KR20100126338A - 열전도성 경화물 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

단층 또는 박막 형태로도 취급할 수 있고, 발열 부품 또는 방열 부재에 용이하게 부착될 수 있으며, 박막 형태에서 적절한 점착성 및 열전도율을 나타내는 열전도성 경화물 및 그것의 제조방법이 제공된다. 열전도성 경화물은 (a) 알케닐 라디칼을 갖는 오르가노폴리실록산, (b) 필러의 총 부피를 기준으로 적어도 30부피%의 알루미늄 분말을 함유하는 열전도성 필러, (c) 오르가노하이드로겐폴리실록산, (d) 백금족 금속 촉매, (e) 반응 조절제, 및 (f) 실리콘 수지를 필수 성분으로 포함하는 열전도성 조성물을 실리콘 압력-감응 접착제 이형성 표면을 갖도록 처리한 기판 상에 박막으로서 도포하고, 이 조성물을 경화시킴으로써 제조된다.

Description

열전도성 경화물 및 그 제조방법{HEAT CONDUCTIVE CURED PRODUCT AND MAKING METHOD}
본 발명은 발열 부품의 냉각을 위해서 발열 부품의 열경계면과 방열 부재(예컨대 히트 싱크 또는 회로 기판) 사이에 삽입하는데 적합하게 된 열전도성 경화물 및 경화물의 제조방법에 관한 것이다.
CPU, 드라이버 IC 및 메모리와 같은 LSI 칩, 및 LED와 같은 발광소자가 퍼스널 컴퓨터, DVD 유닛 및 휴대 전화와 같은 전자기기에 사용된다. 이들 전자 부품이 고성능화, 작동의 고속화, 소형화, 고집적화에 맞추어짐에 따라, 이들은 스스로 다량의 열을 발생한다. 그들 자신의 열에 의한 부품의 온도 상승은 부품 자체에 대하여 기능 불량 및 파괴를 유발한다. 작동 중 발열 부품의 온도 상승을 억제하기 위해서, 많은 방열 수단 및 거기에 사용되는 방열 부재가 제안되어 있다.
종래 전자 기기에서는, 통상적으로 작동 중의 발열 부품의 온도 상승을 억제하기 위해서 열전도율이 높은 알루미늄 또는 구리의 금속판 형태의 히트 싱크가 사용된다.이 방열 부재는 발열 부품에 의해 발생하는 열을 전도하고, 주변 공기와의 온도차에 의해서 부재 표면으로부터 열을 방출한다.
발열 부품에 의해 발생하는 열의 방열 부재로의 효율적인 전도를 위해서, 부품과 부재 사이의 작은 틈에 열전도성 재료를 채우는 것이 효과적이다. 사용되는 열전도성 재료는 열전도성 필러가 가득찬 열전도성 시트 및 열전도성 윤활유를 포함한다. 이러한 열전도성 재료를 발열 부품과 방열 부재 사이에 삽입하여, 열전도성 재료를 통한 발열 부품으로부터 방열 부재로의 열전도를 위한 방식을 확립한다.
시트는 윤활유보다 취급하기 용이하므로, 열전도성 실리콘 고무 등으로 만들어진 열전도성 시트가 다양한 용도에 사용된다. 열전도성 시트는 일반적으로 두개의 카테고리, 취급의 용이성을 위해서 선택되는 일반 목적의 시트와 밀착성을 위해 선택되는 저경도 시트로 나누어진다.
이 중 일반 목적의 시트는 대부분의 경우 경도가 타입 A 듀로미터 경도 단위로 적어도 60인 딱딱한 고무로 만들어진다. 약 0.1 mm 정도로 박막 형태의 시트도 개별적으로 취급할 수 있지만, 이들은 표면 점착성이 결여되기 때문에 발열 부품 또는 방열 부재에 대한 부착이 어렵다. 이 문제에 대한 한가지 해결책은 표면 점착화된 시트이다. 구체적으로, 얇은 열전도성 시트의 한면 또는 양면에 이것이 물체에 용이하게 부착될 수 있도록 압력-감응 접착제를 도포한다. 그러나, 도포된 압력-감응 접착제는 열전도성이 충분하지 않기 때문에, 압력-감응 접착제-코팅된 시트는 원하지 않게 코팅되지 않은 시트에 비해 열저항이 상당히 증가한다. 또한, 압력-감응 접착제의 코팅은 시트 두께의 증대를 가져오게 되고, 또한 이 점으로부터 열저항에 불리하게 작용한다.
한편, 저경도 시트는 아스카 C 경도 단위로 60 미만의 경도를 갖는 저경도 열전도성 재료로 형성된다. 이들 시트는 본래 압력-감응 접착제 등을 필요로 하지 않고 어떤 물체에 이들을 부착하는 충분한 정도의 점착성을 갖는다. 그러나, 저경도는 재료에 다량의 가소제를 로딩하거나 단지 가교를 낮은 정도로 행함으로써 달성되므로, 이 재료로부터 박막 형태로 형성된 시트는 강도 및 취급성이 결여된다. 시트는 취급을 용이하게 하기 위해서 일정 수준 이상의 두께를 가져야 한다. 따라서 저경도 시트의 열저항을 감소시키는 것은 어렵다. 또한, 저경도 시트는 원하지않는 오일 블리딩의 경향을 가져서 근방의 발열 부품을 오염시킨다.
이들 결점을 극복하기 위한 한가지 제안은 단층 또는 박막 형태에서도 취급할 수 있고 발열 부품 또는 방열 부재에 쉽게 부착하는데 충분한 점착성을 갖는 압력-감응 접착 테이프이다. 그러나, 최근 발열 부품이 상승적으로 더 많은 양의 열을 발생시킴에 따라, 통상의 압력-감응 접착 테이프는 더이상 충분한 방열 능력을 제공할 수 없다. 방열 능력은 열전도성 필러의 고도 로딩과 같은 수단에 의해 향상될 수 있다. 그러나 열전도성 필러의 고도 로딩은 압력-감응 접착 테이프 자체가 물러지고 사용하기 불편하게 된다는 문제가 발생한다.
본 발명에 관한 특허 문헌은 아래에 열거된다.
인용 목록
특허 문헌 1: JP-A 2005-035264
특허 문헌 2: JP-A 2005-206733
특허 문헌 3: JP-A 2006-182888
특허 문헌 4: JP-A 2006-188610
본 발명의 목적은 단층 또는 박막 형태로도 취급할 수 있고, 어떤 발열 부품 또는 방열 부재에 용이하게 부착될 수 있고, 박막 형태에서도 적절한 점착성 및 열전도성을 나타내는 열전도성 경화물; 및 그것의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 및 다른 목적을 달성하기 위해 예의 연구하였으며, 본 발명자들은 부가 반응 경화형의 실리콘 고무 조성물에 열전도성 필러를 배합하고, 거기에 실리콘 수지를 배합하고, 이 조성물을 실리콘 압력-감응 접착제 이형성 표면을 갖도록 처리한 기판에 박막으로서 도포하고, 이 조성물을 경화시킴으로써 열전도성 경화물이 얻어진다는 것; 이 열전도성 경화물이 실시예에서 설명되는 바와 같이 우수한 표면 점착성, 제어된 블리딩, 기판으로부터의 용이한 박리성, 및 박리 후 취급의 용이성을 갖고, 따라서 발열 부품과 방열 부재의 사이에 삽입하였을 때 발열 부품으로부터의 열을 방열 부재로 전도하기 위한 효과적인 열전달 부재로서 기능한다는 것을 발견하였다.
