18に示すように半
導体素子17を搭載したLSIパッケージ18等の被冷却部品
と放熱フィン19等のヒートシンク（冷却手段）との間に
挟み込み圧着すると、図19に示すように軟質金属製のバ
ンプ16はそれぞれ半導体素子17および放熱フィン19表面
の凹凸に馴染むように潰れる。その結果、両部材間の密
着度が高まり、伝熱抵抗が大幅に低減でき、半導体素子
17において発生した熱は、矢印で示すように放熱シート
1gの金属バンプ16および高熱伝導性絶縁体3gを経由して
放熱シート1gの厚さ方向に迅速に伝達され、放熱フィン
19で効率的に放散される。

なお上記第７実施例においては、半球状のバンプ16を
形成した例で示しているが、バンプの形状は半球状には
限定されず、高熱伝導性絶縁体の端面形状に応じて円板
状、正方形状または矩形状に形成した場合においても同
様に密着性の改善効果が得られる。

次に上記実施例７の具体例についてさらに説明する。

実施例7A 図39に示すように熱伝導率が200W/m・Ｋである四角柱
状の窒化アルミニウム焼結体110の両端面にMoメタライ
ズ層111を形成し、さらにこのMoメタライズ層111表面に
Sn−Pb系の半田材を溶融固着させて半田層112を形成し
た。こうしてMoメタライズ層111と半田層112とから成る
バンプ113をAlN焼結体110の両端面に形成した高熱伝導
性絶縁体114を調製した。次に多数の高熱伝導性絶縁体1
14を平板上に間隔をおいて規則的に配列せしめ、この間
隙部にマトリックス絶縁体としてのシリコーンゴムを流
し込み硬化させて実施例7Aに係る放熱シートを調製し
た。

比較例7A 一方実施例7Aにおいてバンプ113を形成しない以外は
実施例7Aと同一条件で処理して同一厚さを有する比較例
7Aの放熱シートを調製した。

次に上記実施例7Aおよび比較例7Bに係る放熱シートを
ヒータを内蔵した発熱体と放熱部品との間に介装せし
め、ヒータに通電した。そして、放熱部品の表面温度と
周囲温度との差ΔＴの経時変化を測定し、図40に示す結
果を得た。

比較例7B 一方比較例7Bとして、放熱シートを介装せず、発熱体
表面に放熱部品を直接圧着させた場合におけるΔＴの経
時変化をも測定し図40に示す結果を得た。

図40に示す結果から明らかなように、バンプ113を形
成した実施例7Aに係る放熱シートは、バンプを形成しな
い比較例7Aの放熱シートと比較して接触熱抵抗が著しく
改善され、優れた冷却能力を有することが実証された。
なお上記各放熱シートの電気抵抗率を測定したところ、
いずれも10¹²Ω・cm以上であり、優れた電気絶縁性を有
することも確認できた。

以上説明した各実施例においては、いずれも電気絶縁
性を有する窒化アルミニウム焼結体で各熱伝導性絶縁体
３〜3gを形成した放熱シート１〜1gを示しているが、こ
の他にも窒化ボロン、アルミナセラミック等の熱伝導率
が高く、電気絶縁性を有する部材で絶縁体を形成した場
合においてもも同様な効果が確認された。

実施例８ 次に複合体を構成する粒状の高熱伝導性充填材の形状
が柱状体、多面体、錐体、中空筒状体の少なくとも１種
である放熱シートの具体例を実施例８で説明する。

図20は、本発明の第８実施例に係る放熱シートのマト
リックス絶縁体部の拡大断面図であり、図21は図20のXX
I部の拡大断面図である。

マトリックス絶縁体21bは、柔軟性を有するマトリッ
クス樹脂22b中に種々の形状を有する熱伝導性充填材23b
を分散して構成されている。上記マトリックス絶縁体21
bは、例えばマトリックス樹脂22b中に対して体積比で10
〜80％の熱伝導性充填材23bを混合し、更に必要に応じ
て添加物を適量配合し、得られた原料混合体を混練して
製造される。マトリックス樹脂22bとしては例えばシリ
コーン樹脂（ゴムを含む）等の高分子材料を用いる事が
できる。

一方、熱伝導性充填材23bとしては、図22（Ａ）に示
す様な円柱状の充填材24a、図22（Ｂ）に示す三角柱状
の充填材24b、図22（Ｃ）に示す四角柱状の充填材24c、
図22（Ｄ）に示す六角柱状の充填材24d、図22（Ｅ）に
示す四角錐状の充填材24e、図22（Ｆ）に示す円錐状の
充填材24f、図22（Ｇ）に示す六角錐状の充填材24g、図
22（Ｈ）に示す様な中空部25を有する円筒状の充填材24
h、図22（Ｉ）に示す様な中空部25を有する円角筒状の
充填材24i等、種々の形状及び寸法を有する熱伝導性充
填材23bが単独、或いは２種以上混在した状態で使用さ
れる。

特に各熱伝導性充填材23bの粒径が不規則であり、広
い粒径分布を示す様な熱伝導性充填材混合体を使用する
事により、粗大な充填材の間隙部に微細な充填材が侵入
する結果、マトリックス樹脂22bに対する上記伝導性充
填材23bの充填密度を従来より大幅に高める事ができ、
放熱シートのマトリックス絶縁体部21bの熱伝導率を高
める事ができ、放熱シート１全体の熱伝導率を高めるこ
とができる。

特に中空部25、26を有する円筒状充填材24hや四角筒
状の充填材24iを使用した場合には、この中空部25、26
に他の微小な充填材が侵入したり、部分的に嵌入する効
果があり、熱伝導性充填材23bの充填密度を更に上昇さ
せる利点を有する。

上記熱伝導性充填材23bを構成する材料としては、熱
伝導率が180〜260W/m・Ｋと高く、且つ電気絶縁性を有
するセラミックス焼結体を用いることが好ましい。

上記放熱シートのマトリックス絶縁体22bによれば、
柱状体、多面体、錐体、中空筒状体形状を有する熱伝導
性充填材23bを用いるために、熱伝導性充填材23b同士が
マトリックス樹脂22b中に線接触や面接触状態で高密度
に充填される。従って、熱伝導性充填材23b全体の熱伝
導率を大幅に高めることができる。

特に図21に示す様に線接触や面接触状態で熱伝導性充
填材23bが放熱シートの厚さ方向に連設される割合が高
くなり、厚さ方向にも接触熱抵抗が小さい連続した熱伝
導回路（放熱回路）が形成され易くなる。従って、放熱
シート１の一方の表面に伝達された熱が低熱伝導性のマ
トリックス樹脂22bを通過する割合が減少し、放熱シー
トを構成するマトリックス絶縁体22b全体の熱伝導特性
（放熱特性）を大幅に改善することが可能となった。

実施例９ 次に複合体を構成する粒状の高熱伝導性充填材の形状
が柱状体である放熱シートの具体例を実施例９で説明す
る。

図23は実施例９に係る放熱シート1hのマトリックス絶
縁体21cを示す断面図であり、図24は図23におけるXXIV
部の拡大断面図である。即ち、実施例９に係る放熱シー
ト1hのマトリックス絶縁体21cは、マトリックス樹脂22c
としてのシリコーンゴム中に直方体や円柱状の熱伝導性
充填材23cを含有させて構成される。

この放熱シート1hのマトリックス絶縁体21cは下記の
様な手順で製造した。即ち、先ずAlN原料粉末に焼結助
剤として酸化イットリウムを３重量％添加した原料混合
体を押出成形法によって長尺成形体とし、この長尺成形
体をカッターで所定寸法に切断して成形体とした。次に
得られた成形体を窒素雰囲気中、1800℃にて焼成して熱
伝導率200W/m・Ｋ程度の焼結体（熱伝導性充填材23c）
とした。

そして、この熱伝導性充填材23cの表面に親油性の強
い基を持つ界面活性剤（例えばアミド系の界面活性剤）
等のコーティング剤を塗布した。この様に熱伝導性充填
材23cの表面にコーティング剤を塗布することによっ
て、マトリックス樹脂22cと熱伝導性充填材23cとの濡れ
性が改善される結果、放熱シート1hのマトリックス絶縁
体21cにおける熱伝導性充填材23cの充填密度が増大して
所定の高熱伝導率を付与することができる。

そしてコーティング剤を塗布した熱伝導性充填材23c
とマトリックス樹脂22cとを混合・分散せしめ、複合体
を調製した。一方高熱伝導性絶縁体３を任意の間隔でシ
ート1hの厚さ方向に傾斜させて配置し、その両端面をガ
ラス基板27,28でマスキングを施し、基板間にセル29を
構成した後、セル29を減圧した状態で上記複合体をセル
間に充填せしめ、更に加熱硬化した後にセル29を開放
し、取り出す事によって実施例９に係る放熱シート1hを
製造した。

この様にして製造された実施例９に係る放熱シート1h
は、マトリックス絶縁体21c中に柱状の高熱伝導性絶縁
体３がシート1hの厚さ方向に傾斜して配置され、柱状の
高熱伝導性絶縁体３の両端面がマトリックス絶縁体21c
の表面に露出し、且つマトリックス絶縁体21cとして、
マトリックス樹脂22cと熱伝導性充填材23cとから成る複
合体を用いているため、シートに作用する熱はシートの
厚さ方向に極めて効果的に伝達されると共に放熱シート
1hの厚み方向の弾力性を高めることができた。

また上記実施例８〜９に係る放熱シートをLSIパッケ
ージ等の電子・電気部品と放熱ファン等のヒートシンク
（冷却手段）の間に挾むことにより、電子・電気部品で
発生する熱は放熱シートの厚さ方向に効果的に伝達さ
れ、ヒートシンクで効率良く冷却することができた。

