KR20240046899A - 열전도성 실리콘 조성물 - Google Patents
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Abstract
조성물은: (A) 경화성 실리콘 조성물로서, 30 내지 400 밀리파스칼*초 범위의 점도를 갖는 (a1) 비닐디메틸실록시 말단화된 폴리디메틸폴리실록산, (a2) 실리콘 수소화물 작용성 가교결합제, 및 가교결합제로부터의 실리콘 수소화물 작용기 대 비닐 작용기의 몰비가 0.5:1 내지 1:1 범위인 (a3) 하이드로실릴화 촉매를 포함하는, 경화성 실리콘 조성물; (B) 알킬 트리알콕시실란 및 모노-트리알콕시실록시 말단화된 디메틸폴리실록산 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 충전제 처리제; 및 (C) 열전도성 충전제 혼합물로서, (c1) 40 내지 55 중량%의 질화알루미늄 충전제로서, (c1-a) 100 마이크로미터 이상의 D50 입자 크기를 갖는 15 내지 41 중량%의 구형 질화알루미늄 입자 및 (c1-b) 20 내지 80 마이크로미터의 D50 입자 크기를 갖는 구형 또는 불규칙 형상의 질화알루미늄 입자의 블렌드를 함유하는 질화알루미늄 충전제; (c2) 1 내지 5 마이크로미터의 D50 입자 크기를 갖는 구형 산화알루미늄 입자; 및 (c3) 0.1 내지 0.5 마이크로미터의 D50 입자 크기를 갖는 10 중량% 내지 20 중량%의 불규칙한 산화아연 입자를 포함하는 열전도성 충전제 혼합물을 함유하되, 여기서 열전도성 충전제 혼합물의 총량은 94 내지 97 중량%이고; 여기서 중량% 값은 달리 명시되지 않는 한 열전도성 조성물의 중량을 기준으로 한다.
Description
본 발명은 질화알루미늄 충전제(filler)를 함유하는 열전도성 실리콘 조성물에 관한 것이다.
더 작고 더 강력한 전자 장치에 대한 업계의 노력으로 인해 이러한 장치에서 발생하는 열을 분산시키는 데 유용한 열전도성 물질에 대한 수요가 증가하였다. 예를 들어, 통신 산업은 5G 네트워크로의 세대교체를 진행 중인데, 이는 더 작은 크기의 고집적 전기 장치를 요구하고 있으며, 이에 수반하여 필요한 전력은 두배(600 와트에서 1200 와트로)가 된다. 더 작은 장치에서 고전력에 의해 생성된 열은 효율적으로 발산되지 않으면 장치를 손상시킬 수 있다. 열전도성 인터페이스 물질은 전자 제품에서 발열 구성요소와 열방출 구성요소를 열적으로 연결하기 위해 자주 사용된다. 결합된 구성요소 사이에서 효율적으로 열을 전달하기 위해, 열전도성 조성물은 ASTM 방법 D5470-06에 따라 측정 시 열전도도가 미터*켈빈 당 9.0 와트(W/m*K) 이상인 것이 바람직하다. 동시에 전자 장치가 소형화됨에 따라 빠른 생산 공정 중에 적절한 구성요소에 열전도성 조성물을 정확하고 정밀하게 적용하는 것이 더욱 중요해지고 있다. 이와 관련하여, 열전도성 물질은 본원의 하기에 기재된 절차를 이용하여 표준 30 입방 센티미터 EFD 주사기 패키지로 0.62 메가파스칼(평방 인치당 90 파운드)의 압력에서 측정 시 분당 60 그램(g/분) 초과의 압출 속도(ER)를 갖는 것이 바람직하다.
열전도성 물질에서 이러한 열전도도와 압출 속도를 동시에 달성하는 것은 어려운 일이다. 열전도성 충전제의 양을 증가시키면 열전도도를 증가시킬 수 있지만, 또한 점도도 증가시켜, 압출 속도를 저해하고 디스펜싱 성능과 유용성을 떨어뜨린다. 예를 들어, ER이 60 g/분 초과의 질화알루미늄 충전제를 함유하는 기존의 열전도성 조성물은 일반적으로 9.0 W/m*K의 열전도도를 달성할 수 없다. 열전도성이 높은 충전제인 질화붕소를 추가로 첨가하면 5 중량% 이상의 농도에서 열전도도가 9.0 W/m*K 이상으로 증가할 수 있지만, 생성된 열전도성 조성물은 점도가 너무 높아서 60 g/분을 초과하는 ER을 달성할 수 없거나 심지어 분말성 페이스트가 된다.
60 g/분 초과의 ER 및 9.0 W/m*K 이상의 열전도도를 동시에 달성할 수 있는 열전도성 조성물을 찾아야 할 필요성이 남아 있다.
본 발명은 60 g/분 초과의 압출 속도 및 9.0 W/m*K 이상의 열전도도를 동시에 달성하는 열전도성 물질을 제공한다. 또한, 열전도성 물질은 반응성이며 경화된 열전도성 물질로 경화될 수 있다. 본 발명은 경화성 유기폴리실록산, 충전제 처리제 및 특정 열전도성 충전제 혼합물의 신규한 조합을 포함한다. 열전도성 충전제 혼합물은, 특정 입자 크기 및/또는 형상을 갖는 질화알루미늄 충전제, 1 내지 5 마이크로미터(μm)의 D50 입자 크기를 갖는 구형 산화알루미늄 입자, 및 0.1 내지 0.5 μm의 D50 입자 크기를 갖는 불규칙한 형상의 산화아연 입자의 특정 블렌드(blend)를 포함한다. 열전도성 조성물은 전자 장치의 구성요소들 사이의, 예를 들어, 열전도성 인터페이스 물질로서 유용하다.
제1 양태에서, 본 발명은 열전도성 조성물로서,
(A) 경화성 실리콘 조성물로서:
(a1) 30 내지 400 밀리파스칼*초의 범위의 점도를 갖는 비닐디메틸실록시 말단화된(vinyldimethylsiloxy-terminated) 폴리디메틸폴리실록산,
(a2) 실리콘 수소화물 작용성 가교결합제, 및
(a3) 하이드로실릴화 촉매를 포함하되,
여기서 가교결합제로부터의 실리콘-수소화물 작용기 대 비닐 작용기의 몰비는 0.5:1 내지 1:1의 범위인, 경화성 실리콘 조성물;
(B) 알킬 트리알콕시실란 및 모노-트리알콕시실록시 말단화된 디메틸폴리실록산 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 충전제 처리제; 및
(C) 열전도성 충전제 혼합물로서, 열전도성 조성물의 중량을 기준으로,
(c1) 40 중량% 내지 55 중량%의 질화알루미늄 충전제로서,
(c1-a) 100 마이크로미터 이상의 D50 입자 크기를 갖는 15 중량% 내지 41 중량%의 구형 질화알루미늄 입자, 및
(c1-b) 20 내지 80 마이크로미터의 D50 입자 크기를 갖는 구형 또는 불규칙 형상의 질화알루미늄 입자의 블렌드를 포함하는, 질화알루미늄 충전제;
(c2) 1 내지 5 마이크로미터의 D50 입자 크기를 갖는 구형 산화알루미늄 입자; 및
(c3) 0.1 내지 0.5 마이크로미터의 D50 입자 크기를 갖는 10 중량% 내지 20 중량%의 불규칙 형상의 산화아연 입자를 포함하는 열전도성 충전제 혼합물을 포함하되,
여기서 열전도성 충전제 혼합물의 총량은, 열전도성 조성물의 중량을 기준으로, 94 중량% 내지 97 중량%인, 열전도성 조성물이다. 중량% 값은 달리 명시되지 않는 한 열전도성 조성물의 중량을 기준으로 한다.
