(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オルガノポリシロキサン１００重量部に対して、球状熱伝導性充填剤として、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、グラファイト、アルミニウム、銅、銀、ニッケル、鉄、ステンレスからなる群から選ばれる１種又は２種以上であって、平均粒径５〜１０μｍである球状熱伝導性充填剤と平均粒径０．１〜３μｍである球状熱伝導性充填剤のみからなる球状熱伝導性充填剤を１，３００〜３，０００重量部配合した、付加反応あるいは有機過酸化物によって硬化するオルガノポリシロキサン組成物（ただし、（Ａ）２５℃における粘度が５０〜１００,０００mPa・sであり、一分子中に平均０.１個以上のケイ素原子結合アルケニル基を含有するオルガノポリシロキサン １００重量部、（Ｂ）２５℃における粘度が１〜１００,０００mPa・sであり、一分子中に平均２個以上のケイ素原子結合水素原子を含有するオルガノポリシロキサン｛（Ａ）成分中のケイ素原子結合アルケニル基１モルに対して、本成分中のケイ素原子結合水素原子が０.１〜１.５モルとなる量｝、（Ｃ）熱伝導性充填剤 ５００〜２,５００重量部、および（Ｄ）白金系触媒｛（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計重量に対して本成分中の白金金属が重量単位で０.０１〜１,０００ppmとなる量｝からなる熱伝導性シリコーンゴム組成物であって、前記（Ｃ）成分の表面が、（Ｅ）一般式：Ｒ1Ｒ2aＳi（ＯＲ3）(3-a)（式中、Ｒ1は炭素数４〜２０のアルキル基であり、Ｒ2はフェニル基または炭素数１〜３のアルキル基であり、Ｒ3は炭素数１〜３のアルキル基であり、ａは０〜２の整数である。）で表されるアルキルアルコキシシラン、もしくはその部分加水分解物で処理されていることを特徴とする熱伝導性シリコーンゴム組成物を除く。）
の硬化物であって、熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、デュロメータＡによる硬度が８０以下であることを特徴とする放熱用部材。
【請求項２】
付加反応によって硬化するオルガノポリシロキサン組成物が、アルケニル基を１分子中に２個以上有するオルガノポリシロキサン、ケイ素原子に結合した水素原子を１分子中に２個以上含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと白金族系触媒とを含有する付加反応硬化型オルガノポリシロキサン組成物であって、前記アルケニル基含有オルガノポリシロキサン中のアルケニル基１個に対して、前記オルガノハイドロジェンポリシロキサン中のＳｉＨ基が０．０５〜３当量となる割合で該オルガノハイドロジェンポリシロキサンが添加されている請求項１記載の放熱用部材。
【請求項３】
有機過酸化物によって硬化するオルガノポリシロキサン組成物が、オルガノポリシロキサンと有機過酸化物とを含有する有機過酸化物硬化型オルガノポリシロキサン組成物であって、前記有機過酸化物の添加量が前記オルガノポリシロキサン１００重量部に対して０．１〜１０重量部である請求項１記載の放熱用部材。
【請求項４】
球状熱伝導性充填剤が酸化アルミニウムである請求項１〜３のいずれか１項記載の放熱用部材。
【請求項５】
アスカーＣ硬度が１０〜９０である請求項１〜４のいずれか１項記載の放熱用部材。
【請求項６】
放熱用部材が放熱用シリコーンゴムシートである請求項１〜５のいずれか１項記載の放熱用部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱性部品に発生した熱を放熱するために使用される放熱用シート等の放熱用部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パワートランジスタ、サイリスタ等の発熱性部品は、発生する熱により特性が低下するので、その対策として、該部品を機器に設置する際、ヒートシンクを取り付けて熱を放散させたり、機器の金属製シャーシに熱を逃がすなどの方法が採られている。これらの方法のうち、ヒートシンクを取り付けて熱を放散させる方法では、発熱性部品の電気絶縁性と熱伝導性を向上させるため、発熱性部品とヒートシンクの間に、放熱用部材として、放熱絶縁性材料からなる放熱絶縁性シートが挿填される。
