JP4714371B2 - 熱伝導性成形体及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れた熱伝導性を有する熱伝導性成形体及びその製造方法に関する。さらに詳しくは、電子機器等において半導体素子や電源、光源などの電子部品が発生する熱を効果的に外部へ放散させるための放熱部材、伝熱部材或いはそれらの構成材料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】
近年の電子機器においては、高性能化、小型化及び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などによって、各種の電子部品で発生する熱を効果的に外部へ放散させる熱対策が非常に重要な課題になっている。このような熱対策として、プリント配線基板、半導体パッケージ、放熱板や熱拡散板などの放熱部材、筐体、或いは発熱源と放熱部材等との間に介在されるシート材料や高分子グリスなどを、熱伝導性の良い熱伝導性高分子組成物よりなる熱伝導性成形体にて構成するという対策が一般的に行われている。
【０００３】
従来、このような熱伝導性高分子組成物及び熱伝導性成形体としては、樹脂やゴムなどの高分子マトリックス材料中に、酸化アルミニウムや窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、炭化ケイ素、石英、水酸化アルミニウムなどの金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属水酸化物などを熱伝導性充填剤として配合したものが知られている。
【０００４】
また、炭素繊維や黒鉛粉末を熱伝導性充填剤として配合した熱伝導性高分子組成物及び熱伝導性成形体も知られている。具体的には、特開昭６２−１３１０３３号公報には黒鉛粉末を熱可塑性樹脂に充填した熱伝導性樹脂成形品が、特開平４−２４６４５６号公報にはカーボンブラックや黒鉛などを含有するポリエステル樹脂組成物が、特開平５−１７５９３号公報には一方向に引揃えた炭素繊維に黒鉛粉末と熱硬化性樹脂を含浸した機械的強度の高い熱伝導性成形品が、特開平５−２２２６２０号公報には断面構造を特定したピッチ系炭素繊維を利用した熱伝導性材料が、特開平５−２４７２６８号公報には粒径１〜２０μｍの人造黒鉛を配合したゴム組成物が記載されている。また、特開平９−２８３９５５号公報には特定のアスペクト比の黒鉛化炭素繊維をシリコーンゴムなどの高分子に分散した熱伝導性シートが、特開平１０−２９８４３３号公報には結晶面間隔が０．３３０〜０．３４０ｎｍの球状黒鉛粉末をシリコーンゴムに配合した組成物及び放熱シートが、特開平１１−１５８３７８号公報には特定の加熱処理を施した黒鉛微粒子をシリコーンゴムに配合した導電性と熱伝導性とを有するシリコーンゴム組成物が、特開平１１−２７９４０６号公報には特定長さの炭素繊維をシリコーンゴムに配合した導電性と熱伝導性とを有する組成物が開示されている。
【０００５】
一方、高分子材料を熱処理して黒鉛化させた炭素材料として、特開昭６３−２５６５０８号公報、特開平２−８３２０７号公報、特開平２−８３２０８号公報、特開平３−７５２１１号公報、特開平４−２１５０８号公報、特開平４−１４９０１２号公報、特開平４−１４９０１３号公報、特開平５−１７１１６号公報、特開平７−１０９１７１号公報、特開平８−２３１８３号公報、特開平８−２６７６４７号公報、特開平９−１５６９１３号公報、特開２０００−１６９１２５号公報或いは特開２０００−１７８０１６号公報などにおいて、高分子フィルムを熱処理して黒鉛化させた熱伝導性に優れるグラファイトフィルム及びその製造方法が広く提唱されている。そして、特開平９−３２４１２７号公報において、高分子フィルムを熱処理して黒鉛化させたグラファイトフィルムを粉砕又は裁断して得られる粉末状グラファイト、及びこの粉末状グラファイトを熱硬化性樹脂に添加した半導体素子用ダイボンド材並びに半導体装置が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、発熱量が一段と増大し続ける最近の高性能な電子部品においては、より一層優れた熱伝導性のニーズは高まり続け、上記従来の黒鉛粉末や炭素繊維を熱伝導性充填剤として配合した熱伝導性成形体では熱伝導性が未だ不充分であり、早急な改善が切望されている。
【０００７】
また、近年の電子部品などの小型化及び軽量化に伴い、特定方向に良好な熱伝導性を有する熱伝導性成形体の実現が嘱望されている。例えば、半導体素子等の電子機器間に介在されるシート状の熱伝導性成形体（熱伝導性シート）においては、シートの厚さ方向への高熱伝導性が要求される。このような特定方向に良好な熱伝導性を有する熱伝導性成形体については、従来、黒鉛粉末や炭素繊維などを熱伝導性充填剤として配合したものが実現されていたが、熱伝導性が未だ不充分であった。
【０００８】
一方、上記特開平９−３２４１２７号公報にて提唱されている粉末状グラファイトを熱硬化性樹脂に添加した半導体素子用ダイボンド材においては、粉末状グラファイトが熱可塑性樹脂中で一定方向に配向されずにランダムに分散配合されていたため、特定方向に良好な熱伝導性を有する熱伝導性成形体ではなかった。
【０００９】
本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、その目的は、優れた熱伝導性を有し、電子機器などにおける放熱部材、伝熱部材或いはそれらの構成材料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ものである。
【００１０】
【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、高分子マトリックス材料と、高分子材料を熱処理して黒鉛化させて得られる炭素粉末とを含有する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、前記炭素粉末は、主鎖に芳香族環を有する高分子材料であって、芳香族ポリイミド、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド及び全芳香族ポリエステルよりなる群から選択される少なくとも１種の高分子繊維、並びに、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド及び全芳香族ポリエステルよりなる群から選択される少なくとも１種の高分子フィルムの少なくとも一方の高分子材料を熱処理して黒鉛化させて得られる炭素粉末であり、当該炭素粉末が、高分子マトリックス材料中で一定方向に配向していることを特徴とする。
【００１３】
