JP2003301110A

JP2003301110A - シリコーンコンパウンド

Info

Publication number: JP2003301110A
Application number: JP2002107024A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Katakura; 等片倉
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2003-10-21

Abstract

(57)【要約】【課題】電子部品の除熱等に用いて好適な、優れた熱
伝導特性を備えたシリコーンコンパウンドを提供する。【解決手段】一般式が下記化１で表されるオルガノポ
リシロキサンに根元成長カーボンナノチューブが含有さ
れてなることを特徴とする。【化１】（式中、Ｒは炭素数１〜１８の１価の飽和炭素水素基ま
たは１価の不飽和炭化水素基から選択される１種または
２種以上の基である。また、ａは、１．８〜２．３であ
る。）本発明に係るシリコーンコンパウンドは、根元成長カー
ボンナノチューブを含有するため、当該根元成長カーボ
ンナノチューブの独特な構造により任意の方向に対する
熱伝導性が付与され、また、根元成長カーボンナノチュ
ーブ同士の熱伝導が単層ナノチューブの成長方向、すな
わち単層ナノチューブの長手方向において行われること
により、高い熱伝導性が付与される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシリコーンコンパウ
ンドに関し、特に熱伝導性に優れ電子部品の放熱用とし
て好適な、シリコーンコンパウンドに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在用いられている電子部品の大半は、
使用中に熱を生じるため、当該電子部品を適切に機能さ
せるためには発生した熱を取り除くことが必要とされ
る。この電子部品の除熱のための手段としては多くの手
段が提案されているが、小さな電子部品、特に集積回路
素子等を含む電子部品においては、通常、例えば特開昭
５６−２８２６４号公報や特開昭６１−１５７５８７号
公報に示されるように熱伝導性グリースや熱伝導性シー
ト等の熱伝導性材料が用いられている。

【０００３】一般に、このような集積回路素子を含む電
子部品は、集積回路素子とこれを保護するキャップ部分
とから構成され、当該電子部品の除熱をするために放熱
部品と組み合わせて用いられる。すなわち、図３に示す
ように集積回路素子などの電子部品２１と放熱部品２３
との間に、これらと直接接触するか又はある種の材料を
通して間接的に接触して熱伝導性材料２２が付着され
る。そして、使用中に集積回路素子に生じた熱は、熱伝
導性材料を伝わって直接又は間接的に放熱部分に伝達さ
れ、放熱される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の熱伝
導性材料としては、従来から、特公平６−６７１５号公
報のようにシリコーンオイルをベースとし、特開平１１
−２４６８９８５号公報のように酸化亜鉛やアルミナ粉
末を増稠剤として使用したグリース状の放熱用シリコー
ンコンパウンドが知られている。又、近年では、例えば
特開平１０−１１０１７９号公報にあるように、更に熱
伝導率の向上を達成し得る増稠剤として窒化アルミニウ
ムが開発されている。

【０００５】しかしながら、熱伝導率の良いとされる窒
化アルミニウムにおいても、その熱伝導率は２５０Ｗ／
ｍＫ程度であり、また、窒化アルミニウムは、熱伝導率
の結晶異方性が大きく、これに起因してシリコーンオイ
ルと混和した際に結晶方向がランダムな状態で混じり合
ってしまうため、シリコーンコンパウンドの状態では高
い熱伝導率が得られない。すなわち、窒化アルミニウム
自身の熱伝導性は良いものの、シリコーンコンパウンド
としての熱伝導性についてはあまり改善がなされていな
い。

【０００６】また、電気伝導性のある金属粒子の場合で
は、結晶異方性はほとんど無く、例えばアルミニウムの
熱伝導率は２００Ｗ／ｍＫ程度、銅の熱伝導率は４００
Ｗ／ｍＫ程度であり、一般的にセラミッスク系の物質よ
りも良好な熱伝導率が得られるが、シリコーンコンパウ
ンドとした場合の熱伝導性については十分な特性が得ら
れていない。

