JPH077615B2 - 熱伝導性電気絶縁体及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 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絶縁性放熱シート等として好適
に利用される熱伝導性電気絶縁体及びその製造方法に関
する。

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、上記シリコーンゴム組成物を成形加硫する方法と
しては、カレンダーロールや押出機で組成物をシート状
又はチューブ状に成形加硫する方法や、有機溶剤に溶解
した組成物をバーコーター等でガラスクロスなどの上に
コーティングした後、溶剤を除去、乾燥して加硫する方
法（以下、コーティング法と称する）がある。これらの
成形加硫方法は、組成物の成分等に応じて使い分けら
れ、例えば熱伝導性無機充填剤として窒化硼素を配合す
る場合は、カレンダーロールを使用するとロール等のシ
ェアで窒化硼素粒子がへき開して熱伝導性が低下するた
め、コーティング法が採用される。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、いずれの方法にしてもシート状やチュー
ブ状に成形した加硫前の組成物は、機械的強度が非常に
低く、特に無機充填剤を含有するために脆く、破損し易
いという欠点があり、このため製造工程上や作業上で多
大の制約を受ける。特に、成形加硫方法としてコーティ
ング法を採用する場合は、コーティングした組成物を連
続的に加硫することができれば生産効率上有利である
が、コーティング法で得た電気絶縁体は耐電圧で代表さ
れる電気絶縁性が不充分であり、良好な耐電圧を示すよ
うに加硫前に加圧してガラスクロス等と組成物とを一体
化する必要がある。しかし、この加硫前の成形体は表面
が脆いためにコーティング処理後に連続してカレンダー
ロール等で加圧することは不可能であり、成形体を所定
の寸法にカットした後に加圧，加硫を行うことが不可欠
であり、従って生産効率が悪いものである。

このため、加硫前の成形体に高い機械的強度を付与する
ことが望まれる。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、良好な熱伝導
性、電気絶縁性を有し、また加硫前の成形体の機械的強
度が高く、製造、作業上で多大な制約を受けない生産効
率の良い熱伝導性電気絶縁体及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。

課題を解決するための手段及び作用 本発明者らは上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた
結果、オルガノポリシロキサン100重量部と熱伝導性無
機充填剤100重量部以上とを主成分とする過酸化物加硫
型又は付加反応加硫型シリコーンゴム組成物を加硫して
熱伝導性電気絶縁体を製造する場合において、加硫前の
シリコーンゴム組成の成形体表面に無機充填剤未含有の
紫外線硬化型シリコーン皮膜を0.2〜20μｍの厚さで形
成し、該皮膜に紫外線を照射して硬化させた場合、加硫
前の成形体表面が紫外線により硬化されたシリコーン硬
化皮膜で被覆されて表面の機械的強度が格段と高まり、
このため製造工程や作業上の制約がほとんどなく、成形
法としてコーティング法を採用しても成形、ロールによ
る加圧、加硫という一連の工程を連続的に行うことがで
き生産効率が高いこと、従ってこれにより熱伝導性電気
絶縁体が有利に得られることを見い出すと共に、この方
法で得られた熱伝導性電気絶縁体は良好な熱伝導性、電
気絶縁性を有することを知見した。

即ち、オルガノポリシロキサン100重量部と熱伝導性無
機充填剤100重量部以上とを主成分とするシリコーンゴ
ム組成物を紫外線硬化型に調製し、その表面を紫外線硬
化させても、無機充填剤が多量に配合されているので、
無機充填剤の影響で内部に紫外線が入りにくく、ごく表
面が硬化する程度であるため傷つき易いものになり、硬
化不足で機械的強度が不足するものであるが、本発明に
おいては成形体本体を形成するシリコーンゴム組成物は
過酸化物加硫型又は付加反応加硫型であるから、通常の
硬化条件で硬化不足等の不都合を生じることなく良好に
加硫するものであり、またこの加硫前に紫外線硬化型シ
リコーン皮膜を形成し、これを紫外線硬化するものであ
るが、このシリコーン皮膜は無機充填剤を含まないの
で、迅速にかつ良好に硬化し、機械的強度の高い硬化表
面が得られ、しかもこの場合このシリコーン皮膜の厚さ
は0.2〜20μｍという薄いものであるから、成形体本体
の熱伝導性、電気絶縁性を実質的に阻害するものではな
く、本発明の目的を効果的に達成するものであること知
見し、本発明をなすに至ったものである。

