ホーム > 特許ランキング > 積水ポリマテック株式会社
知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-03
(45)【発行日】2022-10-12
(54)【発明の名称】放熱シート
(51)【国際特許分類】
H01L 23/36 20060101AFI20221004BHJP
H01L 23/373 20060101ALI20221004BHJP
H05K 7/20 20060101ALI20221004BHJP
B32B 7/027 20190101ALI20221004BHJP
B32B 9/00 20060101ALI20221004BHJP
【ＦＩ】
H01L23/36 D
H01L23/36 M
H05K7/20 F
H05K7/20 A
B32B7/027
B32B9/00 A
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2018564533
(86)(22)【出願日】2018-01-19
(86)【国際出願番号】 JP2018001604
(87)【国際公開番号】W WO2018139364
(87)【国際公開日】2018-08-02
【審査請求日】2020-12-11
(31)【優先権主張番号】P 2017014789
(32)【優先日】2017-01-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】313001332
【氏名又は名称】積水ポリマテック株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106220
【弁理士】
【氏名又は名称】大竹 正悟
(72)【発明者】
【氏名】小谷野 茂
(72)【発明者】
【氏名】飯室 善文
(72)【発明者】
【氏名】坂口 佳也
【審査官】平林 雅行
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－０９０５１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－０９３５４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０８２１５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／１０４０７４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】登録実用新案第３２０８２７５（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２０１７－０１４３９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０６１６６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１８７２３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０６３２０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０７０４１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２０９１３３（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ３２Ｂ １／００－４３／００
Ｈ０１Ｌ ２３／２９
Ｈ０１Ｌ ２３／３４－２３／３６
Ｈ０１Ｌ ２３／３７３－２３／４２７
Ｈ０１Ｌ ２３／４４
Ｈ０１Ｌ ２３／４６７－２３／４７３
Ｈ０５Ｋ ７／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
グラファイトシートと、第１熱伝導層と、第２熱伝導層とが、この順で積層した放熱部材を形成する放熱シートであって、前記第１熱伝導層は、高分子マトリクスに熱伝導性充填材が分散してなりタイプＯＯ硬さが３０を超え、
前記第２熱伝導層は、高分子マトリクスに熱伝導性充填材が分散してなり、タイプＯＯ硬さが３０以下で前記第１熱伝導層よりも柔軟であるとともに、平面視で前記第１熱伝導層と同じかまたは小さい外形を有する放熱シート。
【請求項2】
前記第１熱伝導層は、前記グラファイトシートよりも平面視で大きい外形を有する請求項１に記載の放熱シート。
【請求項3】
前記第２熱伝導層は、それを構成する高分子マトリクスの含有量が５０質量％以下であり、当該高分子マトリクス単独での硬さがタイプＯＯ硬さで３以下である請求項１又は請求項２記載の放熱シート。
【請求項4】
前記第１熱伝導層は、平面視で前記グラファイトシートの外形からはみ出す外側の部分が、前記グラファイトシートの外形からはみ出さない内側の部分よりも厚肉に形成されている請求項１～請求項３何れか１項記載の放熱シート。
【請求項5】
前記第２熱伝導層は、前記第１熱伝導層よりも復元力が小さい請求項１～請求項４何れか１項記載の放熱シート。
【請求項6】
前記グラファイトシートを有する側の表面に、グラファイトシートを覆う保護層を有する請求項１～請求項５何れか１項記載の放熱シート。
【請求項7】
前記グラファイトシートを有する側の表面か、その反対側の表面の少なくとも何れかに、剥離層を有する請求項１～請求項６何れか１項記載の放熱シート。
【請求項8】
前記第１熱伝導層の熱伝導率が、前記第２熱伝導層の熱伝導率より大きい請求項１～請求項７何れか１項記載の放熱シート。
【請求項9】
前記第２熱伝導層の熱伝導率が、前記第１熱伝導層の熱伝導率より大きい請求項１～請求項７何れか１項記載の放熱シート。
【請求項10】
前記グラファイトシートが、シート状のグラファイトの表裏両面を保護フィルムで被覆したラミネートグラファイトシートである請求項１～請求項９何れか１項記載の放熱シート。
【請求項11】
放熱シートと発熱体とからなり、前記発熱体に前記放熱シートが密着した放熱構造であって、
前記放熱シートが、請求項１～請求項１０何れか１項記載の放熱シートであり、その第２熱伝導層は、前記発熱体の凹凸の最大高さの１．２倍以上の厚さを有する放熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発熱体と放熱体との間に配置して用いられる放熱シートに関する。
【背景技術】
【0002】
コンピュータや自動車部品等の電子機器では、高性能な半導体素子や機械部品等が用いられているが、これらの素子等による局所的な発熱はヒートスポットと呼ばれ、この発熱に対処しなければ素子等の破損の原因となるおそれがある。そこでヒートスポットの解消のために金属シートや、面方向の熱伝導率が極めて高いグラファイトシートを用い、素子等からの発熱を効果的に放熱するようにしている。
【0003】
ところが、こうした金属シートやグラファイトシートは比較的硬い表面を有するため、半導体素子等の発熱体と密には接し難く、発熱体から生じる熱の拡散は、必ずしも効率の良いものではなかった。そこでこうした課題を解決するため、グラファイトシートと発熱体の間に、柔軟な熱伝導性材料を介在させる方法が提案されている。
【0004】
例えば、グラファイトシートに熱伝導性ゴムシートを積層した放熱部材に関する技術が特開２０１３－１０２１８０号公報（特許文献１）に記載されている。また、グラファイトシートにフェイズチェンジシートを積層した放熱部材に関する技術が特開２００３－１５８３９３号公報（特許文献２）に、グラファイトシートに熱伝導性グリスを塗布した放熱部材に関する技術が特開２００７－２６６５１８号公報（特許文献３）にそれぞれ記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１３－１０２１８０号公報
【文献】特開２００３－１５８３９３号公報
【文献】特開２００７－２６６５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、グラファイトシートに熱伝導性ゴムシートを積層した特開２０１３－１０２１８０号公報（特許文献１）に記載の技術を利用すると、図１４（ａ）で示すような状態となるように放熱部材を発熱体に圧接して装着しても、その圧接を解くと熱伝導性ゴムシートのゴム弾性により形状が復元し、図１４（ｂ）で示すような状態となり、発熱体の凹部や側面と、熱伝導性ゴムシートとの密着状態が損なわれて空隙が生じるおそれがあった。
【0007】
一方、この熱伝導性ゴムシートの硬さを低くすることで密着性を高めることができる。ところが、熱伝導性ゴムシートの硬さを低くすると、取扱い時に熱伝導性ゴムシートが変形し、これを電子基板上の発熱体に好適に装着できなかったり、厚さが不均一になって発熱体と密着しない部分が生じたりするおそれがあった。
