JP6959488B2 - 低熱膨張部材用組成物、低熱膨張部材、電子機器、低熱膨張部材の製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献2には、樹脂の熱伝導率を向上させる方法として、両末端に重合基を持つ液晶化合物を含む液晶組成物を配向制御添加剤やラビング処理法などにより配向制御し、配向状態を保った状態で重合することにより、高熱伝導性の樹脂フィルムを得られる方法が開示されている。
そこで本発明は、熱膨張率が銅やSiCなど半導体素子内部の部材に近く、高い耐熱性を有し、さらに熱伝導率も高い低熱膨張部材を形成可能な低熱膨張部材用組成物、および半導体デバイス用基板等に有用な低熱膨張部材を提供することを課題とする。
「一端」および後述の「他端」とは、分子の形状の縁または端であればよく、分子の長辺の両端であってもなくてもよい。「介して」とは、無機フィラー間の結合に含まれることをいう。無機フィラー間の結合は、カップリング剤同士を直接結合させて形成してもよく、他の化合物を用いてカップリング剤同士を結合させて形成してもよい。「硬化処理」は、典型的には加熱または光照射である。本発明の組成物は、加熱または光照射すると、無機フィラー間に結合が形成されるという特性を有する。
このように構成すると、無機フィラー同士をカップリング剤を介して結合させて低熱膨張部材を形成することができる。無機フィラーは直接的に結合されるので、高分子のようにガラス転移が発現せず、熱分解もし難く、また熱もカップリング剤を伝って直接フォノン振動により伝達できる複合部材が形成できる。
このように構成すると、無機フィラーの熱伝導率が高く、それらと複合化することにより目的とする低熱膨張部材用組成物が得られる。
このように構成すると、2種のフィラーを別々に作成し、均一に混合する過程が不要になるので、生産性が向上する。
このように構成すると、前記第1の無機フィラーと前記第2の無機フィラーが異なる熱膨張率を持つ場合、それらを複合化させると、複合化した低熱膨張部材用組成物の熱膨張率は、各々のフィラーのみで複合化した場合の中間的な値になる。しかしながら、そのままではフィラーの隙間が多く、熱伝導率が高くならないばかりか、隙間への水分の侵入による電気絶縁性が低下する。そこで、熱伝導率が高く、第1、第2の無機フィラーに比べ粒子径の小さな第3の無機フィラーを加えることにより、第1、第2の無機フィラーの隙間を埋め、材料の安定性が高くなる利点がある。さらに、第1、第2の無機フィラーのみを使用した場合に比べ、熱伝導率がより高い第3の無機フィラーを加えることにより、硬化物の熱伝導率を高くすることが可能になる。第3の無機フィラーに使用する無機フィラーに制約はないが、高絶縁性が必要な場合には、窒化ホウ素や窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素が好ましく利用でき、高絶縁性が必要でない場合には、熱伝導率が高いダイヤモンド、カーボンナノチューブ、グラフェン、金属粉などが好ましく利用できる。第3の無機フィラーはシランカップリング剤や2官能以上の重合性化合物で処理してあってもしていなくてもよい。
このように構成すると、低熱膨張部材用組成物では、熱伝導率を向上させるためにフィラーの粒径を大きくするにつれて、それにあいまって空隙率が高くなる。その空隙を前記第1の無機フィラーおよび前記第2の無機フィラーに結合していない、有機化合物、高分子化合物、またはガラス繊維で満たすことができ、熱伝導率や水蒸気遮断性能などを向上させることができる。
このように構成すると、無機フィラー同士をカップリング剤と2官能以上の重合性化合物で直接結合させて低熱膨張部材を形成することができる。
Ra−Z−(A−Z)m−Ra ・・・(1−1)
[上記式(1−1)中、
Raは、それぞれ独立して、第1のカップリング剤と第2のカップリング剤の他端の官能基と結合可能な官能基であり;
Aは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、フルオレン−2,7−ジイル、ビシクロ[2.2.2]オクト−1,4−ジイル、またはビシクロ[3.1.0]ヘキス−3,6−ジイルであり、
これらの環において、任意の−CH2−は、−O−で置き換えられてもよく、任意の−CH=は、−N=で置き換えられてもよく、任意の水素は、ハロゲン、炭素数1〜10のアルキル、または炭素数1〜10のハロゲン化アルキルで置き換えられてもよく、
該アルキルにおいて、任意の−CH2−は、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、または−C≡C−で置き換えられてもよく;
Zは、それぞれ独立して単結合、または炭素数1〜20のアルキレンであり、
該アルキレンにおいて、任意の−CH2−は、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−N(O)=N−、または−C≡C−で置き換えられてもよく、任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよく;
mは、1〜6の整数である。]
このように構成すると、無機フィラー同士がカップリング剤と耐熱性の高い液晶化合物の分子で直接的に結合されるので、高分子のようにガラス転移が発現せず、熱分解もし難く、熱をカップリング剤と液晶化合物の分子を伝って直接フォノン振動により伝達できる複合部材が形成できる。
このように構成すると、低熱膨張部材用組成物は、重合性液晶化合物としてより好ましい化合物を含有することができる。これらの化合物は、分子の直線性がより高くなり、フォノンの伝導により有利であると考えられる。
このように構成すると、低熱膨張部材用組成物は、重合性液晶化合物として特に好ましい化合物を含有することができる。これらの化合物は、物性、作り易さ、または扱い易さに優れるため好ましい。
このように構成すると、重合性液晶化合物が熱硬化性であり、フィラーの量に影響を受けずに硬化させることができ、さらに耐熱性に優れる。また分子構造は、対称性、直線性を有するため、フォノンの伝導に有利であると考えられる。
このように構成すると、無機フィラー同士をカップリング剤で直接結合させて低熱膨張部材を形成することができる。
「球状」とは、真球に限られずラグビーボール状であってもよく、フィラーの最大粒子径(最大径)に直交する方向の粒子径をその最大径で除した値が0.5以上であるものをいう。
このように構成すると、低熱膨張部材の熱伝導率の3次元的な均質性を向上させることができる。
このように構成すると、低熱膨張部材は、無機フィラー間に結合を有し、この結合が通常の樹脂のように分子振動や相変化を起こさないため熱膨張の直線性が高く、さらに高い熱伝導性を有することができる。
このように構成すると、低熱膨張部材が、耐熱性がよく熱膨張率を高温まで制御できるため、電子機器に生じ得る熱歪を抑制することができる。
このように構成すると、無機フィラー同士がカップリング剤と2官能以上の重合性化合物で直接結合した低熱膨張部材、または、無機フィラー同士がカップリング剤で直接結合した低熱膨張部材の製造方法となる。
