JPH077605B2 - 熱伝導性電気絶縁体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は熱伝導性電気絶縁体、特には熱伝導性であり、
かつはその表面に軟化点の低い合成樹脂皮膜が積層され
ており、発熱性電気，電子部品に接触したときに合成樹
脂が溶融してこれら部品に平滑に接触し、発生熱が有効
に除去されるので、発熱性電気，電子部品などの放熱用
被覆材として有用とされる熱伝導性電気絶縁体に関する
ものである。

［従来の技術］ 従来、パワートランジスタ，サイリスタ，整流器あるい
はトランス等の発熱性電気，電子部品は、使用時に熱を
発生するため、これらの電気，電子部品については発熱
性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とさ
れ、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質充填剤
を添加したシリコーンゴム組成物を硬化したものが主に
使われている。

また、この熱伝導性電気絶縁体を用いて発熱性電気，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
電気，電子部品と熱伝導性電気絶縁体、さらには熱伝導
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、発熱性電気，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絶縁体を
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。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、この熱伝導性電気絶縁体もこれをねじ締めする
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
電気，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気，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が、この表面に粘着
層を有する熱伝導性電気絶縁体は、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
産性や作業性の点から好ましくなく、さらに粘着層の厚
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。

［課題を解決するための手段］ 本発明はこのような不利を解決した熱伝導性電気絶縁体
に関するもので、これはオルガノポリシロキサンと熱伝
導性無機質充填剤とを主成分とするシリコーンゴム組成
物を硬化させてなる硬化物表面に、軟化点が40〜120℃
である厚さが10μｍ以下の合成樹脂皮膜を積層してなる
ことを特徴とするものである。

すなわち、本発明者らは発熱性電気，電子部品などの放
熱材として使用する熱伝導性電気絶縁材の改良について
種々検討した結果、オルガノポリシロキサンと熱伝導性
無機質充填剤とを主成分とするシリコーンゴム組成物を
硬化させてなる熱伝導性で電気絶縁性のシリコーンゴム
硬化物の表面に、軟化点の低い合成樹脂皮膜を積層する
と、このものは表面の合成樹脂皮膜が柔軟性を有してい
るので電気，電子部品などの表面にこれを接触させたと
きにこの表面に微細な凹凸が存在してもこの凹凸を吸収
して平滑な接触面を成形するし、この電気，電子部品が
その作動開始で発熱するとこの発熱によって合成樹脂皮
膜が軟化流動し、この電気，電子部品と熱伝導性電気絶
縁性成形体との接触がよりよくなるので、この熱伝導性
電気絶縁性成形体を放熱フィンまたは放熱板と接触させ
ておけば電気，電子部品の発熱を効率的に放熱させるこ
とができるということを見出し、ここに使用するオルガ
ノポリシロキサン，熱伝導性無機質充填剤，合成樹脂の
種類，添加量，皮膜厚さなどについての研究を進めて本
発明を完成させた。

以下これをさらに詳述する。

［作用］ 本発明の熱伝導性電気絶縁体を得るために用いるシリコ
ーンゴム組成物は、上述したようにオルガノポリシロキ
サンと熱伝導性無機質充填剤とを主要成分とするもので
ある。

このオルガノポリシロキサンとしては、硬化可能なもの
であれば特に制限されないが、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
含有する付加反応硬化型オルガノポリシロキサン又はこ
れらの混合物等が好適に用いられるが、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、組成物硬化後の強度と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。

また、この熱伝導性無機質充填剤としては、例えばアル
ミナ，酸化マグネシウム，酸化亜鉛，炭化ケイ素，窒化
アルミニウム，窒化硼素，黒鉛，石英等を使用し得る
が、これらのうちでは、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く、これら熱伝導性無
機質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。

なお、この熱伝導性無機質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、通常オルガノポリシロキサン100部（重量
部、以下同様）に対する各熱伝導性無機質充填剤の好ま
しい配合比はこれが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気，電子部品の放熱体との接
触が不充分となり、その結果熱伝導効率が減少する場合
があるので、石英やアルミナ、窒化アルミニウムの場合
は300〜1200部、窒化硼素の場合は100〜500部とすれば
よい。

なお、このシリコーンゴム組成物には、上記主要成分に
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るが、これにはさらに必要に
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，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ればよい。

また、このシリコーンゴム組成物はフィルム，シート，
チューブなどに成形することができるが、この成形は公
知の方法で行えばよく、したがってこれは例えばカレン
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
成形等とすればよい。しかし、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，トルクロ
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
工用液を調整することが好ましく、さらにシート状成形
体をガラスクロスの片面又は両面に貼合して強度を向上
させることができるが、このガラスクロス貼合工程は紫
外線硬化皮膜形成前に行っても成形後に行っても差支え
ない。なお、この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0.1〜2mm程度が実
用的である。

つぎに本発明の熱伝導性電気絶縁体は上記のようにして
得られた熱伝導性シリコーンゴム硬化物の表面に合成樹
脂皮膜を積層するのであるが、この合成樹脂としてはポ
リエチレン系樹脂，エチレン−酢酸ビニル共重合系樹
脂，ポリウレタン系樹脂，アクリル系樹脂，エポキシ系
樹脂，フェノール系樹脂などが例示され、これらはその
単独または２種あるいは２種以上の混合で使用してもよ
い。しかし、この合成樹脂皮膜はこれが軟化して流動可
能となるときの温度である軟化点が40℃より低いと夏期
などの高温環境下での保存および取扱いが実用的でなく
なるし、120℃より高くなると発熱性電気，電子部品の
発熱による軟化が期待できなくなるので、これは軟化点
が40〜120℃の範囲のものとする必要がある。

