KR20200086307A - 열전도성 실리콘 그리스 조성물 - Google Patents

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KR20200086307A
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신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

(A) 특정 동점도의 오르가노폴리실록산 (B) 특정 동점도의 오르가노폴리실록산 (C) 특정의 평균 구형도, 표면 수산기수, 평균 입자 직경을 가지고, 레이저 회절형 입도 분포로 25~45μm에 있어서의 조립자의 비율이 특정 범위에 있는 구상 산화알루미늄 분말 (D) 특정의 평균 입자 직경을 가지고, 레이저 회절형 입도 분포로 25~45μm에 있어서의 조립자의 비율이 특정 범위에 있는 구상 및/또는 부정형상 산화아연 분말을 함유하는 열전도성 실리콘 그리스 조성물로서, 조성물의 열전도율이 ISO 22007-2 준거의 핫디스크법에 있어서 2W/m·K 이상 5.5W/m·K 미만이며, 스파이럴 점도계에 의한 회전수 10rpm 측정시에 있어서의 점도가 5~800Pa·s이며, 절연성과 고열전도성을 가지고, 유동성, 작업성, 방열 성능이 우수한 열전도성 실리콘 그리스 조성물을 제공한다.

Description

열전도성 실리콘 그리스 조성물
본 발명은 우수한 절연성과 열전도성을 부여하기 위해서 열전도성 충전제를 고충전한 경우에도, 유동성을 유지하고, 취급성이 양호하며, 또한 고온 또는 고온고습 조건하에 있어서의 내구성, 신뢰성이 우수한 열전도성 실리콘 그리스 조성물에 관한 것이다.
전자 부품의 대부분은 사용 중에 열을 발생하므로, 그 전자 부품을 적절하게 기능시키기 위해서는 그 전자 부품으로부터 열을 제거하는 것이 필요하다. 특히, 퍼스널컴퓨터에 사용되고 있는 CPU 등의 집적 회로 소자는 동작 주파수의 고속화에 의해 발열량이 증대하고 있어, 열 대책이 중요한 문제가 되고 있다.
이 열을 제거하는 수단으로서 많은 방법이 제안되어 있다. 특히, 발열량이 많은 전자 부품에서는 전자 부품과 히트 싱크 등의 부재와의 사이에 열전도성 그리스 조성물이나 열전도성 시트 등의 열전도성 재료를 개재시켜 열을 내보내는 방법이 제안되어 있지만, 특히, 사양 두께가 크게 상이한 개소의 방열에는 만족할만한 것은 아니었다(특허문헌 1:일본 특개 소56-28264호 공보, 특허문헌 2:일본 특개 소61-157587호 공보 참조).
또 이와 같은 열전도성 재료로서는 실리콘 오일을 베이스로 하고, 산화아연이나 알루미나 분말을 배합한 방열 그리스 조성물이 제안되어 있지만, 200℃에서의 내열성이 불만족스러웠다(특허문헌 3:일본 특공 소52-33272호 공보, 특허문헌 4:일본 특공 소59-52195호 공보 참조).
열전도성을 향상시키기 위해서, 질화알루미늄 분말을 사용한 열전도성 재료로서, 상기 특허문헌 1에는 액상 오르가노실리콘 캐리어, 실리카 파이버, 덴드라이트상 산화아연, 박편상 질화알루미늄, 및 박편상 질화붕소로부터 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 요변성 열전도 재료가 개시되어 있다. 특허문헌 5(일본 특개 평2-153995호 공보)에는 특정의 오르가노폴리실록산에 일정 입경 범위의 구상 육방정계 질화알루미늄 분말을 배합하여 얻은 실리콘 그리스 조성물이 개시되어 있다. 특허문헌 6(일본 특개 평3-14873호 공보)에는 입경이 세세한 질화알루미늄 분말과 입경이 거친 질화알루미늄 분말을 조합한 열전도성 실리콘 그리스 조성물이 개시되어 있다. 특허문헌 7(일본 특개 평10-110179호 공보)에는 질화알루미늄 분말과 산화아연 분말을 조합한 열전도성 실리콘 그리스 조성물이 개시되어 있다. 특허문헌 8(일본 특개 2000-63872호 공보)에는 오르가노실란으로 표면 처리한 질화알루미늄 분말을 사용한 열전도성 그리스 조성물이 개시되어 있는데, 어느 것이나 내구성, 신뢰성의 관점에서 불만족스러웠다. 또 특허문헌 9(일본 특개 2002-30217호 공보)에는 실리콘 수지, 다이아몬드, 산화아연 및 분산제를 포함하는 열전도성 실리콘 조성물이 개시되어 있는데, 특히 내열후 특성이 불만족스러웠다. 또한 질화알루미늄의 열전도율은 70~270W/(m·K)이며, 다이아몬드의 열전도율은 이보다 높아 900~2,000W/(m·K)이다.
또 금속은 열전도율이 높은 재료이며, 전자 부품의 절연을 필요로 하지 않는 개소에는 사용 가능하다. 특허문헌 10(일본 특개 2000-63873호 공보)에는 실리콘 오일 등의 기유에 금속 알루미늄 분말을 혼합하여 얻은 열전도성 그리스 조성물이 개시되어 있는데, 절연성이 없는 점에서 불만족스러웠다.
또 어느 열전도성 재료나 열전도성 그리스 조성물도 최근에는 CPU 등의 집적 회로 소자의 발열량에는 불충분한 것이 되고 있다.
맥스웰이나 브루그만의 이론식으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 실리콘 오일에 열전도성 충전제를 배합하여 얻은 재료의 열전도율은 열전도성 충전제의 용적 분율이 0.6 이하에서는 이 열전도성 충전제의 열전도율에는 거의 의존하지 않는다. 용적 분율이 0.6을 넘어 비로소 열전도성 충전제의 열전도율에 대한 영향이 나온다. 즉, 열전도성 그리스 조성물의 열전도성을 올리기 위해서는 우선은 어떻게 열전도성 충전제를 고충전할지가 중요하며, 어떻게 열전도성이 높은 충전제를 사용할 수 있을지가 중요하다. 그러나, 고충전에 의해 열전도성 그리스 조성물의 유동성이 저하되어, 도포성(디스펜스성, 스크린 프린트성) 등의 작업성이 나빠지고, 실용상 사용할 수 없게 되는 문제가 있다. 또한 유동성이 저하됨으로써 전자 부품이나 히트 싱크 표면의 미세한 요철에 추종할 수 없고, 접촉 열저항이 커지는 문제가 있다.
지금까지, 고충전을 달성하고, 또한 유동성이 양호한 열전도성 재료를 얻는 것을 목적으로 하여, 열전도성 충전제의 표면을 처리하여 분산성을 크게 향상시키는 알콕시기 함유 오르가노폴리실록산을 열전도성 재료에 배합하는 검토도 이루어져 있다(특허문헌 11:일본 특개 2004-262972호 공보, 특허문헌 12:일본 특개 2005-162975호 공보 참조). 그러나, 이들 처리제는 고온고습하에 있어서 가수분해 등에 의해 변질되고, 열전도성 재료의 성능 열화를 유발한다는 결점이 있었다.
그래서, 고온고습하에서도 열전도성 재료의 성능 열화를 억제한 열전도성 실리콘 그리스 조성물이 제안되어 있는데, 열전도성 충전제의 평균 입경의 규정은 있지만, 열전도성 충전제의 형상, 수산기량, 및 조립의 규정이 없고, 특히 절연성이 요구되는 용도에는 만족할만한 것이 아니었다(특허문헌 13:일본 특허 제4933094호 공보).
