(57)【要約】【課題】放熱層の厚さをより薄くすることができ、熱抵抗率が低く優れた放熱効率を実現することができる熱伝導性シリコーン組成物を提供する。【解決手段】本発明の熱伝導性シリコーン組成物は、ポリオルガノシロキサンと熱伝導性充填剤をそれぞれ必須成分として含有し、前記熱伝導性充填剤が、粒径が３０μｍ以上の粒子を実質的に含まないものであることを特徴とする。このような熱伝導性シリコーン組成物は、（Ａ）ケイ素原子に結合したアルケニル基を少なくとも２個有するポリオルガノシロキサンと、（Ｂ）ケイ素原子に結合した水素原子を少なくとも２個有するポリオルガノハイドロジェンシロキサンと、（Ｃ）白金系触媒と、（Ｄ）粒径が３０μｍ以上の粒子を実質的に含まない熱伝導性充填剤をそれぞれ含有する付加反応硬化型シリコーン組成物であることができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリオルガノシロキサンと熱伝導性充填剤をそれぞれ必須成分として含有する組成物であり、前記熱伝導性充填剤が、粒径が３０μｍ以上の粒子を実質的に含まないものであることを特徴とする熱伝導性シリコーン組成物。
【請求項２】
前記熱伝導性充填剤の含有割合が、組成物全体の５０〜９５重量％であることを特徴とする請求項１記載の熱伝導性シリコーン組成物。
【請求項３】
前記熱伝導性充填剤が、平均粒子径が１〜１５μｍの粒子を含むことを特徴とする請求項１または２記載の熱伝導性シリコーン組成物。
【請求項４】
前記熱伝導性充填剤が、粒度分布が単分散で平均粒子径が異なる２種以上の粒子群を含み、かつ少なくとも１種の粒子群の平均粒子径が１〜１５μｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の熱伝導性シリコーン組成物。
【請求項５】
（Ａ）ケイ素原子に結合したアルケニル基を少なくとも２個有するポリオルガノシロキサンと、
（Ｂ）ケイ素原子に結合した水素原子を少なくとも２個有するポリオルガノハイドロジェンシロキサンと、
（Ｃ）白金系触媒と、
（Ｄ）熱伝導性充填剤をそれぞれ含有する組成物であり、
前記熱伝導性充填剤が、粒径が３０μｍ以上の粒子を実質的に含まないものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の熱伝導性シリコーン組成物。
【請求項６】
発熱性電子部品と該電子部品から発生する熱を放出する放熱部材との間に介挿される熱伝導層を形成するための組成物であり、前記熱伝導層の厚さが４５μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の熱伝導性シリコーン組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱伝導性シリコーン組成物に関し、さらに詳しくは電気・電子部品の放熱性ポッティング剤、放熱性接着剤などとして有用な熱伝導性シリコーン組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、パワートランジスタ、ＩＣ、ＣＰＵなどの電子部品（半導体素子）の蓄熱を防止するため、放熱フィンのような放熱部材と半導体素子との間に、熱伝導性の良好な放熱グリース（熱伝導性グリース）や放熱シート（熱伝導性シート）が用いられている。
【０００３】
熱伝導性グリースは、電子部品の形状に影響されることなく、手軽に塗布することができるという利点を有する反面、他の部品を汚損したり、あるいは長期間使用するとオイル分が流出するなどの問題があった。
【０００４】
一方、熱伝導性シートにおいては、他の部品の汚損やオイル分の流出などの問題は生じないものの、熱伝導性グリースよりも密着性が劣るため、硬度を下げて密着性を高める提案がなされている。（例えば、特許文献１、特許文献２参照）
【０００５】
ところで、シリコーンゴムは、その優れた性質から、熱伝導性シートのベースポリマーとして多く用いられており、このシリコーンゴムの熱伝導性を改良するために、シリコーンゴムよりも熱伝導性の高い充填剤（以下、熱伝導性充填剤と示す。）を添加すればよいことが知られている。そして、バインダーとなる熱伝導性充填剤としては、シリカ粉、アルミナ（酸化アルミニウム）、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化マグネシウムなどの使用が提案されている。
【０００６】
