(57)【要約】【課題】高熱伝導化と難燃化の両立を図ることができる熱伝導性樹脂成形品を提供する。【解決手段】熱硬化性樹脂と、メジアン径が５０〜１００μｍで熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上のフィラーＡと、メジアン径が１〜１０μｍの金属水酸化物であるフィラーＢとを含有して形成されている。前記フィラーＡと前記フィラーＢの体積比率が５：５〜８：２である。前記フィラーＡ及び前記フィラーＢが合計して５０〜８０体積％含有されている。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂と、メジアン径が５０〜１００μｍで熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上のフィラーＡと、メジアン径が１〜１０μｍの金属水酸化物であるフィラーＢとを含有して形成され、前記フィラーＡと前記フィラーＢの体積比率が５：５〜８：２であり、前記フィラーＡ及び前記フィラーＢが合計して５０〜８０体積％含有されていることを特徴とする熱伝導性樹脂成形品。
【請求項２】
前記熱硬化性樹脂が、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ系アクリレート樹脂、エポキシ樹脂の少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１に記載の熱伝導性樹脂成形品。
【請求項３】
前記フィラーＢが、Ａｌ（ＯＨ）３、Ｍｇ（ＯＨ）２の少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の熱伝導性樹脂成形品。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂成形品を形成するためのものであり、硬化前のものであることを特徴とする熱伝導性樹脂組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品等の熱伝導部品やＬＥＤ照明基板に使用される熱伝導性樹脂成形品及び熱伝導性樹脂組成物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ（ＣＰＵ）、トランジスタ、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体は使用中に発熱し、その熱のため電子部品の性能が低下することがある。そのため発熱するような電子部品には放熱体が取り付けられる。従来、そのような放熱体には熱伝導率の高い金属が用いられてきたが、近年、形状選択の自由度が高く、軽量化及び小型化の容易な熱伝導性樹脂成形品が用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。このような熱伝導性樹脂成形品は、熱伝導率を向上させるために熱伝導性を有するフィラーを樹脂中に大量に配合しなければならない。しかし、フィラーの配合量を単純に増加すると、さまざまな問題が生じることが知られている。例えば、フィラーの配合量が多いために、熱伝導性樹脂成形品の硬化前の組成物が高粘度になり、成形性、作業性が大きく低下し、成形不良を起こしてしまう。また、フィラーの充填量には限界があり、熱伝導性を十分に得ることができない場合が多い。そのため大量のフィラーを樹脂中に充填する方法として、粒子径の異なるフィラーを組み合わせて使用する方法、形状の異なるフィラーを組み合わせて使用する方法、フィラーと樹脂を混合する際にシランカップリング剤等の表面処理剤を添加する方法が提案されている。
【０００３】
さらに熱伝導性樹脂成形品は発熱体と接することから、熱伝導性に加えて、安全上の要求を満たすために高度な難燃性が要求され、その難燃レベルとしてＵＬ９４規格に基づく燃焼試験におけるＶ−０レベルの難燃性が求められている。
【０００４】
従来、難燃化には臭素化合物や塩素化合物などのハロゲン系難燃剤を樹脂中に配合することが主に行われていた。しかし、このような熱伝導性樹脂成形品が放熱体として取り付けられた電子部品を高温で長期にわたって使用した場合、熱伝導性樹脂成形品中のハロゲン系難燃剤の解離が起こり、これによって電子部品の微細な配線を腐食するおそれがある。さらに燃焼する際に有害なハロゲン系ガスが発生するために環境安全性の観点からハロゲンの利用が問題視されるようになってきた。
【０００５】
最近ではハロゲン系難燃剤の代替材料として、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物系難燃剤、ホウ酸亜鉛、炭酸亜鉛、酸化亜鉛などの亜鉛系難燃剤などが知られているが、これらの難燃剤は樹脂中に大量に配合しないと十分な難燃効果が発揮されないばかりか、熱伝導率が低下するという問題もある。