특히 열전도성 필러가 평균 입자 크기가 0.1 내지 100μm인 알루미늄 분말을 적어도 30부피%의 함유하는 경우, 얻어진 열전도성 경화물은 높은 열전도율 및 현저한 방열 성능을 갖는다.
따라서, 본 발명은 하기 정의하는 바와 같은 열전도성 경화물 및 그것의 제조방법을 제공한다.
[청구항 1]
(a) 알케닐 라디칼을 갖는 오르가노폴리실록산 100 부피부,
(b) 필러의 총 부피를 기준으로 적어도 30부피%의 알루미늄 분말을 함유하는 열전도성 필러 50 내지 1,000 부피부,
(c) 성분 (c)의 중의 규소-결합 수소 원자 대 성분 (a) 중의 알케닐 라디칼의 몰비가 0.5 내지 5.0이 되는 양의 오르가노하이드로겐폴리실록산,
(d) 촉매량의 백금족 금속 촉매,
(e) 유효량의 반응 조절제, 및
(f) 실리콘 수지 50 내지 500 부피부
를 필수 성분으로 포함하는 열전도성 조성물을 실리콘 압력-감응 접착제 이형성 표면을 갖도록 처리한 기판 상에 박막으로서 도포하고, 이 조성물을 경화시킴으로써 제조된 열전도성 경화물.
[청구항 2]
실리콘 수지 (f)는 R1 3SiO1/2 유닛 및 SiO4/2 유닛을 포함하고, 여기서 R1은 지방족 불포화가 없는 치환 또는 미치환 1가 탄화수소 라디칼이고, R1 3SiO1/2 유닛 대 SiO4/2 유닛의 몰비가 0.5 내지 1.5인 청구항 1의 열전도성 경화물.
[청구항 3]
열전도성 조성물이 (g-1) 일반식 (1)을 갖는 알콕시실란 화합물 0.01 내지 50 부피부:
Figure pct00001
(식 중, R2는 각각 독립적으로 C6-C15 알킬기이고, R3은 각각 독립적으로 치환 또는 미치환 1가 C1-C8 탄화수소 라디칼이고, R4는 각각 독립적으로 C1-C6 알킬이고, "a"는 1 내지 3의 정수이고, "b"는 0 내지 2의 정수이고, a＋b는 1 내지 3의 정수이다), 및/또는 (g-2) 일반식 (2)을 갖는 분자쇄의 한 말단에서 트리알콕시실릴 라디칼로 봉쇄된 디메틸폴리실록산 0.01 내지 50 부피부:
Figure pct00002
(식 중, R5는 각각 독립적으로 C1-C6 알킬이고, "c"는 5 내지 100 정수이다)를 더 포함하는 청구항 1 또는 2의 열전도성 경화물.
[청구항 4]
열전도성 조성물이 (h) 일반식 (3)을 갖는 오르가노폴리실록산을 더 포함하고:
Figure pct00003
(식 중, R6는 각각 독립적으로 1가 C1-C18 탄화수소 라디칼이고, "d"는 1.8 내지 2.2의 숫자이다), 상기 오르가노폴리실록산은 25℃에서 10 내지 100,000 mm2/s의 동점도를 갖는 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항의 열전도성 경화물.
[청구항 5]
경화물 두께가 20 내지 1,000μm인 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항의 열전도성 경화물.
[청구항 6]
레이저 플래시 분석에 의해 25℃에서 측정한 열전도율이 적어도 1.5 W/m-K인 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항의 열전도성 경화물.
[청구항 7]
기판이 실리콘 압력-감응 접착제 이형성이 되도록 이형제로 처리되고, 상기 이형제는 그것의 주쇄에 불소화된 치환체 라디칼을 갖는 변성 실리콘인 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항의 열전도성 경화물.
[청구항 8]
(a) 알케닐 라디칼을 갖는 오르가노폴리실록산 100 부피부,
(b) 필러의 총 부피를 기준으로 적어도 30부피%의 알루미늄 분말을 함유하는 열전도성 필러 50 내지 1,000 부피부,
(c) 성분 (c) 중의 규소-결합 수소 원자 대 성분 (a) 중의 알케닐 라디칼의 몰비가 0.5 내지 5.0이 되는 양의 오르가노하이드로겐폴리실록산,
(d) 촉매량의 백금족 금속 촉매,
(e) 유효량의 반응 조절제, 및
(f) 실리콘 수지 50 내지 500 부피부
를 필수 성분으로 포함하는 열전도성 조성물을 실리콘 압력-감응 접착제 이형성 표면을 갖도록 처리한 기판 상에 박막으로서 도포하는 단계 및 이 조성물을 경화시키는 단계를 포함하는, 열전도성 경화물의 제조방법.
본원에 사용된 용어 물질의 "부피부"는 그것의 중량(또는 질량)을 그것의 이론 비중(또는 진비중)으로 나눔으로써 계산된다.
본 발명의 열전도성 경화물은 기판으로부터 부드럽게 박리될 수 있고, 단층 또는 박막 형태로도 취급하기 쉽고, 발열 부품이나 방열 부재에 부착하는데 충분한 점착성을 갖는다. 또한, 발열 부품 또는 방열 부재와 밀접하게 접촉하고, 높은 열전도율을 갖는다. 따라서 우수한 방열 성능을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 열전도성 경화물이 조합되는 발열/방열 어셈블리의 개략 단면 정면도이다.
본 발명의 열전도성 경화물이 제조되는 실리콘 고무 조성물은 필수 성분으로서 (a) 알케닐 라디칼을 갖는 오르가노폴리실록산, (b) 총 부피를 기준으로 적어도 30부피%의 알루미늄 분말을 함유하는 열전도성 필러, (c) 오르가노하이드로겐폴리실록산, (d) 백금족 금속 촉매, (e) 반응 조절제, 및 (f) 실리콘 수지를 함유한다.
성분 (a)는 알케닐 라디칼을 갖는 오르가노폴리실록산, 구체적으로 분자 중의 규소 원자에 각각 부착된 적어도 2개의 알케닐 라디칼을 갖는 오르가노폴리실록산이다. 이것은 부가 반응 경화 시스템에서 베이스 폴리머이다.
