CN112752782A - 导热材料形成用组合物、导热材料、导热片、带导热层的器件及膜 - Google Patents
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Classifications
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Abstract
本发明提供一种能够供应导热性优异的导热材料的导热材料形成用组合物。并且,提供一种由上述导热材料形成用组合物形成的导热材料、导热片及带导热层的器件。另外,本发明提供一种能够制作导热性优异的导热片的膜。并且,提供一种由上述膜制作的导热片及带导热层的器件。本发明的导热材料形成用组合物为如下导热材料形成用组合物等,其包含:环氧化合物;选自包括通式(1)所表示的化合物及通式(2)所表示的化合物之组中的一种以上的酚化合物;及无机物。
Description
技术领域
本发明涉及一种导热材料形成用组合物、导热材料、导热片、带导热层的器件及膜。
背景技术
近年来,个人电脑、一般家电及汽车等各种电气设备中所使用的功率半导体器件的小型化快速发展。随着小型化,难以控制从高密度化的功率半导体器件中产生的热量。
为了应对这种问题,使用促进从功率半导体器件散热的导热材料。
例如,在专利文献1中公开有“一种散热用部件,其是为了通过……绝缘树脂层进行散热而使用的……,所述绝缘树脂层由热固性粘接剂构成,所述热固性粘接剂含有氮化硼粒子(A)、环氧树脂(B)及酚醛树脂(C)。(权利要求1)”。作为上述酚醛树脂(C),提出了苯酚酚醛清漆树脂。
并且,例如,在专利文献2中公开有“一种半导体模块用导热性薄片,其在半导体模块中存在于散热用部件与半导体元件之间,所述半导体模块具有:模块主体,具备半导体元件;及散热用部件,用于将半导体元件所发出的热量进行散热,所述半导体模块用导热性薄片的特征在于,具备由环氧组合物构成的环氧树脂层,环氧组合物包含下述通式(1)所表示的环氧单体、下述通式(2)所表示的酚类固化剂及氮化硼粒子或氮化铝粒子,并且以凝聚粒子的状态含有氮化硼粒子或氮化铝粒子”。
[化学式1]
[化学式2]
以往技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2013-089670号公报
专利文献2:日本特开2013-089670号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
本发明人等对专利文献1中所记载的绝缘树脂层进行了研究,其结果,得到了关于导热性有改善的余地的见解。
并且,本发明人等对专利文献2中所记载的半导体模块用导热性薄片进行了研究,其结果,得到了关于导热性有改善的余地的见解。
例如,得到了如下见解:在专利文献2中所记载的环氧组合物中,酚类固化剂中的羟基通过氢键相互作用等而容易与氮化硼吸附,因此酚类固化剂与环氧单体的适当的交联聚合反应受阻。即,明确了改善酚类固化剂与氮化硼的吸附性是提高导热性薄片的导热性的主要因素之一。
因此,在本发明的一方式中,其课题在于提供一种能够供应导热性优异的导热材料的导热材料形成用组合物。
并且,本发明的课题还在于提供一种由上述导热材料形成用组合物形成的导热材料、导热片及带导热层的器件。
另外,在本发明的一方式中,其课题在于提供一种能够制作导热性优异的导热片的膜。
并且,本发明的课题还在于由上述膜制作的导热片及带导热层的器件。
用于解决技术课题的手段
本发明人等为了解决上述课题而进行了深入研究,其结果,发现了通过以下构成能够解决上述课题。
《本发明的第1方式》
〔1〕
一种导热材料形成用组合物,其包含:
环氧化合物;
选自包括通式(1)所表示的化合物及通式(2)所表示的化合物的组中的一种以上的酚化合物;及
无机物。
[化学式3]
通式(1)中,m1表示0以上的整数。
n1及n2分别独立地表示2以上的整数。
L1表示-C(R2)(R3)-或-CO-。
L2表示-C(R4)(R5)-或-CO-。
Ar1及Ar2分别独立地表示苯环基或萘环基。
R1及R6分别独立地表示氢原子、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷基、烷氧基或烷氧基羰基。
R2~R5分别独立地表示氢原子、羟基、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷基、烷氧基或烷氧基羰基。
Qa表示氢原子、烷基、苯基、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷氧基或烷氧基羰基。
当存在多个L2及Qa时,存在多个的L2及Qa分别可以相同也可以不同。
[化学式4]
通式(2)中,m2表示0以上的整数。
n1及n2分别独立地表示2以上的整数。
R1及R6分别独立地表示氢原子、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷基、烷氧基或烷氧基羰基。
R7表示氢原子或羟基。
Qb表示氢原子、烷基、苯基、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷氧基或烷氧基羰基。
当存在多个R7及Qb时,多个R7及Qb分别可以相同也可以不同。
〔2〕
根据〔1〕所述的导热材料形成用组合物,其中,上述酚化合物的羟基含量为12.0mmol/g以上。
〔3〕
根据〔1〕或〔2〕所述的导热材料形成用组合物,其中,上述酚化合物的分子量为400以下。
〔4〕
根据〔1〕至〔3〕中任一项所述的导热材料形成用组合物,其中,上述环氧化合物具有联苯骨架。
〔5〕
根据〔1〕至〔4〕中任一项所述的导热材料形成用组合物,其中,上述无机物包括无机氮化物。
〔6〕
根据〔5〕所述的导热材料形成用组合物,其中,上述无机氮化物包括氮化硼。
〔7〕
根据〔1〕至〔6〕中任一项所述的导热材料形成用组合物,其还包含上述无机物的表面修饰剂。
〔8〕
根据〔7〕所述的导热材料形成用组合物,其中,上述表面修饰剂具有稠环骨架或三嗪骨架。
〔9〕
根据〔1〕至〔8〕中任一项所述的导热材料形成用组合物,其还包含固化促进剂。
〔10〕
一种导热材料,其将〔1〕至〔9〕中任一项所述的导热材料形成用组合物固化而得到。
〔11〕
一种导热片,其由〔10〕所述的导热材料构成。
〔12〕
一种带导热层的器件,其具有:器件;及导热层,配置于上述器件上且包含〔11〕所述的导热片。
<<本发明的第2方式>>
〔13〕
一种导热材料形成用组合物,其包含酚化合物、环氧化合物及氮化硼,
上述酚化合物的羟基含量为10.5mmol/g以上,且对于氮化硼1g的吸附量为0.12mg以下。
〔14〕
根据〔13〕所述的导热材料形成用组合物,其中,上述羟基含量为12.0mmol/g以上。
〔15〕
根据〔13〕或〔14〕所述的导热材料形成用组合物,其中,上述酚化合物对于氮化硼1g的吸附量为0.01mg以上。
〔16〕
根据〔13〕至〔15〕中任一项所述的导热材料形成用组合物,其中,上述环氧化合物对于氮化硼1g的吸附量为0.20mg以下。
〔17〕
根据〔13〕至〔16〕中任一项所述的导热材料形成用组合物,其中,上述环氧化合物具有联苯骨架。
〔18〕
根据〔13〕至〔17〕中任一项所述的导热材料形成用组合物,其还包含上述氮化硼的表面修饰剂。
〔19〕
根据〔13〕至〔18〕中任一项所述的导热材料形成用组合物,其还包含固化促进剂。
〔20〕
一种导热材料,其将〔13〕至〔19〕中任一项所述的导热材料形成用组合物固化而得到。
〔21〕
根据〔20〕所述的导热材料,其成型为薄片状。
〔22〕
根据〔21〕所述的导热材料,其中,根据下述式(1)求出的密度比X为0.96以上。
式(1)
密度比X=利用阿基米德法求出的导热材料的实测密度/由下述式(DI)求出的导热材料的理论密度Di
式(DI)
Di=Df×Vf/100+Dr×Vr/100
式(DI)中,Di是指仅由包含上述氮化硼的无机物及有机不挥发成分构成的理论上的导热材料T的密度。
另外,上述导热材料T中的上述无机物的含有质量Wf与上述导热材料形成用组合物中的无机物的含量相等。并且,上述导热材料T中的上述有机挥发成分的含有质量Wr与从上述导热材料形成用组合物中的总固体成分的含量中减去上述无机物的含量之后的差值相等。
Df为上述无机物的密度。
Dr为上述有机不挥发成分的密度,设为1.2g/cm3。
Vf为上述导热材料T中的上述无机物的体积相对于上述导热材料T的体积的体积百分比,是由下述式(DII)求出的值。
式(DII)
Vf=(Wf/Df)/((Wf/Df)+(Wr/Dr))×100
Vr为上述导热材料T中的上述有机不挥发成分的体积相对于上述导热材料T的体积的体积百分比,是由下述式(DIII)求出的值。
式(DIII)
Vr=100-Vf。
〔23〕
一种导热片,其包含〔21〕或〔22〕所述的导热材料。
〔24〕
一种带导热层的器件,其具有:器件;及导热层,配置于上述器件上且包含〔23〕所述的导热片。
<<本发明的第3方式>>
〔25〕
一种导热材料形成用组合物,其包含酚化合物、环氧化合物及无机物,其中,
上述酚化合物的羟基含量为10.5mmol/g以上,
以下定义的粘度X为500mPa·s以下。
粘度X:
由上述酚化合物和上述环氧化合物构成且配合成上述酚化合物中所包含的羟基相对于上述环氧化合物中所包含的环氧乙烷基的当量比成为1的组合物T在150℃下的粘度。
〔26〕
根据〔25〕所述的导热材料形成用组合物,其中,上述环氧化合物的环氧乙烷基含量为5.0mmol/g以上。
〔27〕
根据〔25〕或〔26〕所述的导热材料形成用组合物,其中,上述酚化合物中所包含的羟基相对于上述环氧化合物中所包含的环氧乙烷基的当量比为0.65~1.50。
〔28〕
根据〔25〕至〔27〕中任一项所述的导热材料形成用组合物,其中,上述环氧化合物具有联苯骨架。
〔29〕
根据〔25〕至〔28〕中任一项所述的导热材料形成用组合物,其还包含上述无机物的表面修饰剂。
〔30〕
根据〔25〕至〔29〕中任一项所述的导热材料形成用组合物,其中,上述无机物包括无机氮化物。
〔31〕
根据〔30〕所述的导热材料形成用组合物,其中,上述无机氮化物包括氮化硼。
〔32〕
根据〔25〕至〔31〕中任一项所述的导热材料形成用组合物,其还包含固化促进剂。
〔33〕
一种导热材料,其将〔25〕至〔32〕中任一项所述的导热材料形成用组合物固化而得到。
〔34〕
根据〔33〕所述的导热材料,其中,使上述环氧化合物和上述酚化合物交联聚合而成的聚合物的热膨胀系数为1×10-6/K~100×10-6/K。
〔35〕
根据〔33或34〕所述的导热材料,其中,上述聚合物的热膨胀系数相对于上述无机物的热膨胀系数之比小于100。
〔36〕
根据〔33〕至〔35〕中任一项所述的导热材料,其在200℃下的储存弹性模量为300MPa以上。
〔37〕
根据〔33〕至〔36〕中任一项所述的导热材料,其为薄片状。
〔38〕
根据〔37〕所述的导热材料,其包含氮化硼作为上述无机物,且满足下述式(1)。
式(1):I(002)/I(100)≤23
I(002):通过X射线衍射测定的来自氮化硼的(002)面的峰强度
I(100):通过X射线衍射测定的来自氮化硼的(100)面的峰强度
〔39〕
一种导热片,其包含〔33〕至〔38〕中任一项所述的导热材料。
〔40〕
一种带导热层的器件,其具有:器件;及导热层,配置于上述器件上且包含〔39〕所述的导热片。
<<本发明的第4方式>>
〔41〕
一种膜,其包含:
无机物;
包含具有未反应的羟基及未反应的环氧乙烷基的聚合物的有机不挥发成分,其中所述聚合物为酚化合物与环氧化合物的聚合物;及
挥发成分,其中,
利用阿基米德法求出的上述膜的实测密度相对于由下述式(DI)求出的理论膜的密度之比为0.85以上。
Di=Df×Vf/100+1.2×Vr/100 (DI)
式(DI)中,Di是指仅由上述无机物和密度为1.2g/cm3的有机成分构成的上述理论膜的密度。
另外,上述理论膜中的上述无机物的含有质量Wf与上述膜中的上述无机物的含有质量相等。上述理论膜中的上述有机成分的含有质量Wr与上述膜中的有机不挥发成分的含有质量相等。
Df为上述无机物的密度。
Vf为上述理论膜中的上述无机物的体积相对于上述理论膜的体积的体积百分比,是由下述式(DII)求出的值。
Vf=(Wf/Df)/((Wf/Df)+(Wr/1.2))×100 (DII)
Vr为上述理论膜中的上述有机成分的体积相对于上述理论膜的体积的体积百分比,是由下述式(DIII)求出的值。
Vr=100-Vf (DIII)
〔42〕
根据〔41〕所述的膜,其中,上述挥发成分的含量相对于膜的总质量为超过0.10质量%且1.00质量%以下。
〔43〕
根据〔41〕或〔42〕所述的膜,其中,上述挥发成分的含量相对于膜的总质量为超过0.10质量%且0.50质量%以下。
〔44〕
根据〔41〕至〔43〕中任一项所述的膜,其中,上述实测密度相对于上述理论膜的密度之比为0.90以上。
〔45〕
根据〔41〕至〔44〕中任一项所述的膜,其中,上述树脂的热膨胀系数相对于上述无机物的热膨胀系数之比小于100。
〔46〕
一种导热片,其将〔41〕至〔45〕中任一项所述的膜固化而得到。
〔47〕
一种带导热层的器件,其具有:器件;及导热层,配置于上述器件上且包含〔46〕所述的导热片。
发明效果
根据本发明的一方式,能够提供一种能够供应导热性优异的导热材料的导热材料形成用组合物。
并且,根据本发明,能够提供一种由上述导热材料形成用组合物形成的导热材料、导热片及带导热层的器件。
根据本发明的一方式,能够提供一种由导热性优异的导热片制作的膜。
并且,根据本发明,能够提供一种由上述膜制作的导热片及带导热层的器件。
具体实施方式
以下,对本发明的导热材料形成用组合物、膜、导热材料、导热片及带导热层的器件进行详细说明。
以下所记载的构成要件的说明有时是基于本发明的代表性实施方式而进行的,但本发明并不限于这种实施方式。
另外,在本说明书中,使用“~”表示的数值范围是指将记载于“~”的前后的数值作为下限值及上限值而包含的范围。
并且,在本说明书中,环氧乙烷基为也被称作环氧基的官能团,例如饱和烃环基的相邻的两个碳原子通过氧代基(-O-)键合而形成环氧乙烷环的基团等也包含于环氧乙烷基中。环氧乙烷基在可能的情况下可以具有或不具有取代基(甲基等)。
并且,在本说明书中,“(甲基)丙烯酰基”的记载表示“丙烯酰基及甲基丙烯酰基中的任一者或两者”的含义。并且,“(甲基)丙烯酰胺基”的记载表示“丙烯酰胺基及甲基丙烯酰胺基中的任一者或两者”的含义。
在本说明书中,酸酐基可以为1价的基团,也可以为2价的基团。另外,当酸酐基表示1价的基团时,可以举出从马来酸酐、邻苯二甲酸酐、均苯四甲酸酐及偏苯三酸酐等酸酐中去除任意的氢原子而得到的取代基。并且,当酸酐基表示2价的基团时,是指*-CO-O-CO-*所表示的基团(*表示键合位置)。
另外,在本说明书中,关于未标明取代或未取代的取代基等,在可能的情况下,在不损害其目标效果的范围内,在该基团上可以进一步具有或不具有取代基(例如,后述的取代基组Y)。例如,“烷基”这一标记是指在不损害目标效果的范围内取代或未取代的烷基。
在本说明书中,“可以具有取代基”时的取代基的种类、取代基的位置及取代基的数量并不受特别限制。取代基的数量例如可以举出一个或两个以上。作为取代基的例子,可以举出除氢原子以外的1价的非金属原子团,例如能够选自以下取代基组Y。
在本说明书中,作为卤原子,例如可以举出氯原子、氟原子、溴原子及碘原子。
取代基组Y:
卤原子(-F、-Br、-Cl、-I等)、羟基、氨基、羧酸及其共轭碱基、羧酸酐基、氰酸酯基、不饱和聚合性基团、环氧乙烷基、氧杂环丁基、氮丙啶基、硫醇基、异氰酸酯基、硫代异氰酸酯基、醛基、烷氧基、芳氧基、烷硫基、芳硫基、烷基二硫基、芳基二硫基、N-烷基氨基、N,N-二烷基氨基、N-芳基氨基、N,N-二芳基氨基、N-烷基-N-芳基氨基、酰氧基、氨甲酰氧基、N-烷基氨甲酰氧基、N-芳基氨甲酰氧基、N,N-二烷基氨甲酰氧基、N,N-二芳基氨甲酰氧基、N-烷基-N-芳基氨甲酰氧基、烷基硫氧基(sulfoxy group)、芳基硫氧基、酰硫基、酰氨基、N-烷基酰氨基、N-芳基酰氨基、脲基、N'-烷基脲基、N’,N’-二烷基脲基、N'-芳基脲基、N’,N’-二芳基脲基、N'-烷基-N'-芳基脲基、N-烷基脲基、N-芳基脲基、N'-烷基-N-烷基脲基、N'-烷基-N-芳基脲基、N’,N’-二烷基-N-烷基脲基、N’,N’-二烷基-N-芳基脲基、N'-芳基-N-烷基脲基、N'-芳基-N-芳基脲基、N’,N’-二芳基-N-烷基脲基、N’,N’-二芳基-N-芳基脲基、N'-烷基-N'-芳基-N-烷基脲基、N'-烷基-N'-芳基-N-芳基脲基、烷氧基羰基氨基、芳氧基羰基氨基、N-烷基-N-烷氧基羰基氨基、N-烷基-N-芳氧基羰基氨基、N-芳基-N-烷氧基羰基氨基、N-芳基-N-芳氧基羰基氨基、甲酰基、酰基、烷氧基羰基、芳氧基羰基、氨甲酰基、N-烷基氨甲酰基、N,N-二烷基氨甲酰基、N-芳基氨甲酰基、N,N-二芳基氨甲酰基、N-烷基-N-芳基氨甲酰基、烷基亚磺酰基、芳基亚磺酰基、烷基磺酰基、芳基磺酰基、磺基(-SO3H)及其共轭碱基、烷氧基磺酰基、芳氧基磺酰基、氨亚磺酰基、N-烷基氨亚磺酰基、N,N-二烷基氨亚磺酰基、N-芳基氨亚磺酰基、N,N-二芳基氨亚磺酰基、N-烷基-N-芳基氨亚磺酰基、氨磺酰基、N-烷基氨磺酰基、N,N-二烷基氨磺酰基、N-芳基氨磺酰基、N,N-二芳基氨磺酰基、N-烷基-N-芳基氨磺酰基、N-酰基氨磺酰基及其共轭碱基、N-烷基磺酰基氨磺酰基(-SO2NHSO2(alkyl))及其共轭碱基、N-芳基磺酰基氨磺酰基(-SO2NHSO2(aryl))及其共轭碱基、N-烷基磺酰基氨甲酰基(-CONHSO2(alkyl))及其共轭碱基、N-芳基磺酰基氨甲酰基(-CONHSO2(aryl))及其共轭碱基、烷氧基甲硅烷基(-Si(Oalkyl)3)、芳氧基甲硅烷基(-Si(Oaryl)3)、羟基甲硅烷基(-Si(OH)3)及其共轭碱基、膦酰基(-PO3H2)及其共轭碱基、二烷基膦酰基(-PO3(alkyl)2)、二芳基膦酰基(-PO3(aryl)2)、烷基芳基膦酰基(-PO3(alkyl)(aryl))、单烷基膦酰基(-PO3H(alkyl))及其共轭碱基、单芳基膦酰基(-PO3H(aryl))及其共轭碱基、膦酰氧基(-OPO3H2)及其共轭碱基、二烷基膦酰氧基(-OPO3(alkyl)2)、二芳基膦酰氧基(-OPO3(aryl)2)、烷基芳基膦酰氧基(-OPO3(alkyl)(aryl))、单烷基膦酰氧基(-OPO3H(alkyl))及其共轭碱基、单芳基膦酰氧基(-OPO3H(aryl))及其共轭碱基、氰基、硝基、芳基、烯基、炔基及烷基。
并且,这些取代基如有可能可以由取代基彼此或与取代的基团键合而形成或不形成环。
<<本发明的第1方式>>
以下,对本发明的第1方式进行详细叙述。
[导热材料形成用组合物]
在本发明的第1方式中,本发明的导热材料形成用组合物(以下,也简称为“组合物”)包含环氧化合物、酚化合物及无机物。
并且,上述酚化合物为选自包括后述的通式(1)所表示的化合物及通式(2)所表示的化合物的组中的一种以上。
本发明的组合物以如上所述的构成解决本发明的课题的机理并不一定明确,但本发明人等推测如下。
即,在本发明的组合物中,环氧化合物通常作为所谓的主剂发挥作用,上述酚化合物作为所谓的固化剂发挥作用。在此,推测由于上述酚化合物具有规定的结构,因此容易形成致密的交联结构,所得到的导热材料的导热性得到提高。
并且,由本发明的组合物得到的导热材料的粘接性也良好。另外,也能够对由本发明的组合物得到的导热材料赋予良好的绝缘性(电绝缘性)。
以下,对组合物中所包含的成分进行详细叙述。
〔酚化合物〕
本发明的组合物包含酚化合物。
上述酚化合物在本发明的组合物中通常作为所谓的固化剂发挥作用。
上述酚化合物为选自包括通式(1)所表示的化合物及通式(2)所表示的化合物的组中的一种以上。
<通式(1)所表示的化合物>
以下示出通式(1)。
[化学式5]
通式(1)中,m1表示0以上的整数。
m1优选0~10,更优选0~3,进一步优选0或1,尤其优选1。
通式(1)中,n1及n2分别独立地表示2以上的整数。
n1及n2分别独立地优选2~4,更优选2~3,进一步优选2。
通式(1)中,R1及R6分别独立地表示氢原子、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷基、烷氧基或烷氧基羰基。
上述烷基可以为直链状,也可以为支链状。上述烷基的碳原子数优选1~10。上述烷基可以具有或不具有取代基。
上述烷氧基中的烷基部分及上述烷氧基羰基中的烷基部分与上述烷基相同。
R1及R6分别独立地优选氢原子或卤原子,更优选氢原子或氯原子,进一步优选氢原子。
通式(1)中,L1表示-C(R2)(R3)-或-CO-。
L2表示-C(R4)(R5)-或-CO-。
R2~R5分别独立地表示氢原子、羟基、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷基、烷氧基或烷氧基羰基。
上述烷基可以为直链状,也可以为支链状。上述烷基的碳原子数优选1~10。上述烷基可以具有或不具有取代基。
上述烷氧基中的烷基部分及上述烷氧基羰基中的烷基部分与上述烷基相同。
R2~R5分别独立地优选氢原子或羟基,更优选氢原子。
L1及L2分别独立地优选-CH2-、-CH(OH)-或-CO-,更优选-CH2-。
其中,当m1为0时,L1优选-CH2-、-CH(OH)-或-CO-。
当m1为1时,L1及L2分别独立地优选-CH2-。
另外,当在通式(1)中存在多个R4时,多个R4分别可以相同也可以不同。当存在多个R5时,多个R5分别可以相同也可以不同。
通式(1)中,Ar1及Ar2分别独立地表示苯环基或萘环基。
Ar1及Ar2分别独立地优选苯环基。
通式(1)中,Qa表示氢原子、烷基、苯基、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷氧基或烷氧基羰基。
Qa表示氢原子、烷基、苯基、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷氧基或烷氧基羰基。
上述烷基可以为直链状,也可以为支链状。上述烷基的碳原子数优选1~10。上述烷基可以具有或不具有取代基。
上述烷氧基烷氧基羰基中的烷基部分及上述烷氧基羰基中的烷基部分与上述烷基相同。
上述苯基可以具有或不具有取代基。
Qa优选对于Qa所键合的苯环基所具有的羟基而键合于对位。
Qa优选氢原子或烷基,更优选烷基。上述烷基优选甲基。
另外,当在通式(1)中存在多个L2及Qa时,存在多个的L2及Qa分别可以相同也可以不同。
<通式(2)所表示的化合物>
以下示出通式(2)。
[化学式6]
通式(2)中,m2表示0以上的整数。
m2优选0~10,更优选0~3,进一步优选0或3,尤其优选0。
通式(2)中,n1及n2分别独立地表示2以上的整数。
n1及n2分别独立地优选2~4,更优选2~3,进一步优选2。
通式(2)中,R1及R6分别独立地表示氢原子、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷基、烷氧基或烷氧基羰基。
通式(2)中的R1及R6分别与通式(1)中的R1及R6相同。
通式(2)中,R7表示氢原子或羟基。
当存在多个R7时,至少一个R7优选表示羟基。例如,当m2表示3时,存在3个的R7中,优选至少一个R7表示羟基,更优选一个R7表示羟基。
通式(2)中,Qb表示氢原子、烷基、苯基、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷氧基或烷氧基羰基。
上述烷基可以为直链状,也可以为支链状。上述烷基的碳原子数优选1~10。上述烷基可以具有或不具有取代基。
上述烷氧基烷氧基羰基中的烷基部分及上述烷氧基羰基中的烷基部分与上述烷基相同。
上述苯基可以具有或不具有取代基。
Qb优选氢原子。
另外,当在通式(2)中存在多个R7及Qb时,多个R7及Qb分别可以相同也可以不同。
从所得到的导热材料的绝缘性更优异的观点考虑,酚化合物优选通式(1)所表示的化合物。
酚化合物的羟基含量的下限值优选11.0mmol/g以上,更优选12.0mmol/g以上,进一步优选13.0mmol/g以上。上限值优选25.0mmol/g以下。
另外,上述羟基含量是指酚化合物1g所具有的羟基(优选酚性羟基)的数量。
并且,酚化合物除了羟基以外,还可以具有或不具有能够与环氧化合物进行聚合反应的含活性氢基团(羧酸基等)。酚化合物的活性氢的含量(羟基及羧酸基等中的氢原子的合计含量)的下限值优选11.0mmol/g以上,更优选12.0mmol/g以上,进一步优选13.0mmol/g以上。上限值优选25.0mmol/g以下。
酚化合物的分子量的上限值优选600以下,更优选500以下,进一步优选400以下。下限值优选192以上,更优选300以上。
酚化合物可以单独使用一种,也可以使用两种以上。
另外,本发明的组合物除了上述酚化合物(通式(1)所表示的化合物和/或通式(2)所表示的化合物)以外,还可以包含后述的具有能够与环氧化合物进行反应的基团的化合物(也称为“其他含活性氢化合物”)。
当组合物包含其他含活性氢化合物时,组合物中的其他含活性氢化合物的含量相对于酚化合物的含量的质量比(其他含活性氢化合物的含量/酚化合物的含量)优选超过0且1以下,更优选超过0且0.1以下,进一步优选超过0且0.05以下。
以下示出通式(1)或通式(2)所表示的化合物的优选例。
[化学式7]
[化学式8]
[化学式9]
[化学式10]
〔环氧化合物〕
本发明的组合物包含环氧化合物。
上述环氧化合物在本发明的组合物中通常作为所谓的主剂发挥作用。
环氧化合物为在一个分子中具有至少一个环氧乙烷基(环氧基)的化合物。环氧乙烷基在可能的情况下可以具有或不具有取代基。
环氧化合物所具有的环氧乙烷基的数量在一个分子中优选2以上,更优选2~40,进一步优选2~10,尤其优选2。
环氧化合物的分子量优选150~10000,更优选150~2000,更优选250~400。
环氧化合物的环氧基含量优选2.0~20.0mmol/g,更优选5.0~15.0mmol/g。
另外,上述环氧基含量是指环氧化合物1g所具有的环氧乙烷基的数量。
环氧化合物在常温(23℃)下优选为液态。
环氧化合物可以显示出或不显示出液晶性。
即,环氧化合物可以为液晶化合物。换言之,可以为具有环氧乙烷基的液晶化合物。
作为环氧化合物(可以为液晶性的环氧化合物),例如可以举出至少局部地包含棒状结构的化合物(棒状化合物)及至少局部地包含圆盘状结构的化合物(圆盘状化合物)。
以下,对棒状化合物及圆盘状化合物进行详细叙述。
<棒状化合物>
关于作为棒状化合物的环氧化合物,可以举出甲亚胺类、氧化偶氮类、氰基联苯类、氰基苯酯类、苯甲酸酯类、环己烷羧酸苯酯类、氰基苯基环己烷类、氰基取代苯基嘧啶类、烷氧基取代苯基嘧啶类、苯基二噁烷类、二苯乙炔类及链烯基环己基苄腈类。不仅能够使用如上所述的低分子化合物,也能够使用高分子化合物。上述高分子化合物为具有低分子的反应性基团的棒状化合物进行聚合而成的高分子化合物。
作为优选的棒状化合物,可以举出下述通式(XXI)所表示的液晶化合物。
通式(XXI):Q1-L111-A111-L113-M-L114-A112-L112-Q2
通式(XXI)中,Q1及Q2分别独立地为环氧乙烷基,L111、L112、L113及L114分别独立地表示单键或2价的连接基团。A111及A112分别独立地表示碳原子数1~20的2价的连接基团(间隔基)。M表示介晶基团。
Q1及Q2的环氧乙烷基可以具有或不具有取代基。
通式(XXI)中,L111、L112、L113及L114分别独立地表示单键或2价的连接基团。
作为L111、L112、L113及L114所表示的2价的连接基团,分别独立地优选为选自包括-O-、-S-、-CO-、-NR112-、-CO-O-、-O-CO-O-、-CO-NR112-、-NR112-CO-、-O-CO-、-CH2-O-、-O-CH2-、-O-CO-NR112-、-NR112-CO-O-及-NR112-CO-NR112-的组中的2价的连接基团。上述R112为碳原子数1~7的烷基或氢原子。
其中,L113及L114分别独立地优选-O-。
L111及L112分别独立地优选单键。
通式(XXI)中,A111及A112分别独立地表示碳原子数1~20的2价的连接基团。
2价的连接基团可以包含不相邻的氧原子及硫原子等杂原子。其中,优选碳原子数1~12的亚烷基、亚烯基或亚炔基。上述亚烷基、亚烯基或亚炔基可以具有或不具有酯基。
2价的连接基团优选为直链状,并且,上述2价的连接基团可以具有或不具有取代基。作为取代基,例如可以举出卤原子(氟原子、氯原子或溴原子)、氰基、甲基及乙基。
其中,A111及A112分别独立地优选碳原子数1~12的亚烷基,更优选亚甲基。
通式(XXI)中,M表示介晶基团,作为上述介晶基团,可以举出公知的介晶基团。其中,优选下述通式(XXII)所表示的基团。
通式(XXII):-(W1-L115)n-W2-
通式(XXII)中,W1及W2分别独立地表示2价的环状亚烷基、2价的环状亚烯基、亚芳基或2价的杂环基。L115表示单键或2价的连接基团。n表示1~4的整数。
作为W1及W2,例如可以举出1,4-环己烯二基、1,4-环己烷二基、1,4-亚苯基、嘧啶-2,5-二基、吡啶-2,5-二基、1,3,4-噻二唑-2,5-二基、1,3,4-噁二唑-2,5-二基、萘-2,6-二基、萘-1,5-二基、噻吩-2,5-二基及哒嗪-3,6-二基。在1,4-环己烷二基的情况下,可以为反式体及顺式体的结构异构体中的任一异构体,也可以为任意比例的混合物。其中,优选反式体。
W1及W2分别可以具有取代基。作为取代基,例如可以举出在上述取代基组Y中例示出的基团,更具体而言,可以举出卤原子(氟原子、氯原子、溴原子及碘原子)、氰基、碳原子数1~10的烷基(例如,甲基、乙基及丙基等)、碳原子数1~10的烷氧基(例如,甲氧基及乙氧基等)、碳原子数1~10的酰基(例如,甲酰基及乙酰基等)、碳原子数1~10的烷氧基羰基(例如,甲氧基羰基及乙氧基羰基等)、碳原子数1~10的酰氧基(例如,乙酰氧基及丙酰氧基等)、硝基、三氟甲基及二氟甲基等。
当存在多个W1时,存在多个的W1分别可以相同也可以不同。
通式(XXII)中,L115表示单键或2价的连接基团。作为L115所表示的2价的连接基团,可以举出上述L111~L114所表示的2价的连接基团的具体例,例如可以举出-CO-O-、-O-CO-、-CH2-O-及-O-CH2-。
当存在多个L115时,存在多个的L115分别可以相同也可以不同。
以下例示出上述通式(XXII)所表示的介晶基团的基本骨架中优选的骨架。上述介晶基团可以在这些骨架上取代有取代基。
[化学式11]
[化学式12]
在上述骨架之中,从所得到的导热材料的导热性更优异的观点上,优选联苯骨架。
另外,通式(XXI)所表示的化合物能够参考日本特表平11-513019号公报(WO97/000600)中所记载的方法进行合成。
棒状化合物也可以为日本特开平11-323162号公报、日本专利4118691号中所记载的具有介晶基团的单体。
其中,棒状化合物优选为通式(E1)所表示的化合物。
[化学式13]
通式(E1)中,LE1分别独立地表示单键或2价的连接基团。
其中,LE1优选2价的连接基团。
2价的连接基团优选-O-、-S-、-CO-、-NH-、-CH=CH-、-C≡C-、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、可以具有取代基的亚烷基或由它们中的两个以上的组合构成的基团,更优选-O-亚烷基-或-亚烷基-O-。
