JP6771218B2 - 熱伝導性組成物および熱伝導性部材 - Google Patents
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反応硬化性液状樹脂と、非反応性液状樹脂と、熱伝導性充填材と、を含み、反応硬化性液状樹脂が硬化して高分子マトリクスを形成可能な熱伝導性組成物であって、液状樹脂全体の100質量%のうち、反応硬化性液状樹脂を20〜80質量%、非反応性液状樹脂である脂肪族多価アルコールの脂肪族モノカルボン酸エステルを20〜65質量%それぞれ含み、25℃における粘度が10〜1000Pa・sである熱伝導性組成物である。
液状樹脂全体の100質量%のうち、反応硬化性液状樹脂を20〜80質量%、非反応性液状樹脂である脂肪族多価アルコールの脂肪族モノカルボン酸エステルを20〜65質量%それぞれ含むことから、熱伝導性充填材の配合割合に対して低粘度の熱伝導性組成物とすることができる。
そして、熱伝導性組成物は25℃における粘度が10〜1000Pa・sであるため、流動性を有しており発熱体と放熱体の間の隙間にも熱伝導性組成物を塗布することができる。
脂肪族多価アルコールの脂肪族モノカルボン酸エステルについて、炭素数が5〜12の炭化水素にヒドロキシル基を3以上備える脂肪族多価アルコールと、炭素数が5〜12の炭化水素にカルボキシル基を1つ備える脂肪族モノカルボン酸とのエステルとしたため、高分子マトリクスとの親和性が良く、熱伝導性組成物を硬化した後の硬化物からブリードを起こし難く、柔軟性を有するものとできる。また、熱伝導性組成物の粘度を低くできる。
反応硬化性液状樹脂を末端にアリル基を有する非極性炭化水素系高分子としても、極性を有する脂肪族多価アルコールの脂肪族モノカルボン酸エステルと混合して用い、低粘度の熱伝導性組成物を得ることができる。また、末端にアリル基を有するため、所定の硬化剤と組合せることで、所定の条件で硬化する熱伝導性組成物を得ることができる。
液状樹脂100質量部に対して熱伝導性充填材を300〜1700質量部含む熱伝導性組成物としたため、脂肪族多価アルコールの脂肪族モノカルボン酸エステルが熱伝導性充填材に対して相互作用し分散剤のような作用が生じると考えられ、熱伝導性組成物の粘度を低く抑えることができる。
硬さがE硬度で0〜90である熱伝導性部材としたため、発熱体や放熱体の形状に沿って良好に追従する柔軟性と、発熱体や放熱体との密着性とを十分に確保することができる。また、放熱体への衝撃や振動があっても緩衝して基板への影響を低減することができ、発熱体を好適に保護することができる。
脂肪族多価アルコールの脂肪族モノカルボン酸エステルについて、炭素数が5〜12の炭化水素にヒドロキシル基を3以上備える脂肪族多価アルコールと、炭素数が5〜12の炭化水素にカルボキシル基を1つ備える脂肪族モノカルボン酸とのエステルとしたため、高分子マトリクスとの親和性が良く、熱伝導性部材からのブリードが生じ難く、柔軟性を有するものとできる。また、硬化前の熱伝導性組成物の粘度を低くできる。
高分子マトリクスが非極性炭化水素系高分子であるため、シリコーン系の材質を用いた場合のような低分子シロキサンによる接点障害等の問題が生じるおそれがない。
分子マトリクスと非反応性液状樹脂の合計100質量部に対して熱伝導性充填材を300〜1700質量部含む熱伝導性部材としたため、熱伝導性の高い熱伝導性部材とすることができる。
また、本発明の熱伝導性部材によれば、所定の硬度と柔らかさを有し、熱伝導性が高い。
