KR100818596B1

KR100818596B1 - 압출가능한 가교제 그리스상 방열재, 그것을 충진·봉입한용기, 그러한 용기의 제조방법, 및 그것을 이용한 방열방법

Info

Publication number: KR100818596B1
Application number: KR1020027016165A
Authority: KR
Inventors: 이마이타카시; 마쑤다마사히코; 후루타니오리에
Original assignee: 젤텍 가부시키 가이샤
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2008-04-01
Also published as: KR20030019402A; JP2002294269A; TWI231823B; WO2002081592A1; DE60234165D1; CN1460120A; US20030180484A1; JP4796704B2; HK1058945A1; CN100395303C; EP1375623A4; EP1375623A1; EP1375623B1

Abstract

본 발명은 가교 실리콘 겔(A) 내에 열전도성 충진제(B)를 분산시켜 된 가교제 그리스상 방열재로서, 상기 가교제 그리스상 방열재는, 유동성이 있으면서도 자기보형성을 가지고 있고, 열전도성 충진제(B)의 첨가량은, 가교 실리콘 겔(A) 100 중량부에 대하여 5 ~ 500 중량부인 것을 특징으로 하는 압출가능한 가교제 그리스상 방열재를 제공한다. 본 발명은 또한, 상기 압출가능한 가교제 그리스상 방열재를 충진·봉입한 용기, 그러한 용기의 제조방법, 및 상기 용기를 사용하여 상기 방열재를 기기내의 발열체와 방열체 사이에 충진, 충설시켜서 된 기기에 대한 방열방법을 제공한다.

Description

압출가능한 가교제 그리스상 방열재, 그것을 충진·봉입한 용기, 그러한 용기의 제조방법, 및 그것을 이용한 방열방법 {EXTRUDABLE, CROSSLINKED, GREASY HEAT-RADIATING MATERIAL, CONTAINER FILLED WITH AND SEALING THE SAME, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME CONTAINER, AND HEAT RADIATION METHOD USING THE SAME CONTAINER}

본 발명은, 압출가능한 가교제 그리스상 방열재(extrudable, crosslinked, greasy heat-radiating material), 그것을 충진, 밀봉한 용기(container), 그러한 용기의 제조방법, 및 그것을 이용한 방열방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명의 압출가능한 가교제 그리스상 방열재는, 그리스, 페이스트, 점토 등과 같이, 튜브, 실린지 등에 넣을 수 있어서, 튜브를 꽉 쥐거나 실린지(syringe)의 피스톤을 공기의 힘으로 누르는 정도의 약한 힘으로 압출할 수 있고, 압출 후에는 힘을 가하여 임의의 형상으로 만들 수 있으며, 예를 들어, 경사상태 등과 같이 경미한 부하를 가한 상태에서도 그것이 동일한 조건에서 유지되는 한 형상을 그대로 유지하는 성질(자기보형성: shape self-retainability)을 가지고 있고, 가교제로 되기 때문에 경시변화(temporal changes)가 거의 없으며, 종래의 것과는 전혀 다른 신규한 유형의 방열재를 제공할 수 있다.

전자부품은, 최근에, 전자기기의 고성능화, 소형화, 경량화, 휴대가능성화, 최소공간화 등에 의해, 사용중에 발생하는 열량은 더욱 증가하고 있지만, 열을 방출하기 위한 공간은 더욱 작아지고 있어서, 열의 효율적인 제거방법은 전자기기의 진보발전에 있어서 중요한 주제가 되고 있다.

열의 효율적 제거방법으로는, 각종 방법이 있는바, 열 싱크(heat sink: 열흡수 방산 장치)를 사용하는 방법은, 구조가 간단하면서도 소음이 적고, 전원없이도 사용하며, 비용면에서 유리한 장점들로 인해 많이 사용되고 있다. 열 싱크는 방열을 좋게 하기 위하여 열도전송이 좋고 경량이면서 저가인 알루미늄, 알루미늄 합금이나, 특수용도에는 티탄, 티탄 합금, 구리, 구리 합금, 은, 금 등이 사용되고 있지만, 전도성도 좋기 때문에, 발열원의 개인용 컴퓨터, 마이크로프로세서, CD-ROM 드라이브 등의 전자부품내, LSI, CPU, 파워 트랜지스터, 다이오드, 사이리스터(thyristor), 기판, 일반 전원 등과 직접적으로 접속하게 되면, 전자부품이 고장나게 되므로, 열전도성과 절연성의 양 성질을 가지는 시트, 도료, 컴파운드 등의 사용이 필요하게 된다.

또한, 열 싱크를 설장함에 있어서, 발열원과 열 싱크 사이에 작은 요철이 있으면, 존재하는 공기층이 단열층으로서 작용하여 열전도성이 나빠지기 때문에, 상기 시트, 도료, 컴파운드 등은 형상-추수성(shape-following)이 좋은 재료로 구성되는 것이 필요하며, 그래야만, 열을 열 싱크에 효율적으로 전하는 것이 가능하게 된다.

이러한 소재로는, 열전도성 재료로서, 아연화(亞鉛華: zinc white), 실리카, 알루미나, 질화 알루미늄, 질화 보론, 질화 규소, 탄화 규소, 카본, 다이아몬드 등이 사용되고 있고, 절연성 재료로서는, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리아미드, 폴리페닐렌 옥사이드 수지, 우레탄 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르 수지, 불소 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리염화비닐 수지 등이 제안되고 있지만, 이들 수지 전부는, 공통적으로 일어나지는 않는다고 하더라도, 하기와 같은 문제점을 가지고 있다.

예를 들어, 일부 수지군에 있어서는, 열 싱크 사용시의 온도가 80℃ 이상으로 되므로, 열 싱크가 열팽창되게 되고, 또한 사용정지시에는 수축되기 때문에, 이러한 열팽창 및 열수축을 흡수하지 못하면, 전자부품에 왜곡이 발생하게 되거나 또는 파손이 발생하게된다. 다른 수지군에서는, 열전도성 재료의 충진성이 나빠서, 다량으로 충진하면, 이들로 이루어진 열전도성 시트가 경화되고, 열 싱크의 팽창, 수축을 완화·흡수하는 기능이 없어지게 되며, 그것의 대책으로서 열전도성 재료의 충진량을 소량으로 하면 열전도성이 나빠지게 되어, 본래의 목적을 달성할 수가 없게 된다. 또한, 다른 수지군에서는, 가연성(combustibility)이 높고, 가공성이 나쁘며, 폐기후에 소각하면 유독물질을 발생시키고, 가격이 높은 문제점이 있다.

