JP7828291B2 - 樹脂組成物 - Google Patents

樹脂組成物

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Description

本発明の一実施形態は、新規な樹脂組成物、又は、樹脂組成物の製造方法に関する。
近年、半導体デバイスのパワー密度上昇に伴い、デバイスに使用される材料には、より高度な放熱特性が求められている。このような材料として、サーマルインターフェースマテリアルと呼ばれる一連の材料があり、その使用量は急速に拡大している。サーマルインターフェースマテリアルとは、半導体素子等の発熱体から発生する熱をヒートシンク又は筐体等に逃がす経路の熱抵抗を緩和するための材料であり、シート、ゲル、グリースなど多様な形態が用いられている。一般に、サーマルインターフェースマテリアルは、熱伝導性のフィラーをエポキシやシリコーン等の樹脂に分散した樹脂組成物であり、熱伝導性のフィラーとしてはシリカ、アルミナ、窒化アルミニウムなどが用いられている。
このような樹脂組成物においては、フィラーの充填性を向上させることが望まれている。フィラーの充填性を向上させることにより、樹脂組成物の粘度を低くすることが可能となる。これにより、樹脂組成物の柔軟性が向上し、所望の形状への成形が行いやすくなる。
フィラーの充填性を向上させる手段としては、様々な粒径のフィラーを組み合わせて使用することが広く行われている。これにより、粒径が大きな粒子の間隙に、粒径が小さな粒子が入り込み最密充填構造に近い構造をとることにより、高い充填性が得られる。例えば、特許文献1、2のような、粒径が数十μmのフィラー、粒径が数μmのフィラー、粒径が数百nmのフィラーを組み合わせる例が知られている。
前記特許文献1には、ジエポキシ化合物、硬化剤、アルミナを含有する樹脂組成物において、アルミナは2μm以上100μm以下のD50を有するアルミナ粒子A、1μm以上10μm以下のD50を有するアルミナ粒子B及び0.01μm以上5μm以下のD50を有するアルミナ粒子Cの混合物であることが好ましいことが記載されている。そして、実施例においては、D50が18μmであるアルミナ粒子A1と、D50が3μmであるアルミナ粒子B1と、D50が0.4μmであるアルミナ粒子C1とを、体積比74/14/12で含む樹脂組成物が開示されている。
また、特許文献2には、シリコーンと熱伝導性フィラーとを含有する熱伝導性グリース用組成物(樹脂組成物)において、充填性、絶縁性、耐割れ性、熱伝導性、及び耐ポンプアウト性を両立するために、平均粒径が15~100μmである粗粉と、平均粒径が2~11μmである中粒粉と、平均粒径が0.5~1μmである微粉とからなる平均粒径の異なる3種類の熱伝導性フィラーを使用することが記載されている。そして、実施例においては、粗粉と中粒粉と微粉が、重量比約52/30/18である樹脂組成物が開示されている。
特開2012-111927号公報 特開2016-216523号公報
前述のように、樹脂組成物において、フィラーの充填性を向上させる方法が望まれていた。そこで本発明の一実施形態は、フィラーの充填性が高い樹脂組成物を提供する。
本発明者らは鋭意研究を行った結果、特定の粒度分布を有するフィラーにおいて、特定の微小粒径を有する球形フィラーを、従来採用されたことのない極めて少量存在させることで、フィラーの樹脂への充填性が著しく向上するという知見を得た。そして、更に検討を行ったところ、前記微小粒径を有する球形フィラーの平均粒径が0.1~0.7μmである場合に、充填性が特に顕著に向上することを見出し、本発明を完成させるに至った。
本発明の構成例は以下の通りである。
本発明の一実施形態は、樹脂(A)100容量部と、平均粒径5μm~60μmのフィラー(B)230~640容量部とを含む樹脂組成物であって、前記フィラー(B)は、平均粒径0.1μm以上0.7μm以下の球形であるフィラー(B-1)と、レーザー回折法により測定した粒度分布において少なくとも0.9μm~3.0μmの範囲にピークを有するフィラー(B-2)とを含み、前記フィラー(B-1)の割合がフィラー(B)100容量%に対し、0.2容量%~5.0容量%である、樹脂組成物である。
好ましい一実施形態では、前記フィラー(B-2)は、レーザー回折法により測定した粒度分布において、好ましくは5μm以上、より好ましくは10μm以上、好ましくは150μm以下、より好ましくは120μm以下の範囲にさらにピークを有する。また、前記フィラー(B-2)のD10が、前記フィラー(B-1)のD90より大きいことが好ましい。また、前記フィラー(B-1)はアルミナを含み、前記フィラー(B-2)は窒化アルミニウムを含むことが好ましい。
また本発明の一実施形態は、樹脂(A)と、平均粒径0.1μm以上0.7μm以下の球形であるフィラー(B-1)と、平均粒径0.9μm~3.0μmのフィラー(b2-1)を含むフィラー(B-2)とを混合する工程を含み、
前記フィラー(B-1)と前記フィラー(B-2)との合計配合量が、前記樹脂(A)100容量部に対し、230~640容量部であり、
前記フィラー(B-1)及び前記フィラー(B-2)全体の平均粒径が5μm~60μmであり、
前記フィラー(B-1)の配合量が、フィラー(B-1)とフィラー(B-2)との合計100容量%に対し、0.2容量%~5.0容量%である、
樹脂組成物の製造方法である。
