JP2005162975A - 熱伝導性シリコーン組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱伝導性充填剤を高充填性してもそのコンパウンドの流動性が悪化することがないため加工性も良好であり、従って、より高い熱伝導性率が要求される部材に有効に利用される熱伝導性シリコーン組成物を提供する。
【解決手段】 分子量の異なる２種以上の処理剤により表面処理した熱伝導性充填剤が配合された熱伝導性シリコーン組成物であって、分子量の大きい処理剤を先に添加した後、分子量の小さい処理剤を後に添加する方法で表面処理を施した熱伝導性充填剤を含有する熱伝導性シリコーン組成物。
【選択図】 なし

Description

本発明は、熱伝導性シリコーン組成物に関するものであり、さらに詳しくは、熱伝導性充填剤を高充填してもそのコンパウンドの流動性が悪化することがないため加工性も良好であり、従って、より高い熱伝導性率が要求される部材に有効に利用される熱伝導性シリコーン組成物に関する。

従来より、パワートランジスタ、ＩＣ、ＣＰＵ等に代表される電子部品の発熱体の蓄熱を防ぐには、熱伝導性の高い熱伝導性グリースや熱伝導性シートが用いられている。熱伝導性グリースの場合、電子部品の形状に影響されることなく、手軽に塗布できる利点がある反面、他の部品を汚損したり、長期間使用するとオイル分の流出がある等の問題点を抱えている。また、熱伝導性シートは他の部品の汚損やオイル分の流出はないものの、密着性がグリースよりも劣るため、熱伝導性シートの硬度を下げて密着性を高めるといった手法がとられている（特許文献１、特許文献２）。

一方、シリコーンゴムは、その優れた性質から熱伝導性シートに多く用いられており、シリコーンゴムの熱伝導性を改良するためには、シリカ粉、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム等に代表されるような、バインダーとなるシリコーンより熱伝導性の高い充填剤を添加すればよいことが知られている。

しかしながら、上記充填剤をバインダーとなるシリコーン中に充填しようとすると、どうしてもコンパウンド粘度が大きく上昇し、その結果、流動性が低下してしまうため、作業に支障をきたしたり、用いる充填剤によっては均一に分散するまでかなりの時間を要し、生産性が低下するという問題点があった。それを解決するため、これら熱伝導性充填剤に各種表面処理剤（アルコキシシラン、直鎖状アルコキシオリゴマー、直鎖状ビニル基含有アルコキシオリゴマー等）にて表面処理を施し充填性を高める手段が提案されている（特許文献３、特許文献４、特許文献５）が、処理剤自体の耐熱性に問題を有していたり、製造するのが困難であったりし、更には流動性改善に関して充分な効果を得ているとは言い難かった。特に、最近の電子部品等は高出力化に伴った発熱量も大きくなり、より高い熱伝導率を有する放熱部材が必要とされてきており、かかる要請に応じるためには熱伝導性充填剤を高充填させることが必要となり、更に上述の問題点に拍車をかけている。
特開平１−４９９５９号公報 特許第２６２３３８０号公報 特開２０００−１６１６号公報 特開２０００−２５６５５８号公報 特開２００３−２１３１３３号公報

本発明はかかる従来技術の問題点を解決し、熱伝導性充填剤を高充填してもコンパウンドの流動性が悪化することがないため、加工性にも優れた熱伝導性シリコーン組成物を提供することを目的とする。

本発明者らは、かかる目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、特定の条件で表面処理した熱伝導性充填剤は、高配合してもコンパウンドの流動性が低下せず、優れた加工性も付与できるため、各種電子機器、集積回路素子等の放熱部材として幅広く有効に利用することができることを突き止め、本発明に到達した。

即ち、本発明は、分子量の異なる２種以上の処理剤により表面処理した熱伝導性充填剤が配合された熱伝導性シリコーン組成物であって、分子量の大きい処理剤を先に添加した後、分子量の小さい処理剤を後に添加する方法で表面処理を施した熱伝導性充填剤を含有していることを特徴とする熱伝導性シリコーン組成物である。

本発明の手法によれば、熱伝導性充填材を高配合することが可能となり、更にその際のコンパウンドの流動性も低下せず、優れた加工性も付与できる。そのため、各種電子機器、集積回路素子等の放熱部材として幅広く有効に利用することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。本発明の特徴は、熱伝導性充填剤を分子量の異なる２種以上の処理剤により表面処理することにあり、その際に、分子量の大きい処理剤を先に添加した後、分子量の小さい処理剤を後に添加する方法で熱伝導性充填剤に表面処理を施すことにある。

ここで、熱伝導性充填剤の表面処理の手法としては、予め処理剤により熱伝導性充填剤を表面処理しておき、それをシリコーンコンパウンドに配合する方法でも良く、シリコーンコンパウンドを調製する際に、処理剤と熱伝導性充填剤とを、他の成分と共に混練することにより表面処理するという方法で良い。