另外,上述亚烷基可以为直链状、支链状及环状中的任一种,但优选碳原子数1~2的直链状亚烷基。
存在多个的LE1分别可以相同也可以不同。
通式(E1)中,LE2分别独立地表示单键、-CH=CH-、-CO-O-、-O-CO-、-C(-CH3)=CH-、-CH=C(-CH3)-、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、-C≡C-、-N=N+(-O-)-、-N+(-O-)=N-、-CH=N+(-O-)-、-N+(-O-)=CH-、-CH=CH-CO-、-CO-CH=CH-、-CH=C(-CN)-或-C(-CN)=CH-。
其中,LE2分别独立地优选单键、-CO-O-或-O-CO-。
当存在多个LE2时,存在多个的LE2分别可以相同也可以不同。
通式(E1)中,LE3分别独立地表示单键或可以具有取代基的5元环或6元环的芳香族环基或5元环或6元环的非芳香族环基或由这些环构成的多环基。
作为LE3所表示的芳香族环基及非芳香族环基的例子,可以举出可以具有取代基的1,4-环己烷二基、1,4-环己烯二基、1,4-亚苯基、嘧啶-2,5-二基、吡啶-2,5-二基、1,3,4-噻二唑-2,5-二基、1,3,4-噁二唑-2,5-二基、萘-2,6-二基、萘-1,5-二基、噻吩-2,5-二基及哒嗪-3,6-二基。在1,4-环己烷二基的情况下,可以为反式体及顺式体的结构异构体中的任一异构体,也可以为任意比例的混合物。其中,优选为反式体。
其中,LE3优选单键、1,4-亚苯基或1,4-环己烯二基。
LE3所表示的基团所具有的取代基分别独立地优选烷基、烷氧基、卤原子、氰基、硝基或乙酰基,更优选烷基(优选碳原子数1)。
另外,当存在多个取代基时,取代基分别可以相同也可以不同。
当存在多个LE3时,存在多个的LE3分别可以相同也可以不同。
通式(E1)中,pe表示0以上的整数。
当pe为2以上的整数时,存在多个的(-LE3-LE2-)分别可以相同也可以不同。
其中,pe优选0~2,更优选0或1,进一步优选0。
通式(E1)中,LE4分别独立地表示取代基。
取代基分别独立地优选烷基、烷氧基、卤原子、氰基、硝基或乙酰基,更优选烷基(优选碳原子数1)。
存在多个的LE4分别可以相同也可以不同。并且,当接着说明的le为2以上的整数时,在同一个(LE4)le中存在多个的LE4也分别可以相同也可以不同。
通式(E1)中,le分别独立地表示0~4的整数。
其中,le分别独立地优选0~2。
存在多个的le分别可以相同也可以不同。
在所得到的导热材料的导热性更优异的观点上,棒状化合物优选具有联苯骨架。
换言之,环氧化合物优选具有联苯骨架,此时的环氧化合物更优选为棒状化合物。
<圆盘状化合物>
作为圆盘状化合物的环氧化合物至少局部地具有圆盘状结构。
圆盘状结构至少具有脂环或芳香族环。尤其,当圆盘状结构具有芳香族环时,圆盘状化合物能够通过在分子间的π-π相互作用下形成堆积(stacking)结构来形成柱状结构。
作为圆盘状结构,具体而言,可以举出Angew.Chem.Int.Ed.2012,51,7990-7993或日本特开平7-306317号公报中所记载的三亚苯(triphenylene)结构以及日本特开2007-002220号公报及日本特开2010-244038号公报中所记载的3取代苯结构等。
上述圆盘状化合物优选具有3个以上的环氧乙烷基。包含具有3个以上的环氧乙烷基的圆盘状化合物的组合物的固化物具有玻璃化转变温度高、耐热性高的倾向。
圆盘状化合物所具有的环氧乙烷基的数量优选8以下,更优选6以下。
作为圆盘状化合物的具体例,可以举出在C.Destrade et al.,Mol.Crysr.Liq.Cryst.,vol.71,page 111(1981);日本化学会編、季刊化学总说、No.22、液晶化学、第5章、第10章第2节(1994);B.Kohne et al.,Angew.Chem.Soc.Chem.Comm.,page1794(1985);J.Zhang et al.,J.Am.Chem.Soc.,vol.116,page 2655(1994)及日本专利第4592225号中所记载的化合物等中将末端的至少一个(优选3个以上)设为环氧乙烷基的化合物。
作为圆盘状化合物,可以举出在Angew.Chem.Int.Ed.2012,51,7990-7993及日本特开平7-306317号公报中所记载的三亚苯结构以及日本特开2007-002220号公报及日本特开2010-244038号公报中所记载的3取代苯结构中将末端的至少一个(优选3个以上)设为环氧乙烷基的化合物等。
作为圆盘状化合物,从导热材料的导热性更优异的观点考虑,优选以下所示的式(D1)~(D16)中的任一个所表示的化合物。
首先,对式(D1)~(D15)进行说明,然后对式(D16)进行说明。
另外,以下式中,“-LQ”表示“-L-Q”,“QL-”表示“Q-L-”。
[化学式14]
[化学式15]
[化学式16]
[化学式17]
式(D1)~(D15)中,L表示2价的连接基团。
从导热材料的导热性更优异的观点考虑,L分别独立地优选为选自包括亚烷基、亚烯基、亚芳基、-CO-、-NH-、-O-、-S-及它们的组合的组中的基团,更优选为将选自包括亚烷基、亚烯基、亚芳基、-CO-、-NH-、-O-及-S-的组中的基团组合两个以上而得到的基团。
上述亚烷基的碳原子数优选1~12。上述亚烯基的碳原子数优选2~12。上述亚芳基的碳原子数优选10以下。
亚烷基、亚烯基及亚芳基可以具有取代基(优选烷基、卤原子、氰基、烷氧基及酰氧基等)。
以下示出L的例子。在以下例子中,左侧的连接键键合于式(D1)~(D15)中的任一个所表示的化合物的中心结构(以下,也简称为“中心环”),右侧的连接键键合于Q。
AL是指亚烷基或亚烯基,AR是指亚芳基。
L101:-AL-CO-O-AL-
L102:-AL-CO-O-AL-O-
L103:-AL-CO-O-AL-O-AL-
L104:-AL-CO-O-AL-O-CO-
L105:-CO-AR-O-AL-
L106:-CO-AR-O-AL-O-
L107:-CO-AR-O-AL-O-CO-
L108:-CO-NH-AL-
L109:-NH-AL-O-
L110:-NH-AL-O-CO-
L111:-O-AL-
L112:-O-AL-O-
L113:-O-AL-O-CO-
L114:-O-AL-O-CO-NH-AL-
L115:-O-AL-S-AL-
L116:-O-CO-AL-AR-O-AL-O-CO-
L117:-O-CO-AR-O-AL-CO-
L118:-O-CO-AR-O-AL-O-CO-
L119:-O-CO-AR-O-AL-O-AL-O-CO-
L120:-O-CO-AR-O-AL-O-AL-O-AL-O-CO-
L121:-S-AL-
L122:-S-AL-O-
L123:-S-AL-O-CO-
L124:-S-AL-S-AL-
L125:-S-AR-AL-
L126:-O-CO-AL-
L127:-O-CO-AL-O-
L128:-O-CO-AR-O-AL-
L129:-O-CO-
L130:-O-CO-AR-O-AL-O-CO-AL-S-AR-
L131:-O-CO-AL-S-AR-
L132:-O-CO-AR-O-AL-O-CO-AL-S-AL-
L133:-O-CO-AL-S-AR-
L134:-O-AL-S-AR-
L135:-AL-CO-O-AL-O-CO-AL-S-AR-
L136:-AL-CO-O-AL-O-CO-AL-S-AL-
L137:-O-AL-O-AR-
L138:-O-AL-O-CO-AR-
L139:-O-AL-NH-AR-
L140:-O-CO-AL-O-AR-
L141:-O-CO-AR-O-AL-O-AR-
L142:-AL-CO-O-AR-
L143:-AL-CO-O-AL-O-AR-
式(D1)~(D15)中,Q分别独立地表示氢原子或取代基。
作为取代基,可以举出在上述取代基组Y中例示出的基团。更具体而言,作为取代基,可以举出上述反应性官能团、卤原子、异氰酸酯基、氰基、不饱和聚合性基团、环氧乙烷基、氧杂环丁基、氮丙啶基、硫代异氰酸酯基、醛基及磺基。
但是,当Q为环氧乙烷基以外的基团时,Q优选对于环氧乙烷基为稳定。
另外,式(D1)~(D15)中,一个以上(优选两个以上)的Q表示环氧乙烷基。其中,从导热材料的导热性更优异的观点考虑,优选所有的Q表示环氧乙烷基。
另外,从环氧乙烷基的稳定性的观点考虑,式(D1)~(D15)所表示的化合物优选不具有-NH-。
在式(D1)~(D15)所表示的化合物之中,从导热材料的导热性更优异的观点考虑,优选式(D4)所表示的化合物。换言之,圆盘状化合物的中心环优选为三亚苯环。
作为式(D4)所表示的化合物,从导热材料的导热性更优异的观点考虑,优选式(XI)所表示的化合物。
[化学式18]
式(XI)中,R11、R12、R13、R14、R15及R16分别独立地表示*-X11-L11-P11或*-X12-L12-Y12。
另外,*表示与三亚苯环的键合位置。
R11、R12、R13、R14、R15及R16中,两个以上为*-X11-L11-P11,优选3个以上为*-X11-L11-P11。
其中,从导热材料的导热性更优异的观点考虑,优选R11及R12中的任意一个以上、R13及R14中的任意一个以上以及R15及R16中的任意一个以上为*-X11-L11-P11。
更优选R11、R12、R13、R14、R15及R16全部为*-X11-L11-P11。而且,进一步优选R11、R12、R13、R14、R15及R16全部相同。
X11分别独立地表示单键、-O-、-CO-、-NH-、-O-CO-、-O-CO-O-、-O-CO-NH-、-O-CO-S-、-CO-O-、-CO-NH-、-CO-S-、-NH-CO-、-NH-CO-O-、-NH-CO-NH-、-NH-CO-S-、-S-、-S-CO-、-S-CO-O-、-S-CO-NH-或-S-CO-S-。
其中,X11分别独立地优选-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-O-CO-NH-、-CO-O-、-CO-NH-、-NH-CO-或-NH-CO-O-,更优选-O-、-O-CO-、-CO-O-、-O-CO-NH-或-CO-NH-,进一步优选-O-CO-或-CO-O-。
L11分别独立地表示单键或2价的连接基团。
作为2价的连接基团的例子,可以举出-O-、-O-CO-、-CO-O-、-S-、-NH-、亚烷基(碳原子数优选1~10,更优选1~8,进一步优选1~7。)、亚芳基(碳原子数优选6~20,更优选6~14,进一步优选6~10。)或由它们的组合构成的基团。
作为上述亚烷基,可以举出亚甲基、乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基、己烯基及庚烯基。
作为上述亚芳基,可以举出1,4-亚苯基、1,3-亚苯基、1,4-亚萘基、1,5-亚萘基及亚蒽基,优选1,4-亚苯基。
上述亚烷基及上述亚芳基分别可以具有取代基。取代基的数量优选1~3,更优选1。取代基的取代位置并不受特别限制。作为取代基,优选卤原子或碳原子数1~3的烷基,更优选甲基。
也优选上述亚烷基及上述亚芳基未被取代。其中,优选亚烷基未被取代。
作为-X11-L11-的例子,可以举出作为上述L的例子的L101~L143。
P11表示环氧乙烷基。上述环氧乙烷基可以具有或不具有取代基。
X12与X11相同,优选的条件也相同。
L12与L11相同,优选的条件也相同。
作为-X12-L12-的例子,可以举出作为上述L的例子的L101~L143。
Y12表示氢原子、碳原子数1~20的直链状、支链状或环状的烷基、或在碳原子数1~20的直链状、支链状或环状的烷基中一个或两个以上的亚甲基被-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-O-CO-或-CO-O-取代的基团。
当Y12为碳原子数1~20的直链状、支链状或环状的烷基或在碳原子数1~20的直链状、支链状或环状的烷基中一个或两个以上的亚甲基被-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-O-CO-或-CO-O-取代的基团时,Y12中所包含的一个以上的氢原子可以被卤原子取代。
关于式(XI)所表示的化合物的具体例,可以举出在日本特开平7-281028号公报的段落号0028~0036、日本特开平7-306317号公报、日本特开2005-156822号公报的段落号0016~0018、日本特开2006-301614号公报的段落号0067~0072及液晶便览(平成12年YAMAZEN CORPORATION发刊)330页~333页中所记载的化合物中将末端的至少一个(优选3个以上)设为环氧乙烷基的化合物。
式(XI)所表示的化合物能够依据日本特开平7-306317号公报、日本特开平7-281028号公报、日本特开2005-156822号公报及日本特开2006-301614号公报中所记载的方法进行合成。
并且,从导热材料的导热性更优异的观点考虑,作为圆盘状化合物,也优选式(D16)所表示的化合物。
[化学式19]
式(D16)中,A2X、A3X及A4X分别独立地表示-CH=或-N=。其中,A2X、A3X及A4X分别独立地优选-CH=。
R17X、R18X及R19X分别独立地表示*-X211X-(Z21X-X212X)n21X-L21X-Q。*表示与中心环的键合位置。
X211X及X212X分别独立地表示单键、-O-、-CO-、-NH-、-O-CO-、-O-CO-O-、-O-CO-NH-、-O-CO-S-、-CO-O-、-CO-NH-、-CO-S-、-NH-CO-、-NH-CO-O-、-NH-CO-NH-、-NH-CO-S-、-S-、-S-CO-、-S-CO-O-、-S-CO-NH-或-S-CO-S-。
Z21X分别独立地表示5元环或6元环的芳香族环基或5元环或6元环的非芳香族环基。
L21X表示单键或2价的连接基团。
Q的含义与式(D1)~(D15)中的Q相同,优选的条件也相同。式(D16)中,在存在多个的Q之中,至少一个(优选全部)Q表示环氧乙烷基。
n21X表示0~3的整数。当n21X为2以上时,存在多个的(Z21X-X212X)可以相同也可以不同。
但是,从环氧乙烷基的稳定性的观点考虑,式(D16)所表示的化合物优选不具有-NH-。
作为式(D16)所表示的化合物,优选式(XII)所表示的化合物。
[化学式20]
式(XII)中,A2、A3及A4分别独立地表示-CH=或-N=。其中,A2、A3及A4优选-CH=。换言之,也优选圆盘状化合物的中心环为苯环。
R17、R18及R19分别独立地表示*-X211-(Z21-X212)n21-L21-P21或*-X221-(Z22-X222)n22-Y22。*表示与中心环的键合位置。
R17、R18及R19中的两个以上为*-X211-(Z21-X212)n21-L21-P21。从导热材料的导热性更优异的观点考虑,优选R17、R18及R19全部为*-X211-(Z21-X212)n21-L21-P21。
而且,优选R17、R18及R19全部相同。
X211、X212、X221及X222分别独立地表示单键、-O-、-CO-、-NH-、-O-CO-、-O-CO-O-、-O-CO-NH-、-O-CO-S-、-CO-O-、-CO-NH-、-CO-S-、-NH-CO-、-NH-CO-O-、-NH-CO-NH-、-NH-CO-S-、-S-、-S-CO-、-S-CO-O-、-S-CO-NH-或-S-CO-S-。
其中,作为X211、X212、X221及X222,分别独立地优选单键、-O-、-CO-O-或-O-CO-。
Z21及Z22分别独立地表示5元环或6元环的芳香族环基或5元环或6元环的非芳香族环基,例如可以举出1,4-亚苯基、1,3-亚苯基及芳香族杂环基。
上述芳香族环基及上述非芳香族环基可以具有取代基。取代基的数量优选1或2,更优选1。取代基的取代位置并不受特别限制。作为取代基,优选卤原子或甲基。也优选上述芳香族环基及上述非芳香族环基未被取代。
作为芳香族杂环基,例如可以举出以下芳香族杂环基。
[化学式21]
式中,*表示键合于X211或X221的部位。**表示键合于X212或X222的部位。A41及A42分别独立地表示次甲基或氮原子。X4表示氧原子、硫原子、亚甲基或亚氨基。
A41及A42优选至少一者为氮原子,更优选两者为氮原子。并且,X4优选为氧原子。
当后述的n21及n22为2以上时,存在多个的(Z21-X212)及(Z22-X222)分别可以相同也可以不同。
L21分别独立地表示单键或2价的连接基团,其含义与上述式(XI)中的L11相同。作为L21,优选-O-、-O-CO-、-CO-O-、-S-、-NH-、亚烷基(碳原子数优选1~10,更优选1~8,进一步优选1~7。)、亚芳基(碳原子数优选6~20,更优选6~14,进一步优选6~10。)或由它们的组合构成的基团。
当后述的n22为1以上时,作为-X212-L21-的例子,同样可以举出作为上述式(D1)~(D15)中的L的例子的L101~L143。
P21表示环氧乙烷基。上述环氧乙烷基可以具有或不具有取代基。
Y22分别独立地表示氢原子、碳原子数1~20的直链状、支链状或环状的烷基、或在碳原子数1~20的直链状、支链状或环状的烷基中一个或两个以上的亚甲基被-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-O-CO-或-CO-O-取代的基团,其含义与通式(XI)中的Y12相同,优选的范围也相同。
n21及n22分别独立地表示0~3的整数,从导热性更优异的观点考虑,优选1~3的整数,更优选2~3。
作为圆盘状化合物的优选例,可以举出以下化合物。
[化学式22]
[化学式23]
[化学式24]
[化学式25]
[化学式26]
[化学式27]
另外,下述结构式中,R表示-X212-L21-P21。
[化学式28]
关于式(XII)所表示的化合物的详细内容及具体例,能够参考在日本特开2010-244038号公报的段落0013~0077中所记载的化合物中将末端的至少一个(优选3个以上)设为环氧乙烷基的化合物,其内容被编入本说明书中。
式(XII)所表示的化合物能够依据日本特开2010-244038号公报、日本特开2006-076992号公报及日本特开2007-002220号公报中所记载的方法进行合成。
另外,从减小电子密度来增强堆积从而容易形成柱状聚集体的观点考虑,也优选圆盘状化合物为具有氢键性官能团的化合物。作为氢键性官能团,可以举出-O-CO-NH-、-CO-NH-、-NH-CO-、-NH-CO-O-、-NH-CO-NH-、-NH-CO-S-或-S-CO-NH-等。
<其他环氧化合物>
作为上述环氧化合物以外的其他环氧化合物,例如可以举出通式(DN)所表示的环氧化合物。
[化学式29]
通式(DN)中,nDN表示0以上的整数,优选0~5,更优选1。
RDN表示单键或2价的连接基团。作为2价的连接基团,优选-O-、-O-CO-、-CO-O-、-S-、亚烷基(碳原子数优选1~10。)、亚芳基(碳原子数优选6~20。)或由它们的组合构成的基团,更优选亚烷基,进一步优选亚甲基。
作为其他环氧化合物,也可以举出稠合有环氧乙烷基的化合物。作为这种化合物,例如可以举出3,4:8,9-二环氧双环[4.3.0]壬烷等。
作为其他环氧化合物,除此以外,例如可以举出作为双酚A、F、S、AD等的缩水甘油醚的双酚A型环氧化合物、双酚F型环氧化合物、双酚S型环氧化合物、双酚AD型环氧化合物等;氢化的双酚A型环氧化合物、氢化的双酚AD型环氧化合物等;苯酚酚醛清漆型的缩水甘油醚(苯酚酚醛清漆型环氧化合物)、甲酚酚醛清漆型的缩水甘油醚(甲酚酚醛清漆型环氧化合物)、双酚A酚醛清漆型的缩水甘油醚等;二环戊二烯型的缩水甘油醚(二环戊二烯型环氧化合物);二羟基戊二烯型的缩水甘油醚(二羟基戊二烯型环氧化合物);多羟基苯型的缩水甘油醚(多羟基苯型环氧化合物);苯多羧酸型的缩水甘油酯(苯多羧酸型环氧化合物);及三酚基甲烷型环氧化合物。
环氧化合物可以单独使用一种,也可以使用两种以上。
组合物中的环氧化合物的含量与酚化合物的含量之比优选为环氧化合物的环氧乙烷基与酚化合物的羟基的当量比(环氧乙烷基的数量/羟基的数量)成为30/70~70/30的量,更优选为环氧化合物的环氧乙烷基与酚化合物的羟基的当量比成为40/60~60/40的量,进一步优选为环氧化合物的环氧乙烷基与酚化合物的羟基的当量比成为45/55~55/45的量。
并且,组合物中的环氧化合物的含量与酚化合物的含量之比优选为环氧化合物的环氧乙烷基与酚化合物的活性氢(羟基中的氢原子等)的当量比(环氧乙烷基的数量/活性氢的数量)成为30/70~70/30的量,更优选为环氧化合物的环氧乙烷基与酚化合物的活性氢(羟基中的氢原子等)的当量比成为40/60~60/40的量,进一步优选为环氧化合物的环氧乙烷基与酚化合物的活性氢(羟基中的氢原子等)的当量比成为45/55~55/45的量。
并且,当组合物包含其他含活性氢化合物时,环氧化合物的含量与酚化合物及其他含活性氢化合物的合计含量之比优选为环氧化合物的环氧乙烷基与活性氢(羟基中的氢原子等)的当量比(环氧乙烷基的数量/活性氢的数量)成为30/70~70/30的量,更优选为环氧化合物的环氧乙烷基与活性氢(羟基中的氢原子等)的当量比成为40/60~60/40的量,进一步优选为环氧化合物的环氧乙烷基与活性氢(羟基中的氢原子等)的当量比成为45/55~55/45的量。
并且,在组合物中环氧化合物与酚化合物的合计含量相对于组合物的总固体成分,优选5~90质量%,更优选10~50质量%,进一步优选15~40质量%。
另外,总固体成分是指形成导热材料的成分,不包括溶剂。在此所说的形成导热材料的成分可以是在形成导热材料时进行反应(聚合)而化学结构发生变化的成分。并且,只要是形成导热材料的成分,则即使其性状为液体状,也视为固体成分。
〔无机物〕
组合物包含无机物。
作为无机物,可以使用一直以来在导热材料的无机填料中使用的任何无机物。作为无机物,从导热材料的导热性及绝缘性更优异的观点考虑,优选无机氮化物或无机氧化物。
无机物的形状并不受特别限制,可以为粒子状,也可以为薄膜状或也可以为扁平状。粒子状无机物的形状可以举出米粒状、球形状、立方体状、纺锤形状、鳞片状、凝聚状及不规则形状。
作为无机氧化物,例如可以举出氧化锆(ZrO2)、氧化钛(TiO2)、氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化铁(Fe2O3、FeO、Fe3O4)、氧化铜(CuO、Cu2O)、氧化锌(ZnO)、氧化钇(Y2O3)、氧化铌(Nb2O5)、氧化钼(MoO3)、氧化铟(In2O3、In2O)、氧化锡(SnO2)、氧化钽(Ta2O5)、氧化钨(WO3、W2O5)、氧化铅(PbO、PbO2)、氧化铋(Bi2O3)、氧化铈(CeO2、Ce2O3)、氧化锑(Sb2O3、Sb2O5)、氧化锗(GeO2、GeO)、氧化镧(La2O3)及氧化钌(RuO2)等。
上述无机氧化物可以仅使用一种,也可以使用两种以上。
无机氧化物优选氧化钛、氧化铝或氧化锌,更优选氧化铝。
无机氧化物也可以为以非氧化物的形态准备的金属通过在环境下等氧化而产生的氧化物。
作为无机氮化物,例如可以举出氮化硼(BN)、氮化碳(C3N4)、氮化硅(Si3N4)、氮化镓(GaN)、氮化铟(InN)、氮化铝(AlN)、氮化铬(Cr2N)、氮化铜(Cu3N)、氮化铁(Fe4N)、氮化铁(Fe3N)、氮化镧(LaN)、氮化锂(Li3N)、氮化镁(Mg3N2)、氮化钼(Mo2N)、氮化铌(NbN)、氮化钽(TaN)、氮化钛(TiN)、氮化钨(W2N)、氮化钨(WN2)、氮化钇(YN)及氮化锆(ZrN)等。
上述无机氮化物可以仅使用一种,也可以使用两种以上。
无机氮化物优选包含铝原子、硼原子或硅原子,更优选包含氮化铝、氮化硼或氮化硅,进一步优选包含氮化铝或氮化硼,尤其优选包含氮化硼。
无机物的大小并不受特别限制,但在无机物的分散性更优异的观点上,无机物的平均粒径优选500μm以下,更优选300μm以下,进一步优选200μm以下。下限并不受特别限制,但在操作性的观点上,优选10nm以上,更优选100nm以上。
作为无机物的平均粒径,当使用市售品时,采用产品目录值。当没有产品目录值时,作为上述平均粒径的测定方法,使用电子显微镜随机选择100个无机物,测定各个无机物的粒径(长径),将它们进行算术平均而求出。
无机物可以仅使用一种,也可以使用两种以上。
无机物优选包含无机氮化物及无机氧化物中的至少一者,更优选至少包含无机氮化物,进一步优选包含无机氮化物和无机氧化物这两者。
作为上述无机氮化物,优选包含氮化硼及氮化铝中的至少一者,更优选至少包含氮化硼。
无机物中的无机氮化物(优选氮化硼和/或氮化铝)的含量相对于无机物的总质量,优选10~100质量%,更优选40~100质量%。
作为上述无机氧化物,优选氧化铝。
在导热材料的导热性更优异的观点上,组合物更优选至少包含平均粒径为20μm以上(优选50μm以上)的无机粒子。
组合物中的无机物的含量相对于组合物中的总固体成分,优选40~95质量%,更优选50~95质量%,进一步优选60~95质量%。
〔表面修饰剂〕
从导热材料的导热性更优异的观点上,本发明的组合物可以进一步包含表面修饰剂。
表面修饰剂为对上述无机物进行表面修饰的成分。
在本说明书中,“表面修饰”是指在无机物的表面的至少一部分吸附有有机物的状态。吸附的形态并不受特别限定,只要是键合的状态即可。即,表面修饰也包括有机物的一部分脱离而得到的有机基键合于无机物表面的状态。键合可以为共价键合、配位键合、离子键合、氢键合、范德华键合及金属键合等任何键合。表面修饰也可以以在表面的至少一部分形成单分子膜的方式进行。单分子膜为通过有机分子的化学吸附而形成的单层膜,其被已知为自组装单分子层(Self-Assembled MonoLayer(SAM))。另外,在本说明书中,表面修饰可以仅为无机物的表面的一部分,也可以为整体。在本说明书中,“表面修饰无机物”是指由表面修饰剂进行了表面修饰的无机物,即在无机物的表面上吸附有有机物的物质。
即,在本发明的组合物中,无机物可以与表面修饰剂一同构成表面修饰无机物(优选表面修饰无机氮化物和/或表面修饰无机氧化物)。
作为表面修饰剂,能够使用长链烷基脂肪酸等羧酸、有机膦酸、有机磷酸酯、有机硅烷分子(硅烷偶联剂)等以往公知的表面修饰剂。除此以外,例如也可以利用日本特开2009-502529号公报、日本特开2001-192500号公报、日本专利4694929号中所记载的表面修饰剂。
并且,(优选在无机物包含无机氮化物(氮化硼和/或氮化铝等)时)组合物优选包含具有稠环骨架或三嗪骨架的化合物作为表面修饰剂。
<表面修饰剂A>
作为表面修饰剂,例如优选以下说明的表面修饰剂A。另外,表面修饰剂A为具有稠环骨架的表面修饰剂。
表面修饰剂A满足下述条件1及条件2。
·条件1:具有选自以下所示的官能团组P中的官能团(以下也称为“特定官能团A”)。
(官能团组P)
选自包括硼酸基(-B(OH)2)、醛基(-CHO)、异氰酸酯基(-N=C=O)、异硫氰酸酯基(-N=C=S)、氰酸酯基(-O-CN)、酰基叠氮基、琥珀酰亚胺基、磺酰氯基(-SO2Cl)、羧酰氯基(-COCl)、鎓基、碳酸酯基(-O-CO-O-)、卤代芳基、碳二亚胺基(-N=C=N-)、酸酐基(-CO-O-CO-或马来酸酐、邻苯二甲酸酐、均苯四甲酸酐及偏苯三酸酐等1价的酸酐基)、羧酸基(-COOH)、膦酸基(-PO(OH)2)、次膦酸基(-HPO(OH))、磷酸基(-OP(=O)(OH)2)、磷酸酯基(-OP(=O)(ORB)2)、磺酸基(-SO3H)、卤代烷基、腈基(-CN)、硝基(-NO2)、酯基(-CO-O-或-O-CO-)、羰基(-CO-)、酰亚胺酯基(-C(=NRC)-O-或-O-C(=NRC)-)、烷氧基甲硅烷基、丙烯酸基(-OCOCH2=CH2)、甲基丙烯酸基(-OCOCH(CH3)=CH2)、氧杂环丁基、乙烯基(-CH=CH2)、炔基(从炔(alkyne)中去除一个氢原子而得到的基团。例如,包括乙炔基及丙-2-炔-1-基等。)、马来酰亚胺基、硫醇基(-SH)、羟基(-OH)、卤原子(F原子、Cl原子、Br原子及I原子)及氨基的组中的官能团。
上述酰基叠氮基是指由下述结构表示的基团。另外,式中的*表示键合位置。酰基叠氮基的抗衡阴离子(Z-)并不受特别限定,例如可以举出卤离子。
[化学式30]
上述琥珀酰亚胺基、氧杂环丁基及马来酰亚胺基分别表示从由下述式表示的化合物中去除一个任意位置的氢原子而形成的基团。
[化学式31]
并且,上述鎓基是指具有鎓盐结构的基团。鎓盐是指具有不参与化学键合的电子对的化合物通过该电子对与其他阳离子形态的化合物进行配位键合而产生的化合物。鎓盐通常包含阳离子和阴离子。
作为鎓盐结构并不受特别限定,例如可以举出铵盐结构、吡啶鎓盐结构、咪唑鎓盐结构、吡咯烷鎓盐结构、哌啶鎓结构、三乙烯二胺盐结构、鏻盐结构、锍盐结构及硫代吡喃鎓盐结构等。另外,成为抗衡的阴离子的种类并不受特别限定,可以使用公知的阴离子。阴离子的价数也不受特别限定,例如可以举出1~3价,优选1~2价。
作为鎓基,其中优选具有下述通式(A1)所表示的铵盐结构的基团。
[化学式32]
通式(A1)中,R1A~R3A分别独立地表示氢原子或烷基(包括直链状、支链状及环状中的任一种。)。烷基中的碳原子数例如为1~10,优选1~6,更优选1~3。M-表示阴离子。*表示键合位置。另外,烷基可以进一步具有取代基(例如,取代基组Y)。
作为上述卤代芳基,只要是在芳香环基上取代有一个以上的卤原子的基团,则不受特别限定。作为上述芳香环基,可以为单环结构及多环结构中的任一种,但优选苯基。并且,作为卤原子,可以举出氟原子、氯原子、溴原子及碘原子,优选氟原子。另外,卤代芳基可以进一步具有取代基(例如,取代基组Y)。
作为卤代芳基,具体而言,可以举出氟苯基、全氟苯基、氯苯基、溴苯基及碘苯基等。
作为上述磷酸酯基,只要是-OP(=O)(ORB)2所表示的基团,则不受特别限定。作为上述RB,可以举出氢原子或1价的有机基团。其中,RB中的任意一个以上表示1价的有机基团。作为1价的有机基团,例如可以举出烷基(包括直链状、支链状及环状中的任一种。)及芳基。烷基中的碳原子数例如为1~10,优选1~6,更优选1~3。另外,烷基可以进一步具有取代基(例如,取代基组Y)。并且,作为芳基并不受特别限定,例如可以举出苯基及芘基等。
作为上述卤代烷基并不受特别限定,例如可以举出在碳原子数1~10的烷基上取代有一个以上的卤原子的基团。上述烷基(包括直链状、支链状及环状中的任一种。)的碳原子数优选1~6,更优选1~3。作为卤原子,可以举出氟原子、氯原子、溴原子及碘原子,优选氟原子、氯原子或溴原子。另外,卤代烷基可以进一步具有取代基(例如,取代基组Y)。
作为上述酰亚胺酯基,只要是-C(=NRC)-O-或-O-C(=NRC)-所表示的基团,则不受特别限定。作为上述RC,例如可以举出氢原子及烷基(包括直链状、支链状及环状中的任一种。)。烷基中的碳原子数例如为1~10,优选1~6,更优选1~3。另外,烷基可以进一步具有取代基(例如,取代基组Y)。
另外,酰亚胺酯基可以通过与不参与亚胺氮(imine nitrogen)的化学键合的电子对与其他阳离子(例如,氢离子)进行配位键合而成为鎓盐结构。
作为上述烷氧基甲硅烷基并不受特别限定,例如可以举出下述通式(A2)所表示的基团。
通式(A2):*-Si(ORD)3