【０００６】
その他にも、リン酸エステルや赤リンなどのリン化合物を用いた難燃化が提案されている。しかし、リン酸エステルは加水分解反応が起こるために酸が遊離し、耐マイグレーション性に悪影響を与える。また、赤リンは高い難燃性を有するが、消防法上の危険物に指定され、高温・多湿雰囲気において微量のホスフィンガスが発生するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１９５９９４号公報
【特許文献２】特開２００８−８８３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、高熱伝導化と難燃化の両立を図ることができる熱伝導性樹脂成形品及び熱伝導性樹脂組成物を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る熱伝導性樹脂成形品は、熱硬化性樹脂と、メジアン径が５０〜１００μｍで熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上のフィラーＡと、メジアン径が１〜１０μｍの金属水酸化物であるフィラーＢとを含有して形成され、前記フィラーＡと前記フィラーＢの体積比率が５：５〜８：２であり、前記フィラーＡ及び前記フィラーＢが合計して５０〜８０体積％含有されていることを特徴とするものである。
【００１０】
前記熱伝導性樹脂成形品において、前記熱硬化性樹脂が、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ系アクリレート樹脂、エポキシ樹脂の少なくとも１種を含有することが好ましい。
【００１１】
前記熱伝導性樹脂成形品において、前記フィラーＢが、Ａｌ（ＯＨ）３、Ｍｇ（ＯＨ）２の少なくとも１種を含有することが好ましい。
【００１２】
本発明に係る熱伝導性樹脂組成物は、前記熱伝導性樹脂成形品を形成するためのものであり、硬化前のものであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明者らは、鋭意検討した結果、ある範囲の組成・配合において大粒径のフィラーが高熱伝導化に効果的であることを見出した。
【００１４】
すなわち、本発明によれば、主としてフィラーＡが熱伝導パス（熱伝導経路）を形成し、フィラーＢが難燃化の役割を担うことによって、高熱伝導化と難燃化の両立を図ることができるものである。具体的には、熱伝導率が３．０Ｗ／ｍＫ以上であり、かつＵＬ９４規格においてＶ−０である熱伝導性樹脂成形品を得ることができるものである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
本発明に係る熱伝導性樹脂成形品は、熱伝導性樹脂組成物を加熱加圧して硬化させることによって形成されるものである。
【００１７】
熱伝導性樹脂組成物は、熱硬化性樹脂と、大径のフィラーＡと、小径のフィラーＢとを含有するものである。フィラーＡは、メジアン径が５０〜１００μｍで熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上のものであり、フィラーＢは、メジアン径が１〜１０μｍの金属水酸化物である。フィラーＡの熱伝導率は高いほど好ましいので特に上限はない。なお、メジアン径とは、積算（累積）重量百分率が５０％となる粒子径（ｄ５０）を意味する。
【００１８】
熱硬化性樹脂は、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ系アクリレート樹脂、エポキシ樹脂の少なくとも１種を含有することが好ましい。特にこれらの熱硬化性樹脂は、フィラーＡ及びフィラーＢの充填性並びに機械的強度に優れているので好ましいが、その他の熱硬化性樹脂として例えばフェノール樹脂やポリウレタン樹脂等を含有してもよい。
【００１９】
フィラーＡは、メジアン径が５０〜１００μｍで熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上のものであればよく、材質は特に限定されるものではない。例えばＭｇＯ等の無機フィラーを用いることができる。しかし、フィラーＡのメジアン径が５０μｍ未満であると、熱伝導パスが形成されにくく高熱伝導化の効果が小さくなる。逆にフィラーＡのメジアン径が１００μｍを超えると、成形外観性が低下する。また、熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ未満であると、熱伝導性樹脂成形品の高熱伝導化を図ることができない。