일본 특허 제5755977호 공보(특허문헌 14)에 있어서는, 특정의 평균 구형도, 특정의 수산기량 및 평균 입자 직경이 10~50μm로 규정된 구상 산화알루미늄 분말과, 평균 입자 직경이 0.3~1μm로 규정된 산화알루미늄 분말을 배합하고, 각각의 산화알루미늄의 배합 비율과 체적비가 규정된 고열전도성 수지 조성물이 개시되어 있는데, 구상 산화알루미늄 분말의 평균 입자 직경이 최대로 50μm라는 기재는 있지만, 조립 직경의 범위나 함유량에 관한 규정이 없고, 고열전도성 수지 조성물을 50μm 이하의 박막에 적용하고자 한 경우, 열저항적으로 불충분하다는 문제가 있었다.
또 일본 재공표 2002-092693호 공보(특허문헌 15)에 있어서는, 평균 입경이 0.1~100μm인 알루미나 분말을 사용한 열전도성 실리콘 조성물이 개시되어 있지만, 구체적인 열전도율이나 점도의 규정은 되어 있지 않다. 또한 평균 입경이 5~50μm(단 5μm를 포함하지 않는다)의 구상 알루미나 분말과, 평균 입경이 0.1~5μm의 구상 혹은 부정형상의 알루미나 분말의 혼합물을 사용해도 되고, 각각의 산화알루미늄의 배합 비율과 중량비가 규정된 열전도성 실리콘 조성물이 개시되어 있지만, 평균 입경이 큰 구상 알루미나의 평균 구형도나 수산기량의 규정이 없고, 또한 조립 직경의 범위나 함유량에 관한 규정도 없으며, 이것도 특허문헌 14와 마찬가지로 열저항적으로 불충분하다는 문제가 있었다.
일본 특개 소56-28264호 공보 일본 특개 소61-157587호 공보 일본 특공 소52-33272호 공보 일본 특공 소59-52195호 공보 일본 특개 평2-153995호 공보 일본 특개 평3-14873호 공보 일본 특개 평10-110179호 공보 일본 특개 2000-63872호 공보 일본 특개 2002-30217호 공보 일본 특개 2000-63873호 공보 일본 특개 2004-262972호 공보 일본 특개 2005-162975호 공보 일본 특허 제4933094호 공보 일본 특허 제5755977호 공보 일본 재공표 2002-092693호 공보
본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 절연성과 고열전도성을 가지고, 또한 우수한 유동성을 유지하기 때문에, 작업성이 양호하며, 또한 미세한 요철에 추종하고, 접촉 열저항을 저감시킴으로써, 방열 성능이 우수한 열전도성 실리콘 그리스 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 방열 성능 및 작업성이 우수한 이 열전도성 실리콘 그리스 조성물의 고온, 고온고습 조건에 있어서의 내구성을 높이고, 실장시에 있어서의 신뢰성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는 상기 목적을 달성하기 위하여 예의 검토한 결과, 이하에 나타내는 열전도성 실리콘 그리스 조성물이 우수한 절연성과 열전도성을 가짐과 아울러, 양호한 유동성을 가지고, 그 결과, 우수한 방열 효과를 발휘하는 것, 또한 이 조성물이 고온 또는 고온고습하에 있어서의 내구성도 매우 우수한 것을 알아내어, 본 발명을 이루기에 이른 것이다.
즉 본 발명은 하기 열전도성 실리콘 그리스 조성물을 제공한다.
〔1〕
(A) 하기 일반식(1):
Figure pct00001
(식 중, R1은 각각 독립적으로 비치환 또는 치환의 탄소 원자수 1~18의 1가 탄화수소기이며, R2는 각각 독립적으로 알킬기, 알콕시알킬기, 알케닐기 또는 아실기이며, a는 5~100의 정수이며, b는 1~3의 정수이다.)
으로 표시되고, 25℃에 있어서의 동점도가 10~10,000mm2/s인 오르가노폴리실록산:5~99질량부
(B) 하기 평균 조성식(2):
Figure pct00002
(식 중, R3은 각각 독립적으로 비치환 또는 치환의 탄소 원자수 1~18의 1가 탄화수소기이며, c는 1.8~2.2의 수이다.)
으로 표시되고, 25℃에 있어서의 동점도가 10~100,000mm2/s인 오르가노폴리실록산:1~95질량부
(단, (A)성분과 (B)성분의 합계량은 100질량부가 되는 양이다.)
(C) 평균 구형도 0.8 이상, 표면 수산기 30개/nm2 이하, 평균 입자 직경 3~20μm이며, 또한 레이저 회절형 입도 분포로 25~45μm에 있어서의 조립자의 비율이 (C)성분 전체의 0.2질량% 이하인 구상 산화알루미늄 분말
(D) 평균 입자 직경 0.01μm 이상 3μm 미만이며, 또한 레이저 회절형 입도 분포로 25~45μm에 있어서의 조립자의 비율이 (D)성분 전체의 0.2질량% 이하인 구상 및/또는 부정형상 산화아연 분말
(단, (C)성분과 (D)성분의 배합 비율은 질량비로 5:5~9.5:0.5이며, 이들의 합계량이 조성물 전체의 65~83체적%가 되는 양이다.)
을 함유하는 열전도성 실리콘 그리스 조성물로서,
이 조성물의 열전도율이 ISO 22007-2 준거의 핫디스크법에 있어서 2W/m·K 이상 5.5W/m·K 미만이며, 또한 25℃에 있어서의 점도가 스파이럴 점도계에 의한 회전수 10rpm 측정시에 있어서 5~800Pa·s인 열전도성 실리콘 그리스 조성물.
〔2〕
200℃×100시간 열 열화 후, 25℃에 있어서의 점도가 스파이럴 점도계에 의한 회전수 10rpm 측정시에 있어서 1,000Pa·s 이하의 비경화형 그리스상인 〔1〕에 기재된 열전도성 실리콘 그리스 조성물.
〔3〕
또한 (E) 상기 (A) 및 (B)성분을 분산 또는 용해할 수 있는 휘발성 용제:상기 (A)성분과 (B)성분의 합계량 100질량부에 대하여 100질량부 이하
를 포함하는 〔1〕 또는 〔2〕에 기재된 열전도성 실리콘 그리스 조성물.
〔4〕
또한 (F) 하기 일반식(3):
Figure pct00003
(식 중, R4는 각각 독립적으로 탄소 원자수 9~15의 알킬기이며, R5는 각각 독립적으로 비치환 또는 치환의 탄소 원자수 1~8의 1가 탄화수소기이며, R6은 각각 독립적으로 탄소 원자수 1~6의 알킬기이며, d는 1~3의 정수이며, e는 0~2의 정수이며, 단, d+e는 1~3의 정수이다.)
으로 표시되는 알콕시실란:상기 (A)성분과 (B)성분의 합계량 100질량부에 대하여 0.1~50질량부
를 함유하고, (C)성분과 (D)성분이 (F)성분으로 표면 처리되어 이루어지는 〔1〕 내지 〔3〕 중 어느 하나에 기재된 열전도성 실리콘 그리스 조성물.
〔5〕
130℃/85%RH 분위기하에서 96시간 방치 후에 있어서, 레이저 플래시법으로 측정한 25℃에 있어서의 열저항이 15mm2·K/W 이하인 〔1〕 내지 〔4〕 중 어느 하나에 기재된 열전도성 실리콘 그리스 조성물.