この放熱絶縁性材料としては、シリコーンゴム等に熱伝導性充填剤を配合したものが使用され、例えば、シリコーンゴム等の合成ゴム１００重量部に、酸化ベリリウム、酸化アルミニウム、水和酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛から選ばれる少なくとも１種以上の金属酸化物を１００〜８００重量部配合した絶縁性組成物が開示されている（特開昭４７−３２４００号公報参照）。
また、電気絶縁性を必要としない場所に用いられる放熱用部材の場合、それを構成する放熱材料としては、付加硬化型シリコーンゴム１００重量部に、シリカ及び銀、金、ケイ素等の熱伝導性粉末を６０〜５００重量部配合した組成物が開示されている（特開昭５６−１００８４９号公報参照）。
しかしながら、これらの放熱材料は、いずれも熱伝導率が１．５Ｗ／ｍ・Ｋより低く、熱伝導性を向上させるために熱伝導性充填剤を多量に配合すると、液状シリコーンゴム組成物の場合は流動性が低下し、ミラブルタイプのシリコーンゴム組成物の場合は可塑度が増加して、いずれも成形加工性が非常に悪くなるという問題があった。
そこで、この問題を解決する方法として、平均粒径５μｍ以下のアルミナ粒子１０〜３０重量%と、残部が平均粒径１０μｍ以上の単一粒子であり、かつ、カッティングエッジを有しない形状である球状コランダム粒子からなるアルミナを配合した高熱伝導性ゴム・プラスチック組成物が開示されている（特開平１−６９６６１号公報参照）。また、平均重合度６，０００〜１２，０００のガム状のオルガノポリシロキサンと平均重合度２００〜２，０００のオイル状のオルガノポリシロキサンを併用したベースと、球状酸化アルミニウム粉末５００〜１，２００重量部からなる熱伝導性シリコーンゴム組成物が開示されている（特開平４−３２８１６３号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの組成物を用いても、熱伝導性が不十分であり、また、得られる放熱用部材が硬すぎて熱抵抗が大きくなるため、実際の放熱性は不十分であった。
一方、パーソナルコンピューター、ワードプロセッサ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ等の電子機器では、高集積化が進み、該電子機器内にあるＬＳＩ、ＣＰＵ等の集積回路素子の発熱量が増加したため、従来の冷却方法では不十分な場合がある。特に、携帯用のノート型パーソナルコンピューターの場合、その内部空間が狭いため、大きなヒートシンクや冷却ファンを取り付けることができない。
また、上記した電子機器では、プリント基板上に集積回路素子が搭載されているが、該基板の材質には、熱伝導性の悪いガラス補強エポキシ樹脂やポリイミド樹脂が用いられているので、従来のように放熱絶縁シートを介して該基板から熱を逃がすことができない。
そこで、これらを解決する方法として、集積回路素子の近傍に自然冷却タイプ或いは強制冷却タイプの放熱用部材を設置して、集積回路素子で発生した熱を放熱用部材に伝えて放熱する方法が採られている。しかし、この方法により集積回路素子と放熱用部材を直接接触させると、該素子の表面に凹凸があり、放熱用部材の柔軟性に欠けるため、接触が不十分となり、熱の伝導性が悪い。
また、放熱絶縁シートを介して集積回路素子をプリント基板に取り付けても、放熱絶縁シートの柔軟性がやや劣るため、熱膨張により該素子とプリント基板との間に応力がかかり、これらを破損する恐れがある。
一方、各集積回路素子ごとに放熱用部材を取り付けようとすると、余分なスペースが必要となり、機器の小型化が難しくなるので、いくつかの集積回路素子を１つの放熱用部材に組み合わせて冷却する方法が採られることもある。
特にノート型のパーソナルコンピューターで用いられているＢＧＡタイプのＣＰＵは、高さが他の集積回路素子に比べて低く、発熱量が大きいため、冷却方法を十分考慮する必要がある。この場合、集積回路素子ごとに高さが異なることによって生じる種々の隙間を埋めることができる低硬度の放熱用部材が必要になる。
すなわち、このような状況に対して、熱伝導性に優れ、柔軟性があり、種々の隙間に対応することができる低硬度の放熱用部材、特に放熱用シートが要望される。
また、年々、駆動周波数の高周波化に伴い、ＣＰＵの性能が向上して発熱量が増大しているため、より高熱伝導性の放熱用部材が求められている。