【０００７】ところで、近年、カーボンを利用した熱伝
導性材料、製品が開発されており、その一つにカーボン
グラファイトシートが挙げられる。これは、カーボング
ラファイトのシート状単結晶であり、ａ−ｂ面方向の熱
伝導率が８００Ｗ／ｍＫ程度あり、面内方向において極
めて高い熱伝導率を示す。その一方で厚み方向における
熱伝導率は数Ｗ／ｍＫしかなく、顕著な結晶異方性を有
するものである。したがって、集積回路等から発生した
熱を放熱部品に伝える際に要求されるシートの厚み方向
の熱伝導率が悪いため、熱をシートの面内方向に移動さ
せるヒートスプレッダーとしての役割にとどまってい
る。

【０００８】また、Ｃ６０をはじめとするカーボンを中
心とした、新規な構造体物質の研究も盛んに行われてい
る。その中の一つにカーボンナノチューブがあり、様々
な物性評価が行われている。特に、その構造から極めて
高い熱伝導率が期待されており、「PHYSICAL REVIEW B
59 R9015 1999」によれば実測も行われている。この文
献によれば、カーボンナノチューブの成長方向におい
て、２０００Ｗ／ｍＫの極めて高い熱伝導率が実測され
ている。また、昭和電工株式会社からは、ＶＧＣＦ（商
品名、昭和電工株式会社製）というカーボンナノチュー
ブを内包したカーボンファイバーが供給されており、こ
の製品も室温において２０００Ｗ／ｍＫ程度の極めて高
い熱伝導率が実測されている。

【０００９】しかしながらこれらのカーボンナノチュー
ブは、その構造からカーボングラファイトと同様に半径
方向における熱伝導率が長手方向における熱伝導率に比
べて低く、熱伝導率の結晶異方性がある。このため、カ
ーボンナノチューブもシリコーンオイルに混和した際に
は、カーボンナノチューブの方向がランダムになってし
まうため、シリコーンコンパウンドとした場合の熱伝導
性については十分な特性が得られていない。

【００１０】したがって、本発明は上述した従来の実情
に鑑みて創案されたものであり、電子部品の除熱等に用
いて好適な、優れた熱伝導特性を備えたシリコーンコン
パウンドを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成する本
発明に係るシリコーンコンパウンドは、一般式が下記化
２で表されるオルガノポリシロキサンに根元成長カーボ
ンナノチューブが含有されてなることを特徴とするもの
である。

【００１２】

【化２】（式中、Ｒは炭素数１〜１８の１価の飽和炭素水素基ま
たは１価の不飽和炭化水素基から選択される１種または
２種以上の基である。また、ａは、１．８〜２．３であ
る。）

【００１３】以上のように構成された本発明に係るシリ
コーンコンパウンドは、根元成長カーボンナノチューブ
を含有してなるものである。根元成長カーボンナノチュ
ーブは、いわゆる"ウニ"形と呼ばれる単層ナノチューブ
であり、金属と炭素との化合物の微粒子の表面から放射
状に成長する根元成長モデルにより形成されたものであ
る。本発明においてはこのようなカーボンナノチューブ
を"根元成長カーボンナノチューブ"と称する。この根元
成長カーボンナノチューブは、金属と炭素との化合物の
微粒子から放射状にカーボンナノチューブが形成されて
いるため、その独特な構造により隣接するいずれの根元
成長カーボンナノチューブとも接触することが可能であ
る。これにより、根元成長カーボンナノチューブは任意
の方向に対して熱伝導性を有する。すなわち、根元成長
カーボンナノチューブは、熱伝導方向の自由度が非常に
大きいものとされる。また、根元成長カーボンナノチュ
ーブ同士の熱伝導は、極めて高い熱伝導率が得られる単
層ナノチューブの成長方向、すなわち単層ナノチューブ
の長手方向において行われる。