【0008】
あるいはまた、フェイズチェンジシートを積層した特開２００３－１５８３９３号公報（特許文献２）に記載された技術では、フェイズチェンジシートの熱伝導性が比較的低く、また加熱により液相に相変化して薄膜化するため、比較的大きな凹凸を備えた発熱体に適用する場合には、凸部は薄膜化して低熱抵抗になるものの、その他の部分は薄膜化することが見込めない。また、加熱したときに液相になるため、厚膜となる凹部においてフェイズチェンジシートが流動してしまうことから、フェイズチェンジシートの広がりの制御が困難であり、所定の範囲からはみ出てしまうおそれがあった。
【0009】
さらに特開２００７－２６６５１８号公報（特許文献３）に記載された技術では、熱伝導性グリスが反発弾性を有さないため、使用時に復帰して、発熱体の凹部や側面と熱伝導性ゴムシートとの密着状態が損なわれることはない。しかし、比較的大きな凹凸を備えた発熱体に適用すると、圧接時の熱伝導性グリスの広がりの制御が困難であり、所定の範囲からはみ出すおそれがあった。また、そうしたはみ出しや意図しない箇所への付着など、不具合が生じた際に熱伝導性グリスを除去することが難しく、製造時の作業性が悪いという問題があった。
【0010】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、発熱体や電子基板等の被着体に対する密着性に優れ、取扱い性が容易な放熱シートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記目的を達成する本発明の放熱シートは以下のとおり構成される。
即ち、グラファイトシートと、第１熱伝導層と、第２熱伝導層とが、この順で積層した放熱部材を形成する放熱シートであって、前記第１熱伝導層は、高分子マトリクスに熱伝導性充填材が分散してなり、前記グラファイトシートよりも平面視で大きい外形を有し、前記第２熱伝導層は、高分子マトリクスに熱伝導性充填材が分散してなり、前記第１熱伝導層よりも柔軟であるとともに、平面視で前記第１熱伝導層と同じかまたは小さい外形を有する放熱シートである。
即ち、グラファイトシートと、第１熱伝導層と、第２熱伝導層とが、この順で積層した放熱部材を形成する放熱シートであって、前記第１熱伝導層は、高分子マトリクスに熱伝導性充填材が分散してなり、前記グラファイトシートよりも平面視で大きい外形を有し、前記第２熱伝導層は、高分子マトリクスに熱伝導性充填材が分散してなり、前記第１熱伝導層よりも柔軟であるとともに、平面視で前記第１熱伝導層と同じかまたは小さい外形を有する放熱シートである。
【0012】
本発明によれば、グラファイトシートと、第１熱伝導層と、第２熱伝導層とが、この順で積層した放熱部材を形成するため、グラファイトシートを用いたことによる優れた熱伝導性を有し、熱伝導層により発熱体から生じる熱を効率良くグラファイトシートに伝えることができる。そして本発明では、前記熱伝導層を第１熱伝導層と第２熱伝導層との積層とすることで、それぞれの熱伝導層に異なる特徴を持たせることができる。
【0013】
第１熱伝導層は、高分子マトリクスに熱伝導性充填材が分散してなり、グラファイトシートよりも平面視で大きい外形を有するため、第１熱伝導層がグラファイトシートの端部からの黒鉛粉の脱落を防止することができ、熱伝導性を有し、グラファイトシートの外形を保護することができる。なお、「平面視」とは露出グラファイトシート（を有する）側の表面から放熱シートをその厚み方向に見ることをいう。また、グラファイトシート側を上面、第２熱伝導層側を下面と呼ぶこともあるが説明の便宜のためであり、放熱シートの使用態様を限定するものではない。
【0014】
第１熱伝導層と第２熱伝導層は、いずれも高分子マトリクスに熱伝導性充填材が分散してなるため、ともに優れた熱伝導性を発揮する。このうち第２熱伝導層は、第１熱伝導層よりも柔軟であるとともに、平面視で前記第１熱伝導層と同じかまたは小さい外形を有するため、第２熱伝導層は発熱体との密着性を高めることができる。これに対して第１熱伝導層は、保形性と、変形し難く取扱い性を高める機能を有するものとして構成することができる。そして、放熱シートの製造工程や、発熱体に放熱シートを装着する作業時には、取扱い性を高める第１熱伝導層によってグラファイトシート及び熱伝導層の変形、並びにグラファイトシートと熱伝導層との剥がれを抑止することができる。
【0015】
前記第１熱伝導層は、グラファイトシートと平面視で同じ外形を有するように構成することができる。本発明によれば、グラファイトシートと第１熱伝導層と第２熱伝導層を何れも同じ外形を有するように構成することが可能である。このため本発明であれば、大きな放熱シートを切断して任意形状の小さな放熱シートを形成することができるため、製造が容易であり低コストで放熱シートを製造することができる。
【0016】
前記第１熱伝導層は、グラファイトシートよりも平面視で大きい外形を有するように構成できる。本発明によれば、第１熱伝導層がグラファイトシートの端部からの黒鉛粉の脱落を防止することができ、熱伝導性を有し、グラファイトシートの外形を保護することができる。なお、「平面視」とは露出グラファイトシート（を有する）側の表面から放熱シートをその厚み方向に見ることをいう。また、グラファイトシート側を上面、第２熱伝導層側を下面と呼ぶこともあるが説明の便宜のためであり、放熱シートの使用態様を限定するものではない。
【0017】
前記本発明は、前記第１熱伝導層のタイプＯＯ硬さが３０を超え、前記第２熱伝導層のタイプＯＯ硬さが３０以下である放熱シートとして構成することができる。本発明によれば、第１熱伝導層のタイプＯＯ硬さがＯＯ３０を超えるため、保形性を備え、また放熱シートの取扱い性を高めることができる。また、第２熱伝導層の硬さをＯＯ３０以下としたため、小さな圧接荷重で凹凸に追従させることができ、発熱体となるＩＣ等の種々の電子素子が配置されて凹凸を形成する電子基板に密着させることができる。
【0018】
前記第２熱伝導層は、それを構成する高分子マトリクスの含有量が５０質量％以下であり、当該高分子マトリクス単独での硬さがタイプＯＯ硬さで３以下であるように構成できる。本発明では、第２熱伝導層を構成する高分子マトリクスの含有量を５０質量％以下とし、熱伝導性充填材を除いてその高分子マトリクスだけで構成した場合の硬さをタイプＯＯ硬さで３以下としたため、高分子マトリクスが発現するゴム弾性を抑えることができ、柔軟でありながら復元力の小さい第２熱伝導層とすることができる。
【0019】
前記第１熱伝導層は、平面視で前記グラファイトシートの外形からはみ出す外側の部分が、前記グラファイトシートの外形からはみ出さない内側の部分よりも厚肉に形成されているように構成できる。本発明では、平面視で第１熱伝導層のグラファイトシートの外形からはみ出す外側の部分が、前記グラファイトシートの外形からはみ出さない内側の部分よりも厚肉に形成したため、放熱シートの外縁の保形性を高めることができる。したがって、離型フィルムから放熱シートを剥がすときに、放熱シートの変形を抑制し易く、放熱シートの取扱い性を高めることができる。そうした一方でグラファイトシートと上下方向に重なる部分（前記内側の部分）では、第１熱伝導層の厚さが薄くなっているため、所定の厚さの放熱シートを想定したときに、相対的に第２熱伝導層の厚さを厚くすることができ、発熱体によって形成される凹凸への追従性を高めることができる。
【0020】
前記第２熱伝導層は、前記第１熱伝導層よりも復元力が小さいように構成できる。第２熱伝導層は第１熱伝導層よりも復元力が小さいため、発熱体となるＩＣ等の種々の電子素子が配置されて凹凸を形成する電子基板への密着性を高めることができる。
【0021】
前記放熱シートは、前記グラファイトシートを有する側の表面に、前記グラファイトシートを覆う保護層を有するように構成できる。本発明によれば、グラファイトシート側の表面を覆う保護層を有するため、放熱シートの耐久性を高め、表面からのグラファイト粉末の脱落を防止するなど、グラファイトシートを保護することができる。
【0022】
前記放熱シートは、前記グラファイトシートを有する側の表面か、その反対側の表面の少なくとも何れかに、剥離層を有するように構成できる。グラファイトシート側の表面か、その反対側の表面の少なくとも何れかに剥離層を有する。そのため剥離層が放熱部材の前記表面とその前記反対側の表面とを覆うことで、放熱部材を塵や埃等の付着から保護することができる。また、電子基板に装着する際には放熱部材から簡単に引き剥がすことができ、取扱い性が良い。
【0023】