反応硬化性液状樹脂は、硬化反応により高分子マトリクスを形成する液状成分であり、加熱したり光等を照射したりすることでそれ自体が硬化する反応硬化性液状樹脂や、別に硬化材を加えることで硬化する反応硬化性液状樹脂を含む。また、主剤と硬化剤を混合することでその二成分が重合するような場合には、主剤と硬化剤の双方が反応硬化性液状樹脂である。
こうした非反応性液状樹脂には、前記反応硬化性液状樹脂と同種の骨格でありながら反応基を有しない液状樹脂や、そうした骨格を有せずとも前記反応硬化性液状樹脂と混ざるものを挙げることができる。反応硬化性液状樹脂と同種の骨格を有するものとしてパラフィンオイルやポリαオレフィン、プロセスオイル等の炭化水素系オイルや、アクリル系オイル、シリコーンオイル等を例示できる。また、反応硬化性液状樹脂と同種の骨格を有しないものとして後述の脂肪族多価アルコールの脂肪族モノカルボン酸エステル等のエステル系オイルやポリブテン系オイル等を例示できる。
脂肪族モノカルボン酸は、飽和脂肪族であることが好ましい。不飽和基の存在は一部の反応硬化性液状樹脂と反応するおそれがあるとともに、耐候性が損なわれるおそれがあるためである。
そして、液状樹脂、熱伝導性充填材および必要な添加剤等の各成分を混合することで熱伝導性組成物を得ることができる。
なお、上記粘度は、粘度計(BROOKFIELD回転粘度計DV−E)でスピンドルSC4−14の回転子を用い、回転速度10rpmで測定した粘度を示す。
反応硬化性液状樹脂としてのアリル末端ポリイソブチレンと混合する非反応性液状樹脂の種類を変えた試料1〜4の熱伝導性組成物とその硬化物である試料1〜4の熱伝導性部材を作製した。
反応硬化性液状樹脂として、アリル末端ポリイソブチレンを44質量部、非反応性液状樹脂として脂肪族多価アルコールの脂肪族モノカルボン酸エステルであるトリエチルヘキサン酸トリメチロールプロパンを56質量部、熱伝導性充填材として、水酸化アルミニウム(不定形で平均粒径1.2μmのものと不定形で平均粒径10μmのものと不定形で平均粒径50μmのものとを3:5:8の重量比で混合した混合物)320質量部と、酸化アルミニウム(球状、平均粒径20μm)100質量部を混合して表1の試料1として示す熱伝導性組成物を作製した。また、試料1の熱伝導性組成物を100℃で1時間、加熱硬化して硬化物である試料1の熱伝導性部材を作製した。なお、反応硬化性液状樹脂としてのアリル末端ポリイソブチレンは、主剤としてのアリル末端ポリイソブチレンの10重量部に対して、硬化剤としてはハイドロジェンオルガノポリシロキサンを1重量部含み、その合計が44重量部である。
アリル末端ポリイソブチレンの主剤の粘度は50mPa・s、トリエチルヘキサン酸トリメチロールプロパンの粘度は0.1Pa・sであった。
試料1で用いた非反応性液状樹脂を、表1に示す脂肪族多価アルコールの脂肪族モノカルボン酸エステルであるテトラエチルヘキサン酸ペンタエリスリトール(粘度0.07Pa・s)に変更し、それ以外は試料1と同様にして試料2の熱伝導性組成物とその硬化物である試料2の熱伝導性部材を作製した。
試料1で用いた非反応性液状樹脂を、表1に示すプロセスオイル(パラフィン系、粘度0.08Pa・s)に変更し、それ以外は試料1と同様にして試料3の熱伝導性組成物とその硬化物である試料3の熱伝導性部材を作製した。
試料1で用いた非反応性液状樹脂を、表1に示す側鎖型エステル系オイル(粘度0.1Pa・s)に変更し、それ以外は試料1と同様にして試料4の熱伝導性組成物とその硬化物である試料4の熱伝導性部材を作製した。
反応硬化性液状樹脂としてのアリル末端ポリイソブチレンと混合する非反応性液状樹脂の種類の影響について検討した。