実施例10 次にマトリックス絶縁体を、可撓性を有する金属集合
体と高分子絶縁層とからなる積層体で形成した例を実施
例10で説明する。

実施例10に係る放熱シートのマトリックス絶縁体30
は、図25および図26に示すように、導電性を有する金属
細線、金属繊維、金属箔等の高熱伝導性充填材31の集合
体32をマトリックス樹脂33中に充填してシートを形成
し、さらに、このシートに絶縁性を付与するために、マ
トリックス樹脂33表面に厚さ２μｍの高分子絶縁層34を
形成して製造された。

すなわち直径10μｍで長さが3mm程度のアルミニウム
細線をアミド系の界面活性剤で表面改質した後に、ポリ
オレフィン系エラストマーから成るマトリックス樹脂33
に混合分散して複合体を調製した。次に実施例９と同様
に、減圧したセル空間に上記複合体を充填してシートを
形成した。次いでシート表面に高分子絶縁層34を形成し
た。

尚、熱伝導性充填材31からなる集合体32の少なくとも
一部をマトリックス樹脂33の表面に露出させるために
は、マトリックス樹脂33の添加量を調整したり、シート
の表面を若干研削したり、またはシートをエッチングし
て熱伝導性充填材31がシート表面に露出する処理を行う
と良い。

この様にして得られたマトリックス絶縁体30を使用し
た実施例10に係る放熱シートにおいては、上記熱伝導性
充填材31の絡み合いによって熱伝導性充填材31が相互に
接続されており、また集合体32の一部がマトリックス樹
脂33の表面及び裏面に露出するようになる。従ってマト
リックス樹脂33表面に低熱伝導性の薄い高分子絶縁層34
が形成されているにも拘らず、マトリックス絶縁体30の
表面から裏面にかけて、厚さ方向に連続した放熱回路が
形成されているため、放熱シートに作用した熱は放熱シ
ートの厚さ方向に効果的に伝導される。

またマトリックス絶縁体30の全表面積に対する集合体
32の全露出断面積の割合が１％以上であれば、高分子絶
縁層34が配置されているにも拘らず、マトリックス樹脂
単独で構成したマトリックス絶縁体の熱伝導率より高い
熱伝導率が得られた。特に面積割合を15％以上に設定す
ることにより、従来汎用の放熱シートの２倍以上高い熱
伝導率と可撓性とを兼ね備えたマトリックス絶縁体が得
られた。しかしながら、熱伝導性充填材31の充填率が80
体積％を越えるとマトリックス絶縁体の柔軟性が低下
し、被冷却部品に対する密着性が低下し、実用化は困難
であることが判明した。また熱伝導性と密着性とを同時
に満足させる上記充填率の範囲は15〜70体積％であるこ
とが確認された。

なお高分子絶縁層34の代りに絶縁性を有するセラミッ
クス薄膜を設けることにより、さらに大きな熱伝導率を
有する放熱シートが得られることは言うまでもない。

この様に、本実施例に係る放熱シートを、LSIパッケ
ージ等の電子・電気部品と放熱ファン等のヒートシンク
（冷却手段）との間に挾むことにより、電子・電気部品
で発生する熱は、放熱シートの厚さ方向に効率良く伝達
され、ヒートシンクで効率良く冷却することができた。
また上記の様に構成された放熱シートは弾力性にも優
れ、被着される被冷却部品の接触面の凹凸や傾斜も吸収
できる構造を有し、被冷却部品との接触不良の恐れがな
く、被冷却部品を均一に冷却することができた。

実施例11 次に熱伝導性充填材41としての金属細線をコイル状に
形成した集合体40をマトリックス樹脂44内に埋設したマ
トリックス絶縁体42の構成例について図27を参照して説
明する。

即ち実施例11に係る放熱シートに使用するマトリック
ス絶縁体42は、直径が200μｍφの銅細線を熱伝導性充
填材41として使用し、この熱伝導性充填材41をコイル状
に変形させて、集合体43とし、この集合体43の空隙部に
マトリックス樹脂44を充填すると共に、上記集合体43の
上端部及び下端部をマトリックス樹脂44の表面部に露出
せしめてシート状に形成され、さらにマトリックス樹脂
44表面にセラミックス絶縁層45を設けてマトリックス絶
縁体42が形成される。

従ってコイル状に成形された集合体43の露出部46によ
って、セラミックス絶縁層45を除く放熱シートの厚さ方
向に貫通した放熱経路が形成され、なおかつ、この放熱
経路は前記した実施例10の場合と比較して短縮され、熱
抵抗の軽減化を図ることができる。またコイル状に成形
された集合体43は、厚さ方向及び平面方向の弾力性が優
れているため、放熱シートを装着する被冷却部品の表面
形状に応じて自在に変形し、密着性を高めることができ
る。

実施例12 次に熱伝導性充填材50としての金属細線を束ねて集合
体51とし、この集合体51をマトリックス樹脂52内に埋設
したマトリックス絶縁体53の構成例について図28を参照
して説明する。

即ち実施例12に係るマトリックス絶縁体53は、熱伝導
性充填材50としての金属細線を束ねた集合体51をシリコ
ーン樹脂52中に体積率で70％になる様に埋め込んで形成
される。そして実施例９と同一製法によってこのマトリ
ックス絶縁体53の厚さ方向に貫通するように複数の高熱
伝導性充填材を配設して実施例12の放熱シートを調製し
た。尚、金属細線を束ねた集合体51をシリコーン樹脂52
中に充填させて形成した部分はそのままでは導電性を示
す。そのため、放熱シートに絶縁性を具備させるため、
マトリックス絶縁体53少なくとも片面に高熱伝導性を有
するセラミックス絶縁層54を設けている。

上記構成の放熱シートをLSIパッケージ等の電子・電
気部品や放熱フィン等のヒートシンク（冷却手段）に密
着させた場合、セラミックス絶縁層54を形成していない
側のマトリックス樹脂52の表面に露出した集合体51を経
由して熱が効果的に伝達されるため、放熱効果を高める
ことができる。

実施例13 次に高熱伝導性絶縁体60が、導電性基体61と絶縁層62
との積層体から成る放熱シート63の具体例を、図29を参
照して説明する。

この放熱シート63は、マトリックス絶縁体64を介して
複数の高熱伝導性絶縁体60を連接して形成され、各高熱
伝導性絶縁体60は導電性基体61の上端面に絶縁層62を積
層して形成される。

上記絶縁層62を形成することにより高熱伝導性絶縁体
60は全体として絶縁性を発揮する。

マトリックス絶縁体の構成材料としては、例えばポリ
エチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ−ｐ−
キシリレン、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリレート、ポリ
メチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニ
リデン、フェ素系プラスチック、ポリビニルエーテル、
ポリビニルケトン、ポリエーテル、ポリカーボネート、
熱可塑性ポリエステル、ポリアミド、ジエン系プラスチ
ック、ポリウレタン系プラスチック、シリコーン、無機
系プラスチック等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、フ
ラン樹脂、キシレン・ホルムアルデヒド樹脂、ケトン・
ホルムアルデヒド樹脂、尿素樹脂（ユリア樹脂）、メラ
ミン樹脂、アニリン樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエ
ステル樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等の少なく
とも一種が使用される。

一方、導電性基体61の構成材料としては高い熱伝導率
を有するものであれば特に限定されるものではなく、金
属全般が使用される。例えばAg、Cu、Au、Al、Be、Ｗ、
Si、Mg、Ir、Mo、Zn、Ca、黄銅、Ｋ、Na、Cd、Ni、In、
Fe、Rh、Pt、Pd、Sn、Li、Re、Cr、Co、Ta、青銅、Nb、
Tl、Pt−Rh、Pb、半田、Ｖ、Ｕ、Sb等、及びこれ等の元
素を含む合金材から構成され、その熱伝導率が25W/m・
Ｋ以上の素材を選定するとよい。

図29に示す放熱シート63は、マトリックス絶縁体64を
介して複数の高熱伝導性絶縁体60が連設されて形成さ
れ、上記高熱伝導性絶縁体60は導電性基体61と絶縁層62
との積層体で構成されている。高熱伝導性絶縁体60は放
熱シート63の厚さ方向に貫通すると共に、その両端面が
放熱シート63の表面に露出するように、放熱シートの厚
さ方向に直立して配置されている。導電性基体61として
は、熱伝導率が400W/m・Ｋと高い直方体状（幅;1.2mm、
長さ;62mm、厚さ;0.5mm）の純銅を用いている。この導
電性基体に絶縁性を具備させるために純銅上面に厚さ２
μｍの窒化珪素でなる一様な絶縁層62を設けて、各高熱
伝導性絶縁体60を形成した。複数の高熱伝導性絶縁体60
を、窒化珪素の絶縁層が上部になる様に配置し、シリコ
ーン樹脂で等間隔に連設し、実施例13に係る放熱シート
63を得た。この放熱シート63の全表面積に対する高熱伝
導性絶縁体60の断面積比率は約60％であった。本実施例
に係る放熱シートの熱伝導率を測定したところ、40W/m
・Ｋであった。ここで窒化珪素からなる絶縁層62は単に
絶縁性を付与するのみならず、放熱シート63の耐磨耗性
を大幅に向上させることができた。

実施例14 図30は実施例14に係る放熱シート65の構成を示す断面
図である。図30に示す放熱シート65は、図29に示す放熱
シート63の導電性基体61の下端にも絶縁層62を形成した
点に特徴を有し、他の構成要素は全て実施例14と同一で
ある。すなわち導電性基体61の両端面にそれぞれ絶縁層
62を形成した高熱伝導性絶縁体66を使用している。

