JP2009289765A - 放熱スペーサー - Google Patents

Abstract

【課題】安価で熱伝導率が良く難燃性に優れる放熱スペーサーを提供する。
【解決手段】粒度分布における頻度極大値が１０〜７０μｍの水酸化アルミニウムの粉末がシリコーン系マトリックスに４５〜６０体積％充填されてなる放熱スペーサーにおいて、水酸化アルミニウムの粉末とシリコーン系マトリックスからなるスラリーを樹脂フィルム上に塗布し、塗膜を成した後に加熱硬化させてシート状に成形したことを特徴とし、得られたシートの厚さが０．３〜５．０ｍｍで、且つ、熱伝導率０．８Ｗ／ｍ・Ｋ以上、難燃性規格ＵＬ９４Ｖ−０レベルを有する放熱スペーサー。
【選択図】なし

Description

本発明は、熱伝導部材として用いられる放熱スペーサーに関する。

近年の電子回路の高集積化および回路を伝送する電気信号の高周波数化に伴い回路の制御用のＣＰＵおよび半導体メモリーの発熱量が増大し放熱用部材としての放熱スペーサーの需要は高まっている。電子回路に用いられる放熱シートには難燃性が求められシリコーンゴム等の難燃性樹脂に熱伝導性フィラーを充填したものが開示されている（例えば、特許文献１）。

家電製品等の製造コスト低減のため構成部材については安価でかつ放熱性能の面で要求水準を満たすものが求められており本件記載の放熱スペーサーも例外ではない。

付加重合型液状シリコーンゴムにフィラーを充填したスラリーを加熱硬化させ作製する放熱スペーサーの製造方法が開示されている（例えば特許文献２）。本出願人らはフィラーの充填性を改良し放熱シートの熱伝導度を向上させることを目的とし、シリコーンゲルと球状フィラーの使用を推奨した放熱スペーサーを得る手法を提案している（特許文献３）。しかしながら球状フィラーは製造工程が煩雑であることから高価であり放熱スペーサーの原価高騰の主因となる。

この問題の解決策として、球形度の低いフィラーを用いることが提案されている（特許文献４）。該提案は、１００μｍ厚み程度の薄物のシートを志向したものであり最大粒子径を制限することを推奨しているが、本件が対象とする放熱スペーサーの製品厚みは０．３〜５．０ｍｍの範囲を想定しており分級等によるトップ粒子の排除の必然性は無い。また、安価フィラーとして市場に多く流通しているもので水酸化アルミニウムを熱伝導性フィラーとして用いることが提案されている（特許文献５、特許文献６）。また該提案では、水酸化アルミニウムを使用することで、得られたシートの難燃性を向上させている。しかしながら、いずれの提案も水酸化アルミニウム単独での使用ではなく、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム等の無機フィラーが第２成分として用いられている。
特許番号 第２７０４７３２号 特開昭５７−１３７３５６ 特開２０００−９５８９６ 特開２００５−３０６７１８ 特開２００２−１３８２０５ 特開平５−１４０４５６

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、市場に安価に流通している水酸化アルミニウムの粉末を無機フィラーとして用いることで、難燃性を向上させた放熱スペーサーを提供することを目的とする。

即ち、本発明は以下の実施様態を含むものである。
１．粒度分布における頻度極大値が１０〜７０μｍの水酸化アルミニウムの粉末がシリコーン系マトリックスに４５〜６０体積％充填されたことを特徴とする放熱スペーサー。
２．厚さが０．３〜５．０ｍｍである１に記載の放熱スペーサー。
３．熱伝導率が０．８Ｗ／ｍ・Ｋ以上である１または２に記載の放熱スペーサー。
４．難燃性が難燃性規格ＵＬ９４Ｖ−０レベルである１〜３のいずれか一項記載の放熱スペーサー。
５．スラリーを樹脂フィルム上に塗布し、塗膜を成した後に加熱硬化させてシート状に成形したことを特徴とする１〜４のいずれか一項記載の放熱スペーサー。
６．１〜５のいずれか一項記載の放熱スペーサーを熱伝導部材として使用した電子回路部品および該電子回路部品を組み込んだ家庭用電気製品、ＯＡ機器、または自動車。