非反応性液状樹脂としてプロセスオイルを用いた試料3を基準にして、プロセスオイル以外の非反応性液状樹脂を用いた試料1、試料2、試料4について、各試料の粘度を比較したところ、トリエチルヘキサン酸トリメチロールプロパンを用いた試料1は試料3との比で0.55であった。また、テトラエチルヘキサン酸ペンタエリスリトールを用いた試料2は試料3との比で0.71であった。そして、側鎖型エステルオイルを用いた試料4は試料3との比で0.90であった。これらの結果から、テトラエチルヘキサン酸ペンタエリスリトールでは、かなり粘度を低くすることができ、側鎖型エステルオイルでは粘度がやや低下するに留まることがわかった。
また試料1〜4のE硬度は、E18〜E24であり、何れの熱伝導性部材も好適な硬さを有する熱伝導性部材であった。
反応硬化性液状樹脂の種類を変えて試料5〜10の熱伝導性組成物とその硬化物である試料5〜10の熱伝導性部材を作製した。その成分および配合量を表2に示す。なお、表2で示す成分名のうち表1で示す成分名と同じものは表1と同じ内容を示す。
反応硬化性液状樹脂として、アリル基含有オルガノポリシロキサン(1.0Pa・s)を用いた。主剤としてのアリル基含有オルガノポリシロキサンに対し、硬化剤としてのハイドロジェンオルガノポリシロキサンを用い、これを主剤:硬化剤=10:1の割合で混合した。また、得られた試料5、6の熱伝導性組成物を120℃、1時間の条件で硬化して試料5、6の熱伝導性部材を作製した。
反応硬化性液状樹脂として、エステル系アクリルオリゴマー(9.0Pa・s)を用いた。主剤としてのエステル系アクリルオリゴマーに対し、反応開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルを用い、これを主剤:反応開始剤=100:1の割合で混合した。また、得られた試料7、8の熱伝導性組成物は、100℃、1時間の条件で硬化して試料7、8の熱伝導性部材を作製した。
反応硬化性液状樹脂として、ビスフェノールAエポキシ樹脂(2.3Pa・s)を用いた。主剤としてのビスフェノールAエポキシ樹脂に対し、硬化剤としての脂肪族ポリアミンを用い、これを主剤:硬化剤=10:1の割合で混合した。ここで得られた試料9、10の熱伝導性組成物は、120℃、1時間の条件で硬化して試料9、10の熱伝導性部材を作製した。
反応硬化性液状樹脂の種類による粘度低減効果について検討した。
反応硬化性液状樹脂としてアリル基含有ポリオルガノシロキサン、エステル系アクリルオリゴマー、ビスフェノールAエポキシ樹脂を用い、これらに対して非反応性樹脂としてトリエチルヘキサン酸トリメチロールプロパンを添加した試料とプロセスオイルを添加した試料の粘度を比較した。
これらの結果から、脂肪族多価アルコールの脂肪族モノカルボン酸エステルは、種々の反応硬化性液状樹脂に対して粘度低減効果を見込めることがわかった。
また、試料5及び6のE硬度はE15程度、試料7及び8のE硬度はE70程度、試料9及び10のE硬度はE90程度であり、試料5、7、9の熱伝導性部材は好適な硬さを有する熱伝導性部材であった。
反応硬化性液状樹脂、非反応性液状樹脂および熱伝導性充填材の配合量を変えて試料11〜20の熱伝導性組成物とその硬化物である試料11〜20の熱伝導性部材を作製した。その成分および配合量を表3及び表4に示す。なお、表3、表4で示す成分名のうち表1や表2で示す成分名と同じものは表1や表2と同じ内容を示す。また、表3、表4におけるポリアルファオレフィンは、粘度1.9Pa・sのものを用いた。
各成分の配合量の相違による粘度低減効果について検討した。
