JP3005324B2 - 高熱放散材組成物 - Google Patents

高熱放散材組成物

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電子機器・部品の放熱材
料に関するもので、詳しくは、電気絶縁性を有し、かつ
熱伝導性に優れ、しかも柔軟性を有し、シート状に成形
が可能な熱放散材組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電子部品の使用時に発生する熱のため、
該部品の特性低下や破損などの問題が発生する恐れがあ
ることから、発熱する部分にヒートシンカー等の冷却効
率を上昇させた放熱体が装着されている。この場合、部
品とヒートシンカーとの接触部には電気絶縁のためと、
密着性を高めて熱抵抗を低下させるためにマイカシート
や高分子フィルムなどが用いられている。しかし、前者
は機械的強度に乏しく、後者では熱伝導性が悪いため、
更に優れた特性を有する密着性シートが必要となる。こ
のことから熱伝導性の微粉末充填材を含有したシリコー
ンゴム、その他の有機ゴム等が提案された。この場合、
熱伝導性充填材としては通常はコストが有利な金属酸化
物が用いられるが、更に特性を向上させるためには、充
填材量を増加したり、熱伝導率の大きな窒化硼素粉末を
用いる提案等がなされている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、充填材量を増
加した場合は混合時の粘度上昇が起こり、取扱時の作業
性が低下する問題が発生したり、窒化硼素粉末の形状は
通常鱗片状の形状を有しているため、ゴム等と混合する
際には混合粘度が著しく上昇し、作業性が極めて悪くな
ったり、更には、混合不良が発生し、シートの特性低下
を招く等の問題が起こる。
【0004】従って、本発明の目的は、作業性が優れ、
しかも高い熱伝導性を有する電子部品放熱用シートのた
めの高熱放散材組成物を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記問題点
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、以下の組成が高熱
伝導性を有し、しかも作業性に優れた組成であることを
見出し、本発明に至った。
【0006】すなわち、本発明に係る高熱放散材組成物
は、熱変形温度が−30℃から130℃までの範囲内に
あり、かつ熱変形量が狭い温度範囲で大きい熱硬化性樹
脂100重量部と、熱伝導性フィラー50〜1500重
量部とからなる熱放散材組成物において、熱伝導性フィ
ラーとして平均長さ0.1〜100ミクロンの鱗片状の
窒化硼素20〜60%と平均粒径0.1〜60ミクロン
の粒形状の金属酸化物80〜40%で構成させることを
特徴とする。
【0007】
【作用】本発明の高熱放散材組成物には、熱伝導性フィ
ラーとして平均長さ0.1〜100ミクロンの鱗片状の
窒化硼素20〜60%と平均粒径0.1〜60ミクロン
の粒形状の金属酸化物80〜40%で構成することによ
り、極めて高い放熱特性と極めて優れた作業性を有する
熱放散材組成物を提供できる。
【0008】熱伝導性を向上させるためには、樹脂組成
物の中で高熱伝導率の充填材ができるだけ長くつながる
構造が必要であり、そのためには、長い形状の充填材を
使用するか、あるいは互いの充填材をできるだけ緻密に
接触させて使用することが必要である。本発明の高熱放
散材組成物においては、鱗片状の窒化硼素と粒形状の金
属酸化物を最適の範囲内で組み合わせることにより、粒
形状の金属酸化物が鱗片状の窒化硼素間に最適に位置
し、より緻密なパッキングを実現し、充填材間の熱伝導
を極めて良好に行うことができる。しかも、鱗片状充填
材を必要以上に添加しないため、混合粘度の上昇を抑制
することができ、その結果、作業性の著しい低下を防ぐ
ことができる。
【0009】本発明の高熱放散材組成物に使用される熱
変形温度が−30℃から130℃までの範囲内にあり、
かつ熱変形量が狭い温度範囲で大きい熱硬化性樹脂とし
ては、シリコーンゴム、ウレタンゴム、ブタジエンゴ
ム、エチレンプロピレンゴムなどと、硫黄、有機過酸化
物、金属酸化物などの硬化剤とからなるゴム状熱硬化性
樹脂を使用することができる。特に、室温から130℃
の温度範囲に弾性率等の機械物性が急激に変化する熱変
形温度をもつ合成ゴムの使用は、電子部品との接触が特
に優れるため有用である。そのような樹脂組成物として
は、ポリヒドロキシブタジエン重合体の水素添加物より
なるポリオレフィンポリオールを主剤とし、その硬化剤
として、分子内に1.5個以上のイソシアネート基を有
する多官能イソシアネートによって得られるポリオレフ
ィン系ウレタンエラストマー、あるいは分子量が200
0以上のポリエステルポリオールと上記多官能イソシア
ネートによって得られるポリエステル系ウレタンエラス
トマー、更には、分子量2000以上のポリエーテルポ
リオールと上記多官能イソシアネートによって得られる
ポリエーテル系ウレタンエラストマーを適選して用いる
ことができる。前記樹脂組成物の中ではポリオレフィン
系ウレタンエラストマーが最も好ましい。また、前記エ
ラストマーの硬化剤としては分子内に1.5個以上のイ
ソシアネート基をもつものであれば何でも使用すること
ができるが、ヘキサメチレンジイソシアネート、トルエ
ンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネー
ト、イソホロンジイソシアネート、キシリレンジイソシ
アネートなどやこれらから誘導される化合物を用いるこ
とができる。これら硬化剤と主剤の混合はポリオールの
水酸基に対しイソシアネートを0.7〜1.1(官能基比)
の範囲内で配合するのが最適物性を得るために好まし
い。
【0010】本発明の高熱放散材組成物に使用する熱伝
導性フィラーの1つとして、鱗片状の窒化硼素を使用す
る必要がある。この鱗片状の窒化硼素の平均長さは0.