上記構成の放熱シート65によればシートの両面に絶縁
層62,62が形成されているため、特に絶縁性を必要とす
る用途に好適である。本実施例の放熱シート65の熱伝導
率を測定したところ、38W/m・Ｋであり、実施例13の放
熱シート63の熱伝導率よりやや低下した。

実施例15 図31は実施例15に係る放熱シート70の構成を示す断面
図である。この放熱シート70は図29に示す放熱シート63
の構成に加えて、絶縁層71および純銅製の導電性基体72
の上端部に凹凸73を形成したものである。他の構成要素
は図29に示す放熱シート63と同様である。

ところで上記純銅等の軟質な導電性基体72の代わり
に、窒化アルミニウム等のセラミックスで高熱伝導性絶
縁体を形成した場合には、高熱伝導性絶縁体自身が硬く
かつ脆い上に加工性が悪いため、実用的ではない場合が
ある。しかしながら本実施例のように軟質な純銅から成
る導電性基体72は加工性に富み、また所定形状に容易に
加工できる。さらに導電性基体72の表面に窒化けい素等
のセラミックスから成る絶縁層71を形成することも可能
である。従って上記のような凹凸73を形成することもで
きる。

本実施例に係る放熱シート70によれば、絶縁層71およ
び導電性基体72表面に凹凸73を形成しているため、表面
が凹凸状を呈した電子・電気部品表面ともよくなじみ、
その密着性に優れ、且つ熱伝導率も33W/m・Ｋと十分大
きな値が得られた。なお表面に凹凸73を形成しているた
め、当初、絶縁層71の損傷も心配されたが、現実には耐
磨耗性に優れ、十分に実用可能であることが判明した。

実施例16A 次にマトリックス絶縁体が高分子材料と高熱伝導性充
填材との複合体から成る放熱シートについて図32を参照
して説明する。図32は実施例16Aに係る放熱シート80の
構成を示す断面図である。この放熱シート80は、図１に
示す実施例１の放熱シート１の構成に加えて、マトリッ
クス絶縁体２内に粒子状の高熱伝導性充填材81を分散せ
しめたことを特徴とする。すなわち複数の高熱伝導性絶
縁体３が、高熱伝導性充填材81を分散したマトリックス
絶縁体２を介して連設される。

マトリックス絶縁体２を構成する材料としては、実施
例13において例示した各種樹脂が使用される。また高熱
伝導性充填材81は、例えば窒化アルミニウム、窒化硼
素、窒化珪素等の窒化物、ダイヤモンド、ダイヤモンド
構造を有する炭素、アルミナ等の酸化物で構成される。
さらに高熱伝導性充填材81の形状は、粉末、繊維等、特
に限定されないが、粉末状や繊維状のものが使用され
る。

また、柱状の高熱伝導性絶縁体３は、窒化アルミニウ
ム、窒化硼素、窒化珪素等の窒化物、ダイヤモンド、ダ
イヤモンド構造を有する炭素、アルミナ等の酸化物で構
成される。なお実施例13において例示したように、金属
等の導電性基体の少くとも一方の端面に絶縁層を形成し
た積層体を上記高熱伝導性絶縁体３として使用してもよ
い。

実施例16Aに係る放熱シート80は下記のような手順で
製造された。すなわち平均粒径６μｍ及び28μｍの双頭
の粒度分布を有するAlN微粉末にビス（ジオクチルピロ
燐酸）オキシアセテートチタネート溶液をAlN微粉末に
対して重量％で６％添加し、十分撹拌・分散し表面改質
を行い、スラリーを形成した。このスラリーを300℃の
加熱管中を通過させ、脱溶媒乾燥を行い、120℃の捕集
管に表面改質済みのAlN粉末として回収した。次にこのA
lN粉末を低粘度シリコーンゴムに重量％で50％充填し、
十分分散せしめて高熱伝導性充填材81としてのAlN粉末
とマトリックス絶縁体２としてのシリコーンゴムとの複
合体を調製した。

一方高熱伝導性絶縁体３として、直径0.5mm、高さ0.5
mmの円柱状の窒化アルミニウム焼結体をガラス基板上に
直立させて配置し、焼結体の上端面に他のガラス基板を
被せてガラス基板間にセルを形成した。次にセル内を減
圧した状態で上記複合体をセル内に充填して加熱硬化せ
しめて放熱シート80を製造した。この放熱シート80の全
表面積に対する高熱伝導性絶縁体３の面積比率は60％で
あり、放熱シート80の厚さは0.5mmとした。この放熱シ
ート80の熱伝導率は34W/m・Ｋであり、放熱効果に優れ
ることが確認された。

次に参考例として、図32に示す高熱伝導性絶縁体３の
代わりに図29に示す高熱伝導性絶縁体60を使用した放熱
シートの特性を説明する。すなわち高熱伝導性絶縁体60
は、純銅から成る導電性基体61と導電性基体61の上端面
に形成された絶縁層62との積層体から構成される。導電
性基体61としては、熱伝導率が400W/m・Ｋと高い直方体
状（幅;1.2mm、長さ;62mm、厚さ;0.5mm）の純銅が用い
られ、この純銅に絶縁性を付与させるために純銅の上端
面に厚さ２μｍの窒化珪素から成る絶縁層62を設けて、
複数の高熱伝導性絶縁体60を形成した。

そして複数の高熱伝導性絶縁体60を絶縁層62が上部に
なる様に配置し、以下実施例16と同様な手順で、複合体
を注入し、加熱硬化させて、放熱シートを得た。この
時、放熱シート全表面積に対する高熱伝導性絶縁体60の
面積比率は約60％であった。この放熱シートの熱伝導率
を測定したところ、41W/m・Ｋであった。ここで窒化珪
素からなる絶縁層62は、導電性基体61に単に、絶縁性を
付与するのみならず、放熱シートの耐磨耗性を向上させ
るためにも有効であることが判明した。

複合体に用いる高熱伝導性充填材81としては、上述し
た様な絶縁性粒子ばかりでなく、金属粒子の表面を絶縁
層で被覆し、絶縁性を付与したものも含まれる。

実施例16B 次にマトリックス絶縁体が高分子材料と高熱伝導性充
填材との複合体からなる他の放熱シート82について図32
を参照して説明する。この放熱シート82は、図１に示す
実施例１の放熱シート１の構成に加えて、マトリックス
絶縁体２内に繊維状の高熱伝導性充填材83を分散せしめ
たことを特徴としている。すなわち複数の柱状の高熱伝
導性絶縁体３が、高熱伝導性充填材83を分散したマトリ
ックス絶縁体２を介して連設されている。また、高熱伝
導性絶縁体３は放熱シート82の端面で露出している。

実施例16Bに係る放熱シート82は以下のような手順で
製造された。すなわち平均直径２μｍ、長さ２〜4mmのA
lN短繊維にジイソプロピル−ビス（ジオクチルピロ燐
酸）チタネート溶液をAlN短繊維に対して４重量％添加
し、十分撹拌・分散し表面改質を行ない、スラリーを形
成した。このスラリーを180℃の加熱管中を通過させ、
脱溶媒乾燥を行ない、120の捕集管に表面改質済みのAlN
繊維として回収した。次にこのAlN繊維を低粘度シリコ
ーンゴムに50重量％充填し、十分分散せしめて高熱伝導
性充填材83としてのAlN繊維とマトリックス絶縁体２と
してのシリコーンゴムとの複合体を調製した。

他方、柱状高熱伝導性絶縁体３として、縦横の大きさ
が1.2mm、厚さ0.5mmのAlN焼結体をガラス基板上に直立
させて等間隔に配置し、AlN焼結体の上端面に他のガラ
ス基板を被せてガラス基板間にセルを形成した。次にセ
ル内を減圧した状態で上記複合体をセル内に充填して加
熱硬化せしめて放熱シート82を製造した。この放熱シー
ト82の全面積に対する柱状の高熱伝導性絶縁体３の面積
比率は40％であり、放熱シート82の厚さは0.5mmとし
た。この放熱シート82の熱伝導率は44.3W/m・Ｋであ
り、放熱・廃熱効果が優れることが確認できた。

上記の放熱シート82によれば、高熱伝導性絶縁体３の
厚さ方向のみならず、複合体で構成される可撓性を有す
る連結部分にも高い熱伝導性が期待でき、繊維状のAlN
を用いることによって、繊維の一部がシートの表裏を貫
通し、より大きな放熱経路が形成されるため、熱をさら
に効果的に伝達することが可能となる。

実施例17 次に軸方向に沿って断面積が変化するように形成した
高熱伝導性絶縁体を使用した放熱シートについて図33〜
34を参照して説明する。

ところで実施例1,2,3,5,6,7,13,15,16に係る放熱シー
トにおいては、いずれも軸方向に沿って断面積が一定の
高熱伝導性絶縁体を使用している。この場合、放熱シー
トの厚さが減少するに伴って高熱伝導性絶縁体とマトリ
ックス絶縁体との接触面積が減少し、相互の付着力も低
下する。そのため放熱シート全体に剪断的な外力が作用
したり、捩じるような方向に外力が作用した場合には、
マトリックス絶縁体から高熱伝導性絶縁体が抜け落ち、
熱伝導性を保持することが困難になる場合がある。特に
放熱シートを曲面に装着する場合には放熱シートの大き
な変形によって高熱伝導性絶縁体が抜け落ち易くなる。

上記問題点を解決するために、実施例17に係る放熱シ
ート90は図33に示すように構成される。すなわち、軸方
向に沿って断面積が変化する高熱伝導性絶縁体91を、間
隔をおいて直立状態で配設し、隣接する高熱伝導性絶縁
体91,91の間の空隙部にマトリックス樹脂92を充填して
形成される。

上記高熱伝導性絶縁体91は例えば図34に示すように軸
方向中央部において断面積が大きい樽型に形成したもの
を用いる。上記樽型の高熱伝導性絶縁体91は、例えば円
柱状のセラミックス成形体を樽状に機械研削した後に焼
結して形成される。

