KR20090037948A

KR20090037948A - 열전도성 접착제

Info

Publication number: KR20090037948A
Application number: KR1020097003399A
Authority: KR
Inventors: 히로키 사노; 히로시 하라; 다츠이치로 곤
Original assignee: 데이진 가부시키가이샤
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2009-04-16
Also published as: CN101495585B; US20090250655A1; WO2008013252A1; CN101495585A; TW200829676A; JPWO2008013252A1; EP2050804A1; JP4950994B2; US8017674B2

Abstract

방열성이 높고 핸들링성이 우수한 열전도성 접착제를 제공한다. 열전도성이 높고 표면이 평활한 피치계 탄소 섬유 필러와 접착제용 수지를 복합화시켜, 점도를 억제하여 핸들링성이 우수하고 또한 열전도성이 우수한 접착제를 제조한다.

Description

열전도성 접착제 {HEAT CONDUCTIVE ADHESIVE}

본 발명은 피치계 탄소 섬유 필러를 원료에 사용한 열전도성 접착제에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 표면이 평활한 피치계 탄소 섬유 필러와 경화성 수지를 복합한 열전도성 접착제이다. 본 발명의 열전도성 접착제는, 높은 열전도성과 핸들링성을 겸비한 열전도성 접착제이며, 발열성 전자 부품의 방열 재료에 적합하다.

고성능의 탄소 섬유는 폴리아크릴로니트릴 (PAN) 을 원료로 하는 PAN 계 탄소 섬유와, 일련의 피치류를 원료로 하는 피치계 탄소 섬유로 분류할 수 있다. 그리고 탄소 섬유는 강도ㆍ탄성률이 통상적인 합성 고분자와 비교하여 현저하게 높다는 특징을 이용하여, 항공ㆍ우주 용도, 건축ㆍ토목 용도, 스포츠ㆍ레저 용도 등에 널리 사용되고 있다.

탄소 섬유는, 통상적인 합성 고분자와 비교하여 열전도율이 높고, 방열성이 우수한 것으로 알려져 있다. 탄소 섬유 등의 탄소 재료는, 포논의 이동에 의해 높은 열전도율을 달성하는 것으로 알려져 있다. 포논은, 결정 격자가 발달되어 있는 재료에 있어서 잘 전달된다. 시판 중인 PAN 계 탄소 섬유는 결정 격자가 충분히 발달되어 있다고는 할 수 없으며, 그 열전도율은 통상적으로 200W/(mㆍK) 보다 작고, 서멀 매니지먼트의 관점에서는 반드시 바람직하다고는 말하기 어렵다. 이에 대하여, 피치계 탄소 섬유는 흑연화성이 높기 때문에 결정 격자가 잘 발달하고, PAN 계 탄소 섬유에 비해 고열 전도율을 달성하기 쉬운 것으로 인식되고 있다.

최근, 발열성 전자 부품의 고밀도화나, 휴대용 PC 를 비롯한 전자기기의 소형, 박형, 경량화에 수반하여, 그것들에 사용되는 방열 부재의 저열 저항화의 요구가 더욱 높아지고 있고, 방열 부재의 박화가 요구되고 있다. 방열 부재로는, 열전도성 무기 분말이 충전된 경화물로 이루어지는 열전도성 시트, 겔상 물질에 열전도성 무기 분말이 충전되고, 유연성을 갖는 경화물로 이루어지는 열전도성 스페이서, 액상 실리콘에 열전도성 무기 분말이 충전된 유동성이 있는 열전도성 페이스트, 경화성 물질에 열전도성 무기 분말이 충전된 열전도성 접착제, 수지의 상변화를 이용한 페이즈 체인지형 방열 부재 등이 예시된다. 이들 중, 박엽화가 용이한 것은, 열전도성 페이스트, 열전도성 접착제 및 페이즈 체인지형 방열 부재인데, 범용품에 있어서는, 가격 이점과 실적에서 열전도성 페이스트나 열전도성 접착제가 자주 사용되고 있다. 그 중에서도 열전도성 접착제는 고정이 용이하다는 이점이 있어, 다양한 형태로 사용되고 있다.

열전도성 접착제의 열전도율을 향상시키려면, 경화성 수지에 열전도성이 우수한 물질을 고충전시킴과 함께, 박엽화하면 된다. 박엽화를 위해서는 접착제의 점도와 충전재의 사이즈를 조정하면 된다. 열전도성이 우수한 물질로서 산화 알루미늄이나 질화 붕소, 질화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 아연, 탄화 규소, 석영, 수산화 알루미늄 등의 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 금속 수 산화물 등이 알려져 있다. 그러나, 금속 재료계의 충전재는 비중이 높고 열전도성 접착제의 중량이 커져 버린다.

그래서, 비중이 낮고 열전도율이 높은 탄소 재료, 그 중에서도 탄소 섬유를 사용한 열전도성 접착제가 연구되고 있다.

또한, 특허 문헌 1 에는 강자성체가 피복된 흑연화 탄소 섬유로 이루어지는 열전도성 충전제로서, 상기 흑연화 탄소 섬유는 메소페이즈 피치를 원료로 하고, 방사, 불융화 및 탄화 후에 분쇄하고, 그 후 흑연화된 것인 것을 특징으로 하는 열전도성 충전제가 기재되어 있다. 강자성체의 피복은, 열전도성 충전제의 배향성을 높이기 위해 이루어져 있고, 자기장에 의한 배향에서 열전도성을 높이고 있다. 따라서, 열전도성 접착제로서 이용하려면, 매우 강한 자기장이 필요해져, 특히 전자 부품에는 악영향을 주는 것이 예상된다.

[특허 문헌 1] 일본 공개특허공보 2002-146672호

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

본 발명의 목적은, 열전도성이 높고 저점도이며 핸들링성이 우수한 접착제를 제공하는 것에 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명자들은, 표면이 평활한 피치계 탄소 섬유 필러가 접착제 내에서의 분산성이 우수하고 양호한 열전도율을 달성하면서, 열전도성 접착제의 핸들링성이 현저하게 개선되고, 또한 섬유 직경에 일정한 분포를 부여함으로써 간극을 메우는 효과가 발생하고, 피치계 탄소 섬유 필러가 고충전화될 수 있다는 점을 알아내어 본 발명에 도달하였다.

즉, 본 발명의 목적은, 열전도재로서의 주사형 전자 현미경에서의 관찰 표면이 실질적으로 평활하고, 육각망면의 성장 방향에서 유래되는 결정자 사이즈가 5nm 이상인 피치계 탄소 섬유 필러 100 중량부와 경화성 수지 25∼1900 중량부를 복합한 열전도성 접착제로서, 당해 열전도성 접착제의 열전도율이 3W/(mㆍK) 이상인 것을 특징으로 하는 열전도성 접착제에 의해 달성할 수 있다. 또한, 본 발명의 열전도성 접착제는 평균 섬유 직경이 5∼20㎛ 이며, 또한 평균 섬유 직경에 대한 섬유 직경 분산의 백분율 (CV 치) 이 5∼20 인 것이 바람직하다.