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、炭素粉末のＸ線回折法による黒鉛層間の面間隔（ｄ００２）が、０．３３７０ｎｍ未満であることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、高分子マトリックス材料と、主鎖に芳香族環を有する高分子材料であって、芳香族ポリイミド、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド及び全芳香族ポリエステルよりなる群から選択される少なくとも１種の高分子繊維、並びに、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド及び全芳香族ポリエステルよりなる群から選択される少なくとも１種の高分子フィルムの少なくとも一方の高分子材料を熱処理して黒鉛化させて得られる炭素粉末とを含有する熱伝導性高分子組成物に対して磁場を印加し、前記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である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
＜熱伝導性成形体＞
熱伝導性成形体は、高分子マトリックス材料と、熱伝導性充填材として主鎖に芳香族環を有する高分子材料を熱処理して黒鉛化させて得られる炭素粉末とを含有する熱伝導性高分子組成物を、所定形状に成形してなり、炭素粉末が高分子マトリックス材料中で一定方向に配向していることを特徴とする。
【００１６】
（炭素粉末）
炭素粉末は、主鎖に芳香族環を有する高分子材料を熱処理して黒鉛化させて得られる炭素粉末である。ここで、芳香族環とは、芳香族に属する環を総称したものであり、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環などの芳香族炭化水素やその誘導体を包含する有機化合物の一群をいう。また、主鎖に芳香族環を有する高分子材料とは、主鎖に芳香族環を有する高分子重合体をいい、高分子鎖が線状、鎖状或いは網状に結合したものをいう。
【００１７】
具体的な主鎖に芳香族環を有する高分子材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリベンザゾール、芳香族ポリイミド、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド及び全芳香族ポリエステルよりなる群から選択される少なくとも１種の高分子繊維、或いはポリベンザゾール、芳香族ポリイミド、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド及び全芳香族ポリエステルよりなる群から選択される少なくとも１種の高分子フィルムが挙げられる。このように主鎖に芳香族環を有する高分子材料を用いる理由は、耐熱性が高いため熱処理した際に溶融しにくく、また、熱処理時に黒鉛化しやすいため、グラファイト構造が高度に発達した高い熱伝導率を有する炭素粉末を得ることができるからである。一方、主鎖に芳香族環を有しない高分子材料、例えば、従来技術であるレーヨン繊維やポリアクリロニトリル繊維、フェノール繊維、ポリオレフィンフィルム、脂肪族ナイロンフィルム、ポリスチレンフィルムやポリ塩化ビニルフィルムなどを前駆体として熱処理しても黒鉛化が困難であり、高い熱伝導率を有する炭素粉末を得ることができない。
【００１８】
また、主鎖に芳香族環を有する高分子材料を用いる他の理由は、一定方向に優れた熱伝導率を有する炭素粉末を得ることができるからである。すなわち、主鎖に芳香族環を有する高分子材料（高分子繊維、高分子フィルム）は、高分子鎖が特定方向（繊維軸方向、フィルム面内方向）に配向したものであることから、熱処理して黒鉛化させると、高分子鎖の配向方向に黒鉛層面が高度に発達した炭素粉末を得ることができる。そのため、得られる炭素粉末は、六方晶系の黒鉛結晶構造のＣ軸に垂直な方向、すなわち基底面（黒鉛層面）に平行な方向に特に優れた熱伝導率を有するものとなる。従って、この炭素粉末を高分子マトリックス材料中で一定方向に配向させることにより、黒鉛層面に平行な方向への高熱伝導率を活かして、より一層熱伝導性が優れる熱伝導性成形体を実現することができる。
【００１９】
これらの中でも、主鎖に芳香族環を有する高分子材料は、ポリベンザゾール、芳香族ポリイミド、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド及び全芳香族ポリエステルよりなる群から選択される少なくとも１種の高分子繊維、或いはポリベンザゾール、芳香族ポリイミド、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド及び全芳香族ポリエステルよりなる群から選択される少なくとも１種の高分子フィルムであることが好ましく、また、ポリベンザゾール、芳香族ポリイミド及び芳香族ポリアミドよりなる群から選択される少なくとも１種の高分子繊維、或いはポリベンザゾール、芳香族ポリイミド及び芳香族ポリアミドよりなる群から選択される少なくとも１種の高分子フィルムであることがさらに好ましい。主鎖に芳香族環を有する高分子材料は、その芳香族環構造が多いほど黒鉛化しやすい傾向にあり、著しく熱伝導性に優れた炭素粉末を得ることができる。
【００２０】
なお、ポリベンザゾールとは、ポリベンザゾールポリマーより構成される高分子であり、一般的に、強度、弾性率、耐熱性、難燃性、電気絶縁性に優れる有機高分子である。ここで、ポリベンザゾールポリマー（ＰＢＺ）とは、ポリベンゾオキサゾールホモポリマー（ＰＢＯ）、ポリベンゾチアゾールホモポリマー（ＰＢＴ）、又はこれらＰＢＯとＰＢＴのランダムコポリマー、シーケンシャルコポリマー、ブロックコポリマー或いはグラフトコポリマーを意味するものであり、公知の方法で合成することができる。
【００２１】
主鎖に芳香族環を有する高分子材料を熱処理して黒鉛化させて得られる炭素粉末の形態としては、厳密には繊維状（繊維状の形態が維持された粉砕品や切断品も含む）、鱗片状、破砕状、球状、不定形状、ウィスカー状、マイクロコイル状、ナノチューブ状などの形状が挙げられるが、これらに特に限定されるものではない。
【００２２】
炭素粉末の平均粒径は、特に限定されるものではないが、１〜５００μｍであることが好ましい。炭素粉末の平均粒径は１〜５００μｍの範囲が工業的に生産しやすく、また、得られる熱伝導性成形体の熱伝導性が大きくなる。平均粒径が１μｍより小さいと、熱伝導性充填剤として高分子マトリックス材料中に配合した際に炭素粉末同士の接触が少なくなり、熱の伝達経路が不充分になって得られる熱伝導性成形体の熱伝導性が低下する。一方、平均粒径が５００μｍよりも大きいと、炭素粉末が嵩高くなって高分子マトリックス材料中に高充填することが困難になる。なお、上記の平均粒径は、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。
【００２３】
炭素粉末は、特に限定されるものではないが、その構造パラメータとして、Ｘ線回折法による黒鉛層間の面間隔（ｄ００２）が０．３３７０ｎｍ未満であることが好ましい。Ｘ線回折法による黒鉛層間の面間隔（ｄ００２）が０．３３７０ｎｍ未満であると、より一層高い熱伝導性を有する炭素粉末及び熱伝導性成形体を実現することができる。一方、Ｘ線回折法による黒鉛層間の面間隔（ｄ００２）が０．３３７０ｎｍ以上である場合は熱伝導性が不十分で、その炭素粉末を熱伝導性充填剤として用いても高い熱伝導性を有する熱伝導性成形体を得ることができない。なお、Ｘ線回折法による黒鉛層間の面間隔（ｄ００２）の下限値は、理論値として算出される０．３３５４ｎｍである。