通式(A2)中,RD分别独立地表示烷基(包括直链状、支链状及环状中的任一种。)。*表示键合位置。
作为RD所表示的烷基,例如可以举出碳原子数1~10的烷基,优选碳原子数1~6,更优选碳原子数1~3。
具体而言,可以举出三甲氧基甲硅烷基及三乙氧基甲硅烷基等。
另外,烷基可以进一步具有取代基(例如,取代基组Y)。
作为上述氨基并不受特别限定,可以为伯氨基、仲氨基及叔氨基中的任一种。具体而言,可以举出-N(RE)2(RE分别独立地可以举出氢原子或烷基(包括直链状、支链状及环状中的任一种。)。烷基中的碳原子数例如为1~10,优选1~6,更优选1~3。另外,烷基可以进一步具有取代基(例如,取代基组Y)。)所表示的氨基。
在表面修饰剂A中,上述特定官能团A的数量只要是1以上即可,并不受特别限定。并且,其上限并不受特别限定,但优选15以下。其中,从表面修饰无机氮化物的分散性更优异的观点上,优选1~8,更优选1~3,进一步优选1或2。
·条件2:具有包含选自包括芳香族烃环及芳香族杂环的组中的2环以上的稠环结构。
作为上述芳香族烃环并不受特别限定,例如可以举出5元以上的单环式芳香族烃环。环元数的上限并不受特别限制,但10元以下的情况较多。作为芳香族烃环,优选5元或6元的单环式芳香族烃环。
作为芳香族烃环,例如可以举出环戊二烯基环及苯环等。
作为上述芳香族杂环并不受特别限定,例如可以举出5元以上的单环式芳香族烃环。环元数的上限并不受特别限制,但10元以下的情况较多。作为芳香族杂环,例如优选5元或6元的单环式芳香族杂环。
作为芳香族杂环,例如可以举出噻吩环、噻唑环、咪唑环、吡啶环、哒嗪环、嘧啶环、吡嗪环及三嗪环。
作为上述缩合结构,只要是包含选自包括芳香族烃环及芳香族杂环的组中的2环以上的稠环结构,则不受特别限定,但在本发明的效果更优异的观点上,其中优选包含2环以上的芳香族烃环的稠环结构,更优选包含2环以上的苯环的稠环结构,进一步优选包含3环以上的苯环的稠环结构。另外,上述缩合结构中所包含的芳香族烃环及芳香族杂环的个数的上限并不受特别限制,例如10个以下的情况较多。
作为包含2环以上的芳香族烃环的稠环结构,具体而言,优选由选自包括亚联苯、苯并二茚、苊烯、芴、非那烯、菲、蒽、荧蒽、醋菲烯、醋蒽烯、芘、、并四苯、七曜烯、苉、苝、戊芬、并五苯、四亚苯、己芬及三亚苯的组中的稠环构成的缩合结构,在本发明的效果更优异的观点上,在上述之中,更优选由包含2环以上的苯环的稠环构成的缩合结构,进一步优选由包含3环以上的苯环的稠环构成的缩合结构,尤其优选由芘或苝构成的缩合结构。
在分散性进一步得到提高的观点上,上述表面修饰剂A优选为通式(V1)所表示的化合物,更优选为通式(V2)所表示的化合物。
以下,对通式(V1)所表示的化合物及通式(V2)所表示的化合物分别进行说明。
(通式(V1)所表示的化合物)
[化学式33]
通式(V1)中,X表示具有稠环结构的n价的有机基团,所述稠环结构包含选自包括芳香族烃环及芳香族杂环的组中的2环以上。
上述X表示n价的有机基团(n为1以上的整数)。n只要是1以上的整数,则不受特别限定。并且,其上限并不受特别限定,但优选为15以下的整数。其中,从表面修饰无机氮化物的分散性更优异的观点上,优选1~8,更优选1~3,进一步优选1或2。
作为上述X中的包含选自包括芳香族烃环及芳香族杂环的组中的2环以上的稠环结构,可以举出上述结构,并且优选的方式也相同。
作为上述X所表示的n价的有机基团,只要具有包含选自包括芳香族烃环及芳香族杂环的组中的2环以上的稠环结构,则不受特别限定,但在本发明的效果更优异的观点上,优选为从包含选自包括芳香族烃环及芳香族杂环的组中的2环以上的稠环中抽出n个氢原子而形成的基团。
另外,上述缩合结构除了特定官能团A以外,还可以进一步具有取代基(例如,取代基组Y)。
上述Y表示下述通式(B1)所表示的1价的基团、下述通式(B2)所表示的1价的基团或下述通式(B4)所表示的1价的基团,或者,当n表示2以上的整数时,表示由多个Y键合而成的下述通式(B3)所表示的2价的基团。
换言之,当n为1时,上述Y表示下述通式(B1)所表示的1价的基团、下述通式(B2)所表示的1价的基团或下述通式(B4)所表示的1价的基团。
当n表示2以上的整数时,上述Y表示下述通式(B1)所表示的1价的基团、下述通式(B2)所表示的1价的基团或下述通式(B4)所表示的1价的基团,或者表示由多个Y键合而成的下述通式(B3)所表示的2价的基团。另外,当n为2以上时,具有多个的Y分别可以相同也可以不同。
另外,当Y表示下述通式(B3)所表示的2价的基团时,通式(V1)所表示的化合物由下述通式(V3)表示。
[化学式34]
通式(V3)中,X的含义与上述通式(V1)中的X相同。并且,L3的含义与后述的通式(B3)中的L3相同。
通式(B1):*1-L1-P1
通式(B1)中,L1表示单键或2价的连接基团。
作为2价的连接基团并不受特别限定,例如可以举出-O-、-S-、-NRF-(RF表示氢原子或烷基。)、2价的烃基(例如,亚烷基、亚烯基(例如:-CH=CH-)、亚炔基(例如:-C≡C-)及亚芳基)、上述官能团组P中的2价的有机基团(碳酸酯基(-O-CO-O-)、碳二亚胺基(-N=C=N-)、酸酐基(-CO-O-CO-)、酯基(-CO-O-或-O-CO-)、羰基(-CO-)、酰亚胺酯基(-C(=NRC)-O-或-O-C(=NRC)-))或将它们组合而得到的基团。
作为上述组合而得到的基团,例如可以举出-(2价的烃基)-X111-、-X111-(2价的烃基)-、-(2价的烃基)-X111-(2价的烃基)-、-X111-(2价的烃基)-X111-(2价的烃基)-或-(2价的烃基)-X111-(2价的烃基)-X111-等。另外,-X111-为-O-、-S-、-NRF-、上述官能团组P中的2价的有机基团或将它们组合而得到的基团。上述组合而得到的基团的总碳原子数例如为1~20,优选1~12。
上述P1表示上述官能团组P中的1价的有机基团(硼酸基(-B(OH)2)、醛基(-CHO)、异氰酸酯基(-N=C=O)、异硫氰酸酯基(-N=C=S)、氰酸酯基(-O-CN)、酰基叠氮基、琥珀酰亚胺基、磺酰氯基(-SO2Cl)、羧酰氯基(-COCl)、鎓基、卤代芳基、酸酐基(可以举出马来酸酐、邻苯二甲酸酐、均苯四甲酸酐及偏苯三酸酐等1价的酸酐基。)、羧酸基(-COOH)、膦酸基(-PO(OH)2)、次膦酸基(-HPO(OH))、磷酸基(-OP(=O)(OH)2)、磷酸酯基(-OP(=O)(ORB)2)、磺酸基(-SO3H)、卤代烷基、腈基(-CN)、硝基(-NO2)、烷氧基甲硅烷基、丙烯酸基(-OCOCH2=CH2)、甲基丙烯酸基(-OCOCH(CH3)=CH2)、氧杂环丁基、乙烯基(-CH=CH2)、炔基(从炔中去除一个氢原子而得到的基团。例如,包括乙炔基及丙-2-炔-1-基等。)、马来酰亚胺基、硫醇基(-SH)、羟基(-OH)、卤原子(F原子、Cl原子、Br原子及I原子))。
*1表示与上述X的键合位置。
通式(B2):*2-L2-P2
通式(B2)中,L2表示包含上述官能团组P中的2价的有机基团(碳酸酯基(-O-CO-O-)、碳二亚胺基(-N=C=N-)、酸酐基(-CO-O-CO-)、酯基(-CO-O-或-O-CO-)、羰基(-CO-)或酰亚胺酯基(-C(=NRC)-O-或-O-C(=NRC)-))的2价的连接基团。
作为上述L2,例如可以举出上述官能团组P中的2价的有机基团或将上述官能团组P中的2价的有机基团与选自包括O-、-S-、-NRF-(RF表示氢原子或烷基。)及2价的烃基(例如,亚烷基、亚烯基(例如:-CH=CH-)、亚炔基(例如:-C≡C-)及亚芳基)的组中的连接基团组合而得到的基团。
作为上述组合而得到的基团,例如可以举出-(2价的烃基)-X112-等。另外,-X112-为上述官能团组P中的2价的有机基团或将上述官能团组P中的2价的有机基团与选自-O-、-S-及-NRF-中的2价的基团组合而得到的基团。上述组合而得到的基团的总碳原子数例如为1~20,优选1~12。
上述P2表示1价的有机基团。作为上述P2所表示的1价的有机基团并不受特别限定,例如可以举出烷基。烷基中的碳原子数例如为1~10,优选1~6,更优选1~3。
*2表示与上述X的键合位置。
通式(B3):*31-L3-*32
通式(B3)中,L3表示包含上述官能团组P中的2价的有机基团(碳酸酯基(-O-CO-O-)、碳二亚胺基(-N=C=N-)、酸酐基(-CO-O-CO-)、酯基(-CO-O-或-O-CO-)、羰基(-CO-)或酰亚胺酯基(-C(=NRC)-O-或-O-C(=NRC)-))的2价的连接基团。
作为上述L3,例如可以举出上述官能团组P中的2价的有机基团或将上述官能团组P中的2价的有机基团与选自包括O-、-S-、-NRF-(RF表示氢原子或烷基。)及2价的烃基(例如,亚烷基、亚烯基(例如:-CH=CH-)、亚炔基(例如:-C≡C-)及亚芳基)的组中的连接基团组合而得到的基团。
作为上述组合而得到的基团,例如可以举出-(2价的烃基)-X113-(2价的烃基)-、-(2价的烃基)-X113-、-X113-(2价的烃基)-及-X113-(2价的烃基)-X113-等。另外,-X113-为上述官能团组P中的2价的有机基团或将上述官能团组P中的2价的有机基团与选自-O-、-S-及-NRF-中的2价的基团组合而得到的基团。上述组合而得到的基团的总碳原子数例如为1~20,优选1~12。
*31及*32表示与上述X的键合位置。即,上述L3与上述X所表示的稠环结构上的不同的两个碳一同形成环。
通式(B4):
[化学式35]
通式(B4)中,L4表示m11+1价的连接基团。
m11表示2以上的整数。作为m11的上限值并不受特别限制,例如为100以下,优选30以下,更优选20以下,进一步优选15以下。作为m11的下限值并不受特别限制,但优选4以上。
作为L4所表示的连接基团并不受特别限制,例如可以举出m11+1价的芳香族烃环或下述通式(M1)所表示的基团。
[化学式36]
上述通式(M1)中,X221及X222分别独立地表示单键或2价的连接基团。作为X221及X222所表示的2价的连接基团,其含义与上述通式(B1)中的L1所表示的2价的连接基团相同。
E221表示取代基。作为E221所表示的取代基,可以举出在取代基组Y中例示出的基团。
m221表示2~5的整数。作为m221,其中优选2或3。
m222表示0~3的整数。
其中,m221+m222表示2~5的整数。
*41表示与上述X的键合位置。
*42表示与上述P4的键合位置。
其中,上述通式(M1)所表示的基团优选下述通式(M2)所表示的基团。
[化学式37]
上述通式(M2)中,X223、X224及X225分别独立地表示单键或2价的连接基团。作为X223、X224及X225所表示的2价的连接基团,其含义与上述通式(B1)中的L1所表示的2价的连接基团相同。
E222及E223分别独立地表示取代基。作为E222及E223所表示的取代基,可以举出在取代基组Y中例示出的基团。
m223表示1~5的整数。作为m223,其中优选2或3。
m224表示0~3的整数。
m225表示0~4整数。
m226表示2~5的整数。作为m226,其中优选2或3。
其中,m224+m226表示2~5的整数。并且,m223+m225表示1~5的整数。
*41表示与上述X的键合位置。
*42表示与上述P4的键合位置。
上述P4的含义与上述通式(B1)中的P1相同。
*4表示与上述X的键合位置。
(通式(V2)所表示的化合物)
[化学式38]
通式(V2)中,X11表示具有包含选自包括芳香族烃环及芳香族杂环的组中的2环以上的稠环结构的n11+n12价的有机基团。
上述X11表示n11+n12价的有机基团(n11、n12分别独立地为1以上的整数)。只要n11、n12分别独立地为1以上的整数,则不受特别限定。并且,n11+n12的上限并不受特别限定,但优选为15以下的整数。其中,从表面修饰无机物的分散性更优异的观点上,优选2~8,更优选2~3,进一步优选2。
作为上述X11中的包含选自包括芳香族烃环及芳香族杂环的组中的2环以上的稠环结构,可以举出上述结构,并且优选的方式也相同。
作为上述X11所表示的n11+n12价的有机基团,只要具有包含选自包括芳香族烃环及芳香族杂环的组中的2环以上的稠环结构,则不受特别限定,但在本发明的效果更优异的观点上,优选为从包含选自包括芳香族烃环及芳香族杂环的组中的2环以上的稠环中抽出n11+n12个氢原子而形成的基团。
另外,上述缩合结构除了Y11及Y12以外,还可以进一步具有取代基(例如,取代基组Y)。
上述Y11包含选自下述官能团组Q中的官能团。在下述官能团组Q中举出的官能团相当于在上述官能团组P中举出的官能团之中尤其具有对无机物(尤其是无机氮化物)的吸附性优异的倾向的基团。
并且,上述Y12包含选自下述官能团组R中的官能团。在下述官能团组R中举出的官能团相当于在上述官能团组P中举出的官能团之中具有容易促进组合物的固化的功能的基团。
(官能团组Q)
选自包括硼酸基(-B(OH)2)、醛基(-CHO)、异氰酸酯基(-N=C=O)、异硫氰酸酯基(-N=C=S)、氰酸酯基(-O-CN)、酰基叠氮基、琥珀酰亚胺基、磺酰氯基(-SO2Cl)、羧酰氯基(-COCl)、鎓基、碳酸酯基(-O-CO-O-)、卤代芳基、碳二亚胺基(-N=C=N-)、酸酐基(-CO-O-CO-或马来酸酐、邻苯二甲酸酐、均苯四甲酸酐及偏苯三酸酐等1价的酸酐基)、膦酸基(-PO(OH)2)、次膦酸基(-HPO(OH))、磷酸基(-OP(=O)(OH)2)、磷酸酯基(-OP(=O)(ORB)2)、磺酸基(-SO3H)、卤代烷基、腈基(-CN)、硝基(-NO2)、酯基(-CO-O-或-O-CO-)、羰基(-CO-)、酰亚胺酯基(-C(=NRC)-O-或-O-C(=NRC)-)及卤原子(氟原子、氯原子、溴原子及碘原子)的组中的官能团。
(官能团组R)
选自包括羧酸基(-COOH)、烷氧基甲硅烷基、丙烯酸基(-OCOCH2=CH2)、甲基丙烯酸基(-OCOCH(CH3)=CH2)、氧杂环丁基、乙烯基(-CH=CH2)、炔基(从炔中去除一个氢原子而得到的基团。例如,包括乙炔基及丙-2-炔-1-基等。)、马来酰亚胺基、硫醇基(-SH)、羟基(-OH)及氨基的组中的官能团。
通式(V2)中,具体而言,上述Y11表示下述通式(C1)所表示的1价的基团或下述通式(C2)所表示的1价的基团,或者,当n11表示2以上的整数时,表示由多个Y11键合而成的下述通式(C3)所表示的2价的基团。
换言之,当n11为1时,上述Y11表示下述通式(C1)所表示的1价的基团或下述通式(C2)所表示的1价的基团。当n11表示2以上的整数时,上述Y11表示下述通式(C1)所表示的1价的基团或下述通式(C2)所表示的1价的基团,或者,表示由多个Y11键合而成的下述通式(C3)所表示的2价的基团。另外,当n11为2以上时,具有多个的Y11分别可以相同也可以不同。
另外,当上述Y11表示下述通式(C3)所表示的2价的基团时,通式(V2)所表示的化合物由下述通式(V4)表示。
[化学式39]
通式(V4)中,X11、Y12及n12的含义与上述通式(V2)中的X11、Y12及n12相同。并且,M3的含义与后述的通式(C3)中的M3相同。
通式(C1):*1-M1-Q1
通式(C1)中,M1表示单键或2价的连接基团。作为M1所表示的2价的连接基团,其含义与上述L1相同,并且优选的方式也相同。
上述Q1表示上述官能团组Q中的1价的有机基团(硼酸基(-B(OH)2)、醛基(-CHO)、异氰酸酯基(-N=C=O)、异硫氰酸酯基(-N=C=S)、氰酸酯基(-O-CN)、酰基叠氮基、琥珀酰亚胺基、磺酰氯基(-SO2Cl)、羧酰氯基(-COCl)、鎓基、卤代芳基、酸酐基(可以举出马来酸酐、邻苯二甲酸酐、均苯四甲酸酐及偏苯三酸酐等1价的酸酐基。)、膦酸基(-PO(OH)2)、次膦酸基(-HPO(OH))、磷酸基(-OP(=O)(OH)2)、磷酸酯基(-OP(=O)(ORB)2)、磺酸基(-SO3H)、卤代烷基、腈基(-CN)、硝基(-NO2)或卤原子(氟原子、氯原子、溴原子及碘原子))。*1表示与上述X11的键合位置。
通式(C2):*2-M2-Q2
通式(B2)中,M2的含义与上述L2相同,并且优选的方式也相同。上述Q2表示1价的有机基团。作为Q2所表示的1价的连接基团,其含义与上述P2相同,并且优选的方式也相同。*2表示与上述X11的键合位置。
通式(C3):*31-M3-*32
通式(B3)中,M3的含义与上述L3相同,并且优选的方式也相同。*31及*32表示与上述X11的键合位置。即,上述M3与上述X11所表示的稠环结构上的不同的两个碳一同形成环。
上述Y12表示下述通式(D1)所表示的1价的基团或下述通式(D2)所表示的1价的基团。
通式(D1):*1-W1-R1
通式(D1)中,W1表示单键或2价的连接基团。R1表示羧酸基、烷氧基甲硅烷基、丙烯酸基、甲基丙烯酸基、氧杂环丁基、乙烯基、炔基、马来酰亚胺基、硫醇基、羟基或氨基。*1表示与上述X11的键合位置。另外,上述R1表示在上述官能团组R中举出的官能团。
作为W1所表示的2价的连接基团,其含义与上述L1相同,并且优选的方式也相同。
*1表示与上述X11的键合位置。
通式(D2):
[化学式40]
通式(D2)中,W2表示m21+1价的连接基团。
m21表示2以上的整数。作为m21的上限值并不受特别限制,例如为100以下,优选30以下,更优选20以下,进一步优选15以下。作为m21的下限值并不受特别限制,但优选4以上。
R2表示羧酸基、烷氧基甲硅烷基、丙烯酸基、甲基丙烯酸基、氧杂环丁基、乙烯基、炔基、马来酰亚胺基、硫醇基、羟基或氨基。另外,上述R2表示在上述官能团组R中举出的官能团。
作为W2所表示的m21+1价的连接基团,其含义与上述L4相同,并且优选的方式也相同。
*2表示与上述X11的键合位置。
上述表面修饰剂A的分子量例如为150以上,从表面修饰无机氮化物的分散性更优异的观点上,优选200以上,并且,从溶解度的观点考虑,优选2,000以下,更优选1,000以下。
<表面修饰剂B>
并且,表面修饰剂也优选为以下说明的表面修饰剂B。
表面修饰剂B为下述通式(W1)所表示的化合物。
[化学式41]
通式(W1)中,X表示可以具有取代基的苯环基或杂环基。即,X表示可以具有取代基的苯环基或可以具有取代基的杂环基。
作为上述杂环基并不受特别限定,例如可以举出脂肪族杂环基及芳香族杂环基。另外,作为脂肪族杂环基,可以举出5元环基、6元环基或7元环基或其稠环基。并且,作为芳香族杂环基,可以举出5元环基、6元环基或7元环基或其稠环基。
另外,在上述稠环基中可以包含苯环基等杂环基以外的环基。
作为上述脂肪族杂环基的具体例并不受特别限定,例如可以举出氧杂环戊烷环基、噁烷环基、哌啶环基及哌嗪环基等。
作为上述芳香族杂环基所包含的杂原子,例如可以举出氮原子、氧原子及硫原子。芳香族杂环基的碳原子数并不受特别限定,但优选3~20。
作为上述芳香族杂环基的具体例并不受特别限定,可以举出呋喃环基、噻吩环基、吡咯环基、噁唑环基、异噁唑环基、噁二唑环基、噻唑环基、异噻唑环基、噻二唑环基、咪唑环基、吡唑环基、三唑环基、呋咱环基、四唑环基、吡啶环基、哒嗪环基、嘧啶环基、吡嗪环基、三嗪环基、四嗪环基、苯并呋喃环基、异苯并呋喃环基、苯并噻吩环基、吲哚环基、吲哚啉环基、异吲哚环基、苯并噁唑环基、苯并噻唑环基、吲唑环基、苯并咪唑环基、喹啉环基、异喹啉环基、噌啉环基、酞嗪环基、喹唑啉环基、喹喔啉环基、二苯并呋喃环基、二苯并噻吩环基、咔唑环基、吖啶环基、菲啶环基、菲咯啉环基、吩嗪环基、萘啶环基、嘌呤环基及蝶啶环基等。
X所表示的杂环基优选为芳香族杂环基。
其中,X优选为苯环基或三嗪环基,更优选为三嗪环基。
当X具有取代基时,取代基优选包含后述的特定官能团B。
通式(W1)中,n表示3~6的整数,X上键合有n个[-(L1)m-Z]所表示的基团。
通式(W1)中,[-(L1)m-Z]所表示的基团为与X直接键合的基团。
可以存在多个的L1分别独立地表示可以具有取代基的亚芳基、酯基(-CO-O-或-O-CO-)、醚基(-O-)、硫酯基(-SO-O-或-O-SO-)、硫醚基(-S-)、羰基(-CO-)、-NRN-、偶氮基(-N=N-)或可以具有取代基的不饱和烃基。
另外,RN表示氢原子或可以具有取代基的碳原子数1~10的有机基团。
L1所表示的亚芳基的碳原子数优选6~20,更优选6~10,进一步优选6。其中,亚芳基优选为亚苯基。
当上述亚芳基为亚苯基时,与相邻的基团(为X、L1及Z中的两个基团,包括两个基团均为L1的情况)键合的位置并没有特别限制,可以在邻位、间位及对位中的任一位置处键合,优选在对位处键合。上述亚芳基可以具有或不具有取代基,优选不具有取代基。当上述亚芳基具有取代基时,取代基优选包含后述的特定官能团B。
当L1为酯基时,酯基中的碳原子优选存在于X侧。当L1为硫酯基时,硫酯基中的硫原子优选存在于X侧。
L1所表示的不饱和烃基可以为直链状,也可以为支链状,且可以具有环状结构。不饱和烃基的碳原子数优选2~10,更优选2~5,进一步优选2~3,尤其优选2。其中,上述碳原子数中不包括上述不饱和烃基所能具有的取代基中所包含的碳原子的数量。上述不饱和烃基所具有的不饱和键可以为双键(-C=C-),也可以为三键(-C≡C-)。上述不饱和烃基可以具有或不具有取代基,优选不具有取代基。当上述不饱和烃基具有取代基时,取代基优选包含特定官能团B。
当L1所表示的-NRN-的RN为可以具有取代基的碳原子数1~10的有机基团时,RN优选为可以具有取代基的碳原子数1~10的烷基,优选为可以具有取代基的碳原子数1~5的烷基,优选为可以具有取代基的碳原子数1~3的烷基。上述烷基可以为直链状,也可以为支链状,且可以具有环结构。RN优选氢原子。
m表示0以上的整数。m优选0~10的整数,更优选0~5的整数,进一步优选0~2的整数,尤其优选1~2的整数。
当m为0时,Z与X直接键合。
当m为1时,L1优选为可以具有取代基的亚芳基、酯基、醚基、硫酯基、硫醚基、羰基、-NRN-、偶氮基或可以具有取代基的不饱和烃基,更优选为可以具有取代基的亚芳基、酯基、醚基、羰基或可以具有取代基的不饱和烃基,进一步优选为酯基、醚基、羰基或可以具有取代基的不饱和烃基。
当m为2时,优选[-(L1)m-Z]为[-L1-L1-Z],且与X键合的L1为可以具有取代基的亚芳基。在该情况下,与Z键合的L1优选为酯基、醚基、硫酯基、硫醚基、羰基、-NRN-、偶氮基或可以具有取代基的不饱和烃基,更优选为酯基或可以具有取代基的不饱和烃基。
当m大于2时,在[-(L1)m-Z]中存在多个的L1可以相同也可以不同,但优选相互键合的L1彼此不同。
通式(W1)中的-(L1)m-优选为通式(Lq)所表示的基团。即,[-(L1)m-Z]所表示的基团优选为[-La-Z]所表示的基团。
通式(Lq)-La-
La表示单键、-O-、-CO-、-COO-、亚苯基、-C=C-、-C≡C-、-亚苯基-COO-或-亚苯基-C≡C-。
Z表示可以具有取代基的芳基或杂环基。即,Z表示可以具有取代基的芳基或可以具有取代基的杂环基。
Z所表示的芳基的碳原子数优选6~20,更优选6~14,进一步优选6。作为芳基,例如可以举出苯基、萘基及蒽基等。
作为Z所表示的杂环基,同样可以举出能够成为上述X的杂环基。并且,Z所表示的杂环基优选显示出芳香族性。
其中,Z优选为芳基,更优选为苯基或蒽基,进一步优选为苯基。
也优选Z具有取代基,更优选上述取代基包含后述的特定官能团B。一个Z所具有的取代基的数量优选0~5,更优选0~2,进一步优选1~2。
优选存在多个的Z中的至少一个具有包含特定官能团B的取代基。
表面修饰剂B优选合计具有一个以上的包含于存在多个的Z的取代基中的特定官能团B,更优选具有两个以上,进一步优选具有3个以上。
表面修饰剂B所具有的、包含于存在多个的Z的取代基中的特定官能团B的合计数的上限并没有特别限制,但优选15以下,更优选10以下,进一步优选8以下。
如上所述,通式(W1)中,n表示3~6的整数。多个[-(L1)m-Z]的各基团可以相同也可以不同。
即,通式(W1)中,存在多个的m可以相同也可以不同,当存在多个L1时,存在多个的L1可以相同也可以不同,存在多个的Z可以相同也可以不同。
也优选存在多个的m均相同。并且,优选存在多个的m均表示1以上的整数,也优选均表示2以上的整数。
关于存在多个的[-(L1)m-Z],也优选除了Z所具有的取代基以外的任何结构均相同,也优选包括Z所具有的取代基也在内的任何结构均相同。
n优选为3或6。
当在[-(L1)m-Z]中存在可以为(L1)m也可以为Z的基团时,该基团设为(L1)m。例如,当[-(L1)m-Z]为[-苯环基-苯环基-卤原子]时,左侧的苯环基为(L1)m,而不是Z。更具体而言,在上述情况下,是“m=1,L1为亚苯基(亚芳基),且Z为具有卤原子作为取代基的苯基(芳基)”,而不是“m=0,且Z为具有卤代芳基作为取代基的苯基(芳基)”。
并且,优选通式(W1)所表示的表面修饰剂B具有4个以上的苯环基。例如,也优选表面修饰剂B具有三苯基苯的结构。
并且,也优选通式(W1)所表示的表面修饰剂B具有合计4个以上的苯环基和三嗪环基。在该情况下,例如也优选X为三嗪环基。
(特定官能团B)
表面修饰剂B优选具有一个以上的特定官能团B,更优选具有两个以上。
特定官能团B是选自包括硼酸基、醛基、羟基、羧酸基、异氰酸酯基、异硫氰酸酯基、氰酸酯基、酰基叠氮基、琥珀酰亚胺基、磺酰氯基、羧酰氯基、鎓基、碳酸酯基、卤代芳基、碳二亚胺基、酸酐基(1价的酸酐基)、膦酸基、次膦酸基、磷酸基、磷酸酯基、磺酸基、卤原子、卤代烷基、腈基、硝基、酰亚胺酯基、烷氧基羰基、烷氧基甲硅烷基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、氧杂环丁基、乙烯基、炔基、马来酰亚胺基、硫醇基、氨基及甲硅烷基的组中的基团。
其中,作为特定官能团B,优选羟基、氨基、酸酐基、硫醇基、羧酸基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基或乙烯基。
另外,上述羟基是指-OH基直接键合于碳原子的基团。例如,以包含于羧酸基(-COOH)中的形态存在的-OH基不是羟基。
作为上述烷氧基羰基,只要是-CO-O-Rf所表示的基团,则不受特别限定。上述Rf表示烷基(包括直链状、支链状及环状中的任一种。)。
作为Rf所表示的烷基的碳原子数,例如可以举出1~10,优选1~6,更优选1~3。
并且,特定官能团B中的与特定官能团A重复的官能团如关于特定官能团A所说明的那样。
当表面修饰剂B具有多个特定官能团B时,多个特定官能团B可以相同也可以不同。
特定官能团B所存在的位置并不受特别限制,例如特定官能团B可以包含于通式(W1)中的X的取代基中,也可以包含于亚芳基或不饱和烃基时的L1的取代基中,也可以包含于Z的取代基中。
另外,特定官能团B可以与特定官能团B以外的基团键合而形成一个取代基。
并且,可以在一个取代基中包含多个特定官能团B。
作为包含特定官能团B的取代基,优选通式(Rx)所表示的基团、通式(Ry)所表示的基团或通式(Rz)所表示的基团。
通式(Rx)-Lx1-Qx
通式(Ry)-Ly1-Qy
通式(Rz)-Lz1-Sz-(Lz2-Qz)s
通式(Rx)中,Lx1表示单键或2价的连接基团。
作为2价的连接基团并不受特别限制,例如表示选自包括-O-、-CO-、-NH-、2价的烃基的组中的任一种或将两种以上组合而得到的2价的连接基团。
上述2价的烃基可以进一步具有取代基(例如,在取代基组Y中例示出的基团)。
作为上述2价的烃基,例如可以举出亚烷基、亚烯基(例如:-CH=CH-)、亚炔基(例如:-C≡C-)及亚芳基(例如:亚苯基)。作为上述亚烷基,可以为直链状、支链状、环状中的任一种,但优选直链状。并且,其碳原子数优选1~10,更优选1~6,进一步优选1~4。
作为Lx1,优选单键、-AL-、-O-、-O-CO-、-O-AL-、-AL-CO-、-O-AL-O-、-O-CO-AL-、-CO-O-AL-、-AL-NH-CO-、-O-AL-O-AL-、-CO-O-AL-O-或-O-AL-O-Ar-。
上述AL表示碳原子数1~10的亚烷基(碳原子数优选1~6,更优选1~4。)。
上述Ar表示碳原子数6~20的亚芳基(优选亚苯基)。另外,当Lx1为“-O-AL-O-Ar-”时,“-O-AL-O-Ar-”中的Ar与Qx键合。
Qx表示1价的特定官能团B。具体而言,可以举出醛基、羟基、羧酸基、异氰酸酯基、异硫氰酸酯基、氰酸酯基、酰基叠氮基、琥珀酰亚胺基、磺酰氯基、羧酰氯基、鎓基、卤代芳基、膦酸基、次膦酸基、磷酸基、磺酸基、磷酸酯基、卤原子、酸酐基、卤代烷基、腈基、硝基、烷氧基羰基、烷氧基甲硅烷基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、氧杂环丁基、乙烯基、炔基、马来酰亚胺基、硫醇基、氨基、环氧乙烷基及甲硅烷基。
通式(Ry)中,Ly1表示包含碳二亚胺基、碳酸酯基或酰亚胺酯基的2价的连接基团。Ly1所表示的2价的连接基团只要包含碳二亚胺基、碳酸酯基或酰亚胺酯基即可,也可以为与其他连接基团的组合。作为其他连接基团,可以举出亚烷基。例如,Ly1可以为-亚烷基-Ly3-亚烷基-。Ly3表示碳二亚胺基、碳酸酯基或酰亚胺酯基。
上述Qy表示1价的有机基团。作为上述Qy所表示的1价的有机基团并不受特别限定,例如可以举出烷基。烷基中的碳原子数例如为1~10,优选1~6,更优选1~3。
通式(Rz)中,s表示2~3的整数。s优选2。
Lz1表示上述Lx1所能表示的基团,优选的条件也相同。
存在多个的Lz2分别独立地表示单键或2价的连接基团。
作为2价的连接基团并不受特别限制,例如表示选自包括-O-、-CO-、-NH-及2价的烃基的组中的任一种或将两种以上组合而得到的2价的连接基团。
上述2价的烃基可以进一步具有取代基(例如,在取代基组Y中例示出的基团)。
作为上述2价的烃基,例如可以举出亚烷基、亚烯基(例如:-CH=CH-)、亚炔基(例如:-C≡C-)及亚芳基(例如:亚苯基)。作为上述亚烷基,可以为直链状、支链状及环状中的任一种,但优选直链状。并且,其碳原子数优选1~10,更优选1~6,进一步优选1~4。
作为Lz2,优选单键、-AL-、-O-、-O-CO-、-O-AL-、-AL-CO-、-O-AL-O-、-O-CO-AL-、-CO-O-AL-、-AL-NH-CO-、-O-AL-O-AL-、-CO-O-AL-O-、-O-AL-O-Ar-或-O-Ar-。
上述AL表示碳原子数1~10的亚烷基(碳原子数优选1~6,更优选1~4。)。
上述Ar表示碳原子数6~20的亚芳基(优选亚苯基)。
Sz表示(s+1)价的连接基团。
作为Sz,优选(s+1)价的芳香环基。上述芳香环基可以为芳香族烃环基,也可以为芳香族杂环基,优选苯环基或三嗪环基。
Qz表示1价的特定官能团B。
存在多个的Qz分别独立地表示上述Qx所能表示的基团,优选的条件也相同。
(通式(W2)所表示的化合物)
表面修饰剂B优选为下述通式(W2)所表示的化合物。
[化学式42]
通式(W2)中,La及Z的定义如上所述。另外,多个La可以相同也可以不同。多个Z可以相同也可以不同。
T分别独立地表示-CRa=或-N=。Ra表示氢原子、1价的特定官能团B或-La-Z。La及Z的定义如上所述。
例如,当所有的T为-CRa=且所有的Ra为-La-Z时,通式(W2)所表示的化合物具有6个-La-Z所表示的基团。
并且,当所有的T为-N=时,通式(W2)所表示的化合物具有三嗪环。
(通式(W3)所表示的化合物)
作为通式(W2)所表示的化合物,优选通式(W3)所表示的化合物。
[化学式43]
通式(W3)中,La的定义如上所述。另外,多个La可以相同也可以不同。
Ar分别独立地表示芳基。作为芳基的优选方式,可以举出Z所表示的芳基。
