JP4572243B2 - 熱伝導性積層体およびその製造方法 - Google Patents
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Description
(a)ケイ素原子に結合したアルケニル基を1分子中に2個以上有するオルガノポリシロキサン:100容量部、
(b)熱伝導性充填材:50〜1,000容量部、
(c)ケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に2個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン:本成分のケイ素原子に結合した水素原子/(a)成分中のアルケニル基のモル比が0.5〜5.0となる量、
(d)白金族金属系触媒:有効量、
(e)反応制御剤:有効量、および
(f)シリコーン樹脂:50〜500容量部
を含むシリコーン組成物1を薄膜状に成形し硬化させてなる第一の硬化物層と、前記(a)〜(f)成分を必須成分として含み前記シリコーン組成物1と組成が異なるシリコーン組成物2を前記第一の硬化物層の片面上に薄膜状に成形し硬化させてなる第二の硬化物層とからなり、両面の粘着力が互いに異なる熱伝導性積層体を提供する。
(g−1)下記一般式(1):
R2 aR3 bSi(OR4)4-a-b (1)
(式中、R2は独立に炭素原子数6〜15のアルキル基であり、R3は独立に非置換または置換の炭素原子数1〜8の1価炭化水素基であり、R4は独立に炭素原子数1〜6のアルキル基であり、aは1〜3の整数、bは0〜2の整数であり、但しa+bは1〜3の整数である。)
で表されるアルコキシシラン化合物、および
(g−2)下記一般式(2):
で表される分子鎖片末端がトリアルコキシシリル基で封鎖されたジメチルポリシロキサンからなる群から選ばれる少なくとも1種: 0.01〜50容量部
を含有することが好ましい。
R6-(SiR6 2O)dSiR6 2-R6 ・・・(3)
(R6は独立に炭素原子数1〜18の脂肪族不飽和結合を含まない一価炭化水素基、dは5〜2,000の整数である。)
で表される23℃における動粘度が10〜100,000mm2/sのオルガノポリシロキサンを含有することが好ましい。
(a)ケイ素原子に結合したアルケニル基を1分子中に2個以上有するオルガノポリシロキサン:100容量部、
(b)熱伝導性充填材:50〜1,000容量部、
(c)ケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に2個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン:本成分のケイ素原子に結合した水素原子/(a)成分中のアルケニル基のモル比が0.5〜5.0となる量、
(d)白金族金属系触媒:有効量、
(e)反応制御剤:有効量、並びに
(f)シリコーン樹脂:50〜500容量部
を含むシリコーン組成物1を、シリコーン粘着剤用の表面離型処理を施した基材の表面に薄膜状に塗布し硬化させて第一の硬化物層を形成し、その後、前記(a)〜(f)成分を含み前記シリコーン組成物1と組成が異なるシリコーン組成物2を前記第一の硬化物層の表面上に薄膜状に塗布し硬化させて第二の硬化物層を形成することを特徴とする、上記のその両面の粘着力が互いに異なる熱伝導性積層体の製造方法を提供する。
〔(a)アルケニル基を有するオルガノポリシロキサン〕
本発明組成物の(a)成分は、ケイ素原子に結合したアルケニル基を1分子中に2個以上有するオルガノポリシロキサンであり、本発明の付加反応硬化型組成物における主剤(ベースポリマー)の一つである。
(b)成分である熱伝導性充填材としては、通常、例えば、金属粉末、金属酸化物粉末、セラミック粉末が用いられ、具体的には、アルミニウム粉末、銅粉末、銀粉末、ニッケル粉末、金粉末、酸化アルミニウム粉末、酸化亜鉛粉末、酸化マグネシウム粉末、酸化鉄粉末、酸化チタン粉末、酸化ジルコニウム粉末、窒化アルミニウム粉末、窒化ホウ素粉末、窒化珪素粉末、ダイヤモンド粉末、カーボン粉末、フラーレン粉末、カーボングラファイト粉末などが挙げられる。しかし、これらに限定されるものではなく、従来熱伝導性充填材として使用される公知の物質であれば如何なる充填材でもよく、これらは1種類単独であるいは2種類以上混ぜ合わせてもよい。
