JP2002030223A - 熱伝導性樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた熱伝導性と共に、優れた強度と密着性
をも併せ有する高熱伝導性の樹脂組成物を提供すること
にある。 【解決手段】 樹脂（Ａ）、及び熱伝導性充填材（Ｂ）
からなる熱伝導性の樹脂組成物であって、前記熱伝導性
充填材（Ｂ）が球形の熱伝導性充填材と非球形の熱伝導
性充填材の混合物であることを特徴とする熱伝導性樹脂
組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、優れた熱伝導性と
柔軟で形状追従性を有する成形物を与える熱伝導性の樹
脂組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】柔軟性を備えた熱伝導性の樹脂組成物
は、例えば、電気・電子部品等の発熱体と放熱フィンの
間に介在させ、電気・電子部品からの発熱を放熱させる
目的で使用されている。電気・電子部品に限らず、使用
する発熱体と放熱体の表面は平滑でないことが多く、こ
うした熱伝導性の樹脂組成物に柔軟性が求められる理由
となっている。こうした柔軟性を備えた熱伝導性樹脂組
成物として、窒化硼素やアルミナ、窒化珪素、窒化アル
ミ等の熱伝導性の高い充填材をシリコーンゴムやシリコ
ンオイルといった樹脂材料に充填した組成物が知られて
いる（例えば、特開平９−３０２２３１号公報）。特に
熱伝導性の充填材の粒子形状が球形ではなく、非球径形
や繊維形である場合、単位重量当たりの表面積が大き
く、樹脂材料に充填する場合、粒子同しが接触しやす
く、熱の通り道となるパスを形成しやすいため、球状の
充填材を充填する場合よりも高い熱伝導性の組成物とす
ることが可能であることも知られている（特開平１０−
１３９８９３号公報）。

【０００３】しかしながら、こうした扁平形状や繊維状
の充填材は樹脂材料に充填する場合、所望の高い熱伝導
性を得るために充填材の充填量を高くすると、樹脂組成
物が急激に固くなり、柔軟性が維持出来ないという問題
があった。従って、熱伝導性の特に高い樹脂組成物は固
く、また柔軟性の比較的良好な樹脂組成物の熱伝導性は
それなりに低いという２パターンの製品が存在している
のが現状である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記現状に鑑み、本発
明は、優れた熱伝導性と共に、優れた強度と密着性をも
併せ有する高熱伝導性の樹脂組成物を提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の熱伝導性樹脂組
成物は、樹脂（Ａ）、及び、熱伝導性充填材（Ｂ）から
なる熱伝導性樹脂組成物であって、前記熱伝導性充填材
（Ｂ）が球形の熱伝導性充填材と非球形の熱伝導性充填
材の混合物であることを特徴とする熱伝導性樹脂組成物
である。以下に、本発明を詳述する。

【０００６】上記樹脂（Ａ）は、特に限定されず、従来
公知の樹脂化合物が利用出来、熱可塑性樹脂、熱硬化性
樹脂等が挙げられる。具体的には例えば、シリコーン系
樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリアミド樹
脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテル系樹脂、二重結
合を有するモノマーを単独あるいは共重合させたアクリ
ル系樹脂、スチレン系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、アクリ
ロニトリル系樹脂、オレフィン系樹脂、天然あるいは合
成ゴム系樹脂等が例示される。これらは単独又は２種以
上を併用出来る。上記樹脂の内、モノマーを自由に選択
して、熱伝導性充填材の分散性を向上させるように設計
し易いという点でアクリル系の樹脂が好ましい。