Rb分别独立地表示包含特定官能团B的取代基。特定官能团B的定义如上所述。并且,作为包含特定官能团B的取代基,优选通式(Rx)所表示的基团、通式(Ry)所表示的基团或通式(Rz)所表示的基团。
p分别独立地表示0~5的整数。p优选0~2。其中,优选通式(W3)中的3个p中两个p为0且一个p为1的方式1或3个p全部为1的方式2。
通式(W3)中,T1分别独立地表示-CRc=或-N=。Rc表示氢原子、1价的特定官能团B或-La-Ar-(Rb)p。La、Ar、Rb及p的定义如上所述。
从表面修饰无机氮化物的分散性更优异的观点考虑,上述表面修饰剂B的分子量优选300以上,更优选350以上。并且,从溶解度优异的观点考虑,上述表面修饰剂B的分子量优选3000以下,更优选2000以下。
表面修饰剂B能够按照公知的方法进行合成。
<其他表面修饰剂>
并且,也优选组合物(优选在无机物包含无机氧化物(氧化铝等)时)包含有机硅烷分子(优选具有烷氧基甲硅烷基的化合物)作为表面修饰剂。作为上述有机硅烷分子,可以举出表面修饰剂A、表面修饰剂B及不对应于它们中的任何一种的其他表面修饰剂。
关于作为上述其他表面修饰剂的有机硅烷分子,例如可以举出3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-(2-氨基乙基)氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-(2-氨基乙基)氨基丙基三甲氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基三乙氧基硅烷及3-脲基丙基三乙氧基硅烷。
表面修饰剂可以单独使用一种,也可以使用两种以上。
当组合物包含表面修饰剂时,表面修饰剂的含量相对于无机物的含量的质量比(表面修饰剂的含量/无机物的含量)优选0.0001~10,更优选0.0001~5。
并且,表面修饰剂A及表面修饰剂B的合计含量相对于无机氮化物(优选氮化硼和/或氮化铝)的含量的质量比(表面修饰剂A及表面修饰剂B的合计含量/无机氮化物的含量)优选0.0001~10,更优选0.0001~5。
作为表面修饰剂的有机硅烷分子(优选作为其他表面修饰剂的有机硅烷分子)的含量相对于无机氧化物(优选氧化铝)的含量的质量比(有机硅烷分子的含量/无机氧化物的含量)优选0.0001~10,更优选0.001~5。
〔固化促进剂〕
组合物可以进一步包含固化促进剂。
固化促进剂的种类并不受限制,例如可以举出三苯基膦、2-乙基-4-甲基咪唑、三氟化硼胺络合物、1-苄基-2-甲基咪唑及日本特开2012-067225号公报的段落0052中所记载的化合物。
固化促进剂可以单独使用一种,也可以使用两种以上。
当组合物包含固化促进剂时,固化促进剂的含量相对于环氧化合物的含量的质量比(固化促进剂的含量/环氧化合物的含量)优选0.0001~10,更优选0.001~5。
〔分散剂〕
组合物可以进一步包含分散剂。
若组合物包含分散剂,则在包含环氧化合物及酚化合物的组合物中的无机物的分散性得到提高,能够实现更优异的导热率和粘接性。
作为分散剂,能够从通常使用的分散剂中适当选择。例如,可以举出DISPERBYK-106(BYK-Chemie GmbH制造)、DISPERBYK-111(BYK-Chemie GmbH制造)、ED-113(KusumotoChemicals,Ltd.制造)、AJISPER PN-411(AjinomotoFine-Techno Co.,Inc.制造)及REB122-4(Hitachi Chemical Co.,Ltd.制造)等。
分散剂可以单独使用一种,也可以使用两种以上。
当组合物包含分散剂时,分散剂的含量相对于无机物的含量的质量比(分散剂的含量/无机物的含量)优选0.0001~10,更优选0.001~5。
〔溶剂〕
组合物可以进一步包含溶剂。
溶剂的种类并不受特别限制,优选为有机溶剂。作为有机溶剂,例如可以举出环戊酮、环己酮、乙酸乙酯、甲基乙基酮、二氯甲烷及四氢呋喃等。
当组合物包含溶剂时,溶剂的含量优选为使组合物的固体成分浓度成为20~90质量%的量,更优选为使组合物的固体成分浓度成为30~85质量%的量,进一步优选为使组合物的固体成分浓度成为40~85质量%的量。
〔组合物的制造方法〕
组合物的制造方法并不受特别限制,能够采用公知的方法,例如能够混合上述各种成分来进行制造。在进行混合时,可以将各种成分一并混合,也可以依次混合。
混合成分的方法并没有特别限制,能够使用公知的方法。混合中所使用的混合装置优选浸没式分散机,例如可以举出自转公转搅拌机、高速旋转剪切型搅拌机等搅拌机、胶体磨、辊磨机、高压喷射式分散机、超声波分散机、珠磨机及均质机。混合装置可以单独使用一种,也可以使用两种以上。在混合前后和/或与此同时可以进行除气处理。
〔组合物的固化方法〕
将本发明的组合物进行固化处理而得到本发明的导热材料。
组合物的固化方法并不受特别限制,但优选热固化反应。
热固化反应时的加热温度并不受特别限制。例如,在50~250℃的范围内适当选择即可。并且,在进行热固化反应时,可以实施多次不同温度的加热处理。
优选对制成薄膜状或薄片状的组合物进行固化处理。具体而言,例如将组合物涂布成膜并进行固化反应即可。
在进行固化处理时,优选在基材上涂布组合物而形成涂膜之后使其固化。此时,可以使另一不同的基材与形成于基材上的涂膜接触之后进行固化处理。固化后得到的固化物(导热材料)可以与一个或两个基材分离,也可以不分离。
并且,在进行固化处理时,可以在各个基材上涂布组合物而分别形成涂膜,并在使所得到的涂膜彼此接触的状态下进行固化处理。固化后得到的固化物(导热材料)可以与一个或两个基材分离,也可以不分离。
在进行固化处理时,可以进行冲压(press)加工。冲压加工中所使用的压力机并没有限制,例如可以使用平板压机,也可以使用辊压机。
当使用辊压机时,例如优选将在基材上形成涂膜而得到的带涂膜的基材夹持于两根辊对置的一对辊之间,一边使上述一对辊旋转而使上述带涂膜的基材通过,一边沿上述带涂膜的基材的膜厚方向附加压力。上述带涂膜的基材可以仅在涂膜的一面存在基材,也可以在涂膜的两面存在基材。上述带涂膜的基材可以仅通过一次辊压机,也可以通过多次。
基于平板压机的处理和基于辊压机的处理可以仅实施其中一种,也可以实施两种。
并且,可以在组合物成为半固化状态的时点结束固化处理。可以将半固化状态的本发明的导热材料以与所使用的器件等接触的方式配置之后,进一步通过加热等进行固化而使其正式固化。也优选通过上述正式固化时的加热等而使器件和本发明的导热材料粘接。
关于包括固化反应的导热材料的制作,能够参考“高导热性复合材料”(CMC出版,竹泽由高著)。
导热材料的形状并没有特别限制,根据用途能够成型为各种形状。作为所成型的导热材料的典型形状,例如可以举出薄片状。
即,本发明的导热材料也优选为导热片。
并且,本发明的导热材料的导热性优选为各向同性,而不是各向异性。
导热材料优选为绝缘性(电绝缘性)。换言之,本发明的组合物优选为导热性绝缘组合物。
例如,导热材料在23℃、相对湿度65%下的体积电阻率优选1010Ω·cm以上,更优选1012Ω·cm以上,进一步优选1014Ω·cm以上。上限并不受特别限制,但通常为1018Ω·cm以下。
[导热材料的用途]
本发明的导热材料能够用作散热片等散热材料,且能够用于各种器件的散热用途。更具体而言,通过在器件上配置包含本发明的导热材料的导热层来制作带导热层的器件,能够高效率地将来自器件的发热由导热层进行散热。
本发明的导热材料具有充分的导热性,并且具有高耐热性,因此适合于个人电脑、一般家电及汽车等各种电气设备中所使用的功率半导体器件的散热用途。
另外,本发明的导热材料即使为半固化状态也具有充分的导热性,因此也能够用作配置于各种装置的部件的间隙等光固化用的光难以到达的部位的散热材料。并且,由于粘接性也优异,因此也能够用作具有导热性的粘接剂。
本发明的导热材料可以与由本组合物形成的部件以外的其他部件组合而使用。
例如,薄片状的导热材料(导热片)可以与由本组合物形成的层以外的薄片状的支撑体组合。
作为薄片状的支撑体,可以举出塑料薄膜、金属薄膜或玻璃板。作为塑料薄膜的材料,例如可以举出聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等聚酯、聚碳酸酯、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚酰胺、聚烯烃、纤维素衍生物及硅酮。作为金属薄膜,可以举出铜薄膜。
薄片状的导热材料(导热片)的膜厚优选100~300μm,更优选150~250μm。
<<本发明的第2方式>>
以下,对本发明的第2方式进行详细叙述。
[导热材料形成用组合物]
本发明的导热材料形成用组合物(以下,也简称为“组合物”)包含酚化合物、环氧化合物及氮化硼。
并且,上述酚化合物(以下,也称为“特定酚化合物”)满足下述条件。
(1)羟基含量为10.5mmol/g以上。
(2)对于氮化硼1g的吸附量为0.12mg以下。
通过上述构成,由本发明的组合物得到的导热材料的导热性优异。
关于上述作用机制并不一定明确,但本发明人等推测如下。
作为本发明的组合物的特征点,可以举出使用特定酚化合物这点。在本发明的组合物中,特定酚化合物发挥对作为主剂的环氧化合物的固化剂的作用。通过上述特定酚化合物对于氮化硼的吸附量为规定值以下,本发明的组合物与环氧化合物和特定酚化合物的交联聚合反应的反应速率高,且容易进行环氧化合物与特定酚化合物的均匀的交联聚合反应。其结果,推测所得到的导热性材料的导热性得到提高。
另外,推测上述特定酚化合物由于羟基含量为规定值以上,因此容易形成致密的交联结构,由此,所得到的导热材料的导热性也得到提高。
进而,由本发明的组合物得到的导热材料的粘接性也良好。另外,也能够对由本发明的组合物得到的导热材料赋予良好的绝缘性(电绝缘性)。
以下,对组合物中所包含的成分进行详细叙述。
〔酚化合物〕
本发明的组合物包含羟基含量为10.5mmol/g以上且对于氮化硼1g的吸附量(以下,也称为“氮化硼吸附量”)为0.12mg以下的酚化合物(特定酚化合物)。
上述特定酚化合物在本发明的组合物中通常作为所谓的固化剂发挥作用。
特定酚化合物的羟基含量为10.5mmol/g以上,更优选11.0mmol/g以上,进一步优选12.0mmol/g以上,尤其优选13.0mmol/g以上。并且,作为其上限值并不受特别限制,但优选25.0mmol/g以下,更优选23.0mmol/g以下。
另外,上述羟基含量是指特定酚化合物1g所具有的羟基(优选酚性羟基)的数量。
并且,特定酚化合物除了羟基以外,还可以具有能够与环氧化合物进行聚合反应的含活性氢基团(羧酸基等)。特定酚化合物的活性氢的含量(羟基及羧酸基等中的氢原子的合计含量)的下限值优选10.5mmol/g以上,更优选11.0mmol/g以上,更优选12.0mmol/g以上,尤其优选13.0mmol/g以上。上限值优选25.0mmol/g以下,更优选23.0mmol/g以下。
特定酚化合物对于氮化硼1g的吸附量(特定酚化合物的氮化硼吸附量)为0.12mg以下,优选0.10mg以下,更优选0.08mg以下。作为下限值,为0.00mg以上,优选0.01mg以上。
在本说明书中,特定酚化合物的氮化硼吸附量定义为对于Denka CompanyLimited制造的氮化硼“SGPS”1g的吸附量。
另外,如上所述,氮化硼吸附量定义为对于Denka Company Limited制造的氮化硼“SGPS”1g的吸附量,但通过本发明人等的研究确认到即使将上述SGPS替换为其他氮化硼,也具有显示出与上述SGPS相同的吸附行为的倾向。
作为特定酚化合物的氮化硼吸附量的测定方法,例如可以举出使用紫外可见吸收光谱的方法。作为上述方法,具体如下。
《使用紫外可见吸收光谱的方法》
首先,准备以规定量包含特定酚化合物的溶液,测定紫外可见吸收光谱,并求出在吸收极大波长下的吸光度X。接着,向上述溶液中添加规定量的氮化硼(Denka CompanyLimited制造的氮化硼“SGPS”),测定紫外可见吸收光谱,并求出在吸收极大波长下的吸光度Y。根据上述吸光度X(氮化硼添加前的溶液的吸光度)及上述吸光度Y(氮化硼添加后的溶液的吸光度)计算出酚化合物对于氮化硼1g的吸附量(mg)。
作为特定酚化合物的分子量的上限值,优选600以下,更优选500以下,进一步优选450以下,尤其优选400以下。下限值优选110以上,更优选300以上。
特定酚化合物可以单独使用一种,也可以并用两种以上。
以下,对能够用作特定酚的具体的化合物进行说明。
作为特定酚化合物,可以举出后述的通式(1-0)所表示的化合物及通式(2-0)所表示的化合物。
<通式(1-0)所表示的化合物>
以下示出通式(1-0)。
[化学式44]
通式(1-0)中,m1表示0以上的整数。
m1优选0~10,更优选0~3,进一步优选0或1,尤其优选1。
通式(1-0)中,na及nc分别独立地表示1以上的整数。
na及nc分别独立地优选1~4,更优选2~4,进一步优选2~3,尤其优选2。
通式(1-0)中,R1及R6分别独立地表示氢原子、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷基、烷氧基或烷氧基羰基。
上述烷基可以为直链状,也可以为支链状。作为上述烷基的碳原子数,优选1~10。另外,上述烷基可以具有取代基。
上述烷氧基中的烷基部分及上述烷氧基羰基中的烷基部分与上述烷基相同。
R1及R6分别独立地优选氢原子或卤原子,更优选氢原子或氯原子,进一步优选氢原子。
通式(1-0)中,R7表示氢原子或羟基。
可以存在多个的R7中,优选至少一个R7表示羟基,更优选所有的R7表示羟基。
通式(1-0)中,Lx1表示单键、-C(R2)(R3)-或-CO-,优选-C(R2)(R3)-或-CO-。
Lx2表示-C(R4)(R5)-或-CO-,优选-C(R4)(R5)-或-CO-。
R2~R5分别独立地表示氢原子或取代基。
上述取代基分别独立地优选羟基、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷基、烷氧基或烷氧基羰基,更优选羟基、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷基、烷氧基或烷氧基羰基。
上述烷基可以为直链状,也可以为支链状。作为上述烷基的碳原子数,优选1~10。上述烷基可以具有取代基。
上述烷氧基中的烷基部分及上述烷氧基羰基中的烷基部分与上述烷基相同。
上述苯基可以具有取代基。当具有取代基时,更优选具有1~3个羟基。
R2~R5分别独立地优选氢原子或羟基,更优选氢原子。
Lx1及Lx2分别独立地优选-CH2-、-CH(OH)-或-CO-,更优选-CH2-。
其中,当m1为0时,L1优选-CH2-、-CH(OH)-或-CO-。
当m1为1时,Lx1及Lx2分别独立地优选-CH2-。
另外,当在通式(1-0)中存在多个R4时,多个R4分别可以相同也可以不同。当存在多个R5时,多个R5分别可以相同也可以不同。
通式(1-0)中,Ar1及Ar2分别独立地表示苯环基或萘环基。
Ar1及Ar2分别独立地优选苯环基。
通式(1-0)中,Qa表示氢原子、烷基、苯基、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷氧基或烷氧基羰基。
上述烷基可以为直链状,也可以为支链状。作为上述烷基的碳原子数,优选1~10。上述烷基可以具有取代基。
上述烷氧基中的烷基部分及上述烷氧基羰基中的烷基部分与上述烷基相同。
上述苯基可以具有取代基。
Qa优选对于Qa所键合的苯环基所具有的羟基而键合于对位。
Qa优选氢原子或烷基。上述烷基优选甲基。
其中,当Ar1及Ar2均为苯环基时,Qa优选烷基。
另外,当在通式(1-0)中存在多个R7、Lx2和/或Qa时,多个R7、Lx2和/或Qa分别可以相同也可以不同。
<通式(2-0)所表示的化合物>
以下示出通式(2-0)。
[化学式45]
通式(2-0)中,m2表示0以上的整数。
m2优选0~10,更优选0~4。
通式(2-0)中,nx表示0~4的整数。
nx优选1~2,更优选2。
通式(2-0)中,ny表示0~2的整数。
当存在多个ny时,存在多个的ny分别可以相同也可以不同。
可以存在多个的ny中,优选至少一个ny表示1。例如,当m2表示1时,优选存在一个的ny表示1。当m2表示4时,优选存在4个的ny中至少一个ny表示1,更优选两个ny表示1。
通式(2-0)中,nz表示0~2的整数。
nz优选1。
通式(2-0)中,nx、可以存在多个的ny及nz的合计数优选2以上,更优选2~10。
通式(2-0)中,R1及R6分别独立地表示氢原子、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷基、烷氧基或烷氧基羰基。
通式(2-0)中的R1及R6分别与通式(1)中的R1及R6相同。
当存在多个R1时,多个R1分别可以相同也可以不同。当存在多个R6时,多个R6分别可以相同也可以不同。
通式(2-0)中,Qb表示氢原子、烷基、苯基、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷氧基或烷氧基羰基。
上述烷基可以为直链状,也可以为支链状,碳原子数优选1~10,且可以具有取代基。
上述烷氧基中的烷基部分及上述烷氧基羰基中的烷基部分与上述烷基相同。
上述苯基可以具有取代基。
Qb优选氢原子。
当存在多个Qb时,存在多个的Qb分别可以相同也可以不同。
作为通式(2-0)所表示的化合物的具体例,可以举出苯三醇(优选1,3,5-苯三醇)。
〔环氧化合物〕
本发明的组合物包含环氧化合物。
上述环氧化合物在本发明的组合物中通常作为所谓的主剂发挥作用。
环氧化合物为在一个分子中具有至少一个环氧乙烷基(环氧基)的化合物。环氧乙烷基在可能的情况下可以具有取代基。
环氧化合物所具有的环氧乙烷基的数量在一个分子中优选2以上,更优选2~40,进一步优选2~10,尤其优选2。
环氧化合物的分子量优选150~10000,更优选150~2000,进一步优选250~400。
环氧化合物的环氧乙烷基含量优选2.0~20.0mmol/g,更优选5.0~15.0mmol/g。
另外,上述环氧乙烷基含量是指环氧化合物1g所具有的环氧乙烷基的数量。
环氧化合物在常温(23℃)下优选为液态。
由于与上述特定酚化合物相同的原因,即,在抑制对于氮化硼的吸附性而进一步提高导热材料的导热性的观点上,环氧化合物对于氮化硼1g的吸附量(环氧化合物的氮化硼吸附量)优选0.20mg以下,更优选0.15mg以下,进一步优选0.10mg以下。另外,作为下限值,为0.00mg以上。
作为环氧化合物的氮化硼吸附量的测定方法,例如可以举出如上所述的使用紫外可见吸收光谱的方法。
环氧化合物可以显示出液晶性。
即,环氧化合物可以为液晶化合物。换言之,可以为具有环氧乙烷基的液晶化合物。
作为环氧化合物(可以为液晶性的环氧化合物),例如可以举出至少局部地包含棒状结构的化合物(棒状化合物)及至少局部地包含圆盘状结构的化合物(圆盘状化合物)。
以下,对棒状化合物及圆盘状化合物进行详细叙述。
(棒状化合物)
关于作为棒状化合物的环氧化合物,可以举出与在本发明的第1方式的说明中解说的作为棒状化合物的环氧化合物相同的化合物,优选的条件也相同。
(圆盘状化合物)
关于作为圆盘状化合物的环氧化合物,可以举出与在本发明的第1方式的说明中解说的作为圆盘状化合物的环氧化合物相同的化合物,优选的条件也相同。
(其他环氧化合物)
作为上述环氧化合物以外的其他环氧化合物,可以举出与在本发明的第1方式的说明中解说的其他环氧化合物相同的化合物,优选的条件也相同。
环氧化合物可以单独使用一种,也可以并用两种以上。
组合物中的环氧化合物的含量与特定酚化合物的含量之比优选为环氧化合物的环氧乙烷基与特定酚化合物的羟基的当量比(环氧乙烷基的数量/羟基的数量)成为30/70~70/30的量,更优选为环氧化合物的环氧乙烷基与特定酚化合物的羟基的当量比成为40/60~60/40的量,进一步优选为环氧化合物的环氧乙烷基与特定酚化合物的羟基的当量比成为45/55~55/45的量。
并且,组合物中的环氧化合物的含量与特定酚化合物的含量之比优选为环氧化合物的环氧乙烷基与特定酚化合物的活性氢(羟基中的氢原子等)的当量比(环氧乙烷基的数量/活性氢的数量)成为30/70~70/30的量,更优选为环氧化合物的环氧乙烷基与特定酚化合物的活性氢(羟基中的氢原子等)的当量比成为40/60~60/40的量,进一步优选为环氧化合物的环氧乙烷基与特定酚化合物的活性氢(羟基中的氢原子等)的当量比成为45/55~55/45的量。
并且,当组合物包含其他含活性氢化合物时,环氧化合物的含量与特定酚化合物及其他含活性氢化合物的合计含量之比优选为环氧化合物的环氧乙烷基与活性氢(羟基中的氢原子等)的当量比(环氧乙烷基的数量/活性氢的数量)成为30/70~70/30的量,更优选为环氧化合物的环氧乙烷基与活性氢(羟基中的氢原子等)的当量比成为40/60~60/40的量,进一步优选为环氧化合物的环氧乙烷基与活性氢(羟基中的氢原子等)的当量比成为45/55~55/45的量。
并且,组合物中环氧化合物与特定酚化合物的合计含量相对于组合物的总固体成分,优选5~90质量%,更优选10~50质量%,进一步优选15~40质量%。
另外,总固体成分是指形成导热材料的成分,不包括溶剂。在此所说的形成导热材料的成分可以是在形成导热材料时进行反应(聚合)而化学结构发生变化的成分。并且,只要是形成导热材料的成分,则即使其性状为液体状,也视为固体成分。
〔氮化硼〕
本发明的组合物包含氮化硼(BN)。
氮化硼的形状并不受特别限制,可以为粒子状,也可以为薄膜状或也可以为扁平状。作为粒子状的具体形状,可以举出米粒状、球形状、立方体状、纺锤形状、鳞片状、凝聚状及不规则形状。
作为氮化硼的平均粒径,在其分散性更优异的观点上,优选500μm以下,更优选300μm以下,进一步优选200μm以下。作为下限值并不受特别限制,但在操作性的观点上,优选10nm以上,更优选100nm以上,在导热材料的导热性更优异的观点上,进一步优选20μm以上,尤其优选50μm以上。
作为氮化硼的平均粒径,当使用市售品时,采用产品目录值。当没有产品目录值时,作为上述平均粒径的测定方法,使用电子显微镜随机选择100个氮化硼,测定各个氮化硼的粒径(长径),将它们进行算术平均而求出。
作为组合物中的氮化硼的含量,相对于组合物的总固体成分,优选20~95质量%,更优选30~95质量%,进一步优选35~95质量%。
〔任意成分〕
组合物中可以包含特定酚化合物、环氧化合物及氮化硼以外的材料,例如可以举出氮化硼以外的其他无机物、表面修饰剂、固化促进剂及溶剂等。
以下,对各种成分进行详细叙述。
<氮化硼以外的其他无机物>
作为上述其他无机物并不受特别限制,可以为一直以来用作导热材料的无机填料的任何无机物。
作为上述其他无机物,优选无机氧化物或无机氮化物(氮化硼除外。)。并且,上述其他无机物也可以为无机氧化氮化物。
上述其他无机物的形状并不受特别限制,可以为粒子状,也可以为薄膜状或也可以为扁平状。在粒子状的情况下,可以举出米粒状、球形状、立方体状、纺锤形状、鳞片状、凝聚状及不规则形状。
作为上述无机氧化物,例如可以举出氧化锆(ZrO2)、氧化钛(TiO2)、氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化铁(Fe2O3、FeO、Fe3O4)、氧化铜(CuO、Cu2O)、氧化锌(ZnO)、氧化钇(Y2O3)、氧化铌(Nb2O5)、氧化钼(MoO3)、氧化铟(In2O3、In2O)、氧化锡(SnO2)、氧化钽(Ta2O5)、氧化钨(WO3、W2O5)、氧化铅(PbO、PbO2)、氧化铋(Bi2O3)、氧化铈(CeO2、Ce2O3)、氧化锑(Sb2O3、Sb2O5)、氧化锗(GeO2、GeO)、氧化镧(La2O3)及氧化钌(RuO2)。
上述的无机氧化物可以单独使用一种,也可以并用两种以上。
作为上述无机氧化物,优选氧化钛、氧化铝或氧化锌。
上述无机氧化物也可以为以非氧化物的形态准备的金属通过在环境下等氧化而产生的氧化物。
作为上述无机氮化物(其中,不包括氮化硼),例如可以举出氮化碳(C3N4)、氮化硅(Si3N4)、氮化镓(GaN)、氮化铟(InN)、氮化铝(AlN)、氮化铬(Cr2N)、氮化铜(Cu3N)、氮化铁(Fe4N)、氮化铁(Fe3N)、氮化镧(LaN)、氮化锂(Li3N)、氮化镁(Mg3N2)、氮化钼(Mo2N)、氮化铌(NbN)、氮化钽(TaN)、氮化钛(TiN)、氮化钨(W2N)、氮化钨(WN2)、氮化钇(YN)及氮化锆(ZrN)。
上述无机氮化物可以单独使用一种,也可以并用两种以上。
上述无机氮化物优选包含铝原子或硅原子,更优选包含氮化铝或氮化硅,进一步优选包含氮化铝。
上述其他无机物的平均粒径并不受特别限制,但在分散性更优异的观点上,优选500μm以下,更优选300μm以下,进一步优选200μm以下。作为下限并不受特别限制,但在操作性的观点上,优选10nm以上,更优选100nm以上。
作为上述平均粒径的测定方法,使用电子显微镜随机选择100个无机物,测定各个无机物的粒径(长径),将它们进行算术平均而求出。另外,当使用市售品时,可以使用产品目录值。
上述其他无机物可以单独使用一种,也可以并用两种以上。
当本发明的组合物包含上述其他无机物时,上述其他无机物的含量的上限值相对于无机物的总质量,优选50质量%以下,更优选40质量%以下。另外,作为下限值并不受特别限制,例如为5质量%以上。
并且,在本发明的组合物中,无机氮化物的含量(是指氮化硼及能够任意包含的氮化硼以外的其他无机氮化物的合计含量。)相对于无机物的总质量,优选10~100质量%,更优选40~100质量%。
<表面修饰剂>
本发明的组合物可以进一步包含表面修饰剂。表面修饰剂是对上述氮化硼及能够任意包含的氮化硼以外的其他无机物(以下,也简称为“无机物”。)进行表面修饰的成分。
在本说明书中,“表面修饰”是指在无机物的表面的至少一部分吸附有有机物的状态。吸附的形态并不受特别限制,只要是键合的状态即可。即,表面修饰也包括有机物的一部分脱离而得到的有机基键合于无机物表面的状态。键合可以为共价键合、配位键合、离子键合、氢键合、范德华键合及金属键合等任何键合。表面修饰也可以以在表面的至少一部分形成单分子膜的方式进行。单分子膜为通过有机分子的化学吸附而形成的单层膜,其被已知为自组装单分子层(Self-Assembled MonoLayer(SAM))。另外,在本说明书中,表面修饰可以仅为无机物的表面的一部分,也可以为整体。在本说明书中,“表面修饰无机物”是指由表面修饰剂进行了表面修饰的无机物,即在无机物的表面上吸附有有机物的物质。
即,在本发明的组合物中,无机物可以与表面修饰剂一同构成表面修饰无机物。另外,在能够进一步抑制特定酚化合物及环氧化合物的吸附的观点上,优选氮化硼与表面修饰剂一同构成表面修饰氮化硼。
作为表面修饰剂,能够使用长链烷基脂肪酸等羧酸、有机膦酸、有机磷酸酯、有机硅烷分子(硅烷偶联剂)等以往公知的表面修饰剂。除此以外,例如也可以利用日本特开2009-502529号公报、日本特开2001-192500号公报、日本专利4694929号中所记载的表面修饰剂。
并且,组合物优选包含具有稠环骨架或三嗪骨架的化合物作为表面修饰剂。具有稠环骨架或三嗪骨架的化合物对无机氮化物显示出优异的表面修饰性。
<表面修饰剂A>
作为表面修饰剂,例如优选表面修饰剂A。另外,上述表面修饰剂A与在本发明的第1方式的说明中解说的表面修饰剂A相同。
<表面修饰剂B>
并且,表面修饰剂也优选为表面修饰剂B。另外,上述表面修饰剂B与在本发明的第1方式的说明中解说的表面修饰剂B相同。
(其他表面修饰剂)
并且,当包含无机氧化物(氧化铝等)时,也优选组合物包含有机硅烷分子(优选具有烷氧基甲硅烷基的化合物)作为表面修饰剂。作为上述有机硅烷分子,可以举出表面修饰剂A、表面修饰剂B及不对应于它们中的任何一种的其他表面修饰剂。
关于作为上述其他表面修饰剂的有机硅烷分子,例如可以举出3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-(2-氨基乙基)氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-(2-氨基乙基)氨基丙基三甲氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基三乙氧基硅烷及3-脲基丙基三乙氧基硅烷。
表面修饰剂可以单独使用一种,也可以并用两种以上。
当组合物包含表面修饰剂时,表面修饰剂的含量相对于无机物的含量的质量比(表面修饰剂的含量/无机物的含量)优选0.0001~10,更优选0.0001~5。
并且,表面修饰剂A及表面修饰剂B的合计含量相对于无机氮化物的含量(是指氮化硼及能够任意包含的氮化硼以外的其他无机氮化物的合计含量。)的质量比(表面修饰剂A及表面修饰剂B的合计含量/无机氮化物的含量),优选0.0001~10,更优选0.0001~5。
作为表面修饰剂的有机硅烷分子(优选作为其他表面修饰剂的有机硅烷分子)的含量相对于无机氧化物(优选氧化铝)的含量的质量比(有机硅烷分子的含量/无机氧化物的含量)优选0.0001~10,更优选0.001~5。
<固化促进剂>
组合物可以包含固化促进剂。
固化促进剂的种类并不受限制,例如可以举出三苯基膦、2-乙基-4-甲基咪唑、三氟化硼胺络合物、1-苄基-2-甲基咪唑及日本特开2012-067225号公报的段落0052中所记载的化合物。
固化促进剂可以单独使用一种,也可以并用两种以上。
当组合物包含固化促进剂时,固化促进剂的含量相对于环氧化合物的含量的质量比(固化促进剂的含量/环氧化合物的含量)优选0.0001~10,更优选0.001~5。
<分散剂>
组合物可以包含分散剂。
若组合物包含分散剂,则在包含环氧化合物及特定酚化合物的组合物中的无机物的分散性得到提高,能够实现更优异的导热率和粘接性。
作为分散剂,能够从通常使用的分散剂中适当选择。例如,可以举出DISPERBYK-106(BYK-Chemie GmbH制造)、DISPERBYK-111(BYK-Chemie GmbH制造)、ED-113(KusumotoChemicals,Ltd.制造)、AJISPER PN-411(AjinomotoFine-Techno Co.,Inc.制造)及REB122-4(Hitachi Chemical Co.,Ltd.制造)等。
分散剂可以单独使用一种,也可以并用两种以上。
当组合物包含分散剂时,分散剂的含量相对于无机物的含量的质量比(分散剂的含量/无机物的含量)优选0.0001~10,更优选0.001~5。
<溶剂>
组合物可以包含溶剂。
溶剂的种类并不受特别限制,优选为有机溶剂。作为有机溶剂,例如可以举出环戊酮、环己酮、乙酸乙酯、甲基乙基酮、二氯甲烷及四氢呋喃等。
当组合物包含溶剂时,溶剂的含量优选为使组合物的固体成分浓度成为20~90质量%的量,更优选为使组合物的固体成分浓度成为30~85质量%的量,进一步优选为使组合物的固体成分浓度成为40~85质量%的量。
〔组合物的制造方法〕
组合物的制造方法并不受特别限制,能够采用公知的方法,例如能够混合上述各种成分来进行制造。在进行混合时,可以将各种成分一并混合,也可以依次混合。
混合成分的方法并没有特别限制,能够使用公知的方法。混合中所使用的混合装置优选浸没式分散机,例如可以举出自转公转搅拌机、高速旋转剪切型搅拌机等搅拌机、胶体磨、辊磨机、高压喷射式分散机、超声波分散机、珠磨机及均质机。混合装置可以单独使用一种,也可以并用两种以上。在混合前后和/或与此同时可以进行除气处理。
