JP5972731B2 - 熱伝導性シート - Google Patents
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Description
第1の樹脂組成物の硬化物からなる熱伝導層と、
第2の樹脂組成物の硬化物からなり、熱伝導層の表面を被覆する表面層と、を有する熱伝導性シートであって、
第1の樹脂組成物は、下記に示す化合物(A1)、(B1)、(A2)、(B2)及び(C)を含み、
化合物(A1)は、主鎖中にパーフルオロアルキルエーテル構造を有し、分子末端にヒドロシリル基を1〜2個有する化合物であって、ヒドロシリル基を2個有する分子の含有率が60〜100モル%であるフッ素系化合物であり、
化合物(B1)は、主鎖中にパーフルオロアルキルエーテル構造を有し、分子末端にアルケニル基を1〜2個有する化合物であって、アルケニル基を2個有する分子の含有率が60〜100モル%であるフッ素系化合物であり、
化合物(A2)は、主鎖中にパーフルオロアルキルエーテル構造を有し、分子末端にヒドロシリル基を1〜2個有する化合物であって、ヒドロシリル基を2個有する分子の含有率が0〜40モル%であるフッ素系化合物であり、
化合物(B2)は、主鎖中にパーフルオロアルキルエーテル構造を有し、分子末端にアルケニル基を1〜2個有する化合物であって、アルケニル基を2個有する分子の含有率が0〜40モル%であるフッ素系化合物であり、
化合物(C)は、熱伝導性フィラーであり、
化合物(A1)、(B1)、(A2)及び(B2)の含有量に関し、下記式[1]〜[3]:
〔(A1)+(B1)〕/〔(A2)+(B2)〕=20/80〜80/20 [1]
(A1)/(B1)=20/80〜80/20 [2]
(A2)/(B2)=20/80〜80/20 [3]
を満たし、
第2の樹脂組成物は、下記に示す化合物(D1)及び/又は(D2)と、化合物(E1)及び/又は(E2)とを含み、
化合物(D1)、(D2)、(E1)及び(E2)は、それぞれが主鎖中にパーフルオロアルキルエーテル構造を有するフッ素系化合物(D1f)、(D2f)、(E1f)及び(E2f)であり、またはそれぞれが主鎖中にシロキサン結合を有するシリコーン系化合物(D1s)、(D2s)、(E1s)及び(E2s)であり、
化合物(D1)は、分子末端にヒドロシリル基を1〜2個有する化合物であって、ヒドロシリル基を2個有する分子の含有率が60〜100モル%である化合物であり、
化合物(E1)は、分子末端にアルケニル基を1〜2個有する化合物であって、アルケニル基を2個有する分子の含有率が60〜100モル%である化合物であり、
化合物(D2)は、分子末端にヒドロシリル基を1〜2個有する化合物であって、ヒドロシリル基を2個有する分子の含有率が0〜40モル%である化合物であり、
化合物(E2)は、分子末端にアルケニル基を1〜2個有する化合物であって、アルケニル基を2個有する分子の含有率が0〜40モル%である化合物であり、
化合物(D1)、(D2)、(E1)及び(E2)の含有量に関し、下記式[21]:
〔(D1)+(D2)〕/〔(E1)+(E2)〕=40/60〜60/40 [21]
を満たす、熱伝導性シートを提供する。
で表される主鎖構造を有する。
本発明は、発熱体と放熱体との間に介在させて、発熱体の熱を効率的に放熱体に伝導させる熱伝導性シートであり、第1の樹脂組成物の硬化物からなる熱伝導層と、第2の樹脂組成物の硬化物からなり、熱伝導層の表面を被覆する表面層と、を有する。
熱伝導層は、第1の樹脂組成物の硬化物からなる。熱伝導層の厚さは、たとえば、0.05〜3mmとすることができる。第1の樹脂組成物は、以下の化合物を含む。
(B1)主鎖中にパーフルオロアルキルエーテル構造を有し、分子末端にアルケニル基を1〜2個有する化合物であって、アルケニル基を2個有する分子の含有率が60〜100モル%であるフッ素系化合物〔以下、「フッ素系化合物(B1)」ともいう。〕、
