JPH03126765A - 耐高熱性複合材料 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は熱伝導性の優れた耐高熱性複合材料に関する。

〔従来の技術〕

電子デバイスの小型化が進みまたそれに伴って電子回路
及びモジュールの集積密度が高まることにより、デバイ
スの運転時に生しる損失熱が問題となる。デバイスを過
熱による損傷から保護するには、出力密度を高めること
によって増大する熱量をデバイスから排除する必要があ
る。

デバイスの被覆又は容器が密閉されている場合、生しる
損失熱は被覆又は容器の材料を介して排出しなければな
らない。充填材を持たない熱可塑性樹脂からなる公知の
被覆は同時に必要とされる良好な電気絶縁性を有すると
はいえ、しばしば約０゜２〜０．４　Ｗ　／　ｍ　ｋの
十分ではない熱伝導性を有するにすぎない。

この低い熱伝導値を高めるために、相応する熱伝導性の
粒子を充填したプラスチックが使用される。欧州特許第
１６７０００号明細書ではアルミニウム粒子が充填材と
して提案されている。この場合充填材粒子を密閉ポリエ
チレン層で被覆することによって、これで充填されたプ
ラスチックの十分な電気絶縁性を保証する。その結果約
２〜５Ｗ　／　ｍ　ｋの熱伝導値が得られるが、これは
２２０ポルトで作動されるデバイスで使用する場合のあ
らゆる要件を満たすには、耐電圧は全く不十分である。

〔発明か解決しうよとする課題〕

従って本発明の課題は、少なくとも１．５　Ｗ　／　ｍ
ｋの良好な熱伝導性を有し、かつ電気絶縁性であり、２
２０ボルトで効果的に作動するデバイスに使用すること
のできる絶縁耐力を有する材料を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この課題は未発明によれば、１８０°Ｃ以上での熱形状
安定性を有する耐高熱性の熱可塑性ポリマ１５〜５０重
量％及び１０Ｗ／ｍｋ以上の熱伝導性を有する鉱物性結
晶充準材５０〜８５重量％からなり、この押出成形可能
及び射出成形可能の複合材料が少なくともＩ　Ｗ　／　
ｍ　ｋの熱伝導性、１８０°Ｃ以上での熱形状安定性及
び３ｋＶ／ｍｍ以上の電気絶縁耐力を有することにより
解決される。

本発明の他の実施態様並びにこの複合材料の使用は請求
項２以下に記載されている。

〔作用効果〕

本発明は、本発明による複合材料の有利でしかも驚異的
な特性に基づくものである。従来鉱物性の硬い充填材は
極めて難しい状況の下に加工することができたにすぎな
い。それというのも使用した充填材粒子の硬さが使用装
置を著しく削摩し、従ってその加工は不経済なものとな
るからである。

また加工はこれまで一定の充填材含有量までで可能であ
ったにすぎない。本発明による複合材料は極めて良好な
押出成形可能性を示し、また８５重量％の最大充填材含
有量まで射出成形可能である。

上記の範囲で達成される熱伝導値は１．５　Ｗ　／　ｍ
　ｋを越え、その際同時乙こ３ｋＶ、、ｆｆ／叩以上の
絶縁耐力が得られる。この特性は、良好な電気絶縁性と
同時に高い熱放射性を必要とする電気及び電子デバイス
の被覆、容器等を製造するのに、この複合＋Ｊ料を極め
て適したものとする。

複合材料の高い充填材含有量及びそれにより達成される
特性ば、使用ずべきポリマーを選択することにより可能
となる。必要とされる温度及び熱形状安定性は、例えば
同時に他の好ましい特性を有しまた複合材料用として極
めて適しているいわゆる高温熱可塑性樹脂によって満足
される。これらのポリマーは高度に配列された構造を有
し、従って充填材粒子に対し上記の高い充填度を達成す
るのに十分な空間を提供する。その際これらのポリマー
は加工条件下に、特に高圧及び高い加工温度で高い流動
性を示し、その結果充填材含有量が高い乙こも拘らず複
合材料の加工に著しく高い力を使用する必要はまったく
ない。この場合同時に使用した加工装置の早期滑耗及び
それ乙こよる耐用寿命の短縮は阻止される。