〔组合物的固化方法〕
将本发明的组合物进行固化处理而得到本发明的导热材料。
组合物的固化方法并不受特别限制,但优选热固化反应。
热固化反应时的加热温度并不受特别限制。例如,在50~250℃的范围内适当选择即可。并且,在进行热固化反应时,可以实施多次不同温度的加热处理。
优选对制成薄膜状或薄片状的组合物进行固化处理。具体而言,例如将组合物涂布成膜并进行固化反应即可。
在进行固化处理时,优选在基材上涂布组合物而形成涂膜之后使其固化。此时,可以使另一不同的基材与形成于基材上的涂膜接触之后进行固化处理。固化后得到的固化物(导热材料)可以与一个或两个基材分离。
并且,在进行固化处理时,可以在各个基材上涂布组合物而分别形成涂膜,并在使所得到的涂膜彼此接触的状态下进行固化处理。固化后得到的固化物(导热材料)可以与一个或两个基材分离。
在进行固化处理时,可以进行冲压(press)加工。冲压加工中所使用的压力机并没有限制,例如可以使用平板压机,也可以使用辊压机。
当使用辊压机时,例如优选将在基材上形成涂膜而得到的带涂膜的基材夹持于两根辊对置的一对辊之间,一边使上述一对辊旋转而使上述带涂膜的基材通过,一边沿上述带涂膜的基材的膜厚方向附加压力。上述带涂膜的基材可以仅在涂膜的一面存在基材,也可以在涂膜的两面存在基材。上述带涂膜的基材可以仅通过一次辊压机,也可以通过多次。
基于平板压机的处理和基于辊压机的处理可以仅实施其中一种,也可以实施两种。
并且,可以在组合物成为半固化状态的时点结束固化处理。可以将半固化状态的本发明的导热材料以与所使用的器件等接触的方式配置之后,进一步通过加热等进行固化而使其正式固化。也优选通过上述正式固化时的加热等而使器件和本发明的导热材料粘接。
关于包括固化反应的导热材料的制作,能够参考“高导热性复合材料”(CMC出版,竹泽由高著)。
导热材料的形状并没有特别限制,根据用途能够成型为各种形状。作为所成型的导热材料的典型形状,例如可以举出薄片状。
并且,本发明的导热材料的导热性优选为各向同性,而不是各向异性。
[导热材料的物性]
〔体积电阻率〕
导热材料优选为绝缘性(电绝缘性)。换言之,本发明的组合物优选为导热性绝缘组合物。
例如,导热材料在23℃、相对湿度65%下的体积电阻率优选1010Ω·cm以上,更优选1012Ω·cm以上,进一步优选1014Ω·cm以上。上限并不受特别限制,但通常为1018Ω·cm以下。
〔密度比X〕
并且,导热材料优选根据下述式(1)求出的密度比X为0.96以上。当密度比X为0.96以上时,是指导热材料的孔隙(空隙)的产生得到了抑制。作为上述密度比X,从导热材料的导热性更优异的观点上,更优选0.99以上。另外,密度比X的上限值为1。
由于特定酚化合物及环氧化合物对于氮化硼的吸附性抑制为较低,因此本发明的组合物具有粘度低的倾向。尤其,特定酚化合物和环氧化合物的各分子量越小和/或特定酚化合物和环氧化合物的各分子的平面性越低,则对于氮化硼的吸附性容易变得越低,因此组合物的粘度也容易变得越低。推测本发明的组合物的粘度越小,则所得到的导热材料的孔隙的产生越得到抑制,具有密度X容易满足上述值的倾向。
式(1)
密度比X=利用阿基米德法求出的导热材料的实测密度/由下述式(DI)求出的导热材料的理论密度Di
式(DI)
Di=Df×Vf/100+Dr×Vr/100
式(DI)中,Di是指仅由包含上述氮化硼的无机物及有机不挥发成分构成的理论上的导热材料T的密度。即,导热材料T是指仅由包含上述氮化硼的无机物及有机不挥发成分构成且不包含孔隙(空隙)的假设上的导热材料。
另外,上述导热材料T中的上述无机物的含有质量Wf与上述导热材料形成用组合物中的无机物的含量相等。并且,上述导热材料T中的上述有机挥发成分的含有质量Wr与从上述导热材料形成用组合物中的总固体成分的含量中减去上述无机物的含量之后的差值相等。另外,总固体成分的定义如上所述。
式(DI)中,Df为上述无机物的密度(g/cm3)。
无机物的密度为利用比重瓶法测定出的真密度。
并且,当所使用的无机物的种类及该种类的无机物的密度的值为已知时,可以将上述已知的密度的值作为无机物的密度。例如,氮化硼的密度通常为2.3g/cm3,氧化铝(alumina)的密度通常为3.9g/cm3。
当将上述已知的密度的值作为无机物的密度时且导热材料包含两种以上的无机物时,无机物整体的密度是用各无机物的含有比例(体积分数)对各无机物的密度进行加权平均而求出的。
另外,确定导热材料中所包含的无机物的种类及含有比例的方法并没有限制,能够使用公知的方法(基于电子显微镜的观察、红外光谱法和/或能量色散型X射线分析等)。
式(DI)中,Dr为上述有机不挥发成分的密度(g/cm3)。本发明的导热材料中的有机不挥发成分主要是上述特定酚与环氧化合物的聚合物,该聚合物的密度通常为约1.2g/cm3,因此由Dr表示的上述有机不挥发成分的密度假设为1.2g/cm3。
式(DI)中,Vf为上述导热材料T中的上述无机物的体积相对于上述导热材料T的体积的体积百分比。具体而言,Vf为由下述式(DII)求出的值。
式(DII)
Vf=(Wf/Df)/((Wf/Df)+(Wr/Dr))×100
另外,(Wf/Df)是指无机物在上述导热材料T中所占的体积(cm3)。(Wr/Dr)是指有机不挥发成分在上述导热材料T中所占的体积(cm3)。
式(DI)中,Vr为上述导热材料T中的上述有机不挥发成分的体积相对于上述导热材料T的体积的体积百分比。具体而言,Vr为由下述式(DIII)求出的值。
式(DIII)
Vr=100-Vf。
更具体而言,理论密度Di是利用以下方法(燃烧法)求出的。
无机物的含有质量能够通过使用通常的灰分测定法进行测定。即,使用铂制、石英制或磁制的坩埚,将膜在500~550℃下处理(燃烧处理)4小时以上,灰化至残留物成为恒定量。将燃烧处理后的重量作为膜中所包含的无机物的含有质量(Wf,单位:g)。
接着,从燃烧处理前的导热材料的质量(W0,单位:g)中减去所测定出的无机物的含有质量(Wf,单位:g),将在此所得到的质量的值作为导热材料T中的有机不挥发成分的含有质量(Wr,单位:g)。
根据这些值,按照式(DII)求出无机物在导热材料T中所占的体积的体积百分比(Vf)。另外,按照式(DIII)求出有机不挥发成分在导热材料T中所占的体积的体积百分比(Vr)。
最后,按照式(DI)计算导热材料T的密度(Di,单位:g/cm3)。
另外,当导热材料的配合或用于形成导热材料的组合物(导热材料形成用组合物)的配合为已知时,可以根据配合进行计算来求出膜的理论密度。
例如,当导热材料形成用组合物包含无机物、溶剂(有机溶剂等)及其他成分(酚化合物、环氧化合物、表面修饰剂等)时,视为导热材料仅由上述无机物和上述其他成分形成。
然后,作为上述无机物的质量(Wf,单位:g)。接着,将上述其他成分视为上述有机不挥发成分,将其他成分的合计质量作为有机不挥发成分的质量(Wr,单位:g)。
根据这些值,按照式(DII)求出无机物在导热材料T中所占的体积的体积百分比(Vf)。另外,按照式(DIII)求出有机不挥发成分在导热材料T中所占的体积的体积百分比(Vr)。
最后,按照式(DI)计算导热材料T的密度(Di,单位:g/cm3)。
[导热材料的用途]
本发明的导热材料能够用作散热片等散热材料,且能够用于各种器件的散热用途。更具体而言,通过在器件上配置包含本发明的导热材料的导热层来制作带导热层的器件,能够高效率地将来自器件的发热由导热层进行散热。
本发明的导热材料具有充分的导热性,并且具有高耐热性,因此适合于个人电脑、一般家电及汽车等各种电气设备中所使用的功率半导体器件的散热用途。
另外,本发明的导热材料即使为半固化状态也具有充分的导热性,因此也能够用作配置于各种装置的部件的间隙等光固化用的光难以到达的部位的散热材料。并且,由于粘接性也优异,因此也能够用作具有导热性的粘接剂。
本发明的导热材料可以与由本组合物形成的部件以外的其他部件组合而使用。
作为将本发明的导热材料和其他部件组合而成的材料,例如可以举出导热片。作为导热片的具体结构,例如可以举出具有薄片状的支撑体和配置于上述支撑体上的薄片状的导热材料的结构。
作为上述支撑体,可以举出塑料薄膜、金属薄膜或玻璃板。作为塑料薄膜的材料,例如可以举出聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等聚酯、聚碳酸酯、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚酰胺、聚烯烃、纤维素衍生物及硅酮。作为金属薄膜,可以举出铜薄膜。
<<本发明的第3方式>>
以下,对本发明的第3方式进行详细叙述。
[导热材料形成用组合物]
本发明的导热材料形成用组合物(以下,也简称为“组合物”)包含酚化合物(以下,也称为“特定酚化合物”)、环氧化合物及无机物,上述酚化合物的羟基含量为10.5mmol/g以上,以下定义的粘度X为500mPa·s以下。
粘度X:
由上述酚化合物和上述环氧化合物构成且配合成上述酚化合物中所包含的羟基相对于上述环氧化合物中所包含的环氧乙烷基的当量比成为1的组合物T在150℃下的粘度。
通过上述构成,由本发明的组合物得到的导热材料的导热性优异。
关于上述作用机制并不一定明确,但本发明人等推测如下。
作为本发明的组合物的特征点,可以举出使用特定酚化合物这点和粘度X为规定值以下这点。另外,在本发明的组合物中,特定酚化合物发挥对作为主剂的环氧化合物的固化剂的作用。
这次通过本发明人等的研究得到了如下见解:在组合物中的环氧化合物和酚化合物通过加热而进行的交联聚合过程中,若加热至150℃的时点的组合物的粘度过高,则所得到的导热材料的导热率差。另外,在组合物中的环氧化合物和酚化合物通过加热而进行的交联聚合过程中,组合物加热至150℃的阶段通常对应于,在组合物中能够任意包含的溶剂大部分已挥发,组合物中的环氧化合物与酚化合物的交联聚合反应即将开始之前或刚开始之后的阶段。即,组合物在加热至150℃的时点通常处于未完成交联聚合反应的状态。
本发明人等根据上述见解进一步进行了研究的结果,明确了若基于上述定义的粘度X为500mPa·s以下,则能够形成导热性优异的导热材料。该作用机制虽然不明确,但推测是因为当粘度X(上述组合物T在150℃下的粘度)为500mPa·s以下时,组合物中的环氧化合物和酚化合物的各分子容易移动,其结果,交联聚合反应的反应速率得到提高,能够形成致密的交联结构。
另外,推测上述特定酚化合物由于羟基含量为规定值以上,因此容易形成致密的交联结构,由此,所得到的导热材料的导热性也得到提高。
进而,由本发明的组合物得到的导热材料的粘接性也良好。另外,也能够对由本发明的组合物得到的导热材料赋予良好的绝缘性(电绝缘性)。
〔粘度X〕
以下,首先对粘度X进行说明。
本发明的组合物的以下定义的粘度X为500mPa·s以下,优选200mPa·s以下。并且,作为粘度X的下限值,例如为10mPa·s以上。
粘度X:
由上述酚化合物和上述环氧化合物构成且配合成上述酚化合物中所包含的羟基相对于上述环氧化合物中所包含的环氧乙烷基的当量比(羟基的数量/环氧乙烷基的数量)成为1的组合物T在150℃下的粘度。
更具体而言,上述组合物T是指将与制作本发明的导热材料时相同的种类的环氧化合物和特定酚化合物配合成特定酚化合物中所包含的羟基相对于环氧化合物中所包含的环氧乙烷基的当量比(羟基的数量/环氧乙烷基的数量)成为1的组合物。
组合物T的粘度能够利用粘度·粘弹性测定装置(例如,RheoStress RS6000(EKOINSTRUMENTS CO.,LTD.制造))来进行测定。
另外,特定酚化合物和环氧化合物的各分子量越小和/或特定酚化合物和环氧化合物的各分子的平面性越低,则具有越容易满足上述粘度X的倾向。作为容易满足粘度X的特定酚化合物,例如可以举出后述的通式(1-0)所表示的化合物及通式(2-0)所表示的化合物。并且,作为容易满足粘度X的环氧化合物,例如可以举出具有联苯骨架的环氧化合物等。
接着,对组合物中所包含的成分进行详细叙述。
〔酚化合物〕
本发明的组合物包含羟基含量为10.5mmol/g以上的酚化合物(特定酚化合物)。
上述特定酚化合物在本发明的组合物中通常作为所谓的固化剂发挥作用。
特定酚化合物的羟基含量为10.5mmol/g以上,更优选11.0mmol/g以上,进一步优选12.0mmol/g以上,尤其优选13.0mmol/g以上。并且,作为其上限值并不受特别限制,但优选25.0mmol/g以下,更优选23.0mmol/g以下。
另外,上述羟基含量是指特定酚化合物1g所具有的羟基(优选酚性羟基)的数量。
并且,特定酚化合物除了羟基以外,还可以具有能够与环氧化合物进行聚合反应的含活性氢基团(羧酸基等)。特定酚化合物的活性氢的含量(羟基及羧酸基等中的氢原子的合计含量)的下限值优选10.5mmol/g以上,更优选11.0mmol/g以上,更优选12.0mmol/g以上,尤其优选13.0mmol/g以上。上限值优选25.0mmol/g以下,更优选23.0mmol/g以下。
作为特定酚化合物的分子量的上限值,优选600以下,更优选500以下,进一步优选450以下,尤其优选400以下。下限值优选110以上,更优选300以上。
特定酚化合物可以单独使用一种,也可以并用两种以上。
以下,对能够用作特定酚的具体的化合物进行说明。
作为特定酚化合物,可以举出后述的通式(1-0)所表示的化合物及通式(2-0)所表示的化合物。
<通式(1-0)所表示的化合物>
以下示出通式(1-0)。
[化学式46]
通式(1-0)中,m1表示0以上的整数。
m1优选0~10,更优选0~3,进一步优选0或1,尤其优选1。
通式(1-0)中,na及nc分别独立地表示1以上的整数。
na及nc分别独立地优选1~4,更优选2~4,进一步优选2~3,尤其优选2。
通式(1-0)中,R1及R6分别独立地表示氢原子、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷基、烷氧基或烷氧基羰基。
上述烷基可以为直链状,也可以为支链状。作为上述烷基的碳原子数,优选1~10。另外,上述烷基可以具有取代基。
上述烷氧基中的烷基部分及上述烷氧基羰基中的烷基部分与上述烷基相同。
R1及R6分别独立地优选氢原子或卤原子,更优选氢原子或氯原子,进一步优选氢原子。
通式(1-0)中,R7表示氢原子或羟基。
可以存在多个的R7中,优选至少一个R7表示羟基,更优选所有的R7表示羟基。
通式(1-0)中,Lx1表示单键、-C(R2)(R3)-或-CO-,优选-C(R2)(R3)-或-CO-。
Lx2表示-C(R4)(R5)-或-CO-,优选-C(R4)(R5)-或-CO-。
R2~R5分别独立地表示氢原子或取代基。
上述取代基分别独立地优选羟基、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷基、烷氧基或烷氧基羰基,更优选羟基、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷基、烷氧基或烷氧基羰基。
上述烷基可以为直链状,也可以为支链状。作为上述烷基的碳原子数,优选1~10。上述烷基可以具有取代基。
上述烷氧基中的烷基部分及上述烷氧基羰基中的烷基部分与上述烷基相同。
上述苯基可以具有或不具有取代基,当具有取代基时,更优选具有1~3个羟基。
R2~R5分别独立地优选氢原子或羟基,更优选氢原子。
Lx1及Lx2分别独立地优选-CH2-、-CH(OH)-或-CO-,更优选-CH2-。
其中,当m1为0时,L1优选-CH2-、-CH(OH)-或-CO-。
当m1为1时,Lx1及Lx2分别独立地优选-CH2-。
另外,当在通式(1-0)中存在多个R4时,多个R4分别可以相同也可以不同。当存在多个R5时,多个R5分别可以相同也可以不同。
通式(1-0)中,Ar1及Ar2分别独立地表示苯环基或萘环基。
Ar1及Ar2分别独立地优选苯环基。
通式(1-0)中,Qa表示氢原子、烷基、苯基、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷氧基或烷氧基羰基。
上述烷基可以为直链状,也可以为支链状。作为上述烷基的碳原子数,优选1~10。上述烷基可以具有取代基。
上述烷氧基中的烷基部分及上述烷氧基羰基中的烷基部分与上述烷基相同。
上述苯基可以具有取代基。
Qa优选对于Qa所键合的苯环基所具有的羟基而键合于对位。
Qa优选氢原子或烷基。上述烷基优选甲基。
其中,当Ar1及Ar2均为苯环基时,Qa优选烷基。
另外,当在通式(1-0)中存在多个R7、Lx2和/或Qa时,多个R7、Lx2和/或Qa分别可以相同也可以不同。
<通式(2-0)所表示的化合物>
以下示出通式(2-0)。
[化学式47]
通式(2-0)中,m2表示0以上的整数。
m2优选0~10,更优选0~4。
通式(2-0)中,nx表示0~4的整数。
nx优选1~2,更优选2。
通式(2-0)中,ny表示0~2的整数。
当存在多个ny时,存在多个的ny分别可以相同也可以不同。
可以存在多个的ny中,优选至少一个ny表示1。例如,当m2表示1时,优选存在一个的ny表示1。当m2表示4时,优选存在4个的ny中至少一个ny表示1,更优选两个ny表示1。
通式(2-0)中,nz表示0~2的整数。
nz优选1。
通式(2-0)中,nx、可以存在多个的ny及nz的合计数优选2以上,更优选2~10。
通式(2-0)中,R1及R6分别独立地表示氢原子、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷基、烷氧基或烷氧基羰基。
通式(2-0)中的R1及R6分别与通式(1)中的R1及R6相同。
当存在多个R1时,多个R1分别可以相同也可以不同。当存在多个R6时,多个R6分别可以相同也可以不同。
通式(2-0)中,Qb表示氢原子、烷基、苯基、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷氧基或烷氧基羰基。
上述烷基可以为直链状,也可以为支链状,碳原子数优选1~10,且可以具有取代基。
上述烷氧基中的烷基部分及上述烷氧基羰基中的烷基部分与上述烷基相同。
上述苯基可以具有取代基。
Qb优选氢原子。
当存在多个Qb时,存在多个的Qb分别可以相同也可以不同。
作为通式(2-0)所表示的化合物的具体例,可以举出苯三醇(优选1,3,5-苯三醇)。
〔环氧化合物〕
本发明的组合物包含环氧化合物。
上述环氧化合物在本发明的组合物中通常作为所谓的主剂发挥作用。
环氧化合物为在一个分子中具有至少一个环氧乙烷基(环氧基)的化合物。环氧乙烷基在可能的情况下可以具有取代基。
环氧化合物所具有的环氧乙烷基的数量在一个分子中优选2以上,更优选2~40,进一步优选2~10,尤其优选2。
环氧化合物的分子量优选150~10000,更优选150~2000,进一步优选250~400。
作为环氧化合物的环氧乙烷基含量的下限值,优选2.0mmol/g以上,更优选5.0mmol/g以上。并且,作为其上限值,优选20.0mmol/g以下,更优选15.0mmol/g以下。
另外,上述环氧基含量是指环氧化合物1g所具有的环氧乙烷基的数量。
环氧化合物在常温(23℃)下优选为液态。
环氧化合物可以显示出液晶性。
即,环氧化合物可以为液晶化合物。换言之,可以为具有环氧乙烷基的液晶化合物。
作为环氧化合物(可以为液晶性的环氧化合物),例如可以举出至少局部地包含棒状结构的化合物(棒状化合物)及至少局部地包含圆盘状结构的化合物(圆盘状化合物)。
以下,对棒状化合物及圆盘状化合物进行详细叙述。
(棒状化合物)
关于作为棒状化合物的环氧化合物,可以举出与在本发明的第1方式的说明中解说的作为棒状化合物的环氧化合物相同的化合物,优选的条件也相同。
(圆盘状化合物)
关于作为圆盘状化合物的环氧化合物,可以举出与在本发明的第1方式的说明中解说的作为圆盘状化合物的环氧化合物相同的化合物,优选的条件也相同。
(其他环氧化合物)
作为上述环氧化合物以外的其他环氧化合物,可以举出与在本发明的第1方式的说明中解说的其他环氧化合物相同的化合物,优选的条件也相同。
环氧化合物可以单独使用一种,也可以并用两种以上。
在组合物中,特定酚化合物中所包含的羟基相对于环氧化合物中所包含的环氧乙烷基的当量比(羟基的数量/环氧乙烷基的数量)优选0.40~2.50,更优选0.65~1.50,进一步优选0.80~1.25。
并且,在组合物中,特定酚化合物中所包含的活性氢(羟基中的氢原子等)相对于环氧化合物中所包含的环氧乙烷基当量比(活性氢的数量/环氧乙烷基的数量)优选0.40~2.50,更优选0.65~1.50,进一步优选0.80~1.25。
并且,当组合物包含其他含活性氢化合物时,特定酚化合物及其他含活性氢化合物中所包含的活性氢(羟基中的氢原子等)相对于环氧化合物中所包含的环氧乙烷基的当量比(活性氢的数量/环氧乙烷基的数量)优选0.40~2.50,更优选0.65~1.50,进一步优选0.80~1.25。
并且,组合物中环氧化合物与特定酚化合物的合计含量相对于组合物的总固体成分,优选5~90质量%,更优选10~50质量%,进一步优选15~40质量%。
另外,总固体成分是指形成导热材料的成分,不包括溶剂。在此所说的形成导热材料的成分可以是在形成导热材料时进行反应(聚合)而化学结构发生变化的成分。并且,只要是形成导热材料的成分,则即使其性状为液体状,也视为固体成分。
〔无机物〕
组合物包含无机物。
作为无机物,可以使用一直以来在导热材料的无机填料中使用的任何无机物。作为无机物,从导热材料的导热性及绝缘性更优异的观点考虑,优选无机氮化物或无机氧化物。
无机物的形状并不受特别限制,可以为粒子状,也可以为薄膜状或也可以为扁平状。粒子状无机物的形状可以举出米粒状、球形状、立方体状、纺锤形状、鳞片状、凝聚状及不规则形状。
作为无机氧化物,例如可以举出氧化锆(ZrO2)、氧化钛(TiO2)、氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化铁(Fe2O3、FeO、Fe3O4)、氧化铜(CuO、Cu2O)、氧化锌(ZnO)、氧化钇(Y2O3)、氧化铌(Nb2O5)、氧化钼(MoO3)、氧化铟(In2O3、In2O)、氧化锡(SnO2)、氧化钽(Ta2O5)、氧化钨(WO3、W2O5)、氧化铅(PbO、PbO2)、氧化铋(Bi2O3)、氧化铈(CeO2、Ce2O3)、氧化锑(Sb2O3、Sb2O5)、氧化锗(GeO2、GeO)、氧化镧(La2O3)及氧化钌(RuO2)等。
上述无机氧化物可以仅使用一种,也可以并用两种以上。
无机氧化物优选氧化钛、氧化铝或氧化锌,更优选氧化铝。
无机氧化物也可以为以非氧化物的形态准备的金属通过在环境下等氧化而产生的氧化物。
作为无机氮化物,例如可以举出氮化硼(BN)、氮化碳(C3N4)、氮化硅(Si3N4)、氮化镓(GaN)、氮化铟(InN)、氮化铝(AlN)、氮化铬(Cr2N)、氮化铜(Cu3N)、氮化铁(Fe4N)、氮化铁(Fe3N)、氮化镧(LaN)、氮化锂(Li3N)、氮化镁(Mg3N2)、氮化钼(Mo2N)、氮化铌(NbN)、氮化钽(TaN)、氮化钛(TiN)、氮化钨(W2N)、氮化钨(WN2)、氮化钇(YN)及氮化锆(ZrN)等。
上述无机氮化物可以仅使用一种,也可以并用两种以上。
无机氮化物优选包含铝原子、硼原子或硅原子,更优选包含氮化铝、氮化硼或氮化硅,进一步优选包含氮化铝或氮化硼,尤其优选包含氮化硼。
无机物的大小并不受特别限制,但在无机物的分散性更优异的观点上,无机物的平均粒径优选500μm以下,更优选300μm以下,进一步优选200μm以下。下限并不受特别限制,但在操作性的观点上,优选10nm以上,更优选100nm以上。
作为无机物的平均粒径,当使用市售品时,采用产品目录值。当没有产品目录值时,作为上述平均粒径的测定方法,使用电子显微镜随机选择100个无机物,测定各个无机物的粒径(长径),将它们进行算术平均而求出。
无机物可以仅使用一种,也可以并用两种以上。
无机物优选包含无机氮化物及无机氧化物中的至少一者,更优选至少包含无机氮化物,进一步优选包含无机氮化物和无机氧化物这两者。
作为上述无机氮化物,优选包含氮化硼及氮化铝中的至少一者,更优选至少包含氮化硼。
无机物中的无机氮化物(优选氮化硼和/或氮化铝)的含量相对于无机物的总质量,优选10~100质量%,更优选40~100质量%。
作为上述无机氧化物,优选氧化铝。
在导热材料的导热性更优异的观点上,组合物更优选至少包含平均粒径为20μm以上(优选50μm以上)的无机粒子。
组合物中的无机物的含量相对于组合物中的总固体成分,优选40~95质量%,更优选50~95质量%,进一步优选60~95质量%。
〔表面修饰剂〕
从导热材料的导热性更优异的观点上,本发明的组合物可以进一步包含表面修饰剂。
表面修饰剂为对上述无机物进行表面修饰的成分。
在本说明书中,“表面修饰”是指在无机物的表面的至少一部分吸附有有机物的状态。吸附的形态并不受特别限制,只要是键合的状态即可。即,表面修饰也包括有机物的一部分脱离而得到的有机基键合于无机物表面的状态。键合可以为共价键合、配位键合、离子键合、氢键合、范德华键合及金属键合等任何键合。表面修饰也可以以在表面的至少一部分形成单分子膜的方式进行。单分子膜为通过有机分子的化学吸附而形成的单层膜,其被已知为自组装单分子层(Self-Assembled MonoLayer(SAM))。另外,在本说明书中,表面修饰可以仅为无机物的表面的一部分,也可以为整体。在本说明书中,“表面修饰无机物”是指由表面修饰剂进行了表面修饰的无机物,即在无机物的表面上吸附有有机物的物质。
即,在本发明的组合物中,无机物可以与表面修饰剂一同构成表面修饰无机物(优选表面修饰无机氮化物和/或表面修饰无机氧化物)。
作为表面修饰剂,能够使用长链烷基脂肪酸等羧酸、有机膦酸、有机磷酸酯、有机硅烷分子(硅烷偶联剂)等以往公知的表面修饰剂。除此以外,例如也可以利用日本特开2009-502529号公报、日本特开2001-192500号公报、日本专利4694929号中所记载的表面修饰剂。
并且,(优选在无机物包含无机氮化物(氮化硼和/或氮化铝等)时,)组合物优选包含具有稠环骨架或三嗪骨架的化合物作为表面修饰剂。
<表面修饰剂A>
作为表面修饰剂,例如优选表面修饰剂A。另外,上述表面修饰剂A与在本发明的第1方式的说明中解说的表面修饰剂A相同。
<表面修饰剂B>
并且,表面修饰剂也优选为表面修饰剂B。另外,上述表面修饰剂B与在本发明的第1方式的说明中解说的表面修饰剂B相同。
<其他表面修饰剂>
并且,也优选组合物(优选在无机物包含无机氧化物(氧化铝等)时)包含有机硅烷分子(优选具有烷氧基甲硅烷基的化合物)作为表面修饰剂。作为上述有机硅烷分子,可以举出表面修饰剂A、表面修饰剂B及不对应于它们中的任何一种的其他表面修饰剂。
关于作为上述其他表面修饰剂的有机硅烷分子,例如可以举出3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-(2-氨基乙基)氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-(2-氨基乙基)氨基丙基三甲氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基三乙氧基硅烷及3-脲基丙基三乙氧基硅烷。
表面修饰剂可以单独使用一种,也可以并用两种以上。
当组合物包含表面修饰剂时,表面修饰剂的含量相对于无机物的含量的质量比(表面修饰剂的含量/无机物的含量)优选0.0001~10,更优选0.0001~5。
并且,表面修饰剂A及表面修饰剂B的合计含量相对于无机氮化物(优选氮化硼和/或氮化铝)的含量的质量比(表面修饰剂A及表面修饰剂B的合计含量/无机氮化物的含量)优选0.0001~10,更优选0.0001~5。
作为表面修饰剂的有机硅烷分子(优选作为其他表面修饰剂的有机硅烷分子)的含量相对于无机氧化物(优选氧化铝)的含量的质量比(有机硅烷分子的含量/无机氧化物的含量)优选0.0001~10,更优选0.001~5。
〔固化促进剂〕
组合物可以包含固化促进剂。
固化促进剂的种类并不受限制,例如可以举出三苯基膦、2-乙基-4-甲基咪唑、三氟化硼胺络合物、1-苄基-2-甲基咪唑及日本特开2012-067225号公报的段落0052中所记载的化合物。
固化促进剂可以单独使用一种,也可以并用两种以上。
当组合物包含固化促进剂时,固化促进剂的含量相对于环氧化合物的含量的质量比(固化促进剂的含量/环氧化合物的含量)优选0.0001~10,更优选0.001~5。
〔分散剂〕
组合物可以包含分散剂。
若组合物包含分散剂,则在包含环氧化合物及特定酚化合物的组合物中的无机物的分散性得到提高,能够实现更优异的导热率和粘接性。
作为分散剂,能够从通常使用的分散剂中适当选择。例如,可以举出DISPERBYK-106(BYK-Chemie GmbH制造)、DISPERBYK-111(BYK-Chemie GmbH制造)、ED-113(KusumotoChemicals,Ltd.制造)、AJISPER PN-411(Ajinomoto Fine-Techno Co.,Inc.制造)及REB122-4(Hitachi Chemical Co.,Ltd.制造)等。
分散剂可以单独使用一种,也可以并用两种以上。
当组合物包含分散剂时,分散剂的含量相对于无机物的含量的质量比(分散剂的含量/无机物的含量)优选0.0001~10,更优选0.001~5。
〔溶剂〕
组合物可以包含溶剂。
溶剂的种类并不受特别限制,优选为有机溶剂。作为有机溶剂,例如可以举出环戊酮、环己酮、乙酸乙酯、甲基乙基酮、二氯甲烷及四氢呋喃等。
当组合物包含溶剂时,溶剂的含量优选为使组合物的固体成分浓度成为20~90质量%的量,更优选为使组合物的固体成分浓度成为30~85质量%的量,进一步优选为使组合物的固体成分浓度成为40~85质量%的量。
〔组合物的制造方法〕
组合物的制造方法并不受特别限制,能够采用公知的方法,例如能够混合上述各种成分来进行制造。在进行混合时,可以将各种成分一并混合,也可以依次混合。
混合成分的方法并没有特别限制,能够使用公知的方法。混合中所使用的混合装置优选浸没式分散机,例如可以举出自转公转搅拌机、高速旋转剪切型搅拌机等搅拌机、胶体磨、辊磨机、高压喷射式分散机、超声波分散机、珠磨机及均质机。混合装置可以单独使用一种,也可以并用两种以上。在混合前后和/或与此同时可以进行除气处理。
〔组合物的固化方法〕
将本发明的组合物进行固化处理而得到本发明的导热材料。
组合物的固化方法并不受特别限制,但优选热固化反应。
热固化反应时的加热温度并不受特别限制。例如,在50~250℃的范围内适当选择即可。并且,在进行热固化反应时,可以实施多次不同温度的加热处理。
优选对制成薄膜状或薄片状的组合物进行固化处理。具体而言,例如将组合物涂布成膜并进行固化反应即可。
在进行固化处理时,优选在基材上涂布组合物而形成涂膜之后使其固化。此时,可以使另一不同的基材与形成于基材上的涂膜接触之后进行固化处理。固化后得到的固化物(导热材料)可以与一个或两个基材分离。
并且,在进行固化处理时,可以在各个基材上涂布组合物而分别形成涂膜,并在使所得到的涂膜彼此接触的状态下进行固化处理。固化后得到的固化物(导热材料)可以与一个或两个基材分离。
在进行固化处理时,可以进行冲压(press)加工。冲压加工中所使用的压力机并没有限制,例如可以使用平板压机,也可以使用辊压机。
当使用辊压机时,例如优选将在基材上形成涂膜而得到的带涂膜的基材夹持于两根辊对置的一对辊之间,一边使上述一对辊旋转而使上述带涂膜的基材通过,一边沿上述带涂膜的基材的膜厚方向附加压力。上述带涂膜的基材可以仅在涂膜的一面存在基材,也可以在涂膜的两面存在基材。上述带涂膜的基材可以仅通过一次辊压机,也可以通过多次。
