(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒子径２０〜６０μｍ、下記で定義された配向性指数が２〜２０の六方晶窒化ホウ素の凝集粉末と平均粒子径０．１〜１μｍの酸化アルミニウム粉末の熱伝導性フィラー６０〜７３体積％、シリコーン樹脂２７〜４０体積％を含有してなり、シリコーン樹脂が重量平均分子量１５０００〜３００００と重量平均分子量４０００００〜６０００００のビニル基をもつオルガノポリシロキサンであり、その体積比が７：３〜５：５である樹脂組成物。
配向性指数は、粉末Ｘ線回折法による（００２）面の回折線の強度Ｉ００２と（１００）面の回折線の強度Ｉ１００との比（Ｉ００２／Ｉ１００）である。
【請求項２】
請求項１に記載の樹脂組成物を用いた放熱部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝導性に優れた樹脂組成物とその用途に関するものであり、特に電子部品用放熱部材として使用した際に、パワーデバイス、トランジスタ、サイリスタ、ＣＰＵ（中央処理装置）等の発熱性電子部品を損傷させることなく、電子機器に組み込むことができる熱伝導性樹脂組成物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パワーデバイス、トランジスタ、サイリスタ、ＣＰＵ等の発熱性電子部品においては、使用時に発生する熱を如何に除去することが重要な問題となっている。従来、このような除熱方法としては、発熱性電子部品を電気絶縁性の放熱シートを介して放熱フィンや金属板に取り付け、熱を逃がすことが一般的に行われており、その放熱シートとしてはシリコーンゴムに熱伝導性フィラーを分散させたものが使用されている。
【０００３】
近年、電子部品内の回路の高集積化に伴いその発熱量も大きくなっており、従来にも増して高い熱伝導性を有する材料が求められてきている。
熱伝導性材料の熱伝導性を向上させるには、これまで酸化アルミニウム粉末、窒化ホウ素粉末、窒化アルミニウム粉末といった高い熱伝導性を示すフィラーを有機樹脂へ含有する手法が一般的であった。また充填性の悪い鱗片状の六方晶窒化ホウ素粉末については二次凝集粒子といった形で有機樹脂へ充填することで高熱伝導化を達成するという方法が行われていた。（特許文献１〜４）。六方晶窒化ホウ素粉末の配向性に関しては、特許文献５や６などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−６０２１６号公報
【特許文献２】特開２００３−６０１３４号公報
【特許文献３】特開２００８−２９３９１１号公報
【特許文献４】特開２００９−２４１２６号公報
【特許文献５】特開平０９−２０２６６３号公報
【特許文献６】特開平１１−２６６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、熱伝導性と絶縁性に優れた樹脂組成物を提供することであり、特に電子部品用放熱部材として好適な樹脂組成物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の手段を採用する。
（１）平均粒子径２０〜６０μｍ、下記で定義された配向性指数が２〜２０の六方晶窒化ホウ素の凝集粉末と平均粒子径０．１〜１μｍの酸化アルミニウム粉末の熱伝導性フィラー６０〜７３体積％、シリコーン樹脂２７〜４０体積％を含有してなり、シリコーン樹脂が重量平均分子量１５０００〜３００００と重量平均分子量４０００００〜６０００００のビニル基をもつオルガノポリシロキサンであり、その体積比が７：３〜５：５である樹脂組成物。
配向性指数は、粉末Ｘ線回折法による（００２）面の回折線の強度Ｉ００２と（１００）面の回折線の強度Ｉ１００との比（Ｉ００２／Ｉ１００）である。