試料11〜試料16について粘度比を見ると、いずれも0.70〜0.77の範囲となり、少なくとも検討した配合量の範囲では優れた粘度低減効果を発揮することがわかった。また、プロセスオイルを用いた試料18、試料20は、流動性を示す熱伝導性組成物を得られなかったが、トリエチルヘキサン酸トリメチロールプロパンを用いた試料は、いずれも流動性を有していた。また、試料13、15のような非反応性液状樹脂を用いても、トリエチルヘキサン酸トリメチロールプロパンを含むことで粘度低減効果があることがわかった。
また、試料11〜16のE硬度はE18〜E24、熱伝導性充填材の配合量が多い試料ではやや硬さが増し試料17及び18のE硬度はE31程度、試料19及び20のE硬度はE38程度であった。試料11、13、15、17、19の熱伝導性部材は好適な硬さを有する熱伝導性部材であった。
Claims (7)
- 反応硬化性液状樹脂と、非反応性液状樹脂と、熱伝導性充填材と、を含み、反応硬化性液状樹脂が硬化して高分子マトリクスを形成可能な熱伝導性組成物であって、液状樹脂全体の100質量%のうち、反応硬化性液状樹脂を20〜80質量%、非反応性液状樹脂である脂肪族多価アルコールの脂肪族モノカルボン酸エステルを20〜65質量%それぞれ含み、25℃における粘度が10〜1000Pa・sであり、
脂肪族多価アルコールの脂肪族モノカルボン酸エステルは、炭素数が5〜12の炭化水素にヒドロキシル基を3以上備える脂肪族多価アルコールと、炭素数が5〜12の炭化水素にカルボキシル基を1つ備える脂肪族モノカルボン酸とのエステルである熱伝導性組成物。 - 反応硬化性液状樹脂と、非反応性液状樹脂と、熱伝導性充填材と、を含み、反応硬化性液状樹脂が硬化して高分子マトリクスを形成可能な熱伝導性組成物であって、液状樹脂全体の100質量%のうち、反応硬化性液状樹脂を20〜80質量%、非反応性液状樹脂である脂肪族多価アルコールの脂肪族モノカルボン酸エステルを20〜65質量%それぞれ含み、25℃における粘度が10〜1000Pa・sであり、
反応硬化性液状樹脂が、末端にアリル基を有する非極性炭化水素系高分子である熱伝導性組成物。 - 液状樹脂100質量部に対して熱伝導性充填材を300〜1700質量部含む請求項1または請求項2記載の熱伝導性組成物。
- 高分子マトリクスと、非反応性液状樹脂と、熱伝導性充填材と、を含む熱伝導性部材であって、
非反応性液状樹脂が、脂肪族多価アルコールの脂肪族モノカルボン酸エステルを含み、
高分子マトリクスと非反応性液状樹脂の合計100質量%のうち、高分子マトリクスを20〜80質量%、脂肪族多価アルコールの脂肪族モノカルボン酸エステルを20〜65質量%それぞれ含み、
脂肪族多価アルコールの脂肪族モノカルボン酸エステルは、炭素数が5〜12の炭化水素にヒドロキシル基を3以上備える脂肪族多価アルコールと、炭素数が5〜12の炭化水素にカルボキシル基を1つ備える脂肪族モノカルボン酸とのエステルである熱伝導性部材。 - 高分子マトリクスと、非反応性液状樹脂と、熱伝導性充填材と、を含む熱伝導性部材であって、
非反応性液状樹脂が、脂肪族多価アルコールの脂肪族モノカルボン酸エステルを含み、
高分子マトリクスと非反応性液状樹脂の合計100質量%のうち、高分子マトリクスを20〜80質量%、脂肪族多価アルコールの脂肪族モノカルボン酸エステルを20〜65質量%それぞれ含み、
高分子マトリクスが非極性炭化水素系高分子である熱伝導性部材。 - 硬さがE硬度で0〜90である請求項4または請求項5記載の熱伝導性部材。
- 高分子マトリクスと非反応性液状樹脂の合計100質量部に対して熱伝導性充填材を300〜1400質量部含む請求項4〜請求項6何れか1項記載の熱伝導性部材。
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