JP2021051905A - シーリング材用熱伝導シート及びこれを組み込んだ発熱性電気・電子部品 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)熱伝導性シートは、バッテリーモジュールとケースとの間にすき間なく充填することは困難であるという問題がある。
(2)樹脂フィルムの袋内に熱伝導性液状物を封入する場合は、樹脂フィルムの熱伝導率が低い問題がある。
(3)熱伝導性液状物をバッテリーモジュールとケースとの間に直接注入する場合は、注入する際に液状物が漏れ出す問題があった。
本発明の熱伝導シートは、下記(A)〜(D)成分を含み、及び任意成分として(E)(F)(G)成分等を混合し、硬化(架橋)することが好ましい。
(A)マトリックス成分:1分子中にアルケニル基が結合したケイ素原子を平均2個以上含有するオルガノポリシロキサン
(B)架橋成分:1分子中に水素原子が結合したケイ素原子を平均2個以上含有するオルガノポリシロキサンが、前記A成分中のケイ素原子結合アルケニル基1モルに対して、0.01〜3モル
(C)触媒成分:白金族系金属触媒であり、A成分と白金族系金属触媒の合計に対して金属原子重量単位で0.01〜1000ppmの量
(D)熱伝導性粒子:付加硬化型シリコーンポリマー成分(A成分+B成分)100質量部に対して100〜4000質量部
(E)アルキルトリアルコキシシラン:付加硬化型シリコーンポリマー成分(A成分+B成分)100質量部に対して0.1〜10質量部添加しても良い。
(F)無機粒子顔料、耐熱性有機材料、耐熱材料、難燃剤など:付加硬化型シリコーンポリマー成分(A成分+B成分)100質量部に対してさらに0.5〜10質量部添加しても良い。
(G)付加硬化反応基を持たないオルガノポリシロキサン:付加硬化型シリコーンポリマー(A成分+B成分)100質量部に対して0.5〜50質量部添加しても良い。
(1)マトリックス成分(A成分)
マトリックス成分は、一分子中にケイ素原子に結合したアルケニル基を2個以上含有するオルガノポリシロキサンであり、アルケニル基を2個含有するオルガノポリシロキサンは本発明のシリコーンゲル組成物における主剤(ベースポリマー成分)である。このオルガノポリシロキサンは、アルケニル基として、ビニル基、アリル基等の炭素原子数2〜8、特に2〜6の、ケイ素原子に結合したアルケニル基を一分子中に2個以上有する。粘度は25℃で10〜100,000mPa・s、特に100〜10,000mPa・sであることが作業性、硬化性などから望ましい。
本発明のB成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンは架橋剤として作用するものであり、この成分中のSiH基とA成分中のアルケニル基とが付加反応(ヒドロシリル化)することにより硬化物を形成するものである。かかるオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、一分子中にケイ素原子に結合した水素原子(即ち、SiH基)を2個以上有するものであればいずれのものでもよく、このオルガノハイドロジェンポリシロキサンの分子構造は、直鎖状、環状、分岐状、三次元網状構造のいずれであってもよいが、一分子中のケイ素原子の数(即ち、重合度)は2〜1000、特に2〜300程度のものを使用することができる。
C成分の触媒成分は、本組成物の硬化を促進させる成分である。C成分としては、ヒドロシリル化反応に用いられる触媒を用いることができる。例えば白金黒、塩化第2白金酸、塩化白金酸、塩化白金酸と一価アルコールとの反応物、塩化白金酸とオレフィン類やビニルシロキサンとの錯体、白金ビスアセトアセテート等の白金系触媒、パラジウム系触媒、ロジウム系触媒などの白金族系金属触媒が挙げられる。C成分の配合量は、硬化に必要な量であればよく、所望の硬化速度などに応じて適宜調整することができる。A成分と白金族系金属触媒の合計に対して金属原子重量として0.01〜1000ppm添加するのが好ましい。