【００１４】そこで、本発明は、このような根元成長カ
ーボンナノチューブが有する独特な構造、及びこれより
得られる熱伝導方向の自由度の大きさに着目し、これを
利用したものであり、根元成長カーボンナノチューブを
シリコーンコンパウンドに熱伝導性を付与する材料とし
て用いることにより、放熱用のシリコーンコンパウンド
として十分な熱伝導率を有するシリコーンコンパウンド
を実現するものである。すなわち、本発明に係るシリコ
ーンコンパウンドは、根元成長カーボンナノチューブを
含有するため、当該根元成長カーボンナノチューブの独
特な構造により任意の方向に対する熱伝導性が付与さ
れ、また、根元成長カーボンナノチューブ同士の熱伝導
が単層ナノチューブの成長方向、すなわち単層ナノチュ
ーブの長手方向において行われることにより、高い熱伝
導性が付与される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明に係るシリコーンコンパウンドは、電子部
品等の除熱、すなわち放熱用に用いて好適なシリコーン
コンパウンドであり、一般式が下記化３で表されるオル
ガノポリシロキサンに根元成長カーボンナノチューブが
含有されてなることを特徴とするものである。

【００１６】

【化３】（式中、Ｒは炭素数１〜１８の１価の飽和炭素水素基ま
たは１価の不飽和炭化水素基から選択される１種または
２種以上の基である。また、ａは、１．８〜２．３であ
る。）

【００１７】本発明においては、ベースとなる液状シリ
コーンとして一般式が上記化３で表されるオルガノポリ
シロキサンを用いる。オルガノポリシロキサンは常温で
液体状態を呈するため、シリコーンコンパウンドを構成
する液状シリコーンとして好適である。そして、上記化
３で表されるオルガノポリシロキサンは、シリコーンコ
ンパウンドを構成可能な他の液状シリコーンと比較し
て、耐熱性、安定性、電気絶縁性等の点で優れた特性を
有するため、これを用いてシリコーンコンパウンドを構
成することにより、耐熱性、安定性、電気絶縁性等に優
れたシリコーンコンパウンドを構成することができる。

【００１８】また、上記化３において、Ｒは上述したよ
うに炭素数１〜１８の１価の飽和炭素水素基または１価
の不飽和炭化水素基から選択される１種または２種以上
の基であるが、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、ヘキサデシル
基、オクタデシル基などの飽和炭化水素基、ビニル基、
フェニル基、クロロフェニル基などの不飽和炭化水素基
が挙げられるが、その中でも特にメチル基、フェニル
基、及び炭素数６〜１４のアルキル基が好ましい。

【００１９】このようなオルガノポリシロキサンは、シ
リコーンコンパウンドとして要求される稠度及び熱伝導
性の観点から、２５℃における粘度が５０ｃｓ〜５０
０，０００ｃｓであることが必要であり、特に１００ｃ
ｓ〜１００，０００ｃｓであることが好ましい。粘度が
５０ｃｓ未満である場合には、シリコーンコンパウンド
におけるオイル分離性が大きくなってしまう。また、粘
度が５００，０００ｃｓよりも大きい場合には、シリコ
ーンコンパウンドとした場合に粘稠になりすぎるため基
材に対する塗布作業性が悪くなる。

【００２０】本発明においては、シリコーンコンパウン
ドに熱伝導性を付与する材料として根元成長カーボンナ
ノチューブを用いる。本発明において、根元成長カーボ
ンナノチューブとは、いわゆる"ウニ"形と呼ばれる単層
ナノチューブであり、金属と炭素との化合物の微粒子の
表面から放射状に成長する根元成長モデルにより形成さ
れたものである。この根元成長カーボンナノチューブ
は、図１に示すように、金属と炭素との化合物の微粒子
１から放射状に単層ナノチューブが２形成されている。
このような根元成長カーボンナノチューブは、例えば、
以下のようにして形成することができる。