(A2)主鎖中にパーフルオロアルキルエーテル構造を有し、分子末端にヒドロシリル基を1〜2個有する化合物であって、ヒドロシリル基を2個有する分子の含有率が0〜40モル%であるフッ素系化合物〔以下、「フッ素系化合物(A2)」ともいう。〕、
(B2)主鎖中にパーフルオロアルキルエーテル構造を有し、分子末端にアルケニル基を1〜2個有する化合物であって、アルケニル基を2個有する分子の含有率が0〜40モル%であるフッ素系化合物〔以下、「フッ素系化合物(B2)」ともいう。〕、及び
(C)熱伝導性フィラー。
フッ素系化合物(A1)は、主鎖中にパーフルオロアルキルエーテル構造を有し、分子末端にヒドロシリル基(SiH基)を1〜2個有する化合物であって、ヒドロシリル基を2個有する分子の含有率が60〜100モル%、好ましくは80〜100モル%であり(したがって、ヒドロシリル基を1個有する分子の含有率が0〜40モル%、好ましくは0〜20モル%であり)、フッ素系化合物(B1)及びフッ素系化合物(B2)のアルケニル基と付加反応可能なフッ素系化合物である。
で表される構造である。
フッ素系化合物(B1)は、主鎖中にパーフルオロアルキルエーテル構造を有し、分子末端にアルケニル基を1〜2個有する化合物であって、アルケニル基を2個有する分子の含有率が60〜100モル%、好ましくは80〜100モル%であり(したがって、アルケニル基を1個有する分子の含有率が0〜40モル%、好ましくは0〜20モル%であり)、フッ素系化合物(A1)及びフッ素系化合物(A2)のヒドロシリル基と付加反応可能なフッ素系化合物である。
フッ素系化合物(A2)は、主鎖中にパーフルオロアルキルエーテル構造を有し、分子末端にヒドロシリル基(SiH基)を1〜2個有する化合物であって、ヒドロシリル基を2個有する分子の含有率が0〜40モル%、好ましくは20〜40モル%であり(したがって、ヒドロシリル基を1個有する分子の含有率が60〜100モル%、好ましくは60〜80モル%であり)、フッ素系化合物(B1)及びフッ素系化合物(B2)のアルケニル基と付加反応可能なフッ素系化合物である。
フッ素系化合物(B2)は、主鎖中にパーフルオロアルキルエーテル構造を有し、分子末端にアルケニル基を1〜2個有する化合物であって、アルケニル基を2個有する分子の含有率が0〜40モル%、好ましくは20〜40モル%であり(したがって、アルケニル基を1個有する分子の含有率が60〜100モル%、好ましくは60〜80モル%であり)、フッ素系化合物(A1)及びフッ素系化合物(A2)のヒドロシリル基と付加反応可能なフッ素系化合物である。
本発明の熱伝導性樹脂組成物は、フッ素系化合物(A1)、(B1)、(A2)及び(B2)の含有量に関し、下記式[1]〜[3]:
〔(A1)+(B1)〕/〔(A2)+(B2)〕=20/80〜80/20 [1]
(A1)/(B1)=20/80〜80/20 [2]
(A2)/(B2)=20/80〜80/20 [3]
を満たす。
(A1)/(B1)=20/80〜40/60又は60/40〜80/20 [4]
(A2)/(B2)=20/80〜40/60又は60/40〜80/20 [5]
を満たすことが好ましい。
熱伝導性フィラー(C)としては、特に制限されず、一般的に使用されているものを用いることができる。具体例を挙げれば、例えば、酸化アルミニウム(Al2O3)、結晶性酸化ケイ素(SiO2)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ベリリウム(BeO)、酸化亜鉛(ZnO)、窒化ケイ素(Si3N4)、窒化ホウ素(六方晶BNや立方晶BN)、窒化アルミニウム(AlN)、炭化ケイ素(SiC)、炭素繊維、ダイヤモンド、黒鉛などである。