しかしながら、最近の電子部品は高出力化に伴って発熱量が大きくなっており、より高い放熱能力を有する放熱部材あるいは放熱層が必要とされているため、熱伝導性充填剤を高い比率で充填・配合させて、放熱部材の熱伝導率を向上させることが要求されているが、従来からの熱伝導性シリコーンゴムでは、熱伝導性充填剤の配合率の向上が十分ではなかった。また、塗付厚などを薄くすることにより、熱抵抗率（厚さ／熱伝導率）を低減し、放熱効率を向上させることも考えられているが、十分に実現されていないのが現状であった。
【特許文献１】特開平１−４９９５９号公報
【特許文献２】特許第２６２３３８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、放熱層の厚さをより薄くすることができ、熱抵抗率が低く優れた放熱効率を実現することができる熱伝導性シリコーン組成物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、熱伝導性充填剤の粒径を限定することにより、放熱層の厚さを薄くすることができ、それにより熱抵抗率を効果的に低減することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の熱伝導性シリコーン組成物は、ポリオルガノシロキサンと熱伝導性充填剤をそれぞれ必須成分として含有する組成物であり、前記熱伝導性充填剤が、粒径が３０μｍ以上の粒子を実質的に含まないものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の熱伝導性シリコーン組成物によれば、塗布などにより形成される層の厚さを極めて薄くすることができるので、効果的に熱抵抗率を低減することができ、優れた熱伝導性放熱層を得ることができる。したがって、半導体素子などの電子部品からの発熱を効率よく放熱フィンなどの放熱部材に伝えることができ、高い放熱効率を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
本発明における熱伝導性シリコーン組成物は、ポリオルガノシロキサンと熱伝導性充填剤をそれぞれ必須成分として含有する組成物であり、より具体的には、シリコーンゴム組成物、シリコーンゲル組成物、あるいはシリコーングリース組成物である。そして、熱伝導性充填剤が、３０μｍ以上の粒径を有する粒子を実質的に含まないものであることを特徴とする。
【００１３】
シリコーンゴム組成物やシリコーンゲル組成物の場合、生産性および作業性の観点から、以下に示す各成分を含有する付加反応硬化型ポリオルガノシロキサン組成物であることが好ましい。
【００１４】
すなわち、実施形態の熱伝導性シリコーン組成物は、（Ａ）ケイ素原子に結合した脂アルケニル基を少なくとも２個有するポリオルガノシロキサンと、（Ｂ）ケイ素原子に結合した水素原子を少なくとも２個有するポリオルガノハイドロジェンシロキサンと、（Ｃ）白金系触媒と、（Ｄ）粒度分布において粒径が３０μｍ以上の粒子を実質的に含まない熱伝導性充填剤をそれぞれ含有する。
【００１５】
この実施形態において、（Ａ）成分はベースポリマーであり、ケイ素原子に結合したアルケニル基を１分子中に少なくとも２個有するポリオルガノシロキサンである。分子骨格は直鎖状でも分岐状でもよく、またそれらの混合物でもよい。
【００１６】
ケイ素原子に結合したアルケニル基としては、ビニル基、アリル基、１−ブテニル基、１−ヘキセニル基などが例示されるが、合成のし易さからビニル基が最も好ましい。これらのアルケニル基は、ポリオルガノシロキサンの分子鎖の末端部と中間部のいずれに存在しても、またその両方に存在してもよいが、硬化後の組成物に優れた機械的性質を付与するには、少なくとも末端部に存在することが好ましい。
【００１７】
ケイ素原子に結合したその他の有機基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、ドデシル基などのアルキル基；フェニル基などのアリール基；２−フェニルエチル基、２−フェニルプロピル基などのアラルキル基；クロロメチル基、３，３，３−トリフルオロプロピル基などの置換炭化水素基などが例示される。合成のし易さから、メチル基あるいはフェニル基が好ましい。
【００１８】
また、特開２００２−１８８０１０公報に記載されたビニル基含有のポリオルガノシロキサンを用いてもよい。このポリオルガノシロキサンは、特に、熱伝導性充填剤の高い比率での配合・充填に好適している。
【００１９】
このような（Ａ）アルケニル基含有ポリオルガノシロキサンは、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、テトラビニルテトラメチルシクロテトラシロキサンなどの環状シロキサンと、Ｒ３ＳｉＯ０．５（Ｒは１価の炭化水素基）単位を有するオルガノシロキサンとを、アルカリ、酸などの適切な触媒とともに平衡化重合させた後、中和工程および余剰の低分子シロキサンを除去する工程で経て得ることができる。