상기 수지와 마찬가지로, 실리콘계 수지, 고무, 오일 등이 열전도성 조성물의 매트릭스 물질로서 제안되었고, 각종 제품이 개발되었으며, 이들은 상기 수지를 대체하여 시장을 거의 독점하기에 이르게 되었다.

그 이유는, 실리콘 폴리머가, 전기절연성, 난연성, 내한성, 내열성, 내유성, 내수성, 응력·충격 흡수완화성, 밀착성, 접착성, 방진성, 고강도성, 가교방법의 다양성, 분자량의 증감에 따른 유동성의 변경가능성 등의 우수한 성질을 가지고 있으며, 이러한 다양한 성질 중에서 필요한 성질만을 선택이용하는 것이 가능하기 때문이다.

실리콘계 수지(레진으로 칭하기도 함), 고무, 오일 등과, 아연화, 실리카, 알루미나, 질화 알루미늄, 질화 보론, 질화 규소, 탄소 규소, 카본, 다이아몬드 등의 열전도성 재료로부터 선택된 화합물을 조합한 대표적인 제품으로는, 실리콘 오일을 사용한 열전도성 실리콘 오일 컴파운드(열전도성 실리콘 그리스 컴파운드로 칭하기도 함), 실리콘 겔을 사용한 열전도성 실리콘 겔 시트, 가교 실리콘 고무 등을 이용한 열전도성 실리콘 고무 조성물 등이 있다. (상기에 있어서, 컴파운드는 때때로 조성물로 칭하기도 하는바, 이들은 상호 동의어임)

그러나, 열전도성 실리콘 오일 컴파운드는, 실리콘 오일의 점도가 낮고, 실리콘 오일과 전도성 재료의 친화성이 나빠서 양자를 혼합하는 것이 어렵고, 사용중에, 실리콘 오일이 분리되어, 열전도성 실리콘 오일 컴파운드 자체가 새어나와서 주위로 확산, 이동되어, 열전도성이 나쁘게 되며, 또한 열전도성 재료를 실리콘 오일 내에 고배합으로 합체시킬 수 없어서, 열전도성이 좋은 실리콘 오일 컴파운드를 제조하는 것이 불가능해지는 문제점이 있다. 그러나, 열전도성 실리콘 오일 컴파운드는, 열전도성 재료와 실리콘 오일을 혼합하여 간단히 만들어지고, 튜브나 실린지(주사기와 같이, 실린지 내에서 담겨있는 이동상을 일정 속도로 움직이는 피스톤 또는 우근차(羽根車: vane)에 의해 토출시키는 장치)에 수납되며, 사람의 손으로 간단히 압출시켜, 도포하는 대상체가 작거나 요철이 있는 면이거나 얇은 도포층으 로 되며, 충진하는 간격이 좁은 경우에도 사용되는 편리한 점이 있다. 이들은 대상체에 접착되기 때문에 그것에 열을 효과적으로 전달한다. 그것은 접촉 발열체의 반복적인 열팽창/수축 사이클에 의해 야기되는 응력에 의해 쉽게 파괴되지 않고, 접촉 열 싱크로부터의 응력을 완화시킴으로써 발열체의 고장을 거의 야기시키지 않는바, 이는 겨우 소량에 의해 그것의 목적을 만족시킬 수 있다. 이러한 잇점들은 이들 컴파운드에 대한 일정한 수요량과 이용분야를 보장하여 준다.

한편, 실리콘 고무를 이용한 열전도성 실리콘 고무 조성물은, 열전도성 실리콘 오일 컴파운드와는 달리, 조성물을 그 각각으로, 발열체와 열 싱크 사이에 충진하거나 도포하여 사용할 수는 없고, 열전도성 실리콘 고무 조성물을 칼렌더 롤 사이를 여러차례 통과시켜 가열혼련하여 일정한 두께의 시트로 만들어, 가열가교한 가교 시트가 된다(밀라블형: millable type). 대면적의 가교 시트를, 발열체와 열 싱크 사이의 공간에 적당히 채워질 수 있게 절단하여, 작은 면적의 특정 형상의 시트로서 사용된다.

그러나, 상기와 같은 가교 열전도성 시트는, 쇼러 경도(Shore hardness)가 90 이상으로 경직하기 때문에, 형상-추수성이 열전도성 실리콘 오일 컴파운드 정도로 양호하지 않고, 발열체(전자부품)에 대한 열전도효율을 좋게 하기 위하여 밀착가압하게 되면, 발열체가 파손되는 문제점이 있다. 실리콘 고무의 다른 가교방법으로는, 축합반응에 의한 실온 경화형(RTV)이나, 히드록시릴화(hydrosilylation) 반응에 의한 부가가교형에 의한 가교 열전도성 시트도 발열체가 파손되는 정도는 아닐지라도 유사한 문제점을 내포하고 있다.

그럼에도, 실리콘 고무를 이용한 열전도성 실리콘 고무 조성물(시트)은, 내열성, 높은 열전도성, 낮은 가격, 고속 장착성, 우수한 기계적 특성, 응력·충격흡수완화성, 가교밀도의 자유로운 조절에 의한 유연성의 제어 등에 의해, 상당히 큰 시장을 확보하고 있다.

이와 같은 상황하에서, 본 발명자들은 이전의 일본특허공개 제2000-63670호 공보에서, 실리콘 고무에 금속 실리콘을 배합하여 이루어진 열전도성 실리콘 고무 조성물에 대해 제안하였지만, 아직 충분히 수요자의 요청에 대응하지 못한 면이 있고, 상기 공보에는 상기 조성물에 의한 열전도성 실리콘 겔 시트를 만드는 실시예가 기재되어있지만 열전도성 실리콘 오일 컴파운드와의 관계, 그것을 대체하는 새로운 수요분야를 창조할 수 있는 가능성에 대해서는 기재 및 시사하는 것이 없었다.

