JPH1149958A - 熱伝導性シリコーン組成物 - Google Patents

熱伝導性シリコーン組成物

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JPH1149958A
JPH1149958A JP9225715A JP22571597A JPH1149958A JP H1149958 A JPH1149958 A JP H1149958A JP 9225715 A JP9225715 A JP 9225715A JP 22571597 A JP22571597 A JP 22571597A JP H1149958 A JPH1149958 A JP H1149958A
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邦弘 山田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】長期に渡り安定した熱伝導性能を発揮すること
ができると共に周辺にオイル汚れをもたらしたり接点障
害等の障害をもたらすことがない、信頼性の高い熱伝導
性シリコーン組成物を提供すること。 【解決手段】A)液状シリコーン5〜30重量%、B)
酸化亜鉛、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素及
び炭化ケイ素粉末の中から選択される少なくとも1種の
増稠剤50〜94.98重量%、C)1分子中にケイ素
原子に直接結合した水酸基を少なくとも1個有するオル
ガノポリシロキサン0.01〜10重量%、及び、D)
アルコキシシラン0.01〜10重量%からなる熱伝導
性シリコーン組成物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は熱伝導性シリコーン
組成物に関し、特に長期にわたる、電子部品からの放熱
用に適したシリコーン組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】電気部品の多くは使用中に熱が発生する
ので、その電気部品を適切に機能させるためには、その
電気部品から熱を取除くことが必要である。この電気部
品の除熱のための手段としては多くの手段が提案されて
いるが、小さな電子部品、特に集積回路素子を含む電子
部品においては、熱伝導性グリースや熱伝導性シート等
の熱伝導性材料が用いられている(特開昭56−282
64号、特開昭61−157587号)。
【0003】一般に、斯かる電子部品は集積回路素子と
それを保護するキャップ部分から成っているが、熱伝導
性材料は斯かる集積回路素子と放熱部分との間に、それ
らの両素子と直接接触するか又はある種の材料を通して
間接的に接触して付着されている。従って、使用中に集
積回路チップに生じた熱は、斯かる熱伝導性材料を伝わ
って直接又は間接的に放熱部分に伝達され放熱される。
かかる熱伝導性材料が用いられている電子部品の概略断
面図は図1に示される通りである。
【0004】上記の熱伝導性材料としては、従来から、
シリコーンオイルをベースとし、酸化亜鉛やアルミナ粉
末を増稠剤として使用した放熱用グリースが知られてい
る(特公昭52−33272、特公昭59−5219
5)。又、近年、更に熱伝導率の向上を達成し得る増稠
剤として窒化アルミニウムが開発されている(例えば特
開昭52−125506号公報)。
【0005】上記のグリース状シリコーン組成物は、シ
リコーンオイルにシリコーンオイルとの親和性が低い増
稠剤を混合したものであり、得られたグリース状シリコ
ーン組成物には、これを高温下に長時間放置した場合や
冷熱サイクルを長期間繰り返した場合、該組成物からシ
リコーンオイルが分離する(離油度として評価される)
等の問題があった。この問題は、粒径が比較的大きく熱
伝導性に優れた増稠剤を使用する場合にしばしば発生し
た。
【0006】このため、離油度が小さいグリース状シリ
コーン組成物について、種々の検討がなされた。例え
ば、2−フェニルエチル、2−フェニルプロピル又は炭
素原子数が6〜30のアルキル基で変性された(変性率
が5〜50モル%である)オルガノポリシロキサン10
〜50重量部と、シリカけい藻土、酸化亜鉛、アルミ
ナ、二酸化チタン等の金属酸化物90〜50重量部より
なるシリコーングリース組成物(特開昭51−5587
0号)、液状オルガノ−シリコーン・キャリヤ、薄片状
窒化アルミニウム、デンドライト状酸化亜鉛、薄片状窒
化硼素、およびそれらの混合物より成る群から選択され
た熱伝導性付与充填剤粉末および滲み出し防止剤として
働くシリカ・ファイバからなる揺変性熱伝導材料(特公
昭57−36302号公報参照)等が開示されている。
【0007】更に、オルガノポリシロキサン、炭化ケイ
素および煙霧質シリカからなる熱伝導性シリコーングリ
ース組成物(特開昭62−43492号公報参照)、全
末端基の5〜50モル%が水酸基であり、粘度が10〜
100,000csである水酸基含有オルガノポリシロ
キサン、亜鉛華、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケ
イ素から選択される、1種または2種以上の金属化合物
微粉末からなる熱伝導性シリコーンオイルコンパウンド
(特開平2−212556号公報参照)等が知られてい
る。
【0008】また、粘度が5〜500,000csのオ
ルガノポリシロキサンとR3SiO1/2単位、R2SiO 単位及び
SiO2単位からなり、R3SiO1/2単位とSiO2単位のモル比が
0.5:1〜2:1であるMQレジンと、酸化亜鉛、ア
ルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素及び炭化珪素か
ら選択される少なくとも1種の増稠剤からなる放熱用シ
リコーングリース組成物も知られている(特開平3−1
62493)。
【0009】しかしながら、特公昭57−36302号
公報または特開昭62−43492号公報に開示された
グリース状シリコーン組成物は、シリカ・ファイバまた
は煙霧質シリカを添加するために、熱伝導性に優れる増
稠剤の添加量が低下し、このために、該組成物の熱伝導
性が低下する等の問題があった。また、特開昭51−5
5870号公報および特開平2−212556号公報に
開示されたグリース状シリコーン組成物は、特定のオル
