JPH1160216A

JPH1160216A - 熱伝導性窒化ホウ素フィラー及び絶縁放熱シート

Info

Publication number: JPH1160216A
Application number: JP9222004A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Washio; 友一鷲尾; Tokio Sekiya; 登喜男関矢; Takehide Okami; 健英岡見
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1997-08-04
Filing date: 1997-08-04
Publication date: 1999-03-02
Also published as: US6054520A; TW401374B

Abstract

(57)【要約】【解決手段】凝集度が３〜５０％であることを特徴と
する熱伝導性窒化ホウ素フィラー。【効果】本発明によれば、特殊な操作を施すことな
く、通常のシリコーンゴム組成物等の混合、シート成形
及び加硫の工程によりＢＮ粒子のａ軸方向をシートの厚
さ方向に向けることができるため、熱伝導性の高い絶縁
放熱シートが簡略化された工程で低コストに得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁放熱シートの
熱伝導性フィラーとして好適な窒化ホウ素フィラー及び
これを配合した絶縁放熱シートに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】絶縁放
熱シートは、通常、オルガノポリシロキサン、熱伝導性
の高い無機質粉末及び架橋剤を含有するシリコーンゴム
組成物をシート状に成形後、加硫することにより得ら
れ、パワートランジスター、サイリスター等の発熱性電
子部品の絶縁放熱に使用される。その熱伝導性の高い無
機質粉末としては六方晶窒化硼素（以下、ＢＮと記す
る）、アルミナ、ベリリア、ダイヤモンド等が例示され
るが、それらの内、特性、コスト及び安全性をトータル
的に考慮した場合ＢＮが最も好ましい。しかし、ＢＮは
層状の結晶構造を有しており、粒子形状が板状である。
その熱伝導性は方向によって異なり、層に平行な方向
（以下、ａ軸方向と呼ぶ）の方が、層に垂直な方向（以
下、ｃ軸方向と呼ぶ）の約３０倍程度高い。従って、絶
縁放熱シートの厚さ方向の熱伝導性を向上させるために
は、ＢＮの板状粒子をそのａ軸がシートの厚さ方向を向
くように配することが好ましい。しかし、絶縁放熱シー
トは、発熱性電子部品及び放熱フィンとの密着性を良好
にするため表面を平滑に仕上げる必要がある。そのた
め、通常はＢＮ粉末を含有するシリコーンゴム組成物を
シート状に成形した後、プレス加硫を行う。その際にシ
ート中のＢＮ粒子がシートと平行に配向する傾向があ
り、シートの放熱経路がＢＮ粒子のｃ軸方向を向いてし
まうため、ＢＮの有する優れた熱伝導性を十分に発揮で
きないという問題がある。

【０００３】そこで、従来からＢＮ粒子をそのａ軸がシ
ートと垂直な方向へ向くようにするため様々な工夫がな
されている。例えば、特開平８−２４４０９４号公報に
は、混練物を複数の帯状可塑物に押出成型しながらリッ
プで集成する方法が提案されている。また、特公平６−
３８４６０号公報には、一度プレス成形したシートを帯
状に切断し、９０°回転させて接合させ、シート状にす
ることが提案されている。しかし、これらの方法はいず
れも余分な工程や設備が必要となり、生産性、コスト等
を考慮すると不利に繋がる。

【０００４】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
通常の混合、シート成形、加硫のみの工程でＢＮ粒子の
ａ軸が比較的多くシート面と垂直な方向（シートの厚さ
方向）へ向く熱伝導性ＢＮフィラー及び該ＢＮフィラー
を含有する絶縁放熱シートを提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った
結果、熱伝導性フィラーとしてのＢＮ粉末を凝集度３〜
５０％のものとすることにより、絶縁放熱シートの厚さ
方向である放熱経路にａ軸方向が向くＢＮ粒子の数が比
較的多くなることをを知見し、本発明を完成するに至っ
た。

