(57)【要約】【課題】耐湿性の熱伝導材料を提供すること。【解決手段】疎水性化合物を有する熱伝導性粒子を含む粒子充填剤、ならびに充填剤粒子を結合させるのに有効なバインダーを含有する耐湿性の熱伝導性材料。さらには、熱源（１２）、ヒートシンク（１４）、ならびに熱源（１２）とヒートシンク（１４）の間に、そして接触して配置された耐湿性の、熱伝導性材料層（１６）からなる電子装置を含む。さらに本発明は疎水性化合物被覆を有する凝集された窒化ホウ素粒子を含む、耐湿性の熱伝導性材料。また、熱源に近接してヒートシンクを設けること、そして熱源とヒートシンクの間に、そして接触して耐湿性の熱伝導性材料の層を配置することからなる、熱源から熱を除去する方法も提供される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
疎水性化合物被覆を有する熱伝導性粒子を含む粒子充填剤、ならびに
充填剤粒子を結合させるのに有効なバインダー、
を含有する耐湿性の熱伝導性材料。
【請求項２】
バインダーがポリエステル、ポリオレフィン、エポキシ、シリコーン樹脂、熱可塑性プラスチックス、熱可塑性ゴム、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド、ポリアミド、フッ素ポリマー、グリース、ワックス、およびそれらの組合わせからなる群より選ばれる請求項１記載の材料。
【請求項３】
熱伝導性粒子が熱伝導性材料の約５ｖｏｌ％〜約７０ｖｏｌ％からなる請求項１記載の材料。
【請求項４】
熱伝導性粒子が無機顔料、有機顔料、真殊性顔料、炭素、金属、雲母、ケイ酸塩鉱物、金属酸化物、金属水酸化物、金属ホウ化物、金属炭化物、金属窒化物、セラミックス、炭酸塩鉱物、硫酸塩鉱物、リン酸塩鉱物、およびそれらの組合わせの粒子からなる群より選ばれる請求項１記載の材料。
【請求項５】
熱伝導性粒子が、ウルトラマリンブルー（硫黄を含むケイ酸アルミニウムナトリウム）、プルシアンブルー（フェリフェロシアン化物）、マンガンバイオレット、チタン被覆雲母、オキシ塩化ビスマス、酸化鉄、水酸化鉄、二酸化チタン、低級酸化チタン、水酸化クロム、Ｃ．Ｉ．１５８５０，Ｃ．Ｉ．１５８５０：１，Ｃ．Ｉ．１５５８５：１，Ｃ．Ｉ．１５６３０，Ｃ．Ｉ．１５８８０：１，Ｃ．Ｉ．７３３６０，Ｃ．Ｉ．１２０８５，Ｃ．Ｉ．１５８６５：２，Ｃ．Ｉ．１２０７５，Ｃ．Ｉ．２１１１０，Ｃ．Ｉ．２１０９５，Ｃ．Ｉ．１１６８０，Ｃ．Ｉ．７４１６０、ならびにＣ．Ｉ．４５４３０，Ｃ．Ｉ．４５４１０，Ｃ．Ｉ．４５１００，Ｃ．Ｉ．１７２００，Ｃ．Ｉ．４５３８０，Ｃ．Ｉ．４５１９０，Ｃ．Ｉ．１４７００，Ｃ．Ｉ．１５５１０，Ｃ．Ｉ．１９１４０，Ｃ．Ｉ．１５９８５，Ｃ．Ｉ．４５３５０，Ｃ．Ｉ．４７００５，Ｃ．Ｉ．４２０５３、およびＣ．Ｉ．４２０９０のジルコニウム、バリウムおよびアルミニウムレーキ、チタン成分として二酸化チタン、低級酸化チタンおよびオキシ窒化チタンを含む雲母−チタン複合材料、雲母−酸化鉄複合材料、オキシ塩化ビスマス、グアニン、活性炭、カーボンブラック、鉄およびその合金、コバルトおよびその合金、ニッケルおよびその合金、銅およびその合金、亜鉛およびその合金、アルミニウムおよびその合金、クロムおよびその合金、チタンおよびその合金、ジルコニウムおよびその合金、モリブデンおよびその合金、銀およびその合金、イリジウムおよびその合金、スズおよびその合金、アンチモンおよびその合金、タングステンおよびその合金、白金およびその合金、金およびその合金、白雲母、金雲母、黒雲母、絹雲母、リシア雲母、ソーダ雲母、天然雲母のヒドロキシル基を置換したフッ素原子を有する人工もしくは合成雲母およびそれらの焼成もしくは仮焼生成物、フィロケイ酸塩、テクトケイ酸塩、ソーダ沸石、輝沸石、ゼオライト、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、シリカ、酸化鉄、水酸化鉄、二酸化チタン、低級酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化クロム、水酸化クロム、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化亜鉛、チタン酸鉄、チタン酸コバルト、アルミン酸コバルト、ＫＡｌ2(Ａｌ，Ｓｉ3)Ｏ10Ｆ2 ，ＫＭｇ（Ａｌ，Ｓｉ3)Ｏ10Ｆ2 ，Ｋ（Ｍｇ，Ｆｅ3)（Ａｌ，Ｓｉ3)Ｏ10Ｆ2 ，ＣａＣＯ3 ，ＭｇＣＯ3 ，ＦｅＣＯ3 ，ＭｎＣＯ3 ，ＺｎＣＯ3 ，ＣａＭｇ（ＣＯ3)２，Ｃｕ（ＯＨ)2ＣＯ3 ，Ｃｕ3(ＯＨ)2（ＣＯ3)2 ，ＢａＳＯ4 ，ＳｒＳＯ4 ，ＰｂＳＯ4 ，ＣａＳＯ4 ，ＣａＳＯ4 ・２Ｈ2 Ｏ，ＣａＳＯ2 ・５Ｈ2 Ｏ，Ｃｕ4 ＳＯ4(ＯＨ)6，ＫＡｌ3(ＯＨ)6（ＳＯ4)2 ，ＫＦｅ3(ＯＨ)6（ＳＯ4)2 ，ＹＰＯ4 ，（Ｃｅ，Ｌａ）ＰＯ4 Ｆｅ3（ＰＯ4)2 ・８Ｈ2 Ｏ，Ｃａ5(ＰＯ4)3 Ｆ，Ｃａ5(ＰＯ4)3 Ｃｌ，Ｃａ5(ＰＯ4)3 ＯＨ，Ｃａ5(ＰＯ4 ，ＣＯ3 ＯＨ)3（Ｆ，ＯＨ）、窒化チタン、窒化ホウ素、窒化クロム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ化合物、Ａｌ−Ｏ−Ｎ化合物、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化タングステン、ならびにそれらの組合わせ、の粒子からなる群より選ばれる請求項４記載の材料。