ガノポリシロキサンを使用するが、未だ、該組成物の離
油度を十分に小さくすることはできなかった。
【0010】本発明者らは、上記の欠点を解決すべく鋭
意検討した結果、特定のオルガノポリシロキサンと、酸
化亜鉛、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭
化ケイ素等の増稠剤、及び1分子中にケイ素原子に直接
結合した水酸基を少なくとも1個有するオルガノポリシ
ロキサン、並びにアルキルアルコキシシランとを組み合
わせることにより、ベースオイルのブリード性を押さえ
ることができることを見出し、本発明に到達した。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、長期に渡り安定した熱伝導性能を発揮することがで
きると共に周辺にオイル汚れをもたらしたり接点障害等
の障害をもたらすことがない、信頼性の高い放熱用シリ
コーン組成物を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の上記の目的は、
A)液状シリコーン5〜30重量%、B)酸化亜鉛、ア
ルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素及び炭化ケイ素
粉末の中から選択される少なくとも1種の増稠剤50〜
94.98重量%、C)1分子中にケイ素原子に直接結
合した水酸基を少なくとも1個有するオルガノポリシロ
キサン0.01〜10重量%、及び、D)アルコキシシ
ラン0.01〜10重量%からなる熱伝導性シリコーン
組成物によって達成された。
【0013】
【発明の実施の形態】
(A)液状シリコーン 本発明で使用する液状シリコーンは、常温で液状である
公知のシリコーン、例えば、オルガノポリシロキサン、
オルガノポリシルアルキレン、オルガノポリシラン及び
それらの共重合体等の中から適宜選択することができる
が、耐熱性、安定性、電気絶縁性等の観点から、オルガ
ノポリシロキサンが好ましく、特に、一般式Ra SiO
(4-a)/2 で表されるオルガノポリシロキサンが好まし
い。上記一般式Ra SiO(4-a)/2 において、Rは水酸
基を含まない1価の有機基の中から選択される基であ
り、全てのRは、互いに同一であっても異なっても良
い。
【0014】このようなR基としては、例えばメチル
基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘ
キシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、テトラ
デシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基などのアル
キル基;シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;ビニ
ル基、アリル基等のアルケニル基、フェニル基、ナフチ
ル基、トリル基等のアリール基、又は、これらの基の炭
素原子に結合した水素原子の一部又は全部を、ハロゲン
原子、シアノ基、水酸基等で置換した、クロルメチル
基、3,3,3−トリフルオロプロピル基、シアノプロ
ピル基、フェノール基、ヒンダードフェノール基等の、
同種又は異種の炭素原子数1〜30の非置換又は置換の
1価炭化水素基、アミノ基含有有機基、ポリエーテル基
含有有機基、エポキシ基含有有機基などが例示される
が、本発明においては、特に、メチル基、フェニル基及
び炭素数6〜14のアルキル基等が好ましい。
【0015】このオルガノポリシロキサンは、直鎖状、
分岐状および環状のいずれの構造のものでもよく、更
に、これらを使用する際には、1種類に限定される必要
はなく、2種以上の併用も可能である。aは1.8〜
2.3であるが、特に、直鎖状、或いは、より直鎖状に
近いものである1.9〜2.1の範囲であることが好ま
しい。
【0016】上記のオルガノポリシロキサンは、25℃
における粘度が50〜500,000csの範囲にある
ことがグリース特性の面から好ましく、特に、50〜3
00,000csの範囲であることが好ましい。粘度が
50cs未満の場合には得られたグリースのオイル分離
性が大きくなり、500,000cs以上の場合には、
グリースとした場合に粘稠になりすぎて、基材に対する
ディスペンス性が著しく損なわれる。
【0017】このようなオルガノポリシロキサンとして
は、例えば下記化2で表されるものが挙げられる。
【化2】
【0018】化2中のR1 はメチル基、エチル基、プロ
ピル基、ブチル基、アミル基、オクチル基などのアルキ
ル基、ビニル基、アリル基などのアルケニル基、フェニ
ル基、トリル基などのアリール基、これらの基の炭素原
子に結合した水素原子の一部または全部がハロゲン原
子、シアノ基、水酸基等で置換されたクロロメチル基、
3,3,3−トリフルオロプロピル基、シアノプロピル
基、フェノール基、ヒンダードフェノール基等の炭素数
1〜30の非置換又は置換の1価炭化水素基から選択さ
れる基である。
【0019】R2 及びR3 はそれぞれ同種又は異種の1
価有機基で、前記したR1 と同じ1価炭化水素基、アミ
ノ基含有有機基、ポリエーテル基含有有機基、エポキシ
基含有有機基から選択される基、R4 は水素原子、R1
と同じ1価炭化水素基、及び、R2 またはR3 と同じ1
価有機基から選択される基であり、l(エル)は、この
ポリシロキサンが25℃で50〜500,000csと
なるような正の数である。かかるR1 〜R4 における置
換炭化水素基としては、例えば耐熱性向上の観点から特
公平3−131692号に記載されたヒンダードフェノ
ール構造の1価の置換炭化水素基であっても良い。
【0020】本発明で使用するオルガノポリシロキサン
は、その分子鎖末端がトリメチルシリル基で封鎖された
ものであることが好ましく、上記のR2 及びR3 につい
ては、合成の容易性、得られるオイルの耐熱性、電気絶
縁性の点から、メチル基、エチル基等のアルキル基、フ
ェニル基、トリル基などのアリール基等が好ましく、特
に、メチル基、フェニル基及び炭素数6〜14のアルキ
ル基等が好ましい。
【0021】このようなオルガノポリシロキサンオイル
は従来から公知の方法で製造すればよく、例えばジメチ
ルポリシロキサンオイルの製造は、オクタメチルシクロ
テトラシロキサンやデカメチルシクロペンタシロキサン
