JP2008291069A

JP2008291069A - 熱伝導性シリコーングリース組成物

Info

Publication number: JP2008291069A
Application number: JP2007135812A
Authority: JP
Inventors: Chisato Hoshino; 千里星野
Original assignee: Momentive Performance Materials Japan LLC; Momentive Performance Materials Inc
Current assignee: Momentive Performance Materials Japan LLC; Momentive Performance Materials Inc
Priority date: 2007-05-22
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2008-12-04

Abstract

【課題】熱伝導性および耐熱性に優れた熱伝導性シリコーングリース組成物を提供する。
【解決手段】熱伝導性シリコーングリース組成物は、（Ａ）２３℃における粘度が０．０５〜１０Ｐａ・ｓであり、２−エチルヘキシル酸第二鉄またはセリウム（III）アセチルアセトナート三水和物で処理されたシリコーンオイル、及び（Ｂ）熱伝導性充填剤を含有する。
【選択図】なし

Description

本発明は、発熱性電子部品と放熱体との間に介在される熱伝導性シリコーングリース組成物に係り、特に、熱伝導性および耐熱性に優れた熱伝導性シリコーングリース組成物に関する。

例えばＣＰＵのような発熱性電子部品の多くには、使用時の温度上昇による損傷や性能低下を防止するためにヒートシンク等の放熱体が広く用いられており、発熱性電子部品から発生する熱を放熱体に効率よく伝導させるため、発熱性電子部品と放熱体との間には、放熱シートや放熱グリースが使用される。

放熱グリースは、その性状が液体に近く、放熱シートと比べて、発熱性電子部品や放熱体の表面の凹凸に影響されることなく両者に密着して界面熱抵抗を小さくすることができる。このような放熱グリースとしては、シリコーンオイルをベースとして、酸化アルミニウム粉末やアルミニウム粉末などの熱伝導性充填剤を配合したシリコーングリース組成物が提案されている（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、従来のシリコーングリース組成物は、熱伝導性充填剤を高充填すると熱伝導性能が改善されることが知られているが、製造過程において作業性の低下を招く傾向にあり、その配合量の上限は制限されていた。このため、近年の電子部品の高集積化、高速化にともなう発熱量のさらなる増大により、従来のシリコーングリース組成物では十分な熱伝導性効果を得られない。また、電子部品の継続的な発熱に対する高い耐熱特性も求められているが、このような要求に十分応えるものではない。
特開２０００−６３８７３号公報

本発明の目的は、熱伝導性および耐熱性に優れた熱伝導性シリコーングリース組成物を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、ベースオイルとして、特定の有機鉄化合物もしくは有機セリウム化合物で予め処理したシリコーンオイルを使用することによって、熱伝導性に優れた熱伝導性シリコーングリース組成物が得られることを見出し、本発明をなすに至った。

すなわち、本発明の熱伝導性シリコーングリース組成物は、
（Ａ）２３℃における粘度が０．０５〜１０Ｐａ・ｓであり、２−エチルヘキシル酸第二鉄またはセリウム（III）アセチルアセトナート三水和物で処理されたシリコーンオイル
及び
（Ｂ）熱伝導性充填剤
を含有することを特徴とする。

上記構成により、優れた熱伝導性および耐熱性を発揮する熱伝導性シリコーングリース組成物を提供できる。

以下、本発明の熱伝導性シリコーングリース組成物について詳細に説明する。

［（Ａ）成分］
（Ａ）成分は、熱伝導性とともに優れた耐熱性を組成物に与える、本発明の特徴を付与する成分である。

（Ａ）成分は、一般式：
Ｒ^１ _ａＳｉＯ_{（４−ａ）／２}
で表される常温で液状のポリオルガノシロキサン（シリコーンオイル）を後述する有機鉄化合物もしくは有機セリウム化合物で処理したものである。

式中、Ｒ^１は、炭素数１〜１８の一価炭化水素基から選ばれる基であり、互いに同一でも異なっていてもよい。Ｒ^１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−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、好ましくはメチル基、ビニル基、フェニル基であり、より好ましくはメチル基である。ａは、液状シリコーンの合成のし易さから、好ましくは１．８〜２．２であり、より好ましくは１．９〜２．１である。