【００２１】まず、アーク放電によって蒸発した触媒金
属と炭素との蒸気をヘリウムガス分子と衝突させる。触
媒金属と炭素との蒸気がヘリウムガス分子と衝突すると
冷却されて過飽和状態になることにより凝縮が生じ、触
媒金属と炭素との化合物の微粒子１が形成される。この
ようにして形成された微粒子１は対流に乗って上昇しな
がらさらに冷却される。そして、この温度低下のために
炭素の溶解度が低下し、炭素が微粒子１の表面に析出す
る。このとき、単層ナノチューブ２の核となるものが微
粒子１の表面に形成され、この後、単層ナノチューブ２
はこの核を中心として放射状に成長する。以上のように
して図１に示すような根元成長カーボンナノチューブを
形成することができる。

【００２２】このように形成された根元成長カーボンナ
ノチューブは、複数の根元成長カーボンナノチューブが
集まっている場合、その独特な構造により隣接するいず
れの方向の根元成長カーボンナノチューブとも接触する
ことが可能である。すなわち、根元成長カーボンナノチ
ューブは、上述した微粒子を中心として放射状に形成さ
れた単層ナノチューブ２により隣接するいずれの根元成
長カーボンナノチューブにも接触することができる。こ
れにより、根元成長カーボンナノチューブは、周囲の任
意の方向に位置する根元成長カーボンナノチューブとも
接触することができるため、任意の方向に対して熱伝導
性を有する。すなわち、根元成長カーボンナノチューブ
は、熱伝導方向の自由度が非常に大きいものである。そ
して、根元成長カーボンナノチューブ同士の熱伝導は、
極めて高い熱伝導率が得られる単層ナノチューブの成長
方向、すなわち単層ナノチューブの長手方向において行
われる。

【００２３】本発明にかかるシリコーンコンパウンド
は、シリコーンコンパウンドに熱伝導率を付与する材料
としてこのような根元成長カーボンナノチューブを用い
る。これにより、本発明に係るシリコーンコンパウンド
は、根元成長カーボンナノチューブの有する独特な構造
により任意の方向に対する熱伝導性が付与される。ま
た、根元成長カーボンナノチューブ同士の熱伝導が単層
ナノチューブの成長方向、すなわち単層ナノチューブの
長手方向において行われることにより、高い熱伝導性が
付与される。したがって、本発明に係るシリコーンコン
パウンドでは、任意の方向に対する熱伝導を実現するこ
とが可能であり、且つ高い熱伝導率を実現することが可
能である。

【００２４】また、本発明においては、上記化３で表さ
れるオルガノポリシロキサン１００重量部に対して根元
成長カーボンナノチューブを１００重量部〜９００重量
部含有させることが好ましい。オルガノポリシロキサン
に含有させる根元成長カーボンナノチューブの量が少な
すぎる場合には、良好な熱伝導性を得られない虞があ
る。また、オルガノポリシロキサンに含有させる根元成
長カーボンナノチューブの量が多すぎる場合には、オル
ガノポリシロキサン中における根元成長カーボンナノチ
ューブの均一な分散ができなくなり、熱抵抗にばらつき
が生じる。その結果、熱抵抗の高い部分が発生してしま
い、これに起因して熱伝導性が低下してしまう。したが
って、上記化３で表されるオルガノポリシロキサン１０
０重量部に対して根元成長カーボンナノチューブを１０
０重量部〜９００重量部含有させることにより、良好な
熱伝導性を得ることができる。

【００２５】以上のようなシリコーンコンパウンドは、
次にようにして作製することができる。まず、上述した
化３で表されるオルガノポリシロキサンと、根元成長カ
ーボンナノチューブとを所定量だけ計り取り、プラネタ
リーミキサー等の混合機に投入して良く混合する。この
とき、オルガノポリシロキサン１００重量部に対する根
元成長カーボンナノチューブの割合は、１００重量部〜
９００重量部とする。また、このとき、必要に応じて酸
化防止剤等の第三成分を添加しても良い。オルガノポリ
シロキサンと根元成長カーボンナノチューブとの混合
は、例えば所定のの加圧下もしくは減圧下において所定
の温度に加熱しながら行い、さらに、三本ロールなどの
混練り機で十分に混練りすることによっても行うことが
できる。以上により、本発明に係るシリコーンコンパウ
ンドを得ることができる。

