JP2002003829A - 放熱材料 - Google Patents

放熱材料

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JP2002003829A
JP2002003829A JP2000190757A JP2000190757A JP2002003829A JP 2002003829 A JP2002003829 A JP 2002003829A JP 2000190757 A JP2000190757 A JP 2000190757A JP 2000190757 A JP2000190757 A JP 2000190757A JP 2002003829 A JP2002003829 A JP 2002003829A
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JP
Japan
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heat
melting point
metal
powder
mixture
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JP2000190757A
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English (en)
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Tatsuya Hayashi
林  達也
Shinji Hijiya
慎司 泥谷
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Mitsubishi Plastics Inc
Original Assignee
Mitsubishi Plastics Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 極めて良好な熱伝導性、作業性、接着性を有
する放熱材料を提供する。 【解決手段】 (a)熱可塑性樹脂あるいは熱可塑性エ
ラストマーおよびそれらの混合物を基質とし、(b)融
点が300℃以下の低融点金属、及び(c)金属粉末を
混合してなる放熱材料。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品等の発熱
体からの放熱を促すため、その発熱体に対して接触する
ように配置して使用される放熱材に関する。
【0002】
【従来の技術】トランジスター、コンデンサー等の電
子、電気部品は、熱に弱く、またこれら電子、電機部品
自身が発熱するため、その寿命が短くなるという問題が
ある。この電子部品等が発熱する熱を放熱するために使
用される熱伝導性材料として、シリコーン系グリースに
金属酸化物粉末を混合してペースト状としたものやシリ
コーン系ゴムに熱伝導性粉末を混合してシート化したも
のが知られている。これらの熱伝導性材料はその一面に
電子部品等を接着し、他面に放熱フィンを取り付け、放
熱シートを介して電子部品等から発生する熱を放熱フィ
ンへ伝え放熱させるものである。しかし、従来の熱伝導
性シリコーン系ペーストでは、塗布工程での作業性が著
しく劣り、しかも塗布した後にそれが経時的に流出する
欠点があった。一方、熱伝導性シリコーン系ゴムシート
では、作業性は良いが熱伝導性は充分とは言えず、発熱
の大きなパワーモジュール等の電子部品をヒートシンク
に装着する際の材料としては適切ではなかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上
記問題点を解決し、作業性が良好で熱伝導性にも優れた
放熱材料を提供することを課題とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者等は上記課題を
解決すべく鋭意検討した結果、本発明を完成するに至っ
た。即ち本発明の要旨は、(a)熱可塑性樹脂あるいは
熱可塑性エラストマーおよびこれらの混合物を基質と
し、これに(b)融点が300℃以下の低融点金属、及
び(c)金属粉末を混合してなる放熱材料にある。
【0005】本発明の好ましい実施態様としては、下記
