(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコーン硬化物に、平均粒子径５〜２５μｍ、平均真円度０．７０以上の六方晶窒化ホウ素被覆マグネシウム及び／又はカルシウムのホウ酸塩粉末が充填されてなることを特徴とする高熱伝導性スペーサー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピューター、ワードプロセッサーなどの情報処理機器におけるＩＣ、ＬＳＩ、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の半導体素子より発生する熱を効率よく放出するのに有用な高熱伝導性スペーサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピューターやワードプロセッサー等の情報処理機器は、携帯用の薄型サイズのものが好まれるようになっている。それに伴い、半導体素子も高密度化・小型化され、そこから発生する熱も増加の一途をたどり、それを効率良く除去することが重要な課題となっている。
【０００３】
従来より、半導体素子より発生した熱の除去は、半導体素子を熱伝導性シート介して放熱フィンや金属板に取り付けることによって行われている。しかしながら、情報処理機器の小型化、薄型化により、放熱フィン等を取り付けるスペースがない場合も多くなり、その場合には情報処理機器のケース等に直接伝熱して放熱する方式が取られている。
【０００４】
このような方式においては、半導体素子とケースの間に、そのスペースを埋める厚みを有した、シリコーン硬化物等の樹脂硬化物に熱伝導性フィラーの充填された柔らかな熱伝導性スペーサーが用いられており、更なる高熱伝導性を付与したものが要求されている。
【０００５】
熱伝導性スペーサーの高熱伝導化を達成するには、スペーサー内に存在する熱伝導性フィラーを連続的に接触させればよく、その一法として熱伝導性フィラーの充填量を多くすることが行われている。しかし、この方法では、スペーサーの柔らかさが低下し、情報処理機器のケース等との接触が悪くなって、熱伝導性が著しく低下する等、限界があった。
【０００６】
また、熱伝導性フィラーとして、六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）粉末を用いられることが多いが、ｈＢＮ粉末は、混合、混練、成形時に剪断応力を受けてスペーサーに充填させたときに粒子が横に配向した状態になる。この状態では、ｈＢＮ粒子の面方向（ａ軸方向）の熱伝導率１１０Ｗ／ｍ・Ｋよりも、粒子の厚み方向（ｃ軸方向）の熱伝導率２Ｗ／ｍ・Ｋが利用されることになり、十分に高い放熱特性を有するスペーサーを得ることが困難であった。
【０００７】
例えば、特公平６−１２６４３号公報等にあるように、窒化ホウ素粒子をランダムに並ばせることによって、熱伝導性がかなり高められているが、まだまだ不十分であり改善の余地があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、一段と放熱特性の高められた高熱伝導性スペーサーを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、シリコーン硬化物に、平均粒子径５〜２５μｍ、平均真円度０．７０以上の六方晶窒化ホウ素被覆マグネシウム及び／又はカルシウムのホウ酸塩粉末（以下、単に「ＢＮ被覆ホウ酸塩粉末」ともいう。）が充填されてなることを特徴とする高熱伝導性スペーサーである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
【００１１】
本発明の高熱伝導性スペーサーのマトリックスとなるシリコーン硬化物としては、一般的な電子材料用途に使用されているシリコーン、例えば付加反応により加硫する液状シリコーン樹脂、過酸化物を加硫に用いる熱加硫型ミラブルタイプのシリコーン樹脂等を不都合なく用いることができる。スペーサーは、半導体素子の発熱面と放熱フィン等の放熱面との密着性が要求されるため、シリコーンの中でも柔軟性を有するもの、ゴム弾性を有するものが好適である。特に、柔軟性が必要な場合は、付加反応型液状シリコーンが使用できる。
【００１２】