주사형 전자 현미경에서의 관찰 표면이 실질적으로 평활한 피치계 탄소 섬유 필러와 경화성 수지의 열전도성 접착제를 얻는 방법으로서 1) 피치 섬유를 분쇄하여 소성하고, 이어서 흑연화시킴으로써 피치계 섬유 필러를 얻고, 그것을 경화성 수지에 혼입시키는 방법, 2) 피치 섬유로 이루어지는 매트를 소성하고, 이어서 흑연화시킴으로써 얻어지는 섬유끼리가 교락된 상태의 3 차원 랜덤 매트상 탄소 섬유를 얻고, 그것을 경화성 수지를 복합시키는 방법을 들 수 있다. 이로써 피치계 탄소 섬유 필러의 결손을 억제시킬 수 있고, 표면이 평활한 피치계 탄소 섬유 필러로 할 수 있으며, 높은 열전도성과 핸들링성을 겸비한 열전도성 접착제를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 열전도재로서 추가로 도전성 무기 필러 혹은 절연성 무기 필러를 포함하는 접착제도 포함한다.

발명의 효과

본 발명의 열전도성 접착제는, 흑연 결정의 확대 (육각망면의 성장 방향에서 유래되는 결정자 사이즈) 를 일정 사이즈 이상으로 제어한 피치계 탄소 섬유 필러 표면의 평활성을 이용함으로써, 높은 열전도성과 저점도에서 유래되는 높은 핸들링성을 양립할 수 있게 하고 있다. 그 중에서도 본 발명의 열전도성 접착제는 평균 섬유 직경이 5∼20㎛ 이며, 또한 평균 섬유 직경에 대한 섬유 직경 분산의 백분율 (CV 치) 이 5∼20 인 것이 바람직한데, 이와 같은 피치계 탄소 섬유 필러를 사용함으로써, 복합체 중에 바람직하게 충전시킬 수 있게 되고, 높은 열전도성을 갖는 접착제를 제공할 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

다음으로, 본 발명의 실시형태에 대해 순차적으로 설명한다.

본 발명은 주사형 전자 현미경에서의 관찰 표면이 실질적으로 평활하고, 육각망면의 성장 방향에서 유래되는 결정자 사이즈가 5nm 이상인 피치계 탄소 섬유 필러 100 중량부에 대해 경화성 수지 25∼1900 중량부를 복합한 열전도성 접착제로서, 당해 열전도성 접착제의 열전도율이 3W/(mㆍK) 이상인 것을 특징으로 하는 열전도성 접착제이다.

본 발명에서 사용하는 피치계 탄소 섬유 필러는, 주사형 전자 현미경에서의 관찰 표면이 실질적으로 평활한 것을 특징으로 한다. 여기서 평활하다는 것은, 주사형 전자 현미경에 의한 관찰에 있어서, 표면의 요철이 확인되지 않은 것, 표면의 균열이 확인되지 않은 것, 및 필러의 균열이 확인되지 않은 것을 의미한다. 여기서, 실질적으로 평활하다는 것은, 예를 들어 전자 현미경에서의 관찰에 있어서, 시야 중 (배율 1000) 에 상기 결함부가 10 군데 이하이면, 포함되어 있어도 된다는 것을 말한다.

사용하는 피치계 탄소 섬유 필러에 있어서, 주사형 전자 현미경에서의 관찰 표면이 실질적으로 평활하면, 피치계 탄소 섬유 필러와 경화성 수지를 혼합하여 열전도성 접착제를 제조했을 경우, 피치계 탄소 섬유 필러와 경화성 수지의 상호 작용이 작아지고, 그 결과, 열전도성 접착제의 점도가 작아져, 핸들링성이 향상되거나 열전도성 충전제의 고충전이 가능해진다. 반대로, 피치계 탄소 섬유 필러가 평활하지 않으면, 피치계 탄소 섬유 필러와 경화성 수지의 상호 작용이 커져, 그 결과, 열전도성 접착제의 점도가 커져, 핸들링성이 저하된다.

이와 같이 관찰 표면이 실질적으로 평활한 피치계 탄소 섬유 필러를 포함하는 접착제를 얻는 방법으로는, 1) 피치 섬유를 분쇄하여 소성하고, 이어서 흑연화시킴으로써 피치계 단섬유 필러를 얻어, 그것을 경화성 수지에 혼입시키는 방법과, 2) 피치 섬유로 이루어지는 매트를 소성하고, 이어서 흑연화시킴으로써 얻어지는 섬유끼리가 교락된 상태의 3 차원 랜덤 매트상 탄소 섬유 필러를 얻어, 그것을 경화성 수지와 복합시키는 방법을 바람직하게 들 수 있다.

이들 방법에 의해 피치계 탄소 섬유 필러를 얻음으로써, 피치계 탄소 섬유 필러의 결손을 억제할 수 있다. 이것에 대해, 흑연화하여 탄소 섬유를 얻은 후에 분쇄하면, 피치계 탄소 섬유 필러의 결손이 많아진다.

본 발명에서 사용하는 피치계 탄소 섬유 필러는, 육각망면의 성장 방향에서 유래되는 결정자 사이즈가 5nm 이상인 것이 필요하다. 육각망면의 성장 방향에서 유래되는 결정자 사이즈는 공지된 방법에 의해 구할 수 있고, X 선 회절법에서 얻어지는 탄소 결정의 (110) 면으로부터의 회절선에 의해 구할 수 있다. 결정자 사이즈가 중요해지는 이유는, 열전도를 주로 포논이 담당하고, 포논을 발생시키는 것이 결정이기 때문이다. 보다 바람직하게는 20nm 이상이며, 더욱 바람직하게는 30nm 이상이다.

본 발명에서 사용하는 피치계 탄소 섬유 필러의 평균 섬유 직경은 5∼20㎛ 인 것이 바람직하다. 5㎛ 이하인 경우에는, 매트의 형상을 유지할 수 없게 되는 경우가 있어, 생산성이 나쁘다. 섬유 직경이 20㎛ 를 초과하면, 불융화 공정에서의 불균일이 커져 부분적으로 융착이 일어나거나 하는 부분이 발생한다. 보다 바람직하게는 5∼15㎛ 이며, 더욱 바람직하게는 8∼12㎛ 이다.

또한, 평균 섬유 직경에 대한 섬유 직경 분산의 백분율로서 구해지는 CV 치는 5∼20 인 것이 바람직하다. CV 치가 5 미만인 경우, 경화 수지 중의 필러의 충전 상태가 나빠지는 경우가 있다. 이 점의 요인으로는 섬유 직경의 분산이 적은 것을 사용하면 충전시에 발생하는 필러의 간극이 커져 버린다는 것을 들 수 있다. 또한, CV 치가 20 을 초과하면 불융화로 트러블을 일으키거나, 직경이 20㎛ 이상인 섬유가 증가될 가능성이 높아지는 등, 생산성의 관점에서 바람직하지 않다.

이와 같이 CV 치로 표현할 수 있는 섬유 직경의 분포를 가짐으로써, 경화 수지 중에 효율적으로 필러를 충전할 수 있다. 그러기 위해서는, 섬유 직경의 CV 치는 8∼15 가 더욱 바람직하다.

또한 CV 치는 이하와 같이 구한다.

