JP4149846B2

JP4149846B2 - 放熱シート

Info

Publication number: JP4149846B2
Application number: JP2003130319A
Authority: JP
Inventors: 一舟橋; 祥陳; 千里星野
Original assignee: Fuji Polymer Industries Co Ltd; Momentive Performance Materials Japan LLC
Current assignee: Fuji Polymer Industries Co Ltd; Momentive Performance Materials Japan LLC
Priority date: 2003-05-08
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2023-05-08
Also published as: JP2004331835A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品などの熱伝導部品、電気絶縁用部品などに適用される放熱シートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体は動作中に発熱し、その熱のため半導体や周辺の電子部品の性能を低下することがある。そのため発熱する電子部品には放熱体が取り付けられる。これら発熱素子と放熱体の間には通常、インターフェイスとして放熱シートが用いられる。近年、半導体から発生する熱量が非常に大きくなったため、熱伝導率の高い放熱シートやフェイズチェンジシートとよばれる相変化型のシートが盛んに使用されている（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、フェイズチェンジシートと呼ばれる相変化型のシートは転写法でしか放熱器に貼り付けることができない場合が多い。転写法であるため放熱器等の被貼り付け部分の表面が粗雑であったり、凸凹面であったりした場合は転写法で貼ることが非常に困難であるという問題があった。
【０００５】
これらを解決するためにフェイズチェンジシートにアルミ箔等の基材を挿入して製品に強度を付与し剛性を持たせて手で持てるようにしたフェイズチェンジシートも市販されているがアルミ箔等の基材が入るため熱抵抗値が高くなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するため、フェイズチェンジシートと呼ばれる相変化型シートにもかかわらず、アルミ箔等の剛性を持たせる基材を使用しなくても取り扱い性が良く、熱特性はグリース並である放熱シート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】
前記目的を達成するため、本発明の放熱シートは、アルキル基導入シリコーンオイル（Ａ成分）と、α−オレフィン（Ｂ成分）と、熱伝導性フィラー（Ｄ成分）とを少なくとも含み、シリコーンゲル（Ｃ成分）を含んでもよい放熱シートであって、
アルキル基導入シリコーンオイル（Ａ成分）とα−オレフィン（Ｂ成分）の配合割合が、Ａ成分：Ｂ成分＝９５：５〜５：９５（重量部）であり、
シリコーンゲル成分（Ｃ成分）と、アルキル基導入シリコーンオイル（Ａ成分）とα−オレフィン（Ｂ成分）の配合割合が、Ｃ成分：（Ａ成分＋Ｂ成分）＝０：９５〜１００：５（重量部）であり、
Ａ成分＋Ｂ成分＋Ｃ成分の混合物１００重量部に対して熱伝導性フィラー（Ｄ成分）が２００〜２２００重量部配合され、
常温ではパテ状であり、加熱により軟化し流動化することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、貼り付け作業時には剛性があり且つ半導体等の発熱により放熱シートの軟化点付近で速やかにコンパウンド液状になり放熱器と半導体の密着性を上げることで良好な熱伝導特性のインターエイス材にすることができる。手で扱えるシートにするのには、製品の軟化点を高くすればよい。さらに手で掴むためには剛性を持たせる必要があり、ある程度のシート厚みが必要になる。しかし厚みが厚く軟化点が高いと熱特性は悪くなる。熱特性をグリース並にするには、軟化点付近で速やかにコンパウンド液状になり、その流動性は高く、溶融コンパウンド粘度は低くする必要がある。
【０００９】
そのため本発明の放熱シートは、アルキル基導入シリコーンオイル（以下「アルキル変性シリコーンオイル」ともいう。）：α−オレフィン＝９５：５〜５：９５（重量部）でありシリコーンゲル成分：直鎖アルキル変性シリコーンオイルとα−オレフィンの混合物が０：９５〜１００：５（重量部）の混合物１００重量部に対して熱伝導性フィラーを添加したコンパウンドでありその硬化物は常温ではパテ状であるが軟化後は易流動性である。そのうえ成形物は、相変化型シートにもかかわらず、手で取り扱いができ、熱特性はグリース並である放熱シートを提供することである。これにより、成形物は相変化型シートにもかかわらず手で取り扱いができ熱特性はグリースとほぼ同じである放熱シートを提供することができる。
【００１０】
前記において、アルキル変性シリコーンオイルが９５重量部を越える場合は、成形物が柔らかくなり手で扱えることができなくなりかつ軟化したときの流動性が悪くなる傾向となる。また、アルキル変性シリコーンオイルが５重量部未満の場合は、成形物が硬くなりかつ屈曲性がなくなり、さらにタックが消失し、また、融点が上昇して軟化しなくなる傾向となる。
【００１１】
アルキル変性シリコーンオイルとα−オレフィンの混合物が９５重量部を越える場合は、成形物が硬くなりかつ屈曲性がなくなり、さらにタックが消失し、また、融点が上昇して軟化しなくなる傾向となる。アルキル変性シリコーンオイルとα−オレフィンの混合物が５重量部未満の場合は、成形物が非常に柔らかくなり、グリース状になる傾向となる。
【００１２】
Ａ成分＋Ｂ成分＋Ｃ成分の混合物１００重量部に対して熱伝導性フィラー（Ｄ成分）が２００重量部未満では、熱的性能が低下する傾向となる。また、２２００重量部を超えて充填すると、軟化後の流動性が低下し、そのため発熱体と放熱体との密着性が低下し熱的性能が低下する傾向となる。
【００１３】
放熱シートの軟化・流動化する温度は、４０℃以上であることが好ましい。
【００１４】
また、アルキル基は直鎖アルキル基が８０重量％以上であることが好ましい。
【００１５】
また、α−オレフィン（Ｂ成分）は、炭素数が２０個以上から選ばれるエチレン系炭化水素であり炭素数が一定の純粋なエチレン系炭化水素あるいは炭素数が複数の混合物であるエチレン系炭化水素から選ばれる。
【００１６】
熱伝導性フィラーは、酸化アルミニウム，酸化マグネシウム，酸化亜鉛，酸化セリウム，窒化アルミニウム，窒化硼素，窒化珪素，炭化珪素及び炭化硼素から選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。
【００１７】
放熱シートは離型シート上に任意の形状に切断されて貼り付けられていることが好ましい。これにより、放熱シートは簡単に取り外して必要な部分に貼り付けることができる。放熱シートの厚さは、０．１２〜２ｍｍの範囲が好ましい。
【００１８】
また、低分子シロキサン揮発分含有量が５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００１９】
シートが常温で固形であるためには、直鎖アルキル変性シリコーンオイルの融点は３０〜６０℃であるワックスであることが好ましい。粘度，硬さの調節のため液体の直鎖アルキル変性シリコーンオイルを適宜添加してもよい。
【００２０】
アルキル変性シリコーンオイル（直鎖アルキル８０重量％以上）は下記に示す構造でありワックス状であることが好ましい。
【００２１】
【化２】