【０００６】即ち、本発明は、凝集度３〜５０％の熱伝
導性ＢＮフィラー及び該ＢＮフィラーを含有する絶縁放
熱シートを提供するものである。

【０００７】以下、本発明について詳述する。本発明の
熱伝導性ＢＮフィラーは、凝集度が３〜５０％の範囲に
あるものである。ここで、凝集度とはパウダーテスター
（例えば、ホソカワミクロン（株）製、ＰＴ−Ｎ型等）
で測定される物性値であり、粒子が全く凝集せず、完全
に一次粒子に分散した状態が０％となり、粒子の凝集が
多い程その数値は大きくなる。本発明においては、凝集
度が３〜５０％の範囲内であれば、その凝集の形態は、
ファンデルワールス力、静電気力、吸着水分等に起因す
る自然凝集であっても、混合造粒、押出造粒、噴霧乾燥
等の操作により意図的に凝集させたものであっても、更
にはＢ₂Ｏ₃等の不可避不純物を粒界に介した固着であっ
てもよい。凝集度が３％未満の場合は、シートの放熱経
路にＢＮ粒子のａ軸が向く傾向が不十分となり、一方５
０％を超えるとシリコーンゴム組成物等への分散性が極
端に悪くなり、シート成形性が悪化したり、シートの表
面に凹凸が生じる場合があるため、３〜５０％、特に好
ましくは１０〜２０％の範囲である。

【０００８】また、ＢＮフィラーの一次粒子の平均粒子
径は、１〜３０μｍ、特に５〜２０μｍであることが好
ましい。１μｍ未満の場合は、放熱経路上に粒界の数が
多くなり十分な熱伝導性が得られない場合がある。一
方、３０μｍを超えると粒子が自然凝集し難くなり、ま
た意図的に凝集を試みてもそれが困難となり、凝集度を
３％以上とすることが難しくなる。更に、凝集粒の二次
粒子径は、シートの厚さの７割以下であることが好まし
い。７割を超える場合は、シートの表面が平滑に仕上が
らず、発熱性電子部品及び放熱フィンとの密着性が悪化
する場合が生じる。

【０００９】また、ＢＮ粒子の表面は滑らかでシリコー
ンゴム組成物等との密着性が良好であることが好まし
い。そのためには、比表面積（ＢＥＴ法）が１０ｍ²／
ｇ以下、特に５ｍ²／ｇ以下のものが好適に使用され
る。

【００１０】更に、ＢＮフィラーの純度は９５重量％以
上、特に９８重量％以上であることが好ましい。９５重
量％未満の場合は、含有する不純物の影響で熱伝導性、
電気絶縁性等の特性が低下する場合がある。

【００１１】また、ＢＮフィラーは、結晶化が発達して
いることが好ましく、学振炭素材料１１７委員会法によ
り測定した結晶子サイズが５００Å以上、特に７００Å
以上であることが好ましい。５００Å未満の場合はＢＮ
の結晶構造が非晶質となり十分な特性が得られない場合
がある。

【００１２】凝集度が３〜５０％の範囲内で、かつその
他の物性が以上の良好な条件となるＢＮフィラーは、絶
縁放熱シート中で比較的シート面に対しａ軸が垂直に向
く粒子が多くなり、その結果シートの厚さ方向である放
熱経路の熱伝導性向上に大きく寄与することとなる。

【００１３】次に、以上のＢＮフィラーを含有する絶縁
放熱シートについて詳述する。本発明のＢＮフィラーが
配合される絶縁放熱シートの基材は特に制限されず、各
種ゴムを使用することができるが、好ましくはシリコー
ンゴムであり、絶縁放熱シートは、（イ）オルガノポリ
シロキサン、（ロ）上記ＢＮフィラー、（ハ）架橋剤を
必須成分として含有するシリコーンゴム組成物をシート
状に成形、加硫することによって得られるものが好まし
い。

【００１４】ここで、本発明の絶縁放熱シート用シリコ
ーンゴム組成物を構成する（イ）成分としてのオルガノ
ポリシロキサンは、下記平均単位式（１）Ｒ_aＳｉＯ_(4-a)/2 （１）で示されるものである。

【００１５】式（１）において、Ｒはメチル基、エチル
基、プロピル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基、
ブテニ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、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基
又はこれらの基の炭素原子に直結している水素原子の一
部又は全部をハロゲン原子、シアノ基等で置換したクロ
ロメチル基、トリフロロプロピル基、シアノエチル基な
どから選択される同種又は異種の非置換又は置換の好ま
しくは炭素数が１〜１２、特には１〜１０の１価炭化水
素基である。ａは１．８５〜２．１０の正数である。ま
た、オルガノポリシロキサンは直鎖状の分子構造を有す
ることが好ましいが、分子中に一部分子鎖状構造を有し
ていても特に問題はない。更に、オルガノポリシロキサ
ンは分子鎖末端がトリオルガノシリル基又は水酸基で封
鎖されていることが好ましい。トリオルガノシリル基と
しては、トリメチルシリル基、ジメチルビニルシリル
基、トリビニルシリル基、メチルフェニルビニルシリル
基、メチルジフェニルシリル基等が例示される。オルガ
ノポリシロキサンの重合度は特に限定されないが、２５
℃における粘度が２５ｃｓｔ以上、特に５０００ｃｓｔ
以上となる重合度とすることが好ましい。