本発明の組成物の(c)成分は、通常、ケイ素原子に結合した水素原子(即ち、SiH基)を1分子中に2個以上、好ましくは2〜100個有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンであり、(a)成分の架橋剤として作用する成分である。即ち、(c)成分中のケイ素原子に結合した水素原子が、後述の(d)成分の白金族金属系触媒の作用により、(a)成分中のアルケニル基とヒドロシリル化反応により付加して、架橋結合を有する3次元網状構造を有する架橋硬化物を与える。
で表される。
本発明における(d)成分の白金族金属系触媒は、(a)成分中のアルケニル基と(c)成分中のケイ素原子に結合した水素原子との付加反応を促進し、本発明の組成物から三次元網状構造の架橋硬化物を与えるために配合される成分である。
(e)成分の反応制御剤は、(d)成分の存在下で進行する(a)成分と(c)成分の反応速度を調整するためのものである。
本発明に用いられる(f)成分のシリコーン樹脂は、本発明の硬化物に粘着性を付与する作用を有する。
本発明に用いられる組成物(シリコーン組成物1及び/又はシリコーン組成物2)には、必要に応じて、本発明の目的を損なわない範囲で、上記(a)〜(f)成分以外の成分を添加することができる。以下、このような任意的成分について説明する。
本発明の組成物には、組成物調製時に、(b)熱伝導性充填材を疎水化処理し(a)オルガノポリシロキサンとの濡れ性を向上させ、(b)熱伝導性充填材を(a)成分からなるマトリックス中に均一に分散させることを目的として、表面処理剤(ウェッター)を配合することができる。該(g)成分としては特に下記の(g−1)及び(g−2)が好ましい。
下記一般式(1):
R2 aR3 bSi(OR4)4-a-b (1)
(式中、R2は独立に炭素原子数6〜15のアルキル基であり、R3は独立に非置換または置換の炭素原子数1〜8の1価炭化水素基であり、R4は独立に炭素原子数1〜6のアルキル基であり、aは1〜3の整数、bは0〜2の整数であり、但しa+bは1〜3の整数である。)
で表されるアルコキシシラン化合物である。
C10H21Si(OCH3)3
C12H25Si(OCH3)3
C12H25Si(OC2H5)3
C10H21Si(CH3)(OCH3)2
C10H21Si(C6H5)(OCH3)2
C10H21Si(CH3)(OC2H5)2
C10H21Si(CH=CH2)(OCH3)2
C10H21Si(CH2CH2CF3)(OCH3)2
下記一般式(2):
で表される分子鎖片末端がトリアルコキシシリル基で封鎖されたジメチルポリシロキサンである。
本発明の組成物には、更に(h)成分として、下記一般式(3):
R6-(SiR6 2O)dSiR6 2-R6 ・・・(3)
(R6は独立に炭素原子数1〜18の脂肪族不飽和結合を含まない一価炭化水素基、dは5〜2,000の整数である。)
で表される23℃における動粘度が10〜100,000mm2/sのオルガノポリシロキサンを添加することができる。熱伝導性組成物の粘度調整剤等の特性付与を目的として適宜用いられるが、これに限定されるものではない。一種単独で使用しても、二種以上を併用してもよい。
その他の任意成分として、例えば、フッ素変性シリコーン界面活性剤;着色剤としてカーボンブラック、二酸化チタン、ベンガラなど;難燃性付与剤として白金化合物、酸化鉄、酸化チタン、酸化セリウムなどの金属酸化物、または金属水酸化物などを添加してもよい。更に、熱伝導性充填材の沈降防止剤として、沈降性シリカまたは焼成シリカなどの微粉末シリカ、チクソ性向上剤等を添加することも任意である。
所要の成分を均一に混合した、それぞれ組成の異なる2種以上の本発明の組成物(組成物1及び組成物2)を調製する。まず、一方の組成物1を基材上に塗布成形し、加熱硬化させて第一層を形成する。次に、もう1種の組成物(組成物2)を第一層の片面上に塗布成形し、加熱硬化させる。こうして、本発明の熱伝導性積層体を得ることができる。組成物を基材または第一層上に塗布、成形する際には、組成物の粘度調整のためにトルエン等の溶剤を添加することも可能である。