前記第１熱伝導層の熱伝導率については、前記第２熱伝導層の熱伝導率より大きいように構成できる。即ち、第１熱伝導層は、第２熱伝導層に対して硬質であるとともに高い熱伝導率を有しているため、熱伝導性充填材を多量に配合することができる。したがって、熱伝導率とともに熱伝導性充填材の補強効果によって強度を高めることができ、いっそう取扱い性の良いものとすることができる。また、発熱体からの距離が第２熱伝導層よりも遠い第１熱伝導層の熱伝導率が高くなり、効率的に放熱することができる。
【0024】
前記第２熱伝導層の熱伝導率については、前記第１熱伝導層の熱伝導率より大きいように構成できる。放熱シートは発熱体の形状に応じて第２熱伝導層が変形するため、第２熱伝導層の厚みを比較的大きくすることがある。こうした第２熱伝導層の厚みが大きい場合には、第２熱伝導層の熱伝導率を高めることが、放熱シートの放熱性を高めるために効果的となる。また、第１熱伝導層における熱伝導性充填材の配合量を第２熱伝導層より少なくすることで、薄膜でありながら強靭な第１熱伝導層とすることができる。
【0025】
前記グラファイトシートについては、シート状のグラファイトの表裏両面を保護フィルムで被覆したラミネートグラファイトシートであるように構成できる。グラファイトシートについて、シート状のグラファイトの表裏両面を予め保護フィルムで被覆したラミネートグラファイトシートとしたため、黒鉛粉末の脱落を防止することができる。
【発明の効果】
【0026】
本発明の放熱シートによれば、取扱い性が良く、電子素子を設けて表面に凹凸が生じた電子基板等の被着体との密着性が良好である。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図2】放熱シートの装着方法を表し、分図２（ａ）は剥離フィルムが付いた状態の説明図、分図２（ｂ）は一方の剥離フィルムを剥がす状態の説明図、分図２（ｃ）はもう一方の剥離フィルムを剥がす状態の説明図である。
【図5】第３実施形態の放熱シートの分図１（ｂ）相当の断面図であり、分図５（ａ）は保護層がグラファイトシートを覆う態様の放熱シート、分図５（ｂ）は保護層が一方表面全体を覆う態様の放熱シートをそれぞれ示す。
【図6】第４実施形態の放熱シートの分図１（ｂ）相当の断面図であり、分図６（ａ）は保護層より外側に第１熱伝導層が露出する態様の放熱シート、分図７（ｂ）は保護層が第１熱伝導層を覆う態様の放熱シートをそれぞれ示す。
【図7】第５実施形態の放熱シートの分図１（ｂ）相当の断面図であり、分図７（ａ）は剥離層が表裏両面を覆う態様の放熱シート、分図７（ｂ）は剥離層が第２熱伝導層側の表面を覆う態様の放熱シート、分図７（ｃ）は剥離層がグラファイトシート側の表面を覆う態様の放熱シート、をそれぞれ示す。
【図8】各実施形態の変形例の放熱シートの装着状態を示す説明図である。
【図9】放熱シートの装着方法の変形例を示す説明図である。
【図10】放熱シートの装着方法の別の変形例を示す説明図である。
【図11】放熱シートの装着方法のさらに別の変形例を示す説明図である。
【図12】放熱シートの熱伝導層の外縁が伸びた状態の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
実施形態に即して本発明をさらに詳しく説明する。なお、各実施形態において同一の材質、組成、製法、作用等については重複説明を省略する。
【0029】
第１実施形態［図１］：
【0030】
＜放熱シートの形状と材質＞
【0031】
本実施形態の放熱シート１０を図１に示す。放熱シート１０は、図１（ｂ）で示すように、グラファイトシート１２と、第１熱伝導層１３と、第２熱伝導層１４とがこの順で積層した放熱部材１１を形成している。また、その外形は、図１（ａ）で示すように、ここでは矩形状（直角四辺形）であって、グラファイトシート１２よりも第１熱伝導層１３の方を大きく構成し、グラファイトシート１２の端部を第１熱伝導層１３の厚肉部１３ａで囲っている。なお、放熱シートの外形は矩形状に限定されるものではなく、任意の形状とすることができる。例えば他の多角形、円形、又は所定の部分を避けるような孔を有していても良い。
【0032】
グラファイトシート１２は、結晶面が面方向に広がっており、その面内において等方的に極めて高い熱伝導率を備える。そのため、その面方向を所定の方向に揃えることで、特定方向の熱伝導率を高めることができる。
【0033】
グラファイトシート１２としては、天然黒鉛や人造黒鉛を原料にシート化した物や、高分子フィルムの熱分解により作製された人造黒鉛シート（以下「フィルム熱分解シート」と略記する）を用いることができる。フィルム熱分解シートは、特にシート面方向への熱伝導率が高いため好適である。
【0034】
フィルム熱分解シートは高分子フィルムを不活性ガス下で２４００～３０００℃の高温で焼成することで得ることができる。焼成は１段階でも良く、２段階以上に分けて行ってもよい。不活性ガスには窒素やアルゴンが好適である。
【0035】
黒鉛化する高分子フィルムは、ポリイミド等の芳香族高分子を用いることが好ましい。グラファイト構造が発達した熱伝導性の高い黒鉛フィルムを得ることができるからである。高分子フィルムの厚さは４００μｍ以下とすることが好ましく、１０～２００μｍとすることがより好ましい。
【0036】
こうしたグラファイトシート１２の厚さは、１０～１００μｍとすることが好ましく、３０～１００μｍとすることがより好ましい。厚さが１０μｍ未満では放熱特性が低くなるおそれがある。一方、１００μｍを超えるグラファイトシートを用いても、厚みの増加分に見合う放熱特性の向上は小さく、材料の使用量の増加に伴う価格の上昇が懸念される。また、厚みが３０μｍ未満の場合には、グラファイトシートの強度がやや低くなることから、その保護の程度を高めるため保護層を併用することが好ましい形態となる。一方、厚みが３０μｍ以上であれば、グラファイトシートの強度の点で好ましい。
【0037】
第１熱伝導層１３は、高分子マトリクスに熱伝導性充填材が分散してなり、柔軟性を有するとともに定形性を有している。また、第１熱伝導層１３は、放熱部材１１の外形を形成する。第１熱伝導層１３は、グラファイトシート１２よりも大きい外形を有し、グラファイトシート１２を保護する役割も担う。
【0038】
第１熱伝導層１３の厚さは、特に限定されないが、放熱シート１０の外周部で保形性が発揮される範囲で薄膜とすることが好ましい。放熱シート１０の外周部、特にグラファイトシート１２の外形からはみ出す第１熱伝導層１３の外側部分に保形性を有することで、後述するように放熱シート１０の取扱い性を効果的に高めることができる。第１熱伝導層１３の厚さは、例えば、硬さがＯＯ３１のときには、３００μｍ以上、ＯＯ４０のときには２００μｍ以上が好ましく、Ａ５０のときには１００μｍ以上とすることができる。第１熱伝導層１３は５００μｍを超えて厚くしても保形性の向上はほとんどなく熱抵抗が上昇する懸念から、５００μｍ以下とすることが好ましい。
【0039】
高分子マトリクスは、樹脂やゴム等の高分子であり、主剤と硬化剤のような混合系からなる液状の高分子組成物を硬化して形成したものとすることが好ましい。したがってこの液状の高分子組成物は、例えば、未架橋ゴムと架橋剤を含むものであったり、架橋剤を含む未架橋ゴムと架橋促進剤を含むものであったりすることができる。また、その硬化反応は常温硬化であっても熱硬化であっても良い。高分子マトリクスがシリコーンゴムであれば、アルケニル基含有オルガノポリシロキサンとオルガノハイドロジェンポリシロキサンなどが例示できる。また、ポリエステル系熱可塑性エラストマーであれば、ジオールとジカルボン酸とすることができ、ポリウレタン系熱可塑性エラストマーであれば、ジイソシアネートとジオールとすることができる。このような高分子組成物（硬化前高分子マトリクス）の中でも、硬化後の高分子マトリクスの硬さの調整幅が広く、熱伝導性充填材の充填性が良い付加反応型のシリコーンゴムを用いることが好ましい。シリコーンゴムとすることで、柔軟で復元力が小さい第２熱伝導層１４の高分子マトリクスとしても用いることができる。
【0040】
熱伝導性充填材は、高分子マトリクスに熱伝導性を付与する材料であり、熱伝導率が高い粉末状の材料を用いることができる。
【0041】
熱伝導性充填材には、例えば、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属水酸化物、黒鉛などの粉末が挙げられる。金属としては、アルミニウム、銅、ニッケルなど、金属酸化物としては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、石英など、金属窒化物としては、窒化ホウ素、及び窒化アルミニウムなどを例示することができる。また、金属炭化物としては、炭化ケイ素が挙げられ、金属水酸化物としては、水酸化アルミニウムが挙げられる。また、黒鉛としては、球状黒鉛や、鱗片状黒鉛、黒鉛化炭素繊維などが挙げられる。これらの熱伝導性充填材の中でも、酸化アルミニウムやアルミニウムは、熱伝導率が高く、球状のものが入手しやすい点で好ましく、水酸化アルミニウムは入手し易く放熱シートの難燃性を高めることができる点で好ましい。また、黒鉛粉末は、黒鉛の結晶面方向に極めて高い熱伝導性を有しているため、結晶面を一定方向に配向することで、熱伝導層の熱伝導率を高めることができる点で特に好ましい。
