JP3948834B2

JP3948834B2 - 樹脂添加用窒化硼素とそれを用いた樹脂組成物、放熱部品

Info

Publication number: JP3948834B2
Application number: JP20186098A
Authority: JP
Inventors: 鈴弥山田; 茂雄桧山; 正浩伊吹山
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1998-07-16
Filing date: 1998-07-16
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2018-07-16
Also published as: JP2000034107A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム系カップリング剤を用いて、樹脂への濡れ性を改善した窒化硼素、並びに電子機器に組み込んだときに発熱性電子部品の放熱を促進し、該発熱性電子部品の負荷を小さくすることのできる放熱スペーサや放熱シート、それに用いられる窒化硼素添加シリコーン樹脂組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トランジスタ、サイリスタ等の発熱性電子・電気部品においては、使用時に発生する熱を除去することが重要な問題となっていて、その除熱、放熱のために、発熱性電子部品を熱伝導性シートを介して放熱フィンや金属板に取り付けている。
【０００３】
一方、最近の電子機器の高密度化に伴い、放熱フィン等を取り付けるスペースがない場合や、電子機器が密閉されていて放熱フィンからの放熱が困難な場合には、発熱性電子部品から発生した熱を電子機器のケース等に直接伝熱する方式が採られている。この方式においては、発熱性電子部品とケースの間のスペースを埋めるだけの厚みを有する、高柔軟性の放熱スペーサが用いられる。また、ＩＣ化やＬＳＩ化された発熱性電子部品がプリント基板に実装されている場合の放熱においても、プリント基板と放熱フィンとの間に高柔軟性スペーサが用いられる。
【０００４】
放熱シートや放熱スペーサとしては、熱伝導率の改善特性に優れた窒化硼素粉を充填した窒化硼素添加シリコーン樹脂が提案されているが、窒化硼素は溶剤、樹脂などとの濡れ性が悪く、分散性が良好でないという欠点がある。これを改善する為に、チタネートカップリング剤、シランカップリング剤等によって表面処理を行う方法が提案されている（特開平５−５１５４０号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、シリコーン樹脂に充填を行う場合、これらの表面処理方法では濡れ性の改善が充分でなく、シリコーン樹脂中の窒化硼素の分散性が良好でないことから、シリコーン樹脂との混練時における粘度が高い、また充分な熱伝導率改善効果が得られない、柔軟性が悪いという問題が未解決である。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、シリコーン樹脂に対する窒化硼素の濡れ性を改善し、シリコーン樹脂との混練時における粘度が低く、高熱伝導性で、しかも柔軟性に優れる窒化硼素添加シリコーン樹脂組成物、それを用いた放熱シート、放熱スペーサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、窒化硼素にアルミニウム系カップリング剤を添加してなることを特徴とする樹脂添加用窒化硼素であり、好ましくは、前記樹脂がシリコーン樹脂であり、前記窒化硼素の黒鉛化指数が３．５以下である前記の樹脂添加用窒化硼素である。
【０００８】
本発明は、シリコーン樹脂に、アルミニウム系カップリング剤を添加してなる樹脂添加用窒化硼素を含有させてなることを特徴とする樹脂組成物である。
【０００９】
又、本発明は、前記樹脂組成物からなり、熱伝導率が０．６５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、しかもアスカーＣ硬度が１．５以下であることを特徴とする放熱スペーサであり、熱伝導率が４．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする放熱シートである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
窒化硼素については、立方晶、綾面体、六方晶のそれぞれの結晶系に属するもの、或いはＰＢＮ、ｔ−ＢＮ等いろいろなものが公知であるが、本発明では、六方晶の窒化硼素が好ましい。六方晶の窒化硼素は、その結晶構造に由来して、高いアスペクト比の板（或いは鱗片ともいう）の形状を有し、樹脂に添加した際に樹脂の熱伝導率を改善する効果が高いからである。
【００１１】
前記六方晶の窒化硼素については、高アスペクト比でかつ高熱伝導率を得る為、結晶が発達したものが望ましい。六方晶の窒化硼素の結晶の発達程度を知る指標として、次の黒鉛化指数が公知である。
黒鉛化指数＝（Ｉａ＋Ｉｂ）／Ｉｃ
ここで、Ｉａは（１００）、Ｉｂは（１０１）、Ｉｃは（１０２）のＸ線回折におけるピーク面積を示し、黒鉛化指数が小さいほど結晶性は良好である。本発明においては、黒鉛化指数が３．５以下の窒化硼素に特定するときに、アルミニウム系カップリング剤による窒化硼素の樹脂への濡れ性の改善効果を充分に得ることができ、樹脂との混練時の粘度を低くすることができるし、高熱伝導率で柔軟性に優れる樹脂組成物を得ることができる。尚、六方晶の窒化系硼素の大きさについては、平均粒子径が５〜１００μｍが好ましい。
【００１２】
本発明におけるアルミニウム系カップリング剤は、以下の一般式であらわせるものである。
【化１】