제2 양태에서, 본 발명은 제1 양태의 열전도성 조성물을 또 다른 물질 상에 포함하는 물품이다.
시험 방법은, 날짜가 시험 방법 번호와 함께 명시되지 않은 경우, 본 문서의 우선일 현재 가장 최근의 시험 방법을 지칭한다. 시험 방법에 대한 참조에는, 시험 협회에 대한 참조와 시험 방법 번호 둘 모두가 포함된다. 하기의 시험 방법 약어 및 식별자가 본원에 적용된다: ASTM은 ASTM 국제 방법을 지칭하고; ISO는 국제표준기구(International Organization for Standards)를 의미한다.
상표명에 의해 식별되는 제품은 본 문서의 우선일에 이들 상표명으로 입수 가능한 조성물을 지칭한다.
"및/또는"은 "그리고, 또는 대안으로서"를 의미한다. 모든 범위는 달리 제시되지 않는 한 종점을 포함한다. 달리 명시되지 않는 한, 모든 중량-백분율(중량%) 값은 조성물 중량에 대한 상대적인 값이며, 모든 부피-백분율(부피%) 값은 조성물 부피에 대한 상대적인 값이다.
폴리실록산에 대한 "점도"는 달리 언급되지 않는 한, 섭씨 25도(℃)에서 유리 모세관 Cannon-Fenske 유형 점도계를 사용하여 ASTM D445-21에 의해 결정된다.
표준 1H, 13C 및 29Si 핵자기 공명(NMR) 분석에 의해 폴리실록산에 대한 화학 구조를 결정한다.
레이저 회절 입자 크기 분석기(CILAS920 입자 크기 분석기 또는 Beckman Coulter LS 13 320 SW)를 사용하여 충전제 입자의 평균 입자 크기를 부피 중위 입자 크기(D50)로 결정한다. "D"는 충전제 입자의 직경을 나타내고, D50은 이 직경보다 큰 충전제 입자의 부피가 절반, 작은 충전제 입자의 부피가 절반으로 부피 분포를 나누는 마이크로미터(μm) 단위의 크기이다. 예를 들어, D50=5 μm이면 입자 부피의 50%가 5 μm보다 작다는 의미이다.
달리 명시하지 않는 한, 모든 열전도도 값은 LonGwin 모델 LW 9389 TIM 열 저항 및 전도도 측정 장치("TC-LonGwin"으로도 표시됨)를 사용하여 ASTM D5470-06에 따라 결정된다.
본 발명의 열전도성 조성물은 그 자체가 (a1) 비닐디메틸실록시 말단화된 폴리디메틸폴리실록산(PDMS), (a2) 실리콘 수소화물(SiH) 작용성 가교결합제 및 (a3) 하이드로실릴화 촉매를 포함하는 경화성 실리콘 조성물을 포함한다. 비닐디메틸실록시-말단화된 PDMS 및 SiH 작용성 가교결합제의 상대 농도는 가교결합제로부터의 SiH 작용기 대 비닐 작용기의 몰비가 0.5:1 내지 1:1의 범위이고, 0.5:1 이상, 0.6:1 이상, 0.7:1 이상, 0.8:1 이상, 심지어 0.9:1 이상일 수 있으며, 동시에 1:1 이하이고, 0.9:1 이하, 0.8:1 이하, 0.7:1 이하, 또는 심지어 0.6:1 이하일 수 있다.
본 발명에 유용한 비닐디메틸실록시 말단화된 PDMS(a1)는 30 밀리파스칼*초(mPa*s) 이상, 45 mPa*s 이상, 60 mPa*s 이상, 90 mPa*s 이상, 100 mPa*s 이상, 120 mPa*s 이상, 140 mPa*s 이상, 160 mPa*s 이상, 심지어 180 mPa*s 이상의 점도를 가질 수 있으며, 동시에 400 mPa*s 이하, 300 mPa*s 이하, 200 mPa*s 이하, 180 mPa*s 이하, 160 mPa*s 이하, 140 mPa*s 이하, 120 mPa*s 이하, 100 mPa*s 이하, 80 mPa*s 이하 또는 심지어 60 mPa*s 이하의 점도를 갖는다. 점도가 너무 높으면 열전도성 조성물은 점도가 너무 높아 원하는 압출 속도를 달성할 수 없다. 점도가 너무 낮으면 열전도성 조성물은 실리콘 이동이나 번짐(bleed) 문제 및 경화 후 열악하고 부서지기 쉬운 기계적 특성을 가질 위험이 있다.
본 발명에 유용한 비닐디메틸실록시-말단화된 PDMS는 다음 화학 구조(I)를 가질 수 있다:
Vi(CH3)2SiO-[(CH3)2SiO]n-Si(CH3)2Vi
(I)
여기서, "Vi"는 비닐기(-CH=CH2)를 지칭하고, n은 비닐디메틸실록시 말단화된 PDMS에 대한 중합도(degree of polymerization)(DP)인 디메틸실록산 단위의 평균 수를 지칭한다. 비닐디메틸실록시 말단화된 PDMS에 대해 원하는 점도를 달성하도록 n을 선택한다. 통상적으로는, n은 25 이상의 값이고, 30 이상, 35 이상, 40 이상, 45 이상, 50 이상, 60 이상 70 이상, 80 이상, 심지어 90 이상일 수 있으며, 동시에 통상적으로는 200 이하, 190 이하, 180 이하, 170 이하, 160 이하, 150 이하, 140 이하, 130 이하, 120 이하, 100 이하, 90 이하, 80 이하, 70 이하, 60 이하, 또는 심지어 50 이하이다.
바람직하게는, 비닐디메틸실록시 말단화된 PDMS는 0.4 중량% 내지 2.4 중량%의 비닐 작용기(즉, 비닐기)를 포함하고, 0.4 중량% 이상, 0.5 중량% 이상, 0.6 중량% 이상, 0.7 중량% 이상, 0.8 중량% 이상, 0.9 중량% 이상, 1.0 중량% 이상, 1.1 중량% 이상, 1.2 중량% 이상, 심지어 1.25 중량% 이상일 수 있고, 동시에 일반적으로 2.4 중량% 이하, 2.2 중량% 이하, 2% 이하, 1.6 중량% 이하, 1.55 중량% 이하, 1.5 중량% 이하, 1.4 중량% 이하, 또는 심지어 1.3 중량% 이하이다. 비닐 작용기의 농도는 27*2/Mw로 계산할 수 있으며, 여기서 Mw는 비닐디메틸실록시 말단화된 PDMS의 분자량이다. 비닐디메틸실록시 말단화된 PDMS의 Mw는 표준 1H, 13C and 29Si 핵자기공명(NMR) 분석으로 특성화되는 화학 구조에 의해 결정될 수 있다.