基于平板压机的处理和基于辊压机的处理可以仅实施其中一种,也可以实施两种。
并且,可以在组合物成为半固化状态的时点结束固化处理。可以将半固化状态的本发明的导热材料以与所使用的器件等接触的方式配置之后,进一步通过加热等进行固化而使其正式固化。也优选通过上述正式固化时的加热等而使器件和本发明的导热材料粘接。
关于包括固化反应的导热材料的制作,能够参考“高导热性复合材料”(CMC出版,竹泽由高著)。
导热材料的形状并没有特别限制,根据用途能够成型为各种形状。作为所成型的导热材料的典型形状,例如可以举出薄片状。
并且,本发明的导热材料的导热性优选为各向同性,而不是各向异性。
[导热材料的物性]
〔体积电阻率〕
导热材料优选为绝缘性(电绝缘性)。换言之,本发明的组合物优选为导热性绝缘组合物。
例如,导热材料在23℃、相对湿度65%下的体积电阻率优选1010Ω·cm以上,更优选1012Ω·cm以上,进一步优选1014Ω·cm以上。上限并不受特别限制,但通常为1018Ω·cm以下。
〔储存弹性模量〕
导热材料在200℃下的储存弹性模量优选300MPa以上,更优选500MPa以上。上限不受特别限制,但通常为5000MPa以下。另外,储存弹性模量的值越大,则表示导热材料越具有更致密的交联结构。
〔热膨胀系数〕
这次本发明人等明确了使环氧化合物和特定酚化合物进行交联聚合而成的聚合物的热膨胀系数与无机物的热膨胀系数之差越小,则所得到的导热材料的导热性越是更优异。
作为基于上述构成的作用机制,认为若上述聚合物的热膨胀系数与无机物的热膨胀系数之差小,则例如在导热材料的制造过程中实施的组合物的热固化工序及通过上述热固化工序而得到的固化物的冷却工序时,不易产生因无机物的热膨胀系数与聚合物的热膨胀系数之差而有可能产生的聚合物与无机物的界面处的剥离(孔隙),其结果,所得到的导热材料的导热性更优异。
更具体而言,上述聚合物是指使以与制作本发明的导热材料时相同的种类及配合比混合而成的环氧化合物与特定酚化合物的混合物的涂膜在与制作本发明的导热材料时相同的加热条件下固化反应而得到的聚合物。
另外,上述混合物根据需要可以包含相对于环氧化合物的含量至多为1质量%的如上所述的固化促进剂。
并且,从调整粘度而能够形成均匀的涂膜的观点考虑,上述混合物根据需要可以包含如上所述的溶剂。
上述固化促进剂及溶剂优选为与导热材料中所包含的固化促进剂及溶剂相同的种类。
从上述观点考虑,上述聚合物的热膨胀系数(线性膨胀系数)优选1×10-6/K~100×10-6/K,更优选1×10-6/K~75×10-6/K,进一步优选1×10-6/K~50×10-6/K。
另外,热膨胀系数能够使用TMA(thermomechanical analyzer:热机械分析仪)法来进行测定。
并且,本发明的导热材料中所使用的上述聚合物的热膨胀系数相对于无机物的热膨胀系数之比(聚合物的热膨胀系数/无机物的热膨胀系数)优选小于100,更优选小于75。下限通常为1以上。
另外,无机物的热膨胀系数也可以采用文献值,例如氮化硼的热膨胀系数通常为1×10-6/K,氧化铝的热膨胀系数通常为7×10-6/K。当使用文献值作为无机物的热膨胀系数时且导热材料包含两种以上的无机物时,无机物整体的热膨胀系数是用各无机物的含有比例(体积分数)对各无机物的热膨胀系数进行加权平均而求出的。
〔无机物的取向性〕
当导热材料包含氮化硼作为无机物且导热材料为薄片状时,在膜厚方向的导热性更优异的观点上,上述导热材料优选满足下述式(1)。
式(1):I(002)/I(100)≤23
I(002):通过X射线衍射测定的来自氮化硼的(002)面的峰强度,
I(100):通过X射线衍射测定的来自氮化硼的(100)面的峰强度。
作为I(002)/I(100)的下限值并不受特别限制,例如为6。并且,作为I(002)/I(100)的上限值,优选20以下。
在导热材料的制造过程中,当在组合物的固化处理时进行冲压加工时,无机物具有对冲压面显示出规定的取向序的倾向,导热性的导热方向容易受限制。作为一例,举出无机物为氮化硼的情况,氮化硼受到冲压加工时的压力的影响而具有容易取向成与c轴垂直的(002)面成为与冲压面大致平行的倾向。
与此相反,本发明的组合物从固化处理时的冲压加工阶段开始就能够形成比较致密的交联结构,因此不易受到冲压加工时的压力的影响,所得到的导热材料中的氮化硼的取向序比较随机。即,包含氮化硼作为无机物且为薄片状的本发明的导热材料容易满足上述式(1),并且在水平方向上和膜厚方向上导热性均优异。
另外,X射线衍射方法及装置能够采用公知的方法。
[导热材料的用途]
本发明的导热材料能够用作散热片等散热材料,且能够用于各种器件的散热用途。更具体而言,通过在器件上配置包含本发明的导热材料的导热层来制作带导热层的器件,能够高效率地将来自器件的发热由导热层进行散热。
本发明的导热材料具有充分的导热性,并且具有高耐热性,因此适合于个人电脑、一般家电及汽车等各种电气设备中所使用的功率半导体器件的散热用途。
另外,本发明的导热材料即使为半固化状态也具有充分的导热性,因此也能够用作配置于各种装置的部件的间隙等光固化用的光难以到达的部位的散热材料。并且,由于粘接性也优异,因此也能够用作具有导热性的粘接剂。
本发明的导热材料可以与由本组合物形成的部件以外的其他部件组合而使用。
作为将本发明的导热材料和其他部件组合而成的材料,例如可以举出导热片。作为导热片的具体结构,例如可以举出具有薄片状的支撑体和配置于上述支撑体上的薄片状的导热材料的结构。
作为上述支撑体,可以举出塑料薄膜、金属薄膜或玻璃板。作为塑料薄膜的材料,例如可以举出聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等聚酯、聚碳酸酯、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚酰胺、聚烯烃、纤维素衍生物及硅酮。作为金属薄膜,可以举出铜薄膜。
<<本发明的第4方式>>
以下,对本发明的第4方式进行详细叙述。
[膜]
本发明的膜包含“无机物”、“包含具有未反应的羟基及未反应的环氧乙烷基的聚合物的有机不挥发成分(其中该聚合物为酚化合物与环氧化合物的聚合物)”及“挥发成分”。
并且,利用阿基米德法求出的上述膜的实测密度相对于由后述的式(DI)求出的理论膜的密度(以下,也称为“理论密度”)之比(实测密度/理论密度(以下,也称为“特定密度比”))为0.85以上。
利用上述膜解决本发明的课题的机理并不一定明确,但本发明人等推测如下。
即,本发明的膜为特定密度比被调整为规定的值以上的高比重的膜,膜中的微小孔隙(空隙)的存在量少。并且,在膜中作为低比重成分而存在的挥发成分(主要是有机溶剂)的含量也比较少,在使膜进一步固化而制作导热片时,能够抑制因挥发成分的脱离而产生新的孔隙。其结果,使用本发明的膜来制作的导热片的导热性良好。
并且,本发明的膜的粘接性也良好。另外,由本发明的膜得到的导热片的绝缘性(电绝缘性)也良好。
《无机物》
本发明的膜包含无机物。
作为无机物,可以使用一直以来在导热材料的无机填料中使用的任何无机物。作为无机物,从导热片的导热性及绝缘性更优异的观点考虑,优选无机氮化物或无机氧化物。
另外,在此所说的无机物是指在真空下(在旋转泵减压下,10Torr)且在120℃下加热(真空加热处理)了2小时时残留于膜中的无机物质。
换言之,只要是通过真空加热处理而从膜中被去除的物质,则即使是无机物质,也属于后述的挥发成分。
无机物的形状并不受特别限制,可以为粒子状,也可以为薄膜状或也可以为扁平状。粒子状无机物的形状可以举出米粒状、球形状、立方体状、纺锤形状、鳞片状、凝聚状及不规则形状。
作为无机氧化物,例如可以举出氧化锆(ZrO2)、氧化钛(TiO2)、氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化铁(Fe2O3、FeO、Fe3O4)、氧化铜(CuO、Cu2O)、氧化锌(ZnO)、氧化钇(Y2O3)、氧化铌(Nb2O5)、氧化钼(MoO3)、氧化铟(In2O3、In2O)、氧化锡(SnO2)、氧化钽(Ta2O5)、氧化钨(WO3、W2O5)、氧化铅(PbO、PbO2)、氧化铋(Bi2O3)、氧化铈(CeO2、Ce2O3)、氧化锑(Sb2O3、Sb2O5)、氧化锗(GeO2、GeO)、氧化镧(La2O3)及氧化钌(RuO2)等。
上述无机氧化物可以仅使用一种,也可以使用两种以上。
无机氧化物优选氧化钛、氧化铝或氧化锌,更优选氧化铝。
无机氧化物也可以为以非氧化物的形态准备的金属通过在环境下等氧化而产生的氧化物。
作为无机氮化物,例如可以举出氮化硼(BN)、氮化碳(C3N4)、氮化硅(Si3N4)、氮化镓(GaN)、氮化铟(InN)、氮化铝(AlN)、氮化铬(Cr2N)、氮化铜(Cu3N)、氮化铁(Fe4N)、氮化铁(Fe3N)、氮化镧(LaN)、氮化锂(Li3N)、氮化镁(Mg3N2)、氮化钼(Mo2N)、氮化铌(NbN)、氮化钽(TaN)、氮化钛(TiN)、氮化钨(W2N)、氮化钨(WN2)、氮化钇(YN)及氮化锆(ZrN)等。
上述无机氮化物可以仅使用一种,也可以使用两种以上。
无机氮化物优选包含铝原子、硼原子或硅原子,更优选包含氮化铝、氮化硼或氮化硅,进一步优选包含氮化铝或氮化硼,尤其优选包含氮化硼。
无机物的大小并不受特别限制,但在无机物的分散性更优异的观点上,无机物的平均粒径优选500μm以下,更优选300μm以下,进一步优选200μm以下。下限并不受特别限制,但在操作性的观点上,优选10nm以上,更优选100nm以上。
作为无机物的平均粒径,当使用市售品时,采用产品目录值。当没有产品目录值时,作为上述平均粒径的测定方法,使用电子显微镜随机选择100个无机物,测定各个无机物的粒径(长径),将它们进行算术平均而求出。
无机物可以仅使用一种,也可以使用两种以上。
无机物优选包含无机氮化物及无机氧化物中的至少一者,更优选至少包含无机氮化物,进一步优选包含无机氮化物和无机氧化物这两者。
作为上述无机氮化物,优选包含氮化硼及氮化铝中的至少一者,更优选至少包含氮化硼。
无机物中的无机氮化物(优选氮化硼和/或氮化铝)的含量相对于无机物的总质量,优选10~100质量%,更优选40~100质量%。
作为上述无机氧化物,优选氧化铝。
在导热片的导热性更优异的观点上,本发明的膜更优选至少包含平均粒径为20μm以上(优选50μm以上)的无机粒子。
本发明的膜中的无机物的含量相对于膜的总质量,优选40~95质量%,更优选50~95质量%,进一步优选60~95质量%。
《有机不挥发成分》
本发明的膜包含有机不挥发成分。
另外,在此所说的有机不挥发成分是指在真空下(在旋转泵减压下,10Torr)且在120℃下加热(真空加热处理)了2小时时残留于膜中的有机物质。
换言之,只要是通过真空加热处理而从膜中被去除的物质,则即使是有机物质,也属于后述的挥发成分。
〔聚合物〕
有机不挥发成分包含具有未反应的羟基及未反应的环氧乙烷基的聚合物(其中该聚合物为酚化合物与环氧化合物的聚合物)(以下,也称为“聚合中间体”)。
上述未反应的羟基及未反应的环氧乙烷基是指能够通过对膜进行加热等而进一步进行聚合反应的羟基及环氧乙烷基。
即,本发明的膜典型为进行正式固化之前的所谓的B阶状态的半固化膜。
另外,在本发明的膜中,作为有机不挥发成分,除了上述聚合中间体以外,还可以包含未反应的酚化合物,还可以包含未反应的环氧化合物。并且,也可以包含已消耗掉羟基和/或环氧乙烷基而不具有能够在进一步的聚合反应的进行中使用的羟基和/或环氧乙烷基的聚合物(以下,也称为“完全聚合物”)。
以下,将聚合中间体及完全聚合物也仅统称为“聚合物”。
<酚化合物>
用于形成本发明的膜中所包含的聚合中间体的酚化合物只要是能够形成满足规定的特定密度比的膜的化合物,则没有限制。其中,从容易形成满足规定的特定密度比的膜且可得到能够制作导热性更优异的导热片的膜的观点考虑,用于形成聚合中间体的酚化合物优选为选自包括后述的通式(1-0)所表示的化合物或通式(2-0)所表示的化合物的组中的一种以上。
(通式(1-0)所表示的化合物)
以下示出通式(1-0)。
[化学式48]
通式(1-0)中,m1表示0以上的整数。
m1优选0~10,更优选0~3,进一步优选0或1,尤其优选1。
通式(1-0)中,na及nc分别独立地表示1以上的整数。
na及nc分别独立地优选1~4,优选2~4,更优选2~3,进一步优选2。
通式(1-0)中,R1及R6分别独立地表示氢原子、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷基、烷氧基或烷氧基羰基。
上述烷基可以为直链状,也可以为支链状。上述烷基的碳原子数优选1~10。上述烷基可以具有或不具有取代基。
上述烷氧基中的烷基部分及上述烷氧基羰基中的烷基部分与上述烷基相同。
R1及R6分别独立地优选氢原子或卤原子,更优选氢原子或氯原子,进一步优选氢原子。
通式(1-0)中,R7表示氢原子或羟基。
可以存在多个的R7中,优选至少一个R7表示羟基,更优选所有的R7表示羟基。
通式(1-0)中,Lx1表示单键、-C(R2)(R3)-或-CO-,优选-C(R2)(R3)-或-CO-。
Lx2表示单键、-C(R4)(R5)-或-CO-,优选-C(R4)(R5)-或-CO-。
R2~R5分别独立地表示氢原子或取代基。
上述取代基分别独立地优选羟基、苯基、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷基、烷氧基或烷氧基羰基,更优选羟基、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷基、烷氧基或烷氧基羰基。
上述烷基可以为直链状,也可以为支链状。上述烷基的碳原子数优选1~10。上述烷基可以具有或不具有取代基。
上述烷氧基中的烷基部分及上述烷氧基羰基中的烷基部分与上述烷基相同。
上述苯基可以具有或不具有取代基,当具有取代基时,更优选具有1~3个羟基。
R2~R5分别独立地优选氢原子或羟基,更优选氢原子。
Lx1及Lx2分别独立地优选-CH2-、-CH(OH)-或-CO-,更优选-CH2-。
其中,当m1为0时,L1优选-CH2-、-CH(OH)-或-CO-。
当m1为1时,Lx1及Lx2分别独立地优选-CH2-。
另外,当在通式(1-0)中存在多个R4时,多个R4分别可以相同也可以不同。当存在多个R5时,多个R5分别可以相同也可以不同。
通式(1-0)中,Ar1及Ar2分别独立地表示苯环基或萘环基。
Ar1及Ar2分别独立地优选苯环基。
通式(1-0)中,Qa表示氢原子、烷基、苯基、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷氧基或烷氧基羰基。
上述烷基可以为直链状,也可以为支链状。上述烷基的碳原子数优选1~10。上述烷基可以具有或不具有取代基。
上述烷氧基中的烷基部分及上述烷氧基羰基中的烷基部分与上述烷基相同。
上述苯基可以具有或不具有取代基。
Qa优选对于Qa所键合的苯环基所具有的羟基而键合于对位。
Qa优选氢原子或烷基。上述烷基优选甲基。
其中,当Ar1及Ar2均为苯环基时,Qa优选烷基。
另外,当在通式(1-0)中存在多个R7、Lx2和/或Qa时,多个R7、Lx2和/或Qa分别可以相同也可以不同。
(通式(2-0)所表示的化合物)
以下示出通式(2-0)。
[化学式49]
通式(2-0)中,m2表示0以上的整数。
m2优选0~10,更优选0~4。
通式(2-0)中,nx表示0~4的整数。
nx优选1~2,更优选2。
通式(2-0)中,ny表示0~2的整数。
当存在多个ny时,存在多个的ny分别可以相同也可以不同。
可以存在多个的ny中,优选至少一个ny表示1。例如,当m2表示1时,优选存在一个的ny表示1。当m2表示4时,优选存在4个的ny中至少一个ny表示1,更优选两个ny表示1。
通式(2-0)中,nz表示0~2的整数。
nz优选1。
通式(2-0)中,nx、可以存在多个的ny及nz的合计数优选2以上,更优选2~10。
通式(2-0)中,R1及R6分别独立地表示氢原子、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷基、烷氧基或烷氧基羰基。
通式(2-0)中的R1及R6分别与通式(1)中的R1及R6相同。
当存在多个R1时,多个R1分别可以相同也可以不同。当存在多个R6时,多个R6分别可以相同也可以不同。
通式(2-0)中,Qb表示氢原子、烷基、苯基、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷氧基或烷氧基羰基。
上述烷基可以为直链状,也可以为支链状。上述烷基的碳原子数优选1~10。上述烷基可以具有或不具有取代基。
上述烷氧基中的烷基部分及上述烷氧基羰基中的烷基部分与上述烷基相同。
上述苯基可以具有或不具有取代基。
Qb优选氢原子。
当存在多个Qb时,存在多个的Qb分别可以相同也可以不同。
作为通式(2-0)所表示的化合物的具体例,可以举出苯三醇(优选1,3,5-苯三醇)。
酚化合物的羟基含量的下限值优选8.0mmol/g以上,更优选10.5mmol/g以上,进一步优选11.0mmol/g以上,尤其优选12.0mmol/g以上,最优选13.0mmol/g以上。上限值优选25.0mmol/g以下,更优选23.0mmol/g以下。
另外,上述羟基含量是指酚化合物1g所具有的羟基(优选酚性羟基)的数量。
并且,酚化合物除了羟基以外,还可以具有或不具有能够与环氧化合物进行聚合反应的含活性氢基团(羧酸基等)。酚化合物的活性氢的含量(羟基及羧酸基等中的氢原子的合计含量)的下限值优选为8.0mmol/g以上,更优选为10.5mmol/g以上,进一步优选为11.0mmol/g以上,尤其优选为12.0mmol/g以上,最优选为13.0mmol/g以上。上限值优选25.0mmol/g以下,更优选23.0mmol/g以下。
酚化合物的分子量的上限值优选600以下,更优选500以下,进一步优选450以下,尤其优选400以下。下限值优选110以上,更优选300以上。
酚化合物可以单独使用一种,也可以使用两种以上。
另外,在本发明的膜中,作为有机不挥发成分,除了酚化合物以外,还可以包含具有能够与后述的环氧化合物进行反应的基团的化合物(也称为“其他含活性氢化合物”)。
其中,在本发明的膜中,未反应的其他含活性氢化合物和来自聚合物中的其他含活性氢化合物的部分结构的合计含量相对于未反应的酚化合物和来自聚合物中的酚化合物的部分结构的合计含量的质量比优选0~1,更优选0~0.1,进一步优选0~0.05。
<环氧化合物>
用于形成本发明的膜中所包含的聚合中间体的环氧化合物只要是能够形成满足规定的特定密度比的膜的化合物,则没有限制。
环氧化合物为在一个分子中具有至少一个环氧乙烷基(环氧基)的化合物。环氧乙烷基在可能的情况下可以具有或不具有取代基。
环氧化合物所具有的环氧乙烷基的数量在一个分子中优选2以上,更优选2~40,进一步优选2~10,尤其优选2。
环氧化合物的分子量优选150~10000,更优选150~2000,进一步优选250~400。
环氧化合物的环氧基含量优选2.0~20.0mmol/g,更优选5.0~15.0mmol/g。
另外,上述环氧基含量是指环氧化合物1g所具有的环氧乙烷基的数量。
环氧化合物在常温(23℃)下优选为液态。
环氧化合物可以显示出或不显示出液晶性。
即,环氧化合物可以为液晶化合物。换言之,可以为具有环氧乙烷基的液晶化合物。
作为环氧化合物(可以为液晶性的环氧化合物),例如可以举出至少局部地包含棒状结构的化合物(棒状化合物)及至少局部地包含圆盘状结构的化合物(圆盘状化合物)。
其中,从容易形成满足规定的特定密度比的膜且可得到能够制作导热性更优异的导热片的膜的观点考虑,优选棒状化合物。
以下,对棒状化合物及圆盘状化合物进行详细叙述。
(棒状化合物)
关于作为棒状化合物的环氧化合物,可以举出与在本发明的第1方式的说明中解说的作为棒状化合物的环氧化合物相同的化合物,优选的条件也相同。
在容易形成满足规定的特定密度比的且所得到的导热片的导热性更优异的观点上,优选棒状化合物具有联苯骨架。
换言之,环氧化合物优选具有联苯骨架,此时的环氧化合物更优选为棒状化合物。
(圆盘状化合物)
关于作为圆盘状化合物的环氧化合物,可以举出与在本发明的第1方式的说明中解说的作为圆盘状化合物的环氧化合物相同的化合物,优选的条件也相同。
(其他环氧化合物)
作为上述环氧化合物以外的其他环氧化合物,可以举出与在本发明的第1方式的说明中解说的其他环氧化合物相同的化合物,优选的条件也相同。
环氧化合物可以单独使用一种,也可以使用两种以上。
在本发明的膜中,未反应的酚化合物、来自聚合物中的酚化合物的部分结构、未反应的环氧化合物及来自聚合物中的环氧化合物的部分结构的合计含量相对于膜的总质量,优选5~90质量%,更优选10~50质量%,进一步优选15~40质量%。
〔表面修饰剂〕
从导热片的导热性更优异的观点考虑,本发明的膜中可以进一步包含表面修饰剂作为有机不挥发成分。
表面修饰剂为对上述无机物进行表面修饰的成分。
在本说明书中,“表面修饰”是指在无机物的表面的至少一部分吸附有有机物的状态。吸附的形态并不受特别限定,只要是键合的状态即可。即,表面修饰也包括有机物的一部分脱离而得到的有机基键合于无机物表面的状态。键合可以为共价键合、配位键合、离子键合、氢键合、范德华键合及金属键合等任何键合。表面修饰也可以以在表面的至少一部分形成单分子膜的方式进行。单分子膜为通过有机分子的化学吸附而形成的单层膜,其被已知为自组装单分子层(Self-Assembled MonoLayer(SAM))。另外,在本说明书中,表面修饰可以仅为无机物的表面的一部分,也可以为整体。在本说明书中,“表面修饰无机物”是指由表面修饰剂进行了表面修饰的无机物,即在无机物的表面上吸附有有机物的物质。
即,在本发明的膜中,无机物可以与表面修饰剂一同构成表面修饰无机物(优选表面修饰无机氮化物和/或表面修饰无机氧化物)。
作为表面修饰剂,能够使用长链烷基脂肪酸等羧酸、有机膦酸、有机磷酸酯、有机硅烷分子(硅烷偶联剂)等以往公知的表面修饰剂。除此以外,例如也可以利用日本特开2009-502529号公报、日本特开2001-192500号公报、日本专利4694929号中所记载的表面修饰剂。
并且,(优选在无机物包含无机氮化物(氮化硼和/或氮化铝等)时,)膜优选包含具有稠环骨架或三嗪骨架的化合物作为表面修饰剂。
<表面修饰剂A>
作为表面修饰剂,例如优选表面修饰剂A。另外,上述表面修饰剂A与在本发明的第1方式的说明中解说的表面修饰剂A相同。
<表面修饰剂B>
并且,表面修饰剂也优选为表面修饰剂B。另外,上述表面修饰剂B与在本发明的第1方式的说明中解说的表面修饰剂B相同。
<其他表面修饰剂>
并且,也优选本发明的膜(优选在无机物包含无机氧化物(氧化铝等)时)包含有机硅烷分子(优选具有烷氧基甲硅烷基的化合物)作为表面修饰剂。
作为上述有机硅烷分子,可以举出表面修饰剂A、表面修饰剂B及不对应于它们中的任何一种的其他表面修饰剂。
关于作为上述其他表面修饰剂的有机硅烷分子,例如可以举出3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-(2-氨基乙基)氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-(2-氨基乙基)氨基丙基三甲氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基三乙氧基硅烷及3-脲基丙基三乙氧基硅烷。
另外,有机硅烷分子可以以与无机物的表面形成共价键且与无机物一同形成表面修饰无机物的状态存在。
表面修饰剂可以单独使用一种,也可以使用两种以上。
当本发明的膜包含表面修饰剂时,表面修饰剂的含量相对于无机物的含量的质量比(表面修饰剂的含量/无机物的含量)优选0.0001~10,更优选0.0001~5。
并且,表面修饰剂A及表面修饰剂B的合计含量相对于无机氮化物(优选氮化硼和/或氮化铝)的含量的质量比(表面修饰剂A及表面修饰剂B的合计含量/无机氮化物的含量)优选0.0001~10,更优选0.0001~5。
作为表面修饰剂的有机硅烷分子(优选作为其他表面修饰剂的有机硅烷分子)的含量相对于无机氧化物(优选氧化铝)的含量的质量比(有机硅烷分子的含量/无机氧化物的含量)优选0.0001~10,更优选0.001~5。
〔固化促进剂〕
本发明的膜可以包含固化促进剂作为有机不挥发成分。
固化促进剂的种类并不受限制,例如可以举出三苯基膦、2-乙基-4-甲基咪唑、三氟化硼胺络合物、1-苄基-2-甲基咪唑及日本特开2012-067225号公报的段落0052中所记载的化合物。
固化促进剂可以单独使用一种,也可以使用两种以上。
当本发明的膜包含固化促进剂时,固化促进剂的含量相对于未反应的环氧化合物和来自聚合物中的环氧化合物的部分结构的合计含量的质量比,优选0.0001~10,更优选0.001~5。
〔分散剂〕
本发明的膜可以包含分散剂作为有机不挥发成分。
若本发明的膜包含分散剂,则在膜中的无机物的分散性得到提高,导热片的导热性和粘接性更优异。
作为分散剂,能够从通常使用的分散剂中适当选择。例如,可以举出DISPERBYK-106(BYK-Chemie GmbH制造)、DISPERBYK-111(BYK-Chemie GmbH制造)、ED-113(KusumotoChemicals,Ltd.制造)、AJISPER PN-411(Ajinomoto Fine-Techno Co.,Inc.制造)及REB122-4(Hitachi Chemical Co.,Ltd.制造)等。
分散剂可以单独使用一种,也可以使用两种以上。
当本发明的膜包含分散剂时,分散剂的含量相对于无机物的含量的质量比(分散剂的含量/无机物的含量)优选0.0001~10,更优选0.001~5。
《挥发成分》
本发明的膜包含挥发成分。
挥发成分为将膜在真空下(在旋转泵减压下,10Torr)且在120℃下加热(真空加热处理)了2小时时从膜中被去除的成分。
即,膜中的挥发成分的含量与由真空加热处理引起的膜的失重率一致。
挥发成分的含量相对于膜的总质量,优选超过0.03质量%,更优选超过0.10质量%且1.00质量%以下,进一步优选超过0.10质量%且0.50质量%以下。
当膜中的挥发成分的含量为上述范围的上限值以下时,在使膜固化时挥发成分的量少,因此认为能够抑制由于挥发成分从膜中脱离而导致产生孔隙,可得到更优异的导热性的导热片。
另一方面,当膜包含微量的有机溶剂等挥发成分且挥发成分的含量为上述范围的下限值以上时,认为在使用膜来形成导热片时构成膜的各成分能够适度流动,能够抑制在导热片中产生孔隙,所得到的导热片的导热性更优异。并且,在形成膜时使用包含挥发成分(有机溶剂等)的组合物(膜形成用组合物)并且使大部分的挥发成分从上述组合物中蒸发而形成膜时,在用于使挥发成分从组合物中蒸发的条件为所得到的膜中的挥发成分的含量成为上述范围的下限值以上的条件的情况下,认为具有存在于所得到的膜中的孔隙变少的倾向,最后得到的导热片的导热性更优异。
作为挥发成分,可以举出溶剂等。
作为溶剂,例如可以举出有机溶剂及水,优选有机溶剂。
作为有机溶剂,例如可以举出环戊酮、环己酮、乙酸乙酯、甲基乙基酮及四氢呋喃。
作为有机溶剂在常压下的沸点,优选40~150℃,更优选80~140℃。
有机溶剂的密度优选0.75g/cm3以上且小于1.2g/cm3,更优选0.8~1.1g/cm3,进一步优选0.85~1.0g/cm3。
当本发明的膜包含有机溶剂时,有机溶剂的含量的下限值相对于膜的总质量,优选超过0.03质量%,更优选超过0.10质量%。并且,上限值优选1.00质量%以下,更优选0.50质量%以下。
《特定密度比》
本发明的膜的利用阿基米德法求出的膜的实测密度(g/cm3)相对于由下述式(DI)求出的理论膜的密度(理论密度,单位:g/cm3)之比(特定密度比(实测密度/理论密度))为0.85以上。
特定密度比优选0.90以上。上限通常为2.00以下,1.00以下的情况较多。
另外,当膜中的挥发成分含量和孔隙充分少且膜中的聚合物形成了致密的交联结构等时,也有特定密度比超过1.00的情况。为了得到导热性更优异的导热片,认为也优选膜中的聚合物形成致密的交联结构。
另外,密度是指25℃下的密度。
Di=Df×Vf/100+1.2×Vr/100 (DI)
式(DI)中,Di为理论膜的密度(理论密度,单位:g/cm3)。
理论膜是指仅由上述无机物和密度为1.2g/cm3的有机成分构成的假设上的膜。另外,该理论膜在膜中没有孔隙。并且,理论膜中所包含的无机物是指与本发明的膜中所包含的无机物相同的种类的无机物。
换言之,理论膜是由无机物和密度为1.2g/cm3的有机成分无空隙地形成了膜的假设上的膜。该理论膜对应于除去了本发明的膜中的挥发成分,且成为无孔隙的状态(成分紧密地填充的状态),进而将有机不挥发成分替换为密度1.2g/cm3的有机成分而形成的膜。
另外,理论膜中的无机物的含有质量(Wf,单位:g)与本发明的膜中的无机物的含有质量相等。理论膜中的密度为1.2g/cm3的有机成分的含有质量(Wr,单位:g)与本发明的膜中的有机不挥发成分的含有质量相等。即,例如,当在本发明的膜中包含10g无机物及5g有机不挥发成分时,理论膜中的无机物的含量为10g,理论膜中的密度为1.2g/cm3的有机成分的含量为5g。
式(DI)中,Df为无机物的密度(g/cm3)。
无机物的密度为利用比重瓶法测定出的真密度。
并且,当所使用的无机物的种类及该种类的无机物的密度的值为已知时,可以将上述已知的密度的值作为无机物的密度。例如,氮化硼的密度通常为2.3g/cm3,氧化铝(alumina)的密度通常为3.9g/cm3。
当将上述已知的密度的值作为无机物的密度时且膜使用两种以上的无机物时,无机物整体的密度是用各无机物的含有比例(体积分数)对各无机物的密度进行加权平均而求出的。
另外,确定膜中所包含的无机物的种类及含有比例的方法并没有限制,能够使用公知的方法(基于电子显微镜的观察、红外光谱法和/或能量色散型X射线分析等)。
式(DI)中,Vf为理论膜中的无机物的体积相对于理论膜的体积的体积百分比。具体而言,Vf为由下述式(DII)求出的值。
Vf=(Wf/Df)/((Wf/Df)+(Wr/1.2))×100 (DII)
另外,(Wf/Df)是指无机物在理论膜中所占的体积(cm3)。
(Wr/1.2)是指有机成分在理论膜中所占的体积(cm3)。
式(DI)中,Vr的系数“1.2”的值为理论膜中的上述有机成分的密度(g/cm3)。
另外,上述有机成分的密度1.2g/cm3为本发明的膜中的有机不挥发成分的密度的近似值。
式(DI)中,Vr为理论膜中的有机成分的体积相对于理论膜的体积的体积百分比。具体而言,Vf为由下述式(DIII)求出的值。
Vr=100-Vf(DIII)。
更具体而言,理论密度是利用以下方法(燃烧法)求出的。
无机物的含有质量能够通过使用通常的灰分测定法进行测定。即,使用铂制、石英制或磁制的坩埚,将膜在500~550℃下处理(燃烧处理)4小时以上,灰化至残留物成为恒定量。将燃烧处理后的重量作为膜中所包含的无机物的含有质量(Wf,单位:g)。
接着,将与供于上述燃烧处理的膜相同的质量的膜在真空下(在旋转泵减压下,10Torr)且在120℃下加热(真空加热处理)2小时而从膜中去除挥发成分。
将进行了真空加热处理的膜的质量作为理论膜的质量(g),将从所得到的理论膜的质量中减去已测定完的无机物的含有质量(Wf,单位:g)而得到的质量的值作为理论膜中的有机成分的含有质量(Wr,单位:g)。