「液晶化合物」「液晶性化合物」は、ネマチック相やスメクチック相などの液晶相を発現する化合物である。
低熱膨張部材用組成物は、硬化処理により、無機フィラー同士をカップリング剤および2官能以上の重合性化合物で直接結合させて低熱膨張部材を形成できる組成物である。図1は無機フィラーとして球状のアルミナを用いた場合の例である。アルミナをカップリング剤で処理すると、その表面全体にカップリング剤が結合する。カップリング剤で処理されたアルミナは、2官能以上の重合性化合物との結合を形成できる。したがって、アルミナに結合したカップリング剤同士を2官能以上の重合性化合物でつなぐことにより(図2参照)、アルミナ同士を図1のように互いに結合させる。
このように、無機フィラー同士をカップリング剤および2官能以上の重合性化合物で結合させることにより、直接的にフォノンを伝播することができるので、硬化後の低熱膨張部材は極めて高い熱伝導性を有し、無機成分の熱膨張率を直接反映させた複合部材の作製が可能になる。なお、本明細書において、低熱膨張とは30×10−6/℃以下のものをいう。
図2に示すように、低熱膨張部材用組成物を硬化させると、第2のカップリング剤12の他端が、重合性化合物21の他端と結合する。このようにして、無機フィラー間の結合が形成される。なお、このような無機フィラー間の結合を実現することが本発明では重要であり、シランカップリング剤を無機フィラーに結合させる前に、あらかじめシランカップリング剤と2官能以上の重合性化合物を有機合成技術を用いて反応させておいてもよい。
第1のカップリング剤に結合させる2官能以上の重合性化合物としては、2官能以上の重合性液晶化合物(以下、単に「重合性液晶化合物」ということがある)を用いることが好ましい。
重合性液晶化合物としては、下記式(1−1)で表される液晶化合物が好ましく、液晶骨格と重合性基を有し、高い重合反応性、広い液晶相温度範囲、良好な混和性などを有する。この化合物(1−1)は他の液晶性の化合物や重合性の化合物などと混合するとき、均一になりやすい。
Ra−Z−(A−Z)m−Ra (1−1)
末端基Raは、それぞれ独立して、第1のカップリング剤と第2のカップリング剤の他端の官能基と結合可能な官能基であればよい。
例えば、下記式(2−1)〜(2−2)で表される重合性基、シクロヘキセンオキシド、無水フタル酸、無水コハク酸を挙げることができるが、これらに限られない。
上記化合物(1−1)の環構造Aにおける少なくとも1つの環が1,4−フェニレンの場合、配向秩序パラメーター(orientational order parameter)および磁化異方性が大きい。また、少なくとも2つの環が1,4−フェニレンの場合、液晶相の温度範囲が広く、さらに透明点が高い。1,4−フェニレン環上の少なくとも1つの水素がシアノ、ハロゲン、−CF3または−OCF3に置換された場合、誘電率異方性が高い。また、少なくとも2つの環が1,4−シクロヘキシレンである場合、透明点が高く、かつ粘度が小さい。
上記化合物(1−1)の結合基Zが、単結合、−(CH2)2−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−CF=CF−または−(CH2)4−である場合、特に、単結合、−(CH2)2−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−または−(CH2)4−である場合、粘度が小さくなる。また、結合基Zが、−CH=CH−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−または−CF=CF−である場合、液晶相の温度範囲が広い。また、結合基Zが、炭素数4〜10程度のアルキルの場合、融点が低下する。
以上のように、末端基Ra、環構造Aおよび結合基Zの種類、環の数を適宜選択することにより、目的の物性を有する化合物を得ることができる。
化合物(1−1)は、下記式(1−a)または(1−b)のように表すこともできる。 P−Y−(A−Z)m−Ra (1−a)
P−Y−(A−Z)m−Y−P (1−b)
P1−Y−(A−Z)m−Ra (1−c)
P1−Y−(A−Z)m−Y−P1 (1−d)
上記式(1−c)および(1−d)中、A、Z、Raは上記式(1−1)で定義したA、Z、Raと同義であり、P1は下記式(2−1)〜(2−2)で表される重合性基、シクロヘキセンオキシド、無水フタル酸、または無水コハク酸を示し、Yは単結合または炭素数1〜20のアルキレン、好ましくは炭素数1〜10のアルキレンを示し、該アルキレンにおいて、任意の−CH2−は、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−または−CH=CH−で置き換えられてもよい。特に好ましいYとしては、炭素数1〜10のアルキレンの片末端もしくは両末端の−CH2−が−O−で置き換えられたアルキレンである。mは1〜6の整数、好ましくは2〜6の整数、さらに好ましくは2〜4の整数である。上記式(1−d)の場合、2つのP1は同一の重合性基を示し、2つのYは同一の基を示し、2つのYは対称となるように結合する。
上記化合物(1−1)は、有機合成化学における公知の手法を組合せることにより合成できる。出発物質に目的の末端基、環構造および結合基を導入する方法は、例えば、ホーベン−ワイル(Houben-Wyle, Methods of Organic Chemistry, Georg Thieme Verlag, Stuttgart)、オーガニック・シンセシーズ(Organic Syntheses, John Wily & Sons, Inc.)、オーガニック・リアクションズ(Organic Reactions, John Wily & Sons Inc.)、コンプリヘンシブ・オーガニック・シンセシス(Comprehensive Organic Synthesis, Pergamon Press)、新実験化学講座(丸善)などの成書に記載されている。また、特開2006−265527号公報を参照してもよい。
上記重合性化合物は、有機合成化学における公知の手法を組合せることにより合成できる。
第1の無機フィラー、および第2の無機フィラーとしては、金属酸化物、ケイ酸塩鉱物、炭化珪素、または窒化珪素等を挙げることができる。第1の無機フィラーおよび第2の無機フィラーは、同一であってもよく異なったものでもよい。
具体的には、第1の無機フィラー、第2の無機フィラーには、アルミナ、ジルコニア、シリカ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化鉄、フェライト、ムライト、コーディエライト、炭化珪素、窒化珪素を挙げることができる。
第3の無機フィラーとしては、熱伝導率が高く第1の無機フィラー、第2の無機フィラーよりもサイズが小さい、アルミナ、ジルコニア、シリカ、窒化ホウ素、炭化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、ダイヤモンド、カーボンナノチューブ、黒鉛、グラフェン、金、銀、銅、白金、鉄、錫、鉛、ニッケル、アルミニウム、マグネシウム、タングステン、モリブデン、ステンレスなどの無機充填材および金属充填材を挙げることができる。
