JP6298243B2

JP6298243B2 - 電子機器用熱伝導性積層体

Info

Publication number: JP6298243B2
Application number: JP2013070418A
Authority: JP
Inventors: 哲裕加藤; 弘二下西; 幸典栗野
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2018-03-20
Anticipated expiration: 2033-03-28
Also published as: JP2013229590A

Description

本発明は、電子機器内部の熱を効率的に外部へ放熱するための電子機器用熱伝導性積層体に関する。

スマートフォン等の小型化が要求される電子機器においては、高密度に集積された電子部品が大量の熱を発生し、この熱が故障の原因となるため、この熱を機器外部に放熱するためのヒートシンク材が設けられている。前記ヒートシンク材は、発熱体である電子部品と金属筐体との間に設けられることが一般的であるため、凹凸追従性が高い放熱グリースや放熱ゲル、及びこれらをウレタン発泡体に含浸させたもの等が用いられている（例えば、特許文献１）。

特開２００３−３１９８０号

前記放熱グリースは放熱性が良好であるものの、一度グリースを塗布してしまうと塗布し直すことが難しく、製品の歩留まりが低下するという問題がある。一方、放熱ゲルは一般的に厚さ１ｍｍ以下のシート状に加工することが難しく、また、圧縮すると形状が変形するという問題がある。更に、薄いシートは圧縮強度が高くなり、柔軟性が低くなるという問題がある。
しかして、前記ウレタンフォームは、その製法上１ｍｍ以下の厚さのシート状に加工することが難しく、薄いシート状成形物は発泡倍率を高くすることが困難であるため、圧縮強度が高くなり柔軟性が失われるという問題がある。

本発明は、上記従来の課題を鑑みてなされたものであって、電子機器の内部に好適に使用することができる薄さと柔軟性とを有し、かつ熱伝導性に優れる電子機器用熱伝導性積層体を提供することを目的とする。

本発明は、２５％圧縮強度が２００ｋＰａ以下であり、厚さが０．０５〜１．０ｍｍである発泡体シートの少なくとも一方の面に、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である熱伝導性シートを有し、厚さが０．０８〜１．５０ｍｍである電子機器用熱伝導性積層体、を要旨とするものである。

本発明によれば、電子機器の内部に好適に使用することができる薄さと柔軟性とを有し、かつ熱伝導性に優れる電子機器用熱伝導性積層体を提供することができる。

実施例及び比較例で作成した積層体の放熱性能を測定するための装置を示す図である。

本発明の電子機器用熱伝導性積層体は、２５％圧縮強度が２００ｋＰａ以下であり、厚さが０．０５〜１．０ｍｍである発泡体シートの少なくとも一方の面に、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である熱伝導性シートを有し、厚さが０．０８〜１．５０ｍｍであるものである。

＜発泡体シート＞
本発明において用いる発泡体シートの２５％圧縮強度は２００ｋＰａ以下である。前記圧縮強度が２００ｋＰａを超えると、発泡体シートの柔軟性が低下するため好ましくない。発泡体シートの柔軟性の観点から、発泡体シートの２５％圧縮強度は、５ｋＰａ以上が好ましく、５０ｋＰａ以上がより好ましく、５５ｋＰａ以上が更に好ましく、そして、１９０ｋＰａ以下が好ましく、１８０ｋＰａ以下がより好ましく、１５０ｋＰａ以下が更に好ましく、１００ｋＰａ以下がより更に好ましい。
発泡体シートの２５％圧縮強度の具体的な数値は、５〜１９０ｋＰａが好ましく、５０〜１９０ｋＰａがより好ましく、５０〜１５０ｋＰａが更に好ましく、５５〜１００ｋＰａがより更に好ましい。

本発明において用いる発泡体シートは、エラストマー樹脂中に液状エラストマーを１０質量％以上含有するもので構成され、前記発泡体シートの５０％圧縮強度が２００ｋＰａ以下であることが好ましい。前記発泡体シートの５０％圧縮強度が２００ｋＰａ以下であれば、モバイル端末等の薄型電子機器に好適に使用することが可能となる。
柔軟性を向上させる観点から、発泡体シートの５０％圧縮強度は、１５０ｋＰａ以下がより好ましく、１００ｋＰａ以下が更に好ましい。
エラストマー樹脂中の液状エラストマー含有量は、１０質量％以上が好ましく、２０質量％以上がより好ましく、そして、９０質量％以下が好ましく、８０質量％以下がより好ましい。

