ＮＥＤＯ報告書の目次および概要

第１章　調査の概要

1. 調査の背景と目的　　　　　　　　　　　　　　　　　･･････････････････････　　 1

2. 調査の内容　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　･･････････････････････ 1

2.1. 調査項目　･･････････････････････ 1

2.2. 調査方法･･････････････････････ 3

2.3. 調査実施スケジュール　　　　　　　　　　　　　･･････････････････････　　 3

2.4. 調査体制　　　　　　　　　　　　　　　　　　･･････････････････････　　 4

2.5. 調査結果（概要）･･････････････････････　　 5

3. 調査要約　　　　　　　　　　　　　　　　　　･･････････････････････ 6

3.1. 和文要約･･････････････････････ 7

3.2. 英文要約･･････････････････････ 8

第2章本論

1.　放熱材料・高熱伝導性材料の現在の技術レベルの調査（材料からのアプローチ） 10

1.1.　電子部品・電子機器における熱問題と対策　･･････････････････････　　10

1.1.1. 電子部品・電気機器における熱問題　　　･･････････････････････　　10

1.1.2. 熱問題に対する対策　　　　　　　　　　･････････････････････ 10

1.2. 放熱デバイスおよび放熱材料・高熱伝導性材料の現状　･･･････････････････　　 13

1.2.1. 放熱デバイスおよび放熱材料・高熱伝導性材料の種類　････････････････ 13

1.2.2. 放熱材料・高熱伝導性材料の物性　　　　　　　･････････････････････ 15

1.2.3. 放熱デバイスと放熱材料の種類および技術の現状　　･･････････････････ 16

1.3. 放熱材料・高熱伝導性材料の技術レベルの調査と開発動向　･･････････････ 19

1.3.1.　文献・特許調査の方法　　　　　　　　　　　･････････････････････　　 19

1.3.2.　有機ハイブリッド材料に用いられる樹脂関連特許・文献とその動向　････ 21

(1)　熱可塑性樹脂　　　　　　　　　　　　　　　　　･････････････････････　　 21

(2）熱硬化性樹脂　　　　　　　　　　　　　　　　　･････････････････････ 32

(3)　エラストマー　　　　　　　　　　　　　　　　　･････････････････････　 34

1.3.3. 有機ハイブリッド材料に用いられる充填剤関連特許・文献とその動向　･･ 36

1.3.4. 有機ハイブリッド材料に用いられる繊維補強剤関連特許･文献とその動向　 42

1.3.5. 放熱シート・グリース・接着剤関連特許・文献とその動向････････････ 49

1.3.6. 高熱伝導性金属・無機複合材料関連特許・文献とその動向･･････････ 55

1.3.7. 高熱伝導性材料が用いられる部品・製品関連特許・文献とその動向･････ 61

1.3.8. 有識者指導（講演、ヒアリング）　　　･････････････････････　　 67

(1)「一桁ナノダイヤモンド」とナノダイヤモンドの工業化に対する適正　･･････　　67

(2) ポリイミド系樹脂のハイブリッド化、

炭素化による樹脂の高性能・高機能化　　　･･････････････　　 73

(3) 熱伝導性接着剤・グリース・シートの現状と課題　･････････････････････　 83

2. 放熱材料・高熱伝導性材料の現在の市場規模の調査（市場からのアプローチ） 89

2.1. 各種市販材料の用途・需要量・物性の調査と技術レベルの把握　･････････　　 89

2.1.1. 有機ハイブリッド材料　　　　　　　　　　　　･･････････････････････　　 89

(1) 放熱シート　　　　　　　　　　　　　　　　　･･････････････････････　　 89

(2) シリコーン系放熱シート･･････････････････････ 90

(3) 非シリコーン系放熱シート･･････････････････････ 90

(4) グリース・接着剤・相変化ジェル･･････････････････････ 97

(5) 高熱伝導性ポリフェニレンサルファイド樹脂･･････････････････････ 97

2.1.2. 金属・合金系材料･･････････････････････ 98

(1) ヒートスプレッダとヒートシンク･･････････････････････ 98

(2) アルミニウム系材料･･････････････････････ 98