【００２０】
フィラーＢは、メジアン径が１〜１０μｍの金属水酸化物であればよい。このように、フィラーＢが金属水酸化物であることによって、フィラーＢが難燃化の役割を担うことができるものである。しかし、フィラーＢのメジアン径が１μｍ未満であると、硬化前の熱伝導性樹脂組成物が高粘度になり、成形性、作業性が大きく低下し、成形不良を起こす。逆にフィラーＢのメジアン径が１０μｍを超えると、このようなフィラーＢがフィラーＡ同士の間の隙間に入り込みにくくなるので、硬化前の熱伝導性樹脂組成物が高粘度になり、成形性、作業性が大きく低下し、成形不良を起こす。特にフィラーＢは、Ａｌ（ＯＨ）３、Ｍｇ（ＯＨ）２の少なくとも１種を含有することが好ましい。これらの金属水酸化物は、分解時に吸熱して熱容量の大きな水分子を放出するので、その他の金属水酸化物に比べて十分な難燃効果を発揮することができる。なお、フィラーＢは、その他の金属水酸化物として例えば水酸化カルシウムやハイドロタルサイト類等を含有してもよい。
【００２１】
ここで、熱伝導性樹脂成形品において、フィラーＡとフィラーＢの体積比率は５：５〜８：２であることが好ましい。これにより、小径のフィラーＢが大径のフィラーＡ同士の間の隙間に入り込んで最密充填構造をとることができるので、硬化前の熱伝導性樹脂組成物の粘度上昇が緩和され、成形性が良好となる。しかもこのようにフィラーＡ及びフィラーＢの高充填化が容易になるため、熱伝導率及び難燃性の向上が可能である。
【００２２】
さらに、熱伝導性樹脂成形品にフィラーＡ及びフィラーＢが合計して５０〜８０体積％含有されていることが好ましい。フィラーＡ及びフィラーＢの合計体積が５０体積％以上であることによって、熱伝導性樹脂成形品の熱伝導率が３．０Ｗ／ｍＫ以上となりやすく、高熱伝導化を図ることができるものである。また、フィラーＡ及びフィラーＢの合計体積が８０体積％以下であることによって、硬化前の熱伝導性樹脂組成物が高粘度になりにくくなり、成形性、作業性が低下することを抑制し、成形不良を起こさないようにすることができるものである。
【００２３】
熱伝導性樹脂組成物は、上記の熱硬化性樹脂、フィラーＡ及びフィラーＢのほか、必要に応じて、フィラーＣ（フィラーＡ及びフィラーＢのいずれにも該当しないもの）、硬化剤、重合禁止剤及び離型剤等を含有してもよい。フィラーＣとしては、例えば、メジアン径が１〜１０μｍのＭｇＯ及びＢＮ等を用いることができる。硬化剤としては、例えば、ｔ−アミルパーオキシイロプロピルカーボネート等を用いることができる。重合禁止剤としては、例えば、ｐ−ベンゾキノン等を用いることができる。離型剤としては、例えば、ステアリン酸等を用いることができる。
【００２４】
このように、上記の熱硬化性樹脂、フィラーＡ及びフィラーＢのほか、必要に応じて、フィラーＣ、硬化剤、重合禁止剤及び離型剤等を配合して混合することによって、本発明に係る熱伝導性樹脂組成物を製造することができる。この熱伝導性樹脂組成物は、熱伝導性樹脂成形品を形成するためのものであり、硬化前のものである。
【００２５】
そして、上記のようにして得られた熱伝導性樹脂組成物を所定の金型に配置し、加熱加圧して成形すると、この加熱加圧により熱硬化性樹脂が溶融軟化し、所定の形状に変形して硬化することによって、熱伝導性樹脂成形品を製造することができる。成形条件は、特に限定されるものではないが、例えば、成形温度１２０〜１５０℃、成形圧力３〜３０ＭＰａ、成形時間３〜１０分間に設定することができる。
【００２６】
上記のようにして得られた熱伝導性樹脂成形品は、熱硬化性樹脂と、大径のフィラーＡと、小径のフィラーＢとを含有して形成されている。このように、熱伝導性樹脂成形品において、主としてフィラーＡが熱伝導パスを形成し、フィラーＢが難燃化の役割を担うことによって、高熱伝導化と難燃化の両立を図ることができるものである。具体的には、熱伝導率が３．０Ｗ／ｍＫ以上であり、かつＵＬ９４規格においてＶ−０である熱伝導性樹脂成形品を得ることができるものである。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００２８】
熱伝導性樹脂成形品を製造するにあたって、以下の熱硬化性樹脂、硬化剤、重合禁止剤、離型剤及び無機フィラーを用いた。
【００２９】
（熱硬化性樹脂）
エポキシ系アクリレート樹脂（日本ユピカ（株）製「ネオポール８２５０Ｈ」）
不飽和ポリエステル樹脂（昭和高分子（株）製「Ｍ−６４０ＬＳ」）
（硬化剤）
ｔ−アミルパーオキシイソプロピルカーボネート
（重合禁止剤）
ｐ−ベンゾキノン
（離型剤）
ステアリン酸
（無機フィラー）