本発明のD成分は、付加硬化型シリコーンポリマー成分(A成分+B成分)100質量部に対して、100〜4000質量部添加するのが好ましい。これにより耐熱性熱伝導性組成物及び耐熱性熱伝導性シートの熱伝導率を0.8W/m・K以上とすることができる。熱伝導粒子としては、アルミナ,酸化亜鉛,酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、水酸化アルミニウム及びシリカから選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。形状は球状,鱗片状,多面体状等様々なものを使用できる。熱伝導性粒子の比表面積は0.06〜15m2/gの範囲が好ましい。比表面積はBET比表面積であり、測定方法はJIS R1626にしたがう。平均粒子径を用いる場合は、0.1〜100μmの範囲が好ましい。粒子径の測定はレーザー回折光散乱法により、体積基準による累積粒度分布のD50(メジアン径)を測定する。この測定器としては、例えば堀場製作所社製のレーザー回折/散乱式粒子分布測定装置LA−950S2がある。
本発明の組成物には、必要に応じて前記以外の成分を配合することができる。例えばベンガラ、酸化チタン、酸化セリウムなどの耐熱向上剤、難燃助剤、硬化遅延剤などを添加してもよい。着色、調色の目的で有機或いは無機粒子顔料を添加しても良い。フィラー表面処理などの目的で添加する材料として、アルコキシ基含有シリコーンを添加しても良い。また、付加硬化反応基を持たないオルガノポリシロキサンを添加しても良い。25℃での粘度が10〜100,000mPa・s、特に100〜10,000mPa・sであることが作業性から望ましい。
液状熱伝導組成物の組成は、前記熱伝導シートと同様の組成であってもよいし、下記の組成であってもよい。
(a)マトリックス成分:1分子中に平均2個以上かつ分子鎖両末端のケイ素原子に結合したアルケニル基を含有する直鎖状オルガノポリシロキサン
(b)架橋成分:1分子中に平均2個以上のケイ素原子に結合した水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンが、前記A成分中のケイ素原子結合アルケニル基1モルに対して、1モル未満の量
(c)熱伝導性粒子:付加硬化型シリコーンポリマー成分(A成分+B成分)100質量部に対して100〜4000質量部
前記(a)-(c)成分は、前記熱伝導シートの組成で説明したマトリックス成分と架橋成分と熱伝導性粒子と共通する。前記(a)-(c)成分を使用することにより、前記空間部に充填した後、液状熱伝導組成物を未硬化のまま保持してもよいし、前記熱伝導シートの硬化触媒の拡散により硬化させることもできる。前記熱伝導シートと同様の組成の場合は、充填後硬化させることができる。また、架橋成分の添加割合を少なくし、部分架橋させてもよい。この場合はペースト状となる。
また、(a)、(b)の代わりに反応基を持たないジメチルシリコーンオイルを使用しても良い。この場合は未架橋となる。
液状熱伝導材料の粘度は50〜5000Pa・sが好ましい。粘度測定は、HAAKE製レオメーターMARSIIIを使用し、Gap:0.5mm,回転速度1(1/s)、温度25℃の条件で測定する。
<熱伝導率>
図3A−Bに示す方法で測定した。熱伝導率は以下の式(数1)で算出する。
1.枠状シートの作成
<材料>
下記の材料を準備した。
(1)一般に市販されている2液付加硬化型シリコーンポリマーの触媒成分(C成分)とマトリックス成分(A成分)が含有されたA液50g
(2)一般に市販されている2液付加硬化型シリコーンポリマーの架橋成分(B1成分)とマトリックス成分(A成分)が含有されたB液40g
(3)両末端Si−Hオルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2成分)10g
(4)酸化アルミニウム粉末(D50:約1〜2μm)500g
(5)水酸化アルミニウム粉末(D50:約50μm)550g
(6)オクチルトリメトキシシラン
<作成方法>
(1)酸化アルミニウムとオクチルトリメトキシシロキサンを混錬した。
(2)(1)に水酸化アルミニウムを添加し混練した。
(3)(2)にA液、B液、B2成分を添加し混練した。