적합한 디비닐 PDMS 물질은 US5883215A에 교시된 바와 같이 말단화를 위해 비닐 단부 차단제를 사용한 사이클로실록산의 개환 중합에 의해 제조될 수 있다. 시판중인 적합한 디비닐 PDMS는 Gelest로부터 DMS-V21이라는 명칭으로 입수 가능한 폴리실록산을 포함한다.
본 발명에 유용한 SiH 작용성 가교제(a2)는 SiH 작용기를 함유하는 폴리실록산일 수 있다. 바람직하게는, SiH 작용성 가교결합제는 분자당 2개 이상, 심지어 3개 이상의 SiH 작용기를 함유한다. 바람직하게는, SiH 작용성 가교결합제에서, SiH 작용성 가교결합제의 중량을 기준으로, SiH 형태의 수소 원자(H) 농도(즉, 실리콘 결합된 수소 원자의 농도)는 0.1 중량% 이상, 0.2 중량% 이상, 0.3 중량% 이상, 0.4 중량% 이상, 0.5 중량% 이상, 0.6 중량% 이상, 0.7 중량% 이상, 0.8 중량% 이상, 심지어 0.9 중량% 이상이고, 동시에 일반적으로 1.0 중량% 이하, 0.9 중량% 이하, 0.8 중량% 이하, 0.7 중량% 이하, 0.6 중량% 이하, 0.5 중량% 이하, 0.4 중량% 이하, 또는 심지어 0.3 중량%이다. 실리콘 결합된 수소 원자의 함량은 NMR 분석에 의해 측정될 수 있다.
SiH 작용성 가교결합제는 바람직하게는 (II), (III) 또는 이들의 조합으로부터 선택된 화학 구조를 갖는 하나 또는 하나 이상의 폴리실록산을 포함할 수 있다:
H(CH3)2SiO-[(CH3)2)SiO)]x-Si(CH3)2H
(II)
(CH3)3SiO-[(CH3)HSiO]y[(CH3)2)SiO]z-Si(CH3)3
(III)
여기서 아래 첨자 x는 10 내지 100의 범위의 값을 가지며, 10 이상, 15 이상, 20 이상, 30 이상, 40 이상, 50 이상, 60 이상, 70 이상, 심지어 80 이상일 수 있고, 동시에 일반적으로 100 이하, 90 이하, 80 이하, 70 이하, 60 이하, 50 이하, 40 이하, 30 이하, 또는 심지어 20 이하이다;
아래 첨자 y는 3 내지 30 범위의 값을 가지며 3 이상, 4 이상, 5 이상, 10 이상, 15 이상, 20 이상, 심지어 25 이상이 될 수 있으며 동시에 일반적으로 30 이하, 25 이하, 20 이하, 15 이하, 10 이하, 9 이하, 8 이하, 7 이하, 6 이하, 5 이하, 또는 심지어 4 이하이다; 그리고 아래 첨자 z는 3 내지 100 범위의 값을 갖고, 3 이상, 5 이상, 10 이상, 15 이상, 20 이상, 30 이상, 40 이상, 50 이상, 60 이상, 70 이상, 심지어 80 이상일 수 있고, 동시에 일반적으로 100 이하, 90 이하, 80 이하, 70 이하, 60 이하, 50 이하, 40 이하, 30 이하, 20 이하, 10 이하, 5 이하, 심지어 4 이하이다.
적합한 시판중인 SiH 작용성 가교결합제는 모두 Gelest로부터 입수 가능한 HMS-071, HMS-301 및 DMS-H11이라는 명칭으로 입수 가능한 것들을 포함한다.
본 발명에 유용한 하이드로실릴화 촉매(a3)는 임의의 하이드로실릴화 촉매일 수 있다. 바람직하게는, 하이드로실릴화 촉매는 백금계 촉매, 예컨대 스피어(Speier) 촉매(H2PtCl6) 및/또는 카스테트(Karstedt) 촉매(디비닐 함유 디실록산으로부터 유도된 유기백금 화합물, 백금-디비닐테트라메틸디실록산 복합체 또는 1,3-디에테닐-1,1,3,3 테트라메틸디실록산 백금 복합체로도 식별됨)를 포함한다. 하이드로실릴화 촉매는 (통상적으로 페닐 수지에서) 캡슐화되거나 캡슐화되지 않을 수 있다. 예시적 하이드로실릴화 반응 촉매는 미국 특허 제3,159,601호 및 제3,220,972호에 기재되어 있다. 하이드로실릴화 촉매의 농도는 통상적으로, 열전도성 조성물 중량을 기준으로, 0.01 중량% 이상, 0.02 중량% 이상, 0.03 중량% 이상, 0.04 중량% 이상, 심지어 0.05 중량% 이상이며, 동시에 일반적으로 0.10 중량% 이하, 0.09 중량% 이하, 0.08 중량% 이하, 0.07 중량% 이하, 또는 심지어 0.06 중량% 이하의 농도로 존재한다.
본 발명의 열전도성 조성물은 또한 하나 이상의 충전제 처리체를 포함한다. 충전제 처리제는 알킬트리알콕시실란(B1), 모노-트리알콕시실록시 말단화된 디메틸폴리실록산(B2), 또는 (B1) 및 (B2)의 혼합물을 포함한다.
알킬트리알콕시실란은 알킬트리메톡시실란일 수 있다. 알킬트리알콕시실란은 탄소수 6 내지 20(C6-C20)의 알킬 트리메톡시 실란일 수 있고, C6-C12 알킬 트리메톡시 실란, 바람직하게는 C8-C12 알킬 트리메톡시 실란일 수 있고 n-데실트리메톡시 실란일 수 있다. 적합한 알킬트리알콕시실란은 Dow, Inc.로부터 DOWSIL™ Z-6210 실란(DOWSIL은 The Dow Chemical Company의 상표임)의 명칭으로 또는 Gelest로부터 SID2670.0의 명칭으로 입수 가능한 n-데실트리메톡시실란을 포함한다.
적합한 모노-트리알콕시실록시 말단화된 디메틸폴리실록산의 예는 화학 구조 (IV)를 갖는다:
(CH3)3SiO-[(CH3)2SiO]a-Si(OR')3
(IV)
여기서, 아래 첨자 a는 20 내지 150의 범위의 값을 갖고, 20 이상, 30 이상, 40 이상, 50 이상, 60 또는 30 이상, 70 이상, 80 이상, 심지어 90 이상일 수 있으며, 동시에 통상적으로 150 이하, 140 이하, 130 이하, 120 이하, 110 이하, 100 이하, 90 이하, 80 이하, 70 이하, 60 이하, 50 이하, 40 이하, 또는 심지어 30 이하이다. R'은 바람직하게는 1 내지 12개의 탄소 원자(C1-C12)를 함유하는 알킬기이고, 가장 바람직하게는 메틸이다. 바람직하게는, 모노-트리알콕시실록시 말단화된 디메틸폴리실록산은 모노-트리메톡시 말단화된 디메틸 폴리실록산이다.