【請求項６】
熱伝導性粒子が窒化ホウ素粒子である請求項５記載の材料。
【請求項７】
窒化ホウ素粒子が多孔質窒化ホウ素粒子である請求項６記載の材料。
【請求項８】
窒化ホウ素粒子が結合された窒化ホウ素粒子である請求項６記載の材料。
【請求項９】
窒化ホウ素粒子が凝集された窒化ホウ素粒子である請求項６記載の材料。
【請求項１０】
熱伝導性粒子が約０．００１μｍ〜約５００μｍの大きさの範囲にある請求項１記載の材料。
【請求項１１】
疎水性化合物がシリコーン化合物である請求項１記載の材料。
【請求項１２】
シリコーン化合物がシロキサンである請求項１１記載の材料。
【請求項１３】
シロキサンが次の一般構造：
【化１】
2006241470.tif 000004
ここで、
ｎは０〜５；
ＲおよびＲ1 は独立して選ばれ；
Ｒは水素、炭素原子１〜８を有する置換もしくは非置換アルキル、置換もしくは非置換アリール、置換もしくは非置換アルケン、ＯＲ1 、およびＯＳｉＲ1 からなる群より選ばれ；そして
Ｒ1 は水素、炭素原子１〜８を有する置換もしくは非置換アルキル、置換もしくは非置換アリール、および置換もしくは非置換アルケンからなる群より選ばれる、
請求項１２記載の材料。
【請求項１４】
シロキサンが充填剤の約１〜４ｗｔ％からなる請求項１２記載の材料。
【請求項１５】
熱伝導性粒子が熱伝導性材料の約５ｖｏｌ％〜約４０ｖｏｌ％からなる請求項３記載の材料を含む、耐湿性の熱伝導性界面材料。
【請求項１６】
熱伝導性粒子が熱伝導性材料の約２０ｖｏｌ％〜約７０ｖｏｌ％からなる請求項３記載の材料を含む、耐湿性の熱伝導性ポッティング化合物。
【請求項１７】
熱源および請求項１６記載のポッティング化合物を含む回路ボード、を含む電子装置。
【請求項１８】
熱源；
熱源から熱を除去するためのヒートシンク；ならびに
熱源およびヒートシンクの間に配置された耐湿性の、熱伝導性材料の層、を含む電子装置。
【請求項１９】
耐湿性の熱伝導性界面材料が疎水性化合物被覆を有する熱伝導性粒子を含む粒子充填剤、ならびに
充填剤粒子を結合させるのに有効なバインダー、
を含有する請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
バインダーがポリエステル、ポリオレフィン、エポキシ、シリコーン樹脂、熱可塑性プラスチックス、熱可塑性ゴム、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド、ポリアミド、フッ素ポリマー、グリース、ワックス、およびそれらの組合わせからなる群より選ばれる請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
熱伝導性粒子が熱伝導性材料の約５ｖｏｌ％〜約７０ｖｏｌ％からなる請求項１９記載の装置。
【請求項２２】
熱伝導性粒子が無機顔料、有機顔料、真殊性顔料、炭素、金属、雲母、ケイ酸塩鉱物、金属酸化物、金属水酸化物、金属ホウ化物、金属炭化物、金属窒化物、セラミックス、炭酸塩鉱物、硫酸塩鉱物、リン酸塩鉱物、およびそれらの組合わせの粒子からなる群より選ばれる請求項１９記載の装置。
【請求項２３】
熱伝導性粒子が、ウルトラマリンブルー（硫黄を含むケイ酸アルミニウムナトリウム）、プルシアンブルー（フェリフェロシアン化物）、マンガンバイオレット、チタン被覆雲母、オキシ塩化ビスマス、酸化鉄、水酸化鉄、二酸化チタン、低級酸化チタン、水酸化クロム、Ｃ．Ｉ．１５８５０，Ｃ．Ｉ．１５８５０：１，Ｃ．Ｉ．１５５８５：１，Ｃ．Ｉ．１５６３０，Ｃ．Ｉ．１５８８０：１，Ｃ．Ｉ．７３３６０，Ｃ．Ｉ．１２０８５，Ｃ．Ｉ．１５８６５：２，Ｃ．Ｉ．１２０７５，Ｃ．Ｉ．２１１１０，Ｃ．Ｉ．２１０９５，Ｃ．Ｉ．１１６８０，Ｃ．Ｉ．７４１６０、ならびにＣ．Ｉ．４５４３０，Ｃ．Ｉ．４５４１０，Ｃ．Ｉ．４５１００，Ｃ．Ｉ．１７２００，Ｃ．Ｉ．４５３８０，Ｃ．Ｉ．４５１９０，Ｃ．Ｉ．１４７００，Ｃ．Ｉ．１５５１０，Ｃ．Ｉ．１９１４０，Ｃ．Ｉ．１５９８５，Ｃ．Ｉ．４５３５０，Ｃ．Ｉ．４７００５，Ｃ．Ｉ．４２０５３、およびＣ．Ｉ．