この付加反応型液状シリコーンの具体例としては、一分子中にビニル基とＨ−Ｓｉ基の両方を有する一液性のシリコーン、または末端あるいは側鎖にビニル基を有するオルガノポリシロキサンと末端あるいは側鎖に２個以上のＨ−Ｓｉ基を有するオルガノポリシロキサンとの二液性のシリコーン等を挙げることができる。付加反応型液状シリコーンの市販品としては、例えば東レダウコーニング社製、商品名「ＳＥ−１８８６」等を例示することができる。
【００１３】
本発明の高熱伝導性スペーサーの柔軟性は、アスカーＣ硬度で８０以下であることが好ましい。柔軟性は、付加反応によって形成される架橋密度によって調整することができる。また、必要に応じて、硬化剤やその他の添加剤を適宜配合することができる。
【００１４】
本発明で使用されるＢＮ被覆ホウ酸塩粉末は、マグネシウム及び／又はカルシウムのホウ酸塩粒子のコア部と、その表面の全部又は一部を覆っている鱗片状ｈＢＮからなるシェル部とで構成されている。マグネシウム及び／又はカルシウムのホウ酸塩とｈＢＮの確認は、エネルギー分散型蛍光Ｘ線測定器を用いて行うことができる。コア部の割合は、粒子断面の面積占有率で１０〜８０％であることが好ましく、またシェル部の厚みは数〜十数μｍであることが好ましい。
【００１５】
本発明で使用されるＢＮ被覆ホウ酸塩粉末の平均粒子径が５〜２５μｍ、平均真円度が０．７０以上である。平均粒子径が５μｍよりも小さいと、ＢＮ被覆ホウ酸塩粉末の充填性が悪く、高熱伝導性が得られない。また、２５μｍをこえると、スペーサー表面の凹凸が著しく、半導体素子との密着性が悪くなり、これまたスペーサー本来の熱伝導性が損なわれてしまう。一方、平均真円度が０．７０よりも小さいと、成形時に粒子同士がブリッジングを起こしやすくなり、スペーサーとしたときに柔軟性が低下する恐れがある。
【００１６】
ＢＮ被覆ホウ酸塩粉末の平均粒子径は、レーザー散乱光法によって測定することができる。また、平均真円度は、走査型電子顕微鏡（日本電子社製「ＪＳＭ−Ｔ２００型」）と画像解析装置（日本アビオニクス社製）を用い、以下のようにして測定することができる。
【００１７】
先ず、粉末のＳＥＭ写真から粒子の投影面積（Ａ）と周囲長（ＰＭ）を測定する。周囲長（ＰＭ）に対応する真円の面積を（Ｂ）とすると、その粒子の真円度はＡ／Ｂとして表示できる。そこで、試料粒子の周囲長（ＰＭ）と同一の周囲長を持つ真円を想定すると、ＰＭ＝２πｒ、Ｂ＝πｒ2であるから、Ｂ＝π×（ＰＭ／２π）2 となり、個々の粒子の真円度は、真円度＝Ａ／Ｂ＝Ａ×４π／（ＰＭ）2として算出することができるので、任意の粒子１００個の平均値を平均真円度として求める。
【００１８】
ＢＮ被覆ホウ酸塩粉末は、例えば次のようにして製造することができる。
【００１９】
すなわち、メラミン、ホウ酸、並びにマグネシウム、カルシウムの水酸化物及び炭酸塩から選ばれた少なくとも一種の無機化合物のモル百分率の三元組成図（メラミン，ホウ酸，無機化合物）において、点Ａ（３５，６０，５）、Ｂ（２５，７０，５）、Ｃ（５，８０，１５）、Ｄ（５，５，９０）を結ぶ線で囲まれた範囲内にある混合物を、そのままもしくは２９ＭＰａ以下、好ましくは１０ＭＰａ以下の圧力で成形した後、窒素、アンモニア等の非酸化性雰囲気下、温度１７００〜２２００℃で０．５〜２４時間、好ましくは２〜１０時間焼成すると、ＢＮ被覆ホウ酸塩粒子とｈＢＮとが含まれた混合粉末を製造することができる。
【００２０】
得られた混合粉末を、分級機を用い、例えば５μｍ以下の微粉を除去することによってＢＮ被覆ホウ酸塩粒子の割合を高めた混合粉末を製造することができる。本発明においては、ＢＮ被覆ホウ酸塩粒子を７０％以上（１００％を含む）を含み、ｈＢＮ粉末を３０％以下を含む（０％を含む）粉末であることが好ましい。
【００２１】
ＢＮ被覆ホウ酸塩粉末の平均粒子径の調整は、上記製造方法において、焼成温度と焼成時間を調節することによって行うことができる。また、平均真円度を大きくするには、ホウ酸と、マグネシウム、カルシウムの水酸化物及び炭酸塩から選ばれた少なくとも一種の無機化合物との比率を、上記範囲内で増加させることによって行うことができる。
【００２２】
ＢＮ被覆ホウ酸塩粉末の充填率は、本発明の高熱伝導性スペーサー中、３０〜８０体積％であることが好ましい。これによって、熱伝導率を２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上を達成することができる。
【００２３】