【００２４】
ここで、Ｘ線回折法とは、Ｘ線源にＣｕｋαを、標準物質に高純度シリコンを使用して、炭素粉末のＸ線回折パターンを測定する方法であり、得られる（００２）回折パターンのピーク位置と半値幅とから、面間隔（ｄ００２）を算出する方法である。この算出方法は学振法に基づくものである。
【００２５】
なお、炭素粉末は、予め脱脂処理や洗浄処理をしたり、電解酸化などによる酸化処理を施したり、或いはカップリング剤やサイジング剤などで処理することによって表面を改質させたものであってもよい。この場合には、高分子マトリックス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。また、炭素粉末は、無電解メッキ法、電解メッキ法、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの物理的蒸着法、化学的蒸着法、塗装法、浸漬法、微細粒子を機械的に固着させるメカノケミカル法などの方法によって、金属やセラミックス等を表面に被覆させたものであっても構わない。
【００２６】
（高分子マトリックス材料）
高分子マトリックス材料は、特に限定されるものではなく、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、熱硬化性樹脂、架橋ゴムなどから用途や要求性能などに応じて適宜選択すればよい。
【００２７】
具体的な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などのエチレン−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、ポリアセタール、ポリフッ化ビニリデンやポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、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、ＡＢＳ樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂、変性ＰＰＥ樹脂、脂肪族及び芳香族ポリアミド類、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリメタクリル酸及びそのメチルエステルなどのポリメタクリル酸エステル類、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、シリコーン樹脂、アイオノマーなどが挙げられる。
【００２８】
具体的な熱可塑性エラストマーとしては、スチレン−ブタジエンまたはスチレン−イソプレンブロック共重合体とその水添ポリマー、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などが挙げられる。
【００２９】
具体的な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、ポリウレタン樹脂、ポリイミドシリコーン樹脂、熱硬化型ポリフェニレンエーテル樹脂及び変性ＰＰＥ樹脂などが挙げられる。
【００３０】
具体的な架橋ゴムとしては、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、ブチルゴムおよびハロゲン化ブチルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴムなどが挙げられる。
【００３１】
これらの高分子マトリックス材料のなかでも、シリコーンゴム、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、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、ポリフェニレンエーテル樹脂及び熱可塑性エラストマーよりなる群から選択される少なくとも１種、さらに好ましくは、シリコーンゴム、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、及び熱可塑性エラストマーよりなる群から選択される少なくとも１種の高分子マトリックス材料を用いることが、耐熱性などの温度特性や電気的信頼性の観点から好ましい。また、高分子マトリックス材料として低硬度の架橋ゴムや熱可塑性エラストマーを用いると、熱伝導性に優れた柔軟な熱伝導性成形体を実現することができる。
【００３２】
なお、これらの高分子マトリックス材料は用途や要求性能に応じて適宜選択して用いられる。例えば、誘電率、誘電正接が小さく、かつ高周波領域での特性を要求される配線基板用途などには、フッ素樹脂、熱硬化型ポリフェニレンエーテル樹脂、変性ＰＰＥ樹脂、ポリオレフィン系樹脂などを用いることが好ましい。
【００３３】
また、これらの高分子マトリックス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、或いはこれらの高分子マトリックス材料から選択される複数の高分子マトリックス材料からなるポリマーアロイを使用しても差し支えない。さらに、硬化性樹脂又は架橋ゴムの架橋方法については、熱硬化法に限定されず、光硬化法、湿気硬化法などの公知の架橋方法を採用することができる。
【００３４】
（熱伝導性高分子組成物）
次に、上述した高分子マトリックス材料と炭素粉末とを含有する熱伝導性高分子組成物について説明する。
【００３５】
炭素粉末の配合量は、目的とする最終製品の要求性能によって決定されるが、高分子マトリックス材料１００重量部に対して、１〜５００重量部であることが好ましく、４０〜３００重量部であることがより好ましい。炭素粉末の配合量が１重量部よりも少ないと、得られる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。一方、炭素粉末の配合量が５００重量部を超えると、得られる熱伝導性高分子組成物の粘度が増大して炭素粉末を高分子マトリックス材料中で一定方向に配向させることが困難となるばかりか、高分子マトリックス材料中に均一分散させることが困難となり、さらに、気泡の混入が避けられないため好ましくない。
【００３６】
熱伝導性高分子組成物は、上述した炭素粉末のほかに、その他の熱伝導性充填剤、難燃剤、軟化材、着色剤、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剤としては、例えば、金属やセラミックス、より具体的には、銀、銅、金、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、水酸化アルミニウムなどのほか、金属被覆樹脂、上述の炭素粉末以外の黒鉛化炭素粉末、黒鉛化されていない炭素粉末、天然黒鉛、人造黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ等が挙げられる。また、その形態としては、例えば、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。なお、最終製品として特に電気絶縁性が要求される用途においては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、水酸化アルミニウム等の電気絶縁性の充填剤を併用することが好ましい。また、揮発性の有機溶剤や低粘度の軟化剤、反応性可塑剤を添加してもよく、これらを添加した場合は熱伝導性高分子組成物の粘度を低下させることができ、高分子マトリックス材料中の炭素粉末を一定方向に配向させやすくすることができる。
