JP4503811B2

JP4503811B2 - 放熱性エラストマー組成物及び放熱シート

Info

Publication number: JP4503811B2
Application number: JP2000343001A
Authority: JP
Inventors: 真一豊澤; 陽一西室; 邦郎町田
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2020-11-10
Also published as: JP2002146154A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコーンゴムに金属化合物の粉末を分散した放熱シートと同程度以上の放熱性を有すると共に、充分な電気絶縁性を有し、放熱体や発熱体との密着性が良好で、かつリサイクルが可能な放熱シートを与える放熱性エラストマー組成物、及び該組成物からなる放熱シートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電子部品や電子機器において、これらから発生する熱を放熱するための放熱対策が講じられている。最近の電子部品や電子機器は、従来のものと比較して耐熱性が向上しているが、高密度実装や劣悪な環境における使用の増加に伴い、放熱対策は依然として不可欠なものとなっている。
一般の電子機器における放熱は、電子ファンやブロアーを用いることによりなされている。一方、ノート型パーソナルコンピュータを始めとする小型機器や、高密度実装される電子部品においては、電子ファンやブロアーを設置する空間がないため、マイカなどの絶縁板を設置したり、シリコーングリースなどのコンパウンド材を塗布することにより、放熱が行われていた。また、電子部品に対する高性能化の要求に対応するために、放熱シートを使用するケースが増加している。
【０００３】
従来、放熱シートとしては、絶縁性、熱伝導性、実装効率の向上及び信頼性の向上に効果的なシリコーンゴム系の材料に金属粉末又は金属化合物粉末を分散させた放熱シートが主として使用されており、特にパワー系トランジスタやＩＣ（集積回路）等において多用されている。
しかしながら、金属粉末は、酸化しやすく、酸化すると性能が変化し、かつ高価であるという問題がある。シリコーンゴムは、成形の自由度がなく、リサイクル使用が不可能であり、シリコーンゴム放熱シートは、使用中に低分子量シリコーン成分がブリードアウトするため、電子機器や電子部品の誤動作の誘因となるという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、シリコーンゴムに金属化合物の粉末を分散させた放熱シートと同程度以上の放熱性を有すると共に、充分な電気絶縁性を有し、放熱体や発熱体との密着性が良好で、かつリサイクルが可能な放熱シートを与える放熱性エラストマー組成物、及び該組成物からなる放熱シートを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、特定の熱可塑性エラストマー組成物をマトリックスとし、このマトリックス中にファインセラミックスの粉末を分散させた放熱性エラストマー組成物が、その目的を達成しうることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、（Ａ）（ａ）スチレン系熱可塑性エラストマー１００重量部、（ｂ）プロピレン単独重合体及び／又はプロピレンを主体とするプロピレン共重合体０〜１００重量部、（ｃ）パラフィン系オイル３０〜５００重量部及び（ｄ）無水マレイン酸又はマレイン酸で変性された、プロピレン単独重合体及び／又はプロピレンを主体とするプロピレン共重合体１〜１５重量部からなる熱可塑性エラストマー組成物、並びに（Ｂ）ファインセラミックスの粉末を（Ａ）成分１００重量部に対して２００〜１２００重量部含有することを特徴とする放熱性エラストマー組成物、及び該組成物からなる放熱シートを提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明で用いる熱可塑性エラストマー組成物（Ａ）の（ａ）成分のスチレン系熱可塑性エラストマーとしては、例えば、ポリスチレン／ポリブタジエン／ポリスチレンのブロック共重合体、あるいはポリスチレン／ポリイソプレン／ポリスチレンのブロック共重合体を水添して得られる、例えば、スチレン−エチレン／ブチレン−スチレンのトリブロック共重合体（ＳＥＢＳ）、スチレン−エチレン／プロピレン−スチレンのトリブロック共重合体（ＳＥＰＳ）などを挙げることができる。
