JP2002003831A

JP2002003831A - 放熱用部材

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Publication number: JP2002003831A
Application number: JP2000190875A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakajima; 中島　　剛
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2000-06-26
Filing date: 2000-06-26
Publication date: 2002-01-09
Anticipated expiration: 2020-06-26
Also published as: JP4144998B2

Abstract

(57)【要約】【課題】熱伝導性に非常に優れると共に、柔軟性を有
し、実用上優れた放熱性をもつ放熱用部材の提供を目的
とする。【解決手段】オルガノポリシロキサン１００重量部に
対して、熱伝導性充填剤を少なくとも１，０００重量部
配合したオルガノポリシロキサン組成物の硬化物であっ
て、熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、デュロメータ
Ａによる硬度を８０以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発熱性部品に発生
した熱を放熱するために使用される放熱用シート等の放
熱用部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、パワートランジスタ、サイリスタ
等の発熱性部品は、発生する熱により特性が低下するの
で、その対策として、該部品を機器に設置する際、ヒー
トシンクを取り付けて熱を放散させたり、機器の金属製
シャーシに熱を逃がすなどの方法が採られている。これ
らの方法のうち、ヒートシンクを取り付けて熱を放散さ
せる方法では、発熱性部品の電気絶縁性と熱伝導性を向
上させるため、発熱性部品とヒートシンクの間に、放熱
用部材として、放熱絶縁性材料からなる放熱絶縁性シー
トが挿填される。この放熱絶縁性材料としては、シリコ
ーンゴム等に熱伝導性充填剤を配合したものが使用さ
れ、例えば、シリコーンゴム等の合成ゴム１００重量部
に、酸化ベリリウム、酸化アルミニウム、水和酸化アル
ミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛から選ばれる少
なくとも１種以上の金属酸化物を１００〜８００重量部
配合した絶縁性組成物が開示されている（特開昭４７−
３２４００号公報参照）。また、電気絶縁性を必要とし
ない場所に用いられる放熱用部材の場合、それを構成す
る放熱材料としては、付加硬化型シリコーンゴム１００
重量部に、シリカ及び銀、金、ケイ素等の熱伝導性粉末
を６０〜５００重量部配合した組成物が開示されている
（特開昭５６−１００８４９号公報参照）。しかしなが
ら、これらの放熱材料は、いずれも熱伝導率が１．５Ｗ
／ｍ・Ｋより低く、熱伝導性を向上させるために熱伝導
性充填剤を多量に配合すると、液状シリコーンゴム組成
物の場合は流動性が低下し、ミラブルタイプのシリコー
ンゴム組成物の場合は可塑度が増加して、いずれも成形
加工性が非常に悪くなるという問題があった。そこで、
この問題を解決する方法として、平均粒径５μｍ以下の
アルミナ粒子１０〜３０重量%と、残部が平均粒径１０
μｍ以上の単一粒子であり、かつ、カッティングエッジ
を有しない形状である球状コランダム粒子からなるアル
ミナを配合した高熱伝導性ゴム・プラスチック組成物が
開示されている（特開平１−６９６６１号公報参照）。
また、平均重合度６，０００〜１２，０００のガム状の
オルガノポリシロキサンと平均重合度２００〜２，００
０のオイル状のオルガノポリシロキサンを併用したベー
スと、球状酸化アルミニウム粉末５００〜１，２００重
量部からなる熱伝導性シリコーンゴム組成物が開示され
ている（特開平４−３２８１６３号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の組成物を用いても、熱伝導性が不十分であり、また、
得られる放熱用部材が硬すぎて熱抵抗が大きくなるた
め、実際の放熱性は不十分であった。一方、パーソナル
コンピューター、ワードプロセッサ、ＣＤ−ＲＯＭドラ
