(57)【要約】【課題】熱伝導性充填材を高充填しても、硬度上昇を防ぎ、高熱伝導性と柔軟性を両立した熱伝導性材料材料を提供する。【解決手段】少なくとも２種類の高分子相２，３に分散して海−島の相分離構造をとる高分子ブレンド物であり、海となる高分子相３に熱伝導性充填材５を偏在させた熱伝導材料１である。熱伝導性充填材５を偏在している海となる高分子相２が熱伝導材料の熱伝導率の大部分を担い、その他の島となる高分子相３が柔軟性を付与し、熱伝導性充填材５の添加量が上昇しても熱伝導材料の硬度上昇が小さく、熱伝導率も良好な値を示す熱伝導材料になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２種類の高分子相が分散して海−島の相分離構造をとる高分子ブレンド物であり、海となる高分子相に熱伝導性充填材を偏在させたことを特徴とする熱伝導材料。
【請求項２】
熱伝導性充填材を偏在させた海となる高分子相が、全高分子相に対して６０〜９５体積％を占めている請求項1記載の熱伝導材料。
【請求項３】
熱伝導性充填材を偏在させた海となる高分子相が、架橋している請求項１〜３の何れかに記載の熱伝導性材料。
【請求項４】
熱伝導性充填材を偏在させた高分子相において、熱伝導性充填材が表面処理剤によって高分子材料と反応して固着している請求項1〜３の何れかに記載の熱伝導性材料。
【請求項５】
表面処理剤がシランカップリング剤である請求項４記載の熱伝導性材料。
【請求項６】
熱伝導性充填材が酸化アルミ、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、グラファイト、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、アルミニウム、そして銅から選ばれた少なくとも１種の粉体である請求項１〜４の何れかに記載の熱伝導性材料。
【請求項７】
高分子材料に少なくとも熱伝導性充填材と架橋剤を混練りしたゴム組成物に、他の高分子材料もしくはこれを用いたゴム組成物をブレンドし、加熱架橋したことを特徴とする熱伝導性材料の製造方法。
【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およびその製造方法に関し、詳しくは少なくとも２種類の高分子相が分散して海−島の相分離構造をとり、海となる高分子相に熱伝導性充填材を偏在させた放熱性に優れる熱伝導材料およびその製造方法に関する。
【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】
この熱伝導シートは、グラファイト、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、アルミニウム、銅等からなる熱伝導性充填材を高充填させたものであるために、シートの柔軟性が失われてしまうため、組み付け加工時に各電子部品の高さの違いがある場合には適用させるのが難しいといった問題がある。また、柔軟性が失われた結果、粘着性も低下し、基板との熱抵抗が増大するという不具合も懸念される。
【０００６】
柔軟性と強度の両立を目指して特許文献１には、シリコーンゲルへ液状シリコーンゴムを添加する方法が開示されており、強度向上、粘着性低下によるハンドリングの良さが挙げられている。
【０００７】
また、特許文献２では、シリコーンゲルおよび高分子液状シリコーンゴムへ低粘度ポリマーをブレンドすることで、柔軟性と密着性を持たせた放熱シートが記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−７５７８号公報
【特許文献２】特開２００１−１０９６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１では電子部品用途では粘着性が低下することは、基板への貼付時に剥がれ落ちる恐れがあること、熱伝導性を向上させようとすれば充填材を高充填することになり、柔軟性は損なわれることが問題点であり、また特許文献２では高熱伝導性を付与しようとすれば、結局充填材の高充填化が必要になり、柔軟性の低下を招くという問題点は解決されない。
【００１０】
以上のように、従来の技術を用いて、熱伝導性充填材を高配合させても柔軟性が失われないような、すなわち高熱伝導性と柔軟性が両立したコンパウンドを作製することは困難であった。
【００１１】
本発明はこのような問題に対処するものであり、熱伝導性充填材を高充填しても、硬度上昇を防ぎ、高熱伝導性と柔軟性を両立し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】
【００１２】
本願請求項１記載の発明は、少なくとも２種類の高分子相が分散して海−島の相分離構造をとる高分子ブレンド物であり、海となる高分子相に熱伝導性充填材を偏在させた熱伝導材料にあり、熱伝導性充填材を偏在している海となる高分子相が熱伝導材料の熱伝導率の大部分を担い、その他の島となる高分子相が柔軟性を付与する目的であり、熱伝導性充填材の体積分率が上昇しても熱伝導材料の硬度上昇が小さく、熱伝導率も良好な値を示す熱伝導材料になる。