４２０９０のジルコニウム、バリウムおよびアルミニウムレーキ、チタン成分として二酸化チタン、低級酸化チタンおよびオキシ窒化チタンを含む雲母−チタン複合材料、雲母−酸化鉄複合材料、オキシ塩化ビスマス、グアニン、活性炭、カーボンブラック、鉄およびその合金、コバルトおよびその合金、ニッケルおよびその合金、銅およびその合金、亜鉛およびその合金、アルミニウムおよびその合金、クロムおよびその合金、チタンおよびその合金、ジルコニウムおよびその合金、モリブデンおよびその合金、銀およびその合金、イリジウムおよびその合金、スズおよびその合金、アンチモンおよびその合金、タングステンおよびその合金、白金およびその合金、金およびその合金、白雲母、金雲母、黒雲母、絹雲母、リシア雲母、ソーダ雲母、天然雲母のヒドロキシル基を置換したフッ素原子を有する人工もしくは合成雲母およびそれらの焼成もしくは仮焼生成物、フィロケイ酸塩、テクトケイ酸塩、ソーダ沸石、輝沸石、ゼオライト、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、シリカ、酸化鉄、水酸化鉄、二酸化チタン、低級酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化クロム、水酸化クロム、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化亜鉛、チタン酸鉄、チタン酸コバルト、アルミン酸コバルト、ＫＡｌ2(Ａｌ，Ｓｉ3)Ｏ10Ｆ2 ，ＫＭｇ（Ａｌ，Ｓｉ3)Ｏ10Ｆ2 ，Ｋ（Ｍｇ，Ｆｅ3)（Ａｌ，Ｓｉ3)Ｏ10Ｆ2 ，ＣａＣＯ3 ，ＭｇＣＯ3 ，ＦｅＣＯ3 ，ＭｎＣＯ3 ，ＺｎＣＯ3 ，ＣａＭｇ（ＣＯ3)２，Ｃｕ（ＯＨ)2ＣＯ3 ，Ｃｕ3(ＯＨ)2（ＣＯ3)2 ，ＢａＳＯ4 ，ＳｒＳＯ4 ，ＰｂＳＯ4 ，ＣａＳＯ4 ，ＣａＳＯ4 ・２Ｈ2 Ｏ，ＣａＳＯ2 ・５Ｈ2 Ｏ，Ｃｕ4 ＳＯ4(ＯＨ)6，ＫＡｌ3(ＯＨ)6（ＳＯ4)2 ，ＫＦｅ3(ＯＨ)6（ＳＯ4)2 ，ＹＰＯ4 ，（Ｃｅ，Ｌａ）ＰＯ4 Ｆｅ3（ＰＯ4)2 ・８Ｈ2 Ｏ，Ｃａ5(ＰＯ4)3 Ｆ，Ｃａ5(ＰＯ4)3 Ｃｌ，Ｃａ5(ＰＯ4)3 ＯＨ，Ｃａ5(ＰＯ4 ，ＣＯ3 ＯＨ)3（Ｆ，ＯＨ）、窒化チタン、窒化ホウ素、窒化クロム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ化合物、Ａｌ−Ｏ−Ｎ化合物、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化タングステン、ならびにそれらの組合わせ、の粒子からなる群より選ばれる請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
熱伝導性粒子が窒化ホウ素粒子である請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
窒化ホウ素粒子が多孔質窒化ホウ素粒子である請求項２４記載の装置。
【請求項２６】
窒化ホウ素粒子が結合された窒化ホウ素粒子である請求項２４記載の装置。
【請求項２７】
窒化ホウ素粒子が凝集された窒化ホウ素粒子である請求項２４記載の装置。
【請求項２８】
熱伝導性粒子が約０．００１μｍ〜約５００μｍの大きさの範囲にある請求項１９記載の装置。
【請求項２９】
疎水性化合物がシリコーン化合物である請求項１９記載の装置。
【請求項３０】
シリコーン化合物がシロキサンである請求項２９記載の装置。
【請求項３１】
シロキサンが次の一般構造：
【化２】
2006241470.tif 000005
ここで、
ｎは０〜５；
ＲおよびＲ1 は独立して選ばれ；
Ｒは水素、炭素原子１〜８を有する置換もしくは非置換アルキル、置換もしくは非置換アリール、置換もしくは非置換アルケン、ＯＲ1 、およびＯＳｉＲ1 からなる群より選ばれ；そして
Ｒ1 は水素、炭素原子１〜８を有する置換もしくは非置換アルキル、置換もしくは非置換アリール、および置換もしくは非置換アルケンからなる群より選ばれる、
請求項３０記載の装置。
【請求項３２】
シロキサンが充填剤の約１〜４ｗｔ％からなる請求項３０記載の材料。
【請求項３３】
疎水性化合物被覆を有する凝集窒化ホウ素粒子を含有する、耐湿性の熱伝導性材料。
【請求項３４】
粒子が約０．００１μｍ〜約５００μｍの大きさの範囲にある請求項３３記載の材料。
【請求項３５】
熱伝導性粒子が熱伝導性材料の約５ｖｏｌ％〜約７０ｖｏｌ％からなる請求項３３記載の材料。
【請求項３６】
疎水性化合物がシリコーン化合物である請求項３３記載の材料。
【請求項３７】
シリコーン化合物がシロキサンである請求項３６記載の材料。
【請求項３８】
シロキサンが次の一般構造：
【化３】
2006241470.tif 000006
ここで、
ｎは０〜５；
ＲおよびＲ1 は独立して選ばれ；
Ｒは水素、炭素原子１〜８を有する置換もしくは非置換アルキル、置換もしくは非置換アリール、置換もしくは非置換アルケン、ＯＲ1 、およびＯＳｉＲ1 からなる群より選ばれ；そして
Ｒ1 は水素、炭素原子１〜８を有する置換もしくは非置換アルキル、置換もしくは非置換アリール、および置換もしくは非置換アルケンからなる群より選ばれる、
請求項３７記載の材料。
【請求項３９】
シロキサンが充填剤の約１〜４ｗｔ％からなる請求項３７記載の材料。
【請求項４０】
熱源に近接するヒートシンクを設けること、ならびに熱源とヒートシンクの間に、そして接触して、耐湿性の熱伝導性材料の層を配置すること、
を含む熱源から熱を除去する方法。
【請求項４１】
耐湿性の熱伝導性界面材料が疎水性化合物被覆を有する熱伝導性粒子を含む粒子充填剤、ならびに
充填剤粒子を結合させるのに有効なバインダー、
を含有する請求項４０記載の方法。
【請求項４２】