重合性化合物の構造はこれら無機フィラーの間を効率よく直接結合できる形状及び長さを持っていることが望ましい。第3の無機フィラーの種類、形状、大きさ、添加量などは、目的に応じて適宜選択できる。得られる低熱膨張部材が絶縁性を必要とする場合、所望の絶縁性が保たれれば導電性を有する無機フィラーであっても構わない。第3の無機フィラーの形状としては、板状、球状、無定形、繊維状、棒状、筒状などが挙げられる。
第3の無機フィラーとしては、好ましくは、酸化亜鉛、窒化珪素といった第1、第2の無機フィラーと同種の無機フィラーの粒子径が小さいものの他、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、黒鉛、炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェンなどの熱伝導率が高い異種のフィラーがあげられる。特に窒化ホウ素、窒化アルミニウムの粒子径の小さいものが好ましい。窒化ホウ素、窒化アルミニウム、カーボンナノチューブ、黒鉛、グラフェンは熱伝導率が非常に高く、窒化ホウ素や窒化アルミニウムは絶縁性が高いため好ましい。例えば、繊維長がフィラー間を結合させられる長さのカーボンナノチューブやグラフェンを用いると、フィラー同士をシランカップリング剤および重合性液晶化合物で結合させるだけでなく、熱伝導率の非常に高いカーボンナノチューブでも熱結合できるので、全体の熱伝導率を高めることができるので好ましい。
なお、本明細書において平均粒径とは、レーザー回折・散乱法による粒度分布測定に基づく。すなわち、フランホーファー回折理論およびミーの散乱理論による解析を利用して、湿式法により、粉体をある粒子径から2つに分けたとき、大きい側と小さい側が等量(体積基準)となる径をメジアン径とした。
無機フィラーとカップリング剤および重合性化合物の割合は、使用する無機フィラーと結合させるカップリング剤の量に依存する。第1、第2の無機フィラーとして用いられる化合物(例えばアルミナ)は、その表面をシランカップリング剤で修飾するが、修飾量が少なすぎるとフィラー間の結合が少なすぎるため機械強度が低い。また、修飾量が多すぎるとフィラーを多くの重合性化合物が取り囲みすぎて、フィラーの特性が表面に出難くなり通常の樹脂のような物性を示すようになる。熱膨張率を小さく、熱伝導率を高くするためには、硬化物中のシランカップリング剤と重合性化合物と、無機成分との体積比率が、5:95〜30:70の範囲になることが望ましく、更に望ましくは10:90〜25:75になることが望ましい。無機成分とは、シランカップリング剤処理などを行う前の無機原料のことである。
無機フィラーに結合させるカップリング剤は、2官能以上の重合性化合物が有する官能基がオキシラニルや酸無水物等である場合は、それらの官能基と反応することが好ましいので、アミン系反応基を末端にもつものが好ましい。例えば、JNC(株)製では、サイラエース(登録商標)S310、S320、S330、S360、信越化学工業(株)製では、KBM903、KBE903などが挙げられる。
なお、2官能以上の重合性化合物の末端がアミンであった場合には、オキシラニル等を末端に持つカップリング剤が好ましい。例えば、JNC(株)製では、サイラエース(登録商標)S510、S530などが挙げられる。
第1のカップリング剤と第2のカップリング剤は、同一であってもよく異なったものでもよい。
2官能以上の重合性化合物は、上記式(1−1)で示す2官能以上の重合性液晶化合物が好ましい。しかし、それ以外の重合性液晶化合物であってもよく、液晶性のない重合性化合物であってもよい。重合性化合物が多環であると耐熱性が高くなり、直線性が高いと無機フィラー間の熱による伸びや揺らぎが少なく、さらに熱のフォノン伝導を効率よく伝えることができるため望ましい。多環で直線性が高いと結果として液晶性を発現することが多いので、液晶性であれば熱伝導性がよくなるといえる。
低熱膨張部材用組成物は、さらに第1の無機フィラーおよび第2の無機フィラーに結合していない、すなわち結合に寄与していない有機化合物(例えば重合性化合物または高分子化合物)を含んでいてもよく、重合開始剤や溶媒等を含んでいてもよい。
低熱膨張部材用組成物は、無機フィラーに結合していない重合性化合物(この場合、必ずしも2官能以上でなくてもよい)を構成要素としてもよい。このような重合性化合物としては、無機フィラーの熱硬化を妨げず、加熱により蒸発やブリードアウトがない化合物が好ましい。この重合性化合物は、液晶性を有しない化合物と液晶性を有する化合物とに分類される。液晶性を有しない重合性化合物としては、ビニル誘導体、スチレン誘導体、(メタ)アクリル酸誘導体、ソルビン酸誘導体、フマル酸誘導体、イタコン酸誘導体、などが挙げられる。含有量は、まず結合していない重合性化合物を含まない、低熱膨張部材用組成物を作製し、その空隙率を測定して、その空隙を埋められる量の重合性化合物を添加することが望ましい。
低熱膨張部材用組成物は、無機フィラーに結合していない高分子化合物を構成要素としてもよい。このような高分子化合物としては、膜形成性および機械的強度を低下させない化合物が好ましい。この高分子化合物は、無機フィラー、カップリング剤、および重合性化合物と反応しない高分子化合物であればよく、例えば重合性化合物がオキシラニルでシランカップリング剤がアミノを持つ場合は、ポリオレフィン系樹脂、ポリビニル系樹脂、シリコーン樹脂、ワックスなどが挙げられる。含有量は、まず結合していない高分子化合物を含まない、低熱膨張部材用組成物を作成し、その空隙率を測定して、その空隙を埋められる量の高分子化合物を添加することが望ましい。
低熱膨張部材用組成物は、重合性基を有しない液晶性化合物を構成要素としてもよい。このような非重合性の液晶性化合物の例は、液晶性化合物のデータベースであるリクリスト(LiqCryst, LCI Publisher GmbH, Hamburg, Germany)などに記載されている。非重合性の液晶性化合物を含有する該組成物を重合させることによって、例えば、化合物(1−1)の重合体と液晶性化合物との複合材(composite materials)を得ることができる。このような複合材では、高分子分散型液晶のような高分子網目中に非重合性の液晶性化合物が存在している。よって、使用する温度領域で流動性がないような特性を持つ液晶性化合物が望ましい。無機フィラーを硬化させた後で、等方相を示す温度領域でその空隙に注入するような手法で複合化させてもよく、無機フィラーに予め空隙を埋めるように計算した分量の液晶性化合物を混合しておき、無機フィラー同士を重合させてもよい。
低熱膨張部材用組成物は重合開始剤を構成要素としてもよい。重合開始剤は、該組成物の構成要素および重合方法に応じて、例えば光ラジカル重合開始剤、光カチオン重合開始剤、熱ラジカル重合開始剤などを用いればよい。特に無機フィラーが紫外線を吸収してしまうので、熱ラジカル重合開始剤が好ましい。