【０００７】上記樹脂（Ａ）の粘度は、１０〜１万ｃｐ
ｓの範囲が好ましい。１０ｃｐｓ未満であると充填材を
充填させて混練・混合させる際に剪断が伝わらず、充填
材粒子同士が凝集したり、樹脂中に均一に分散せず混ざ
りにくくなり、１万ｃｐｓを超えると粘度が高くなり過
ぎて、充填材が分散しにくくなる。上記樹脂（Ａ）の粘
度を１０〜１万ｃｐｓの範囲とするためには、上記樹脂
（Ａ）を、以下（１）から（３）の方法のいずれか、あ
るいは複数併用して、低粘度の状態で熱伝導性充填材
（Ｂ）と混合することが好ましい。 （１）加熱による樹脂の粘度を低下。 （２）酢酸エチル、アセトン、メチルエチルケトン、ト
ルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、メタノール、エタ
ノール等の揮発性溶剤；リン酸エステル、フタル酸エス
テル、脂肪酸一塩基酸エステル、脂肪酸二塩基酸エステ
ル等のエステル類；ポリエーテル類；液状炭化水素類；
クロロフルオロカーボン類；シリコンオイル等の可塑剤
類等で希釈。 （３）樹脂（Ａ）として、単独又は２種以上の互いに反
応性を有した分子量約２万以下の樹脂を使用し、熱伝導
性の充填材（Ｂ）との混合時は反応をほとんど進行させ
ず、低粘度の分子量の低いままで混合し、その後、反応
を進行させる方法を選択することが好ましい。この方法
を利用可能な樹脂としては、特に限定されないが、例え
ば、シリコン付加反応型オルガノポリシロキサン等のビ
ニル基を有するモノマーやオリゴマー類からなるビニル
系樹脂；エポキシ基を有するモノマー類とエポキシ基と
反応可能な官能基を有するモノマー類からなるエポキシ
樹脂；イソシアネート基を有するモノマー類とイソシア
ネート基と反応可能な官能基を有するモノマー類からな
るウレタン樹脂；加水分解性シリル含有モノマー類等が
例示される。特に、上記（２）の揮発性溶剤、可塑剤を
使用し、混合後これら溶剤を加熱等により除去する方法
が最も好ましい。この場合、樹脂（Ａ）は上記溶剤、可
塑剤に溶解させた状態でも分散させた状態でも良い。

【０００８】本発明で使用される熱伝導性充填材（Ｂ）
は、球形の熱伝導性充填材と非球形の熱伝導性充填材の
混合物からなる。これらを混合することにより、最終的
に得られる熱伝導性樹脂組成物は、個々の熱伝導性充填
材を単独で使用する場合と比較して、柔軟性が大いに改
善された熱伝導性樹脂組成物となる。上記球形とは、長
径／短径比が平均で１．０〜２．０の形状であることを
意味する。好ましくは、１．０〜１．５である。また、
上記非球形とは針状、繊維状、鱗片状、樹枝状、平板
状、不定形等のものを意味し、長径／短径比が平均で
２．０以上の形状であることを意味する。特に、鱗片
状、樹枝状、平板状で長径／短径比が５．０以上の範囲
のものが好ましい。上記長径及び、短径は、熱伝導性充
填材を直接、光学顕微鏡、電子顕微鏡、デジタル顕微鏡
等により２００個以上の粒子を直接観察し、観察粒子の
最大径及び、最短径のそれぞれ平均値とする。

【０００９】上記熱伝導性充填材（Ｂ）の粒子径として
は、平均径で５〜１００μｍが好ましい。５μｍ未満で
は、樹脂（Ａ）と熱伝導性充填材（Ｂ）を配合する際に
粘度が非常に高なり、熱伝導性充填材（Ｂ）の配合割合
を高くすることが困難である。逆に１００μｍを超える
と、得られる熱伝導性樹脂組成物の表面の平滑性が低く
なり、発熱体や放熱体に十分密着出来ず、性能を発揮す
るのが困難となる。より好ましくは、５〜３０μｍであ
る。

【００１０】上記球形の熱伝導性充填材と非球形の熱伝
導性充填材の配合割合は、特に限定されないが、熱伝導
性充填材全体の配合量を１００体積％としたとき、球形
の熱伝導性充填材５〜５０体積％、非球形の熱伝導性充
填材５〜９５体積％であることが好ましい。球形の熱伝
導性充填材の配合量が５体積％未満の場合は、得られる
熱伝導性樹脂組成物が固くなり良好な柔軟性が得られに
くくなり、逆に５０体積％を超えると熱伝導性が低下す
る。

【００１１】さらに、上記熱伝導性充填材（Ｂ）におけ
る、球形の熱伝導性充填材の熱伝導率が、非球形の熱伝
導性充填材の熱伝導率よりも高い方が、得られる熱伝導
性の性能という点で好ましい。好ましい球形の熱伝導性
充填材と非球形の熱伝導性充填材の熱伝導性の比率とし
ては１．５以上であり、２．０以上がより好ましい。