バインダーがポリエステル、ポリオレフィン、エポキシ、シリコーン樹脂、熱可塑性プラスチックス、熱可塑性ゴム、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド、ポリアミド、フッ素ポリマー、グリース、ワックス、およびそれらの組合わせからなる群より選ばれる請求項４１記載の方法。
【請求項４３】
熱伝導性粒子が無機顔料、有機顔料、真殊性顔料、炭素、金属、雲母、ケイ酸塩鉱物、金属酸化物、金属水酸化物、金属ホウ化物、金属炭化物、金属窒化物、セラミックス、炭酸塩鉱物、硫酸塩鉱物、リン酸塩鉱物、およびそれらの組合わせの粒子からなる群より選ばれる請求項４１記載の方法。
【請求項４４】
熱伝導性粒子が窒化ホウ素粒子である請求項４３記載の方法。
【請求項４５】
窒化ホウ素粒子が多孔質窒化ホウ素粒子である請求項４４記載の方法。
【請求項４６】
窒化ホウ素粒子が結合された窒化ホウ素粒子である請求項４４記載の方法。
【請求項４７】
窒化ホウ素粒子が凝集された窒化ホウ素粒子である請求項４４記載の方法。
【請求項４８】
熱伝導性粒子が約０．００１μｍ〜約５００μｍの大きさの範囲にある請求項４１記載の方法。
【請求項４９】
疎水性化合物がシリコーン化合物である請求項４１記載の方法。
【請求項５０】
シリコーン化合物がシロキサンである請求項４９記載の方法。
【請求項５１】
シロキサンが次の一般構造：
【化４】
2006241470.tif 000007
ここで、
ｎは０〜５；
ＲおよびＲ1 は独立して選ばれ；
Ｒは水素、炭素原子１〜８を有する置換もしくは非置換アルキル、置換もしくは非置換アリール、置換もしくは非置換アルケン、ＯＲ1 、およびＯＳｉＲ1 からなる群より選ばれ；そして
Ｒ1 は水素、炭素原子１〜８を有する置換もしくは非置換アルキル、置換もしくは非置換アリール、および置換もしくは非置換アルケンからなる群より選ばれる、
請求項４９記載の方法。
【請求項５２】
シロキサンが充填剤の約１〜４ｗｔ％からなる請求項５０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実質的に全表面に疎水性被覆を有する、変性された熱伝導性粉末もしくは粒子に関し、熱伝導性材料を製造するのに使用されうる。
【背景技術】
【０００２】
集積回路チップは、着実に、もっと小さく、そしてもっと強力になりつつある。現在の傾向は着着に密度が増加する集積チップを製造し、そして従来のチップを超えて、一定の時間でもっと多くの機能を成し遂げることである。これは、これらの集積回路チップを使用された電流の増加をもたらす。その結果、これらの集積回路チップは従来のチップよりも多くのオーム熱（Ｏｈｍｉｃ  ｈｅａｔ）を発生する。したがって、熱管理が、電子デバイスの開発における主要な関心事となっている。
【０００３】
通常、集積回路チップのような熱を発生する源もしくはデバイスは、作動時に発生する熱を除去するためにヒートシンクと一緒になっている。しかし、その源もしくはデバイスとヒートシンクとの間の熱接触抵抗はヒートシンクの効果的な熱除去を制限する。組立て時に、熱源とヒートシンクの相対して一緒になる表面の間に低熱抵抗の通路を創り出すのを助けるために、熱伝導性グリース、通常シリコーングリース、の層、または熱伝導性有機ワックスの層、を付着させるのが一般的である。他の熱伝導性材料は、バインダー、好ましくはシリコーン、熱可塑性ゴム、ウレタン、またはアクリルのような樹脂バインダー、にもとづき、その中に１つ以上の熱伝導性充填剤が分布される。
【０００４】
通常、これらの充填剤は２つの主要な種類の１つである、熱伝導性で、電気絶縁性、または熱伝導性で、電気伝導性の充填剤である。酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、および窒化ホウ素は、熱生成物において用いられる、最も度々引用される種類の、熱伝導性で電気絶縁性の充填剤である。窒化ホウ素は優れた熱伝達特性および比較的安価である点において特に有用である。
【０００５】
あいにく、ある熱伝導性充填剤は吸湿性である傾向を有する。たとえば、窒化ホウ素は疎水性とみなされるのが通常であるが、吸湿性の不純物である酸化ホウ素（Ｂ2 Ｏ3)を本来的に含有する。吸収された水は、今度は、特に熱の存在下で、窒化ホウ素と反応して、窒化ホウ素と水の加水分解酸化生成物であるホウ酸を生成する。ホウ酸も吸湿性であり、大気から水を吸収してこの自己触媒反応プロセスにより窒化ホウ素粒子の劣化を加速する。時間とともに、十分な窒化ホウ素劣化がホウ酸生成により粉末もしくは粒子において生じ得、ヒートシンクと集積回路チップの間の不十分な熱伝導を引起こす。ついで熱は集積回路チップにおいて築き得、ついには集積回路チップおよびその関連電子デバイスの故障を引起こしうる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、熱伝導界面材料における充填剤としての使用のための、疎水性もしくは耐湿性の窒化ホウ素粉末もしくは粒子に対する要求がある。さらに、水の混入およびそれに由来するまわりのハードウエア要素への損傷を防止するために熱伝導性充填剤材料として利用される他の耐湿性粉末もしくは粒子に対する要求がある。本発明はこの分野におけるこの難点を克服することに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、シリコーン油のような疎水性化合物被覆を有する熱伝導性粒子を含む粒子充填剤、ならびに
