CN115943186B - 硅酮组合物及具有高热传导性的热传导性硅酮硬化物 - Google Patents
硅酮组合物及具有高热传导性的热传导性硅酮硬化物 Download PDFInfo
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Abstract
本发明的目的在于提供一种硅酮组合物及具有高热传导性的热传导性硅酮硬化物。一种硅酮组合物,是含有有机(聚)硅氧烷及热传导性填料的硅酮组合物,所述硅酮组合物,其中,所述有机(聚)硅氧烷含有至少一个硬化性有机(聚)硅氧烷,所述热传导性填料包含(B‑i)具有平均粒径20μm以上及120μm以下的非烧结的氮化铝、以及(B‑ii)具有平均粒径0.1μm以上及5μm以下的氧化铝。
Description
技术领域
本发明涉及一种提供硅酮组合物及具有高热传导性的热传导性硅酮硬化物。
背景技术
电子设备的小型化、高集成化进一步发展,由功率半导体或存储器等电子零件产生的热的影响比之前更加严重。若电子零件中蓄积热量,则电子零件的温度上升,有可能引起动作不良或故障等。为了使由电子零件产生的热有效率地散发至散热器等冷却构件,提出了多种热发散方法及所述热发散方法中使用的热发散构件。
之前,在电子设备等中,为了抑制动作过程中的元件的温度上升,可使用利用铝或铜等热传导率高的金属板的散热器。散热器传导由元件产生的热量,通过与外部空气的温度差而从表面释放所述热量。
在使发热元件与散热器直接接触的情况下,在其界面存在空气而会阻碍热传导,因此需要使散热器与元件密接。各元件由于高度的不同或组装加工时的公差,因此可使用具有柔软性及热传导性的片或油膏(grease)。
片与油膏相比,操作性优异,由热传导性树脂形成的热传导性片被用于各个领域。
另外,车载领域中,要求寒冷地区的最低温度即-40℃附近、发热构件的温度达到150℃以上的高温的长期可靠性。进而,大多情况下也要求阻燃性、电绝缘性等特性。作为满足所有这些特性的树脂,优选为硅酮,可使用调配了硅酮与热传导性填料的热传导性硅酮的片。
在发热元件与散热器及框体等冷却部位之间存在一定程度的空间的情况下,经常使用热传导性硅片。所述空间中,大多情况下必须确保电绝缘状态,热传导性片也大多要求绝缘性。因此,作为热传导性填料,无法使用铝、铜及银等金属粒子,大多使用氢氧化铝及氧化铝等绝缘性热传导性填料。但是,氢氧化铝或氧化铝由于其自身的热传导率低,因此将这些用作热传导性填料的热传导性硅酮组合物的热传导率变低。
近年来,电子零件的发热量增加。由于热传导性片所要求的热传导率也上升,因此作为热传导性填料,仅氢氧化铝及氧化铝无法充分应对。因此,使用氮化硼或氮化铝作为高热传导填料而备受关注。一般的鳞片状氮化硼具有层状的结晶结构,由于结晶的面方向与层叠方向的热传导性有显著的差异,因此显示出各向异性的热传导性。相对于此,氮化铝具有纤锌矿型的结晶结构。因此,氮化铝不具有如氮化硼那样的极端的各向异性。
因此,报告了各种选择氮化铝作为高热传导性填料的散热材料(专利文献1(日本专利特开平3-14873号公报)、专利文献2(日本专利第4357064号公报))。
然而,若使平均粒径为3μm以下的氮化铝作为氮化铝高填充于硅酮中,则材料会高粘度化,成型性会降低。
另外,专利文献3(日本专利特开2004-91743号公报)中,公开了通过含有平均粒径0.2μm~1.0μm的球状氧化铝、平均粒径1μm~3μm、最大粒径2μm~10μm的氮化铝来抑制粘度上升的热传导性油膏。但是,由于氮化铝的粒径小,因此存在高热传导化困难的课题。
因此,专利文献4(日本专利第6246986号公报)中提出了含有平均粒径30μm~150μm的氮化铝、平均粒径1μm~30μm的氮化铝或氧化铝、平均粒径0.1μm~1μm的无机粒子的热传导性高的组合物。但是,氮化铝等无机粒子的种类或形状、以及将硅酮组合物制成硬化物时的硬度等未获得最优选化,难以提高热传导性硬化物的热传导性或压缩性。另外,若压缩性差,则有时难以将片收纳于组装加工时的公差以下,而会损伤其他零件。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1:日本专利特开平3-14873号公报
