JPWO2015170744A1 - 放熱部材用組成物、放熱部材、電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1には、樹脂の熱伝導率を向上させる方法として、液晶組成物を配向制御添加剤やラビング処理法などにより配向制御して重合することにより得られる放熱部材が開示されている。
そこで本発明は、高熱伝導性を有する放熱部材を形成可能な組成物および放熱部材を提供することを課題とする。
このように構成すると、放熱部材用組成物は、重合性液晶化合物が液晶相および等方相を示す温度範囲内で硬化する。すなわち、流動性を持つ状態で重合を起こすことができ、さらに重合性液晶化合物が配向している状態(分子が一方向に揃った状態)で重合性液晶化合物を重合させて、無機フィラーとともに硬化させることができる組成物となる。重合温度が液晶相を示す温度領域よりも高くなり、等方相を示す温度領域になった場合でも、メソゲン部位は冷却時に高い配向性を発現する。したがって、放熱部材用組成物から形成された膜(放熱部材)は、重合した液晶化合物の熱伝導性と、窒化物で形成された無機フィラーの熱伝導性の相乗効果により、高い熱伝導性を有することができる。
Ra1−Z−(A−Z)m1−Ra1 ・・・(1−1)
[上記式(1−1)中、
Ra1は、それぞれ下記式(2−1)〜(2−2)のいずれかで表される重合性基であり;
Aは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、フルオレン−2,7−ジイル、ビシクロ[2.2.2]オクト−1,4−ジイル、またはビシクロ[3.1.0]ヘキス−3,6−ジイルであり、
これらの環において、任意の−CH2−は、−O−で置き換えられてもよく、任意の−CH=は、−N=で置き換えられてもよく、任意の水素は、ハロゲン、炭素数1〜10のアルキル、または炭素数1〜10のハロゲン化アルキルで置き換えられてもよく、
該アルキルにおいて、任意の−CH2−は、−O−、−CO−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、任意の−CH2CH2−は、−CH=CH−、または−C≡C−で置き換えられてもよく;
Zは、それぞれ単結合、または炭素数1〜20のアルキレンであり、
該アルキレンにおいて、任意の−CH2−は、−O−、−S−、−CO−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、任意の−CH2CH2−は、−CH=CH−、−CF=CF−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−N(O)=N−、または−C≡C−で置き換えられてもよく、任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよく;
m1は、1〜6の整数である。]
このように構成すると、放熱部材用組成物は、重合性液晶化合物としてより好ましい化合物を含有することができる。これらの化合物は、熱硬化性でありフィラーの量に影響を受けずに硬化させることができ、さらに耐熱性に優れる。また分子構造は、対称性、直線性を有するため、フォノンの伝導に有利であると考えられる。
このように構成すると、放熱部材用組成物は、重合性液晶化合物としてさらに好ましい化合物を含有することができる。これらの化合物は、分子の直線性がより高くなり、フォノンの伝導により有利であると考えられる。
このように構成すると、放熱部材用組成物は、重合性液晶化合物として特に好ましい化合物を含有することができる。これらの化合物は、物性、作り易さ、または扱い易さに優れるため好ましい。
このように構成すると、放熱部材用組成物は、無機フィラーとしてより好ましい化合物を含有することができる。
H2N−Z−(A−Z)m2−NH2 ・・・(3−1)
[上記式(3−1)中、
Aは、1,4−シクロヘキシレン、または1,4−フェニレンであり、これらの環の任意の水素は、ハロゲン、または炭素数1〜10のアルキルで置き換えられてもよく;
Zは、それぞれ単結合、または炭素数1〜10のアルキレンであり;
m2は1〜7の整数である。]