が挙げられる。(a)熱可塑性樹脂あるいは熱可塑性エ
ラストマーおよびこれらの混合物が放熱材料の20〜8
0容量%、また(b)低融点金属及び(c)金属粉末を
合わせた金属成分中の(c)金属粉末の割合が10〜3
0容量%の範囲であることを特徴とする上記の放熱材
料。(b)成分の低融点金属が、Pb/Sn、Pb/S
n/Bi、Pb/Sn/Ag、 Pb/Ag、 Sn/A
g、 Sn/Bi、Sn/Cu、Sn/Zn系から選ばれ
た低融点合金からなることを特徴とする上記の放熱材
料。(c)成分の金属粉末がCu、Ni、Al、Cr及
びそれらの合金粉末からなり、その平均粒径が1〜50
μmの範囲であることを特徴とする上記の放熱材料。
(a)熱可塑性樹脂あるいは熱可塑性エラストマーおよ
びこれらの混合物の一部が酸変成されておりカルボキシ
ル基が含有されていることを特徴とする上記の放熱材
料。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の放熱材料は、その材料が(a)熱可塑性樹脂あ
るいは熱可塑性エラストマーおよびこれらの混合物、
(b)融点が300℃以下の低融点金属、及び(c)金
属粉末の混合物(以下、「混合材」という)からなるこ
とに特徴がある。このように熱可塑性樹脂あるいは熱可
塑性エラストマーおよびこれらの混合物と熱伝導性を付
与するための金属成分を特定の組合せとすることによ
り、極めて高度の熱伝導性と強度などの他の特性をバラ
ンス良く付与できることを見出したものであり、混合材
においては、(a)熱可塑性樹脂あるいは熱可塑性エラ
ストマーおよびこれらの混合物を組成物全体の20〜8
0容量%、好ましくは40〜60容量%の範囲で含有す
ることが好ましい。樹脂成分が80容量%を越えると熱
伝導性が発現し難い傾向にあり、20容量%未満では、
流動性が低下し成形性、加工性が劣る。
【0007】また、熱可塑性樹脂あるいは熱可塑性エラ
ストマーおよびこれらの混合物と低融点金属との接着強
度の向上および電子部品や他の接着剤との接着性を強固
に発現させるために熱可塑性樹脂あるいは熱可塑性エラ
ストマーはその一部を炭素数3〜10の有機不飽和カル
ボン酸で変性する必要がある。有機不飽和カルボン酸と
しては、例えばアクリル酸、マレイン酸、メタクリル
酸、フマール酸、イタコン酸等が好適である。(c)の
金属粉末は低融点金属の分散助剤として作用し、金属成
分中の(c)金属粉末の割合を10〜30容量%、好ま
しくは15〜25容量%の範囲とすることが好ましい。
10容量%未満では、分散状態が悪くなり、また30容
量%を越えると流動性が低下するとともに脆化しやすく
なる。
【0008】混合材に用いられる(a)熱可塑性樹脂と
しては、EVA、PPやPEなどのポリオレフィン、ナ
イロン、PET、ポリウレタンなどが使用可能であり、
熱可塑性エラストマーも同様に、オレフィン系、スチレ
ン系、塩ビ系、ウレタン系、エステル系、アミド系など
種々のタイプのものが使用可能である。形状追随性など
が要求される場合は、硬度がショアA60以下の軟質の
エラストマーを使用することが好ましい。
【0009】(b)の融点が300℃以下の低融点金属
には各種のものが使用できる。融点の測定方法は示差走
査熱量測定法(DSC)に示差走査熱量測定法(DS
C)ににより測定すればよく、融点が300℃を越える
金属では成形性が劣るという問題がある。具体的にはP
b/Sn、Pb/Sn/Bi、Pb/Sn/Ag、 Pb
/Ag、Sn/Ag、 Sn/Bi、Sn/Cu、Sn/
Zn系から選ばれたはんだ合金が好適に使用できる。
(c)成分の金属粉末は上記低融点金属の分散助剤とな
るものであり、Cu、Ni、Al、Cr及びそれらの合
金粉末が好適に使用でき、その平均粒径が1〜50μm
の範囲のものが好ましい。平均粒径は試料を透過型電子
顕微鏡により撮影し、写真から求めた数平均粒子径であ
る。平均粒径が1μm未満では混合の際のハンドリング
が困難であり、また50μmを越えるものでは分散性が
低下し易い傾向がある。
【0010】本発明の放熱材料は、上記混合材の各成分
を用い、混合したものを所定の温度でニーダや二軸押出
機等の混練機により混練後、フィルム状に加工して使用
したり、電子部品や放熱フィンを金型にインサートし放
