(57)【要約】【課題】熱伝導性充填材の添加量を少なくして高熱伝導性と柔軟性を両立させた熱伝導性材料材料を提供する。【解決手段】高分子マトリックス中に、少なくとも平均一次粒子径が１〜１００ｎｍである金属微粒子を含有させ熱伝導材料であり、更に金属微粒子以外に、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、二酸化ケイ素、そしてグラファイトから選ばれる少なくとも一種の無機質充填材の粉体を含めてもよい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子マトリックス中に、少なくとも平均一次粒子径が１〜１００ｎｍである金属微粒子を含有させたことを特徴とする熱伝導材料。
【請求項２】
金属微粒子以外に、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、二酸化ケイ素、そしてグラファイトから選ばれる少なくとも一種の無機質充填材の粉体を含む請求項１記載の熱伝導材料。
【請求項３】
無機質充填材の含有量が２０〜６０体積％である請求項２記載の熱伝導材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放熱性に優れる熱伝導材料に関し、詳しくは硬度上昇を抑えつつ熱伝導率を向上させた熱伝導材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピューター、デジタルビデオディスク、携帯電話などの電子機器に使用されるＣＰＵやドライバＩＣやメモリーなどのＬＳＩは、集積度の向上と動作の高速化に伴い消費電力が増大すると共にその発熱量も増大し、電子機器の誤動作や電子部品の損傷の一因となっているため、その放熱対策が大きな問題となっている。それに加え、近年、従来セラミックス基板を使用していた部分の樹脂化が進んでいるが、この場合、基板そのものの熱伝導率が低下しており、放熱対策は非常に重要な問題として把握されている。
【０００３】
従来から、電子機器等においては、その使用中に電子部品の温度上昇を抑えるために、黄銅等、熱伝導率の高い金属板を用いたヒートシンクが使用されている。このヒートシンクは、その電子部品が発生する熱を伝導し、その熱を外気との温度差によって表面から放出する。電子部品から発生する熱をヒートシンクに効率よく伝えるために、ヒートシンクを電子部品に密着させる必要があり、熱伝導シートなどを電子部品とヒートシンクとの間にインターフェイスとして用い、電子部品の効率的な熱伝導を行っている。また、樹脂基板へはその基板よりも熱伝導性の高い放熱シートを貼付することで熱対策が為されている。
【０００４】
しかし、近年の電子機器関連部品は高速処理化が進み、発熱量も増大していることから、従来の熱伝導シートでは熱伝導率不足のために、熱対策ができない場合が増えてきている。
【０００５】
そのため、高い熱伝導性を有するダイヤモンドや窒化ホウ素などの熱伝導性充填材を高充填させた熱伝導シート等を用いることが、特許文献１や特許文献２に記載されている。
【０００６】
また、高分子材料と熱伝導性充填材の親和力（分子間力など）が強いと、熱伝導性充填材を効率よく高分子材料中に分散させることが可能であるが、組成物の熱伝導性は充填材の分散が良くなるために悪くなる。これは充填材と充填材間に熱伝導率の低い高分子材料が存在し、熱伝導が妨げられてしまうためである（フォノンの格子振動が減衰）。したがって、一般には熱伝導シートには熱伝導充填材を高分子材料中に大量に配合したり、粒径の異なる充填材を用いて最密充填化を行ない、マトリックス成分をなるべく少なくなるようにした組成物を作製して高熱伝導化を狙っている。（特許文献３）
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３０２１７号公報
【特許文献２】特開２０００−１９５３３７号公報
【特許文献３】特開２０００−１５１１６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、高分子材料に平均一次粒子径が０．１〜１００μｍの熱伝導性充填材を添加しても、依然として充填材間には高分子が存在しており、熱伝導率の向上には限界があった。また、従来のように高価な熱伝導性充填材を大量に用いると、コストが高くなってしまうとともに、シートの柔軟性が失われてしまうといった問題があり、熱伝導性充填材の添加量を少なくして高熱伝導性と柔軟性が両立した熱伝導性材料材料を作製することは困難であった。
【０００９】
本発明はこのような問題に対処するものであり、熱伝導性充填材の添加量を少なくして高熱伝導性と柔軟性を両立させた熱伝導性材料材料を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願請求項１〜３記載の発明は、高分子マトリックス中に、少なくとも平均一次粒子径が１〜１００ｎｍである金属微粒子を含有させた熱伝導材料であり、また金属微粒子以外に、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、二酸化ケイ素、そしてグラファイトから選ばれる少なくとも一種の無機質充填材の粉体を含む場合を含んでいる。
【発明の効果】
【００１１】
このように本願発明の熱伝導材料は、高分子マトリックス中に少なくとも平均一次粒子径が５〜５０ｎｍである金属微粒子を含有させることにより、粒子間隔を近接させて熱伝導率を向上させ、更には熱伝導性充填材の添加量を少なくして柔軟性を高めることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の熱伝導材料で使用する高分子マトリックスとしては、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム等の架橋可能な合成ゴム、オレフィン系熱可塑性エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー等の熱可塑性エラストマーを挙げることができる。このうち電気絶縁性、耐熱性、難燃性に優れるシリコーンゴムや、環境負荷低減の面からエチレンプロピレンゴムが望ましい。