このように構成すると、放熱部材用組成物は、硬化剤としてより好ましい化合物を含有することができる。特にm2が偶数の場合、ジアミン化合物は、重合性液晶化合物の液晶性を阻害することなく、硬化させることができるため好ましい。
このように構成すると、カップリング処理したフィラー、表面修飾したフィラーを用いた放熱部材で、厚み方向により高い熱伝導性を得られるため好ましい。
このように構成すると、放熱部材は、重合した液晶化合物の熱伝導性と窒化物で形成された無機フィラーの熱伝導性の相乗効果により、高い熱伝導性を有することができる。
このように構成すると、高熱伝導性を有する放熱部材により、電子デバイスに生じた熱を効率よく伝導させることができる。
「液晶化合物」「液晶性化合物」は、ネマチック相やスメクチック相などの液晶相を発現する化合物である。
本発明の第1の実施の形態に係る放熱部材用組成物は、オキシラニル基またはオキセタニル基を含む構造を両末端に有する重合性液晶化合物と;前記重合性液晶化合物を硬化させる硬化剤と;窒化物で形成された無機フィラーとを含む。放熱部材用組成物の硬化温度は、前記重合性液晶化合物が液晶相を示す温度範囲以上、等方相を示す温度範囲以下である。
重合性液晶化合物の液晶相を利用することにより、分子が秩序良くならんだ状態で重合(硬化)した樹脂相を形成させることが可能になる。熱は配向した分子および配向に沿って整列した無機フィラーを通じて流れ、高熱伝導な特性を得ることができる。
本発明で用いられる化合物(1−1)は、下記式(1−1)で表される液晶化合物を意味し、液晶骨格と重合性基を有し、高い重合反応性、広い液晶相温度範囲、良好な混和性などを有する。この化合物(1−1)は他の液晶性の化合物や重合性の化合物などと混合するとき、容易に均一になりやすい。
Ra1−Z−(A−Z)m1−Ra1 (1−1)
上記化合物(1−1)のRa1が直鎖状アルキルである場合、液晶相の温度範囲が広く、かつ粘度が小さい。一方、Ra1が分岐状アルキルである場合、他の液晶性の化合物との相溶性がよい。Ra1がシアノ、ハロゲン、−CF3、−OCF3である場合においても、良好な液晶相温度範囲を示し、誘電率異方性が高く、適度な相溶性を有する。
上記化合物(1−1)の環構造Aにおける少なくとも1つの環が1,4−フェニレンの場合、配向秩序パラメーター(orientationalorder parameter)および磁化異方性が大きい。また、少なくとも2つの環が1,4−フェニレンの場合、液晶相の温度範囲が広く、さらに透明点が高い。1,4−フェニレン環上の少なくとも1つの水素がシアノ、ハロゲン、−CF3または−OCF3に置換された場合、誘電率異方性が高い。また、少なくとも2つの環が1,4−シクロヘキシレンである場合、透明点が高く、かつ粘度が小さい。
上記化合物(1−1)の結合基Zが、単結合、−(CH2)2−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−CF=CF−または−(CH2)4−である場合、特に、単結合、−(CH2)2−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−または−(CH2)4−である場合、粘度が小さくなる。また、結合基Zが、−CH=CH−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−または−CF=CF−である場合、液晶相の温度範囲が広い。また、結合基Zが、炭素数4〜10程度のアルキルの場合、融点が低下する。
以上のように、末端基Ra1、環構造Aおよび結合基Zの種類、環の数を適宜選択することにより、目的の物性を有する化合物を得ることができる。
化合物(1−1)は、下記式(1−a)または(1−b)のように表すこともできる。
P−Y−(A−Z)m−Ra (1−a)
P−Y−(A−Z)m−Y−P (1−b)
Z1は、単結合、−(CH2)2−、−(CF2)2−、−(CH2)4−、−CH2O−、−OCH2−、−(CH2)3O−、−O(CH2)3−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CH=CHCOO−、−OCOCH=CH−、−(CH2)2COO−、−OCO(CH2)2−、−C≡C−、−C≡C−COO−、−OCO−C≡C−、−C≡C−CH=CH−、−CH=CH−C≡C−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−OCF2−または−CF2O−である。なお、複数のZ1は同一でも異なっていてもよい。
