KR102359568B1 - 열전도성 실리콘 고무 복합 시트 - Google Patents

열전도성 실리콘 고무 복합 시트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양호한 열전도성, 전기 절연성, 강도, 유연성을 가지며, 층간 접착성의 향상에 의해 내구성을 구비하고, 높은 강성을 갖는 자동 실장에 적합한 열전도성 실리콘 고무 복합 시트를 저렴하게 제공한다.
중간층 및 해당 중간층의 양면에 적층된 1쌍의 외층을 갖고, (A) 중간층은, 열전도율이 0.20W/m·K 이상이면서, 또한 인장 탄성률이 5GPa 이상인 전기 절연성의 합성 수지 필름층이며, (B) 외층은, (a) 오르가노폴리실록산, (b) 경화제, (c) 열전도성 충전제, 그리고, (d) 에폭시기, 알콕시기, 메틸기, 비닐기 및 Si-H기로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 기를 갖는 규소 화합물계 접착성 부여제를 포함하는 조성물의 경화물의 실리콘 고무층인, 적층 구조체를 포함하는 열전도성 실리콘 고무 복합 시트.

Description

열전도성 실리콘 고무 복합 시트
본 발명은 특히 발열성 전자 부품과 방열 핀 등의 방열 부품 사이에 개재 장착되는 방열 부재로서 적합한 열전도성 실리콘 고무 복합 시트이며, 전기 절연성과 함께 열전도성이 양호하고, 또한, 강도 및 강성이 높은 것으로부터 용이하게 자동 실장에 적용하는 것이 가능한 열전도성 실리콘 고무 복합 시트에 관한 것이다.
종래부터, 파워 트랜지스터, MOS 트랜지스터, FET, 사이리스터, 정류기, 트랜스 등의 발열성 전자·전기 부품의 방열 부재용에 전기 절연성의 열전도성 재료가 사용되고 있다. 예를 들어, 실리콘 고무 등의 합성 고무에, 산화베릴륨, 산화알루미늄, 수산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연 등의 금속 산화물 분말을 배합한 것(특허문헌 1)이나, 실리콘 고무에 질화붕소를 배합하여 그물눈 형상의 절연재로 보강한 것(특허문헌 2) 등을 들 수 있다.
또한, 상기 방열 부재의 열전도성을 더 향상시키기 위한 하나의 수단으로서, 그 두께를 가능한 한 얇게 하는 것이 생각된다. 그러나, 그 두께를 너무 얇게 하면 방열 부재의 강도, 내구성 또는 전기 절연성이 손상된다는 문제가 생긴다. 이 문제점을 개량하는 것으로서, 중간층에 방향족 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 내열성, 전기 절연성 및 기계적 강도가 높은 필름을 사용하고, 외층에 산화베릴륨, 산화알루미늄, 수산화알루미늄 등을 배합한 열전도성 및 전기 특성이 우수한 실리콘 고무층을 배치한 다층 구조체로 하는 것이 제안되어 있고, 예를 들어 특허문헌 3에는, 산화알루미늄 등을 소정량 배합한 폴리이미드(아미드) 필름을 중간층으로 하여 해당 중간층의 양면에 1쌍의 외층으로서, 산화알루미늄 등을 배합한 실리콘 고무층을 배치한 적어도 3층을 포함하는 적층체를 갖는 열전도성의 전기 절연 부재가 기재되어 있다.
그러나, 이들의 다층 구조를 갖는 열전도 전기 절연 부재에는, 외층부의 실리콘 고무층과, 중간층의 방향족 폴리이미드 등의 필름의 접착성이 불안정하고, 경시적으로 층간 박리가 생기기 쉽고, 내구성이 저하된다는 문제점이 있다.
이 문제점을 개량하는 것으로서, 에폭시기, 알콕시기, 비닐기 및 Si-H기로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 관능성기를 갖는 규소 화합물계 접착성 부여제를 포함하는 조성물을 경화시켜 이루어지는 실리콘 고무층을 외층으로서 갖는 적층 구조체를 포함하는 열전도성 실리콘 고무 복합 시트(특허문헌 4)를 들 수 있다.
한편, 근년에는, 비용 삭감이나 품질 관리 정밀도 향상을 목적으로, 열전도성 실리콘 고무 복합 시트의 자동 실장화가 진행되고 있다. 일반적인 자동 실장에서는, 특정한 형상으로 조정된 열전도성 실리콘 고무 복합 시트는, 편측 또는 양측의 단부를 기계적으로 파지하거나 또는 진공 흡착함으로써 픽업되어, 원하는 부위에 운반·실장된다. 따라서 자동 실장에 적용하는 경우, 열전도성 실리콘 고무 복합 시트는 적당한 강성을 가질 필요가 있다. 강성이 불충분하면, 픽업할 때 보유 지지되지 않은 부분이 자중에 의해 늘어짐으로써, 형상을 유지할 수 없다는 문제가 발생된다.
열전도성 실리콘 고무 복합 시트에 원하는 강성을 부여하기 위해서는, 중간층의 두께를 두껍게 할 필요가 있다. 그러나, 일반적으로 중간층의 열전도율은, 외층인 열전도성 실리콘 고무층에 비하여 현저하게 낮기 때문에, 복합 시트 전체로서의 열전도 특성이 크게 저하되어 버린다는 문제가 있었다. 또한, 종래부터, 필러를 충전하고, 열전도율을 향상시킨 필름을 중간층에 사용하는 것이 검토되고 있지만(특허문헌 5, 6), 강성의 부족이나 필러 충전에 의한 인장 강도의 저하, 거기에 수반하는 자동 실장 시의 시트 파손이 문제로 되고 있다. 또한, 이러한 필러가 충전된 필름은 매우 높은 비용이 되는 것도 문제가 되고 있다.