・熱抵抗:
本発明の熱伝導性積層体は、レーザーフラッシュ法で測定した25℃における熱抵抗が、10cm2・K/W以下であることが好ましく、特に5cm2・K/W以下であることが好ましい。該熱抵抗がこの範囲内にあると、本発明組成物は、発熱量の大きい発熱体に適用した場合でも、該発熱体から発生する熱を効率よく放熱部品へ放散させることができる。なお、レーザーフラッシュ法による熱抵抗の測定は、ASTM E 1461に準拠して行うことができる。
本発明の熱伝導性積層体は、両面に異なる粘着力を有することを特徴とする。25mm幅の積層体のサンプルを準備し、室温下で、その片面を室温下アルミニウム板に当て、該積層体を質量2kgのゴムローラーで圧して接着後、10分間養生し、その後該積層体のアルミニウム板と接着されていない他方の片面に25mm幅のシリコーンテープ(ニッパ(株)製、No.99)からなるテープ状補強材を接着した後、該積層体の一端を接着した前記補強材とともに前記アルミニウム板から剥がしてつかみ、引っ張り速度300mm/minにて180°方向に前記アルミニウム板から引き剥がしたとき、引き剥がしに要する力(「粘着力」という)を測定した。両面(強粘着側面と弱粘着側面)の粘着力の差が、2N/cm以上あることが好ましく、3/cm以上あることが特に好ましい。積層体両面の粘着力の差が3N/cm未満の場合、両面の粘着性における有意差が発現しにくく、リワークや接着剥離の際に、被着体を破損する恐れがある。
本発明の熱伝導性積層体は、例えば、前述した方法、即ち、(a)〜(f)の成分をそれぞれ所定量含むシリコーン組成物1を、シリコーン粘着剤用の表面離型処理を施した基材の表面に薄膜状に塗布し硬化させて第一の硬化物層を形成し、その後、前記(a)〜(f)成分を含み前記シリコーン組成物1と組成が異なるシリコーン組成物2を前記第一の硬化物層の表面上に薄膜状に塗布し硬化させて第二の硬化物層を形成することにより製造することができる。
(1)(a)成分、(b)成分、および(d)成分を所要量混練してベース組成物を調製する、
(2)別途、(c)、および(e)成分を混合してなる硬化剤を調製する、
(3)次に、上記のベース組成物と、硬化剤と、(f)成分のシリコーン樹脂とを均一に混合した組成物を調製することが挙げられる。
<(a)成分>
・(A−1)25℃における動粘度が600mm2/sであり、分子鎖両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン
・(A−2)25℃における動粘度が30,000mm2/sであり、分子鎖両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン
・(B−1)平均粒径10.7μmのアルミナ粉末(真比重3.98)
・(B−2)平均粒径1.1μmのアルミナ粉末(真比重3.98)
・(B−3)平均粒径0.6μmの酸化亜鉛粉末(真比重5.67)
・(C−1)下記構造式:
(D−1)白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体のジメチルポリシロキサン(分子鎖両末端がジメチルビニルシリル基で封鎖されたもの、25℃における動粘度が600mm2/sである溶液〔白金原子含有量:1質量%〕
・(e−1)1−エチニル−1−シクロヘキサノールの50質量%トルエン溶液
・(F−1)実質的にMe3SiO0.5単位(M単位)とSiO2単位(Q単位)のみからなるシリコーン樹脂(M/Qモル比1.15)のトルエン溶液(不揮発分60%;粘度30mm2/s)。
・(F−2)実質的にMe3SiO0.5単位(M単位)とSiO2単位(Q単位)のみからなるシリコーン樹脂(M/Qモル比0.85)のトルエン溶液(不揮発分70%;粘度30mm2/s)。
・(G−1)構造式:C12H25Si(OC2H5)3で表されるオルガノシラン
・(G−2)下記構造式:
・(H-1)下記構造式:
(K−1)信越化学工業(株)製のX−70−201を1.0g/m2塗布した厚さ100μmのPETフィルム
(K−2)厚さ100μmの未処理PETフィルム
<熱伝導性組成物の調製>
