JP2021172746A - 熱伝導性樹脂組成物及びこれを用いた熱伝導性シート - Google Patents
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Abstract
Description
本技術に係る熱伝導性樹脂組成物は、付加反応型シリコーン樹脂と、ヒンダードフェノール系酸化防止剤と、チオール系酸化防止剤と、親水性の官能基とシリコーン鎖とを有する分散剤と、熱伝導性充填剤とを含有し、熱伝導性充填剤を65〜90体積%含有する。
本技術に係る熱伝導性樹脂組成物は、成形加工性及び耐候性に優れるとともに、電子部品に対する密着性及び追従性が良好である理由から、バインダ樹脂としてシリコーン樹脂を用いる。特に、成形加工性、耐候性、密着性を良好にする観点から、液状シリコーンゲルの主剤と、硬化剤とから構成されるシリコーン樹脂を用いることが好ましい。そのようなシリコーン樹脂としては、例えば、付加反応型シリコーン樹脂、過酸化物を加硫に用いる熱加硫型ミラブルタイプのシリコーン樹脂(ミラブルゴム)等が挙げられる。特に、熱伝導性樹脂組成物を、発熱体と放熱部材との間に挟持される熱伝導性シートに適用する場合には、例えば、電子部品の発熱面とヒートシンク面との密着性が要求されるため、付加反応型シリコーン樹脂(付加反応型液状シリコーン樹脂)が好ましい。
本技術に係る熱硬化性樹脂組成物は、酸化防止剤として、一次酸化防止剤としてのヒンダードフェノール系酸化防止剤と、二次酸化防止剤としてのチオール系酸化防止剤とを併用する。ヒンダードフェノール系酸化防止剤は、例えば、ラジカル(パーオキシラジカル)を捕捉して、付加反応型シリコーン樹脂の酸化劣化を防止する。チオール系酸化防止剤は、例えば、ヒドロオキサイドラジカルを分解して、付加反応型シリコーン樹脂の酸化劣化を抑制する。
ヒンダードフェノール系酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール骨格として下記式1で表される構造を有するものが挙げられる。ヒンダードフェノール系酸化防止剤は、下記式1で表される骨格を1つ以上有することが好ましく、下記式1で表される骨格を2つ以上有していてもよい。
チオール系酸化防止剤としては、チオエーテル骨格を有するタイプや、ヒンダードフェノール骨格を有するタイプなどが挙げられる。例えば、チオール系酸化防止剤としては、3,3’−チオビスプロピオン酸ジトリデシル、テトラキス[3−(ドデシルチオ)プロピオン酸]ペンタエリトリトール、4,6−ビス(オクチルチオメチル)−o−クレゾール等が挙げられる。
本技術に係る熱伝導性樹脂組成物は、親水性の官能基とシリコーン鎖とを有する分散剤(以下、「特定構造の分散剤」ともいう。)を含有する。このような特定構造の分散剤は、シランカップリング剤やシラン剤などの分散剤として用いられる一般的なシリコーン化合物(例えば、アルキルアルコキシシラン)と比較して、熱伝導性シートの酸化をより効果的に抑制することができ、熱伝導性シートの耐熱性への寄与が大きくなる。
熱伝導性充填剤は、所望とする熱伝導率や充填性を鑑み、公知の物から選択することができ、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物、アルミニウム、銅、銀などの金属、アルミナ、酸化マグネシウムなどの金属酸化物、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化珪素などの金属窒化物、カーボンナノチューブ、金属シリコン、繊維フィラー(ガラス繊維、炭素繊維)が挙げられる。熱伝導性充填剤は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
本技術に係る熱伝導性シートは、上述した熱伝導性樹脂組成物の硬化物からなる。本技術に係る熱伝導性シートは、上述した熱硬化性樹脂組成物を用いることで、熱伝導率を4.5W/m・K以上とすることもでき、3.0W/m・K以上とすることもでき、3.5W/m・K以上とすることもでき、4.0W/m・K以上とすることもでき、4.5W/m・K以上とすることもでき、5.0W/m・K以上とすることもできる。熱伝導性シートの熱伝導率の上限値は、特に限定されないが、例えば、7.0W/m・K以下とすることができる。