본 발명의 목적은, 상기 종래의 문제점을 확인하고, 종래의 열전도성 실리콘 오일 컴파운드의 장점을 그대로 유지하고, 단점인 실리콘 오일 및/또는 컴파운드의 확산 현상과 주위로 새어나오는 형상, 실리콘 오일의 열전도성 충진제의 낮은 로딩성(loading)(배합량을 많이 할 수 없는 것)에 의해 컴파운드의 열전도성을 높게 할 수 없는 점, 실린지내에서 실리콘 오일과 열전도성 충진제의 상분리에 의한 컴파운드의 열전도성 불균일화(컴파운드내의 일부에서 실리콘 오일/열전도성 충진제의 배합비가 상분리에 의해 다르게 되는 것과 같이 되기 때문에 일어난다), 발열체(전자부품이나 모터 등)의 온도 상승에 의한 컴파운드의 물성변화 등을 개선하고, 또한, 종래의 열전도성 실리콘 고무 조성물이나 열전도성 실리콘 오일 컴파운드에서는, 사용형태가 시트로 대표되는 형성품 및 도포만이지만, 본 발명에서는 그리스, 페이스트, 점토 등과 같이, 튜브나 실린지 등의 용기에 넣을 수가 있기 때문에(다른 실시태양으로서는, 실리콘 겔의 원료내에 열전도성 충진제를 분산 후에, 용기로 이동한 뒤, 용기를 가열시켜도 좋음), 튜브를 손으로 꽉 쥐거나, 실린지의 피스톤을 공기의 힘으로 가압하는 정도의 작은 힘으로 압출하는 것이 가능하여, 압출 후에는 힘을 가하여 임의의 형상으로 만들 수가 있어서, 그것을 적용한 기기내에서 확산현상(새어나오는 현상)은 일어나지 않고 경사상태와 같은 경미한 부하를 가한 상태에서 보지하는 경우에도 그대로 방치하기만 한다면 형상을 그대로 유지하는 성질(자기보형성)을 가지고 있으며, 가교되기 때문에 경시변화가 작은, 종래에 없는 전혀 새로운 유형의 사용방법이 적용될 수 있는 방열재, 그것을 충진·봉입한 용기, 그것의 제조방법 및 그러한 용기를 이용한 방열방법을 제공하는 것이다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위하여 예의연구를 행한 결과, 실리콘 겔을 만들기 위한 원료 내에 열전도성 충진제를 분산시키고 가열시켜 얻은 압출가능한 가교제 그리스상 방열재는, 가교물이 때문에 유동하지 않는다고 생각하였지만, 의외로, 실린지의 피스톤 등에 의한 정도의 약한 힘으로 유동하고, 특정 형상으로 가공할 수 있으며, 예를 들어, 경사상태와 같은 경미한 부하를 가한 상태에서 유지하는 경우에도, 형성물은 자연적으로 방치하는 한 그대로의 형상을 보유하는 성질(자기보형성)을 갖는다는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기 이르렀다.

즉, 본 발명의 제 1 발명에 따르면, 가교 실리콘 겔(A) 내에 열전도성 충진 제(B)를 분산하여 이루어진 가교제 그리스상 방열재로서, 상기 가교제 그리스상 방열재는, 유동성이 있으면서도 자기보형성을 가지며, 열전도성 충진제(B)의 첨가량은 가교 실리콘 겔(A) 100 중량부에 대하여 5 ~ 500 중량부인 것을 특징으로 하는 압출가능한 가교제 그리스상 방열재가 제공된다.

본 발명의 제 2 발명에 따르면, 제 1 발명에 있어서, 가교 실리콘 겔(A)은 조도(稠度: consistency)가 50 ~ 100(JIS K2220 1/4 cone에 따라 측정)인 것을 특징으로 하는 압출가능한 가교제 그리스상 방열재가 제공된다.

본 발명의 제 3 발명에 따르면, 제 1 발명에 있어서, 열전도성 충진제(B)가, 페라이트, 질화 알루미늄, 질화 붕소, 질화 규소, 산화 알루미늄 및 산화 규소로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1 종류의 화합물인 것을 특징으로 하는 압출가능한 가교제 그리스상 방열재가 제공된다.

본 발명의 제 4 발명에 따르면, 제 1 ~ 3 발명의 어느 하나에 기재되어있는 압출가능한 가교제 그리스상 방열재가 충진·봉입되어있는 용기가 제공된다.

본 발명의 제 5 발명에 따르면, 제 4 발명에 있어서, 상기 용기의 형상이 실린지 또는 튜브인 것을 특징으로 하는 용기가 제공된다.

본 발명의 제 6 발명에 따르면, 가교 실리콘 겔(A) 내에 열전도성 충진제(B)를 분산시킬 때에, 상기 가교 실리콘 겔(A)의 원료물질과 열전도성 충진제(B)를 혼합 중 또는 혼합 후에, 가열시켜 가교제 그리스상 방열재를 얻은 후, 상기 가교제 그리스상 방열재를 용기에 충진·밀봉하는 것을 특징으로 하는 제 4 또는 제 5 발명에 기재되어있는 용기의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 제 7 발명에 따르면, 가교 실리콘 겔(A) 내에 열전도성 충진제(B)를 분산시킬 때에, 상기 가교 실리콘 겔(A)의 원료물질과 열전도성 충진제(B)를 혼합하여 얻어진 혼합액을 용기에 충진, 봉입한 후, 용기 전체를 가열시켜 상기 용기내의 실리콘 겔을 가교시키는 것을 특징으로 하는 제 4 또는 제 5 발명의 하나에 기재되어있는 용기의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 제 8 발명에 따르면, 제 4 또는 5 발명에 기재되어있는 용기에 충진, 밀봉시킨 가교제 그리스상 방열재를 전자기기, 모터 등의 기기내에 존재하는 발열체와 방열체 사이에 충진(충진)하거나 충설(充設)시켜, 상기 가교제 그리스상 방열재를 놓은 기기내에서 발생하는 불필요한 열을 제거하는 것을 특징으로 하는 방열방법이 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

1. 가교 실리콘 겔(A)

본 발명에서는, 조도가 50 ~ 100(JIS K2220 1/4 cone에 따라 측정)의 가교 실리콘 겔이, 압출가능한 가교제 그리스상 방열재의 매트릭스로서 사용된다. 가교 실리콘 겔 자체는, 공지의 화학물질이지만, 본 발명의 압출가능한 가교제 그리스상 방열재로서 사용하는 것은, 실린지나 튜브 등으로 압출시키는 정도에서 유동성이 있는 것, 열전도성 충진제를 대량으로 배합하여도 가소성이나 자기보형성이 있는 것, 저분자량의 실리콘 화합물을 함유하지 않은 것, 알케닐기의 잔존량이 적은 것, 규소에 직접 결합한 수소기의 잔존량이 적은 것 등의 조건을 만족하는 특정 가교 실리콘 겔이 특히 바람직하다.