本発明の放熱スペーサーは、原料単価が安く、簡便な手法にて製造が可能であり、得られた放熱スペーサーの難燃性を向上させたものである。

以下、本発明についてさらに詳しく説明する。

本発明における放熱スペーサーは、無機フィラーとシリコーン系マトリックスからなるものである。

本発明で使用する無機フィラーは、粒度分布における頻度極大値が１０〜７０μｍの範囲に存在する水酸化アルミニウムの粉末であり、好ましくは、頻度極大値が３０〜５０μｍの範囲に存在する。なお、本件において使用する水酸化アルミニウムの粒度分布及び頻度極大値については、島津製作所製、レーザー回折式粒度分布測定装置「ＳＡＬＤ−２２００」を用いて測定した。

水酸化アルミニウムの粒度分布における頻度極大値が１０μｍ未満であるとシリコーン系マトリックスに混合する際にスラリー粘度の大幅な上昇を引き起こす。これらの要因により粘度が上昇したスラリーを樹脂フィルムに塗工する際に、スラリーが流動しにくくなるため気泡の巻込みを避けられない。

また、水酸化アルミニウムの粒度分布における頻度極大値が７０μｍを超える、スラリー中の水酸化アルミニウムの流動性が悪くなる。そのため水酸化アルミニウムとシリコーン系マトリックスからなるスラリーをもって塗工法にて塗膜を成す際に表面が鮫肌状となり、表面の平滑性を損なってしまう

本発明におけるシリコーン系マトリックスに対する水酸化アルミニウムの添加量は、４５〜６０体積％であり、更に好ましくは５０〜５５体積％である。添加量が４５体積％未満であると、得られた放熱スペーサーの熱伝導率および難燃性の向上が小さく、６０体積％を超えると成形加工性が悪くなる。

本発明の水酸化アルミニウムは、シランカップリング剤等の表面処理を行うことによって、粉末の吸水率を低減させ、樹脂組成物の高強度化、更には樹脂と粉末との間の界面抵抗を低下させ、熱伝導率を一段と向上させることも可能である。

本発明におけるシリコーン系マトリックスは、付加反応型シリコーンゲルまたは縮合反応型シリコーンゲルの少なくとも一方であることが好ましい。さらには、該シリコーンゲルが液状となっている付加反応型液状シリコーンゲルまたは縮合反応型液状シリコーンゲルの少なくとも一方であることが好ましい。また、必要に応じてシリコーンゲル成分の一部をシリコーンゴムに置き換えても差し支えない。該シリコーンゴムは付加反応型シリコーンゴムまたは過酸化物加硫タイプのシリコーンゴムの少なくとも一方であることが好ましい。これらのシリコーンゲルまたはシリコーンゴムのいずれにおいても、平均組成式が、Ｒ１_ｎＳｉＯ_{（４−ｎ）／２}（式中、Ｒ１は同一又は異種の非置換又は置換の１価単価水素基であり、ｎは1.98〜2.02の正数である。）で示されるオルガノポリシロキサンをベースポリマーとしたものが好ましい。

付加反応型液状シリコーンの具体例としては、例えば一分子中にビニル基とＨ−Ｓｉ基の両方を有する1液性のシリコーン、又は末端あるいは側鎖にビニル基を有するオルガノポリシロキサンの２液性のシリコーンなどをあげることができる。このような付加反応型液状シリコーンの市販品としては、液状シリコーンゴムのものとしては、例えばＧＥ東芝シリコーン社製、商品名「ＹＥ５８２２」など、また液状シリコーンゲルのものとしては、例えばＧＥ東芝シリコーン社製、商品名「ＸＥ１４−Ｂ８５３０」、「ＴＳＥ−３０６２」などがある。

