JPH01215855A - シリコーンゴム組成物及び熱伝導性電気絶縁体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 童東上夏程几分界 本発明は、発熱性電子部品、を放熱フィンや金属製放熱
板に取り付ける際に用いる＃＠縁性放熱シート等として
好適に利用されるシリコーンゴム組成物及び熱伝導性電
気絶縁体に関する。

の技術　び　ｌが　決しようとする課題従来、パワート
ランジスタ、サイリスタ、整流器或いはトランス等の発
熱性電子部品は、使用時に熱を発生するため、これら発
熱性電子部品からの熱を放熱フィンや金属放熱板により
放熱することが行われているが、この場合これらの間に
熱伝導性電気絶縁体をシート状に介在させることが必要
である。

この熱伝導性電気絶縁体としては、シリコーンゴムに石
英、アルミナ、窒化硼素等の熱伝導性無機充填剤を添加
したシリコーンゴム組成物を成形加硫したものが主に使
われている。

また、熱伝導性電気絶縁体を用いて発熱性電子部品から
発生する熱を効率的に放熱するには、発熱性電子部品と
熱伝導性電気絶縁体、更には熱伝導性電気絶縁体と放熱
フィンや金属放熱板との接触面積が大きい程有利である
。このため１発熱性電子部品と放熱フィンや金属放熱板
の間に熱伝導性電気１ＭＡ縁体を介在させた後、一定の
トルク圧をかけてこれらをねじ締めして各々の接触性を
高め、接触面積を大きくすることが行われている。　　
−しかしながら、ねじ締めすると各々の接触面積は広く
なるが、ねじ締めした周辺部分は十分に接触する反面、
ねじ締め部分から離れたところの接触性が悪くなって接
触性にむらが生じる上、発熱性電子部品等の表面は肉眼
では平坦に見えるがミクロ的には凹凸が存在しており、
ねじ締めのみではこの凹凸のある接触面を完全に密着さ
せることは難しい。

そこで、熱伝導性電気絶縁体の両面に粘着層を設け、こ
の粘着層を介して発熱性電子部品等に熱伝導性電気絶縁
体を接着させることが行われており、この場合は接触に
むらが生じることなく発熱性電子部品等の表面と電気絶
縁体の表面が完全に密着する。しかし、この表面に粘着
層を有する熱伝導性電気絶縁体は、製造時に表面に対し
て粘着層を付与する工程が必要である上、使用する際に
粘着層面から保護用セパレーターを剥離しなければなら
ず、生産性や作業性の点がら好ましくない。

更に、粘着層の厚みを増やすと、粘着力は増大するもの
の電気絶縁体の熱伝導性が悪くなるという問題がある。

このように、発熱性電子部品から発生する熱を効率的に
放熱するには、表面バ発熱性電子部品との密着性に優れ
た熱伝導性電気絶縁体を利用することが最適であり、表
面の密着性に加えてその熱伝導性や生産性、作業性にも
優れた利用性の高いシリコーンゴム組成物及び熱伝導性
電気絶縁体の開発が望まれる。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、発熱性部品や
放熱フィン、金属放熱板と簡単な操作で良好に密着する
上に、高い熱伝導性を有し、しかも容易に生産し得るシ
リコーンゴム−組成物及び熱伝導性電気絶縁体を提供す
ることを目的とする。

を　決するための手段及び作用 本発明者らは上゛起重的を達成するため鋭意検討を重ね
た結果、シリコーンゴム組成物に通常使用される直鎖状
オルガノポリシロキサンと、アルミ−４＝ す、窒化硼素等の熱伝導性無機充填剤と共に、分子中に
含有する５ｕｎ２単位とＲ３−８ｉ　Ｏ’　ｏ　、　ｓ
　’４位（但し、式中Ｒは水素原子又は一価炭化水素基
である）とのモル比が１　：　０．４〜１　：１．５で
ある特定のオルガノポリシロキサンを配合すると、この
シリコーンゴム組成物を単に所望の形状に成形、加硫す
ることにより、表面に自己粘着性、即ちタック性を有す
る上に熱伝導性が良好な熱伝導性電気絶縁体が得られる
こと、更にこの熱伝導性電気Ｍ縁体は発熱性電子部品と
放熱フィンや金属放熱板との間に介在させて加圧するだ
けでこれら接触面と容易に密着して広い接触面積が得ら
れ、発熱性電子部品から発生する熱を効果的に放熱し得
ることを知見し、本発明をなすに至った。

