JP2020063433A - 熱伝導性樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、熱伝導率向上のためにエポキシ化合物のモノマーに熱伝導性フィラーを多量に混合すると、樹脂組成物の粘度が著しく増大するため、作業性の悪化や接着力の低下が問題となる。
例えば、特許文献2ではビフェノール型エポキシ樹脂および種々のメソゲン骨格を含むエポキシ樹脂による熱伝導率の改善方法が記載されている。
本発明で用いるエポキシ化合物(A)は、室温(25℃)で液状であることが必要である。10℃以下でも液状であることが好ましく、0℃以下でも液状であることがより好ましい。エポキシ化合物(A)が液状であることで、樹脂組成物の熱伝導性を向上させることができる。下限は特に限定されず、工業的には−20℃以上であれば十分である。
本発明で用いるアミン硬化剤(B)は室温(25℃)で固体であり、かつその形状が繊維状であることが必要である。繊維状とは針状又はひも状の形状を含む。繊維状のアミン硬化剤(B)を用いる事により、本発明の樹脂組成物の硬化物の熱伝導率を高めることが可能となる。好ましくは40℃以上でも固体かつ繊維状であり、60℃以上でも固体かつ繊維状であることがより好ましく、80℃以上でも固体かつ繊維状であることがさらに好ましい。
熱伝導性フィラー(C)としては、熱伝導性を有するフィラーであれば限定されない。例えば、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、チタン酸バリウム、炭化ケイ素、カーボン、ダイヤモンド、銀、金、銅、ニッケル、アルミニウム等の導電性の無機充填剤を、単独で使用または2種以上を併用することができる。なかでも、電気絶縁性の無機充填剤を使用することが好ましい。電気絶縁性の無機充填剤を使用することで、例えば電子機器の内部に使用した場合における熱放散の促進と、部品間短絡防止とを両立することができる。具体的には、例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、チタン酸バリウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、酸化亜鉛等が挙げられる。なかでも、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、またはアルミナが好ましい。
本発明の樹脂組成物は、液状のエポキシ化合物(A)、繊維状のアミン硬化剤(B)、および熱伝導性フィラー(C)を少なくとも含有する樹脂組成物である。本発明では、必要により、熱伝導率、反応性、耐熱性、強靱性、貯蔵安定性等を低下させない程度のエポキシド反応性希釈剤や、低沸点の有機溶剤を添加してもよい。反応性希釈剤の例としては、フェニルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、アルキルグリシジルエーテル、アルキルジグリシジルエーテル、アルキレングリコールグリシジルエーテル、アルキレングリコールジグリシジルエーテル、スチレンオキサイド、オクチレンオキサイド及びこれらの混合物等が挙げられる。有機溶剤の例としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、トルエン、キシレン、ソルベッソ(登録商標)類、アイソパー(登録商標)類、酢酸エチル、酢酸ブチル、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロヘキサノール、イソホロン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ブチルセロソルブアセテート、エチルカルビトール、エチルカルビトールアセテート、エチレングリコールモノアセテート、ジメチルホルムアミド、γ−ブチルラクトン、n−メチルピロリドンなどが挙げられる。ただし、有機溶剤の添加は空隙形成による硬化物の接着性や熱伝導率悪化のおそれや、有機溶剤揮散による作業環境への悪影響のおそれがあることから、有機溶剤を含まないことが好ましい。好ましくは樹脂組成物全体を100質量%としたときに、50質量%以下であることが好ましく、より好ましくは20質量%以下であり、さらに好ましくは5質量%以下であり、0質量%であっても差し支えない。
エポキシ化合物1を20質量部、繊維状アミン1を5質量部、熱伝導性フィラー1を70質量部、熱伝導性フィラー2を30質量部フラスコに入れ、十分に攪拌、混合することにより樹脂組成物1を作製した。得られた樹脂組成物1の熱硬化物の熱伝導性を測定した。結果を表1に示す。
表1、表2に記載の各成分を各質量部配合し、実施例1と同様に十分に攪拌、混合することにより樹脂組成物2〜16を作製した。得られた樹脂組成物2〜16の熱硬化物の熱伝導性を測定した。結果を表1、表2に示す。
アミン硬化剤(C)の粒子30個を無作為に抽出した。次いで、抽出した30個の粒子の長径および短径を、キーエンス社製デジタルマイクロスコープVHX−2000を用いて測定し、平均値を算出した。
実施例および比較例で得られた樹脂組成物を150℃に設定した金型に投入し、150℃で2時間熱プレス成形することにより、熱硬化物の試験片を得た。