【0042】
熱伝導性充填材の形状は、特に限定しないが、アスペクト比が小さい熱伝導性充填材を含むことが好ましい。特にアスペクト比が２以下の熱伝導性充填材は、硬化前の液状高分子マトリクスと混合した組成物の粘度の上昇を抑えることができ、熱伝導性充填材を高充填し易いからである。こうした理由から、熱伝導性充填材の形状は球状であることが好ましい。
【0043】
一方、黒鉛粉末は、鱗片状または繊維状などの高アスペクト比の黒鉛粉末について、鱗片状の場合にはその長軸方向である鱗片面内に黒鉛結晶が広がっており、また繊維状の場合には繊維軸方向に、黒鉛結晶が広がっていることから、前記黒鉛粉末を所定方向に配向することで、黒鉛の結晶方向を揃えることができ、所定方向の熱伝導性を高めることができる。
【0044】
熱伝導性充填材の平均粒径は０．５～１００μｍであることが好ましい。平均粒径が１００μｍを超えると、薄膜の第１熱伝導層１３の作製が困難になるおそれがある。一方、平均粒径が０．５μｍ未満の熱伝導性充填材は、比表面積が大きくなるため粘度が上昇し易く高充填し難くなる。但し、充填性に悪影響がない場合は、０．５μｍ未満の熱伝導性充填材を含んでもよい。熱伝導性充填材の平均粒径は、レーザ回折散乱法（ＪＩＳ Ｒ１６２９）により測定した粒度分布の体積平均粒径で示すことができる。
【0045】
熱伝導性充填材は、高分子マトリクス１００質量部に対して、３００～２０００質量部含むことが好ましく、３００～１７００質量部含むことがより好ましい。熱伝導性充填材の含有量が、高分子マトリクス１００質量部に対して３００質量部未満では、熱伝導性が低くなるおそれがある。一方熱伝導性充填材は配合量が多い程、熱伝導性を高めることができるが、２０００質量部を超えると粘度が高くなりすぎ、薄膜状の熱伝導層を製造することが困難になるおそれがある。
【0046】
第１熱伝導層１３の硬さは、ＡＳＴＭ Ｄ２２４０で規定されるＯＯ硬度で、ＯＯ３０を超えるものとすることが好ましい。第１熱伝導層１３の硬さがＯＯ３０を超えれば、所望の保形性を備えることができ、放熱シート１０の取扱い性を高めることができるからである。また、第１熱伝導層１３の硬さは、ＯＯ４０以上であると、第１熱伝導層１３の厚さが比較的薄い場合であっても充分な保形性を有することができるためより好ましい。一方、硬さの上限は特にないが、一定の可とう性を備えるものとするため、ＡＳＴＭ Ｄ２２４０で規定されるタイプＡ硬さがＡ８０以下であることが好ましい。Ａ８０を超えると、放熱シート１０が脆くなり、破損しやすくなるおそれがあるためである。
【0047】
上記性質を有する第１熱伝導層１３は、平面視でグラファイトシート１２の外形からはみ出す外側の部分に、厚肉部１３ａを備える。厚肉部１３ａは、第１熱伝導層１３におけるグラファイトシート１２の外形からはみ出さない内側の部分の肉厚よりも厚く形成されている。第１熱伝導層１３がそのような厚肉部１３ａを有することで、放熱シート１０の外周における保形性を高めることができる。具体的には、離型フィルムから放熱シート１０を剥がすときに、放熱シート１０が引き伸ばされて変形してしまうことを効果的に抑制することができる。したがって、放熱シート１０を被着体である発熱体や電子基板に貼着したとき、適切な範囲からはみ出したり、厚さが不均一になり発熱体と密着しない部分が生じたりすることを抑止できる。すなわち、放熱シート１０の取扱い性を効果的に高めることができる。
【0048】
一方、第１熱伝導層１３において、グラファイトシート１２と上下方向に重なる部分の厚さは薄く構成されている。したがって、所定の厚さの放熱シート１０を想定したとき、相対的に第２熱伝導層１４の厚さを厚くすることができることから、発熱体の凹凸への追従性を高めることができる。
【0049】
第２熱伝導層１４は、高分子マトリクスに熱伝導性充填材が分散して形成されている。また、第２熱伝導層１４は、第１熱伝導層１３よりも柔軟であるとともに、平面視で第１熱伝導層１３と同じ外形に形成されている。さらに、第２熱伝導層１４は、グラファイトシート１２よりも大きい外形を有している。
【0050】
第２熱伝導層１４の厚さは、少なくとも被着体である発熱体の凹凸の高さよりも厚くする必要があり、発熱体の凹凸の最大高さの１．２倍以上の厚さを備えることが好ましい。一方、厚さの上限は特に限定されないが、熱抵抗が上昇する懸念から、１０ｍｍ以下とすることが好ましい。
【0051】
第２熱伝導層１４に用いる高分子マトリクスや熱伝導性充填材は、第１熱伝導層１３で例示した材質を用いることができるが、その中で高分子マトリクスについては、特に柔軟なゴムを用いること好ましい。具体的には、ＯＯ３０以下の硬さに調整しやすい付加反応型のシリコーンゴムを用いることが好ましい。
【0052】
第２熱伝導層１４の硬さは、ＯＯ３０以下とすることが好ましい。第２熱伝導層１４の硬さがＯＯ３０以下であれば、小さな圧接荷重でも凹凸に追従することができ、凹凸を備えた発熱体に密着させることができる。また、第２熱伝導層１４のより好ましい硬さはＯＯ２０以下であり、ＯＯ５以下であればさらに好ましい。一方、硬さの下限はＯＯ硬さでは規定が難しく、針入度で２００ｍｍ以下であることが好ましい。針入度が２００ｍｍを越えると、流動性が生じてしまい、放熱シート１０を圧接して貼付するときに所定の範囲からはみ出てしまうおそれがあることから、放熱シート１０の取扱い性が悪くなるおそれがある。なお、上記針入度はＪＩＳ Ｋ２２０７に規定された装置を用いて測定する。すなわち所定形状の針を用い、針と針固定具全体の重さ（すなわち試験片にかかる重さ）を５０ｇとして、５秒間試料に針を進入させたときの進入深さである。
【0053】
また、第２熱伝導層１４は、第１熱伝導層１３よりも復元力が小さいものとすることが好ましい。一般に、ゴム材料は柔軟であるほど圧縮永久歪が小さく、したがって圧縮状態からの復元力も大きい傾向がある。そのため第１熱伝導層１３より柔軟な第２熱伝導層１４は、第１熱伝導層１３よりも復元力が大きくなると考えられる。しかしながら、ここでは第２熱伝導層１４に第１熱伝導層１３よりも柔軟でありながら復元力が小さい材料を用いている。
【0054】
復元力は、ＩＣが取り付けられた電子基板に対して放熱シート１０（または評価用材料）を圧接し、しばらく圧接状態で保持した後、その圧接を解いて（開放して）一定時間経過した後の電子基板と放熱シート１０（または評価用材料）の密着状態について観察して得た結果で判断した。即ち、上記圧接の後、ＩＣの電子基板上の位置から電子基板の平面方向にどの程度の長さだけ放熱シート１０（または評価用材料）が剥離したかという剥離幅によって復元力を評価した。この剥離幅が、ＩＣの高さの３倍以下であれば、変形した状態を充分に維持していると見ることができるため復元力が小さく好ましい。最も好ましい場合は、復元力がほとんどなく剥離幅が０となる場合である。
【0055】
柔軟でありながら復元力が小さくなる理由は明らかではないが、復元力が小さい熱伝導層を形成するためには、第２熱伝導層１４を以下のように構成することが好ましい。即ち、熱伝導性充填材を含まない硬化物の硬さが略ＯＯ３以下、針入度で示すと１５０以上となる高分子マトリクスを用い、熱伝導性充填材等を含めた全質量中に占めるこの高分子マトリクスの含有量を５０質量％以下にする。このように構成することで高分子マトリクスが発現するゴム弾性を抑えることができ、柔軟でありながら復元力の小さい第２熱伝導層１４を得ることができる。高分子マトリクスの硬さがＯＯ３を超える場合には、高分子マトリクスのゴム弾性が大きくなり、熱伝導性充填材を多量に充填しても復元力が大きくなるおそれがある。一方、熱伝導性充填材の充填量が５０質量％未満の場合についても、ゴム弾性が大きくなり、第２熱伝導層１４の復元力が大きくなるおそれがある。
【0056】
第２熱伝導層１４は、後述する実施例で示す試験方法による粘着性試験の結果が０．５Ｎ／ｃｍ２以上であることが好ましい。第２熱伝導層１４が０．５Ｎ／ｃｍ２以上の粘着力を備えることで、圧接しない状態においても電子基板等の被着体との密着性を維持し易くなる。
【0057】
熱伝導性充填材を熱伝導層中に配向させる場合には、第１熱伝導層１３において熱伝導性充填材を配向させることが好ましい。放熱シート１０を発熱体に圧接した際に、第１熱伝導層１３の変形は小さいため配向状態を維持し易いが、第２熱伝導層１４は大きく変形するため配向が乱れ易く、配向させる効果が望み難いからである。
【0058】