专利文献2:日本专利第4357064号公报
专利文献3:日本专利特开2004-91743号公报
专利文献4:日本专利第6246986号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
如上所述,课题为提供含有氮化铝、高热传导性且压缩性优异的热传导性硅酮片。
本发明是为了解决所述问题而成,目的在于提供具有高热传导性、压缩性优异的热传导性硅酮组合物的硬化物。
[解决问题的技术手段]
本发明人等人对所述课题反复进行了努力研究,结果发现,通过使用非烧结的破碎状氮化铝及氧化铝作为热传导性填料,并将其形状或平均粒径、体积比率巧妙地组合,在制备含有有机聚硅氧烷的热传导性硅酮组合物时,粘度不变高,可容易实现均匀化。进而发现,所获得的组合物的硬化物成为具有对发热构件不施加应力而也可追随发热构件或冷却构件的微细的凹凸的柔软性及压缩性,且具有高热传导性的硬化物,从而完成了本发明。
即,本发明提供一种硅酮组合物及将所述硅酮组合物硬化而成的热传导性硅酮硬化物,
所述硅酮组合物是含有有机(聚)硅氧烷及热传导性填料的硅酮组合物,所述硅酮组合物,其中,所述有机(聚)硅氧烷含有至少一个硬化性有机(聚)硅氧烷,
所述热传导性填料包含(B-i)具有平均粒径20μm以上及120μm以下的非烧结的氮化铝、以及(B-ii)具有平均粒径0.1μm以上及5μm以下的氧化铝,
所述(B-ii)氧化铝包含球状氧化铝,相对于所述(B-ii)成分的合计质量,球状氧化铝的含量为25质量%~80质量%,
相对于所述(B-i)成分及(B-ii)成分的合计质量,所述(B-ii)成分的比例为25质量%~50质量%,以及
所述热传导性填料的体积相对于所述硅酮组合物的总体积的比例为80体积%~90体积%。
[发明的效果]
本发明通过在硅酮组合物中以特定的组成及体积比率调配非烧结的破碎状氮化铝及氧化铝作为热传导性填料,可抑制组合物的粘度上升而容易地提供均匀的组合物。由本发明的硅酮组合物获得的热传导性硅酮硬化物具有对发热构件不施加应力而也可追随发热构件或冷却构件的微细的凹凸的柔软性,具有高热传导性。另外,本发明的硬化物的压缩性优异,因此可减轻组装时引起的对元件的损伤。即,本发明的硬化物是压缩性优异且具有高热传导性的硬化物。本发明尤其是可提供具有10W/m·K以上的高热传导率的硬化物。
具体实施方式
如上所述,本发明是含有有机(聚)硅氧烷及热传导性填料的硅酮组合物。以下,对本发明进行更详细的说明。
有机(聚)硅氧烷是成为提供本发明的硬化物的热传导性硅酮组合物的主剂的有机(聚)硅氧烷。所述有机(聚)硅氧烷只要是提供硬化物的有机(聚)硅氧烷即可,含有至少一种硬化性有机(聚)硅氧烷。即,硬化性有机(聚)硅氧烷包含含烯基的有机聚硅氧烷、无官能基有机聚硅氧烷、含烷氧基的有机聚硅氧烷及有机氢聚硅氧烷等。有机(聚)硅氧烷可为单独一种或两种以上。也可含有不具有烯基的有机聚硅氧烷。另外,也可任意含有有机硅烷,也包含作为塑化剂或表面处理剂添加的有机(聚)硅氧烷及有机硅烷。
本发明的硅酮组合物中,相对于与后述的(B)成分的合计体积,有机(聚)硅氧烷及任意的有机硅烷所占的比例以合计为10体积%~20体积%为宜,优选为10体积%~15体积%。
[(B)热传导性填料]
本发明使用
(B-i)平均粒径20μm以上及120μm以下的非烧结的氮化铝、以及
(B-ii)平均粒径0.1μm以上及5μm以下的氧化铝
作为热传导性填料。
其中,所述(B-ii)氧化铝包含球状氧化铝,相对于所述(B-ii)成分的总质量,球状氧化铝的含量为25质量%~80质量%,
相对于所述(B-i)成分及(B-ii)成分的合计质量,所述(B-ii)成分的比例为25质量%~50质量%。
进而,本发明的所述热传导性填料的体积相对于所述热传导性硅酮组合物的总体积的比例为80体积%~90体积%。
(B-i)非烧结的氮化铝