但し、式中で、
Ｒ¹は、水素原子又は炭素数１〜６のアルキル基、
Ｒ²は、メチル基又はフェニル基、
Ｒ³は、Ｒ⁴−、Ｒ⁵Ｏ−又はＲ⁶ＮＨ−、
Ａは、Ｒ⁷Ｏ−、Ｒ⁸ＣＯＯ−、Ｒ⁹ＳＯ₃−、Ｒ¹⁰ＯＳＯ₃−、
（Ｒ¹¹Ｏ）₂ＰＯ₂−、（Ｒ¹²ＯＰＯ₃）_0.5−
又は（Ｒ¹³Ｏ）₂（ＰＯ₂）（ＰＯ₂（ＯＨ））−であり、
Ｒ⁴〜Ｒ¹³は、それぞれ炭素数１〜２２のアルキル基、炭素数３〜２２のアルケニル基、アリール基、アラルキル基、又はアルキルアリール基のいずれかから選ばれ、同一若しくは異なっていても良いが、少なくとも一つは炭素数８以上の置換基又は重合性アルケニル基を含むものを示す。
また、ｍとｎは一分子当たりの平均値で、ｍ＝０．５〜２．７、ｎ＝０．３〜２．５、ｍ＋ｎ＝０．８〜３．０である。
【００１３】
前記アルミニウム系カップリング剤のうち、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート、ジイソプロポキシアルミニウムエチルアセトアセテートは、窒化硼素の分散性が特に優れており、好ましい。
【００１４】
アルミニウム系カップリング処理剤の窒化硼素への添加量については、０．１〜５．０重量％が好ましい。アルミニウム系カップリング処理剤による窒化硼素粉の表面処理は、窒化硼素に対して、０．１〜５．０重量％とする。０．１重量％未満であると表面処理効果が充分ではないことがある。また、５重量％を超えると樹脂の長期安定性等に悪影響を及ぼす恐れが生じることがあるし、経済的にも不利である。窒化硼素に対して、０．５〜２．０重量％が好ましい範囲である。
【００１５】
アルミニウム系カップリング剤の窒化硼素への添加方法については、従来公知の無機粉末の表面処理方法が適用できる。即ち、窒化硼素とアルミニウム系カップリング剤とを直接混合する乾式法、アルミニウム系カップリング剤を溶解させた溶剤中に窒化硼素を添加し、充分に攪拌した後に取り出して乾燥させる湿式法、或いはアルミニウム系カップリング剤と窒化硼素を同時に樹脂に添加し混練する方法等の何れの方法にても行うことができる。
【００１６】
本発明の窒化硼素は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の樹脂に適用することで、前記樹脂の熱伝導性を極めて高くすることができる。特に、電子部品の放熱部材に用いられるシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の熱伝導性を高めると共に、窒化硼素が低い比誘電率を有することから、他の無機質充填材を用いるときには達成し得ない、低誘電率でしかも高熱伝導性の樹脂組成物を提供できるという効果を有する。とりわけ、前記樹脂がシリコーン樹脂の場合には、前記効果と共に、耐熱性に富む樹脂組成物が得られるので、高温用途で用いられる電気機器周辺の放熱材料として有用である。
【００１７】
本発明は、シリコーン樹脂に、アルミニウム系カップリング剤を添加してなる樹脂添加用窒化硼素を含有させてなることを特徴とする樹脂組成物である。前記窒化硼素のシリコーン樹脂への配合量については、樹脂組成物中の窒化硼素量が１０〜７５体積％が好ましく、２０〜６５体積％が一層好ましい範囲である。１０体積％未満ではシリコーン樹脂の熱伝導率が十分には改善されないことがあるし、また、７５体積％を超えると窒化硼素とシリコーン樹脂との密着性が低下して、変形を受けた際に形状が保てなくなったり、熱伝導率の低下が起こったりすることがある。また、本発明の目的を損なわない限り、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素等の無機充填材を併用することもできるし、樹脂に溶解性の着色剤等をも用いることができる。
【００１８】
本発明は、前記樹脂組成物からなる放熱シートであり、放熱スペーサである。シリコーン樹脂に、アルミニウム系カップリング剤を添加した窒化硼素を添加、混合して得られる樹脂組成物を、使用目的に応じて、シート状或いは板状に形成することで放熱シート、放熱スペーサを得ることができる。放熱シート、放熱スペーサの形成方法としては従来公知の方法で構わない。尚、本発明において、放熱シートとは厚さ０．１〜１．０ｍｍであり、放熱スペーサとは厚さ０．４〜４ｍｍで、アスカーＣ硬度が３０以下のものをいう。
【００１９】