(3) その他の金属系材料･･････････････････････ 99

2.1.3. セラミックス系材料･･････････････････････ 102

2.1.4. グラファイト・ダイヤモンド系材料･･････････････････････ 104

(1) グラファイトシート･･････････････････････ 104

(2) ダイヤモンド系材料･･････････････････････ 104

2.1.5. その他の部材･･････････････････････ 104

(1) ヒートパイプ･･････････････････････ 104

2.2. 放熱材料・高熱伝導性材料の現在の市場規模･･････････････････････ 106

2.3. 有識者指導（講演）･･････････････････････ 108

(1) 熱電変換発電システムの開発状況と将来展望･･････････････････････ 108

3. 放熱材料・高熱伝導性材料の潜在的な市場の推定と技術課題の抽出　････････ 117

3.1. 特許出願動向に基づく潜在市場の推定･･････････････････････ 117

(1) はじめに･･････････････････････ 117

(2) 生活必需品分野･･････････････････････ 120

(3) 各種処理・運輸・搬送分野･･････････････････････ 120

(4) 化学・冶金分野･･････････････････････ 123

(5) 繊維・紙分野･･････････････････････ 124

(6) 固定構造物分野･･････････････････････ 124

(7) 機械工学・照明・加熱分野･･････････････････････ 125

(8) 物理学関連分野･･････････････････････ 126

(9) 電気関連分野･･････････････････････ 127

(10) まとめ･･････････････････････ 129

3.2.　潜在的な市場の推定と潜在市場への参入に必要となる物性の推定･････ 132

(1) 半導体機器・その他電子機器の放熱材料･･････････････････････　　132

(2) LCD・PDP・LED等のFPDの放熱材料･･････････････････････ 134

(3) 車載用パワーデバイス関係の放熱材料・熱伝導性材料･････････････････ 136

(4) 熱電変換素子、特に車載用熱電発電用の熱伝導性材料･････････････････ 138

3.3.　有機ハイブリッド材料開発の技術課題の抽出･･････････････････････ 140

(1) 熱伝達のメカニズム概容･･････････････････････ 140

(2) 日立製作所のアプローチ･･････････････････････ 141

(3) 日本科学冶金・大阪市立工業試験所のアプローチ･･･････････････････ 142

(4) ポリイミドをマトリックスとした高熱伝導性材料･････････････････････　　142

(5) 技術課題の抽出･･････････････････････ 144

4. 放熱材料・高熱伝導性材料の将来的な市場規模の推定････････････････････ 146

4.1. 有機ハイブリッド材料の将来的な市場規模の推定････････････････････ 146

(1) 半導体機器・その他電子機器の放熱材料･････････････････････ 146

(2) LCDバックライトユニットの放熱材料･････････････････････ 147

(3) 車載用パワーデバイス関係の放熱材料・熱伝導性材料･････････････････　　147

(4) 熱電変換素子、特に車載用熱電発電用の熱伝導性材料･････････････････ 147

4.2. 材料・市場からのアプローチと地域研究開発技術シーズとの基本原理の確認 149

4.2.1. 材料・市場からのアプローチの結果･････････････････････ 149

4.2.2. 地域研究開発技術シーズ･････････････････････ 149

4.2.3. 基本原理の確認･････････････････････ 152

5. 新産業等創出シナリオの提案･････････････････････ 155

6. まとめ･････････････････････ 158

2-5. 調査結果（概要）

　最近の電子機器の高性能化、高機能化、小型化、利用範囲の拡大に伴い、半導体素子が関与する熱をどのようにし逃す問題が大きな課題になっている。地域産業に根ざした研究開発シーズに基づいて、従来から使用されている金属や、有機・無機ハイブリッド材料よりも性能面、機能面、トータルコスト等において格段に優れた有機ハイブリッド材料開発の可能性を追求するための調査を行った。