充填剤粒子を結合させるのに有効なバインダー、
を含有する耐湿性の熱伝導性材料に関する。
【０００８】
本発明のもう１つの態様は、熱源、ヒートシンク、ならびに熱源とヒートシンクの間に、そして接触して配置される、本発明により製造された耐湿性の熱伝導性材料の層からなる電子装置を含む。
【０００９】
さらに、本発明のもう１つの態様は、シリコーン油被覆のような疎水性化合物被覆を有する凝集窒化ホウ素粒子を含有する耐湿性の熱伝導性材料を含む。
【００１０】
そして、本発明のもう１つの態様は、熱源に近接するヒートシンクを設けること、ならびに熱源とヒートシンクの間に、そして接触して、耐水の熱伝導性材料の層を配置すること、を含む熱源から熱を除去する方法を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、シリコーン化合物被覆のような疎水性化合物被覆を有する熱伝導性粒子を含む粒子充填剤、ならびに充填剤粒子を結合させるのに有効なバインダーを含有する耐湿性の熱伝導性材料に関する。本発明によれば、そのような耐湿性の熱伝導性材料は、分あたり、粒子表面積cm2 あたり、百万分の１．２４(ppm／cm2 ・分）より小さい、好ましくは０．１２ ppm／cm2 ・分より小さい水吸収速度、ならびに熱伝導度少くとも０．４ｗ／ｍ゜Ｋ、好ましくは少くとも１ｗ／ｍ゜Ｋ、を有する。そのような材料は熱源とヒートシンクの間の熱伝達を助けるための、耐湿性の熱伝導性界面材料として使用されうる。さらに、本発明の熱伝導性材料は耐湿性の、熱伝導性で、かたいポッティング（埋込み）化合物もしくは回路ボードとして提供されうる。
【００１２】
本発明とともに使用するために適切な、数多くのポリマーバインダーがこの分野で知られている。それらのバインダーの例は、Ｏｃｈｉａｉらの米国特許第５，２８３，５４２号、Ｂｌｏｃｋらの５，１９４，４８０号、Ｈａｎｓｏｎらの５，９５０，０６６号、Ａｍｅｅｎらの５，５９１，０３４号、Ｈａｎｒａｈａｎの５，７３８，９３６号、Ａｍｅｅｎらの５，０２８，９８４号、Ｄｏｌｂｅａｒの５，９２６，３７１号、Ｈｉｌｌらの５，６８１，８８３号、Ｓｑｕｉｔｉｅｒｉの第４，８６９，９５４号、およびＦｕｊｉｍｏｒｉらの５，６６０，９１７号明細書に開示されており、これらのすべては参照によりここに組入れられる。このようなバインダーは、ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリオレフィン、エポキシ、熱可塑性プラスチック、熱可塑性ゴム、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド、ポリアミド、ワックス、グリース、およびそれらの組合わせを含む。
【００１３】
本発明の熱伝導性粒子充填剤は、熱伝導性で電気絶縁性、および熱伝導性で電気伝導性、の粉末および粒子の両方を含む。このような充填剤は、多孔質もしくは非多孔質の無機顔料、有機顔料、真殊性顔料、炭素、金属、雲母、ケイ酸塩鉱物、金属酸化物、金属水酸化物、金属ホウ化物、金属炭化物、金属窒化物、セラミックス、炭酸塩鉱物、硫酸塩鉱物、リン酸塩鉱物、およびそれらの組合わせの種々の粉末もしくは粒子を含む。いかなる従来の粒径も使用されうる。好ましくは、粒子は約１μｍ〜約５００μｍの大きさの範囲である。さらに、充填剤は粗い（約１００μｍより大きい）粒径および微細な（約０．００１μｍ〜約１００μｍ）粒径の混合物を含みうる。耐湿性で、熱伝導性界面材料のような柔軟な（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）材料（すなわち、柔軟（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）もしくは低デュロメーター値）のために、疎水性化合物で被覆された充填剤の割合は耐湿性材料の約５ｖｏｌ％〜約４０ｖｏｌ％、好ましくは約１２ｖｏｌ％〜約３０ｖｏｌ％である。ポッティング化合物もしくは回路ボードのような、実質的にかたい（ｒｉｇｉｄ）、耐湿性の熱伝導性材料のために、疎水性化合物で被覆された充填剤の割合は約２０ｖｏｌ％〜約７０ｖｏｌ％、好ましくは約５０ｖｏｌ％〜約７０ｖｏｌ％である。本発明により製造された熱伝導性材料は所望の形状に成型されうる。本発明の熱伝導性材料の熱伝導度は、その中に含まれる充填剤の量と直接に関連を有する。したがって、本発明の熱伝導性材料の熱伝導度はそこに配合される充填剤の量によって特別に調整されうる。適切な熱伝導性粉末および粒子はＦｕｋｕｉらの米国特許第４，８０１，４４５号明細書に記載されており、それは参照によりここに組入れられる。このような粉末材料の典型的な例が下に示される。
【００１４】
無機顔料