P1−Y−(A−Z)m−Ra (1−c)
P1−Y−(A−Z)m−Y−P1 (1−d)
上記式中、A、Y、Z、Raおよびmはすでに定義したとおりであり、P1は下記式(2−1)〜(2−2)で表される重合性基を示す。上記式(1−d)の場合、2つのP1は同一の重合性基(2−1)〜(2−2)を示し、2つのYは同一の基を示し、2つのYは対称となるように結合する。
上記化合物(1−1)は、有機合成化学における公知の手法を組み合わせることにより合成できる。出発物質に目的の末端基、環構造および結合基を導入する方法は、たとえば、ホーベン−ワイル(Houben-Wyle,Methods of Organic Chemistry, GeorgThieme Verlag, Stuttgart)、オーガニック・シンセシーズ(OrganicSyntheses, John Wily &Sons, Inc.)、オーガニック・リアクションズ(OrganicReactions, John Wily & Sons Inc.)、コンプリヘンシブ・オーガニック・シンセシス(ComprehensiveOrganic Synthesis, Pergamon Press)、新実験化学講座(丸善)などの成書に記載されている。また、特開2006−265527号公報を参照してもよい。
好ましい硬化剤の例を以下に示す。
アミン系硬化剤として、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、o−キシレンジアミン、m−キシレンジアミン、p−キシレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、2−メチルペンタメチレンジアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、イソホロンジアミン、1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン、ビス(4−アミノ−3−メチルシクロヘキシル)メタン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、ノルボルネンジアミン、1,2−ジアミノシクロヘキサン、3,9−ジプロパンアミン−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−1,2−ジフェニルエタン、o−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、ポリオキシプロピレンジアミン、ポリオキシプロピレントリアミン、ポリシクロヘキシルポリアミン、N−アミノエチルピペラジンなどが挙げられる。
特にジアミンは、重合性液晶化合物の液晶性を阻害することなく重合性液晶化合物を硬化させることができるため好ましい。硬化剤の量は、エポキシ当量またはオキセタン当量により適宜選択すればよい。
高熱伝導性の充填材(無機フィラー)として、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化珪素などの窒化物が挙げられる。ダイアモンド、黒鉛、炭化珪素、珪素、ベリリア、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化珪素、酸化銅、酸化チタン、酸化セリウム、酸化イットリウム、酸化錫、酸化ホルミニウム、酸化ビスマス、酸化コバルト、酸化カルシウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化珪素、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、金、銀、銅、白金、鉄、錫、鉛、ニッケル、アルミニウム、マグネシウム、タングステン、モリブデン、ステンレスなどの無機充填材および金属充填材であってもよい。が挙げられる。充填材の形状としては、球状、無定形、繊維状、棒状、筒状、板状などが挙げられる。充填財の形状は、重合性液晶化合物が液晶相を発現した際の配向を妨げない形状のものが好ましい。充填材の種類、形状、大きさ、添加量などは、目的に応じて適宜選択できる。得られる放熱部材が絶縁性を必要とする場合、所望の絶縁性が保たれれば導電性を有する充填材であっても構わない。
