JP2000169873A

JP2000169873A - シリコーングリース組成物

Info

Publication number: JP2000169873A
Application number: JP10343037A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Yamada; 邦弘山田; Takayuki Takahashi; 孝行高橋; Kenichi Isobe; 憲一磯部
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1998-12-02
Filing date: 1998-12-02
Publication date: 2000-06-20
Also published as: US6255257B1

Abstract

(57)【要約】【課題】熱伝導性に優れたシリコーングリース組成物
を提供する。【解決手段】平均粒径が０．５〜５μｍの窒化アル
ミニウム粉末αと平均粒径が６〜２０μｍの窒化アルミ
ニウム粉末βの２種類の窒化アルミニウム粉末が、混合
後の平均粒径が１〜１０μｍとなるように、α／（α＋
β）＝０．１〜０．９の割合で混合してなる窒化アルミ
ニウム粉末混合物からなる成分（Ａ）５０〜９５重量
％、一般式Ｒ^１ _ａＳｉＯ_{（４−ａ）／２}［Ｒ^１は炭素数
１〜１８の飽和又は不飽和の一価の炭化水素基の群の中
から選択される少なくとも１種の基、１．８≦ａ≦２．
２］で表される、２５℃における粘度が５０〜５００，
０００ｃｓのオルガノポリシロキサンからなる成分
（Ｂ）５〜１５重量％、及び、平均粒径０．５〜１００
μｍの、酸化亜鉛、アルミナ、窒化ホウ素及び炭化ケイ
素の中から選択される少なくとも１種の無機化合物粉末
からなる成分（Ｃ）０〜３５重量％からなるシリコーン
グリース組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱伝導性に優れた
シリコーングリース組成物に関する。

【０００２】

【従来技術】電子部品の多くは使用中に熱が発生するの
で、その電子部品を適切に機能させるためには、その電
子部品から熱を取り除くことが必要である。窒化アルミ
ニウムは、高熱伝導性であると共に電気絶縁性であるこ
とから、電子部品の放熱材料としてその応用が期待され
ている。また、その使用は、成形物として、或いは粉末
のものをグリースや合成ゴムの充填剤として使用する等
多岐に渉っている。

【０００３】一般に、窒化アルミニウム粉末をグリース
や合成ゴムの充填剤として用い、高い熱伝導性を得るた
めには、窒化アルミニウム粉末の充填率を上げる必要が
ある。そこで、従来、グリースに用いる場合には、その
充填率を上げるためにウエッターを使用したり、ベース
オイルとして塗れ性の良い変性オイルを用いるなどの技
術も提案されている。しかしながら、いずれの場合にお
いても十分に窒化アルミニウム粉末の充填率をあげるこ
とはできず、従って高い熱伝導率を得ることは出来なか
った。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者ら
は、シリコーングリース中の窒化アルミニウムの充填率
を増大させ、熱伝導率を向上させることについて種々検
討した結果、平均粒径の異なる２種の窒化アルミニウム
粉末を混合し、この混合物を充填剤として使用すること
により極めて良好な結果を得ることができることを見出
し、本発明に到達した。従って本発明の目的は、特に優
れた熱伝導性をもつシリコーングリース組成物を提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の上記の目的は、
下記成分（Ａ）〜（Ｃ）からなるシリコーングリース組
成物によって達成された。成分（Ａ）：平均粒径が０．５〜５μｍの窒化アルミニ
ウム粉末αと平均粒径が６〜２０μｍの窒化アルミニウ
ム粉末βの２種類の窒化アルミニウム粉末を、α／（α
＋β）＝０．１〜０．９の割合で混合し、混合後の平均
粒径が１〜１０μｍとなった窒化アルミニウム粉末の混
合物５０〜９５重量％、成分（Ｂ）：一般式Ｒ^１ _ａＳｉＯ_{（４−ａ）／２}［Ｒ^１
は炭素数１〜１８の飽和又は不飽和の一価の炭化水素基
の群の中から選択される少なくとも１種の基、１．８≦
ａ≦２．２］で表される、２５℃における粘度が５０〜
５００，０００ｃｓのオルガノポリシロキサン５〜１５
重量％、成分（Ｃ）：平均粒径０．５〜１００μｍの、酸化亜
鉛、アルミナ、窒化ホウ素及び炭化ケイ素の中から選択
される少なくとも１種の無機化合物粉末０〜３５重量
％。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の成分（Ａ）における窒化
アルミニウムは、窒化アルミニウム粉末αと窒化アルミ
ニウム粉末βという異なる平均粒径を持つ２種類の窒化
アルミニウム粉末を混合することにより得られる。この
ように、どちらか一方だけを充填剤として使用するより
も、これらを組み合せることによりグリース組成物中の
充填剤の充填率を上げることができ、その結果、グリー
スの熱伝導率を向上させることが出来る。充填剤のこの
組み合わせを使って得られるグリース組成物の熱伝導率
の値は、どちらか一方の充填剤だけを最大充填量で使用
して得られるものより高くなる上、稠度も高く（柔らか
く）することができ、使い勝手においても有利である。