これらのスチレン系熱可塑性エラストマーの数平均分子量は６００００以上であることが好ましい。この数平均分子量が６００００未満であると、パラフィン系オイルのブリードが増加し、不都合が生じることがある。この数平均分子量の上限は特に制限はないが、通常は４０００００程度である。
【０００７】
本発明の放熱性エマラストマー組成物には、該組成物の加工性、耐熱特性の向上を図るため、（ｂ）成分としてポリプロピレンを主成分とするプロピレン系重合体を加えることが必要である。プロピレン系重合体として、好ましくはアイソタクティックポリプロピレン，プロピレンと他の少量のα−オレフィンとの共重合体（例えば、プロピレン−エチレン共重合体，プロピレン／４−メチル−１−ペンテン共重合体）などを挙げることができる。プロピレン重合体としてアイソタクティックポリプロピレンを用いる場合、そのＭＦＲ（ＪＩＳＫ７２１０）が0.１〜１００ｇ／１０分、特に0.５〜５０ｇ／１０分の範囲のものが好適に使用できる。
上記（ｂ）成分の配合量は、前記（ａ）成分１００重量部に対し、０〜１００重量部であるが、好ましくは３〜４０重量部、特に好ましくは５〜３０重量部である。この配合量が１００重量部を超えると、得られる熱可塑性エラストマー組成物の硬度が高くなり過ぎる。
【０００８】
（ｃ）成分のパラフィン系オイルは、熱可塑性エラストマー組成物（Ａ）を低硬度化することを目的として配合されるものであり、その配合量は、（ａ）成分のスチレン系熱可塑性エラストマー１００重量部に対し、３０〜５００重量部であるが、好ましくは３５〜３００重量部である。この配合量が３０重量部未満では充分な低硬度化が達成できず熱可塑性エラストマー組成物の柔軟性が不充分となり、また５００重量部を超えるとパラフィン系オイルがブリードしやすくなり、かつ熱可塑性エラストマー組成物の機械的強度が低下する原因となる。なお、パラフィン系オイルの配合量は、（ａ）成分のスチレン系熱可塑性エラストマーの分子量及び該スチレン系熱可塑性エラストマーに添加される他の成分の種類に応じて、上記範囲で適宜選定することが好ましい。
このパラフィン系オイルは、４０℃における動粘度が１００ｍｍ²／ｓｅｃ以上のものが好ましく、特に１００〜１００００ｍｍ²／ｓｅｃ、さらに２００〜５０００ｍｍ²／ｓｅｃが好ましい。また、このパラフィン系オイルは、重量平均分子量が４５０〜５０００であるものが好ましい。
【０００９】
（ｄ）成分の、無水マレイン酸又はマレイン酸で変性された、プロピレン単独重合体及び／又はプロピレンを主体とするプロピレン共重合体を熱可塑性エラストマー組成物に含有させることにより、この熱可塑性エラストマーをマトリックスとした放熱シートと、放熱体や発熱体との密着性が良好なものとなり、高い放熱効果が達成される。このように密着性が良好となるのは、熱可塑性エラストマー組成物に配合された（ｄ）成分の一部がシート表面において効果的に作用するためであると推定される。
（ｄ）成分として具体的には、無水マレイン酸グラフトポリプロピレン及びマレイン酸共重合ポリプロピレンなどが挙げられる。変性率（重量％：ポリプロピレン１００重量部に対して使用する変性剤の重量部）は、３〜１５重量％が好ましい。変性されるポリプロピレンとしては（ｂ）成分と同様のものが挙げられる。
（ｄ）成分の配合量は（ａ）成分のスチレン系熱可塑性エラストマー１００重量部に対して１〜１５重量部であるが、２〜１３重量部が好ましい。（ｄ）成分の配合量が１重量部未満であると、放熱板に対する放熱シートの接着力が低下し、また、（ｄ）成分の配合量が１５重量部を超えると、得られる熱可塑性エラストマー組成物の硬度が高くなり過ぎる。
