JP3908686B2

JP3908686B2 - 熱伝導性組成物

Info

Publication number: JP3908686B2
Application number: JP2003103301A
Authority: JP
Inventors: 一舟橋
Original assignee: Fuji Polymer Industries Co Ltd
Current assignee: Fuji Polymer Industries Co Ltd
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2003-04-07
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2023-04-07
Also published as: JP2004307643A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱伝導性組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータやパソコン（以下「ＣＰＵ」という。）などの電子部品は使用中に発熱し、その熱のため性能が低下したり熱暴走で電子部品が故障する事がある。そのため発熱する電子部品には放熱器が取り付けられる。しかし、放熱器は金属であることが多いためＣＰＵなどの電子部品との密着がよくなく、発熱を放熱器に効率よく伝える事が出来ない。そのためゴム製の放熱シートなどを電子部品と放熱器の間に挟み、密着度を高める方法が多くとられている。最近では炭化水素系オイルあるいはシリコーンオイルに熱伝導性のあるフィラーを添加して熱伝導性を向上させたグリースやオイルコンパウンドが使われている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１６９８７３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年のＣＰＵの性能向上はめざましくそれに伴いＣＰＵからの発熱量も多くなって来ている為、市販されているグリースやオイルコンパウンドでは、熱伝導率が低く満足な熱対策ができないという問題があった。また、熱伝導率が高いグリースやオイルコンパウンドはフィラーが大量に充填されているため、粘度が高く、スクリーン印刷しにくいという問題もあった。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するため、熱伝導率が高く、かつスクリーン印刷可能である熱伝導性組成物を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の熱伝導性組成物は、シリコーンオイル１００重量部に対して、
平均粒径１．８〜３μｍかつ最大粒径１０μｍ以下の窒化アルミニウム２００〜１０００重量部と、
純度９９．９５重量％以上かつ平均粒径０．２μｍ以上０．５μｍ以下のα−アルミナ５０〜３００重量部とを含み、
窒化アルミニウム：α−アルミナ＝４０：６０〜９５：５の重量比率で構成され、
熱伝導率が２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導性組成物であり、
前記熱伝導性組成物の粘度が１００００〜８００００ｍＰａ・ｓであり、スクリーン印刷可能であることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の熱伝導性組成物はシリコーンオイル１００重量部に対して、
Ａ．平均粒径１．８〜３μｍかつ最大粒径１０μｍ以下の窒化アルミニウムが２００〜１０００重量部
Ｂ．純度９９．９５％以上かつ平均粒径０．２〜０．５μｍ以下のα−アルミナが５０〜３００重量部添加されており、
Ｃ．前記窒化アルミニウム：前記α−アルミナが４０：６０〜９５：５の重量比率で構成される。これにより、熱伝導率が２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、
Ｄ．粘度が１００００〜８００００ｍＰａ・ｓでスクリーン印刷が可能である熱伝導性組成物を提供できる。
【０００８】
本発明で使用されるシリコーンオイルにはジメチルシリコーンオイル，メチルフェニルシリコーンオイル，アルキル変性シリコーンオイルなどがありどれを用いてもよい。シリコーンオイルの粘度は２０〜５００ｍＰａ・ｓが好ましく、より好ましくは８０〜１５０ｍＰａ・ｓである。
【０００９】
窒化アルミニウムは平均粒径１．８〜３μｍでかつ最大粒径１０μｍであることが好ましい。最大粒径が１０μｍを越えるとスクリーン印刷の編み目（メッシュ）が詰まり熱伝導性組成物の塗布性能が低下する。さらに液状の熱伝導性組成物は発熱体と放熱体の間の隙間が極限まで薄くなって性能を発揮する。ところが、粒径の大きなフィラーが添加されているとこれがスペーサーになり熱伝導性組成物が薄く延びず熱的性能が低下する。窒化アルミニウムの製造方法は直接窒化法，還元法，気相法などがあり、どの方法で製造されたものを使用できる。窒化アルミニウムは耐水性向上品であることが好ましい。耐水性を向上する方法はシリコーンオイルで表面を被覆する方法などがあり市販されているものを使用できる。
【００１０】