[수학식 1]

또한, 1) 의 방법에 있어서는 피치계 탄소 섬유 필러의 평균 길이가 5∼6000㎛ 인 것이 바람직하다. 5㎛ 를 밑돌면 섬유로서의 특징을 잃어, 충분한 열전도도를 발휘할 수 없는 경우가 있다. 한편, 6000㎛ 를 초과하면 섬유의 교락이 현저하게 증대되고, 열전도성 접착제의 점도가 높아져 핸들링이 곤란해지는 경우가 있다. 보다 바람직하게는 10∼3000㎛, 더욱 바람직하게는 20∼1000㎛ 이며, 가장 바람직하게는 30∼250㎛ 이다. 또한, 본원 발명의 피치계 탄소 섬유 필러에서는 평균 섬유 길이가 500㎛ 를 초과하여도, 섬유 직경 분포와 표면의 평활성으로 인해 효율적으로 충전할 수 있다. 1) 의 방법에 있어서는 섬유 길이가 짧고, 섬유 직경에 분포가 있음으로써 접착제 중의 피치계 탄소 단섬유 필러의 충전 상태를 높일 수 있고, 보다 바람직하게는 피치계 탄소 섬유 필러 100 중량부에 대해 경화성 수지 25∼400 중량부, 보다 바람직하게는 경화성 수지 40∼230 중량부, 더욱 바람직하게는 경화성 수지 40∼230 중량부를 복합함으로써, 우수한 열전도성 접착제를 제공할 수 있다.

또한, 2) 의 방법에 있어서는 3 차원 랜덤 매트상 탄소 섬유에 대해, 그 피치계 탄소 섬유 필러의 평균 길이가 50∼1000mm 인 것이 바람직하다. 평균 길이가 50mm 를 밑돌면 섬유의 교락이 나빠져, 효과적으로 열전도성을 발휘할 수 없다. 한편, 1000mm 를 초과하면 섬유의 교락이 현저하게 증대되어, 핸들링이 곤란해진다. 보다 바람직한 평균 길이는 50∼500mm, 더욱 바람직하게는 50∼300mm 이다.

접착제 내에서의 탄소 섬유의 교락은, 경화 후의 접착제의 표면을 광학 현미경 등으로 관찰함으로써 확인할 수 있다. 또한, 교락 상태를 보다 섬세하게 관찰하려면, 경화성 전의 수지를 제거하여 광학 현미경 등으로 관찰함으로써 확인할 수 있다. 또한, 3 차원 랜덤 매트상 탄소 섬유는 수지와 혼합할 때, 어느 정도의 접촉을 남기면서 섬유끼리의 거리가 점점 멀어지고, 접착제 내에서 분산된다.

이 방법에서는 탄소 섬유의 교락이 있음으로써, 탄소 섬유가 3 차원적으로 접촉할 수 있어, 효과적으로 열전도를 발휘할 수 있다. 한편, 핸들링성이 약간 손상된다는 점에서 접착제 중의 피치계 탄소 섬유 필러의 함유량은 낮아진다. 피치계 탄소 섬유 필러 100 중량부에 대해 경화성 수지 150∼1900 중량부로 하는 것이 핸들링성에 있어서는 바람직하다.

본 발명의 열전도성 접착제의 열전도율은 공지된 방법에 의해 측정할 수 있는데, 그 중에서도, 프로브법, 핫 디스크법, 레이저플래시법이 바람직하고, 특히 프로브법이 간이적이고 바람직하다. 일반적으로 탄소 섬유 그 자체의 열전도도는 수백 W/(mㆍK) 인데, 접착제 등 복합체로 하면, 결함의 발생ㆍ공기의 혼입ㆍ예기치 못한 공극의 발생에 의해, 열전도율은 급격히 저감된다. 따라서, 열전도성 접착제로서의 열전도율은 실질적으로 2W/(mㆍK) 를 초과하는 것이 곤란한 것으로 되어 있다. 그러나, 본 발명에서는 관찰 표면이 실질적으로 평활한 피치계 탄소 섬유 필러를 사용함으로써 이것을 해결하고, 접착제로서 3W/(mㆍK) 이상을 실현하였다. 보다 바람직하게는 10W/(mㆍK) 이상이며, 더욱 바람직하게는 15W/(mㆍK) 이상이다.

이하 본 발명에서 사용되는 피치계 탄소 섬유 필러의 구체적 제조법에 대해 서술한다.

본 발명에서 사용되는 피치계 탄소 섬유 필러의 원료로는, 예를 들어, 나프탈렌이나 페난트렌과 같은 축합 다환 탄화수소 화합물, 석유계 피치나 석탄계 피치와 같은 축합 복소환 화합물 등을 들 수 있다. 그 중에서도 나프탈렌이나 페난트렌과 같은 축합 다환 탄화수소 화합물이 바람직하고, 특히 광학적 이방성 피치, 즉 메소페이즈 피치가 바람직하다. 이들은, 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 적절히 조합시켜 사용해도 되는데, 메소페이즈 피치를 단독으로 사용하는 것이 탄소 섬유의 열전도성을 향상시키는데 있어서 특히 바람직하다.

원료 피치의 연화점은 메트라법에 의해 구할 수 있고, 250℃ 이상 350℃ 이하가 바람직하다. 연화점이 250℃ 보다 낮으면 불융화시에 섬유끼리의 융착이나 큰 열수축이 발생한다. 또한, 350℃ 보다 높으면 피치의 열분해가 발생하여 실 형상으로 되기 어려워진다.

원료 피치는 용융 후, 노즐로부터 토출하고 이것을 냉각시키는 것에 의한 용융 방사에 의해 섬유화할 수 있다. 방사 방법으로서 특별히 한정되지는 않지만, 구체적으로는 구금으로부터 토출된 피치를 와인더로 잡아당기는 통상적인 방사법, 열풍을 아토마이징원으로서 사용하는 멜트 블로우법, 원심력을 이용하여 피치를 잡아당기는 원심 방사법 등을 들 수 있는데, 생산성의 높이나 제어성에서 멜트브로우법을 사용하는 것이 바람직하다.

원료 피치는 용융 방사된 후, 불융화, 소성, 필요에 따라 분쇄를 거쳐 마지막에 흑연화시킴으로써 피치계 탄소 섬유 필러로 한다. 분쇄를 실시하지 않는 경우, 3 차원 랜덤 매트상 탄소 섬유가 얻어진다. 이하, 멜트 블로우법을 예를 들어, 각 공정에 대해 설명한다.

본 발명에 있어서는, 피치계 탄소 섬유의 원료가 되는 피치 섬유의 방사 노즐의 형상에 대해서는 특별히 제약은 없지만, 노즐 구멍의 길이와 구멍 직경의 비 (L/D) 가 4 보다 큰 것이 바람직하게 사용된다. 방사시의 노즐의 온도에 대해서도 특별히 제약은 없고, 안정적인 방사 상태를 유지할 수 있는 온도, 즉, 방사 피치의 점도가 2∼50PaㆍS, 바람직하게는 5∼25PaㆍS 가 되는 온도이면 된다.

노즐 구멍으로부터 출사 (出絲) 된 피치 섬유는, 100∼350℃ 로 가온된 매분 100∼10000m 의 선속도의 가스를 세화점 (細化点) 근방에 분무함으로써 단섬유화된다. 분무되는 가스는 공기, 질소, 아르곤을 사용할 수 있는데, 비용 퍼포먼스 면에서 공기가 바람직하다.