【００１６】また、（ロ）成分としての前述の凝集度３
〜５０％のＢＮフィラーは、絶縁放熱シートの電気絶縁
性を維持した上で熱伝導性を向上させるための成分であ
る。

【００１７】その配合量は、（イ）成分のオルガノポリ
シロキサン１００重量部に対し、３０〜５００重量部、
特に好ましくは１００〜３００重量部である。３０重量
部未満では十分な熱伝導性が得られず、一方５００重量
部を超えるとＢＮフィラーをシリコーンゴム組成物中に
均一分散させることが困難となったり、組成物の粘度が
上昇してシート成形性が悪化する等の不都合が生じるた
め、好ましくない。

【００１８】更に、（ハ）成分の架橋剤は、（イ）成分
のオルガノポリシロキサンの架橋反応の機構により適宜
選択される。架橋がラジカル反応の場合は、有機過酸化
物が使用され、具体的にはベンゾイルパーオキサイド、
２，４−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ｏ−メチ
ルベンゾイルパーオキサイド、ｐ−メチルベンゾイルパ
ーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジ（ｔ−ブチ
ル）パーベンゾエート、２，５−ジメチル−２，５−ビ
ス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、ジ（ｔ−ブチ
ル）パーオキサイド等が例示される。また、架橋が付加
反応の場合は、珪素原子に直結した水素原子を１分子中
に２個以上含有するオルガノハイドロジェンシロキサン
と付加反応触媒として触媒量のプラチナ又はプラチナ化
合物が使用される。この場合は（イ）成分のオルガノポ
リシロキサンが１分子中に２個以上のアルケニル基を含
有することが必要である。更に、架橋が縮合反応の場合
は、加水分解性シラン又はシロキサンとＳｎ，Ｔｉ等の
有機金属化合物が使用される。この場合は（イ）成分の
オルガノポリシロキサンの分子鎖両末端が水酸基で封鎖
されていることが必要である。

【００１９】なお、（ハ）成分としての架橋剤の添加量
は、他成分の種類や配合比と合わせて適宜調整し得る
が、一般的には組成物全体の０．１〜１０重量％であ
る。

【００２０】本発明の絶縁放熱シートは、以上の
（イ）、（ロ）、（ハ）の３成分を含有するシリコーン
ゴム組成物をプラネタリーミキサー、ゲートミキサー、
品川ミキサー、バンバリーミキサー、３本ロール等の汎
用的な設備を使用して混練した後、ドクターブレード、
カレンダーロール、押出成形等従来公知の成形方法によ
りシート成形し、上記加硫方式に応じた条件で加硫する
ことにより得られる。

【００２１】なお、上記シリコーンゴム組成物に、以上
の（イ）、（ロ）、（ハ）以外の成分、例えば補強性充
填剤としてのシリカ粉末、分散剤としての重合度１００
以下の低分子シロキサン、環状シロキサン、シラノール
基含有シラン、アルコキシ基含有シラン、難燃助剤とし
てのプラチナ化合物、パラジウム化合物、耐熱助剤とし
ての酸化鉄、酸化セリウム、酸化オクチル、希釈用有機
溶剤、着色のための顔料、架橋が付加反応の場合の硬化
抑制剤としてのアセチレンアルコール、トリアゾール、
ビニル基含有環状シロキサン等を配合すること、また、
シート成形時にシートの骨格となるガラス繊維クロスを
含有させること、更に、配合前に（ロ）成分のＢＮフィ
ラーに（イ）成分のオルガノポリシロキサンとの親和
性、分散性を改良するため、各種シランカップリング
剤、シリル化剤等で表面改質処理を行うこと等は、全て
本発明の効果を損なわない限り任意である。

【００２２】更には、得られた絶縁放熱シートに発熱性
電子部品との接着のため粘着剤及び剥離紙を設けること
も任意とされる。以上により、熱伝導性の良好な絶縁放
熱シートが得られる。