本発明により変性されうる無機顔料の例は、ウルトラマリンブルー（硫黄を含むケイ酸アルミニウムナトリウム）、プルシアンブルー（フェリフェロシアン化物）、マンガンバイオレット、チタン被覆雲母、オキシ塩化ビスマス、酸化鉄、水酸化鉄、二酸化チタン、低級酸化チタン、水酸化クロム、およびそれらの組合せを含むが、これらに限定されない。
【００１５】
有機顔料
本発明により変性されうる有機顔料の例は、Ｃ．Ｉ．１５８５０，Ｃ．Ｉ．１５８５０：１，Ｃ．Ｉ．１５５８５：１，Ｃ．Ｉ．１５６３０，Ｃ．Ｉ．１５８８０：１，Ｃ．Ｉ．７３３６０，Ｃ．Ｉ．１２０８５，Ｃ．Ｉ．１５８６５：２，Ｃ．Ｉ．１２０７５，Ｃ．Ｉ．２１１１０，Ｃ．Ｉ．２１０９５，Ｃ．Ｉ．１１６８０，Ｃ．Ｉ．７４１６０、ならびにＣ．Ｉ．４５４３０，Ｃ．Ｉ．４５４１０，Ｃ．Ｉ．４５１００，Ｃ．Ｉ．１７２００，Ｃ．Ｉ．４５３８０，Ｃ．Ｉ．４５１９０，Ｃ．Ｉ．１４７００，Ｃ．Ｉ．１５５１０，Ｃ．Ｉ．１９１４０，Ｃ．Ｉ．１５９８５，Ｃ．Ｉ．４５３５０，Ｃ．Ｉ．４７００５，Ｃ．Ｉ．４２０５３、およびＣ．Ｉ．４２０９０のジルコニウム、バリウムおよびアルミニウムレーキ、およびそれらの組合わせを含むが、これらに限定されない。
【００１６】
真殊性顔料
本発明により変性されうる真殊性（ｐｅａｒｌｅｓｃｅｎｔ）顔料（すなわち真殊光沢（ｎａｃｒｅｏｕｓ）顔料）の例は、チタン成分として二酸化チタン、低級酸化チタンおよびオキシ窒化チタンを含む雲母−チタン複合材料、雲母−酸化鉄複合材料、オキシ塩化ビスマス、グアニン、およびそれらの組合わせを含むが、これらに限定されない。
【００１７】
炭素
本発明により変性されうる炭素の例は、たとえば被覆および充填剤に従来用いられる活性炭およびカーボンブラック粒子を含むが、これらに限定されない。炭素粉末粒子の大きさに臨界的な制限はないが、このような炭素粉末は０．００１μｍ〜２００μｍの粒径を有するのが通常である。
【００１８】
金属
本発明により変性されうる金属の例は鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、アルミニウム、クロム、チタン、ジルコニウム、モリブデン、銀、イリジウム、スズ、アンチモン、タングステン、白金合金、金、ならびにそれらの合金を含むが、これらに限定されない。
【００１９】
雲母
本発明により変性されうる雲母の例は、白雲母、金雲母、黒雲母、絹雲母、リシア雲母（ｌｅｐｉｄｏｌｉｔｅ）、ソーダ雲母（ｐａｒａｇｏｎｉｔｅ）、天然雲母のヒドロキシル基を置換したフッ素原子を有する人工もしくは合成雲母、ならびにそれらの焼成もしくは仮焼生成物、を含むがそれらに限定されない。
【００２０】
ケイ酸塩鉱物
本発明により変性されうるケイ酸塩鉱物の例は、フィロケイ酸塩、テクトケイ酸塩、ソーダ沸石（ｎａｔｒｏｌｉｔｅｓ）、輝沸石（ｈｅｕｌａｎｄｉｔｅｓ）、およびゼオライトを含むが、これらに限定されない。フィロケイ酸塩およびテクトケイ酸塩は、パイロフィライト、タルク、クローライト、クリソタイル、アンチゴライト、リザーダイト（ｌｉｚａｒｄｉｔｅ）、カオリナイト、デッカイト、ナクライト、ハロイサイト、モンモリロナイト、ノントロン石（ｎｏｎｔｒｏｎｉｔｅ）、サポナイト、ソーコナイトおよびベントナイトを含む。ソーダ沸石は、ナトロライト、メソライト、スコレサイトおよびトムソナイト（トムソン沸石）を含む。輝沸石はヒューランダイト、スチルバイトおよびエピスチルバイトを含む。ゼオライトはアナルサイト、十字沸石（ｈａｒｍｏｔｏｍｅ）、フィリップサイト（灰十字沸石）、チャバザイトおよびグメリンを含む。これらのケイ酸塩鉱物は単独でもしくはそれらを組合わせて使用されうる。フィロケイ酸塩はそれらの層の界面で有機力チオンを有し得、またはアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属イオンで置換されうる。テクトケイ酸塩はそれらの微細孔に金属イオンを含む。
【００２１】
金属の酸化物、水酸化物、窒化物およびオキシ窒化物
本発明により変性されうる、金属の酸化物、水酸化物、窒化物およびオキシ窒化物は、ホウ素、アルミニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、亜鉛、クロム、マンガン、カルシウム、鉄、マンガン、コバルト、ニッケルおよびモリブデンの酸化物、水酸化物、窒化物およびオキシ窒化物を含むが、これらに限定されない。このような化合物の例は、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、シリカ、窒化ケイ素、酸化鉄（α−Ｆｅ2 Ｏ3 ，γ−Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｆｅ3 Ｏ4 ，ＦｅＯ）、水酸化鉄、二酸化チタン、低級酸化チタン、窒化チタン、酸化ジルコニウム、酸化クロム、水酸化クロム、窒化クロム、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化亜鉛、Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ化合物、Ａｌ−Ｏ−Ｎ化合物、炭化ケイ素、炭化チタンおよび炭化タングステンを含む。これらの酸化物、水酸化物、窒化物、およびオキシ窒化物は単独で、もしくはそれらの混合物として使用されうる。さらに、チタン酸鉄、チタン酸コバルト、アルミン酸コバルトのような複合酸化物および複合水酸化物も、本発明において使用されうる。コア材料上に被覆された、金属の酸化物、水酸化物、窒化物、もしくはオキシ窒化物を含む複合材料（たとえば、酸化チタン被覆雲母、酸化鉄被覆ナイロン）も本発明において使用されうる。