表1に記載の成分を同表に記載の配合量(質量部)で、次のとおりにして配合し組成物S1〜S7を調製した。なお、組成物S5、S6およびS7は本発明の条件を満たさない組成物である。
<積層体の製造>
表2、表3に記載の積層体を、同表に記載の条件を用いて、次のとおりにして得た。まず表1で得られた組成物のうち、1種(X1)を選択して基材に塗布し、硬化せしめ、熱伝導性硬化物の単層体(Y1)を得た。続いて表1で得られた組成物のうち、さらに1種(X2)を選択して、先に得た熱伝導性硬化物の単層体上に塗布した後、硬化せしめ、積層体(Y2)を得た。
硬化後の熱伝導性積層体を基材フィルムから手によって剥がす際の重さにより評価した(感触による評価)。剥離の感触が軽く、積層体に全く変形が起らない場合に「良好」と評価し、剥離の感触が重く、または積層体に変形が起こった場合に「不良」と評価した。
剥がした後の熱伝導性硬化物の手による取り扱い性を本体形状に着目して評価した。基材フィルムより剥がした熱伝導性硬化物を、アルミ板に接着する際、困難無く接着が可能な場合、「良好」と評価した。熱伝導性硬化物が割れたり、手に強固に張り付き変形し、元の形状を取り戻すことができなかったりした場合、「不良」と判断した。
剥がした後の熱伝導性硬化物の両面を、同一のアルミ板で挟み込み、リワーク性(引き剥がしの際に、接着体にダメージを与えないか)および選択剥離性(常に弱粘着サイドから剥がれるか)を評価した。
前述した要領で、該熱伝導性積層体を、片面毎にアルミニウム板に2kgゴムローラーで接着後、10分間養生し、積層体の変形を防ぐためにアルミ板と接着していないもう一方の片面を強度の強いシリコーン粘着テープ(ニッパ株式会社製)と接着させた後、一端を引き剥がして手でつかみ、常温で引っ張り速度300mm/minにて180°方向に引き剥がして粘着力を測定した。測定結果を表2および表3に示す。
0.1mm厚のサンプルを基材ごと20mm角にカットし、上質紙の上に樹脂層を向けて載せ、その上に100gの分銅を載せて密着させ、1日後の上質紙へのオイル移行具合を目視で確認して評価した。
上記で得られた熱伝導性積層体を、標準アルミニウムからなる円板状プレート(純度:99.9%、直径:約12.7mm、厚み:約1.0mm)の全面に設置し、その上に他の標準アルミニウムプレートを重ね、得られる構造体をクリップで挟むことにより約175.5kPa(1.80kgf/cm2)の圧力をかけて3層構造体を得た。
図1は発熱・放熱装置の構造を示す概略的断面図である。図1に即して説明する。上記実施例1〜3で得られた熱伝導性積層体1を2cm×2cmの擬似CPU2の表面上に設置した。擬似CPU2はプリント配線基板3の上に装着されている。積層体1に放熱部材4を重ね、クランプ5で放熱部材4とプリント配線基板3とをクランプ留めすることにより圧接した。こうして、熱伝導性積層体1を介して擬似CPU2と放熱部材4が接合されている発熱・放熱装置6を得た。
2.擬似CPU
3.プリント配線基板
4.放熱部材
5.クランプ
Claims (6)
- (a)ケイ素原子に結合したアルケニル基を1分子中に2個以上有するオルガノポリシロキサン:100容量部、
(b)熱伝導性充填材:50〜1,000容量部、
(c)ケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に2個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン:本成分のケイ素原子に結合した水素原子/(a)成分中のアルケニル基のモル比が0.5〜5.0となる量、
(d)白金族金属系触媒:有効量、
(e)反応制御剤:有効量、および
(f)シリコーン樹脂:50〜500容量部
を含むシリコーン組成物1を薄膜状に成形し硬化させてなる第一の硬化物層と、前記(a)〜(f)成分を必須成分として含み前記シリコーン組成物1と組成が異なるシリコーン組成物2を前記第一の硬化物層の片面上に薄膜状に成形し硬化させてなる第二の硬化物層とからなり、両面の粘着力が互いに異なる熱伝導性積層体であって、