第１熱伝導層１３と第２熱伝導層１４には、放熱シート１０としての機能を損なわない範囲で種々の添加剤を含ませることができる。例えば、可塑剤、分散剤、カップリング剤、粘着剤などの有機成分を含んでも良い。またその他の成分として難燃剤、酸化防止剤、着色剤などを適宜添加してもよい。
【0059】
＜放熱シートの製造方法＞
【0060】
放熱シート１０の製造方法を説明する。
まず、液状の高分子組成物に熱伝導性充填材を均質に分散させて第１熱伝導層１３を形成する第１熱伝導層用組成物（第１熱伝導層用塗液）と、第２熱伝導層１４を形成する第２熱伝導層用組成物（第２熱伝導層用塗液）を準備し、一方で予め所定形状にカットしたグラファイトシート１２と微粘着性の剥離フィルムを準備する。
まず、液状の高分子組成物に熱伝導性充填材を均質に分散させて第１熱伝導層１３を形成する第１熱伝導層用組成物（第１熱伝導層用塗液）と、第２熱伝導層１４を形成する第２熱伝導層用組成物（第２熱伝導層用塗液）を準備し、一方で予め所定形状にカットしたグラファイトシート１２と微粘着性の剥離フィルムを準備する。
【0061】
カットしたグラファイトシート１２は、剥離フィルム上に貼付する。次いで、グラファイトシート１２を覆うように、第１熱伝導層用組成物をバーコータで均一の膜厚になるように塗布し硬化させることで第１熱伝導層１３を形成する。そして、第１熱伝導層１３の表面に第２熱伝導層用組成物を塗布し硬化させることで第２熱伝導層１４を形成する。最後に、第１熱伝導層１３と第２熱伝導層１４をグラファイトシート１２の外縁から外側にオフセットした位置でカットすることで、放熱シート１０を製造することができる。
【0062】
なお、第１熱伝導層１３と第２熱伝導層１４の成形方法としては、バーコータ法の他に、ドクターブレード法、押出成形法（Ｔダイ法等）、カレンダー成形法、プレス成形法、注型法等が挙げられる。したがって、第１熱伝導層用組成物と第２熱伝導層用組成物の粘度は、それぞれの形成方法に合わせて所望の薄膜を形成できる範囲とすることが好ましい。
【0063】
また、上記製造方法は一例であってこれに限定されるものではなく、例えば、第１熱伝導層１３と第２熱伝導層１４を互いに貼合せすることができる程度に粘着性を有する場合には、別々に形成した第１熱伝導層１３と第２熱伝導層１４とを貼合せて一体化することができる。また、粘着性がない場合には、粘着剤等を介して積層することもできるが、粘着剤層は耐熱性や熱伝導性を低下させる要因となるおそれがあるため介在させない方が好ましい。
【0064】
＜放熱シートの装着構造＞
【0065】
放熱シート１０は、塵や埃等の付着を防ぐ等の目的で、その両面を剥離フィルムで覆った状態で製造される。そのため、これらの剥離フィルムは、発熱体等が設けられた電子基板へ放熱シート１０を装着する作業を行う際に、放熱シート１０から除去される。この剥離フィルムは放熱シート１０の製造に用いた剥離フィルムと同じものであっても良いし、製造に用いた剥離フィルムは除去して、それとは別に付けた剥離フィルムであっても良い。
【0066】
図２および図３を参照して、放熱シート１０の電子基板Ｐへの装着方法を説明すると、まず図２（ａ）で示すように、表裏両面が剥離フィルムｆ１，ｆ２で覆われた放熱シート１０について、図２（ｂ）で示すように、第２熱伝導層１４側の剥離フィルムｆ１を引き剥がし、次に図２（ｃ）で示すように、グラファイトシート１２側の剥離フィルムｆ２を引き剥がしながらピンセットＧで放熱シート１０の端部をつかむ。そして、図３（ａ）で示すように、放熱シート１０の第２熱伝導層１４の側を、電子基板Ｐの上に実装された電子部品などの発熱体Ｈを覆うように配置する。そして、図３（ｂ）で示すように、放熱シート１０を電子基板Ｐに圧接する。このとき、グラファイトシート１２が、発熱体Ｈと上下方向で重なるように注意する。また、放熱シート１０の圧接は、発熱体Ｈが電子基板Ｐから突出して形成される凹凸に沿って第２熱伝導層１４が変形し、この第２熱伝導層１４が発熱体Ｈおよび電子基板Ｐに密着するまで行なう。その後、放熱シート１０のグラファイトシート１２側を放熱体である筐体等に接触させることで放熱シート１０の装着構造が完成する。こうした放熱シート１０は、被着体への装着後にその圧接を解いても被着体との密着性に優れている。
【0067】
ところで、上記放熱シート１０と異なり柔軟な熱伝導層ｂのみをグラファイトシート１２に積層した放熱シートＡ１である場合には、図１５（ａ）で示すような剥離フィルムｆ２の引き剥がしの際に、図１５（ｂ）で示すように、熱伝導層ｂの端部ｂ１が伸ばされて変形するおそれがある。しかしながら、上記放熱シート１０では、硬質な第１熱伝導層１３を備えるため柔軟な第２熱伝導層１４の端部が伸ばされることなく、各剥離フィルムｆ１，ｆ２から剥がすことができる。
【0068】
また、上記放熱シート１０と異なり硬質な（反発弾性力の高い）熱伝導層ｃのみをグラファイトシート１２に積層した放熱シートＡ２である場合には、電子基板Ｐ上の発熱体Ｈへの装着の際に、圧接時には図１４（ａ）で示すように、放熱シートＡ２が電子基板Ｐに密着しても、図１４（ｂ）で示すように、圧接状態から押圧を解除すると密着状態を維持できずに隙間が生じるおそれがある。しかしながら、上記放熱シート１０では、柔軟な第２熱伝導層１４を備えるため隙間が生じることを抑制し、密着状態を維持できる。
【0069】
第２実施形態［図４］：
【0070】
本実施形態の放熱シート２０は、図４で示すように、第１熱伝導層２３が、その外周部において第２熱伝導層２４側に突出する周壁部２３ｂを備える点で第１実施形態の放熱シート１０と異なる。
【0071】
周壁部２３ｂを放熱シート２０の外周部に設けたため、外周部における第１熱伝導層２３の厚さを増すことで、放熱シート２０の保形性をよりいっそう高めることができる。一方、放熱シート１０と同様に、平面視でグラファイトシート２２と重なる部分には第２熱伝導層２４を備えるため、発熱体Ｈの凹凸に追従して密着させることができる。
【0072】
また、周壁部２３ｂを設けたため、放熱シート２０の外縁を第１熱伝導層２３で形成することができる。そのため、剥離フィルムｆ１，ｆ２から放熱シート２０を剥がすときに、第１熱伝導層２３と剥離フィルムｆ１，ｆ２との界面から剥離させることになり、引き剥がしの「きっかけ」を掴みやすく、作業性を良くすることができる。
【0073】
第３実施形態［図５］：
【0074】
本実施形態の放熱シート３０は、図５で示すように、グラファイトシート３２側の表面を覆う保護層３５を設けた点で第１実施形態の放熱シート１０と異なる。
【0075】
保護層３５には、シート状のゴム、樹脂、金属などを用いることができる。絶縁性が要求される場合には、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の絶縁性樹脂フィルムを用いることが好ましい。その中でも特に安価なポリエチレンテレフタレートフィルムや、耐熱性のあるポリイミドフィルムが好適である。また、導電性の保護層３５とする場合には、金属の中でも比較的熱伝導率が高く安価なアルミニウムや銅または耐食性に優れるステンレススチールが好適である。
【0076】
図５（ａ）で示す放熱シート３０ａ（３０）は、その保護層３５ａ（３５）を平面視でグラファイトシート３２と同じ外形を有するものとしている。即ち、保護層３５ａはグラファイトシート３２の表面に設け、その外縁の第１熱伝導層３３を覆わずに第１熱伝導層３３が露出している。この放熱シート３０ａでは、第１熱伝導層３３の厚肉部３３ａが上面側に露出するため、その上面側（グラファイトシート３２側）に密着させる放熱体等に対して第１熱伝導層３３の粘着性を利用して密着させることができる点で好ましい。
【0077】
また、図５（ｂ）で示す放熱シート３０ｂ（３０）は、その保護層３５ｂ（３５）を平面視で放熱シート３０ｂの全体を覆うものとしている。即ち、保護層３５ｂはグラファイトシート３２と第１熱伝導層３３の両方を覆っている。この放熱シート３０ｂでは、保護層３５ｂが付いたまま電子基板Ｐに装着することで、例えば放熱シート３０ｂの装着時においては、放熱シート３０ｂの上面を摺動させながら組立てることができ、また、その後の利用時においては、放熱シート３０ｂの上面を固着させずに放熱体との間で動かすことができるように設定でき、放熱シート３０ｂに対して放熱体が動くことがある用途に有用である。
【0078】
何れの放熱シート３０ａ，３０ｂの場合でも、保護層３５を設けることで、グラファイトシート３２の破損防止や、グラファイトシート３２からの黒鉛粉末の脱落を防止することができる。
【0079】
第４実施形態［図６］：
【0080】
本実施形態の放熱シート４０は、図６で示すように、グラファイトシート４２の下面を覆う第２保護層４６ａを設けた点で第３実施形態の放熱シート３０と異なる。放熱シート４０では、保護層４６ｂをグラファイトシート４２の表面に設けるとともに、第２保護層４６ａはグラファイトシート４２の下面に設け、保護層４６ｂの外縁と第２保護層４６ａの外縁を固着してグラファイトシート４２を覆う構成としている。