本発明の一実施形態によれば、フィラーの充填性が高い樹脂組成物を得ることが可能となる。これにより、柔軟性が高い樹脂組成物を得ることが可能となり、所望の形状への成形が行いやすくなる。また、樹脂(A)として硬化後にゴム状の硬化物になる樹脂を用いた場合については、樹脂組成物を硬化させた樹脂組成物硬化体についても高い柔軟性が得られ、樹脂組成物硬化体を、発熱体と、放熱フィン、ヒートシンク等の放熱部材との間に設けられる放熱シートなどとして使用する場合に、発熱体や放熱部材等との密着性を向上させることが容易となる。
(樹脂組成物)
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物は、樹脂(A)100容量部と、平均粒径5μm~60μmのフィラー(B)230~640容量部とを含む樹脂組成物であって、前記フィラー(B)は、平均粒径0.1μm以上0.7μm以下の球形であるフィラー(B-1)と、レーザー回折法により測定した粒度分布において少なくとも0.9μm~3.0μmの範囲にピークを有するフィラー(B-2)とを含み、前記フィラー(B-1)の割合がフィラー(B)100容量%に対し、0.2容量%~5.0容量%である。
(樹脂(A))
樹脂(A)は特に制限されず、例えば、エポキシ樹脂、硬化性アクリル樹脂、硬化性ウレタン樹脂、硬化性シリコーン樹脂、フェノール樹脂、硬化性ポリイミド樹脂、硬化型変性PPE、及び硬化型PPEなどの硬化性樹脂が挙げられる。これら樹脂の中でも、板状成形体や薄膜状成形体などの成形体を作製する上では、硬化性シリコーン樹脂又はエポキシ樹脂であることが特に好ましい。
なお、前記硬化後にゴム状となる樹脂としては、例えば、硬化性ウレタン樹脂や硬化性シリコーン樹脂が挙げられ、これらの中でも硬化性シリコーン樹脂が特に好ましい。
エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型の水素添加エポキシ樹脂、ポリプロピレングリコール型エポキシ樹脂、ポリテトラメチレングリコール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フェニルメタン型エポキシ樹脂、テトラキスフェノールメタン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、トリアジン核を骨格に有するエポキシ樹脂、及びビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物型のエポキシ樹脂が挙げられる。これらエポキシ樹脂の1種を単独で、あるいは、2種以上を使用してもよい。
また、エポキシ樹脂を用いる場合には、硬化剤として、アミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、フェノール系硬化剤、イミダゾール系硬化剤等を用いてもよい。これら硬化剤も1種を単独で、あるいは、2種以上を使用してもよい。硬化剤のエポキシ樹脂に対する配合量は、エポキシ樹脂に対する当量比で、好ましくは0.5当量比以上、より好ましくは0.7当量比以上であり、好ましくは1.5当量比以下、より好ましくは1.3当量比以下である。
本明細書において、これらの硬化剤も樹脂に包含される。
また、硬化性シリコーン樹脂としては、付加反応型シリコーン樹脂及び縮合反応型シリコーン樹脂等が挙げられるが、フィラーとして、窒化アルミニウムのような加水分解性のフィラーを使用する場合は、付加反応型シリコーン樹脂を用いることが望ましい。付加反応型シリコーン樹脂としては、例えば、ビニル基を有するポリオルガノシロキサンと、ヒドロシリル基を有するポリオルガノシロキサンが、触媒を介してヒドロシリル化反応にて架橋構造を形成する樹脂が挙げられ、特に制限なく使用できる。
また、硬化性シリコーン樹脂を用いる場合には、触媒を用いてもよく、該触媒としては、シリコーン樹脂の硬化に用いられる公知の白金系触媒等を制限なく使用することができる。例えば、微粒子状白金、炭素粉末に担持した微粒子状白金、塩化白金酸、アルコール変性塩化白金酸、塩化白金酸のオレフィン錯体、パラジウム、ロジウム触媒が挙げられる。
本明細書において、これらの触媒も樹脂に包含される。
(フィラー(B))
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物は、平均粒径5μm~60μmのフィラー(B)を含有する。フィラー(B)の平均粒径が5μm~60μmであることによって、適度な取り扱い性を有する。
フィラー(B)は、平均粒径0.1μm以上0.7μm以下の球形であるフィラー(B-1)と、レーザー回折法により測定した粒度分布において少なくとも0.9μm~3.0μmの範囲にピークを有するフィラー(B-2)とを含み、好ましくはフィラー(B-1)と(B-2)とのみからなり、前記フィラー(B-1)の割合がフィラー(B)100容量%に対し、0.2容量%~5.0容量%であるフィラーである。
このような特定のフィラー組成とすることにより、樹脂組成物に外力が加わった際のフィラーの動きが滑らかになり、フィラーの充填性が高い樹脂組成物を容易に得ることができると推定される。
具体的には、平均粒径がフィラー(B-2)の粒度分布で見られるピークよりも小さい0.1μm以上0.7μm以下であり、且つ球形であるフィラー(B-1)を、フィラー(B)100容量%に対し、0.2容量%~5.0容量%とごく微量配合する。特定のフィラー(B-2)を含む本発明の一実施形態に係る樹脂組成物において、特定のフィラー(B-1)を特定量配合するため、フィラー(B-1)が、フィラー(B-2)、特にフィラー(B-2)中の粒径が0.9μm~3.0μmの粒子の隙間に介在し、樹脂組成物に外力が加わった際に、前記フィラー(B-2)、特にフィラー(B-2)中の粒径が0.9μm~3.0μmの粒子の動きを滑らかにすることが可能となり、樹脂組成物の粘度の上昇を抑制できると推察される。フィラー(B-1)の量がフィラー(B)100容量%に対し、0.2容量%より少ない場合は、樹脂組成物に外力が加わった際にフィラーの動きを滑らかにする効果が十分に得られない。また、フィラー(B-1)の量がフィラー(B)100容量%に対し、5.0容量%より多い場合には、フィラー(B-2)、特にフィラー(B-2)中の粒径が0.9μm~3.0μmの粒子によって形成される隙間が充填されてしまい、樹脂組成物に外力が加わった際のフィラーの動きが制限され、フィラーの動きを滑らかにするという効果は得られにくくなる。