実施例17に係る放熱シート90によれば、軸方向に断面
積が変化する高熱伝導性絶縁体91を使用しているため、
固化したマトリックス樹脂92から高熱伝導性絶縁体91が
抜け落ちることが少なく、長期間に渡り、優れた放熱特
性を発揮できる。また放熱シート90を曲面状の被冷却部
品表面に外力を作用させて密着させた場合においても、
放熱シート90が損傷するおそれが少ない。

実施例18 図35は実施例18に係る放熱シート93の構造を示す断面
図である。本実施例においても複数の高熱伝導性絶縁体
94がマトリックス樹脂95を介して連設されて放熱シート
93が形成されている。しかしながら上記高熱伝導性絶縁
体94は、図36に示すように、軸方向中央部における断面
積が相対的に小さくなるように鼓形に形成されている。

上記放熱シート93においても実施例17に係る放熱シー
ト90と同等の効果が得られる。すなわち放熱シート93に
外力が作用し大きく変形した場合においても、高熱伝導
性絶縁体94がマトリックス樹脂95から抜け落ちることが
なく、長期に渡って優れた耐久性を発揮する。

実施例19A 次に放熱シートの平面方向に対して弾性率（ヤング
率）および熱伝導率についての異方性を有する放熱シー
トについて図37および図38を参照して説明する。図37に
示す実施例19に係る放熱シート100は、長尺棒状の高熱
伝導性絶縁体101とマトリックス絶縁体102とを交互に配
置して構成される。各高熱伝導性絶縁体101は放熱シー
ト100の厚さ方向に貫通し、その上下両端面はシート100
の表面に露出するように構成される。マトリックス絶縁
体102としてはシリコーンゴムを使用した。また高熱伝
導性絶縁体101としては、熱伝導率が200W/m・Ｋであ
り、弾性率（ヤング率）が330GPaであり、幅が0.5mm、
長さが150mmである窒化アルミニウム焼結体を使用し
た。なお耐湿性および耐水性を改善するために上記高熱
伝導性絶縁体101には、予め燐酸アルミニウム溶液や燐
酸、ピロ燐酸、オルソ燐酸基を有するチタネート系表面
処理剤で表面改質を施すとともに、マトリックス絶縁体
102に対する濡れ性を改善するためにカップリング剤に
て処理されている。

上記の放熱シート100の熱伝導率は23W/m・Ｋであり、
また高熱伝導性絶縁体101の軸方向Ｘにおけるヤング率
は330GPaであり、これと直交する方向Ｙにおける弾性率
は3GPaであり、XY方向においてヤング率が100倍以上も
異なる異方性が高い放熱シート100が得られた。

上記放熱シート100によれば、厚さ方向のみならず、
高熱伝導性絶縁体101の軸方向Ｘに対しても連続した放
熱経路が形成されるため、熱を効果的に伝達することが
可能である。また軸直角方向Ｙに放熱シート100を屈曲
させることも容易であり、円筒曲面を有する被冷却機器
表面にも高い密着度を装着することができる。

また被冷却部品から応力を受ける態様で放熱シート10
0が使用される場合には、応力の作用方向と放熱シート1
00の低弾性率となる方向Ｙとを一致させて放熱シートを
被冷却部品に装着することにより、応力の緩和作用が発
揮され、放熱シート100と被冷却部品との密着性を長期
に渡って維持できる。

実施例19B マトリックス絶縁体が高分子材料と高熱伝導性充填材
との複合体からなる他の放熱シート104について図37を
参照して説明する。この放熱シート104は、実施例19Aの
放熱シート100の構成に加えて、さらにマトリックス絶
縁体102内に粒子状の高熱伝導性充填材105を分散せしめ
たことを特徴としている。すなわち複数の柱状の高熱伝
導性絶縁体101が、高熱伝導性充填材105を分散したマト
リックス絶縁体102を介して連設され、かつ複数の柱状
の高熱伝導性絶縁体101の長さは放熱シート104の幅に匹
敵し、放熱シート104の側端面でも露出している。

実施例19Bに係る放熱シート104は以下のような手順で
製造された。すなわち平均直径６μｍおよび28μｍの双
頭の粒度分布を有するAlN微粉末にジイソプロピル−ビ
ス（ジオクチルピロ燐酸）チタネート溶液を、AlN微粉
末に対して５重量％添加し、十分撹拌・分散し表面改質
を行ない、スラリーを形成した。このスラリーを240℃
の加熱管中を通過させ、脱溶媒乾燥を行ない、120℃の
捕集管に表面改質済みのAlN粉末として回収した。次に
このAlN粉末を低粘度シリコーンゴムに50重量％充填
し、十分分散せしめて高熱伝導性充填材としてのAlN粉
末とマトリックス絶縁体101としてのシリコーンゴムと
の複合体を調製した。

他方、柱状高熱伝導性絶縁体101として、幅1.2mm、長
さ62.3mm、厚さ0.5mmの直方体状のAlN焼結体をガラス基
板上に直立させて配置し、AlN焼結体の上端面に他のガ
ラス基板を被せてガラス基板間にセルを形成した。次に
セル内を減圧した状態で上記複合体をセル内に充填して
加熱硬化せしめて放熱シート104を製造した。この放熱
シート104の全面積に対する柱状の高熱伝導性絶縁体101
の面積比率は67％であり、放熱シート104の厚さは0.5mm
とした。この放熱シート104の熱伝導率は38W/m・Ｋであ
り、放熱・廃熱効果が優れることが確認できた。

上記の放熱シート104のＸ方向におけるヤング率は330
GPaであり、これと直交するＹ方向におけるヤング率は6
GPaであり、XY方向においてヤング率が約55倍異なる異
方性の高い放熱シート104が得られた。

次に参考例として、上記複合体の代りにマトリックス
絶縁体102としてシリコーンゴムを単独で使用し、放熱
シートの全面積に対する柱状の高熱伝導性絶縁体101の
面積比率を67％（一定）にして試作した放熱シートの熱
伝導率は30W/m・Ｋであり、柱状高熱伝導性絶縁体101を
連設する可撓性を有する絶縁体部の熱伝導率を大きくす
ることにより、放熱シート全体の熱伝導率が向上するこ
とが確認できた。

上記の放熱シート104によれば、高熱伝導性絶縁体10
の厚さ方向や軸方向のみならず、複合体で構成される可
撓性を有する連結部分にも熱伝導性を期待でき、高分子
材料（例えばシリコーンゴム）単独の場合に比べてより
大きな放熱経路が形成されるため、熱をさらに効果的に
伝達することが可能である。またＹ方向に放熱シート10
4を屈曲させることも容易であり、円筒曲面を有する被
冷却機器表面にも高い密着度で装着することができる。

なお、複合体に用いる高熱伝導性充填材105として
は、上述したような絶縁性粒子ばかりでなく、金属粒子
の表面を絶縁層で被覆し、絶縁性を付与したものも含ま
れることは勿論である。

実施例20 図38に示す実施例20に係る放熱シート103は、図37に
示す放熱シート100の外周部に同じマトリックス絶縁体1
02を一体に設けて調製したものである。この放熱シート
103においても長尺な熱伝導性絶縁体101とマトリックス
絶縁体102とを規則的に配置しているため、Ｙ方向より
Ｘ方向の方が高い熱伝導率および弾性率を示す。

このように上記放熱シート100,103においては、方向
によって熱伝導率や弾性率が異なるため、熱の移動方向
や伸びの方向が異なる種々の被冷却部品にも、その要求
性に応じた対応が可能となる。

実施例21 次に高熱伝導性絶縁体としてセラミックスの焼結体お
よび焙焼体を使用した放熱シートの具体例について説明
する。

〈実施例21A〉 窒化アルミニウムの原料粉末に酸化イットリウムを３
重量％添加し、有機結合剤としてアクリル樹脂を５％加
え、エタノールを溶媒としてポットミルにて混合しスラ
リーを調製した。

得られたスラリをスプレードライヤーにて乾燥、造粒
し、顆粒を得た。

この顆粒をプレス金型に入れ、1ton/cm²の圧力にて角
柱状に成形した。成形体は窒素気流中で脱脂し、窒素雰
囲気中にて1850℃で焼結した。得られたAlN焼結体（高
熱伝導性絶縁体）の熱伝導率は200W/m・Ｋであった。

このAlN焼結体の端部表面にパラフィンによる被膜を
形成したのち、規則的に配列して間隙部にシリコーンゴ
ムを流し込み、硬化させてからパラフィン層を除去し実
施例21Aに係る放熱シートを得た。

＜実施例21B＞ 実施例21Aで得られた顆粒を同様に角柱状に成形し、
窒素気流中で脱脂した後、窒素雰囲気中にて1200℃で焙
焼した。得られたAlN焙焼体の熱伝導率は50W/m・Ｋであ
った。以下実施例21Aと同様にしてAlN焼結体の周囲にシ
リコーンゴムを流し込み硬化せしめて実施例21Bに係る
放熱シートを調製した。

＜比較例21A＞ 実施例21AのAlN焼結体と同一寸法の高熱伝導性充填材
を金属アルミニウムで形成し、以下実施例21Aと同様に
して高熱伝導性充填材の周囲にシリコーンゴムを流し込
み硬化せしめて比較例21Aに係る放熱シートを調製し
た。