式2:(エージング処理後の熱伝導性シートの熱伝導率/エージング処理前の熱伝導性シートの熱伝導率)×100
本実施例で用いた原料は、以下の通りである。
シリコーン樹脂A(製品名:CY52−276A(東レ・ダウコーニング社製))
シリコーン樹脂B(製品名:CY52−276B(東レ・ダウコーニング社製))
アクリルポリマーとジメチルポリシロキサンからなるグラフト共重合体(製品名:KP−561P(信越シリコーン社製))
アクリルポリマーとジメチルポリシロキサンからなるグラフト共重合体(製品名:KP−578(信越シリコーン社製))
シリコーン鎖が分岐したポリグリセリン変性シリコーン界面活性剤(製品名:KF−6106(信越シリコーン社製))
アルキルトリアルコキシシラン(製品名:Z−6210(東レ・ダウコーニング社製))
フェノール系酸化防止剤(製品名:AO−80(ADEKA社製))
フェノール系酸化防止剤(製品名:AO−30(ADEKA社製))
硫黄系酸化防止剤(製品名:SUMILIZER(登録商標) TP−D(住友化学社製))
硫黄系酸化防止剤(製品名:Irganox 1520L(BASFジャパン社製))
窒化アルミニウムとアルミナ(球状アルミナ)と酸化マグネシウムとの混合物
熱伝導性充填剤として、窒化アルミニウム、アルミナ、酸化マグネシウムの混合量は、シリコーン樹脂100重量部に対してそれぞれ550重量部、365重量部、650重量部とし、シリコーン樹脂に一種ずつ添加しては攪拌した。攪拌には遊星撹拌機を用い、回転数は1200rpmとした。しかる後、バーコーターを用いて熱伝導性樹脂組成物を厚み2mmとなるように塗布し、80℃で6時間加熱して熱伝導性シートを得た。
実施例4〜6では、酸化防止剤の量を変更したこと以外は、実施例1と同様にして熱伝導性シートを得た。
実施例7では、熱伝導性充填剤として、窒化アルミニウム、アルミナ、酸化マグネシウムの混合量を、シリコーン樹脂100重量部に対してそれぞれ330重量部、220重量部、385重量部とし、シリコーン樹脂に一種ずつ添加しては攪拌したこと以外は、実施例1と同様にして熱伝導性シートを得た。
実施例8では、熱伝導性充填剤として、窒化アルミニウム、アルミナ、酸化マグネシウムの混合量を、シリコーン樹脂100重量部に対してそれぞれ219重量部、146重量部、255重量部とし、シリコーン樹脂に一種ずつ添加しては攪拌したこと以外は、実施例1と同様にして熱伝導性シートを得た。
実施例9では、熱伝導性充填剤として、窒化アルミニウム、アルミナ、酸化マグネシウムの混合量を、シリコーン樹脂100重量部に対してそれぞれ742重量部、495重量部、866重量部とし、シリコーン樹脂に一種ずつ添加しては攪拌したこと以外は、実施例1と同様にして熱伝導性シートを得た。
実施例10,11では、酸化防止剤の種類を変更したこと以外は、実施例1と同様にして熱伝導性シートを得た。
熱伝導性充填剤を除く成分を混合した熱伝導性樹脂組成物中に、熱伝導性充填剤を一種ずつ添加して攪拌した。攪拌には、市販の自転公転撹拌機(自公転式真空撹拌脱泡ミキサー(装置名:V−mini 300、EME社製)を用い、回転数を1200rpmとした。熱伝導性樹脂組成物中に熱伝導性充填剤が分散するまでの時間について評価した。結果を表1に示す。
A:2分以内
B:2分超、4分以内
C:4分超、6分以内
D:6分超、10分未満
E:10分以上攪拌しても全く混合できず
ASTM−D5470に準拠した熱抵抗測定装置を用いて、荷重1kgf/cm2をかけて熱伝導性シートの厚み方向の初期熱伝導率(W/m・K)を測定した。測定時のシート温度は45℃であった。結果を表1,2に示す。
200℃、24時間のエージング(超加速試験)処理後の熱伝導性シートの厚み方向の熱伝導率(W/m・K)を測定した。結果を表1,2に示す。表中、「−」は評価ができなかったことを表す。