などのような低分子環状シロキサンを、硫酸、クロロス
ルフォン酸、硝酸、りん酸、活性白土、酸性白土、トリ
フルオロ酢酸などの酸性触媒、または水酸化カリウム、
水酸化ナトリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウ
ム、酸化カリウム、酢酸カリウム、カルシウムシラノレ
ートなどのアルカリ性触媒の存在下に開環反応させたの
ち、重合させるという方法で行えば良い。
【0022】この場合、得られるジメチルポリシロキサ
ンの重合度を制御して目的の粘度を有するジメチルポリ
シロキサンを得るためには、上記の重合時に、ヘキサメ
チルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカ
メチルテトラシロキサンなどの末端封鎖基を有する低分
子量シロキサンを適宜添加すればよい。
【0023】なお、上記のオルガノポリシロキサンで炭
素官能性基を含有するもの、例えばアミノ基含有オルガ
ノポリシロキサンは、1個以上のシラノール基を含有す
るオルガノポリシロキサンとアミノ基含有アルコキシシ
ランとの脱アルコール縮合反応により合成すればよく、
エポキシ基またはポリエーテル基含有オルガノポリシロ
キサンは、エポキシ基またはポリエーテル基とビニルな
どの不飽和基を同一分子内に含有する化合物を、けい素
原子に結合した水素原子を含有するオルガノハイドロジ
ェンポリシロキサン及び白金触媒を用いて付加反応させ
て合成すればよい。
【0024】しかしながら、これらの方法で得られるオ
ルガノポリシロキサンオイルは、その合成過程において
生ずる各種の重合度のポリシロキサンの平衡混合物とな
るために、通常は、シロキサン単位が12以下という低
分子シロキサンを10%近くも含有するものとなってい
る。
【0025】上記の方法で作られたオルガノポリシロキ
サンオイルからは、通常、合成後減圧下に120〜25
0℃の温度でストリップして前記の低分子シロキサンを
除去する。しかしながら、このような処理では低分子シ
ロキサンがまだ500〜20,000ppmも残留す
る。また、このような低分子シロキサンは、無極性可燃
ガスに比べて吸着性が強く、揮発して各種電気接点部品
等に吸着される。
【0026】吸着された低分子シロキサンは酸化されて
SiO2 ・nH2 Oとなり、更にαSiO2 となって表
面に堆積し、接点トラブルの原因となるので、その存在
が好ましくないことは従来から知られている。また、こ
のような、シロキサン単位数が12以下である低分子シ
ロキサンの含有量をそれぞれ50ppm以下とすれば、
かかるトラブルを防げることも知られている。
【0027】従って、上記の低分子シロキサンの除去
は、前記方法で作られたオルガノポリシロキサンオイル
を、50mmHg以下の減圧下で150〜300℃の高
温下に、乾燥した窒素ガス雰囲気下でストリップする
か、このオルガノポリシロキサンオイルに含有されてい
る低分子シロキサンをアルコール系またはケトン系の溶
媒で抽出することによって行えばよい。このようにして
作られたオルガノポリシロキサンオイルについては、含
有されている各低分子シロキサンの含有量をそれぞれ5
0ppm以下とすることができ、シロキサン単位が2〜
12であるすべての低分子シロキサンの総量も500p
pm以下とすることができる。
【0028】上記の液状シリコーンとしては、具体的に
は下記化3のものが例示されるが、本発明がこれに限定
されるものでないことは当然である。
【化3】
【0029】上記化3中のR5 は、−C4 9 、−C6
13、−C8 17、−C1021、−C1225、−C15
31又は−C1837であり、R6 は、2−フェニルエチル
又は2−フェニルプロピル基であり、m、p、q及びr
は、夫々、0≦m≦1,000、0≦p≦1,000、
0≦q≦1,000、0≦r≦2,000、5≦m+p
+q+r≦2,000を満たす数である。
【0030】本発明で使用する液状シリコーンの粘度
は、シリコーングリースとして使用する場合に要求され
る稠度やディスペンス性の観点から、前記した如く、2
5℃で、50〜500,000csであることが好まし
く、特に100〜100,000csであることが好ま
しい。
【0031】下記に、このようなa)成分のうちの代表
例を示す。
【化4】
【化5】
【化6】
【化7】
【化8】
【化9】
【0032】(B)増稠剤 成分B)で使用する増稠剤は、熱伝導率の高い熱伝導性
付与充填剤であることが必要である。これらの増稠剤と
しては、酸化亜鉛、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化
ホウ素及び炭化ケイ素の中から選択される少なくとも1
種の無機化合物粉体を使用することができる。これら無
機化合物粉体の表面は、必要に応じて、オルガノシラ
ン、オルガノシラザン、オルガノポリシロキサン、有機
フッ素化合物等で疎水化処理が施されていても良い。
又、これらの増稠剤は、50重量%より少ないと熱伝導
性に乏しいものとなるし、94.98重量%より多いと
伸展性に乏しいものとなるため、50〜94.98重量
%の範囲で使用することが必要であり、特に、70〜9
0重量%の範囲で使用することが好ましい。
【0033】(1)酸化亜鉛粉末 本発明で使用する酸化亜鉛は一般的に亜鉛華(Zinc
White)とも呼ばれているものであり、六方晶型
又はウルツ鉱型の結晶構造を有する白色粉末である。こ
のような酸化亜鉛の製法は、一般に、金属亜鉛を100
0℃に加熱して生じた亜鉛の蒸気を熱空気によって酸化
する間接法と、亜鉛鉱石を培焼することによって得られ
る酸化亜鉛を石炭などで還元し、生じた亜鉛の蒸気を熱
空気によって酸化するか、又は、亜鉛鉱石を硫酸で浸出
した鉱さい(滓)にコークスなどを加えたものを電気炉
で加熱し、亜鉛を気化させ、熱空気によって酸化する直
接法とが知られている。
【0034】いずれの方法においても、生成した酸化亜
鉛を、送風機を用いた空気冷却機を通して冷却し、粒子
の大きさによって分別する。その他の製法としては、亜
鉛塩の溶液を炭酸アルカリ溶液で沈澱させてできた塩基
性炭酸亜鉛を培焼する湿式法がある。かかる製法により
作られた酸化亜鉛粉末は日本工業規格JIS K141
0、JIS K5102 及びアメリカ規格ASTM−
D79に規定されている。本発明においては、上記した