오르가노폴리실록산의 분자 구조는 그것이 액체이면 한정되지 않는다. 예컨대, 오르가노폴리실록산은 직쇄, 분기, 또는 부분 분기 직쇄 구조일 수 있고, 직쇄 구조가 바람직하다. 알케닐 라디칼은 통상적으로 탄소원자가 2 내지 8개인 것, 예컨대 비닐, 알릴, 프로페닐, 이소프로페닐, 부테닐, 헥세닐 및 시클로헥세닐이다. 그 중에서도 비닐 및 알릴과 같은 저급 알케닐 라디칼이 바람직하고, 비닐이 가장 바람직하다. 알케닐 라디칼은 분자쇄 말단의 규소 원자 및 분자쇄 중간의 규소 원자 중 어느 것에 부착될 수 있다. 알케닐 라디칼은 분자쇄 말단의 규소 원자에만 부착되어 포함되는 것이 경화물이 보다 유연해지므로 바람직하다.
성분 (a) 중의 알케닐 라디칼 이외에 규소-결합 라디칼은 통상적으로 치환 또는 미치환 1가 탄화수소 라디칼, 구체적으로 탄소 원자가 1개 내지 10개인 것, 보다 구체적으로 탄소 원자가 1개 내지 6개인 것, 예컨대 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, tert-부틸, 펜틸, 네오펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실 및 도데실과 같은 알킬 라디칼, 시클로펜틸, 시클로헥실 및 시클로헵틸과 같은 시클로알킬 라디칼, 페닐, 톨릴, 크실릴, 나프틸 및 비페닐릴과 같은 아릴 라디칼, 벤질, 페닐에틸, 페닐프로필 및 메틸벤질과 같은 아랄킬 라디칼, 및 수소 원자의 일부 또는 전부가 불소, 염소 및 브롬과 같은 할로겐 원자, 시아노 라디칼 등에 의해 치환된 상기의 치환 형태, 예를 들면, 클로로메틸, 2-브로모에틸, 3-클로로프로필, 3,3,3-트리플루오로프로필, 클로로페닐, 플루오로페닐, 시아노에틸 및 3,3,4,4,5,5,6,6,6-노나플루오로헥실이 있다. 이들 중에서 메틸, 에틸, 프로필, 클로로메틸, 브로모에틸, 3,3,3-트리플루오로프로필 및 시아노에틸과 같은 치환 또는 미치환 C1-C3 알킬 라디칼, 및 페닐, 클로로페닐 및 플루오로페닐과 같은 치환 또는 미치환 페닐 라디칼이 바람직하다. 알케닐 라디칼 이외의 모든 규소-결합 라디칼은 동일하거나 달라도 좋다. 대부분 용매 저항성과 같은 특수한 특성이 요구되지 않는 한 비용, 입수가능성, 화학적 안정성 및 환경 부하를 포함하는 여러 이유로 모든 이들 라디칼에 대하여 메틸이 선택된다.
오르가노폴리실록산은 통상적으로 25℃에서 10 내지 100,000 mm2/s, 바람직하게는 500 내지 50,000 mm2/s의 동점도를 갖는다. 점도가 너무 낮으면, 얻어지는 조성물이 저장 안정성을 손실할 수 있다. 점도가 너무 높으면, 얻어진 조성물은 연신성이 덜할 수 있다. 본원에 사용된 동점도는 오스트발트 점도계에 의해 25℃에서 측정된다(명세서 전반에 동일함).
오르가노폴리실록산의 바람직한 예는 디메틸비닐실록시-말단화된 폴리디메틸실록산, 메틸디비닐실록시-말단화된 폴리디메틸실록산 및 디메틸비닐실록시-말단화된 디메틸실록산메틸페닐실록산 코폴리머를 포함한다. 본원에 사용된 용어 "말단화된"은 폴리실록산이 그것의 분자쇄의 양 말단에서 표시된 기로 봉쇄된 것을 의미한다.
성분 (a)의 오르가노폴리실록산은 단독으로 또는 예컨대 점도가 다른 둘 이상의 종과 혼합하여 사용될 수 있다.
성분 (b)는 열전도성 필러이다. 금속 분말, 금속 산화물 분말, 금속 질화물 분말, 탄소계 분말 및 세라믹 분말로서 일반적으로 알려진 재료가 사용될 수 있다. 열전도성 필러의 구체예는 알루미늄 분말, 구리 분말, 은 분말, 니켈 분말, 금분말, 금속 규소화합물 분말, 산화 알루미늄 분말, 산화 아연 분말, 산화 마그네슘 분말, 산화 철 분말, 산화 티탄 분말, 산화 지르코늄 분말, 질화 알루미늄 분말, 질화 붕소 분말, 질화 규소 분말, 다이아몬드 분말, 카본 분말, 풀러렌 분말, 및 카본 그래파이트 분말을 포함한다. 필러는 단독으로 또는 둘 이상의 종의 혼합물로 사용될 수 있다.
본원에 사용되는 열전도성 필러는 평균 입자 크기가 바람직하게는 0.1 내지 100μm, 보다 바람직하게는 0.5 내지 50μm이다. 상이한 평균 입자 크기를 갖는 둘 이상의 분말의 혼합물을 사용하는 것이 허용가능하다. 본원에 사용된 "평균 입자 크기"는 입자 크기 분포 분석기 Microtrac® MT3300EX(Nikkiso Co., Ltd.)에 의해 측정된 부피 평균 입자 크기이다.
본 발명에서, 성분 (b)로서 열전도성 필러는 필러의 총 부피를 기준으로 적어도 30부피%, 바람직하게는 40부피% 내지 100부피%의 알루미늄 분말을 함유하여야 한다. 알루미늄은 237 W/m-K의 높은 열전도율을 가지므로, 열전도성 경화물은 그 안에 알루미늄을 조합함으로써 열전도율이 증가한다. 알루미늄은 또한 2.7의 저비중이 특징이므로, 열전도성 경화물로 경화되기 전 열전도성 조성물에서 침강이 적게 발생한다. 그러므로, 열전도성 조성물을 도포하고 경화시킬 때, 열전도성 필러는 편재 없이 열전도성 경화물에서 균일하게 분포되고, 이것은 경화물의 열전도를 향상시킬 수 있는 요인 중 하나이다. 알루미늄 분말은 단독으로, 또는 예컨대 상이한 입자 크기 또는 형상을 갖는 둘 이상의 종의 조합으로 사용될 수 있다. 알루미늄 분말이 열전도성 필러 (b)의 총 부피를 기준으로 30부피% 미만을 차지한다면, 열전도성 경화물에 원하는 높은 열전도율을 부여하기 어렵다. 특히 평균 입자 크기가 0.1 내지 100μm, 특히 0.5 내지 50μm인 알루미늄 분말을 필러의 총 부피를 기준으로 적어도 30부피% 함유하는 열전도성 필러를 성분 (b)로서 사용하는 경우, 얻어진 열전도성 경화물은 높은 열전도율을 갖고 현저한 방열 성능을 나타낸다.
열전도성 필러는 성분 (a)의 100 부피부 당 50 내지 1,000 부피부, 바람직하게는 100 내지 500 부피부의 양으로 배합된다. 이 범위 밖에서, 더 많은 양의 필러를 함유하는 조성물은 유동성이 적고 도포 및 성형이 어려운 반면, 더 적은 양의 필러를 함유하는 조성물은 원하는 열전도율 보다 더 적은 열전도율을 갖는다.