(4)脱泡後、PETフィルムに挟持した状態でシート状物を作成し、温度100℃、10分間加熱硬化し、カットして枠状シートを得た。この枠状シートの外形はタテ40mm、ヨコ70mm、幅5mm、厚さは2mmと1mmの2つを作成した。カット方法は、カッティングプロッターにて外形、内形をカットし外周部、中央部を取り除いた。また、(3)で混錬した材料はPETフォイル上にディスペンサーなどで塗布し、枠状を形成しても良い。
※すでにシランカップリング剤で表面処理された酸化アルミニウム、水酸化アルミニウムを使用しても良い。その場合(1)、(2)の工程は必要無い。
※フィラーの種類や表面処理材を変えることで、シリコーンベース(B成分)と両末端Si−Hオルガノハイドロジェンポリシロキサンの割合は変動する。
2.液状熱伝導組成物の作成
(1)ジメチルシリコーンオイル100g
(2)酸化アルミニウム粉末(D50:約35μm)200g
(3)酸化アルミニウム粉末(D50:約2μm)500g
(4)酸化ケイ素粉末(D50:約50μm)200g
<作成方法>
(1)ジメチルシリコーンオイルに3種の粉末を添加し混錬した。
(2)得られた液状熱伝導材料の粘度は1000Pa・s(at25℃)であった。
3.評価試験
上記のようにして得られた枠状シートについて、硬さ、熱伝導率、比重を測定した。また、図4A−Bに示すように、枠状シートの空間部への液状熱伝導組成物の充填と、その際の耐圧試験を行った。注入圧力は0.35MPaとした。また目視により、枠状シートから液状熱伝導材料が漏れ出したかどうかを確認した。
条件と結果を表1にまとめて示す。
表1に示す以外は実施例1と同様に実施した。
2 センサ
3a,3b 試料
4 センサの先端
5 印加電流用電極
6 抵抗値用電極(温度測定用電極)
10 シーリング材用熱伝導シート
11 空間部
12 ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム
13 バッテリーモジュール
14 ケース
15 液状熱伝導組成物
16 アルミ板
17 アクリル樹脂板
18 注入口
19 圧力センサ
Claims (12)
- 発熱性電気・電子部品と放熱ケースとの間に配置されるシーリング材用熱伝導シートであって、
前記シートの硬さはショアー00で5以上55以下であり、
前記シートは枠状シートであり、枠内は液状熱伝導組成物を充填するための空間部であることを特徴とするシーリング材用熱伝導シート。 - 前記シートは矩形である請求項1に記載のシーリング材用熱伝導シート。
- 前記シートの厚さは0.2〜5mmである請求項1又は2に記載のシーリング材用熱伝導シート。
- 前記シートの幅は1〜50mmである請求項1〜3のいずれかに記載のシーリング材用熱伝導シート。
- 前記熱伝導シートの熱伝導率は0.8W/m・K以上である請求項1〜4のいずれかに記載のシーリング材用熱伝導シート。
- 前記発熱性電気・電子部品が、リチウムバッテリーモジュールである請求項1〜5のいずれかに記載のシーリング材用熱伝導シート。
- 前記熱伝導シートのマトリックス樹脂はシリコーンポリマーである請求項1〜6のいずれかに記載のシーリング材用熱伝導シート。
- 前記熱伝導シートのマトリックス樹脂は硬化触媒を含み、付加硬化型シリコーンポリマーである請求項1〜7のいずれかに記載のシーリング材用熱伝導シート。
- 請求項1〜8のいずれかに記載のシーリング材用熱伝導シートを組み込んだ発熱性電気・電子部品であって、
発熱性電気・電子部品とケースとの間に、前記熱伝導シートが貼り付けられ、前記発熱性電気・電子部品と前記ケースと前記熱伝導シートとの空間部に液状熱伝導組成物が充填されていることを特徴とする発熱性電気・電子部品。 - 前記発熱性電気・電子部品がバッテリーモジュールである請求項9に記載の発熱性電気・電子部品。
- 前記液状熱伝導組成物は、マトリックス樹脂はシリコーンポリマーであり、熱伝導率は0.8W/m・K以上である請求項9又は10に記載の発熱性電気・電子部品。
- 前記バッテリーモジュールは、車載用リチウムバッテリーモジュールである請求項10又は11に記載の発熱性電気・電子部品。
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