例えば、板状結晶の窒化ホウ素を用いると、板状構造が液晶化合物の配向に沿って配置され易い、または液晶化合物が板状構造に沿って配向され易いため好ましい。
なお、本明細書において平均粒径とは、レーザー回折・散乱法による粒度分布測定に基づく。すなわち、フランホーファー回折理論およびミーの散乱理論による解析を利用して、湿式法により、粉体をある粒子径から2つに分けたとき、大きい側と小さい側が等量(体積基準)となる径をメジアン径とした。
充填材の量は、硬化後の放熱部材中が20〜95重量%の充填材を含有するようにすることが好ましい。より好ましくは、50〜95重量%である。20重量%以上であると熱伝導率が高くなり好ましい。95重量%以下であると放熱部材が脆くならず好ましい。
カップリング剤は、オキシラニル基等または硬化剤と反応することが好ましいので、アミン系もしくはオキシラニル基等を末端にもつものが好ましい。たとえば、JNC(株)製では、サイラエースS310,S320,S330,S360,S510,S530などが挙げられる。なお、カップリング剤による修飾は、多ければ多いほど結合が増えるため好ましい。
重合性液晶化合物は、上記式(1−1)で示す化合物が好ましい。しかし、それ以外の重合性液晶化合物であってもよく、液晶性の無い重合性化合物であってもよい。重合性液晶化合物等による表面修飾は、多ければ多いほど結合が増えるため好ましい。
本願の放熱部材用組成物(1)は、上記化合物(1−1)を少なくとも1種含み、高熱伝導無機充填材としての無機フィラーと複合させた物である。該組成物(1)は、2種以上の化合物(1−1)で構成されていてもよく、また、少なくとも1種の化合物(1−1)と、化合物(1−1)以外の少なくとも1種の化合物との組み合わせで構成されていてもよい。このような化合物(1−1)以外の構成要素としては、特に限定されないが、たとえば、化合物(1−1)以外の重合性化合物(以下「その他の重合性化合物」ともいう)、非重合性の液晶性化合物、重合開始剤、および溶媒などが挙げられる。
放熱部材用組成物(1)は、その他の重合性化合物を構成要素としてもよい。このような重合性化合物としては、膜形成性および機械的強度を低下させない化合物が好ましい。この重合性化合物は、液晶性を有しない化合物と液晶性を有する化合物とに分類される。液晶性を有しない重合性化合物としては、ビニル誘導体、スチレン誘導体、(メタ)アクリル酸誘導体、ソルビン酸誘導体、フマル酸誘導体、イタコン酸誘導体などが挙げられる。
放熱部材用組成物(1)は、重合性基を有しない液晶性化合物を構成要素としてもよい。このような非重合性の液晶性化合物の例は、液晶性化合物のデータベースであるリクリスト(LiqCryst, LCIPublisher GmbH, Hamburg, Germany)などに記載されている。非重合性の液晶性化合物を含有する該組成物(1)を重合させることによって、化合物(1−1)の重合体と液晶性化合物との複合材料(composite materials)を得ることができる。このような複合材料では、たとえば、高分子分散型液晶のような高分子網目中に非重合性の液晶性化合物が存在している。
放熱部材用組成物(1)は重合開始剤を構成要素としてもよい。重合開始剤は、該組成物(1)の重合方法に応じて、たとえば光ラジカル重合開始剤、光カチオン重合開始剤、熱ラジカル重合開始剤などを用いればよい。
放熱部材用組成物(1)は溶媒を含有してもよい。該組成物(1)の重合は溶媒中で行っても、無溶媒で行ってもよい。溶媒を含有する該組成物(1)を基板上に、たとえばスピンコート法などにより塗布した後、溶媒を除去してから光重合させてもよい。また、光硬化後適当な温度に加温して熱硬化により後処理を行ってもよい。
なお、重合時の溶媒の使用割合を限定することにはあまり意味がなく、重合効率、溶媒コスト、エネルギーコストなどを考慮して、個々のケースごとに決定すればよい。
上記化合物(1−1)および放熱部材用組成物(1)は高い重合性を有するので、取扱いを容易にするために、安定剤を添加してもよい。このような安定剤としては、公知のものを制限なく使用でき、たとえば、ハイドロキノン、4−エトキシフェノールおよび3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシトルエン(BHT)などが挙げられる。