本発明による複合材料にも適している耐高熱性の熱可塑
性樹脂は、特に液晶ポリマー（Ｌ　ＣＰ　）、ポリフェ
ニレンスルフィ）”（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（
ＰＥＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）　、ポリエ
ーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルスル
ホン（ＰＥＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ
）　、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリアリールエーテル
ケトン、ポリアミド／イミド（ＦＡＩ）、ポリイミド（
Ｐｌ）並びに種々異なるポリアミド（例えばＰＡ４６、
ＰＡＩＩ及びＦＡＩ２）である。

本発明による複合材料として特に適しているのは、その
名前から液状でも高度に配列された構造を有することを
示している液晶ポリマーである。

これらのポリマーで最高の充填度が得られる。有利な液
晶ポリマーは少なくとも部分的に芳香族構造を有し、コ
ポリエステル、ボリエステルカーホ不−１・及びポリエ
ステルアミドから選択される。

熱伝導性の良好な複合材料にとっては、高い熱伝導性を
有し、同時番こ電気絶縁性である充ｔｉｉ　ＩＪが必要
である。これば特に、熱伝導を楊子振動（フォノン）に
よって（しかし電子の寄与によってではなく）実現する
結晶充填材である。これにより充填材、従って複合材料
の電気絶縁特性が保証される。

しかし複合材料の高い熱伝導性にとって最も重要なこと
は、充ｉｆの伝導性にあるのではなく、複合材料におけ
る充填材の容量比である。従って良好な充填材を選択す
る基準は、その熱可塑性樹脂との相容性又は適当な熱可
塑性樹脂と組み合わせて高い充填度を得る可能性にある
。

適当な充填材は周期律表第３〜第６主族の元素の酸化物
、窒化物及び炭化物の群から選択される。

この種の焼結セラミックの群に数えられる化合物は例え
ば窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化硼素、炭
化珪素、炭化硼素及び窒化珪素であり る。複合材料の特に良好な特性をもたらすことのできる
充＠利は窒化アルミニウムである。しかしその価椙が高
価なためこれを大量に使用することは不経済である。こ
の観点から酸化アルミニウムを優先的に選択すべきであ
る。炭化珪素は経済性と緒特性との良好な妥脇点をもた
らす。しかし炭化珪素で充填された複合材料は、炭化珪
素が弱い半導体であることから、若干低めの電気絶縁耐
力の強さを示す。

充填材粒子は５０μｍ夫満の粒径を有するのが有利であ
る。この場合粒子の形状は任意であり、製造方法によっ
て影響されるのみである。短繊維を充填材として使用し
た場合には極めて良好な熱伝導特性を有する複合材料が
得られるが、この繊維は高価であることから従来経済的
に使用することは不可能である。はぼ球形をした粒子の
充填材の場合、充填材含有量は例えば５０容量％に達す
るが、これは充填材及びポリマーとの関連においては例
えば７０重量％に相当する。従って約２Ｗ／　ｍ　ｋの
熱伝導値が得られる。