〔6〕
체적저항률이 1×109Ω·cm 이상인 〔1〕 내지 〔5〕 중 어느 하나에 기재된 열전도성 실리콘 그리스 조성물.
본 발명의 열전도성 실리콘 그리스 조성물은 절연성을 가지면서 열전도성이 양호하며, 또한 양호한 유동성이 유지됨으로써 작업성이 우수하다. 또 발열성 전자 부품 및 방열 부품과의 밀착성도 우수하기 때문에, 본 발명의 열전도성 실리콘 그리스 조성물을 발열성 전자 부품과 방열 부품 사이에 개재시킴으로써, 발열성 전자 부품으로부터 발생하는 열을 효율적으로 방열 부품으로 방산시킬 수 있다. 또한 본 발명의 열전도성 실리콘 그리스 조성물은 고온 또는 고온고습하에 있어서의 내구성도 우수하며, 예를 들면 일반의 전원, 전자 기기 등의 방열, 퍼스널컴퓨터, 디지털 비디오 디스크 드라이브 등의 전자 기기에 사용되는 LSI, CPU 등의 집적 회로 소자의 방열에 사용했을 때, 매우 양호한 신뢰성을 얻을 수 있다. 본 발명의 열전도성 실리콘 그리스 조성물에 의해, 발열성 전자 부품이나 그것을 사용한 전자 기기 등의 안정성이나 수명을 대폭 개선할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 열전도성 실리콘 그리스 조성물은
(A) 하기 식(1)으로 표시되는 오르가노폴리실록산,
(B) 하기 식(2)으로 표시되는 오르가노폴리실록산,
(C) 특정의 산화알루미늄 분말
(D) 특정의 산화아연 분말
을 함유하고, 특정의 열전도율 및 점도를 가지는 것이다.
[(A)성분]
(A)성분은 하기 일반식(1):
Figure pct00004
(식 중, R1은 각각 독립적으로 비치환 또는 치환의 탄소 원자수 1~18의 1가 탄화수소기이며, R2는 각각 독립적으로 알킬기, 알콕시알킬기, 알케닐기 또는 아실기이며, a는 5~100의 정수이며, b는 1~3의 정수이다.)
으로 표시되고, 25℃에 있어서의 동점도가 10~10,000mm2/s인 오르가노폴리실록산이다.
(A)성분은 고열전도성의 실리콘 그리스 조성물을 얻기 위해서, (C)성분과 (D)성분의 열전도성 충전제를 본 발명 조성물에 고충전해도, 이 조성물의 유동성을 유지하고, 이 조성물에 양호한 취급성을 부여하는 것이다. (A)성분은 1종 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
상기 R1은 각각 독립적으로 비치환 또는 치환의 탄소 원자수 1~18, 특히 1~10의 1가 탄화수소기이며, 그 예로서는 직쇄상 알킬기, 분기쇄상 알킬기, 환상 알킬기, 알케닐기, 아릴기, 아르알킬기, 할로겐화 알킬기 등을 들 수 있다. 직쇄상 알킬기로서는 예를 들면 메틸기, 에틸기, 프로필기, 헥실기, 옥틸기 등을 들 수 있다. 분기쇄상 알킬기로서는 예를 들면 이소프로필기, 이소부틸기, tert-부틸기, 2-에틸헥실기 등을 들 수 있다. 환상 알킬기로서는 예를 들면 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등을 들 수 있다. 알케닐기로서는 예를 들면 비닐기, 알릴기 등을 들 수 있다. 아릴기로서는 예를 들면 페닐기, 톨릴기 등을 들 수 있다. 아르알킬기로서는 예를 들면 2-페닐에틸기, 2-메틸-2-페닐에틸기 등을 들 수 있다. 할로겐화 알킬기로서는 예를 들면 3,3,3-트리플루오로프로필기, 2-(노나플루오로부틸)에틸기, 2-(헵타데카플루오로옥틸)에틸기 등을 들 수 있다. R1은 바람직하게는 메틸기, 페닐기이다.
상기 R2는 각각 독립적으로 탄소 원자수 1~18, 특히 1~10의 알킬기, 알콕시알킬기, 알케닐기, 또는 아실기이다. 알킬기로서는 예를 들면 R1에 대해서 예시한 것과 마찬가지의 직쇄상 알킬기, 분기쇄상 알킬기, 환상 알킬기 등을 들 수 있다. 알콕시알킬기로서는 예를 들면 메톡시에틸기, 메톡시프로필기 등을 들 수 있다. 알케닐기로서는 예를 들면 R1에 대해서 예시한 것과 마찬가지의 것을 들 수 있다. 아실기로서는 예를 들면 아세틸기, 옥타노일기 등을 들 수 있다. R2는 알킬기인 것이 바람직하고, 특히 메틸기, 에틸기인 것이 바람직하다.
a는 5~100의 정수이며, 바람직하게는 5~50이며, 보다 바람직하게는 5~30이다. b는 1~3의 정수이며, 바람직하게는 3이다.
(A)성분의 25℃에 있어서의 동점도는 통상 10~10,000mm2/s이며, 특히 10~5,000mm2/s인 것이 바람직하다. 이 동점도가 10mm2/s보다 낮으면, 얻어지는 실리콘 그리스 조성물로부터 오일 블리드가 발생한다. 이 동점도가 10,000mm2/s보다 크면, 얻어지는 실리콘 그리스 조성물의 유동성이 부족하게 된다. 또한 본 발명에 있어서 (A)성분의 동점도는 오스트발트 점도계에 의한 25℃에 있어서의 값이다.
(A)성분을 본 발명의 조성물에 첨가하는 양은 5~99질량부의 범위이며, 15~85질량부의 범위인 것이 바람직하다(단, (A)성분과 후술하는 (B)성분의 합계량은 100질량부가 되는 양이다). 이 첨가량이 이 범위 내에 있으면, 본 발명 조성물은 양호한 유동성, 작업성을 유지하기 쉽고, 또 후술하는 (C)성분과 (D)성분의 열전도성 충전제를 이 조성물에 고충전하는 것이 용이하다.
또한 (A)성분은 5질량부 미만이면, (C)성분과 (D)성분의 열전도성 충전제를 이 조성물에 고충전할 수 없게 된다. 99질량부를 넘으면, 시간 경과에 따라 (A)성분이 오일 블리드한다.
(A)성분의 적합한 구체예로서는 하기의 것을 들 수 있다.
Figure pct00005
[(B)성분]
본 발명의 조성물에는 (B)성분으로서 하기 평균 조성식(2):
Figure pct00006
(식 중, R3은 각각 독립적으로 비치환 또는 치환의 탄소 원자수 1~18의 1가 탄화수소기이며, c는 1.8~2.2의 수이다.)
으로 표시되는 25℃에 있어서의 동점도가 10~100,000mm2/s인 오르가노폴리실록산을 첨가한다.