적합한 모노-트리알콕시실록시 말단화된 디메틸폴리실록산은 US2006/0100336의 교시에 따라서 합성될 수 있다. 바람직하게는, 모노-트리알콕시실록시 말단화된 디메틸폴리실록산은 통상적으로, 열전도성 조성물의 중량을 기준으로, 0.5 중량% 이상, 0.6 중량% 이상, 0.7 중량% 이상, 0.8 중량% 이상, 0.9 중량% 이상, 1.0 중량% 이상, 1.1 중량% 이상, 1.2 중량% 이상, 1.3 중량% 이상, 1.4 중량% 이상, 1.5 중량% 이상, 심지어 1.6 중량% 이상의 농도로 존재하고, 동시에 일반적으로 3.0 중량% 이하, 2.9 중량% 이하, 2.8 중량% 이하, 2.7 중량% 이하, 2.6 중량% 이하, 2.5 중량% 이하, 2.4 중량% 이하, 2.3 중량% 이하, 2.2 중량% 이하, 2.1 중량% 이하, 2.0 중량% 이하, 1.9 중량% 이하, 1.8 중량% 이하, 또는 심지어 1.7 중량% 이하의 농도로 존재한다. 동시에, 또는 대안적으로, 알킬트리알콕시실란은, 열전도성 조성물 중량을 기준으로, 0.05 중량% 이상, 0.1 중량% 이상, 0.2 중량% 이상, 0.3 중량% 이상 또는 심지어 0.4 중량% 이상의 농도로 존재할 수 있고, 동시에 통상적으로는 0.5 중량% 이하, 0.4 중량% 이하, 0.3 중량% 이하 또는 0.2 중량% 이하의 농도로 존재한다.
본 발명의 열전도성 조성물은 열전도성 충전제 혼합물(C)을 추가로 포함한다. 열전도성 충전제 혼합물(C)은 열전도성 조성물 내의 모든 열전도성 충전제를 포함한다. 열전도성 충전제는 열전도성 조성물을 통한 열전도를 용이하게 하는 미립자를 지칭한다.
본 발명에 유용한 열전도성 충전제 혼합물은 두 개의 서로 다른 질화알루미늄 충전제(c1-a 및 c1-b)의 블렌드를 포함하는 질화알루미늄 충전제(c1)를 포함한다.
(c1-a) 질화알루미늄 충전제는 100 μm 이상의 D50 입자 크기를 갖는 구형 질화알루미늄 입자이다. "구형" 형상 입자는 1.0 +/- 0.2의 종횡비를 갖는 입자를 지칭한다. 주사 전자 현미경(SEM) 이미징을 사용하여 10개 이상의 입자의 최장 치수(장축) 및 최단 치수(단축)의 평균적인 비율을 취함으로써 입자의 종횡비를 결정한다.
구형 질화알루미늄 입자(c1-a)는 100 μm 이상의 D50 입자 크기를 가지며, 100 μm 초과, 105 μm 이상, 110 μm 이상, 115 μm 이상, 또는 심지어 120 μm 이상일 수 있다. 구형 질화알루미늄 충전제(c1-a)는 200 μm 이하, 190 μm 이하, 180 μm 이하, 175 μm 이하, 170 μm 이하, 160 μm 이하, 150 μm 이하, 140 μm 이하, 130 μm 이하, 또는 심지어 120 μm 이하의 D50 입자 크기를 가질 수 있다. 구형 질화알루미늄 입자(c1-a)는, 열전도성 조성물의 중량을 기준으로, 15 중량% 내지 41 중량%의 농도로 존재할 수 있으며, 15 중량% 이상, 16 중량% 이상, 17 중량% 이상, 18 중량% 이상, 19 중량% 이상, 20 중량% 이상, 21 중량% 이상, 22 중량% 이상, 24 중량% 이상, 25 중량% 이상, 28 중량% 이상, 30 중량% 이상 또는 심지어 32 중량% 이상일 수 있고, 동시에 통상적으로 41 중량% 이하, 40 중랑% 이하, 39 중량% 이하, 38 중량% 이하, 37 중량% 이하, 36.5 중량% 이하, 또는 심지어 36 중량% 이하, 바람직하게는 30 중량% 내지 38 중량%의 농도로 존재한다.
(c1-b) 질화알루미늄 충전제는 20 내지 80 μm의 D50 입자 크기를 갖는 구형 또는 불규칙 형상의 질화알루미늄 입자이다. "불규칙" 형상 입자는 1.0 +/- 0.2 이외의 종횡비를 가지며, SEM 이미징에 의해 명백한 적어도 3개의 면을 가진다(2개의 면을 갖는 "소판형"과 입자는 구별됨). 구형 또는 불규칙 형상의 질화알루미늄 입자(c1-b)는 20 μm이상, 22 μm 이상, 25 μm 이상, 28 μm 이상, 30 μm 이상, 32 μm 이상, 35 μm 이상, 38 μm 이상, 또는 심지어 40 μm 이상의 D50 입자 크기를 가지며, 동시에 80 μm 이하, 75 μm 이하, 70 μm 이하, 65 μm 이하, 60 μm 이하, 55 μm 이하, 50 μm 이하, 또는 심지어 45 μm 이하의 D50 입자 크기를 가진다. 바람직하게는 구형 또는 불규칙 형상의 질화알루미늄 입자(c1-b)는 50 μm 내지 80 μm의 D50 입자 크기를 가진다. 질화알루미늄 입자(c1-b)는 구형 질화알루미늄 입자, 불규칙 형상의 질화알루미늄 입자, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 구형 또는 불규칙 형상의 질화알루미늄 입자(c1-b)는 열전도성 조성물의 중량을 기준으로, 10 중량% 내지 39 중량%의 농도로 존재하며, 10 중량% 이상, 10.5 중량% 이상, 11 중량% 이상, 11.5 중량% 이상, 12 중량% 이상, 12.5 중량% 이상, 13 중량% 이상, 13.5 중량% 이상, 14 중량% 이상, 또는 심지어 14.5 중량% 이상일 수 있고, 동시에 통상적으로 39 중량% 이하, 38 중량% 이하, 37 중량% 이하, 36 중량% 이하, 35 중량% 이하, 32 중량% 이하, 30 중량% 이하, 29 중량% 이하, 28 중량% 이하, 25 중량% 이하, 22 중량% 이하, 20 중량% 이하, 또는 심지어 19 중량% 이하일 수 있다. 바람직하게는, 구형 또는 불규칙 형상의 질화알루미늄 입자(c1-b)는 열전도성 조성물의 중량을 기준으로 14 중량% 내지 20 중량%의 농도로 존재한다.
바람직하게는, 질화알루미늄 입자의 블렌드는 100 μm 이상의 D50 입자 크기를 갖는 30% 내지 38%의 구형 질화알루미늄 입자(c1-a) 및 50 μm 내지 80 μm의 D50 입자 크기를 갖는 14% 내지 20%의 구형 또는 불규칙 형상의 질화알루미늄 입자(c1-b)의 혼합물이다. 대안적으로, 질화알루미늄 입자의 블렌드는 100 μm 이상의 D50 입자 크기를 갖는 30 중량% 내지 38 중량%의 구형 질화알루미늄 입자(c1-a) 및 20 μm 내지 40 μm의 D50 입자 크기를 갖는 14 중량% 내지 20 중량%의 구형 또는 불규칙 형상의 질화알루미늄 입자(c1-b)의 혼합물일 수 있다.