製法で作られたいずれの酸化亜鉛でも使用可能であり、
異なった製法のものを混合して使用しても良い。
【0035】酸化亜鉛粉末は、主としてゴム加硫促進剤
として用いられる他、塗料、陶磁器、ほうろう、ガラ
ス、フェライト、化粧品、医薬品などの分野に用いられ
ており、酸化亜鉛粉末を熱伝導性グリースの熱伝導性付
与充填剤として用いることも知られている(特開昭51
−55870、特開昭54−116055、特開昭55
−45770、特開昭56−28264、特開昭61−
157587、特開平2−212556、特開平3−1
62493、特開平4−202496)。
【0036】本発明で使用する酸化亜鉛粉末は、平均粒
径が0.2〜5μmという幅広い範囲のものが使用可能
であるが、液状シリコーンに対する分散性、併用する他
の粉末との関係から0.3〜4μmのものが好ましく、
特に、0.3〜3μmであるものが好ましい。また、硬
度は、モース硬度で4〜5とすることが好ましい。
【0037】酸化亜鉛の熱伝導率は、前記した如く理論
的には6.0×10-2cal/cm・sec・℃である
が、通常製造されているものは、不純物を含んでいたり
粉末粒子中にボイドや気泡をふくんでいるため、これよ
りも小さい値である。本発明で使用される酸化亜鉛は、
室温での熱伝導率が1.2×10-2cal/cm・se
c・℃以上であることが好ましい。
【0038】(2)アルミナ粉末 本発明における熱伝導性付与充填剤としてのアルミナ粉
末は、化学構造式Al2 3 で表される酸化アルミニウ
ム粉末であって、その製造方法により、一般にアルミナ
(Alumina)、α−アルミナ (α-Alumina) 、アルミナ単
結晶微粒子 (Single crystal corundum fines)、及び球
状アルミナ(Spherical Alumina) 等と種々に呼ばれてい
るものが使用できる。
【0039】一般に、アルミナの工業的製法は、原料と
なるボーキサイトを熱苛性ソーダで処理する、いわゆる
バイヤー法と称される方法であり、この方法は、いった
ん水酸化アルミニウム(Al(OH)3)の結晶を作り、
これをロータリーキルン等で高温焼成してアルミナとす
るものである。アルミナは熱的、機械的、物理化学的特
性が優れていることから、各種耐火物、研削剤、磁器、
白色充填顔料、触媒等巾広く使用されている。
【0040】アルミナ粉末は、一般に六方晶又は六方菱
面格子の結晶構造を有するα−Al2 3 で、外観は白
色粉末であり、見掛けは平均20〜80μm程度の粒径
を有するが、各粒子は0.5〜20μm程度の一次結晶
アルミナから構成されており、それぞれの用途に応じて
種々のグレードのアルミナ粉末が作られる。特に、その
形状や大きさ等は、シリコーングリースとした場合の均
一性、稠度等の特性に微妙に影響する。
【0041】本発明で使用することができるアルミナ粉
末は、見掛けの平均粒径が20〜80μmの巾広い範囲
のものであるが、液状シリコーンに対する分散性の点か
ら30〜50μmのものが好ましく、特に30〜40μ
mであることが好ましい。また、アルミナは一般に極め
て硬く、モース硬度で8〜9の範囲にある。本発明にお
いてはこの範囲のものであれば使用可能である。
【0042】アルミナの理論的熱伝導率は6.5×10
-2cal/cm・sec ・℃であるが、通常、製造されたアルミ
ナ粉末は多少の不純物を含んでいることと、粉末中にボ
イドや気泡を含むために、実際の測定値は理論値より小
さい。本発明で使用されるアルミナ粉末は室温における
熱伝導率が1.2×10-2cal/cm・sec ・℃以上である
ことが好ましい。熱伝導率が1.2×10-2cal/cm・se
c ・℃以下のものでは、グリースやシートとした場合に
高い熱伝導性が得られないためである。
【0043】(3)窒化アルミニウム粉末 本発明における、熱伝導性を付与する充填材である窒化
アルミニウム粉末は、一般に六方晶又はウルツ鉱型の結
晶構造を有するIII −V族の窒化物で、外観は白〜灰白
色を呈し、粒子形状は、製法にもよるが多角系〜球形の
粉末である。かかる窒化アルミニウム粉末の製造法とし
ては、金属アルミニウム粉を窒素あるいはアンモニアと
直接反応させる直接窒化法、アルミナと炭素の混合粉末
を窒素あるいはアンモニア雰囲気下で加熱し、還元と窒
化を同時に行わせるアルミナ還元法、またはアルミニウ
ムの蒸気と窒素を直接に反応させる方法、AlCl3
NH3 の熱分解等の製造法が挙げられる。
【0044】本発明においては、上記した窒化アルミニ
ウム粉末を原料粉末として、それを焼結させた高純度窒
化アルミニウムセラミックスを使用することもできる。
かかる高純度窒化アルミニウム焼結体を作るためには、
原料となる窒化アルミニウム粉末の特性が、高純度でし
かも一次粒径が0.5μm程度の大きさに揃った易焼結
性の微粉であることが必要である。製法により、化学組
成(不純物)、粒子形状、粒度分布等の特性が異なって
くるが、本発明で用いられる窒化アルミニウム粉末は、
いずれの製法で作られたものでも使用することができ、
これらの異なった製法のものを混合して使用してもよ
い。
【0045】このようにして得られた窒化アルミニウム
粉末はきわめて硬く、熱伝導性、電気絶縁性、機械的強
度に優れている。本願で使用される窒化アルミニウム粉
末としては、平均粒径が0.5〜5μmの巾広い範囲の
ものが使用可能であるが、液状シリコーンに対する分散
性の点から1〜4μmのものが好ましく、特に2〜4μ
mであることが好ましい。
【0046】平均粒径が0.5μm未満であると増稠効
果が大き過ぎるので、グリースとした場合に、稠度の低
い(硬く、ディスペンス性に乏しい)グリースとなり、
使用上好ましくない。また、平均粒径が5μmより大き
い場合には、できあがった熱伝導性材料の均一性が乏し
く安定性も悪い上、ベースオイルの分離も激しい(離油
度が大きい)ものとなる。従って、当然、良好なグリー
スを得ることもできない。
【0047】また、この粉末の比表面積は1〜5m2
gであることが好ましく、特に液状シリコーンとの親和
性等の点から2〜4m2 /gであることが好ましい。ま
た、窒化アルミニウムは一般に極めて硬く、モース硬度
で7〜9の範囲にあり、本発明においてはこの範囲のも
のであれば使用可能であるが、特に8〜9であることが
好ましい。
【0048】窒化アルミニウムの理論的熱伝導率は7.