(B)성분은 본 발명의 열전도성 실리콘 그리스 조성물의 점도 조정제, 점착성 부여제 등의 특성 부여를 목적으로 하여 사용되며, 1종 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
상기 R3은 각각 독립적으로 비치환 또는 치환의 탄소 원자수 1~18, 특히 1~10의 1가 탄화수소기이다. R3으로서는 예를 들면 메틸기, 에틸기, 프로필기, 헥실기, 옥틸기, 데실기, 도데실기, 테트라데실기, 헥사데실기, 옥타데실기 등의 알킬기; 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등의 시클로알킬기; 비닐기, 알릴기 등의 알케닐기; 페닐기, 톨릴기 등의 아릴기; 2-페닐에틸기, 2-메틸-2-페닐에틸기 등의 아르알킬기; 3,3,3-트리플로로프로필기, 2-(퍼플로로부틸)에틸기, 2-(퍼플로로옥틸)에틸기, p-클로로페닐기 등의 할로겐화 탄화수소기 등을 들 수 있는데, 특히 메틸기, 페닐기, 탄소 원자수 6~18의 알킬기가 바람직하고, 보다 바람직하게는 메틸기, 페닐기이다.
상기 c는 실리콘 그리스 조성물로서 본 발명 조성물에 요구되는 조도의 관점에서 1.8~2.2의 수이며, 특히 바람직하게는 1.9~2.1의 수이다.
또 (B)성분의 25℃에 있어서의 동점도는 통상 10~100,000mm2/s이며, 특히 10~10,000mm2/s인 것이 바람직하다. 이 동점도가 10mm2/s보다 낮으면, 얻어지는 실리콘 그리스 조성물로부터의 액 분리나 오일 블리드가 발생한다. 이 동점도가 100,000mm2/s보다 크면, 얻어지는 실리콘 그리스 조성물의 유동성이 부족하게 되는 점에서 작업성이 나빠지는 문제가 있다. 또한 (B)성분의 동점도도 오스트발트 점도계에 의한 25℃에 있어서의 값이다.
(B)성분의 구체예로서는 예를 들면
Figure pct00007
등을 들 수 있다.
(B)성분을 본 발명의 조성물에 첨가하는 양은 1~95질량부의 범위이며, 15~85질량부의 범위인 것이 바람직하다(단, 상기 서술한 (A)성분과 (B)성분의 합계량은 100질량부가 되는 양이다). 이 첨가량이 이 범위 내에 있으면, 본 발명 조성물은 양호한 유동성, 작업성을 유지하기 쉽고, 또 후술하는 (C)성분과 (D)성분의 열전도성 충전제를 이 조성물에 고충전하는 것이 용이하다.
또한 (B)성분은 1질량부 미만이면, 시간 경과에 따른 (A)성분의 오일 블리드가 생기고, 95질량부를 넘으면, (C)성분과 (D)성분의 열전도성 충전제를 이 조성물에 고충전할 수 없게 된다.
[(C)성분]
본 발명에서 사용되는 (C)성분은 평균 구형도 0.8 이상, 표면 수산기 30개/nm2 이하, 평균 입자 직경 3~20μm이며, 또한 레이저 회절형 입도 분포로 25~45μm에 있어서의 조립자의 비율이 (C)성분 전체의 0.2질량% 이하의 구상 산화알루미늄 분말이다.
(C)성분의 평균 구형도는 0.8 이상이며, 바람직하게는 0.9 이상이다. 또한 (C)성분의 평균 구형도가 0.8 미만이면 입자끼리의 접촉이 현저하게 되고, 시트 표면의 요철이 커져 계면 열저항이 증대하여 열전도율이 나빠진다.
본 발명에 있어서의 (C)성분의 평균 구형도는 주사형 전자현미경으로 촬영한 입자상을 화상 해석 장치, 예를 들면 JEOL사제 상품명 「JSM-7500F」에 넣고, 다음과 같이 하여 측정할 수 있다. 즉, 사진으로부터 입자의 투영 면적(X)과 주위 길이(Z)를 측정한다. 주위 길이(Z)에 대응하는 진원의 면적을 (Y)라고 하면, 그 입자의 구형도는 X/Y로서 표시할 수 있다. 그래서, 시료 입자의 주위 길이(Z)와 동일한 주위 길이를 가지는 진원을 상정하면, Z=2πr, Y=πr2(r은 반경이다.)이므로, Y=π×(Z/2π)2이 되고, 개개의 입자의 구형도는 구형도=X/Y=X×4π/Z2으로서 산출할 수 있다. 이와 같이 하여 얻어진 임의의 입자 100개의 구형도를 구하고, 그 평균값을 평균 구형도로 했다. 또한 본 발명의 (C) 산화알루미늄 분말의 형상이 구상이라는 것은 그 평균 구형도가 0.8 이상인 것을 말한다.
또 표면 수산기의 개수는 30개/nm2 이하이며, 25개/nm2 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20개/nm2 이하이다. 표면 수산기가 30개/nm2을 넘으면, 조성물로의 충전성이 나빠지고, 열전도율이 나빠진다. 또한 표면 수산기의 개수의 하한값은 통상 10개/nm2 이상이다.
본 발명에 있어서의 (C)성분의 표면 수산기 농도는 칼 피셔 전량 적정법, 예를 들면 미츠비시카가쿠사제 상품명 「미량 수분 측정 장치 CA-100」으로 측정할 수 있다. 구체적으로는 시료 0.3~1.0g을 수분 기화 장치에 넣고, 탈수 처리된 아르곤 가스를 캐리어 가스로서 공급하면서 전기 히터로 가열 승온한다. 칼 피셔 전량 측정법에 있어서, 온도 200℃를 넘어 900℃까지 발생한 수분을 표면 수산기량으로 정의한다. 측정된 수분량과 비표면적으로부터, 표면 수산기의 농도를 산출한다.
(C)성분의 평균 입자 직경은 체적 기준으로 3~20μm이며, 바람직하게는 3~10μm이다. 평균 입자 직경이 3μm 미만에서는 입자끼리의 접촉이 적어지고, 입자간 접촉 열저항의 증대에 의해 열전도율이 나빠진다. 또 평균 입자 직경이 20μm를 넘으면, 본 발명의 열전도성 실리콘 그리스 조성물의 표면의 요철이 커져 계면 열저항이 증대하고, 열전도율이 나빠진다.
(C)성분은 레이저 회절형 입도 분포로 25~45μm에 있어서의 조립자의 비율이 (C)성분 전체의 0.2질량% 이하이면, 소망하는 열저항과 고열전도성을 양립시킬 수 있다. 한편, 25~45μm의 조립자의 비율이 (C)성분 전체의 0.2질량%를 넘으면, 본 발명의 열전도성 실리콘 그리스 조성물이 바람직하게는 25~45μm의 두께가 되지 않게 되고, 또한 소망하는 열저항을 달성할 수 없게 된다. 25~45μm의 조립자의 비율은 0.1질량% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0질량%이다.
본 발명에 있어서의 (C)성분의 평균 입자 직경은 예를 들면 시마즈세이사쿠쇼제 「레이저 회절식 입도 분포 측정 장치 SALD-2300」을 사용하여 측정할 수 있다. 평가 샘플은 유리 비이커에 50cc의 순수와 측정하는 열전도성 분말을 5g 첨가하여, 스패출러를 사용하여 교반하고, 그 후 초음파 세정기로 10분간 분산 처리를 행한다. 분산 처리를 행한 열전도성 재료의 분말의 용액을 스포이트로 장치의 샘플러부에 한 방울씩 첨가하여, 흡광도가 측정 가능하게 될 때까지 안정되는 것을 기다린다. 이와 같이 하여 흡광도가 안정된 시점에서 측정을 행한다. 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치에서는 센서로 검출한 입자에 의한 회절/산란광의 광강도 분포의 데이터로부터 입도 분포를 계산한다. 평균 입자 직경은 측정되는 입자 직경의 값에 상대 입자량(차분%)을 곱하여, 상대 입자량의 합계(100질량%)로 나누어 구해진다. 또한 평균 입자 직경은 입자의 평균 직경이다. 또 (C)성분의 25~45μm의 조립자의 비율도 전체의 입도 분포로부터 용이하게 확인할 수 있다.