일본 특허 공개 소47-32400호 공보 일본 실용신안 공개 소54-184074호 공보 일본 특허 공고 평2-24383호 공보 일본 특허 공개 제2004-122664호 공보 일본 특허 공개 제2011-025676호 공보 일본 특허 공개 제2011-098566호 공보
본 발명은 우수한 열전도성과 전기 절연성을 구비한다. 또한 중간층과 외층의 층간 접착이 양호하며, 내구성이 높고, 또한 강도 및 유연성이 풍부하고, 높은 강성을 가짐으로써 자동 실장에 적합한 열전도성 실리콘 고무 복합 시트를 저렴하게 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명자들은, 예의 연구를 거듭한 결과, 하기의 열전도성 실리콘 고무 복합 시트가 상기 과제를 해결할 수 있음을 알아내어, 본 발명을 완성했다.
즉, 본 발명은 하기의 열전도성 실리콘 고무 복합 시트를 제공하는 것이다.
[1]
중간층 및 해당 중간층의 양면에 적층된 1쌍의 외층을 갖고,
(A) 중간층은, 열전도율이 0.20W/m·K 이상이면서, 또한 인장 탄성률이 5GPa 이상인 전기 절연성의 합성 수지 필름층이며,
(B) 외층은, (a) 오르가노폴리실록산, (b) 경화제, (c) 열전도성 충전제, 그리고, (d) 에폭시기, 알콕시기, 메틸기, 비닐기 및 Si-H기로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 기를 갖는 규소 화합물계 접착성 부여제를 포함하는 조성물의 경화물의 실리콘 고무층인
적층 구조체를 포함하는 열전도성 실리콘 고무 복합 시트.
[2]
상기 중간층의 두께가 25㎛ 이상이며, 열전도성 실리콘 고무 복합 시트의 총 두께가 300㎛ 이하인 [1]에 기재된 열전도성 실리콘 고무 복합 시트.
[3]
상기 중간층의 인장 강도가 200MPa 이상인 [1] 또는 [2]에 기재된 열전도성 실리콘 고무 복합 시트.
[4]
상기 합성 수지 필름에 사용되는 합성 수지가 방향족 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리에스테르, 불소계 중합체 또는 이들의 2종 이상의 조합인 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 열전도성 실리콘 고무 복합 시트.
[5]
상기 합성 수지 필름에 사용되는 합성 수지가 비페닐테트라카르복실산 이무수물과 디아민의 축중합물인 폴리이미드인 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 열전도성 실리콘 고무 복합 시트.
[6]
상기 열전도성 충전제의 분체가 산화아연 분말, 산화알루미늄 분말, 산화마그네슘 분말, 수산화알루미늄 분말, 질화붕소 분말, 질화알루미늄 분말, 산화규소 분말, 탄화규소 분말, 다이아몬드 분말 또는 이들의 2종 이상의 조합인 [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 열전도성 실리콘 고무 복합 시트.
[7]
상기 (b) 성분의 경화제가 히드로실릴화 반응에 의한 부가 반응형의 경화제이면서, 또한, 상기 (d) 성분의 규소 화합물계 접착성 부여제가, 비닐기, Si-H기 또는 이들 양쪽을 가지며, 또한 에폭시기, 알콕시기 또는 이들 양쪽을 갖는 [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 기재된 열전도성 실리콘 고무 복합 시트.
[8]
상기 (b) 성분의 경화제가 유기 과산화물이면서, 또한, 상기 (d) 성분의 규소 화합물계 접착성 부여제가 메틸기, 비닐기 또는 이들 양쪽을 가지며, 또한 에폭시기, 알콕시기 또는 이들 양쪽을 갖는 [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 기재된 열전도성 실리콘 고무 복합 시트.
본 발명의 열전도성 실리콘 고무 복합 시트는, 열전도성이 양호한 실리콘 고무층을 외층으로서, 열전도성이 우수한 합성 수지 필름층을 중간층으로서 갖기 때문에, 열전도성이 매우 우수하다. 또한, 해당 중간층은 기계적 강도에도 우수하기 때문에, 그 보강 효과에 의해 본 발명의 복합 시트는 충분한 강도와 유연성을 갖는다. 또한 본 발명의 중간층과 외층은 모두 양호한 전기 절연성을 구비한다. 이러한 관점에서, 본 발명의 복합 시트는 발열성 전자·전기 부품과 방열 부품 사이에 개재 장착되는 전기 절연성의 방열 부재로서 바람직하다. 특히, 열전도성이 매우 우수하기 때문에, 고 발열체에 적용하면 효과적이다. 게다가, 실리콘 고무층은 접착성 부여제를 함유하고 있기 때문에, 실리콘 고무층과 합성 수지 필름층이 견고하게 밀착할 수 있으므로, 본 발명의 복합 시트는 내구성도 우수하다는 현저한 작용·효과를 발휘한다. 또한 본 발명의 복합 시트는 높은 강성을 갖기 때문에, 자동 실장에 적용된 경우도 형상을 유지하고, 지장없이 픽업·반송·실장이 가능하다.
이하, 본 발명에 대하여, 상세하게 설명한다. 또한 이하의 설명에서는, 본 발명의 열전도성 실리콘 고무 복합 시트를, 「복합 시트」라고 기재하는 경우가 있다. 본 명세서에서, 본 발명의 중간층에 사용되는 합성 수지 필름층의 열전도율은 레이저 플래시법에 기초하여 25℃에서 측정된 값이다.
[(A) 중간층]
본 발명의 복합 시트의 중간층은, 내열성 및 전기 절연성이 우수하고, 유연해서, 기계적 강도가 높으면서, 또한 열전도율이 0.20W/m·K 이상인 열전도성을 갖고 있는 합성 수지 필름층이다. 열전도율이 0.20W/m·K 미만이면 본 발명의 복합 시트의 열전도성에 지장이 생기기 쉽다.