＜比較例21B＞ シリコーンゴム中に65体積％のAlN原料粉末を加え混
練した後に硬化せしめて比較例21Bに係る放熱シートを
調製した。

上記実施例21A,Bおよび比較例21A,Bに係る放熱シート
の特性を評価するために、熱伝導率および電気伝導性の
有無を測定し下記表２に示す結果を得た。

表２に示す結果から明らかなように実施例21A,Bに係
る放熱シートによれば、いずれも高い熱伝導率を有し、
かつ電気抵抗率も10¹²Ω・cm以上になり、優れた電気絶
縁性を備えることが判明した。一方充填材としてAl金属
を使用した比較例21Aに係る放熱シートは高い熱伝導性
を有する反面、電気伝導性を有するため、高い絶縁性を
必要とする半導体素子等の発熱部品用の放熱シートとし
ては不適な場合がある。またAlN原料粉をシリコーンゴ
ム中に分散した比較例21Bに係る従来の放熱シートでは
熱伝導率が低く、放熱性能が低いことが確認された。

以上説明した実施例１〜21に係る各種放熱シートおよ
び先行技術に開示された各種比較例に係る放熱シートに
対応して、さらに高熱伝導性絶縁体およびマトリックス
絶縁体を種々の材料で形成し、表３〜５に示す仕様で実
施例（試料１〜25）および比較例（試料26〜36）に係る
放熱シートを作成した。

そして上記各種試料のうち、典型的な実施例および／
または比較例について以下に説明する。

実施例（試料１）と比較例（試料28）との比較 柱状高熱伝導性絶縁体として、縦横が2.5mm、厚さ0.5
mmのAlN焼結体をガラス基板上に直立させて等間隔に配
置し、AlN焼結体の上端面に他のガラス基板を被せてガ
ラス基板間にセルを構成した。次にセル内を減圧した状
態で上記柱状高熱伝導性絶縁体間の空隙にシリコーンゴ
ムを充填して加熱硬化せしめて試料１の放熱シートを製
造した。この放熱シートの全面積に対する柱状の高熱伝
導性絶縁体の露出面積比率は69％であり、放熱シートの
厚さは0.5mmとした。この放熱シートの熱伝導率は32W/m
・Ｋであり、放熱・廃熱効果が優れることが確認でき
た。なお、上記放熱シートの厚さ方向の電気抵抗率は６
×10¹²Ω・cmであった。

比較例（試料28）として金属繊維をそれぞれ導電性基
板および電気絶縁性プラスチック基板に接着剤層を介し
て植設、埋設した場合について記す。まず導電性基板と
して鋼板上に接着剤を厚さ20μｍで塗布後、AlN短繊維
および銅短繊維を直立させて植設した。基板全体として
の電気絶縁性を維持するためには接着剤層として20μｍ
の厚さが必要であった。この場合に熱伝導率はそれぞれ
11W/m・Ｋおよび13W/m・Ｋであった。

次にプラスチック基板上に同様にAlN短繊維および銅
短繊維をそれぞれ直立させて植設した。この場合の熱伝
導率はそれぞれ3W/m・Ｋおよび5W/m・Ｋであり、基板の
熱伝導率の低さから大きな熱伝導率は確保できなかっ
た。熱伝導率の大きな鋼板を用いた放熱シートの場合の
み、電子・電気部品の発熱体部上と放熱フィン間に配置
し放熱・廃熱テストを行なったところ、短繊維が導電性
のため電子・電気部品の端子間で短絡が生じた。

実施例（試料２）と比較例（試料26）との比較 柱状高熱伝導性絶縁体として、縦横が1.2mm、厚さ0.5
mmで熱伝導率が200W/m・ＫのAlN焼結体をガラス基板上
に傾斜させて等間隔に配置し、以下試料１の場合と同様
な充填方法により、AlN焼結体間の空隙にシリコーンゴ
ムを充填して加熱硬化せしめて試料２の放熱シートを製
造した。この放熱シートの全面積に対する柱状の高熱伝
導性絶縁体の面積比率は40％であり、放熱シートの厚さ
は0.5mmとした。

この放熱シートの熱伝導率は19W/m・Ｋであり、放熱
・廃熱効果が優れることが確認できた。また、放熱シー
トの厚さ方向の電気抵抗率は３×10²Ω・cmであった。
さらに高熱伝導性絶縁体を傾斜させて構成したことによ
り、厚さ方向のダンピング効果が確認された。

一方、高熱伝導性充填材として熱伝導率が200W/m・Ｋ
のAlN焼結体を粉砕・分級した粒径５μｍおよび35μｍ
の双頭の粒度分布を有する窒化アルミニウム粉末をマト
リックス樹脂（シリコーンゴム）中に混練、分散し、0.
5mm厚の試料26に係る放熱シートを作製した。マトリッ
クス樹脂中への窒化アルミニウム粉末の充填量を種々変
化させ、熱伝導率と可撓性（柔軟性）を観察した結果、
窒化アルミニウム粉末の充填量が大きくなると熱伝導率
は向上したが充填量が増すに従って可撓性（柔軟性）の
低下が著しかった。可撓性（柔軟性）が維持されている
範囲内での熱伝導率は4W/m・Ｋ程度であった。試料26の
放熱シートで得られた熱伝導率値は試料２による値に比
べて約1/5の特性しか得られなかった。

実施例（試料５）と比較例（試料35）との比較 柱状高熱伝導性絶縁体として、縦横が1.2mm、厚さ0.5
mmのSi₃N₄焼結体をガラス基板上に傾斜させて等間隔に
配置し、以下試料１の場合と同様な充填方法によりSi₃N
₄焼結体間の空隙にシリコーンゴムを充填して加熱硬化
せしめて試料５の放熱シートを製造した。この放熱シー
トの全面積に対する柱状の高熱伝導性絶縁体（Si₃N₄焼
結体）の面積比率は59％であり、放熱シートの厚さは0.
5mmとした。この放熱シートの熱伝導率は24W/m・Ｋであ
り、放熱・廃熱効果が優れることが確認できた。また放
熱シートの厚さ方向の電気抵抗率は３×10¹²Ω・cmであ
った。さらに高熱伝導性絶縁性を傾斜させて構成したこ
とにより、厚さ方向のダンピング効果が確認された。

一方、高熱伝導性充填材として粒径２〜４μｍの窒化
珪素粉末をマトリックス樹脂（シリコーンゴム）中に混
練、分散し、0.5mm厚の試料35に係る放熱シートを作製
した。マトリックス樹脂中への窒化珪素粉末の充填量を
種々変化させ、熱伝導率と可撓性（柔軟性）を観察した
結果、窒化珪素粉末の充填量が大きくなると熱伝導率は
向上したが充填量が増すに従って可撓性（柔軟性）の低
下が著しかった。可撓性（柔軟性）が維持されている範
囲内での熱伝導率は1.5〜3.5W/m・Ｋ程度であった。試
料35で得られた放熱シートの熱伝導率値は試料５に比べ
て約1/9であった。

実施例（試料６） 柱状高熱伝導性絶縁体として、縦横が2.5mm、厚さ0.5
mmの人工ダイヤモンドをガラス基板上に直立させて等間
隔に配置し、以下試料１の場合と同様な充填方法により
人工ダイヤモンド間の空隙にシリコーン樹脂を充填して
加熱硬化せしめて試料６の放熱シートを製造した。この
放熱シートの全表面積に対する柱状の高熱伝導性絶縁体
の面積比率は52％であり、放熱シートの厚さは0.5mmと
した。この放熱シートの熱伝導率は39W/m・Ｋであり、
放熱・廃熱硬化が優れることが確認できた。また放熱シ
ートの厚さ方向の電気抵抗率は２×10¹²Ω・cmであっ
た。

実施例（試料７）と比較例（試料36）との比較 柱状高熱伝導性絶縁体として、縦横が2.5mm、厚さ0.5
mmのBN焼結体をガラス基板上に傾斜させて等間隔に配置
し、以下試料１の場合と同様な充填方法によりBN焼結体
間の空隙にシリコーンゴムを充填して加熱硬化せしめて
試料７の放熱シートを製造した。この放熱シートの全面
積に対する柱状の高熱伝導性絶縁体の面積比率は52％で
あり、放熱シートの厚さは0.5mmとした。この放熱シー
トの熱伝導率は15W/m・Ｋであり、放熱・廃熱効果が優
れることが確認できた。さらに放熱シートの厚さ方向の
電気抵抗率は３×10¹²Ω・cmであった。

一方、高熱伝導性充填材として平均粒径が12μｍの偏
平状の窒化硼素（BN）粉末をマトリックス樹脂中に混
練、分散し、0.5mm厚の試料36に係る放熱シートを作製
した。マトリックス樹脂中への窒化硼素粉末の充填量を
種々変化させ、熱伝導率と可撓性（柔軟性）を観察した
結果、窒化硼素粉末の充填量が大きくなると熱伝導率は
向上し、可撓性（柔軟性）が維持される範囲内で３〜4W
/m・Ｋ程度であった。試料36の放熱シートで得られた熱
伝導率値は試料７に比べて約1/3であった。

実施例（試料８） 柱状高熱伝導性絶縁体として、縦横が1.2mm、厚さ0.5
mmのAl₂O₃焼結体をガラス基板上に傾斜させて等間隔に
配置し、以下試料１の場合と同様な充填方法によりAl₂O
₃焼結体間の空隙にシリコーンゴムを充填して加熱硬化
せしめて試料８の放熱シートを製造した。この放熱シー
トの全面積に対する柱状の高熱伝導性絶縁体の面積比率
は52％であり、放熱シートの厚さは0.5mmとした。この
放熱シートの熱伝導率は15W/m・Ｋであり、放熱・廃熱
効果が優れることが確認できた。さらに放熱シートの厚
さ方向の電気抵抗率は３×10¹²Ω・cmであった。