本发明的热传导性硅酮组合物含有(B-i)非烧结的氮化铝作为热传导性填料之一。氮化铝大致分为烧结体及非烧结体。由于烧结体为球状粒子,因此相对于为破碎状的非烧结体而言,对硅酮聚合物的填充性良好。另一方面,烧结体的热传导性比非烧结体差。其原因在于,通过在烧结时向氮化铝中添加百分之几的氧化钇,氮化铝相与氧化钇的相混合存在。另外,烧结体由于进行烧结工序,因此非常昂贵。再者,已知与氮化硼相比,氮化铝容易填充至硅酮聚合物中。因此,本发明中将非烧结的氮化铝设为必需。
(B-i)成分具有平均粒径20μm以上及120μm以下,优选为30μm~110μm,更优选为40μm~100μm。若为具有此种平均粒径的氮化铝,则比表面积小,因此对硅酮的填充性好,容易制备组合物。另外,具有所述平均粒径的氮化铝可在确保传热路径的同时减少填料/树脂界面的数量,可优先提高硅酮树脂硬化物的热传导率。
再者,本发明中,平均粒径是体积基准的平均粒径,是通过激光衍射散射法测定的(测定装置:麦奇克(Microtrac)MT3000(麦奇克拜尔(Microtrac BEL)制造))中值粒径(d50)。5μm以下的微粉量根据利用所述装置测定的粒径累积分布(体积基准)的5μm以下的累积%算出。
(B-ii)氧化铝
(B-ii)氧化铝由于α、β、θ、γ等烧结的温度的不同而具有各种结晶相。烧结的温度最高的α氧化铝由于化学性稳定,因此优选为使用α氧化铝。另外,一般的氧化铝中结晶相几乎不单一地存在,但以尽量α相所占的比例高为宜,优选为使用α化率为90%以上、优选为95%以上的氧化铝。氧化铝根据其制法而具有球状、圆状、破碎状等各种粒状。一般破碎状氧化铝的α化率高,因此优选为破碎状氧化铝。根据其他热传导性填料的种类或填充量,含有球状氧化铝,由此对硅酮的填充性及热传导率提高。
(B-ii)成分具有平均粒径0.1μm以上及5μm以下,优选为具有平均粒径0.2μm~4μm,更优选为具有平均粒径0.3μm~3μm。若是具有此种平均粒径的氧化铝,则比表面积大,因此可充分发挥分散剂的效果,对硅酮的填充性好,容易制备组合物。另外,具有所述平均粒径的氧化铝不易妨碍由氮化铝构成的传热路径,因此可优先提高硅酮树脂硬化物的热传导率。
本发明的热传导性硅酮组合物中,其中,(B-ii)氧化铝以特定比例含有球状氧化铝。优选为(B-ii)成分为球状氧化铝及不定形氧化铝。其中,相对于全部氧化铝的质量以25质量%~80质量%含有球状氧化铝。由此,所获得的硬化物成为压缩性更优异且具有高热传导性的硬化物。所述球状氧化铝的平均粒径以优选为0.1μm以上及2μm以下为宜。由此,所获得的硬化物成为压缩性进而更优异且具有高热传导性的硬化物。
[热传导性填料的占有体积比率]
本发明的硅酮组合物相对于组合物的总体积以80体积%~90体积%的比例含有热传导性填料。优选为80体积%~87体积%。若未满所述下限值,则无法获得充分的热传导性。另外,若超过所述上限值,则对硅酮的填充变得困难。
另外,本发明相对于所述(B-i)成分及(B-ii)成分的合计质量,(B-ii)氧化铝的量为25质量%~50质量%。优选为30质量%~45质量%,更优选为35质量%~40质量%。若(B-ii)成分的比例未满所述下限值,则对硅酮的填充变得困难。另外,若超过所述上限值,则无法获得充分的热传导性。
本发明的硅酮组合物中,以相对于氧化铝的合计质量,(B-ii)成分中所含的球状氧化铝的含量为25质量%~80质量%,优选为26质量%~75质量%,更优选为30质量%~70质量%,进而优选为35质量%~60质量%为宜。通过为所述范围内,可将热传导性填料及有机聚硅氧烷均匀地混合(混炼),在制成硬化物时成为压缩性进而更优异且具有高热传导性的硬化物。若未满所述下限值或超过所述上限值,则有对硅酮的填充变得困难之虞。
尤其是在热传导性填料的填充量与片的硬度为相同程度的情况下,尤其是在本发明的组合物中的球状氧化铝的含量相对于全部氧化铝含量而为35质量%~60质量%时,可获得压缩性优异的高热传导性的硅酮硬化物,因此特别优选。
再者,硅酮组合物的总体积中的(B)热传导性填料的体积%是根据硅酮(比重:1.00)、氮化铝(比重:3.26)、氧化铝(比重:3.98)的填充量(质量基准),使用各成分的比重算出各自的填充量(体积基准),并除以总体积而求出。
(A)含烯基的有机聚硅氧烷