また、シリコーン系マトリックスへの難燃性を向上させる手段として白金又は白金化合物を添加する方法がある。通常、白金又は白金化合物は、シリコーンの付加反応の触媒として用いられる為、市販の付加反応型液状シリコーンには、１％未満の白金化合物が既に添加されていることが多い。使用される白金化合物は、例えば、白金ブラック、塩化白金酸、塩化白金酸アルコール変性物、塩化白金酸とオレフィンとの錯体、塩化白金酸とアルデヒドとの錯体、塩化白金酸とビニルシロキサン又はアセチレンアルコールとの錯体、塩化白金酸とイソプロピルアルコールとの錯体等が挙げられる。ただし、その添加量は極僅かであり、多量に添加してもコストがかかるだけで難燃性はあまり向上しない。本発明では、難燃剤としての機能を有する水酸化アルミニウムの粉末を熱伝導性フィラーとして使用するため、系全体の難燃性を向上させるために白金又は白金化合物を追加添加しなくてもよい。

水酸化アルミニウムとシリコーン系マトリックスとの混合方法は、特に限定されるものではない。少量の場合は手混合も可能であるが、プラネタリーミキサー、ハイブリッドミキサー、ヘンシェルミキサー、ニーダー、ボールミル、ミキシングロール等の一般的な混合機を用いてもよい。

本発明の放熱スペーサーは、通常、シート形状等の薄型成形体であり、その加工方法としては従来公知の方法、例えば、ドクターブレード法、コンマコーター法、リップコーター法による塗工等が上げられる。本発明では、スラリーを樹脂フィルム上に塗布し、塗膜を成した後に加熱硬化させてシート状に成形するため、スラリー粘度に対して厚さコントロールがしやすく、簡便な手法にて製造を可能とするドクターブレード法、コンマコーター法による塗工が好ましい。

本発明におけるシート形状の放熱スペーサーの厚さは、０．３〜５．０ｍｍである。０．３ｍｍ未満の厚さでは、シート表面の平滑性に対する充填フィラーの形状の影響が大きい為、シート表面の平滑性を保持できない。また、５．０ｍｍを超えた厚さでは、スラリーを樹脂フィルム上に塗布した際に、スラリーが樹脂フィルム上で流れてしまい厚さコントロールが困難である。

以下、実施例により、本発明を詳細に説明する。

表１に実施例および表２に比較例にて使用した水酸化アルミニウム及びシリコーン系マトリックスの配合比率を記載した。水酸化アルミニウムの粉末として（日本軽金属社製 Ｂ−３０３ 頻度極大値３０μｍ、Ｂ−７０３ 頻度極大値２μｍ、Ｂ−７３ 頻度極大値８０μｍ）を使用した。シリコーン系マトリックスとしては、シリコーンゲル（ＧＥ東芝シリコーン社製、ＸＥ１４−Ｂ８５３０、２液混合型）を使用した。また、必要に応じて硬化剤（東レ・ダウコーンング社製、ＲＤ−１）及び／又は遅延剤（関東化学社製、マレイン酸ジメチル）を少量添加した。各々を表１及び表２記載の配合量にてハイブリッドミキサー（キーエンス社製、ＨＭ−５００）を用いて混合し、スラリーを作製した。

作製したスラリーを真空乾燥機に入れ１時間減圧しスラリー中に溶け込んでいるエアーを脱気した。

上記の手法にて脱気した実施例および比較例の各スラリーをドクターブレード法にて、厚さ１００μｍのＰＥＴ基材上に所定の厚さの塗膜を作製し、該塗膜を１２０℃にて２時間加熱硬化させ、厚さ１．０ｍｍのシート状成形体を得た。また後述する難燃性評価用として、厚さ０．３ｍｍのシート状成形体を得た。得られたシートの各評価結果を表１及び表２に記載した。