（２）前記（１）に記載の樹脂組成物を用いた放熱部材。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高熱伝導性を示し、６００Ｖの直流電圧において体積抵抗率１０１３〜１０１４Ω・ｃｍを示す樹脂組成物を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明で用いる六方晶窒化ホウ素の凝集粉末は、平均粒子径が２０〜６０μｍである必要があり、さらに平均粒子径は３５〜４５μｍの範囲のものが好ましい。平均粒子径が６０μｍより大きくなる粒子と粒子が接触した際のすき間が大きくなり、熱伝導性が減少する傾向にある。反対に平均粒子径が２０μｍより小さくなると熱伝導性材料の充填性が悪くなる傾向にあり、熱伝導性が減少する傾向にある。
六方晶窒化ホウ素は、鱗片状又は多角板状の形態が一般的であり、六方晶窒化ホウ素の凝集粉末とは、その一次粒子を複合集合させた粉末である。六方晶窒化ホウ素の凝集状態は、粉末Ｘ線回折法による配向性指数で評価することができる。配向性指数とは、粉末Ｘ線回折法による（００２）面の回折線の強度Ｉ００２と（１００）面の回折線の強度Ｉ１００との比（Ｉ００２／Ｉ１００）である。六方晶窒化ホウ素粉末は一般的にＩ００２≧Ｉ１００であるため、配向性指数は１以上となる。配向性指数が小さくなるほど無配向性を示し、配向性指数が１のとき完全無配向となる。配向性が大きくなるにつれて、配向性指数は大きくなる。本願発明の六方晶窒化ホウ素の凝集粉末の配向性指数は２〜２０であり、好ましくは２〜１０である。配向性指数が２０より大きくなると、熱伝導性が減少する傾向にある。
六方晶窒化ホウ素の凝集粉末の配向性指数は、六方晶窒化ホウ素の一次粒子を結合剤もしくは、熱処理を行うことによって、調整することができる。
【０００９】
本発明で用いる酸化アルミニウム粉末は平均粒子径が０．１〜１μｍである必要があり、さらに平均粒子径は０．３〜０．５μｍの範囲のものが好ましい。本発明で酸化アルミニウム粉末を充填せず、上記窒化ホウ素凝集粉末のみを使用した場合、凝集粉末間に空隙が存在しやすくなり、樹脂組成物化が困難となるとともに、熱伝導性も悪くなる傾向にある。平均粒子径が１μｍより大きくなると窒化ホウ素粉末凝集体と接する酸化アルミニウム粒子の数が減少し、熱伝導性が減少する傾向にある。反対に平均粒子径が０．１μｍより小さくなると酸化アルミニウム粉末の充填性が悪くなり、熱伝導性が減少する傾向にある。
【００１０】
更に、本発明においては、絶縁性を損なわせない範囲で、アルミニウム、銅、銀、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ等の導電性粉末を併用することもできる。
【００１１】
本発明の樹脂組成物中の熱伝導性フィラーの含有率は、全体積の６０〜７３体積％であり、特に６５〜７０体積％であることが望ましい。熱伝導性フィラーの含有率が６０体積％未満では樹脂組成物の熱伝導性が不十分となり、また７３体積％を越えると、熱伝導性フィラーの充填が困難となる。
【００１２】
本発明における平均粒子径は、島津製作所製「レーザー回折式粒度分布測定装置ＳＡＬＤ−２００」を用いて測定を行った。評価サンプルは、ガラスビーカーに５０ｃｃの純水と測定する熱伝導性粉末を５ｇ添加して、スパチュラを用いて撹拌し、その後超音波洗浄機で１０分間、分散処理を行った。分散処理を行った熱伝導性材料の粉末の溶液をスポイドを用いて、装置のサンプラ部に一滴ずつ添加して、吸光度が測定可能になるまで安定するのを待った。このようにして吸光度が安定になった時点で測定を行う。レーザー回折式粒度分布測定装置では、センサで検出した粒子による回折／散乱光の光強度分布のデータから粒度分布を計算する。平均粒子径は測定される粒子径の値に相対粒子量（差分％）を掛けて、相対粒子量の合計（１００％）で割って求められる。なお、平均粒子径は粒子の平均直径である。
【００１３】
本発明のマトリックスとして使用される有機樹脂であるシリコーン樹脂としては、ミラブル型シリコーンが代表的なものであるが、総じて所要の柔軟性を発現させることが難しい場合が多いので、高い柔軟性を発現させるためには付加反応型シリコーンが好適である。付加反応型液状シリコーンの具体例としては、一分子中にビニル基とＨ−Ｓｉ基の両方を有する一液反応型のオルガノポリシロキサン、または末端あるいは側鎖にビニル基を有するオルガノポリシロキサンと末端あるいは側鎖に２個以上のＨ−Ｓｉ基を有するオルガノポリシロキサンとの二液性のシリコーンなどである。例えば東レ・ダウコーニング・シリコーン社製、商品名「ＳＥ−１８８５Ａ／Ｂ」がある。