そこで、本発明は、熱伝導性に非常に優れると共に、柔軟性を有するため、優れた放熱性を与える放熱用部材を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、オルガノポリシロキサンに対して熱伝導性充填剤を所定量配合したオルガノポリシロキサン組成物の硬化物が、熱伝導性に非常に優れると共に、柔軟性を有し、実用上優れた放熱性を示すことを見出し、かかる知見に基づき、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、オルガノポリシロキサン１００重量部に対して、熱伝導性充填剤を少なくとも１，０００重量部配合したオルガノポリシロキサン組成物の硬化物であって、熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、デュロメータＡによる硬度が８０以下であることを特徴とする放熱用部材である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の放熱用部材は、前記したように、オルガノポリシロキサン１００重量部に対して、熱伝導性充填剤を少なくとも１，０００重量部充填したオルガノポリシロキサン組成物の硬化物であって、該硬化物の熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、デュロメータＡによる硬度が８０以下であることを特徴とする。かかる特徴を有することにより、熱伝導性が非常に優れると共に柔軟性を有する放熱用部材が得られるという優れた効果を奏する。
本発明の放熱用部材を構成するオルガノポリシロキサン組成物は、オルガノポリシロキサン１００重量部に対して、熱伝導性充填剤を少なくとも１，０００重量部、好ましくは１，０００〜３，０００重量部、特に好ましくは１，３００〜２，５００重量部配合したものである。熱伝導性充填剤が１，０００重量部より少ないと、良好な熱伝導性を得ることができない。また、熱伝導性充填剤が３，０００重量部を超えると配合が困難となることがある。
オルガノポリシロキサンは、上記組成物として硬化性を有するものであれば、オイル状、ガム状のいずれでもよく、また、構造や重合度の異なる２種以上を組み合わせてもよい。市販のシリコーンゲルや低硬度タイプのシリコーンゴム組成物から選択してもよい。
【０００６】
熱伝導性充填剤としては、熱伝導性を有する各種充填剤を使用することができ、無機粉末、金属粉末等が好適である。具体的には、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、グラファイト等の無機粉末、アルミニウム、銅、銀、ニッケル、鉄、ステンレス等の金属粉末などが例示される。これらの中でも、特には酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化マグネシウム及びグラファイトから選ばれる無機粉末、アルミニウム、銅、銀、ニッケル、鉄及びステンレスから選ばれる金属粉末が好適に使用される。なお、熱伝導性充填剤としては、上記無機粉末又は金属粉末の１種又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【０００７】
熱伝導性充填剤は、平均粒径が５０μｍ以下、好ましくは０．１〜４０μｍ、特に好ましくは０．５〜３０μｍである。平均粒径が５０μｍよりも大きいと分散性が悪くなり、液状シリコーンゴムの場合、放置しておくと熱伝導性充填剤が沈降してしまう場合がある。
本発明の放熱用部材は、平均粒径の異なる２種以上の熱伝導性充填剤を使用することが好ましい。特に平均粒径５〜４０μｍである熱伝導性充填剤と平均粒径０．１〜３μｍである熱伝導性充填剤を組み合わせることが好ましい。これにより充填効率が向上し、より高充填が可能となり、より高熱伝導化することができる。
また、上記と同様の効果を得るために、球状の熱伝導性充填剤を配合することが好ましい。具体的な球状の熱伝導性充填剤としては、球状アルミナＡＳシリーズ（昭和電工社製、商品名）、高純度球状アルミナＡＯシリーズ（アドマテックス社製、商品名）等が挙げられる。
【０００８】
本発明の放熱用部材には、必要に応じて、カーボンブラック補強性シリカ、着色剤、酸化鉄、酸化セリウム等の耐熱性向上剤、白金化合物、酸化チタン、ベンゾトリアゾール等の難燃性向上剤、分散剤、接着助剤等の任意成分を配合してもよい。
【０００９】
本発明の放熱用部材は、デュロメータＡにより測定される硬度が８０以下であることが必要である。そのため、熱伝導性充填剤の種類や配合量等を適宜調節することにより、デュロメータＡによる硬度が８０以下、好ましくは５０以下となるように、架橋密度を選択する必要がある。デュロメータＡによる硬度が８０を超えると、本発明の放熱用部材が目的とする柔軟性を得ることができない。硬度の下限は、特に制限されないが、アスカーＣ硬度計により測定されるアスカーＣ硬度が１０以上であることが好ましい。アスカーＣ硬度が１０より小さいと放熱用部材の強度が弱くなることがある。特に低硬度が必要な場合はアスカーＣ硬度が１０〜９０、特には２０〜８０であることが好ましい。