エージング処理により熱伝導性シートが劣化すると、熱伝導性シートが硬くなり、シート表面の接触抵抗が大きくなるため、見かけ上の熱伝導率が低下する。そのため、熱伝導性シートの熱伝導性及び柔軟性の観点から、初期熱伝導率維持率が高いことが重要である。初期熱伝導率維持率(%)は、下記式2で示すように、エージング処理前の熱伝導性シートの熱伝導率(初期熱伝導率)と、エージング処理後の熱伝導性シートの熱伝導率とから求めた。結果を表1,2に示す。表中、「−」は評価ができなかったことを表す。
式2:(エージング処理後の熱伝導性シートの熱伝導率/エージング処理前の熱伝導性シートの熱伝導率(初期熱伝導率))×100
本技術に係る熱伝導性樹脂組成物は、酸化防止剤として、一次酸化防止剤としてのヒンダードフェノール系酸化防止剤と、二次酸化防止剤としてのチオール系酸化防止剤とを併用する。ヒンダードフェノール系酸化防止剤は、例えば、ラジカル(パーオキシラジカル)を捕捉して、付加反応型シリコーン樹脂の酸化劣化を防止する。チオール系酸化防止剤は、例えば、ヒドロオキサイドラジカルを分解して、付加反応型シリコーン樹脂の酸化劣化を抑制する。
本技術に係る熱伝導性シートは、上述した熱伝導性樹脂組成物の硬化物からなる。本技術に係る熱伝導性シートは、上述した熱伝導性樹脂組成物を用いることで、熱伝導率を3.0W/m・K以上とすることもでき、3.5W/m・K以上とすることもでき、4.0W/m・K以上とすることもでき、4.5W/m・K以上とすることもでき、5.0W/m・K以上とすることもできる。熱伝導性シートの熱伝導率の上限値は、特に限定されないが、例えば、7.0W/m・K以下とすることができる。
Claims (14)
- 付加反応型シリコーン樹脂と、
ヒンダードフェノール系酸化防止剤と、
チオール系酸化防止剤と、
親水性の官能基とシリコーン鎖とを有する分散剤と、
熱伝導性充填剤とを含有し、
上記熱伝導性充填剤を65〜90体積%含有する、熱伝導性樹脂組成物。 - 上記ヒンダードフェノール系酸化防止剤が、エステル結合を有するヒンダードフェノール系酸化防止剤である、請求項1又は2に記載の熱伝導性樹脂組成物。
- 上記分散剤が、ポリエーテル変性シリコーン系、ポリグリセリン変性シリコーン系、ポリエーテルアクリル変性シリコーン系、ポリグリセリンアクリル変性シリコーン系及びアクリルシリコーン系から選択されるシリコーン化合物を少なくとも1種含有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
- 上記熱伝導性充填剤が、窒化アルミニウムを含有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
- 上記熱伝導性充填剤が、窒化アルミニウム、金属水酸化物、金属酸化物及び炭素繊維の少なくとも1種を含有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
- 上記熱伝導性充填剤が、窒化アルミニウムとアルミナと酸化マグネシウムとの混合物である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
- 付加反応型シリコーン樹脂と、
ヒンダードフェノール系酸化防止剤と、
チオール系酸化防止剤と、
親水性の官能基とシリコーン鎖とを有する分散剤と、
熱伝導性充填剤とを含有し、
硬化後の熱伝導率が2.5W/m・K以上を示す、熱伝導性樹脂組成物。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の熱伝導性樹脂組成物の硬化物からなる、熱伝導性シート。
- 熱伝導率が4.5W/m・K以上である、請求項9に記載の熱伝導性シート。
- 200℃、24時間の条件でエージングしたときの下記式2で示す熱伝導率の維持率が70%以上である、請求項9又は10に記載の熱伝導性シート。
式2:(エージング処理後の熱伝導性シートの熱伝導率/エージング処理前の熱伝導性シートの熱伝導率)×100 - 発熱体と放熱部材との間に、請求項1〜8のいずれか1項に記載の熱伝導性樹脂組成物の硬化物が挟持されている、放熱構造。
- 発熱体と放熱部材との間に、請求項9〜11のいずれか1項に記載の熱伝導性シートが挟持されている、放熱構造。
- 請求項12又は13に記載の放熱構造を備える、物品。
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