【００１４】
本発明で使用される付加反応型シリコーンとしては、重量平均分子量１００００〜３００００と重量平均分子量４０００００〜６０００００のビニル基をもつオルガノポリシロキサンが好ましい。特に重量平均分子量１５０００〜２５０００のビニル基をもつオルガノポリシロキサンと重量平均分子量４５００００〜５５００００のビニル基を含有したシリコーン系樹脂を用いることが好ましい。重量平均分子量が１００００より小さくなると樹脂組成物を形成することが困難となり、重量平均分子量が３００００より大きくなると熱伝導性フィラーの充填性が悪くなり、ともに熱伝導性が低減する傾向にある。また重量平均分子量が４０００００より小さくなると樹脂組成物の形成が困難となり、６０００００より大きくなると熱伝導性フィラーの充填性が悪くなり、熱伝導性が低減する傾向にある。
【００１５】
また、本発明で使用される重量平均分子量１５０００〜３００００のビニル基をもつオルガノポリシロキサンと重量平均分子量４０００００〜６０００００のビニル基をもつオルガノポリシロキサンの配合割合は体積比で６：４〜５：５であることが好ましく、５．５：４．５〜５．８：４．２であることがさらに好ましい。重量平均分子量１５０００〜３００００のビニル基をもつオルガノポリシロキサンの割合が５より小さくなると、マトリックス樹脂の粘度が高くなり、熱伝導性フィラーを充填しにくくなるため、熱伝導性は減少する傾向にある。また重量平均分子量１５０００〜３００００のビニル基をもつオルガノポリシロキサンの割合が６より大きくなると、１５０００〜３００００のビニル基をもつオルガノポリシロキサンと重量平均分子量４０００００〜６０００００のビニル基をもつオルガノポリシロキサンの混合物が相分離を起こす場合があり、樹脂組成物中に含有させることができる熱伝導性フィラーが減少する恐れがあり、熱伝導性は減少する傾向にある。
【００１６】
重量平均分子量は以下の方法を用いて測定した。東ソー社製の高温サイズ排除クロマトグラフィーＨＬＣ−８１２１ＧＰＣ／ＨＴを用い、測定用カラムとしてはＴＳＫ−ＧＥＬ  ＭｕｌｔｉｐｏｒｅＨＸＬ−Ｍ、ガードカラムとしてはＴＳＫ−ｇｕａｒｄｃｏｌｕｍｎＭＰを用いた。展開溶液としてはテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を用い、カラム温度４０℃、流量１．０ｍｌ／ｍｉｎ、送液圧力３６ｋｇ／ｃｍ２にて測定を実施した。分子量は標準ポリスチレン換算の重量平均分子量である。
【００１７】
付加反応型シリコーンは、ビニル基をもつオルガノポリシロキサン、Ｈ−Ｓｉ基を有するオルガノポリシロキサン、触媒として白金化合物を用い、さらに加熱することで硬化反応が進み、樹脂硬化物が得られる。
【００１８】
本発明で使用される付加反応型液状シリコーンは、アセチルアルコール類、マレイン酸エステル類などの反応遅延剤、十〜数百μｍのアエロジルやシリコーンパウダーなどの増粘剤、難燃剤、顔料などと併用することもできる。
【００１９】
本発明の樹脂組成物の製造方法は、付加反応型液状シリコーンに窒化ホウ素粉末の凝集粉末と酸化アルミニウム粉末を添加し、自転・公転ミキサーであるシンキー社製「あわとり練太郎」を用いて混合することで、窒化ホウ素粉末の凝集粉末が解砕することなく、樹脂組成物を製造することが可能である。
【００２０】
本発明の樹脂組成物の熱伝導性及び絶縁性を評価するため、シート成形体を作製する必要がある。シート成形体の作製方法として、プランジャー式の押出機を用いることで、窒化ホウ素粉末の凝集粉末を解砕することなく、シート化可能である。熱伝導性評価用のシート成形体は厚み１ｍｍで、１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさのサンプルを用意した。また絶縁性評価用のシート成形体は厚み１ｍｍで、１００ｍｍ×１００ｍｍの大きさのサンプルを用意した。