【００１２】上記熱伝導性充填材（Ｂ）の材料としては
特に限定されず、通常、熱伝導性樹脂組成物中に配合さ
れるものを用いることが出来、例えば、アルミナ、酸化
マグネシウム、酸化ベリリウム、酸化チタン等の酸化物
類；窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の窒
化物類；炭化ケイ素等の炭化物類；銅、銀、鉄、アルミ
ニウム、ニッケル等の金属充填材；チタン等の金属合金
充填材；ダイヤモンド、カーボン等の炭素系充填材；石
英、石英ガラス等のシリカ粉類等が挙げられる。また無
機充填材粒子に銀や銅等の金属材料を表面被覆したも
の；金属充填材粒子に無機材料や炭素材料を表面被覆し
たもの等も挙げられる。

【００１３】上記球形の熱伝導性充填材としては、窒化
アルミニウム、炭化珪素等が好ましく挙げられる。又、
上記非球形の熱伝導性充填材としては、六角板状の窒化
硼素が特に好ましく挙げられる。上記熱伝導性充填材は
単独、又は２種類以上を併用しても良い。

【００１４】上記熱伝導性充填材（Ｂ）は、樹脂（Ａ）
との親和性を向上させるためにシラン処理等の各種表面
処理を行っても良い。

【００１５】上記熱伝導性充填材（Ｂ）の配合量は、熱
伝導性樹脂組成物に対して、２０〜９５体積％が好まし
い。熱伝導性充填材の含有量が２０体積％未満であると
効率的な熱伝導性を得にくくなり、９５体積％を超える
と樹脂組成物の柔軟性が低下し、発熱体や放熱体の表面
の凹凸への密着追従性が悪く接触熱抵抗が増大し効率的
な熱伝導性が得られなくなる。より好ましくは５０〜９
５体積％であり、更に好ましくは６０〜９０体積％であ
る。

【００１６】本発明の熱伝導性樹脂組成物には、必要に
応じて物性調整剤、可塑剤等が加えられても良い。上記
物性調整剤としては、例えば、ビニルトリエトキシシラ
ン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン等の各種シ
ランカップリング剤が挙げられる。

【００１７】上記可塑剤として、例えば、リン酸トリブ
チル、リン酸トリクレジル等のリン酸エステル類；フタ
ル酸ジオクチル等のフタル酸エステル類；グリセリンモ
ノオレイル酸エステル等の脂肪酸一塩基酸エステル類；
アジピン酸ジオクチル等の脂肪酸二塩基酸エステル類；
ポリプロピレングリコール類やポリエチレングリコール
類等のポリエーテル類；ポリα−オレフィン等の液状炭
化水素類；クロロフルオロカーボン類；シリコンオイル
等の従来公知の可塑剤が挙げられ、これらは単独、又は
２種以上を併用出来る。

【００１８】本発明の熱伝導性樹脂組成物には、さら
に、難燃剤、タレ防止剤、酸化防止剤、老化防止剤、紫
外線吸収剤、着色剤、溶剤、香料、顔料、染料等が添加
されても良い。

【００１９】また、本発明の熱伝導性樹脂組成物は、引
張強度などを向上させるために樹脂あるいは無機の繊
維、不織布などを樹脂組成物中あるいは、表面に、含浸
又は付着させた積層構造としても良い。

【００２０】本発明の熱伝導性樹脂組成物を製造するた
めに、樹脂（Ａ）、熱伝導性充填材（Ｂ）、及び必要に
応じてその他成分を混練・混合させる方法としては特に
限定されるものではなく、例えば、混練機、押出機、ミ
キサー、ロール、ニーダー、攪拌機等の一般的な装置を
用いることが出来る。また、必要に応じて混練・混合時
に装置内を減圧、脱気しても良い。

【００２１】本発明の熱伝導性樹脂組成物において、熱
伝導性充填材（Ｂ）を高い割合で配合するため、有機溶
剤で一旦、希釈して樹脂（Ａ）の溶液とし、前記樹脂溶
液と熱伝導性充填材（Ｂ）を配合するとより、容易にこ
れらを均一に混合した樹脂組成物を得ることが可能であ
る。