【００２２】
（ただし、Ｒは水酸基，炭素数１〜６のアルキル基，アミノ基，カルボキシル基，フェニル基，ビニル基，トリフルオロメチル基。２０≦ｍ＋ｎ≦１５００，ｍ：ｎ＝１：１〜２００：１，５≦ａ≦４０，ｂ／（ａ＋ｂ）＜０.２，Ｒ’＝−（ＣＨ₂）_C−ＣＨ₃，０≦ｃ≦３０の範囲を示す。）
アルキル変性シリコーンオイルの製造は公知の方法、すなわち、白金族触媒の存在下で、ハイドロジェンシリコーンベースオイルとα-オレフィンアルキルとの付加反応で作られる。未反応のα-オレフィンアルキルを高真空度下で薄膜蒸留することによって、得られたアルキル変性オイルは環状低分子シロキサン（重合度10）以下を500ppm以下にできる。
【００２３】
アルキル変性シリコーンオイル（直鎖アルキル８０重量％以上）にα−オレフィンに添加することは溶融時の流動性がよくなるため非常に好ましい。添加するα−オレフィンは主成分にするアルキル変性シリコーンオイル（直鎖アルキル８０％以上）よりも融点が高いことが好ましくより好ましくはアルキル変性シリコーンオイル（直鎖アルキル８０重量％以上）とα−オレフィンの比率は９５：５〜５：９５（重量部）である。コンパウンドはα−オレフィンの比率が大きくなると軟化点は上昇するが溶融時の流動性は向上する。α−オレフィンは固形あるいはワックス状であり炭素数は２０以上であることが好ましい。
【００２４】
シリコーンゲル成分は主成分がビニル基含有シリコーンオイルに架橋剤であるハイドロジェンポリシロキサンと触媒である白金化合物と、遅延剤であるアセチレンアルコールを添加したものであり、このような組成物は市販されている。シリコーンゲルの代わりに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を用いてもよい。
【００２５】
厚みは０．１２〜２ｍｍが好ましいが熱性能と取り扱い性を考慮すると０．２〜０．５ｍｍがより好ましい。
【００２６】
熱伝導フィラーは窒化物，炭化物，金属酸化物から公知なものを使用することができ、前記のフィラーであれば一種，二種以上の混合物も好適に用いられる。前記フィラーは公知のシランカップリング剤等で表面処理をしてもよい。
【００２７】
熱伝導性フィラーの平均粒径は０．１〜３０μｍが好ましく、粒子形状は球状，真球状，鱗片状いずれでもよい。
【００２８】
離型台紙はポリエステル，ポリイミド，ポリオレフィン，フッ素フィルムから選択することが好ましい。シートの離型効果を高めるためこれらのフィルム表面にはフッ素化合物，シリコーン化合物，アクリル樹脂，メラミン樹脂を塗布してもよい。制電処理，ブラスト処理をしたフィルムを使用してもよい。さらに凹凸を付与したフィルム、または貼り合わされたフィルムを使用してもよい。
【００２９】
【実施例】
以下実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
(1)ＧＥ東芝シリコーン社製商品名“ＸＳ６６−Ｂ００４５”のベースポリマー及び“ＸＦ４２−Ｃ０２６０"：ともに前記化学式（化２）で示される化合物である。
(2)昭和電工社製商品名“ＡＬ４３Ｌ”：平均粒径１．０μｍの酸化アルミニウム。
【００３０】
（実施例１）