또한, 중간층에 사용되는 합성 수지 필름의 인장 탄성률은 5GPa 이상, 보다 바람직하게는 6GPa 이상이다. 인장 탄성률이 5GPa 미만이면 자동 실장 시의 픽업 시에 복합 시트의 변형이 발생하기 쉽고, 자동 실장에 대한 적용이 곤란해진다. 본 발명에 관해, 중간층의 인장 탄성률은 ASTM D882에 준거하여 측정했다.
중간층의 두께는, 25 내지 100㎛가 바람직하고, 특히 50 내지 100㎛가 바람직하다. 상기 중간층의 두께가 지나치게 두꺼워, 100㎛를 초과하면, 본 발명의 복합 시트의 열전도성이 저하되는 경우가 있다. 반대로 해당 중간층의 두께가 지나치게 얇고, 25㎛ 미만이면 중간층으로서 발휘해야 할 강도·강성이 부족하고, 자동 실장에 대한 적용이 곤란해지는 경우가 있다. 또한, 내전압 특성이 열화되어, 전기 절연성이 불충분해지는 경우가 있다. 또한, 중간층은, 내전압 특성을 저하시키지 않기 위하여, 구멍이 없는 필름층인 것이 바람직하다.
중간층의 인장 강도는, 200MPa 이상이 바람직하고, 250MPa 이상이 더욱 바람직하다. 인장 강도가 지나치게 약하고, 200MPa 미만이면 복합 시트의 자동 실장시나 사용 시의 부하에 의한 시트의 찢어짐이 발생하는 경우가 있다. 본 발명에 관해, 중간층의 인장 강도는 ASTM D882에 준거하여 측정했다.
해당 중간층으로서 사용되는 0.20W/m·K 이상의 열전도율이면서, 또한 5GPa 이상의 인장 탄성률을 갖는 합성 수지 필름층의 재료로서는, 예를 들어 방향족 폴리이미드; 폴리아미드; 폴리아미드이미드; 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 폴리에스테르; 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌·퍼플루오로알킬 비닐에테르 공중합체 등의 불소계 중합체를 들 수 있다. 합성 수지로서 상기 불소계 중합체를 사용하는 경우에는, 얻어지는 필름의 표면에 대하여 금속 Na/나프탈렌계 처리액을 사용하여 화학 에칭 처리를 실시하는 것이 접착성 향상의 점에서 바람직하다.
이들 재료를 사용한 합성 수지 필름 중에서도 방향족 폴리이미드; 폴리아미드; 폴리아미드이미드 필름은 난연성이 UL-94 준거의 난연 시험에서 V-0과 동등하게 높고, 전자 부품에 사용되는 열전도성 복합 시트의 중간층으로서 바람직하다.
또한, 0.20W/m·K 이상의 열전도율을 갖는 본 발명의 합성 수지 필름층에는, 합성 수지의 결정성을 향상시키고 열전도성·강성을 향상시킨 열전도성 합성 수지 필름을 사용해도 된다. 이러한 합성 수지 필름으로서는, 비페닐테트라카르복실산 이무수물과 디아민의 축중합에 의해 제조된 폴리이미드 필름을 예시할 수 있다. 시판품으로는 유필렉스-S(상품명, 우베 고산 가부시키가이샤제)를 들 수 있다.
상기 합성 수지 필름층은, 그의 재료가 되는 합성 수지의 융점이 200℃ 이상, 바람직하게는 250℃ 이상이면, 내열성이 우수하고, 기계적 강도의 저하도 열 변형도 생기기 어려우므로, 바람직하다.
[(B) 외층]
본 발명에 있어서 복합 시트에 포함되는 외층은, (a) 오르가노폴리실록산, (b) 경화제, (c) 열전도성 충전제, 그리고, (d) 에폭시기, 알콕시기, 메틸기, 비닐기 및 Si-H기로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 기를 갖는 규소 화합물계 접착성 부여제를 포함하는 조성물을 경화시켜 이루어지는 실리콘 고무층이다. 이 (B)층의 두께는, 본 발명의 복합 시트의 적용 형태·적용 대상에 의해 설정할 수 있고, 특별히 제한되지 않지만, 30 내지 300㎛가 바람직하고, 특히 50 내지 200㎛ 정도의 범위로 하는 것이 바람직하다. 대체로, 상기 두께가 지나치게 얇고, 30㎛ 미만이면 전자 부품에 대한 형상 추종성이 나빠지기 때문에, 열전도성이 나빠진다는 경향이 있고, 또한, 지나치게 두꺼워, 300㎛를 초과하면 복합 시트의 열전도성·강성이 손상된다는 경향이 있어, 어느 쪽이든 바람직하지 않다.
<(a) 오르가노폴리실록산>
(a) 성분의 오르가노폴리실록산은, 평균 조성식 (1)로 나타낸다.
R1 aSiO(4-a)/2 (1)
식 (1) 중, R1은 동일 또는 다른 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 10, 바람직하게는 1로부터 8의 1가 탄화수소기를 나타내고, a는 1.90 내지 2.05의 양수이다.
상기 R1로서는, 예를 들어 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데실기, 옥타데실기 등의 알킬기; 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등의 시클로알킬기; 페닐기, 톨릴기, 크실릴기, 나프틸기 등의 아릴기; 벤질기, 페네틸기, 3-페닐프로필기 등의 아르알킬기; 3,3,3-트리플루오로프로필기, 3-클로로프로필기 등의 할로겐화 알킬기; 비닐기, 알릴기, 부테닐기, 펜테닐기, 헥세닐기 등의 알케닐기 등을 들 수 있다.