【００２１】
熱伝導率は、ＡＳＴＭ  Ｅ−１４６１に準拠した樹脂組成物の熱拡散率、密度、比熱を全て乗じて算出した（熱伝導率＝熱拡散率×密度×比熱）。熱拡散率は、試料を幅１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚み１ｍｍに加工し、レーザーフラッシュ法により求めた。測定装置はキセノンフラッシュアナライザー（ＮＥＴＳＣＨ社製  ＬＦＡ４４７  ＮａｎｏＦｌａｓｈ）を用い、２５℃で測定を行った。密度はアルキメデス法を用いて求めた。比熱は、ＤＳＣ（リガク社製  ＴｈｅｒｍｏＰｌｕｓ  Ｅｖｏ  ＤＳＣ８２３０）を用いて求めた。
【００２２】
樹脂組成物の絶縁性を示す体積抵抗率は、ＪＩＳ−Ｋ６９１１に準拠した三菱化学アナリテック社製のハイレスタＵＰ  ＭＣＰ−ＨＴ４５０型を用いて測定を行った。測定はレジテーブル上に厚さ１ｍｍであり１００ｍｍ×１００ｍｍの大きさのサンプルをセットし、さらにサンプル上方からプローブを接触させ、サンプルをはさみこんだ状態で６００Ｖの電圧を３０ｓ負荷し、体積抵抗率を求めた。
【００２３】
配向性指数は、六方晶窒化ホウ素の凝集粉末を成形し試料板を用いて、Ｘ線回折装置（理学電機社製「Ｇｅｉｇｅｒ  Ｆｌｅｘ  ２０１３型」）にて２θ＝３０°〜２５°の範囲で測定し、２θ＝２７〜２８°付近（（００２）面）の回折線の強度Ｉ００２、２θ＝４１°付近（（１００）面）の回折線の強度Ｉ１００を求め、（００２）面の回折線の強度Ｉ００２と（１００）面の回折線の強度Ｉ１００との比である（Ｉ００２／Ｉ１００）とした。
配向性指数＝（Ｉ００２／Ｉ１００）
【実施例】
【００２４】
実施例１〜８、１０〜１２、１５、１６  比較例１〜１３  参考例１〜６
熱伝導性粉末として表１に示される凝集六方晶窒化ホウ素粉末７種類、六方晶窒化ホウ素粉末１種類及び酸化アルミニウム粉末７種類、付加反応型液状シリコーンとして表２に示されるＡ液５種類（白金触媒を含有したビニル基を有するオルガノポリシロキサン）、Ｂ液５種類（Ｈ−Ｓｉ基を有するオルガノポリシロキサン及びビニル基を有するオルガノポリシロキサン）、Ｃ液５種類（ビニル基を有するオルガノポリシロキサン）を室温下で表３〜６に示す配合（体積％）で、自転・公転ミキサーであるシンキー社製「あわとり練太郎」を用いて、回転速度２０００ｒｐｍで１０分混合して樹脂組成物を製造した。
【００２５】
この樹脂組成物をスリット（１ｍｍ×１００ｍｍ、及び１ｍｍ×１０ｍｍ）付きダイスの固定されたシリンダー構造金型内に１００ｇ充填し、ピストンで５ＭＰａの圧力をかけながらスリットから押し出して樹脂組成物のグリーンシートを得た。
このグリーンシートを１１０℃で３時間加熱し、熱伝導性及び絶縁性を評価する樹脂組成物のシートを製造した。
上記で得られた樹脂組成物のシートの熱伝導率と体積抵抗率を測定した結果を表３〜６に示した。
【００２６】
【表１】
0005497458.tif 000002
【００２７】
【表２】
0005497458.tif 000003
【００２８】
【表３】
0005497458.tif 000004
【００２９】
【表４】
0005497458.tif 000005
【００３０】
【表５】
0005497458.tif 000006
【００３１】
【表６】
0005497458.tif 000007
【００３２】
【表７】
0005497458.tif 000008
【００３３】
表３〜５の実施例と表６の比較例から、本発明の熱伝導性樹脂組成物は、優れた熱伝導性と高い絶縁性（体積抵抗率）を示していることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の熱伝導性樹脂組成物を電子部品用放熱部材として使用した場合、例えば、パワーデバイス等の半導体素子の放熱部材として使用した場合、長期間使用可能となる。