【０００７】成分（Ａ）の窒化アルミニウム粉末αは、
平均粒径が０．５μｍより小さくても５μｍより大きく
ても、得られる熱伝導性シリコーングリース組成物中の
充填率が上げられなくなるため、０．５〜５μｍの範囲
であることが必要であり、特に、１〜３μｍの範囲であ
ることが好ましい。窒化アルミニウム粉末βの場合も同
様であり、６μｍより小さくても２０μｍより大きくて
も得られる熱伝導性シリコーングリース組成物中の充填
率が上げられなくなるため、６〜２０μｍの範囲である
ことが必要であり、特に７〜１５μｍの範囲であること
が好ましい。

【０００８】窒化アルミニウム粉末αと窒化アルミニウ
ム粉末βの混合割合α／（α＋β）は、０．１より小さ
くても０．９より大きくても、得られる熱伝導性シリコ
ーングリース組成物中の充填率が上げられなくなるた
め、０．１〜０．９の範囲である必要があり、特に０．
３〜０．７の範囲であることが好ましい。また、このと
きの窒化アルミニウム粉末αと窒化アルミニウム粉末β
とを混合した後の平均粒径は、１μｍより小さくても１
０μｍより大きくても均一なグリース組成物にならない
ため、１〜１０μｍの範囲であることが必要であり、２
〜５μｍの範囲であることが好ましい。

【０００９】窒化アルミニウム粉末αと窒化アルミニウ
ム粉末βの合計は、シリコーングリース組成物の５０重
量％より少ないとグリース組成物にしたときの熱伝導率
が悪くなり、９５重量％より大きくなると硬くなり伸展
性が乏しくなるので、５０〜９５重量％の範囲であるこ
とが必要であり、６０〜９０重量％であることが好まし
い。本発明に用いられる窒化アルミニウム粉末は、一般
に六方晶またはウルツ鉱型の結晶構造を有するIII−Ｖ
族の窒化物で、外観は白〜灰白色を呈し、粒子形状は、
製法によるが、不定形〜球状の粉末である。

【００１０】窒化アルミニウム粉末の製造方法として
は、金属アルミニウム粉と窒素あるいはアンモニウムと
を直接反応させる直接窒化法、アルミナと炭素の混合粉
末を窒素あるいはアンモニア雰囲気下で加熱し、還元と
窒化を同時に行わせるアルミナ還元法、またはアルミニ
ウムの蒸気と窒素を直接反応させる方法、ＡｌＣｌ_３・
ＮＨ_３の熱分解等の製造法が挙げられる。

【００１１】これらにより得られた粗窒化アルミニウム
粉末を所望する粒径にするために、振動ミル、ジェット
ミルなどによって更に粉砕をするが、本発明に用いる窒
化アルミニウム粉末α及び窒化アルミニウム粉末βは、
この粉砕時間を調整することによって得られる。また、
粉砕後に気流分球などを施してもよい。これらの窒化ア
ルミニウム粉末α及びβの比表面積は、均一なグリース
組成物を得る観点から、何れも０．１〜２０ｍ^２／ｇの
範囲であれば良いが、窒化アルミニウム粉末α及びβを
混合した後の窒化アルミニウム粉末の比表面積も０．１
〜２０ｍ^２／ｇの範囲であることが必要であり、１〜１
０ｍ^２／ｇの範囲であることが好ましく、特に２〜５ｍ
^２／ｇであることが好ましい。

【００１２】製法により、窒化アルミニウム粉末の化学
組成（不純物）、粒径、形状、粒度分布等の特性が異な
ってくるが、本発明においては、何れの製法で作られた
ものでも使用することができ、これらの異なった製法の
ものを混合して使用することもできる。また、本発明に
用いられる窒化アルミニウム粉末は、必要に応じて、オ
ルガノシラン、オルガノポリシロキサン、有機フッ素化
合物等を用いて表面に疎水化処理を施しても良い。

【００１３】疎水化処理法は、公知の方法でよく、例え
ば窒化アルミニウム粉末とオルガノシランあるいはその
部分加水分解物を、トリミックス、ツウィンミックス、
プラネタリミキサー（何れも井上製作所（株）製混合機
の登録商標）、ウルトラミキサー（みずほ工業（株）製
混合機の登録商標）、ハイビスディスパーミックス（特
殊機化工業（株）製混合機の登録商標）等の混合機にて
混合すれば良い。この場合、必要に応じて５０〜１５０
℃に加熱しても良い。