熱材料を射出成形して一体化させる方法で使用すること
も可能である。混練においては(c)低融点金属が半溶
融状態となる温度が好ましく、マトリックスとなる熱可
塑性樹脂あるいは熱可塑性エラストマーの溶融温度に応
じて適切な金属組成を選択し、低融点金属と分散助剤と
なる銅粉、ニッケル粉末等の添加比率を適宜選択する必
要がある。以上の方法で得られた混練物は、使用目的に
応じて、シート化、ペレット化、粉末化される。
【0011】以上述べたように、本発明の放熱材料は、
熱可塑性樹脂あるいは熱可塑性エラストマーおよびこれ
らの混合物に低融点金属が含有されていることから、混
練中に低融点金属が網目状のパスを形成し、異方性の少
ない、高度の熱伝導性を有する放熱材料となる。また、
樹脂に軟質のエラストマーを使用した場合には、形状追
随性にも優れた放熱材料となる。さらに、樹脂の一部が
酸変成されていることで強固な接着強度を有することか
ら、各種材料に強固に接合することも可能である。
【0012】
【実施例】以下、実施例について説明するが、本発明は
これに限定されるものではない。 (実施例1〜3)熱可塑性樹脂(熱可塑性エラストマ
ー)として酸変成ポリオレフィン(「アドテックスER
320P」日本ポリオレフィン(株)製)を用い、低融
点金属として鉛フリーハンダ(Sn−4Cu−2Ni
融点 固相線225℃−液相線480℃)、金属粉末と
して平均粒径10μmの銅粉を用いた。あらかじめ各原
料粉末を表1に示す割合で物理混合した後、2軸押出機
(「2D25−S」東洋精機(株)製)を用いて溶融混
練後、Tダイを通して厚さ0.3mmの放熱シートを作
成した。
【0013】混練条件は以下の通りである。 シリンダー温度: 200℃ スクリュ回転数: 20r.p.m.
【0014】実施例1〜3で得られた放熱シートの熱伝
導率(W/mk)を迅速熱伝導率計QTM−D3(京都
電子工業)にて測定した。
【0015】(比較例)本発明の放熱シートのかわりに
市販の熱伝導性シリコーン系ゴムシート (TC−Aタ
イプ 0.3mm/信越シリコーン)を使用した。実施
例および比較例の結果を表1に示した。
【0016】
【表1】
【0017】
【発明の効果】本発明の放熱材料は、熱可塑性樹脂ある
いは熱可塑性エラストマーおよびこれらの混合物に低融
点金属が含有されていることから、極めて高度の熱伝導
性を有し、電子部品で発生する熱を効率よく放熱フィン
などに伝達することができる、また、取り扱いが容易で
あるため、従来の熱伝導性シリコーン系ゴムシートと同
等の作業性がある。一方で、樹脂の一部が酸変成されて
いることで強固な接着強度を有することから、各種材料
へのホットメルトタイプの接着も可能である。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)熱可塑性樹脂あるいは熱可塑性エ
    ラストマーおよびこれらの混合物を基質とし、これに
    (b)融点が300℃以下の低融点金属、及び(c)金
    属粉末を混合してなる放熱材料。
  2. 【請求項2】 (a)熱可塑性樹脂あるいは熱可塑性エ
    ラストマーおよびこれらの混合物が放熱材料の20〜8
    0容量%、(b)及び(c)を合わせた金属成分中の
    (c)金属粉末の割合が10〜30容量%の範囲である
    ことを特徴とする請求項1記載の放熱材料。
  3. 【請求項3】 (b)成分の低融点金属が、Pb/S
    n、Pb/Sn/Bi、Pb/Sn/Ag、 Pb/A
    g、 Sn/Ag、 Sn/Bi、Sn/Cu、Sn/Zn
    系から選ばれた低融点合金からなることを特徴とする請
    求項1乃至2記載の放熱材料。
  4. 【請求項4】(d)成分の金属粉末がCu、Ni、A
    l、Cr及びそれらの合金粉末からなり、その平均粒径
    が1〜50μmの範囲であることを特徴とする請求項1
    乃至3記載の放熱材料。
  5. 【請求項5】(a)熱可塑性樹脂あるいは熱可塑性エラ
    ストマーおよびこれらの混合物の一部が酸変成されてお
    りカルボキシル基が含有されていることを特徴とする請
    求項1乃至4記載の放熱材料。
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