(C)성분의 결정 구조는 단결정체, 다결정체의 어느 것이어도 되지만, 결정상은 고열전도성의 점에서 α상이 바람직하고, 또 비중은 3.7 이상이 바람직하다. 비중이 3.7 미만이면, 입자 내부에 존재하는 공공과 저결정상의 비율이 많아지기 때문에, 열전도율을 높이는 것이 곤란하게 되는 경우가 있다. (C)성분의 입도 조정은 분급·혼합 조작에 의해 행할 수 있다.
(C)성분은 평균 구형도 0.8 이상, 표면 수산기 30개/nm2 이하, 평균 입자 직경 3~20μm이며, 또한 레이저 회절형 입도 분포로 25~45μm에 있어서의 조립자의 비율이 전체의 0.2질량% 이하인 구상 산화알루미늄 분말이면 1종 단독으로 사용해도 되고, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서 평균 입자 직경이 상이한 2종류 이상의 복수종을 병용해도 된다.
[(D)성분]
(D)성분은 체적 기준의 평균 입자 직경 0.01μm 이상 3μm 미만이며, 또한 레이저 회절형 입도 분포로 25~45μm에 있어서의 조립자의 비율이 전체의 0.2질량% 이하인 구상 및/또는 부정형상 산화아연 분말이다.
(D)성분의 산화아연 분말은 본 발명의 열전도성 실리콘 그리스 조성물에 있어서 열전도성 충전제로서 기능한다. (D)성분은 1종 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
(D)성분의 평균 입자 직경은 0.01μm 이상 3μm 미만이며, 바람직하게는 0.01~2μm, 보다 바람직하게는 0.01~1μm, 더욱 바람직하게는 0.01~0.5μm의 범위 내이다. 이 평균 입자 직경이 이 범위 내에 있으면, (D)성분의 부피 밀도가 커지기 쉽고, 비표면적은 작아지기 쉬우므로, 본 발명의 열전도성 실리콘 그리스 조성물 중에 (D)성분을 고충전하기 쉽다. 또한 평균 입자 직경이 0.01μm보다 작은 경우에는, 조성물로의 충전성이 나빠지고, 점도가 현저하게 높아진다. 한편, 평균 입자 직경이 3μm 이상으로 지나치게 크면, 오일 분리가 용이하게 진행된다.
(D)성분은 레이저 회절형 입도 분포로 25~45μm에 있어서의 조립자의 비율이 (D)성분 전체의 0.2질량% 이하이면, 소망하는 열저항과 고열전도성을 양립시킬 수 있다. 한편, 25~45μm의 조립자의 비율이 (D)성분 전체의 0.2질량%를 넘으면, 본 발명의 열전도성 실리콘 그리스 조성물이 바람직하게는 25~45μm의 두께가 되지 않게 되고, 그 때문에 소망하는 열저항을 달성할 수 없게 된다. 25~45μm의 조립자의 비율은 0.1질량% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0질량%이다.
또한 (D)성분의 평균 입자 직경 및 조립자의 비율의 측정 방법은 (C)성분과 마찬가지이다.
(D)성분의 형상으로서는 구상 또는 부정형상이다. 본 발명의 (D)성분에 있어서는 구상 이외의 것이 부정형상이며, 예를 들면 봉상, 침상, 원반상이어도 본 발명의 효과를 해치지 않으면 특별히 한정되지 않는다. (D)성분은 구상 또는 부정형상의 것만이어도 되고, 이들을 조합하여 사용해도 된다. 또한 (D)성분이 구상이라는 것은 (C)성분과 마찬가지로 측정한 평균 구형도가 바람직하게는 0.8 이상, 보다 바람직하게는 0.9 이상인 것을 말한다.
(D)성분의 순도는 99.5% 이상이 바람직하고, Pb나 Cd 등의 불순물의 관점에서 특히 99.8% 이상이 바람직하다. 또한 순도는 JIS K 1410에 기초한 원자 흡광 분광 분석법에 의해 측정한 값이다.
본 발명의 열전도성 실리콘 그리스 조성물 중, (C)성분의 평균 입자 직경이 3~20μm이며, 또한 레이저 회절형 입도 분포로 25~45μm에 있어서의 조립자의 비율이 (C)성분 전체의 0.2질량% 이하인 구상 산화알루미늄 분말과, (D)성분의 평균 입자 직경 0.01μm 이상 3μm 미만이며, 또한 레이저 회절형 입도 분포로 25~45μm에 있어서의 조립자의 비율이 (D)성분 전체의 0.2질량% 이하인 구상 또는 부정형상 산화아연 분말의 배합 비율은 질량비로 5:5~9.5:0.5이며, 또한 질량비로 6:4~9:1의 배합 비율의 범위인 것이 바람직하다. (C)성분의 비율이 질량비로 5보다 작아지면 이들 충전제의 충전성이 나빠진다. 반대로 (C)성분의 비율이 질량비로 9.5보다 커지면, 충전제를 치밀하게 충전하기 어려워지고, 열전도성이 감소한다.
본 발명의 열전도성 실리콘 그리스 조성물 중의 (C)성분과 (D)성분의 열전도성 충전제의 합계 함유율은 조성물 전체의 65~83체적%이며, 특히 70~83체적%, 특히 75~83체적%인 것이 바람직하다. 열전도성 충전제의 합계 함유율이 65체적% 미만에서는 이 실리콘 그리스 조성물의 열전도성이 불충분하게 되고, 또 83체적%를 넘으면, 열전도성 충전제의 충전이 곤란하게 된다.
[(E)성분]
본 발명의 조성물에는 또한 (E)성분으로서 (A) 및 (B)성분을 분산 또는 용해할 수 있는 휘발성 용제를 첨가할 수 있다. 본 발명 조성물이 (A) 및 (B)성분의 오르가노폴리실록산에 더해 후술하는 (F)성분의 실란 화합물을 추가로 포함하는 경우에는, (F)성분도 분산 또는 용해할 수 있는 휘발성 용제인 것이 바람직하다. (E)성분은 (A) 및 (B)성분, 및 경우에 따라 (F)성분을 용해 또는 분산할 수 있는 한, 어떠한 용제여도 된다. (E)성분은 1종 단독으로도 2종 이상을 조합해도 사용할 수 있다.