이 블렌드로부터의 질화알루미늄 충전제(c1)의 농도는, 바람직하게는 (c1-a) 및 (c1-b)의 합, 좀 더 바람직하게는 열전도성 조성물 내의 임의의 그리고 모든 질화알루미늄 충전제의 합으로서, 열전도성 조성물 중량을 기준으로, 40 중량% 내지 55 중량%이고, 40 중량% 이상, 41 중량% 이상, 42 중량%, 43 중량% 이상, 44 중량% 이상, 45 중량% 이상, 46 중량% 이상, 47 중량% 이상, 48 중량% 이상, 49 중량% 이상 또는 심지어 50 중량% 이상일 수 있으며, 동시에 일반적으로 55 중량% 이하, 54 중량% 이하, 53 중량% 이하, 52 중량% 이하, 또는 심지어 51 중량% 이하이고, 45 중량% 내지 55 중량%일 수 있다.
이 블렌드 내의 구형 질화알루미늄 입자는, 블렌드의 총 중량(즉, 질화알루미늄 입자(c1-a) 및 (c1-b)의 총 중량)을 기준으로, 통상적으로 60 중량% 초과, 예를 들어 61 중량% 이상, 62 중량% 이상, 64 중량% 이상, 65 중량% 이상, 66 중량% 이상, 68 중량% 이상, 70 중량% 이상, 71 중량% 이상, 73 중량% 이상, 75 중량% 이상, 76 중량% 이상, 78 중량% 이상, 또는 심지어 80 중량% 이상의 농도로 존재하며, 동시에 100 중량% 이하, 예를 들어 98 중량% 이하, 95 중량% 이하, 92 중량% 이하, 90 중량% 이하, 88 중량% 이하, 85 중량% 이하, 또는 심지어 82 중량% 이하의 농도로 존재할 수 있다. 바람직하게는, 20 μm 이상의 D50 입자 크기를 갖는 구형 질화알루미늄 입자는, 열전도성 조성물 내의 20 μm 이상의 D50 입자 크기를 갖는 질화알루미늄 충전제의 총 중량을 기준으로, 여기에 설명된 것과 동일한 농도이다. 동시에 또는 대안적으로, 30 μm 이상의 D50 입자 크기를 갖는 구형 질화알루미늄 입자는, 열전도성 조성물 내의 30 μm 이상의 D50 입자 크기를 갖는 질화알루미늄 충전제의 총 중량을 기준으로, 여기에 설명된 것과 동일한 농도이다.
본 발명의 열전도성 조성물은 상술한 질화알루미늄 입자(c1-a 및 c1-b)의 이 특정 블렌드에 더하여 추가적인 질화알루미늄 입자(c1-c)를 가질 수 있거나 열전도성 조성물은 상술한 질화알루미늄 입자(c1-a 및 c1-b)의 이 특정 블렌드에 더하여 추가적인 질화알루미늄 입자(c1-c)가 없을 수 있다.
본 발명에 유용한 열전도성 충전제 혼합물은 구형 산화알루미늄 입자(c2)를 추가로 포함한다. 구형 산화알루미늄 입자(c2)는 1 μm 이상의 D50 입자 크기를 가지며, 1.2 μm 이상, 1.5 μm 이상, 1.8 μm 이상, 또는 심지어 2 μm 이상일 수 있고, 동시에 통상적으로 5 μm 이하, 4.8 μm 이하, 4.5 μm 이하, 4.2 μm 이하, 4 μm 이하, 3.8 μm 이하, 3.5 μm 이하, 3.2 μm 이하, 3 μm 이하, 2.8 μm 이하, 또는 심지어 2.5 μm 이하의 D50 입자 크기를 가진다. 구형 산화알루미늄 입자(c2)는, 열전도성 조성물의 중량을 기준으로, 27 중량% 이상, 28 중량% 이상, 29 중량% 이상, 또는 심지어 30 중량% 이상의 농도로 존재할 수 있고, 동시에 일반적으로 농도 41 중량% 이하, 40 중량% 이하, 39 중량% 이하, 38% 이하, 37 중량% 이하, 36 중량% 이하, 35 중량% 이하, 33 중량% 이하, 32 중량% 이하, 또는 심지어 31 중량% 이하의 농도로 존재할 수 있다.
본 발명에 유용한 열전도성 충전제 혼합물은 불규칙한 형상의 산화아연 입자(c3)를 추가로 포함한다. 불규칙한 형상의 산화아연 입자는 0.1 μm 내지 0.5 μm의 D50 입자 크기를 가지며, 0.1 μm 이상, 0.11 μm 이상, 또는 심지어 0.12 μm 이상일 수 있고, 동시에 통상적으로, 0.5 μm 이하, 0.45 μm 이하, 0.4 μm 이하, 0.35 μm 이하, 0.3 μm 이하, 0.25 μm 이하, 0.2 μm 이하, 또는 심지어 0.15 μm 이하의 D50 입자 크기를 가진다. 불규칙한 형상의 산화아연 입자(c3)는, 열전도성 조성물의 중량을 기준으로, 10 중량% 내지 20 중량%의 농도로 존재할 수 있고, 11 중량% 이상, 12 중량% 이상, 13 중량% 이상, 심지어 14 중량% 이상일 수 있고, 동시에 통상적으로 20 중량% 이하, 19 중량% 이하, 18 중량% 이하, 17 중량% 이하, 16 중량% 이하, 15 중량% 이하, 또는 심지어 14.5 중량% 이하의 농도로 존재한다.
열전도성 충전제 혼합물은 언급된 것에 추가로 하나 이상의 열전도성 충전제(c4)를 포함할 수 있거나 언급된 것(예, (c1-a), (c1-b), (c2) 및 (c3)) 이외의 추가 열전도성 충전제가 없을 수 있다. 추가 열전도성 충전제는 전술한 (c1-a), (c1-b), (c2) 및 (c3) 이외의 금속 질화물 및 금속 산화물, 예를 들어 추가 질화알루미늄 입자(c1-c), 질화붕소, 산화마그네슘 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
본 발명에 유용한 추가 질화알루미늄 입자(c1-c)는 20 μm 미만, 예를 들어, 18 μm 이하, 15 μm 이하, 12 μm 이하, 10 μm 이하, 8 μm 이하, 또는 심지어 5 μm 이하의 D50 입자 크기를 가질 수 있으며, 동시에 1 μm 이상, 1.5 μm 이상, 2 μm 이상, 3 μm 이상, 또는 심지어 4 μm 이상의 D50 입자 크기를 가질 수 있다. 추가 질화알루미늄 입자(c1-c)의 농도는, 열전도성 조성물의 중량을 기준으로, 0 내지 10 중량%, 예를 들어, 8 중량% 이하, 7 중량% 이하, 5 중량% 이하, 4 중량% 이하, 3 중량% 이하, 또는 심지어 2 중량% 이하일 수 있고, 동시에 통상적으로 0.5 중량% 이상, 1 중량% 이하, 또는 심지어 1.5 중량% 이상이다.