【００２６】

【実施例】以下では、具体的な実施結果に基づいて本発
明をさらに詳細に説明する。

【００２７】［実施例１］実施例１では、以下のように
して本発明に係るシリコーンコンパウンドを作製した。
まず、ベースオイルとしてオルガノポリシロキサンであ
るジメチルポリシロキサンを用意し、これを１００重量
部計り取った。ここで、ジメチルポリシロキサンは、２
５℃における粘度が５００ｃｓであるものを使用した。
次に、根元成長カーボンナノチューブを用意し、これを
１００重量部計り取った。そして、これらをホモジナイ
ザーを用いて３０分間撹拌することにより、十分混合を
行って実施例１に係るシリコーンコンパウンドを得た。

【００２８】［実施例２］実施例２では、根元成長カー
ボンナノチューブの混合量を５００重量部としたこと以
外は、実施例１と同様にしてシリコーンコンパウンドを
作製し、実施例２に係るシリコーンコンパウンドを得
た。

【００２９】［実施例３］実施例３では、根元成長カー
ボンナノチューブの混合量を９００重量部としたこと以
外は、実施例１と同様にしてシリコーンコンパウンドを
作製し、実施例３に係るシリコーンコンパウンドを得
た。

【００３０】［実施例４］実施例４では、ベースオイル
として２５℃における粘度が１００ｃｓであるジメチル
ポリシロキサンを使用したこと以外は、実施例３と同様
にしてシリコーンコンパウンドを作製し、実施例４に係
るシリコーンコンパウンドを得た。

【００３１】［実施例５］実施例５では、ベースオイル
として２５℃における粘度が５０，０００ｃｓであるジ
メチルポリシロキサンを使用したこと以外は、実施例３
と同様にしてシリコーンコンパウンドを作製し、実施例
５に係るシリコーンコンパウンドを得た。

【００３２】［実施例６］実施例６では、ベースオイル
として２５℃における粘度が１００，０００ｃｓである
ジメチルポリシロキサンを使用したこと以外は、実施例
３と同様にしてシリコーンコンパウンドを作製し、実施
例５に係るシリコーンコンパウンドを得た。

【００３３】［比較例］比較例では、根元成長カーボン
ナノチューブの代わりに直線形のカーボンナノチューブ
を１００重量混合したこと以外は、実施例２と同様にし
てシリコーンコンパウンドを作製し、比較例に係るシリ
コーンコンパウンドを得た。

【００３４】以上のようにして作製した、実施例１乃至
実施例６、及び比較例に係るシリコーンコンパウンドに
ついて熱伝導率を測定した。熱伝導率は、次のようにし
て測定した。

【００３５】熱伝導率測定まず、電子部品としてデュアルダイオード１１、放熱部
品としてヒートシンク１３を用意した。そして、これら
を図２に示すようにデュアルダイオード１１、シリコー
ンコンパウンド１２、ヒートシンク１３の順で積層配置
した。デュアルダイオード１３には、Ｄ２０ＬＣ２０
（商品名、ヒューレット・パッカード社製）を用いた。
また、デュアルダイオード１１には、電源１４としてＥ
３６３１Ａ（商品名、ヒューレッド・パッカード社製）
を接続した。そして、実施例１乃至実施例６、及び比較
例に係るシリコーンコンパウンドのそれぞれの厚みを測
定した。

【００３６】次いで、電源１４よりデュアルダイオード
１１に直流電流を通電させた。そして、デュアルダイオ
ード１１及びヒートシンク１３が熱平衡に達した後、デ
ュアルダイオード１１とヒートシンク１３との温度差を
放射温度計ＴＨＩ−５００（商品名、ＴＡＳＣＯ社製）
を用いて測定した。

