JP6887815B2 - 耐熱性熱伝導性シリコーン組成物 - Google Patents
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- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
本発明は、電子部品などの熱伝導部品などに使用される熱伝導性樹脂組成物に関する。さらに詳しくは、耐熱性と熱伝導性を有するシリコーンポリマーベースのゴム，ゲル，パテなどの放熱材料組成物を提供し、またそれら放熱材料の製造に有用な前駆組成物に関する。
コンピュータ（ＣＰＵ）、トランジスタ、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体は使用中に発熱し、その熱のため電子部品の性能が低下することがある。そのため発熱するような電子部品には放熱体が取り付けられる。放熱器は金属であることが多いためＣＰＵと放熱部との密着をよくするため、シート状やゲル状にした熱伝導性組成物を挿入して密着度を高める方法がとられている。このような熱伝導性組成物は、最終目的である放熱材料の熱伝導率を向上させるためには熱伝導性無機粉体を大量に含有させなければならないが、熱伝導性無機粉体の配合を単純に増加すると、エラストマー状の放熱材の場合には硬度が高くなり過ぎて、電子部品と放熱器の間隔を規定の薄さにセットできない問題、電子部品と放熱器の間隙を期待どおりに埋めることができないなどの問題があった。また、エラストマーやゲル状放熱材の場合には、圧縮永久歪みが大きくなって長期信頼性も低下する傾向があった。さらに高温熱履歴によって硬さが上昇する問題もあった。
これらの問題を解決するために、従来からさまざまな手法が提案されてきた。本出願人は特許文献１において、小粒子のアルミナをアルキルシラン化合物で表面処理することを提案している。また、１０〜５０μｍの球状アルミナと、１０μｍ未満の非球状アルミナを使用する放熱材料の提案（特許文献２）、０．１〜５μｍの無定型アルミナと５〜５０μｍの球状アルミナを使用する提案（特許文献３）などがある。さらに特許文献４には、フタロシアニンを添加することにより長時間高温で保持しても硬化後に所望の柔軟性を有するシリコーン組成物が開示されている。
しかし、従来の熱伝導性シリコーン組成物は耐熱性が十分ではなく、とくに高温熱履歴によって硬さが上昇する問題は未解決のままであった。
本発明は前記従来の問題を解決するため、高温熱履歴を受けても硬さの変化が少ない耐熱性熱伝導性シリコーン組成物を提供する。
本発明は前記従来の問題を解決するため、高温熱履歴を受けても硬さの変化が少ない耐熱性熱伝導性シリコーン組成物を提供する。
本発明の耐熱性熱伝導性シリコーン組成物は、シリコーン樹脂と、熱伝導性フィラーと、耐熱性向上剤を含む耐熱性熱伝導性シリコーン組成物であって、前記熱伝導性フィラーは少なくとも球状溶融固化アルミナを含み、前記耐熱性向上剤は下記Ａ及びＢから選ばれる少なくとも一つであり、
Ａ テトラヨードフタル酸金属塩、アセチルアセトン金属塩、２−エチルヘキサン酸金属塩、及びフタロシアニン金属から選ばれる少なくとも一つの有機金属錯体
Ｂ ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムから選ばれる少なくとも一つの希土類金属
前記耐熱性熱伝導性シリコーン組成物は、発熱性電子部品からの発熱を放熱するための放熱材料組成物であることを特徴とする。
Ａ テトラヨードフタル酸金属塩、アセチルアセトン金属塩、２−エチルヘキサン酸金属塩、及びフタロシアニン金属から選ばれる少なくとも一つの有機金属錯体
Ｂ ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムから選ばれる少なくとも一つの希土類金属
前記耐熱性熱伝導性シリコーン組成物は、発熱性電子部品からの発熱を放熱するための放熱材料組成物であることを特徴とする。