【００３７】
（熱伝導性成形体）
以下、上述した熱伝導性高分子組成物を所定形状に成形してなる熱伝導性成形体について説明する。
【００３８】
熱伝導性成形体は、炭素粉末が高分子マトリックス材料中で一定方向に配向されている。これにより、炭素粉末の一定方向（黒鉛層面に平行な方向）への高熱伝導率が発揮されて、より一層熱伝導性に優れる熱伝導性成形体を実現することができる。ここで、炭素粉末が一定方向に配向されているとは、炭素粉末の六方晶系の黒鉛結晶構造の黒鉛面層が一定方向に向くように配向されていることをいう。なお、この炭素粉末の配向現象については、Ｘ線回折法によるＸ線結晶解析などによって確認することができる。
【００３９】
なお、シート状の熱伝導性成形体の場合、硬度は、目的とする最終製品の要求性能に応じて適宜決定されるが、使用時の応力緩和性と追随性に関しては柔軟なほど、すなわち低硬度ほど有利である。具体的な硬度としては、ショアＡ硬度で７０以下であることが好ましく、ショアＡ硬度で４０以下であることがより好ましく、アスカーＣ硬度で３０以下のゲル状のシリコーンゴムや熱可塑性エラストマーを高分子マトリックス材料として使用したものが特に好ましい。また、厚さ方向への高熱伝導性が要求されるシート状の熱伝導性成形体においては、特に限定されるものではないが、その厚さが、５０μｍ〜１０ｍｍであることが好ましく、１００μｍ〜５ｍｍであることがより好ましい。５０μｍよりも薄いと製造しにくく、また取り扱いにくくなり、一方、１０ｍｍよりも厚くなると熱抵抗が大きくなるので好ましくない。
【００４０】
次に、熱伝導性成形体の使用方法について説明する。
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、光源などの電子部品が発生する熱を効果的に外部へ放散させるための放熱部材、伝熱部材或いはそれらの構成材料などとして用いられる。具体的には、シート状に加工して半導体素子などの発熱部材と放熱器など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、筐体などに成形加工して用いたりする。
【００４１】
図１〜図４に、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１に示す例では、プリント配線基板１４上に実装された半導体素子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、シート状の熱伝導性成形体１３が介在されている。図２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との間にシート状の熱伝導性成形体１３が介在されている。図３に示す例では、プリント配線基板１４上に実装された半導体素子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との間にシート状の熱伝導性成形体１３が介在されている。図４に示す例では、プリント配線基板１４上に実装された複数の半導体素子１１と筐体１６との間にシート状の熱伝導性成形体１３が介在されている。また、図５は、プリント配線基板１４を熱伝導性成形体で構成した例を示す図である。同図に示すプリント配線基板１４は、熱伝導性高分子組成物を板状に成形した基板１７を備え、絶縁層を介してその基板１７上に銅箔などからなる導電層１８が形成されている。
【００４２】
＜製造方法＞
（炭素粉末）
炭素粉末は、上述した主鎖に芳香族環を有する高分子材料を熱処理して黒鉛化させて得られる炭素繊維やグラファイトフィルムなどの炭素材料を、粉砕又は切断することにより製造される。
【００４３】
熱処理条件としては、２５００℃以上の温度条件が必要とされる。熱処理温度が２５００℃未満であると、黒鉛化が不充分となり高い熱伝導率を有する炭素粉末を得ることができない。また、熱処理は、真空雰囲気下又はアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。真空又は不活性ガス雰囲気下で熱処理しないと、上述した主鎖に芳香族環を有する高分子材料が酸化するなど変質してしまうことがあり好ましくない。実用的には、アルゴンガス雰囲気下、２８００〜３２００℃の高温で一定時間熱処理することが好ましく、これにより黒鉛化が高度に進行し、グラファイト構造が高度に発達した熱伝導率の大きな炭素粉末を製造することができる。なお、昇温速度、降温速度、処理時間などについては、特に限定されるものではない。
【００４４】
粉砕又は切断処理においては、例えば、ビクトリーミル、ジェットミル、高速回転ミルなどの粉砕機或いはチョップド繊維で用いる切断機などを利用して粉砕又は切断処理することが有効である。この粉砕或いは切断処理を効率良く実施するためには、上記各種方法に共通することであるが、例えばプレートを取り付けたローターを高速で回転することにより、繊維軸に対し直角方向に繊維を寸断する方法が適切である。粉砕或いは切断処理によって得られる炭素粉末の平均粒径は、ローターの回転数、プレートの角度などを調整することにより制御される。また、他の粉砕方法としてボールミルなどの磨砕機による方法もある。なお、粉砕又は切断処理は、熱処理の前工程として或いは熱処理の途中において行っても差し支えない。
【００４５】
（熱伝導性成形体）
上記のように製造された炭素粉末と上述した高分子マトリックス材料とを、例えばブレンダー、ミキサー、ロール或いは押出機などの公知の混合装置又は混練装置を用いて混合し、必要に応じて攪拌、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。なお、混合分散する際には、減圧或いは加圧することにより混入した気泡を除去する工程を加えることが好ましい。
【００４６】
そして、熱伝導性高分子組成物に対して磁場を印加し、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所定形状に成形することにより、熱伝導性成形体が製造される。
【００４７】
熱伝導性成形体の成形方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、圧縮成形法、押出成形法、射出成形法、注型成形法、ブロー成形法、カレンダー成形法などのほか、熱伝導性高分子組成物が液状の場合には、塗装法、印刷法、ディスペンサー法、ポッティング法などの公知の方法が挙げられる。なお、熱伝導性高分子組成物をシート状に成形する場合には、圧縮成形法、押出成形法、ブレード成形法、カレンダー成形法を用いることが好ましい。
【００４８】