본 발명에서 유용한 질화붕소 충전제는 20 μm 이상, 예를 들어, 30 μm 이상, 40 μm 이상, 50 μm 이상, 60 μm 이상, 70 μm 이상, 80 μm 이상, 90 μm 이상, 100 μm 이상, 또는 심지어 110 μm 이상의 D50 입자 크기를 가지며, 동시에 200 μm 이하, 175 μm 이하, 160 μm 이하, 150 μm 이하, 140 μm 이하, 130 μm 이하, 또는 심지어 125 μm 이하의 D50 입자 크기를 가진다. 질화붕소 충전제는, 열전도성 조성물의 중량을 기준으로, 0 내지 5 중량%, 예를 들어 4.5 중량% 이하, 4 중량% 이하, 3.5 중량% 이하, 3 중량% 이하, 2.1 중량% 미만, 2.0 중량% 미만, 1.6 중량% 미만, 1.5 중량% 미만, 1.2 중량% 미만, 1 중량% 미만, 0.9 중량% 미만, 0.8 중량% 미만, 0.7 중량% 미만, 0.6 중량% 미만, 0.5 중량% 미만, 0.4 중량% 미만, 0.3 중량% 미만, 0.2 중량% 미만, 0.1 중량% 미만, 또는 심지어 0의 양으로 존재하고, 0 내지 1 중량% 미만일 수 있다.
본 발명에 유용한 산화마그네슘 충전제는 통상적으로 50 μm 이상, 60 μm 이상, 70 μm 이상, 90 μm 이상, 또는 심지어 120 μm 이상의 D50 입자 크기를 가지며, 동시에 150 μm 이하, 140 μm 이하, 심지어 130 μm 이하의 D50 입자 크기를 가진다. 산화마그네슘 충전제는, 열전도성 조성물의 중량을 기준으로, 0 내지 20 중량%, 예를 들어 20 중량% 이하, 18 중량% 이하, 16 중량% 이하, 14 중량% 이하, 12 중량% 이하, 또는 심지어 10 중량% 이하의 양으로 존재할 수 있다.
추가 질화알루미늄 입자(c1-c), 질화붕소, 산화마그네슘 또는 이들의 혼합물을 포함하거나 이들로 이루어진 추가 열전도성 충전제(c4)의 총 농도는, 열전도성 조성물의 중량 기준으로, 0 내지 20 중량%, 예를 들어, 20 중량%, 18 중량% 이하, 15 중량% 이하, 12 중량% 이하, 또는 심지어 11 중량% 이하일 수 있다.
열전도성 조성물 내 열전도성 충전제 혼합물은 바람직하게는 질화알루미늄 충전제(c1-a 및 c1-b), 구형 산화알루미늄 입자(c2) 및 불규칙 형상의 산화아연(c3)으로 구성된다. 열전도성 충전제 혼합물(및 전체적으로 열전도성 조성물)에는 산화마그네슘 충전제, 질화붕소 충전제, 추가적인 질화알루미늄 충전제(c1-c) 또는 이들의 임의의 조합이 없을 수 있다.
열전도성 조성물 내의 열전도성 충전제 혼합물의 농도는, 열전도성 조성물의 중량을 기준으로, 94 중량% 이상, 94.2 중량% 이상, 94.5 중량% 이상, 94.8 중량% 이상, 95 중량% 이상, 95.1 중량% 이상, 95.2 중량%, 95.3 중량% 이상, 95.4 중량% 이상, 95.5 중량% 이상, 95.6 중량% 이상, 또는 심지어 95.7 중량% 이상이며, 동시에 일반적으로 97 중량% 이하, 96.9 중량% 이하, 96.8 중량% 이하, 96.7 중량% 이하, 96.6 중량% 이하, 96.5 중량% 이하, 96.4 중량% 이하, 96.3 중량% 이하, 96.2 중량% 이하, 96.1 중량% 이하, 또는 심지어 96 중량% 이하이다.
본 발명의 실리콘 조성물은, 하나 이상의 억제제(하이드로실릴화 반응 억제제)를 포함할 수 있거나 없을 수 있으며, 억제제는 억제제가 생략된 동일한 조성물의 반응 속도와 비교하여, 조성물 내에서 실리콘 결합된 수소 원자 및 비닐기의 반응 속도를 변경하기에 유용하다. 예를 들어, 적합한 억제제로는 아세틸렌 형 화합물 예컨대, 2-메틸-3-부틴-2-올, 3-메틸-1-부틴-3-올, 3,5-다이메틸-1-헥신-3-올, 2-페닐-3-부틴-2-올, 3-페닐-1-부틴-3-올, 1-에티닐-1-사이클로헥산올, 1,1-다이메틸-2- 프로피닐)옥시)트라이메틸실란, 및 메틸(트리스(1,1-다이메틸-2-프로피닐옥시))실란; 엔-인(ene-yne) 화합물, 예를 들어 3-메틸-3-펜텐-1-인 및 3,5-다이메틸-3-헥센-1-인; 트리아졸류, 예컨대 벤조트리아졸; 히드라진계 화합물; 포스핀계 화합물; 메르캅탄계 화합물; 1,3,5,7-테트라메틸-1,3,5,7-테트라비닐 사이클로테트라실록산 및 1,3,5,7-테트라메틸-1,3,5,7-테트라헥세닐 사이클로테트라실록산과 같은 메틸비닐사이클로실록산을 포함하는 사이클로알케닐실록산; 또는 이들의 조합을 포함한다. 억제제는, 열전도성 조성물의 중량을 기준으로, 0 내지 0.3 중량%의 양으로 존재할 수 있고, 0.0001 중량% 이상, 0.001 중량% 이상, 0.002 중량% 이상, 0.005 중량% 이상, 또는 심지어 0.01 중량% 이상일 수 있으며, 동시에 일반적으로 0.3 중량% 이하, 0.2 중량% 이하, 0.1 중량% 이하, 0.05% 이하, 또는 심지어 0.03 중량% 이하이다.
본 발명의 열전도성 조성물은 하기 추가 성분 중 임의의 하나 또는 둘 이상의 임의의 조합을 더 포함할 수 있거나 없을 수 있다: 열 안정제 및/또는 안료(예컨대, 구리 프탈로시아닌 분말), 틱소트로피제, 흄드(fumed) 실리카(바람직하게는 표면 처리됨) 및 스페이서(spacer) 첨가제(예컨대, 유리 비드). 이러한 추가 성분에 대한 총 농도는 0 내지 2 중량% 범위일 수 있고, 0 이상, 0.1 중량% 이상, 0.2 중량% 이상, 0.3 중량% 이상, 0.4 중량% 이상, 심지어 0.5 중량% 이상일 수 있으며, 동시에 통상적으로 2 중량% 이하이며, 그리고 1.9 중량% 이하, 1.8 중량% 이하, 1.6 중량% 이하, 1.5 중량% 이하, 1.4 중량% 이하, 1.2 중량% 이하, 1 중량% 이하, 0.8 중량% 이하, 심지어 0.6 중량% 이하일 수 있다.