第1の樹脂組成物は、フッ素系化合物のヒドロシリル基とアルケニル基との架橋反応(ヒドロシリル化反応)を触媒する白金族系触媒を含み、通常は白金族系触媒を含む。白金族系触媒としては、例えば白金系触媒が好ましく用いられる。白金系触媒としては、白金の単体;塩化白金酸;塩化白金;白金−オレフィン錯体;白金−アルケニルシロキサン錯体;白金−カルボニル錯体;白金−ホスフィン錯体;白金−アルコール錯体;アルミナ、シリカ、カーボンブラック等の担体に白金を担持させたものなどが挙げられる。
第1の樹脂組成物は必要に応じて、老化防止剤、酸化防止剤、難燃剤、分散剤、溶剤などを含むことができる。
表面層は、第2の樹脂組成物の硬化物からなる。表面層は、熱伝導層の少なくとも一方の表面を被覆し、好ましくは熱伝導層の表面全体を被覆する。表面層の厚さは、10〜1000μmであることが好ましく、20〜500μmであることがさらに好ましい。表面層の厚さが10μm未満であるとブリードの抑制効果が十分でない場合があり、また表面層の厚さが1000μmを超えると熱伝導層の有する特性である、熱伝導性、低硬度性を低下させる場合がある。
化合物(E1)〔フッ素系化合物(E1f)またはシリコーン系化合物(E1s)〕は、分子末端にアルケニル基を1〜2個有する化合物であって、アルケニル基を2個有する分子の含有率が60〜100モル%である化合物であり、
化合物(D2)〔フッ素系化合物(D2f)またはシリコーン系化合物(D2s)〕は、分子末端にヒドロシリル基を1〜2個有する化合物であって、ヒドロシリル基を2個有する分子の含有率が0〜40モル%である化合物であり、
化合物(E2)〔フッ素系化合物(E2f)またはシリコーン系化合物(E2s)〕は、分子末端にアルケニル基を1〜2個有する化合物であって、アルケニル基を2個有する分子の含有率が0〜40モル%である化合物である。
〔(D1)+(D2)〕/〔(E1)+(E2)〕=40/60〜60/40 [21]
を満たす。
フッ素系化合物(D1f)は、〔1−1〕で説明したフッ素系化合物(A1)と同じである。
フッ素系化合物(E1f)は、〔1−2〕で説明したフッ素系化合物(B1)と同じである。
フッ素系化合物(D2f)は、〔1−3〕で説明したフッ素系化合物(A2)と同じである。
フッ素系化合物(E2f)は、〔1−4〕で説明したフッ素系化合物(B2)と同じである。
シリコーン系化合物(D1s)は、主鎖中にシロキサン結合を有し、分子末端にヒドロシリル基(SiH基)を1〜2個有する化合物であって、ヒドロシリル基を2個有する分子の含有率が60〜100モル%、好ましくは80〜100モル%であり(したがって、ヒドロシリル基を1個有する分子の含有率が0〜40モル%、好ましくは0〜20モル%であり)、シリコーン系化合物(E1s)及びシリコーン系化合物(E2s)のアルケニル基と付加反応可能なシリコーン系化合物である。
シリコーン系化合物(E1s)は、主鎖中にシロキサン結合を有し、分子末端にアルケニル基を1〜2個有する化合物であって、アルケニル基を2個有する分子の含有率が60〜100モル%、好ましくは80〜100モル%であり(したがって、アルケニル基を1個有する分子の含有率が0〜40モル%、好ましくは0〜20モル%であり)、シリコーン系化合物(D1s)及びシリコーン系化合物(D2s)のヒドロシリル基と付加反応可能なシリコーン系化合物である。
シリコーン系化合物(D2s)は、主鎖中にシロキサン結合を有し、分子末端にヒドロシリル基(SiH基)を1〜2個有する化合物であって、ヒドロシリル基を2個有する分子の含有率が0〜40モル%、好ましくは20〜40モル%であり(したがって、ヒドロシリル基を1個有する分子の含有率が60〜100モル%、好ましくは60〜80モル%であり)、シリコーン系化合物(E1s)及びシリコーン系化合物(E2s)のアルケニル基と付加反応可能なフッ素系化合物である。
シリコーン系化合物(E2s)は、主鎖中にシロキサン結合を有し、分子末端にアルケニル基を1〜2個有する化合物であって、アルケニル基を2個有する分子の含有率が0〜40モル%、好ましくは20〜40モル%であり(したがって、アルケニル基を1個有する分子の含有率が60〜100モル%、好ましくは60〜80モル%であり)、シリコーン系化合物(D1s)及びシリコーン系化合物(D2s)のヒドロシリル基と付加反応可能なシリコーン系化合物である。