피치 섬유는 철망 벨트 상에 포집되어 연속적인 매트상으로 되고, 또한 크로스랩됨으로써 3 차원 랜덤 매트가 된다.

3 차원 랜덤 매트란 크로스랩되어 있는 것에 더하여, 피치 섬유가 3 차원적으로 교락되어 있는 매트를 말한다. 교락이란 섬유끼리가 접촉하면서 얽혀 있는 상태이며, 어느 정도 섬유 자체는 자유도가 있는 상태이다. 그 때문에, 수지와 혼합된 경우에는, 수지 중에서 섬유끼리의 거리가 멀어지면서 접촉점을 남기면서 분산된다. 섬유끼리가 융착되어 망상으로 되고, 변형이나 외력에 응할 수 없는 것과는 상이한 상태이다. 이 교락은, 노즐로부터, 철망 벨트에 도달하는 동안에 침니(chimney)라고 불리는 통에 있어서 달성된다. 선상의 섬유가 입체적으로 교락되기 때문에, 통상적으로 1 차원적인 거동밖에 나타내지 않는 섬유의 특성이 입체에 있어서도 반영되게 된다.

이와 같이 하여 얻어진 피치 섬유로 이루어지는 3 차원 랜덤 매트는, 공지된 방법으로 불융화시킬 수 있다. 불융화는 공기, 혹은 오존, 이산화질소, 질소, 산소, 요오드, 브롬을 공기에 첨가한 가스를 사용하여 200∼350℃ 에서 달성된다. 안전성, 편리성을 고려하면 공기 중에서 실시하는 것이 바람직하다.

또한, 불융화된 피치 섬유는, 진공 중, 혹은 질소, 아르곤, 크립톤 등의 불활성 가스 중에서 600∼1500℃ 에서 소성된다. 소성은 상압에서, 또한 비용이 저렴한 질소 중에서 실시되는 경우가 많다.

불융화 후 혹은 소성 후, 얻어진 섬유를 분쇄하여 1) 의 방법에 있는 피치계 단섬유 필러를 얻을 수 있다. 그 중에서도 대부분은 소성 후에 분쇄된다. 분쇄는 공지된 방법에 의해 실시할 수 있다. 구체적으로는, 볼 밀, 제트 밀, 크러셔 등을 사용할 수 있다. 분쇄되지 않은 경우, 2) 의 방법에 있는 3 차원 랜덤 매트상 탄소 섬유가 된다.

소성에 이어 2000∼3500℃ 에서 흑연화된다. 보다 바람직하게는 2300∼3500℃ 이다. 흑연화는 사용하는 노 (爐) 의 형식에 따라, 불활성 가스의 종류를 변경하는 것이 일반적이다. 흑연화시에, 흑연성 도가니에 넣어 처리하면, 외부로부터의 물리적, 화학적 작용을 차단할 수 있어 바람직하다. 흑연제 도가니는 상기의 피치계 탄소 섬유 필러를 원하는 양을 넣을 수 있는 것이면 크기, 형상에 제약은 없으나, 흑연화 처리 중 또는 냉각 중에 노내의 산화성 가스, 또는 수증기와의 반응에 의한 피치계 탄소 섬유 필러의 손상을 방지하기 위해, 덮개가 부착된 기밀성이 높은 것을 바람직하게 이용할 수 있다.

또한, 경화성 수지에 혼련하기 전에 피치계 탄소 섬유 필러는 전해산화 등에 의한 산화 처리나 커플링제나 사이징제로 처리함으로써, 표면을 개질시킨 것을 사용할 수도 있다. 또한, 무전해 도금법, 전해 도금법, 진공 증착, 스퍼터링, 이온 플레이팅 등의 물리적 증착법, 화학적 증착법, 도장, 침지, 미세 입자를 기계적으로 고착시키는 메카노케미칼법 등의 방법에 의해 금속이나 세라믹스를 표면에 피복시킨 것이어도 된다.

또한, 본 발명의 열전도성 접착제에 있어서는 추가로 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 아연, 질화 붕소, 질화 알루미늄, 산화 질화 알루미늄, 석영, 및 수산화 알루미늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 무기 필러를 첨가제로서 첨가해도 상관없다.

열전도성 접착제의 전기 절연성을 제어하고자 하는 경우에는, 전기 절연성의 무기 필러를 첨가할 수 있다. 구체적으로는 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 아연 등의 금속 산화물, 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘 등의 금속 수산화물, 질화 붕소, 질화 알루미늄 등의 금속 질화물 등을 들 수 있고, 이들 중에서 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 아연, 질화 붕소, 질화 알루미늄, 산화 질화 알루미늄, 석영, 수산화 알루미늄을 바람직하게 사용할 수 있다. 이들 무기 필러는 단독으로 사용해도 되고, 또 2 종 이상으로 사용해도 된다. 또 무기 필러의 첨가량으로는, 피치계 탄소 섬유 필러 100 중량부에 대해 1∼2500 중량부의 범위에서 첨가할 수 있고, 바람직하게는 1∼500 중량부의 범위, 더욱 바람직하게는 1∼50 중량부의 범위에서 첨가할 수 있다. 상기 범위를 일탈했을 경우, 접착제의 핸들링성이 저하되거나, 혹은 원하는 전기 절연성이 얻어지지 않거나 하는 문제가 있기 때문에 바람직하지 않다.

한편, 열전도성 접착제의 전기 전도성을 제어하고자 하는 경우에는, 금속이나 그 합금, 흑연 등의 도전성 필러를 첨가할 수 있다. 즉, 본 발명의 열전도성 접착제에 있어서는, 피치계 탄소 섬유 필러 100 중량부에 대해, 1∼500 중량부의 마그네슘, 금, 은, 구리, 알루미늄, 철, 및 흑연으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 도전성 필러를 첨가제로서 첨가해도 상관없다. 그 중에서도 흑연은, 인편상 형상, 팽창 흑연, 천연 흑연, 팽창 흑연의 압연품 등을 적절히 사용할 수 있다. 또한, 도전성 필러의 첨가량으로는, 피치계 탄소 섬유 필러 100 중량부에 대해 1∼2500 중량부의 범위에서 첨가할 수 있고, 바람직하게는 1∼500 중량부의 범위, 더욱 바람직하게는 1∼50 중량부의 범위에서 첨가할 수 있다. 상기 범위를 일탈했을 경우, 접착제의 핸들링성이 저하되거나, 혹은 원하는 전기 전도성이 얻어지지 않거나 하는 문제가 발생하는 경우가 있다.

경화 전의 접착제의 점도는 쉬어 레이트 1.7 (1/s) 일 때, 5∼150PaㆍS (50∼1500poise) 인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 10∼100PaㆍS (100∼1000poise) 이다. 5PaㆍS (50poise) 미만일 때에는 접착제의 유동성이 지나치게 높아, 바로 흘러나가 접착제로서 적합하지 않다. 150PaㆍS (1500poise) 를 초과하면, 유동성이 지나치게 낮아 박엽화가 곤란해진다. 그러나, 박엽화가 필요하지 않은 경우에는, 최대로 500PaㆍS 까지 점도를 올려도 상관없다. 보다 바람직하게는 300PaㆍS 정도까지의 증점으로 억제하는 것이 바람직하다. 또한, 점도는 공지된 방법을 사용하여 측정할 수 있는데, 구체적으로는 B 형 점도계를 사용하여 측정할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 경화성 수지는 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, 폴리이미드계 수지, 우레탄 수지의 어느 것인 것이 바람직하다. 아크릴 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 우레탄 수지는, 기밀성, 절연성 등의 특성이 구비된 것이다. 이들을 매트릭스로 함으로써 신뢰성이 높은 열전도성 접착제가 얻어진다.