シート成形性：表１及び表２に記載の配合比率にて混合したスラリーを用いたシートの成形性について下記の基準にて三段階に評価した。
○：スラリー粘度が適度であり、シートの成形性に問題無し。
△：スラリー粘度がやや高く、シートの成形性にやや問題あり。
×：スラリー粘度が高く、シートの成形性に問題がある。

熱伝導率測定：得られた放熱スペーサーをＴＯ−３型銅製ヒーターケースと銅板との間に挟み、スペーサー厚みの１０％を圧縮した後、銅製ヒーターケースに電力５Ｗをかけて４分間保持し、銅製ヒーターケースと銅板との温度差を測定し、熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）＝{電力(Ｗ)×厚み（ｍ）}／{温度差（Ｋ）×測定面積（ｍ^２）}、にて熱伝導率を算出した。

得られた放熱スペーサーの表面状態を下記の基準にて三段階に評価した。
○：シートの表面が平滑であり荒れ等無し。
△：シートに局所的な荒れがあるが実用上問題ないもの。
×：シートの表面の荒れが酷く使用上の問題があるもの。

難燃性評価：難燃性規格ＵＬ９４Ｖの燃焼試験方法により、得られた放熱スペーサーの難燃性を評価した。

表１に記載のように実施例１〜４は、シート状の成形が可能であり、シート表面は良好で、製品として良好である。また、熱伝導率は０．８Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、難燃性も難燃性規格ＵＬ９４Ｖ−０レベルである。

比較例１については、水酸化アルミニウムの頻度極大値が１０μｍを下回っているため、スラリー粘度が高く、シート成形性に問題がある。また、気泡の混入が避けられず、得られたシートは、気泡混入の跡が残り、表面の荒れが著しい。

比較例２は、水酸化アルミニウムの頻度極大値が７０μｍを上回っているので、比較例１に比べると、スラリー粘度は低くシートの成形性は良くはなっているが、得られたシートは、表面が鮫肌状となり荒れが酷く問題があった。

比較例３は、シリコーン系マトリックスに対する水酸化アルミニウムの添加量が４０体積％である。スラリー粘度は低くシートの成形性は良いが、得られた放熱スペーサーは、熱伝導率が０．８Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、難燃性も難燃性規格ＵＬ９４Ｖ−１レベルである。

比較例４は、シリコーン系マトリックスに対する水酸化アルミニウムの添加量が６５体積％である。スラリー粘度が高く、シート成形性に問題がある。また得られたシートは、表面の荒れが酷く使用上の問題がある。

以上の様に、水酸化アルミニウムの頻度極大値及びシリコーン系マトリックスへの添加量を最適化することによりシートの成形性が良く、また、得られた放熱スペーサーは、シート表面状態が平滑であり、熱伝導率は０．８Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、難燃性も難燃性規格ＵＬ９４Ｖ−０レベルであった。本発明実施例の放熱スペーサーは熱伝導部材として電子回路部品に使用でき、該電子回路部品は家電用電気製品、ＯＡ機器、または自動車に組み込むことで高性能化に貢献できる。

Claims (6)

1. 粒度分布における頻度極大値が１０〜７０μｍの水酸化アルミニウムの粉末がシリコーン系マトリックスに４５〜６０体積％充填されたことを特徴とする放熱スペーサー。
2. 厚さが０．３〜５．０ｍｍである請求項１に記載の放熱スペーサー。
3. 熱伝導率が０．８Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項１または請求項２に記載の放熱スペーサー。
4. 難燃性が難燃性規格ＵＬ９４Ｖ−０レベルである請求項１〜３のいずれか一項記載の放熱スペーサー。
5. スラリーを樹脂フィルム上に塗布し、塗膜を成した後に加熱硬化させてシート状に成形したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の放熱スペーサー。
6. 請求項１〜５のいずれか一項記載の放熱スペーサーを熱伝導部材として使用した電子回路部品および該電子回路部品を組み込んだ家庭用電気製品、ＯＡ機器、または自動車。