室温下、前記積層体の25mm幅のサンプルの片面を室温下アルミニウム板に当て該積層体を質量2kgのゴムローラーで圧着して接着後10分間養生し、その後該積層体のアルミニウム板と接着されていない他方の片面を補強材に接着した後、該積層体の一端を接着した前記補強材とともに把持して引っ張り速度300mm/minにて180°方向に前記アルミニウム板から引き剥がし、引き剥がしに要した力(粘着力)を測定することを該積層体の両面に行ったときに、両面の粘着力がともに0.3N/cm以上であり、かつ、両面の粘着力の差が2N/cm以上であり、
厚みが20〜1,000μmである前記熱伝導性積層体。 - (f)成分のシリコーン樹脂が、R1 3SiO1/2単位(R1は脂肪族不飽和結合を含有しない非置換又は置換の1価炭化水素基を示す)とSiO4/2単位とを含み、R1 3SiO1/2単位/SiO4/2単位のモル比が0.5〜1.5である請求項1に係る熱伝導性積層体。
- さらに、(g)成分として、
(g−1)下記一般式(1):
R2 aR3 bSi(OR4)4-a-b (1)
(式中、R2は独立に炭素原子数6〜15のアルキル基であり、R3は独立に非置換または置換の炭素原子数1〜8の1価炭化水素基であり、R4は独立に炭素原子数1〜6のアルキル基であり、aは1〜3の整数、bは0〜2の整数であり、但しa+bは1〜3の整数である。)
で表されるアルコキシシラン化合物、および
(g−2)下記一般式(2):
で表される分子鎖片末端がトリアルコキシシリル基で封鎖されたジメチルポリシロキサンからなる群から選ばれる少なくとも1種: 0.01〜50容量部
を含有する請求項1または2に係る熱伝導性積層体。 - 更に(h)成分として、下記一般式(3):
R6-(SiR6 2O)dSiR6 2-R6 ・・・(3)
(R6は独立に炭素原子数1〜18の脂肪族不飽和結合を含まない一価炭化水素基、dは5〜2,000の整数である。)
で表される23℃における動粘度が10〜100,000mm2/sのオルガノポリシロキサンを含有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の熱伝導性積層体。 - レーザーフラッシュ法で測定した25℃における熱抵抗が10cm2・K/W以下である請求項1乃至4のいずれか1項に係る熱伝導性積層体。
- (a)ケイ素原子に結合したアルケニル基を1分子中に2個以上有するオルガノポリシロキサン:100容量部、
(b)熱伝導性充填材:50〜1,000容量部、
(c)ケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に2個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン:本成分のケイ素原子に結合した水素原子/(a)成分中のアルケニル基のモル比が0.5〜5.0となる量、
(d)白金族金属系触媒:有効量、
(e)反応制御剤:有効量、並びに
(f)シリコーン樹脂:50〜500容量部
を含むシリコーン組成物1を、シリコーン粘着剤用の表面離型処理を施した基材の表面に薄膜状に塗布し硬化させて第一の硬化物層を形成し、その後、前記(a)〜(f)成分を含み前記シリコーン組成物1と組成が異なるシリコーン組成物2を前記第一の硬化物層の表面上に薄膜状に塗布し硬化させて第二の硬化物層を形成することを特徴とするその両面の粘着力が互いに異なる熱伝導性積層体の製造方法であって、
該熱伝導性積層体は、
室温下、前記積層体の25mm幅のサンプルの片面を室温下アルミニウム板に当て該積層体を質量2kgのゴムローラーで圧着して接着後10分間養生し、その後該積層体のアルミニウム板と接着されていない他方の片面を補強材に接着した後、該積層体の一端を接着した前記補強材とともに把持して引っ張り速度300mm/minにて180°方向に前記アルミニウム板から引き剥がし、引き剥がしに要した力(粘着力)を測定することを該積層体の両面に行ったときに、両面の粘着力がともに0.3N/cm以上であり、かつ、両面の粘着力の差が2N/cm以上であり、
厚みが20〜1,000μmである熱伝導性積層体であり、
基材に施しているシリコーン粘着剤用の離型処理が、フッ素置換基を主鎖に含む変性シリコーンによる処理である前記製造方法。
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