조성물에서, 성분 (c)는 분자에 바람직하게는 적어도 두개, 보다 바람직하게는 2 내지 100개 규소-결합 수소 원자(즉 SiH 라디칼)를 갖는 오르가노하이드로겐폴리실록산이다. 이것은 성분 (a)를 위한 가교제로서 기능한다. 구체적으로, 성분 (c) 중의 규소-결합 수소 원자는 성분 (d)로서 백금족 금속 촉매의 존재하에서 성분 (a) 중의 알케닐기에 히드로실릴화 반응을 통해 부가하여, 가교결합을 갖는 3차원 망상 구조의 가교 경화물을 산출한다.
성분 (c) 중의 규소-결합 유기 라디칼은, 예컨대 알케닐 라디칼 이외의 치환 또는 미치환 1가 탄화수소 라디칼이고, 그 예는 성분 (a)와 관련하여 예시된 알케닐 이외에 규소-결합 유기 라디칼과 동일하다. 그 중에서도 합성 및 비용의 면에서 메틸이 바람직하다.
성분 (c)로서 오르가노하이드로겐폴리실록산의 구조는 특히 제한되지 않는다. 직쇄, 분기 또는 환상 구조를 가질 수 있고, 직쇄 구조가 바람직하다.
성분 (c)의 오르가노하이드로겐폴리실록산의 예는 일반식 (4)의 것을 포함한다:
Figure pct00004
(식 중, R7는 각각 독립적으로 수소 또는 알케닐 이외의 치환 또는 미치환 1가 탄화수소 라디칼이고, 적어도 2개의 R7는 수소이고, n은 적어도 1의 정수이다.)
일반식 (4)에서, R7로 표시되는 치환 또는 미치환 1가 탄화수소 라디칼 (알케닐기 이외)은 성분 (a)와 관련하여 예시된 규소-결합 유기 라디칼에 포함되는 1가 탄화수소 라디칼(알케닐 이외)과 동일하다. 첨자 n은 바람직하게는 2 내지 100, 보다 바람직하게는 5 내지 50의 정수이다.
성분 (c)로서 오르가노하이드로겐폴리실록산의 바람직한 예는 트리메틸실록시-말단화된 메틸하이드로겐폴리실록산, 트리메틸실록시-말단화된 디메틸실록산-메틸하이드로겐실록산 코폴리머, 트리메틸실록시-말단화된 디메틸실록산-메틸하이드로겐실록산-메틸페닐실록산 코폴리머, 디메틸하이드로겐실록시-말단화된 디메틸폴리실록산, 디메틸하이드로겐실록시-말단화된 디메틸실록산-메틸하이드로겐실록산 코폴리머, 디메틸하이드로겐실록시-말단화된 디메틸실록산-메틸페닐실록산 코폴리머, 및 디메틸하이드로겐실록시-말단화된 메틸페닐폴리실록산을 포함한다. 특히 성분 (c)로서 오르가노하이드로겐폴리실록산은 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.
성분 (c)는 성분 (a) 중의 알케닐 라디칼 몰 당 성분 (c) 중의 SiH 라디칼 0.5 내지 5.0 몰, 바람직하게는 0.8 내지 4.0 몰을 제공하는 양으로 첨가된다. 성분 (c) 중 SiH 라디칼의 양이 성분 (a) 중의 알케닐 라디칼 몰 당 0.5 몰 미만이면, 열전도성 조성물이 경화되지 않고 경화물이 성형부 또는 적층체로서 취급하기 불충분한 강도를 갖는 문제가 발생한다. SiH 라디칼의 양이 5.0 몰을 초과하면, 경화물이 그것 자체의 접착성에 의해 자신을 제자리에 부착하는데 불충분한 점착성을 갖는 문제가 발생한다.
성분 (d)는 백금족 금속 촉매이다. 촉매는 성분 (a) 중의 알케닐 라디칼과 성분 (c) 중의 규소-결합 수소 원자 사이의 부가 반응을 촉진하여, 조성물로부터 3차원 망상 구조의 가교 경화물을 생성한다.
성분 (d)는 통상의 히드로실릴화 반응에 사용되는 다수의 공지된 촉매를 포함한다. 예시적 촉매는 백금(백금 블랙 포함), 로듐 및 팔라듐과 같은 원소 백금족 금속; H2PtCl4·nH2O, H2PtCl6·nH2O, NaHPtCl6·nH2O, KHPtCl6·nH2O, Na2PtCl6·nH2O, K2PtCl4·nH2O, PtCl4·nH2O, PtCl2 및 Na2HPtCl4·nH2O(식 중, n은 0 내지 6의 정수이고, 바람직하게는 0 또는 6이다)과 같은 염화 백금, 염화 백금산 및 염화 백금산염; 알코올-변성 염화 백금산, 염화 백금산과 올레핀의 복합체; 알루미나, 실리카 및 카본과 같은 지지체 상의 백금 블랙 및 팔라듐과 같은 백금족 금속; 로듐-올레핀 복합체, 클로로트리스(트리페닐포스핀)-로듐(윌킨슨 촉매로서 알려짐); 염화 백금, 염화 백금산 및 염화 백금산염과 비닐-함유 실록산의 복합체를 포함한다. 성분 (d)로서 백금족 금속 촉매는 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.
사용되는 성분 (d)의 양은 조성물을 경화시키는데 필요한 촉매량일 수 있고, 특히 제한되지 않는다. 통상적으로, 촉매는 성분 (a)의 중량을 기준으로 0.1 내지 1,000 ppm, 바람직하게는 0.5 내지 500 ppm의 백금족 금속 원소를 제공하는 양으로 사용될 수 있다.
성분 (e)는 성분 (d)의 존재하에서 성분 (a)와 (c) 사이에 발생하는 반응의 속도를 조절하도록 기능하는 반응 조절제이다. 성분 (e)는 통상의 부가 반응 경화형 실리콘 조성물에 사용하기 위한 다수의 공지된 부가 반응 조절제를 포함한다. 예시 반응 조절제는 1-에티닐-1-시클로헥사놀 및 3-부틴-1-올과 같은 아세틸렌 화합물, 질소 화합물, 오르가노포스포러스 화합물, 황 화합물, 옥심 화합물 및 유기 염소 화합물을 포함한다. 성분 (e)로서 부가 반응 조절제는 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.
사용하는 성분 (e)의 양은 사용하는 성분 (d)의 양에 따라 다르므로 통틀어 결정할 수 없고, 히드로실릴화 반응의 진행을 원하는 반응 속도로 맞출 수 있는 유효량일 수 있다. 통상적으로, 성분 (e)의 양은 성분 (a)의 중량을 기준으로 약 10 내지 50,000 ppm이다. 더 적은 양의 성분 (e)는 가사 시간을 확보하는데 실패할 수 있는 반면, 초과량은 조성물 경화를 지연시킬 수 있다.