なお、本発明における「平均粒径」は、レーザー回折法によって測定された粒度分布において、体積基準で累積50%値となったときの粒径D50である。
フィラー(B)の平均粒径は、フィラー(B)を構成する各フィラーの粒度分布それぞれに、そのフィラーの配合量の体積割合をかけることで得られる粒度分布を足し合わせた粒度分布におけるD50である。具体的には、フィラー(B)が、フィラー(B-1)と(B-2)とからなる場合、フィラー(B)の平均粒径は、フィラー(B-1)の粒度分布に該フィラー(B-1)の配合量の体積割合をかけて得られる分布と、フィラー(B-2)の粒度分布に該フィラー(B-2)の配合量の体積割合をかけて得られる分布とを足し合わせて得られるフィラー(B)全体の粒度分布におけるD50である。
各フィラーの粒度分布は、具体的には、水90mlに対し、5%ピロリン酸ソーダ水溶液を5ml加えた溶液の中にフィラーを添加し、これをホモジナイザーにて出力200mAで3分間分散させたものを試料として用い、レーザー回折法により測定出来る。なお、ホモジナイザー処理を行う際のフィラーの添加量はD50が2μm未満の場合0.05gとし、D50が2~10μmの場合は0.1gとし、D50が10μmを超える場合は0.3gとする。
(フィラー(B-1))
フィラー(B-1)は、平均粒径0.1μm以上0.7μm以下で、且つ球形である。フィラー(B-1)の代わりに平均粒径が0.1μmより小さいフィラーを用いた場合、該フィラーの比表面積が大きいことから樹脂組成物の粘度が上昇しやすく、また、該フィラー自体の凝集が発生しやすいため、微小粒子の効果が十分に得られず、樹脂組成物に外力が加わった際にフィラー(B-2)の動きが滑らかになりにくい。フィラー(B-1)の代わりに平均粒径が0.7μmを超えるフィラーを用いた場合、該フィラーは、フィラー(B-2)の間隙に介在しにくい。
一方、フィラー(B-1)を用いると、樹脂組成物の粘度を上昇させずに、フィラー(B-2)の動きを滑らかにすることができる。
フィラー(B-1)の平均粒径は、好ましくは0.15μm以上であり、好ましくは0.6μm以下、より好ましくは0.5μm以下である
また、フィラー(B-1)の形状が球形であることにより、フィラー(B-2)の間隙にフィラー(B-1)が介在して、樹脂組成物に外力が加わった際にフィラー(B-2)の動きを滑らかにすることが出来ると推察される。
本発明における「球形」は、円形度が0.80以上であることを意味する。フィラー(B-1)の円形度は、好ましくは0.90以上、より好ましくは0.94以上である。なお、円形度は、画像解析により測定されたフィラーの面積Sと周囲長Lとを用いて、円形度=4πS/L2で算出され、真円の場合が1となる。
円形度は、例えば、電界放射型走査電子顕微鏡にて5万倍で20視野観察し、その視野面積内のフィラーを、画像解析システムを用いて解析することで算出することが出来る。
フィラー(B-1)のD10/D50は、好ましくは0.70以上、より好ましくは0.72以上、さらに好ましくは0.75以上である。
D10/D50が前記範囲にあることは粒径が小さい粒子が少ないことを意味し、D10/D50が前記範囲にあるフィラー(B-1)を用いることで、樹脂組成物の粘度が上昇しにくい。
フィラー(B-1)のD50/D90は、好ましくは0.60以上、より好ましくは0.61以上、さらに好ましくは0.65以上である。
D50/D90が前記範囲にあることは、粒径が大きな粒子が少ないことを意味し、D50/D90が前記範囲にあるフィラー(B-1)を用いることで、フィラー(B-1)がフィラー(B-2)の間隙に介在しやすくなる。
なお、前述のレーザー回折法によって測定された体積基準の粒度分布において、粒径の小さい方から累積して、体積基準で累積10%値となったときの粒径がD10であり、体積基準で累積90%値となったときの粒径がD90である。
フィラー(B-1)の種類は特に限定されず、例えば、シリカ、アルミナ、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化チタン、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭化ケイ素、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、タルク、ダイヤモンドが挙げられる。また、フィラー(B-1)として複数の種類のフィラーを使用してもよい。
樹脂組成物が放熱材用途の場合、フィラー(B-1)は、熱伝導率の高いシリカ、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ダイヤモンドであることが好ましく、窒化物は粒径が小さく比表面積の大きい場合に加水分解による劣化が激しく、取り扱いが容易ではないことから、安定性と熱伝導性に優れたアルミナであることがより好ましい。
また、フィラー(B-1)は、表面処理剤により表面処理を行ったフィラーであってもよい。