従って、本発明は、（イ）゛直鎖状オルガノポリシロキ
サンと、 （ロ）分子中に含有する５ｉ０２単位とＲ３Ｓ　１０　
ｏ’、　ｓ単位（但し、式中Ｒは水素原字又は一価の炭
化水素基である）とのモル比が１：Ｏ：４〜１　：　１
：５であるオルガノポリシロキサンと、 （ハ）熱伝導性無機充填剤 とを含有してなることを特徴とするシリコーンゴム組成
物、及び上記シリコーンゴム組成物を成形、加硫するこ
とにより得られる熱伝導性電気絶縁体を提供する。

以下、本発明につき更に詳述する。

本発明のシリコーンゴム組成物は、上述したように（イ
）、（ロ）及び（ハ）成分を必須成分とするものである
。

ここで、（イ）成分の直鎖状オルガノポリシロキサンと
しては、加硫可能なものであれば特に制限されず、通常
シリコーンゴム組成物に配合されるものを使用し得るが
、中でもジメチルポリシロキサン又はビニル基含有ジメ
チルポリシロキサンと有機過酸化物とを必須成分として
含有する熱加硫型オルガノポリシロキサンや、ビニル基
含有ジメチルポリシロキサンと−ＳｉＨ基を有するジメ
チルハイドロジエンポリシロキサンと触媒の白金又は白
金化合物とを必゛須成分として含有する付加反応加硫型
オルガノポリシロキサン又はこれらの混−６＝ 合物等が好適に用いられる。

なお、特にオルガノポリシロキサンとして生ゴム状で高
粘度のものを使用すると、組成物が速く加硫してゴム弾
性に優れた熱伝導性電気絶縁体を得ることができる。

更に、（ロ）成分のオルガノポリシロキサンは、その分
子中に含有するＳ　ｉ０２０２部Ｒ３５ｉＯ，、。

単位との割合が限定された特定のオルガノポリシロキサ
ンで、相当するクロロシラン又はアルコキシシランの一
種又は二種以上の混合物を常法で共加水分解することに
より得ることができるものである。

このオルガノポリシロキサン分子中の５ｉＯ２単位とＲ
３５ｉｎｏ、５単位との割合は、モル比で１　：　０．
４〜１　：１．５、好ましくは１：０．６〜１：１モル
であり、５ｉＯ２単位１モルに対してＲ３５ｉＯｏ、５
単位が０．４モル未満であると、安定した製造が困難に
なってシリコーンゴム組成物の保存安定性が劣る上、こ
の組成物から得られる熱伝導性電気絶縁体表面のタック
感に粘りがなくなって発熱性電子部品等との密着性が不
充分となり、Ｒ３５ｉｎｏ、、、単位が１．５モルより
多くなるとタック感が減少し、従って上記範囲外である
といずれも本発明の目的を達成し得ない。

またこの場合、オルガノポリシロキサン分子中のＲ３５
ｉＯｏ、ｓ単位の置換基Ｒは、水素原子又は一価の炭化
水素基であり、具体的には水素原子。

メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキ
ル基、ビニル基、アリル基等のアルケニル基、フェニル
基などが例示され、これらの基のうちの一種又は二種以
上とすることができる。なお、オルガノポリシロキサン
の製造の容易さの見地から、置換基Ｒはメチル基である
ことが望ましく、更に分子中に置換基Ｒとしてビニル基
が全体の２〜１０モル％含有するとシリコーンゴム組成
物が速く加硫するので好ましい。ビニル基の含有量が１
０モル％を越えると、得られる熱伝導性電気絶縁体表面
のタック性が減少する場合がある。

更に、（ロ）成分のオルガノポリシロキサンの配合比は
特に制限されないが、（イ）成分の直鎖状オルガノボリ
シロキサン１００部（重量部、以下同様）に対１．て１
０−２００部、特に３０〜１ｏ。

部の割合となるように配合することが好適である。

（ロ）成分の配合比が１０部より少ないと、得られる熱
伝導性電気絶縁体表面のタック性が不充分となって本発
明の目的が達成し得ない場合があり、２００部より多い
とそのタック性が過剰となって取扱いが困難になる場合
がある。

なお、（ロ）成分として、予め上述のＳｉ○２単位とＲ
，５ｉＯｏ、、’単位との割合が限定されたオルガノポ
リシロキサン１００部に対して、両末端がシラノール基
であると共にビニル基を含有しない生ゴム状のオルガノ
ポリシロキサンを３０〜３００部の割合で混合して脱水
縮合させることにより得られるオルガノポリシロキサン
を配合することができるが、この場合は（ロ）成分の配
合比を（イ）成分１００部に対して５〜１００部、特に
１０〜５０部とすることが好ましい。

また、（ハ）成分の熱伝導性無機充填剤には、例えばア
ルミナ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、炭−９＝ 化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化硼素、黒鉛。