発泡体シートの厚さは０．０５〜１ｍｍである。発泡体シートの厚さが、０．０５ｍｍ未満であると発泡体シートが破れやすくなり、１ｍｍを超えると小型の電子機器内部の空隙に使用することが困難になる。発泡体シートの強度の観点から、発泡体シートの厚さは０．０５〜０．８ｍｍが好ましく、０．０５〜０．７ｍｍがより好ましく、０．０５〜０．５ｍｍが更に好ましい。

発泡体シートの熱伝導率は、０．０１〜１０Ｗ／ｍ・Ｋが好ましく、０．０５〜２Ｗ／ｍ・Ｋがより好ましい。発泡体シートの熱伝導率が前記範囲内であれば、電子機器内部の熱を外部へ効率的に放熱することが可能となる。

発泡体シートの発泡倍率は１．５〜６倍が好ましく、１．５〜５．５倍がより好ましい。発泡体シートの発泡倍率が前記範囲内であると、シートの薄さと柔軟性とを両立させることができる。
発泡体シートの見掛け密度は、０．１〜１．５ｇ／ｃｍ³程度が好ましく、０．１５〜１．２ｇ／ｃｍ³程度が好ましい。

＜熱伝導性シート＞
本発明においては、発泡体シートの少なくとも一方の面に熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である熱伝導性シートを有する。本発明においては、この熱伝導性シートを設けることにより、より一層効率的に電子機器内部の熱を機器の外部に放熱することができる。効率的に熱を外部に放出する観点から、熱伝導性シートの熱伝導率は３００〜３，０００Ｗ／ｍ・Ｋが好ましく、３００〜２，０００Ｗ／ｍ・Ｋがより好ましい。
前記熱伝導性シートは、前記熱伝導率の範囲を満たせばどのようなものであってもよいが、具体的には銅、アルミニウム、金、銀、鉄、グラファイト、及びグラフェン等が好ましい。
前記熱伝導シートは、精密機器の内部に使用する観点から、３〜５００μｍが好ましく、２０〜１７０μｍがより好ましい。

＜積層体＞
本発明の積層体の厚さは０．０８〜１．５０ｍｍである。積層体の厚さが０．０８ｍｍ未満であると破れやすくなり、１．５０ｍｍを超えると小型の電子機器内部の空隙に使用することが困難になる。積層体の厚さは０．１〜１．２５ｍｍが好ましく、０．２〜０．９５ｍｍがより好ましい。

＜エラストマー樹脂＞
本発明に用いることができるエラストマー樹脂としては、アクリロニトリルブタジエンゴム、液状アクリロニトリルブタジエンゴム、直鎖状低密度ポリエチレン、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、液状エチレン−プロピレン−ジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、液状エチレン−プロピレンゴム、天然ゴム、液状天然ゴム、ポリブタジエンゴム、液状ポリブタジエンゴム、ポリイソプレンゴム、液状ポリイソプレンゴム、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、液状スチレン−ブタジエンブロック共重合体、水素添加スチレン−ブタジエンブロック共重合体、液状水素添加スチレン−ブタジエンブロック共重合体、水素添加スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、液状水素添加スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、水素添加スチレン−イソプレンブロック共重合体、液状水素添加スチレン−イソプレンブロック共重合体、水素添加スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体、液状水素添加スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体等が挙げられ、これらの中では、アクリロニトリルブタジエンゴム、液状アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、液状エチレン−プロピレン−ジエンゴム、直鎖状低密度ポリエチレンが好ましい。

＜熱伝導性フィラー＞
本発明においては、前記エラストマー樹脂中に熱伝導性フィラーを含有させてもよい。熱伝導性フィラーとしては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、タルク、窒化アルミニウム、グラファイト、及びグラフェンが挙げられ、これらの中では、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムが好ましい。これらの熱伝導性フィラーは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
前記熱伝導性フィラーの熱伝導率としては、５Ｗ／ｍ・Ｋ以上が好ましく、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上がより好ましい。熱伝導率が前記範囲内であれば、発泡体シートの熱伝導率が十分に高いものになる。