前記表面処理剤としては、例えばシランカップリング剤などの公知の表面処理剤が特に制限なく使用することができ、その代表例としては、アルコキシシラン類(例:メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン)、シラザン類(例:テトラメチルシラザン、ヘキサメチルジシラザン)、環状シロキサン類(例:テトラメチルシクロテトラシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン)が挙げられる。
前記表面処理剤の使用量は、フィラー(B-1)100質量部に対して0.01~2質量部程度に抑えることが好ましい。表面処理方法は公知の方法を特に制限なく使用でき、湿式で行っても乾式で行ってもよい。
(フィラー(B-2))
フィラー(B-2)は、レーザー回折法により測定した粒度分布において少なくとも0.9μm~3.0μmの範囲にピークを有し、0.9μm~2.0μmの範囲にピークを有することが好ましく、1.0μm~1.5μmの範囲にピークを有することがより好ましい。フィラー(B-2)は、この範囲に複数のピークを有していてもよい。
前記のとおり、フィラー(B-2)、特にフィラー(B-2)中の粒径が0.9μm~3.0μmの粒子の隙間にフィラー(B-1)の粒子が介在することで、樹脂組成物に外力が加わった際に、前記フィラー(B-2)、特にフィラー(B-2)中の粒径が0.9μm~3.0μmの粒子の動きが滑らかになり、結果として、樹脂組成物の粘度の上昇を抑制できると推察される。
前記ピークは、レーザー回折法により測定された粒度分布により確認されるものであり、レーザー回折法による粒度分布の測定は、前記の平均体積粒径の測定と同様の方法により行うことができる。
フィラー(B-2)は、本発明の効果を阻害しない範囲であれば、レーザー回折法による粒度分布において、0.9μm~3.0μmの範囲以外にその他のピークを有していてもよい。
前記その他のピークとしては、好ましくは5μm以上、より好ましくは10μm以上であり、かつ、好ましくは150μm以下、より好ましくは120μm以下の範囲のピークが挙げられ、フィラー(B-2)は、この範囲にピークを有することが好ましい。このようなその他のピークを有するフィラー(B-2)を用いることで、フィラーの充填性がより高い樹脂組成物を容易に得ることができる。
なお、0.9μm~3.0μmの範囲のピークのピーク高さ(H1)と、5μm~150μmの範囲のピークのピーク高さ(H2)との比(H1/H2)は、0.2~1.3であることが好ましく、0.4~1.1であることがより好ましい。なお、前記H1/H2の算出において、各範囲に複数のピークが存在する場合は、各範囲で最もピーク高さが高いピークで、H1/H2を算出する。
フィラー(B-2)のD10は、フィラー(B-1)のD90より大きいことが好ましい。また、フィラー(B-2)のD10は0.8μm以上であることが好ましい。フィラー(B-2)のD10がフィラー(B-1)のD90より大きいことにより、フィラー(B-1)がフィラー(B-2)の間隙に存在してフィラーの動きを滑らかにする効果をより発揮しやすくなる。
フィラー(B-2)を構成する粒子の形状は特に限定されず、球形、丸み状、破砕状、板状、繊維状、凝集状などが挙げられ、異なる形状の粒子を用いてもよい。
フィラー(B-2)を構成する粒子の種類も特に限定されず、例えば、シリカ、アルミナ、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化チタン、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭化ケイ素、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、タルク、ダイヤモンドが挙げられる。また、フィラー(B-2)として複数の種類のフィラーを使用してもよい。
樹脂組成物が放熱材用途の場合は、フィラー(B-2)は、熱伝導率の高いシリカ、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素であることが好ましく、窒化アルミニウムを含むことがより好ましい。
また、フィラー(B-2)は、表面処理剤により表面処理を行ったフィラーであってもよい。
前記表面処理剤としては、例えばシランカップリング剤などの公知の表面処理剤が特に制限なく使用することができ、その代表例としては、アルコキシシラン類(例:メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン)、シラザン類(例:テトラメチルシラザン、ヘキサメチルジシラザン)、環状シロキサン類(例:テトラメチルシクロテトラシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン)が挙げられる。
前記表面処理剤の使用量は、フィラー(B-2)100質量部に対して0.01~2質量部程度に抑えることが好ましい。表面処理方法は公知の方法を特に制限なく使用でき、湿式で行っても乾式で行ってもよい。
フィラー(B-2)としては、レーザー回折法により測定した粒度分布において、少なくとも0.9μm~3.0μmの範囲にピークを有すれば特に制限されないが、具体的には、1種以上の平均粒径0.9μm~3.0μmのフィラー(以下「フィラー(b2-1)」ともいう。)のみを用いてもよいし、1種以上の該フィラー(b2-1)と、1種以上の平均粒径が0.9μm~3.0μmの範囲にないフィラー(以下「フィラー(b2-2)」ともいう。)とを用いてもよいが、本発明の効果がより発揮される等の点から、1種以上のフィラー(b2-1)と1種以上のフィラー(b2-2)とを用いることが好ましい。