열전도성 실리콘 그리스 조성물의 열전도율은 기본적으로 열전도성 충전제의 충전율에 상관하기 때문에, 열전도성 충전제를 많이 충전하면 할수록 열전도율은 보다 향상된다. 그러나, 당연히 열전도성 충전제의 충전량을 올리면, 열전도성 실리콘 그리스 조성물 그 자체의 점도가 올라가기 쉽고, 전단 작용이 가해졌을 때의 이 조성물의 다일레이턴시도 강해지기 쉽다. 특히 스크린 프린트에 있어서는 열전도성 실리콘 그리스 조성물을 스퀴징할 때, 열전도성 실리콘 그리스 조성물에 다일레이턴시가 강하게 발현되면, 열전도성 실리콘 그리스 조성물의 유동성이 일시적으로 강하게 억제되기 때문에, 스크린 마스크 및 스크린 메시를 열전도성 실리콘 그리스 조성물이 빠져나갈 수 없어, 극단적으로 도포성이 악화되는 일이 있다. 이와 같이, 종래에는 열전도성 충전제가 고충전된 고열전도성 실리콘 그리스 조성물을 히트 싱크 등에 스크린 프린트로 용이하게 또한 균일하게 얇게 설치하는 것이 곤란했다. 본 발명의 열전도성 실리콘 그리스 조성물은 높은 충전율로 (C)성분과 (D)성분의 열전도성 충전제를 포함하고 있어도, (E)성분의 휘발성 용제를 포함하는 경우, 점도가 급격하게 내려가기 쉬워지고, 다일레이턴시도 발현되기 어려워지기 때문에, 도포성이 양호하게 되기 쉬워, 히트 싱크 등에 스크린 프린트로 용이하게 도포할 수 있다. 도포 후에는 함유하고 있는 (E)성분을 상온에서 또는 적극적으로 가열하여 휘발시키는 것이 용이하다. 따라서, 본 발명에 있어서는 열전도성 충전제가 고충전된 고열전도성 실리콘 그리스 조성물을 히트 싱크 등에 스크린 프린트로 용이하게 또한 균일하게 얇게 설치할 수 있다.
(E)성분의 비점은 80~260℃의 범위 내인 것이 바람직하다. 이 비점이 이 범위 내에 있으면, 얻어진 조성물의 도포 작업 중에 이 조성물로부터 (E)성분이 급격하게 휘발하는 것을 막기 쉽기 때문에, 이 조성물의 점도가 상승하는 것을 억제하기 쉽고, 이 조성물의 도포성을 충분히 확보하기 쉽다. 또 이 조성물의 도포 작업 후에는 (E)성분이 이 조성물 중에 잔존하기 어려우므로, 방열 특성이 향상되기 쉽다.
(E)성분의 구체예로서는 톨루엔, 크실렌, 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥산, n-헥산, n-헵탄, 부탄올, 이소프로판올(IPA), 이소파라핀계 용제 등을 들 수 있고, 그 중에서도 안전면, 건강면 및 작업성의 점에서, 이소파라핀계 용제가 바람직하고, 비점 80~260℃의 이소파라핀계 용제가 특히 바람직하다.
(E)성분을 본 발명의 조성물에 첨가하는 경우, 그 첨가량은 (A)성분과 (B)성분의 합계 100질량부에 대하여, 바람직하게는 100질량부 이하, 보다 바람직하게는 75질량부 이하이다. 이 첨가량이 이 범위 내에 있으면, (C)성분과 (D)성분이 급속하게 침강하는 것을 억제하기 쉬워지기 때문에, 이 조성물의 보존성이 향상되기 쉽다. (E)성분의 첨가량의 하한값은 특별히 제한되지 않지만, 본 발명의 열전도성 실리콘 그리스 조성물의 도포성의 관점에서, 1질량부 이상, 특히 5질량부 이상인 것이 바람직하다.
[(F)성분]
본 발명의 실리콘 그리스 조성물에는 또한 (F) 알콕시실란을 첨가할 수 있다.
(F)성분은 하기 일반식(3):
Figure pct00008
(식 중, R4는 각각 독립적으로 탄소 원자수 9~15의 알킬기이며, R5는 각각 독립적으로 비치환 또는 치환의 탄소 원자수 1~8의 1가 탄화수소기이며, R6은 각각 독립적으로 탄소 원자수 1~6의 알킬기이며, d는 1~3의 정수이며, e는 0~2의 정수이며, 단, d+e는 1~3의 정수이다.)
으로 표시되는 알콕시실란이다.
(F)성분은 웨터 성분이기도 하고, 또한 (A)성분의 고온고습하에 있어서의 변질을 막는 첨가제이기도 하다. (C)성분과 (D)성분의 열전도성 충전제의 표면을 (F)성분으로 처리함으로써, 더욱 (A)성분의 (C)성분과 (D)성분에 대한 젖음성을 좋게 할 수 있다. 결과적으로 (F)성분은 (C)성분과 (D)성분의 고충전화를 보조한다. 또 (F)성분은 (A)성분과 병용됨으로써 고온고습하에 있어서의 수증기와 (A)성분과의 접촉을 억제하도록 작용한다. 그 결과, (F)성분은 고온고습 조건에 있어서의 가수분해 등을 원인으로 한 (A)성분의 변질에 의해 본 발명의 열전도성 실리콘 그리스 조성물의 성능이 열화하는 것을 방지한다. (F)성분은 1종 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
상기 R4는 각각 독립적으로 탄소 원자수 9~15의 알킬기이며, 그 구체예로서는 노닐기, 데실기, 도데실기, 테트라데실기, 펜타데실기 등을 들 수 있다. 이 탄소 원자수가 9보다 작으면, 열전도성 충전제((C)성분과 (D)성분)와의 젖음성이 불충분하게 되기 쉽고, 15보다 크면, (F)성분이 상온에서 고화하기 쉬우므로 그 취급이 불편하게 되기 쉬울 뿐만아니라, 얻어지는 조성물의 내열성 및 난연성이 저하되기 쉽다.
상기 R5는 각각 독립적으로 비치환 또는 치환의 탄소 원자수 1~8의 포화 또는 불포화의 1가 탄화수소기이며, 그 구체예로서는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 헥실기, 옥틸기 등의 알킬기; 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등의 시클로알킬기; 비닐기, 알릴기 등의 알케닐기; 페닐기, 톨릴기 등의 아릴기; 2-페닐에틸기, 2-메틸-2-페닐에틸기 등의 아르알킬기; 3,3,3-트리플루오로프로필기, 2-(노나플루오로부틸)에틸기, p-클로로페닐기 등의 할로겐화 탄화수소기 등을 들 수 있고, 특히 메틸기, 에틸기가 바람직하다.
상기 R6은 각각 독립적으로 탄소 원자수 1~6의 알킬기이며, 그 구체예로서는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기 등을 들 수 있고, 특히 메틸기, 에틸기가 바람직하다.
상기 d는 통상 1~3의 정수이지만, 특히 바람직하게는 1이다. 상기 e는 0~2의 정수이다. 단, d+e는 1~3의 정수이다.
(F)성분의 구체예로서는
Figure pct00009
등을 들 수 있다.
(F)성분을 첨가하는 경우, 그 첨가량은 (A)성분과 (B)성분의 합계 100질량부에 대하여, 통상 0.1~50질량부, 바람직하게는 1~20질량부이다. 이 첨가량이 이 범위 내에 있으면, 첨가량에 따라 웨터 효과 및 내고온고습 효과가 증대하기 쉽고, 경제적이다. 한편, (F)성분에는 다소 휘발성이 있으므로, (F)성분을 포함하는 열전도성 실리콘 그리스 조성물을 개방계에서 방치해두면, 이 조성물로부터 (F)성분이 증발하여 이 조성물이 서서히 단단해지는 경우가 있다. 그러나, 이 첨가량이 이 범위 내에 있으면, 이와 같은 현상을 막기 쉽다.
(F)성분으로 (C) 및 (D)성분을 표면 처리하는 경우의 처리 방법으로서는 유체 노즐을 사용한 분무 방식, 전단력이 있는 교반 방식, 볼밀, 믹서 등의 건식법, 수계 또는 유기 용제계 등의 습식법을 채용할 수 있다. 교반식은 구상 산화알루미늄 분말의 파괴가 일어나지 않을 정도로 하여 행하는 것이 중요하다. 건식법에 있어서의 계 내 온도 또는 처리 후의 건조 온도는 표면 처리제의 종류에 따라 표면 처리제의 휘발이나 분해하지 않는 영역에서 적절히 결정되는데, 80~180℃이다. 또 (A), (B)성분과 함께 (C), (D)성분을 가열 혼합 후, 냉각시키고, 이것에 (F)성분, 또는 (E) 및 (F)성분을 첨가 혼합하는 방법을 채용할 수도 있다.