이 (a) 성분의 오르가노폴리실록산으로서는, 주쇄가 디메틸실록산 단위를 포함하는 것 또는 상기 주쇄의 메틸기의 일부가 비닐기, 페닐기, 3,3,3-트리플루오로프로필기 등으로 치환된 것이 바람직하다. 또한, 그의 분자쇄 말단이 트리오르가노실릴기 또는 수산기로 봉쇄된 것으로 하면 되고, 상기 트리오르가노실릴기로서는, 트리메틸실릴기, 디메틸비닐실릴기, 트리비닐실릴기 등이 예시된다.
또한, (a) 성분의 오르가노폴리실록산의 수 평균 중합도는, 200 내지 12,000이 바람직하고, 특히 200 내지 10,000이 바람직하다. 해당 오르가노폴리실록산은, 오일상이거나 검상이어도 되고, 성형 방법 등에 따라 선택하면 된다. (a) 성분의 수 평균 중합도는, 예를 들어 톨루엔을 전개 용매로서 GPC(겔 투과 크로마토그래피) 분석에 있어서의 폴리스티렌 환산의 수 평균 중합도 등으로 구해진 값이다.
(a) 성분으로서는, 본 발명에 사용되는 (b) 성분의 경화제의 종류에 대응하여, 하기의 화학 구조를 구비하는 오르가노폴리실록산이 바람직하게 배합된다.
(b) 성분의 경화제가 히드로실릴화 반응에 의한 부가 반응형의 경화제, 즉 오르가노히드로겐폴리실록산 및 백금계 촉매를 포함하는 부가 반응 경화형의 것인 경우, (a) 성분의 오르가노폴리실록산은, 규소 원자에 결합되는 알케닐기를 오르가노폴리실록산 1 분자 중에 2개 이상, 바람직하게는 3개 이상 갖는 오르가노폴리실록산이다. 규소 원자에 결합되는 알케닐기의 함유량이 상기 범위의 하한 미만, 즉2개 미만이면 얻어지는 조성물이 충분히 경화되지 않게 된다. 또한, 규소 원자에 결합되는 상기 알케닐기로서는 비닐기가 바람직하다. 알케닐기는, 분자쇄 말단의 및 측쇄의 어느 것에 하나 이상 결합하고, 합계로 2개 이상 있으면 되고, 적어도 1개의 알케닐기가 분자쇄 말단의 규소 원자에 결합하고 있는 것이 바람직하다.
이 경우의 구체예로서는, 예를 들어 분자쇄 양 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸비닐실록산 공중합체, 분자쇄 양 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 메틸비닐폴리실록산, 분자쇄 양 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸비닐실록산·메틸페닐실록산 공중합체, 분자쇄 양 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 분자쇄 양 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 메틸비닐폴리실록산, 분자쇄 양 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸비닐실록산 공중합체, 분자쇄 양 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸비닐실록산·메틸페닐실록산 공중합체, 분자쇄 양 말단 트리비닐실록시기 봉쇄 디메틸폴리실록산 등을 들 수 있다. 이들은 1종 단독이어도 되고 2종 이상을 조합해서 사용할 수 있다.
하기 (b) 성분의 경화제가 유기 과산화물인 경우, (a) 성분의 오르가노폴리실록산은, 특별히 한정되지 않지만, 오르가노폴리실록산 1 분자 중에 적어도 2개의 상기 알케닐기를 갖는 것이 바람직하다.
이 경우의 구체예로서는, 예를 들어 분자쇄 양 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 분자쇄 양 말단 메틸페닐 비닐실록시기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 분자쇄 양 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸페닐실록산 공중합체, 분자쇄 양 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸비닐실록산 공중합체, 분자쇄 양 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸비닐실록산 공중합체, 분자쇄 양 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 메틸(3,3,3-트리플루오로프로필)폴리실록산, 분자쇄 양 말단 실라놀기봉쇄 디메틸실록산·메틸비닐실록산 공중합체, 분자쇄 양 말단 실라놀기 봉쇄 디메틸실록산·메틸비닐실록산·메틸페닐실록산 공중합체 등을 들 수 있다. 이들은 1종 단독이어도 되고 2종 이상을 조합해서 사용할 수 있다.
<(b) 경화제>
(b) 성분의 경화제로서는, 히드로실릴화 반응에 의한 부가 반응형의 경화제와, 유기 과산화물을 들 수 있다.
(b) 성분이 히드로실릴화 반응에 의한 부가 반응형의 경화제인 경우, 상기 경화제는, 한 분자 중에 규소 원자에 결합되는 수소 원자를 평균 2개 이상 갖는 오르가노히드로겐폴리실록산과 백금계 촉매를 포함하는 것이다. 상기 오르가노히드로겐폴리실록산은, 알케닐기를 갖는 (a) 성분에 부가 반응하는 가교제로서 기능하는 것이다.
이 오르가노히드로겐폴리실록산의 구체예로서는, 예를 들어 분자쇄 양 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 메틸히드로겐폴리실록산, 분자쇄 양 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸히드로겐실록산 공중합체, 분자쇄 양 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸히드로겐실록산·메틸페닐실록산 공중합체, 분자쇄 양 말단 디메틸 하이드로겐 실록시기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 분자쇄 양 말단 디메틸 하이드로겐 실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸히드로겐실록산 공중합체, 분자쇄 양 말단 디메틸 하이드로겐 실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸페닐실록산 공중합체, 분자쇄 양 말단 디메틸 하이드로겐 실록시기 봉쇄 메틸페닐폴리실록산 등을 들 수 있다. (b) 성분은 1종 단독이어도 되고 2종 이상을 조합해서 사용할 수 있다.