従って、本発明は、 オルガノポリシロキサン100重量部と熱伝導性無機充填
剤100重量部以上とを主成分とする過酸化物加硫型又は
付加反応加硫型シリコーンゴム組成物の加硫体の表面
に、紫外線硬化した無機充填剤未含有のシリコーン皮膜
が0.2〜20μｍの厚さで形成されてなることを特徴とす
る熱伝導性電気絶縁体、及び、 オルガノポリシロキサン100重量部と熱伝導性無機充填
剤100重量部以上とを主成分とする過酸化物加硫型又は
付加反応加硫型シリコーンゴム組成物の未加硫成形体表
面に無機充填剤未含有の紫外線硬化型シリコーン皮膜を
0.2〜20μｍの厚さで形成し、該皮膜に紫外線を照射し
て硬化させた後、上記未加硫成形体を加硫することを特
徴とする熱伝導性電気絶縁体の製造方法を提供する。

以下、本発明につき更に詳述する。

本発明において、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充填剤とを主要成分とする
ものである。

ここで、オルガノポリシロキサンとしては、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
（過酸化物加硫型）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合物が用いられ
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。

また、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量はオルガノポリシロ
キサン100部（重量部、以下同様）に対し100部以上であ
るが、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300〜1200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、その結果熱伝導効率が減少す
る場合がある。

本発明に係る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、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，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絶縁体の製造方法においては、上
記オルガノポリシロキサンと熱伝導性無機充填剤とを主
要成分とするシリコーンゴム組成物の加硫前の成形体表
面に紫外線硬化型シリコーン皮膜を形成し、これを紫外
線照射して硬化した後、加硫するものであるが、この場
合まずシリコーンゴム組成物で成形体を形成することが
好ましい。

この場合、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整する
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。

なおまた、成形対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。

次いで、本発明の製造方法では、上記シリコーンゴム組
成物の加硫前の成形体表面に紫外線硬化型シリコーン皮
膜を形成し、紫外線照射によりこの皮膜を硬化させる。

ここで、紫外線硬化型シリコーン皮膜は、紫外線照射に
より硬化するオルガノポリシロキサンを必須成分して含
有する無機充填剤未含有の組成物で形成され、具体的に
はビニル基含有オルガノポリシロキサンとメルカプト基
含有オルガノポリシロキサンとを含有する組成物，ビニ
ル基含有オルガノシロキサンと有機過酸化物とを含有す
る組成物，ビニル基含有オルガノポリシロキサンとオル
ガノハイドロジエンシロキサンと増感剤とを含有する組
成物，アクリル系不飽和基含有オルガノポリシロキサン
と増感剤とを含有する組成物等が挙げられる。

なお、増感剤としてはアセトン，ベンゾフェノン等の芳
香族ケトン類などが挙げられ、その他紫外線硬化型シリ
コーン皮膜を構成する成分や量も公知のものと同様のも
のを使用し得る。

また、これら組成物で未加硫成形体表面に紫外線硬化型
シリコーン皮膜を形成する際、その塗工方法は常法を採
用し得、例えばバーコータ等で組成物をコーティングす
る方法，予め溶剤に溶解した組成物を通常の方法でコー
ティング又はスプレーする方法等が挙げられ、加硫前の
成形体形状に適した方法を選択して塗工する。

なおこの場合、塗工方式に応じて紫外線硬化型オルガノ
ポリシロキサン組成物の粘度を調整することが望まし
く、具体的にはシート状の未加硫成形体にバーコーター
でコーティングする場合は組成物粘度を50〜100センチ
ストークス（cs）にすることが好適であり、また、組成
物を溶剤で希釈して用いる場合は生ゴム状の組成物を用
いることができる。