根据这些值,按照式(DII)求出无机物在理论膜中所占的体积的体积百分比(Vf)。另外,按照式(DIII)求出有机成分在理论膜中所占的体积的体积百分比(Vr)。
最后,按照式(DI)计算理论膜的密度(Di,单位:g/cm3)。
另外,当膜的配合或形成膜时所使用的组合物(膜形成用组合物)的配合为已知时,可以根据配合进行计算而求出膜的理论密度。
例如,当膜形成用组合物包含无机物、溶剂(有机溶剂等)及其他成分(酚化合物、环氧化合物、表面修饰剂等)时,视为膜(理论膜)仅由上述无机物和上述其他成分形成。
然后,作为上述无机物的质量(Wf,单位:g)。接着,将上述其他成分视为上述有机成分,将其他成分的合计质量作为有机成分的质量(Wr,单位:g)。
根据这些值,按照式(DII)求出理论膜中的无机物的体积百分比(Vf)。另外,按照式(DIII)求出理论膜中的有机成分的体积百分比(Vr)。
最后,能够按照式(DI)计算理论膜的密度(Di,单位:g/cm3)。
《热膨胀系数》
使在本发明的膜中作为有机不挥发成分而包含的具有未反应的羟基及未反应的环氧乙烷基的聚合物(该聚合物为酚化合物与环氧化合物的聚合物)固化而得到的树脂的热膨胀系数(线性膨胀系数)优选1×10-6~100×10-6/K,更优选1×10-6~75×10-6/K,进一步优选1×10-6~50×10-6/K。
上述树脂是指不包含无机物而仅使上述聚合物进一步固化而得到的树脂。
更具体而言,上述树脂是指使以与制作本发明的膜时相同的种类及比混合而成的环氧化合物与酚化合物的混合物的涂膜在与制作本发明的膜及本发明的导热片时相同的加热条件下固化反应而得到的树脂。
另外,上述混合物根据需要可以包含相对于环氧化合物的含量至多为1质量%的如上所述的固化促进剂。
并且,从调整粘度而能够形成均匀的涂膜的观点考虑,上述混合物根据需要可以包含如上所述的溶剂。
上述固化促进剂及溶剂优选为与膜中所包含的固化促进剂及溶剂相同的种类。
热膨胀系数能够使用TMA(thermomechanical analyzer:热机械分析仪)法来进行测定。
并且,本发明的膜中所使用的上述树脂的热膨胀系数相对于无机物的热膨胀系数之比(树脂的热膨胀系数/无机物的热膨胀系数)优选小于100,更优选小于75。下限通常为1以上。
另外,无机物的热膨胀系数也可以使用文献值,例如氮化硼的热膨胀系数通常为1×10-6/K,氧化铝的热膨胀系数通常为7×10-6/K。当使用文献值作为无机物的热膨胀系数时且膜使用两种以上的无机物时,无机物整体的热膨胀系数是用各无机物的含有比例(体积分数)对各无机物的热膨胀系数进行加权平均而求出的。
若树脂的热膨胀系数在如上所述的范围内,则树脂与无机物的热膨胀系数之差变得比较小。若树脂与无机物的热膨胀系数之差小,则认为例如在使本发明的膜热固化时,然后,在对热固化的膜(导热片)进行冷却时,不易产生以树脂与无机物的热膨胀系数之差为原因的、树脂与无机物的界面处的剥离(孔隙),所得到的导热片的导热性更优异。
《膜的制造方法》
〔组合物〕
本发明的膜优选使用膜形成用组合物(以下,也简称为“组合物”)来形成。
组合物例如优选包含如上所述的酚化合物、环氧化合物、无机物、表面修饰剂、固化促进剂、分散剂及溶剂等。
在组合物中,酚化合物和环氧化合物的合计含量相对于组合物的总固体成分,优选5~90质量%,更优选10~50质量%,进一步优选15~40质量%。
另外,固体成分是指组合物中的溶剂以外的成分,只要是溶剂以外的成分,则即使其性状为液体状,也视为固体成分。
组合物中的环氧化合物的含量与酚化合物的含量之比优选为环氧化合物的环氧乙烷基与酚化合物的羟基的当量比(环氧乙烷基的数量/羟基的数量)成为30/70~70/30的量,更优选为环氧化合物的环氧乙烷基与酚化合物的羟基的当量比成为40/60~60/40的量,进一步优选为环氧化合物的环氧乙烷基与酚化合物的羟基的当量比成为45/55~55/45的量。
并且,当组合物包含其他含活性氢化合物时,环氧化合物的含量与酚化合物及其他含活性氢化合物的合计含量之比优选为环氧化合物的环氧乙烷基与活性氢(羟基中的氢原子等)的当量比(环氧乙烷基的数量/活性氢的数量)成为30/70~70/30的量,更优选为环氧化合物的环氧乙烷基与活性氢(羟基中的氢原子等)的当量比成为40/60~60/40的量,进一步优选为环氧化合物的环氧乙烷基与活性氢(羟基中的氢原子等)的当量比成为45/55~55/45的量。
在组合物中,溶剂(优选有机溶剂)的含量优选为使组合物的固体成分浓度相对于组合物的总质量成为20~90质量%的量,更优选为使组合物的固体成分浓度相对于组合物的总质量成为30~85质量%的量,进一步优选为使组合物的固体成分浓度相对于组合物的总质量成为40~85质量%的量。
在组合物中,上述的环氧化合物、酚化合物及溶剂以外的各成分相对于组合物的总固体成分的优选含量与在上面作为本发明的膜中的各成分的优选含量而叙述的含量相同。
组合物的制造方法并不受特别限制,能够采用公知的方法,例如能够混合上述各种成分来进行制造。在进行混合时,可以将各种成分一并混合,也可以依次混合。
混合成分的方法并没有特别限制,能够使用公知的方法。混合中所使用的混合装置优选浸没式分散机,例如可以举出自转公转搅拌机、高速旋转剪切型搅拌机等搅拌机、胶体磨、辊磨机、高压喷射式分散机、超声波分散机、珠磨机及均质机。混合装置可以单独使用一种,也可以使用两种以上。在混合前后和/或与此同时可以进行除气处理。
〔膜的制作〕
本发明的膜通常是将组合物涂布于基材上而制作的。
作为具体例,在基材上涂布组合物而形成组合物膜,并对所得到的组合物膜实施进行干燥处理的工序(干燥工序)而制成涂膜(膜)。
在上述干燥工序中,干燥温度优选105~128℃,更优选110~125℃。
并且,干燥温度优选为相对于组合物所包含的溶剂的沸点低3℃以上的温度,更优选为低5~20℃的温度,优选为低7~15℃的温度。
若为上述干燥温度的范围的下限以上,则认为能够从组合物膜中充分去除挥发成分(主要是溶剂)。
若为上述干燥温度的范围的上限以下,则在组合物膜中比较稳定地进行酚化合物与环氧化合物的固化反应,因此能够抑制组合物膜从表面开始迅速固化。并且,若为上述干燥温度的范围的上限以下,则还能够抑制挥发成分欲急剧蒸发。因此,若为上述干燥温度的范围的上限以下,则认为可抑制在组合物膜内挥发成分的压力变高,挥发成分能够从组合物膜中顺畅且稳定地脱离,从而挥发成分难以在组合物膜内(及所形成的涂膜内)产生孔隙。
即,若设为上述范围的处理温度,则容易控制所得到的膜中的孔隙及挥发成分的量,容易得到规定的特定密度比及挥发成分的含量的膜。
处理时间优选1~15分钟,更优选2~10分钟。
可以将如此得到的涂膜作为本发明的膜,也可以将对如此得到的涂膜进一步实施处理之后作为本发明的膜。
例如,通过对所得到的涂膜一边加热一边进行冲压加工,容易得到在膜中孔隙少且成为规定的特定密度比的膜。
在上述冲压加工中,加热温度优选40~90℃,更优选50~80℃,进一步优选60~70℃。
在上述冲压加工中,当使用平板压机时,冲压压力优选5~15MPa,更优选11~13MPa。
在上述冲压加工中,当使用平板压机时,冲压时间优选0.5~10分钟,更优选0.5~5分钟。
冲压加工中所使用的压力机并没有限制,除了平板压机以外,还可以使用辊压机。
当使用辊压机时,例如优选将在基材上形成涂膜而得到的带涂膜的基材夹持于两根辊对置的一对辊之间,一边使上述一对辊旋转而使上述带涂膜的基材通过,一边沿上述带涂膜的基材的膜厚方向附加压力。上述带涂膜的基材可以仅在涂膜的一面存在基材,也可以在涂膜的两面存在基材。上述带涂膜的基材可以仅通过一次辊压机,也可以通过多次。
基于平板压机的处理和基于辊压机的处理可以仅实施其中一种,也可以实施两种。
并且,可以在进行冲压加工之前,在各个基材上形成涂膜,并且在使所得到的涂膜彼此接触的状态下进行冲压加工。
所得到的膜在干燥处理和/或冲压加工的过程中酚化合物与环氧化合物的反应已进行一定程度,典型地成为进行正式固化之前的所谓的B阶状态的半固化膜。
只要能够通过对膜进一步进行加热等而进一步进行聚合反应(正式固化),则膜中的酚化合物与环氧化合物的反应的进行程度没有特别限制。
其中,膜中的反应的进行程度例如优选为,在使组合物固化时利用DSC法(差示扫描量热测定法,升温速度:10℃/分钟,试验温度:25~280℃)检测出的基于酚化合物与环氧化合物的反应的发热峰值的峰值面积设为100时,同样地使膜固化时利用DSC法检测出的基于酚化合物与环氧化合物的反应的发热峰值的峰值面积成为10~60(优选30~50)的反应的进行程度。另外,在上述DSC法中,将供于试验的组合物的固体成分的质量和供于试验的膜的质量调整为一致后进行试验。
本发明的膜的膜厚优选100~300μm,更优选150~250μm。
[导热片]
《导热片的制作》
使本发明的膜固化而得到本发明的导热片。
固化方法并没有特别限制,优选热固化反应(热固化处理)。
热固化处理时的加热温度并不受特别限制。例如,加热温度在优选50~250℃、更优选130~250℃、进一步优选150~200℃。并且,在进行热固化处理时,可以实施多次不同温度的加热处理。
并且,可以在一部分或全部的热固化处理中并行进行如上所述的冲压加工。
在上述冲压加工中,当使用平板压机时,冲压压力优选5~15MPa,更优选11~13MPa。
在上述冲压加工中,当使用平板压机时,冲压时间优选2~60分钟,更优选10~30分钟。
冲压加工中所使用的压力机并没有限制,除了平板压机以外,还可以使用辊压机。
当本发明的膜为在膜的一面或两面具有基材的带基材的膜(带膜的基材)时,在热固化处理之前,可以从膜上分离一个或两个基材,也可以不分离。可以在使分离一个或两个基材而露出的膜的面与不同的材料(器件等)接触的状态下进行热固化处理。
并且,可以在进行热固化处理之前,在各个基材和/或材料上形成膜,并在使所得到的膜彼此接触的状态下实施热固化处理。
《导热片的特征》
导热片的膜厚优选100~300μm,更优选150~250μm。
本发明的导热片的导热性优选为各向同性,而不是各向异性。
本发明的导热片的利用阿基米德法求出的实测密度(g/cm3)相对于理论密度(g/cm3)之比(实测密度/理论密度)优选0.90以上,更优选0.96以上,进一步优选0.99以上。上限通常为2.00以下。
导热片的理论密度是在上述膜的理论密度的计算中将膜替换为导热片而同样地求出的。
导热片优选为绝缘性(电绝缘性)。
例如,导热片在23℃、相对湿度65%下的体积电阻率优选1010Ω·cm以上,更优选1012Ω·cm以上,进一步优选1014Ω·cm以上。上限并不受特别限制,但通常为1018Ω·cm以下。
《导热片的用途》
本发明的导热片能够用作散热片等散热材料,且能够用于各种器件的散热用途。更具体而言,通过在器件上配置包含本发明的导热片的导热层来制作带导热层的器件,能够高效率地将来自器件的发热由导热层进行散热。
本发明的导热片具有充分的导热性,并且具有高耐热性,因此适合于个人电脑、一般家电及汽车等各种电气设备中所使用的功率半导体器件的散热用途。
另外,本发明的导热片的密合性也优异。因此,也优选将本发明的膜用作具有导热性的粘接剂。
本发明的导热片可以与由本发明的膜形成的部件以外的其他部件组合而使用。
例如,本发明的导热片可以与本发明的导热片以外的薄片状的支撑体组合。
作为薄片状的支撑体,可以举出塑料薄膜、金属薄膜或玻璃板。作为塑料薄膜的材料,例如可以举出聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等聚酯、聚碳酸酯、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚酰胺、聚烯烃、纤维素衍生物及硅酮。作为金属薄膜,可以举出铜薄膜。
实施例
以下,根据实施例对本发明进行进一步详细的说明。以下实施例所示的材料、使用量、比例、处理内容及处理步骤等只要不脱离本发明的宗旨,则能够适当进行变更。因此,本发明的范围不应通过以下所示的实施例进行限定性解释。
另外,以下示出实施例A~D,在各个实施例内提及的实施例编号及表编号等是关于各个实施例内的实施例编号及表编号等而提及的。例如,在实施例B内提及的实施例1是指实施例B内的实施例1。同样地,在实施例C内提及的表1是指实施例C内的表1。
<<实施例A:本发明的第1方式所涉及的实施例>>
以下,记载关于本发明的第1方式的实施例。
〔组合物的制备及评价〕
[各种成分]
以下示出实施例及比较例中所使用的各种成分。
<酚化合物>
以下示出实施例及比较例中所使用的酚化合物。
另外,实施例中所使用的酚化合物是参考美国专利第4992596号说明书来合成的。
[化学式50]
<环氧化合物>
以下示出实施例及比较例中所使用的环氧化合物。
另外,下述B-5为两种环氧化合物的混合物(商品名:Epo Tohto ZX-1059,TohtoKasei Co.,Ltd.制造)。
[化学式51]
[化学式52]
<无机物>
以下示出实施例及比较例中所使用的无机物。
“PTX-60”:凝聚状氮化硼(平均粒径:60μm,Momentive制造)
“PT-110”:扁平状氮化硼(平均粒径:45μm,Momentive制造)
“AA-3”:氧化铝(平均粒径:3μm,Sumitomo Chemical Company,Limited制造)
“AA-04”:氧化铝(平均粒径:0.4μm,Sumitomo Chemical Company,Limited制造)
“S-50”:氮化铝(平均粒径:55μm,MARUWA CO.,LTD.制造)
“HP40 MF100”:凝聚状氮化硼(平均粒径:40μm,Mizushima Ferroalloy Co.,Ltd.制造)
<固化促进剂>
作为固化促进剂,使用了PPh3(三苯基膦)。
<溶剂>
作为溶剂,使用了环戊酮。
<分散剂>
作为分散剂,使用了DISPERBYK-106(具有酸性基团的聚合物盐)。
<氧化铝用表面处理剂(有机硅烷分子)>
作为氧化铝用表面修饰剂,使用了下述化合物。
[化学式53]
<无机氮化物用表面修饰剂>
以下示出实施例及比较例中所使用的无机氮化物用表面修饰剂。
[化学式54]
[组合物的制备]
制备出将下述表1所示的组合的环氧化合物和酚化合物以当量(环氧化合物的环氧乙烷基的数量与酚化合物的羟基的数量变相等的量)配合的固化液。
以上述固化液、溶剂、分散剂、表面修饰剂(氧化铝用表面修饰剂、无机氮化物用表面修饰剂)及固化促进剂的顺序混合之后,添加了无机物。用自转公转搅拌机(THINKYCORPORATION制造,Awatori Rentaro ARE-310)将所得到的混合物处理5分钟而得到了各实施例或比较例的组合物(导热材料形成用组合物)。
在此,溶剂的添加量设为组合物的固体成分浓度成为50~80质量%的量。
另外,将组合物的固体成分浓度在上述范围内对每种组合物调整为使组合物的粘度分别成为相同程度。
固化促进剂的添加量设为组合物中的固化促进剂的含量相对于环氧化合物的含量成为1质量%的量。
无机物的添加量(所有无机物的合计)设为组合物中的无机物的含量相对于组合物的总固体成分成为表1所示的值(质量%)的量。
并且,将无机物以使各无机物的含量的比(质量比)满足表1所示的关系的方式混合使用。
分散剂的添加量设为组合物中的分散剂的含量相对于无机物的含量成为0.2质量%的量。
氧化铝用表面修饰剂的添加量设为组合物中的氧化铝用表面修饰剂的含量相对于氧化铝的含量(AA-3和AA04的合计含量)成为0.2质量%的量。另外,当组合物不包含氧化铝时,不使用氧化铝用表面修饰剂。
当使用无机氮化物用表面修饰剂时,无机氮化物用表面修饰剂的添加量设为组合物中的无机氮化物用表面修饰剂的含量相对于无机氮化物的含量(PTX-60、PT-110、HP-40MF100、S-50的合计添加量)成为0.3质量%的量。
[评价]
<导热性>
使用敷抹器在经脱模处理的聚酯薄膜(NP-100A,PANAC Corporation制造,膜厚100μm)的脱模面上均匀地涂布所制备出的组合物,并在120℃下放置5分钟而得到了涂膜。
制作两片这样的带涂膜的聚酯薄膜,将两片带涂膜的聚酯薄膜彼此的涂膜面彼此贴合之后,在空气下进行热压(在热板温度65℃、压力12MPa下处理1分钟),由此得到了半固化膜。将所得到的半固化膜在空气下通过热压(在热板温度160℃、压力12MPa下处理20分钟之后,进而在常压下且在180℃下处理90分钟)进行处理而使涂膜固化,从而得到了树脂片。剥离位于树脂片的两面的聚酯薄膜,得到了平均膜厚200μm的导热性薄片。
使用利用各组合物而得到的各个导热性薄片实施了导热性评价。利用下述方法进行导热率的测定,并按照下述基准评价了导热性。
(导热率(W/m·K)的测定)
(1)使用NETZSCH公司制造的“LFA467”并利用激光闪光法测定了导热性薄片的厚度方向的热扩散系数。
(2)使用Mettler Toledo International Inc.制造的天平“XS204”并利用阿基米德法(使用“固体比重测定套件”)测定了导热性薄片的比重。
(3)使用Seiko Instruments Inc.制造的“DSC320/6200”,在10℃/分钟的升温条件下求出了25℃下的导热性薄片的比热。
(4)所得到的热扩散系数乘以比重及比热来计算出导热性薄片的导热率。
(评价基准)
根据下述基准将所测定出的导热率进行区分,并评价了导热性。
“A+”:15W/m·K以上
“A”:10W/m·K以上且小于15W/m·K
“B”:8W/m·K以上且小于10W/m·K
“C”:5W/m·K以上且小于8W/m·K
“D”:小于5W/m·K
将结果示于表1。
<绝缘性>
使用HIRESTA MCP-HT450型(Mitsubishi Chemical Analytech Co.,Ltd.制造)测定了以与上述“导热性”的评价相同的方式制作出的导热性薄片在23℃、相对湿度65%下的体积电阻值。
(评价基准)
根据下述基准将所测定出的导热性薄片的体积电阻值进行区分,并评价了绝缘性。
“A”:1014Ω·cm以上
“B”:1012Ω·cm以上且小于1014Ω·cm
“C”:1010Ω·cm以上且小于1012Ω·cm
“D”:小于1010Ω·cm
<粘接性>
将铜板彼此作为被粘结体,将组合物用作粘接剂而实施了依照JIS K 6850的拉伸剪切试验。
另外,试验体是将两片铜板(尺寸:100mm×25mm×0.3mm)以粘接面积12.5mm×25mm进行贴合而制作的。
组合物的固化条件设为与在导热性测定中制作导热性薄片时相同。
试验中使用Tensilon万能材料试验机RTc-1225A,拉伸速度设为0.05mm/s。
(评价基准)
按照下述基准将所测定出的断裂应力进行区分,并评价了粘接性。
“A”:5MPa以上
“B”:4MPa以上且小于5MPa
“C”:3MPa以上且小于4MPa
“D”:小于3MPa
[结果]
以下示出表1。
在表1中,“特定骨架”栏示出所使用的环氧化合物是否具有联苯骨架。当满足上述要件时记载为A,当不满足时记载为B。
“官能团数”栏示出所使用的酚化合物的羟基含量(mmol/g)。
“表面修饰剂”栏示出所使用的无机氮化物用表面修饰剂的种类。
[表1]
[表2]
[表3]
根据表所示的结果确认到,若使用本发明的组合物,则可得到导热性优异的导热材料。并且,确认到上述导热材料的绝缘性及粘接性也优异。
确认到当所使用的酚化合物的羟基含量为12.0mmol/g以上时,所得到的导热材料的导热性及粘接性更优异(实施例28~38、65、66的结果等)。
确认到当所使用的酚化合物的分子量为400以下时,所得到的导热材料的导热性及粘接性更优异(实施例28~38、65、66的结果等)。
确认到当所使用的环氧化合物为具有联苯骨架的化合物时,所得到的导热材料的导热性更优异(使用B-1或B-2作为环氧化合物的实施例的结果等)。
确认到当使用具有稠环骨架或三嗪骨架的化合物作为表面修饰剂时,所得到的导热材料的导热性更优异(实施例1~5、7~9、11~16的结果等)。
<<实施例B:本发明的第2方式所涉及的实施例>>
以下,记载关于本发明的第2方式的实施例。
[组合物的制备]
〔各种成分〕
以下示出实施例及比较例中所使用的各种成分。
<酚化合物>
以下示出实施例及比较例中所使用的酚化合物。
另外,实施例中所使用的酚化合物A1~A4是参考美国专利第4992596号说明书来合成的。
[化学式55]
<环氧化合物>
以下示出实施例及比较例中所使用的环氧化合物。
另外,下述B-5为两种环氧化合物的混合物(商品名:Epo Tohto ZX-1059,TohtoKasei Co.,Ltd.制造)。
[化学式56]
<无机物>
以下示出实施例及比较例中所使用的无机物。
“PTX-60”:凝聚状氮化硼(平均粒径:60μm,Momentive制造)
“AA-3”:氧化铝(平均粒径:3μm,Sumitomo Chemical Company,Limited制造)
“AA-04”:氧化铝(平均粒径:0.4μm,Sumitomo Chemical Company,Limited制造)
“HP40 MF100”:凝聚状氮化硼(平均粒径:40μm,Mizushima Ferroalloy Co.,Ltd.制造)
<固化促进剂>
作为固化促进剂,使用了PPh3(三苯基膦)。
<溶剂>
作为溶剂,使用了环戊酮。
<分散剂>
作为分散剂,使用了DISPERBYK-106(具有酸性基团的聚合物盐)。
<氧化铝用表面处理剂(有机硅烷分子)>
作为氧化铝用表面修饰剂,使用了下述化合物。
[化学式57]
<无机氮化物用表面修饰剂>
以下示出实施例及比较例中所使用的无机氮化物用表面修饰剂。
[化学式58]
〔酚化合物对于氮化硼的吸附量〕
将实施例及比较例中所使用的各酚化合物(10mg)分别溶解于乙腈(100mL)中,进而稀释为1/10,由此得到了溶液。另外,当酚化合物不溶解于乙腈时,代替乙腈而使用了THF(四氢呋喃)。测定所得到的溶液的紫外可见吸收光谱(测定装置:SHIMADZU CORPORATION制造的UV-3100PC),并求出了在吸收极大波长下的吸光度X。
接着,向上述溶液(20mL=含有酚化合物0.2mg。并且,对应于下述式(2)中的“溶液中的酚化合物的含量(mg)”。)中添加Denka Company Limited制造的氮化硼“SGPS”(0.5g。并且,对应于下述式(2)中的“溶液中的氮化硼的含量(g)”。),并搅拌了几秒钟。搅拌后,将所得到的溶液的上清液用0.45μm过滤器进行了过滤。使用所得到的滤液,与上述同样地测定滤液的紫外可见吸收光谱(测定装置:SHIMADZU CORPORATION制造的UV-3100PC),并求出了在吸收极大波长下的吸光度Y。
接着,计算出添加氮化硼而得到的上述滤液在吸收极大波长下的吸光度Y相对于添加氮化硼之前的溶液在吸收极大波长下的吸光度X的值,并利用下述式(2)计算出酚化合物对于氮化硼1g的吸附量(mg)。
[数式1]
〔环氧化合物对于氮化硼的吸附量〕
对于实施例及比较例中所使用的各环氧化合物,也通过与上述〔酚化合物对于氮化硼的吸附量〕相同的方法计算出对于氮化硼1g的吸附量〔mg〕。
〔组合物的制备〕
制备出将下述表1所示的组合的环氧化合物和酚化合物以当量(环氧化合物的环氧基的数量与酚化合物的羟基的数量变相等的量)配合的固化液。
以上述固化液、溶剂、分散剂、表面修饰剂(氧化铝用表面修饰剂、无机氮化物用表面修饰剂)及固化促进剂的顺序混合之后,添加了无机物。用自转公转搅拌机(THINKYCORPORATION制造,Awatori Rentaro ARE-310)将所得到的混合物处理5分钟而得到了各实施例或比较例的组合物(导热材料形成用组合物)。
在此,溶剂的添加量设为组合物的固体成分浓度成为50~80质量%的量。
另外,将组合物的固体成分浓度在上述范围内对每种组合物调整为使组合物的粘度分别成为相同程度。
固化促进剂的添加量设为组合物中的固化促进剂的含量相对于环氧化合物的含量成为1质量%的量。
无机物的添加量(所有无机物的合计)设为组合物中的无机物的含量相对于组合物的总固体成分成为表1所示的值(质量%)的量。
并且,将无机物以使各无机物的含量的比(质量比)满足表1所示的关系的方式混合使用。
分散剂的添加量设为组合物中的分散剂的含量相对于无机物的含量成为0.2质量%的量。
氧化铝用表面修饰剂的添加量设为组合物中的氧化铝用表面修饰剂的含量相对于氧化铝的含量(AA-3和AA-04的合计含量)成为0.2质量%的量。另外,当组合物不包含氧化铝时,不使用氧化铝用表面修饰剂。
当使用无机氮化物用表面修饰剂时,无机氮化物用表面修饰剂的添加量设为组合物中的无机氮化物用表面修饰剂的含量相对于无机氮化物的含量(PTX-60或HP-40MF100的合计添加量)成为0.3质量%的量。
[薄片状的导热材料的制作]
使用敷抹器在经脱模处理的聚酯薄膜(NP-100A PANAC Corporation制造,膜厚100μm)的脱模面上均匀地涂布所制备出的组合物之后,将所得到的组合物膜在120℃下干燥5分钟,由此得到了涂膜。
制作两片这样的带涂膜的聚酯薄膜,将两片带涂膜的聚酯薄膜彼此的涂膜面彼此贴合之后,在空气下进行热压(在热板温度65℃、压力12MPa下处理1分钟),由此得到了半固化膜。将所得到的半固化膜在空气下通过热压(在热板温度160℃、压力12MPa下处理20分钟之后,进而在常压下且在180℃下处理90分钟)进行处理而使涂膜固化,从而得到了树脂片。剥离位于树脂片的两面的聚酯薄膜,得到了平均膜厚200μm的薄片状的导热材料。
[各种评价]
〔密度比〕
<导热材料的实测密度的测定>
使用Mettler Toledo International Inc.制造的天平“XS204”并利用阿基米德法(使用“固体比重测定套件”)测定了导热材料的实测密度。
<导热材料的理论密度的测定>
导热材料的理论密度是根据组合物的配合并利用说明书中所记载的方法进行计算而求出的。此时,计算出氮化硼的密度为2.3g/cm3,且氧化铝(alumina)的密度为3.9g/cm3。
另外,对于实施例1中所制作出的导热材料,还使用说明书中所记载的燃烧法求出了理论密度,其结果,利用燃烧法得到的理论密度与根据组合物的配合并通过计算而求出的理论密度非常一致。
根据所得到的实测密度和理论密度计算密度比X(实测密度/理论密度),并根据下述基准进行了区分。
<评价基准>
“A”:密度比X为0.99以上
“B”:密度比X为0.96以上且小于0.99
“C”:密度比X小于0.96
将结果示于表1。
〔导热性〕
<导热率(W/m·k)的测定>
使用各个导热材料实施了导热性评价。利用下述方法进行导热率的测定,并按照下述基准评价了导热性。
(1)使用NETZSCH公司制造的“LFA467”并利用激光闪光法测定了导热材料的厚度方向的热扩散系数。
(2)使用Mettler Toledo International Inc.制造的天平“XS204”并利用阿基米德法(使用“固体比重测定套件”)测定了导热材料的比重。
(3)使用Seiko Instruments Inc.制造的“DSC320/6200”,在10℃/分钟的升温条件下求出了25℃下的导热材料的比热。
(4)所得到的热扩散系数乘以比重及比热来计算出导热材料的导热率。
<评价基准>
根据下述基准将所测定出的导热率进行区分,并评价了导热性。
“A+”:15W/m·K以上
“A”:10W/m·K以上且小于15W/m·K
“B”:8W/m·K以上且小于10W/m·K
“C”:5W/m·K以上且小于8W/m·K
“D”:小于5W/m·K
将结果示于表1。
〔绝缘性〕
使用HIRESTA MCP-HT450型(Mitsubishi Chemical Analytech Co.,Ltd.制造)测定了以与上述“导热性”的评价相同的方式制作出的导热材料在23℃、相对湿度65%下的体积电阻值。
<评价基准>
根据下述基准将所测定出的导热材料的体积电阻值进行区分,并评价了绝缘性。
“A”:1014Ω·cm以上
“B”:1012Ω·cm以上且小于1014Ω·cm
“C”:1010Ω·cm以上且小于1012Ω·cm
“D”:小于1010Ω·cm
将结果示于表1。
〔粘接性〕
将铜板彼此作为被粘结体,将组合物用作粘接剂而实施了依照JIS K 6850的拉伸剪切试验。
另外,试验体是将两片铜板(尺寸:100mm×25mm×0.3mm)以粘接面积12.5mm×25mm进行贴合而制作的。
组合物的固化条件设为与在导热性测定中制作导热材料时相同。
试验中使用Tensilon万能材料试验机RTc-1225A,拉伸速度设为0.05mm/s。
<评价基准>
按照下述基准将所测定出的断裂应力进行区分,并评价了粘接性。
“A”:5MPa以上
“B”:4MPa以上且小于5MPa
“C”:3MPa以上且小于4MPa
“D”:小于3MPa
将结果示于表1。
[结果]
以下示出表1。
另外,在表1中,“酚化合物”栏中的“BN吸附量(mg/g)”是指所使用的酚化合物对于氮化硼1g的吸附量(mg)。
并且,“酚化合物”栏中的“官能团数”是指所使用的酚化合物的羟基含量(mmol/g)。
并且,“环氧化合物”栏中的“BN吸附量(mg/g)”是指所使用的环氧化合物对于氮化硼1g的吸附量(mg)。
并且,“环氧化合物”栏中的“官能团数”是指所使用的环氧化合物的环氧乙烷基的含量(mmol/g)。
并且,“环氧化合物”栏中的“特定骨架”表示所使用的环氧化合物是否具有联苯骨架。当满足上述要件时记载为A,当不满足时记载为B。
并且,“表面修饰剂”栏示出所使用的无机氮化物用表面修饰剂的种类。
根据表1明确了,根据实施例的组合物,能够形成导热性优异的导热材料。并且,确认到上述导热材料的绝缘性及粘接性也优异。
并且,明确了当本发明的组合物包含氮化硼的表面修饰剂时,所得到的导热材料的导热率更优异(实施例1与实施例2的对比、实施例4与实施例5及实施例7的对比)。
并且,明确了当本发明的组合物中所包含的环氧化合物具有联苯骨架时,所得到的导热材料的导热率更优异,且密度比X成为“A”评价(换言之,孔隙的产生进一步得到抑制)(实施例4及实施例10与实施例11~16的对比)。
并且,明确了当本发明的组合物中所包含的特定酚化合物的羟基含量为12.0mmol/g以上时,所得到的导热材料的导热率更优异(实施例4与实施例17~21的对比)。另一方面,明确了当特定酚化合物对于氮化硼1g没有吸附量时,所得到的导热材料的绝缘性及组合物的粘接性具有下降的倾向(实施例20的结果)。
<<实施例C:本发明的第3方式所涉及的实施例>>
以下,记载关于本发明的第3方式的实施例。
[组合物的制备]
〔各种成分〕
以下示出实施例及比较例中所使用的各种成分。
<酚化合物>
以下示出实施例及比较例中所使用的酚化合物。
另外,实施例中所使用的酚化合物A1~A4是参考美国专利第4992596号说明书来合成的。
[化学式59]
<环氧化合物>
以下示出实施例及比较例中所使用的环氧化合物。
另外,下述B-5为两种环氧化合物的混合物(商品名:Epo Tohto ZX-1059,TohtoKasei Co.,Ltd.制造)。
[化学式60]
[化学式61]
<无机物>
以下示出实施例及比较例中所使用的无机物。
“PTX-60”:凝聚状氮化硼(平均粒径:60μm,Momentive制造)
“AA-3”:氧化铝(平均粒径:3μm,Sumitomo Chemical Company,Limited制造)
“AA-04”:氧化铝(平均粒径:0.4μm,Sumitomo Chemical Company,Limited制造)
“HP40 MF100”:凝聚状氮化硼(平均粒径:40μm,Mizushima Ferroalloy Co.,Ltd.制造)
<固化促进剂>
作为固化促进剂,使用了PPh3(三苯基膦)。
<溶剂>
作为溶剂,使用了环戊酮。
<分散剂>
作为分散剂,使用了DISPERBYK-106(具有酸性基团的聚合物盐)。
<氧化铝用表面处理剂(有机硅烷分子)>