α−アルミナは純度９９．９５％以上でかつ平均粒径０．２〜０．５μｍ以下であることが好ましい。粒度分布はシャープであることが望ましい。最大粒径は３μｍ以下であればなおよい。粒径は鱗片状，球状，真球状のものがありどれを用いてもよい。純度は９９．９５％以上であることが好ましい。９９．９５％未満のα−アルミナを使用すると熱的性能が極端に低下する。結晶は単結晶が好ましいが純度が９９．９５％以上であれば多結晶でもよい。α−アルミナは表面処理してもよい。表面処理剤の代表例としてはシランカップリング剤などが挙げられるが公知のものを使用してよい。また、表面処理は先にフィラーに施すことが好ましいがインテグラル法で混練りの際に適宜添加して処理してもよい。
【００１１】
シリコーンオイルに添加するフィラーの比率（重量％）は窒化アルミニウム：α−アルミナ＝４０：６０〜９５：５の範囲が好ましい。さらに好ましくは窒化アルミニウム：α−アルミナ＝７０：３０〜８５：１５である。
【００１２】
増ちょう剤を適宜添加してもよい。増ちょう剤の代表的な例として金属石鹸形及び非石鹸形がありリチウム・カルシュウム・ナトリウムなどの金属石鹸，及びベントナイト・シリカゲル・シリカ粉などの無機化合物、カーボン，などがあり適宜使用してよい。その他添加剤として酸化防止剤，顔料，粘着付与剤なども必要に応じて使用してもよい。
【００１３】
スクリーン印刷のため粘度は１００００〜８００００ｍＰａ・ｓであることが好ましい。むろん印刷は無溶剤であることが非常に好ましい。スクリーンの編み目の大きさは希望の塗布量によっても異なるが４０〜１２０メッシュであることが好ましい。
【００１４】
熱伝導性組成物の低分子シロキサン含有量（４〜１０量体）は５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００１５】
低分子シロキサンの除去方法は基油から低分子カットしておく方法とフィラー添加後に除去する方法があるがいずれの方法を用いてもよい。
【００１６】
【実施例】
以下実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【００１７】
【実施例１】
シリコーンオイル１００重量部（商品名“ＳＨ２００ＣＶ”１１０ｃｓ，東レ・ダウコーニングシリコーン株式会社製）に対して窒化アルミニウム６５０重量部（商品名“ＭＡＮ−２”，三井化学株式会社），α−アルミナ２５０重量部（商品名“ＵＡ−５０５５”，昭和電工株式会社），酸化鉄を添加し“プラネタリーミキサー”（井上製作所社混合機商品名）で１００℃の熱を加えながら１０分撹拌して熱伝導性組成物を得た。
【００１８】
【実施例２】
シリコーンオイル１００重量部（商品名“ＳＨ２００ＣＶ”１１０ｃｓ，東レ・ダウコーニングシリコーン株式会社製）に対して窒化アルミニウム７００重量部（商品名“ＭＡＮ−２”，三井化学株式会社），α−アルミナ２００重量部（商品名“ＵＡ−５０５５”，昭和電工株式会社），酸化鉄２重量部を添加しプラネタリーミキサーで１００℃の熱を加えながら１０分撹拌して熱伝導性組成物を得た。
【００１９】
【比較例１】
シリコーンオイル１００重量部（商品名“ＳＨ２００ＣＶ”１１０ｃｓ，東レ・ダウコーニングシリコーン株式会社）に対して窒化アルミニウム２７０重量部（商品名“ＭＡＮ−２”，三井化学株式会社），α−アルミナ６３０重量部（商品名“ＵＡ−５０５５”，昭和電工株式会社），酸化鉄２重量部を添加しプラネタリーミキサーで１００℃の熱を加えながら１０分撹拌して熱伝導性組成物を得た。
【００２０】
【比較例２】
シリコーンオイル１００重量部（商品名“ＳＨ２００ＣＶ”１１０ｃｓ，東レ・ダウコーニングシリコーン株式会社）に対して窒化アルミニウム６５０重量部（商品名“Ａ１００”，Advanced Refractory Technologies），α−アルミナ２５０重量部（商品名“ＵＡ−５０５５”，昭和電工株式会社），酸化鉄２重量部を添加しプラネタリーミキサーで１００℃の熱を加えながら１０分撹拌して熱伝導性組成物を得た。
【００２１】
【比較例３】
シリコーンオイル１００重量部（商品名“ＳＨ２００ＣＶ”１１０ｃｓ，東レ・ダウコーニングシリコーン株式会社）に対して窒化アルミニウム６５０重量部（商品名“ＭＡＮ−２”，三井化学株式会社），α−アルミナ２５０重量部（商品名“ＡＬ−１６０ＳＧ−１”，昭和電工株式会社），酸化鉄２重量部を添加しプラネタリーミキサーで１００℃の熱を加えながら１０分撹拌して熱伝導性組成物を得た。
【００２２】
【比較例４】
シリコーンオイル１００重量部（商品名“ＳＨ２００ＣＶ”１１０ｃｓ，東レ・ダウコーニングシリコーン株式会社）に対して窒化アルミニウム６５０重量部（商品名“Ｒ１０”，東洋アルミニウム株式会社），α−アルミナ２５０重量部（商品名“ＵＡ−５０５５”，昭和電工株式会社），酸化鉄２重量部を添加しプラネタリーミキサーで１００℃の熱を加えながら１０分撹拌して熱伝導性組成物を得た。
【００２３】
【比較例５】
シリコーンオイル１００重量部（商品名“ＳＨ２００ＣＶ”１１０ｃｓ，東レ・ダウコーニングシリコーン株式会社）に対して窒化アルミニウム６５０重量部（商品名“ＭＡＮ−２”，三井化学株式会社），酸化亜鉛１種２５０重量部（本荘ケミカル株式会社），酸化鉄２重量部を添加しプラネタリーミキサーで１００℃の熱を加えながら１０分撹拌して熱伝導性組成物を得た。
【００２４】
これらの熱伝導率と粘度，スクリーン印刷の塗布性能を以下に示す。
【００２５】
【表１】