本発明は、熱伝導性フィラーとして少なくとも1種類以上の球状溶融固化アルミナを用い、耐熱性向上剤を含むことにより、高温熱履歴を受けても硬さの変化が少ない耐熱性熱伝導性シリコーン組成物を提供できる。すなわち、球状溶融固化アルミナと耐熱性向上剤を組み合わせることにより、高い耐熱性が得られる。
本発明者らは、シリコーン組成物について、従来から知られている耐熱性向上剤を添加してスクリーニングテストをしたところ、驚くべきことに、球状溶融固化アルミナと耐熱性向上剤を組み合わせると特異的に耐熱性が向上することを見つけた。とくに従来のシリコーン系熱伝導性ゲルは、高温履歴によって硬さが上昇するのが大きな問題であり、非常に柔軟な特性を有するゲルであるゆえに、硬さの大幅な上昇は、用途を拡大する際の制約になっていた。たとえば、高温履歴で硬さが７０度（アスカーＣ）を超えないことは、その温度での使用可能性を判断する尺度になっている。ところが、球状溶融固化アルミナと耐熱性向上剤を組み合わせると、この問題を解決できることを見出した。球状溶融固化アルミナと耐熱性向上剤を組み合わせると特異的に耐熱性が向上する理由は定かではないが、球状溶融固化アルミナは、一般的に比表面積が小さく、シリコーン樹脂に含んだ際には、シリコーン樹脂と球状溶融固化アルミナとの界面面積（接触面積）が小さい。更には、球状溶融固化アルミナは高温履歴では破砕などの球状溶融固化フィラーでない他の熱伝導性フィラーと比べると高温履歴でのフィラー表面の活性が小さくシリコーン樹脂への熱劣化を抑制すると考えられる。このため、シリコーン樹脂と熱伝導性フィラーとの界面面積（接触面積）が大きいほど硬さ上昇などの悪影響を受け易いと考えられる。ただし、球状溶融固化アルミナを用いただけでは、シリコーン樹脂の熱劣化を抑制するのみに留まり、耐熱性の向上は期待できない。そこで耐熱性向上剤を組み合わせることで特異的に耐熱性が向上することを確認した。
本発明において、シリコーン組成物はエラストマー、ゲル、パテ、及びグリースから選ばれ、硬化システムは過酸化物、付加、縮合等いかなる方法を用いてもよい。本発明の耐熱性熱伝導性シリコーン組成物は、シリコーン樹脂と、熱伝導性フィラーと、耐熱性向上剤を含み、熱伝導性フィラーは球状溶融固化アルミナを含み、熱伝導率は０．８Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。好ましくは０．８〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ、さらに好ましくは１〜１０Ｗ／ｍ・Ｋである。前記の範囲であれば、発熱体からの熱を効率よく放熱体又は大気に熱伝導させることができる。
前記耐熱性熱伝導性シリコーン組成物は、ゲルの場合、大気圧下、２２０℃、２５０時間の熱処理後のアスカーＣ硬度が６０度以下であることが好ましい。さらに好ましくは５０度以下である。また前記耐熱性熱伝導性シリコーン組成物は、エラストマーの場合、大気圧下、２２０℃、２０００時間の熱処理後のショア―Ａ硬度が８０度以下、又は伸びが６０％を下回らないことが好ましい。また前記耐熱性熱伝導性シリコーン組成物は、パテの場合、大気圧下、１２０℃、１０００時間の熱処理後のアスカーＣ硬度が６０度以下であることが好ましい。また前記耐熱性熱伝導性シリコーン組成物は、グリースの場合、大気圧下、１５０℃、２５０時間の熱処理後の熱抵抗値の変化幅が０．５℃・ｃｍ2/Ｗ以下であることが好ましい。前記の範囲であれば耐熱性は十分である。
前記耐熱性向上剤は、下記Ａ〜Ｄから選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。
Ａ テトラヨードフタル酸金属塩、アセチルアセトン金属塩、２−エチルヘキサン酸金属塩、及びフタロシアニン金属から選ばれる少なくとも一つの有機金属錯体
Ｂ セリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムから選ばれる少なくとも一つの希土類金属
Ｃ 銅、亜鉛、アルミ、鉄、ジルコニウム、及びチタンから選ばれる少なくとも一つの金属又はこれらの酸化物、水酸化物、酸化鉄フェライト、又は炭酸ニッケル