作为氧化铝用表面修饰剂,使用了下述化合物。
[化学式62]
<无机氮化物用表面修饰剂>
以下示出实施例及比较例中所使用的无机氮化物用表面修饰剂。
[化学式63]
〔组合物的制备〕
制备出将下述表1所示的组合的环氧化合物和酚化合物配合成酚化合物中所包含的羟基相对于环氧化合物中所包含的环氧乙烷基的当量比(羟基的数量/环氧乙烷基的数量)成为1的固化液。
以上述固化液、溶剂、分散剂、表面修饰剂(氧化铝用表面修饰剂、无机氮化物用表面修饰剂)及固化促进剂的顺序混合之后,添加了无机物。用自转公转搅拌机(THINKYCORPORATION制造,Awatori Rentaro ARE-310)将所得到的混合物处理5分钟而得到了各实施例或比较例的组合物(导热材料形成用组合物)。
在此,溶剂的添加量设为组合物的固体成分浓度成为50~80质量%的量。
另外,将组合物的固体成分浓度在上述范围内对每种组合物调整为使组合物的粘度分别成为相同程度。
固化促进剂的添加量设为组合物中的固化促进剂的含量相对于环氧化合物的含量成为1质量%的量。
无机物的添加量(所有无机物的合计)设为组合物中的无机物的含量相对于组合物的总固体成分成为表1所示的值(质量%)的量。
并且,将无机物以使各无机物的含量的比(质量比)满足表1所示的关系的方式混合使用。
分散剂的添加量设为组合物中的分散剂的含量相对于无机物的含量成为0.2质量%的量。
氧化铝用表面修饰剂的添加量设为组合物中的氧化铝用表面修饰剂的含量相对于氧化铝的含量(AA-3和AA-04的合计含量)成为0.2质量%的量。另外,当组合物不包含氧化铝时,不使用氧化铝用表面修饰剂。
当使用无机氮化物用表面修饰剂时,无机氮化物用表面修饰剂的添加量设为组合物中的无机氮化物用表面修饰剂的含量相对于无机氮化物(PTX-60或HP-40MF100)的含量成为0.3质量%的量。
[导热材料的制作]
使用敷抹器在经脱模处理的聚酯薄膜(NP-100A PANAC Corporation制造,膜厚100μm)的脱模面上均匀地涂布所制备出的组合物之后,将所得到的组合物膜在120℃下干燥5分钟,由此得到了涂膜。
制作两片这样的带涂膜的聚酯薄膜,将两片带涂膜的聚酯薄膜彼此的涂膜面彼此贴合之后,在空气下进行热压(在热板温度65℃、压力12MPa下处理1分钟),由此得到了半固化膜。将所得到的半固化膜在空气下通过热压(在热板温度160℃、压力12MPa下处理20分钟之后,进而在常压下且在180℃下处理90分钟)进行处理而使涂膜固化,从而得到了树脂片。剥离位于树脂片的两面的聚酯薄膜,得到了平均膜厚200μm的薄片状的导热材料。
[各种评价]
〔粘度X〕
将下述表1所示的各组合物中的环氧化合物和酚化合物配合成酚化合物中所包含的羟基相对于环氧化合物中所包含的环氧乙烷基的当量比(羟基的数量/环氧乙烷基的数量)成为1,并且将粉体用乳钵磨碎并充分进行了混合。使用RheoStress RS6000(EKOINSTRUMENTS CO.,LTD.制造),在100℃~180℃的范围内测定所得到的混合物(对应于上述组合物T)的粘度,并读取了150℃下的粘度。在升温速度为3℃/min、剪切速度为10(1/s)下进行了测定。
根据下述基准将所测定出的粘度值(粘度X)进行区分,并进行了评价。
将结果示于表1。
<评价基准>
“A”:200mPa·s以下
“B”:超过200mPa·s且500mPa·s以下
“C”:超过500mPa·s且1000mPa·s以下
“D”:超过1000mPa·s
〔热膨胀系数〕
将下述表1所示的各组合物中的环氧化合物和酚化合物配合成酚化合物中所包含的羟基相对于环氧化合物中所包含的环氧乙烷基的当量比(羟基的数量/环氧乙烷基的数量)成为1,并加入溶剂、固化促进剂而制备出固化液。
将上述固化液涂布于PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜上,并以在120℃下5分钟、在160℃下20分钟、在180℃下90分钟的顺序进行热处理而得到了膜状的聚合物。从PET上剥离所得到的聚合物,并使用TMA(thermomechanical analyzer:热机械分析仪)测定了热膨胀系数(线性膨胀系数)。TMA使用NETZSCH公司制造的TMA4000SE,进行压缩测定,在-30℃~150℃的范围内以2℃/min改变温度,根据此时的位移量计算出线性热膨胀系数。另外,使用根据实施例1~21的各组合物并通过上述步骤制备出的固化液而得到的膜状的聚合物的热膨胀系数(线性膨胀系数)均为1×10-6/K~100×10-6/K。
另外,固化促进剂的添加量设为固化液中的固化促进剂的含量相对于环氧化合物的含量成为1质量%的量。并且,溶剂的添加量设为固化液的固体成分浓度成为20~60质量%的量而分别调整为使固化液的粘度分别成为相同程度。
另外,求出组合物中所包含的无机物的热膨胀系数(线性膨胀系数),并计算出聚合物的热膨胀系数相对于无机物的热膨胀系数之比。
另外,无机物的热膨胀系数采用文献值,计算出氮化硼为1×10-6/K,氧化铝为7×10-6/K。当组合物包含两种以上的无机物时,无机物整体的热膨胀系数是用各无机物的含有比例(体积分数)对各无机物的热膨胀系数进行加权平均而求出的。
根据下述基准将所求出的热膨胀系数之比(聚合物的热膨胀系数/无机物的热膨胀系数)进行了区分。
<评价基准>
“A”:热膨胀系数之比小于75
“B”:热膨胀系数之比为75以上且小于100
“C”:热膨胀系数之比为100以上
〔储存弹性模量〕
使用利用各组合物而得到的各个导热材料实施了储存弹性模量的评价。具体而言,使用动态粘弹性测定装置进行测定,并读取了200℃下的储存弹性模量的值。
根据下述基准将所测定出的储存弹性模量进行区分,并进行了评价。
<评价基准>
“A”:500MPa以上
“B”:300MPa以上且小于500MPa
“C”:小于300MPa
〔无机物的取向性〕
使用利用各组合物而得到的各个导热材料实施了氮化硼(BN)的取向性的评价。具体而言,进行X射线衍射测定,将利用下述式(1)求出的值作为取向度,根据后述的评价基准进行了评价。
式(1):I(002)/I(100)
I(002):通过X射线衍射测定的来自氮化硼的(002)面的峰强度,
I(100):通过X射线衍射测定的来自氮化硼的(100)面的峰强度。
<评价基准>
“A”:I(002)/I(100)为20以下
“B”:I(002)/I(100)为超过20且23以下
“C”:I(002)/I(100)为超过23
〔导热性〕
<导热率(W/m·k)的测定>
使用利用各组合物而得到的各个导热材料实施了导热性评价。利用下述方法进行导热率的测定,并按照下述基准评价了导热性。
(1)使用NETZSCH公司制造的“LFA467”并利用激光闪光法测定了导热材料的厚度方向的热扩散系数。
(2)使用Mettler Toledo International Inc.制造的天平“XS204”并利用阿基米德法(使用“固体比重测定套件”)测定了导热材料的比重。
(3)使用Seiko Instruments Inc.制造的“DSC320/6200”,在10℃/分钟的升温条件下求出了25℃下的导热材料的比热。
(4)所得到的热扩散系数乘以比重及比热来计算出导热材料的导热率。
<评价基准>
根据下述基准将所测定出的导热率进行区分,并评价了导热性。
“A+”:15W/m·K以上
“A”:10W/m·K以上且小于15W/m·K
“B”:8W/m·K以上且小于10W/m·K
“C”:5W/m·K以上且小于8W/m·K
“D”:小于5W/m·K
将结果示于表1。
〔绝缘性〕
使用HIRESTA MCP-HT450型(Mitsubishi Chemical Analytech Co.,Ltd.制造)测定了以与上述“导热性”的评价相同的方式制作出的导热材料在23℃、相对湿度65%下的体积电阻值。
<评价基准>
根据下述基准将所测定出的导热材料的体积电阻值进行区分,并评价了绝缘性。
“A”:1014Ω·cm以上
“B”:1012Ω·cm以上且小于1014Ω·cm
“C”:1010Ω·cm以上且小于1012Ω·cm
“D”:小于1010Ω·cm
将结果示于表1。
〔粘接性〕
将铜板彼此作为被粘结体,将组合物用作粘接剂而实施了依照JIS K 6850的拉伸剪切试验。
另外,试验体是将两片铜板(尺寸:100mm×25mm×0.3mm)以粘接面积12.5mm×25mm进行贴合而制作的。
组合物的固化条件设为与在导热性测定中制作导热材料时相同。
试验中使用Tensilon万能材料试验机RTc-1225A,拉伸速度设为0.05mm/s。
<评价基准>
按照下述基准将所测定出的断裂应力进行区分,并评价了粘接性。
“A”:5MPa以上
“B”:4MPa以上且小于5MPa
“C”:3MPa以上且小于4MPa
“D”:小于3MPa
将结果示于表1。
[结果]
另外,在表1中,“酚化合物”栏中的“官能团数”是指所使用的酚化合物的羟基含量(mmol/g)。
并且,“环氧化合物”栏中的“官能团数”是指所使用的环氧化合物的环氧乙烷基的含量(mmol/g)。
并且,“环氧化合物”栏中的“特定骨架”表示所使用的环氧化合物是否具有联苯骨架。当满足上述要件时记载为A,当不满足时记载为B。
并且,“表面修饰剂”栏示出所使用的无机氮化物用表面修饰剂的种类。
并且,“BN取向度”是指氮化硼的取向度。
根据表1明确了,根据实施例的组合物,能够形成导热性优异的导热材料。并且,确认到上述导热材料的绝缘性及粘接性也优异。
并且,明确了当本发明的组合物包含氮化硼的表面修饰剂时,所得到的导热材料的导热率更优异(实施例1与实施例2的对比、实施例4与实施例5及实施例7的对比)。
并且,明确了当本发明的组合物中所包含的环氧化合物具有联苯骨架时,所得到的导热材料的导热率更优异(实施例4及实施例10与实施例11~16的对比)。
并且,明确了当本发明的组合物中所包含的特定酚化合物的羟基含量为12.0mmol/g以上时,所得到的导热材料的导热率更优异(实施例4与实施例17~21的对比)。另外,明确了在绝缘性及粘接性更优异的观点上,特定酚化合物的羟基含量优选23.0mmol/g以下(实施例4与实施例17~21的对比)。
<<实施例D:本发明的第4方式所涉及的实施例>>
以下,记载关于本发明的第4方式的实施例。
[组合物]
〔各种成分〕
以下示出实施例及比较例中所使用的各种成分。
<酚化合物>
以下示出实施例及比较例中所使用的酚化合物。
另外,实施例中所使用的酚化合物A1~A4是参考美国专利第4992596号说明书来合成的。
[化学式64]
<环氧化合物>
以下示出实施例及比较例中所使用的环氧化合物。
另外,下述B-5为两种环氧化合物的混合物(商品名:Epo Tohto ZX-1059,TohtoKasei Co.,Ltd.制造)。
[化学式65]
<无机物>
以下示出实施例及比较例中所使用的无机物。
“PTX-60”:凝聚状氮化硼(平均粒径:60μm,Momentive制造)
“AA-3”:氧化铝(平均粒径:3μm,Sumitomo Chemical Company,Limited制造)
“AA-04”:氧化铝(平均粒径:0.4μm,Sumitomo Chemical Company,Limited制造)
“HP40 MF100”:凝聚状氮化硼(平均粒径:40μm,Mizushima Ferroalloy Co.,Ltd.制造)
<固化促进剂>
作为固化促进剂,使用了PPh3(三苯基膦)。
<溶剂>
作为溶剂,使用了环戊酮。
<分散剂>
作为分散剂,使用了DISPERBYK-106(具有酸性基团的聚合物盐)。
<氧化铝用表面处理剂(有机硅烷分子)>
作为氧化铝用表面修饰剂,使用了下述化合物。
[化学式66]
<无机氮化物用表面修饰剂>
以下示出实施例及比较例中所使用的无机氮化物用表面修饰剂。
[化学式67]
〔组合物的制备〕
制备出将下述表1所示的组合的环氧化合物和酚化合物以当量(环氧化合物的环氧乙烷基的数量与酚化合物的羟基的数量变相等的量)配合的固化液。
以上述固化液、溶剂、分散剂、表面修饰剂(氧化铝用表面修饰剂、无机氮化物用表面修饰剂)及固化促进剂的顺序混合之后,添加了无机物。用自转公转搅拌机(THINKYCORPORATION制造,Awatori Rentaro ARE-310)将所得到的混合物处理5分钟而得到了各实施例或比较例的组合物(膜形成用组合物)。
在此,溶剂的添加量设为组合物的固体成分浓度成为50~80质量%的量。
另外,将组合物的固体成分浓度在上述范围内对每种组合物调整为使组合物的粘度分别成为相同程度。
固化促进剂的添加量设为组合物中的固化促进剂的含量相对于环氧化合物的含量成为1质量%的量。
无机物的添加量(所有无机物的合计)设为组合物中的无机物的含量相对于组合物的总固体成分成为表1所示的值(质量%)的量。
并且,将无机物以使各无机物的含量的比(质量比)满足表1所示的关系的方式混合使用。
分散剂的添加量设为组合物中的分散剂的含量相对于无机物的含量成为0.2质量%的量。
氧化铝用表面修饰剂的添加量设为组合物中的氧化铝用表面修饰剂的含量相对于氧化铝的含量(AA-3和AA-04的合计含量)成为0.2质量%的量。另外,当组合物不包含氧化铝时,不使用氧化铝用表面修饰剂。
当使用无机氮化物用表面修饰剂时,无机氮化物用表面修饰剂的添加量设为组合物中的无机氮化物用表面修饰剂的含量相对于无机氮化物的含量(PTX-60或HP-40MF100的合计添加量)成为0.3质量%的量。
[试验]
〔导热片的制作〕
使用敷抹器在经脱模处理的聚酯薄膜(NP-100A PANAC Corporation制造,膜厚100μm)的脱模面上均匀地涂布所制备出的组合物,并将所得到的组合物膜以表1所示的干燥温度及干燥时间进行干燥而制成涂膜。制作两片这样的带涂膜的聚酯薄膜,将两片带涂膜的聚酯薄膜彼此的涂膜面彼此贴合之后,在空气下进行热压(在热板温度65℃、压力12MPa下处理1分钟),由此得到了膜(半固化膜)。
将所得到的半固化膜进一步在空气下通过热压(在热板温度160℃、压力12MPa下处理20分钟之后,进而在常压下且在180℃下处理90分钟)进行处理而使膜固化,从而得到了树脂片。剥离位于树脂片的两面的聚酯薄膜,得到了平均膜厚200μm的导热片。
〔密度(特定密度比)〕
使用Mettler Toledo International Inc.制造的天平“XS204”并利用阿基米德法(使用“固体比重测定套件”)测定了在上述导热片的制造过程中所制作出的膜或上述导热片其本身的实测密度。
并且,膜(半固化膜)及导热片的理论密度是根据组合物的配合并利用说明书中所记载的方法进行计算而求出的。
此时,计算出氮化硼的密度为2.3g/cm3,且氧化铝(alumina)的密度为3.9g/cm3。
另外,对于实施例1中所制作出的膜(半固化膜)及导热片,还使用说明书中所记载的燃烧法求出了理论密度,其结果,利用燃烧法得到的理论密度与根据组合物的配合并通过计算而求出的理论密度非常一致。
根据所得到的实测密度和理论密度计算特定密度比(实测密度/理论密度),并根据下述基准进行了区分。
另外,在实施例1的膜及导热片中,无论是在采用根据组合物的配合并通过计算而求出的理论密度时,还是在采用利用燃烧法而得到的理论密度时,特定密度比的区分均相同。
“A”:特定密度比为0.99以上
“B”:特定密度比为0.96以上且小于0.99
“C”:特定密度比为0.90以上且小于0.96
“D”:特定密度比为0.85以上且小于0.90
“E”:特定密度比小于0.85
〔热膨胀系数〕
将下述表1所示的各组合物中的环氧化合物和酚化合物以当量(环氧化合物的环氧基的数量与酚化合物的羟基的数量变相等的量)进行配合,并加入溶液、固化促进剂而制备出固化液。
将上述固化液涂布于PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜上,并以在120℃下5分钟、在160℃下20分钟、在180℃下90分钟的顺序进行热处理而得到了膜状的聚合物(树脂)。从PET上剥离所得到的聚合物,并使用TMA(thermomechanical analyzer:热机械分析仪)测定了热膨胀系数(线性膨胀系数)。TMA使用NETZSCH公司制造的TMA4000SE,进行压缩测定,在-30℃~150℃的范围内以2℃/min改变温度,根据此时的位移量计算出线性热膨胀系数。
另外,固化促进剂的添加量设为树脂液中的固化促进剂的含量相对于环氧化合物的含量成为1质量%的量。并且,溶剂的添加量设为树脂液的固体成分浓度成为20~60质量%的量而分别调整为使树脂液的粘度分别成为相同程度。
另外,求出组合物中所包含的无机物的热膨胀系数(线性膨胀系数),并计算出树脂的热膨胀系数相对于无机物的热膨胀系数之比。
另外,无机物的热膨胀系数使用文献值,计算出氮化硼为1×10-6/K,氧化铝为7×10-6/K。当膜使用两种以上的无机物时,无机物整体的热膨胀系数是用各无机物的含有比例(体积分数)对各无机物的热膨胀系数进行加权平均而求出的。
根据下述基准将所求出的热膨胀系数之比(树脂的热膨胀系数/无机物的热膨胀系数)进行了区分。
“A”:热膨胀系数之比小于75
“B”:热膨胀系数之比为75以上且小于100
“C”:热膨胀系数之比为100以上
另外,实施例1~23中的树脂的热膨胀系数均在1×10-6~100×10-6/K的范围内。
〔失重率(挥发成分的含量)〕
利用以下方法求出了在上述导热片的制造过程中所制作出的膜的失重率(挥发成分的含量)。
即,将膜0.3g(精确称量至小数点后的4位数)在旋转泵减压下(10Torr)且在120℃下干燥(真空加热处理)2小时之后,称量了干燥后的重量。以n=3进行测定,将平均值作为膜的失重率。
根据下述式求出各膜的失重率(质量%),并根据下述基准将所得到的值进行了区分。
失重率(质量%)=100-(真空加热处理后的膜的质量)/(真空加热处理后的膜的质量)×100
“X”:0.10质量%以下
“A”:超过0.10质量%且0.50质量%以下
“B”:超过0.50质量%且1.00质量%以下
“C”:超过1.00质量%
[评价]
使用各个导热片实施了导热性评价。利用下述方法进行导热率的测定,并按照下述基准评价了导热性。
〔导热率(W/m·K)的测定〕
(1)使用NETZSCH公司制造的“LFA467”并利用激光闪光法测定了导热片的厚度方向的热扩散系数。
(2)使用Mettler Toledo International Inc.制造的天平“XS204”并利用阿基米德法(使用“固体比重测定套件”)测定了导热片的比重。
(3)使用Seiko Instruments Inc.制造的“DSC320/6200”,在10℃/分钟的升温条件下求出了25℃下的导热片的比热。
(4)所得到的热扩散系数乘以比重及比热来计算出导热片的导热率。
(评价基准)
根据下述基准将所测定出的导热率进行区分,并评价了导热性。
“A+”:10W/m·K以上
“C”:8W/m·K以上且小于10W/m·K
“B”:5W/m·K以上且小于8W/m·K
“D”:小于5W/m·K
将结果示于表1。另外,在本说明书中,若为B以上的结果,则判断为导热性良好。
〔绝缘性〕
使用HIRESTA MCP-HT450型(Mitsubishi Chemical Analytech Co.,Ltd.制造)测定了以与上述“导热性”的评价相同的方式制作出的导热片在23℃、相对湿度65%下的体积电阻值。
(评价基准)
根据下述基准将所测定出的导热片的体积电阻值进行区分,并评价了绝缘性。
“A”:1014Ω·cm以上
“B”:1012Ω·cm以上且小于1014Ω·cm
“C”:1010Ω·cm以上且小于1012Ω·cm
“D”:小于1010Ω·cm
〔粘接性〕
将在上述导热片的制造过程中所制作出的膜作为粘接剂,将铜板彼此作为被粘结体而实施了依照JIS K 6850的拉伸剪切试验。
试验体是将两片铜板(尺寸:100mm×25mm×0.3mm)经由膜(粘接剂)以粘接面积12.5mm×25mm贴合之后,在空气下进行热压(在热板温度160℃、压力12MPa下处理20分钟之后,进而在常压下且在180℃下处理90分钟)而制作的。
试验中使用Tensilon万能材料试验机RTc-1225A,拉伸速度设为0.05mm/s。
(评价基准)
按照下述基准将所测定出的断裂应力进行区分,并评价了粘接性。
“A”:5MPa以上
“B”:4MPa以上且小于5MPa
“C”:3MPa以上且小于4MPa
“D”:小于3MPa
[结果]
以下示出表1。
在表1中,“官能团数”栏示出所使用的酚化合物的羟基含量(mmol/g)或环氧化合物的环氧基含量(mmol/g)。
“表面修饰剂”栏示出所使用的无机氮化物用表面修饰剂的种类。
“特定密度”栏示出膜(半固化膜)或导热片的特定密度比。
“热膨胀”栏示出热膨胀系数之比(树脂的热膨胀系数/无机物的热膨胀系数)。
根据表1所示的结果确认到,根据本发明的膜,可得到导热性优异的导热片。并且,确认到上述膜的绝缘性及粘接性也优异。
确认到当本发明的膜中的特定密度比为0.90以上时,可得到导热性更优异的导热片(实施例20、21的结果等)。
确认到当本发明的膜中的树脂的热膨胀系数相对于无机物的热膨胀系数之比小于75且导热片的特定密度比成为0.99以上时,可得到导热性进一步优异的导热片(实施例1~9、18、19、22的结果等)。
确认到当本发明的膜中的挥发成分的含量(进行了真空加热处理时的失重率)为超过0.10质量%且0.50质量%以下时,膜的粘接性及所得到的导热片的绝缘性中的至少一个更优异(实施例15、17、20~23的结果等)。
Claims (47)
1.一种导热材料形成用组合物,其包含:
环氧化合物;
选自包括通式(1)所表示的化合物及通式(2)所表示的化合物的组中的一种以上的酚化合物;及
无机物,
[化学式1]
通式(1)中,m1表示0以上的整数,
n1及n2分别独立地表示2以上的整数,
L1表示-C(R2)(R3)-或-CO-,
L2表示-C(R4)(R5)-或-CO-,
Ar1及Ar2分别独立地表示苯环基或萘环基,
R1及R6分别独立地表示氢原子、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷基、烷氧基或烷氧基羰基,
R2~R5分别独立地表示氢原子、羟基、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷基、烷氧基或烷氧基羰基,
Qa表示氢原子、烷基、苯基、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷氧基或烷氧基羰基,
当存在多个L2及Qa时,多个L2及Qa分别可以相同也可以不同,
[化学式2]
通式(2)中,m2表示0以上的整数,
n1及n2分别独立地表示2以上的整数,
R1及R6分别独立地表示氢原子、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷基、烷氧基或烷氧基羰基,
R7表示氢原子或羟基,
Qb表示氢原子、烷基、苯基、卤原子、羧酸基、硼酸基、醛基、烷氧基或烷氧基羰基,
当存在多个R7及Qb时,多个R7及Qb分别可以相同也可以不同。
2.根据权利要求1所述的导热材料形成用组合物,其中,
所述酚化合物的羟基含量为12.0mmol/g以上。
3.根据权利要求1或2所述的导热材料形成用组合物,其中,
所述酚化合物的分子量为400以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的导热材料形成用组合物,其中,
所述环氧化合物具有联苯骨架。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的导热材料形成用组合物,其中,
所述无机物包括无机氮化物。
6.根据权利要求5所述的导热材料形成用组合物,其中,
所述无机氮化物包括氮化硼。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的导热材料形成用组合物,其还包含所述无机物的表面修饰剂。
8.根据权利要求7所述的导热材料形成用组合物,其中,
所述表面修饰剂具有稠环骨架或三嗪骨架。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的导热材料形成用组合物,其还包含固化促进剂。
10.一种导热材料,其将权利要求1至9中任一项所述的导热材料形成用组合物固化而得到。
11.一种导热片,其由权利要求10所述的导热材料构成。
12.一种带导热层的器件,其具有:
器件;及
导热层,配置于所述器件上且包含权利要求11所述的导热片。
13.一种导热材料形成用组合物,其包含酚化合物、环氧化合物及氮化硼,
所述酚化合物的羟基含量为10.5mmol/g以上,且对于氮化硼1g的吸附量为0.12mg以下。
14.根据权利要求13所述的导热材料形成用组合物,其中,
所述羟基含量为12.0mmol/g以上。
15.根据权利要求13或14所述的导热材料形成用组合物,其中,
所述酚化合物对于氮化硼1g的吸附量为0.01mg以上。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的导热材料形成用组合物,其中,
所述环氧化合物对于氮化硼1g的吸附量为0.20mg以下。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的导热材料形成用组合物,其中,
所述环氧化合物具有联苯骨架。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的导热材料形成用组合物,其还包含所述氮化硼的表面修饰剂。
19.根据权利要求13至18中任一项所述的导热材料形成用组合物,其还包含固化促进剂。
20.一种导热材料,其将权利要求13至19中任一项所述的导热材料形成用组合物固化而得到。
21.根据权利要求20所述的导热材料,其成型为薄片状。
22.根据权利要求21所述的导热材料,其中,
该导热材料根据下述式(1)求出的密度比X为0.96以上,
式(1)
密度比X=利用阿基米德法求出的导热材料的实测密度/由下述式(DI)求出的导热材料的理论密度Di
式(DI)
Di=Df×Vf/100+Dr×Vr/100
式(DI)中,Di是指仅由包括所述氮化硼的无机物及有机不挥发成分构成的、理论上的导热材料T的密度,
另外,所述导热材料T中的所述无机物的含有质量Wf与所述导热材料形成用组合物中的无机物的含量相等,并且,所述导热材料T中的所述有机挥发成分的含有质量Wr与从所述导热材料形成用组合物中的总固体成分的含量中减去所述无机物的含量之后的差值相等,
Df为所述无机物的密度,
Dr为所述有机不挥发成分的密度,设为1.2g/cm3,
Vf为所述导热材料T中的所述无机物的体积相对于所述导热材料T的体积的体积百分比,是由下述式(DII)求出的值,
式(DII)
Vf=(Wf/Df)/((Wf/Df)+(Wr/Dr))×100
Vr为所述导热材料T中的所述有机不挥发成分的体积相对于所述导热材料T的体积的体积百分比,是由下述式(DIII)求出的值,
式(DIII)
Vr=100-Vf。
23.一种导热片,其包含权利要求21或22所述的导热材料。
24.一种带导热层的器件,其具有:器件;及导热层,配置于所述器件上且包含权利要求23所述的导热片。
25.一种导热材料形成用组合物,其包含酚化合物、环氧化合物及无机物,其中,
所述酚化合物的羟基含量为10.5mmol/g以上,
以下定义的粘度X为500mPa·s以下,
粘度X:
组合物T在150℃下的粘度,该组合物T由所述酚化合物和所述环氧化合物构成,并且是按照所述酚化合物中所包含的羟基相对于所述环氧化合物中所包含的环氧乙烷基的当量比为1的方式配合而成的。
26.根据权利要求25所述的导热材料形成用组合物,其中,
所述环氧化合物的环氧乙烷基含量为5.0mmol/g以上。
27.根据权利要求25或26所述的导热材料形成用组合物,其中,
所述酚化合物中所包含的羟基相对于所述环氧化合物中所包含的环氧乙烷基的当量比为0.65~1.50。
28.根据权利要求25至27中任一项所述的导热材料形成用组合物,其中,
所述环氧化合物具有联苯骨架。
29.根据权利要求25至28中任一项所述的导热材料形成用组合物,其还包含所述无机物的表面修饰剂。
30.根据权利要求25至29中任一项所述的导热材料形成用组合物,其中,
所述无机物包括无机氮化物。
31.根据权利要求30所述的导热材料形成用组合物,其中,
所述无机氮化物包括氮化硼。
32.根据权利要求25至31中任一项所述的导热材料形成用组合物,其还包含固化促进剂。
33.一种导热材料,其将权利要求25至32中任一项所述的导热材料形成用组合物固化而得到。
34.根据权利要求33所述的导热材料,其中,
使所述环氧化合物和所述酚化合物交联聚合而成的聚合物的热膨胀系数为1×10-6/K~100×10-6/K。
35.根据权利要求33或34所述的导热材料,其中,
所述聚合物的热膨胀系数相对于所述无机物的热膨胀系数之比小于100。
36.根据权利要求33至35中任一项所述的导热材料,其在200℃下的储存弹性模量为300MPa以上。
37.根据权利要求33至36中任一项所述的导热材料,其为薄片状。
38.根据权利要求37所述的导热材料,其包含氮化硼作为所述无机物,且满足下述式(1),
式(1):I(002)/I(100)≤23
I(002):通过X射线衍射测定的来自氮化硼的(002)面的峰强度
I(100):通过X射线衍射测定的来自氮化硼的(100)面的峰强度。
39.一种导热片,其包含权利要求33至38中任一项所述的导热材料。
40.一种带导热层的器件,其具有:器件;及导热层,配置于所述器件上且包含权利要求39所述的导热片。
41.一种膜,其包含:
无机物;
有机不挥发成分,该有机不挥发成分包含聚合物,该聚合物具有未反应的羟基及未反应的环氧乙烷基,并且是酚化合物与环氧化合物的聚合物;及
挥发成分,其中,
利用阿基米德法求出的所述膜的实测密度相对于由下述式(DI)求出的理论膜的密度之比为0.85以上,
Di=Df×Vf/100+1.2×Vr/100 (DI)
式(DI)中,Di是指仅由所述无机物和密度为1.2g/cm3的有机成分构成的所述理论膜的密度,
另外,所述理论膜中的所述无机物的含有质量Wf与所述膜中的所述无机物的含有质量相等,所述理论膜中的所述有机成分的含有质量Wr与所述膜中的有机不挥发成分的含有质量相等,
Df为所述无机物的密度,
Vf为所述理论膜中的所述无机物的体积相对于所述理论膜的体积的体积百分比,是由下述式(DII)求出的值,
Vf=(Wf/Df)/((Wf/Df)+(Wr/1.2))×100 (DII)
Vr为所述理论膜中的所述有机成分的体积相对于所述理论膜的体积的体积百分比,是由下述式(DIII)求出的值,
Vr=100-Vf (DIII)。
42.根据权利要求41所述的膜,其中,
所述挥发成分的含量相对于膜的总质量为超过0.10质量%且1.00质量%以下。
43.根据权利要求41或42所述的膜,其中,
所述挥发成分的含量相对于膜的总质量为超过0.10质量%且0.50质量%以下。
44.根据权利要求41至43中任一项所述的膜,其中,
所述实测密度相对于所述理论膜的密度之比为0.90以上。
45.根据权利要求41至44中任一项所述的膜,其中,
所述树脂的热膨胀系数相对于所述无机物的热膨胀系数之比小于100。
46.一种导热片,其将权利要求41至45中任一项所述的膜固化而得到。
47.一种带导热层的器件,其具有:器件;及导热层,配置于所述器件上且包含权利要求46所述的导热片。
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