【００１３】
本願請求項２記載の発明は、熱伝導性充填材を偏在させた海となる高分子相が全高分子相に対して６０〜９５体積％を占めることで、この高分子相が相分離構造、すなわち海−島構造の海の部分を形成して優れた熱伝導経路を確保する。
【００１４】
本願請求項３記載の発明は、熱伝導性充填材を偏在させた海となる高分子相が、架橋しているため、熱伝導性充填材を含まない高分子相の架橋密度が相対的に低下して柔軟性を付与することが可能となる。
【００１５】
本願請求項４記載の発明は、熱伝導性充填材を偏在させた高分子相において、熱伝導性充填材を表面処理剤によって高分子材料と反応して固着させたものであり、熱伝導性充填材の偏在化を促進することができる。
【００１６】
本願請求項５〜６記載の発明は、表面処理剤がシランカップリング剤である場合、熱伝導性充填材が酸化アルミ、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、グラファイト、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、アルミニウム、そして銅から選ばれた少なくとも１種の粉体である場合を含む。
【００１７】
本願請求項７記載の発明は、高分子材料に少なくとも熱伝導性充填材と架橋剤を混練りしたゴム組成物に、他の高分子材料もしくはこれを用いたゴム組成物をブレンドし、加熱架橋した熱伝導性材料の製造方法であり、まず高分子材料と熱伝導性充填材および架橋剤、その他の配合剤を混練りして、熱伝導性充填材が偏在化する高分子相を形成するゴム組成物を得た後、上記これと相違する高分子材料もしくはそれを用いて同様に混練りしたゴム組成物をブレンドして熱伝導材料を作製するもので、請求項1の記載に示した同様の熱伝導材料を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上ように本願発明は、熱伝導性充填材と相互作用が強い高分子材料からなる高分子相と相互作用の弱い少なくとも一種の高分子材料からなる高分子相とをブレンドしており、一方の高分子相に熱伝導性充填材が偏在化していること、また両高分子相が非相溶であるためにコンパウンド中で海−島構造の相分離構造を形成し、且つ熱伝導性充填材が偏在化する高分子相の体積分率が他方に比べ高いため、熱伝導性充填材の偏在する相が海の部分になり、そして熱伝導性充填材が偏在化しない高分子相は該充填材が偏在している高分子相よりも硬度が低い構造を有することで、熱伝導性充填材を高充填しても、硬度上昇を防ぎ、高熱伝導性を保持したたま柔軟性を維持することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の熱伝導材料の概略図である。これによると、本発明の熱伝導材料１は少なくとも２種類の高分子相２，３が海−島構造の相分離した高分子ブレンド物であり、海となる高分子相２が高分子材料中に熱伝導性充填材５を偏在させており、他の高分子相３が島になって分散している。上記熱伝導性充填材を偏在している海となる高分子相２は熱伝導材料１の熱伝導率の大部分を担い、そして島となる高分子相３が柔軟性を付与する機能をもち、充填材の添加量が上昇しても熱伝導材料１の硬度上昇が小さく、熱伝導率も良好な値を示す。
【００２０】
上記熱伝導性充填材５を偏在させた海となる高分子相２は、全高分子相に対して６０〜９５体積％占有しており、６０体積％未満になれば、熱伝導性充填材５の含有量が減少して熱伝導経路が確保できずに熱伝導性が低下する傾向があり、一方９５質量％を越えると熱伝導性が良好になるが、柔軟性に欠けて問題が発生する。
【００２１】
熱伝導性充填材５が偏在する高分子相２を形成する高分子材料は、使用する熱伝導性充填材５との相互作用が強いことが条件であり、具体的には高分子鎖のＳＰ値が高く、島となる高分子相３を形成する高分子材料の分子鎖よりも分子鎖の極性が高いことに加え、二重結合を有し熱伝導性充填材５の表面処理剤と反応が起こりやすいこと、そして架橋速度が他の高分子に比べ速いことが必要になる。全高分子相を構成する高分子材料のＳＰ値の差が１〜５であり、最も高いＳＰ値を持つ高分子材料をもつ高分子相に熱伝導性充填材を偏在させると、ブレンド物が相分離構造を形成しやすくなる。しかも、高いＳＰ値を持つ高分子に熱伝導性充填材を配合すれば、熱伝導性充填材と高分子鎖の静電的相互作用が大きくなり、他のＳＰ値の低い高分子をブレンドしても該充填材移行の可能性が低下し、充填材の偏在が可能となる。
【００２２】