実施例（試料９） 柱状高熱伝導性絶縁体として、縦横が2.5mm、厚さ0.5
mmのBN焼結体をガラス基板上に傾斜させて等間隔に配置
し、以下試料１の場合と同様な充填方法によりBN焼結体
間の空隙に液状エポキシ樹脂を充填して加熱硬化せしめ
て試料９に係る放熱シートを製造した。この放熱シート
の全面積に対する柱状の高熱伝導性絶縁体の面積比率は
52％であり、放熱シートの厚さは0.5mmとした。この放
熱シートの熱伝導率は9.8W/m・Ｋであり、放熱・廃熱効
果が優れることが確認できた。さらに放熱シートの厚さ
方向の電気抵抗率は３×10¹²Ω・cmであった。

実施例（試料10） 試料９においてエポキシ樹脂の代りにアクリル樹脂を
用いた以外は試料９と同様に処理して試料10に係る放熱
シートを製造した。この放熱シートの全面積に対する柱
状のBN焼結体の面積比率は52％であり、放熱シートの厚
さは0.5mmとした。この放熱シートの熱伝導率は9.7W/m
・Ｋであり、放熱・廃熱効果が優れることが確認でき
た。また放熱シートの厚さ方向の電気抵抗率は２×10¹²
Ω・cmであった。

実施例（試料11） 試料９においてエポキシ樹脂の代りに塩化ビニル樹脂
を用いた以外は試料９と同様に処理して試料11に係る放
熱シートを製造した。この放熱シートの熱伝導率は10.2
W/m・Ｋであった。

実施例（試料21） 平均粒径５μｍのBN粉末を低粘度シリコーンゴムに重
量％を50％充填し、充分分散せしめて複合体を調製し
た。

一方、直径0.5mm、高さ0.5mmのAl板の片面に厚さ2.5
μｍのSi₃N₄薄膜を絶縁層として設け、高熱伝導性絶縁
体としての積層体を調製した。次にこの積層体をSi₃N₄
薄膜を上方にしてガラス基板上に直立させて等間隔に配
置し、この上に他のガラス基板を被せてガラス基板間に
セルを形成した。次にセル内を減圧した状態で上記複合
体をセル内に充填して加熱硬化させて試料21に係る放熱
シートを製造した。放熱シートの全表面積に対する高熱
伝導性絶縁体の全露出面積比率は59％、放熱シートの厚
さは0.5mmに設定した。この放熱シートの熱伝導率は29W
/m・Ｋであった。

実施例（試料22） 縦横が1.2mm、高さ0.5mmの銅板の片面に厚さ1.2μｍ
のAlN薄膜を絶縁層として設け、高熱伝導性絶縁体とし
ての積層体を調製した。次にこの積層体をAlN薄膜を上
方にしてガラス基板上に直立させて等間隔に配置し、こ
の上に他のガラス基板を被せてガラス基板間にセルを形
成した。次にセル内を減圧した状態で低粘度シリコーン
ゴムをセル内に充填して加熱硬化させて試料22に係る放
熱シートを製造した。放熱シートの全表面積に対する高
熱伝導性絶縁体の全露出面積比率は61％、放熱シートの
厚さは0.5mmに設定した。この放熱シートの熱伝導率は3
2W/m・Ｋであった。

実施例（試料24） 端面の縦横寸法が1.2mmで高さが0.5mmの純銅板を用
い、この純銅板を傾斜させて配置した以外は、試料22と
全く同一条件で処理し、厚さ0.5mmの試料24に係る放熱
シートを製造した。

この放熱シートの熱伝導率は32W/m・Ｋであり、直立
させた試料22の場合と同程度であった。

試料22のように純銅板を直立させて配置した場合に
は、厚さ方向の弾力性が少ない。しかしながら、試料24
のように純銅板を傾斜させて配置することにより、試料
22と比較して厚さ方向に40％大きく変位させることが可
能であることが確認でき、シートの平面方向のみなら
ず、厚さ方向の弾性力も増すことが確認された。

実施例（試料25） 試料22においてマトリックス絶縁体をシリコーンゴム
からエポキシ樹脂に変更した以外は試料22と同一条件で
処理して試料25に係る放熱シートを製造した。

この放熱シートの熱伝導率は33W/m・Ｋであり、試料2
3の場合と同等であった。しかしながら、マトリックス
絶縁体としてエポキシ樹脂を使用しているため、ヤング
率は２×10⁹N/m²、絶縁抵抗率は９×10¹²Ω・cmと増大
した。

そして上記試料１〜36に係る放熱シートの電気絶縁
性、熱伝導率、可撓性等の特性値をまとめて下記表３〜
５に示す。

表３〜５に示す結果から明らかなように、各実施例に
係る放熱シートはいずれも高い熱伝導率を有し放熱特性
に優れる。また、高熱伝導性絶縁体の一部に金属などの
導電体を使用しているにも拘らず放熱シート全体として
電気抵抗率はいずれも10¹²Ω・cm以上となり高い電気絶
縁性をも兼ね備えていることが確認できる。さらに高い
熱伝導率を有しているにも拘らず、比較例の放熱シート
と比較して弾性率が低く可撓性に優れており、被冷却部
品表面に高い密着度で装着することが可能である。

また一部に金属などの導電体を含む高熱伝導性絶縁体
を使用している場合においても、高熱伝導性絶縁体間に
おける短絡も皆無であるため、特に電位の変化によって
誤動作する半導体素子用の放熱シートとして問題なく採
用することができる。

結局、本発明に係る実施例の放熱シートは、いずれも
高熱伝導性、可撓性および電気絶縁性の３大特性を兼ね
備えており、今後の高出力化を指向する各種発熱部品用
の放熱シートとして極めて有効である。一方比較例に示
す各放熱シートは、上記３大特性のいずれかにおいて不
充分である。

次に放熱シートの構成材の化学的安定性を高め、放熱
シートの耐久性を高める方策について説明する。放熱シ
ートの構成材となる高熱伝導性絶縁体や高熱伝導性充填
材の中には化学的安定性に欠けるものがあり、経時的に
劣化して放熱シートの特性を損なう場合がある。特に高
い熱伝導率を有する窒化アルミニウム（AlN）は化学安
定性に欠け、空気中の水分や薬品によって窒素が溶出し
て変質してしまうという問題があった。この問題は表面
積の大きな粉末では一層顕著で、大量のアンモニアを発
生させるという大きな問題があった。この問題を解決す
るためにAlN基材表面に安定な酸化膜を形成して化学安
定性を保持させる方法が特開昭63−170289号公報に開示
されている。

しかし、この方法では酸化膜を形成する際の熱処理温
度が900〜1100℃と高温であるために処理が難しい、コ
ストが高い、また大量のエネルギを必要とするなどの製
造面での問題がある。更に、酸化膜とAlNの熱膨脹差に
起因して、酸化膜にクラックや剥離が生じ易い等の問題
点が考えられる。また酸化膜はAlNとの結合力が弱く、
放熱シート作製時に容易に剥がれ、未処理面が露出して
しまい、上記化学的安定性が損われ放熱シートの耐久性
や放熱特性等が低下する問題点があった。

そこで本発明者らは、耐湿性や耐薬品性に優れた放熱
シート材料を得るべく鋭意研究を重ねた。その結果、Al
N粉末やAlN焼結体を表面改質して燐酸アンモニウム化合
物や各種カップリング剤から成る疎水性の被覆膜を形成
したときに耐久性に優れた放熱シート材料が得られると
いう知見を得た。

AlN粉末表面に燐酸アルミニウム化合物を主体とする
被覆膜を形成する具体的な手段について、液相を利用し
た湿式法と気相を利用した乾式法とに分けて説明する。

液相を利用した湿式法では、先ず使用する燐酸又は燐
酸塩の原料粉末を水溶液とし、その中にAlN粉末を浸漬
させる。或いは原料粉末を有機溶媒中に混合した場合に
は、この中にAlN粉末を浸漬させる。或いは原料粉末の
溶融溶液中にAlN粉末を浸漬させる。この時、溶液はpH3
以上が好ましい。pH3未満の酸性域では溶液が不安定と
なり、均一な燐酸アルミニウム化合物の被覆膜を形成さ
せることが困難となるからである。溶液濃度としては燐
としての濃度が50ppm以上が好ましい。燐の濃度は薄い
と十分な膜厚が得られない。特にpH6.5以上、燐として
の濃度100ppm以上の溶液が更に好ましい。

この後、前記溶液とAlN粉末を化学反応させるために
熱処理を行う。熱処理温度としては100℃以上、320℃以
下の温度範囲であれば充分可能であるが、350℃以上の
熱処理が望ましい。350℃以上の融解溶液を用いる場合
には粉末表面への被覆と反応とを同時に進行させること
が可能である。500℃以上の温度で加熱する場合には粉
末表面の酸化を防止するために不活性雰囲気中で熱処理
することが好ましい。この様な熱処理によって、〜数百
ミクロン厚の燐酸アルミニウムの安定膜がAlN粉末表面
に形成され、粉末表面で化学反応が生じ、燐酸アルミニ
ウムを主体とする被覆膜を形成することができる。

次に気相を利用した乾式法では、スパッタ法、真空蒸
着法、CVD法等の薄膜形成法を、原料とする燐酸又は燐
酸塩の種類によって使い分ける。例えばスパッタ法を用
いる場合にはスパッタターゲットとして無機化合物を用
い、水を含有した雰囲気でスパッタを行うか、得られた
スパッタ膜を高湿度雰囲気中にて処理すればよい。この
後、前記溶液とAlN粉末とを化学反応させるために熱処
理を行う。熱処理温度として100℃以上、320℃以下であ
れば十分可能であるが、耐湿性の面から350℃以上で処
理することが好ましい。350℃以上の雰囲気でスパッタ
する時は、粉末との反応を兼ねることが可能である。