前記熱伝導性フィラーの含有量は、エラストマー樹脂１００質量部に対して１００〜５００質量部が好ましく、１２０〜４８０質量部が好ましく、１５０〜４５０質量部がより好ましい。熱伝導性フィラーの含有量が前記範囲内であれば、発泡体シートの柔軟性を低下させることなく、十分な熱伝導性を付与することができる。

＜任意成分＞
本発明においては、本発明の目的が損なわれない範囲で、必要に応じて各種の添加成分を含有させることができる。
この添加成分の種類は特に限定されず、発泡成形に通常使用される各種添加剤を用いることができる。このような添加剤として、例えば、滑剤、収縮防止剤、気泡核剤、結晶核剤、可塑剤、着色剤（顔料、染料等）、紫外線吸収剤、酸化防止剤、老化防止剤、上記導電付与材を除いた充填剤、補強剤、難燃剤、難燃助剤、帯電防止剤、界面活性剤、加硫剤、表面処理剤等が挙げられる。添加剤の添加量は、気泡の形成等を損なわない範囲で適宜選択でき、通常の樹脂の発泡・成形に用いられる添加量を採用できる。かかる添加剤は、単独で又は二種以上組み合わせて用いることができる。

滑剤は樹脂の流動性を向上させるとともに、樹脂の熱劣化を抑制する作用を有する。本発明において用いられる滑剤としては、樹脂の流動性の向上に効果を示すものであれば特に制限されない。例えば、流動パラフィン、パラフィンワックス、マイクロワックス、ポリエチレンワックス等の炭化水素系滑剤；ステアリン酸、ベヘニン酸、１２−ヒドロキシステアリン酸等の脂肪酸系滑剤；ステアリン酸ブチル、ステアリン酸モノグリセリド、ペンタエリスリトールテトラステアレート、硬化ヒマシ油、ステアリン酸ステアリル等のエステル系滑剤等が挙げられる。

滑剤の添加量としては、樹脂１００質量部に対して、好ましくは０．０１〜５質量部程度、より好ましくは０．０５〜３質量部、更に好ましくは０．１〜３質量部である。添加量が５質量部を超えると、流動性が高くなりすぎて発泡倍率が低下するおそれがあり、０．０１質量部未満であると、流動性の向上が図れず、発泡時の延伸性が低下して発泡倍率が低下するおそれがある。

難燃剤としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の金属水酸化物の他に、デカブロモジフェニルエーテル等の臭素系難燃剤、ポリリン酸アンモニウム等のリン系難燃剤等が挙げられる。
難燃助剤としては、三酸化アンチモン、四酸化アンチモン、五酸化アンチモン、ピロアンチモン酸ナトリウム、三塩化アンチモン、三硫化アンチモン、オキシ塩化アンチモン、二塩化アンチモンパークロロペンタン、アンチモン酸カリウム等のアンチモン化合物、メタホウ酸亜鉛、四ホウ酸亜鉛、ホウ酸亜鉛、塩基性ホウ酸亜鉛等のホウ素化合物、ジルコニウム酸化物、スズ酸化物、モリブデン酸化物等が挙げられる。

＜発泡体シートの製造方法＞
本発明の電子機器用熱伝導性積層体は、公知の化学発泡法又は物理的発泡法により製造することができ、製造方法に特に制限はない。
なお、発泡処理方法は、プラスチックフォームハンドブック（牧広、小坂田篤編集日刊工業新聞社発行１９７３年）に記載されている方法を含め、公知の方法を用いることができる。