この合成樹脂皮膜の熱伝導性シリコーンゴム成形体への
積層はどのような方法で行なってもよいが、これは例え
ば合成樹脂を適宜な有機溶剤に溶解してこれを熱伝導性
シリコーンゴム硬化物の表面に塗布するか、この硬化物
をその有機溶剤液に浸漬し、乾燥させればよく、この皮
膜の厚さは10μｍより厚くなるとその熱伝導性に悪影響
が生ずるので、これは10μｍ以下とする必要があるが、
好ましくは１〜２μｍとすればよい。

［実施例］ つぎ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、以下の例において部はいずれも重量部であ
り、例中における熱抵抗は下記の方法による測定値を示
したものである。

〈熱抵抗〉 実施例，比較例で作られた熱伝導性電気絶縁体シートを
発熱性電子部品としてTO-3型のパワートランジスタ2SC2
245［富士電機社製］と放熱器・FBA-150PS-AN−Ｏ［オ
ーエス社製］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１〜8,比較例１〜４ ビニル基を0.05モル％含有するジメチルポリシロキサン
ゴムコンパウンド100部にアルミナ300部と2,4−ジクロ
ロベンゾイルパーオキサイド1.5部を添加したシリコー
ンゴム組成物を170℃で15分間プレス加硫して厚さ0.5mm
の熱伝導性のシリコーンゴムシート（以下これをＳ−１
と略記する）を作ると共に、ビニル基を0.1モル％含有
するジメチルポリシロキサンゴムコンパウンド100部に
窒化ほう素150部と2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサ
イド1.0部およびトルエン500部を添加したシリコーンゴ
ム組成物溶液を厚さ0.15mmのガラスクロス上にバーコー
ターを用いて20cm幅に連続的にコーティングし、60℃に
保持したのち熱風併用赤外線ドライヤーで溶剤を除去
し、ついで170℃で15分間プレス加硫して厚さ0.5mmの熱
伝導性のゴムシート（以下これをＳ−２と略記する）を
作った。

ついで、このシートＳ−1,S−２の表面に軟化点が55℃
であるエポキシフェノール樹脂・EOCN1020−55［日本化
薬（株）製商品名，以下これをＮ−１と略記する］，軟
化点が80℃であるエポキシフェノール樹脂・EOCN1020−
80［日本化薬（株）製商品名，以下これをＮ−２と略記
する］，および軟化点が70℃であるフェノール樹脂:XRS
F4270B［群栄化学（株）製商品名，以下これをＮ−３と
略記する］の0.1％トルエン溶液をワイヤーバーを用い
てコーティングし、70℃で10分間乾燥して、ここに塗工
膜を作った。この際、この塗工膜の厚さの調整はワイヤ
ーバーのワイヤーの太さを調節することにより行ない、
この厚みを予め塗布後の重量変化により算出した検量線
で求めたところ、第１表に示したとおりの結果が得られ
た。

つぎにこのようにして得た熱伝導性電気絶縁体の熱抵抗
を測定したところ、第１表に併記したとおりの結果が得
られ、これらはいずれも発熱性電子部品としてのパワー
トランジスタ2SC2245（前出）の表面に接触させたと
き、この電子部品に密着させることができたし、これは
電子部品の作動時における発熱（80℃〜100℃）によっ
て合成樹脂塗膜が軟化流動してさらによく定着し、これ
を放熱フィンと接触させたところ、効率的に放熱の行な
われることが確認された。

しかし、比較のために上記で得た熱伝導性のゴムシート
Ｓ−1,S−２に上記したエポキシフェノール樹脂，フェ
ノール樹脂の塗工膜を設けないもの、またエポキシフェ
ノール樹脂Ｎ−１の塗工膜を形成させたがこの厚さを20
μｍとしたものについてその熱抵抗を測定したところ、
これらは第１表に併記したとおりの結果を示した。

［発明の効果］ 本発明の熱伝導性電気絶縁体は前記したように、オルガ
ノポリシロキサンと熱伝導性無機質充填剤とを主成分と
するシリコーンゴム組成物から作られた硬化物表面に、
軟化点が40〜120℃である厚さが10μｍ以下の合成樹脂
皮膜を積層してなるものであるが、このものはその合成
樹脂皮膜が柔軟性を有しているので、これを電気，電子
部品に接触させたときにその表面の微細な表面の凹凸を
吸収して平滑な接触面を形成するし、この電気，電子部
品が発熱性であるとこの発熱によって合成樹脂皮膜が軟
化流動するのでこの接触がさらによくなり、これが熱伝
導性であることから、これに放熱フィンを取りつければ
電気，電子部品の発熱を効率的に放熱させることができ
るので、このものはパワートランジスタ，サイリスタ，
整流器，トランスなどの発熱性電気，電子部品の放熱フ
ィンや放熱板に取りつける絶縁性放熱シートとして有用
とされるという工業的な有利性をもつものとなる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米山 勉 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越化 学工業株式会社シリコーン電子材料技術研 究所内 (56)参考文献 特公 昭62−16978（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】オルガノポリシロキサンと熱伝導性無機質
   充填剤とを主成分とするシリコーンゴム組成物を硬化さ
   せてなる硬化物表面に、軟化点が40〜120℃である厚さ
   が10μｍ以下の合成樹脂皮膜を積層してなることを特徴
   とする熱伝導性電気絶縁体。