イブ等の電子機器では、高集積化が進み、該電子機器内
にあるＬＳＩ、ＣＰＵ等の集積回路素子の発熱量が増加
したため、従来の冷却方法では不十分な場合がある。特
に、携帯用のノート型パーソナルコンピューターの場
合、その内部空間が狭いため、大きなヒートシンクや冷
却ファンを取り付けることができない。また、上記した
電子機器では、プリント基板上に集積回路素子が搭載さ
れているが、該基板の材質には、熱伝導性の悪いガラス
補強エポキシ樹脂やポリイミド樹脂が用いられているの
で、従来のように放熱絶縁シートを介して該基板から熱
を逃がすことができない。そこで、これらを解決する方
法として、集積回路素子の近傍に自然冷却タイプ或いは
強制冷却タイプの放熱用部材を設置して、集積回路素子
で発生した熱を放熱用部材に伝えて放熱する方法が採ら
れている。しかし、この方法により集積回路素子と放熱
用部材を直接接触させると、該素子の表面に凹凸があ
り、放熱用部材の柔軟性に欠けるため、接触が不十分と
なり、熱の伝導性が悪い。また、放熱絶縁シートを介し
て集積回路素子をプリント基板に取り付けても、放熱絶
縁シートの柔軟性がやや劣るため、熱膨張により該素子
とプリント基板との間に応力がかかり、これらを破損す
る恐れがある。一方、各集積回路素子ごとに放熱用部材
を取り付けようとすると、余分なスペースが必要とな
り、機器の小型化が難しくなるので、いくつかの集積回
路素子を１つの放熱用部材に組み合わせて冷却する方法
が採られることもある。特にノート型のパーソナルコン
ピューターで用いられているＢＧＡタイプのＣＰＵは、
高さが他の集積回路素子に比べて低く、発熱量が大きい
ため、冷却方法を十分考慮する必要がある。この場合、
集積回路素子ごとに高さが異なることによって生じる種
々の隙間を埋めることができる低硬度の放熱用部材が必
要になる。すなわち、このような状況に対して、熱伝導
性に優れ、柔軟性があり、種々の隙間に対応することが
できる低硬度の放熱用部材、特に放熱用シートが要望さ
れる。また、年々、駆動周波数の高周波化に伴い、ＣＰ
Ｕの性能が向上して発熱量が増大しているため、より高
熱伝導性の放熱用部材が求められている。そこで、本発
明は、熱伝導性に非常に優れると共に、柔軟性を有する
ため、優れた放熱性を与える放熱用部材を提供すること
を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するため鋭意検討を重ねた結果、オルガノポリシロ
キサンに対して熱伝導性充填剤を所定量配合したオルガ
ノポリシロキサン組成物の硬化物が、熱伝導性に非常に
優れると共に、柔軟性を有し、実用上優れた放熱性を示
すことを見出し、かかる知見に基づき、本発明を完成す
るに至った。すなわち、本発明は、オルガノポリシロキ
サン１００重量部に対して、熱伝導性充填剤を少なくと
も１，０００重量部配合したオルガノポリシロキサン組
成物の硬化物であって、熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以上で
あり、デュロメータＡによる硬度が８０以下であること
を特徴とする放熱用部材である。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の放熱用部材は、前記したように、オルガノポリ
シロキサン１００重量部に対して、熱伝導性充填剤を少
なくとも１，０００重量部充填したオルガノポリシロキ
サン組成物の硬化物であって、該硬化物の熱伝導率が５
Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、デュロメータＡによる硬度が８
０以下であることを特徴とする。かかる特徴を有するこ
とにより、熱伝導性が非常に優れると共に柔軟性を有す
る放熱用部材が得られるという優れた効果を奏する。本
発明の放熱用部材を構成するオルガノポリシロキサン組
成物は、オルガノポリシロキサン１００重量部に対し
て、熱伝導性充填剤を少なくとも１，０００重量部、好
ましくは１，０００〜３，０００重量部、特に好ましく
は１，３００〜２，５００重量部配合したものである。
熱伝導性充填剤が１，０００重量部より少ないと、良好
な熱伝導性を得ることができない。また、熱伝導性充填
剤が３，０００重量部を超えると配合が困難となること
がある。オルガノポリシロキサンは、上記組成物として
硬化性を有するものであれば、オイル状、ガム状のいず
れでもよく、また、構造や重合度の異なる２種以上を組
み合わせてもよい。市販のシリコーンゲルや低硬度タイ
プのシリコーンゴム組成物から選択してもよい。