本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
以下の実施例及び比較例で使用した材料は以下のとおりである。
（１）直鎖状低密度ポリエチレン
日本ポリエチレン(株)製、商品名「カーネルＫＦ３７０」
密度：１．００ｇ／ｃｍ³
（２）アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）
日本ゼオン(株)製、商品名「Ｎｉｐｏｌ１０４１」
密度：１．００ｇ／ｃｍ³
アクリロニトリル成分：４０．５質量％
（３）エチレン−プロピレンゴム−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）
ＪＳＲ(株)製、商品名「ＥＰ２１」
密度：０．８６ｇ／ｃｍ³
プロピレン含量：３４質量％
（４）液状エチレン−プロピレン−ジエンゴム（液状ＥＰＤＭ）
三井化学（株）製、商品名「ＰＸ−０６８」
密度：０．９ｇ／ｃｍ³
プロピレン含量：３９質量％
（５）アゾジカルボンアミド
大塚化学(株)製、商品名「ＳＯ−Ｌ」
（６）酸化アルミニウム
(株)マイクロン製、球状アルミナ、商品名「ＡＸ３−３２」、平均粒径３μｍ
（７）酸化マグネシウム
宇部マテリアルズ(株)製、商品名「ＲＦ−１０Ｃ−ＳＣ」、丸み状破砕品、
平均粒径４μｍ
（８）フェノール系酸化防止剤
チバ・スペシャルティー・ケミカルズ(株)製、商品名「イルガノックス１０１０」

＜実施例１〜４、比較例１〜４＞
実施例１
重合触媒としてメタロセン化合物を用いて得られた直鎖状低密度ポリエチレン１００質量部、アゾジカルボンアミド３．０質量部、及びフェノール系酸化防止剤０．１質量部を溶融混練後、プレスすることにより厚さが０．３６ｍｍ発泡性樹脂シートを得た。
次に得られた発泡性樹脂シートの両面に加速電圧５００ｋＶの電子線を４Ｍｒａｄ照射して発泡性樹脂シートを架橋した次にシートを２５０℃に加熱することによって発泡性樹脂シートを発泡させて、見掛け密度０．２０ｇ／ｃｍ³、厚さ０．５ｍｍの発泡体シートを得た。
得られた発泡体シートの一方の面に厚さ１５０μｍの銅箔テープ（３Ｍ製テープＮｏ：２１９４）を貼り合わせ、発泡体と銅箔との積層体を得た。

実施例２
アクリロニトリルブタジエンゴム１００質量部、アゾジカルボンアミド１５質量部、酸化アルミニウム４００質量部及びフェノール系酸化防止剤０．１質量部を溶融混練後、プレスすることにより厚さが０．４ｍｍの発泡性樹脂シートを得た。
得られた発泡性樹脂シートの両面に加速電圧５００ｋｅＶにて電子線を１．２Ｍｒａｄ照射して発泡性樹脂シートを架橋させた。次にシートを２５０℃に加熱することによって発泡性樹脂シートを発泡させて、見掛け密度０．９８ｇ／ｃｍ³、厚さ０．５ｍｍの発泡体シートを得た。
得られた発泡体シートの一方の面に厚さ１５０μｍの銅箔テープ（３Ｍ製テープＮｏ：２１９４）を貼り合わせ、発泡体と銅箔との積層体を得た。

実施例３
エチレン−プロピレン−ジエンゴム７０質量部、液状エチレン−プロピレン−ジエンゴム３０質量部、アゾジカルボンアミド１７．５質量部、酸化アルミニウム４００質量部、及びフェノール系酸化防止剤０．１質量部を溶融混練後、プレスすることにより厚さが０．４ｍｍの発泡性樹脂シートを得た。
得られた発泡性樹脂シートの両面に加速電圧５００ｋｅＶにて電子線を３．０Ｍｒａｄ照射して発泡性樹脂シートを架橋させた。次にシートを２５０℃に加熱することによって発泡性樹脂シートを発泡させて、見掛け密度０．４７ｇ／ｃｍ³、厚さ０．５ｍｍの発泡体シートを得た。
得られた発泡体シートの一方の面に厚さ１５０μｍの銅箔テープ（３Ｍ製テープＮｏ：２１９４）を貼り合わせ、発泡体と銅箔との積層体を得た。