【0081】
第２保護層４６ａや保護層（第１保護層）４６ｂの材質は、放熱シート３０の保護層３５と同じ材質とすることができるが、異なる材質としても良い。また、第２保護層４６ａと保護層４６ｂを同じ材質とした方が、熱収縮の違いに起因する反りが少なく、グラファイトシート４２とのラミネートが容易である点で好ましい。
【0082】
図６（ａ）で示す放熱シート４０ａ（４０）では、表面側の外縁に第１熱伝導層４３が露出している。このように、第１熱伝導層４３の厚肉部４３ａが上表面に露出するため、その粘着性を利用して放熱体等に対して密着させることができる点で好ましい。
【0083】
一方、図６（ｂ）で示す放熱シート４０ｂ（４０）は、その保護層４６ｄおよび第２保護層４６ｃの外形が平面視で放熱シート４０ｂの外形を形成するように、第１熱伝導層４３に積層している。即ち、保護層４６ｄはグラファイトシート４２と第１熱伝導層４３の両方を覆っている。この放熱シート４０ｂでは、保護層４６ｂを付けたまま電子基板Ｐに装着することで、放熱シート４０ｂの上面を摺動させながら組立てることができ、また、その後の利用時においては、放熱シート４０ｂの上面を固着させずに放熱体等との間で動かすことができるように設定でき、放熱シート４０ｂに対して放熱体等が動くことがある用途に好適である。
【0084】
何れの放熱シート４０ａ，４０ｂの場合でも、保護層４６ｂ，４６ｄおよび第２保護層４６ａ，４６ｃを設けることで、グラファイトシート４２の破損防止や、グラファイトシート４２からの黒鉛粉末の脱落を防止することができる。また、第２保護層４６ａ，４６ｃを設けることで、第１熱伝導層４３と一体化する前の作業において、グラファイトシート４２の破損防止や、グラファイトシート４２からの黒鉛粉末の脱落を防止することもできる。加えて、グラファイトシート４２と第１熱伝導層４３の密着性が小さい場合に、第２保護層４６ａ，４６ｃを介在させることで、第１熱伝導層４３の密着性を高めることができる。
【0085】
なお、上記例では、グラファイトシート４２の端部を保護層４６ｂ，４６ｄおよび第２保護層４６ａ，４６ｃで覆う構成を示したが、覆わないように構成することも一態様である。また、放熱シート４０では、グラファイトシート１２と保護層４６ｂ，４６ｄ、第２保護層４６ａ，４６ｃの構成体について、シート状のグラファイトの表裏両面を保護層となる保護フィルムでラミネートしたグラファイトシート（ラミネートグラファイトシート）を用いることができる。
【0086】
第５実施形態［図７］：
【0087】
本実施形態の放熱シート５０は、図７で示すように、その表面を覆う剥離層５７を設けた点で第１実施形態の放熱シート１０と異なる。
【0088】
剥離層５７には、フッ素系樹脂、メラミン、シリコーン、ポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂フィルム、またはそれらの樹脂でコーティングされたフィルムを用いることができる。これらの中で、放熱シート５０の高分子マトリクスとしてシリコーンを用いる場合には、フッ素系樹脂を用いることが好ましい。
【0089】
また、放熱シート１０の電子基板Ｐへの装着方法について説明した際の剥離フィルムや放熱シート１０の製造に用いた剥離フィルムを本実施形態における剥離層５７とすることもできる。
【0090】
図７（ａ）で示す放熱シート５０ａ（５０）は、放熱シート５０ａの両面に剥離層５７ａ，５７ｂを有するものとしている。放熱シート５０ａの両面を塵や埃等の付着から保護することができ、放熱シートの何れか一面に剥離フィルムを設ける場合よりも好ましい。
【0091】
図７（ｂ）で示す放熱シート５０ｂ（５０）は、放熱シート５０ｂの第２熱伝導層５４側の表面に剥離層５７ａを有するものとしている。柔らかく塵や埃等の付着が起こり易い第２熱伝導層５４に剥離層５７ａを設けたため、こうした塵や埃等の付着を効果的に防止することができる。また、第２熱伝導層５４は柔らかく変形を起こし易いため、電子基板Ｐへの装着前の不意な変形を防止することもできる。
【0092】
そして、図７（ｃ）で示す放熱シート５０ｃ（５０）は、放熱シート５０ｃのグラファイトシート５２側の表面に剥離層５７ｂを有するものとしている。グラファイトシート５２が保護層３５で保護されていない態様の放熱シートであってもグラファイトシート５２を保護することができる。また、グラファイトシート５２の表面に塵や埃等が付着するのを防止でき、放熱体との間に塵や埃等が介在して熱伝導性が下がることを防止することができる。
【0093】
各実施形態の変更例［図８］：
【0094】
上記各実施形態で説明した放熱シート１０，２０，３０，４０，５０では、平坦なシート状の例を示したが、表面に凹凸を備えるものであっても良い。例えば図８で示すように、発熱体Ｈを有する電子基板Ｐの外形に沿った凹部６８を第２熱伝導層５４に備える放熱シート６０とすることができる。発熱体Ｈの表面に凹部６８を確実に密着させるために、凹部６８の深さは発熱体Ｈの高さよりも浅くすることが好ましい。
【0095】
上記各実施形態で説明した放熱シート１０，２０，３０，５０，６０では、第１熱伝導層１３，２３，３３，４３，５３，６３が、グラファイトシート１２、２２，３２，５２，６２よりも平面視で大きい外形を有する例を示した。しかしながら、第１熱伝導層１３，２３，３３，４３，５３，６３が、グラファイトシート１２、２２，３２，５２，６２と同じ外形を有するように変形して実施することもできる。これによれば、大きなシートを切断して任意形状の小さな放熱シート１０，２０，３０，５０，６０を形成することができるため、製造が容易であり低コストで放熱シート１０，２０，３０，５０，６０を製造することができる。
【0096】
【0097】
上記各実施形態で説明した放熱シート１０，２０，３０，４０は、電子基板Ｐへの装着方法として、「装着時には放熱シートを圧接して発熱体Ｈに密着させて、その後の使用時には圧接を解いて使用する構成」を示したが、以下に示すような装着、使用方法としても良い。なお、以下では放熱シート３０（３０ｂ）の使用例を説明する。
【0098】
図９で示す例は、ヒートシンクＳのような放熱体や金属板等で放熱シート３０を発熱体Ｈに圧接して使用する変更例である。ヒートシンクＳと放熱シート３０は、固着せずに圧接しても良いが、粘着材や接着材で固着させることもできる。グラファイトシートが露出する上面側にも第１熱伝導層が露出する厚肉部を備えた態様の放熱シート３０を用いることが好ましい。こうした放熱シート３０を利用すれば、別途接着剤等を用いることなく、放熱シート３０を放熱体Ｓに固着できるからである。また、保護層３５を備えない放熱シート３０であっても好ましい。ヒートシンクＳと第１熱伝導層でグラファイトシートを覆うことができるため、グラファイトシートの破損を防止することができるからである。接着剤等を用いる場合は熱伝導性接着剤を用いることが好ましい。熱伝導性接着剤を放熱シートとヒートシンクＳとの間に介在させることで、グラファイトシートとヒートシンクＳとの間の熱抵抗を低減して、放熱効率を高めることができる。
【0099】
図１０で示す例は、上述のヒートシンクＳに変えて、筐体やケースＥ等によって、放熱シート３０を発熱体Ｈに圧接する変更例である。小型のウェアラブル機器や防水機器では、ヒートシンクＳの空冷のために空気の循環・排気構造を設けることが困難なことが多い。そうした場合には、電子基板Ｐを通じて放熱するか、筐体やケースＥ等を介して放熱することになるが、筐体やケースＥ等に発熱体Ｈを直接密着させるとヒートスポットが生じ、筐体やケースＥ等の変形や、火傷等の原因となるおそれがある。こうした場合に、図１０で示すように、筐体やケースＥ等に放熱シート３０を密着させると、放熱シート３０がそのシート面内に熱を拡散しつつ筐体やケース等に熱を伝えることができる。そのため、ヒートスポットを解消し、筐体やケースＥ等の広い面積内で放熱できるため、機器の放熱性を高めることができる。
【0100】
また、図１０で示すように、筐体やケースＥ等は、その形状が平面的なものに限らず湾曲したようなものであっても良い。放熱シート３０は取扱い性を高める第１熱伝導層と、柔軟な第２熱伝導層とを積層しているため、湾曲した筐体やケースＥ等であっても、第２熱伝導層が筐体やケース等と電子基板Ｐとの間の隙間の大きさの違いを吸収して、電子基板Ｐ全体に放熱シート３０を密着させることができるからである。
【0101】
図１１で示す例は、ネジやピン等の固定具Ｄで放熱シート３０を発熱体に圧接、固定する変更例である。固定具Ｄは発熱体Ｈと重ならない位置に設けられる。固定具Ｄで固定される放熱シート３０の表面は硬いことが望まれるため、硬質の保護層３５を備える放熱シート３０に対して適用することが好ましい。