Ｄ アセチレンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラフェン、及びファーネスブラックから選ばれる少なくとも一つのカーボン粉もしくはナノ粒径カーボン粉。
Ａ テトラヨードフタル酸金属塩、アセチルアセトン金属塩、２−エチルヘキサン酸金属塩、及びフタロシアニン金属から選ばれる少なくとも一つの有機金属錯体
Ｂ セリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムから選ばれる少なくとも一つの希土類金属
Ｃ 銅、亜鉛、アルミ、鉄、ジルコニウム、及びチタンから選ばれる少なくとも一つの金属又はこれらの酸化物、水酸化物、酸化鉄フェライト、又は炭酸ニッケル
Ｄ アセチレンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラフェン、及びファーネスブラックから選ばれる少なくとも一つのカーボン粉もしくはナノ粒径カーボン粉。
前記耐熱性向上剤は、耐熱性熱伝導性シリコーン組成物を１００質量部としたとき、０．０００１〜１００質量部含むのが好ましい。さらに好ましい添加量は０．０００５〜５０質量部である。前記の範囲であれば好ましい耐熱性が得られる。
前記球状溶融固化アルミナは、耐熱性熱伝導性シリコーン組成物を１００質量部としたとき、１〜３０００質量部含むのが好ましい。さらに好ましい添加量は１０〜２０００質量部である。前記の範囲であれば好ましい耐熱性が得られる。前記球状溶融固化アルミナとそれ以外の熱伝導性フィラーを併用する場合は、熱伝導性フィラー全体を１００質量％としたとき、前記球状溶融固化アルミナは５質量％以上が好ましく、さらに好ましくは１０質量％以上である。また、前記球状溶融固化アルミナとそれ以外の熱伝導性フィラーを併用する場合は、耐熱性熱伝導性シリコーン組成物を１００質量部としたとき、熱伝導性フィラー合計で１〜３０００質量部含むのが好ましい。さらに好ましい添加量は１０〜２０００質量部である。前記球状溶融固化アルミナ以外の熱伝導性フィラーとしては、金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属窒化物、炭化物など、一般的な熱伝導性フィラーがあり、例えば、シリカ（石英）、酸化マグネシウム、フェライト、窒化硼素、人工ダイヤモンド、窒化珪素、炭化珪素、銀、カーボンファイバー、破砕アルミナ（無定形）、破砕多角形アルミナ、球状窒化アルミニウムなどがある。
前記球状溶融固化アルミナは、平均粒子径が０．１〜５００μｍが好ましい。さらに好ましくは０．２〜３００μｍである。前記の範囲であれば熱伝導性を良好に保てる。前記の範囲であれば、大粒子、中粒子、小粒子を組み合わせて添加してもよい。粒子径の測定はレーザー回折光散乱法により、５０質量％粒子径を測定する。この測定器としては、例えば堀場製作所製社製のレーザー回折／散乱式粒子分布測定装置ＬＡ−９５０Ｓ２がある。前記アルミナ粒子の表面にＲ（ＣＨ3）aＳｉ（ＯＲ’）3-a（Ｒは炭素数１〜２０の非置換または置換有機基、Ｒ’は炭素数１〜４のアルキル基、ａは０もしくは１）で示されるシラン化合物、もしくはその部分加水分解物で表面処理してもよい。Ｒ（ＣＨ3）aＳｉ（ＯＲ’）3-a（Ｒは炭素数１〜２０の非置換または置換有機基、Ｒ’は炭素数１〜４のアルキル基、ａは０もしくは１）で示されるアルコキシシラン化合物（以下単に「シラン」という。）は、一例としてメチルトリメトキシラン，エチルトリメトキシラン，プロピルトリメトキシラン，ブチルトリメトキシラン，ペンチルトリメトキシラン，ヘキシルトリメトキシラン，ヘキシルトリエトキシシラン，オクチルトリメトキシシラン，オクチルトリエトキシラン，デシルトリメトキシシラン，デシルトリエトキシシラン，ドデシルトリメトキシシラン，ドデシルトリエトキシシラン，ヘキサドデシルトリメトキシシラン，ヘキサドデシルトリエトキシシシラン，オクタデシルトリメトキシシラン，オクタデシルトリエトキシシシラン等のシラン化合物がある。前記シラン化合物は、一種又は二種以上混合して使用することができる。表面処理剤として、アルコキシシランと片末端シラノールシロキサン，片末端トリアルコキシシリルジメチルシロキサンを併用してもよい。ここでいう表面処理とは共有結合のほか吸着なども含む。