1〜100ミクロンの範囲内が好ましい。この範囲外で
は混合時の作業性が低下するために好ましくない。
【0011】本発明の高熱放散材組成物に使用するもう
一方の熱伝導性フィラーである粒形状の金属酸化物とし
てはアルミナ、水和アルミナ、マグネシア、酸化ベリリ
ウム、酸化チタン、シリカ、ケイソウ土などを使用する
ことができる。また、これらの平均粒径は0.1〜60
ミクロン程度が好ましく、その理由としては上記と同様
作業性からの制限が加わるためである。
【0012】本発明の高熱放散材組成物においては、熱
硬化性樹脂100重量部と熱伝導性フィラー50〜15
00重量部との範囲内で配合する。熱伝導性フィラーが
50重量部未満の場合は硬化物での熱伝導率が低くな
り、放熱シートとして十分な特性を得ることができな
い。また、1500重量部を超える場合には、十分な特
性が得られるが、混合時の粘度が高くなり、作業性の低
下を招く。また、熱伝導性フィラーの配合として、鱗片
状の窒化硼素20〜60%と粒形状の金属酸化物80〜
40%の範囲内が好ましい。窒化硼素が20%以下の場
合は、熱伝導率が低くなり、放熱シートとしては不十分
である。また、60%を超えた場合には混合時の粘度が
極端に上昇し、作業性が著しく低下する。
【0013】その他、本発明の高熱放散材組成物におい
ては充填材と熱硬化性樹脂との接着性を向上させるため
の密着性向上剤、カップリング剤や、シートの着色のた
めの着色顔料、着色染料等を添加することもできる。
【0014】本発明の高熱放散材組成物は上記した成分
の所定量をロール、ニーダ、バンバリーミキサー等の通
常の混練機を使用して均一に混合して得られる。この場
合、必要に応じて加熱等を行う。また、本発明の高熱放
散材組成物を成形品として使用する場合には、加圧成
形、押出成形、カレンダー成形等の通常の成形法を用い
て加工することができる。場合によっては、溶剤等を用
いてキャスティングによる成形法を採用することも可能
である。
【0015】
【実施例】以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明す
るが、本発明の全てではなく、これのみに限定されるも
のではない。 実施例1 ポリヒドロキシ−1,4−ブタジエン重合体の水素添加
物[三菱化成(株)製ポリテールH、水酸基価45]10
0gと平均粒径30ミクロンの酸化アルミニウム250
gと平均長さ60ミクロンの鱗片状窒化硼素150gを
真空加熱撹拌機に投入し、90℃で30分間大気中で十
分撹拌した。更に、混合物に含まれる空気と水分を除く
ために、約1トールの減圧下で60分撹拌を続け、次い
で、一旦大気圧に戻し、2,4−トルエンジイソシアネ
ート6.5gを添加し、5分間撹拌し、直ちに室温に冷
却した。
【0016】得られた固形物を3本ロールに3回通し、
十分混合させた。この混合物を130℃、圧力30kg
/cm2の熱プレスで成形し、1〜2ミリのシートを作
製した。
【0017】作製したシートの特性の測定を行い、以下
の値を得た。 熱伝導率 6.1×10-3cal/℃・sec・c
m 熱抵抗 0.65℃/W 体積固有抵抗 8×1014Ω・cm
【0018】実施例2 ポリヒドロキシ−1,4−ブタジエン重合体の水素添加
物[三菱化成(株)製ポリテールH、水酸基価45]10
0gと平均粒径30ミクロンの酸化アルミニウム200
gと平均長さ60ミクロンの鱗片状窒化硼素200gを
真空加熱撹拌機に投入し、90℃で30分間大気圧で十
分撹拌した。更に、混合物に含まれる空気と水分を除く
ために、約1トールの減圧下で60分間撹拌を続け、次
いで、一旦大気圧に戻し、イソホロンジイソシアネート
10.5gを添加し、5分間撹拌し、直ちに室温に冷却
した。
【0019】実施例1と同様にしてシートを作製し、シ
ートの特性を測定した。 熱伝導率 8.4×10-3cal/℃・sec・c
m 熱抵抗 0.38℃/W 体積固有抵抗 6.3×1014Ω・cm
【0020】実施例3 ビスフェノールAとプロピレンオキサイドの反応により
作製したポリエーテルオレフィン(水酸基価54)99g
と、グリセリン1gと、平均粒径28ミクロンの水和ア
ルミナ200gと、平均長さ60ミクロンの鱗片状窒化
硼素200gを真空加熱撹拌機に投入し、90℃で30
分間大気圧で十分撹拌した。実施例1と同様に撹拌を行
い、キシリレンジイソシアネート11.5gを添加し、
5分間撹拌し、直ちに室温に冷却した。