材料からのアプローチとして、有機ハイブリッド材料を構成する樹脂、充填剤、繊維補強剤、具体的な製品形態となっている熱伝導性接着剤・グリース・シート、無機・金属複合材料、高熱伝導性材料が用いられている部品・製品に分類して、現在の技術レベルとその動向を調査した。また、市場からアプローチとして、各種市販材料の用途・需要量・物性を調査し、有機ハイブリッド材料、金属・合金系材料、セラミックス系材料、グラファイト・ダイヤモンド系材料、その他部材に分類し、現在の市場規模と技術レベルを把握した。

材料からのアプローチ、市場からのアプローチに基づき、潜在的な市場の推定と、潜在市場への参入に必要となる物性の推定を行ない、有機ハイブリッド材料開発の技術課題を抽出した。さらに、放熱材料・高熱伝導性材料の将来的に有望視される分野として、(1) 半導体機器・その他電子機器の放熱材料、(2) LCDバックライトユニットの放熱材料、(3) 車載用パワーデバイス関係の放熱材料・高熱伝導性材料、(4) 熱電変換素子、特に車載用熱電発電用の熱伝導性材料を選び、将来的な市場を推定した。有機ハイブリッド材料を用いた高熱伝導性材料の開発と展開によって、新産業等創出の可能性がある分野を提案すると共に、地域研究開発技術シーズとの係りのなかから、地域新産業創出のシナリオを提案した。

３．調査要約

3-1. 和文要約

調査の背景および目的

最近の電子機器の高性能化、高機能化、小型化、利用範囲の拡大に伴い、半導体素子が関与する熱をどのようにし逃す問題が大きな課題になっており、新規な放熱材料・高熱伝導性材料が求められている。本調査は、地域産業に根ざした研究開発シーズに基づいて、従来から使用されている金属や、有機・無機ハイブリッド材料よりも性能面、機能面、トータルコスト等において格段に優れた材料開発の可能性を追求することを目的としている。

具体的には、放熱材料・高熱伝導性材料の現状と技術レベルを調査し、最終製品のニーズに合った様々な用途に対応でき、成形・加工が容易で軽量化に寄与する新規有機ハイブリッド材料の潜在的な市場を推定し、その技術課題を抽出する。それによって将来的な市場規模の推定と、新産業等創出のシナリオを提案するものである。

調査内容

1) 放熱材料・高熱伝導性材料の現在の技術レベルを調査した。

材料からのアプローチとして、専門書、調査報告書、インターネット、特許・文献の調査、専門家・有識者へのヒアリングによって、放熱材料・高熱伝導性材料の技術レベルに関して調査した。主に最近の特許・文献（総説、解説）調査により、調査の内容を、有機ハイブリッド材料を構成する樹脂、充填剤、繊維補強剤、具体的な製品形態となっている熱伝導性接着剤・グリース・シート、無機・金属複合材料、高熱伝導性材料が用いられている部品・製品に分類して、現在の技術レベルとその動向を整理した。有識者指導では、専門家として最新の研究・技術の紹介を得た。

2) 放熱材料・高熱伝導性材料の現在の市場規模を調査した。

市場からのアプローチとして、現在の市場規模の調査を行うと共に、各種文献・特許、およびその他の公知情報に関して調査した。まず、各種市販材料の用途・需要量・物性を調査し、有機ハイブリッド材料、金属・合金系材料、セラミックス系材料、グラファイト・ダイヤモンド系材料、その他部材に分類し、現在の市場規模と技術レベルを整理した。

3) 放熱材料・高熱伝導性材料の潜在的な市場の推定と技術課題の抽出

　特許出願をマクロ分野ごとに整理することにより技術開発動向をマクロ的に把握すると共に、材料からのアプローチ、市場からのアプローチに基づき、潜在的な市場の推定と、潜在市場への参入に必要となる物性の推定を行ない、有機ハイブリッド材料開発の技術課題を抽出した。