이들 매트릭스는, 공기 중의 수분, 열, 자외선, 경화제 등으로 경화시킴으로써 접착력을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에서 사용하는 경화 전의 경화성 수지의 점도는 쉬어 레이트 1.7 (1/s) 일 때, 0.01∼10PaㆍS (0.1∼100poise) 인 것이 바람직하다. 0.01Paㆍs 보다 낮으면 수지가 접착제로부터 비어져 나오기 쉬워지고, 10Paㆍs 보다 커지면 접착제로 했을 때에 점도가 대폭 높아져, 핸들링성이 저하되거나 고충전하는 것이 곤란해진다. 그 중에서도 0.05∼2Paㆍs 인 것이 바람직하다. 또한, 점도는 공지된 방법에 의해 측정할 수 있는데, 구체적으로는 B 형 점도계에 의해 측정할 수 있다.

본 발명의 열전도성 접착제는, 상기 여러 재료를 만능 혼합 교반기, 니더 등으로 혼련함으로써 제조할 수 있다. 또한, 각 수지를 용해시킬 수 있는 용제로 점도를 조정할 수 있다.

본 발명의 열전도성 접착제의 용도는 특별히 크게 한정되지는 않지만, 예를 들어 발열이 큰 전자 부품, 구체적으로는 고도 집적 회로 (MPU, CPU 등), 전력 디바이스 (파워트랜지스터, IGBT 등), 트랜스, 발광 디바이스 (LED, 레이저다이오드, 레이저 등) 등의 방열 대책으로서 바람직하게 사용되고, 예를 들어, 이들 디바이스 (혹은 칩) 와 회로 기판, 히트싱크, 히트파이프 등과의 사이에 협지하여 배치함으로써 방열 효율을 높일 수 있다. 그리고, 이들 방열 대책에 의해, 디바이스의 오동작을 저감시켜, 장기 수명화를 실현시킬 수 있다.

또한, 각종 온도 센서, 가열 냉각 장치 (히터, 히트파이프, 페르체 소자 등) 에 있어서, 센서나 디바이스와 주위 사이의 열전도 효율을 높이는 목적으로도 이용할 수 있다. 또한, 본 발명의 열전도성 접착제는 전기 전도성도 가지고 있기 때문에, 땜납 등 대신에, 이들 디바이스의 전기 접점을 고정시키는 목적이나, 배선 회로나 회로 소자 등을 인쇄 형성하는 데 사용하는 도전 페이스트나, 적층 회로 기판의 스루홀, 비아홀의 충전제 등으로도 이용할 수 있다.

또한, 본 발명의 열전도성 접착제는, 접착제층 단체를 경화 혹은 반경화시켜 자립성 필름을 얻을 수도 있다. 이들은 열전도성으로 도전성의 접착 테이프, 필름 등으로서 사용할 수 있고, 디바이스 (혹은 칩) 나 전기 접점의 고정용 필름, 혹은, 비아홀 형성용 드라이 필름 레지스트 등으로서 사용할 수 있다.

이하에 실시예를 나타내지만, 본 발명은 이들에 제한되는 것은 아니다.

또한, 본 실시예에 있어서의 각 값은, 이하의 방법에 따라 구하였다.

(1) 피치계 탄소 섬유 필러의 평균 섬유 직경은, 흑연화를 거친 피치계 탄소 섬유 필러를 JIS R7607 에 준하여, 광학 현미경 하에서 스케일을 사용하여 60 개 측정하고, 그 평균치로부터 구하였다. 동시에 하기 식 (1) 로부터 CV 치를 구하였다.

[수학식 2]

(2) 피치계 탄소 섬유 필러의 평균 길이는 흑연화를 거친 피치계 탄소 섬유 필러를 광학 현미경 하에 스케일을 사용하여 2000 개 측정하여, 평균치를 구하였다.

(3) 피치계 탄소 섬유 필러의 결정자 사이즈는 X 선 회절에 나타나는 (110) 면으로부터의 반사를 측정하여, 학진법으로 구하였다.

(4) 피치계 탄소 섬유 필러 표면은 주사형 전자 현미경으로 관찰하고, 배율 1000 의 시야 중에서의 결함부를 카운트하였다.

(5) 열전도성 접착제의 열전도율은 접착제를 레퍼런스 플레이트 상에 1mm 두께로 도포하고, 얻어진 열전도성 접착제 경화물에 대해 쿄토 전자 제조 QTM-500 을 사용하여 프로브법으로 구하였다.

(6) 열전도성 접착제의 전기 전도율은, 다이아인스트루먼트의 로레스타 EP (고전기 전도도 영역), 및 하이레스타 (저전기 전도도 영역) 로 측정하였다.

［실시예 1］

축합 다환 탄화수소 화합물로 이루어지는 피치를 주원료로 하였다. 광학적 이방성 비율은 100%, 연화점이 283℃ 이었다. 직경 0.2mmφ 의 구멍의 캡을 사용하여, 슬릿으로부터 가열 공기를 매분 5500m 의 선속도로 분출시키고, 용융 피치를 견인하여 평균 직경 14.5㎛ 의 피치계 단섬유를 제조하였다. 피치의 용융 점도는 8Paㆍs 이었다. 방출된 섬유를 벨트 상에 포집하여 매트로 하고, 추가로 크로스랩핑으로 단위 면적당 중량 320g/㎡ 의 피치계 단섬유로 이루어지는 3 차원 랜덤 매트로 하였다.

이 3 차원 랜덤 매트를 공기 중에서 170℃ 내지 285℃ 까지 평균 승온 속도 6℃／분으로 승온시켜 불융화를 실시하였다. 불융화된 3 차원 랜덤 매트를 800℃ 에서 소성 후, 볼 밀로 분쇄하여, 3000℃ 에서 흑연화하였다. 흑연화 후의 피치계 탄소 섬유 필러의 평균 섬유 직경은 평균으로 9.8㎛, 섬유 직경 평균에 대한 섬유 직경 분산의 비 (CV 치) 는 12% 이었다. 평균 섬유 길이는 50㎛ 이었다. 육각망면의 성장 방향에서 유래되는 결정자 사이즈는 17nm 이었다. 피치계 탄소 섬유 필러 표면을 주사형 전자 현미경으로 관찰한 결과, 배율 1000 의 시야 중에서의 결함부의 수는 6 이며, 실질적으로 평활하였다.

피치계 탄소 단섬유 필러를 35 중량부, 2 액 경화성 아크릴계 수지 (닛폰 촉매사 제조 상품명 「아크리셋트 8087」) 65 중량부의 반량의 주액을 플래니터리믹서를 사용하여 30 분간 혼합하면서 진공 탈포하여 접착제를 제조하였다. 이것에 「아크리셋트 8087」의 나머지 반량의 경화제를 넣고, 얻어진 열전도성 접착제 경화물의 열전도율을 측정한 결과, 6.1W/(mㆍK) 이었다. 전기 전도도는 1.5× 10⁴Ω／□ (Ω／sq.) 이었다.