本发明的硅酮组合物优选为包含(A)一分子中具有两个以上的与硅原子键结的烯基的有机聚硅氧烷作为所述硬化性有机(聚)硅氧烷。有机聚硅氧烷通常主链部分基本包含二有机聚硅氧烷单元的重复,但其可为分子结构的一部分中含有分支状的结构的有机聚硅氧烷,另外也可为环状体,就硬化物的机械强度等物性的方面而言,优选为直链状的二有机聚硅氧烷。
作为烯基,例如可列举碳原子数2~8的烯基,更详细而言,可列举:乙烯基、烯丙基、丙烯基、异丙烯基、丁烯基、己烯基及环己烯基等。其中,优选为乙烯基、烯丙基等低级烯基、尤其是乙烯基。
与硅原子键结的烯基以外的官能基只要是未经取代或经取代的碳数1~10的、优选为碳数1~6的烃基即可。例如可列举:甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基等烷基、环戊基、环己基、环庚基等环烷基、苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、联苯基等芳基、苄基、苯基乙基、苯基丙基、甲基苄基等芳烷基、以及碳原子与这些基键结的氢原子的一部分或全部经氟、氯、溴等卤素原子、氰基等取代而成的基、例如氯甲基、2-溴乙基、3-氯丙基、3,3,3-三氟丙基、氯苯基、氟苯基、氰基乙基、3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟己基等,具代表性者为碳原子数1~10者,尤其具代表性者为碳原子数1~6者,优选为甲基、乙基、丙基、氯甲基、溴乙基、3,3,3-三氟丙基、氰基乙基等碳原子数1~3的未经取代或经取代的烷基及苯基、氯苯基、氟苯基等未经取代或经取代的苯基。另外,与硅原子键结的烯基以外的官能基并不限定于全部相同。(A)成分可单独使用一种,也可组合使用两种以上(例如粘度不同者)。
(A)含烯基的有机聚硅氧烷优选为在25℃下具有10mm2/s~30000mm2/s的动粘度,特别优选为50mm2/s~1000mm2/s的范围。若使用为所述范围的动粘度的有机聚硅氧烷,则所获得的组合物的流动性不会受损,热传导性填料的填充也变得容易。
相对于组合物整体的质量,硅酮组合物中的(A)含烯基的有机聚硅氧烷的量只要为3质量%~7质量%即可,以优选为3质量%~6质量%、更优选为4质量%~6质量%为宜。
(C)表面处理剂
本发明的硅酮组合物优选为可含有表面处理剂。通过含有表面处理剂,在制备组合物时,(B)热传导性填料被疏水化处理,与有机聚硅氧烷的润湿性提高,可使(B)热传导性填料均匀地分散于包含有机聚硅氧烷的基体中。作为表面处理剂,尤其是优选为选自下述(C-1)成分及(C-2)成分中的至少一种。再者,所述(C-1)成分及(C-2)成分包含于所述有机聚硅氧烷及有机硅烷中。
(C-1)成分是下述通式(1)所表示的烷氧基硅烷化合物。
R2 aR3 bSi(OR4)4-a-b(1)
式(1)中,R2相互独立地为碳原子数6~15的烷基,R3相互独立地为选自未经取代或经取代的碳原子数1~5的烷基、碳原子数4~8的环烷基、碳原子数6~12的芳基及碳原子数6~12的芳烷基中的基,R4相互独立地为碳原子数1~6的烷基,a为1~3的整数,b为0~2的整数,其中a+b为1~3的整数。
所述通式(1)中,R2相互独立地为未经取代的碳原子数6~15的烷基,例如可列举己基、辛基、壬基、癸基、十二烷基及十四烷基等。通过使R2所表示的烷基的碳原子数为6~15的范围内,热传导性填料与有机聚硅氧烷的润湿性充分提高,操作性好,组合物的低温特性良好。
R3是相互独立地为选自未经取代或经取代的碳原子数1~5的烷基、碳原子数4~8的环烷基、碳原子数6~12的芳基及碳原子数6~12的芳烷基中的基。例如可列举:甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基等烷基、环戊基、环己基、环庚基等环烷基、苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、联苯基等芳基、苄基、苯基乙基、苯基丙基、甲基苄基等芳烷基、以及碳原子与这些基键结的氢原子的一部分或全部经氟、氯、溴等卤素原子、氰基等取代而成的基、例如氯甲基、2-溴乙基、3-氯丙基、3,3,3-三氟丙基、氯苯基、氟苯基、氰基乙基、3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟己基等,具代表性者为碳原子数1~10者,尤其具代表性者为碳原子数1~6者,优选为甲基、乙基、丙基、氯甲基、溴乙基、3,3,3-三氟丙基、氰基乙基等碳原子数1~3的未经取代或经取代的烷基及苯基、氯苯基、氟苯基等未经取代或经取代的苯基。