4) 放熱材料・高熱伝導性材料の将来的な市場規模の推定

放熱材料・高熱伝導性材料の将来的に有望視される分野として、(1) 半導体機器・その他電子機器の放熱材料、(2) LCDバックライトユニットの放熱材料、(3) 車載用パワーデバイス関係の放熱材料・高熱伝導性材料、(4) 熱電変換素子、特に車載用熱電発電用の熱伝導性材料を選び、将来的な市場を推定した。

5) 放熱材料・高熱伝導性材料の新産業等創出シナリオの提案

有機ハイブリッド材料を用いた超熱伝導性材料の開発と展開によって、新産業等創出の可能性がある分野を提案すると共に、地域研究開発技術シーズとの係りのなかから、地域新産業創出のシナリオを提案する。

3-2. 英文要約

Summary

Purpose and background

New high heat-radiation materials and high heat-conductivity materials have been recently requested, because the problems of the heat generation from the semiconductor elements occurred by the change to higher performance, higher functionality, the miniaturization and the expanding utilization of the electronic equipments. This investigation has aimed to pursue the possibility of greatly excellent material development compared with the conventional metals and organic/inorganic hybrid materials as for the performance, the functionality and the total costs, based on the R & D seeds of regional industry.

Concretely, we investigated a present technological level and a potential market of organic hybrid materials that contributes to the lightening of the products, the molding and the processing of the materials. As a result, a future market of the organic hybrid materials has been estimated and the scenario for the creation of a new industry has been proposed.

Contents

1) A present technological level of the heat-radiation materials and the high heat-conductivity materials was investigated.

A technological level of the heat-radiation materials and the high heat-conductivity materials was investigated as an approach from the material sites by the technological books and reports, the home page of the Internet, the patents, the documents and the hearing to the specialists and the researchers. The contents of the recent investigation for the patents and the documents were chiefly classified into the resins, the fillers and the fiber reinforcers which constitute the organic hybrid materials, the thermal conductivity adhesives/greases/seats which are concrete product forms, inorganic composite materials and metallic composite materials, and the parts and goods to which the high-conductivity materials are used, and a present technological level and the trends were arranged. In the specialist guidance, the information of the latest research and technology was obtained.

2) A present market scale of the heat-radiation materials and the high heat-conductive materials was investigated.

A present market scale was investigated as an approach from the market sites by various documents, patents, and the other well-known information. First of all, the usage, the amount of demand and physical properties of the materials on the market were investigated, and classified into organic hybrid materials, metal/alloy materials, ceramic materials, graphite/diamond materials and the others. And a present market scale and the technological level were arranged.

3) A potential market of the heat-radiation materials and high heat-conductivity materials was estimated, and the technological subjects were extracted.

The patent application was arranged into each macro field, and the technological development trend was taken in a broad view of things. The potential market and the necessary physical properties of the organic hybrid materials were estimated based on both the approaches from the material and market sites, and the technological subjects were extracted for the R & D of the organic hybrid materials.

4) A future market scale of the heat-radiation materials and the high heat-conductivity materials was estimated.

The following heat-radiation materials and the high heat-conductivity materials were chosen as hopeful field in the future: (1) the heat-radiation materials of electronic equipment, (2) the radiation material of LED back light unit, (3) the heat-radiation material and the high heat-conductivity material related to vehicle power device, (4) the thermal conductivity materials for thermoelectric conversion elements, especially the vehicle thermoelectricity power generation, and their future markets were estimated.

5) The creation scenario for new industry etc. of the heat radiation material and the high heat-conductivity material was proposed.

It proposes the field with the possibility of the creation for the new industry by the R & D of the organic hybrid materials as super thermal conductivity materials, and also the scenario of a new industry creation based on the regional R & D technology seeds.