シリコーンゲル２０重量部（ＧＥ東芝シリコーン社製商品名“ＴＳＥ３０６５”）と、アルキル変性シリコーンオイル（直鎖アルキル８０重量％以上）６０重量部（ＧＥ東芝シリコーン社製商品名“ＸＦ４２−Ｃ０２６０”）と，α−オレフィン２０重量部（三菱化学社製商品名“ダイアレン３０”）に、酸化アルミニウム３００重量部（昭和電工社製商品名“ＡＬ４３Ｌ”）を添加し、混練りロールで混練りしてコンパウンドを得た。このコンパウンドをポリプロピレンフィルムに挟んでプレス機によって加圧し、厚み０．３ｍｍのシート状にした。
【００３１】
（実施例２）
ＧＥ東芝シリコーン社製商品名“ＸＦ４２−Ａ３１６１”の低分子シロキサンカット処理をした直鎖アルキル変性シリコーンオイル２０重量部と、アルキル変性シリコーンオイル（直鎖アルキル８０重量％以上）６０重量部（ＧＥ東芝シリコーン社製商品名“ＸＦ４２−Ｃ０２６０”）と，α−オレフィン２０重量部（三菱化学社製商品名“ダイアレン３０”）に、酸化アルミニウム４５０重量部（昭和電工社製商品名“ＡＬ４３Ｌ”）を添加し、混練りロールで混練りしてコンパウンドを得た。このコンパウンドをポリプロピレンフィルムに挟んでプレス機によって加圧し、厚み０．３ｍｍのシート状にした。
【００３２】
（比較例１）
シリコーンゲル２０重量部（ＧＥ東芝シリコーン社製“商品名ＴＳＥ３０６５”）と、アルキル変性シリコーンオイル（直鎖アルキル８０重量％以上）６０重量部（ＧＥ東芝シリコーン社製商品名“ＸＦ４２−Ｃ０２６０”），アルキル変性シリコーンオイル（溶剤を揮発させたＧＥ東芝シリコーン社製商品名“ＸＳ６６−Ｂ００４５”）２０重量部に酸化アルミニウム３００重量部（昭和電工社製商品名“ＡＬ４３Ｌ”）を添加し、混練りロールで混練りしてコンパウンドを得た。このコンパウンドをポリプロピレンフィルムに挟んでプレス機によって加圧し、厚み０．３ｍｍのシートにした。
【００３３】
（比較例２）
ＧＥ東芝シリコーン社製商品名“ＸＦ４２−Ａ３１６１”の低分子シロキサンカット処理をしたアルキル変性シリコーンオイル：２０重量部と、アルキル変性シリコーンオイル（直鎖アルキル８０重量％以上）６０重量部（ＧＥ東芝シリコーン社製商品名“ＸＦ４２−Ｃ０２６０”）と，アルキル変性シリコーンオイル（溶剤を揮発させたＧＥ東芝シリコーン社製商品名“ＸＳ６６−Ｂ００４５”）２０重量部に、酸化アルミニウム４５０重量部（昭和電工社製商品名“ＡＬ４３Ｌ”）を添加し、混練りロールで混練りしてコンパウンドを得た。このコンパウンドをポリプロピレンフィルムに挟んでプレス機によって加圧し、厚み０．３ｍｍのシートにした。
【００３４】
（比較例３）
シリコーンゲル２０重量部（ＧＥ東芝シリコーン社製商品名“ＴＳＥ３０６５”）と、アルキル変性シリコーンオイル（直鎖アルキル８０重量％以上）８０重量部（ＧＥ東芝シリコーン社製商品名“ＸＦ４２−Ｃ０２６０”）に、酸化アルミニウム４５０重量部（昭和電工株式会社製商品名“ＡＬ４３Ｌ”）を添加し、混練りロールで混練りしてコンパウンドを得た。このコンパウンドをポリプロピレンフィルムに挟んでプレス機によって加圧し、厚み０．３ｍｍのシートにした。
【００３５】
これらの実施例及び比較例で得たシートの熱抵抗値，軟化点，取り扱い性を以下の表１に示す。
【００３６】
【表１】