가교 실리콘 겔의 조도는, JIS K2220 1/4 cone으로 측정한 경우 50 ~ 100 범위의 것이 바람직하다. 조도가 100 이상이면, 자기보형성이 없게되고, 도포한 경우에 주변으로 새어나오는 현상·확산 현상이 일어나며, 조도가 50 미만이면, 유동성이 나쁘게 되어 바람직하지 않다.

본 발명에 사용되는 가교 실리콘 겔의 제조방법은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 보통은, 후술하는 유기 수소 폴리실록산(organ hydrogen polysiloxane)과 알케닐 폴리실록산(alkenyl polysiloxane)을 원료로 하여, 양자를 촉매의 존재하에서 히드로시릴화(hydrosilylation) 반응(부가반응)시킨 것에 의해 얻어진다.

본 발명에 있어서 실리콘 겔의 원료물질은, 많은 경우, 유기 수소 폴리실록산과 알케닐 폴리실록산을 지칭한다.

원료의 하나로서 사용되는 유기 수소 폴리실록산은 하기 화학식 1로서 표시되는 것이 바람직하다.

상기 식에서, R¹ 은, 같거나 다르며, 치환되거나 비치환된 1 가의 탄화수소기이고, R², R³ 및 R⁴ 는 R¹ 또는 -H 이며, R², R³ 및 R⁴ 의 적어도 두 개는 -H 이고, x 및 y 는 각 단위의 수를 표시하는 정수이며, 각 단위는 블록 또는 랜덤으로 배치 되는바, 랜덤이 바람직하며, x 는 0 이상의 정수이지만 10 ~ 30 인 것이 바람직하고, y 는 0 이상의 정수이지만 1 ~ 10 이 바람직하다. x+y 는 5 ~ 300 의 정수이지만, 30 ~ 200 이 바람직하다.

또한, y/(x+y) 가 0.1 이하인 것이 바람직하며, 이 범위를 넘으면, 가교점이 많아지게 되어, 본 발명의 압출가능한 가교제 그리스상 방열재가 얻어지지 않는다.

R¹ 의 예로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 등의 알킬기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등의 시클로알킬기, 페닐기, 토릴기 등의 아릴기, 벤질기, 페닐에틸기 등의 아르알킬기, 및, 이들의 수소원자가 부분적으로 염소원자, 불소원자 등으로 치환된 할로겐화 탄화수소 등을 들 수 있다.

규소원자에 직접결합한 수소(Si-H)는, 규소원자에 직접 또는 간접적으로 결합한 알케닐기와 부가반응(히드로실 반응)을 행하기 위해 필요하고, 유기 수소 폴리실록산 분자내에는 적어도 2 개가 요구된다. 규소원자에 직접 결합한 수소의 수가 적으면 가교점의 수가 적어지게 되어, 실리콘 겔을 형성할 수가 없게되고, 실리콘 오일의 성질에 유사하게 되어 바람직하지 않다. 규소원자에 직접 결합한 수소의 수가 과도하면 가교점의 수가 지나치게 많아져서, 실리콘 고무의 성질에 유사하게 되어 바람직하지 않다.

물론, 유기 수소 폴리실록산 중의 Si-H 기의 수는, 알케닐 폴리실록산 중의 알케닐기의 수와 상대적으로 소망하는 비율이 있고, Si-H 기/알케닐기의 비가 0.85 ~ 1.25 로 되는 량으로 함유하는 것, 특히 0.9 ~ 1.1 의 범위가 본 발명에서는 바 람직하다. 이러한 수치 범위에서는, 잔존하는 알케닐기가 적어지게 되어 고온에서 작동하는 전자기기내에서 산화열화가 줄어들게 되고, 잔존하는 Si-H 기의 수도 작아지게 되어 수소발생에 의한 열전도율의 전하도 작아지게 된다.

본 발명의 가교 실리콘 겔을 제조할 때에 사용되는 또다른 1의 원료인 알케닐 폴리실록산은 하기 화학식 2로서 표시되는 것이 바람직하다.

상기 식에서, R¹ 은, 같거나 다르며, 치환되거나 치환되지 않은 1 가의 탄화수소기이고, R⁵, R⁶ 및 R⁷ 는 R¹ 또는 알케닐기이며, R⁵, R⁶ 및 R⁷ 의 적어도 두 개는 알케닐기이고, s 및 t 는 각 단위의 수를 표시하는 정수이며, 각 단위는 블록 또는 랜덤으로 배치되는바, 랜덤이 바람직하고, s 는 0 이상의 정수이고, t 는 0 이상의 정수이며, s+t 는 10 ~ 600 의 정수이고, t/(s+t) 는 0.1 이하이다. t/(s+t) 가 0.1 이하가 바람직하고, 이 범위를 넘어서면 가교점이 많아져서, 본 발명의 압출가능한 가교제 그리스상 방열재가 얻어지지 않는다.

R¹ 의 예로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 등의 알킬기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등의 시클로알킬기, 페닐기, 토릴기 등의 아릴기, 벤질기, 페닐 에틸기 등의 아르알킬기, 및, 이들의 수소원자가 부분적으로 염소원자, 불소원자 등으로 치환된 할로겐화 탄화수소 등을 들 수 있다.