이 히드로실릴화 반응에 의한 부가 반응형의 경화제에 포함되는 오르가노히드로겐폴리실록산의 함유량은, (a) 성분 중의 규소 원자 결합 알케닐기 1몰에 대하여, 본 성분 중의 규소 원자에 결합되는 수소 원자가, 바람직하게는 0.1 내지 4.0몰, 특히 0.3 내지 2.0몰이 되는 양이 바람직하다. (b) 성분으로서 사용되는 상기 경화제 중의 규소 원자에 결합되는 수소 원자의 함유량이 지나치게 적고, 상기 바람직한 범위의 하한값 미만이면 얻어지는 실리콘 고무 조성물이 충분히 경화되지 않게 되는 경우가 있고, 한편, 해당 수소 원자의 함유량이 너무 많고, 상기 바람직한 범위의 상한값을 초과하면 얻어지는 실리콘 고무가 매우 경질이 되고, 표면에 다수의 크랙을 생기게 하는 등의 문제가 발생하는 경우가 있다.
오르가노히드로겐폴리실록산과 함께 사용되는 백금계 촉매는 (B) 성분의 조성물 경화를 촉진하기 위한 촉매이며, 예를 들어 염화백금산, 염화백금산의 알코올 용액, 백금의 올레핀착체, 백금의 알케닐실록산 착체, 백금의 카르보닐착체 등을 들 수 있다. 본 조성물에 있어서, 백금계 촉매의 사용량은, 특별히 한정되지 않고 촉매로서의 유효량이면 되지만, (a) 성분에 대하여 본 성분 중의 백금 금속이 질량 단위로, 0.01 내지 1,000ppm이 되는 양이 바람직하고, 특히 0.1 내지 500ppm이 되는 양이 바람직하다. 본 성분 중의 백금 금속의 함유량이 지나치게 적고, 0.01ppm 미만이면 얻어지는 실리콘 고무 조성물이 충분히 경화되지 않게 되는 경우가 있고, 한편, 본 성분을 다량으로 사용하여, 촉매 중의 백금 금속의 함유량이 1,000ppm을 초과해도, 얻어지는 실리콘 고무 조성물의 경화 속도는 향상되지 않고, 경제적으로 불리해지는 경우가 있다.
(b) 성분의 경화제가 유기 과산화물인 경우, 상기 유기 과산화물로서는, 예를 들어 벤조일퍼옥사이드, 디쿠밀퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥산, 디-t-부틸퍼옥사이드, t-부틸퍼벤조에이트 등을 들 수 있다. 이들은 1종 단독이어도 되고 2종 이상을 조합해서 사용할 수 있다. 이 유기 과산화물의 배합량은, 상기 (a) 성분의 오르가노폴리실록산과 이후에 기재하는 (c) 성분의 열전도 충전제와의 총 질량 100질량부에 대하여, 0.1 내지 5질량부의 범위 내가 되는 양인 것이 바람직하고, 1.0 내지 3.5질량부인 것이 보다 바람직하다. 유기 과산화물의 배합량은, (a) 성분과 (c) 성분의 총 질량 100질량부에 대하여 0.1질량부 미만인 경우, 실리콘 고무 조성물이 충분히 경화되지 않게 되는 경우가 있다. 한편, (a) 성분과 (c) 성분의 총 질량 100질량부에 대하여 유기 과산화물의 배합량이 5질량부를 초과하는 경우, 실리콘 고무가 매우 경질이 되고, 표면에 다수의 크랙을 생기게 하는 등의 문제가 발생하는 경우가 있다.
<(c) 열전도성 충전제>
(c) 성분의 열전도성 충전제로서는, 수산화알루미늄, 산화알루미늄, 산화아연, 산화규소, 탄화규소, 질화알루미늄, 질화붕소, 산화마그네슘, 다이아몬드 등의 무기 분말이 바람직한 것으로서 예시된다. (c) 성분은, 1종 단독이어도 되고 2종 이상을 조합해서 사용할 수 있다.
(c) 성분의 열전도성 충전제의 분체 평균 입경은, 바람직하게는 50㎛ 이하, 보다 바람직하게는 20㎛ 이하이다. 여기서, 평균 입경은 레이저 회절·산란식의 입자 직경 분포 측정 장치인 마이크로트랙 MT3300EX(닛키소)를 사용하여 결정되는 값(체적 기준 메디안 직경)이다.
또한, 이 (c) 성분의 배합량은, (a) 성분 100질량부에 대하여, 100 내지 1,800질량부가 바람직하고, 200 내지 1,600질량부의 범위가 보다 바람직하다. 상기 배합량이 지나치게 적고, (a) 성분 100질량부에 대하여, 100질량부 미만이면 외층의 열전도성이 불충분한 것이 되고, 한편, 너무 많아, (a) 성분 100질량부에 대하여, 1,800질량부를 초과하면 (c) 성분의 조성물 중에 대한 균일한 배합이 곤란해짐과 함께 성형 가공성이 나빠져 버릴 우려가 있다.
<(d) 규소 화합물을 포함하는 접착성 부여제>
(d) 성분은, 본 발명의 열전도성 실리콘 고무 복합 시트를 특징짓는 중요한 성분이며, 이 성분을, 외층을 구성하는 실리콘 고무 조성물 중에 배합함으로써, (A) 중간층의 열전도성 합성 수지 필름층에 대하여 (B) 외층의 실리콘 고무층이 견고한 접착성을 나타내며, 층간 박리가 생기지 않고, 경시적으로도 내구성이 우수하다. 또한 본 발명은 (d) 성분을 포함하는 조성물을 사용함으로써, (A) 중간층의 열전도성 합성 수지 필름층에 대하여 접착성 향상을 목적으로 한 프라이머 처리를 실시하는 공정을 생략할 수 있으므로, 복합 시트 제조 공정의 간략화가 도모되고, 또한, 프라이머층을 갖지 않는다는 점에서, 열전도성이 저감되지 않는 복합 시트를 얻을 수 있다.