作为R4,可列举:甲基、乙基、丙基、丁基、己基等。
(C-2)成分是下述通式(2)所表示的分子链单末端经三烷氧基封闭的二甲基聚硅氧烷。
[化1]
式中,R5相互独立地为碳原子数1~6的烷基,c为5~100的整数。所述通式(2)中,R5所表示的烷基与所述通式(1)中的R4所表示的烷基为相同种类。
作为(C)表面处理剂,可使用(C-1)成分及(C-2)成分中的任一者,也可将两者组合使用。硅酮组合物中所含的(C)成分的量并无特别限制,相对于(C)成分以外的有机聚硅氧烷100质量份,优选为50质量份~200质量份,更优选为50质量份~170质量份,特别优选为50质量份~150质量份。在硅酮组合物包含所述(A)含烯基的有机聚硅氧烷的情况下,相对于(A)含烯基的有机聚硅氧烷100质量份,优选为50质量份~200质量份,更优选为50质量份~170质量份,特别优选为50质量份~150质量份。通过在所述范围内含有(C)表面处理剂,在制备组合物时,所述(C)成分可对热传导性填料充分地进行疏水化处理,可提高与有机聚硅氧烷的润湿性,使热传导性填料在包含有机聚硅氧烷的基体中均匀地分散。
[其他成分]
所述硅酮组合物中,除了所述成分以外,可视需要进而调配其他成分。例如在本发明的组合物为含有所述(A)含烯基的有机聚硅氧烷的加成反应硬化型或有机过氧化物硬化型组合物的情况下,根据后述的硬化方法,作为促进所述组合物的硬化的物质,也可含有加成反应硬化剂或有机过氧化物硬化剂。以下,更详细地进行说明。
在将本发明的硅酮组合物设为加成反应硬化型的情况下,所述组合物进而含有(D)有机氢聚硅氧烷及(E)铂族金属催化剂。作为(E)铂族金属催化剂,可例示:铂元素单体、铂化合物、铂复合体、氯铂酸、氯铂酸的醇化合物、醛化合物、醚化合物、与各种烯烃类的复合物(complex)等。铂族金属催化剂的添加量只要是进行加成反应的有效量(催化剂量)即可。理想的是设为例如相对于(A)含烯基的有机聚硅氧烷,以铂族金属原子的质量换算计为1ppm~2,000ppm、优选为2ppm~1000ppm(质量基准)的范围。
(D)有机氢聚硅氧烷是一分子中具有与两个以上的硅原子键结的氢原子(SiH基)的有机氢聚硅氧烷。所述有机氢聚硅氧烷中的SiH基与(A)含烯基的有机聚硅氧烷中的硅原子键结烯基进行硅氢化加成反应,作为交联剂发挥作用。有机氢聚硅氧烷的分子结构并无特别限制,可使用从之前以来使用的例如直链状、环状、支链状、三维网状结构(树脂状)等各种结构。一分子中必须具有与两个以上的硅原子键结的氢原子(SiH基),理想的是具有优选为2个~200个、更优选为3个~100个。也可进而加入乙炔基次甲基甲醇等加成反应控制剂。所述有机氢聚硅氧烷的量只要是SiH基的个数相对于(A)含烯基的有机聚硅氧烷所具有的烯基的个数的比为0.3~2.0、优选为0.5~1.0的量即可。
在将本发明的硅酮组合物设为有机过氧化物硬化型的情况下,含有(F)有机过氧化物。作为有机过氧化物,例如可列举:苯甲酰过氧化物、2,4-二氯苯甲酰过氧化物、对甲基苯甲酰过氧化物、邻甲基苯甲酰过氧化物、2,4-二枯基过氧化物、2,5-二甲基-双(2,5-叔丁基过氧化)己烷、二-叔丁基过氧化物、叔丁基过苯甲酸酯、1,6-己二醇-双-叔丁基过氧化碳酸酯等。这些可单独使用一种,或者也可并用两种以上。
有机过氧化物的添加量只要是对于使所述组合物硬化而言充分的量即可,通常相对于含烯基的有机聚硅氧烷100质量份,优选为0.1质量份~10质量份,特别优选为0.2质量份~5质量份。
本发明的优选的实施例之一是下述加成反应硬化型硅酮组合物。
一种为加成反应硬化型的硅酮组合物,是含有有机(聚)硅氧烷及热传导性填料的硅酮组合物,所述加成反应硬化型硅酮组合物,其中,所述有机(聚)硅氧烷含有至少一个硬化性有机(聚)硅氧烷,