【０００６】熱伝導性充填剤としては、熱伝導性を有す
る各種充填剤を使用することができ、無機粉末、金属粉
末等が好適である。具体的には、酸化アルミニウム、酸
化亜鉛、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化マ
グネシウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、グラファ
イト等の無機粉末、アルミニウム、銅、銀、ニッケル、
鉄、ステンレス等の金属粉末などが例示される。これら
の中でも、特には酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化ケ
イ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化マグネシウム及び
グラファイトから選ばれる無機粉末、アルミニウム、
銅、銀、ニッケル、鉄及びステンレスから選ばれる金属
粉末が好適に使用される。なお、熱伝導性充填剤として
は、上記無機粉末又は金属粉末の１種又は２種以上を組
み合わせて用いてもよい。

【０００７】熱伝導性充填剤は、平均粒径が５０μｍ以
下、好ましくは０．１〜４０μｍ、特に好ましくは０．
５〜３０μｍである。平均粒径が５０μｍよりも大きい
と分散性が悪くなり、液状シリコーンゴムの場合、放置
しておくと熱伝導性充填剤が沈降してしまう場合があ
る。本発明の放熱用部材は、平均粒径の異なる２種以上
の熱伝導性充填剤を使用することが好ましい。特に平均
粒径５〜４０μｍである熱伝導性充填剤と平均粒径０．
１〜３μｍである熱伝導性充填剤を組み合わせることが
好ましい。これにより充填効率が向上し、より高充填が
可能となり、より高熱伝導化することができる。また、
上記と同様の効果を得るために、球状の熱伝導性充填剤
を配合することが好ましい。具体的な球状の熱伝導性充
填剤としては、球状アルミナＡＳシリーズ（昭和電工社
製、商品名）、高純度球状アルミナＡＯシリーズ（アド
マテックス社製、商品名）等が挙げられる。

【０００８】本発明の放熱用部材には、必要に応じて、
カーボンブラック補強性シリカ、着色剤、酸化鉄、酸化
セリウム等の耐熱性向上剤、白金化合物、酸化チタン、
ベンゾトリアゾール等の難燃性向上剤、分散剤、接着助
剤等の任意成分を配合してもよい。

【０００９】本発明の放熱用部材は、デュロメータＡに
より測定される硬度が８０以下であることが必要であ
る。そのため、熱伝導性充填剤の種類や配合量等を適宜
調節することにより、デュロメータＡによる硬度が８０
以下、好ましくは５０以下となるように、架橋密度を選
択する必要がある。デュロメータＡによる硬度が８０を
超えると、本発明の放熱用部材が目的とする柔軟性を得
ることができない。硬度の下限は、特に制限されない
が、アスカーＣ硬度計により測定されるアスカーＣ硬度
が１０以上であることが好ましい。アスカーＣ硬度が１
０より小さいと放熱用部材の強度が弱くなることがあ
る。特に低硬度が必要な場合はアスカーＣ硬度が１０〜
９０、特には２０〜８０であることが好ましい。また、
本発明の放熱用部材は、熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以上で
あり、特には７Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。
熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ未満であると放熱性が不十分と
なることがある。なお、熱伝導率の測定は、熱伝導率計
（例えば、商品名：ＳｈｏｔｈｅｒｍＱＴＭ迅速熱伝
導率計、昭和電工社製）を使用して行えばよい。

【００１０】次に、本発明の放熱用部材の製造方法につ
いて述べる。まず、前記した所定量のオルガノポリシロ
キサンと熱伝導性充填剤を、二本ロール、ニーダー、バ
ンバリーミキサー等の混合機を用いて混合し、オルガノ
ポリシロキサン組成物を調製する。前記したように、オ
ルガノポリシロキサン組成物には、必要に応じてカーボ
ンブラック補強性シリカ、着色剤、酸化鉄、酸化セリウ
ム等の耐熱性向上剤、白金化合物、酸化チタン、ベンゾ
トリアゾール等の難燃性向上剤、接着助剤等の任意成分
を配合する。なお、これら任意成分の配合量は、本発明
の効果を妨げない範囲であればよい。また、オルガノポ
リシロキサン組成物は必要に応じて、熱処理をしてもよ
い。