熱伝導性高分子組成物中における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。これらのなかでも、熱伝導性高分子組成物に外部から磁場を印加して炭素粉末を磁力線と平行に配向させる方法が効率的で、かつ炭素粉末の配向方向を任意に設定できるため好ましい。また、上述した機械的な配向方法と比較して、炭素粉末を高度に一定方向に配向させることができる点で有利である。
【００４９】
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、例えば、金型のキャビティ内に注入された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の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。
【００５０】
例えば、図６に示すような板状の熱伝導性成形体２１において、炭素粉末を熱伝導性成形体２１の厚さ方向（図６におけるＺ軸方向）に配向させる場合には、図７（ａ）に示すように、磁力線Ｍの向きが熱伝導性成形体２１の厚さ方向（図６におけるＺ軸方向）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、炭素粉末を熱伝導性成形体２１の面内方向（図６におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向等）に配向させる場合には、図７（ｂ）に示すように、磁力線Ｍの向きが熱伝導性成形体２１（図６参照）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。
【００５１】
磁場発生手段２２としては、永久磁石、電磁石などが挙げられる。磁場発生手段２２によって形成される磁場の磁束密度は、熱伝導性高分子組成物の粘度や炭素粉末の粒径などに応じて適宜決定されるが、０．０５〜３０テスラであることが好ましく、０．５テスラ以上であることがより好ましく、２テスラ以上であることが特に好ましい。磁束密度が０．５テスラ以上であれば実用的な炭素粉末の配向が達成でき、目的とする高熱伝導性を示す熱伝導性成形体を得ることができる。
【００５２】
なお、図７（ａ）、（ｂ）に示す例では、一対の磁場発生手段２２を金型２３の両側に対向配置したが、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７（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を対向配置したが、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、曲線状や矩形状であっても構わない。また、磁力線Ｍが１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。
【００５３】
以上詳述したように、本実施形態によれば以下に示す作用効果が奏される。
・ 主鎖に芳香族環を有する高分子材料を熱処理して黒鉛化させた。
このように主鎖に芳香族環を有する高分子材料を原料として用いると、グラファイト構造が高度に発達した高い熱伝導率を有する炭素粉末を実現することができる。すなわち主鎖に芳香族環を有する高分子材料は、高分子鎖が特定方向に配向したものであることから、熱処理して黒鉛化させると高分子鎖の配向方向に沿って黒鉛層面が高度に発達し、一定方向（黒鉛層面に平行な方向）に優れた熱伝導率を有する炭素粉末を実現することができる。
【００５４】
また、主鎖に芳香族環を有する高分子材料として、ポリベンザゾール、芳香族ポリイミド、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド及び全芳香族ポリエステルよりなる群から選択される少なくとも１種の高分子繊維、或いはポリベンザゾール、芳香族ポリイミド、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド及び全芳香族ポリエステルよりなる群から選択される少なくとも１種の高分子フィルムを用いると、著しく熱伝導性に優れた炭素粉末を得ることができる。
【００５５】
さらに、炭素粉末のＸ線回折法による黒鉛層間の面間隔（ｄ００２）が、０．３３７０ｎｍ未満であると、より一層高い熱伝導性を有する炭素粉末及び熱伝導性成形体を実現することができる。なお、熱伝導性が大幅に改善される理由は定かではないが、炭素粉末を高分子マトリックス材料中に分散させた場合に、熱の伝達経路が炭素粉末のミクロ構造と非常に強く相関しているものと考えられる。
【００５６】
・ 主鎖に芳香族環を有する高分子材料を熱処理して黒鉛化させて得られる炭素粉末を、高分子マトリックス材料中で一定方向に配向させた。
主鎖に芳香族環を有する高分子材料を熱処理して黒鉛化させて得られる炭素粉末を、高分子マトリックス材料中で一定方向に配向させることにより、黒鉛層面に平行な方向への高熱伝導率を活かして、熱伝導性をより一層向上させた熱伝導性に優れる熱伝導性成形体を実現することができる。また、一定方向の熱伝導性を飛躍的に向上させた熱伝導性に異方性を有する熱伝導性成形体を実現することができる。
【００５７】
・ 炭素粉末の平均粒径を１〜５００μｍとすることにより、工業的に生産容易となり、しかも高分子マトリックス材料中に高充填させることできるとともに、得られる熱伝導性成形体の熱伝導性を向上させることができる。
【００５８】
・ 炭素粉末の配合量を、高分子マトリックス材料１００重量部に対して、１〜５００重量部とした。これにより、粘度の増大及び気泡の混入を防止して、炭素粉末を高分子マトリックス材料中に均一分散させることができ、かつ炭素粉末を高分子マトリックス材料中で一定方向に配向させることが容易となり、熱伝導性をより一層向上させた熱伝導性成形体を実現することができる。
【００５９】
・ 高分子マトリックス材料と、主鎖に芳香族環を有する高分子材料を熱処理して黒鉛化させて得られる炭素粉末とを含有する熱伝導性高分子組成物に対して磁場を印加し、前記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た。
【００６０】
従って、機械的な配向方法と比較して、炭素粉末を一定方向に高度に配向させることができるとともに、その配向方向を任意に設定することができる。従って、優れた熱伝導性を有する熱伝導性成形体を簡易かつ効率的に製造することができる。
【００６１】
【実施例】
以下、試作例、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詳細に説明するが、これらは本発明の範囲を何ら制限するものではない。なお、以下の実施例及び比較例においては、図６に示すような偏平な板状の熱伝導性成形体を製造するが、この偏平な板状の熱伝導性成形体の厚さ方向をＺ軸方向、一方の面内方向をＸ軸方向、他方の面内方向をＹ軸方向とする。以下、実施例１〜７は、特許請求の範囲に係る発明の参考として示す参考例である。
【００６２】
（炭素粉末の試作例１）
