JP6048220B2 - 熱伝導性感圧接着剤組成物、熱伝導性感圧接着性シート状成形体、これらの製造方法、及び電子機器 - Google Patents
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Description
本発明の熱伝導性感圧接着剤組成物(F)は、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)および(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)を含む(メタ)アクリル樹脂組成物(A)と、タッキファイヤー(B)と、平均粒径が50μm以上500μm以下の膨張化黒鉛粉(C)(以下、単に「膨張化黒鉛粉(C)」ということがある。)と、を含む混合組成物中において、少なくとも(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)の重合反応が行われてなるものである。
本発明に用いる(メタ)アクリル樹脂組成物(A)は、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)及び(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)を含んでいる。なお、熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)を得る際には、上述したように少なくとも(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)の重合反応が行われる。当該重合反応を行うことによって(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)由来の構造単位を含む重合体は(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)の成分と混合及び/又は一部結合する。
本発明に用いることができる(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)は特に限定されないが、ガラス転移温度が−20℃以下となる単独重合体を形成する(メタ)アクリル酸エステル単量体の単位(a1)、及び、有機酸基を有する単量体単位(a2)を含有することが好ましい。
(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)は、(メタ)アクリル酸エステル単量体を含有するものであれば特に限定されないが、ガラス転移温度が−20℃以下となる単独重合体を形成する(メタ)アクリル酸エステル単量体(a5m)を含有するものであることが好ましい。
熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)を得る際、上述したように(メタ)アクリル樹脂組成物(A)に含まれる成分が重合する。当該重合反応を促進するため、重合開始剤を用いることが好ましい。当該重合開始剤としては、光重合開始剤、アゾ系熱重合開始剤、有機過酸化物熱重合開始剤などが挙げられる。ただし、得られる熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)に強い接着力を付与する等の観点からは、有機過酸化物熱重合開始剤を用いることが好ましい。
重合開始剤の使用量を上記範囲とすることによって、(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)の重合転化率を適正な範囲にし易くなり、熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)に単量体臭が残ることを防止し易くなる。
なお、(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)の重合転化率は、95質量%以上であることが好ましい。(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)の重合転化率が95質量%以上であれば、熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)に単量体臭が残ることを防止し易くなる。
また、重合開始剤の使用量を上記範囲とすることによって、重合反応が過度に進行して熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)が平滑なシート状にならずに表面に凹凸やピンホールが発生するという事態を防止し易くなる。
次に、タッキファイヤー(B)について説明する。タッキファイヤー(B)を配合することによって、熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)の接着力を強めることができる。しかしながら、タッキファイヤー(B)を多量に添加すると熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)の成形が困難であった。本発明者らは、後に詳述する所定の粒径の膨張化黒鉛粉(C)とタッキファイヤー(B)とを併用することによって、タッキファイヤー(B)の添加量を増やしても熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)の成形性が良好であることを見出した。タッキファイヤー(B)と所定の粒径の膨張化黒鉛粉(C)とを所定量で配合することによって、熱伝導性を高めつつ、十分な凝集力および接着力を有する熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)を得ることができる。
次に膨張化黒鉛粉(C)について説明する。膨張化黒鉛粉(C)は高い熱伝導性を有しており、膨張化黒鉛粉(C)を添加することによって、熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)の熱伝導性を向上させることができる。