[그 밖의 첨가제]
본 발명의 열전도성 실리콘 그리스 조성물에는 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서, 임의 성분으로서 통상 사용되는 첨가제, 충전제 등을 추가로 첨가할 수 있다. 구체적으로는 불소 변성 실리콘 계면 활성제; 착색제로서 카본블랙, 이산화티탄, 벵갈라 등; 난연성 부여제로서 백금 촉매; 산화철, 산화티탄, 산화세륨 등의 금속 산화물; 금속 수산화물 등을 첨가해도 된다. 또한 열전도성 충전제의 고온시에서의 침강 방지제로서 침강성 실리카, 소성 실리카 등의 미분말 실리카, 틱소성 향상제 등을 첨가하는 것도 임의이다.
[조성물의 조제]
본 발명의 열전도성 실리콘 그리스 조성물은 상기 서술한 성분을 도우 믹서(니더), 게이트 믹서, 플라네터리 믹서 등의 혼합 기기를 사용하여 혼합함으로써 조제된다. 이와 같이 하여 얻어진 이 조성물은 대폭적인 열전도율의 향상과 양호한 작업성, 내구성, 신뢰성을 가진다.
[열전도율]
본 발명의 열전도성 실리콘 그리스 조성물의 열전도율(25℃)은 ISO 22007-2 준거의 핫디스크법에 있어서 2W/m·K 이상 5.5W/m·K 미만, 특히 2.0W/m·K 이상 5.5W/m·K 미만이며, 바람직하게는 3.0W/m·K 이상 5.5W/m·K 미만이다. 이것보다 지나치게 작으면 소망하는 발열 전자 부품의 열 특성이 나빠지고, 지나치게 크면 조성물의 도포성이 곤란하게 된다. 본 발명에 있어서의 조성물의 열전도율 측정에는 예를 들면 교토덴시사제 상품명 「TPS 2500 S」를 사용하여 측정할 수 있다.
[점도]
본 발명의 열전도성 실리콘 그리스 조성물의 25℃에 있어서의 점도는 스파이럴 점도계에 의한 회전수 10rpm 측정시에 있어서 5~800Pa·s이며, 보다 바람직하게는 5~500Pa·s, 더욱 바람직하게는 5~400Pa·s이다. 이 점도가 이 범위 내에 있으면, 얻어지는 조성물은 유동성이 양호하게 되기 쉽기 때문에 디스펜스성, 스크린 프린트성 등의 작업성이 향상되기 쉽고, 이 조성물을 기재에 얇게 도포하는 것이 용이하게 되기 쉽다. 본 발명의 조성물의 점도 측정에는 예를 들면 말콤사제 상품명 「타입 PC-10AA」를 사용하여 측정할 수 있다.
또 본 발명의 실리콘 그리스 조성물은 200℃에서 100시간 건조기를 사용하여열 열화시킨 후, 상기와 마찬가지로 25℃에 있어서 측정한 점도가 1,000Pa·s 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 700Pa·s 이하, 더욱 바람직하게는 500Pa·s 이하이다. 이와 같은 비경화형 그리스상으로 함으로써 발열 전자 부품의 신뢰성을 확보할 수 있다.
[열저항]
본 발명의 열전도성 실리콘 그리스 조성물의 레이저 플래시법으로 측정한 25℃에 있어서의 열저항은 12mm2·K/W 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10mm2·K/W 이하이다.
또 본 발명의 열전도성 실리콘 그리스 조성물은 130℃/85%RH 분위기하에서 96시간 방치 후에 있어서 레이저 플래시법으로 측정한 25℃에 있어서의 열저항이 15mm2·K/W 이하인 것이 바람직하고, 특히 12mm2·K/W 이하인 것이 바람직하다. 이 열저항이 이 범위 내에 있으면, 본 발명 조성물은 발열량이 큰 발열체에 적용한 경우에도 이 발열체로부터 발생하는 열을 효율적으로 발열 전자 부품 밖으로 방산시킬 수 있다. 또한 레이저 플래시법에 의한 열저항의 측정은 ASTM E 1461에 준거하여 행할 수 있다.
[체적저항률]
본 발명의 열전도성 실리콘 그리스 조성물은 JIS K 6911에 준거한 방법에 의해 측정한 체적저항률이 1×109Ω·cm 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1×1010Ω·cm 이상이다. 이 범위 내이면, 본 발명의 조성물은 절연성을 확보할 수 있다.
[조성물의 용도]
본 발명의 열전도성 실리콘 그리스 조성물은 발열체나 방열체에 도포된다. 발열체로서는 예를 들면 일반의 전원; 전원용 파워 트랜지스터, 파워 모듈, 서미스터, 열전대, 온도 센서 등의 전자 기기; LSI, CPU 등의 집적 회로 소자 등의 발열성 전자 부품 등을 들 수 있다. 방열체로서는 예를 들면 히트 스프레더, 히트 싱크 등의 방열 부품; 히트 파이프; 방열판 등을 들 수 있다. 도포는 예를 들면 스크린 프린트에 의해 행할 수 있다. 스크린 프린트는 예를 들면 메탈 마스크 혹은 스크린 메시를 사용하여 행할 수 있다. 본 발명의 조성물을 발열체 및 방열체 사이에 개재시키도록 도포함으로써, 이 발열체로부터 이 방열체로 효율적으로 열을 전도시킬 수 있으므로, 이 발열체로부터 효과적으로 열을 제거할 수 있다.
(실시예)
이하, 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 더욱 상세하게 서술하는데, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1~10, 비교예 1~10]
우선, 본 발명의 조성물을 조제하기 위해서 이하의 각 성분을 준비했다.
(A) 규소 원자에 결합한 알콕시기를 가지는 오르가노폴리실록산
A-1:하기 식으로 표시되는 동점도가 30mm2/s인 오르가노폴리실록산
Figure pct00010
(B) 오르가노폴리실록산
B-1:하기 식으로 표시되는 동점도가 500mm2/s인 오르가노폴리실록산
Figure pct00011
(C) 구상 산화알루미늄 분말
Figure pct00012
또한 여기서 나타낸 평균 입자 직경은 레이저 회절형 입도 분포로 얻어진 입도 분포 전체로부터 산출했다. 또 조립 함유율은 레이저 회절형 입도 분포로 얻어진 입도 분포 전체에 대한 25~45μm의 조립자의 비율이다.
(D) 부정형 산화아연 분말(평균 입자 직경 0.27μm, JIS Z 8801-1에 규정된 체눈의 크기 45μm의 체를 친 획분에서 조립 함유율은 0질량%)
또한 여기서 나타낸 평균 입자 직경은 레이저 회절형 입도 분포로 얻어진 입도 분포 전체로부터 산출했다. 또 레이저 회절형 입도 분포로 얻어진 입도 분포 전체에 대한 25~45μm의 조립자의 비율은 0질량%이다.