【００２２】
多孔質材料
上述の多孔質ケイ酸塩鉱物、雲母、および金属酸化物に加えて、本発明により変性されうる他の多孔質材料の例は、ＫＡｌ2(Ａｌ，Ｓｉ3)Ｏ10Ｆ2 ，ＫＭｇ（Ａｌ，Ｓｉ3)Ｏ10Ｆ2 ，Ｋ（Ｍｇ，Ｆｅ3)（Ａｌ，Ｓｉ3)Ｏ10Ｆ2 のようなセラミックスおよびガラスセラミックス；ＣａＣＯ3 ，ＭｇＣＯ3 ，ＦｅＣＯ3 ，ＭｎＣＯ3 ，ＺｎＣＯ3 ，ＣａＭｇ（ＣＯ3)２，Ｃｕ（ＯＨ)2ＣＯ3 ，Ｃｕ3(ＯＨ)2（ＣＯ3)2 のような炭酸塩鉱物；ＢａＳＯ4 ，ＳｒＳＯ4 ，ＰｂＳＯ4 ，ＣａＳＯ4 ，ＣａＳＯ4 ・２Ｈ2 Ｏ，ＣａＳＯ2 ・５Ｈ2 Ｏ，Ｃｕ4 ＳＯ4(ＯＨ)6，ＫＡｌ3(ＯＨ)6（ＳＯ4)2 ，ＫＦｅ3(ＯＨ)6（ＳＯ4)2 のような硫酸塩鉱物；およびＹＰＯ4 ，（Ｃｅ，Ｌａ）ＰＯ4 Ｆｅ3（ＰＯ4)2 ・８Ｈ2 Ｏ，Ｃａ5(ＰＯ4)3 Ｆ，Ｃａ5(ＰＯ4)3 Ｃｌ，Ｃａ5(ＰＯ4)3 ＯＨ，Ｃａ5(ＰＯ4 ，ＣＯ3 ＯＨ)3（Ｆ，ＯＨ）のようなリン酸塩鉱物を含むが、これらに限定されない。これらの材料は単独で、またはそれらの混合物として使用されうる。さらに、これらの多孔質材料は粒状化もしくは成型後に変性され得、つづいて焼成もしくは仮焼される。
【００２３】
好適な熱伝導性粒子は窒化ホウ素粒子であり、多孔質および結合された（ｂｏｎｄｅｄ）窒化ホウ素粒子を含む。特に好適なのは凝集された（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｄ）窒化ホウ素粒子である。窒化ホウ素を製造するために、この分野で公知のいくつかの方法がある。たとえば、窒化ホウ素は、酸化ホウ素、ホウ酸、ホウ酸カルシウム、ホウ酸ナトリウム等のようなホウ酸塩化合物を、アンモニアおよび有機アミン（たとえば、メラミン）のようなアンモニア化合物で直接に窒化することにより製造されうる。さらに、窒化ホウ素は窒素の存在下でホウ酸塩化合物をカーボサーミック（ｃａｒｂｏｔｈｅｒｍｉｃ）還元により製造されうる。あるいは、窒化ホウ素はホウ素元素もしくはホウ素化合物の直接窒化により製造されうる。これらの方法から製造される窒化ホウ素は、ブリケットの形態であるのが通常である。その後、窒化ホウ素粉末は従来の粉砕により製造されうる。低密度の凝集された窒化ホウ素粒子はブリケットの破砕および凝集物を目標とする粒径分布に分類することにより製造されうる。高密度の凝集された窒化ホウ素粒子の製造方法は、Ｓｈａｆｆｅｒらの米国特許第５，８９８，００９号明細書に開示されており、それは参照によりここに組入れられる。
【００２４】
窒化ケイ素および窒化アルミニウム粒子も本発明において特に有用である。窒化ホウ素のように、窒化ケイ素および窒化アルミニウムも窒素の存在下でケイ素およびアルミニウムの化合物のそれぞれのカーボサーミック還元により製造されうる。窒化ケイ素および窒化アルミニウムも、ケイ素元素もしくはアルミニウム化合物の直接的窒化によりそれぞれ製造されうる。窒化ケイ素粉末の製造法の１つの例は米国特許第４，５１４，３７０号明細書に開示されており、それは参照によりここに組入れられる。
【００２５】
本発明において使用される疎水性化合物は、シリコーン化合物、好ましくはシリコーン油を含む。このようなシリコーン油は、次の一般構造：
【００２６】
【化１】
2006241470.tif 000002
【００２７】
ここで、
ｎは０〜５；
ＲおよびＲ1 は独立して選ばれ；
Ｒは水素、炭素原子１〜８を有する置換もしくは非置換アルキル、置換もしくは非置換アリール、置換もしくは非置換アルケン、ＯＲ1 、およびＯＳｉＲ1 からなる群より選ばれ；そして
Ｒ1 は水素、炭素原子１〜８を有する置換もしくは非置換アルキル、置換もしくは非置換アリール、および置換もしくは非置換アルケンからなる群より選ばれる、
を有する低分子量のオリゴマー性シロキサンである。
【００２８】
好適な態様において、シロキサンは充填剤の約１〜４ｗｔ％を含む。シロキサンの量は、粒子の表面積に比例して変動する。すなわち、粒子の表面積が大きければ大きいほど、粒子を被覆するのに必要なシロキサンの量は大きくなる。本発明における使用に良く適したシロキサンはポリジメチルシロキサン、ポリメチル水素シロキサン、およびそれらの組合わせである。たとえば、ポリジメチルシロキサンおよびポリメチル水素シロキサンは、充填剤から約５μｍの粒径を有する窒化ホウ素であるとき、充填剤の約３ｗｔ％を含むのが好ましい。シロキサンは分圧もしくは不活性ガスパージ下で、約２０℃〜約１００℃の温度で、リボンブレンダ−のようなブレンダ−中で窒化ホウ素粒子の表面に被覆されうる。好適には、シロキサンはシロキサンの微細粒子を製造するために、噴霧（atomizing）ノズルのようなスプレーノズルによりブレンダーに導入される。