前記耐熱性熱伝導性シリコーン組成物は、エラストマー、ゲル、パテ、及びグリースから選ばれる少なくとも一つの用途に向けられるのが好ましい。エラストマーはシート状に加工してもよい。
本発明の組成物には、必要に応じて前記以外の成分を配合することができる。例えばベンガラなどの無機顔料、フィラーの表面処理等の目的でアルキルトリアルコキシシラン、流動性調整剤、接着付与剤、硬化速度調整剤、補強性充填剤、難燃剤などを添加してもよい。フィラー表面処理などの目的で添加する材料として、アルコキシ基含有シリコーンを添加しても良い。
以下実施例を用いて説明する。本発明は実施例に限定されるものではない。
（実施例１〜４、比較例１〜２）
この実施例及び比較例は、熱伝導性フィラーのスクリーニングを行った。
＜配合＞
・２液付加型ゲルベース
・ＣＹ５２−２７６Ａ／Ｂ（メーカー：東レ・ダウコーニング）：１００質量部
・熱伝導性フィラー各種：６００質量部
・耐熱性向上剤：フタロシアニン銅：０．２５質量部
＜熱伝導性フィラー各種＞
・実施例１：球状溶融固化アルミナ、ＡＬ３５−７５Ｒ（メーカー：新日鉄住金マテリアルズ）６００質量部
・実施例２：球状溶融固化アルミナ、ＡＺ３５−１２５（メーカー：新日鉄住金マテリアルズ）６００質量部
・実施例３：球状溶融固化アルミナ、ＡＸ３５−１２５（メーカー：新日鉄住金マテリアルズ）６００質量部
・実施例４：球状溶融固化アルミナ、ＡＺ２−７５（メーカー：新日鉄住金マテリアルズ）６００質量部
・比較例１：破砕アルミナ、ＡＬ４７Ｈ（メーカー：昭和電工）６００質量部
・比較例２：破砕多角形アルミナ、ＡＡ−３（メーカー：住友化学）６００質量部
＜耐熱試験方法＞
・環境：恒温器（ＰＨＨ−１０１、エスペック製）２２０℃／２５０時間
・測定方法：日本ゴム協会標準規格（ＳＲＩＳ０１０１）アスカーＣ硬度
・評価方法：硬さと硬さ変化（耐熱試験後硬さ−初期硬さ）
＜結果＞
条件と結果を表１にまとめて示す。表中、添加物の数値単位は「質量部」であり、硬さ（アスカ―Ｃ）の単位は「度」である。また、耐熱添加剤は耐熱性向上剤のことである。以下の表においても同じ。
（実施例１〜４、比較例１〜２）
この実施例及び比較例は、熱伝導性フィラーのスクリーニングを行った。
＜配合＞
・２液付加型ゲルベース
・ＣＹ５２−２７６Ａ／Ｂ（メーカー：東レ・ダウコーニング）：１００質量部
・熱伝導性フィラー各種：６００質量部
・耐熱性向上剤：フタロシアニン銅：０．２５質量部
＜熱伝導性フィラー各種＞
・実施例１：球状溶融固化アルミナ、ＡＬ３５−７５Ｒ（メーカー：新日鉄住金マテリアルズ）６００質量部
・実施例２：球状溶融固化アルミナ、ＡＺ３５−１２５（メーカー：新日鉄住金マテリアルズ）６００質量部
・実施例３：球状溶融固化アルミナ、ＡＸ３５−１２５（メーカー：新日鉄住金マテリアルズ）６００質量部
・実施例４：球状溶融固化アルミナ、ＡＺ２−７５（メーカー：新日鉄住金マテリアルズ）６００質量部
・比較例１：破砕アルミナ、ＡＬ４７Ｈ（メーカー：昭和電工）６００質量部
・比較例２：破砕多角形アルミナ、ＡＡ−３（メーカー：住友化学）６００質量部
＜耐熱試験方法＞
・環境：恒温器（ＰＨＨ−１０１、エスペック製）２２０℃／２５０時間
・測定方法：日本ゴム協会標準規格（ＳＲＩＳ０１０１）アスカーＣ硬度
・評価方法：硬さと硬さ変化（耐熱試験後硬さ−初期硬さ）
＜結果＞
条件と結果を表１にまとめて示す。表中、添加物の数値単位は「質量部」であり、硬さ（アスカ―Ｃ）の単位は「度」である。また、耐熱添加剤は耐熱性向上剤のことである。以下の表においても同じ。
表１のとおり、球状溶融固化アルミナを使用することで熱による劣化を抑制できた。シリコーン系熱伝導性ゲルは、高温履歴によって硬さが上昇するのが大きな問題であった。非常に柔軟な特性を有するゲルであるゆえに、硬さの大幅な上昇は、用途を拡大する際の制約になっていた。たとえば、高温履歴で硬さが70度（アスカーC）を超えないことは、その温度での使用可能性を判断する尺度になっている。実施例１〜４は、エージング後の硬さは２８以下であり、耐熱性が高いことが確認できた。