上述したように、本発明の熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)は、混合組成物中において少なくとも(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)の重合反応が行われてなる。ただし、さらに架橋剤(D)による、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)及び/又は(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)由来の構造単位を含む重合体の架橋反応がさらに行われることが好ましい。架橋剤(D)を適量用いることによって、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)及び/又は(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)由来の構造単位を含む重合体に分子内及び/又は分子間架橋を導入して、熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)の凝集力および引張強度を向上させやすくなる。
なお、「(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)及び/又は(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)由来の構造単位を含む重合体の架橋反応」とは、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)同士の架橋反応、(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)由来の構造単位を含む重合体同士の架橋反応、及び、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)と(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)由来の構造単位を含む重合体との架橋反応のうち、一又は複数の架橋反応を意味する(以下、同じ。)。
多官能エポキシ化合物(D1)は、官能基を2以上10000以下有する多官能エポキシ化合物である。多官能エポキシ化合物(D1)は、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)中の有機酸基と反応して架橋構造を形成し得る。また、同様に、(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)が有機酸基を有する単量体を含有している場合、該有機酸基と反応し得るため、(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)由来の構造単位を含む重合体に架橋構造を形成し得る。
B型粘度計(東京計器株式会社製)を用いて、以下に示す手順で行う。
(1)常温の環境で測定対象を300ml計量し、500mlの容器に入れる。
(2)攪拌用ロータNo.1、2、3、4、5、6、7から、いずれかを選択し、粘度計に取り付ける。
(3)測定対象が入った容器を粘度計の上に置き、ロータを該容器内の測定対象に沈める。このとき、ロータの目印となる凹みが丁度、測定対象の液状界面にくるように沈める。
(4)回転数を20、10、4、2の中から選択する。
(5)攪拌スイッチを入れ、1分後の数値を読み取る。
(6)読み取った数値に、係数Aを掛け算した値が粘度[mPa・s]となる。
なお、係数Aは、下記表1に示すように、選択したロータNo.と回転数とから決まる。
多官能性単量体(D2)は重合性不飽和結合を複数有しており、該不飽和結合を末端に有することが好ましい。多官能性単量体(D2)としては、(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)に含まれる単量体と共重合可能なものを用いる。
本発明の熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)によれば、タッキファイヤー(B)と所定の粒径の膨張化黒鉛粉(C)とを併用することによって、凝集力(成形性)を良好に保ちつつタッキファイヤー(B)の添加量を増やすことができ、接着力を強めることができる。また、膨張化黒鉛粉(C)を添加することによって熱伝導性を向上させることができる。
本発明の熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)には、これまでに説明した物質以外にも、上述した本発明の熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)の性能を満足できる範囲で、公知の各種添加剤を添加することができる。
次に、熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)の製造方法について説明する。
なお、その他に使用できる物質や、各物質の好ましい含有比率等は上述した通りであり、ここでは詳細な説明を省略する。
なお、その他に使用できる物質や、各物質の好ましい含有比率等は上述した通りであり、ここでは詳細な説明を省略する。
本発明の熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)は、熱伝導性が高く、且つ感圧接着性を有しているため、発熱体と放熱体との間に介在させて、発熱体から放熱体への熱伝導を効率よく行うなどの用途に使用できる。また、本発明の熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)は、電子機器に備えられる発熱体である電子部品に取り付け、該電子部品の一部として用いることができる。本発明の熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)の使用例について、図1を参照しつつ説明する。図1は、熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)の使用例を説明する図である。