규소원자에 직접 또는 간접적으로 결합한 알케닐기(비닐기, 아릴기 등)는, 규소원자에 직접결합한 수소(Si-H)와 부가반응(히드로시릴 반응)을 행하기 위해 필요하고, 알케닐 폴리실록산 분자중에는 적어도 2 개가 요구된다. 알케닐기의 수가 적으면 가교점의 수가 적어지게 되어, 실리콘 겔을 형성할 수가 없게되고, 실리콘 오일의 성질에 유사하게 되어 바람직하지 않다. 알케닐기의 수가 과도하면 가교점의 수가 지나치게 많아져서, 실리콘 고무의 성질에 유사하게 되어 바람직하지 않다.

물론, 알케닐 폴리실록산 중의 알케닐기의 수는, 유기 수소 폴리실록산 중의 규소원자에 직접 결합한 수소(Si-H)의 수와 상대적으로 소망하는 비율이 있고, Si-H 기/알케닐기의 비가 0.85 ~ 1.25 인 량으로 함유하는 것, 특히 0.9 ~ 1.1의 범위가 본 발명에서는 바람직하며, 상기한 이유와 동일하다.

s+t 의 수는 가교점 사이의 거리를 결정하며, 수가 적으면 가교점이 많아지게 되어 바람직하지 않고, s+t 의 수가 많으면 가교점의 수가 적어지게 되어 바람직하지 않으며, 분자량도 커져서 실린지로부터 토출하는 것이 어렵게 된다.

본 발명에 있어서, 화학식 1로 표현되는 수소 폴리실록산은, 규소원자에 직접 결합한 -H(수소기)를 가지고 있고, 화학식 2로 표현되는 알케닐 폴리실록산은, 탄소-탄소 이중결합을 가지고 있기 때문에, 탄소-탄소 이중결합과 -H(수소기)가 부가반응을 하는바, 이를 히드로시릴화 반응이라 칭한다.

상기 히드로시릴화 반응은, 공지기술을 이용하여 행할 수가 있다. 즉, 이 반응은, 에탄올, 이소프로필 알코올 등의 알코올류, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소, 디옥산, THF 등의 에테르계, 지방족 탄화수소, 염소화 탄화수소계의 유기 용매중이나 무용매에서 행한다. 반응 온도는 보통 50 ~ 150℃이고, 염화백금산, 염화백금산과 알코올에 의해 얻어진 착체, 백금-올레핀 착체, 백금-비닐 실록산 착체, 백금-인산 착체 등의 촉매를 이용하여 반응시키는 것이 가능하다.

촉매의 사용량은, 알케닐 폴리실록산에 대하여, 백금원로서 보통 1 ~ 500 ppm 이고, 경화성 및 경화후 제품의 물리적 특성을 고려하여, 3 ~ 250 ppm 이 바람직하다.

2. 열전도성 충진제(B)

본 발명에 있어서, 열전도성 충진제는, 발열체로부터 발생한 열을 방열체까지 전달하는 기능을 하는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 대표적인 것으로는, 페라이트, 산화 알루미늄, 산화 규소, 산화 보론, 산화 티탄, 산화 지르코늄, 아연화, 산화아연 등의 산화물, 질화 알루미늄, 질화 규소, 질화 보론, 질화 티탄, 질화 지르코늄 등의 질화물, 카본 나노튜브, 카본 마이크로 코일, 순철, 규조토, 탄산 칼슘, 탈크(talc), 크레이, 벤토나이트(bentonite), 운모 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 페라이트, 질화 알루미늄, 질화 보론, 질화 규소, 산화 알루미늄, 산화 규소 등이 바람직하게 사용된다. 절연성의 다소 저하가 크게 문제되지 않는다면, 카본이나 금속 분말(구리 분말이나 알루미늄 분말 등)을 사용할 수도 있다. 이들 열전도성 충진제는, 필요에 따라, 1 종류를 사용할 수도 있고, 2 이상의 종류를 사 용할 수도 있다.

열전도성 충진제의 평균 입경은, 0.1 ~ 100 ㎛ 의 범위, 바람직하게는 0.5 ~ 50 ㎛ 의 범위에 있다. 평균 입경이 0.1 ㎛ 이하의 것은 제조가 어렵고, 입자들이 상호 응집되어 매트릭스 내에 균일하게 분산시키는 것이 어려우며, 평균 입경이 큰 것은 배합량 당의 열전도율이 나빠서 바람직하지 않다.

열전도성 충진제는, 평균 입경이 큰 분체(5 ~ 50 ㎛)와 평균 입경이 작은 분체(0.1 ~ 5 ㎛)를 최밀 충진 이론 분포곡선에 따른 비율로 조합하여 사용하는 것이 바람직하고, 그것에 의해 충진효율이 향상되어 저점도화 및 고열전도화가 가능하게 되어 바람직하다.

열전도성 충진제는, 실리콘 겔과의 친화성, 유동성, 분산성을 높게 하기 위하여, 표면을 실란 커플링제로 처리하는 것이 바람직하다. 실란 커플링제의 예로는, γ-클로로프로필트리메톡시실란, 비닐 트리클로로실란, 비닐 트리에톡시실란, 비닐 트리메톡시실란, 비닐 트리스(β-메톡시에톡시)실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, β-(3,4-에폭시클로로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-메르켑토프로필트리메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필트리에톡시실란, γ-우레이도아미노프로필트리에톡시실란 등을 들 수 있다. 실란 커플링제의 사용량은, 열전도성 충진제에 대하여 0.1 ~ 10 중량%, 바람직하게는 0.5 ~ 5 중량%이다.

열전도성 충진제(B)의 첨가량은, 가교 실리카 겔(A) 100 중량부에 대하여 5 ~ 500 중량부이다. 열전도성 충진제(B)의 첨가량이 5 중량부 미만이면, 본 발명의 압출가능한 가교제 그리스상 방열재의 열전도율이 나빠지므로 바람직하지 않고, 500 중량부를 초과하면 본 발명의 압출가능한 가교제 그리스상 방열재의 유동성이 없게 되어, 실린지 등으로부터 압출할 수가 없으므로 바람직하지 않다.