【００２０】
（Ａ）成分であるアルケニル基含有のポリオルガノシロキサンの粘度は特に限定されないが、２３℃における粘度が０．０１〜５０Ｐａ・ｓの範囲であることが好ましい。粘度が低すぎると、熱伝導性充填剤がすぐに分離してしまう。また粘度が高すぎると、熱伝導性充填剤の配合量が限定されるため、所望の熱伝導性が得られなくなる。
【００２１】
本発明の実施形態において、（Ｂ）成分であるケイ素原子に結合した水素原子を少なくとも２個有するポリオルガノハイドロジェンシロキサンは、架橋剤となる成分である。ケイ素原子に結合したその他の有機基としては、前述の（Ａ）成分におけるアルケニル基以外の基と同様のものが例示されるが、合成の容易さから、メチル基が最も好ましい。また、直鎖状、分岐状および環状のいずれであってもよく、
【００２２】
このような（Ｂ）ポリオルガノハイドロジェンシロキサンの配合量は、（Ａ）成分のアルケニル基（例えばビニル基）１個に対して、（Ｂ）成分中のケイ素原子に結合した水素原子が０．２〜５．０個、より好ましくは０．３〜４．０個となる量である。０．２個より少ないと硬化が十分に進行せず、反対に５．０個を超えると、硬化物が固くなりすぎたり、あるいは硬化後の組成物の物理的特性および耐熱性に悪影響を及ぼし好ましくない。
【００２３】
（Ｃ）成分である白金系触媒は、（Ａ）成分のアルケニル基と（Ｂ）成分のＳｉ−Ｈ基との間の付加反応（ヒドロシリル化）を促進する触媒である。この（Ｃ）白金系触媒としては、白金の単体、塩化白金酸、白金−オレフィン錯体、白金−ビニルシロキサン錯体、白金−リン錯体、白金−アルコール錯体、白金黒などが例示される。白金系触媒の配合量は、（Ａ）成分のアルケニル基含有ポリオルガノシロキサンに対し、白金原子に換算して０．１〜１０００ｐｐｍとなる量である。０．１ｐｐｍより少ないと十分に硬化が進行せず、また１０００ｐｐｍを超えても、特に硬化速度の向上は期待できない。
【００２４】
本発明の実施形態において（Ｄ）成分は、組成物に熱伝導性を付与するための熱伝導性充填剤であり、粒度分布として粒径が３０μｍ以上の粒子を、実質的にすなわち不純物量以上には含まないように調製されている。より好ましくは、粒径２０μｍ以上の粒子を含まないようにするのがよい。
【００２５】
熱伝導性充填剤としては、公知の無機充填剤を使用することができるが、組成物により高い熱伝導性および放熱性が要求される場合には、アルミナ、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、シリカ粉、金属粉体、ダイヤモンド、水酸化アルミニウム、カーボン、およびこれらの粉体を表面処理したものが例示される。
【００２６】
熱伝導性充填剤において、粒径が３０μｍ以上の粒子を実質的に含まないようにするには、例えば、前記値以上の粒径を有する粗粒子を除去すればよい。粗粒子の除去方法は特に限定されず、風力分級や湿式分級など公知の方法を採ることができる。
【００２７】
本発明の実施形態において、どのような範囲の粗粒子を除去するかは極めて重要である。すなわち、除去する粒径の下限値が高すぎると、放熱層の薄層化にほとんど効果がみられず、反対に下限値が低すぎると、微粒子ばかりが残り、熱伝導性充填剤の高充填が困難になる。この下限値を鋭意検討したところ、粒径３０μｍ以上の粗粒子を除去することで、放熱層の薄層化と熱伝導性充填剤の高充填化の両方の要求を満足することができることがわかった。
【００２８】
また、このような（Ｄ）熱伝導性充填剤の配合において、粒径の細かいものと比較的粗いものとを混合することが、充填の容易さと熱伝導率の高さ、および組成物の粘度の適正値を保ちやすいことなどから好ましい。さらに、これらの粒子群の一方として、平均粒子径が１〜１５μｍ、より好ましくは３〜１７μｍのものを選ぶことで、放熱特性の点でさらに効果が発揮される。
【００２９】
さらに、粒度分布が単分散で平均粒子径が１〜１５μｍである粒子（大径粒子）と、同じく粒度分布が単分散で平均粒子径が１μｍ未満の粒子（小径粒子）とを組合わせて配合することが好ましい。そして、大径粒子と小径粒子とを組合わせて配合する場合、それらの配合比（重量比）は、大径粒子：小径粒子＝７：３〜９：１の範囲とすることが好ましい。
【００３０】
本発明の実施形態において（Ｄ）成分である熱伝導性充填剤の配合割合は、組成物全体の５０〜９５重量％とすること好ましい。より好ましい配合割合は７０〜９４重量％である。熱伝導性充填剤の配合割合が５０重量％未満の場合には、組成物の熱伝導性および放熱性が乏しくなる。反対に９５重量％を超えると、組成物の流動性や押し出し性が悪くなり、実質的に使用不可能な状態となる。