【００２２】上記熱伝導性樹脂組成物は、所望形状に成
形することが可能で、形状は特に限定されない。射出金
型やバッチ式の金型に樹脂組成物を投入して、複雑な形
状の樹脂組成物としても良いし、押出、あるいはキャス
トによりプレート形状、シート形状にすることも可能で
ある。本発明においては、柔軟で形状追従性が良く、ま
た引張強度の高い樹脂組成物となるので特に、従来公知
の方法と比較して、複雑な形状や、２００μｍ以下の薄
いシート状に成形することが容易可能である。

【００２３】（作 用）本発明の熱伝導性樹脂組成物
は、球形の熱伝導性充填材が非球形の熱伝導性充填材の
隙間に入り込み、ボールベアリングのボールのような働
きをするため、高充填にもかかわらず柔軟性を有する。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に実施例で本発明を更に詳し
く説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定される
ものではない。

【００２５】（実施例１）以下の配合に従って、攪拌機
を用いて樹脂溶液に熱伝導性充填剤を添加して、組成物
が均一に混合されるまで攪拌を行い、樹脂組成物を調製
した後、ポリエステルからなるセパレートフィルム上
に、上記樹脂組成物を塗工し、オーブンにて酢酸エチル
を乾燥して、厚み１００μｍのシート状の熱伝導性樹脂
組成物を得た。

【００２６】樹脂（Ａ） アクリル系粘着剤４０体積％（酢酸エチル２０重量％溶
液として使用）

【００２７】熱伝導性充填材（Ｂ） 球形の熱伝導性充填材：窒化アルミニウム（商品名「グ
レードＦ」；トクヤマ社製 粒子径１．２μｍ）、２０
体積％ 非球形の熱伝導性充填材：窒化ホウ素（商品名「グレー
ドＳＧＰ」；電気化学工業社製 鱗片形状、粒子径１８
μｍ、長径／短径＝３２μｍ／１．５μｍ）、４０体積
％

【００２８】（実施例２）熱伝導性充填材（Ｂ）を以下
の通り、変更した以外は、実施例１と同様の方法で、厚
み１００μｍのシート状の熱伝導性樹脂組成物を得た。

【００２９】熱伝導性充填材（Ｂ） 球形の熱伝導性充填材：窒化ケイ素（商品名「グレード
ＧＣ８００Ｓ」；屋久島電工社製 粒子径１５．７μ
ｍ）、２０体積％ 非球形の熱伝導性充填材：窒化ホウ素（商品名「グレー
ドＳＧＰ」；電気化学工業社製）、４０体積％

【００３０】（実施例３）以下の配合に従って、攪拌機
を用いて組成物が均一に混合されるまで攪拌を行い、樹
脂組成物を調製した後、型に流し込み室温で４０時間以
上放置して硬化させ、厚み２ｍｍのシート状の熱伝導性
樹脂組成物を得た。

【００３１】樹脂（Ａ） ＭＳポリマーＳ３０３（鐘淵化学工業社製）と錫系触媒
ＳＢ−６５（三共有機合成社製）を重量比５０：１の配
合物、４０体積％

【００３２】熱伝導性充填材（Ｂ） 球形の熱伝導性充填材：窒化アルミニウム（商品名「グ
レードＦ」；トクヤマ社製）、２０体積％ 非球形の熱伝導性充填材：窒化ホウ素（商品名「グレー
ドＳＧＰ」；電気化学工業社製）、４０体積％

【００３３】（実施例４）ＰＥＴフィルム上に、先に、
アクリル系の粘着剤を塗工、乾燥を行い、５μｍ厚みの
アクリル系粘着剤層を形成させた後、実施例１の樹脂組
成物を同様の操作で積層して、合計９０μｍ厚みのシー
ト状の熱伝導性樹脂組成物を得た。

【００３４】（比較例１）熱伝導性充填材（Ｂ）を以下
の通り変更した以外は、実施例１と同様の方法で厚み１
００μｍのシート状の熱伝導性樹脂組成物を得た。熱伝導性充填材（Ｂ） 球形の熱伝導性充填材：窒化アルミニウム（商品名「グ
レードＦ」；トクヤマ社製）、６０体積％