이 (d) 성분의 규소 화합물을 포함하는 접착성 부여제는, 에폭시기, 알콕시기, 메틸기, 비닐기 및 Si-H기로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 기를 갖는 규소 화합물인 것이 필요해진다. 특히, 한 분자 중에 상기 군에서 선택되는 기를 2개 이상 갖는 규소 화합물인 것이 바람직하다.
상기 (b) 성분의 경화제가 히드로실릴화에 의한 부가 반응형의 반응 경화제인 경우에는, 해당 (d) 성분의 규소 화합물은, 비닐기, Si-H기 또는 이들 양쪽과, 에폭시기, 알콕시기 또는 이들 양쪽을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 (b) 성분의 경화제가 유기 과산화물인 경우에는, 해당 (d) 성분의 규소 화합물은, 메틸기, 비닐기 또는 이들 양쪽과, 에폭시기, 알콕시기 또는 이들 양쪽을 갖는 것이 바람직하다.
이 (d) 성분의 배합량은, (a) 성분과 (c) 성분의 총 질량 100질량부에 대하여, 0.1 내지 3.0질량부가 바람직하고, 특히 0.5 내지 2.0질량부로 하는 것이 좋다. 상기 배합량이 지나치게 적어, 0.1질량부 미만이면 접착성 부여 효과가 발휘되지 않고, 또한, 너무 많아, 3.0질량부를 초과하면 기계적 특성이 손상된다는 문제가 생기므로 바람직하지 않다.
이러한 에폭시기, 알콕시기, 메틸기, 비닐기 및 Si-H기로 이루어지는 군에서, (b) 성분의 종류에 대응하여 선택되는 적어도 1종의 기를 갖는 규소 화합물로서 구체적으로는, 하기 구조식 (2) 내지 (6)에 표시되는 각 화합물을 예시할 수 있다. 단, 하기의 것에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112019020400134-pct00001
Figure 112019020400134-pct00002
Figure 112019020400134-pct00003
Figure 112019020400134-pct00004
Figure 112019020400134-pct00005
(d) 성분은, 1종 단독이어도 되고 2종 이상을 조합해서 사용할 수 있다.
[열전도성 실리콘 고무 복합 시트의 제조 방법]
이하에, 본 발명의 열전도성 실리콘 고무 복합 시트의 제조 방법의 예를 설명한다. 단, 본 발명의 제조 방법은, 하기의 예에 한정되지 않는다.
<(B) 외층용의 코팅 조성물의 조제>
우선, 상기 (a) 성분의 오르가노폴리실록산과 (c) 성분의 열전도성 충전제를, 니더, 밴버리 믹서, 플라네터리 믹서, 시나가와 믹서 등의 혼합기를 사용하여, 필요에 따라 100℃ 이상 정도의 온도로 가열하면서, 혼련한다. 이 혼련 공정에서, 소망에 따라, 외층의 열전도 성능을 손상시키지 않는 범위 내에서, 퓸드 실리카, 침강성 실리카 등의 보강성 실리카; 실리콘 오일, 실리콘 웨터 등; 백금, 산화티타늄, 벤조트리아졸 등의 난연제 등을 첨가·혼합해도 된다.
혼련 공정에서 얻어진 균일 혼합물을, 실온으로 냉각한 후, 스트레이너 등을 통하여 여과하고, 이어서, 2개 롤, 시나가와 믹서 등을 사용하여, 상기 혼합물에 소요량의 (d) 성분의 접착성 부여제, 또한 (b) 성분의 경화제를 첨가하고, 다시, 혼련한다. 이 다시 혼련하는 공정에서, 소망에 따라, 1-에티닐-1-시클로헥산올 등의 아세틸렌 화합물계 부가 반응 제어제, 유기 안료, 무기 안료 등의 착색제, 산화철, 산화세륨 등의 내열성 향상제 등을 첨가·혼합해도 된다.
이 다시 혼련하는 공정에서 얻어진 외층용 조성물을 외층용 코팅제로서, 직접, 다음 공정에 제공해도 되지만, 필요에 따라, 또한 톨루엔 등의 용제를 첨가하고, 플라네터리 믹서, 니더 등의 교반기에 투입하여 혼합하고, 외층용 코팅제로해도 지장없다.
<코팅 공정>
상기 코팅 조성물의 제조 공정에 의해 얻어진 외층용 코팅제를, 상기 (A) 중간층의 열전도성 합성 수지 필름층의 양면에, 순서대로, 건조로, 가열로 및 권취 장치를 구비한 나이프 코터, 키스 코터 등의 코팅 장치를 사용하여, 연속적으로 소정의 일정한 두께로 코팅한 후, 용제 등을 건조·증산시켜, 히드로실릴화 반응에 의한 부가 반응형의 경화제를 배합시킨 부가 반응 경화형 외층 코팅제의 경우는, 80 내지 200℃, 바람직하게는 100 내지 150℃ 정도로, 또한, 유기 과산화물을 경화제로서 배합시킨 과산화물 경화형 외층 코팅제의 경우는, 100 내지 200℃, 바람직하게는 110 내지 180℃ 정도로, 가열하여 가교·경화시킴으로써, 우수한 열전도성, 전기 절연성, 기계적 강도, 유연성, 내열성 및 내구성을 갖는 본 발명의 열전도성 실리콘 고무 복합 시트를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 열전도성 실리콘 고무 복합 시트는, 물론 3층의 적층체에 한정되지 않고, 소망에 따라, 상기 (A)층과 (B)층을, 예를 들어 (B)/(A)/(B)/(A)/(B)의 5층 적층 구조로 해도 되고, 또한, 별도, 유리 클로스, 그래파이트 시트, 알루미늄 호일 등의 층을 포함하는 것으로 해도 된다.