본 발명의 열전도성 조성물은 60 g/분 초과의 압출 속도를 달성한다. 본원에서 압출 속도는 표준 30 입방 센티미터 EFD 주사기 패키지로 0.62 메가파스칼(평방 인치당 90 파운드)의 압력에서 결정한다(자세한 내용은 하기 압출 속도 특성화에서 제공됨). 열전도성 조성물은 65 g/분 이상, 68 g/분 이상, 70 g/분 이상, 72 g/분 이상, 75 g/분 이상, 78 g/분 이상 또는 심지어 80g/분 이상의 압출 속도를 가질 수 있다. ER은 압출성, 점도, 디스펜싱 능력 및 유용성의 척도로서 유용한 특성이며, 이는 예를 들어 전자 부품 또는 방열판(heat sink)과 같은 다른 재료 상에 열전도성 조성물을 적용하기 위해 쉽게 디스펜싱할 수 있게 한다. 동시에, 본 발명의 열전도성 조성물은 LonGwin 모델 LW 9389 TIM 열 저항 및 전도도 측정 장치를 사용하여 ASTM D5470-06에 따라 측정 시 적어도 9.0 W/m*K의 열전도도를 제공한다. 그러한 높은 열전도도를 갖고 용이하게 디스펜싱할 수 있음으로써 열전도성 조성물은 열 인터페이스 물질 (thermal interface materials)(TIMs)로서 특히 유용하다. TIM은 장치의 두 물품 또는 구성요소를 열적으로 결합하는 데 사용된다. 예를 들어, TIM은 특히 전자 제품에서 발열 장치를 방열판, 냉각판, 금속 덮개 또는 다른 열 방출 구성요소와 열적으로 결합하는 데 유용하다. 이러한 응용 분야에서, 열전도성 조성물은 적어도 2개의 구성요소, 통상적으로 발열 장치 및 적어도 하나의 방열판, 냉각판, 금속 덮개 또는 다른 열 방출 구성요소 사이에 존재하며 이들과 열 접촉한다.
실시예
본 발명의 일부 구현예는 이제 다음 실시예에서 설명될 것이며, 달리 명시되지 않는 한, 여기서 모든 중량 백분율은 열전도성 조성물의 중량에 대해서 이고, 충전제의 모든 입자 크기는 D50 입자 크기이다. 표 1은 본원의 하기에 기재된 샘플의 열전도성 조성물에 사용하기 위한 물질을 나열한다. 주: "Vi"는 비닐기를 지칭한다. "Me"는 메틸 기를 지칭한다. SYL-OFF 및 DOWSIL은 The Dow Chemical Company의 상표이다.
[표 1]
IE 1-11 및 CE 1-16 샘플
샘플에 대한 제형은 표 2 및 3에 있으며, 각 성분의 양은 그램(g)으로 보고된다.
성분들을 함께 혼합하기 위해 FlackTek Inc.(미국 사우스 캐롤라이나 소재)의 SpeedMixer™ DAC 400 FVZ 믹서를 사용하여 샘플을 준비하였다. SpeedMixer 컵에 Vi 중합체, 가교결합제, 처리제, C2 및 C3 TC 충전제를 첨가한다. 분당 1000 회전(RPM)으로 20초 동안 혼합한 다음 1500 RPM으로 20초 동안 혼합한다. C1 TC 충전제의 절반을 추가로 첨가하고 분당 1000 회전(RPM)으로 20초 동안 혼합한 다음 1500 RPM으로 20초 동안 혼합한다. 나머지 C1 TC 충전제를 첨가한 후, 존재하는 경우 C4-1 TC 충전제를 첨가하였으며, 같은 방법으로 혼합하였다. 혼합을 확실히 하기 위해 컵 내에 생성된 조성물을 긁어낸 다음 억제제 E-1, 안료 F-1 및 촉매 D-1을 첨가하고 유사한 방식으로 혼합하여 열전도성 조성물 샘플을 획득하였다. 획득된 열전도성 조성물 샘플을 다음의 시험 방법에 따라 압출 속도 및 열전도성에 대해 평가하였다:
압출 속도 특성화
Nordson EFD 디스펜싱 장비를 사용하여 샘플에 대한 압출 속도("ER")를 결정한다. 샘플 물질을 2.54 밀리미터(mm) 개구부가 있는 30 입방 센티미터 주사기(Nordson Company의 EFD 주사기)에 장입한다. 주사기에 0.62 MPa의 압력을 가하여 개구부를 통해 샘플을 디스펜싱한다. 1분 후 압출된 그램(g)으로 표기된 샘플의 질량은 분당 그램(g/분)의 압출 속도에 해당한다. 본 발명의 목적은 60 g/분 초과, 바람직하게는 65 g/분 이상, 및 더욱 바람직하게는 70 g/분 이상, 그리고 훨씬 더욱 바람직하게는 75 g/분 이상의 압출 속도를 달성하는 것이다.
특히, 일부 샘플은 압출할 수 없는 분말 페이스트이기 때문에 0의 ER을 갖는 것으로 보고된다(그리고 TC는 측정되지 않았다).
열전도도 특성화
대만 Longwin Science and Technology Corporation의 LonGwin Model LW 9389 TIM 열 저항 및 전도도 측정 장치를 사용하여 ASTM D5470-06에 따라 열전도도("TC")를 결정한다. 본 발명의 목적은 미터*켈빈 당 적어도 9.0 와트(W/m*K)의 열전도도를 달성하는 것이다.
열전도성 조성물 샘플(비경화 샘플)을 80℃에서 12분 동안 작동할 때 보호된 중앙 고온 플레이트와 냉각 플레이트 사이에 적용하였다. 샘플이 플레이트와 접촉된 상태를 유지하기 위해 275.8 킬로파스칼(평방 인치당 40 파운드)의 압력을 적용하였다. 열 임피던스는 다양한 본드 라인 두께(BLT)(0.5 mm/1.0 mm/2.0 mm)에서 측정되었다. 열 임피던스 대 BLT에 대해 선형 방정식을 적용함으로써 벌크 열전도율("K"로 표시됨)을 K=10/기울기로 계산하고 표 2 및 3에 "TC-LonGwin"으로 보고하였다.
표 2에 도시된 대로, 모든 Exs 1 내지 11의 샘플은 60 g/분 초과의 ER 및 9.0 W/m*K 초과의 TC라는 두 가지 목표를 달성하였다. 특히, Exs 1 내지 10의 경우 75 g/분 이상의 더욱 높은 ER을 나타내었다.
대조적으로, 표 3에 주어진 샘플은 TC 및 ER 요구 사항 중 적어도 하나를 달성하지 못하였다.
특정 입자 크기를 갖는 두 가지 이상의 AlN 입자 조합 대신 AlN 입자(D50=80 μm)와 구형 MgO(D50=60 μm)의 조합을 사용한 CE1 샘플은 TC가 9.0W/m*K 미만이었다.
AlN 입자(D50=80 μm), 불규칙한 AlN 입자(D50=60 μm), 불규칙한 모양의 Al2O3 입자(D50=2 μm) 및 구형 Al2O3 입자(D50=10 μm)의 조합을 TC 충전제로 사용한 CE2 샘플은 압출할 수 없는 분말형 페이스트였다.
AlN 입자(D50=80 μm), 상이한 입자 크기(각각 2 μm 및 0.3 μm)의 구형 Al2O3 입자를 사용한 CE3 샘플의 TC는 9.0 W/m*K 미만이었다.