【００１０】
（Ｂ）成分のファインセラミックスの粉末としては、酸化アルミニウム（アルミナ），酸化マグネシウム，酸化亜鉛等の酸化物、炭化ホウ素，炭化ケイ素等の炭化物、窒化ホウ素，窒化ケイ素，窒化アルミニウム等の窒化物などが挙げられる。本発明においては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、炭化ケイ素、窒化ホウ素、窒化ケイ素及び窒化アルミニウムが好ましい。
ファインセラミックスの粉末が細かくなると、充填時に配合物の粘度が顕著に上昇し、充填しにくくなり、その結果、熱伝動性の高い放熱シートを得ることができない。また、ファインセラミックスの粉末の粒径が大きいと、放熱シートを作製したときに異物となり、外観に悪影響を及ぼしたり、得られる放熱シートが脆くなり、裂け易くなる。このような観点から、ファインセラミックスの粉末の平均粒径は２〜６０μｍが好ましく、より好ましくは３〜５０μｍである。
また、熱可塑性エラストマー組成物にファインセラミックスの粉末を多量に添加できるようにする点から、ファインセラミックスの粉末は、その粒度分布において２個以上のピークを有するものが好ましい。平均粒径の異なるものを２種以上混合することにより、このような粒度分布を有する粉末を得ることができる。（Ｂ）成分の配合量は、（Ａ）成分１００重量部に対して２００〜１２００重量部であるが，好ましくは３００〜１２００重量部である。（Ｂ）成分の配合量が２００重量部未満では、放熱性能が不足する。（Ｂ）成分の配合量が１２００重量部を超えると、放熱シートが脆くなるおそれがある。
【００１１】
放熱性エラストマー組成物の製造方法は、特に限定されず、公知の方法を適用することができる。例えば、前記の各成分及び所望により用いられる添加剤成分を加熱混練機、例えば、一軸押出機，二軸押出機，ロール，バンバリーミキサー，プラベンダー，ニーダー，高剪断型ミキサーなどを用いて溶融混練りし、さらに、所望により有機パーオキサイドなどの架橋剤、架橋助剤などを添加したり、又は、これら必要な成分を同時に混合し、加熱溶融混練りすることにより、金属化合物がマトリックス（熱可塑性エラストマー組成物）中に均一に分散した放熱性エラストマー組成物を容易に製造することができる。
本発明の組成物は、熱可塑性エラストマーを配合しているものであるため、射出成形が可能で、生産性の観点から有利であり、また、複雑な形状の放熱材を成型したり、他の樹脂材料や金属材料と一体成型できる等の利点を有する。さらに、この組成物はリサイクル使用することができ、環境適合性の観点から好ましいものである。
【００１２】
【実施例】
以下、実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
実施例１
下記に示す配合成分をロールを用いて、１５０℃にて混練りし、ストランドに押し出した後に、ペレット状にカットした。なお、アルミナ粉末２種の配合量は、下記成分（１）〜（４）からなるマトリックス１００重量部に対して４５５重量部及び１９５重量部となる量とした。なお、平均粒径の異なる２種のアルミナ粉末を用いることにより、アルミナ粉末の粒度分布は２ピークを有するものとなる。
配合成分
（１）スチレン−エチレン／プロピレン−スチレンのトリブロック共重合体〔クラレ（株）製、商品名：セプトン〕（数平均分子量１２万でスチレン量が３０重量％のＳＥＰＳ）１００重量部
（２）メタロセン触媒重合のポリプロピレン〔エクソン化学（株）製、商品名：アチーブ〕（Ｍｗ／Ｍｎ＝2.０）１０重量部
（３）４０℃における動粘度が３８０ｍｍ²／秒であるパラフィン系オイル〔出光興産（株）製、商品名：ダイアナプロセスオイルＰＷ３８０〕（重量平均分子量７５０）１００重量部
（４）無水マレイン酸変性ポリプロピレン〔三洋化成（株）製、商品名：ユーメックス１０１０〕５重量部