ここにおいて、ＳＰ値（ソルビリティーパラメーター）とは、樹脂、ゴムおよび可塑剤の極性を表わす尺度である。数字が大きいほど極性が高いことを示す、またＳＰ値の値の近いもの同士が相溶すると考えられている。ＳＰ値の求め方は、実測法や理論的計算法などが知られており、中でも下記の式で示されるＨＯＹの計算で求める方法が最も簡便で必要十分な予測精度があると言われている。
【００２３】
ＳＰ＝ｄΣＧ／Ｍ  （ｄ：密度、Ｇ：分子引力定数、Ｍ：分子量）
【００２４】
上記式で用いる各基の分子引力定数Ｇ（ｃａｌ・ｍｌ）０．５／ｍｏｌとしては、その代表的なものに−ＣＨ３が１４８．３、−ＣＨ２−が１３１．５、ＣＨ２＝が１２６．５、−ＣＨ＝が１２１．５、−ＯＨが２２５．８になっている。
【００２５】
一方、島の高分子相を形成する高分子材料３は、海の高分子相２を形成する高分子材料に比べてＳＰ値が低いこと、二重結合量が少ないこと、架橋速度が遅いことという条件を満たすことが必要である。
【００２６】
このように、本発明では熱伝導材料を形成する高分子材料は、相対的なものである。表１にその組み合わせの具体例を示すが、上記の条件を満たせば、この例に何ら拘束されるものではない。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
使用する熱伝導性充填材５は、熱伝導性が良好なものであり、熱伝導性充填材５を偏在する高分子相２として用いられる高分子材料と相互作用するものであれば特には問わないが、後述するシランカップリング剤と容易に反応することが望ましく、例えば酸化アルミ、酸化亜鉛、酸化マグネシウムなどの金属酸化物粉体が好ましい。しかし、これ以外にグラファイト、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、アルミニウム、銅等の少なくとも１種の粉体を使用できる。上記熱伝導性充填材５の平均一次粒径は１〜１００μｍである。その配合量も特に限定しないが、海となる高分子相を形成する高分子材料１００質量部に対して１００〜１，０００質量部が好ましい。
【００２９】
熱伝導性充填材５の表面処理剤は、特に問わないが、架橋系に対応したシランカップリング剤などを用いることができる。例えば、γ−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシラン，γ−（２−アミノエチル）アミノプロピルメチルジメトキシシラン，アミノシラン，γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン，γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン，ビニルトリアセトキシシランなど一般的に用いられているカップリング剤を使用することが可能である。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
熱伝導性材料の製造方法としては、海を形成する高分子材料に少なくとも所定量の熱伝導性充填材５と架橋剤を例えば密閉式混練機で混練して海となるゴム組成物を得た後、これに他の島となる高分子材料を加えて混練りし、シート状に圧延する。尚、表面処理剤を予め海となるゴム組成物に添加することができる。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。
実施例１〜２、比較例１〜２
【００３４】
表２に示したゴム配合物Ａを密閉式混練機にて混練りした後、これに所定量のゴムＢを加えて混練して圧延した。この圧延シートを１７０℃で１５分間架橋し、厚さ約１ｍｍの熱伝導シートに成形した。
【００３５】
得られた熱伝導シートの熱伝導率測定は、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。また熱抵抗はＡＳＴＭ５４７０にもとづき測定した。更に、ショアＡ硬度はＪＩＳ  K６２５３に準じて測定した。この結果を表２に併記する。
【００３６】
【表２】
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【００３７】
実施例１はＮＢＲとＥＰＤＭを用いて作製したシート、実施例２はＥＰＤＭとシリコーンゴム用いて作製したシートであり、比較例１はＮＢＲの単一高分子を用いて作製したゴムシート、比較例２はエチレン含量とジエン含量において相違するＥＰＤＭ同士からなる相溶系ゴム組成物を用いて作製したシートである。この結果、同じ熱伝導性充填材の添加量であっても、実施例のシートは比較例よりも硬度、熱抵抗が低く、高い熱伝導性を有していることが判る。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る熱伝導材料の概略図である。
【符号の説明】
【００４０】
１    伝導材料
２    海となる高分子相
３    島となる高分子相
５    熱伝導性充填材
【図１】
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