熱ラジカル重合用の好ましい開始剤としては、例えば、過酸化ベンゾイル、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシピバレート、ジ−t−ブチルパーオキシド(DTBPO)、t−ブチルパーオキシジイソブチレート、過酸化ラウロイル、2,2’−アゾビスイソ酪酸ジメチル(MAIB)、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル(ACN)などが挙げられる。
低熱膨張部材用組成物は溶媒を含有してもよい。重合させる必要がある構成要素を該組成物中に含む場合、重合は溶媒中で行っても、無溶媒で行ってもよい。溶媒を含有する該組成物を基板上に、例えばスピンコート法などにより塗布した後、溶媒を除去してから光重合させてもよい。または、光硬化後適当な温度に加温して熱硬化により後処理を行ってもよい。
好ましい溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、テトラヒドロフラン、γ−ブチロラクトン、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、PGMEAなどが挙げられる。上記溶媒は1種単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
なお、重合時の溶媒の使用割合を限定することにはあまり意味がなく、重合効率、溶媒コスト、エネルギーコストなどを考慮して、個々のケースごとに決定すればよい。
低熱膨張部材用組成物には、取扱いを容易にするために、安定剤を添加してもよい。このような安定剤としては、公知のものを制限なく使用でき、例えば、ハイドロキノン、4−エトキシフェノールおよび3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシトルエン(BHT)などが挙げられる。
さらに、低熱膨張部材用組成物の粘度や色を調整するために添加剤(酸化物等)を添加してもよい。例えば、白色にするための酸化チタン、黒色にするためのカーボンブラック、粘度を調整するためのシリカの微粉末を挙げることができる。または、機械的強度をさらに増すために添加剤を添加してもよい。例えば、ガラスファイバー、カーボンファイバー、カーボンナノチューブなどの無機繊維やクロス、または高分子添加剤として、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミドなどの繊維または長分子を挙げることができる。
以下、低熱膨張部材用組成物を製造する方法、および該組成物から低熱膨張部材を製造する方法について具体的に説明する。
(1)カップリング処理を施す
無機フィラーにカップリング処理を施し、カップリング剤の一端と無機フィラーを結合させたものを第2の無機フィラーとする。カップリング処理は、公知の方法を用いることができる。
一例として、まず無機フィラーとカップリング剤を溶媒に加える。スターラー等を用いて撹拌したのち、乾燥する。溶媒乾燥後に、真空乾燥機等を用いて、真空条件下で加熱処理をする。この無機フィラーに溶媒を加えて、超音波処理により粉砕する。遠心分離機を用いてこの溶液を分離精製する。上澄みを捨てたのち、溶媒を加えて同様の操作を数回行う。オーブンを用いて精製後のカップリング処理を施した無機フィラーを乾燥させる。
(2)重合性化合物で修飾する
カップリング処理を施した無機フィラー(上記第2の無機フィラーと同じであってもよく、異なる無機フィラーでもよい)の、カップリング剤の他端に2官能以上の重合性化合物を結合させる。このように重合性化合物で修飾した無機フィラーを第1の無機フィラーとする。
一例として、カップリング処理された無機フィラーと2官能以上の重合性化合物を、メノウ乳鉢等を用いて混合したのち、2本ロール等を用いて混練する。その後、超音波処理および遠心分離によって分離精製する。
(3)混合する
第1の無機フィラーと第2の無機フィラーを、例えば無機フィラーのみの重量が1:1になるように量り取り、メノウ乳鉢等で混合する。その後2本ロール等を用いて混合し、低熱膨張部材用組成物を得る。
第1の無機フィラーと第2の無機フィラーの混合割合は、第1の無機フィラーと第2の無機フィラー間の結合を形成する結合基がそれぞれアミン:エポキシの場合、無機フィラーのみの重量は例えば、重量比1:1〜1:30であることが好ましく、より好ましくは1:3〜1:20である。混合割合は、第1の無機フィラーと第2の無機フィラー間の結合を形成する末端の結合基の数により決定し、例えば2級アミンで有れば2個のオキシラニルと反応できるため、オキシラニル側に比べて少量でよく、オキシラニル側は開環してしまっている可能性もありエポキシ当量から計算される量を多めに使用することが好ましい。
(4)低熱膨張部材を製造する
一例として、低熱膨張部材用組成物を用いて、低熱膨張部材としてのフィルムを製造する方法を説明する。低熱膨張部材用組成物を、圧縮成形機を用いて加熱板中にはさみ、圧縮成形により配向・硬化成形する。さらに、オーブン等を用いて後硬化を行い、本発明の低熱膨張部材を得る。なお、圧縮成形時の圧力は、50〜200kgf/cm2が好ましく、より好ましくは70〜180kgf/cm2である。硬化時の圧力は基本的には高い方が好ましい。しかし、金型の流動性や、目的とする物性(どちら向きの熱伝導率を重視するかなど)によって適宜変更し、適切な圧力を加えることが好ましい。
まず、基板上に該組成物を塗布し、溶媒を乾燥除去して膜厚の均一な塗膜層を形成する。塗布方法としては、例えば、スピンコート、ロールコート、カテンコート、フローコート、プリント、マイクログラビアコート、グラビアコート、ワイヤーバーコート、ディップコート、スプレーコート、メニスカスコート法などが挙げられる。
溶媒の乾燥除去は、例えば、室温での風乾、ホットプレートでの乾燥、乾燥炉での乾燥、温風や熱風の吹き付けなどにより行うことができる。溶媒除去の条件は特に限定されず、溶媒がおおむね除去され、塗膜層の流動性がなくなるまで乾燥すればよい。
図3に示すように、低熱膨張部材用組成物を硬化させると、第1のカップリング剤11の他端が、第2のカップリング剤12の他端と結合する。
このように、重合性化合物を用いずに、カップリング剤同士の結合により、無機フィラー間の結合を形成してもよい。例えば、第1の無機フィラーをアミノを有するシランカップリング剤でカップリング処理する。第2の無機フィラーをエポキシを有するシランカップリング剤でカップリング処理する。最後に第1の無機フィラー側のアミノと第2の無機フィラー側のエポキシとを結合させる。このように、第1の無機フィラーに結合したカップリング剤と第2の無機フィラーに結合したカップリング剤は、カップリング剤同士を結合させる官能基をそれぞれ有する。第1の無機フィラー側の官能基と第2の無機フィラー側の官能基は、カップリング剤同士の結合が可能になる限り、異なるものの組合せでもよく、同一のものの組合せでもよい。