第2の樹脂組成物は、フッ素系化合物またはシリコーン系化合物のヒドロシリル基とアルケニル基との架橋反応(ヒドロシリル化反応)を触媒する白金族系触媒を含み、通常は白金族系触媒を含む。白金族系触媒の説明は、〔1−7〕で説明した白金族系触媒と同様であるので、説明を省略する。
第2の樹脂組成物は必要に応じて、老化防止剤、酸化防止剤、難燃剤、分散剤、溶剤などを含むことができる。なお、接触熱抵抗が高くなる可能性があることから、好ましくは熱伝導性フィラーを含まない。
まず、第1の樹脂組成物を用いて熱伝導層を作製する。熱伝導層は、第1の樹脂組成物を一般的な方法によりシート成型するとともに、成型時の加熱により架橋させて得られる。なお、この段階では、第1の樹脂組成物が半加硫状態となるように成型時の加熱を行なうことが好ましい。ここでいう半加硫状態とは、キュラストメーターにて測定されるトルク値がトルク最大値の50〜90%である状態を意味する。成型方法としては、プレス成型、射出成型、トランスファー成型、押出成型などを挙げることができる。
熱伝導性シートの厚さは、用途などにより適宜設定されるが、通常0.05〜3mm程度であり、好ましくは0.1〜1mm程度である。
発熱基板(発熱量:45W)上に、熱伝導性シートから切り出した縦10mm、横10mm、厚さ0.5mmの試料片を貼り付けた。試料片の上に、上記発熱基板と同じ材質からなる冷却機構付き基板を配置し、98kPaの一定荷重で圧接した。両基板には温度センサーが取り付けられており、両基板の温度をモニタリングしながら、発熱基板に通電した。通電開始から5分経過後の発熱基板の温度T1(℃)及び冷却機構付き基板の温度T2(℃)を測定し、下記式:
熱抵抗(℃/W)=(T1−T2)/Q 〔Qは発熱基板の発熱量(W)〕
に基づき熱抵抗を算出した。
熱伝導性シートから切り出した縦25mm、横25mm、厚さ0.5mmの試料片を電気炉にて200℃で72時間加熱処理を行ない、加熱処理前後の重量減少率(%)を測定した。重量減少は、ブリードにより生じているものと見なすことができるため、重量減少率よりブリードの程度を評価することができる。
ASKER製のASKER C硬度計を用いて25℃での比較例3〜5の熱伝導性シートの硬度を測定した。
熱伝導層1〜3の形成には、表1に示される配合比率(数値の単位は重量部である)で同表に示される各配合成分を自動乳鉢を用いて混合し、さらにロールに通して高分散化させ、得られた熱伝導層形成用混練物(第1の樹脂組成物)を用いた。
表面層1〜6の形成には、表2に示される配合比率(数値の単位は重量部である)で同表に示される各配合成分を自動乳鉢を用いて混合し、さらにロールを通して高分散化させ、得られた表面層形成用混練物(第2の樹脂組成物)を用いた。
表3に示される熱伝導層の熱伝導層形成用混練物を、金型を用いて熱プレス(100℃、7分間)でシート状に成型し(半加硫状態)、熱伝導層を作製した。そして、熱伝導層の両表面に、表3に示される表面層の表面層形成用混練物をディップコーターを用いて塗布した。その後、熱伝導層と、表面層形成用混練物の塗布層とからなる積層体を電気炉により150℃、60分間加熱し、熱伝導性シートを得た。得られた熱伝導性シートの熱伝導層の厚さは0.45mm、表面層の厚さは0.025mmであった。
表3に示される熱伝導層の熱伝導層形成用混練物を、金型を用いて熱プレス(120℃、10分間)でシート状に成型し(加硫状態)、熱伝導性シートを得た。得られた熱伝導性シートの厚さは、0.50mmであった。
〔a〕フッ素系化合物(A1)、(D1f):信越化学工業(株)製の商品名「SIFEL 8370−A」(ヒドロシリル基を2個有する分子の含有率が60〜100モル%の範囲内であるフッ素系化合物)、