前記した被覆膜の膜厚は、湿式法では前記した隣の濃
度、浸漬時間、乾式法では膜形成時間によって決定され
るが、安定性の観点から膜厚は5nm以上10μｍ以下の範
囲が望ましい。膜厚が5nm以下では粉末表面の凹凸部を
十分に覆うことが難しく連続した膜形成が困難である。
一方、膜厚が10μｍを越えると膜の内部応力が大きくな
り膜中に亀裂を生じ易い。このため膜厚は5nm以上、10
μｍ以下の範囲が好ましく、更に好ましくは10nm以上９
μｍ以下である。

こうして形成された被覆膜は酸化膜に比べて緻密なた
め、膜厚を薄くすることが容易であり、更に被覆膜とAl
Nとの界面の化学組成が傾斜的に形成されるので、AlNの
特性を十分に生かすことができる。そのため燐酸アルミ
ニウム化合物を主体とする疎水性の被覆膜をAlN粉末表
面に形成したものは、耐湿性、耐水性が大幅に改善され
る。従って上記AlN粉末で形成した高熱伝導性絶縁材ま
たは充填材を使用した放熱シートは耐久性に優れ、放熱
特性等の経時劣化が少ない。

次にカップリング剤によってAlN粉末を表面処理し、
疎水性の被覆膜を形成する方法について説明する。まず
トルエン、MEK、ｎ−プロパノール、ｎ−ヘキサン等の
溶媒中に、疎水性の側鎖有機官能基としての燐酸、ピロ
燐酸、オルソ燐酸基を有するカップリング剤を添加し、
混合撹拌を十分に行ってカップリング剤溶液を調製す
る。次にAlN粉末原料にカップリング剤溶液を添加する
ことにより、AlN表面に燐酸アルミニウム、ピロ燐酸ア
ルミニウム、オルソ燐酸アルミニウム化合物、またはそ
の塩で構成される被覆膜を形成する。

前記被覆膜が有機薄膜として残るか、無機薄膜として
残るかは表面処理後の脱溶媒条件またはその後の加熱温
度に支配される。燐酸アルミニウム、ピロ燐酸アルミニ
ウム、オルソ燐酸アルミニウム化合物を主体とする被覆
膜は、AlN粉末表面の全表面を均一に被覆することが好
ましく、前記粉末表面でAlN成分と燐酸、ピロ燐酸、オ
ルソ燐酸、或いはその塩とが吸着、或いは化学反応する
ことによって形成される。すなわち燐酸アルミニウム、
ピロ燐酸アルミニウム、オルソ燐酸アルミニウム化合
物、又はそれ等の塩の燐酸イオン、AlNのAlイオンと選
択的に反応し、燐酸アルミニウム化合物、ピロ燐酸アル
ミニウム化合物、オルソ燐酸アルミニウム化合物を形成
する。またアルミニウムと燐酸系化合物とは反応性が高
く、カップリング性と安定性の両面の向上を図ることが
できる。

また、使用するカップリング剤としては燐酸、ピロ燐
酸、オルソ燐酸基を有するチタネート系カップリング剤
が好ましい。なお半導体分野に適用する放熱シートの構
成材となるAlN粉末等を表面改質処理する場合、カップ
リング剤に含有されるNa、Ｋ等のアルカリ金属イオン、
Fe、Mn等の多数価金属イオンの影響は極力避ける必要が
ある。上記不純物イオンがAlN粉末表面に残留すると、
例えば回路基板の表面抵抗を低下させる等の欠点をもた
らすため、AlN粉末の使用分野によっては、厳密に上記
不純物イオン量を厳重に制御管理する必要がある。

以下実施例について具体的に説明する。

実施例22 燐酸又は燐酸塩として、H₃PO₄（試料101）、Ca（P
O₄）_２（試料102）、（NH₄）₃PO₄（試料103）、（NH₄）
₂HPO₄（試料104）、NH₄H₂PO₄（試料105）をそれぞれ表
６に示す溶媒中に溶解し各種濃度の燐酸溶液を調製し
た。この溶液中に平均粒系６μｍ及び28μｍの双頭の粒
度分布を有するAlN粉末を１分間浸漬した後、表６に記
す熱処理条件で燐酸アルミニウム化合物を主体とする被
覆膜を形成し、表６に示すような試料101〜105のAlN粉
末を作製した。なお熱処理時の雰囲気は、熱処理温度が
500℃以上ではArガス中、これ未満の温度は大気中とし
た。

この時形成された被覆膜の成分はAl、Ｐ、Ｏを主体と
しており、更にＮを傾斜的に含むものであった。得られ
た試料101〜105のAlN粉末、及び未処理のAlN粉末（試料
200）の耐湿、耐水安定性の評価を以下内容で行った。

（１）試料粉末を18℃の蒸留水中に一定量浸漬し、pHを
測定した。次いで、蒸留水の温度を徐々に昇温させ80℃
まで測定を続けた。そして窒素溶出による重量変化およ
び蒸留水のpH変化を測定して試料粉末の疎水性を評価し
た。評価測定結果を表６に記す。比較試料以外は、いず
れの試料も良好な結果であった。

表６に示す結果から明らかなように燐酸アルミニウム
化合物を主体とする疎水性の被覆膜を形成した試料101
〜105のAlN粉末によれば窒素溶出による重量変化および
pH変化も少なく、極めて耐湿性および耐薬品性に優れて
いることが判明した。一方、表面改質処理をしない比較
試料200に係るAlN粉末では重量変化およびpH変化が大で
化学的安定性に欠けることが裏付けられた。

実施例23 燐酸塩として（CH₃CH₂CH₂CH₂O）₃PO₄（試料106）、Mg
（H₂PO₄）・2H₂O（試料107）、Zn（H₂PO₄）_２・2H₂O
（試料108）、（CH₃C₆H₄）₃PO₄（試料109）、（C₆H₅）₃
PO₄（試料110）を夫々表７に示す溶媒中に溶解した。こ
の溶液中にAlN粉末を１分間浸漬した後、表７に示す温
度で熱処理を行い、燐酸アルミニウムを主体とする被覆
膜を形成し、試料106〜110のAlN粉末を作製した。なお
熱処理時の雰囲気は熱処理温度が500℃以上ではArガス
中、これ未満の温度では大気中とした。

この時形成された被覆膜の成分はAl、Ｐ、Ｏを主体と
しており、更にＮを傾斜的に含むものであった。この後
各AlN粉末を、温度100℃、0.1Mの塩酸中に２時間浸漬
し、プレッシャークッカー試験を100時間行い、窒素溶
出による重量変化を測定した後、実施例22と同様にpHの
経時変化を測定した。この測定結果を表７に記す。比較
試料200以外は、全て良好な結果が得られた。

実施例24 実施例22と同様に平均粒径６μｍ及び28μｍの双頭の
粒度分布を持ったAlN粉末をトルエン中に浸漬、これに
表８に記す所定濃度のチタネート系カップリング剤を添
加し、10分間撹拌し、表面改質用のスラリーを作製し
た。用いたカップリング剤は、疎水性の側鎖有機官能基
としてカルボキシル基を有するイソプロピル−トリイソ
ステアロイルチタネート（試料111）、ピロ燐酸基を有
するイソプロピル−トリス（ジオクチルピロ燐酸）チタ
ネート（試料112）、燐酸塩を有するテトラ（2,2−ジア
リルオキシメチル−１−ブチル）ビス（ジトリデシル）
燐酸チタネート（試料113）、アミノ基を有するイソプ
ロピル−トリ（Ｎ−アミノエチル−アミノエチル）チタ
ネート（試料114）であった。

また、カップリング剤濃度は表８に記す様に、１重量
％、３重量％、５重量％、８重量％であった。次いでス
ラリーを160℃の加熱管中を通過させ、脱溶媒すること
によって、120℃の捕集管にカップリングで剤処理され
たAlN粉末として集めた。

得られた試料111〜114のAlN粉末、及び未処理のAlN粉
末（試料200）の耐湿、耐水安定性を評価するため、以
下２通りの方法（１）（２）に基づいて評価した。すな
わち実施例22と同様に、（１）試料粉末を18℃下の蒸留
水中に一定量浸漬しpHを測定すると共に、蒸留水の温度
を徐々に昇温させ80℃まで測定を続けた。他方、pHがア
ルカリ側に移行したものは、蒸留水中へ浸漬した際、加
水分解し、アンモニアが生成されたものとし、表面改質
がなされなかったものと判断し、後述する（２）の評価
は省略した。

表面改質がなされたものと見なした試料については、
（２）試料粉末を100℃の熱水中に一定量添加し、90分
間加圧抽出後のAl、Ｐ、Ｎイオン濃度を測定評価した。
次いで、上記試料を20℃で17時間放置し、同様に溶出し
たイオン濃度をICP発光分光法、ネスラー吸光光度法を
用いて測定し疎水性および化学的安定性の評価を行っ
た。その結果を下記表８に示す。

表８に示す結果から明らかなように、ピロ燐酸基を有
するイソプロピル−トリス（ジオクチルピロ燐酸）チタ
ネートまたは燐酸基を有するテトラ（2,2−ジアリルオ
キシメチル−１−ブチル）ビス（ジトリデシル）燐酸チ
タネートを５重量％含有したカップリング剤溶液によっ
て、表面改質処理した試料112〜113のAlN粉末は溶出量
も少なく、安定した特性を有することが確認された。

実施例25 実施例22と同様に平均粒径６μｍ及び28μｍの双頭の
粒度分布を持ったAlN粉末をトルエン中に浸漬し、これ
に表９に記す所定濃度のチタネート系カップリング剤を
添加し、10分間撹拌し、表面改質用のスラリーを作製し
た。用いたカップリング剤は、疎水性の側鎖有機官能基
として燐酸基を有するテトラオクチルビス（ジトリデシ
ル燐酸）チタネート（試料115）、ピロ燐酸基を有する
ビス（ジオクチルピロ燐酸）オキシアセテートチタネー
ト（試料116）、ビス（ジオクチルピロ燐酸）エチレン
チタネート（試料117）、ジイソプロピルビス（ジオル
チルピロ燐酸）チタネート（試料118）であった。さら
に、アルミニウム系カップリング剤として、アセトアル
コキシアルミニウムジスイソプロピレート（試料119）
を使用した。