本発明の放熱スペーサは、高熱伝導性でしかも柔軟性に富むという特徴を有する、具体的には、熱伝導率が０．６５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、しかもアスカーＣ硬度が１．５以下である。このため、発熱性電子部品とケースとの間の接続を行う際、発熱性電子部品と放熱スペーサとケースとがいずれも十分に面接触させることができ、その結果、発熱性電子部品から発生する熱を容易にケースにながすことができる。また、ＩＣ化やＬＳＩ化された発熱性電子部品が実装されているプリント基板と放熱フィンとの間の接続等に用いた場合においても、充分な放熱効果を得ることができる。熱伝導率が０．６５Ｗ／ｍ・Ｋ未満であったり、アスカー硬度が１．５を超える場合には、上記効果が得られない場合があり、用途上の制約を受けることがある。
【００２０】
尚、アスカーＣ硬度とは、ＳＲＩＳ(日本ゴム協会規格）０１０１に準拠したスプリング式硬さ試験機によって測定した硬度である。
【００２１】
また、本発明の放熱シートについても、熱伝導率が４．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導率を有する。このため、発熱性電子部品を前記放熱シートを介して放熱フィンや金属板に取り付ける際、充分な放熱効果を得ることができる。熱伝導率が４．０Ｗ／ｍ・Ｋ未満の場合には、充分な放熱効果を得られず用途上の制約を受けることがある。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例、比較例を基に、本発明を更に詳細に説明する。
【００２３】
〔実施例１〕
マイクロトラックで測定した平均粒径が８．５μｍであり、黒鉛化係数：１．０３の窒化硼素粉に対して、アルミニウム系カップリング剤：アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート（味の素社製、商品名：ＡＬ−Ｍ）を１重量％添加し、混合を行った。
【００２４】
室温にて、シリコーンゲルとして二成分型液状シリコーン（東レダウコーニング社製、商品名「ＳＥ１８８５」）をＡ液：Ｂ液の混合比を１：１に示す割合とし、アルミニウム系カップリング剤処理を行った窒化硼素を窒化硼素添加シリコーン樹脂組成物全量中の２０体積％になる様に添加し混合を行ってスラリーを調整し、真空脱泡した後、Ｂ型粘度計にてスラリー温度３０℃で測定を行った。
【００２５】
次に、ステンレス製型の空隙内に前記スラリーを充填し、１５０℃で１時間加熱して、シリコーン樹脂組成物を固化させ、型より取り外し、更に１５０℃で２２時間加熱して放熱スペーサを作製した。放熱スペーサは、ステンレス製型の空隙をかえることにより、硬度測定用に１２.５ｍｍ厚さのもの、及び熱伝導率測定用に１ｍｍ厚さのものを作製した。
【００２６】
上記で得られたスペーサに関してアスカーＣ硬度（測定圧：１０００ｇ）、熱伝導率（定常法）を測定した。この結果を、スラリー粘度とともに表１に示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
〔比較例１〕
カップリング処理を行わないこと以外は、実施例１と同様にして、放熱スペーサを作製し評価した。
【００２９】
〔比較例２〜４〕
カップリング剤としてチタネート系カップリング剤（味の素社製、商品名：ＫＲＴＴＳ）、シランカップリング剤（信越シリコーン社製、商品名ＫＢＭ４０３及びＫＢＭ５７３）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、放熱スペーサを作製し評価した。
【００３０】
〔実施例２〕
マイクロトラックで測定した平均粒径が１６．６μｍであり、黒鉛化指数：１．３０の窒化硼素に対して、アルミニウム系カップリング剤：アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート（味の素社製、商品名：ＡＬ−Ｍ）を１重量％添加し、混合を行った。
【００３１】
室温にて、シリコーンゴムとして一成分型液状シリコーン（東レダウコーニング社製、商品名「ＳＥ９１８７Ｌ」）に、前記のアルミニウム系カップリング剤で処理を行った窒化硼素粉を得られるシリコーン組成物中の６０体積％になる様に添加し、混合を行ってスラリーを調整し、真空脱泡した後、ステンレス製型に充填し、放熱シートを作製した。得られた放熱シートについて、熱伝導率を定常法にて測定した。この結果を表２に示した。
【００３２】
【表２】