本発明の高熱伝導性スペーサーの厚みについては、０．１〜４ｍｍ、特に０．２〜２ｍｍが一般的である。また、その平面形状は、半導体素子等と密着できる形状ないしは半導体素子等を埋没できる形状であれば、制限されるものではなく、例えば三角形、四角形、五角形等の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。更には、半導体素子等が密着ないしは埋没しやすいようにその表面に凹凸をつけてもかまわない。
【００２４】
本発明の高熱伝導性スペーサーは、シリコーン原料とＢＮ被覆ホウ酸塩粉末との所定量をロールミル、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、それを成形した後、加硫させることによって製造することができる。
【００２５】
成形は、押出し成形法又はプレス成形法が好ましい。ドクターブレード法では、成形可能な粘度とするために有機溶剤が必要となり、成形後にそれを除去しなければならず生産性が劣る。加硫温度は、５０〜２００℃であることが望ましい。５０℃未満では加硫に長時間必要となり、２００℃をこえるとスペーサーの一部が劣化する。加硫には、一般的な熱風乾燥機、遠赤外乾燥機、マイクロ波乾燥機等が用いられる。
【００２６】
【実施例】
以下、実施例、比較例をあげて更に具体的に本発明を説明する。
【００２７】
実施例１、２  比較例１〜３
付加反応型シリコーン樹脂（東レダウコーニング社製  商品名「ＳＥ１８８６」）とＢＮ被覆ホウ酸塩粉末とを、表１に示した所定の割合となるよう配合し、市販のニーダーにて混合を行った。
【００２８】
得られた混合物を、真空押出機にて厚さ１ｍｍとなるように押出し成形した後、１６０℃の乾燥機中に１０時間静置して加硫させ、スペーサーを作製した。得られたスペーサーの熱伝導率と圧縮率を以下に従い測定した。それらの結果を表１に示す。
【００２９】
（１）熱伝導率
スペーサーをＴＯ−３型銅製ヒーターケースと銅板との間に挟み、スペーサー厚みの１０％を圧縮した後、銅製ヒーターケースに電力５Ｗかけて４分間保持し、銅製ヒーターケースと銅板との温度差を測定し、熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）＝｛電力（Ｗ）×厚み（ｍ）｝／｛温度差（Ｋ）×測定面積（ｍ2 ）｝、にて熱伝導率を算出した。
【００３０】
（２）圧縮率
スペーサーを１ｃｍ2角に打ち抜いた後、精密万能試験機（島津製作所製商品名「オートグラフ」）により、厚さ方向に９．８Ｎの荷重をかけたときの圧縮変形量を計測し、圧縮率（％）＝｛圧縮変形量（ｍｍ）×１００｝／元の厚さ（ｍｍ）にて、圧縮率を算出した。
【００３１】
（３）平均粒子径、平均真円度は、上記に従い測定した。
【００３２】
実施例３
ＢＮ被覆ホウ酸塩粉末として、ＢＮ被覆ホウ酸カルシウムの代わりにＢＮ被覆ホウ酸マグネシウムを用いたこと以外は、実施例１に準じてスペーサーを作製した。その結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
0004313920.tif 000002
【００３４】
なお、実施例１及び実施例３で用いたＢＮ被覆ホウ酸カルシウム塩粉末（又はＢＮ被覆ホウ酸マグネシウム塩粉末）は、以下のようにして製造した。また、実施例２及び比較例１〜３で用いたＢＮ被覆ホウ酸カルシウム塩粉末は、以下の製造において、ホウ酸、メラミン及び水酸化カルシウムの比率と、焼成条件を変えて製造した。例えば、実施例２では、ホウ酸６８モル％、メラミン１０モル％、水酸化カルシウム２２モルの割合とし、焼成条件を１９５０℃×８時間とした。
【００３５】
ホウ酸６４モル％、メラミン１６モル％、水酸化カルシウム（又は水酸化マグネシウム）２０モル％の配合比でヘンシェルミキサーを用いて混合した。それを温度８５℃、相対湿度９０％の恒温恒湿槽中で１０時間保持した後、アルミナ乳鉢で軽く解砕し、圧力８ＭＰａで金型成形した。成形物（直径約５０ｍｍ×高さ１５ｍｍ）の全量（約１５００ｇ）をｐＢＮ製坩堝に充填し、高周波誘導炉にて、窒素気流中、１９５０℃で３時間焼成した。
【００３６】
次いで、焼成物をアルミナ製乳鉢で解砕し、７５μｍの乾式篩いにより整粒した。整粒して得られた粉末には、ＢＮ被覆ホウ酸カルシウム塩（又はＢＮ被覆ホウ酸マグネシウム塩）が約８８％、ｈＢＮが約１２％含まれており、、ＢＮ被覆ホウ酸塩粒子断面のホウ酸カルシウム塩（又はホウ酸マグネシウム塩）の占める割合は約６７％であった。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の高熱伝導性スペーサーは、放熱特性及び柔軟性に一段と優れたものである。