さらに、放熱部材用組成物の粘度や色を調整するために添加剤(酸化物等)を添加してもよい。例えば、白色にするための酸化チタン、黒色にするためのカーボンブラック、粘度を調整するためのシリカの微粉末を挙げることができる。また、機械的強度をさらに増すために添加剤を添加してもよい。例えば、ガラス、カーボンファイバーなどの無機繊維やクロス、または高分子添加剤として、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミドなどの繊維または長分子を挙げることができる。
本発明の第2の実施の形態に係る放熱部材は、上記第1の実施の形態に係る放熱部材用組成物を硬化させた硬化物(重合体(1))を用途に応じて成形したものである。
重合体(1)は、少なくとも1種の化合物(1)を含む放熱部材用組成物(1)を、配向制御して重合させることによって得られる。この重合体(1)は、高い熱伝導性を有するとともに、透水性、吸水性およびガス透過度が低く、化学的安定性、耐熱性、硬度および機械的強度などに優れている。なお、前記機械的強度とは、ヤング率、引っ張り強度、引き裂き強度、曲げ強度、曲げ弾性率、衝撃強度などである。
図1は、充填材として窒化ホウ素を用いた場合の放熱部材のイメージ図である。
熱硬化性樹脂は三次元の架橋構造を有する。このような重合体(1)は溶媒に不溶であるので、分子量を測定することができない。しかし、基板上に放熱部材用組成物(1)を塗布し、分子の配向を固定して重合することにより放熱部材を得る場合においては、さらに加工を施すことがないので、分子量の大小は問題とならず、使用環境において条件を満足すればよい。また、より分子量を上げるために、架橋剤を添加してもよい。これにより、耐薬品性および耐熱性に極めて優れた重合体(1)を得ることができる。このような架橋剤としては、公知のものを制限なく使用できるが、たとえば、トリス(3−メルカプトプロピオネート)などが挙げられる。
単離した重合体(1)は、溶媒に溶かして配向処理基板上で配向させフィルムなどに加工してもよく、2つの重合体を混合して加工してもよく、複数の重合体を積層させてもよい。前記溶媒としては、たとえば、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドジメチルアセタール、テトラヒドロフラン、クロロホルム、1,4−ジオキサン、ビス(メトキシエチル)エーテル、γ−ブチロラクトン、テトラメチル尿素、トリフルオロ酢酸、トリフルオロ酢酸エチル、ヘキサフルオロ−2−プロパノール、2−メトキシエチルアセテート、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノンなどが好ましい。これらは、アセトン、ベンゼン、トルエン、ヘプタン、塩化メチレンなど一般的な有機溶媒と混合して用いてもよい。
以下、放熱部材用組成物(1)および放熱部材を製造する方法について具体的に説明する。
<カップリング処理を施す場合>
カップリング剤で処理された充填材を用いる場合は、充填材にカップリング処理を施す。カップリング処理は、公知の方法を用いることができる。
一例として、まず充填材粒子とカップリング剤を溶媒に加える。スターラー等を用いて撹拌したのち、放置する。溶媒乾燥後に、真空乾燥機等を用いて、真空条件下で加熱処理をする。この充填材粒子に溶媒を加えて、超音波処理により粉砕する。遠心分離機を用いてこの溶液を分離精製する。上澄みを捨てたのち、溶媒を加えて同様の操作を数回行う。オーブンを用いて精製後の充填材粒子を乾燥させる。
次にカップリング処理された充填材粒子と重合性液晶化合物を、メノウ乳鉢等を用いて混合したのち、2軸ロール等を用いて混練する。その後、超音波処理および遠心分離によって分離精製する。
さらにアミン系硬化剤と、メノウ乳鉢等を用いて混合したのち、2軸ロール等を用いて混練する。これにより、溶媒を含有しない放熱部材用組成物(1)を得ることができる。
<放熱部材の製造>
一例として、溶媒を含有しない放熱部材用組成物(1)を用いて、放熱部材としてのフィルムを製造する方法について具体的に説明する。