본 발명의 복합 시트의 두께는, 100 내지 500㎛가 바람직하고, 특히 100 내지 300㎛가 바람직하다. 상기 두께가 지나치게 두꺼워, 500㎛를 초과하면, 본 발명의 복합 시트의 강성이 저하되어, 자동 실장에 대한 적용이 곤란해진다. 또한 열전도성이 저하되어 사용에 지장이 생기는 경우가 있다.
실시예
이하에, 실시예 및 비교예를 들어, 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 실시예에 있어서, 중간층으로서 사용한 열전도성 합성 수지 필름의 열전도율은, 레이저 플래시법에 기초하는 열 저항 측정기(넷치사제, 크세논 플래쉬 애널라이저; LFA447 NanoFlash)에 의해 25℃에서 측정된 값이며, 당사에 있어서의 측정값이다. 측정은, 각 합성 수지 필름의 편면에 카본을 스프레이 코팅한 후에 해당 표면에 대하여 행했다.
[실시예 1]
(a) 평균 중합도 8,000의 디메틸비닐실록시기에서 양 말단을 밀봉한 디메틸폴리실록산 100질량부 및 (c) 열전도성 충전제로서 평균 입경 8㎛의 수산화알루미늄 분말 300질량부와, 평균 입경 1㎛의 수산화알루미늄 분말 100질량부를 밴버리 믹서로 실온에서 40분 혼련하고, 이어서 100 메쉬의 스트레이너로 여과 후, 2개 롤을 사용하여, 이 (a) 성분과 (c) 성분의 혼합물 100질량부에, (d) 접착성 부여제로서 하기 구조식 (6):
Figure 112019020400134-pct00006
으로 표시되는 규소 화합물 1.5질량부, (b) 유기 과산화물로서 디(2-메틸벤조일)퍼옥사이드 2.0질량부 및 착색제로서 KE-컬러 R20(상품명: 신에쓰 가가쿠 고교(주)제) 0.4질량부를 첨가·배합하고, 또한 혼련하여 혼합물을 제작했다.
이어서, 상기에서 얻어진 혼합물 100질량부를 톨루엔 50질량부에 용해하여 코팅제를 제작하고, 우선, 고강성·고 열전도성 방향족 폴리이미드계 필름(상품명: 유필렉스-75S, 우베 고산 가부시키가이샤제, 열전도율: 0.25W/m·K, 인장 탄성률 6.9GPa, 두께: 75㎛)의 편면에 코팅하고, 건조 온도: 80℃ 및 경화 온도: 150℃의 조건에서 경화시켜, 두께 62.5㎛로 성형된 고무층을 형성시켰다. 이어서, 별도의 편면에도 마찬가지로 하여, 코팅, 건조 및 경화 처리를 실시하고, 총 두께가 200㎛인 열전도성 실리콘 고무 복합 시트를 제작했다.
[실시예 2]
실시예 1에서, (c) 성분의 수산화알루미늄 분말을, 평균 입경 8㎛의 산화알루미늄 분말 750질량부와, 평균 입경 1㎛의 산화알루미늄 분말 200질량부로 변경한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여, 총 두께가 200㎛인 열전도성 실리콘 고무 복합 시트를 제작했다.
[실시예 3]
(a) 25℃에서의 점도가 600㎟/s의 디메틸비닐실록시기에서 양 말단을 밀봉한 디메틸폴리실록산 100질량부 및 (c) 열전도성 충전제로서 평균 입경 4㎛의 산화알루미늄 분말 750질량부와, 평균 입경 9㎛의 질화붕소 분말 250부를, 플라네터리 믹서로 실온에서 20분 혼련하고, 100 메쉬의 스트레이너로 여과하여 마무리한 후, 또한 이 (a) 성분과 (c) 성분의 혼합물 100질량부에, (d) 접착성 부여제로서 하기 구조식(2):
Figure 112019020400134-pct00007
로 표시되는 규소 화합물 2.0질량부, (b1) 염화백금산의 비닐실록산 착체(백금 금속 함유량: 1질량%) 0.35질량부를 균일하게 배합하고, 이어서, 부가 반응 제어제로서 1-에티닐-1-시클로헥산올 0.06질량부를 첨가 배합하고, 또한 (b2) 하기 구조식(7):
Figure 112019020400134-pct00008
로 표시되는 메틸히드로겐폴리실록산(Si-H기 함유량: 0.0050몰/g) 1.5질량부(Si-H기/(a) 중의 비닐기(몰비):4.0) 및 착색제로서 KE-컬러 R20(상품명: 신에쓰 가가쿠 고교(주)제) 0.4질량부를 균일하게 혼합하여 실리콘 고무 조성물을 제조했다.
상기에서 얻어진 혼합물 100질량부를 톨루엔 15질량부에 용해하여 코팅제를 제작하고, 우선, 고강성·고 열전도성 방향족 폴리이미드계 필름(상품명: 유필렉스-50S, 우베 고산 가부시키가이샤제, 열전도율: 0.24W/m·K, 인장 탄성률 9.1GPa, 두께: 50㎛)의 편면에 코팅하고, 건조 온도: 80℃ 및 경화 온도: 150℃의 조건으로 처리하고, 두께 50㎛로 성형된 고무층을 형성시켰다. 이어서, 별도의 편면에도 마찬가지로 하여, 코팅, 건조 및 경화 처리를 실시하고, 총 두께가 150㎛인 열전도성 실리콘 고무 복합 시트를 제작했다.
[비교예 1]
실시예 1에서, 중간층에 방향족 폴리이미드계 필름(상품명: 캡톤 300H, 도레이 듀퐁(주)제, 열전도율: 0.12W/m·K, 인장 탄성률 3.4GPa, 두께: 75㎛)을 사용한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여, 총 두께가 200㎛인 열전도성 실리콘 고무 복합 시트를 제작했다.