7×10-1cal/cm・sec・℃であるが、通常、
製造された窒化アルミニウム粉末は、多少の不純物を含
んでいることと粉末中にボイドや気泡を含むために、実
際の測定値は理論値より小さく6.0×10-1cal/
cm・sec・℃以下である。本発明で使用される窒化
アルミニウム粉末は室温での熱伝導率が1.5×10-1
cal/cm・sec・℃以上であることが好ましく、
特に2.4×10-1cal/cm・sec・℃以上であ
ることが好ましい。熱伝導率が1.5×10-1cal/
cm・sec・℃以下のものでは、グリースやシートと
した場合に本発明の目的である高い熱伝導性が得られな
い。
【0049】本発明で使用することのできる窒化アルミ
ニウムとしては、東洋アルミ(株)製の商品名、US、
UF、及びUM、ダウケミカル(株)製の商品名XUS
−55548、(株)トクヤマ製の商品名、Hグレード
及びFグレード、日本軽金属(株)製の、FA及びES
−10、アドバンスト・リフラクトリ・テクノロジー
(株)(Advanced Refractory Technologies.Inc )の商
品名、A−100WR、A−100及びAG−SD等が
挙げられる。
【0050】(4)窒化ホウ素粉末 本発明における、窒化ホウ素粉末の製造方法としてはホ
ウ酸やホウ酸塩を、窒素含有有機物やアンモニア等の窒
素化合物とともに加熱することにより、黒鉛と類似した
六角網目の重なった結晶構造をもつ六方晶窒化ホウ素粉
末が得られる。六方晶窒化ホウ素は高温域まで潤滑性に
優れ、高い電気絶縁性を有しながら熱伝導率が高く、し
かも化学的に安定で溶融金属やガラス等にぬれにくいと
いう特徴があり、高熱伝導性絶縁充填剤、固体潤滑剤、
樹脂改質用フィラー等に使用される。
【0051】かかる六方晶の結晶構造を有する窒化ホウ
素粉末の外観は白色で、平均粒径は1〜10μmであ
る。本発明においては平均粒径が1〜10μmの巾広い
範囲のものが使用可能であるが、液状シリコーンに対す
る分散性、離油防止等の点から1〜5μmであることが
好ましい。また、六方晶の結晶構造を有する窒化ホウ素
粉末は、一般に軟らかい。本発明においてはモース硬度
で1〜3の範囲にあるものが使用可能であるが、特に、
2程度のモース硬度を有するものが好ましい。
【0052】窒化ホウ素の理論熱伝導率は、室温で1.
44×10-1cal/cm・sec ・℃であるが、通常、製造さ
れた窒化ホウ素粉末は、多少の不純物を含んでいること
と粉末中にボイドや気泡を含むために、実際の測定値は
理論値より小さい。本発明で使用される窒化ホウ素粉末
は、室温での熱伝導率が1.2×10-2cal/cm・sec・
℃以上であることが好ましい。熱伝導率が1.2×10
-2cal/cm・sec ・℃以下ではグリースやシートとした場
合に高い熱伝導性が得られないからである。
【0053】また、上記した六方晶の窒化ホウ素(Hexa
gonal Boron Nitride)を原料とし、これを高温超高圧下
で処理することにより、ダイヤモンドと同じ構造原理で
立方晶窒化ホウ素(Cubic Boron Nitride)に変化する。
かかる、立方晶の結晶構造を有する窒化ホウ素粉末は、
ダイヤモンドに次ぐ硬さを有し、外観が茶褐色〜黒色の
粉末で、数μm〜800μmの粒度範囲のものが市販さ
れている。本発明においては、かかる立方晶窒化ホウ素
も使用可能であるが、この立方晶窒化ホウ素粉末の熱伝
導率は1.3〜8.6×10-3cal/cm・sec ・℃と低い
ため、グリースやシートとした場合に、本発明の目的の
一つである良好な熱伝導性を得るという点からは好まし
くない。
【0054】(5)炭化ケイ素粉末 炭化ケイ素粉末は、ケイ石とコークスを主原料とし、電
気抵抗炉(アチソン炉)で合成した高純度のα−SiC
インゴットを粉砕し、脱炭、除鉄、分級の工程を通して
造られる。その用途に応じて、適当な粒度のものから、
それを原料としてサブミクロン域まで徹底的に微粉砕
し、分級した後、化学的処理により精製して製造した、
超微粉末化した炭化ケイ素(Ultra Fine Silicon Carbi
de Powder)まで、種々の粒度分布のものが製造されてい
る。
【0055】炭化ケイ素の粒径及び粒度分布について
は、JIS R6001、JIS R6002、JIS
R6124により定められている。本発明で使用する
ことのできる炭化ケイ素粉末は、平均粒径が0.4〜1
0μmまでの巾広い範囲のものであるが、液状シリコー
ンに対する分散性、離油防止等の点から0.4〜5μm
のものであることが好ましい。炭化ケイ素粉末は、外観
が青黒色で、三角柱の結晶構造を有し、一般に硬い。本
発明においては、モース硬度で8〜9の範囲にあるもの
が使用可能である。
【0056】炭化ケイ素の理論熱伝導率は、室温で2.