［실시예 2］

실시예 1 과 동일한 수법으로 피치계 탄소 섬유 필러를 제조하였다.

피치계 탄소 섬유 필러를 35 중량부, 2 액 경화성 에폭시계 수지 (재팬 에폭시 레진사 제조 상품명 「에피코트 871」) 65 중량부의 반량을 플래니터리믹서를 사용하여 30 분간 혼합하면서 진공 탈포하여 접착제를 제조하였다. 나머지 반량의 경화제 「에피큐어 113」을 사용하여 경화시켜 얻어진 열전도성 접착제 경화물의 열전도율을 측정한 결과, 6.8W/(mㆍK) 이었다. 전기 전도도는 2.2×10⁴Ω／□(Ω／sq.) 이었다.

［실시예 3］

피치계 탄소 섬유 필러를 35 중량부, 2 액 경화성 실리콘계 수지 (토오레 다우 실리콘사 제조 상품명 「SD4570」) 65 중량부의 반량의 주액을 플래니터리믹서를 사용하여 30 분간 혼합하면서 진공 탈포하여 접착제를 제조하였다. 이것에 「SD4570」의 나머지 반량의 경화제를 넣고, 얻어진 열전도성 접착제 경화물의 열전도율을 측정한 결과, 5.9W/(mㆍK) 이었다. 전기 전도도는 1.8×10⁴Ω／□(Ω／sq.) 이었다.

［실시예 4］

피치계 탄소 섬유 필러를 35 중량부, 열경화성 폴리이미드계 수지 (우베 흥산사 제조 상품명 「U-바니시-A」) 65 중량부를 플래니터리믹서를 사용하여 30 분간 혼합하면서 진공 탈포하여 접착제를 제조하였다.

160℃ 에서 열경화시켜 얻어진 열전도성 접착제 경화물의 열전도율을 측정한 결과, 6.0W/(mㆍK) 이었다. 전기 전도도는 1.9×10⁴Ω／□(Ω／sq.) 이었다.

［실시예 5］

피치계 탄소 섬유 필러를 35 중량부, 열경화성 우레탄계 수지 (다이니치세이카사 제조 상품명 「세이카본드」) 65 중량부를 플래니터리믹서를 사용하여 30 분간 혼합하면서 진공 탈포하여 접착제를 제조하였다.

100℃ 에서 열경화시켜 얻어진 열전도성 접착제 경화물의 열전도율을 측정한 결과, 6.2W/(mㆍK) 이었다. 전기 전도도는 2.1×10⁴Ω／□ (Ω／sq.) 이었다.

［실시예 6］

피치계 탄소 섬유 필러를 25 중량부, 질화 붕소를 10 중량부, 2 액 경화성 에폭시계 수지 (재팬 에폭시 레진사 제조 상품명 「에피코트 871」) 65 중량부의 반량을 플래니터리믹서를 사용하여 30 분간 혼합하면서 진공 탈포하여 접착제를 제조하였다.

나머지 반량의 경화제 「에피큐어 113」을 사용하여 경화시켜 얻어진 열전도 성 접착제 경화물의 열전도율을 측정한 결과, 5.9W/(mㆍK) 이었다. 전기 전도도는 1.5×10⁷Ω／□(Ω／sq.) 이었다.

［실시예 7］

피치계 탄소 섬유 필러를 25 중량부, 은 가루를 10 중량부, 2 액 경화성 에폭시계 수지 (재팬 에폭시 레진사 제조 상품명 「에피코트 871」) 65 중량부를 플래니터리믹서를 사용하여 30 분간 혼합하면서 진공 탈포하여 접착제를 제조하였다.

경화제 「에피큐어 113」을 사용하여 경화시켜 얻어진 열전도성 접착제 경화물의 열전도율을 측정한 결과 6.3W/(mㆍK) 이었다. 전기 전도도는 1.9×10²Ω／□(Ω／sq.) 이었다.

［실시예 8］

피치계 탄소 섬유 필러를 30 중량부, 알루미나 90 중량부, 2 액 경화성 실리콘계 수지 (토오레 다우 실리콘사 제조 상품명 「SD4570」) 70 중량부의 반량의 주액을 플래니터리믹서를 사용하여 30 분간 혼합하면서 진공 탈포하여 접착제를 제조하였다. 이것에 「SD4570」의 나머지 반량의 경화제를 넣고, 얻어진 열전도성 접착제 경화물의 열전도율을 측정한 결과, 5.2W/(mㆍK) 이었다. 전기 전도도는 4.9×10⁸Ω／□(Ω／sq.) 이었다.

［실시예 9］

피치계 탄소 섬유 필러를 30 중량부, 산화 아연 120 중량부, 2 액 경화성 실리콘계 수지 (토오레 다우 실리콘사 제조 상품명 「SD4570」) 70 중량부의 반량의 주액을 플래니터리믹서를 사용하여 30 분간 혼합하면서 진공 탈포하여 접착제를 제조하였다. 이것에 「SD4570」의 나머지 반량의 경화제를 넣고, 얻어진 열전도성 접착제 경화물의 열전도율을 측정한 결과, 6.8W/(mㆍK) 이었다. 전기 전도도는 7.2×10⁸Ω／□(Ω／sq.) 이었다.

［실시예 10］

피치계 탄소 섬유 필러를 30 중량부, 구리 가루를 140 중량부, 2 액 경화성 에폭시계 수지 (재팬 에폭시 레진사 제조 상품명 「에피코트 871」) 70 중량부를 플래니터리믹서를 사용하여 30 분간 혼합하면서 진공 탈포하여 접착제를 제조하였다.

경화제 「에피큐어 113」을 사용하여 경화시켜 얻어진 열전도성 접착제 경화물의 열전도율을 측정한 결과 10.5W/(mㆍK) 이었다. 전기 전도도는 1.9×10¹Ω／□(Ω／sq.) 이었다.

［실시예 11］

피치계 탄소 섬유 필러를 30 중량부, 알루미늄 가루를 40 중량부, 2 액 경화 성 에폭시계 수지 (재팬 에폭시 레진사 제조 상품명 「에피코트 871」) 70 중량부를 플래니터리믹서를 사용하여 30 분간 혼합하면서 진공 탈포하여 접착제를 제조하였다.

경화제 「에피큐어 113」을 사용하여 경화시켜 얻어진 열전도성 접착제 경화물의 열전도율을 측정한 결과 9.3W/(mㆍK) 이었다. 전기 전도도는 4.9×10¹Ω／□(Ω／sq.) 이었다.

［실시예 12］

피치계 탄소 섬유 필러를 100 중량부, 2 액 경화성 에폭시계 수지 (재팬 에폭시 레진사 제조 상품명 「에피코트 871」) 50 중량부를 플래니터리믹서를 사용하여 30 분간 혼합하면서 진공 탈포하여 접착제를 제조하였다.

경화제 「에피큐어 113」을 사용하여 경화시켜 얻어진 열전도성 접착제 경화물의 열전도율을 측정한 결과 22.6W/(mㆍK) 이었다. 전기 전도도는 1.5×10⁰Ω／□(Ω／sq.) 이었다.