実施例４
エチレン−プロピレン−ジエンゴム６０質量部、液状エチレン−プロピレン−ジエンゴム４０質量部、アゾジカルボンアミド１７質量部、酸化マグネシウム３６０質量部、及びフェノール系酸化防止剤０．１質量部を溶融混練後、プレスすることにより厚さが０．４ｍｍの発泡性樹脂シートを得た。
得られた発泡性樹脂シートの両面に加速電圧５００ｋｅＶにて電子線を３．０Ｍｒａｄ照射して発泡性樹脂シートを架橋させた。次にシートを２５０℃に加熱することによって発泡性樹脂シートを発泡させて、見掛け密度０．６０ｇ／ｃｍ³、厚さ０．５ｍｍの発泡体シートを得た。
得られた発泡体シートの一方の面に厚さ１５０μｍの銅箔テープ（３Ｍ製テープＮｏ：２１９４）を貼り合わせ、発泡体と銅箔との積層体を得た。

比較例１
銅箔を貼りあわせないこと以外は、実施例１と同様にして発泡体シートを得た。
比較例２
銅箔を貼りあわせないこと以外は、実施例２と同様にして発泡体シートを得た。
比較例３
銅箔を貼りあわせないこと、発泡倍率を表１に記載のとおりに変更したこと以外は、実施例３と同様にして発泡体シートを得た。
比較例４
銅箔を貼りあわせないこと以外は、実施例４と同様にして発泡体シートを得た。

＜物性＞
得られた発泡体シートの物性は以下のように測定した。各測定結果は表１に示す。
〔２５％圧縮強度〕
発泡体シートの厚さ方向の２５％圧縮応力は、ＪＩＳＫ６７６７−７．２．３（ＪＩＳ２００９）に準拠して測定した。
〔発泡倍率〕
発泡倍率は、発泡体シ−トの比重を発泡性シートの比重で除することにより算出した。〔発泡体シートの熱伝導率〕
レーザーフラッシュ法により、アルバック理工(株)製「ＴＣ−７０００」を用いて、熱伝導率を２５℃にて測定した。
〔見掛け密度〕
ＪＩＳＫ７２２２に準拠して測定した。
〔熱伝導性能〕
図１に示すように、断熱材の上に２５ｍｍ×２５ｍｍ×２ｍｍのヒーター（坂口電熱(株)製マイクロセラミックヒーター、型番「ＭＳ５」）を載せ、その上に６０ｍｍ×１００ｍｍ×０．６ｍｍのステンレス板（ＳＵＳ３０４）を重ねる。さらにその上に実施例及び比較例で作成したサンプル６０ｍｍ×１００ｍｍとガラス板６０ｍｍ×１００ｍｍ×０．５ｍｍを重ねる。この状態でヒーターに２．６Ｗの電力（ヒーターのみでは９０℃まで温度が上昇する電力）を引加し、１５分後にヒーターの温度が一定となったところで当該温度［Ｔ］（℃）を測定した。値が小さい程、熱伝導性能がよいことを示す。

実施例及び比較例の結果より、本発明の電子機器用熱伝導性積層体は、薄さと柔軟性とを備えると共に、優れた熱伝導性を有していることがわかる。

Claims

２５％圧縮強度が５０〜１９０ｋＰａであり、厚さが０．０５〜１．０ｍｍであり、さらに見掛け密度が０．１〜１．５ｇ／ｃｍ^３である発泡体シートの少なくとも一方の面に、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である熱伝導性シートを有し、前記発泡体シートはエラストマー樹脂から構成され、厚さが０．０８〜１．５０ｍｍである電子機器用熱伝導性積層体。
前記発泡体シートを構成するエラストマー樹脂が、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、タルク、及び窒化アルミニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の熱伝導性フィラーを含有する請求項１に記載の電子機器用熱伝導性積層体。
前記エラストマー樹脂１００質量部に対する前記熱伝導性フィラーの含有量が１００〜５００質量部である請求項２に記載の電子機器用熱伝導性積層体。
前記発泡体シートの発泡倍率が１．５〜６倍である請求項１〜３のいずれかに記載の電子機器用熱伝導性積層体。
前記熱伝導性シートが、銅、アルミニウム、及びグラファイトから選ばれる１種であるシートである請求項１〜４のいずれかに記載の電子機器用熱伝導性積層体。
前記発泡体シートを構成するエラストマー樹脂が、アクリロニトリルブタジエンゴム又は直鎖状低密度ポリエチレンである請求項１〜５のいずれかに記載の電子機器用熱伝導性積層体。