4×10-1cal/cm・sec ・℃であるが、通常、製造され
た炭化ケイ素粉末は多少の不純物を含んでいることと粉
末中にボイドや気泡を含むために実際の測定値は理論値
より小さい。本発明で使用する炭化ケイ素粉末は、室温
における熱伝導率が1.2×10-2cal/cm・sec ・℃以
上であることが好ましい。熱伝導率が1.2×10-2ca
l/cm・sec ・℃以下では、グリースやシートとした場合
に高い熱伝導性が得られないからである。
【0057】本発明の熱伝導性シリコーン組成物の熱伝
導性は、液状シリコーンに対する増稠剤としての熱伝導
性付与充填剤の充填比率によって変化する。本発明の目
的の一つである高熱伝導性を達成するためには、増稠剤
の中でも特に熱伝導率の高い窒化アルミニウム粉末の充
填率を高める必要がある。グリースとしての特性を損な
うことなく窒化アルミニウム粉末の高充填率を達成する
ためには、増稠剤粒子の形状、粒径が極めて重要とな
る。高充填率を達成しようとすれば、シートとする場合
は別として、グリースとする場合には、粘稠となりディ
スペンス性が損なわれる傾向がある。
【0058】ここで、ディスペンス性とは、グリースを
基材に塗付する際の作業性を示すものであり、これが悪
いと、グリースを押し出し手段を有するシリンダー状の
機器を用いて塗付する際の作業性が悪くなると共に、基
材に薄く塗付することが困難となる。従って、熱伝導性
材料がグリースである場合には、ディスペンス性を保持
しつつ高充填率を達成する上から、増稠剤の粒子形状が
平均粒子径と共に極めて大きな要因となる。
【0059】しかしながら、窒化アルミニウムはその製
造方法及び結晶構造により、球状というよりむしろ角状
〜薄片状の粒子であるため、充填率の上昇により熱伝導
性材料の粘性を増加させる傾向を持っている。すなわ
ち、充填率の増大により熱伝導性材料の粘性が増大し稠
度が下がるため、本発明における目的の一つである熱伝
導性グリースとした場合に、ディスペンス性が損なわれ
ることになる。
【0060】一方、酸化亜鉛は理論的熱伝導率が6.0
×10-2cal/cm・sec・℃と、窒化アルミニウ
ムの7.7×10-1cal/cm・sec・℃に比べて
小さいため、従来、高熱伝導性を要求される用途にはあ
まり使用されていなかった。しかしながら、硬度が窒化
アルミニウムに比べて軟らかいため、これを窒化アルミ
ニウム粉末と併用すると、硬い窒化アルミニウムの間に
軟らかい酸化亜鉛が配位して、最密充填構造の中に易動
性を付与する働きをし、これによって前記ディスペンス
性が改善される。
【0061】本発明においては、かかる窒化アルミニウ
ムと酸化亜鉛とが適度の割合で混合された場合に、グリ
ースとしての適度の稠度を保ちながらディスペンス性を
損なうこともなく、オルガノポリシロキサン中に充填剤
が最適に分散する結果、熱伝導率が6.0×10-3ca
l/cm・sec・℃以上という、極めて高水準な熱伝
導性グリースを得ることができる。
【0062】本発明においては増稠剤が窒化アルミニウ
ムと酸化亜鉛粉末とからなり、窒化アルミニウム粉末と
酸化亜鉛粉末の混合割合(酸化亜鉛/(窒化アルミニウ
ム+酸化亜鉛))が重量比で0.05〜0.5であるこ
とが好ましい。窒化アルミニウム粉末と酸化亜鉛粉末の
混合割合が0.05以下となると、硬度の高い窒化アル
ミニウム粉末の隙間を充分に埋める事ができず、熱伝導
率を効率的に向上させる事ができないばかりか、グリー
スとした場合には、硬くディスペンス性に乏しいグリー
スとなり易い。
【0063】一方、酸化亜鉛粉末の混合割合が0.5以
上であると、酸化亜鉛粉末の理論熱伝導率が6.0×1
-2cal/cm・sec・℃と、窒化アルミニウム粉
末の7.7×10-1cal/cm・sec・℃に比較し
て約1ケタ低いこともあり、熱伝導性を向上させる事が
困難である。
【0064】(C)水酸基含有オルガノポリシロキサン 本発明の成分C)は、一般式R7 b (OH) c SiO
(4-b-c)/2 で表される、一分子中に少なくとも1個のケ
イ素原子に直接結合する水酸基を有するオルガノポリシ
ロキサンである。但し、一般式中のR7 は一価の有機基
の中から選択される少なくとも1種の基であり、b及び
cは、1.8≦b+c≦2.3、且つ、0.0001≦
c/(b+c)≦0.1である。
【0065】上記の一般式中におけるR7 としては、例
えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペ
ンチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシ
ル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル
基などのアルキル基;シクロヘキシル基等のシクロアル
キル基;ビニル基、アリル基等のアルケニル基;
【0066】フェニル基、ナフチル基、トリル基等のア
リール基;又は、これらの基の炭素原子に結合した水素
原子の一部又は全部を、ハロゲン原子、シアノ基、水酸
基等で置換した、クロルメチル基、3,3,3−トリフ
ルオロプロピル基、シアノプロピル基、フェノール基、
ヒンダードフェノール基等の、同種又は異種の炭素数1
〜30の非置換又は置換の一価炭化水素基、アミノ基含
有有機基、ポリエーテル基含有有機基、エポキシ基含有
有機基などが例示されるが、本発明においては、特に、
メチル基、フェニル基及び炭素数6〜14のアルキル基
等が好ましい。
【0067】このオルガノポリシロキサンは、直鎖状、
分岐状および環状のいずれの構造のものでもよく、更
に、これらを使用する際には、2種以上を併用すること
も可能である。また、(b+c)は1.8〜2.3であ
るが、特に、直鎖状或いは、より直鎖状に近いものであ
る1.9〜2.1の範囲であることが好ましい。また、
c/(b+c)は0.0001〜0.1であるが、離油
防止等の点から0.0002〜0.08の範囲であるの
が好ましい。
【0068】c/(b+c)が0.0001以下ではオ
イルブリード抑制効果が十分ではなく、0.1以上とす
るとグリースとして使用した場合に軟らかくなりすぎて
逆にオイルブリードが大きくなり好ましくない。
【0069】このようなオルガノポリシロキサンとして
は、例えば下記化10で表されるものが挙げられる。
【化10】
【0070】化10中のR1 は、メチル基、エチル基、
プロピル基、ブチル基、アミル基、オクチル基などのア
ルキル基;ビニル基、アリル基などのアルケニル基;フ
ェニル基、トリル基などのアリール基;これらの基の炭
素原子に結合した水素原子の一部または全部がハロゲン
原子、シアノ基、水酸基等で置換されたクロロメチル
基、3,3,3−トリフルオロプロピル基、シアノプロ