【００３３】
〔比較例５〕
カップリング処理を行わないこと以外は、実施例２と同様にして、放熱シートを作製し、評価した。結果を表２に示す。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の窒化硼素は、樹脂に対する濡れ性が改善されているので、樹脂に添加し、これを混練する際に粘度を低下させることができ、得られる樹脂組成物の熱伝導率及び柔軟性を大幅に改善することができる。
本発明のシリコーン樹脂組成物は、シリコーン樹脂に対する窒化硼素の濡れ性が改善されているので、粘度が極めて低く作業性に富み、高熱伝導率で、しかも高柔軟性であるという特徴を有する。
【００３５】
本発明の放熱シート、放熱スペーサは、前記シリコーン樹脂組成物の特徴を反映して、高熱伝導率でしかも高柔軟性であるという特徴を有していて、発熱性電子部品周辺の放熱を従来以上に助長でき、産業上極めて有用である。

Claims

シリコーン樹脂に、アルミニウム系カップリング剤を添加してなる樹脂添加用窒化硼素を含有させてなることを特徴とする樹脂組成物であって、樹脂組成物中の樹脂添加用窒化硼素量が２０〜６０体積％であり、樹脂添加用窒化硼素に対するアルミニウム系カップリング剤の添加量が０．１〜５．０重量％であり、樹脂添加用窒化硼素が黒鉛化指数が３．５以下の六方晶の窒化硼素であり、アルミニウム系カップリング剤がアセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート、またはジイソプロポキシアルミニウムエチルアセトアセテートである樹脂組成物。
請求項１記載の樹脂組成物からなり、熱伝導率が０．６５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、しかもアスカーＣ硬度が１．５以下であることを特徴とする放熱スペーサ。
請求項１記載の樹脂組成物からなり、熱伝導率が４．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする放熱シート。