100 μm 이상의 D50을 갖는 구형 AlN 입자 대신, 불규칙한 AlN 입자(D50=70 μm)와 함께 구형 AlN 입자(D50=80 μm)를 포함하는 CE4 샘플의 경우 낮은 ER 및 더 낮은 TC를 보여주었다.
구형 AlN 입자(D50=80 μm), 구형 MgO 입자(D50=120), 및 상이한 입자 크기(각각 D50=2 μm 및 0.3 μm)의 구형 Al2O3 입자를 TC 충전제로 포함하는 CE5 샘플의 경우 낮은 ER 및 낮은 TC를 보여주었다.
Ex 2와 비교하여, 2 μm의 D50을 갖는 구형 Al2O3 입자를 불규칙한 모양의 Al2O3입자로 대체(CE6 샘플), 불규칙한 ZnO 입자(D50=0.2 μm)를 구형 또는 불규칙한 모양의 Al2O3로 대체(CE7 및 CE8 샘플), 또는 120 μm의 D50을 갖는 구형 AlN을 100 μm의 D50을 갖는 불규칙한 모양의 AlN으로 대체(CE9)한 것은 모두 ER이 더 낮아졌다.
80 μm의 D50을 갖는 한 가지 유형의 AlN 입자에 2.1%의 BN 입자를 첨가하여 구성된 CE10은 TC가 9.0 W/m*K를 초과해야 하는 TC 요구 사항을 여전히 충족하지 못하였다.
두 개의 서로 다른 입자 크기를 갖는 AlN 입자의 혼합물이면서 100 μm 이상의 D50 입자 크기를 갖는 AlN 입자를 각각 45 중량% 및 10 중량% 농도로 포함하는 CE11 및 CE14 샘플은 ER 및 TC에 대한 요구 사항 중 하나 이상을 충족하지 못하였다.
CE12 및 CE13 샘플은 AlN 충전제의 총 농도가 40% 미만이면 바람직하지 않게 낮은 TC를 나타내고, AlN 충전제의 총 함량이 55 중량%을 초과하면 낮은 ER을 초래한다는 것을 보여준다.
한 가지 유형의 AlN 충전제, 즉 20 μm의 D50 입자 크기를 갖는 불규칙한 모양의 AlN 입자로만 구성된 CE15 샘플은 압출할 수 없는 분말형 페이스트였다. AlN 충전제로서 100 μm의 D50을 갖는 구형 AlN 입자만으로 구성된 CE16 샘플은 60 g/분 미만의 ER을 제공하였다.
[표 2]
[표 3]
Claims (11)
- 열전도성 조성물로서,
(A) 경화성 실리콘 조성물로서:
(a1) 30 내지 400 밀리파스칼*초의 범위의 점도를 갖는 비닐디메틸실록시 말단화된 폴리디메틸폴리실록산,
(a2) 실리콘 수소화물 작용성 가교결합제, 및
(a3) 하이드로실릴화 촉매를 포함하되,
상기 가교결합제로부터의 실리콘-수소화물 작용기 대 비닐 작용기의 몰비는 0.5:1 내지 1:1의 범위인, 경화성 실리콘 조성물;
(B) 알킬 트리알콕시실란 및 모노-트리알콕시실록시 말단화된 디메틸폴리실록산 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 충전제 처리제; 및
(C) 열전도성 충전제 혼합물로서, 상기 열전도성 조성물의 중량을 기준으로,
(c1) 40 중량% 내지 55 중량%의 질화알루미늄 충전제로서,
(c1-a) 100 마이크로미터 이상의 D50 입자 크기를 갖는 15 중량% 내지 41 중량%의 구형 질화알루미늄 입자, 및
(c1-b) 20 내지 80 마이크로미터의 D50 입자 크기를 갖는 구형 또는 불규칙 형상의 질화알루미늄 입자의 블렌드를 포함하는, 질화알루미늄 충전제;
(c2) 1 내지 5 마이크로미터의 D50 입자 크기를 갖는 구형 산화알루미늄 입자; 및
(c3) 0.1 내지 0.5 마이크로미터의 D50 입자 크기를 갖는 10 중량% 내지 20 중량%의 불규칙한 산화아연 입자를 포함하는 열전도성 충전제 혼합물을 포함하되,
상기 열전도성 충전제 혼합물의 총량은, 상기 열전도성 조성물의 중량을 기준으로, 94 중량% 내지 97 중량%인, 열전도성 조성물. - 제1항에 있어서, 20 내지 80 마이크로미터의 D50 입자 크기를 갖는 상기 구형 또는 불규칙 형상의 질화알루미늄 입자(c1-b)는, 상기 열전도성 조성물의 중량을 기준으로, 10 중량% 내지 39 중량%의 농도로 존재하는, 열전도성 조성물.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 블렌드 내의 구형 질화알루미늄 입자는, 상기 질화알루미늄 입자(c1-a 및 c1-b) 블렌드의 총 중량을 기준으로 60 중량% 초과 내지 100 중량%의 총 농도로 존재하는, 열전도성 조성물.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열전도성 충전제 혼합물(C)은, 상기 열전도성 조성물의 중량을 기준으로, 0 내지 1 중량% 미만의 질화붕소 충전제를 포함하는, 열전도성 조성물.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구형 질화알루미늄 입자(c1-a)는 120 마이크로미터 이상의 D50 입자 크기를 갖는, 열전도성 조성물.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 100 마이크로미터 이상의 D50 입자 크기를 갖는 상기 구형 질화알루미늄 입자(c1-a)는, 상기 열전도성 조성물의 중량을 기준으로, 30 중량% 내지 38 중량%의 농도로 존재하는, 열전도성 조성물.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 질화알루미늄 충전제(c1)는, 상기 열전도성 조성물의 중량을 기준으로, 45 중량% 내지 55 중량%의 농도로 존재하는, 열전도성 조성물.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘 수소화물 작용성 가교결합제는 (II), (III) 또는 이들의 조합으로부터 선택된 화학 구조를 갖는 하나 이상의 폴리실록산을 포함하며:
H(CH3)2SiO-[(CH3)2)SiO)]x-Si(CH3)2H (II)
(CH3)3SiO-[(CH3)HSiO]y[(CH3)2)SiO]z-Si(CH3)3 (III)
여기서, 아래첨자 x는 10 내지 100의 범위의 값을 갖고, 아래첨자 y는 3 내지 30의 범위의 값을 갖고, 아래첨자 z는 3 내지 100의 범위의 값을 갖는, 열전도성 조성물. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알킬 트리알콕시실란은 C6 내지 C12 알킬 트리메톡시실란으로부터 선택되고 상기 모노-트리알콕시실록시 말단화된 디메틸폴리실록산은 평균적인 화학 구조(IV)를 가지며:
(CH3)3SiO-[(CH3)2SiO]a-Si(OR')3 (IV)
여기서, 아래 첨자 a는 20 내지 150 범위의 값을 갖고 R'은 C1 내지 C12 알킬기인, 열전도성 조성물. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 상기 열전도성 조성물을 또 다른 물질 상에 포함하는 물품.
- 제10항에 있어서, 상기 열전도성 조성물은 전자 장치의 발열 구성요소, 및 상기 전자 장치를 위한 방열판, 냉각판 및 금속 덮개 중 하나 또는 둘 이상 사이에 존재하며 이들과 열 접촉하는, 물품.
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