ピル基、フェノール基、ヒンダードフェノール基等の炭
素数1〜30の非置換又は置換の一価炭化水素基から選
択される基である。
【0071】R2 及びR3 は水素原子、水酸基、同種又
は異種の1価有機基で、R1 と同じ1価炭化水素基、ア
ミノ基含有有機基、ポリエーテル基含有有機基、エポキ
シ基含有有機基から選択される基、R4 は水素原子、水
酸基、R1 と同じ1価炭化水素基、R2 またはR3 と同
じ1価有機基、及び水酸基から選択される基であり、l
(エル)はこのポリシロキサンが25℃で50〜50
0,000csとなるような正の数である。
【0072】上記のR2 及びR3 については、合成の容
易性、得られるオイルの耐熱性、電気絶縁性等の点か
ら、メチル基、エチル基等のアルキル基、フェニル基、
トリル基などのアリール基、これらの基の炭素原子に結
合した水素原子の一部が水酸基で置換された基等が好ま
しく、特に、メチル基、フェニル基及び炭素数6〜14
のアルキル基等が好ましい。
【0073】本発明で使用するC成分のオルガノポリシ
ロキサンは、R1 〜R4 の少なくとも1個が水酸基であ
ることが必須である。上記のオルガノポリシロキサン
は、25℃における粘度が50〜500,000csの
範囲にあることが、グリース特性の面から好ましく、特
に、50〜300,000csの範囲であることが好ま
しい。粘度が50cs未満の場合には得られたグリース
のオイル分離防止効果が悪くなり、500,000cs
以上の場合には、グリースとした場合に、粘稠になりす
ぎて基材に対するディスペンス性が著しく損なわれる。
【0074】かかるオルガノポリシロキサンの具体例と
しては、下記化11で表されるような、その分子鎖末端
がジオルガノモノヒドロシリル基で封鎖されたものが例
示される。
【化11】 式中のR10は、炭素数1〜18の非置換又は置換の1価
炭化水素基の群の中から選択される少なくとも1種の
基、nは10≦n≦10,000である。
【0075】成分C)として使用する、両末端に水酸基
を有するオルガノポリシロキサンの化11におけるR10
としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ヘ
キシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、テトラ
デシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル等のアルキル
基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロア
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、トリル基等のアリール基;2−フェニルエチル
基、2−メチル−2−フェニルエチル基等のアラルキル
基;3,3,3−トリフロロプロピル基、2−(パーフ
ロロブチル)エチル基、2−(パーフロロオクチル)エ
チル基、p−クロロフェニル基等のハロゲン化炭化水素
基が挙げられるが、特にメチル基、フェニル基、及び炭
素数6〜14のアルキル基が好ましい。
【0076】また、前記化11中のnは、10より小さ
いと揮発する恐れがありその揮発が原因で接点障害を起
こしかねない。一方、10,000より大きいと高粘度
となるため、混合時の均一分散が難しくなるので好まし
くない。従って本発明においては、上記nは10〜1
0,000であることが好ましく、特に、100〜1,
000であることが好ましい。
【0077】本発明におけるC)成分はオイルブリード
抑制効果を与えるものであるが、その使用量が0.01
重量%より少ないとその効果が充分発揮されず、10重
量%より大きいとグリースが硬くなりディスペンス性が
乏しいものとなるため、0.01〜10重量%の範囲で
使用する必要があり、特に、0.1〜1重量%使用する
ことが好ましい。
【0078】(D)アルコキシシラン 成分D)として使用するアルコキシシランは、一般式R
8 d Si(OR9)(4-d) で表される。一般式中のR
8 は、炭素数6〜20の非置換又は置換の1価炭化水素
基の群から選択される少なくとも1種の基であり、具体
例としては、例えばヘキシル基、オクチル基、デシル
基、ドデシル基、テトララデシル基、ヘキサデシル基、
オクタデシル基等のアルキル基;フェニル基、トリル基
等のアリール基;2−フェニルエチル基、2−メチル−
2−フェニルエチル基等のアラルキル基;あるいはこれ
らの基の炭素原子に結合した水素原子の一部または全部
をハロゲン原子などで置換した、2−(パーフロロブチ
ル)エチル基、2−(パーフロロオクチル)エチル基、
p−クロロフェニル基等のハロゲン化炭化水素基が挙げ
られるが、特に、炭素数6〜14のアルキル基が好まし
い。
【0079】また、R9 は、メチル基、エチル基、プロ
ピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基などの炭素
数1〜6の1種もしくは2種以上のアルキル基であり、
具体的には、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、
ブトキシ基などが例示される基であり、特にメトキシ基
及びエトキシ基が好ましい。dは1、2あるいは3であ
り、特に1であることが好ましい。
【0080】D)成分の使用量が0.01重量%より少
ないとグリースとして使用した場合に硬くなり伸展性に
乏しいものとなる。10重量%より多いとグリースが軟
らかくなりすぎる。従って、本発明においては、D)成
分を0.01〜10重量%の範囲で使用する必要があ
り、特に、0.1〜5重量%の範囲で使用することが好
ましい。
【0081】以下に、化12としてD)成分の代表例を
示すが、本発明はこれによって限定されるものではな
い。
【化12】
【0082】本発明のグリースを製造するに際しては、
以上の成分A)〜D)を、トリミックス、ツウィンミッ
クス、プラネタリミキサー(いずれも井上製作所(株)
製混合機の登録商標)、ウルトラミキサー(みずほ工業
(株)製混合機の登録商標)、ハイビスディスパーミッ
クス(特殊機化工業(株)製混合機の登録商標)等の混
合機にて混合する。必要ならば加熱しても良い。尚、混
合後、均一仕上げするために、混練り操作を行うことが
好ましい。混練り装置としては、3本ロール、コロイド
ミル、サンドグラインダー等があるが、中でも3本ロー
ルによる方法が好ましい。
【0083】本発明の熱伝導性シリコーン組成物は、ベ
ースオイルのブリードが抑えられているので、放熱基材
と放熱板との間に塗布して使用した場合、長期間にわた
って安定した熱伝導性能を発揮することができ、機器の