［실시예 13］

실시예 1 과 동일한 수법으로 분쇄를 가하지 않고, 피치계 3 차원 랜덤 매트상 탄소 섬유를 제조하였다. 흑연화 후의 피치계 3 차원 랜덤 매트상 탄소 섬유의 평균 섬유 직경은 평균으로 9.8㎛, 섬유 직경 평균에 대한 섬유 직경 분산의 비는 12% 이었다. 평균 실 길이는 200mm 이었다. 육각망면의 성장 방향에 서 유래되는 결정자 사이즈는 17nm 이었다. 피치계 탄소 섬유 필러 표면을 주사형 전자 현미경으로 관찰한 결과, 배율 1000 의 시야 중에서의 결함부의 수는 4 이며, 실질적으로 평활하였다.

피치계 3 차원 랜덤 매트상 탄소 섬유를 15 중량부, 2 액 경화성 에폭시계 수지 (재팬 에폭시 레진사 제조 상품명 「에피코트 871」) 85 중량부를 플래니터리믹서를 사용하여 30 분간 혼합하면서 진공 탈포하여 접착제를 제조하였다.

경화제 「에피큐어 113」을 사용하여 경화시켜 얻어진 열전도성 접착제 경화물의 열전도율을 측정한 결과 3.5W/(mㆍK) 이었다. 전기 전도도는 4.5×10¹Ω／□(Ω／sq.) 이었다. 경화 전의 열전도성 접착제로부터 수지를 제거하여 광학 현미경으로 관찰한 결과, 실 길이는 200mm 로 되어 있었으나 섬유끼리의 교락이 관찰되었다.

［실시예 14］

축합 다환 탄화수소 화합물로 이루어지는 피치를 주원료로 하였다. 광학적 이방성 비율은 100%, 연화점이 287℃ 이었다. 직경 0.2mmφ 의 구멍의 캡을 사용하여, 슬릿으로부터 가열 공기를 매분 7500m 의 선속도로 분출시키고, 용융 피치를 견인하여 평균 직경 9.5㎛ 의 피치계 단섬유를 제조하였다. 피치의 용융 점도는 15Paㆍs 이었다. 방출된 섬유를 벨트 상에 포집하여 매트로 하고, 또한, 크로스랩핑으로 단위 면적당 중량 275g/㎡ 의 피치계 단섬유로 이루어지는 3 차원 랜덤 매트로 하였다.

이 3 차원 랜덤 매트를 공기 중에서 170℃ 내지 285℃ 까지 평균 승온 속도 6℃／분으로 승온시켜 불융화를 실시하였다. 불융화된 3 차원 랜덤 매트를 800℃ 에서 소성 후, 볼 밀로 분쇄하고, 3000℃ 에서 흑연화시켰다. 흑연화 후의 피치계 탄소 섬유 필러의 평균 섬유 직경은 평균으로 7.2㎛, 섬유 직경 평균에 대한 섬유 직경 분산의 비 (CV 치) 는 18% 이었다. 평균 섬유 길이는 70㎛ 이었다. 육각망면의 성장 방향에서 유래되는 결정자 사이즈는 30nm 이었다. 피치계 탄소 섬유 필러 표면을 주사형 전자 현미경으로 관찰한 결과, 배율 1000 의 시야 중에서의 결함부의 수는 5 이며, 실질적으로 평활하였다.

피치계 탄소 단섬유 필러를 35 중량부, 2 액 경화성 아크릴계 수지 (닛폰 촉매사 제조 상품명 「아크리셋트 8087」) 65 중량부의 반량의 주액을 플래니터리믹서를 사용하여 30 분간 혼합하면서 진공 탈포하여 접착제를 제조하였다. 이것에 「아크리셋트 8087」의 나머지 반량의 경화제를 넣고, 얻어진 열전도성 접착제 경화물의 열전도율을 측정한 결과, 6.7W/(mㆍK) 이었다. 전기 전도도는 8.7×10³Ω／□(Ω／sq.) 이었다. 섬유 직경의 편차가 크기 때문에, 충전율이 향상되고 열전도성이 높아진 것으로 생각할 수 있다.

［실시예 15］

축합 다환 탄화수소 화합물로 이루어지는 피치를 주원료로 하였다. 광학적 이방성 비율은 100%, 연화점이 287℃ 이었다. 직경 0.2mmφ 의 구멍의 캡을 사용하여, 슬릿으로부터 가열 공기를 분출하지 않고, 용융 피치를 견인하여 평균 직경 18㎛ 의 피치계 섬유를 제조하였다. 방출된 섬유를 벨트 상에 포집하였다. 용융 피치의 점도는 6Paㆍs 이었다.

이 피치계 섬유를 공기 중에서 170℃ 내지 285℃ 까지 평균 승온 속도 6℃／분으로 승온시켜 불융화를 실시하였다. 불융화된 피치계 섬유를 800℃ 에서 소성 후, 볼 밀로 분쇄하고, 3000℃ 에서 흑연화하였다. 흑연화 후의 피치계 탄소 섬유 필러의 평균 섬유 직경은 13.1㎛, 섬유 직경 평균에 대한 섬유 직경 분산의 비 (CV 치) 는 4% 이었다. 평균 섬유 길이는 70㎛ 이었다. 육각망면의 성장 방향에서 유래되는 결정자 사이즈는 14nm 이었다. 피치계 탄소 섬유 필러 표면을 주사형 전자 현미경으로 관찰한 결과, 배율 1000 의 시야 중에서의 결함부의 수는 6 이며, 실질적으로 평활하였다.

피치계 탄소 단섬유 필러를 35 중량부, 2 액 경화성 아크릴계 수지 (닛폰 촉매사 제조 상품명 「아크리셋트 8087」) 65 중량부의 반량의 주액을 플래니터리믹서를 사용하여 30 분간 혼합하면서 진공 탈포하여 접착제를 제조하였다. 이것에 「아크리셋트 8087」의 나머지 반량의 경화제를 넣고, 얻어진 열전도성 접착제 경화물의 열전도율을 측정한 결과, 4.6W/(mㆍK) 이었다. 전기 전도도는 3.4×10⁴Ω／□(Ω／sq.) 이었다. 실시예 14 와 비교하여, 평균 섬유 직경이 굵고, 섬유 직경 분포가 작기 때문에 충전 상태가 나쁘고, 공극이 많아졌기 때문에 열전도율이 작아진 것으로 생각할 수 있다.

［비교예 1］

실시예 1 과 동일한 방법으로 흑연화된 피치계 3 차원 랜덤 매트상 탄소 섬유를 얻은 후에 분쇄하여, 피치계 탄소 섬유 필러를 얻었다. 평균 섬유 직경은 평균으로 9.2㎛, 섬유 직경 평균에 대한 섬유 직경 분산의 비는 15% 이었다. 평균 실 길이는 55㎛ 이었다. 육각망면의 성장 방향에서 유래되는 결정자 사이즈는 17nm 이었다. 피치계 탄소 섬유 필러 표면을 주사형 전자 현미경으로 관찰한 결과, 배율 1000 의 시야 중에서의 결함부의 수는 19 이며, 실질적으로 평활하지 않았다.