溶媒を含有しない放熱部材用組成物(1)を、圧縮成形機を用いて加熱板中にはさみ、圧縮成形により配向成形する。重合性液晶化合物は、液晶相を示す温度範囲以上で重合させて、重合体を形成する。さらに適切な時間、温度で後硬化を施してもよい。なお、圧縮成形時の圧力は、50〜200kgf/cm2が好ましく、より好ましくは70〜180kgf/cm2である。硬化時の圧力は基本的には高い方が好ましい。しかし、金型の流動性や、目的とする物性(どちら向きの熱伝導率を重視するかなど)によって適宜変更し、適切な圧力を加えることが好ましい。
まず、基板上に該組成物(1)を塗布し、溶媒を乾燥除去して膜厚の均一な塗膜層を形成する。塗布方法としては、たとえば、スピンコート、ロールコート、カテンコート、フローコート、プリント、マイクログラビアコート、グラビアコート、ワイヤーバーコード、デップコート、スプレーコート、メニスカスコート法などが挙げられる。
本発明の放熱部材は、放熱板、放熱シート、放熱フィルム、放熱接着材、放熱成形品などに有用である。
本発明の第3の実施の形態に係る電子機器は、上記第2の実施の形態に係る放熱部材と、発熱部を有する電子デバイスとを備える。放熱部材は、前記発熱部に接触するように電子デバイスに配置される。放熱部材の形状は、放熱板、放熱シート、放熱フィルム、放熱接着材、放熱成形品などのいずれであってもよい。
例えば、電子デバイスとして、半導体素子を挙げることができる。本願の放熱部材は、高熱伝導性に加えて、高耐熱性、高絶縁性を有する。そのため、半導体素子の中でも高電力のためより効率的な放熱機構を必要とする絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor、IGBT)に特に有効である。IGBTは半導体素子のひとつで、MOSFETをゲート部に組み込んだバイポーラトランジスタであり、電力制御の用途で使用される。IGBTを備えた電子機器には、大電力インバータの主変換素子、無停電電源装置、交流電動機の可変電圧可変周波数制御装置、鉄道車両の制御装置、ハイブリッドカー、エレクトリックカーなどの電動輸送機器、IH調理器などを挙げることができる。
<重合性液晶化合物>
・液晶性エポキシ:下記式(4−1)(JNC(株)製)
なお、特許第5084148号公報に記載の方法で合成することができる。
・エポキシ:jER828(三菱化学(株)製)
<硬化剤>
・アミン系硬化剤1:4,4’−ジアミノ−1,2−ジフェニルエタン(和光純薬工業(株)製
・アミン系硬化剤2:4,4’−ジアミノ−1,2−ジフェニルメタン(和光純薬工業(株)製)
・アミン系硬化剤3:jER113(三菱化学(株)製)
・アミン系硬化剤4:EDR148(三井化学ファイン(株)製)
<充填材>
・窒化ホウ素:h−BN粒子(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン(合)製、(商品名)PolarTherm PTX―25)
<シランカップリング剤>
・オクタデシルトリエトキシシラン(アヅマックス(株)製)
・3−アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学(株)製、(商品名)KBM−903)
以下に、放熱部材の調製例を示す(下記分量は実施例35、36に該当する)。
・カップリング剤処理窒化ホウ素粒子の準備
窒化ホウ素粒子(PTX25、以下BNと略記)5.0gと3−アミノプロピルトリメトキシシラン0.75gをトルエン(無水)50mLに加え、スターラーを用いて750rpmで1時間攪拌し、得られた混合物を40℃で5時間、室温で19時間乾燥した。さらに、溶媒乾燥後に125℃に設定した真空乾燥機を用いて真空条件下で5時間加熱処理した。
このカップリング剤で修飾したBN粒子をサンプル管に移してTHF(ナカライテスク(株)製)50mLを加えたのち、超音波処理(BRANSON(株)製MODEL450)により粉砕した。さらに、この溶液を遠心分離機(日立工機(株)製CT6E)を用いて6000rpmで10分間分離精製した。上澄み液を捨てたのち、アセトンを50mL加えて同様の操作を二回行った。精製後の修飾BN粒子を60℃のオーブン中で24時間乾燥した。