성분 (f)는 경화물에 점착성을 부여하기 위해서 첨가하는 실리콘 수지이다. 통상적으로, 성분 (f)는 R1 3SiO1/2 유닛(M 유닛으로서 알려짐)과 SiO4/2 유닛(Q 유닛으로서 알려짐)의 코폴리머이고, 여기서 M 유닛 대 Q 유닛의 몰비, M/Q는 바람직하게는 0.5 내지 1.5, 보다 바람직하게는 0.6 내지 1.4, 더욱 바람직하게는 0.7 내지 1.3 범위 내이다. M/Q가 0.5 미만이거나 1.5를 초과하면, 원하는 점착성을 얻지 못할 수 있다.
여기서 M 유닛 중 R1은 지방족 불포화가 없는 치환 또는 미치환 1가 탄화수소 라디칼이며, 그 예는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, tert-부틸, 펜틸, 네오펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실 및 도데실과 같은 알킬 라디칼, 시클로펜틸, 시클로헥실 및 시클로헵틸과 같은 시클로알킬 라디칼, 페닐, 톨릴, 크실릴, 나프틸 및 비페닐릴과 같은 아릴 라디칼, 벤질, 페닐에틸, 페닐프로필 및 메틸벤질과 같은 아랄킬 라디칼, 및 일부 또는 모든 탄소-결합 수소 원자가 불소, 염소 및 브롬과 같은 할로겐 원자에 의해 치환된 상기의 치환 형태, 예컨대 클로로메틸, 2-브로모에틸, 3-클로로프로필, 3,3,3-트리플루오로프로필, 클로로페닐, 플루오로페닐, 시아노에틸 및 3,3,4,4,5,5,6,6,6-노나플루오로헥실과 같은 시아노 라디칼 등을 포함하는, 탄소 원자가 1 내지 10개, 바람직하게는 1 내지 6개인 것이다. 이들 중에서, 메틸, 에틸, 프로필, 클로로메틸, 브로모에틸, 3,3,3-트리플루오로프로필 및 시아노에틸과 같은 치환 또는 미치환 C1-C3 알킬 라디칼, 및 페닐, 클로로페닐 및 플루오로페닐과 같은 치환 또는 미치환 페닐 라디칼이 바람직하다. 모든 R1은 동일하거나 다를 수 있다. 대부분 용매 저항과 같은 특수한 특성이 요구되지 않는 한, 비용, 입수가능성, 화학적 안정성 및 환경 부하를 위해서 모든 R1에 메틸이 선택된다.
성분 (f)는 성분 (a)의 100 부피부 당 50 내지 500 부피부, 바람직하게는 60 내지 350 부피부, 더욱 바람직하게는 70 내지 200 부피부의 양으로 첨가된다. 성분 (f)의 양이 50 부피부 미만이거나 500 부피부를 초과하면, 원하는 점착성을 얻을 수 없다.
성분 (f) 자체는 상온에서 고체 또는 점성 액체이지만, 용매 중의 용액으로서 사용할 수 있다. 용액으로 사용시, 첨가하는 성분 (f)의 양은 용매를 제외한 양으로 계산된다.
조성물에서, 열전도성 필러 (b)를 소수성 처리하여 오르가노폴리실록산 (a)에 더욱 적셔질 수 있도록 하여 오르가노폴리실록산 (a)의 매트릭스에서 필러 (b)의 보다 균일한 분산을 달성할 목적으로, 성분 (g)로서 표면 처리제 또는 습윤제를 조합할 수 있다.
(g-1) 알콕시실란
본원에 사용되는 한 예시적 성분 (g)는 (g-1) 일반식 (1)을 갖는 알콕시실란 화합물이다:
Figure pct00005
(식 중, R2는 각각 독립적으로 C6-C15 알킬기이고, R3은 각각 독립적으로 치환 또는 미치환 1가 C1-C8 탄화수소 라디칼이고, R4는 각각 독립적으로 C1-C6 알킬기이고, "a"는 1 내지 3의 정수이고, "b"는 0 내지 2의 정수이고, a＋b는 1 내지 3의 정수이다).
식 (1)에서, R2로 표시되는 예시적 알킬 라디칼은 헥실, 옥틸, 노닐, 데실, 도데실, 테트라데실을 포함한다. R2로 표시되는 알킬 라디칼이 6 내지 15개 탄소 원자를 갖는 경우, 성분 (b)는 젖음성이 충분히 개선되어 조성물을 취급 및 작업하기에 더욱 용이하고 더 좋은 저온 특성을 갖는다.
R3로 표시되는 예시적 치환 또는 미치환 1가 탄화수소 라디칼은 메틸, 에틸, 프로필, 헥실, 옥틸과 같은 알킬 라디칼; 시클로펜틸 및 시클로헥실과 같은 시클로알킬 라디칼; 비닐 및 알릴과 같은 알케닐 라디칼; 페닐 및 톨릴과 같은 아릴 라디칼; 2-페닐에틸 및 2-메틸-2-페닐에틸과 같은 아랄킬 라디칼; 및 3,3,3-트리플루오로프로필, 2-(노나플루오로부틸)에틸, 2-(헵타데카플루오로옥틸)에틸 및 p-클로로페닐과 같은 할로겐화 탄화수소 라디칼을 포함한다. 그 중에서 메틸 및 에틸이 바람직하다.
R4로 표시되는 예시적 알킬 라디칼은 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸 및 헥실을 포함한다. 그 중에서도 메틸 및 에틸이 바람직하다.
성분 (g-1)의 예시적 바람직한 예는 하기에 주어진다.
Figure pct00006
성분 (g-1)은 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용할 수 있다. 성분 (g-1)은 성분 (a)의 100 부피부 당 바람직하게는 0.01 내지 50 부피부, 보다 바람직하게는 0.1 내지 30 부피부의 양으로 사용된다. 초과량의 성분 (g-1)의 사용은 습윤 효과가 더욱 증가하지 않기 때문에 비경제적이고, 그것의 휘발성 때문에 개방 시스템에 방치하는 경우 조성물 또는 그것의 경화물이 서서히 딱딱해지는 문제가 발생할 수 있다.
(g-2) 디메틸폴리실록산
성분 (g-1) 이외에 본원에 사용되는 성분 (g)는 또한 일반식 (2)을 갖는, 분자쇄의 한 말단에서 트리알콕시실릴 라디칼로 봉쇄된 (g-2) 디메틸폴리실록산을 포함한다:
Figure pct00007
(식 중, R5는 각각 독립적으로 C1-C6 알킬이고, "c"는 5 내지 100의 정수이다.)
식(2)에서, R5로 표시되는 알킬 라디칼의 예는 식 (1)에서 R4로 표시되는 알킬 라디칼과 동일하다.
성분 (g-2)의 예시적 바람직한 예는 하기 주어진다.
Figure pct00008
성분 (g-2)는 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다. 성분 (g-2)는 성분 (a)의 100 부피부 당 바람직하게는 0.01 내지 50 부피부, 보다 바람직하게는 0.1 내지 30 부피부의 양으로 사용된다. 초과량의 성분 (g-2)는 얻어지는 경화물의 내열성 및 내습성을 손상시키는 경향이 있다.