この際、必要に応じ、加熱、減圧またはその他公知による処理を実施してもよい。

本発明に使用することができる表面処理剤としては特に制限はなく、従来より前記特許文献３〜５等にて提案されている各種表面処理剤（アルコキシシラン、直鎖状アルコキシオリゴマー、直鎖状ビニル基含有アルコキシオリゴマー等）が何れも使用可能である。

好ましい表面処理剤の具体例としては、メチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン等のシラン系表面処理剤および３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等と水素基含有シロキサンの付加反応物および１分子中に平均１個のアルコキシ基が含有されるシロキサンオリゴマー、１分子中に平均１個のアルコキシ基とビニル基が含有されるシロキサンオリゴマー等が挙げられる。

本発明においては、分子量の大きい処理剤を先に添加した後、分子量の小さい処理剤を後に添加する方法で、熱伝導性充填剤に表面処理を施すが、この場合、分子量の大きい処理剤と分子量の小さい処理剤との分子量の差としては、（ＳｉＯ）ｎ単位数の差で表され、両者の差は５倍以上であることが好ましく、特に好ましくは１０倍以上となる場合である。分子量の小さい処理剤はこの数が６以下、好ましくは４以下、分子量の大きい処理剤はこの数が１０以上、好ましくは２０以上のものである（尚、シラン系表面処理剤の場合、（ＳｉＯ）ｎ単位数はゼロであるが、便宜上の１と規定する）。

また、本発明では、分子量の異なる２種以上の処理剤により表面処理を施すが、３種以上の処理剤を用いることも出来るが、一般的には２種の処理剤が用いられる。尚、分子量の異なる３種以上の処理剤を用いる場合、まず使用する処理剤の中で最も分子量の大きいもので処理を行えば、残りの処理剤による処理工程は分子量の大きいものから行なう必要は無く、大、中、小の順であっても、大、小、中の順であっても本発明の効果は得られる。

熱伝導性充填剤としては、一般的に公知の無機充填剤が例示されるが、特に熱伝導性が要求される場合、アルミナ、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、シリカ粉、金属粉体、ダイヤモンド、水酸化アルミニウム、カーボンが例示される。特に好ましいものはアルミナであり、これらは、平均粒子径０．１μm以上のものであれば特にその種類を問わず使用することができ、また２種類以上併用し細密充填を行なえば、より高配合が可能となる。

これら充填剤の配合量は、後記するベースポリマーの全体量１００重量部に対し、１０〜３０００重量部であり、特に、高充填領域１００〜２８００重量部において本発明の効果が顕著に発揮される。

また、表面処理剤剤の添加量としては、ベースポリマー１００重量部に対し、１〜３００重量部であり、１重量部より少ないと充填性が著しく劣り、逆に３００重量部を超えても充填性にはほとんど効果が見られなくなる。

このような、熱伝導性シリコーン組成物は生産性および作業性の観点から、付加反応硬化型からなることが好ましい。

この付加反応硬化型ポリオルガノシロキサンは、(a) ベースポリマーであるビニル基含有ポリオルガノシロキサン、(b) 架橋剤である水素基含有ポリオルガノシロキサン、(c) 硬化用触媒である白金化合物、からなるものであることは周知の通りである。

(a) 成分のビニル基含有ポリオルガノシロキサンとしては、１分子中にケイ素原子に結合した有機基の内、少なくとも平均して０．５個以上のビニル基が含有されていなければならない。０．５個より少ないと架橋にあずからない成分が増加するため、十分な硬化物が得られない。０．５個以上であれば基本的に硬化物は得られるが、余りに過剰だと硬化物の耐熱性が低下してしまうため、０．５〜２．０個であることが好ましい。このビニル基は、分子鎖末端、分子鎖側端、いずれの位置に結合していてもよいが、硬化速度の低下、硬化物の耐熱性の悪化等を防止するため、分子鎖末端にあることが好ましい。

ビニル基含有ポリオルガノシロキサンにおけるその他の官能基としては、１価の置換または非置換の炭化水素基であり、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ヘキシル、ドデシルなどのアルキル基；フェニルなどのアリール基；２−フェニルエチル、２−フェニルプロピルなどのアラルキル基；クロロメチル、3,3,3 −トリフルオロプロピルなどの置換炭化水素基などが例示される。尚、一般的にはメチル基、フェニル基が合成のし易さから好ましい。

このビニル基含有ポリオルガノシロキサンの構造は、直鎖状、分岐状のいずれであってもよい。また、その粘度は特に制限されないが、２３℃における粘度が、０．０１〜５０Ｐａ・ｓであることが好ましい。

一般的に、ビニル基含有ポリオルガノシロキサンは、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、テトラビニルテトラメチルシクロテトラシロキサン等の環状シロキサンとＲ₃ＳｉＯ_0.5（Ｒは１価の炭化水素基）単位を有するオルガノシロキサンとを、アルカリ、酸等の適切な触媒にて平衡化重合させ、その後、中和工程、余剰の低分子シロキサン分を除去する工程で得られることは周知の通りである。