（実施例５〜１０、比較例３）
この実施例及び比較例は、耐熱性向上剤のスクリーニングを行った。前記実施例１も再度記載する。
＜配合＞
・２液付加型ゲルベース ＣＹ５２−２７６Ａ／Ｂ：１００質量部
・熱伝導性フィラー ＡＬ３５−７５Ｒ：６００質量部
・耐熱性向上剤 各種
＜耐熱性向上剤各種＞
・実施例１：フタロシアニン銅０．２５質量部
・実施例５：フタロシアニン鉄（ＰｃＦｅ）０．５質量部
・実施例６：２−エチルヘキサン酸セリウム０．１質量部
・実施例７：２−エチルヘキサン酸鉄０．１質量部
・実施例８（参考例）：三酸化二鉄（弁柄：ＭＲ−２７０Ｅ）、（メーカー：森下弁柄工業）１．０質量部
・実施例９（参考例）：Ｚ−１０２５（ＺｒＯ2：ＣｅＯ2＝２３：７７）、（メーカー：第一稀元素化学工業）１．０質量部
・実施例１０（参考例）：Ｚ−１２０６（ＺｒＯ2：ＣｅＯ2＝７４：２６）、（メーカー：第一稀元素化学工業）１．０質量部
・比較例３：耐熱性向上剤なし
＜耐熱試験方法＞
・環境：恒温器（ＰＨＨ−１０１、エスペック製） ２２０℃／５００時間
・測定方法：日本ゴム協会標準規格（ＳＲＩＳ０１０１）アスカーＣ硬度
・評価方法：硬さと硬さ変化（耐熱試験後硬さ−初期硬さ）
＜結果＞
条件と結果を表２にまとめて示す。
この実施例及び比較例は、耐熱性向上剤のスクリーニングを行った。前記実施例１も再度記載する。
＜配合＞
・２液付加型ゲルベース ＣＹ５２−２７６Ａ／Ｂ：１００質量部
・熱伝導性フィラー ＡＬ３５−７５Ｒ：６００質量部
・耐熱性向上剤 各種
＜耐熱性向上剤各種＞
・実施例１：フタロシアニン銅０．２５質量部
・実施例５：フタロシアニン鉄（ＰｃＦｅ）０．５質量部
・実施例６：２−エチルヘキサン酸セリウム０．１質量部
・実施例７：２−エチルヘキサン酸鉄０．１質量部
・実施例８（参考例）：三酸化二鉄（弁柄：ＭＲ−２７０Ｅ）、（メーカー：森下弁柄工業）１．０質量部
・実施例９（参考例）：Ｚ−１０２５（ＺｒＯ2：ＣｅＯ2＝２３：７７）、（メーカー：第一稀元素化学工業）１．０質量部
・実施例１０（参考例）：Ｚ−１２０６（ＺｒＯ2：ＣｅＯ2＝７４：２６）、（メーカー：第一稀元素化学工業）１．０質量部
・比較例３：耐熱性向上剤なし
＜耐熱試験方法＞
・環境：恒温器（ＰＨＨ−１０１、エスペック製） ２２０℃／５００時間
・測定方法：日本ゴム協会標準規格（ＳＲＩＳ０１０１）アスカーＣ硬度
・評価方法：硬さと硬さ変化（耐熱試験後硬さ−初期硬さ）
＜結果＞
条件と結果を表２にまとめて示す。
表２から明らかなとおり、耐熱性向上剤を添加することで耐熱性が向上した。耐熱性向上剤を添加してないものは６４ポイント上昇した（比較例３）。
（実施例１１（参考例）、比較例４）
この実施例、比較例ではシリコーンの種類を比較した。
＜シリコーンエラストマー＞
［実施例１１（参考例）］
・付加型シリコーンエラストマー：ミラブルベース，ＳＨ４３２ＢＡＳＥ（東レ・ダウコーニング）１００質量部
・熱伝導性フィラー：球状溶融固化アルミナ、ＡＬ３５−７５Ｒ（メーカー：新日鉄住金マテリアルズ）：２７０質量部
・耐熱性向上剤：ＣＰ２１（東レ・ダウコーニング）三酸化二鉄（III）のマスターバッチ ５０ｗｔ％：３質量部
・硬化剤： ＲＤ７（東レ・ダウコーニング）：０．８質量部
・白金系金属触媒：ＭＲ９１（東レ・ダウコーニング）：０．４質量部
［比較例４］
・付加型エラストマー:ミラブルベース, ＳＨ４３２ＢＡＳＥ（東レ・ダウコーニング）１００質量部
・熱伝導性フィラー：球状溶融固化アルミナ、ＡＬ３５−７５Ｒ（メーカー：新日鉄住金マテリアルズ）：２７０質量部
・硬化剤： ＲＤ７（東レ・ダウコーニング）：０．８質量部
・白金系金属触媒：ＭＲ９１（東レ・ダウコーニング）：０．４質量部
＜耐熱試験方法＞
・環境：恒温器（ＰＨＨ−１０１、エスペック製） ２２０℃／２０００時間