표면 처리제 (g)로서 성분 (g-1)와 (g-2)를 조합하여 사용하는 것이 가능하다. 이 경우, 배합되는 성분 (g)의 총량은 성분 (a)의 100 부피부 당 0.02 내지 50 부피부인 것이 바람직하다.
열전도성 조성물에서, 평균 조성식(3):
Figure pct00009
(식 중, R6는 각각 독립적으로 1가 C1-C18 탄화수소 라디칼이고, "d"는 1.8 내지 2.2의 숫자이다.)의 25℃에서의 동점도가 10 내지 100,000 mm2/s인 오르가노폴리실록산을, 성분 (h)로서 필요하다면 예컨대 조성물의 점도를 조절하는 능력을 부여할 목적으로 첨가할 수 있다. 성분 (h)는 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용할 수 있다.
식 (3)에서 R6은 독립적으로 탄소원자 1 내지 18개의 치환 또는 미치환 1가 탄화수소 라디칼이다. R6의 예는 메틸, 에틸, 프로필, 헥실, 옥틸, 데실, 도데실, 테트라데실, 헥사데실 및 옥타데실과 같은 알킬 라디칼; 시클로펜틸 및 시클로헥실과 같은 시클로알킬 라디칼; 비닐 및 알릴과 같은 알케닐 라디칼; 페닐 및 톨릴과 같은 아릴 라디칼; 2-페닐에틸 및 2-메틸-2-페닐에틸과 같은 아랄킬 라디칼; 및 3,3,3-트리플루오로프로필, 2-(퍼플루오로부틸)에틸, 2-(퍼플루오로옥틸)에틸 및 p-클로로페닐과 같은 할로겐화 탄화수소 라디칼을 포함한다. 그 중에서도 메틸, 페닐 및 C1-C6 알킬 라디칼이 바람직하다.
원하는 점도의 관점으로부터, d는 바람직하게는 1.8 내지 2.2의 수이고, 특히 바람직하게는 1.9 내지 2.1의 수이다.
오르가노폴리실록산은 25℃에서의 동점도가 10 내지 100,000 mm2/s인 것이 바람직하고, 100 내지 10,000 mm2/s인 것이 보다 바람직하다. 10 mm2/s 미만의 동점도는 오일 블리딩의 가능성을 유발할 수 있다. 100,000 mm2/s를 초과하는 동점도는 유동성이 적은 열전도성 조성물을 유발할 수 있다.
성분 (h)의 구체적인 예가 하기 주어진다.
Figure pct00010
사용한다면 첨가하는 성분 (h)의 양은 제한되지 않고, 원하는 효과를 얻는데 충분할 수 있다. 바람직하게는 첨가하는 성분 (h)의 양은 성분 (a)의 100 부피부 당 100 부피부 이하, 보다 바람직하게는 50 부피부 이하이다. 사용한다면, 성분 (h)는 적어도 1 부피부의 양으로 첨가하는 것이 바람직하다. 첨가하는 성분 (h)의 양이 이 범위 내에 있으면, 경화 전 열전도성 조성물이 만족스러운 유동성 및 작업성의 수준을 유지하기 쉽고, 이것을 열전도성 필러 (b)로 채우는 것이 쉽다.
조성물에 본 발명의 목적을 손상하지 않는 한 본 기술분야에서 일반적으로 사용되는 첨가제, 필러 또는 다른 성분들을 선택적 성분으로서 더 첨가할 수 있다. 구체적으로, 불소-변성 실리콘 계면활성제, 카본 블랙, 이산화티탄 및 적산화철과 같은 착색제, 및 산화철, 산화 티탄 및 산화 세륨과 같은 금속 산화물 및 금속 수산화물을 포함하는 내연제를 첨가할 수 있다. 또한, 열전도성 필러의 침강 방지제로서 침전 실리카 또는 소성 실리카와 같은 미세 분말 실리카, 요변성제 등을 첨가할 수 있다.
열전도성 조성물은 상기 성분을 균일하게 혼합함으로써 제조될 수 있다.
열전도성 경화물의 제조 방법
열전도성 경화물은 균일하게 혼합한 성분들의 조성물을 실리콘 압력-감응 접착제 이형성 표면을 갖도록 처리한 기판 상에 박막으로서 도포하고, 이 코팅을 경화시킴으로써 제조할 수 있다.
기판
미경화 열전도성 실리콘 조성물을 도포하는 기판은 통상적으로 실리콘 압력-감응 접착제 이형성 표면을 갖도록 처리한 종이 시트 또는 PET 필름이다. 본원에 사용되는 통상적인 표면 이형제는 퍼플루오로알킬 라디칼 또는 퍼플루오로폴리에테르 라디칼과 같은 주쇄에 불소-치환 라디칼을 갖는 변성 실리콘이다.
퍼플루오로폴리에테르 라디칼은 하기 식 (4) 내지 (6)을 갖는다.
Figure pct00011
불소화된 치환체 라디칼을 갖는 변성 실리콘의 예는 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.의 X-70-201 및 X-70-258을 포함한다.
표면 이형제로 기판을 표면 처리하는 것은 특히 제한되지 않고, 잘 알려진 기술로 행할 수 있다.
기판 상에 조성물을 도포함에 있어, 바 코터, 나이프 코터, 콤마 코터 또는 스핀 코터와 같은 적합한 도포장치를 사용하여 액체 조성물을 기판 상에 도포할 수 있다. 도포 기술은 여기에 한정되지 않는다.
조성물을 도포하기 전에, 점도 조정을 위해서 톨루엔과 같은 용매를 조성물에 첨가할 수 있다.
코팅 또는 경화물은 바람직하게는 20 내지 1,000μm의 두께를 갖고, 더욱 바람직하게는 50 내지 500μm이다. 코팅 두께가 20μm 미만이면, 취급의 용이성 및 점착성이 결여될 수 있다. 코팅 두께가 1,000μm를 초과하면, 원하는 열전달을 얻지 못할 수 있다.
도포 후 가열 조건은 용매를 사용하는 경우 용매가 휘발하고 성분 (a)와 (c) 사이에 반응이 일어나는 온도로 가열되면 특히 제한되지 않는다. 생산성의 관점으로부터, 50 내지 150℃가 바람직하고, 60 내지 150℃가 보다 바람직하다. 50℃ 미만의 온도에서 경화 반응이 느리고 생산성을 떨어뜨리는 반면, 150℃를 넘는 온도에서는 기판으로서 사용하는 필름이 변형될 수 있다. 경화 시간은 대개 0.5 내지 30분, 바람직하게는 120분이다. 일정한 온도에서의 가열, 또는 다양한 온도에서의 스텝-업 또는 램프-업 가열을 사용할 수 있다.