実施例および比較例で得られた樹脂組成物の熱硬化物の試験片について、それぞれ25℃においての熱拡散率・比熱・密度を測定し、下式から熱伝導率を算出した。
(式):熱伝導率λ(W/mK)=α・Cp・d
α:熱拡散率(m2/s)、Cp:比熱(J/(kg・K)、d:密度(kg/m3)
熱拡散率αは、NETZSCH社製キセノンフラッシュアナライザーLFA467Hyperflashを用て、キセノンフラッシュ法により測定した。密度dはアルキメデス法により測定した。また、比熱Cpについては日立ハイテクサイエンス社製DSC7020を用いて、DSC法により測定した。
JIS−K6850(1990)に従い、せん断接着強度を測定した。25mm×100mm×1.6mmのアルミ片の片側12.5mmに対し樹脂組成物を塗布し、もう一枚同型のアルミ片を貼り合わせたうえ、150℃×2時間加熱し硬化させ試験片(アルミ片/樹脂組成物/アルミ片)を作製した。これを引張速度10mm/分で接着面に対し平行に引っ張り、破断した際の最大荷重を接着面積で割ることにより接着強度を求めた。
<エポキシ化合物(A)>
エポキシ化合物1:jER(登録商標)828(ビスフェノールA型エポキシ樹脂、三菱ケミカル社製)、2官能エポキシ化合物、室温(25℃)で液状
エポキシ化合物2:iER(登録商標)630(アミノフェノール型エポキシ樹脂、三菱ケミカル社製)、3官能エポキシ化合物、室温(25℃)で液状
エポキシ化合物3:jER(登録商標)152(フェノールノボラック型エポキシ樹脂、三菱ケミカル社製)。3官能以上のエポキシ化合物を含む混合物、室温(25℃)で液状
<アミン硬化剤(B)>
繊維状アミン1:5−アミノ−2−(p−アミノフェニル)ベンゾオキサゾール、長径468μm、短径34μm、アスペクト比の平均値13.8
繊維状アミン2:5−アミノ−2−(p−アミノフェニル)ベンゾオキサゾール、長径193μm、短径32μm、アスペクト比の平均値6.0
繊維状アミン3:5−アミノ−2−(p−アミノフェニル)ベンゾオキサゾール、長径58μm、短径11μm、アスペクト比の平均値5.3
繊維状アミン4:6−アミノ−2−(m−アミノフェニル)ベンゾオキサゾール、長径201μm、短径20μm、アスペクト比の平均値10.1
繊維状アミン5:m−フェニレンジアミン、長径107μm、短径18μm、アスペクト比の平均値5.9
非繊維状アミン1:ジシアンジアミド、長径8μm、短径6μm、アスペクト比の平均値1.3
非繊維状アミン2:m−フェニレンジアミン、長径52μm、短径44μm、アスペクト比の平均値1.2
非繊維状アミン3:5−アミノ−2−(p−アミノフェニル)ベンゾオキサゾール、長径24μm、短径21μm、アスペクト比の平均値1.1
<熱伝導性フィラー(C)>
フィラー1:DAW−45(球状アルミナ、デンカ社製)
フィラー2:DAW−05(球状アルミナ、デンカ社製)
フィラー3:AO−509(球状アルミナ、アドマテックス社製)
フィラー4:SP−3(鱗片状窒化ホウ素、デンカ社製)
Claims (10)
- エポキシ化合物(A)、アミン硬化剤(B)、および熱伝導性フィラー(C)を含有し、前記エポキシ化合物(A)が液状であり、前記アミン硬化剤(B)の形状が繊維状であることを特徴とする熱伝導性樹脂組成物。
- アミン硬化剤(B)の短径が1μm〜200μmであり、長径が50μm〜1000μmであることを特徴とする請求項1に記載の熱伝導性樹脂組成物。
- 熱伝導性フィラー(C)が球状であることを特徴とする請求項1または2に記載の熱伝導性樹脂組成物。
- 熱伝導性フィラー(C)がアルミナ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、チタン酸バリウム、炭化ケイ素、カーボン、ダイヤモンド、銀、金、銅、ニッケルおよびアルミニウムからなる群より選ばれた少なくとも1種である請求項1〜3のいずれかに記載の熱伝導性樹脂組成物。
- 熱伝導性フィラー(C)の含有量が樹脂組成物全体積に対し40体積%〜75体積%であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の熱伝導性樹脂組成物。
- エポキシ化合物(A)として、3官能以上のエポキシ化合物をエポキシ化合物(A)全体に対して10質量%以上含有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の熱伝導性樹脂組成物。
- エポキシ化合物(A)とアミン硬化剤(B)の質量比が(A)/(B)=90/10〜60/40であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の熱伝導性樹脂組成物。
- 前記アミン硬化剤(B)がベンゾオキサゾール骨格を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の熱伝導性樹脂組成物。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の熱伝導性樹脂組成物を含むことを特徴とする熱伝導接着剤。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の熱伝導性樹脂組成物を含むことを特徴とする電子部材。
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