主鎖に芳香族環を有する高分子材料としてのポリベンザゾール繊維（東洋紡績株式会社製 商品名 ザイロンＨＴ：ポリベンゾオキサゾール繊維）をアルゴンガス雰囲気下、３０００℃で２時間熱処理して黒鉛化させ、炭素繊維を作製した。得られた炭素繊維を高速回転ミルで粉砕し、炭素粉末（試作例１）を試作した。
得られた炭素粉末は、繊維直径が９μｍ、平均粒径が５０μｍ、Ｘ線回折法による黒鉛層間の面間隔（ｄ００２）が０．３３６０ｎｍであった。
【００６３】
（炭素粉末の試作例２）
主鎖に芳香族環を有する高分子材料としての芳香族ポリイミドフィルム（東レ・デュポン製 商品名 カプトン：厚さ２５μｍ）をアルゴンガス雰囲気下、３０００℃で２時間熱処理して黒鉛化させ、グラファイトフィルムを作製した。得られたグラファイトフィルムを高速回転ミルで粉砕し、炭素粉末（試作例２）を試作した。
得られた炭素粉末は、平均粒径が４５μｍ、Ｘ線回折法による黒鉛層間の面間隔（ｄ００２）が０．３３６８ｎｍであった。
【００６４】
（炭素粉末の試作例３）
光学異方性で比重１．２５の石油系メソフェーズピッチを原料として、幅３ｍｍのスリットの中に直径０．２ｍｍφの紡糸孔を有するダイスを使用し、スリットから加熱空気を噴出させて紡糸温度３６０℃で溶融ピッチを牽引することにより、平均直径１３μｍのピッチ系繊維を作製した。紡出された繊維をベルト上に捕集したマットを、空気中で室温から３００℃まで平均昇温速度６℃／分で昇温して不融化処理した。引続き、この不融化処理繊維を７００℃で軽度に炭化処理した後、高速回転ミルで粉砕し、平均粒径２０μｍの炭素繊維粉砕品を得た。この炭素繊維粉砕品を、アルゴンガス雰囲気下、２３００℃まで昇温後、２３００℃で４０分間保持し、次いで３℃／分の速度で３０００℃まで昇温し、さらに３０００℃で１時間保持してから降温し、炭素粉末（試作例３）を試作した。
得られた炭素粉末は、繊維直径が９μｍ、平均粒径が５０μｍ、Ｘ線回折法による黒鉛層間の面間隔（ｄ００２）が０．３３６８ｎｍであった。
【００６５】
（実施例１）
高分子マトリックス材料として不飽和ポリエステル樹脂（株式会社日本触媒製商品名 エポラック）１００重量部に、熱伝導性充填材としてシランカップリング剤で表面処理した試作例１の炭素粉末１２５重量部を混合分散させ、真空脱泡して熱伝導性高分子組成物を調製した。
次いで、こ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さ方向（Ｚ軸方向）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炭素粉末を十分に配向させた後に加熱硬化させ、厚さ１．５ｍｍ×縦２０ｍｍ×横２０ｍｍの板状の熱伝導性成形体を製造した。
得られた熱伝導性成形体中の炭素粉末は、厚さ方向（Ｚ軸方向）に揃って配向していた。この熱伝導性成形体の厚さ方向（Ｚ軸方向）及び面内方向（Ｘ軸方向）における熱伝導率を測定したところ、それぞれ１８．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）、３．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【００６６】
（実施例２）
磁力線の向きを、熱伝導性成形体の面内方向（Ｘ軸方向）に一致するように変更したほかは、上記実施例１と同様に、板状の熱伝導性成形体を製造した。
得られた熱伝導性成形体中の炭素粉末は、面内方向（Ｘ軸方向）に揃って配向していた。この熱伝導性成形体の厚さ方向（Ｚ軸方向）、面内方向（Ｘ軸方向）及び面内方向（Ｙ軸方向）における熱伝導率を測定したところ、それぞれ３．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、１７．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、３．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【００６７】
（比較例１）
磁場の印加を省略したほかは、上記実施例１と同様に、板状の熱伝導性成形体を製造した。
得られた熱伝導性成形体中の炭素粉末は、一定方向に配向せずにランダムに分散していた。この熱伝導性成形体の厚さ方向（Ｚ軸方向）及び面内方向（Ｘ軸方向）の熱伝導率を測定したところ、それぞれ１．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）、４．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【００６８】
上記実施例１、実施例２及び比較例１の熱伝導性成形体の熱伝導率を表１に示す。
【表１】

【００６９】
（実施例３）
高分子マトリックス材料として液状エポキシ樹脂（スリーボンド株式会社製 商品名 ＴＢ２２８０Ｃ）１００重量部に、熱伝導性充填材としてシランカップリング剤で表面処理した試作例１の炭素粉末１００重量部を混合分散させ、真空脱泡して熱伝導性高分子組成物を調製した。
次いで、こ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さ方向（Ｚ軸方向）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炭素粉末を十分に配向させた後に加熱硬化させ、厚さ３ｍｍ×縦２０ｍｍ×横２０ｍｍの板状の熱伝導性成形体を製造した。
得られた熱伝導性成形体中の炭素粉末は、厚さ方向（Ｚ軸方向）に揃って配向していた。この熱伝導性成形体の厚さ方向（Ｚ軸方向）及び面内方向（Ｘ軸方向）における熱伝導率を測定したところ、それぞれ１２．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）、３．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【００７０】
（実施例４）
熱伝導性充填材として試作例２の炭素粉末を用いたほかは、上記実施例３と同様に、板状の熱伝導性成形体を製造した。
得られた熱伝導性成形体中の炭素粉末は、厚さ方向（Ｚ軸方向）に揃って配向していた。この熱伝導性成形体の厚さ方向（Ｚ軸方向）及び面内方向（Ｘ軸方向）における熱伝導率を測定したところ、それぞれ１１．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、２．９Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【００７１】
（比較例２）
熱伝導性充填材として試作例３の炭素粉末を用いたほかは、上記実施例３と同様に、板状の熱伝導性成形体を製造した。
得られた熱伝導性成形体中の炭素粉末は、厚さ方向（Ｚ軸方向）に揃って配向していた。この熱伝導性成形体の厚さ方向（Ｚ軸方向）及び面内方向（Ｘ軸方向）及び面内方向（Ｙ軸方向）における熱伝導率を測定したところ、それぞれ８．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、２．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、３．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【００７２】