【0102】
各実施形態や変形例の特徴的な構成は、不具合のない範囲で組合せることができる。例えば、周壁部と保護層を備える放熱シートとすることもでき、また、周壁部や保護層を部分的に設けた放熱シートとすることもできる。
【実施例】
【0103】
＜放熱シートの作製＞
【0104】
次に示す試料１～試料９の放熱シートを調製した。
【0105】
試料１：
外形が２０×２０ｍｍの矩形で厚さが４０μｍのグラファイトシートと、剥離フィルムをまず準備した。ここでの剥離フィルムは、フロロシリコーン系フィルム（ニッパ社製「ＳＳ４Ｃ」（商品名））上に両面テープ（寺岡製作所社製「Ｎｏ．７０７１」（商品名））を介して、２０×２０ｍｍの微粘着フィルム（パナック社製「ＧＮ７５」（商品名））の微粘着面とは反対面を貼り付けて形成したものである。そして、この剥離フィルムの微粘着面上に前記グラファイトシートを配置した。続いて、前記グラファイトシートを完全に覆うようにグラファイトシートと剥離フィルムの微粘着面に第１熱伝導層と第２熱伝導層とを積層した。具体的には、第１熱伝導層用塗液を塗布して硬化して第１熱伝導層を形成した。第１熱伝導層はグラファイトシートと積層した部分の厚さを０．１６ｍｍ、グラファイトシートと積層していない周囲の厚さを０．２ｍｍとした。さらに、第１熱伝導層の表面に第２熱伝導層用塗液を塗布して硬化して第２熱伝導層を形成した。第２熱伝導層の厚さは１．８ｍｍとした。したがって、全体としては厚さを２ｍｍとした。そして、グラファイトシートの外縁より外側に２.５ｍｍオフセットした位置で両熱伝導層をカットして放熱部材の外形が２５×２５ｍｍである図１で示すような構成の放熱シートを得た。これを取扱い性試験用の試料１とした。
外形が２０×２０ｍｍの矩形で厚さが４０μｍのグラファイトシートと、剥離フィルムをまず準備した。ここでの剥離フィルムは、フロロシリコーン系フィルム（ニッパ社製「ＳＳ４Ｃ」（商品名））上に両面テープ（寺岡製作所社製「Ｎｏ．７０７１」（商品名））を介して、２０×２０ｍｍの微粘着フィルム（パナック社製「ＧＮ７５」（商品名））の微粘着面とは反対面を貼り付けて形成したものである。そして、この剥離フィルムの微粘着面上に前記グラファイトシートを配置した。続いて、前記グラファイトシートを完全に覆うようにグラファイトシートと剥離フィルムの微粘着面に第１熱伝導層と第２熱伝導層とを積層した。具体的には、第１熱伝導層用塗液を塗布して硬化して第１熱伝導層を形成した。第１熱伝導層はグラファイトシートと積層した部分の厚さを０．１６ｍｍ、グラファイトシートと積層していない周囲の厚さを０．２ｍｍとした。さらに、第１熱伝導層の表面に第２熱伝導層用塗液を塗布して硬化して第２熱伝導層を形成した。第２熱伝導層の厚さは１．８ｍｍとした。したがって、全体としては厚さを２ｍｍとした。そして、グラファイトシートの外縁より外側に２.５ｍｍオフセットした位置で両熱伝導層をカットして放熱部材の外形が２５×２５ｍｍである図１で示すような構成の放熱シートを得た。これを取扱い性試験用の試料１とした。
【0106】
また、上記と同様にして、グラファイトの外形が８×８ｍｍ（厚さ４０μｍ）で、放熱部材の外形が１０×１０ｍｍ（厚さ２ｍｍ）である放熱シートを成形し、中央で切断して密着性試験用の試料１の放熱シートを得た。
【0107】
第１熱伝導層用塗液と第２熱伝導層用塗液は、アルケニル基含有オルガノポリシロキサン９０質量部とハイドロジェンオルガノポリシロキサン１０質量部に、平均粒径が１０μｍの不定形水酸化アルミニウム４００質量部を混合したシリコーン組成物であり、第２熱伝導層用塗液は、アルケニル基含有オルガノポリシロキサン９３質量部とハイドロジェンオルガノポリシロキサン７質量部に、平均粒径が１０μｍの不定形水酸化アルミニウム４００質量部を混合したシリコーン組成物である。
【0108】
このように、第１熱伝導層用塗液も第２熱伝導層用塗液もともに同じ原料を用いているが、硬化剤の配合量を調整することで、第１熱伝導層用塗液は硬化後の硬さがＯＯ４０となるように、第２熱伝導層用塗液は硬化後の硬さがＯＯ１５となるように、それぞれ調整した。
【0109】
なお、第１熱伝導層用塗液の高分子マトリクスであるアルケニル基含有オルガノポリシロキサン９０質量部とハイドロジェンオルガノポリシロキサン１０質量部のみを硬化した硬化物の硬さはＯＯ１０（針入度１１０）となり、第２熱伝導層用塗液の高分子マトリクスであるアルケニル基含有オルガノポリシロキサン９３質量部とハイドロジェンオルガノポリシロキサン７質量部のみを硬化した硬化物の硬さはＯＯ０（針入度４００）となる。また、第１熱伝導層用塗液および第２熱伝導層用塗液中における高分子マトリクスの割合はともに４３体積％であり、その硬化物である第１熱伝導層と第２熱伝導層の熱伝導率はともに１．４Ｗ／ｍ・Ｋである。
【0110】
試料２：
試料１で第１熱伝導層用塗液と第２熱伝導層用塗液を用いた代わりに、第１熱伝導層用塗液のみを用いて試料１と同様にして同形状の試料２の放熱シートを得た。
試料１で第１熱伝導層用塗液と第２熱伝導層用塗液を用いた代わりに、第１熱伝導層用塗液のみを用いて試料１と同様にして同形状の試料２の放熱シートを得た。
【0111】
試料３：
試料１で第１熱伝導層用塗液と第２熱伝導層用塗液を用いた代わりに、第２熱伝導層用塗液のみを用いて試料１と同様にして同形状の試料３の放熱シートを得た。
試料１で第１熱伝導層用塗液と第２熱伝導層用塗液を用いた代わりに、第２熱伝導層用塗液のみを用いて試料１と同様にして同形状の試料３の放熱シートを得た。
【0112】
試料４～試料８：
第１熱伝導層および第２熱伝導層の硬さを以下の表１に示す硬さとなるように、試料１で用いた第１熱伝導層用塗液と第２熱伝導層用塗液の原料は変えずに硬化剤の割合を変更した第１熱伝導層用塗液と第２熱伝導層用塗液を用いて試料１と同様にして同形状の試料４～試料８の放熱シートを得た。なお、硬化後にＯＯ２０となる熱伝導層の高分子マトリクスのみを硬化した硬化物の硬さはＯＯ０（針入度３２０）、硬化後にＯＯ２８となる熱伝導層の高分子マトリクスのみを硬化した硬化物の硬さはＯＯ２（針入度１６０）、硬化後にＯＯ３３となる熱伝導層の高分子マトリクスのみを硬化した硬化物の硬さはＯＯ４（針入度１３０）であった。
第１熱伝導層および第２熱伝導層の硬さを以下の表１に示す硬さとなるように、試料１で用いた第１熱伝導層用塗液と第２熱伝導層用塗液の原料は変えずに硬化剤の割合を変更した第１熱伝導層用塗液と第２熱伝導層用塗液を用いて試料１と同様にして同形状の試料４～試料８の放熱シートを得た。なお、硬化後にＯＯ２０となる熱伝導層の高分子マトリクスのみを硬化した硬化物の硬さはＯＯ０（針入度３２０）、硬化後にＯＯ２８となる熱伝導層の高分子マトリクスのみを硬化した硬化物の硬さはＯＯ２（針入度１６０）、硬化後にＯＯ３３となる熱伝導層の高分子マトリクスのみを硬化した硬化物の硬さはＯＯ４（針入度１３０）であった。
【0113】
試料９：
試料１で図１に示すような構成の放熱シートを作製した代わりに、図４で示すような構成に変更した以外は、原材料、大きさ等を試料１と同様にして試料９の放熱シートを得た。作製上で試料１と異なる点は、第１熱伝導層用塗液を塗布後、その上から第２熱伝導層の大きさ形状の型枠を配置し、その型枠の表面が第１熱伝導層用塗液と面一になるように第１熱伝導層用塗液中に押し込んでから第１熱伝導層用塗液を硬化した。そして、この型枠を外して形成される第１熱伝導層の凹部に第２熱伝導層用塗液を充てんし、硬化した。第２熱伝導層の外形はグラファイトシートと同じである。
試料１で図１に示すような構成の放熱シートを作製した代わりに、図４で示すような構成に変更した以外は、原材料、大きさ等を試料１と同様にして試料９の放熱シートを得た。作製上で試料１と異なる点は、第１熱伝導層用塗液を塗布後、その上から第２熱伝導層の大きさ形状の型枠を配置し、その型枠の表面が第１熱伝導層用塗液と面一になるように第１熱伝導層用塗液中に押し込んでから第１熱伝導層用塗液を硬化した。そして、この型枠を外して形成される第１熱伝導層の凹部に第２熱伝導層用塗液を充てんし、硬化した。第２熱伝導層の外形はグラファイトシートと同じである。
【0114】
【表1】
【0115】
＜放熱シートの取扱い性試験について＞
【0116】
取扱い性の試験方法：
前記放熱シートから剥離フィルムを剥がすときの、放熱シートの変形の大きさを評価した。具体的には、放熱部材の角端部である第１熱伝導層と第２熱伝導層を先端幅が６ｍｍのフラットピンセットで挟み、これを剥離フィルムに対して１２０°の方向に、約１０ｍｍ／ｓの速度で引っ張ることで、放熱部材を剥離フィルムから剥がした。続いて、この放熱部材を平坦な台紙の上に置き、剥離フィルムを剥がす前の外形に対する変形の程度を観察した。具体的には、例えば図１２で示すような変形があったとして、外側にはみ出した面積をＲ１、はみ出しに伴い初期形状から減じた面積をＲ２とすると、それぞれの面積の絶対値を足して、初期形状（面積Ｓ０）に対する比（これを変形率という）を計算した。そして、変形率が１％以下のものを「◎」、１％を超え３％以下のものを「○」、３％を超えたものを「×」と評価した。