（Ａ）成分の製造方法としては、上述した一般式で表されるシリコーンオイル（例えば上記Ｒ¹がすべてメチル基からなるジメチルシリコーンオイル）と、２−エチルヘキシル酸第二鉄もしくはセリウム（III）アセチルアセトナート三水和物とを大気／窒素雰囲気下において、１７０〜２６０℃で５〜２０時間（例えば２５０℃で１５時間）加熱する方法が挙げられる。２−エチルヘキシル酸第二鉄の配合量は０．００１〜１％、好ましくは０．０１〜０．８％である。セリウム（III）アセチルアセトナート三水和物の配合量についても同様である。

（Ａ）成分の粘度は、２３℃において０．０５〜１０Ｐａ・ｓ、好ましくは０．１〜５Ｐａ・ｓである。粘度が０．０５Ｐａ・ｓ未満であると、組成物の安定性が悪化してオイル分離が起こり易くなる。一方、１０Ｐａ・ｓを越えると、組成物の流動性が乏しくなる。（Ａ）成分は、１種単独または２種以上を組み合わせてもよい。

［（Ｂ）成分］
（Ｂ）成分としては、熱伝導率が良好なものであればよく、例えば酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム等の金属酸化物粉末、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の金属窒化物粉末、アルミニウム、銅、銀、ニッケル、鉄、ステンレス等の金属粉末が挙げられ、なかでも酸化亜鉛、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、アルミニウムが好ましい。（Ｂ）成分は、１種単独または２種以上を混合して用いてもよい。

（Ｂ）成分の平均粒径は、１００μｍ以下、好ましくは０．１〜８０μｍである。平均粒径が１００μｍを超えると、得られる組成物の安定性が悪化し、オイル分離等が起こり易くなる。平均粒径は、例えばレーザー光回折法で求めることができる。（Ｂ）成分の形状は、球状、不定形状のいずれでもよい。

（Ｂ）成分は、そのまま用いてもよいが、樹脂成分との濡れ性を向上させる点から、１種または２種以上の周知の表面処理剤（ウエッター）でその表面を予め疎水化処理したものを用いてもよい。あるいはこのような表面処理剤を別途組成物中に配合してもよい。

（Ｂ）成分の配合量は、（Ａ）成分１００重量部に対して３００〜２０００重量部であることが好ましく、より好ましくは３００〜１５００重量部である。配合量が３００重量部未満であると、所望の熱伝導率が得られにくい。一方、２０００重量部を越えると、作業性の低下を招く。

［その他任意成分］
上述した（Ａ）成分と（Ｂ）成分を基本成分とし、これらに必要に応じてその他任意成分として、着色剤、組成物の粘度や作業性を良好にするための希釈剤などを本発明の目的を損なわない範囲で添加してもよい。

本発明の熱伝導性シリコーングリース組成物の製造方法としては、上述した（Ａ）〜（Ｂ）成分及びその他任意成分を周知の混練機で、常温、または必要に応じて加熱（例えば５０〜１５０℃）しながら混練する方法が挙げられる。混練機としては、必要に応じて加熱手段や冷却手段を備えた周知の装置を使用でき、例えばプラネタリーミキサー、３本ロール、ニーダー、品川ミキサー、トリミックス、ツインミックス等が挙げられ、単独またはこれらを組み合わせて使用することができる。

熱伝導性シリコーングリース組成物の２３℃における粘度は、４００Ｐａ・ｓ以下、好ましくは１００〜３５０Ｐａ・ｓである。粘度が４００Ｐａ・ｓを超えると、作業性が悪化しやすく、シリンジやディスペンサ等を用いて電子部品に塗布する場合に、吐出し難くなり所望の厚さになりにくい。

熱伝導性シリコーングリース組成物の熱伝導率は、２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。熱伝導率が２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満であると、熱伝導性能が不十分になる場合があり、用途が限定され易くなる。

熱伝導性シリコーングリース組成物の耐熱特性としては、該組成物を例えば１５０℃で１０００時間連続して使用した後でも、グリース状の性状を維持することができる。

よって、本発明の熱伝導性シリコーングリース組成物は、熱伝導性とともに良好な耐熱性を備えているため、発熱性電子部品と放熱体との間に介在される熱伝導性材料として好適に使用することができる。

次に、図１を用いて、本発明の熱伝導性シリコーングリース組成物を適用した半導体装置の一例について説明する。

図１に示すように、半導体装置１は、配線基板２に実装されたＣＰＵ３等の発熱性電子部品とヒートシンク４等の放熱体との間に熱伝導性シリコーングリース組成物５が介在している。ＣＰＵ３とヒートシンク４とは、クランプ６を用いて押圧されている。