〔b〕フッ素系化合物(B1)、(E1f):信越化学工業(株)製の商品名「SIFEL 8370−B」(アルケニル基を2個有する分子の含有率が60〜100モル%の範囲内であるフッ素系化合物)、
〔c〕フッ素系化合物(A2)、(D2f):信越化学工業(株)製の商品名「SIFEL 3405−A」(ヒドロシリル基を2個有する分子の含有率が0〜40モル%の範囲内であるフッ素系化合物)、
〔d〕フッ素系化合物(B2)、(E2f):信越化学工業(株)製の商品名「SIFEL 3405−B」(アルケニル基を2個有する分子の含有率が0〜40モル%の範囲内であるフッ素系化合物)、
〔e〕シリコーン系化合物(D1s):信越化学工業(株)の商品名「KE-1950-30(A)」(ヒドロシリル基を2個有する分子の含有率が60〜100モル%の範囲内であるシリコーン系化合物)、
〔f〕シリコーン系化合物(E1s):信越化学工業(株)製の商品名「KE-1950-30(B)」(アルケニル基を2個有する分子の含有率が60〜100モル%の範囲内であるシリコーン系化合物)、
〔g〕シリコーン系化合物(D2s):信越化学工業(株)製の商品名「KE-1950-10(A)」(ヒドロシリル基を2個有する分子の含有率が0〜40モル%の範囲内であるシリコーン系化合物)、
〔h〕シリコーン系化合物(E2s):信越化学工業(株)製の商品名「KE-1950-10(B)」(アルケニル基を2個有する分子の含有率が0〜40モル%の範囲内であるシリコーン系化合物)、
〔i〕酸化アルミニウムA:電気化学工業(株)製「DAM−45」(平均粒子径40μm)、
〔j〕酸化アルミニウムB:電気化学工業(株)製「DAM−05A」(平均粒子径0.5μm)、
〔k〕白金触媒:田中貴金属社製「TEC10E50E」(担持量50重量%)。
Claims (5)
- 第1の樹脂組成物の硬化物からなる熱伝導層と、
第2の樹脂組成物の硬化物からなり、前記熱伝導層の表面を被覆する表面層と、を有する熱伝導性シートであって、
前記第1の樹脂組成物は、下記に示す化合物(A1)、(B1)、(A2)、(B2)及び(C)を含み、
化合物(A1)は、主鎖中にパーフルオロアルキルエーテル構造を有し、分子末端にヒドロシリル基を1〜2個有する化合物であって、ヒドロシリル基を2個有する分子の含有率が60〜100モル%である下記式[6]で表される主鎖構造を有するフッ素系化合物であり、
化合物(B1)は、主鎖中にパーフルオロアルキルエーテル構造を有し、分子末端にアルケニル基を1〜2個有する化合物であって、アルケニル基を2個有する分子の含有率が60〜100モル%である下記式[6]で表される主鎖構造を有するフッ素系化合物であり、
化合物(A2)は、主鎖中にパーフルオロアルキルエーテル構造を有し、分子末端にヒドロシリル基を1〜2個有する化合物であって、ヒドロシリル基を2個有する分子の含有率が0〜40モル%である下記式[6]で表される主鎖構造を有するフッ素系化合物であり、
化合物(B2)は、主鎖中にパーフルオロアルキルエーテル構造を有し、分子末端にアルケニル基を1〜2個有する化合物であって、アルケニル基を2個有する分子の含有率が0〜40モル%である下記式[6]で表される主鎖構造を有するフッ素系化合物であり、
化合物(C)は、熱伝導性フィラーであり、
前記化合物(A1)、(B1)、(A2)及び(B2)の含有量に関し、下記式[1]〜[3]:
〔(A1)+(B1)〕/〔(A2)+(B2)〕=20/80〜80/20 [1]
(A1)/(B1)=20/80〜80/20 [2]
(A2)/(B2)=20/80〜80/20 [3]
を満たし、
前記第2の樹脂組成物は、下記に示す化合物(D1)及び/又は(D2)と、化合物(E1)及び/又は(E2)とを含み、