여기서 얻어진 열전도성 접착제는, 점도가 매우 높고 열전도성 접착제를 평활하게 레퍼런스 플레이트 상에 도포할 수 없었다.

［비교예 2］

피치계 탄소 섬유 필러를 3 중량부, 2 액 경화성 아크릴계 수지 (닛폰 촉매사 제조 상품명 「아크리셋트 8087」) 97 중량부의 반량의 주액을 플래니터리믹서를 사용하여 30 분간 혼합하면서 진공 탈포하여 접착제를 제조하였다. 이것에 「아크리셋트 8087」의 나머지 반량의 경화제를 넣고, 얻어진 열전도성 접착제 경화물의 열전도율을 측정한 결과, 0.5W/(mㆍK) 이었다. 전기 전도도는 1.9×10⁹ Ω／□(Ω／sq.) 이었다.

［비교예 3］

피치계 탄소 섬유 필러의 흑연화 온도를 1300℃ 로 한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 수법으로 피치계 탄소 섬유 필러를 제조하였다. 평균 섬유 직경은 평균으로 10.6㎛, 섬유 직경 평균에 대한 섬유 직경 분산의 비는 12% 이었다. 평균 실 길이는 70㎛ 이었다. 육각망면의 성장 방향에서 유래되는 결정자 사이즈는 결정을 확인할 수 없었기 때문에, 측정할 수 없었다. 피치계 탄소 섬유 필러 표면을 주사형 전자 현미경으로 관찰한 결과, 배율 1000 의 시야 중에서의 결함부의 수는 9 이고, 실질적으로 평활하였다.

피치계 탄소 섬유 필러를 35 중량부, 2 액 경화성 에폭시계 수지 (재팬 에폭시 레진사 제조 상품명 「에피코트 871」) 65 중량부를 플래니터리믹서를 사용하여 30 분간 혼합하면서 진공 탈포하여 접착제를 제조하였다.

경화제 「에피큐어 113」을 사용하여 경화시켜 얻어진 열전도성 접착제 경화물의 열전도율을 측정한 결과 1.4W/(mㆍK) 이었다. 전기 전도도는 4.1×10⁶Ω／□(Ω／sq.) 이었다.

［비교예 4］

실시예 13 과 동일한 방법으로 피치계 3 차원 랜덤 매트상 탄소 섬유를 제조하였다.

피치계 3 차원 랜덤 매트상 탄소 섬유를 3 중량부, 2 액 경화성 에폭시계 수 지 (재팬 에폭시 레진사 제조 상품명 「에피코트 871」) 97 중량부를 플래니터리믹서를 사용하여 30 분간 혼합하면서 진공 탈포하여 접착제를 제조하였다.

경화제 「에피큐어 113」을 사용하여 경화시켜 얻어진 열전도성 접착제 경화물의 열전도율을 측정한 결과 0.8W/(mㆍK) 이었다. 전기 전도도는 7.5×10³Ω／□(Ω／sq.) 이었다.

［비교예 5］

3 차원 랜덤 매트상 탄소 섬유를 불융화하기 전에 질소 분위기 하에서 300℃ 에서 1 시간 가열함으로써 섬유끼리를 융착시킨 것 이외에는, 실시예 13 과 동일한 방법으로 3 차원 랜덤 매트상 탄소 섬유를 제조하였다.

여기서 얻어진 열전도성 접착제는, 점도가 매우 높아 열전도성 접착제를 평활하게 레퍼런스 플레이트 상에 도포할 수 없었다. 경화 전의 열전도성 접착제로부터 수지를 제거하여 광학 현미경으로 관찰한 결과, 섬유는 파쇄되어 있었다.

본 발명의 열전도성 접착제는, 흑연 결정의 확대를 일정 사이즈 이상으로 제어한 피치계 탄소 섬유 필러 표면의 평활성을 이용함으로써, 점도를 억제하고 핸들링성을 높이면서, 높은 열전도성을 발현시킬 수 있게 하고 있다. 또한, 전자 부품용 방열 시트나 열교환기 등에 대한 밀착성을 높이고, 열전도 효율을 높임과 함께, 경량화를 달성할 수 있게 된다.

Claims

주사형 전자 현미경에서의 관찰 표면이 실질적으로 평활하고, 육각망면의 성장 방향에서 유래되는 결정자 사이즈가 5nm 이상인 피치계 탄소 섬유 필러 100 중량부와 경화성 수지 25∼1900 중량부를 복합한 열전도성 접착제로서, 당해 열전도성 접착제의 열전도율이 3W/(mㆍK) 이상인 것을 특징으로 하는 열전도성 접착제.
제 1 항에 있어서,

그 피치계 탄소 섬유 필러가 메소페이즈 피치를 원료로 하고, 평균 섬유 직경이 5∼20㎛ 이며, 또한 평균 섬유 직경에 대한 섬유 직경 분산의 백분율 (CV 치) 이 5∼20 인 열전도성 접착제.
제 1 항에 있어서,

그 피치계 탄소 섬유 필러의 평균 길이가 5∼6000㎛ 인 열전도성 접착제.
제 1 항에 있어서,

그 피치계 탄소 섬유 필러의 평균 길이가 50∼1000mm 이고, 탄소 섬유끼리가 교락된 상태에서 경화성 수지와 복합된 열전도성 접착제.
제 1 항에 있어서,

당해 경화성 수지가 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, 폴리이미드계 수지, 우레탄 수지 중 어느 것인 열전도성 접착제.
제 1 항에 있어서,

열전도재로서 피치계 탄소 섬유 필러 100 중량부에 대해, 1∼500 중량부의 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 아연, 질화 붕소, 질화 알루미늄, 산화 질화 알루미늄, 석영, 및 수산화 알루미늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 무기 필러를 추가로 포함하는 열전도성 접착제.
제 6 항에 있어서,

열전도재로서 피치계 탄소 섬유 필러 100 중량부에 대해, 1∼50 중량부의 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 아연, 질화 붕소, 질화 알루미늄, 산화 질화 알루미늄, 석영, 및 수산화 알루미늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 무기 필러를 추가로 포함하는 열전도성 접착제.
제 1 항에 있어서,

피치계 탄소 단섬유 필러 100 중량부에 대해, 1∼500 중량부의 마그네슘, 금, 은, 구리, 알루미늄, 철, 및 흑연으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 도전성 필러를 추가로 포함하는 열전도성 접착제.
제 8 항에 있어서,

열전도재로서 피치계 탄소 단섬유 필러 100 중량부에 대해, 1∼50 중량부의 마그네슘, 금, 은, 구리, 알루미늄, 철, 및 흑연으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 도전성 필러를 추가로 포함하는 열전도성 접착제.
피치 섬유로 이루어지는 매트를 분쇄하여 소성하고, 이어서 흑연화시킴으로써 피치계 단섬유 필러를 얻고, 그것을 경화성 수지에 혼입시키는 것에 의한 제 3 항에 기재된 열전도성 접착제의 제조 방법.
피치 섬유로 이루어지는 매트를 소성하고, 이어서 흑연화시킴으로써 얻어지는 섬유끼리가 교락된 상태의 3 차원 랜덤 매트상 탄소 섬유 필러를 얻고, 그것을 경화성 수지와 복합시키는 것에 의한 제 4 항에 기재된 열전도성 접착제의 제조 방법.