3. 압출가능한 가교제 그리스상 방열재

본 발명에 있어서 압출가능한 가교제 그리스상 방열재는, 가교 실리콘 겔 내에, 열전도성 충진제를 분사시킨 것인데, 가교 실리콘 겔을 매트릭스로서 사용하는 것을 나타내기 위하여 "가교제(crosslinked)"라는 용어를 사용한다. 한편, "압출가능한(extrudable)"이라는 용어는, 본 발명의 압출가능한 가교제 그리스상 방열재에서는, 그것을 충진·봉입한 실린지 등의 용기로부터 상기 방열재를 압출하여, 발열체(전자부품이나 모터 등)와 방열체(히크 싱크 등) 사이의 공간 형상이 임의의 형상이어도, 거기에 유입되고, 압입됨으로써 상기 공간을 채울수가 있으므로, 즉, 압출될 수 있으므로, 상기 용어를 사용한 것이다.

충진, 충설 등은, 임의의 공간에 상기 방열재를 압입하여 상기 공간을 채우는 것 이외에, 밀폐공간이 존재하지 않는 개방부에 상기 방열재를 유입시키거나 도포하고, 그런 다음, 다른 물질로 피복하여 그것이 형성하는 공간을 우선 채우는 것을 모두 의미한다.

상기 용어를 다른 관점에서 설명하면, 종래의 공기 열전도성 실리콘 오일 컴파운드에서는, 가교가 행하여지지 않는 것에 대하여, 본 발명의 압출가능한 가교제 그리스상 방열재에서는, 가교가 행하여져서, 열전도성 실리콘 오일 컴파운드와는 다른 유형의 제품이며, 기술사상이 다른 것을 나타내기 위하여 "가교제(crosslinked)"라는 용어를 사용하였다. 또한, 종래의 공지 가교 열전도성 실리콘 고무는, 본 발명과 같이, 그것을 실린지에 넣고 압출하여 임의 형상의 공간을 채우는 것과 같은 사용법이 행해지지 않기 때문에, 이것과 기술적으로 다른 것을 나타내기 위하여 "압출가능한(extrudable)"이라는 용어를 사용하였다.

한편, "자기보형성(shape self-retainability)"이라는 용어는, 본 발명의 압출가능한 가교제 그리스상 방열재는, 충진후, 예를 들어 경사상태와 같은 경미한 부하를 가한 상태로 보지하는 경우에도, 그것 그대로의 형상을 유지할 수 있어서, 종래 열전도성 실리콘 오일 컴파운드와는 다른 성질을 가지는 것을 나타내기 위하여 사용한다.

4. 용기

본 발명에 있어서 "압출가능한 가교제 그리스상 방열재을 충진·봉입한 용기(container filled with and sealing the extrudable, crosslinked, greasy heat-radiating material)"는, 본 발명의 제 5 발명인바, 종래 "열전도성 실리콘 오일 컴파운드를 봉입한 실린지"가 공지되어 사용되고 있지만, 그것은 액체가 새어나오는(trickling) 성질, 액체가 배어나오는(oozing) 성질, 낮은 열전도성, 전기접점의 절연화, 임의 형상의 공간으로의 충진이 곤란하다는 등의 문제점이 있기 때문에, 그것을 개량한 것이 본 발명이고, "압출가능한 가교제 그리스상 방열재를 충진·봉입한 용기"는, 제품으로서 판매된 것은 아니다.

본 발명에 있어서는, 용기는, 그것 내에 압출가능한 가교제 그리스상 방열재를 충진·봉입하고, "압출가능한 가교제 그리스상 방열재를 충진·봉입한 용기"로 서, 상품으로 판매되기 위한 것이고, 실린지나 튜브 등에 의해 대표된다.

이를 위하여, 본 발명에 있어서, "용기(container)"는, 유체 수납부와, 유체 주입구, 유체 주출구, 유체를 주입(注入) 또는 주출(注出)시키는 피스톤이나 우차(vane), 캡, 실(seal) 등을 가지고 있어서, 유체를 저장할 수 있고, 임의량을 주입 및/또는 주출할 수 있는 기능을 가진 용기를 의미한다.

이러한 용기는, 유체 주입구, 유체 주출구, 유체를 주입 또는 주출시키는 피스톤이나 우차, 캡, 실 등으로부터 선택된 것을 가지고 있어도 좋고, 예를 들어, 튜브의 경우, 유체 주입구와 유체 주출구를 가지는 유형, 유체 주입과 유체 주출을 겸비하여 1 개의 입구를 가지지 않는 유형, 당초 유체 주입구와 유체 주출구를 가지고 있다가 유체 주입구는 유체를 주입한 후에 봉쇄되어 유체 출구만으로 남겨지는 유형, 당초 유체 주입구와 유체 주출구를 가지고 있다가 유체를 유입한 후에 양자를 봉쇄하는 유형, 유체 주입구나 유체 주출구를 봉쇄하는 수단이 플러그(plug), 회전식 캡(threaded cap), 열 밀봉, 밀봉 압착 등으로부터 선택되는 유형 등 다양한 유형이 있다.

용기에는, 가열수단, 냉각수단, 감압수단, 가압수단, 흡인수단, 발열수단, 모터, 유압수단, 공기압수단, 계량수단, 방진수단, 취급보조수단, 표시수단, 발생가스방출수단, 역류방지수단, 온도검지수단 등이 병설된 것이어도 좋다. 가장 널리 사용되는 것으로는, 주사기와 같은 형태의 용기나 튜브이다.

본 발명에 있어서는, 용기내에 전술한 압출가능한 가교제 그리스상 방열재를 충진·봉입시키는 방법으로서, 다음 2 개가 예시될 수 있다. 그 중에서도, 대표적 인 방법으로서는, 다음 2 개를 예시할 수 있다.

(1) 가교 실리콘 겔(A) 내에 열전도성 충진제(B)를 분산시킬 때, 상기 가교 실리콘 겔(A)의 원료물질과 열전도성 충진제(B)를 혼합 중 또는 혼합 후에, 가열시켜 가교제 그리스상 방열재를 얻은 후, 상기 가교제 그리스상 방열재를 용기에 충진, 봉입한다.

이 방법에 의하면, 가교 실리콘 겔(A)의 원료물질과 열전도성 충진제(B)를 큰 용기에 대량으로 혼합, 가열시킬 수 있기 때문에, 생산효율이 우수한 제조를 행하는 것이 가능하다. 실린지나 튜브 등의 용기에 충진, 봉입할 때에는, 기포가 생기지 않게 탈기시키는 것이 필요하다.