樹脂組成物が放熱材用途の場合は、フィラー(b2-1)とフィラー(b2-2)の少なくとも一方は、熱伝導率の高いシリカ、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素であることが好ましく、窒化アルミニウムであることがより好ましい。フィラー(b2-1)とフィラー(b2-2)の種類は、同一でもよく、それぞれ異なっていてもよい。
また、フィラー(b2-1)とフィラー(b2-2)の少なくとも一方は、前記表面処理剤により表面処理されていてもよい。
前記フィラー(b2-2)としては、フィラー(B-1)及びフィラー(b2-1)以外のフィラーであれば特に制限されないが、平均粒径が、好ましくは5μm以上、より好ましくは10μm以上であり、かつ、好ましくは150μm以下、より好ましくは120μm以下のフィラーが挙げられる。
(その他成分(C))
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物には、本発明の効果を阻害しない範囲で、樹脂(A)とフィラー(B)以外のその他成分を配合してもよい。該その他成分としては、例えば、硬化促進剤、親和剤、変色防止剤、界面活性剤、分散剤、カップリング剤、着色剤、可塑剤、粘度調整剤、抗菌剤、反応遅延剤が挙げられる。
これらその他成分は、それぞれ1種単独で用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
(樹脂組成物の製造方法)
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物は、樹脂(A)と、フィラー(B)と、必要に応じてその他成分(C)とを混合することで製造することが出来る。混合方法は何ら制限されず、一般的な混合機を用いて行えばよい。このような混合機としては、例えば、プラネタリーミキサーなどのニーダー、三本ロールなどのロール混練機、擂潰機、自公転ミキサーが挙げられる。また、乳鉢等で混合を行ってもよい。
混合時に原料を添加する順番についても特に限定されず、樹脂(A)に、予めフィラー(B-1)とフィラー(B-2)を混合したフィラー(B)を添加してもよいし、樹脂(A)に、フィラー(B-1)もしくはフィラー(B-2)の一方を添加して混合した後に、他方を添加してさらに混合してもよい。
また、樹脂(A)として付加反応型硬化性シリコーン樹脂等の、二成分以上(例:主剤成分及び硬化剤成分)を混合して硬化等させる樹脂を使用する場合には、該二成分以上を予め混合した後、フィラー(B)を配合してもよいし、樹脂の原料となる二成分以上の成分の少なくとも一方にフィラー(B)を配合した後で該二成分以上の成分を混合してもよい。具体的には、樹脂(A)が付加反応型硬化性シリコーン樹脂である場合は、ビニル基を有するポリオルガノシロキサンとヒドロシリル基を有するポリオルガノシロキサンを混合した後にフィラー(B)を配合してもよく、ビニル基を有するポリオルガノシロキサンとヒドロシリル基を有するポリオルガノシロキサンの一方又は双方、好ましくは双方にフィラー(B)を配合した後にこれらを混合してもよい。ビニル基を有するポリオルガノシロキサンとヒドロシリル基を有するポリオルガノシロキサンを混合した後にフィラー(B)を配合する場合は、フィラー(B)混練中の粘度変化を防ぐためにフィラー配合後に白金触媒を添加することが好ましい。白金触媒が予め含まれているシリコーン樹脂を用いて、ビニル基を有するポリオルガノシロキサンとヒドロシリル基を有するポリオルガノシロキサンを混合した後にフィラー(B)を配合する場合は、例えばアセチレンアルコール等の反応遅延剤を添加することが好ましい。
なお、樹脂の原料となる二成分以上の成分にフィラー(B)を配合した組成物も、本発明の一実施形態に係る樹脂組成物に含まれる場合がある。
また、フィラー(B-2)は、複数のフィラー(例えば、フィラー(b2-1)と、フィラー(b2-2))を混合して製造してもよいし、複数のフィラーを順次樹脂(A)に添加して樹脂組成物中にフィラー(B-2)が含まれるようにしてもよい。複数のフィラーを順次樹脂に添加して樹脂組成物中にフィラー(B-2)が含まれるようにする場合は、フィラー(B-2)の粒度分布は、予めそれぞれのフィラーの粒度分布を測定した結果から算出すればよい。
混合時のフィラーの配合量は、樹脂(A)100容量部に対して、フィラー(B)が230~640容量部となるように配合すればよい。また、フィラー(B-1)が、フィラー(B)100容量%に対し、0.2容量%~5.0容量%となるように配合すればよい。
樹脂(A)100容量部に対する、フィラー(B)の配合量は、230容量部以上であり、好ましくは260容量部以上、より好ましくは300容量部以上、さらに好ましくは500容量部以上であり、640容量部以下であり、好ましくは620容量部以下、より好ましくは600容量部以下、さらに好ましくは550容量部以下である。
フィラー(B)の配合量が前記範囲にあると、フィラーの充填性が高い樹脂組成物を容易に得ることができる。
フィラー(B)100容量%に対する、フィラー(B-1)の配合量は、0.2容量%以上であり、好ましくは0.4容量%以上、より好ましくは0.5容量%以上、さらに好ましくは1.0容量%以上であり、5.0容量%以下であり、好ましくは4.7容量%以下、より好ましくは4.0容量%以下、さらに好ましくは3.0容量%以下である。
フィラー(B-1)の配合量が前記範囲にあると、樹脂組成物の粘度の上昇を抑制できる。
前記樹脂組成物の製造方法としては、樹脂(A)と、平均粒径0.1μm以上0.7μm以下の球形であるフィラー(B-1)と、平均粒径0.9μm~3.0μmのフィラー(b2-1)を含むフィラー(B-2)とを混合する工程を含み、