石英等を使用し得るが、これらのうち、価格や性能の点
からアルミナや窒化硼素を使用することが望ましい。な
お、これら熱伝導性無機充填剤は一種を単独で用いても
二種以上を混合して用いてもよい。

更に、熱伝導性無機充填剤の配合比は別に制限されず、
使用する充填剤の種類に応じた配合比とすることができ
るが、（イ）成分のオルガノポリシロキサン１００部に
対する各熱伝導性無機充填剤の好ましい配合比は、石英
やアルミナ、窒化アルミニウムの場合は３００〜１２０
０部であり、窒化硼素の場合は１００〜５００部である
。熱伝導性無機充填剤の配合比が上記範囲より少ないと
熱伝導性が不充分になるおそれがあり、逆に多すぎると
得られるシリコーンゴム成形体の機械的強度及び電気絶
縁性が低下すると共に、ゴム弾性が減少して発熱性電子
部品の放熱体との接触が不充分となり、その結果熱伝導
効果が減少する場合がある。

本発明のシリコーンゴム組成物には、上記必須成分に加
えてその他の成分として所定量の加硫剤もしくは架橋剤
及び反応触媒が配合され、更に必要に応じてシリカ等の
補強性フィラー、加工助剤。

難燃化剤、硬化制御剤、密着向上剤２着色防止剤等を添
加することができ、その使用成分や使用量などは公知の
シリコーンゴム組成物と同様にすることができる。

本発明の熱伝導性電気Ｍｍ体は上記シリコーンゴム組成
物を成形、加硫することにより得られるものである。

この場合、本発明のシリコーンゴム組成物は公知の方法
で種々の形状に成形し得、例えばカレンダーロールを用
いたシート状成形、押出機によるチューブ状又はシート
状成形、コーティング法によるシート状成形、圧縮成形
、射出成形等を行うことができる。なお、コーティング
法を採用する場合は、トルエン、キシレン、酢酸エチル
、トリクロルエチレン、テトラクロルエチレン等の有機
溶剤を用いてシリコーンゴム組成物を所定濃度で均一に
溶解して塗工用液を調製することが好ましい。

更に、シート状成形体には、その片面又は両面にガラス
クロス等を貼合して強度を向上させることができ、この
ガラスクロス貼合工程は、成形シートとガラスクロスの
密着性を向上させるために成形シートを加硫する前に行
うことが望ましい。

なお、成形体の厚さに特に制限はないが、シート状やチ
ューブ状に形成する場合は０．１〜２１ｗ１１程度が実
用的である。

また、得られた成形体を加硫する場合、加硫条件は成形
体や加硫剤の種類によって異なるが、１２０〜２００℃
で５〜３０分間程度加熱するという条件が好適に採用さ
れる。

呈皿夏羞果 以上説明したように、本発明のシリコーンゴム組成物は
、単に所望の形状に成形、加硫することにより表面に自
己粘着性を有し、かつ熱伝導性が良好な熱伝導性電気Ｍ
縁体となり、この熱伝導性電気絶縁体は発熱性電子部品
と放熱フィンや金属放熱板との間に介在させて加圧する
だけでこれら接触面と容易に密着する。従って、本発明
のシリコーンゴム組成物及び熱伝導性電気絶縁体によれ
ば、発熱性電子部品等と良好に接触し、かつ広い接触面
積が得られる上、従来のように粘着層を積層するなどの
面倒な操作が不要であり、また、使用時に粘着層からセ
パレーターを剥離する必要がなく、しかも電気＃＠総体
を予め放熱フィンや金属放熱板に仮固着することが可能
であり、作業性良く発熱性電子部品に設置して発熱する
熱を効果的に放熱させることができる。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明
するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない
。

なお、各側に先立ち、各側で採用した物性の評価方法を
下記に示す。

〈成形シート表面のタック性〉 成形シートを平滑なステンレススチール板に貼り合わせ
、ステンレススチール板からこの成形シートをゆっくり
剥離した時の抵抗感を評価し、抵抗感が全く感じられな
い場合をタック性不良、抵抗感が感じられる場合をタッ
ク性良好と判定した。

〈熱抵抗〉 熱伝導性の評価として、次の方法で熱抵抗を測定した。

シートをパワートランジスタ（２ＳＤ２１７゜Ｔｏ−３
型）と放熱器（ＹＷＡ−Ｌ１２０型）との間に介装して
５ｋｇのトルクで固定した。これに直流電流４Ａ、電圧
７ｖを２０分間印加し、放熱器とトランジスタとの温度
が平衡状態に達したときの両者の温度差を測定して、こ
の値と印加した消費電力から熱抵抗値＜℃／Ｗ）を求め
た。