【００３５】（比較例２）熱伝導性充填材（Ｂ）とし
て、以下の通り変更した以外は、実施例１と同様の方法
で厚み１００μｍのシート状の熱伝導性樹脂組成物を得
た。熱伝導性充填材（Ｂ） 非球形の熱伝導性充填材：窒化ホウ素（商品名「グレー
ドＳＧＰ」；電気化学工業社製）、６０体積％

【００３６】（比較例３）熱伝導性充填材（Ｂ）を以下
の通り変更した以外は、実施例３と同様の方法で厚み２
ｍｍのシート状の熱伝導性樹脂組成物を得た。熱伝導性充填材（Ｂ） 球形の熱伝導性充填材：窒化アルミニウム（商品名「グ
レードＦ」；トクヤマ社製）、６０体積％

【００３７】（比較例４）熱伝導性充填材（Ｂ）を以下
の通り変更した以外は、実施例３と同様の方法で厚み２
ｍｍのシート状の熱伝導性樹脂組成物を得た。熱伝導性充填材（Ｂ） 非球形の熱伝導性充填材：窒化ホウ素（商品名「グレー
ドＳＧＰ」；電気化学工業社製、６０体積％

【００３８】＜評 価＞各実施例、比較例で得られた組
成物について、熱伝導率、引張強度、柔軟性について評
価を行った。

【００３９】熱伝導率：京都電子工業社製ＱＴＭ−Ｄ３
にて測定を行った。

【００４０】引張強度：ＪＩＳ Ｋ ６２５１に準拠
し、ダンベル状１号形に打ち抜き、万能引張試験機に
て、引張速度５０ｍｍ／ｍｉｎの条件で引張試験を行っ
た。

【００４１】柔軟性：厚み１００μｍの樹脂組成物につ
いては比較例１、厚み２ｍｍの樹脂組成物については比
較例３を、それぞれ基準として触診にてより柔軟なもの
を○（特に柔軟なものを◎）、硬いものを×、同等レベ
ルのものを△とした。（尚、比較例１、３は、基準サン
プルのため「−」とした）

【００４２】

【表１】

【００４３】

【表２】

【００４４】

【発明の効果】本発明の熱伝導性樹脂組成物は優れた熱
伝導率と柔軟・形状追従性を有するだけでなく強度に優
れているため、ガラス繊維やガラスクロス等を使用しな
くても良いので製造方法も複雑にならずコストも上がる
ことなく作業性を確保した樹脂組成物を得ることが出
来、また密着性にも優れているため、電気・電子部品等
の発熱体の放熱用途等に使用したとき、効率的な放熱を
行う材料とすることが可能である。

【００４５】さらに、本発明において、実施例４のよう
に非常に薄い樹脂層を設けることで、剥離の容易な熱伝
導性樹脂組成物とすることが可能である。また、こうし
た樹脂層を設けることで、強度は向上し、また、設ける
樹脂層を本実施例のように粘着剤層とすることで発熱体
や放熱体へ容易に密着出来、良好な熱伝導性を発揮させ
ることが可能となる。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4J002 BB001 BC001 BF021 BG021 BG101 CD001 CF001 CH001 CK021 CL001 CP031 DA016 DA017 DA066 DA067 DE066 DE067 DE076 DE077 DE136 DE137 DE146 DE147 DF016 DF017 DJ006 DJ007 DJ016 DJ017 DK006 DK007 FA017 FA047 FA077 FA086 FD020 FD200 GT00

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 樹脂（Ａ）、及び熱伝導性充填材（Ｂ）
   からなる熱伝導性の樹脂組成物であって、 前記熱伝導性充填材（Ｂ）が球形の熱伝導性充填材と非
   球形の熱伝導性充填材の混合物であることを特徴とする
   熱伝導性樹脂組成物。
2. 【請求項２】 上記熱伝導性充填材（Ｂ）における球形
   の熱伝導性充填材の熱伝導率が、非球形の熱伝導性充填
   材の熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項１記載
   の熱伝導性樹脂組成物。