[비교예 2]
실시예 3에서, 중간층에 폴리에틸렌테레프탈레이트계 필름(상품명: 루미러S10 #50, 도레이 듀퐁(주)제, 열전도율: 0.12W/m·K, 인장 탄성률 4.0GPa, 두께: 50㎛)을 사용한 것 이외는, 실시예 3과 동일하게 하여, 총 두께가 150㎛인 열전도성 실리콘 고무 복합 시트를 제작했다.
[비교예 3]
실시예 1에서, (d) 접착성 부여제로서의 규소 화합물 1.5질량부를 첨가하지 않은 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여, 총 두께가 200㎛인 열전도성 실리콘 고무 복합 시트를 제작했다.
[비교예 4]
실시예 1에서, 중간층에 필러가 충전된 고 열전도 방향족 폴리이미드계 필름(상품명: 캡톤 300MT, 도레이 듀퐁(주)제, 열전도율: 0.26W/m·K, 인장 탄성률 3.4GPa, 두께: 75㎛)을 사용한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여, 총 두께가 200㎛의 열전도성 실리콘 고무 복합 시트를 제작했다.
또한, 표 1에 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4에 있어서의 (a) 성분과 (c) 성분을 포함하는 혼합물 및 코팅제의 조성을 나타낸다. 표 1 중의 각 성분에 관한 수치는 질량부로 나타내는 양을 의미한다.
[여러 특성의 평가 방법]
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4에서 제작한 각 복합 시트에 대하여, 하기 방법에 의해 여러 특성을 측정했다. 그 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
〔접착 강도〕
JIS K6854에 준거하여, 180도 박리 시험을 행하고, 접착 강도를 측정했다. 또한, 시험 시료로서, 두께 25㎛의 방향족 폴리이미드계 필름의 편측 표면 상에, 두께 1㎜의 고무층을 형성시킨 2층 구조의 것을 제작했다.
〔열 저항〕
ASTM D 5470에 준거하여, 50℃/100psi의 조건에서 열 저항을 측정했다.
[자동 실장 적응성]
40×40㎜ 크기로 절단된 복합 시트를, 시험 장치로 편측의 단부를 집어 올릴 때에 시트에 휨이 발생하는지 여부를 눈으로 확인했다. 휨이 발생하는 경우를 ×, 휨이 거의 발생하지 않는 경우를 ○으로 평가했다.
Figure 112019020400134-pct00009
표 1에 나타낸 바와 같이 실시예 1 내지 3은, 각 층이 충분히 접착된 적층 구조체로, 자동 실장에 적합한 것을 확인할 수 있었다. 한편, 비교예 1, 2, 4는 장치로 파지될 때 휨이 발생하고, 자동 실장에 적합하지 않은 것을 알 수 있었다. 또한 비교예 3은, 휨은 비교적 낮았지만, 실시예 1 내지 3과 비교하여 층간 박리가 발생하기 쉬운 것을 알 수 있었다.
본 발명의 열전도성 실리콘 고무 복합 시트는, 발열성 전자 부품과 방열 부품 사이에 개재 장착되는 방열 부재로서 유용하다.

Claims (8)

  1. 중간층 및 해당 중간층의 양면에 적층된 1쌍의 외층을 갖고,
    (A) 중간층은, 열전도율이 0.20W/m·K 이상이면서, 또한 인장 탄성률이 5GPa 이상인 전기 절연성의 합성 수지 필름층이며, 상기 중간층의 두께는 50 내지 100㎛이고,
    (B) 외층은, (a) 오르가노폴리실록산, (b) 경화제, (c) 열전도성 충전제 그리고 (d) 에폭시기, 알콕시기, 메틸기, 비닐기 및 Si-H기로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 기를 갖는 규소 화합물계 접착성 부여제를 포함하는 조성물의 경화물의 실리콘 고무층인
    적층 구조체를 포함하는 열전도성 실리콘 고무 복합 시트.
  2. 제1항에 있어서, 열전도성 실리콘 고무 복합 시트의 총 두께가 300㎛ 이하인 열전도성 실리콘 고무 복합 시트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 중간층의 인장 강도가 200MPa 이상인 열전도성 실리콘 고무 복합 시트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 합성 수지 필름에 사용되는 합성 수지가 방향족 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리에스테르, 불소계 중합체 또는 이들의 2종 이상의 조합인 열전도성 실리콘 고무 복합 시트.
  5. 제4항에 있어서, 상기 합성 수지 필름에 사용되는 합성 수지가 비페닐테트라카르복실산 이무수물과 디아민의 축중합물인 폴리이미드인 열전도성 실리콘 고무 복합 시트.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열전도성 충전제의 분체가 산화아연 분말, 산화알루미늄 분말, 산화마그네슘 분말, 수산화알루미늄 분말, 질화붕소 분말, 질화알루미늄 분말, 산화규소 분말, 탄화규소 분말, 다이아몬드 분말 또는 이들의 2종 이상의 조합인 열전도성 실리콘 고무 복합 시트.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (b) 성분의 경화제가 히드로실릴화 반응에 의한 부가 반응형의 경화제이면서, 또한, 상기 (d) 성분의 규소 화합물계 접착성 부여제가, 비닐기, Si-H기 또는 이들 양쪽을 가지며, 또한 에폭시기, 알콕시기 또는 이들 양쪽을 갖는 열전도성 실리콘 고무 복합 시트.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (b) 성분의 경화제가 유기 과산화물이면서, 또한, 상기 (d) 성분의 규소 화합물계 접착성 부여제가 메틸기, 비닐기 또는 이들 양쪽을 가지며, 또한 에폭시기, 알콕시기 또는 이들 양쪽을 갖는 열전도성 실리콘 고무 복합 시트.
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