前記フィラー(B-1)と前記フィラー(B-2)との合計配合量が、前記樹脂(A)100容量部に対し、230~640容量部であり、
前記フィラー(B-1)及び前記フィラー(B-2)全体の平均粒径が5μm~60μmであり、
前記フィラー(B-1)の配合量が、フィラー(B-1)とフィラー(B-2)との合計100容量%に対し、0.2容量%~5.0容量%である、
樹脂組成物の製造方法(以下「製造方法I」ともいう。)が挙げられる。
製造方法Iの具体例としては、樹脂(A)と、フィラー(B-1)と、フィラー(b2-1)と、必要に応じてフィラー(b2-2)とその他成分(C)とを所定量準備し、これらを混合機に投入して混合する方法が挙げられる。この方法では、フィラー(b2-1)と、使用した場合にはフィラー(b2-2)とが、フィラー(B-2)を構成する成分に該当し、樹脂組成物中にフィラー(B-2)が含まれることとなる。
製造方法Iによれば、比較的簡便にフィラー(B-2)の粒度分布を調整することが可能である。
前記製造方法Iにおけるフィラー(B-1)の配合量及びその好ましい範囲は、前述の通りである。
前記製造方法Iにおけるフィラー(b2-1)の配合量は、フィラー(B)100容量%に対し、15容量%~45容量%であることが好ましく、15容量%~40容量%であることがより好ましい。
前記製造方法Iにおいて、フィラー(b2-1)の配合量が前記範囲にあると、最密充填効果による流動性の向上と、適度な熱パス形成による熱伝導率の向上が達成できる。
前記製造方法Iにおけるフィラー(b2-2)の配合量は、フィラー(B-1)及びフィラー(b2-1)の残部であることが好ましい。つまり、前記製造方法Iにおいて、フィラー(B)は、フィラー(B-1)と、フィラー(b2-1)と、フィラー(b2-2)とのみからなることが好ましい。
また、フィラー(b2-1)の配合量は、フィラー(B-1)の配合量に対して、容量比で、好ましくは5倍以上、より好ましくは20倍以上であり、好ましくは100倍以下、より好ましくは90倍以下である。
前記製造方法Iの好ましい形態としては、樹脂(A)と、平均粒径0.1μm以上0.7μm以下の球形であるフィラー(B-1)と、平均粒径0.9μm~3.0μmのフィラー(b2-1)と、平均粒径5μm~150μmのフィラー(b2-2)とを混合する工程を含み、
前記フィラー(B-1)、フィラー(b2-1)及びフィラー(b2-2)の合計配合量が、前記樹脂(A)100容量部に対し、230~640容量部であり、
前記フィラー(B-1)、フィラー(b2-1)及びフィラー(b2-2)全体の平均粒径が5μm~60μmであり、
前記フィラー(B-1)の配合量が、フィラー(B-1)、フィラー(b2-1)及びフィラー(b2-2)の合計100容量%に対し、0.2容量%~5.0容量%である、
樹脂組成物の製造方法が挙げられる。
(樹脂組成物の用途)
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物の用途としては、家電製品、自動車、ノート型パーソナルコンピュータなどに搭載される半導体部品からの発熱を効率よく放熱するための放熱材用途、具体的には、サーマルインターフェースマテリアルが挙げられる。サーマルインターフェースマテリアルとしては、例えば、放熱グリース、放熱ゲル、接着剤が挙げられる。また、本発明の一実施形態に係る樹脂組成物の用途としては、半導体封止剤、アンダーフィルなども挙げることが出来る。
また、樹脂(A)として硬化後にゴム状となる樹脂を使用した場合には、樹脂組成物を硬化した後の樹脂組成物(樹脂組成物硬化体)についても、従来の樹脂組成物を硬化して得られる硬化物に比べて柔軟性を向上させることができる。このため、例えば、該樹脂組成物硬化体を、発熱体と、放熱フィン、ヒートシンク等の放熱部材との間に設けられる熱シート、フェイズチェンジシートなどとして用いる場合には、発熱体と放熱部材との密着性を向上させることが容易となり、熱抵抗が低減されるという利点が得られる。
以下、実施例によって本発明の一実施形態を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。実施例中に示した略号、称号については以下のとおりである。
[樹脂(A)]
・R1-A:25℃の粘度が1000mPa・sであるビニル基を有するポリオルガノシロキサンと白金触媒とを、質量比1000:1で混合したもの。白金触媒としては、Platinum (0)-1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane complex solution(Alfa Aesar製)を使用し、混合割合は、下記実施例又は比較例で得られる樹脂組成物に対し、Pt量が15ppmになるように調整した。
・R1-B:25℃の粘度が900mPa・sであるヒドロシリル基を有するポリオルガノシロキサン。
・R2:ビスフェノールA型エポキシ樹脂と、硬化剤としてアミン系硬化剤とを、質量比100:5で混合したもの。
[フィラー(B)]
フィラー(B-1)
・F1(a):球形アルミナ。D10:0.42μm、D50:0.52μm、D90:0.75μm、円形度:0.96。
・F1(b):球形アルミナ。D10:0.14μm、D50:0.19μm、D90:0.31μm、円形度:0.90。
・F1(c):球形アルミナ。D10:0.50μm、D50:0.67μm、D90:0.97μm、円形度:0.86。