上記実施例３、実施例４及び比較例２の熱伝導性成形体の熱伝導率を表２に示す。
【表２】

【００７３】
（実施例５）
高分子マトリックス材料として液状シリコーンゴム（ＧＥ東芝シリコーン株式会社製 商品名 ＴＳＥ３０７０）１００重量部に、熱伝導性充填材としてシランカップリング剤で表面処理した試作例１の炭素粉末１１０重量部と、酸化アルミニウム粉末（昭和電工株式会社製 商品名 ＡＳ−２０）６０重量部とを混合分散させ、真空脱泡して熱伝導性高分子組成物を調製した。
次いで、こ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さ方向（Ｚ軸方向）に一致する磁場（磁束密度１２テスラ）を印加して、熱伝導性高分子組成物中の炭素粉末を十分に配向させた後に加熱硬化させ、厚み０．５ｍｍ×縦２０ｍｍ×横２０ｍｍの板状の熱伝導性成形体（アスカーＣ硬度１６）を製造した。
得られた熱伝導性成形体中の炭素粉末は、厚さ方向（Ｚ軸方向）に揃って配向していた。この熱伝導性成形体の厚さ方向（Ｚ軸方向）及び面内方向（Ｘ軸方向）における熱伝導率を測定したところ、それぞれ１８．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）、３．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【００７４】
（実施例６）
磁力線の向きを、熱伝導性成形体の面内方向（Ｘ軸方向）に一致するように変更したほかは、上記実施例５と同様に、板状の熱伝導性成形体（アスカーＣ硬度１５）を製造した。
得られた熱伝導性成形体中の炭素粉末は、面内方向（Ｘ軸方向）に揃って配向していた。この熱伝導性成形体の厚さ方向（Ｚ軸方向）、面内方向（Ｘ軸方向）及び面内方向（Ｙ軸方向）における熱伝導率を測定したところ、それぞれ２．９Ｗ／（ｍ・Ｋ）、１８．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、３．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【００７５】
（比較例３）
印加する磁場の磁束密度を１．５テスラに変更したほかは、上記実施例５と同様に、板状の熱伝導性成形体を製造した。
得られた熱伝導性成形体中の炭素粉末は、十分に配向されていなかった。この熱伝導性成形体の厚さ方向（Ｚ軸方向）及び面内方向（Ｘ軸方向）における熱伝導率を測定したところ、それぞれ２．９Ｗ／（ｍ・Ｋ）、３．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【００７６】
（比較例４）
熱伝導性充填材として試作例３の炭素粉末を用いたほかは、上記実施例５と同様に、板状の熱伝導性成形体を製造した。
得られた熱伝導性成形体中の炭素粉末は、厚さ方向（Ｚ軸方向）に揃って配向していた。この熱伝導性成形体の厚さ方向（Ｚ軸方向）及び面内方向（Ｘ軸方向）における熱伝導率を測定したところ、それぞれ１１．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、２．９Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【００７７】
上記実施例５、実施例６、比較例３及び比較例４の熱伝導性成形体の熱伝導率を表３に示す。
【表３】

【００７８】
（実施例７）
高分子マトリックス材料として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 商品名 タフテックＨ１０５３）１００重量部に、溶媒としてトルエン２０００重量部を加え、さらに熱伝導性充填材として試作例１の炭素粉末６０重量部を混合分散させて、熱伝導性高分子組成物を調製した。
次いで、こ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さ方向（Ｚ軸方向）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炭素粉末を十分に配向させた後に加熱し冷却固化させ、厚さ２ｍｍ×縦２０ｍｍ×横２０ｍｍの板状の熱伝導性成形体を製造した。
得られた熱伝導性成形体中の炭素粉末は、厚さ方向（Ｚ軸方向）に揃って配向していた。この熱伝導性成形体の厚さ方向（Ｚ軸方向）及び面内方向（Ｘ軸方向）における熱伝導率を測定したところ、それぞれ１１．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、３．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【００７９】
（比較例５）
熱伝導性充填材として試作例３の炭素粉末を用いたほかは、上記実施例７と同様に、板状の熱伝導性成形体を製造した。
得られた熱伝導性成形体中の炭素粉末は、厚さ方向（Ｚ軸方向）に揃って配向していた。この熱伝導性成形体の厚さ方向（Ｚ軸方向）及び面内方向（Ｘ軸方向）における熱伝導率を測定したところ、それぞれ７．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）、２．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【００８０】
上記実施例７及び比較例５の熱伝導性成形体の熱伝導率を表４に示す。
【表４】

【００８１】
（考察）
実施例１〜実施例７の熱伝導性成形体は、主鎖に芳香族環を有する高分子材料を熱処理して黒鉛化させて得られる炭素粉末が、高分子マトリックス材料中で一定方向に配向している熱伝導性成形体である。一方、比較例１は磁場を印加せずに炭素粉末を配向させていない従来の熱伝導性成形体であり、比較例３は磁束密度が１．５テスラの低磁場を印加して炭素粉末が配向しきれなかった熱伝導性成形体であり、比較例２、比較例４及び比較例５は、メソフェーズピッチを原料とした従来の炭素粉末を高分子マトリックス材料中で一定方向に配向した熱伝導性成形体である。
【００８２】
実施例１及び実施例２の熱伝導性成形体は、比較例１の熱伝導性成形体と比較して、一定方向（Ｚ軸方向又はＸ軸方向）の熱伝導性が飛躍的に向上されていることが確認された。従って、主鎖に芳香族環を有する高分子材料を熱処理して黒鉛化させて得られる炭素粉末を、高分子マトリックス材料中で一定方向に配向させると、その配向方向の熱伝導性が飛躍的に向上されることが確認された。
【００８３】
実施例３及び実施例４の熱伝導性成形体は、比較例２の熱伝導性成形体と比較して、熱伝導性が向上されていることが確認された。従って、主鎖に芳香族環を有する高分子材料を熱処理して黒鉛化させて得られる炭素粉末（試作例１及び試作例２）が、従来のメソフェーズピッチを原料とする炭素粉末（試作例３）よりも優れた熱伝導性を有することが確認され、特に、Ｚ軸方向の熱伝導性が飛躍的に向上されていることが確認された。
【００８４】