【００２３】なお、本発明の熱伝導性ＢＮフィラーは、
その他の熱伝導性を要求される用途、例えば室温硬化型
放熱性シーラント、半導体素子封止剤等にも好適に使用
されるものである。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、特殊な操作を施すこと
なく、通常のシリコーンゴム組成物等の混合、シート成
形及び加硫の工程によりＢＮ粒子のａ軸方向をシートの
厚さ方向に向けることができるため、熱伝導性の高い絶
縁放熱シートが簡略化された工程で低コストに得られ
る。

【００２５】

【実施例】以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるも
のではない。

【００２６】〔実施例１〕ジメチルシロキサン単位９
９．８５モル％、メチルビニルシロキサン単位０．１５
モル％、平均重合度約８０００のオルガノポリシロキサ
ン１００重量部、凝集度３．５％、純度９９．５重量
％、平均粒子径１０μｍ、結晶子サイズ＞１０００Åの
ＢＮ粉末１７５重量部、架橋剤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重量
部を３００重量部のトルエンに分散させて、プラネタリ
ーミキサーで１時間混合して得られたシリコーンゴム組
成物をドクターブレードでガラス繊維クロスの両面に厚
さ０．２５ｍｍにコーティングし、８０℃で２０分間乾
燥した後、圧力１００ｋｇ／ｃｍ²、温度１７０℃で１
０分間のプレス熱加硫を行って、絶縁放熱シートを得
た。該シートを常圧、２００℃で４時間の二次加硫を行
った後、冷却して、ＴＯ−３型トランジスターで熱抵抗
を測定した。また、シートに垂直にＸ線を当てて（００
２）／（１００）のピーク強度比から配向度を測定し
た。

【００２７】〔実施例２〕凝集度１１．５％のＢＮ粉末
を使用した他は全て実施例１と同様にして絶縁放熱シー
トを得、評価を行った。

【００２８】〔実施例３〕凝集度３０．１％のＢＮ粉末
を使用した他は全て実施例１と同様にして絶縁放熱シー
トを得、評価を行った。

【００２９】〔実施例４〕凝集度３８．６％のＢＮ粉末
を使用した他は全て実施例１と同様にして絶縁放熱シー
トを得、評価を行った。

【００３０】〔実施例５〕凝集度４７．３％のＢＮ粉末
を使用した他は全て実施例１と同様にして絶縁放熱シー
トを得、評価を行った。

【００３１】〔比較例１〕凝集度０．６％のＢＮ粉末を
使用した他は全て実施例１と同様にして絶縁放熱シート
を得、評価を行った。

【００３２】〔比較例２〕凝集度２．３％のＢＮ粉末を
使用した他は全て実施例１と同様にして絶縁放熱シート
を得、評価を行った。

【００３３】〔比較例３〕凝集度５７．４％のＢＮ粉末
を使用して実施例１と同様にして絶縁放熱シートを得よ
うと試みたが、シリコーンゴム組成物への分散性が不良
で、粘度が上昇し、シート成形が困難となり、試作を中
止した。以上の結果を併せて表１に示す。

【００３４】

【表１】（注）なお、以上の実施例及び比較例で使用したＢＮ粉
末は、同一ロットの粉末を篩い分けにより、凝集度を調
整した。従って、凝集度以外の粉末物性は全て実施例１
と同様である。

【００３５】表１に示す通り、本発明の条件に合う実施
例のケースは、条件が外れる比較例のケースと比較し
て、いずれも熱抵抗値が低く、放熱性に優れており、Ｘ
線回折による配向度からも放熱経路がＢＮのａ軸方向を
向いていることが確認できた。また、凝集度が高すぎる
比較例３は、シートの試作ができなかった。以上で本発
明の効果が確認できた。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡見健英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

【特許請求の範囲】

【請求項１】凝集度が３〜５０％であることを特徴と
する熱伝導性窒化ホウ素フィラー。
【請求項２】比表面積が１０ｍ²／ｇ以下、純度が９
５重量％以上、結晶子サイズが５００Å以上である請求
項１記載の熱伝導性窒化ホウ素フィラー。
【請求項３】（イ）下記平均単位式（１）を有するオルガノポリシロキサン１００重量部Ｒ_aＳｉＯ_(4-a)/2 （１）（Ｒは一価炭化水素基、ａは１．８５〜２．１０の正数である。）（ロ）請求項１又は２記載の熱伝導性窒化ホウ素フィラー３０〜５００重量部（ハ）架橋剤を含有するシリコーンゴム組成物をシート状に成形し、
加硫することにより得られる絶縁放熱シート。