【００３１】
本発明の実施形態の熱伝導性シリコーン組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）の各成分を公知の混練機を使用して混合することにより調製することができる。必要に応じて、加熱、減圧あるいはその他公知の処理を実施してもよい。その際、熱伝導性充填剤をより高い比率で配合・充填するために、予め熱伝導性充填剤に表面処理を施しておいてもよく、混練時に表面処理を施してもよい。また、特願２００３−３３７８０６に例示される高充填化させるための助剤成分も併用してもよい。
【００３２】
実施形態の組成物には、必要に応じて、接着性付与剤、反応抑制剤、顔料、難燃剤、耐熱付与剤、有機溶剤などを配合することも可能である。
【００３３】
このようにして得られる実施形態の熱伝導性シリコーン組成物は、粒径が３０μｍ以上の粗粒子を実質的に含まないように調製された熱伝導性充填剤が配合されているため、塗布層などの厚さを４５μｍ以下まで薄くすることが可能となり、熱抵抗率が大幅に低減され放熱性に優れた薄層を形成することができる。したがって、発熱性電子部品（例えばパワートランジスタのような半導体素子）とこのような電子部品から発生する熱を放熱させる放熱部材との間に設けられる熱伝導性層あるいは放熱・接着層として好適である。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００３５】
実施例１〜３，比較例１〜３
まず、以下の各成分を用意した。
【００３６】
（Ａ）成分
（Ａ−１）成分：両末端がジメチルビニルシリル基で封鎖された、２３℃における粘度が０．４Ｐａ・ｓのポリジメチルシロキサン
（Ａ−２）成分：以下の化学式で表されるように、アルコキシ基および環状シロキシ基を含有したポリジメチルシロキサン
【化１】
2006143978.tif 000002
【００３７】
（Ｂ）成分：両末端がトリメチルシリル基で封鎖され、側鎖に結合した炭化水素基がメチルハイドロジェン基５３モル％とジメチル基４７モル％からなるポリメチルハイドロジェンシロキサン
（Ｃ）成分：塩化白金酸のビニルシロキサン化合物（白金原子として１．８％含有）
【００３８】
（Ｄ）成分
（Ｄ−１）成分：平均粒子径８μｍで、粒子径が３０μｍ以上の粒子の含有率が０重量％の単分散アルミナ
（Ｄ−２）成分：平均粒子径０．５μｍで、粒子径が３０μｍ以上の粒子の含有率が０重量％の単分散アルミナ
（Ｄ−３）成分：平均粒子径８μｍで、粒子径が３０μｍ以上の粒子の含有率が２重量％の単分散アルミナ
（Ｄ−４）成分：平均粒子径０．５μｍで、粒子径が３０μｍ以上の粒子の含有率が０．１重量％の単分散アルミナ
（Ｄ−５）成分：平均粒子径１４μｍで、粒子径が３０μｍ以上の粒子の含有率が１０重量％の単分散アルミナ
（Ｅ）反応抑制剤：トリアリルイソシアヌレート／３，５−ジメチル−１−ヘキシン−３−オールの１０／１混合物（重量比）
【００３９】
以上の（Ａ）〜（Ｅ）成分を表１に示す組成になるように配合した。すなわち、まず混合容器に入れた（Ａ）成分に（Ｄ）成分を加え、徐々に加熱して１５０℃で１時間混練した後、この混合物を常温になるまで冷却してベースコンパウンドとした。これに、（Ｂ）成分、（Ｃ）成分および（Ｅ）成分をそれぞれ表１に示す組成になるように加え、均一に混合した。
【００４０】
次いで、こうして得られた組成物について、以下の評価を行った。すなわち、１５０℃で１時間加熱して硬化させてゴムシートを作製し、その硬さをＪＩＳ Ｋ ６２４９に拠り測定した。また、組成物の塗布層の厚さができるだけ薄くなるように、シリコンウェハと放熱板との間に挟み込み、１５０℃で１時間加熱して硬化させた後の層厚を測定した。さらに、この塗布層の熱抵抗率は、まずＡＳＴＭ Ｅ１４６１で規定される方法により熱伝導率を測定してから求めた。これらの結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
2006143978.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の熱伝導性シリコーン組成物によれば、塗布などにより形成される層の厚さを極めて薄くすることができるので、効果的に熱抵抗率を低減することができ、優れた熱伝導性放熱層を得ることができる。したがって、半導体素子などの電子部品からの発熱を効率よく放熱フィンなどの放熱部材に伝えることができ、高い放熱効率を実現することができるので、半導体素子などのパワーアップおよび集積化に伴う発熱量の増大に、十分に対応することができる。