・F1(d):アルミナ。D10:0.49μm、D50:0.69μm、D90:1.02μm、円形度:0.75。(なお、F1(d)は球形ではないため、フィラー(B-1)ではないが、以下では、便宜上、フィラー(B-1)として扱う。)
フィラー(B-2)は以下の表1に示すF2~F9を組み合わせることで調製した。
[その他成分(C)]
・S1:アルコキシシランカップリング剤
・S2:リン酸エステル剤
<粒度分布の測定>
水90mlに対し、5%ピロリン酸ソーダ水溶液を5ml加えた溶液の中に、フィラーを添加し、これをホモジナイザーにて出力200mAで3分間分散させたものを試料として、レーザー回折型粒度分布測定装置(日機装(株)製:MICROTRACK-MT3300EXII)を用い、計算モードはHRAとして粒度分布を測定した。なお、フィラー(B-2)全体の粒度分布は、F2~F9のそれぞれの粒度分布の測定結果に、そのフィラーの配合量の体積割合をかけることで得られる粒度分布を足し合わせた粒度分布とした。
フィラーの添加量は、D50が2μm未満の場合0.05gとし、D50が2~10μmの場合は0.1gとし、D50が10μmを超える場合は0.3gとした。
<円形度の測定>
電界放射型走査電子顕微鏡((株)日立ハイテク製:S-5500)にて、フィラー(B-1)を5万倍で20視野観察した。前記視野面積内の各フィラーの円形度を、画像解析システム(旭化成(株)製:IP-1000PC)を用いて算出し、これを平均してフィラー(B-1)の円形度を算出した。
<実施例1>
樹脂(A)としてR1-Aを100容量部、フィラー(B-1)としてF1(a)を2容量部、フィラー(B-2)を構成する粉末として、F2を172容量部、F5を172容量部、F6を173容量部、その他成分(C)としてS1を1.0容量部計り取り、乳鉢で混練することで、ビニル基を有するシリコーン組成物を調製した。
また、R1-Bを100容量部、フィラー(B-1)としてF1(a)を2容量部、フィラー(B-2)を構成する粉末としてF2を172容量部、F5を172容量部、F6を173容量部、その他成分(C)としてS1を1.0容量部計り取り、乳鉢で混練することで、ヒドロシリル基を有するシリコーン組成物を調製した。
なお、各成分の計量は、所望の容量比となるように、各成分の比重から重量換算して行った。
次いで、ビニル基を有するシリコーン組成物と、ヒドロシリル基を有するシリコーン組成物とを容量比1:1で混合し、樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物の組成を表2に示す。なお、R1-A及びR1-Bを用いた場合を、表2ではR1と示す。また、ビニル基を有するシリコーン組成物、ヒドロシリル基を有するシリコーン組成物及び樹脂組成物それぞれに用いたフィラー(B)の組成を表3に示し、これらの組成物それぞれに用いたフィラー(B)及びフィラー(B-2)の物性を表4に示す。
その後、得られた樹脂組成物を25mm×25mm×t1mmの金型に充填し、80℃で2トンの熱プレスを1時間行うことで、樹脂組成物硬化体を得た。
<実施例2~7、9~11及び比較例1~6、8~12>
表2、3に示す樹脂組成物が得られるように、ビニル基を有するシリコーン組成物及びヒドロシリル基を有するシリコーン組成物を調製した以外は実施例1と同様にして、各組成物を得た。これらの組成物それぞれに用いたフィラー(B)及びフィラー(B-2)の物性を表4に示す。なお、ビニル基を有するシリコーン組成物及びヒドロシリル基を有するシリコーン組成物それぞれには、同じ種類及び量のフィラー(B)及びその他成分(C)を配合した。
また、得られた樹脂組成物を用いた以外は実施例1と同様にして、樹脂組成物硬化体を得た。
<実施例8>
樹脂(A)としてR2を100容量部、フィラー(B-1)としてF1(a)を8容量部、フィラー(B-2)を構成する粉末として、F2を155容量部、F5を365容量部、その他成分(C)としてS2を1.1容量部計り取り、乳鉢で混練をして樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物の組成を表2に示し、樹脂組成物に用いたフィラー(B)の組成を表3に示し、樹脂組成物に用いたフィラー(B)及びフィラー(B-2)の物性を表4に示す。
次いで、樹脂組成物をφ10mm×t1mmの金型に充填し、120℃で3トンの熱プレスを1時間行うことで、樹脂組成物硬化体を得た。
<比較例7>
樹脂組成物の組成を表2、3に示す通りに変更した以外は、実施例8と同様にして、樹脂組成物を得た。樹脂組成物に用いたフィラー(B)及びフィラー(B-2)の物性を表4に示す。
また、得られた樹脂組成物を用いた以外は実施例8と同様にして、樹脂組成物硬化体を得た。
<樹脂組成物の柔軟性の評価(応力低下率の測定)>
粘弾性測定装置(TAインスツルメント社製:AR2000ex)を用いて、実施例1~7、9~11及び比較例1~6、8~11で得られた、ビニル基を有するシリコーン組成物、ヒドロシリル基を有するシリコーン組成物及び樹脂組成物それぞれ5.0gを200μm/sで圧縮し、3mmまで圧縮した時の応力を測定した。また、実施例8及び比較例7で得られた樹脂組成物についても、同様に応力を測定した。
なお、実施例1~7、9~11及び比較例1~6、8~11で得られた樹脂組成物の測定は、ビニル基を有するシリコーン組成物とヒドロシリル基を有するシリコーン組成物とを、25℃の室内で2分間、容量比1:1で混合した直後に行った。
次いで、実施例1~11及び比較例2、8、11で得られた各組成物(以下「測定対象組成物」ともいう。)の応力と、これら測定対象組成物それぞれに対し、フィラー(B-1)を含まない組成物に相当する組成物(以下「基準組成物」ともいう。)の応力とから、以下の式(1)に従って応力低下率を算出した。結果を表5又は6に示す。