【００２６】
（備考）
（１）窒化アルミニウム“ＭＡＮ−２”（平均粒径２μｍ）、“Ｒ１０”（平均粒径８．５μｍ）、“Ａ１００”（平均粒径３〜４μｍ）
（２）α−アルミナ“ＵＡ−５０５５”（平均粒径０．５μｍ、純度９９．９９５％）、“ＡＬ−１６０ＳＧ−１”（平均粒径０．４μｍ、純度９９．８％）
（３）酸化亜鉛（平均粒径０．４〜０．７μｍ）
（４）酸化亜鉛，α−アルミナはシラザン（ＧＥ東芝シリコーン社製商品名“ＴＳＬ８８０２”）で表面処理したもの使用した。
【００２７】
表１に示すように、本発明の実施例品は、熱伝導率が高く、粘度も高く、スクリーン印刷塗布性も良好で、塗布後の表面状態も良好であった。
【００２８】
これに対して比較例１は、窒化アルミニウムとα−アルミナの重量比率が４０：６０〜９５：５（重量％）の範囲を外れたため、熱伝導率がかなり低下した。また、比較例２，４にあるように窒化アルミニウム平均粒径が大きくなると同様に熱伝導率が低下した。比較例３のようにα−アルミナの純度が低い場合も熱伝導率がかなり低下した。α−アルミナ以外の金属酸化物を使用した場合も熱伝導率が低下した。また、比較例４のように最大粒径が１０μｍを越えるとスクリーン印刷の塗布性が好ましくなかった。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、シリコーンオイル100重量部に対して、平均粒径1.8〜3μｍかつ最大粒径10μｍ以下の窒化アルミニウム200〜1000重量部と、純度99.95重量％以上かつ平均粒径0.2μｍ以上0.5μｍ以下のα−アルミナ50〜300重量部とを含み、窒化アルミニウム：α−アルミナ＝40：60〜95：5の重量比率で構成され、熱伝導率が２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導性組成物を提供できる。
【００３０】
また、その熱伝導性組成物の粘度は１００００〜８００００ｍＰａ・ｓとなりスクリーン印刷可能である。

Claims

シリコーンオイル１００重量部に対して、
平均粒径１．８〜３μｍかつ最大粒径１０μｍ以下の窒化アルミニウム２００〜１０００重量部と、
純度９９．９５重量％以上かつ平均粒径０．２μｍ以上０．５μｍ以下のα−アルミナ５０〜３００重量部とを含み、
窒化アルミニウム：α−アルミナ＝４０：６０〜９５：５の重量比率で構成され、
熱伝導率が２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導性組成物であり、
前記熱伝導性組成物の粘度が１００００〜８００００ｍＰａ・ｓであり、スクリーン印刷可能であることを特徴とする熱伝導性組成物。
前記窒化アルミニウムとα−アルミナの重量比率が、窒化アルミニウム：α−アルミナ＝７０：３０〜８５：１５である請求項１に記載の熱伝導性組成物。