열전도율
열전도성 경화물은 레이저 플래시 분석으로 25℃에서 측정하였을 때 적어도 1.5W/m-K의 열전도율을 갖는 것이 바람직하고, 적어도 2.0W/m-K인 것이 보다 바람직하다. 다량의 열방출을 생성할 수 있는 발열 부품에 도포한 경우에도, 1.5W/m-K과 동일하거나 더 큰 열전도율을 갖는 조성물은 발열 부품의 열을 방열 부재로 전달하거나 방산시킬 수 있다. 레이저 플래시 분석에 의한 열전도율의 측정은 ASTM E1461에 따라 행할 수 있다.
열전도성 경화물을 완성한 후, 기판 필름과 같은 이형성 표면을 갖도록 처리되고 세퍼레이터 필름으로서 기능하는 필름을 기판과 떨어진 경화물의 표면에 부착하여 수송 및 길이 절단을 포함하는 조작에 편리한 어셈블리를 제공한다. 기판 필름 및 세퍼레이터 필름은 세퍼레이터 필름에 사용되는 이형제의 양 및 종류, 및 필름 종류를 기판 필름으로부터 변경함으로써 상이한 박리력을 구비할 수 있다.
사용시 세퍼레이터 필름 또는 기판 필름을 어셈블리로부터 박리하고, 열전도성 경화물을 발열 성분 또는 방열 부재에 부착하고, 그 다음 나머지 필름을 박리한다. 경화물이 박막이어도 용이하게 제자리에 부착할 수 있고 효과적인 열전달을 제공한다.
실시예
실시예 및 비교예가 본 발명의 예시의 방식으로 하기 주어지지만 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 실시예에서, 동점도는 오스트발트 점도계에 의해 측정되며, 평균 입자 크기는 입자 크기 분석계 Microtrac® MT3300EX (Nikkiso Co., Ltd.)에 의해 측정한 부피 기준 누적 평균 입자 크기(또는 중앙 직경)이다.
실시예 및 비교예에서 사용한 성분 (A) 내지 (F)를 하기에 나타낸다.
성분 (a)
(A-1) 25℃에서 동점도가 600 mm2/s인 디메틸비닐실록시-말단화된 디메틸폴리실록산
(A-2) 25℃에서 동점도가 30,000 mm2/s인 디메틸비닐실록시-말단화된 디메틸폴리실록산
성분 (b)
(B-1) 평균 입자 크기 10.7μm의 알루미늄 분말(이론 비중 2.70)
(B-2) 평균 입자 크기 30.1μm의 알루미늄 분말(이론 비중 2.70)
(B-3) 평균 입자 크기 1.5μm의 알루미늄 분말(이론 비중 2.70)
(B-4) 평균 입자 크기 10.6μm의 알루미나 분말(이론 비중 3.98)
(B-5) 평균 입자 크기 1.0μm의 알루미나 분말(이론 비중 3.98)
(B-6) 평균 입자 크기 0.7μm의 산화 아연 분말(이론 비중 5.67)
성분 (c)
(C-1) 하기 구조식의 오르가노하이드로겐폴리실록산:
Figure pct00012
(Me = 메틸)
(C-2) 하기 구조식의 오르가노하이드로겐폴리실록산:
Figure pct00013
(Me = 메틸)
성분 (d)
(D-1) 25℃에서 동점도가 600 mm2/s인 디메틸비닐실릴-말단화된 디메틸폴리실록산 중 백금-디비닐테트라메틸디실록산 복합체의 용액(백금 원자 성분: 1wt%)
성분 (e)
(E-1) 1-에티닐-1-시클로헥사놀의 50 wt% 톨루엔 용액
성분 (f)
(F-1) (CH3)3SiO1/2 유닛(M 유닛) 및 SiO4/2 유닛(Q 유닛)이 1.15의 몰비 M/Q로 구성된 실리콘 수지의 톨루엔 용액(비휘발 성분 60%)
성분 (g)
(G-1) 구조식:C12H25Si(OC2H5)3의 오르가노실란
(G-2) 하기 구조식을 갖는 분자쇄의 한 말단에 트리메톡시실릴로 봉쇄된 디메틸폴리실록산:
Figure pct00014
성분 (h)
(H-1) 하기 구조식의 25℃에서 동점도가 600 mm2/s인 디메틸폴리실록산:
Figure pct00015
기판
(K-1) 제제 X-70-201(Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.)를 1.0g/m2 코팅한 두께 100μm의 PET 필름
(K-2) 100μm 두께의 미처리 PET 필름
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3
열전도성 조성물의 제조
표 1의 화합물을 표 1의 양으로 사용하고 하기와 같이 이들을 작업함으로써 조성물을 제조하였다.
700 mL의 내부 부피를 갖는 플래네터리 믹서(Primix Corp., 상표명 T.K. Hivis Mix)에 성분 (a) 및 (b), 선택적으로 성분 (g) 및 (h)를 넣고, 이들을 60분 동안 혼합하였다. 그 다음 혼합물에 성분 (d) 및 (e)를 첨가하고, 균일하게 혼합하였다. 마지막으로 혼합물에 성분 (c) 및 (f)를 첨가하고, 균일하게 혼합하여 열전도성 조성물을 산출하였다.
열전도성 경화물의 제조
균일하게 혼합한 미경화 열전도성 조성물을 표 1에 나타낸 조건하에서 기판에 도포하고 경화시켜서 열전도성 경화물을 얻었다. 이렇게 얻어진 열전도성 경화물(샘플)을 기판으로부터의 박리성, 박리 후의 취급성, 블리드성, 열전도율 및 열저항에 대하여 시험하고 비교하였다.
박리성
"박리성"은 수동 접촉 테스트로 시험하였다. 조작자는 기판 필름으로부터 열전도성 경화물(0.1 mm 두께)을 손으로 박리하는데 필요한 박리력을 평가하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
박리 후의 취급성
"박리 후의 취급성"은 열전도성 경화물(0.1 mm 두께)이 박리 후 손으로 어떻게 취급될 수 있는지를 그 형상을 육안으로 검사하면서 시험함으로써 평가하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
블리드성
0.1 mm 두께 샘플을 기판과 함께 20 mm 사각형의 조각으로 절단하고, 이 조각을 종이를 면하는 열전도성 경화물층을 갖는 백상지(wood-free paper) 위에 놓고, 그 위에 압력 접촉을 위해 100 g의 추를 놓고, 1일 동안 방치함으로써 "블리딩"을 시험하였다. 종이에 대한 오일의 이동 정도를 육안으로 검사하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
열전도율
열전도율 측정을 위해서, 조성이 동일하지만 다른 두께(100μm, 125μm, 150μm, 200μm)를 갖는 열전도성 경화물 샘플을 제조하였다. 표준 알루미늄 디스크(순도: 99.9%, 직경: ~12.7 mm, 두께: ~1.0 mm)의 전면에 열전도성 경화물 샘플을 놓고, 그 위에 동일한 표준 알루미늄 디스크를 두었다. 얻어진 구조체를 클램프로 고정하여 약 175.5 kPa(1.80 kgf/cm2)의 압력을 가하여 3층 구조체를 완성하였다.