カップリング剤同士の結合を形成する官能基の組合せとしては、例えば、オキシラニルとアミノ、ビニル同士、メタクリロキシ同士、カルボキシまたはカルボン酸無水物残基とアミノ、イミダゾールとオキシラニル等の組合せを挙げることができるが、これらに限られない。耐熱性の高い組合せがより好ましい。
(R1−O−)jR5(3−j)Si−Rc−Z4−(A1−Z4)m−Ra1 (1)
この化合物(1)は他の液晶性化合物や重合性化合物などと混合するとき、容易に均一になりやすい。
末端基Ra1は、−C=C−もしくは−C≡C−部位を含まない重合性基であることが好ましい。例えば、下記式(2−1)〜(2−2)で表される重合性基、シクロヘキセンオキシド、無水フタル酸、または無水コハク酸を挙げることができるが、これらに限られない。
末端基Ra1は、結合相手となる有機化合物の有する官能基と結合可能な官能基を含む基であればよい。結合可能な官能基の組合せとしては、例えば、オキシラニルとアミノ、メタクリロキシ同士、カルボキシまたはカルボン酸無水物残基とアミン、イミダゾールとオキシラニル等の組合せを挙げることができるが、これらに限られない。耐熱性の高い組合せがより好ましい。
好ましいA1としては、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、2,2−ジフルオロ−1,4−シクロへキシレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,3,5−トリフルオロ−1,4−フェニレン、ピリジン−2,5−ジイル、3−フルオロピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリダジン−3,6−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、フルオレン−2,7−ジイル、9−メチルフルオレン−2,7−ジイル、9,9−ジメチルフルオレン−2,7−ジイル、9−エチルフルオレン−2,7−ジイル、9−フルオロフルオレン−2,7−ジイル、9,9−ジフルオロフルオレン−2,7−ジイル、下記式(3−1)〜(3−7)で表される2価の基などが挙げられる。なお、式(3−1)〜(3−7)中の*は不斉炭素を示す。
上記化合物(1)の結合基Z4が、単結合、−(CH2)2−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、または−(CH2)4−である場合、特に、単結合、−(CH2)2−、−CF2O−、−OCF2−、または−(CH2)4−である場合、粘度が小さくなる。また、結合基Z4が、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−である場合、液晶相の温度範囲が広い。また、結合基Z 4 が、炭素数4〜10程度のアルキルの場合、融点が低下する。
以上のように、末端基Ra1、環構造A1および結合基Z 4 の種類、環の数を適宜選択することにより、目的の物性を有する化合物を得ることができる。
なお、上記化合物(1)のmは、1〜6の整数である。
上記化合物(1)の結合基Rcは、炭素数2〜3のアルキレンであり、該アルキレンにおいてSiに隣接する−C−C−を除く任意の−CH2−は−CO−もしくは−COO−で置き換えられてもよく、Siに隣接する−C−C−は−C−CRd−で置き換えられてもよく、Rdは、ハロゲン(Ha)もしくはCHa3である。
好ましいRcとしては、−C−C−、−C−C−C−、−C−C−CO−、−C−C−CO−O−、−C−CF−CO−O−、−C−CCF3−CO−O−などが挙げられる。特に好ましくは、−C−C−である。
上記化合物(1)の(R1−O−)jR5(3−j)Si−において、R1は、水素、または炭素数1〜5のアルキルである。好ましいR1としては、メチルまたはエチルが挙げられる。R5は水素、または炭素数1〜8の直鎖もしくは分岐のアルキルである。好ましいR5としては、メチルが挙げられる。jは1〜3の整数である。好ましいjは3である。
(1)重合性化合物を得る
重合性化合物を得る。重合性化合物は、両末端に官能基を有するものが好ましい。上記式(1−1)で示す2官能以上の重合性化合物であってもよい。重合性化合物の長辺の両端に官能基を有すると、カップリング剤による直線的な結合(架橋)を形成できるため好ましい。
重合性化合物は、2官能以上の重合性液晶化合物であってもよい。例えば、両末端にビニルを有する下記式(4−1)を挙げることができる。
重合性化合物は、合成してもよく市販品を購入してもよい。
重合性化合物は、有機合成化学における公知の手法を組合せることにより合成できる。出発物質に目的の末端基、環構造および結合基を導入する方法は、例えば、ホーベン−ワイル(Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Georg Thieme Verlag, Stuttgart)、オーガニック・シンセシーズ(Organic Syntheses, John Wiley & Sons, Inc.)、オーガニック・リアクションズ(Organic Reactions, John Wiley & Sons,Inc.)、コンプリヘンシブ・オーガニック・シンセシス(Comprehensive Organic Synthesis, Pergamon Press)、新実験化学講座(丸善)などの成書に記載されている。また、特許第5084148号公報を参照してもよい。
例えば、重合性基としてエポキシを導入する場合を説明する。上記式(4−1)の両末端にエポキシを導入(エポキシ化)し下記式(4−4)を生成する反応において、当該反応を途中で止めることにより、中間生成物として、どちらか1の末端にエポキシを有する下記式(4−2)、(4−3)を得ることができる。生成した下記式(4−2)、(4−3)は、溶媒に溶解し、分離機を用いて分離した後、溶媒を除去することにより得ることができる。
このように、中間生成物を取り出すことにより、どちらか1の末端に所望の重合性基を導入させる。
なお、溶媒の使用割合を限定することにはあまり意味がなく、溶解度、溶媒コスト、エネルギーコストなどを考慮して、個々のケースごとに決定すればよい。
重合性化合物の未反応の末端にアルコキシを有するケイ素化合物を結合させる。
例えば、上記式(4−2)、(4−3)の未反応の官能基(ビニル)側にトリメトキシシリルを導入する。下記式(5−1)、(5−2)を参照。なお、Siの導入はトリエトキシシリルの導入であってもよい。しかし、メトキシシランとエトキシシランでは、反応性の高いメトキシシランの方が好ましい。
また、一部のメトキシもしくはエトキシは炭素数1〜8の直鎖もしくは分岐したアルキルで置換されてもよい。例えばメチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、s−ブチル、t−ブチル、n−オクチルなどが挙げられる。