このカップリング剤処理BN粒子と液晶性エポキシを、それぞれ2gと4g(BNの配合比が19vol%)薬包紙上に測りとり、乳鉢を用いて混合したのち、2軸ロール(日東反応機(株)製HR−3)を用いて120℃で10分混練した。その後、超音波処理および遠心分離によって分離精製し、未反応成分を取り除いたカップリング剤修飾BN粒子を得た。また被覆量は、作製したカップリング剤修飾BN粒子をTG−DTA装置(セイコーインスツル(株)製EXSTAR TG/DTA5200)を用いて、その600℃における加熱減量から算出した。
作製したシランカップリング剤修飾BN粒子と液晶性エポキシと、アミン系硬化剤1(DDET)を、それぞれ4.38gと0.34gと0.1gをメノウ乳鉢で混合したのち、2軸ロールを用いて55℃で10分間混練した。
得られた混合物をステンレス製板中にはさみ、150℃に設定した圧縮成形機((株)神藤金属工業所製F−37)を用いて9.8MPaまで加圧し、15分間加熱状態を続けることで、配向処理と前硬化をおこなった。すなわちステンレス板の間を混合物が広がる際に、広がり方向に液晶性エポキシが配向する。また、試料の厚みは約200μmになるように、試料の量を調整した。さらに、オーブンを用いて80℃で1時間、150℃で3時間の後硬化をおこない目的とする、本発明の放熱部材とした。
熱伝導率は、予め放熱部材の比熱(セイコーインスツル(株)製DSC型入力補償型示差走査熱量測定装置EXSTAR6000で測定した。)と比重(メトラー・トレド製比重計AG204密度測定キットにより測定した。)を求めておき、その値をアルバック理工(株)製TC7000熱拡散率測定装置により求めた熱拡散率を掛け合わせることにより熱伝導率を求めた。なお、厚み方向の熱拡散率は、試料をカーボンスプレーを用いて黒化処理し、標準のサンプルホルダーを用いて測定した。また、平面方向の熱拡散率は、レーザーを照射するスポットと、赤外線を検出するスポットの間を5mm離すアダプターを作製し、試料にレーザーが照射されて赤外線が出るまでの時間と、その距離から算出した。
また、図3、4に未修飾のBN粒子の体積分率と熱伝導率の関係をグラフで示す。図3、4において、(a)はx−y方向の熱伝導率であり、(b)は厚み方向の熱伝導率である。
また、実施例1において液晶性エポキシの代わりにビスフェノール型エポキシ(jER828)を使用して、同様な評価をおこなったところ(比較例1)、x−y方向の熱伝導率は14.5W/mKしかなかった。
また、図3にBN粒子の体積分率と熱伝導率の関係をグラフで示す。図3において、(a)はx−y方向の熱伝導率であり、(b)は厚み方向の熱伝導率である。
また、図4にBN粒子の体積分率と熱伝導率の関係をグラフで示す。図4において、(a)はx−y方向の熱伝導率であり、(b)は厚み方向の熱伝導率である。
また、図4にBN粒子の体積分率と熱伝導率の関係をグラフで示す。図4において、(a)はx−y方向の熱伝導率であり、(b)は厚み方向の熱伝導率である。
図4(b)に示すとおり、厚み方向の熱伝導率は、未修飾窒化ホウ素粒子を用いた放熱部材よりも、カップリング修飾または表面修飾窒化ホウ素粒子を用いた放熱部材の方が高い。これは、高せん断時に修飾窒化ホウ素粒子の周囲の修飾分子が液晶高分子の流動配向を阻害し、修飾窒化ホウ素粒子に厚み方向の力が働き、厚み方向の熱伝導率を向上させたためと考えられる。
ジアミンをアミン系硬化剤1から、アミン系硬化剤2〜4に変更して放熱部材を調製したところ、一部試料で気泡が入ってしまい、密度を測定できなかったので熱拡散率での評価とした(実施例51−53、比較例2)。硬化剤に式(3−1)で示すようなジアミンを用いるほうが、放熱性が高くなる結果となった。
2 無機フィラー、窒化ホウ素
Claims (9)
- オキシラニル基またはオキセタニル基を含む構造を両末端に有する重合性液晶化合物と;
前記重合性液晶化合物を硬化させる硬化剤と;
窒化物で形成された無機フィラーとを含み;
硬化温度は、前記重合性液晶化合物が液晶相を示す温度範囲以上、等方相を示す温度範囲以下である、
放熱部材用組成物。 - 前記重合性液晶化合物は、下記式(1−1)で表される少なくとも1種の化合物である、
請求項1に記載の放熱部材用組成物。
Ra1−Z−(A−Z)m1−Ra1 ・・・(1−1)
[上記式(1−1)中、
Ra1は、それぞれ下記式(2−1)〜(2−2)のいずれかで表される重合性基であり;