化合物(D1)、(D2)、(E1)及び(E2)は、それぞれが主鎖中にパーフルオロアルキルエーテル構造を有し、下記式[6]で表される主鎖構造を有するフッ素系化合物(D1f)、(D2f)、(E1f)及び(E2f)であり、またはそれぞれが主鎖中にシロキサン結合を有し、下記式[11]で表されるシリコーン系化合物(D1s)、下記式[13]で表されるシリコーン系化合物(D2s)、下記式[12]で表されるシリコーン系化合物(E1s)及び下記式[14]で表されるシリコーン系化合物(E2s)であり、
化合物(D1)は、分子末端にヒドロシリル基を1〜2個有する化合物であって、ヒドロシリル基を2個有する分子の含有率が60〜100モル%である化合物であり、
化合物(E1)は、分子末端にアルケニル基を1〜2個有する化合物であって、アルケニル基を2個有する分子の含有率が60〜100モル%である化合物であり、
化合物(D2)は、分子末端にヒドロシリル基を1〜2個有する化合物であって、ヒドロシリル基を2個有する分子の含有率が0〜40モル%である化合物であり、
化合物(E2)は、分子末端にアルケニル基を1〜2個有する化合物であって、アルケニル基を2個有する分子の含有率が0〜40モル%である化合物であり、
前記化合物(D1)、(D2)、(E1)及び(E2)の含有量に関し、下記式[21]:
〔(D1)+(D2)〕/〔(E1)+(E2)〕=40/60〜60/40 [21]
を満たす、熱伝導性シート。
(式[6]中、nは1〜10の整数である。)
(式[11]中、nは1〜10の整数であり、Z 9 はSi(H)(R 9 ) 2 を表わし、Z 10 は、末端ヒドロシリル基を2個有する分子においては、Si(H)(R 10 ) 2 を表わし、末端ヒドロシリル基を1個有する分子においては、Si(R 11 ) 3 を表わし、R 9 、R 10 、R 11 は、それぞれ独立して、置換または非置換の一価炭化水素基であり、R 7 ,R 8 は、それぞれ、水素原子または不飽和結合を含有しない非置換または置換の炭素数1〜20の一価炭化水素基である。)
(式[13]中、nは1〜10の整数であり、Z 13 及びZ 14 はそれぞれ、上記Z 9 及びZ 10 と同じ意味を表し、R 17 およびR 18 はそれぞれ、上記R 7 とR 8 と同じ意味を表わす。)
(式[12]中、nは1〜10の整数であり、Z 11 はSi(アルケニル基)(R 14 ) 2 を表わし、Z 12 は、末端アルケニル基を2個有する分子においては、Si(アルケニル基)(R 15 ) 2 を表わし、末端アルケニル基を1個有する分子においては、Si(R 16 ) 3 を表わし、R 14 、R 15 、R 16 は、それぞれ独立して、置換または非置換の一価炭化水素基であり、R 12 ,R 13 は、それぞれ、水素原子または不飽和結合を含有しない非置換または置換の炭素数1〜20の一価炭化水素基である。)
(式[14]中、nは1〜10の整数であり、Z 15 及びZ 16 はそれぞれ、上記Z 11 及びZ 12 と同じ意味を表し、R 19 およびR 20 はそれぞれ、上記R 12 とR 13 と同じ意味を表わす。) - 前記第2の樹脂組成物は、熱伝導性フィラーを含まない、請求項1に記載の熱伝導性シート。
- 前記第2の樹脂組成物において、化合物(D1)、(D2)、(E1)及び(E2)は、主鎖中にパーフルオロアルキルエーテル構造を有するフッ素系化合物(D1f)、(D2f)、(E1f)及び(E2f)である請求項1または2に記載の熱伝導性シート。
- 前記第2の樹脂組成物において、前記フッ素系化合物(E1f)及び(E2f)が有するアルケニル基がビニル基である請求項3に記載の熱伝導性シート。
- 前記第1の樹脂組成物において、前記フッ素系化合物(A1)、(B1)、(A2)及び(B2)の合計含有量100重量部に対して、前記熱伝導性フィラー(C)を50〜500重量部含む請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
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