Siを導入した後は液晶性を示さなくてもかまわない。重合性の有機部位が液晶構造を持つことにより、Si部分が無機フィラーに結合した後に、無機フィラーの表面に液晶性化合物が持つ高い熱伝導率や、他の重合性化合物との親和性が向上する効果を付与することができる。
また、上記のような長鎖の化合物にヒドロシリル化反応を用いてSiを導入してもよいが、長鎖の化合物を、まず左半分と右半分で別々に合成し、左半分にはヒドロシリル化反応を用いてSiを導入し、右半分には重合性基を導入した後に、左半分と右半分をつなぐことにより、液晶シランカップリング剤を合成してもよい。
本発明の第2の実施の形態に係る低熱膨張部材は、上記第1の実施の形態に係る低熱膨張部材用組成物を硬化させた硬化物を用途に応じて成形したものである。この硬化物は、高い熱伝導性を有するとともに、熱膨張率が負かまたは非常に小さい正であり、化学的安定性、耐熱性、硬度および機械的強度などに優れている。なお、前記機械的強度とは、ヤング率、引っ張り強度、引き裂き強度、曲げ強度、曲げ弾性率、衝撃強度などである。
本発明の低熱膨張部材は、半導体モジュール内部用基板、露光機などの精密光学機器の部品、精密加工機器などに有用である。
本発明の第3の実施の形態に係る電子機器は、上記第2の実施の形態に係る低熱膨張部材と、発熱部または冷却部を有する電子デバイスとを備える。低熱膨張部材は、前記発熱部に接触するように電子デバイスに配置される。低熱膨張部材の形状は、低熱膨張電子基板、低熱膨張板、低熱膨張シート、低熱膨張フィルム、低熱膨張接着剤、低熱膨張成形品などのいずれであってもよい。
例えば、電子デバイスとして、半導体モジュールを挙げることができる。低熱膨張部材は、低熱膨張性に加え、高熱伝導性、高耐熱性、高絶縁性を有する。そのため、半導体素子の中でも高電力のためより効率的な放熱機構を必要とする絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor、IGBT)に特に有効である。IGBTは半導体素子のひとつで、MOSFETをゲート部に組み込んだバイポーラトランジスタであり、電力制御の用途で使用される。IGBTを備えた電子機器には、大電力インバータの主変換素子、無停電電源装置、交流電動機の可変電圧可変周波数制御装置、鉄道車両の制御装置、ハイブリッドカー、エレクトリックカーなどの電動輸送機器、IH調理器などを挙げることができる。
さらには、カップリング処理後さらに重合性化合物で修飾した無機フィラーのみを用いて、適切な重合開始剤等により重合性化合物同士を結合させて、無機フィラー間に結合を形成してもよい。
すなわち、本発明は、無機材料と有機化合物の複合化において、無機材料間に有機化合物で結合を形成し、熱伝導性を著しく向上させ、さらに熱膨張率を制御したものである。
<重合性液晶化合物>
・液晶性エポキシ化合物:下記式(6−1)で示される化合物(JNC(株)製)
特許第5084148号公報に記載の方法で合成することができる。
・エポキシ化合物:下記式(7−1)で示される化合物(三菱化学(株)製、jER828(商品名))
<無機フィラー>
・球状アルミナ:(株)龍森製TS−6(LV)
・板状アルミナ:キンセイマテック(株)製セラフYFA02025
<シランカップリング剤>
・下記式(8−1)で示されるN−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン(JNC(株)製、S320(商品名))
<低熱膨張部材の調製>
以下に、低熱膨張部材の調製例を示す。
・カップリング剤処理球状アルミナ粒子の準備
球状アルミナ5.00gとN−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン0.75gをトルエン(無水)50mLに加え、スターラーを用いて750rpmで1時間攪拌し、得られた混合物を40℃で5時間、室温で19時間乾燥した。さらに、溶媒乾燥後に125℃に設定した真空乾燥機を用いて真空条件下で5時間加熱処理した。
このカップリング剤で修飾した球状アルミナをサンプル管に移してTHF(ナカライテスク(株)製)50mLを加えたのち、超音波処理(BRANSON(株)製MODEL450)により粉砕した。さらに、この溶液を遠心分離機(日立工機(株)製CT6E)を用いて6000rpmで10分間分離精製した。上澄み液を捨てたのち、アセトンを50mL加えて同様の操作を二回行った。精製後の修飾球状アルミナを60℃のオーブン中で24時間乾燥した。得られた粒子を、第2のカップリング剤で修飾した第2の無機フィラーBとする。
作製した第1の無機フィラーAを0.954gと、作製した第2の無機フィラーBを0.373g量り取り、メノウ乳鉢で混合したのち、2本ロールを用いて55℃で10分間混合し、目的とする本発明の低熱膨張部材用組成物とした。この重量比は、第1の無機フィラーAのNH(S320の反応基はNH2が1個、NHが1個なので、NHが3個と換算)と第2の無機フィラーBのエポキシ環の個数が1:1として算出した。
得られた混合物をステンレス製板中にはさみ、150℃に設定した圧縮成形機((株)神藤金属工業所製F−37)を用いて9.8MPaまで加圧し、15分間加熱状態を続けることで、配向処理と前硬化を行った。すなわちステンレス板の間を混合物が広がる際に、粒子とステンレス板が平行になるように配向する。また、試料の厚みが約200μmになるように、試料の量を調整した。さらに、オーブンを用いて80℃で1時間、150℃で3時間の後硬化を行い、目的とする本発明の低熱膨張部材とした。なお、この状態でシランカップリング剤と重合性液晶化合物を合算した成分は約15体積%であった。
熱伝導率は、予め低熱膨張部材の比熱(セイコーインスツル(株)(現・(株)日立ハイテク)製DSC型入力補償型示差走査熱量測定装置EXSTAR6000で測定した。)と比重(メトラー・トレド製比重計AG204密度測定キットにより測定した。)を求めておき、その値をアルバック理工(株)製TC7000熱拡散率測定装置により求めた熱拡散率を掛け合わせることにより熱伝導率を求めた。なお、厚み方向の熱拡散率は、カーボンスプレーを用いて試料を黒化処理し、標準のサンプルホルダーを用いて測定した。また、平面方向の熱拡散率は、レーザーを照射するスポットと、赤外線を検出するスポットの間を5mm離すアダプターを作製し、試料にレーザーが照射されて赤外線が出るまでの時間と、その距離から算出した。
得られた試料から、5×20mmの試験片を切り出し、熱膨張率(現・(株)日立ハイテク製TMA7000型熱機械的分析装置で測定した。)を、室温〜250℃の範囲で求めた。温度の範囲は、測定する試料の耐熱性により適宜調整した。
実施例1における球状アルミナの代わりに板状アルミナを用いて、それ以外の条件は実施例1と同様に試料を作成し評価した。その結果を実施例2とする。