【００３７】
熱抵抗値はＡＳＴＭＤ５４７０で測定した。取り扱い性は手で離型台紙よりはがした時に製品が伸びたり、ちぎれなかった場合に良好とした。
【００３８】
表１に示すとおり、比較例１，２はα−オレフィンでなく炭素数の多いアルキル変性シリコーンオイルが添加されているため、流動性が悪くそのため熱抵抗値は高い値になった。それに対して実施例１，２は流動性をよくする効果のあるα−オレフィンが添加されているため熱抵抗値が低かった。すなわち、常温ではパテ状であるが軟化後は易流動性であり、相変化型シートにもかかわらず、手で取り扱いができ、熱特性はグリース並であった。
【００３９】
また、比較例３はα−オレフィンを添加しないので、製品自体の軟化点が低くなり手で扱えなかった。
【００４０】
また、実施例１，２は低分子量シロキサンの量も少なく、電子部品に組み込むのに好適であった。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明は、常温ではパテ状であるが軟化後は易流動性であり、相変化型シートにもかかわらず、手で取り扱いができ、熱特性はグリース並に高い放熱シートを提供できる。

Claims

アルキル基導入シリコーンオイル（Ａ成分）と、α−オレフィン（Ｂ成分）と、熱伝導性フィラー（Ｄ成分）とを少なくとも含み、シリコーンゲル（Ｃ成分）を含んでもよい放熱シートであって、
アルキル基導入シリコーンオイル（Ａ成分）とα−オレフィン（Ｂ成分）の配合割合が、Ａ成分：Ｂ成分＝９５：５〜５：９５（重量部）であり、
シリコーンゲル成分（Ｃ成分）と、アルキル基導入シリコーンオイル（Ａ成分）とα−オレフィン（Ｂ成分）の配合割合が、Ｃ成分：（Ａ成分＋Ｂ成分）＝０：９５〜１００：５（重量部）であり、
Ａ成分＋Ｂ成分＋Ｃ成分の混合物１００重量部に対して熱伝導性フィラー（Ｄ成分）が２００〜２２００重量部配合され、
常温ではパテ状であり、加熱により軟化し流動化し、
前記アルキル基導入シリコーンオイル（Ａ成分）が、下記式（化１）で示され、
前記アルキル基導入シリコーンオイルの低分子シロキサン揮発分含有量が５００ｐｐｍ以下であり、かつ放熱シートに含まれる低分子シロキサン揮発分含有量が５００ｐｐｍ以下であることを特徴とする放熱シート。

（ただし、Ｒは水酸基，炭素数１〜６のアルキル基，アミノ基，カルボキシル基，フェニル基，ビニル基，トリフルオロメチル基，２０≦ｍ＋ｎ≦１５００，ｍ：ｎ＝１：１〜２００：１，５≦ａ≦４０の範囲を示す。）
放熱シートの軟化・流動化する温度が４０℃以上である請求項１に記載の放熱シート。
アルキル基は直鎖状アルキル基が８０重量％以上である請求項１に記載の放熱シート。
α−オレフィン（Ｂ成分）の炭素数が２０個以上である請求項１に記載の放熱シート。
熱伝導性フィラーが、酸化アルミニウム，酸化マグネシウム，酸化亜鉛，酸化セリウム，窒化アルミニウム，窒化硼素，窒化珪素，炭化珪素，及び炭化硼素から選ばれる少なくとも一つである請求項１に記載の放熱シート。
放熱シートは離型シート上に任意の形状に切断されて貼り付けられている請求項１〜４のいずれかに記載の放熱シート。
放熱シートの厚さが０．１２〜２ｍｍである請求項１〜４のいずれかに記載の放熱シート。
アルキル基導入シリコーンオイルの融点は３０〜６０℃の範囲である請求項１に記載の放熱シート。