【００２９】
粒子の全表面積を疎水性化合物で実質的に被覆することにより、大気の水分は、吸収もしくは吸着されて熱伝導性材料の熱伝導性を劣化しうる場合に、粒子と接触することを禁じられる。たとえば、窒化ホウ素は吸湿性不純物である酸化ホウ素を含有する。湿った環境に置かれると、窒化ホウ素粒子内に含まれる酸化ホウ素は水を吸着する。今度は、窒化ホウ素は、特に熱の存在下で吸着水との加水分解酸化反応を受け、ホウ酸を生成する。ホウ酸も吸湿性であり、継続した水吸着により自動触媒反応によって、さらに窒化ホウ素粒子を劣化させる。
【００３０】
ついに、窒化ホウ素を含む熱伝導性材料は十分に劣化し、熱源から熱を十分に伝導することができない。これはそこでの熱蓄積により熱源の故障をもたらしうる。さらに、窒化アルミニウムは大気の水分の存在下にゆっくりと加水分解して、窒化アルミニウムよりも実質的に低い熱伝導度を有する材料である、酸化アルミニウムおよび／または水酸化アルミニウムを生成することが知られている。窒化アルミニウム粒子の表面への酸化アルミニウムおよび／または水酸化アルミニウムの被覆は熱拡散バリヤとして作用しうる。このため、窒化アルミニウム粒子と大気の水分との間の接触を最小にするのが望ましい。粒子状材料が水に不活性であっても、粒子により吸着された水は隣接成分材料と反応し得、または、１つの粒子からもう１つの粒子への熱伝達への熱バリアとして作用しうる。粒子の表面を疎水性化合物で被覆することにより、水は粒子と接触するのを禁じられ、水の吸着もしくは吸収を実質的に防止し、粒子を実質的に疎水性にする。したがって、本発明の熱伝導性材料の熱伝導度は、大気の相対湿度にかかわらず維持される。
【００３１】
前述のとおり、凝集された窒化ホウ素粒子は本発明のために特に好適である。このように、本発明のもう１つの態様は、疎水性化合物を有する凝集窒化ホウ素粒子を含有する耐湿性の、熱伝導性材料である。
【００３２】
図１に関して、本発明により製造された電子装置は集積回路チップのような熱源１２およびヒートシンク１４を含む。本発明により製造された耐湿性の、熱伝導性界面材料の層１６は熱源１２とヒートシンク１４の間に、そして接触して配置される。本発明の界面材料の層１６は特定の要求を満たすために種々の形状および大きさに形成されうる。示されるように、熱源１２は、本発明により耐湿性の熱伝導性材料で製造された回路ボード１８に搭載され、熱源１２から熱を伝導するのをさらに助ける。熱源１２、すなわちチップは電源（図示されない）に作動しうるように接続され、従来のように作動する。熱は熱源１２により発生され、たとえばオーム熱は集積回路チップの作動時に発生されるので、熱は熱源外面１３から本発明の熱伝導性界面材料の層１６を通ってヒートシンク内面１５に伝導される。その後、熱はこの分野で知られるように、ヒートシンク１４により従来どおり大気中に消散される。材料の層１６は熱源外面１３およびヒートシンク内表面１５を実質的に覆うので、熱接触抵抗は最小となる。重要なことに、熱伝導性材料の層１６は大気の相対湿度にかかわらず維持され、それにより材料および装置１０の有用な寿命を延長する。さらに、回路ボード１８は同様に耐湿性で熱伝導性であるので、電子装置１０における水混入は最小となり、ヒートシンク１４での熱負荷は減少する。
【００３３】
したがって本発明のもう１つの態様は、熱源、ヒートシンク、ならびに熱源とヒートシンクの間に、そして接触して配置された本発明の耐湿性で熱伝導性の層からなる電子装置を含む。さらに本発明のもう１つの態様は、熱源、ならびに本発明により製造された耐湿性で、熱伝導性の回路ボードからなる電子装置を含む。
【００３４】
さらに本発明のもう１つの態様は、熱源に近接してヒートシンクを設けること、そして熱源とヒートシンクの間に、そして接触して、本発明の耐湿性で熱伝導性の界面材料の層を配置することからなる、熱源から熱を除去する方法を含む。
【実施例】
【００３５】
被覆された、そして被覆されていない窒化ホウ素粉末が８５℃、相対湿度８５％で、外界圧力下で、示される時間、閉ざされた環境において吸湿親和性を評価された。粉末は水分にさらされる前後に秤量され、水による質量増加％を測定された。結果は下の表１に示される。
【００３６】
【表１】
2006241470.tif 000003
【００３７】
本発明は例示のために詳細に述べられたが、このような詳細は例示のためにすぎず、変更は請求項に規定された本発明の精神および範囲を逸脱することなく、当業者によりなされうることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】集積回路チップとヒートシンクの間に配置された、本発明により製造された耐湿性の、熱伝導性材料層の部分的な斜視図。
【符号の説明】
【００３９】
１２    熱源
１４    ヒートシンク
１５    ヒートシンク内面
１６    熱伝導性界面材料の層
１８    回路ボード
【図１】
2006241470.tif 000008