・測定方法：日本ゴム協会標準規格（ＳＲＩＳ０１０１） ショアＡ硬度
・評価方法：硬さ、伸び、引張強さ、変化率（数）
＜結果＞
条件と結果を表３にまとめて示す。
この実施例、比較例ではシリコーンの種類を比較した。
＜シリコーンエラストマー＞
［実施例１１（参考例）］
・付加型シリコーンエラストマー：ミラブルベース，ＳＨ４３２ＢＡＳＥ（東レ・ダウコーニング）１００質量部
・熱伝導性フィラー：球状溶融固化アルミナ、ＡＬ３５−７５Ｒ（メーカー：新日鉄住金マテリアルズ）：２７０質量部
・耐熱性向上剤：ＣＰ２１（東レ・ダウコーニング）三酸化二鉄（III）のマスターバッチ ５０ｗｔ％：３質量部
・硬化剤： ＲＤ７（東レ・ダウコーニング）：０．８質量部
・白金系金属触媒：ＭＲ９１（東レ・ダウコーニング）：０．４質量部
［比較例４］
・付加型エラストマー:ミラブルベース, ＳＨ４３２ＢＡＳＥ（東レ・ダウコーニング）１００質量部
・熱伝導性フィラー：球状溶融固化アルミナ、ＡＬ３５−７５Ｒ（メーカー：新日鉄住金マテリアルズ）：２７０質量部
・硬化剤： ＲＤ７（東レ・ダウコーニング）：０．８質量部
・白金系金属触媒：ＭＲ９１（東レ・ダウコーニング）：０．４質量部
＜耐熱試験方法＞
・環境：恒温器（ＰＨＨ−１０１、エスペック製） ２２０℃／２０００時間
・測定方法：日本ゴム協会標準規格（ＳＲＩＳ０１０１） ショアＡ硬度
・評価方法：硬さ、伸び、引張強さ、変化率（数）
＜結果＞
条件と結果を表３にまとめて示す。
表３から明らかなとおり、付加型エラストマーにおいても溶融固化アルミナと耐熱性向上剤を使用することで耐熱劣化を抑制できた。シリコーン系熱伝導性エラストマーは高温履歴によって大きく柔軟性を損ない、ひどい物では亀裂や割れが発生する問題があった。実装されるユニットやデバイスによっては機能低下や重大な損傷を与える懸念もあった。たとえば、高温履歴で硬さが80度（ショアＡ）を超えないこと、もしくは伸びが60％を下回らないことはその温度での柔軟性を維持でき、亀裂や割れが発生しないための尺度になっている。
（実施例１２、比較例５）
この実施例、比較例ではパテの実験をした。
＜配合＞
［実施例１２］
・パテ：２液付加型ゲルベース、粘度１５００Ｐａ・ｓ（メーカー：モメンティブ）：１００質量部
・熱伝導性フィラー：シラン表面処理した平均粒径７５μの球状溶融固化アルミナ：９７０質量部（熱伝導率フィラーの表面処理剤はオクチルトリエトキシシランもしくはそれと類似したシランとした。以下の表面処理剤も同じである。）
・シラン表面処理した平均粒径２μｍの不定形アルミナ：５１０質量部
・シラン表面処理した平均粒径０．３μｍの不定形アルミナ：２６０質量部
・平均粒径８０μｍの球状窒化アルミニウム：７０質量部
・平均粒径１５μｍの球状窒化アルミニウム：２８０質量部
・白金系金属触媒：０．６質量部
・耐熱性向上剤：フタロシアニン銅：４質量部
［比較例５］
・パテ：実施例１２の耐熱性向上剤フタロシアニン銅を０質量部にしたもの
＜耐熱試験方法＞
・環境：恒温器（ＰＨＨ−１０１、エスペック製） １２０℃／１０００時間
・測定方法：日本ゴム協会標準規格（ＳＲＩＳ０１０１） ショアＣ硬度
・評価方法：硬さと硬さ変化（耐熱試験後硬さ−初期硬さ）
＜結果＞
条件と結果を表３にまとめて示す。
この実施例、比較例ではパテの実験をした。
＜配合＞
［実施例１２］
・パテ：２液付加型ゲルベース、粘度１５００Ｐａ・ｓ（メーカー：モメンティブ）：１００質量部
・熱伝導性フィラー：シラン表面処理した平均粒径７５μの球状溶融固化アルミナ：９７０質量部（熱伝導率フィラーの表面処理剤はオクチルトリエトキシシランもしくはそれと類似したシランとした。以下の表面処理剤も同じである。）
・シラン表面処理した平均粒径２μｍの不定形アルミナ：５１０質量部
・シラン表面処理した平均粒径０．３μｍの不定形アルミナ：２６０質量部
・平均粒径８０μｍの球状窒化アルミニウム：７０質量部
・平均粒径１５μｍの球状窒化アルミニウム：２８０質量部
・白金系金属触媒：０．６質量部
・耐熱性向上剤：フタロシアニン銅：４質量部