(2) 가교 실리콘 겔(A) 내에 열전도성 충진제(B)를 분산시킬 때, 상기 가교 실리콘 겔(A)의 원료물질과 열전도성 충진제(B)를 혼합하여 얻은 혼합액을 용기에 충진, 봉입한 후, 용기 전체를 가열시켜 상기 용기내의 실리콘 겔을 가교시킨다.

이 방법에 의하면, 가교 실리콘 겔(A)의 원료물질과 열전도성 충진제(B)의 혼합물이 점도가 낮은 액체이어서, 실린지나 튜브 등의 용기에 충진, 봉입할 수 있고, 이때 기포의 혼입을 더욱 방지하는 것이 가능하며, 또한 더욱 고품위 상태로의 사용에 제공하는 것이 가능하다.

5. 기기의 방열방법

본 발명의 압출가능한 가교제 그리스상 방열재는, 그것을 충진, 봉입한 용기의 출구로부터 압출시켜, 전자기기, 모터 등의 발열성 기기내에 존재하는 발열체와 방열체 사이에, 충진 또는 충설시키는 것에 의해, 상기 방열재를 포함하는 기기내 에서 발생하는 불필요한 열을 제거할 수 것과 같이 적용된다.

상기 발열성 기기로는, 개인용 컴퓨터, 마이크로프로세서, CD-ROM 드라이브 등의 전자기기, 모터, 전원, 변압기, 전지 등을 들 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 대한 실시예 및 비교예를 들어서 상세히 설명하지만, 본 발명이 이들 실시예로 특별히 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

조도(JIS K2220 1/4 cone에 따라 측정) 65 로 경화하는 부가반응형 실리콘 겔(제품명: CF5106 토레이/다우 코닝 실리콘사 제품) 100 중량부, 비닐 트리메톡시실란으로 표면처리한 질화 알루미늄 분말(평균 입경 3.5 ㎛, 비표면적 2.9 ㎡/g) 20 중량부, 질화 보론 분말(평균 입경 5.4 ㎛, 비표면적 4.2 ㎡/g) 30 중량부를 반응용기 내에 진공탈포하에서 균일하게 분산시켜, 내용적 30 ㎤, 주출구 단면적 2 ㎟ 의 실린지에 진공탈포하에서 충진하여, 80℃에서 30 분간, 실린지 전체를 가열하여 가교시켜, 본 발명의 "압출가능한 가교제 그리스상 방열재를 충진·봉입한 실린지"를 제조하였다. 그런 다음, 이러한 실린지의 피스톤을 엄지손가락으로 살짝 누름으로써, 가교제 그리스상 방열재를 주출구로부터 토출하는 것이 가능하였다. 이러한 압출가능한 가교제 그리스상 방열재를 하기 방법으로 시험, 평가하였다.

[확산현상(새어나오는 현상)의 시험방법]

유리판 2 장 사이에 상기 압출가능한 가교제 그리스상 방열재 50 g 을 넣고, 유리판 2 장 간격이 2 ㎜ 가 되도록 가압하여, 압출가능한 가교제 그리스상 방열재 의 두께를 2 ㎜ 로 하고, 그런 다음에는 압력을 가하지 않고, 수평상태와 경사상태로 설치하였다. 다음으로, 환경시험기에서 -4℃ 를 30 분간, 100℃ 를 30 분간의 사이클로 300 시간의 연속시험을 행하여, 그 이후 방열재의 상태를 확인하였다.

[평가 결과]

수평상태로 한 것은, 주변이 그대로의 위치를 유지함으로써 확산현상(새오나오는 현상)이 확인되지 않았다. 경사상태로 한 것도 액체가 새어나오는 현상이 확인되지 않았다.

한편, 압출가능한 가교제 그리스상 방열재는, 가교되어있기 때문에 경시변화가 매우 적었다.

이러한 압출가능한 가교제 그리스상 방열재의 열전도율은, 1.5 W/m·K 로서 우수한 것이었다. (열전도율은 경도전자공업(주) 제품의 조속열전도율계 QTM-500 으로 측정하였다)

[실시예 2]

조도(JIS K2220 1/4 cone에 따라 특정) 65 로 경화하는 부가반응형 실리콘 겔(제품명: CF5106 토레이/다우 코닝 실리콘사 제품) 100 중량부, 비닐 트리메톡시실란으로 표면처리한 질화 알루미늄 분말(평균 입경 3.5 ㎛, 비표면적 2.9 ㎡/g) 20 중량부, 질화 보론 분말(평균 입경 5.4 ㎛, 비표면적 4.2 ㎡/g) 30 중량부를 반응용기 내에 진공탈포하에서 균일하게 분산시켜, 80℃ 에서 30 분간 가열하여 가교화시킨 후, 내용적 30 ㎤, 주출구 단면적 2 ㎟ 의 실린지에 진공탈포하에서 충진하여, 본 발명의 "압출가능한 가교제 그리스상 방열재를 충진·봉입한 실린지"를 얻 었다. 그런 다음, 이러한 실린지의 피스톤을 엄지손가락으로 가볍게 누름으로써, 가교제 그리스상 방열재를 주출구로부터 토출하는 것이 가능하였다. 이러한 압출가능한 가교제 그리스상 방열재를 하기 방법으로 시험, 평가하였다.

[확산현상(새어나오는 현상)의 시험방법]

유리판 2 장 사이에 상기 압출가능한 가교제 그리스상 방열재 50 g 을 넣고, 유리판 2 장 간격이 2 ㎜ 가 되도록 가압하여, 압출가능한 가교제 그리스상 방열재의 두께를 2 ㎜ 로 하고, 그런 다음 압력을 가하지 않고, 수평상태와 경사상태로 설치하였다. 다음으로, 환경시험기에서 -4℃ 를 30 분간, 100℃ 를 30 분간의 사이클로 300 시간의 연속시험을 행하여, 그 이후 방열재의 상태를 확인하였다.

[평가 결과]

[비교예 1]

시판중인 가교되지 않은 유동성 열전도성 실리콘 오일 컴파운드를 사용하였 다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 확산 현상(새어나오는 현상)을 시험, 평가하였다.