【００１１】オルガノポリシロキサン組成物を調製した
後、これを硬化、成形することにより、本発明の放熱用
部材が得られる。オルガノポリシロキサン組成物の硬化
は、付加反応による硬化、縮合反応による硬化、有機過
酸化物による硬化、光による硬化等、特に制限されない
が、付加反応による硬化、有機過酸化物による硬化が好
ましく、特に、架橋密度のコントロールが容易で、低硬
度化しやすい点から、付加反応による硬化が好ましい。
付加反応による硬化は、オルガノポリシロキサンがアル
ケニル基を２個以上有する場合に適用され、硬化剤とし
てはケイ素原子に結合した水素原子を１分子中に２個以
上含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと白
金族系触媒からなる付加反応型硬化剤が挙げられる。こ
の場合、架橋剤であるオルガノハイドロジェンポリシロ
キサンは、１分子中にケイ素原子に直接結合している水
素原子を２個以上含んでいる直鎖状、分岐状又は環状の
分子からなるものであり、２５℃における粘度が１〜
１，０００ｍｍ²／ｓの範囲であることが好ましい。オ
ルガノハイドロジェンポリシロキサンの添加量は、オル
ガノポリシロキサンのアルケニル基１個に対して、オル
ガノハイドロジェンポリシロキサン中のＳｉＨ基が通常
０．０５〜３当量、特に０．１〜２当量となる範囲が好
適である。この添加量が０．０５当量より少ない場合
は、架橋密度が低くなりすぎて、硬化したオルガノポリ
シロキサン組成物の硬度が低下し、成形及び取扱いが難
しくなる。一方、３当量より多い場合は、硬化したオル
ガノポリシロキサン組成物の硬度が高くなりすぎること
がある。また、白金族系触媒としては、公知の白金金属
又は白金化合物が好ましく、その添加量は、白金族金属
として０．１〜１，０００ｐｐｍ、好ましくは１〜５０
０ｐｐｍである。更に制御剤を用いてもよい。

【００１２】有機過酸化物による硬化の場合は、有機過
酸化物として、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、２，５
−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキ
サン、ジクミルパーオキサイド等のラジカル反応に使用
される有機過酸化物が例示される。有機過酸化物の添加
量は、オルガノポリシロキサン１００重量部に対して、
０．１〜１０重量部、特に０．２〜５重量部である。

【００１３】上記オルガノポリシロキサン組成物の硬
化、成形方法は、オルガノポリシロキサンが液状タイプ
であるか、又はミラブルタイプであるかに応じて、下記
方法より適宜選択する。具体的には、金型中に未硬化
のオルガノポリシロキサン組成物を仕込み、金型を締め
てから熱プレス機により圧力と熱をかけ、該組成物を硬
化させるモールド成形、射出成形機上の加熱した金型
の中に、ノズルから未硬化のオルガノポリシロキサン組
成物を射出して金型のキャビティ内に充填し、硬化後金
型を開け、成形品を取り出す射出成形、コーティング
装置に連続的にフィルム（例えば、ポリエチレンテレフ
タレート）を供給し、この上に未硬化の液状オルガノポ
リシロキサン組成物を、ナイフコータ等により一定の厚
さに塗布してから、加熱炉を通して該液状組成物を硬化
させるコーティング成形、押出機のダイスとニップル
の組み合わせにより、未硬化のミラブルタイプのオルガ
ノポリシロキサン組成物を任意のチューブ形状に成形し
てから、加熱炉を通して該組成物を硬化させる押出成
形、カレンダーロールにより未硬化のオルガノポリシ
ロキサン組成物を一定の厚さに分出しし、フィルム上に
該組成物を転写してから加熱炉を通して組成物を硬化さ
せるカレンダー成形が挙げられる。硬化条件は、成形方
法に応じて適宜調整することが好ましいが、１００〜４
００℃で２秒〜３０分が好適である。

【００１４】本発明の放熱用部材の態様として、放熱用
シリコーンゴムシートが挙げられる。放熱用シリコーン
ゴムシートを作製する場合、その内部にガラスクロス、
ポリエステル、ナイロン等からなるクロス或いは不織
布、ポリイミド、ナイロン、ポリエステル等からなる樹
脂フィルム等を入れて補強してもよい。これにより該シ
ートの強度が向上すると共に、伸びが抑制されるので、
取扱いやすくなり作業性が向上する。

【００１５】

【実施例】以下、実施例及び比較例を示して本発明を具
体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限される
ものではない。