実施例1で用いた物と同じ球状アルミナ、エポキシ化合物と、硬化剤にアミン系硬化剤(4,4’−ジアミノ−1,2−ジフェニルエタン(JNC(株)製))を、樹脂成分(液晶性エポキシ成分+ジアミン成分)が15体積%になるように薬包紙上に量り取り、乳鉢を用いて混合したのち、2本ロール(日東反応機(株)製HR−3)を用いて120℃で10分混練した。すなわち、実施例1〜2ではアルミナ粒子間をシランカップリング剤とエポキシ樹脂で直接結合させていた。しかしながら、比較例1は、広く使用されているアルミナ/エポキシ複合樹脂と同じく、アミン系硬化剤によってエポキシ同士が結合しており、その結合したエポキシ樹脂の海の中にアルミナフィラーが分散している構造である。得られた試料を実施例1と同様に熱伝導率と熱膨張率を測定した。その結果を比較例1とする。
2 第2の無機フィラー
11 第1のシランカップリング剤
12 第2のシランカップリング剤
13 第1のシランカップリング剤、液晶シランカップリング剤
21 重合性化合物、重合性液晶化合物
Claims (14)
- 第1のカップリング剤の一端と結合した熱伝導性の第1の無機フィラーであって、前記第1のカップリング剤の他端に2官能以上の重合性化合物の一端が結合した、前記第1の無機フィラーと;
第2のカップリング剤の一端と結合した熱伝導性の第2の無機フィラーと;を含み、
前記第1の無機フィラーと前記第2の無機フィラーは、それぞれ金属酸化物、ケイ酸塩鉱物、窒化珪素、および炭化珪素からなる群から選ばれる少なくとも一つであり、
前記重合性化合物と前記第2のカップリング剤は、前記重合性化合物と前記第2のカップリング剤同士を結合させる官能基をそれぞれ有し、
前記2官能以上の重合性化合物は、下記式(1−1)で表される少なくとも1種の重合性液晶化合物であり、
硬化処理により、前記重合性化合物の有する前記官能基が、前記第2のカップリング剤の有する前記官能基と結合することを特徴とする、
低熱膨張部材用組成物。
R a −Z−(A−Z) m −R a ・・・(1−1)
[式(1−1)中、
R a は、それぞれ独立して、第1のカップリング剤と第2のカップリング剤の有する官能基と結合可能な官能基であり;
Aは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、フルオレン−2,7−ジイル、ビシクロ[2.2.2]オクト−1,4−ジイル、またはビシクロ[3.1.0]ヘキス−3,6−ジイルであり、
これらの環において、任意の−CH 2 −は、−O−で置き換えられてもよく、任意の−CH=は、−N=で置き換えられてもよく、任意の水素は、ハロゲン、炭素数1〜10のアルキル、または炭素数1〜10のハロゲン化アルキルで置き換えられてもよく、
該アルキルにおいて、任意の−CH 2 −は、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、または−C≡C−で置き換えられてもよく;
Zは、それぞれ独立して単結合、または炭素数1〜20のアルキレンであり、
該アルキレンにおいて、任意の−CH 2 −は、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、または−C≡C−で置き換えられてもよく、任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよく;
mは、1〜6の整数である。] - 第1のカップリング剤の一端と結合した熱伝導性の第1の無機フィラーと;
第2のカップリング剤の一端と結合した熱伝導性の第2の無機フィラーと;を含み、
前記第1の無機フィラーと前記第2の無機フィラーは、それぞれ金属酸化物、ケイ酸塩鉱物、および窒化珪素からなる群から選ばれる少なくとも一つであり、
前記第1のカップリング剤と前記第2のカップリング剤は、少なくとも1つが液晶シランカップリング剤であり、
前記液晶シランカップリング剤は、下記式(1)で表されるシランカップリング剤であり、
前記第1のカップリング剤と前記第2のカップリング剤は、前記第1のカップリング剤と前記第2のカップリング剤同士を結合させる官能基をそれぞれ有し、
硬化処理により、前記第1のカップリング剤の有する前記官能基が、前記第2のカップリング剤の有する前記官能基と結合することを特徴とする、
低熱膨張部材用組成物。
(R 1 −O−) j R 5(3−j) Si−R c −Z 4 −(A 1 −Z 4 ) m −R a1 (1)
[式(1)中、
R a1 は、−C=C−もしくは−C≡C−部位を含まない重合性基であり;
R c は、炭素数2〜3のアルキレンであり、該アルキレンにおいてSiに隣接する−C−C−を除く任意の−CH 2 −は−CO−もしくは−COO−で置き換えられてもよく、Siに隣接する−C−C−は−C−CR d −で置き換えられてもよく、R d は、ハロゲン(Ha)もしくはCHa 3 であり;
A 1 は、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、2,2−ジフルオロ−1,4−シクロへキシレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,3,5−トリフルオロ−1,4−フェニレン、ピリジン−2,5−ジイル、3−フルオロピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリダジン−3,6−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、フルオレン−2,7−ジイル、9−メチルフルオレン−2,7−ジイル、9,9−ジメチルフルオレン−2,7−ジイル、9−エチルフルオレン−2,7−ジイル、9−フルオロフルオレン−2,7−ジイル、9,9−ジフルオロフルオレン−2,7−ジイル、または下記式(3−1)〜(3−7)で表される2価の基であり、式(3−1)〜(3−7)中の*は不斉炭素であり;
Z 4 は、それぞれ独立して単結合、−(CH 2 ) 2 −、−CH 2 O−、−OCH 2 −、−CF 2 O−、−OCF 2 −、−(CH 2 ) 4 −、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、または、炭素数4〜10のアルキルであり;
mは、1〜6の整数であり;
R 5 は、水素、または炭素数1〜8のアルキルであり;
R 1 は、水素、または炭素数1〜5のアルキルであり;
jは、1〜3の整数である。]
- 前記第1の無機フィラーと前記第2の無機フィラーが、それぞれアルミナ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、シリカ、コーディエライト、窒化珪素、および炭化珪素からなる群から選ばれる少なくとも一つである、