【００１３】
使用する金属微粒子の状態の例としては、例えば（１）所定の高分子内に平均一次粒子径が１〜１００ｎｍ、好ましくは１〜５０ｎｍの金属微粒子を凝集させることなく分散させた状態、（２）平均一次粒子径１〜１００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ以下の金属微粒子をα−テレピネオール、トルエン等溶剤中に独立分散させた状態が挙げられる。
【００１４】
上記（１）の具体的な製造方法としては、金属微粒子を所定の高分子の膜上に金属を蒸着することによって得られる。高分子中の官能基との相互作用により粒成長が抑制された金属が粒径１〜２０ｎｍの微粒子として高分子中に高濃度に補足される。この金属微粒子は高分子の良溶媒に溶解させると、安定なコロイドとして存在する。高分子薄膜上に蒸着された金属は、微粒子としてその一部が膜内に浸入した状態で膜上に凝集する。この状態の膜を高分子の融点や軟化点より５〜１０℃高い温度で加熱すると、微粒子の膜内への均一分散が起こり、金属微粒子の径及び種類、高分子の種類により固有の色を呈する膜が得られる。得られた膜を高分子の良溶媒に溶解すると、コロイドとして安定化した金属微粒子が得られる。
【００１５】
得られた金属微粒子を分散させた高分子を、ベンゼン、メタクレゾール、ジメチルホルムアミド、シクロヘキサン、ギ酸等の有機溶剤からなる溶媒に溶解させ、微粒子が均一に分散した微粒子分散ペーストを得る。金属微粒子は、高分子との相互佐用によって分離、沈殿及び凝集を起こすことなく安定に存在する。
【００１６】
上記（１）の製造方法において使用する高分子とは、その骨格がポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ナイロン１１、ナイロン６、ナイロン６，６、ナイロン６,１０、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン等からなり、分子の末端あるいは側鎖もしくはこれらの両方にシアノ基、アミノ基、あるいはチオール基から選ばれた少なくとも１種の官能基を有するものが選ばれる。
【００１７】
上記（２）の製造方法としては、例えば特開平３−３４２１１号公報に開示されているガス中蒸発法と呼ばれる方法によって製造される。即ち、不活性ガスであるヘリウムを導入したチャンバ内で蒸発した金属が、ヘリウム原子との衝突により冷却され微粒子として凝縮する。ここで、生成直後の粒子が孤立状態にある段階でα−テレピネオール等の有機溶剤の蒸気を導入して粒子表面を被覆することで、溶剤中に分散した金属微粒子が得られる。
【００１８】
上記（１）、（２）のような方法で作製された金属超微粒子を含む高分子もしくは有機溶剤をマトリックスとなる高分子，無機質充填材、架橋剤、架橋助剤、加工助剤、各種可塑剤、粘着付与剤等の配合物とともに密閉式混練機あるいはオープンロールで混練り、圧延、必要な場合は加硫してゴムシート状の熱伝導材料を作製することができる。
【００１９】
上記金属微粒子としては、金、銀、銅などが使用可能であり、その添加量は高分子マトリックス１００質量部に対して０．１〜３質量部である。
【００２０】
金属微粒子以外の無機質充填材としては、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、二酸化ケイ素、そしてグラファイトから選ばれる少なくとも一種の粉体が使用可能であり、その平均一次粒径は１〜１００μｍであり、その添加量は２０〜６０体積％である。
【００２１】
また、その他の配合剤も通常のゴム組成物に用いられているもので、例えば架橋助剤としての酸化亜鉛や加工助剤としてステアリン酸などの脂肪酸、各種可塑剤、粘着付与剤などを任意に用いることが可能である。また架橋系としても、硫黄系架橋、有機過酸化物架橋、金属酸化物架橋、樹脂架橋など各種架橋系を用いることができる。
【００２２】
上記有機過酸化物としては、ジアシルパーオキサイド、パーオキシエステル、ジアリルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ｔ−ブチルクミルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、２．５−ジメチル−２．５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）−ヘキサン−３，１，３−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ−イソプロピル）ベンゼン、１，１−ジ−ブチルパーオキシ−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン等があり、熱分解による１分間の半減期が１５０〜２５０℃のものが好ましい。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。
実施例１〜４、比較例１〜３
【００２４】
表１に示すゴム配合物を１．７Ｌ密閉式混練機にて混練りし、圧延して厚さ約１ｍｍのシートした後、１６５℃、３０分で加熱して熱伝導材料を得た。
【００２５】
得られた熱伝導材料の熱伝導率測定は、レーザーフラッシュ法熱定数測定装置ＴＣ−７０００（真空理工社製）を用いて測定した熱拡散率の値から算出した。また、ショアＡ硬度はＪＩＳ  K６２５３に準じて測定した。この結果を表１に併記する。
【００２６】
【表１】
2005311160.tif 000002
【００２７】
実施例１、３と比較例１を対比すると、実施例１、３では金属微粒子を添加することにより硬度上昇を抑えつつ熱伝導率が上昇しており、また実施例２と比較例２、実施例４と比較例３を対比すると、両者とも熱伝導率は近似した結果になっているが、比較例２では硬度が大幅に上昇していることが判る。更に、実施例４と比較例４を比較しても、熱伝導率は略同じ値であっても、無機充填材を多く含む比較例４では、硬度が高くなっている。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係る放熱性に優れる熱伝導材料は、電子部品が発生する熱を伝導し、その熱を外部へ放出するヒートシンクに使用される。