信頼性を大巾に向上させることができる。又、周辺のオ
イル汚れ、電気接点の電通不良、マイクロモーターの回
転不良などのトラブルを回避することができる。従っ
て、家電製品やオーディオ製品を初め、各種産業用の機
器に使用されるトランジスターやIC、ダイオード、サ
ーミスター等の放熱用グリースとして最適である。
【0084】
【発明の効果】本発明の熱伝導性シリコーン組成物は、
ベースオイルのブリードが抑えられているので、熱伝導
性能が長期にわたって安定し、放熱用シリコーングリー
スとして好適である。
【0085】
【実施例】以下、本発明を実施例によって更に詳述する
が、本発明はこれによって限定されるものではない。
尚、本発明に係わるブリード抑制効果に関する試験は次
のようにして行った。
【0086】ブリード抑制効果に関する試験 図1に示すように10cm角のスリガラス板を水平に置
き、シリコーン組成物を直径1cmの円状に0.25g
ずつ塗布して、室温で1日、7日、1ヶ月経過させた
後、オイルブリードによってスリガラスが半透明になっ
た幅をmm単位で測定した。又、熱伝導率は迅速熱伝導
率計(QTM−500:京都電子工業(株)製の商品
名)により、25℃において測定した。尚、実施例中の
粘度は25℃における値である。
【0087】実施例1〜8及び比較例1〜3 表1及び2に示す量の各成分を計量して、容量5リット
ルのプラネタリーミキサーを用い、室温にて20分間攪
拌した後、3本ロールによる混練りを3回実施し、実施
例1〜8及び比較例1〜3のシリコーン組成物を製造し
た。尚、表中のA成分(A−1〜A−4)及びC成分
(C−1及びC−2)は下記化13〜化18で表される
化合物である。又、B−1は、平均粒径が0.5〜5μ
mで球状六方晶系の窒化アルミニウム、B−2は、平均
粒径が0.2〜5μmの酸化亜鉛粉末、B−3は、見掛
けの平均粒径が30〜50μmのアルミナ粉末であり、
D−1は、C10H21Si(OCH3)3 、D−2は、C6H13 Si(OCH
3)3 で表されるアルコキシシランである。
【0088】
【化13】
【化14】
【化15】
【化16】
【化17】
【化18】
【0089】
【表1】
【0090】
【表2】
【図面の簡単な説明】
【図1】オイルブリードの程度を評価するための方法を
示す説明図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI //(C10M 169/02 107:50 113:08 113:00 155:02) C10N 10:04 10:06 20:00 20:02 20:06 30:00 30:08 40:14 50:10 (72)発明者 磯部 憲一 群馬県碓氷郡松井田町大字人見1番地10 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

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】A)液状シリコーン5〜30重量%、B)
    酸化亜鉛、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素及
    び炭化ケイ素粉末の中から選択される少なくとも1種の
    増稠剤50〜94.98重量%、C)1分子中にケイ素
    原子に直接結合した水酸基を少なくとも1個有するオル
    ガノポリシロキサン0.01〜10重量%、及び、D)
    アルコキシシラン0.01〜10重量%からなる熱伝導
    性シリコーン組成物。
  2. 【請求項2】 成分A)の液状シリコーンが、一般式R
    a SiO(4-a)/2 で表されるオルガノポリシロキサン
    (但し、一般式中のRは1価の有機基の中から選択され
    る少くとも1種の基であり、aは1.8〜2.3であ
    る。)である請求項1に記載された熱伝導性シリコーン
    組成物。
  3. 【請求項3】 成分A)の液状シリコーンの粘度が25
    ℃で50〜500,000csである、請求項1又は2に
    記載された熱伝導性シリコーン組成物。
  4. 【請求項4】 一般式Ra SiO(4-a)/2 におけるR
    が、メチル基、フェニル基及び炭素原子数6〜14のア
    ルキル基から選択される少くとも1種の基である請求項
    2に記載された熱伝導性シリコーン組成物。
  5. 【請求項5】 成分B)の増稠剤が、平均粒径0.2〜
    5μmの酸化亜鉛粉末、平均粒径0.2〜5μmの窒化
    アルミニウム粉末、見掛けの平均粒径40〜80μmの
    アルミナ粉末、平均粒径1〜10μmの窒化ホウ素及び
    平均粒径0.4〜10μmの炭化ケイ素粉末の中から選
    択される少なくとも1種である、請求項1〜4の何れか
    に記載された熱伝導性シリコーン組成物。
  6. 【請求項6】 増稠剤が窒化アルミニウムと酸化亜鉛粉
    末とからなり、窒化アルミニウム粉末と酸化亜鉛粉末の
    混合割合(酸化亜鉛/ (窒化アルミニウム+酸化亜
    鉛))が重量比で0.05〜0.5であることを特徴と
    する請求項1〜5の何れかに記載された熱伝導性シリコ
    ーン組成物。
  7. 【請求項7】 成分C)がR7 b (OH)c SiO
    (4-b-c)/2 で表される、一分子中に少なくとも1個のケ
    イ素原子に直接結合する水酸基を有するオルガノポリシ
    ロキサンである、請求項1〜6の何れかに記載された熱
    伝導性シリコーン組成物;但し、上式中のR7 は、1価
    の有機基の中から選択される少なくとも1種の基、b及
    びcは、1.8≦b+c≦2.3、且つ、0.0001
    ≦c/(b+c)≦0.1である。
  8. 【請求項8】 成分C)が下記 【化1】 で表されるオルガノポリシロキサンである請求項7に記
    載された熱伝導性シリコーン組成物。 【化1】上式のR10は炭素数1〜18の非置換又は置換
    の1価炭化水素基の群の中から選択される少なくとも1
    種の基、nは10≦n≦10,000である。
  9. 【請求項9】 成分D)のアルコキシシランが一般式R
    8 d Si(OR9 (4-d) で表される、請求項1〜8に
    記載された熱伝導性シリコーン組成物。但し、上式中の
    8 は、炭素数6〜20の非置換又は置換の1価炭化水
    素基の群から選択される少なくとも1種の基、R9 は炭
    素数1〜6アルキル基から選択される少なくとも1種の
    アルキル基であり、dは1、2又は3である。
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