［比較例５］
・パテ：実施例１２の耐熱性向上剤フタロシアニン銅を０質量部にしたもの
＜耐熱試験方法＞
・環境：恒温器（ＰＨＨ−１０１、エスペック製） １２０℃／１０００時間
・測定方法：日本ゴム協会標準規格（ＳＲＩＳ０１０１） ショアＣ硬度
・評価方法：硬さと硬さ変化（耐熱試験後硬さ−初期硬さ）
＜結果＞
条件と結果を表３にまとめて示す。
表４から明らかなとおり、球状溶融固化アルミナと耐熱性向上剤を使用することで熱による劣化を抑制できる。シリコーン系熱伝導性パテは、高温履歴によって硬さが上昇するのが大きな問題であった。非常に柔軟な特性を有するパテであるゆえに、硬さの大幅な上昇は、用途を拡大する際の制約になっていた。たとえば、高温履歴で硬さが６０度（アスカーＣ）を超えないことは、その温度での使用可能性を判断する尺度になっている。
（実施例１３、比較例６）
この実施例、比較例ではグリースの実験をした。
＜配合＞
［実施例１３］
・グリース：ジメチルシリコーンオイル、粘度１０００ｍＰａ・ｓ（メーカー：東レ・ダウコーニング）：１００質量部
・熱伝導性フィラー：平均粒径３５μｍの球状溶融固化アルミナ：１００質量部
・シラン表面処理した平均粒径２μｍの不定形アルミナ：６００質量部
・平均粒径２０μｍの非晶質シリカ：２００質量部
・耐熱性向上剤：フタロシアニン銅：２質量部
［比較例６］
・グリース：実施例１２の耐熱性向上剤フタロシアニン銅を０質量部にしたもの
＜耐熱試験方法＞
・環境：恒温器（ＰＨＨ−１０１、エスペック製）１５０℃／２５０時間
・測定方法：熱抵抗測定（ＡＳＴＭ Ｄ５４７０）
・評価方法：熱抵抗値変化
＜結果＞
条件と結果を表５にまとめて示す。
この実施例、比較例ではグリースの実験をした。
＜配合＞
［実施例１３］
・グリース：ジメチルシリコーンオイル、粘度１０００ｍＰａ・ｓ（メーカー：東レ・ダウコーニング）：１００質量部
・熱伝導性フィラー：平均粒径３５μｍの球状溶融固化アルミナ：１００質量部
・シラン表面処理した平均粒径２μｍの不定形アルミナ：６００質量部
・平均粒径２０μｍの非晶質シリカ：２００質量部
・耐熱性向上剤：フタロシアニン銅：２質量部
［比較例６］
・グリース：実施例１２の耐熱性向上剤フタロシアニン銅を０質量部にしたもの
＜耐熱試験方法＞
・環境：恒温器（ＰＨＨ−１０１、エスペック製）１５０℃／２５０時間
・測定方法：熱抵抗測定（ＡＳＴＭ Ｄ５４７０）
・評価方法：熱抵抗値変化
＜結果＞
条件と結果を表５にまとめて示す。
表５から明らかなとおり、球状溶融固化アルミナと耐熱性向上剤を使用することで熱による熱抵抗値の上昇を抑制できた。シリコーン系熱伝導性グリースは、高温履歴によって熱抵抗が上昇するのが大きな問題であった。グリースを使用する上で熱抵抗が安定することは、実装されるユニットやデバイスの機能を保持することが出来る。たとえば、高温履歴で熱抵抗値の変化幅が０．５℃・ｃｍ2／Ｗを超えないことは、その温度での使用可能性を判断する尺度になっている。
（実施例１４（参考例）〜実施例１５（参考例））
この実施例では硬化システム（過酸化物硬化）の実験をした。
＜過酸化物硬化＞
・実施例１４（参考例）：アルキル系過酸化物反応、硬化剤（加硫剤）ＲＣ４（東レ・ダウコーニング）
・実施例１５（参考例）：アシル系過酸化物反応、硬化剤（加硫剤）Ｎｏｖｉｐｅｒ ＤＢ５０ （２，４−ジクロロベンゾイルパーオキサイドの５０ｗｔ％ペースト）
＜耐熱試験方法＞
・環境：恒温器（ＰＨＨ−１０１、エスペック製）２２０℃／２０００時間
・測定方法：日本ゴム協会標準規格（ＳＲＩＳ０１０１）ショアＡ硬度
・評価方法：硬さ、伸び、引張強さ
＜結果＞
条件と結果を表６にまとめて示す。
この実施例では硬化システム（過酸化物硬化）の実験をした。
＜過酸化物硬化＞
・実施例１４（参考例）：アルキル系過酸化物反応、硬化剤（加硫剤）ＲＣ４（東レ・ダウコーニング）
・実施例１５（参考例）：アシル系過酸化物反応、硬化剤（加硫剤）Ｎｏｖｉｐｅｒ ＤＢ５０ （２，４−ジクロロベンゾイルパーオキサイドの５０ｗｔ％ペースト）
＜耐熱試験方法＞