【００１４】尚、混合に際してはトルエン、キシレン、
石油エーテル、ミネラルスピリット、イソパラフィン、
イソプロピルアルコール、エタノール等の溶剤を用いて
もよいが、その場合には、混合後、溶剤を真空装置など
を用いて除去することが好ましい。又、希釈溶剤として
本発明の液体成分である成分（Ｂ）のオルガノポリシロ
キサンを使用することも可能である。この場合、処理剤
であるオルガノポリシロキサンあるいはその部分加水分
解物を予めオルガノポリシロキサンと混合し、そこで窒
化アルミニウム粉末を加えて処理と混合を同時に行うこ
とができる。この方法で製造された組成物も又本発明の
範囲である。

【００１５】成分（Ｂ）で使用するオルガノポリシロキ
サンの一般式Ｒ^１ _ａＳｉＯ_（４−ａ _）／２において、Ｒ
^１は炭素数１〜１８の飽和又は不飽和の一価の炭化水素
基の群から選択される少なくとも一種の基である。この
ような基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピ
ル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル
基、テトラデシル基、オクタデシル基等のアルキル基；
シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロヘキシ
ル基；ビニル基、アリル基等のアルケニル基；フェニル
基、トリル基等のアリール基；２−フェニルエチル基、
２−メチルー２−フェニルエチル基等のアラルキル基；
３,３,３−トリフロロプロピル基、２−（パーフロロブ
チル）エチル基、２−（パーフロロオクチル）エチル
基、ｐ−クロロフェニル基等のハロゲン化炭化水素基が
挙げられるが、本発明においては特に、メチル基、フェ
ニル基、及び炭素数６〜１４のアルキル基が好ましい。

【００１６】ａはシリコーングリース組成物として要求
される稠度の観点から１．８〜２．２の範囲であること
がよく、特に１．９〜２．１であることが好ましい。ま
た、本発明で使用するオルガノポリシロキサンの２５℃
における粘度は、５０ｃｓより低いとグリース組成物に
した時にオイルブリードが出やすくなる一方、５００，
０００ｃｓより大きくなるとグリース組成物にしたとき
の伸展性が乏しくなることから、２５℃で５０〜５０
０，０００ｃｓであることが必要であり、特に１００〜
１０，０００ｃｓであることが好ましい。

【００１７】成分（Ｂ）のオルガノポリシロキサンの使
用量は、シリコーングリース組成物中５重量％より少な
いとシリコーングリース組成物が硬くなり伸展性に乏し
くなる一方、１５重量％より大きいと熱伝導率が悪くな
るので５〜１５重量％の範囲であることが必要であり、
特に７〜１３重量％の範囲であることが好ましい。

【００１８】成分（Ｃ）で使用する無機化合物粉末は、
熱伝導率の高いものであり、酸化亜鉛、アルミナ、窒化
ホウ素及び炭化ケイ素の中から選択される少なくとも１
種を使用することができる。これら無機化合物粉体とし
ては、必要に応じて、オルガノシラン、オルガノシラザ
ン、オルガノポリシロキサン、有機フッ素化合物等で表
面疎水化処理を施したものを使用しても良い。

【００１９】成分（Ｃ）の無機化合物粉末の平均粒径
は、０．５μｍより小さくても１００μｍより大きくて
も得られるグリース組成物の充填率が上げられなくなる
ため、０．５〜１００μｍの範囲であることが必要であ
り、１〜５０μｍの範囲であることが好ましい。この無
機化合物粉末は、シリコーングリース組成物中に３０重
量％より多く含まれると、グリース組成物にしたとき熱
伝導率が悪くなるので０〜３０重量％の範囲であること
が必要であり、０〜２５重量％であることが好ましい。

【００２０】本発明のグリースを製造するには、成分
（Ａ）〜（Ｃ）をトリミックス、ツウィンミックス、プ
レネタリミキサー（何れも井上製作所（株）製混合機の
登録商標）、ウルトラミキサー（みずほ工業（株）製混
合機の登録商標）、ハイビスディスパーミックス（特殊
機化工業（株）製混合機の登録商標）等の混合機にて混
合する。この場合、必要ならば５０〜１５０℃に加熱し
ても良い。尚、混合後、均一仕上げのため、さらに高剪
断力下で混練操作を行うことが好ましい。混練装置とし
ては、３本ロール、コロイドミル、サンドグラインダー
等があるが、これらの中でも３本ロールによる方法が好
ましい。

【００２１】

【発明の効果】以上の如くして得られた本発明のシリコ
ーングリース組成物は、熱伝導率が大幅に向上する。し
たがって、発熱性電子部品から熱を取り除くための熱伝
導性シリコーングリースとして好適である。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を実施例によって更に詳述する
が、本発明はこれによって限定されるものではない。
尚、実施例、比較例における稠度の測定はＪＩＳＫ２２
２０に準じて行い、熱伝導率は迅速熱伝導率計ＱＴＭ−
５００（京都電子工業（株））により、いずれも２５℃
において測定し、粒径測定はシーラスアルカテル社製
のグラニュロメーターＨＲ８５０（登録商標）によっ
て行った。また、実施例中の粘度は２５℃における値で
ある。