【0021】実施例1と同様にしてシートを作製し、シ
ートの特性を測定した。 熱伝導率 7.8×10-3cal/℃・sec・c
m 熱抵抗 0.42℃/W 体積固有抵抗 6.7×1014Ω・cm
【0022】比較例1 ポリヒドロキシ−1,4−ブタジエン重合体の水素添加
物[三菱化成(株)製ポリテールH、水酸基価45]10
0gと、平均粒径30ミクロンの酸化アルミニウム40
0gを真空加熱撹拌機に投入し、90℃で30分間大気
中で十分撹拌した。更に、混合物に含まれる空気と水分
を除くため、約1トールの減圧下で60分撹拌を続け、
次いで、一旦大気圧に戻し、2,4−トルエンジイソシ
アネート6.5gを添加し、5分間撹拌し、直ちに室温
に冷却した。
【0023】得られた固形物を3本ロールに3回通し、
十分混合させた。この混合物を130℃、圧力30kg
/cm2の熱プレスで1〜2ミリのシートを作製した。
【0024】作製したシートの特性の測定を行い、以下
の値を得た。 熱伝導率 1.7×10-3cal/℃・sec・c
m 熱抵抗 1.28℃/W 体積固有抵抗 5.7×1014Ω・cm このように作業性の低下は起こらないものの、熱伝導率
は低いものしか得られなかった。
【0025】ポリヒドロキシ−1,4−ブタジエン重合
体の水素添加物[三菱化成(株)製ポリテールH、水酸基
価45]100gと平均長さ60ミクロンの窒化硼素4
00gを真空加熱撹拌機に投入し、90℃で30分間大
気圧で十分撹拌した。更に、混合物に含まれる空気と水
分を除くために、約1トールの減圧下で60分間撹拌を
続け、次いで、一旦大気圧に戻し、2,4−トルエンジ
イソシアネート6.5gを添加し、5分間撹拌し、直ち
に室温に冷却した。しかし、混合粘度が高いため、十分
な均一性が得られなかった。
【0026】冷却して得られた混合物を3本ロールに3
回通し、この混合物を130℃、圧力30kg/cm2
の熱プレスで成形し、1〜2ミリのシートを作製した。
【0027】作製したシートの特性を測定したところ、
以下の値を得た。 熱伝導率 3.7×10-3cal/℃・sec・c
m 熱抵抗 0.88℃/W 体積固有抵抗 2.7×1014Ω・cm このように高熱伝導性フィラーを使用しても、作業性が
悪いために、放熱シートとしての特性は劣る。
【0028】
【発明の効果】本発明の熱放散材組成物は、熱伝導性
フィラーとして平均長さ0.1〜100ミクロンの鱗片
状の窒化硼素と平均粒径0.1〜60ミクロンの粒形状
金属酸化物を配合しているので、作業性に優れるだけ
でなく、それを用いて作製した放熱シートは熱伝導率が
大きいため、電子部品の放熱板への熱伝導性が高く、装
置の小型化、長寿命化に有効である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保田 繁 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電 機株式会社 材料研究所内 (72)発明者 肥塚 裕至 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電 機株式会社 材料研究所内 (72)発明者 森脇 紀元 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電 機株式会社 材料研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−63146(JP,A) 特開 昭59−64355(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08L 1/00 - 101/14 C08K 3/00 - 13/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱変形温度が−30℃から130℃まで
    の範囲内にあり、かつ熱変形量が狭い温度範囲で大きい
    熱硬化性樹脂100重量部と、熱伝導性フィラー50〜
    1500重量部とからなる熱放散材組成物において、熱
    伝導性フィラーとして平均長さ0.1〜100ミクロン
    鱗片状の窒化硼素20〜60%と平均粒径0.1〜6
    0ミクロンの粒形状の金属酸化物80〜40%で構成さ
    せることを特徴とする高熱放散材組成物。
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