図1(A)に示したように、電子部品2とヒートシンク3とで熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)4を挟んで固定することによって、熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)4が有する感圧接着性により、熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)4は電子部品2とヒートシンク3とに接着する。そして、熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)4は高い熱伝導性を有しているので、電子部品2で発した熱は熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)4を介してヒートシンク3へと効率よく伝えられ、ヒートシンク3から放熱される。
図1(B)に示したように、1つのヒートシンク13に熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)14、14を介してNPNトランジスタ12a及びPNPトランジスタ12bを取り付けることによって、熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)14が有する感圧接着性により、一方の熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)14はNPNトランジスタ12aとヒートシンク13とに接着し、他方の熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)14はPNPトランジスタ12bとヒートシンク13とに接着する。そして、熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)14は高い熱伝導性を有しているので、NPNトランジスタ12a及びPNPトランジスタ12bで発した熱は熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)14、14を介してヒートシンク13へと効率よく伝えられ、ヒートシンク13から放熱される。このとき、NPNトランジスタ12a及びPNPトランジスタ12bが、共に、高い熱伝導性を有する熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)14、14を介して一つのヒートシンク13に取り付けられていることによって、NPNトランジスタ12aとPNPトランジスタ12bとで温度差が生じることを抑制できる。
図1(C)に示したように、2つの発熱体22、22が熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)24を介して固定されることによって、熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)24が有する感圧接着性により、熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)24は2つの発熱体22、22に接着する。そして、熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)24は高い熱伝導性を有しているので、2つの発熱体22、22の一方の温度が他方に比べて高くなれば、一方から他方へと速やかに熱を伝えられるので、2つの発熱体22、22の間で温度差が生じることを抑制できる。
後に説明するようにして2枚の離型PETフィルム(離型処理されたポリエチレンテレフタレートフィルム。以下同じ。)で挟持された熱伝導性感圧接着性シート状成形体を作製し、その後、上面側の離型PETフィルムを剥がした。このとき、熱伝導性感圧接着性シート状成形体に適正な凝集力が付与されていれば、熱伝導性感圧接着性シート状成形体を破壊することなく離型PETフィルムを剥がすことができる。熱伝導性感圧接着性シート状成形体を破壊することなく剥がせた場合を「○」、熱伝導性感圧接着性シート状成形体が破壊された場合を「×」として、その結果を表2に示した。なお、この評価結果が「×」であったものについては、以降の評価を行っていない。
後に説明するようにして2枚の離型PETフィルム(離型処理されたポリエチレンテレフタレートフィルム。以下同じ。)で挟持された感圧接着性シート状成形体を作製し、これを20mm×25mmに切り出した試験片を用意した。
メチルエチルケトン(MEK)を含ませたキムワイプでアルミニウム板の一方の面を洗浄し、洗浄した面に試験片を貼り付けた。このとき、試験片は2枚の離型PETフィルムで挟持されているので、一方の離型PETフィルムを剥がしてアルミニウム板に貼合し、他方の離型PETフィルム上から圧着ローラーで押圧(1cm/秒の速さで1往復)した。
その後、他方の離型PETフィルムを剥がして空気を噛み込まないようにガラス板を貼り付け、23℃下で2時間放置した。その後、引張試験機(島津製作所社製オートグラフAGS−500)にロードセル(1kN)・冶具をセットし、ガラス板の下部を挟んで引張試験機の下チャックで固定した。
次に、アルミニウム板に付されたワイヤーを引張試験機の上フックに掛け、引張速度50mm/分でガラス板及びアルミニウム板を上下に、試験片の長方形の長手方向にずらすように引っ張った。このときの試験力の最大値を読み取り、下記式からせん断接着力を算出した。その結果を表2に示した。
せん断接着力[N/cm2]=最大試験力(N)/試験片の接着面の片面の面積(cm2)
後に説明するようにして2枚の離型PETフィルム挟持された熱伝導性感圧接着性シート状成形体を作製し、それを50mm×110mmの大きさに裁断した試験片を用意した。その後、当該試験片の一方の面から離型PETフィルムを剥離し、当該離型PETフィルムを剥がした面に、空気が入らないようにラップフィルム(ポリ塩化ビニル製、厚さ8μm)を貼った。このラップフィルムの大きさは、試験片の粘着面より大きいものであれば良い。そして、この試験片のラップフィルムを貼った面とは反対の面の離型PETフィルムを剥離して、当該離型PETフィルムを剥離した面を後述のリファレンスプレートに接するようにセットし、以下の方法で熱伝導率を測定した。熱伝導率[W/m・K]の測定は、迅速熱伝導率計(商品名「QTM−500」、京都電子工業株式会社製)を用いて、非定常熱線比較法により行った。なお、リファレンスプレートには、石英(電流値:4A)、ジルコニア(電流値:6A)、及び、ムライト(電流値:9A)をこの順で使用した。測定は23℃雰囲気下で行った。結果を表2に示した。