Aは、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、フルオレン−2,7−ジイル、ビシクロ[2.2.2]オクト−1,4−ジイル、またはビシクロ[3.1.0]ヘキス−3,6−ジイルであり、
これらの環において、任意の−CH2−は、−O−で置き換えられてもよく、任意の−CH=は、−N=で置き換えられてもよく、任意の水素は、ハロゲン、炭素数1〜10のアルキル、または炭素数1〜10のハロゲン化アルキルで置き換えられてもよく、
該アルキルにおいて、任意の−CH2−は、−O−、−CO−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、任意の−CH2CH2−は、−CH=CH−、または−C≡C−で置き換えられてもよく;
Zは、それぞれ単結合、または炭素数1〜20のアルキレンであり、
該アルキレンにおいて、任意の−CH2−は、−O−、−S−、−CO−、−COO−、または−OCO−で置き換えられてもよく、任意の−CH2CH2−は、−CH=CH−、−CF=CF−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−N(O)=N−、または−C≡C−で置き換えられてもよく、任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよく;
m1は、1〜6の整数である。]
- 上記式(1−1)中、Aは、1,4−シクロヘキシレン、任意の水素がハロゲンで置き換えられた1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、任意の水素がハロゲンもしくはメチル基で置き換えられた1,4−フェニレン、フルオレン−2,7−ジイル、または任意の水素がハロゲンもしくはメチル基で置き換えられたフルオレン−2,7−ジイルである、
請求項2に記載の放熱部材用組成物。 - 請求項2に記載の上記式(1−1)中、Zは、単結合、−(CH2)a−、−O(CH2)a−、−(CH2)aO−、−O(CH2)aO−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−、−CH2CH2−COO−、−OCO−CH2CH2−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−OCF2−または−CF2O−であり、該aが1〜20の整数である、
請求項3に記載の放熱部材用組成物。 - 前記無機フィラーは、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、および窒化珪素から選ばれる少なくとも一つである、
請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の放熱部材用組成物。 - 前記硬化剤は、下記式(3−1)で表される少なくとも1種のジアミン化合物である、
請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の放熱部材用組成物。
H2N−Z−(A−Z)m2−NH2 ・・・(3−1)
[上記式(3−1)中、
Aは、1,4−シクロヘキシレン、または1,4−フェニレンであり、これらの環の任意の水素は、ハロゲン、または炭素数1〜10のアルキルで置き換えられてもよく;
Zは、それぞれ単結合、または炭素数1〜10のアルキレンであり;
m2は1〜7の整数である。] - 前記無機フィラーは、カップリング剤により処理されたフィラー、または、カップリング処理された後、前記重合性液晶化合物により表面修飾されたフィラーである、
請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の放熱部材用組成物。 - 請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の放熱部材用組成物を、配向処理をおこなった後、硬化させて得られる、
前記無機フィラーを20〜95重量%含有する、
放熱部材。 - 請求項8に記載の放熱部材と;
発熱部を有する電子デバイスとを備え;
前記放熱部材が前記発熱部に接触するように前記電子デバイスに配置された;
電子機器。
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