（５）アルミナ粉末〔昭和電工（株）製、商品名：ＡＳ−１０、平均粒径３７μｍ〕９７８重量部
（６）アルミナ粉末〔昭和電工（株）製、商品名：ＡＬ−１７０、平均粒径2.２μｍ〕４１９重量部
【００１３】
このようにして得られた放熱性エラストマー組成物を、射出成形機として、日精樹脂工業（株）社製のＤＣ６０Ｅ５ＡＳＥ機を用い、成形温度１８０℃にて厚さ0.５ｍｍの放熱シートを作製した。この放熱シートのＪＩＳ−Ａ硬度は７２度、密度は2.６ｇ／ｃｍ³であった。
次に、得られた放熱シートを幅２１ｍｍ、長さ３６ｍｍに裁断して試料を作製し、トランジスタ放熱器型熱抵抗測定器〔コム電子（株）製〕を用いて熱抵抗を測定した。この測定器は、１２５Ｗタイプのトランジスタ素子〔サンケン電気（株）製、２ＳＣ２９２１〕及び0.９４℃／Ｗタイプの放熱器〔オーエス（株）製、ＦＢＡ１５０ＰＳ−ＡＮ−０〕を備えたものである。トランジスタ素子と放熱器との間に、両者に密着させて試料を載置し、１9.４２１Ｗの電力を印加し、トランジスタ素子の表面温度Ｔ₁と放熱器の表面温度Ｔ₂を熱電対を用いて測定し、以下の式
熱抵抗（℃／Ｗ）＝（Ｔ₁−Ｔ₂）／１9.４２１
により熱抵抗を求めた。なお、発熱体であるトランジスタ素子の表面温度と放熱器の表面温度との差が小さいほど放熱シートの放熱性が良好であるといえる。
上記放熱シートの熱抵抗は0.６５℃／Ｗであり、シリコーンゴムをマトリックスとした市販の放熱シートの熱抵抗が0.５〜2.０℃／Ｗであるので、これと同等の放熱性を有するものである。
【００１４】
比較例１
実施例１において、成分（４）を配合しない代わりに成分（２）の配合量を１５重量部とした以外は、実施例１と同様にして厚さ0.５ｍｍの放熱シートを作製した。この放熱シートのＪＩＳ−Ａ硬度は７４度、密度は2.６ｇ／ｃｍ³、熱抵抗は0.９１℃／Ｗであり、市販の放熱シートと同等の放熱性を有するものであった。このように、実施例１とほぼ同量のアルミナ粉末が充填されているにも関わらず、熱抵抗が高くなっているのは、放熱シートと放熱体及びトランジスタ素子との密着性が、実施例１と比較して劣っているためと推察される。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の放熱シート組成物は、シリコーンゴムに金属化合物の粉末を分散した放熱シートと同程度以上の放熱性を有すると共に充分な電気絶縁性を有し、かつリサイクルが可能な放熱シートを与えるものである。

Claims

（Ａ）（ａ）スチレン系熱可塑性エラストマー１００重量部、（ｂ）プロピレン単独重合体及び／又はプロピレンを主体とするプロピレン共重合体０〜１００重量部、（ｃ）パラフィン系オイル３０〜５００重量部及び（ｄ）無水マレイン酸又はマレイン酸で変性された、プロピレン単独重合体及び／又はプロピレンを主体とするプロピレン共重合体１〜１５重量部からなる熱可塑性エラストマー組成物、並びに（Ｂ）酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、炭化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素、窒化ケイ素及び窒化アルミニウムから選ばれる１種又は２種以上のファインセラミックスの粉末を（Ａ）成分１００重量部に対して２００〜１２００重量部含有することを特徴とする放熱性エラストマー組成物。
（ｄ）成分が、無水マレイン酸グラフトポリプロピレンである請求項１に記載の放熱性エラストマー組成物。
ファインセラミックスの粉末が、平均粒径２〜６０μｍのものである請求項１又は２に記載の放熱性エラストマー組成物。
ファインセラミックスの粉末が、その粒度分布において２個以上のピークを有するものである請求項１〜３のいずれかに記載の放熱性エラストマー組成物。
請求項１〜４のいずれかに記載の放熱性エラストマー組成物からなる放熱シート。
放熱シートが押出成形により製造されるものである請求項５に記載の放熱シート。
放熱シートが射出成形により製造されるものである請求項５に記載の放熱シート。