【００１６】（実施例１）２５℃における粘度が３０，
０００ｃｓで両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖
されたジメチルポリシロキサン１５重量部、２５℃にお
ける粘度が６００ｃｓで両末端がジメチルビニルシロキ
シ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン５０重量部、
２５℃における粘度が３００ｃｓで両末端がトリメチル
シロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン１５重
量部、片末端がトリメトキシ基で封鎖され、他方の片末
端がトリメチルシロキシ基で封鎖された重合度が３１で
あるジメチルポリシロキサン３０重量部に、平均粒径１
０μｍの球状アルミナＡＯ−４１Ｒ（アドマテックス社
製、商品名）１，２００重量部、平均粒径０．７μｍの
球状アルミナＡＯ−５０Ｚ（アドマテックス社製、商品
名）２００重量部を配合し、オルガノポリシロキサン組
成物を得た。次に、触媒として塩化白金酸のビニルシロ
キサン錯体（白金含有量１％）０．３５重量部、硬化剤
として２５℃における粘度が１８ｃｓのメチルハイドロ
ジェンポリシロキサン（ＳｉＨ０．００３１モル／ｇ）
３．６重量部を均一に混合した。そして、得られた混合
物をモールド成形により１５０℃で１０分間加熱して、
厚さ６ｍｍのシートを作製し、アスカーＣ硬度計で硬度
を測定した。また、厚さ２０ｍｍのブロック体をモール
ド成形で作製し、熱伝導率計（商品名：Ｓｈｏｔｈｅｒ
ｍＱＴＭ迅速熱伝導率計、昭和電工社製）を使用して
熱伝導率を測定した。その結果、アスカーＣ硬度は２５
であり、熱伝導率は５．５Ｗ／ｍ・Ｋであった。実施例
１の放熱用部材は、このように熱伝導性に優れ、非常に
低硬度であるため、電子部品との密着性も良好であり、
優れた放熱性を有する。

【００１７】（実施例２）２５℃における粘度が３０，
０００ｃｓで両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖
されたジメチルポリシロキサン３０重量部、２５℃にお
ける粘度が６００ｃｓで両末端がジメチルビニルシロキ
シ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン４０重量部、
片末端がトリメトキシシロキシ基で封鎖され、他方の片
末端がトリメチルシロキシ基で封鎖された重合度が３１
であるジメチルポリシロキサン６０重量部に、ＡＯ−４
１Ｒ（前出）２，０００重量部、ＡＯ−５０Ｚ（前出）
５００重量部を配合し、オルガノポリシロキサン組成物
を得た。そして、実施例１と同様の方法、条件でアスカ
ーＣ硬度と熱伝導率を測定した。その結果、アスカーＣ
硬度は５５であり、熱伝導率は１０Ｗ／ｍ・Ｋであっ
た。実施例２の放熱用部材は、このように熱伝導性に優
れ、非常に低硬度であるため、電子部品との密着性も良
好であり、優れた放熱性を有する。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、熱伝導性に非常に優れ
ると共に、柔軟性を有する実用上優れた放熱性をもつ放
熱用部材が得られる。また、アスカーＣ硬度で測定でき
るような低硬度化も可能であり、電子部品との密着性も
よく、効率よく放熱することができる。本発明の放熱用
部材は、一般の電源、電子機器等に用いられる放熱用部
材、特に放熱シート及びパーソナルコンピューター、ワ
ードプロセッサ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ等の電子機器の
ＬＳＩ、ＣＰＵ等の集積回路素子の放熱に用いる低硬度
放熱性シリコーンゴムシート等として最適である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】オルガノポリシロキサン１００重量部に
対して、熱伝導性充填剤を少なくとも１，０００重量部
配合したオルガノポリシロキサン組成物の硬化物であっ
て、熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、デュロメータ
Ａによる硬度が８０以下であることを特徴とする放熱用
部材。
【請求項２】熱伝導性充填剤が球状熱伝導性充填剤を
含む請求項１記載の放熱用部材。
【請求項３】熱伝導性充填剤の配合量が、オルガノポ
リシロキサン１００重量部に対して、１，０００〜３，
０００重量部であり、かつ、平均粒径の異なる２種以上
の熱伝導性充填剤を含む請求項１または２記載の放熱用
部材。
【請求項４】アスカーＣ硬度が１０〜９０である請求
項１〜３のいずれか１項記載の放熱用部材。
【請求項５】放熱用部材が放熱用シリコーンゴムシー
トである請求項１〜４のいずれか１項記載の放熱用部
材。