また、本発明の放熱用部材は、熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、特には７Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ未満であると放熱性が不十分となることがある。なお、熱伝導率の測定は、熱伝導率計（例えば、商品名：Ｓｈｏｔｈｅｒｍ  ＱＴＭ迅速熱伝導率計、昭和電工社製）を使用して行えばよい。
【００１０】
次に、本発明の放熱用部材の製造方法について述べる。
まず、前記した所定量のオルガノポリシロキサンと熱伝導性充填剤を、二本ロール、ニーダー、バンバリーミキサー等の混合機を用いて混合し、オルガノポリシロキサン組成物を調製する。前記したように、オルガノポリシロキサン組成物には、必要に応じてカーボンブラック補強性シリカ、着色剤、酸化鉄、酸化セリウム等の耐熱性向上剤、白金化合物、酸化チタン、ベンゾトリアゾール等の難燃性向上剤、接着助剤等の任意成分を配合する。なお、これら任意成分の配合量は、本発明の効果を妨げない範囲であればよい。また、オルガノポリシロキサン組成物は必要に応じて、熱処理をしてもよい。
【００１１】
オルガノポリシロキサン組成物を調製した後、これを硬化、成形することにより、本発明の放熱用部材が得られる。
オルガノポリシロキサン組成物の硬化は、付加反応による硬化、縮合反応による硬化、有機過酸化物による硬化、光による硬化等、特に制限されないが、付加反応による硬化、有機過酸化物による硬化が好ましく、特に、架橋密度のコントロールが容易で、低硬度化しやすい点から、付加反応による硬化が好ましい。
付加反応による硬化は、オルガノポリシロキサンがアルケニル基を２個以上有する場合に適用され、硬化剤としてはケイ素原子に結合した水素原子を１分子中に２個以上含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと白金族系触媒からなる付加反応型硬化剤が挙げられる。この場合、架橋剤であるオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、１分子中にケイ素原子に直接結合している水素原子を２個以上含んでいる直鎖状、分岐状又は環状の分子からなるものであり、２５℃における粘度が１〜１，０００ｍｍ2／ｓの範囲であることが好ましい。オルガノハイドロジェンポリシロキサンの添加量は、オルガノポリシロキサンのアルケニル基１個に対して、オルガノハイドロジェンポリシロキサン中のＳｉＨ基が通常０．０５〜３当量、特に０．１〜２当量となる範囲が好適である。この添加量が０．０５当量より少ない場合は、架橋密度が低くなりすぎて、硬化したオルガノポリシロキサン組成物の硬度が低下し、成形及び取扱いが難しくなる。一方、３当量より多い場合は、硬化したオルガノポリシロキサン組成物の硬度が高くなりすぎることがある。
また、白金族系触媒としては、公知の白金金属又は白金化合物が好ましく、その添加量は、白金族金属として０．１〜１，０００ｐｐｍ、好ましくは１〜５００ｐｐｍである。更に制御剤を用いてもよい。
【００１２】
有機過酸化物による硬化の場合は、有機過酸化物として、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、ジクミルパーオキサイド等のラジカル反応に使用される有機過酸化物が例示される。有機過酸化物の添加量は、オルガノポリシロキサン１００重量部に対して、０．１〜１０重量部、特に０．２〜５重量部である。
【００１３】
上記オルガノポリシロキサン組成物の硬化、成形方法は、オルガノポリシロキサンが液状タイプであるか、又はミラブルタイプであるかに応じて、下記方法より適宜選択する。具体的には、▲１▼金型中に未硬化のオルガノポリシロキサン組成物を仕込み、金型を締めてから熱プレス機により圧力と熱をかけ、該組成物を硬化させるモールド成形、▲２▼射出成形機上の加熱した金型の中に、ノズルから未硬化のオルガノポリシロキサン組成物を射出して金型のキャビティ内に充填し、硬化後金型を開け、成形品を取り出す射出成形、▲３▼コーティング装置に連続的にフィルム（例えば、ポリエチレンテレフタレート）を供給し、この上に未硬化の液状オルガノポリシロキサン組成物を、ナイフコータ等により一定の厚さに塗布してから、加熱炉を通して該液状組成物を硬化させるコーティング成形、▲４▼押出機のダイスとニップルの組み合わせにより、未硬化のミラブルタイプのオルガノポリシロキサン組成物を任意のチューブ形状に成形してから、加熱炉を通して該組成物を硬化させる押出成形、▲５▼カレンダーロールにより未硬化のオルガノポリシロキサン組成物を一定の厚さに分出しし、フィルム上に該組成物を転写してから加熱炉を通して組成物を硬化させるカレンダー成形が挙げられる。