所述热传导性填料包含(B-i)具有平均粒径20μm以上及120μm以下的非烧结的氮化铝、以及(B-ii)具有平均粒径0.1μm以上及5μm以下的氧化铝,
所述(B-ii)氧化铝包含球状氧化铝,相对于所述(B-ii)成分的合计质量,球状氧化铝的含量为25质量%~80质量%,
相对于所述(B-i)成分及(B-ii)成分的合计质量,所述(B-ii)成分的比例为25质量%~50质量%,以及
所述热传导性填料的体积相对于所述硅酮组合物的总体积的比例为80体积%~90体积%,
所述硅酮组合物包含(A)含烯基的有机聚硅氧烷及(D)有机氢聚硅氧烷作为所述硬化性有机聚硅氧烷,进而含有(E)铂族金属催化剂。
一种加成反应硬化型硅酮组合物,优选为相对于前述(A)含烯基的有机聚硅氧烷100质量份,含有50质量份~200质量份、优选为50质量份~170质量份、更优选为50质量份~150质量份的所述(C)表面处理剂。
本发明的优选的实施例之一是下述有机过氧化物硬化型硅酮组合物。
一种有机过氧化物硬化型硅酮组合物,是含有有机(聚)硅氧烷及热传导性填料的硅酮组合物,所述有机过氧化物硬化型硅酮组合物,其中,所述有机(聚)硅氧烷含有至少一个硬化性有机(聚)硅氧烷,
所述热传导性填料包含(B-i)具有平均粒径20μm以上及120μm以下的非烧结的氮化铝、以及(B-ii)具有平均粒径0.1μm以上及5μm以下的氧化铝,
所述(B-ii)氧化铝包含球状氧化铝,相对于所述(B-ii)成分的合计质量,球状氧化铝的含量为25质量%~80质量%,
相对于所述(B-i)成分及(B-ii)成分的合计质量,所述(B-ii)成分的比例为25质量%~50质量%,以及
所述热传导性填料的体积相对于所述硅酮组合物的总体积的比例为80体积%~90体积%,
所述硅酮组合物含有(A)含烯基的有机聚硅氧烷作为所述硬化性有机聚硅氧烷,进而含有(F)有机过氧化物。
一种加成反应硬化型硅酮组合物,优选为相对于所述(A)含烯基的有机聚硅氧烷100质量份,含有50质量份~200质量份、优选为50质量份~170质量份、更优选为50质量份~150质量份的所述(C)表面处理剂。
[组合物的制备]
所述硅酮组合物的制造方法并无特别限定,例如可通过利用双辊、捏合机、密炼机等已知的混炼机混炼所述成分的规定量而获得。另外,也可视需要进行热处理(加热下的混炼)。
[成形、硬化方法]
所述组合物只要选择与所需的用途(成形品)对应的成形方法即可。例如可列举压缩成形、注射成形、转移成形、常压热气硫化及蒸汽硫化等。
作为将硅酮组合物硬化的方法,可列举使用铂系催化剂、(A)成分的烯基与Si-H基的加成反应的方法、或使用过氧化物的方法、使用缩合反应的方法。本发明中,只要进行硬化即可,关于硬化方法并无特别限定。可视需要添加硬化成分。
再者,在使用加成反应的硬化方法中,若存在包含铂系催化剂及烯基的有机聚硅氧烷及具有与硅直接键结的氢原子的有机聚硅氧烷,则会发生加成反应,形成硅乙烯链。通过发生加成反应,形成网眼状交联结构,进行硬化。在使用过氧化物的硬化方法中,通过添加过氧化物,由于热或光等从过氧化物产生自由基,其成为引发剂,有机聚硅氧烷彼此键结,进行硬化。在使用缩合反应的硬化方法中,具有硅醇基的有机聚硅氧烷与具有水解性基的硅烷及锡系催化剂是必要成分,空气中的水分成为引发剂,形成有机聚硅氧烷的交联,进行硬化。
在任一种反应中,硬化条件也无特别限定,只要根据硬化方法或成形品适宜选择即可。一般在80℃~600℃、尤其是100℃~450℃下反应几秒~几天、尤其是5秒~1小时左右即可。另外,也可视需要进行二次硫化。二次硫化通常在180℃~250℃下进行1小时~10小时左右。
本发明的硬化物例如设置于电子设备内的发热零件与散热零件之间用于散热。因此,优选为具有以下那样的热传导率、硬度。
[热传导率]
热传导率优选为10W/m·K以上,更优选为11W/m·K以上。若为10W/m·K以上的热传导率,则作为热发散构件,具有优异的热传导性。再者,热传导率使用TPA-501(京都电子制造)进行测定。
[硬度]