カップリング剤処理濃度は、実施例24と同様とした。
スラリーは160℃の加熱管中を通過させ、脱溶媒した
後、120℃の捕集管にカップリング剤処理されたAlN粉末
として集められた。実施例24と同様に、（１）試料粉末
を18℃蒸留水中に一定量浸漬しpHを測定すると共に、蒸
留水の温度を徐々に昇温させ80℃まで測定を続けた。他
方、pHがアルカリ側に移行したものは、蒸留水中へ浸漬
した際、加水分解し、アンモニアが生成されたものと
し、表面改質がなされなかったものと判断し、後述する
（２）の評価は省略した。表面改質がなされたものと見
なした試料については、（２）試料粉末を100℃の熱水
中に一定量添加し、90分間加圧抽出後のAl、Ｐ、Ｎイオ
ン濃度を測定評価した。次いで、上記試料を20℃で、17
時間放置し、同様に溶出したイオン濃度をICP発光分光
法、ネスラー吸光光度法を用いて測定評価を行った。そ
の結果を表９に記す。

表９に示す結果から明らかなようにピロ燐酸基を有す
るビス（ジオクチルピロ燐酸）オキシアセテートチタネ
ート（試料116）、ビス（ジオクチルピロ燐酸）エチレ
ンチタネート（試料117）、ジイソプロピルビス（ジオ
クチルピロ燐酸）チタネート（試料118）で良好な結果
が得られた。ついで、燐酸基を有するテトラオクチルビ
ス（ジトリデシル燐酸）チタネート（試料115）が良好
な安定性を示した。

実施例26 燐酸塩として（NH₄）₃PO₄（試料121〜124）、Na₂HPO₄
（試料125）を使用し、それぞれ表10に示す溶媒、燐の
濃度、pHからなる燐酸塩水溶液を調整した。この溶液中
に平均粒径６μｍ及び28μｍの双頭の粒度分布を持った
AlN粉末を浸漬し、１分間超音波により撹拌混合した。
この後、水洗し、100℃、１時間の熱処理を行うことに
より試料121〜125のAlN粉末を作製した。また未処理のA
lN粉末を試料200とした。これらAlN粉末を水、酸により
加熱抽出し、更に水蒸気蒸留−ネスラー吸光度法によ
り、窒素溶出量を定量し、下記表10に示す結果を得た。

表10より明らかなように、表面改質処理を実施しない
比較試料200以外のAlN粉末においては、窒素溶出量も少
なく、優れた化学的安定性を示している。

以上説明した様に、実施例22〜26で採用した表面改質
方法によれば、AlN粉末表面に燐酸アルミニウム化合物
を主体とする被覆膜、更に詳述すれば燐酸、ピロ燐酸、
オルソ燐酸の少なくとも一つを含んでなるカップリング
剤から成る被覆膜を形成することによって、高熱伝導性
を損うことなく、従来のAlN粉末で問題であった化学安
定性を大幅に改善できる。

したがって表面改質して被覆膜を形成したAlNで高熱
伝導性絶縁体や充填材を形成し、これらをマトリックス
絶縁体と複合化させて放熱シートを製造した場合、化学
的安定性に優れた放熱シートが得られる。また放熱シー
トの経時的な特性劣化も少なく、耐久性に優れた長寿命
の放熱シートが得られる。

産業上の利用可能性 以上説明したように本発明に係る放熱シートによれ
ば、マトリックス絶縁体中に配合する高熱伝導性絶縁体
の少なくとも一端面がマトリックス絶縁体の表面に露出
するように少なくとも一部の高熱伝導性絶縁体を、放熱
シートの厚さ方向に傾斜して配向されているため、放熱
シートの厚さ方向に熱伝導性が良好な連続した放熱経路
が形成される。したがって、放熱シートの厚さ方向に効
果的に熱を伝達することが可能であり、放熱シートを装
着した電子・電気機器の冷却効率を大幅に改善すること
ができる。

特に、高熱伝導性絶縁体をシートの厚さ方向に対して
傾斜させるようにマトリックス絶縁体中に配置すること
により、直立して配置した場合と比較して放熱シートの
厚さ方向の弾力性をより高めることが可能になり、被冷
却部品から受ける応力の緩和作用が発揮される他、被冷
却部品に対する放熱シートの密着性も向上する。したが
って、トランジスタ、コンデンサ、LSIパッケージ等の
電子・電気機器部品、超音波診断装置、核磁気共鳴診断
装置、Ｘ線診断装置等の医用機器、複写機、プリンタ等
のOA機器、Ｘ線分析装置等の分析機器、放送衛星等の電
波機器、軍事防衛機器、民生機器等の発熱機器において
発生する熱を効率良く系外に伝達する放熱シートとして
極めて有用である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩崎 秀夫 神奈川県川崎市幸区小倉533 メゾン新 川崎303 (72)発明者 坂本 敏也 神奈川県横浜市港北区日吉本町４―14― １ 東芝日吉寮 (72)発明者 遠藤 博 神奈川県横浜市泉区白百合１―９―３ (72)発明者 久野 勝美 神奈川県横浜市鶴見区東寺尾中台33―12 クレアーレ東芝 (72)発明者 蘓理 尚行 神奈川県横浜市磯子区田中１―12―３ (72)発明者 霜鳥 一三 福岡県北九州市八幡西区小嶺２―７―20 ―103 (72)発明者 八木 典章 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町2121 東芝 戸塚台コーポＤ103 (72)発明者 志津 博美 神奈川県藤沢市亀井野１―25―７―208 (72)発明者 佐野 孝 神奈川県横浜市港南区上大岡西３―14― 26 コンフォーム上大岡203 (56)参考文献 特開 平３−151658（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/373 H05K 7/20 H01L 23/36 H01L 23/40

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の高熱伝導性絶縁体が可撓性を有する
   マトリックス絶縁体を介して連設された放熱シートにお
   いて高熱伝導性絶縁体の少なくとも一端面が上記マトリ
   ックス絶縁体表面に露出するように上記少なくとも一部
   の高熱伝導性絶縁体を放熱シートの厚さ方向に傾斜して
   配置したことを特徴とする放熱シート。
2. 【請求項２】高熱伝導性絶縁体の両端面がマトリックス
   絶縁体表面に露出するように、高熱伝導性絶縁体の少な
   くとも一部を放熱シートの厚さ方向に傾斜して配置した
   ことを特徴とする請求項１記載の放熱シート。
3. 【請求項３】高熱伝導性絶縁体がマトリックス絶縁体表
   面に露出した部分の面積割合が、放熱シートの全表面積
   の１％以上であることを特徴とする請求項１記載の放熱
   シート。
4. 【請求項４】高熱伝導性絶縁体を窒化アルミニウムで構
   成したことを特徴とする請求項１記載の放熱シート。
5. 【請求項５】マトリックス絶縁体が高分子材料あるいは
   高分子材料と高熱伝導性充填材との複合体から成ること
   を特徴とする請求項１記載の放熱シート。
6. 【請求項６】前記複合体を構成する高熱伝導性充填材が
   窒化アルミニウムから成り、上記高熱伝導性充填材表面
   に燐酸アルミニウム化合物を主体とする被覆膜を形成し
   たことを特徴とする請求項５記載の放熱シート。
7. 【請求項７】前記放熱シートの厚さ方向に傾斜して配置
   された高熱伝導性絶縁体の傾斜角度が放熱シートの平面
   方向に対して30度以上90度未満であることを特徴とする
   請求項１記載の放熱シート。
8. 【請求項８】前記複数の高熱伝導性絶縁体がそれぞれ長
   軸を有し、放熱シートの厚さ方向に傾斜して配置された
   高熱伝導性絶縁体の長軸が所定の角度で整列しているこ
   とを特徴とする請求項１記載の放熱シート。
9. 【請求項９】一部の高熱伝導性絶縁体が放熱シートを貫
   通する一方、他の一部の高熱伝導性絶縁体が放熱シート
   を貫通せず、放熱シートの表面と平行に伸びる高熱伝導
   性絶縁体と傾斜して伸びる高熱伝導性絶縁体とが放熱シ
   ート内に混在していることを特徴とする請求項１記載の
   放熱シート。
10. 【請求項１０】前記複数の高熱伝導性絶縁体が、線材，
    繊維および箔の少なくとも１種から組み合わされている
    ことを特徴とする請求項１記載の放熱シート。
11. 【請求項１１】前記複数の高熱伝導性絶縁体が、窒化け
    い素（Si₃N₄）繊維であり、前記マトリックス絶縁体中
    に含有されていることを特徴とする請求項10記載の放熱
    シート。
12. 【請求項１２】前記複数の高熱伝導性絶縁体の中心軸が
    実質的に屈曲した形状に形成されていることを特徴とす
    る請求項１記載の放熱シート。
13. 【請求項１３】前記複数の高熱伝導性絶縁体が、窒化ア
    ルミニウム，窒化ほう素，窒化けい素，炭化けい素,Be
    O,c−BN,ダイヤモンド,HP−TiCおよびアルミナセラミッ
    クスから選択される少なくとも１種から成ることを特徴
    とする請求項１記載の放熱シート。
14. 【請求項１４】前記放熱シートの全表面積に対する、マ
    トリックス絶縁体の表面に露出する高熱伝導性絶縁体の
    面積の割合が１％以上であることを特徴とする請求項７
    記載の放熱シート。