前記放熱シートから剥離フィルムを剥がすときの、放熱シートの変形の大きさを評価した。具体的には、放熱部材の角端部である第１熱伝導層と第２熱伝導層を先端幅が６ｍｍのフラットピンセットで挟み、これを剥離フィルムに対して１２０°の方向に、約１０ｍｍ／ｓの速度で引っ張ることで、放熱部材を剥離フィルムから剥がした。続いて、この放熱部材を平坦な台紙の上に置き、剥離フィルムを剥がす前の外形に対する変形の程度を観察した。具体的には、例えば図１２で示すような変形があったとして、外側にはみ出した面積をＲ１、はみ出しに伴い初期形状から減じた面積をＲ２とすると、それぞれの面積の絶対値を足して、初期形状（面積Ｓ０）に対する比（これを変形率という）を計算した。そして、変形率が１％以下のものを「◎」、１％を超え３％以下のものを「○」、３％を超えたものを「×」と評価した。
【0117】
変形率＝（｜Ｒ１｜＋｜Ｒ２｜）／Ｓ０ ・・・（式１）
【0118】
取扱い性の評価結果：
試料１～試料９の取扱い性の評価結果を表１に示した。第１熱伝導層および第２熱伝導層の一方、または双方の硬さがＯＯ４０以上の試料では「◎」、ＯＯ３３以上の試料では「○」以上となった。これより、少なくともＯＯ３３以上の硬さを備える熱伝導層を第１熱伝導層と第２熱伝導層の何れかに設ければ、取扱い性の良好な放熱シートが得られることがわかった。
試料１～試料９の取扱い性の評価結果を表１に示した。第１熱伝導層および第２熱伝導層の一方、または双方の硬さがＯＯ４０以上の試料では「◎」、ＯＯ３３以上の試料では「○」以上となった。これより、少なくともＯＯ３３以上の硬さを備える熱伝導層を第１熱伝導層と第２熱伝導層の何れかに設ければ、取扱い性の良好な放熱シートが得られることがわかった。
【0119】
＜放熱シートの密着性について＞
【0120】
密着性の試験方法：
放熱シートと、電子部品が設けられて表面に凹凸のある電子基板との密着性は、放熱部材を電子基板に対して押圧して圧接し、その後に圧接を解いたときに、熱伝導層が初期の形状に復帰して電子基板から離れてしまうか、熱伝導層が電子基板にそのまま付いているかが問題となる。そこで、この密着性について以下の試験を実施して評価した。
放熱シートと、電子部品が設けられて表面に凹凸のある電子基板との密着性は、放熱部材を電子基板に対して押圧して圧接し、その後に圧接を解いたときに、熱伝導層が初期の形状に復帰して電子基板から離れてしまうか、熱伝導層が電子基板にそのまま付いているかが問題となる。そこで、この密着性について以下の試験を実施して評価した。
【0121】
縦横３．３ｍｍ×１．５ｍｍ、高さ０．５ｍｍの略直方体形状のＩＣが固着した電子基板を準備した。電子基板はその表面がレジストで覆われており、ＩＣはエポキシ樹脂製である。そうした一方で、上述の本試験用の各試料の放熱シート（外形１０ｍｍ×５ｍｍ、厚さ２ｍｍ）を準備した。
【0122】
続いて、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示すように、放熱シートの一辺を前記ＩＣの３．３ｍｍの辺と面一になるように配置し、厚さが１．６ｍｍになるまで圧接する。この圧接状態を１０秒維持した後に、開放して５分後の密着状態を観察し、図１３（ｂ）に示す剥離幅Ｔ１を測定した。また、各試料に対して、グラファイトシート側の表面全面に厚さ１００μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムからなる保護層を積層した放熱シートを用いて同様の試験を行い、剥離幅Ｔ２を測定した。そして、剥離幅が０．５ｍｍ以下のもの「◎」、０．５ｍｍを超え１．５ｍｍ以下のものを「○」、１．５ｍｍを超えたものを「×」と評価した。
【0123】
密着性の評価結果：
試料１～試料９の密着性の評価結果を表１に示した。第２熱伝導層の硬さが柔軟なほど密着性が良く、硬さがＯＯ２８以下の試料が良好な結果であった。一方、第２熱伝導層の硬さがＯＯ４０まで硬くなると、剥離幅が極端に大きくなり、密着性が低くなることがわかった。この結果より第２熱伝導層の硬さは、少なくともＯＯ２８以下であれば、密着性の良好な放熱シートが得られることがわかった。
試料１～試料９の密着性の評価結果を表１に示した。第２熱伝導層の硬さが柔軟なほど密着性が良く、硬さがＯＯ２８以下の試料が良好な結果であった。一方、第２熱伝導層の硬さがＯＯ４０まで硬くなると、剥離幅が極端に大きくなり、密着性が低くなることがわかった。この結果より第２熱伝導層の硬さは、少なくともＯＯ２８以下であれば、密着性の良好な放熱シートが得られることがわかった。
【0124】
＜放熱シートの粘着力について＞
【0125】
粘着性の試験と結果：
各試料のグラファイトシート側の表面とは反対側の表面の粘着力を測定した。より具体的には、接触部の外形がφ２０ｍｍの平坦な平面で、表面がクロムめっきされた接触子を、各試料のグラファイトシート側とは反対側の表面に対して荷重３Ｎ／ｃｍ２で１０秒間圧接した後に、５ｍｍ／ｍｉｎの速さで垂直に引き上げた時の荷重を測定した。その結果、上記試料１～９の何れも、その粘着力は０．８～１．２Ｎ／ｃｍ２であった。
各試料のグラファイトシート側の表面とは反対側の表面の粘着力を測定した。より具体的には、接触部の外形がφ２０ｍｍの平坦な平面で、表面がクロムめっきされた接触子を、各試料のグラファイトシート側とは反対側の表面に対して荷重３Ｎ／ｃｍ２で１０秒間圧接した後に、５ｍｍ／ｍｉｎの速さで垂直に引き上げた時の荷重を測定した。その結果、上記試料１～９の何れも、その粘着力は０．８～１．２Ｎ／ｃｍ２であった。
【符号の説明】
【0126】
１０ 放熱シート（第１実施形態）
１１ 放熱部材
１２ グラファイトシート
１３ 第１熱伝導層
１３ａ 厚肉部
１４ 第２熱伝導層
２０ 放熱シート（第２実施形態）
２１ 放熱部材
２２ グラファイトシート
２３ 第１熱伝導層
２３ａ 厚肉部
２３ｂ 周壁部
２４ 第２熱伝導層
３０，３０ａ，３０ｂ 放熱シート（第３実施形態）
３１ 放熱部材
３２ グラファイトシート
３３ 第１熱伝導層
３３ａ 厚肉部
３４ 第２熱伝導層
３５，３５ａ，３５ｂ 保護層
４０，４０ａ，４０ｂ 放熱シート（第４実施形態）
４１ 放熱部材
４２ グラファイトシート
４３ 第１熱伝導層
４３ａ 厚肉部
４４ 第２熱伝導層
４６ａ，４６ｃ 第２保護層
４６ｂ，４６ｄ 保護層（第１保護層）
５０，５０ａ，５０ｂ 放熱シート（第５実施形態）
５１ 放熱部材
５２ グラファイトシート
５３ 第１熱伝導層
５４ 第２熱伝導層
５７，５７ａ，５７ｂ 剥離層
６０ 放熱シート（変形例）
６１ 放熱部材
６２ グラファイトシート
６３ 第１熱伝導層
６４ 第２熱伝導層
６８ 凹部
Ａ１，Ａ２ 放熱シート
ｂ （柔軟な）熱伝導層
ｂ１ 端部
ｃ （硬質な）熱伝導層
Ｄ 固定具
Ｅ 筐体、ケース
ｆ１，ｆ２ 剥離フィルム
Ｇ ピンセット
Ｈ 発熱体（電子部品）
Ｐ 電子基板
Ｒ１，Ｒ２ 面積
Ｓ ヒートシンク（放熱体）
Ｔ１，Ｔ２ 剥離幅
１１ 放熱部材
１２ グラファイトシート
１３ 第１熱伝導層
１３ａ 厚肉部
１４ 第２熱伝導層
２０ 放熱シート（第２実施形態）
２１ 放熱部材
２２ グラファイトシート
２３ 第１熱伝導層
２３ａ 厚肉部
２３ｂ 周壁部
２４ 第２熱伝導層
３０，３０ａ，３０ｂ 放熱シート（第３実施形態）
３１ 放熱部材
３２ グラファイトシート
３３ 第１熱伝導層
３３ａ 厚肉部
３４ 第２熱伝導層
３５，３５ａ，３５ｂ 保護層
４０，４０ａ，４０ｂ 放熱シート（第４実施形態）
４１ 放熱部材
４２ グラファイトシート
４３ 第１熱伝導層
４３ａ 厚肉部
４４ 第２熱伝導層
４６ａ，４６ｃ 第２保護層
４６ｂ，４６ｄ 保護層（第１保護層）
５０，５０ａ，５０ｂ 放熱シート（第５実施形態）
５１ 放熱部材
５２ グラファイトシート
５３ 第１熱伝導層
５４ 第２熱伝導層
５７，５７ａ，５７ｂ 剥離層
６０ 放熱シート（変形例）
６１ 放熱部材
６２ グラファイトシート
６３ 第１熱伝導層
６４ 第２熱伝導層
６８ 凹部
Ａ１，Ａ２ 放熱シート
ｂ （柔軟な）熱伝導層
ｂ１ 端部
ｃ （硬質な）熱伝導層
Ｄ 固定具
Ｅ 筐体、ケース
ｆ１，ｆ２ 剥離フィルム
Ｇ ピンセット
Ｈ 発熱体（電子部品）
Ｐ 電子基板
Ｒ１，Ｒ２ 面積
Ｓ ヒートシンク（放熱体）
Ｔ１，Ｔ２ 剥離幅
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】