(E) A-1, B-1 및 하기 F-1 성분을 분산 또는 용해할 수 있는 휘발성 용제
E-1:아이소졸(등록상표) 400(상품명, 이소파라핀계 용제, 비점;210~254℃, 니혼세키유카가쿠 가부시키가이샤제)
(F) 알콕시실란
F-1:하기 식으로 표시되는 알콕시실란
Figure pct00013
[제조 방법]
(A)~(D)성분, 또한 필요에 따라 (E) 및 (F)성분을 이하와 같이 혼합하여, 실시예 1~10 및 비교예 1~10의 조성물을 얻었다. 즉 표 1 및 표 2에 나타내는 조성비(질량부)로 5리터 플라네터리 믹서(이노우에세이사쿠쇼 가부시키가이샤제)에 (A)~(D)성분을 칭량하여 취하고, 150℃에서 1시간, 30mmHg 이하의 조건에서 감압 혼합했다. 그 후, 얻어진 혼합물을 상온까지 냉각 혼합했다. (E)성분과 (F)성분을 첨가하는 경우에는 냉각한 혼합물에 (E)성분과 (F)성분을 표 2 및 표 3에 나타내는 배합량으로 가하여 균일하게 되도록 혼합했다.
[시험 방법]
얻어진 조성물의 특성을 하기의 시험 방법으로 측정했다. 결과를 표 2 및 표 3에 병기한다.
〔점도 측정〕
얻어진 조성물을 25℃의 항온실에 24시간 방치 후, 점도계(상품명:스파이럴 점도계 PC-10AA, 가부시키가이샤 말콤제)를 사용하여 회전수 10rpm에서의 점도를 측정했다.
〔열 열화 후의 점도 측정〕
얻어진 조성물을 200℃에서 100시간 건조기를 사용하여 열 열화시킨 후, 25℃의 항온실에 24시간 방치 후, 상기와 마찬가지로 측정했다.
〔열전도율 측정〕
얻어진 조성물을 키친용 랩으로 거품 등이 들어가지 않도록 싼 것을 2개 준비하고, 그 시료를 교토덴시코교 가부시키가이샤제의 열전도율계(상품명:TPS-2500 S)의 센서에 끼워넣어 25℃에 있어서의 이 조성물의 열전도율을 측정했다.
〔두께, 열저항의 측정 시험편 제작〕
직경 12.6mm, 두께 1mm의 원형 알루미늄판 2장으로 두께 75μm의 조성물을 끼워넣고, 0.15MPa의 압력을 25℃에서 60분간 가하여 시험편을 제작했다.
〔두께 측정〕
시험편의 두께를 마이크로미터(가부시키가이샤 미츠토요제)로 측정하고, 미리 측정해두었던 알루미늄판 2장분의 두께를 빼고, 이 조성물의 두께를 산출했다.
〔열저항의 측정〕
상기 시험편을 사용하여, 이 조성물의 열저항(단위:mm2·K/W)을 레이저 플래시법에 기초하는 열저항 측정기(넷취사제, 크세논 플래시 애널라이저;LFA447 NanoFlash)에 의해 25℃에 있어서 측정했다.
〔고온고습하 방치 후의 열저항의 측정〕
열저항 측정 후의 상기 시험편을 130℃/85%RH 분위기하에서 96시간 방치한 후, 다시 이 조성물의 열저항(단위:mm2·K/W)을 동 열저항 측정기에 의해 25℃에 있어서 측정했다.
〔체적저항률의 측정〕
JIS K 6911에 기초하여, 이중링 전극법으로 측정하기 위해서 시료 두께가 1.0mm가 되도록 시험편을 제작하고, 500V를 전극간에 인가하여, 1분 후의 체적저항률을 측정했다.
Figure pct00014
Figure pct00015

Claims (6)

  1. (A) 하기 일반식(1):
    Figure pct00016

    (식 중, R1은 각각 독립적으로 비치환 또는 치환의 탄소 원자수 1~18의 1가 탄화수소기이며, R2는 각각 독립적으로 알킬기, 알콕시알킬기, 알케닐기 또는 아실기이며, a는 5~100의 정수이며, b는 1~3의 정수이다.)
    으로 표시되고, 25℃에 있어서의 동점도가 10~10,000mm2/s인 오르가노폴리실록산:5~99질량부
    (B) 하기 평균 조성식(2):
    Figure pct00017

    (식 중, R3은 각각 독립적으로 비치환 또는 치환의 탄소 원자수 1~18의 1가 탄화수소기이며, c는 1.8~2.2의 수이다.)
    으로 표시되고, 25℃에 있어서의 동점도가 10~100,000mm2/s인 오르가노폴리실록산:1~95질량부
    (단, (A)성분과 (B)성분의 합계량은 100질량부가 되는 양이다.)
    (C) 평균 구형도 0.8 이상, 표면 수산기 30개/nm2 이하, 평균 입자 직경 3~20μm이며, 또한 레이저 회절형 입도 분포로 25~45μm에 있어서의 조립자의 비율이 (C)성분 전체의 0.2질량% 이하인 구상 산화알루미늄 분말
    (D) 평균 입자 직경 0.01μm 이상 3μm 미만이며, 또한 레이저 회절형 입도 분포로 25~45μm에 있어서의 조립자의 비율이 (D)성분 전체의 0.2질량% 이하인 구상 및/또는 부정형상 산화아연 분말
    (단, (C)성분과 (D)성분의 배합 비율은 질량비로 5:5~9.5:0.5이며, 이들의 합계량이 조성물 전체의 65~83체적%가 되는 양이다.)
    을 함유하는 열전도성 실리콘 그리스 조성물로서,
    이 조성물의 열전도율이 ISO 22007-2 준거의 핫디스크법에 있어서 2W/m·K 이상 5.5W/m·K 미만이며, 또한 25℃에 있어서의 점도가 스파이럴 점도계에 의한 회전수 10rpm 측정시에 있어서 5~800Pa·s인 열전도성 실리콘 그리스 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 200℃×100시간 열 열화 후, 25℃에 있어서의 점도가 스파이럴 점도계에 의한 회전수 10rpm 측정시에 있어서 1,000Pa·s 이하의 비경화형 그리스상인 것을 특징으로 하는 열전도성 실리콘 그리스 조성물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 또한 (E) 상기 (A) 및 (B)성분을 분산 또는 용해할 수 있는 휘발성 용제:상기 (A)성분과 (B)성분의 합계량 100질량부에 대하여 100질량부 이하를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 실리콘 그리스 조성물.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 또한 (F) 하기 일반식(3):
    Figure pct00018

    (식 중, R4는 각각 독립적으로 탄소 원자수 9~15의 알킬기이며, R5는 각각 독립적으로 비치환 또는 치환의 탄소 원자수 1~8의 1가 탄화수소기이며, R6은 각각 독립적으로 탄소 원자수 1~6의 알킬기이며, d는 1~3의 정수이며, e는 0~2의 정수이며, 단, d+e는 1~3의 정수이다.)
    으로 표시되는 알콕시실란:상기 (A)성분과 (B)성분의 합계량 100질량부에 대하여 0.1~50질량부
    를 함유하고, (C)성분과 (D)성분이 (F)성분으로 표면 처리되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전도성 실리콘 그리스 조성물.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 130℃/85%RH 분위기하에서 96시간 방치 후에 있어서, 레이저 플래시법으로 측정한 25℃에 있어서의 열저항이 15mm2·K/W 이하인 것을 특징으로 하는 열전도성 실리콘 그리스 조성물.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 체적저항률이 1×109Ω·cm 이상인 것을 특징으로 하는 열전도성 실리콘 그리스 조성물.
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