後に説明するようにして2枚の離型PETフィルムで挟持された熱伝導性感圧接着性シート状成形体を作製し、それを25mm×120mmの大きさに裁断した試験片を用意した。試験片から上記2枚の離型PETフィルムを剥離し、長手方向の一方の端部に、マイクロセラミックヒーター(坂口電熱株式会社製、商品名:MS−5、25mm×25mm)を貼り付けた。なお、試験片とマイクロセラミックヒーターとの間には厚さ0.05mmの両面テープを使用した。マイクロセラミックヒーターにスライダックを接続し、マイクロセラミックヒーターに200Vの電圧をかけて60分間加熱した後、マイクロセラミックヒーターの表面をサーモグラフィーで撮影した。試験片を貼り付けた場合と貼り付けなかった場合とのマイクロセラミックヒーターの表面温度を比較し、その差(貼り付けなかった場合のマイクロセラミックヒーターの表面温度−試験片を貼り付けた場合のマイクロセラミックヒーターの表面温度)[℃]を評価し、熱拡散効果[℃]とした。熱拡散効果[℃]の数値が大きいほど、熱拡散の効果が高く熱伝導性が高い。測定は23℃雰囲気下で行った。結果を表2に示した。
(実施例1)
反応器に、アクリル酸2−エチルヘキシル94%とアクリル酸6%とからなる単量体混合物100部、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.03部及び酢酸エチル700部を入れて均一に溶解し、窒素置換後、80℃で6時間重合反応を行った。重合転化率は97%であった。得られた重合体を減圧乾燥して酢酸エチルを蒸発させ、粘性のある固体状の(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1−1)を得た。(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1−1)の重量平均分子量(Mw)は270,000、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)は3.1であった。重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、テトラヒドロフランを溶離液とするゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより、標準ポリスチレン換算で求めた。
各物質の配合を表2に示したように変更した以外は実施例1と同様にして実施例2〜5に係るシート(G2〜G5)、及び比較例1〜5に係るシート(GC1〜GC5)を作製した。なお、実施例5では第1混合工程において多官能エポキシ化合物(ナガセケムテックス株式会社製、商品名「EX−1410」、ペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテル、官能基数:4、粘度:320mPa・s、全塩素含有量:0.5%未満、エポキシ当量:160)を用い、比較例1では第2混合工程において膨張化黒鉛粉(伊藤黒鉛工業株式会社製、商品名「EC−500」、平均粒径:30μm)を用いた。
一方、平均粒径が本発明の規定範囲より小さい膨張化黒鉛粉を用いた比較例1にかかるシート(GC1)、タッキファイヤーの配合量が本発明の規定量より多かった比較例3にかかるシート(GC3)、及び膨張化黒鉛粉の配合量が本発明の規定量より多かった比較例5にかかるシート(GC5)は、凝集力が不足していた。また、タッキファイヤーの配合量が本発明の規定量より少なかった比較例2にかかるシート(GC2)は、せん断接着力が低く、接着力が低かったと考えられる。さらに、膨張化黒鉛粉の配合量が本発明の規定量より少なかった比較例4にかかるシート(GC4)は、熱伝導性に劣っていた。
2、12a、12b、22 発熱体
3、13 放熱体
4、14、24 熱伝導性感圧接着性シート状成形体
Claims (3)
- (メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)および(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)を含む(メタ)アクリル樹脂組成物(A)を100質量部と、
タッキファイヤー(B)を3質量部以上60質量部以下と、
平均粒径が50μm以上500μm以下の膨張化黒鉛粉(C)を50質量部以上300質量部以下と、
を含む混合組成物を作製する工程、並びに、
前記混合組成物中において、少なくとも前記(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)の重合反応を行う工程、
を含む、熱伝導性感圧接着剤組成物(F)の製造方法。 - (メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)および(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)を含む(メタ)アクリル樹脂組成物(A)を100質量部と、
タッキファイヤー(B)を3質量部以上60質量部以下と、
平均粒径が50μm以上500μm以下の膨張化黒鉛粉(C)を50質量部以上300質量部以下と、
を含む混合組成物を作製する工程、並びに、
前記混合組成物をシート状に成形した後、又は、前記混合組成物をシート状に成形しながら、少なくとも前記(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)の重合反応を行う工程、
を含む、熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)の製造方法。 - 請求項1に記載の製造方法により得られる熱伝導性感圧接着剤組成物(F)、又は、請求項2に記載の製造方法により得られる熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)を発熱体に貼合する、電子機器の製造方法。
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