【００３７】そして、デュアルダイオード１１とヒート
シンク１３との温度差とシリコーンコンパウンドの厚み
から熱伝導率を算出した。その結果を表１に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１の結果より、根元成長カーボンナノチ
ューブを含有させて形成した実施例１乃至実施例６の本
発明に係るシリコーンコンパウンドは、直線形のカーボ
ンナノチューブを含有させた比較例に係るシリコーンコ
ンパウンドと比べて良好な熱伝導率が得られていること
が判る。これより、根元成長カーボンナノチューブを含
有させてシリコーンコンパウンドを構成することによ
り、直線形のカーボンナノチューブを含有させた場合よ
りも優れた熱伝導率を有するシリコーンコンパウンドを
実現できるといえる。

【００４０】また、実施例１乃至実施例６の結果より、
根元成長カーボンナノチューブの混合量をジメチルポリ
シロキサン１００重量部に対して１００重量部〜９００
重量部とすることにより良好な熱伝導率が得られること
が判る。

【００４１】また、実施例１乃至実施例６の結果より、
ジメチルポリシロキサンの粘度が１００ｃｓ〜１００，
０００の範囲において良好な熱伝導率が得られることが
判る。

【００４２】そして、実施例２と実施例３の結果から、
ジメチルポリシロキサンの粘度が５００ｃｓの場合、実
施例２の根元成長カーボンナノチューブの混合量が５０
０重量部の時に熱伝導率が最大となり、実施例３の根元
成長カーボンナノチューブの混合量が９００重量部の時
は良好な値を示しているものの実施例２と比較すると若
干熱伝導率が低下している。これは、根元成長カーボン
ナノチューブの混合量が増えたことにより根元成長カー
ボンナノチューブが分散し難くなり、熱抵抗に多少のば
らつきが生じたためと考えられる。

【００４３】

【発明の効果】本発明に係るシリコーンコンパウンド
は、一般式が下記化４で表されるオルガノポリシロキサ
ンに根元成長カーボンナノチューブが含有されてなるも
のである。

【００４４】

【化４】（式中、Ｒは炭素数１〜１８の１価の飽和炭素水素基ま
たは１価の不飽和炭化水素基から選択される１種または
２種以上の基である。また、ａは、１．８〜２．３であ
る。）

【００４５】以上のように構成された本発明に係るシリ
コーンコンパウンドは、上記化４で現される根元成長カ
ーボンナノチューブを含有して構成されるため、当該根
元成長カーボンナノチューブの有する任意の方向に対す
る熱伝導性と、良好な熱伝導性とにより優れた熱伝導特
性を備えたシリコーンコンパウンドを実現することが可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】根元成長カーボンナノチューブの一構造例を示
す断面図である。

【図２】実施例及び比較例に係るシリコーンコンパウン
ドの熱伝導率を測定する際の構成を示す概略構成図であ
る。

【図３】熱伝導性材料を介して電子部品に放熱部品を組
み付けた状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１微粒子２単層ナノチューブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一般式が下記化１で表されるオルガノポ
リシロキサンに根元成長カーボンナノチューブが含有さ
れてなることを特徴とするシリコーンコンパウンド。【化１】（式中、Ｒは炭素数１〜１８の１価の飽和炭素水素基ま
たは１価の不飽和炭化水素基から選択される１種または
２種以上の基である。また、ａは、１．８〜２．３であ
る。）
【請求項２】上記オルガノポリシロキサン１００重量
部に対して、根元成長カーボンナノチューブが１００重
量部〜９００重量部含有されてなることを特徴とする請
求項１記載のシリコーンコンパウンド。
【請求項３】上記一般式ＲａＳｉＯ_{（４−ａ）／２}に
おけるＲが、メチル基、フェニル基、及び炭素数６〜１
４のアルキル基から選択される少なくとも１種の基であ
ることを特徴とする請求項１記載のシリコーンコンパウ
ンド。