硅酮组合物的硬化物的硬度以阿斯克(Asker)C计优选为50以下,更优选为5以上且50以下,特别优选为5以上且45以下。若以阿斯克C计为50以下,则在安装时不会对发热零件施加应力,可追随发热零件或冷却零件的微细的凹凸,不会导致接触热阻的恶化。另外,若阿斯克C为5以上,则安装时的操作变得容易,不用担心硬化物的变形或破损等。
广泛而言,为了通过热传导冷却电子零件,本发明的硅酮组合物的硬化物可作为能够介隔存在于发热性电子零件的热界面与散热器或电路基板等热发散构件的界面的热传递材料使用。
[实施例]
以下,使用实施例及比较例更详细地说明本发明,但本发明并不限定于这些。
[组合物的制备]
下述示出实施例及比较例中使用的(A)成分~(F)成分。
再者,平均粒径是通过激光衍射散射法测定的(测定装置:麦奇克(Microtrac)MT3000(麦奇克拜尔(Microtrac BEL)制造))中值粒径(d50),5μm以下的微粉量根据通过所述装置测定的粒径累积分布(体积基准)的5μm以下的累积%算出。
另外,表中所示的组合物中的(B)成分的占有体积(比例)是通过根据硅酮(比重:1.00)、氮化铝(比重:3.26)、氧化铝(比重:3.98)的填充量(质量基准)使用各成分的比重算出各自的填充量(体积基准),并除以总体积而求出的值(体积%)。
(A)成分:
(A-1)由下述式(a)所表示、粘度:100mm2/s的有机聚硅氧烷(比重:1.00)。
(A~2)由所述式(a)所表示、粘度:400mm2/s的有机聚硅氧烷(比重:1.00)。
[化2]
X为乙烯基,n是作为所述粘度的值。
(B)成分:
(B-1)平均粒径为20μm的非烧结的破碎状氮化铝
(B-2)平均粒径为60μm的非烧结的破碎状氮化铝
(B-3)平均粒径为80μm的非烧结的破碎状氮化铝
(B-4)平均粒径为10μm的球状氧化铝
(B-5)平均粒径为3μm的破碎状氧化铝
(B-6)平均粒径为0.2μm的球状氧化铝
(C)表面处理剂:
由下述式所表示、平均聚合度为30的单末端经三甲氧基硅烷基封闭的二甲基聚硅氧烷(比重:1.00)
[化3]
(D)氢聚硅氧烷(比重:1.00):
以质量比(D-1):(D-2)=0.2:10包含下述(D-1)成分及(D-2)成分的混合物
(D-1)由下述式所表示、平均聚合度如下所述的氢聚硅氧烷
[化4]
o=27、p=3
(D-2)由下述式所表示、平均聚合度如下所述的氢聚硅氧烷
[化5]
q=18
(E)铂族金属催化剂:5%氯铂酸2-乙基己醇溶液(比重:0.90)
(G)加成反应控制剂:乙炔基次甲基卡必醇(比重:0.90)
[实施例1~实施例6、比较例1~比较例7]
使用行星式混合机将所述(A)成分~(C)成分以下述表1及表2所示的各调配量(质量份)在室温下混炼60分钟,进而在180℃下真空混炼60分钟,冷却至室温。然后,加入(D)成分、(E)成分及(G)成分,进而进行混炼,由此获得硅酮组合物。再者,表中的各成分的调配量为质量份。
[成形方法]
将所获得的组合物注入模具中,使用压制成形机,在110℃、10分钟内成形(硬化)。
[评价方法]
热传导率:使所获得的组合物硬化为6mm厚的片状,使用两枚所述片,使用热传导率计(TPA-501,京都电子工业股份有限公司制造的商品名),测定所述片的热传导率。
硬度:使所获得的组合物硬化为6mm厚的片状,将所述片重叠两枚,并利用阿斯克C硬度计进行测定。
压缩应力:使所获得的组合物硬化为6mm厚的片状,将一枚所述片以1mm/min的速度压缩至4mm,利用台式精密万能试验机(AG-5kNXP1us,岛津制作所股份有限公司制造的商品名)测定此时的应力变化(对片施加压力时的反力)。
[表1]
[表2]
实施例1~实施例6的硅酮组合物是容易混合,其硬化物的压缩性优异,且具有优选的硬度及高热传导性的硅酮组合物。尤其是在将球状氧化铝的含量以相对于全部氧化铝含量为30质量%~70质量%分别混合的、硬化物的硬度为相同程度的实施例1~实施例3的硅酮组合物进行对比时,由球状氧化铝的含量相对于全部氧化铝含量为50质量%的实施例2的组合物获得的硬化物的压缩应力为0.51MPa,即是制成硬化物时的压缩性为50质量%且压缩性最良好的硬化物。另外,实施例1~实施例6通过全部热传导性填料中的氧化铝的比例为25质量%~50质量%,氧化铝与氮化铝的调配平衡适当,硅酮组合物的硬化物显示出充分的热传导率。