【００２３】グリース組成物の外観及び伸展性について
は以下の様にして評価した。［外観評価］グリース組成物の表面を目視観察〇：均一で滑らかな表面状態 △：やや不均一 ×：不均一［伸展性評価］アルミ板にグリース組成物を０．２ｇ乗
せ、それを指にて伸展させたときの伸展状態を次の様に
評価した。〇：滑らかな伸展性を示す △：やや伸展性に乏しく、また異物感あり ×：伸展性に乏しい

【００２４】調製例１．平均粒径１．５μｍの窒化アル
ミニウム粉末（Ａ−１）５００ｇと平均粒径８．０μｍ
の窒化アルミニウム粉末（Ａ−３）５００ｇを５リット
ルのプラネタリーミキサー（井上製作所（株）製混合機
の登録商標）に投入した後、室温にて３０分間攪拌し、
窒化アルミニウム粉末混合物Ｄ−１を得た。この窒化ア
ルミニウム粉末混合物Ｄ−１の平均粒径を測定したとこ
ろ３．４μｍであった。

【００２５】調製例２〜１２．混合する２種類の窒化ア
ルミニウム粉末を下記表１の様に組み合わせて計量した
こと以外は、全て調製例１と同様にして窒化アルミニウ
ム粉末混合物Ｄ−２〜Ｄ−１２を得た。これら窒化アル
ミニウム粉末混合物Ｄ−２〜Ｄ−１２の平均粒径は表１
に示した通りである。

【００２６】

【表１】

【００２７】実施例１〜１０及び比較例１〜８表２及び表３に示されたように、各成分を５リットルの
プラネタリーミキサー（井上製作所（株）製混合機の登
録商標）に投入し、室温にて３０分間攪拌した後、３本
ロールによる混練を３回実施して実施例１〜１０及び比
較例１〜８のシリコーングリースを製造した。得られた
シリコーングリースの特性は表２及び表３に示した通り
である。

【００２８】

【表２】

【００２９】

【表３】

【００３０】但し、各表中の各成分は次の通りである。成分（Ａ）Ａ−１）：窒化アルミニウム粉末（平均粒径１．５μ
ｍ、不定形）Ａ−２）：窒化アルミニウム粉末（平均粒径２．５μ
ｍ、不定形）Ａ−３）：窒化アルミニウム粉末（平均粒径８．０μ
ｍ、不定形）Ａ−４）：窒化アルミニウム粉末（平均粒径１２．５μ
ｍ、不定形）Ａ−５）：窒化アルミニウム粉末（平均粒径０．４μ
ｍ、不定形）Ａ−６）：窒化アルミニウム粉末（平均粒径２５μｍ、
不定形）

【００３１】成分（Ｂ）Ｂ−１）：

【化Ｂ−１】Ｂ−２）：

【化Ｂ−２】

【００３２】成分（Ｃ）Ｃ−１）：酸化亜鉛粉末（平均粒径：２．０μｍ、不定
形）Ｃ−２）：アルミナ粉末（平均粒径：１５μｍ、不定
形）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者磯部憲一群馬県碓氷郡松井田町大字人見１番地10 信越化学工業株式会社シリコーン電子材料技術研究所内Ｆターム(参考） 4H104 AA13A AA17A AA21A AA26A BJ03A EA02A EA02Z EA08A FA02 FA03 LA20 PA50 QA18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平均粒径が０．５〜５μｍの窒化アルミ
ニウム粉末αと平均粒径が６〜２０μｍの窒化アルミニ
ウム粉末βの２種類の窒化アルミニウム粉末が、混合後
の平均粒径が１〜１０μｍとなるように、α／（α＋
β）＝０．１〜０．９の割合で混合してなる窒化アルミ
ニウム粉末混合物からなる成分（Ａ）５０〜９５重量
％、一般式Ｒ^１ _ａＳｉＯ_{（４−ａ）／２}［Ｒ^１は炭素数
１〜１８の飽和又は不飽和の一価の炭化水素基の群の中
から選択される少なくとも１種の基、１．８≦ａ≦２．
２］で表される、２５℃における粘度が５０〜５００，
０００ｃｓのオルガノポリシロキサンからなる成分
（Ｂ）５〜１５重量％、及び、平均粒径０．５〜１００
μｍの、酸化亜鉛、アルミナ、窒化ホウ素及び炭化ケイ
素の中から選択される少なくとも１種の無機化合物粉末
からなる成分（Ｃ）０〜３５重量％からなることを特徴
とするシリコーングリース組成物。