実施例５及び実施例６の熱伝導性成形体は、比較例３の熱伝導性成形体と比較して、一定方向（Ｚ軸方向又はＸ軸方向）の熱伝導性が飛躍的に向上されていることが確認された。従って、主鎖に芳香族環を有する高分子材料を熱処理して黒鉛化させて得られる炭素粉末を、高分子マトリックス材料中で一定方向に高度に配向させると、その配向方向の熱伝導性が飛躍的に向上されることが確認された。
【００８５】
実施例５の熱伝導性成形体は比較例４の熱伝導性成形体と比較して、実施例７の熱伝導性成形体は比較例５の熱伝導性成形体と比較して、それぞれ熱伝導性が飛躍的に向上されていることが確認された。従って、主鎖に芳香族環を有する高分子材料を熱処理して黒鉛化させて得られる炭素粉末（試作例１）が、従来のメソフェーズピッチを原料とする炭素粉末（試作例３）よりも優れた熱伝導性を有することが確認され、特に、Ｚ軸方向の熱伝導性が飛躍的に向上されていることが確認された。
【００８６】
上記実施形態、試作例、実施例及び比較例から把握される技術的思想について以下に記載する。
（Ａ） 主鎖に芳香族環を有する高分子材料を熱処理して黒鉛化させて得られる炭素粉末。
（Ｂ） 主鎖に芳香族環を有する高分子材料が、ポリベンザゾール、芳香族ポリイミド、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド及び全芳香族ポリエステルよりなる群から選択される少なくとも１種の高分子繊維又は高分子フィルムであることを特徴とする上記（Ａ）に記載の炭素粉末。
（Ｃ） 平均粒径が１〜５００μｍであることを特徴とする上記（Ａ）又は（Ｂ）に記載の炭素粉末。
（Ｄ） Ｘ線回折法による黒鉛層間の面間隔（ｄ００２）が、０．３３７０ｎｍ未満であることを特徴とする上記（Ａ）〜（Ｃ）のいずれかに記載の炭素粉末。
（Ｅ） 上記（Ａ）〜（Ｄ）のいずれかに記載の炭素粉末よりなることを特徴とする熱伝導性充填材。
【００８７】
（Ｆ） 主鎖に芳香族環を有する高分子材料を、真空又は不活性ガス雰囲気下、２５００℃以上で熱処理して黒鉛化させることを特徴とする炭素粉末の製造方法。
（Ｇ） 主鎖に芳香族環を有する高分子材料が、ポリベンザゾール、芳香族ポリイミド、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド及び全芳香族ポリエステルよりなる群から選択される少なくとも１種の高分子繊維又は高分子フィルムであることを特徴とする上記（Ｆ）に記載の炭素粉末の製造方法。
【００８８】
（Ｈ） マトリックス材料中に、上記（Ａ）〜（Ｄ）のいずれかに記載の炭素繊維粉末を配合してなる熱伝導性複合材料組成物。
（Ｉ） マトリックス材料が、架橋ゴム、熱可塑性エラストマー、熱可塑性樹脂及び硬化性樹脂よりなる群から選択される少なくとも１種の高分子材料であることを特徴とする上記（Ｈ）に記載の熱伝導性複合材料組成物。
（Ｊ） 炭素粉末の配合量が、マトリックス材料１００重量部に対して、１〜５００重量部であることを特徴とする上記（Ｈ）又は（Ｊ）に記載の熱伝導性複合材料組成物。
【００８９】
（Ｋ） 高分子マトリックス材料と、高分子材料を熱処理して黒鉛化させて得られる炭素粉末とを含有する熱伝導性高分子組成物をシート状に成形してなる熱伝導性シートであって、前記炭素粉末は、主鎖に芳香族環を有する高分子材料を熱処理して黒鉛化させて得られる炭素粉末であり、当該炭素粉末が、高分子マトリックス材料中で一定方向に配向していることを特徴とする熱伝導性シート。
（Ｌ） 前記炭素粉末が、高分子マトリックス材料中でシートの厚さ方向に配向していることを特徴とする上記（Ｋ）に記載の熱伝導性シート。
【００９０】
【発明の効果】
以上、詳述したように、請求項１に記載の発明によれば、優れた熱伝導性を有する熱伝導性成形体を実現することができ、また、炭素粉末の黒鉛層面に平行な方向への高熱伝導率を活かして、一定方向の熱伝導性を飛躍的に向上させた熱伝導性に異方性を有する熱伝導性成形体を実現することができる。従って、電子機器等における放熱部材、伝熱部材或いはそれらの構成材料として好適に用いることができる、熱伝導性に優れる熱伝導性成形体を提供することができる。
【００９１】
また、請求項３に記載の発明によれば、炭素粉末を一定方向に高度に配向させることができるとともに、その配向方向を任意に設定することができ、優れた熱伝導性を有する熱伝導性成形体を簡易かつ効率的に製造することができる製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 熱伝導性成形体の適用例を示す側面図。
【図２】 熱伝導性成形体の他の適用例を示す側面図。
【図３】 熱伝導性成形体の他の適用例を示す側面図。
【図４】 熱伝導性成形体の他の適用例を示す側面図。
【図５】 熱伝導性成形体の他の適用例を示す断面図。
【図６】 板状の熱伝導性成形体を示す斜視図。
【図７】 （ａ）熱伝導性成形体の製造方法を示す部分断面図、（ｂ）熱伝導性成形体の他の製造方法を示す部分断面図。
【符号の説明】
１３，２１…熱伝導性成形体、１７…熱伝導性成形体としての基板、２４…熱伝導性高分子組成物。

Claims (3)

1. 高分子マトリックス材料と、高分子材料を熱処理して黒鉛化させて得られる炭素粉末とを含有する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、
   前記炭素粉末は、主鎖に芳香族環を有する高分子材料であって、芳香族ポリイミド、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド及び全芳香族ポリエステルよりなる群から選択される少なくとも１種の高分子繊維、並びに、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド及び全芳香族ポリエステルよりなる群から選択される少なくとも１種の高分子フィルムの少なくとも一方の高分子材料を熱処理して黒鉛化させて得られる炭素粉末であり、当該炭素粉末が、高分子マトリックス材料中で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. 炭素粉末のＸ線回折法による黒鉛層間の面間隔（ｄ００２）が、０．３３７０ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導性成形体。
3. 高分子マトリックス材料と、主鎖に芳香族環を有する高分子材料であって、芳香族ポリイミド、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド及び全芳香族ポリエステルよりなる群から選択される少なくとも１種の高分子繊維、並びに、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド及び全芳香族ポリエステルよりなる群から選択される少なくとも１種の高分子フィルムの少なくとも一方の高分子材料を熱処理して黒鉛化させて得られる炭素粉末とを含有する熱伝導性高分子組成物に対して磁場を印加し、前記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。

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