請求項1に記載の低熱膨張部材用組成物。 - 前記第1のカップリング剤と前記第2のカップリング剤が同一である、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の低熱膨張部材用組成物。 - 前記第1の無機フィラーおよび前記第2の無機フィラーと異なる熱膨張率を持つ熱伝導性の第3の無機フィラー;をさらに含む、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の低熱膨張部材用組成物。 - 前記第1の無機フィラーおよび前記第2の無機フィラーに結合していない、有機化合物、高分子化合物、またはガラス繊維;をさらに含む、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の低熱膨張部材用組成物。 - 前記式(1−1)中、Aが、1,4−シクロヘキシレン、任意の水素がハロゲンで置き換えられた1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、任意の水素がハロゲンもしくはメチルで置き換えられた1,4−フェニレン、フルオレン−2,7−ジイル、または任意の水素がハロゲンもしくはメチルで置き換えられたフルオレン−2,7−ジイルである、
請求項1に記載の低熱膨張部材用組成物。 - 前記式(1−1)中、Zが単結合、−(CH2)a−、−O(CH2)a−、−(CH2)aO−、−O(CH2)aO−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−、−CH2CH2−COO−、−OCO−CH2CH2−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−OCF2−または−CF2O−であり、該aが1〜20の整数である、
請求項1または請求項7に記載の低熱膨張部材用組成物。 - 前記第1の無機フィラーと前記第2の無機フィラーが、球状である、
請求項1〜9のいずれか1項に記載の低熱膨張部材用組成物。 - 請求項1〜10のいずれか1項に記載の低熱膨張部材用組成物が、硬化した、
低熱膨張部材。 - 請求項11に記載の低熱膨張部材と;
発熱部を有する電子デバイスと;を備え、
前記低熱膨張部材が、前記発熱部に接触するように前記電子デバイスに配置された、
電子機器。 - 熱伝導性の第1の無機フィラーを、第1のカップリング剤の一端と結合させる工程と;
熱伝導性の第2の無機フィラーを、第2のカップリング剤の一端と結合させる工程と;
前記第1のカップリング剤の他端を、2官能以上の重合性化合物の一端と結合させる工程と;
前記重合性化合物の有する官能基を、前記第2のカップリング剤の有する官能基と結合させる工程と;を備え、
前記第1の無機フィラーと前記第2の無機フィラーは、それぞれ金属酸化物、ケイ酸塩鉱物、窒化珪素、および炭化珪素からなる群から選ばれる少なくとも一つであり、
前記2官能以上の重合性化合物は、下記式(1−1)で表される少なくとも1種の重合性液晶化合物である、
低熱膨張部材の製造方法。
R a −Z−(A−Z) m −R a ・・・(1−1)
[式(1−1)中、
R a は、それぞれ独立して、第1のカップリング剤と第2のカップリング剤の有する官能基と結合可能な官能基であり;
Aは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、フルオレン−2,7−ジイル、ビシクロ[2.2.2]オクト−1,4−ジイル、またはビシクロ[3.1.0]ヘキス−3,6−ジイルであり、
これらの環において、任意の−CH 2 −は、−O−で置き換えられてもよく、任意の−CH=は、−N=で置き換えられてもよく、任意の水素は、ハロゲン、炭素数1〜10のアルキル、または炭素数1〜10のハロゲン化アルキルで置き換えられてもよく、
該アルキルにおいて、任意の−CH 2 −は、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、または−C≡C−で置き換えられてもよく;
Zは、それぞれ独立して単結合、または炭素数1〜20のアルキレンであり、
該アルキレンにおいて、任意の−CH 2 −は、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、または−C≡C−で置き換えられてもよく、任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよく;
mは、1〜6の整数である。] - 熱伝導性の第1の無機フィラーを、第1のカップリング剤の一端と結合させる工程と;
熱伝導性の第2の無機フィラーを、第2のカップリング剤の一端と結合させる工程と;
前記第1のカップリング剤の有する官能基を、前記第2のカップリング剤の有する官能基と結合させる工程と;を備え、
前記第1の無機フィラーと前記第2の無機フィラーは、それぞれ金属酸化物、ケイ酸塩鉱物、窒化珪素、および炭化珪素からなる群から選ばれる少なくとも一つであり、
前記第1のカップリング剤と前記第2のカップリング剤は、少なくとも1つが液晶シランカップリング剤であり、
前記液晶シランカップリング剤は、下記式(1)で表されるシランカップリング剤である、
低熱膨張部材の製造方法。
(R 1 −O−) j R 5(3−j) Si−R c −Z 4 −(A 1 −Z 4 ) m −R a1 (1)
[式(1)中、
R a1 は、−C=C−もしくは−C≡C−部位を含まない重合性基であり;
R c は、炭素数2〜3のアルキレンであり、該アルキレンにおいてSiに隣接する−C−C−を除く任意の−CH 2 −は−CO−もしくは−COO−で置き換えられてもよく、Siに隣接する−C−C−は−C−CR d −で置き換えられてもよく、R d は、ハロゲン(Ha)もしくはCHa 3 であり;
A 1 は、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、2,2−ジフルオロ−1,4−シクロへキシレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,3,5−トリフルオロ−1,4−フェニレン、ピリジン−2,5−ジイル、3−フルオロピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリダジン−3,6−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、フルオレン−2,7−ジイル、9−メチルフルオレン−2,7−ジイル、9,9−ジメチルフルオレン−2,7−ジイル、9−エチルフルオレン−2,7−ジイル、9−フルオロフルオレン−2,7−ジイル、9,9−ジフルオロフルオレン−2,7−ジイル、または下記式(3−1)〜(3−7)で表される2価の基であり、式(3−1)〜(3−7)中の*は不斉炭素であり;
Z 4 は、それぞれ独立して単結合、−(CH 2 ) 2 −、−CH 2 O−、−OCH 2 −、−CF 2 O−、−OCF 2 −、−(CH 2 ) 4 −、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、または、炭素数4〜10のアルキルであり;
mは、1〜6の整数であり;
R 5 は、水素、または炭素数1〜8のアルキルであり;
R 1 は、水素、または炭素数1〜5のアルキルであり;
jは、1〜3の整数である。]
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