フィラーＡ１（ＭｇＯ、メジアン径９０μｍ、熱伝導率４８Ｗ／ｍＫ）
フィラーＡ２（ＭｇＯ、メジアン径５５μｍ、熱伝導率４８Ｗ／ｍＫ）
フィラーＡ３（ＭｇＯ、メジアン径３０μｍ、熱伝導率４８Ｗ／ｍＫ）
フィラーＢ１（Ａｌ（ＯＨ）３、メジアン径８μｍ）
フィラーＢ２（Ａｌ（ＯＨ）３、メジアン径２０μｍ）
フィラーＢ３（Ｍｇ（ＯＨ）２、メジアン径３μｍ）
フィラーＣ１（ＭｇＯ、メジアン径８μｍ）
フィラーＣ２（ＢＮ、メジアン径８μｍ）
（実施例１）
熱硬化性樹脂としてエポキシ系アクリレート樹脂を１００質量部、硬化剤としてｔ−アミルパーオキシイソプロピルカーボネートを１質量部、重合禁止剤としてｐ−ベンゾキノンを０．１質量部、離型剤としてステアリン酸を５質量部、無機フィラーとしてフィラーＡ１を４８０質量部、フィラーＢ１を１６０質量部、フィラーＣ１を８０質量部配合して混合することによって、熱伝導性樹脂組成物を製造した。
【００３０】
次に、上型及び下型からなる金型に上記の熱伝導性樹脂組成物を配置し、加熱加圧して成形した。このときの成形条件は、成形温度（金型温度）１４５℃、成形圧力７ＭＰａ、成形時間４分間に設定した。上記の加熱加圧により熱硬化性樹脂を溶融軟化させ、所定の形状に変形させて硬化させることによって、熱伝導性樹脂成形品を製造した。
【００３１】
（実施例２〜５、比較例１〜４）
熱硬化性樹脂、硬化剤、重合禁止剤、離型剤及び無機フィラーの配合組成を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして熱伝導性樹脂成形品を製造した。
【００３２】
（比較例５）
熱硬化性樹脂として不飽和ポリエステル樹脂を１００質量部、硬化剤としてｔ−アミルパーオキシイソプロピルカーボネートを１質量部、重合禁止剤としてｐ−ベンゾキノンを０．１質量部、離型剤としてステアリン酸を５質量部、無機フィラーとしてフィラーＡ１を４８０質量部、フィラーＢ２を２１０質量部配合して混合することによって、熱伝導性樹脂組成物を製造した。
【００３３】
次に、上記の熱伝導性樹脂組成物を実施例１と同様にして加熱加圧したが、粘度が高すぎて成形することができなかった。
【００３４】
（熱伝導性樹脂成形品の熱伝導率）
熱伝導性樹脂成形品から１０ｍｍ角及び厚さ２ｍｍの試験片を切り出し、この試験片の熱伝導率をＮＥＴＺＳＣＨ社製のキセノンフラッシュ熱伝導率測定装置「ＬＦＡ４４７」を用いて２５℃で測定した。その結果を表１に示す。
【００３５】
（難燃性）
熱伝導性樹脂成形品から１２５ｍｍ×１３ｍｍ×厚さ２ｍｍの試験片を切り出し、この試験片の難燃性をＵＬ９４規格に基づく燃焼試験を行って評価した。その結果を「Ｖ−０」又は「×」（Ｖ−０以外のもの）として表１に示す。
【００３６】
（熱伝導性樹脂成形品におけるフィラーＡとフィラーＢの体積比率（Ａ：Ｂ）並びにフィラーＡ及びフィラーＢの合計体積（体積％））
まずアルキメデス法により熱伝導性樹脂成形品の体積を測定した。次にマッフル炉を用いて熱伝導性樹脂成形品を６２５℃で焼成し、灰分の質量を測定した。灰分が無機フィラーであるため、Ａｌ（ＯＨ）３の脱水減少分も考慮し、質量比率から各無機フィラーの体積％を算出することで、フィラーＡとフィラーＢの体積比率並びにフィラーＡ及びフィラーＢの合計体積（体積％）を求めた。その際、密度はＭｇＯ：３．６５ｇ／ｃｍ３、Ａｌ（ＯＨ）３：２．４２ｇ／ｃｍ３、Ｍｇ（ＯＨ）２：２．３６ｇ／ｃｍ３、ＢＮ：２．２７ｇ／ｃｍ３とした。
【００３７】
【表１】
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表１から明らかなように、実施例１〜５の熱伝導性樹脂成形品ではいずれも、熱伝導率が３．０Ｗ／ｍＫ以上であり、かつＵＬ９４規格に基づく燃焼試験結果がＶ−０であることから、高熱伝導化と難燃化の両立を図ることができた。
【００３８】
これに対して、比較例１〜３の熱伝導性樹脂成形品ではいずれも、ＵＬ９４規格に基づく燃焼試験結果はＶ−０であるものの、熱伝導率は３．０Ｗ／ｍＫ未満であることから、高熱伝導化を図ることができなかった。
【００３９】
また比較例４の熱伝導性樹脂成形品では、金属水酸化物であるフィラーＢの含有量が少ないため、ＵＬ９４規格に基づく燃焼試験結果がＶ−０とならず、難燃化を図ることができなかった。
【００４０】
また比較例５の熱伝導性樹脂成形品では、フィラーＢ２としてメジアン径が１０μｍを超えるＡｌ（ＯＨ）３を用いたため、熱伝導性樹脂組成物の粘度が高くなり、成形時の流動性が低下し、成形することができなかった。これは、フィラーＢ２がフィラーＡ１同士の間の隙間に入り込みにくくなり最密充填構造をとることができないからであると考えられる。