이렇게 하여 완성한 테스트 어셈블리의 두께를 측정하고 여기에서 표준 알루미늄 디스크의 공지된 두께를 차감함으로써 열전도성 경화물의 두게를 계산하였다. 테스트 어셈블리의 두께 측정을 위해서, 마이크로미터 모델 M820-25VA(Mitsutoyo Co., Ltd.)를 사용하였다. 테스트 어셈블리를 사용하여, 열전도성 경화물의 열저항(cm2·K/W)을 열저항 측정기(제논 플래시 분석기 LFA447 NanoFlash, Netzsch)로 측정하였다. 두께를 X축, 열저항을 Y축으로 하여 열저항 대 두께의 1차 선형 근사 직선을 작성하였다. 직선의 기울기의 역수로 열전도율을 얻었다. 열전도율의 값을 표 1에 나타낸다.
발열·방열 어셈블리로의 적용
상기 얻어진 열전도성 경화물(0.1 mm 두께)을 2 cm×2 cm의 모사 CPU의 표면상에 놓았다. 그 위에 방열 부재를 두었다. 이것을 모사 CPU와 방열 부재가 열전도성층을 통해 결합한 발열/방열 어셈블리로 압축하였다. 모사 CPU에 전력을 공급하고 이때 CPU의 발열 온도는 약 100℃에서 안정하게 되었다. 어셈블리는 장시간 동안 안정한 수준의 열전달 및 방열에서 작동하였고, 과열 축적에 의한 발열 부품의 고장은 발생하지 않았다. 따라서, 열전도성 경화물의 사용이 반도체 장치와 같은 발열/방열 어셈블리의 신뢰성 개선에 효과적이라는 것을 확인하였다.
도 1은 열전도성 경화물이 조합된 발열/방열 어셈블리의 개략 단면 정면도이다. 어셈블리는 열전도성 경화물(1), IC 패키지(2), 프린트 배선판(3), 방열 부재(4) 및 클램프(5)를 포함한다.
Figure pct00016
*1 괄호 안의 수치는 성분 (a)의 부피에 대한 성분 (f) 중의 수지의 부피부이다.
*2 성분 (d) 및 (e)의 농도는 각각 성분 (a)의 중량에 대한 성분 (D-1) 및 (E-1)의 농도이다. 괄호 안의 수치는 성분 (a)의 중량에 대한 성분 (D-1) 중의 백금 원자의 농도 및 성분 (a)의 중량에 대한 성분 (E-1) 중의 1-에티닐-1-시클로헥사놀의 농도이다.
*3 "SiH/Vi"는 성분 (a) 중의 비닐 라디칼 당 성분 (b) 중의 SiH 라디칼(즉 실리콘-결합 수소 원자)의 수를 나타낸다.

Claims (8)

  1. (a) 알케닐 라디칼을 갖는 오르가노폴리실록산 100 부피부,
    (b) 필러의 총 부피를 기준으로 적어도 30부피%의 알루미늄 분말을 함유하는 열전도성 필러 50 내지 1,000 부피부,
    (c) 성분 (c)의 중의 규소-결합 수소 원자 대 성분 (a) 중의 알케닐 라디칼의 몰비가 0.5 내지 5.0이 되는 양의 오르가노하이드로겐폴리실록산,
    (d) 촉매량의 백금족 금속 촉매,
    (e) 유효량의 반응 조절제, 및
    (f) 실리콘 수지 50 내지 500 부피부
    를 필수 성분으로 포함하는 열전도성 조성물을 실리콘 압력-감응 접착제 이형성 표면을 갖도록 처리한 기판에 박막으로서 도포하고, 이 조성물을 경화시킴으로써 제조된 열전도성 경화물.
  2. 제 1 항에 있어서, 실리콘 수지 (f)는 R1 3SiO1/2 유닛 및 SiO4/2 유닛을 포함하고, 여기서 R1은 지방족 불포화가 없는 치환 또는 미치환 1가 탄화수소 라디칼이고, R1 3SiO1/2 유닛 대 SiO4/2 유닛의 몰비가 0.5 내지 1.5인 것을 특징으로 하는 열전도성 경화물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 열전도성 조성물이
    (g-1) 일반식 (1)을 갖는 알콕시실란 화합물 0.01 내지 50 부피부:
    Figure pct00017

    (식 중, R2는 각각 독립적으로 C6-C15 알킬기이고, R3은 각각 독립적으로 치환 또는 미치환 1가 C1-C8 탄화수소 라디칼이고, R4는 각각 독립적으로 C1-C6 알킬이고, "a"는 1 내지 3의 정수이고, "b"는 0 내지 2의 정수이고, a＋b는 1 내지 3의 정수이다), 및/또는
    (g-2) 일반식 (2)을 갖는 분자쇄의 한 말단에서 트리알콕시실릴 라디칼로 봉쇄된 디메틸폴리실록산 0.01 내지 50 부피부:
    Figure pct00018

    (식 중, R5는 각각 독립적으로 C1-C6 알킬이고, "c"는 5 내지 100 정수이다)
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 경화물.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열전도성 조성물이
    (h) 일반식 (3)을 갖는 오르가노폴리실록산을 더 포함하고:
    Figure pct00019

    (식 중, R6는 각각 독립적으로 1가 C1-C18 탄화수소 라디칼이고, "d"는 1.8 내지 2.2의 숫자이다),
    상기 오르가노폴리실록산은 25℃에서 10 내지 100,000 mm2/s의 동점도를 갖는 것을 특징으로 하는 열전도성 경화물.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 경화물 두께가 20 내지 1,000μm인 것을 특징으로 하는 열전도성 경화물.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 플래시 분석에 의해 25℃에서 측정한 열전도율이 적어도 1.5 W/m-K인 것을 특징으로 하는 열전도성 경화물.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 기판이 실리콘 압력-감응 접착제 이형성이 되도록 이형제로 처리되고, 상기 이형제는 그것의 주쇄에 불소화된 치환체 라디칼을 갖는 변성 실리콘인 것을 특징으로 하는 열전도성 경화물.
  8. (a) 알케닐 라디칼을 갖는 오르가노폴리실록산 100 부피부,
    (b) 필러의 총 부피를 기준으로 적어도 30부피%의 알루미늄 분말을 함유하는 열전도성 필러 50 내지 1,000 부피부,
    (c) 성분 (c) 중의 규소-결합 수소 원자 대 성분 (a) 중의 알케닐 라디칼의 몰비가 0.5 내지 5.0이 되는 양의 오르가노하이드로겐폴리실록산,
    (d) 촉매량의 백금족 금속 촉매,
    (e) 유효량의 반응 조절제, 및
    (f) 실리콘 수지 50 내지 500 부피부
    를 필수 성분으로 포함하는 열전도성 조성물을 실리콘 압력-감응 접착제 이형성 표면을 갖도록 처리한 기판에 박막으로서 도포하는 단계 및 이 조성물을 경화시키는 단계를 포함하는 열전도성 경화물의 제조방법.
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