〔実施例１〕 （イ）成分としてビニル基を０．０５モル％含有するガ
ム状ジメチルポリシロキサン１００部、（ロ）成分とし
て５ｕｎ２単位と（ＣＨ３）３Ｓｉｎ、、、単位のモル
比が１　：　０．７であり、ビニル基を１００ｇ当たり
０．０１モル含有するジメチルポリシロキサン５０部、
（ハ）成分としてアルミナ粉末１０００部、加硫剤とし
て２，５−ジメチル−２，５−ビス（ｔ−ブチルパーオ
キシ）ヘキサン１．５部、希釈剤としてトルエン６００
部からなる均一な処理液をバーコーターを用いて厚み０
．１５ｎｍのガラスクロス上に２０ｃ１１１＠で連続的
にコーティングした後、６０℃に保持した熱風赤外線ド
ライヤーで溶剤を除去した。次いで、この未加硫シート
を長さ２０ａｎにカットし、温度１７０℃、荷重６０ｋ
ｇ／、ｎで１０分間プレス加硫して厚み０．４４ｎｎの
試験用シートを得た。

この試験用シートの物性を上記方法で評価したところ、
シート表面のタック性は良好であり、熱抵抗値は１．０
５℃／Ｗであった。

〔比較例１〕 （イ）成分の配合量を１５０部にして（ロ）成分を全く
配合しない以外は実施例１と同組成の処理液を使用し、
実施例１と同様の方法で厚み０．４５圃の試験用シート
を得た。

このシー１〜は表面のタック性が不良であり、熱抵抗は
１．２０°Ｃ／　Ｗであった。

〔実施例２，３〕 （イ）、（ロ）、（ハ）成分を第１表に示す配合比とし
た以外は実施例１と同組成、同方法で試験用シートを得
た。

得られた試験用シートの厚み及び物性の評価結果を第１
表に併記する。

第　　　　　１　　　　　表 第１表の結果かられかるように、本発明に係るシートは
いずれもタック性が良好であった。

〔実施例４，５〕 （ロ）成分としてＳ　ｉ　Ｏ、単位と（ＣＨ，）３Ｓｉ
ｎｏ、。

単位とのモル比が第２表に示す通りであるビニル基含有
ジメチルシロキサンを使用する以外は実施例１と同様に
して試験用シートを得た。

このシートの厚み２表面のタック性及び熱抵抗値を第２
表に併記する。

第　　　　　２　　　　　表 第２表の結果より、Ｓｉ○２単位と（ＣＨ３）３Ｓ　ｉ
　Ｏｏ、　５単位とのモル比が本発明範囲内（１：　０
．４〜１：１．５）であるオルガノポリシロキサンを配
合した組成物を成形、加硫して得たシートは優れたタッ
ク性を示した。

〔実施例６〕 （ハ）成分としてアルミナ粉末の代わりに窒化硼素１８
０部を配合し、希釈剤のトルエンの配合量を２２０部と
する以外は実施例１と同様にして試験用シートを得た。

このシートは表面のタック性が良好であり、熱抵抗値は
０．４８℃／Ｗであった。

〔実施例７〕 （イ）成分として両末端ビニル基含有の生ゴム状ジメチ
ルポリシロキサン１００部、（ロ）成分として５ｉ０２
単位と（ＣＨ３）、５ｉｎｏ、、単位とのモル比が１：
０．７であるジメチルシロキサン１００部と、両末端シ
ラノール基の生ゴム状ジメチルポリシロキサン１００部
とを脱水縮合させた反応物１２０部、（ハ）成分として
粉末石英シリカ２００部、加硫剤として２，４−ジクロ
ルベンゾイルパーオキサイド６．０部、希釈剤としてト
ルエン３００部からなる処理液をバーコーターにて２０
■輻で厚み０．０５ｎｉｎのガラスクロス上に連続的に
コーティングした後、溶剤を除去した。次に、これを１
２０℃下で１０分間加硫して厚み０．４５ｎｗｎの試験
用シートを得た。

このシートは表面のタック性が良好であり、熱抵抗は１
．５℃／Ｗであった。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．（イ）直鎖状オルガノポリシロキサンと、（ロ）分
   子中に含有するＳｉＯ＿２単位とＲ＿３ＳｉＯ＿０＿．
   ＿５単位（但し、式中Ｒは水素原子又は一価の炭化水素
   基である）とのモル比が１：０．４〜１：１．５である
   オルガノポリシロキサンと、 （ハ）熱伝導性無機充填剤 とを含有してなることを特徴とするシリコーンゴム組成
   物。
2. ２．請求項１記載のシリコーンゴム組成物を成形、加硫
   することにより得られた熱伝導性電気絶縁体。