硬化条件は、成形方法に応じて適宜調整することが好ましいが、１００〜４００℃で２秒〜３０分が好適である。
【００１４】
本発明の放熱用部材の態様として、放熱用シリコーンゴムシートが挙げられる。放熱用シリコーンゴムシートを作製する場合、その内部にガラスクロス、ポリエステル、ナイロン等からなるクロス或いは不織布、ポリイミド、ナイロン、ポリエステル等からなる樹脂フィルム等を入れて補強してもよい。これにより該シートの強度が向上すると共に、伸びが抑制されるので、取扱いやすくなり作業性が向上する。
【００１５】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００１６】
（実施例１）
２５℃における粘度が３０，０００ｃｓで両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン１５重量部、２５℃における粘度が６００ｃｓで両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン５０重量部、２５℃における粘度が３００ｃｓで両末端がトリメチルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン１５重量部、片末端がトリメトキシ基で封鎖され、他方の片末端がトリメチルシロキシ基で封鎖された重合度が３１であるジメチルポリシロキサン３０重量部に、平均粒径１０μｍの球状アルミナＡＯ−４１Ｒ（アドマテックス社製、商品名）１，２００重量部、平均粒径０．７μｍの球状アルミナＡＯ−５０Ｚ（アドマテックス社製、商品名）２００重量部を配合し、オルガノポリシロキサン組成物を得た。
次に、触媒として塩化白金酸のビニルシロキサン錯体（白金含有量１％）０．３５重量部、硬化剤として２５℃における粘度が１８ｃｓのメチルハイドロジェンポリシロキサン（ＳｉＨ０．００３１モル／ｇ）３．６重量部を均一に混合した。
そして、得られた混合物をモールド成形により１５０℃で１０分間加熱して、厚さ６ｍｍのシートを作製し、アスカーＣ硬度計で硬度を測定した。また、厚さ２０ｍｍのブロック体をモールド成形で作製し、熱伝導率計（商品名：Ｓｈｏｔｈｅｒｍ  ＱＴＭ迅速熱伝導率計、昭和電工社製）を使用して熱伝導率を測定した。その結果、アスカーＣ硬度は２５であり、熱伝導率は５．５Ｗ／ｍ・Ｋであった。実施例１の放熱用部材は、このように熱伝導性に優れ、非常に低硬度であるため、電子部品との密着性も良好であり、優れた放熱性を有する。
【００１７】
（実施例２）
２５℃における粘度が３０，０００ｃｓで両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン３０重量部、２５℃における粘度が６００ｃｓで両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン４０重量部、片末端がトリメトキシシロキシ基で封鎖され、他方の片末端がトリメチルシロキシ基で封鎖された重合度が３１であるジメチルポリシロキサン６０重量部に、ＡＯ−４１Ｒ（前出）２，０００重量部、ＡＯ−５０Ｚ（前出）５００重量部を配合し、オルガノポリシロキサン組成物を得た。そして、実施例１と同様の方法、条件でアスカーＣ硬度と熱伝導率を測定した。その結果、アスカーＣ硬度は５５であり、熱伝導率は１０Ｗ／ｍ・Ｋであった。実施例２の放熱用部材は、このように熱伝導性に優れ、非常に低硬度であるため、電子部品との密着性も良好であり、優れた放熱性を有する。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、熱伝導性に非常に優れると共に、柔軟性を有する実用上優れた放熱性をもつ放熱用部材が得られる。また、アスカーＣ硬度で測定できるような低硬度化も可能であり、電子部品との密着性もよく、効率よく放熱することができる。
本発明の放熱用部材は、一般の電源、電子機器等に用いられる放熱用部材、特に放熱シート及びパーソナルコンピューター、ワードプロセッサ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ等の電子機器のＬＳＩ、ＣＰＵ等の集積回路素子の放熱に用いる低硬度放熱性シリコーンゴムシート等として最適である。