更に、皮膜の厚さは0.2〜20μｍであり、0.2μｍより薄
いと皮膜強度が弱い上、均一な皮膜形成が困難になる場
合があり、20μｍより厚いと熱伝導性が低下する場合が
ある。

上述の紫外線硬化型シリコーン皮膜は、紫外線照射によ
り容易に硬化して硬化皮膜となるが、紫外線照射条件な
どは組成物の種類等に応じた公知の適宜条件を採用する
ことができる。なお、この硬化皮膜は成形体のゴム弾性
を維持するという点から可能な限り柔らかいものにする
ことが好ましい。

次いで、このようにして得られた表面が紫外線による硬
化皮膜で被覆された未加硫成形体は、必要に応じてロー
ル等で加圧処理した後、加硫するものであり、この場
合、加硫条件は成形体や皮膜のシリコーンゴム成分や加
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。

この場合、本発明においては、加硫前の成形体表面に硬
化皮膜が形成されているため成形体表面の機械的強度が
強く、成形体の加圧、加硫という一連の工程を連続して
行うことができる。

而して、上記のようにして得られた熱伝導性電気絶縁体
は、オルガノポリシロキサンと熱伝導性無機充填剤とを
主成分とするシリコーンゴム組成物の加硫体表面に紫外
線硬化したシリコーン皮膜が形成されたものであり、良
好な熱伝導性、電気絶縁性を示す。

発明の効果 以上説明したように、本発明の熱伝導性電気絶縁体の製
造方法は、加硫前の成形体表面にシリコーン硬化皮膜が
形成されて表面の機械的強度が格段と高く、製造工程や
作業上の制約をほとんど受けない生産効率の高いもので
あり、しかも本発明に係る熱伝導性電気絶縁体は良好な
熱伝導性、電気絶縁性を有する有用性の高いものであ
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、以下の例において部はいずれも重量部であ
る。

また、各例に先立ち、各例で採用した物性の評価方法を
下記に示す。

＜シート表面の強度性＞ シート面をガーゼで10回強く擦り、擦った面の変化を観
察し、変化のない場合を良好、破損又は脱落が見られる
場合を不良とした。

＜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〕 ビニル基を0.1モル％含有するゴム状ジメチルポリシロ
キサン100部、窒化硼素150部、2,4−ジクロロベンゾイ
ルパーオキサイド1.0部、トルエン500部からなる処理液
をバーコータを用いて厚み0.15mmのガラスクロス上に20
cm幅で連続的にコーティングし、60℃に保持した後、熱
風併用赤外線ドライヤーで溶剤を除去して未加硫シート
を得た。

次に、メタクリル基を2.0モル％含有するジメチルポリ
シロキサン100部とベンゾインイソブチルエーテル５部
とからなる粘度300cs（25℃）の紫外線硬化型組成物
（以下、UV−１と称す）を上記未加硫シート上にバーコ
ーターを用いて0.5μｍの厚みに塗工し、次いで高圧水
銀灯（160W/cm）で３秒間紫外線を照射し、硬化皮膜を
成形した。

この硬化皮膜を形成した未加硫シートの表面強度を上記
方法で評価したところ、良好であった。

更に、この未加硫シートをカンレダーロールに通して加
圧し、180℃下で15分間熱加硫した。この加硫後のシー
トは厚み0.43mmであり、上記方法で測定した熱抵抗は0.
47℃/Wであった。

〔比較例１〕 紫外線硬化型組成物による硬化皮膜を形成しない以外は
実施例１と同様に未加硫シートを製造した。

この未加硫シートの表面強度を評価したところ、表面が
脆くて簡単に破損し、不良であった。

〔実施例2,比較例２〕 ビニル基を0.7モル％含有する粘度1,000cs（25℃）のジ
メチルポリシロキサン100部、SiH基を70モル％含有する
粘度40cs（25℃）のジメチルハイドロジエンポリシロキ
サン1.5部、反応制御剤としてアセチレンアルコール0.5
部、反応触媒として塩化白金酸とビニルシロキサンの錯
体1.0部、窒化硼素150部、トルエン400部からなる均一
なスラリーを処理液として使用する以外は実施例１と同
様の方法で未加硫シートを得た。