０ 先に記載した熱可塑性樹脂及び充填材により上記範囲内
で次の特性を有する複合材料が得られる。

すなわちこの複合材料はこの形ですでに良好に加工可能
、すなわち押出成形可能及び割出成形可能であり、また
上記の電気又は電子分野での使用に適している。しかし
特殊な使用目的の場合にはこの複合材料に他の成分を含
めることもできる。この成分は特定の性質を得るための
常用の添加剤であってよく、例えば帯電防止剤、熱及び
光安定剤、顔料、染料、蛍光増白剤、離型補助剤、難燃
性添加剤又は減摩剤及び潤滑剤から選択される添加剤で
ある。すでに記載したように上記複合材料に対してはい
かなる添加剤も必要ではない。特に熱可塑性樹脂として
ＬＣＰを有する複合材料は、防火基準ＵＬ９４ＶＯに対
する要件を満足し、また特に容易に加工することができ
る。しかしいくつかの複合材料に対しては特に減摩剤及
び潤滑剤を添加することによって別の利点、特に易加工
性を得ることが可能である。従って脂肪族アルコール、
ジカルボン酸エステル、脂肪族エステル、脂肪酸、１ 脂肪酸石鹸及び脂肪酸アミド又はこれらから誘導される
化合物は有利な添加剤である。例えば複合材料には一種
又は数種の蟻を０．０５〜１０重量％の量で、特に０．
１〜５重量％の量で含ませてもよい。この種の蝋は例え
ば約２６〜３２個のＣ原子を有するモンタン酸、２０個
以上のＣ原子を有する台底ジカルボン酸、そのエステル
及び石鹸、パラフィン、ポリエチレン及びポリプロピレ
ン蝋及びそれらの酸化物、並びにアミド蝋から選択する
ことができる。

複合材料は通常の熱可塑性樹脂と同様にして加工するこ
とができる。この材料は押出成形可能及び射出成形可能
である。この複合材料を加工するのに適した装置は例え
ば欧州特許出願公開第１９９３４０号明細書に記載され
ている。複合材料を製造するために相応する熱可塑性樹
脂を顆粒として充填材と一緒に押出加工する。こうして
得られた材料を再び顆粒状にし、この形で射出成形装置
内で相当する構造部材に加工することができる。

大工業的な装置では充填材を捏和することによっ２ てポリマーに加えることも可能である。

〔実施例〕

以下に実施例として本発明に基づく複合材料用の三種の
組成物を記載し、また図面においてその用途を説明する
。

星上大旌炎 例えば欧州特許出願公開第１９９３４０号明細書に記載
されているような二輪スクリュー押出機中で、酸化アル
ミニウム（粒径０〜３０μｍ）７０重貴兄及び液晶ポリ
マー（例えば商品名ベクトラ（Ｖｅｃｔｒａ）　Ｃ９５
０、ヘキスト社製）３０重量％からなる混合物を押出加
工する。

この押出加工物から電気的及び物理的パラメータを測定
するため規格の射出成形物を製造する。

この複合材料は２Ｗ／ｍｋの熱伝導値、１０′２オ一ム
ｃｍを越える壮絶縁抵抗、５　ｋ　Ｖａｒｅ以上の破壊
電圧及び１５０°Ｃ以上の連続使用温度を有する。

ＵＬ９４Ｖ○による防火仕様は厚さ２ｍまで満足する。

この複合材料は容器、被覆内での損失熱の除去３ に又は冷却体として使用可能である。

里呈裏旌班 第１実施例に基づき炭化珪素（例えば商品名ジルカール
Ｎ　（Ｓｉｌｃａｒ　Ｎ）　、エレクトロシュメルツウ
エルク・ケンブテン（Ｅｌｅｋｔｒｏｓｃｈｍｅｌｚｗ
ｅｒｋ　Ｋｅｍｐｔｏｎ）社製）６０重量％及びＬＣＰ
　（例えば商品名ベクトラ（Ｖｅｃｔｒａ）　Ｃ９５０
）　４０重量％からなる混合物を押出加工する。これか
ら製造された射出成形物は１．５Ｗ／ｍｋの熱伝導値、
１０′２オ一ムｃｍを越える壮絶縁抵抗、３　ｋ　Ｖｍ
ｔｔ　／ｍｍの破壊電圧及び少なくとも１５０　℃の連
続使用温度を有する。ＵＬ９４ＶＯにより防火仕様は２
ばまで満足する。

第主夫豊明 同様にして窒化アルミニウム（ＥＳＫ社製）３５重量％
及びＬＣＰ６５重量％からなる混合物を押出加工する。

これから仕上げられた射出成形物は５ｋｖ、ｆｆ／ｍ以
上の破壊電圧１０１２オーム印を越える壮絶縁抵抗及び
少なくとも１５０°Ｃの連続使用温度を有する。ＵＬ９
４ＶＯに基づく防火仕様は同様に２ｒＭｌまで満足する
。