[평가 결과]

수평상태로 한 것은 주변이 그대로의 위치로 유지되지 않아서 확산현상(새어나오는 현상)이 확인되었다. 경사생태로 한 것은 배어나오는 현상이 확인되었다.

따라서, 유동성 열전도성 실리콘 오일 컴파운드는 가교되어있지 않기 때문에 경시변화가 확인되었다.

[비교예 2]

침입도(JIS K2207-1980 50 g 하중) 40 으로 경화하는 부가반응형 실리콘 겔(제품명: CF5106 토레이/다우 코닝 실리콘사 제품) 100 중량부, 비닐 트리메톡시실란으로 표면처리한 질화 알루미늄 분말(평균 입경 3.5 ㎛, 비표면적 2.9 ㎡/g) 20 중량부, 질화 보론 분말(평균 입경 5.4 ㎛, 비표면적 4.2 ㎡/g) 30 중량부를 반응용기 내에 진공탈포하에서 균일하게 분산시켜, 내용적 30 ㎤, 주출구 단면적 2 ㎟의 실린지에 진공탈포하에서 충진하여, 80℃ 에서 30 분간, 실린지 전체를 가열하여 가교시켜, "방열재를 충진·봉입한 실린지"를 제조하였다. 그러나, 이러한 실린지의 피스톤을 공기 등의 힘으로 강하게 가압하여도 주출구로부터 토출할 수 없어서, 본 발명의 "압출가능한 가교제 그리스상 방열재를 충진·봉입한 실린지"를 얻을 수가 없었다

본 발명의 압출가능한 가교제 그리스상 방열재는, 실리콘 겔 내에 열전도성 충진제를 균일하게 분산시키는 것이 가능하기 때문에, 배합량을 많이 하여도 분리되거나 편재됨이 없이 열전도성을 높이고, 그것의 부분도 균일한 열전도성을 나타낸다.

또한, 그리스, 페이스트, 점토 등과 같이, 튜브나 실린지 등의 용기에 넣을 수가 있어서(다른 실시형태로서는, 실리콘 겔의 원료내에 열전도성 충진제를 분산시킨 후에, 용기로 가져간 뒤, 용기 자체를 가열시켜도 좋다), 튜브를 손으로 쥐어짜거나, 실린지의 피스톤을 공기의 힘으로 가압하는 정도의 약한 힘으로 압출하는 것이 가능하고, 압출 후에는 힘을 가하여 임의의 형상으로 만들 수가 있으며, 이것을 적용한 기기내에서 확산(새어나오는 현상)이 일어나지 않고 예를 들어 경사상태로 보지하는 경우에도 그대로 유지하는 것이 가능한 성질(자기보형성)을 가지며, 가교되기 때문에 경시변화가 적고, 종래의 열전도성 실리콘 고무 조성물이나 열전도성 실리콘 오일 컴파운드에서는, 사용형태가 시트로 대표되는 성형품이나 도포 만이었지만, 용기(실린지나 튜브 등)로부터 압출하여 임의의 형상으로 하고, 발열체와 방열체의 사이에 있는 임의의 형상의 공간에 충진 또는 충설할 수 있으며, 예를 들어 경사상태와 같은 경미한 부하를 가한 상태에서 보지함에 있어서도, 그 그대로의 형상을 유지할 수 있는 것(자기보형성)과 같은 신규한 유형의 사용방법(적용방법, 충설방법)이 가능한 방열재, 그것을 충진·봉입한 용기, 그러한 용기의 제조방법, 및 상기 용기를 이용하여 발열성의 각종 기기에 대한 방열방법을 제공할 수 있어서, 기기의 수명 연장, 고성능화, 저고장화, 수리용이화, 낮은 비용 등에 기여할 수 있는 효과가 있다.

Claims

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가교 실리콘 겔(A) 내에 열전도성 충진제(B)를 분산시켜서 된 압출가능한 가교제 그리스상 방열재가 충진, 봉입되어 이루어진 용기로서,

열전도성 충진제(B)의 첨가량은 가교 실리콘 겔(A) 100 중량부에 대하여 5 ~ 500 중량부이고, 상기 가교 실리콘 겔(A)은 조도(稠度: consistency)가 50 ~ 100(JIS K2220 1/4 cone에 따라 측정)로서 유동성과 자기보형성을 가지는 것을 특징으로 하는 용기.
제 4 항에 있어서, 상기 용기의 형상이, 실린지 또는 튜브인 것을 특징으로 하는 용기.
가교 실리콘 겔(A) 내에 열전도성 충진제(B)를 분산시, 상기 가교 실리콘 겔(A)의 원료물질과 열전도성 충진제(B)를 혼합 중 또는 혼합 후에, 가열시켜 가교제 그리스상 방열재를 얻은 뒤, 상기 가교제 그리스상 방열재를 용기에 충진, 봉입하는 것을 특징으로 하는 제 4 항 또는 제 5 항에 따른 용기의 제조방법.
가교 실리콘 겔(A) 내에 열전도성 충진제(B)를 분산시, 상기 가교 실리콘 겔(A)의 원료물질과 열전도성 충진제(B)를 혼합하여 얻은 혼합액을 용기에 충진, 봉입한 후, 용기 전체를 가열시켜 상기 용기내의 실리콘 겔을 가교시키는 것을 특징으로 하는 제 4 항 또는 제 5 항에 따른 용기의 제조방법.
제 4 항 또는 제 5 항에 따른 용기에 충진, 봉입되어있는 가교 그리스상 방열재를 전자기기, 모터 등의 기기 내에 존재하는 발열체와 방열체 사이에 충진 또는 충설시켜, 가교제 그리스상 방열재를 넣어서 상기 기기 내에서 발생하는 불필요한 열을 제거하는 것을 특징으로 하는 방열방법.
삭제
제 4 항에 있어서, 충진, 봉입되는 가교제 그리스상 방열재 중의 열전도성 충진제(B)가, 페라이트, 질화 알루미늄, 질화 보론, 질화 규소, 산화 알루미늄 및 산화 규소로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1 종류의 화합물인 것을 특징으로 하는 용기.