この未加硫シートの表面強度性は良好であった。

次に、実施例１と同様にして加硫シートを作成し、その
熱抵抗を評価したところ、熱抵抗は0.49℃/Wであった。

また、比較のために紫外線硬化型シリコーン皮膜を形成
しない未加硫シートを製造し、この未加硫シートの表面
強度を評価したところ、不良であった。

〔実施例３〜５〕 紫外線硬化型組成物として下記に示す組成物を用いる以
外は実施例１と同様の方法で３種類のシートを得、これ
ら各シートの表面強度性及び熱抵抗値を測定した。

結果を第１表に併記する。

紫外線硬化型組成物 UV−2:両末端がビニルジメチルシリル基で封鎖されたジ
メチルシロキサン単位95モル％とビニルジメチルシロキ
サン単位５モル％からなり、粘度が1000csのジメチルポ
リシロキサン100部と、粘度が25csのメルカプトプロピ
ル基含有メチルポリシロキサン５部と、４−エチルベン
ゾフェノン２部とからなる組成物 UV−3:ジメチルシロキサン単位95モル％とγ−アクリロ
イルオキシプロピルメチルシロキサン単位５モル％とか
らなり、両末端がトリメチルシリル基で封鎖された粘度
が3000csのアクリロイル基含有オルガノポリシロキサン
100部と、アセトフェノン４部とからなる組成物 UV−4:両末端がトリビニルシリル基で封鎖されたジメチ
ルポリシロキサン（粘度3000cs）100部と、tert−ブチ
ルペルオキシベンゾエート２部とからなる組成物 〔実施例６〜９、比較例３〕 ビニル基を0.1モル％含有するゴム状のジメチルポリシ
ロキサン100部、アルミナ400部、シラン処理した湿式シ
リカ粉末50部、加工助剤として両末端がシラノール基で
粘度が10cs（25℃）の低分子ジメチルシロキサン10部、
加硫剤として2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド
1.0部からなるシリコーンゴム組成物を２本ロールで混
練後、カレンダーロールを用いて厚み0.5mm、幅200mmの
シートをポリエステルフィルム上に押出した。

得られた未加硫シート上に第２表に示す紫外線硬化型組
成物を用いて実施例１と同様の方法で紫外線硬化皮膜を
形成し、加硫して４種の加硫シートを得、その特性を評
価した。

なお、比較のため紫外線硬化皮膜を形成しない未加硫シ
ート（比較例３）を製造し、その表面強度を測定した。

結果を第２表に併記する。

第1,2表の結果より、本発明の熱伝導性電気絶縁体は、
加硫前の成型体表面の強度が良好であることが確認され
た。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０８Ｋ 3:00） (72)発明者 青木 寿 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 特開 昭63−267517（ＪＰ，Ａ) 特公 昭60−32651（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】オルガノポリシロキサン100重量部と熱伝
   導性無機充填剤100重量部以上とを主成分とする過酸化
   物加硫型又は付加反応加硫型シリコーンゴム組成物の加
   硫体の表面に、紫外線硬化した無機充填剤未含有のシリ
   コーン皮膜が0.2〜20μｍの厚さで形成されてなること
   を特徴とする熱伝導性電気絶縁体。
2. 【請求項２】オルガノポリシロキサン100重量部と熱伝
   導性無機充填剤100重量部以上とを主成分とする過酸化
   物加硫型又は付加反応加硫型シリコーンゴム組成物の未
   加硫成形体表面に無機充填剤未含有の紫外線硬化型シリ
   コーン皮膜を0.2〜20μｍの厚さで形成し、該皮膜に紫
   外線を照射して硬化させた後、上記未加硫成形体を加硫
   することを特徴とする熱伝導性電気絶縁体の製造方法。