図面には環境の影響から保護するためカプセル化された
例えば自動車用の電子パワーデバイスが示されている。

回路板２上に配設されたモジュールのうち図面にはパワ
ートランジスタ４及びデバイス３のみが描かれている。

すべてのモジュール２．３．４は本発明による複合材料
を噴霧されており、従ってパワーデバイス１はこのカブ
セルフにより環境の影響例えば湿気に対して気密に遮断
される。給電のための電気接続はプラグ５を介して行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による複合材料から製造された電子デバイ
ス用被覆の暗示横断面図である。 １・・・パワーデバイス ２・・・回路板 ３・・・デバイス ４・・・パワートランジスタ ５・・・プラグ ７・・・カプセル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）１８０℃以上での熱形状安定性を有する耐高熱性の
   熱可塑性ポリマー１５〜５０重量％及び１０Ｗ／ｍｋ以
   上の熱伝導性を有する鉱物性結晶充填材５０〜８５重量
   ％からなり、この押出成形可能及び射出成形可能の複合
   材料が少なくとも１Ｗ／ｍｋの熱伝導性、１８０℃以上
   での熱形状安定性及び３ＫＶ／ｍｍ以上の電気絶縁耐力
   を有することを特徴とする耐高熱性複合材料。 ２）複合材料がポリマー２０〜３５重量％を含んでいる
   ことを特徴とする請求項１記載の複合材料。 ３）耐高熱性ポリマーが熱可塑性樹脂であり、液晶ポリ
   マー（ＬＣＰ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）
   、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルスルホ
   ン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ
   ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスル
   ホン（ＰＳＵ）、ポリアリールエーテルケトン、ポリア
   ミド／イミド（ＰＡＩ）、ポリイミド（ＰＩ）及びポリ
   アミド（ＰＡ）の群から選択されることを特徴とする請
   求項１又は２記載の複合材料。 ４）充填剤が焼結セラミックであり、窒化アルミニウム
   、酸化アルミニウム、窒化硼素、炭化珪素、炭化硼素及
   び窒化珪素の群から選択されることを特徴とする請求項
   １ないし３の１つに記載の複合材料。 ５）液晶ポリマー　２０〜３５重量％及び３０Ｗ／ｍｋ
   より高い熱伝導性及び１５＾１＾５オームｃｍより高い
   電気絶縁抵抗値を有する鉱物性充填材６５〜８０重量％
   からなることを特徴とする請求項１ないし４の１つに記
   載の複合材料。 ６）コポリエステル、ポリエステルカーボネート及びポ
   リエステルアミドから選択される少なくとも一部が芳香
   族の液晶ポリマーを有することを特徴とする請求項５記
   載の複合材料。 ７）充填材が５０μｍ未満の粒径を有していることを特
   徴とする請求項１ないし６の１つに記載の複合材料。 ８）充填材が短繊維の形で存在することを特徴とする請
   求項１ないし６の１つに記載の複合材料。 ９）帯電防止剤、熱及び光安定剤、顔料、染料、蛍光増
   白剤、離型助剤、難燃剤及び減摩剤及び潤滑剤、特に脂
   肪族アルコール、ジカルボン酸エステル、脂肪酸エステ
   ル、脂肪酸、脂肪酸石鹸及び脂肪酸アミドから選択され
   る他の通常の添加剤を含むことを特徴とする請求項１な
   いし８の１つに記載の複合材料。 １０）モンタン酸（炭素原子を２６〜３２個有する）、
   炭素原子数が２０を越える合成ジカルボン酸、そのエス
   テル及び石鹸、パラフィン、ポリエチレン及びポリプロ
   ピレン蝋及びそれらの酸化物、並びにアミド蝋から選択
   される一種又は数種の蝋を含むことを特徴とする請求項
   ９記載の複合材料。 １１）蝋を０．１〜５重量％含むことを特徴とする請求
   項１０記載の複合材料。 １２）特にカバー、被覆又は容器として電気及び電子デ
   バイスにおける電気絶縁性及び良好な熱伝導性部分に使
   用されることを特徴とする請求項１ないし１１の１つに
   記載の複合材料。