・環境：恒温器（ＰＨＨ−１０１、エスペック製）２２０℃／２０００時間
・測定方法：日本ゴム協会標準規格（ＳＲＩＳ０１０１）ショアＡ硬度
・評価方法：硬さ、伸び、引張強さ
＜結果＞
条件と結果を表６にまとめて示す。
表６から明らかなとおり、過酸化物硬化システムにおいても本発明の効果は認められた。
（実施例１６）
この実施例では硬化システム（縮合型）の実験をした。末端にメチルジメトキシシリル基を有するシリコーンポリマー（２５℃における粘度２２２０ｍＰａ・ｓ）にフィラーと耐熱性向上剤を加えて混合して均一なペーストを作成した。そのペーストに縮合触媒として有機スズを加え、シートを作成して三日間硬化させた。
＜耐熱試験方法＞
・環境：恒温器（ＰＨＨ−１０１、エスペック製） ２２０℃／２５０時間
・測定方法：日本ゴム協会標準規格（ＳＲＩＳ０１０１）アスカーＣ硬度
・評価方法：硬さと硬さ変化（耐熱試験後硬さ−初期硬さ）
＜結果＞
条件と結果を表７にまとめて示す。
この実施例では硬化システム（縮合型）の実験をした。末端にメチルジメトキシシリル基を有するシリコーンポリマー（２５℃における粘度２２２０ｍＰａ・ｓ）にフィラーと耐熱性向上剤を加えて混合して均一なペーストを作成した。そのペーストに縮合触媒として有機スズを加え、シートを作成して三日間硬化させた。
＜耐熱試験方法＞
・環境：恒温器（ＰＨＨ−１０１、エスペック製） ２２０℃／２５０時間
・測定方法：日本ゴム協会標準規格（ＳＲＩＳ０１０１）アスカーＣ硬度
・評価方法：硬さと硬さ変化（耐熱試験後硬さ−初期硬さ）
＜結果＞
条件と結果を表７にまとめて示す。
表７から明らかなとおり、縮合型硬化システムにおいても本発明の効果は認められた。
Claims (6)
- シリコーン樹脂と、熱伝導性フィラーと、耐熱性向上剤を含む耐熱性熱伝導性シリコーン組成物であって、
前記熱伝導性フィラーは少なくとも球状溶融固化アルミナを含み、
前記耐熱性向上剤は下記Ａ及びＢから選ばれる少なくとも一つであり、
Ａ テトラヨードフタル酸金属塩、アセチルアセトン金属塩、２−エチルヘキサン酸金属塩、及びフタロシアニン金属から選ばれる少なくとも一つの有機金属錯体
Ｂ ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムから選ばれる少なくとも一つの希土類金属
前記耐熱性熱伝導性シリコーン組成物は、発熱性電子部品からの発熱を放熱するための放熱材料組成物であることを特徴とする耐熱性熱伝導性シリコーン組成物。 - 前記耐熱性熱伝導性シリコーン組成物は、エラストマー、ゲル、パテ、又はグリース用であり、下記の耐熱性を有する請求項１に記載の耐熱性熱伝導性シリコーン組成物。
（１）ゲル：大気圧下、２２０℃、２５０時間の熱処理後のアスカーＣ硬度が６０度以下である。
（２）エラストマー：大気圧下、２２０℃、２０００時間の熱処理後のショア―Ａ硬度が８０度以下である。
（３）パテ：大気圧下、１２０℃、１０００時間の熱処理後のアスカーＣ硬度が６０度以下である。
（４）グリース：大気圧下、１５０℃、２５０時間の熱処理後の熱抵抗値の変化幅が０．５℃・ｃｍ2／Ｗ以下である。 - 前記耐熱性向上剤は、耐熱性熱伝導性シリコーン組成物を１００質量部としたとき、０．０００１〜１００質量部含まれる請求項１又は２に記載の耐熱性熱伝導性シリコーン組成物。
- 前記球状溶融固化アルミナは、耐熱性熱伝導性シリコーン組成物を１００質量部としたとき、１〜３０００質量部含まれる請求項１〜３のいずれかに記載の耐熱性熱伝導性シリコーン組成物。
- 前記球状溶融固化アルミナは、平均粒子径が０．１〜５００μｍである請求項１〜４のいずれかに記載の耐熱性熱伝導性シリコーン組成物。
- 前記球状溶融固化アルミナとそれ以外の熱伝導性フィラーを併用する場合は、熱伝導性フィラー全体を１００質量％としたとき、前記球状溶融固化アルミナは５質量％以上である請求項１〜５のいずれかに記載の耐熱性熱伝導性シリコーン組成物。
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