なお、前記基準組成物としては、例えば、実施例1で得られたビニル基を有するシリコーン組成物の基準組成物は、比較例1で得られたビニル基を有するシリコーン組成物であり、実施例1で得られた樹脂組成物の基準組成物は、比較例1で得られた樹脂組成物である。各測定対象組成物に対する、基準組成物については、表5及び6の「基準」の欄に記載の通りである。
K=P1/P2 ・・・(1)
[K:応力低下率、P1:測定対象組成物の応力、P2は基準組成物の応力である。
応力低下率が1未満であれば、フィラー(B-1)を配合したことにより樹脂組成物の柔軟性が向上したことを意味し、値が小さいほどフィラー(B-1)を配合したことによる柔軟性向上の効果が大きいことを意味する。
<樹脂組成物硬化体の柔軟性の評価(厚み変化率)>
実施例1~11及び比較例1~11で得られた樹脂組成物硬化体に2Paの圧力を加えた前後の硬化体の厚みの変化量(圧力を加える前の厚み(t)-圧力を加えた後の厚み)をセンサーで測定した。
次いで、実施例1~11及び比較例2、8、11で得られた樹脂組成物硬化体(以下「測定対象硬化体」ともいう。)の厚みの変化量と、これら測定対象硬化体それぞれに対し、フィラー(B-1)を含まない硬化体に相当する硬化体(以下「基準硬化体」ともいう。)の厚みの変化量とから、以下の式(2)に従って厚み変化率を算出した。結果を表5又は6に示す。なお、各測定対象硬化体に対する、基準硬化体については、表5及び6の「基準」の欄に記載の通りである。
ΔT=T1/T2 ・・・(2)
[ΔT:厚み変化率、T1:測定対象硬化体の厚みの変化量、T2:基準硬化体の厚みの変化量]
厚み変化率が1より大きければ、フィラー(B-1)を配合したことにより樹脂組成物硬化体の柔軟性が向上したことを意味し、数値が大きいほど柔軟性向上効果が高いことを意味する。
評価結果より、樹脂(A)100容量部と、平均粒径5μm~60μmのフィラー(B)230~640容量部とを含み、前記フィラー(B)が、平均粒径0.1μm以上0.7μm以下の球形であるフィラー(B-1)と、レーザー回折法により測定した粒度分布において少なくとも0.9μm~3.0μmの範囲にピークを有するフィラー(B-2)とを含み、前記フィラー(B-1)の割合が、フィラー(B)100容量%に対し、0.2容量%~5.0容量%である実施例1~11は、応力低下率が1未満であり、フィラー(B-1)を配合しない場合と比べて樹脂組成物の柔軟性が向上すること、すなわちフィラーの充填性が向上することが示された。
また、樹脂(A)が硬化性シリコーン樹脂である実施例1~7、9~11については、樹脂組成物硬化体の厚み変化率が1を超えており、樹脂組成物硬化体においても柔軟性が向上することが示された。
なお、平均粒径0.1μm以上0.7μm以下の球形であるフィラー(B-1)を、フィラー(B)100容量%に対し、5.0容量%を超えて配合した比較例2と、フィラー(B)の配合量が樹脂(A)100容量部に対して230容量部未満である比較例8では、応力低下率、厚み変化率が共に1程度であり、樹脂組成物及び樹脂組成物硬化体における柔軟性の向上は見られなかった。
平均粒径0.1μm以上0.7μm以下の球形であるフィラー(B-1)に代えて、平均粒径0.1μm以上0.7μm以下の非球形であるフィラーを配合した比較例11では、応力低下率、厚み変化率が共に1程度であり、樹脂組成物及び樹脂組成物硬化体における柔軟性の向上は見られなかった。
フィラー(B)として、0.9~3.0μmの範囲にピークを有するフィラー(B-2)を用いなかった比較例12は、フィラーの充填性が低く、樹脂組成物を調製することが出来なかった。

Claims (5)

  1. 樹脂(A)100容量部と、平均粒径5μm~60μmのフィラー(B)230~640容量部とを含み、
    前記フィラー(B)は、平均粒径0.1μm以上0.7μm以下の球形であるフィラー(B-1)と、レーザー回折法により測定した粒度分布において少なくとも0.9μm~3.0μmの範囲にピークを有するフィラー(B-2)とを含み、
    前記フィラー(B-1)の割合が、フィラー(B)100容量%に対し、0.2容量%~5.0容量%である、
    樹脂組成物。
  2. 前記フィラー(B-2)が、レーザー回折法により測定した粒度分布において、さらに5μm~150μmの範囲にピークを有する、請求項1に記載の樹脂組成物。
  3. 前記フィラー(B-2)のD10が、前記フィラー(B-1)のD90より大きい、請求項1又は2に記載の樹脂組成物。
  4. 前記フィラー(B-1)がアルミナを含み、前記フィラー(B-2)が窒化アルミニウムを含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  5. 樹脂(A)と、平均粒径0.1μm以上0.7μm以下の球形であるフィラー(B-1)と、平均粒径0.9μm~3.0μmのフィラー(b2-1)を含むフィラー(B-2)とを混合する工程を含み、
    前記フィラー(B-1)と前記フィラー(B-2)との合計配合量が、前記樹脂(A)100容量部に対し、230~640容量部であり、
    前記フィラー(B-1)及び前記フィラー(B-2)全体の平均粒径が5μm~60μmであり、
    前記フィラー(B-1)の配合量が、フィラー(B-1)とフィラー(B-2)との合計100容量%に対し、0.2容量%~5.0容量%である、
    樹脂組成物の製造方法。
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