ＣＰＵ３とヒートシンク４との間に介在する熱伝導性シリコーングリース組成物５の厚さは、５〜３００μｍであることが好ましい。５μｍより薄いと、押圧の僅かなずれによりＣＰＵ３とヒートシンク４との間に隙間が生じる恐れがある。一方、３００μｍより厚いと、熱抵抗が大きくなり、放熱効果が悪化し易い。

本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。実施例及び比較例中、平均粒径はレーザー光回折法により測定した値である。実施例及び比較例で得られた熱伝導性シリコーングリース組成物は、以下のようにして評価し、結果を表１に示した。表１に示した特性は、２３℃において測定した値である。

［熱伝導率］
熱伝導率計（京都電子工業社製、ＱＴＭ−５００）を用いて測定した。

［耐熱性］
得られた熱伝導性シリコーングリース組成物を１５０℃の乾燥機に１０００時間放置させた後、外観を観察した。

［実施例１］
２３℃における粘度が０．１０Ｐａ・ｓのジメチルシリコーンオイルに、セリウム（III）アセチルアセトナート三水和物を０．０３％均一になるよう攪拌させたものを、エアー／窒素混合ガス雰囲気下で２５５℃にて１５時間加熱処理させて（Ａ−１）シリコーンオイルを得、これを熱伝導性シリコーングリース組成物のベースオイルとした。（Ａ−１）シリコーンオイルの２３℃における粘度は、０．１５Ｐａ・ｓであった。
（Ａ−１）シリコーンオイル１００重量部、（Ｂ）平均粒径１２μｍのアルミナ粉末１１００重量部をプラネタリーミキサー（ダルトン社製）にて室温（２３℃）で６０分間混練し、１２０℃で減圧混練を６０分間行った後、室温になるまで冷却減圧混練を３０分間行い、熱伝導性シリコーングリース組成物を得た。
この組成物の特性を測定し、結果を表１に示した。

［実施例２］
２３℃における粘度が０．１０Ｐａ・ｓのジメチルシリコーンオイルに、２−エチルヘキシル酸第二鉄を０．１％均一になるよう攪拌させたものを、エアー／窒素混合ガス雰囲気下で２３０℃にて１５時間加熱処理させて（Ａ−２）シリコーンオイルを得、これを熱伝導性シリコーングリース組成物のベースオイルとした。（Ａ−２）シリコーンオイルの２３℃における粘度は、０．１３Ｐａ・ｓであった。
（Ａ−２）シリコーンオイル１００重量部とした以外は、実施例１と同様にして、熱伝導性シリコーングリース組成物を得た。
この組成物の特性を測定し、結果を表１に示した。

［比較例１］
（Ａ−３）２３℃における粘度が０．１０Ｐａ・ｓのジメチルシリコーンオイル１００重量部とした以外は、実施例１と同様にして、熱伝導性シリコーングリース組成物を得た。
この組成物の特性を測定し、結果を表１に示した。

［比較例２］
（Ａ−４）２３℃における粘度が０．５０Ｐａ・ｓのメチルデシルシリコーンオイル１００重量部とした以外は、実施例１と同様にして、熱伝導性シリコーングリース組成物を得た。
この組成物の特性を測定し、結果を表１に示した。

表１から明らかなように、ベースオイルの（Ａ）成分として、２−エチルヘキシル酸第二鉄もしくはセリウム（III）アセチルアセトナート三水和物で処理されたシリコーンオイルを配合した実施例は、同量の熱伝導性充填剤（アルミナ）を配合した比較例と比べて良好な熱伝導性を有している。さらには、組成物を１５０℃で１０００時間放置した後も、その性状はグリース状を保持しており、耐熱性にも優れている。

本発明の熱伝導シリコーングリース組成物を適用した半導体装置の一例を示す断面図。

符号の説明

１…半導体装置、２…配線基板、３…ＣＰＵ、４…ヒートシンク、５…熱伝導性シリコーングリース組成物、６…クランプ。

Claims

（Ａ）２３℃における粘度が０．０５〜１０Ｐａ・ｓであり、２−エチルヘキシル酸第二鉄またはセリウム（III）アセチルアセトナート三水和物で処理されたシリコーンオイル
及び
（Ｂ）熱伝導性充填剤
を含有することを特徴とする熱伝導性シリコーングリース組成物。
前記（Ｂ）成分の配合量が、前記（Ａ）成分１００重量部に対して３００〜２０００重量部であることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導性シリコーングリース組成物。
前記（Ｂ）成分が、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素及びアルミニウムから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱伝導性シリコーングリース組成物。