在将实施例1中使用的球状氧化铝的一部分变更为平均粒径10μm的球状氧化铝(B-4)的比较例1中,热传导性填料未填充至硅酮中,发生分离,无法获得硅酮组合物的硬化物。
另外,在将实施例1中使用的球状氧化铝在全部氧化铝中所含的比例降低至15质量%的比较例2中,热传导性填料向硅酮的填充也变得困难,无法获得组合物。因此,无法制作硅酮组合物的硬化物。进而,在将实施例1中使用的球状氧化铝在全部氧化铝中所含的比例提高至85质量%的比较例3中,热传导性填料向硅酮的填充也变得困难,无法获得组合物。因此,无法制作硅酮组合物的硬化物。另外,在将实施例4中使用的球状氧化铝在全部氧化铝中所含的比例降低至24质量%的比较例4中,硅酮组合物的硬化物也未显示出充分的热传导率。
将热传导性填料中的氧化铝的比例提高至55质量%的比较例5的硬化物由于氮化铝的比例过少,因此未显示出充分的热传导率。另外,如比较例6那样,若将全部热传导性填料中的氧化铝的比例降低至24质量%,则表面处理剂变得难以发挥作用,无法将热传导性填料填充至硅酮中。进而,将热传导性填料的体积比例设为91体积%的比较例7的硬化物中,填料的填充量过多而变得难以填充,无法获得组合物。
如上所述,在不满足本发明的必要条件的硅酮组合物中,难以将热传导性填料填充至硅酮中,无法提供具有高热传导性的硬化物。
本发明的硅酮组合物的硬化物可优选地用作设置于电子设备内的发热零件与散热零件之间且用于散热的热传导性树脂成形体。更详细而言,为了通过热传导冷却电子零件,作为介隔存在于发热性电子零件的热界面与散热器或电路基板等散热构件的界面的热传递材料而有用。
Claims (9)
1.一种硅酮组合物,是含有有机聚硅氧烷及热传导性填料的硅酮组合物,所述硅酮组合物的特征在于,所述有机聚硅氧烷含有至少一个硬化性有机聚硅氧烷,
所述热传导性填料包含(B-i)具有平均粒径20μm以上及120μm以下的非烧结的氮化铝、以及(B-ii)具有平均粒径0.1μm以上及5μm以下的氧化铝,
所述(B-ii)氧化铝包含球状氧化铝,相对于所述(B-ii)成分的合计质量,球状氧化铝的含量为25质量%~80质量%,
相对于所述(B-i)成分及(B-ii)成分的合计质量,所述(B-ii)成分的比例为25质量%~50质量%,以及
所述热传导性填料的体积相对于所述硅酮组合物的总体积的比例为80体积%~90体积%。
2.根据权利要求1所述的硅酮组合物,其中具有平均粒径0.1μm以上及2μm以下的所述球状氧化铝。
3.根据权利要求1或2所述的硅酮组合物,其中所述硅酮组合物含有(C)表面处理剂,所述表面处理剂为选自(C-1)下述通式(1):
R2 aR3 bSi(OR4)4-a-b(1)
式中,R2相互独立地为碳原子数6~15的烷基,R3相互独立地为选自未经取代或经取代的碳原子数1~5的烷基、碳原子数4~8的环烷基、碳原子数6~12的芳基及碳原子数6~12的芳烷基中的基,R4相互独立地为碳原子数1~6的烷基,a为1~3的整数及b为0~2的整数,其中a+b为1~3的整数,
所表示的烷氧基硅烷、以及
(C-2)下述通式(2):
式中,R5相互独立地为碳原子数1~6的烷基,以及c为5~100的整数,
所表示的二甲基聚硅氧烷中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的硅酮组合物,其中所述硬化性有机聚硅氧烷含有(A)含烯基的有机聚硅氧烷。
5.根据权利要求4所述的硅酮组合物,其中相对于所述(A)含烯基的有机聚硅氧烷100质量份,所述(C)表面处理剂的量为50质量份~200质量份。
6.根据权利要求1或2所述的硅酮组合物,其中所述硬化性有机聚硅氧烷含有(A)含烯基的有机聚硅氧烷。
7.一种热传导性硅酮硬化物,是将根据权利要求1至6中任一项所述的硅酮组合物硬化而成。
8.根据权利要求7所述的热传导性硅酮硬化物,具有10W/m·K以上的热传导率。
9.根据权利要求7或8所述的热传导性硅酮硬化物,具有50以下的阿斯克C硬度。
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