(b) 成分の水素基含有ポリオルガノシロキサンは、架橋剤となる成分である。その配合量は、(a) 成分のビニル基１個に対し、水素原子が０．２〜５．０個となる量である。０．２個より少ないと、硬化が十分に進行せず、５．０個を超えると、硬化物が固くなりすぎたり、また硬化後の物性にも悪影響を及ぼす。また、１分子に含まれるケイ素原子に結合した水素基数は少なくとも２個以上であることが必要であるが、その他の条件、水素基以外の有機基、結合位置、重合度、構造等については特に限定されず、また２種以上の水素基含有ポリオルガノシロキサンを使用してもよい。

(c) 成分の白金化合物は、(a) 成分のビニル基と(b) 成分の水素基を反応させ、硬化物を得るための硬化用触媒である。この白金化合物としては、塩化白金酸、白金オレフィン錯体、白金ビニルシロキサン錯体、白金リン錯体、白金アルコール錯体、白金黒等が例示される。その配合量は、(a) 成分のビニル基含有ポリオルガノシロキサンに対し、白金元素として０．１〜１０００ｐｐｍとなる量である。０．１ｐｐｍより少ないと十分に硬化せず、また１０００ｐｐｍを超えても特に硬化速度の向上は期待できない。

尚、本発明の組成物には、本発明の効果を損なわない限り、必要に応じて、反応抑制剤、顔料、難燃剤、接着付与剤、耐熱付与剤、有機溶剤等を適宜配合することができる。

以下に本発明の実施例を示す。以下の実施例および比較例において、部はすべて重量部を示す。

実施例１
Ａ成分：２３℃における粘度が０．４Ｐａ・ｓの両末端にビニル基を含有したポリジメチルシロキサン５０部、Ｂ成分：下記式（Ｂ−１）で表される加水分解性ポリシロキサン（（ＳｉＯ）ｎ単位数：７４）４７部、Ｃ成分：平均粒子径８μｍの酸化アルミニウム８００部を、ニーダーにて所定の手法で混練を行い、次いでＢ成分：（Ｂ−３）３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（（ＳｉＯ）ｎ単位数：便宜上１）３部を添加し混練を行い、コンパウンドを調製した。

更に、Ｄ成分：架橋剤として、両末端にトリメチルシリル基および側鎖部がメチルハイドロジェン基５３モル％とジメチル基４７モル％とからなるメチルハイドロジェンポリシロキサン０．３部、Ｅ成分：硬化用触媒として、塩化白金酸のビニルシロキサン錯体化合物（白金量１．８％）０．０５部、Ｆ成分：反応抑制剤として、１−エチニル−１−シクロヘキサノール０．０２部を添加し、均一に混合した。

この組成物について２３℃におけるコンパウンドの粘度の測定および状態を観察した。更にこのコンパウンドを、所定のサイズの金型に充填し、１５０℃、１時間にて加熱硬化させ、熱伝導率の測定を行った。また、アルミニウム基材に少量塗布し、１５０℃、１時間にて加熱硬化させた後、基材との凝集破壊性を観察することにより定性接着性を評価した。更に、５℃の冷蔵庫に１ヶ月放置後、粘度の測定および定性接着性を評価した。
実施例２
（Ｂ−１）に代えて下記式で示されるシロキサン化合物（（ＳｉＯ）ｎ単位数：５０）（Ｂ−２）を用いた以外は実施例１と全く同様にしてコンパウンドを作成し評価した。
実施例３
（Ｂ−３）に代えてビニルトリエトキシシラン（（ＳｉＯ）ｎ単位数：便宜上１）（Ｂ−４）を用いた以外は実施例１と全く同様にしてコンパウンドを作成し評価した。
比較例１
用いた成分は実施例１と同じであるが、（Ｂ−１）と（Ｂ−３）を同時に添加してコンパウンドを作成し評価した。
比較例２
（Ｂ−３）成分を用いず、（Ｂ−１）を５０部に添加した以外は実施例１と同様にしてコンパウンドを作成し評価した。
比較例３
用いた成分は実施例１と同じであるが、実施例１とは逆に、先に（Ｂ−３）を添加し混練を行い、次いで（Ｂ−１）を添加し混練を行い、コンパウンドを作成し評価した。

これらの結果を表１に示す。

（Ｂ−２）：
（ＣＨ_３）_３−ＳｉＯ−（Ｓｉ（ＣＨ_３）_２−Ｏ）_５０−Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３

Claims (3)

1. 分子量の異なる２種以上の処理剤により表面処理した熱伝導性充填剤が配合された熱伝導性シリコーン組成物であって、分子量の大きい処理剤を先に添加した後、分子量の小さい処理剤を後に添加する方法で表面処理を施した熱伝導性充填剤を含有していることを特徴とする熱伝導性シリコーン組成物。
2. 熱伝導性充填剤が、アルミナ、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、シリカ粉、金属粉体、ダイヤモンド、水酸化アルミニウム及びカーボンより選ばれることを特徴とする請求項１記載の熱伝導性シリコーン組成物。
3. 熱伝導性シリコーン組成物が付加反応硬化型のものである請求項１又は２記載の熱伝導性シリコーン組成物。