放熱材およびその製造方法
【課題】 高熱伝導率の放熱材を提供すること。
【解決手段】 シリコーンに、銀、さらには銀とグラファイトその他の熱伝導性粒子の組み合わせを混合しかつ熱処理を施した放熱材。シリコーンに銀とグラファイトの組み合わせを混合した放熱材（熱処理不要）。
【解決手段】 シリコーンに、銀、さらには銀とグラファイトその他の熱伝導性粒子の組み合わせを混合しかつ熱処理を施した放熱材。シリコーンに銀とグラファイトの組み合わせを混合した放熱材（熱処理不要）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、放熱材および放熱材の製造方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】電気自動車のインバーター用に用いられるＩＧＢＴパワーモジュールのように発熱性の高い半導体素子の放熱用途には、半導体素子と冷却又は放熱ブロックの間の熱的接続に放熱材が用いられている。図１に１例を示す。半導体素子１（より具体的には半導体チップ１ａの基板１ｂ）と放熱フィンを有する冷却ブロック２の間に放熱材３が使用されている。半導体素子基板１と冷却ブロック２は固体同士であるためこれらを接合すると完全な密着が困難でその間に微細な隙間ができてしまい、それが熱伝導性、即ち、放熱性を低下させる原因になるが、熱伝導性の高い液状放熱材３を介在させて接合することにより、放熱特性を改良するものである。なお、半導体素子基板１と冷却ブロック２の間はネジ４などで固定される。
【０００３】従来の液状放熱材は、樹脂中に高熱伝導性フィラー、例えば、酸化亜鉛、アルミナ、窒化アルミニウムなどを多量に混合することにより、熱伝導性を高めている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、樹脂中にフィラーを多量に混合すると粘度が著しく上昇し、取り扱い作業性が低下する。そのため、樹脂中に混合できるフィラーの量には限界があり、せいぜい約６０〜８０重量％までであり、熱伝導性も約１〜２Ｗ／ｍＫが限度である。
【０００５】そこで、例えば、２種の大きさのフィラーを組み合わせて、フィラーの含有率を高めること（特開平３−１４８７３号公報）などが提案されている。確かにこのような方法でいくらかは熱伝導性を高めることができるが、それ以上には向上せず、大幅な改善は見込めない。本発明は、このような従来技術の現状に鑑みてなされたもので、放熱材の熱伝導性を向上させることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記のような目的を達成するために、鋭意検討したところ、全く予想外にも、シリコーンと特定のフィラーとを組み合わせた場合に、またさらに熱処理を組み合わせた場合に特異的に熱伝導性が高くなることを見出し、本発明を完成したものである。こうして、下記が提供される。
【０００７】（１）シリコーンに少なくとも銀粒子を含有しかつ加熱処理されて成ることを特徴とする放熱材。
（２）シリコーンに銀粒子と共にグラファイト、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、銅、アルミナ、窒化ホウ素、アルミニウムを第２の熱伝導性粒子として含み、銀粒子の含有体積比は銀粒子と第２の熱伝導性粒子の合計に対して０．２〜０．６７の範囲内である（１）記載の放熱材。
【０００８】（３）シリコーンに銀粒子とグラファイト粒子を含み、銀粒子のグラファイト粒子に対する粒径比は０．１２〜０．８４の範囲内である（１）（２）に記載の放熱材。
（４）半導体素子と冷却ブロックの間に用いられる（１）〜（３）記載の放熱材。
【０００９】（５）シリコーンに銀粒子とグラファイト粒子を含み、銀粒子の含有体積比は銀粒子とグラファイト粒子の合計に対して０．１２〜０．８４の範囲内であることを特徴とする放熱材。
（６）シリコーンに少なくとも銀粒子を含む熱伝導性粒子を添加し、加熱処理することを特徴とする放熱材の製造方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の放熱材の液状樹脂基材としては、シリコーンを用いる。本発明の放熱材では、シリコーンに銀その他の特定のフィラーを混合した場合に特異的に高い熱伝導性が示されることを見出したものである。放熱材の液状樹脂基材として用いられるシリコーンはそれ自体は知られているので、その中から適当に選択使用すればよい。
【００１１】シリコーンとしてはオイル、ゲルまたはゴムなどのいずれでもよい。シリコーンのゲルまたはゴムはシリコーンを加熱などの処理によりゲル状またはゴム状になるものをいう。本発明では、特にシリコーンのゲルまたはゴムを用いることが好ましく、付加型シリコーンゴムの架橋密度を制御したシリコーンゲルが最も好ましい。シリコーンゲルまたはゴムは半導体素子を冷却ブロックの間を接着する作用は高く、しかも耐久性に優れており、また熱硬化のための加熱処理によって銀粒子の熱処理を兼ねることができる利点もある。
【００１２】シリコーンオイルの粘度またはシリコーンゲルまたはゴムの硬化前（オイル状）の粘度は０．１〜１．５Ｐａ・ｓの範囲内が好ましい。本発明は第１の側面において、放熱材はフィラーとして少なくとも銀粒子を用い、且つ熱処理を施すことにより、特異的に高い熱伝導性が得られることを見出した。この効果は熱処理後のシリコーンがオイルでも硬化したゲルまたはゴムでも同様に得られる。シリコーンに銀粒子を混合し、熱処理を施すことにより特異的に高い熱伝導性が得られる理由は、限定するわけではないが、塗布後に加熱するとフィラーが凝集して達成されるフィラーどうしの接触度合いが改良されるためと考えられる。フィラーを混合した液状樹脂を熱処理すると熱伝導性が向上する効果は、例えば、従来の代表的なフィラーである窒化アルミニウムでは観測されず、しかしシリコーン以外の樹脂、銀以外の粒子でも僅かに観測される場合もあったが、熱伝導性の改良効果はシリコーンに銀粒子を混合した特定の場合に特別に高い改良を示した。銀粒子はシリコーンとの相溶性は良くないので凝集し易いことが効いていると考えられる。このようにして、本発明の第１の側面によれば、特定のフィラー組成と後処理によってフィラーどうしの接触度合いを改良することにより、フィラー含有率は増加させることなく、熱伝導率を大幅に向上させることが可能になる。
【００１３】銀粒子の形状、寸法は特に限定されないが、フレーク状粒子で最も高い改良効果が見出された。粒子の平均粒径は０．５〜７μｍ、特に２．５〜４μｍの範囲内が好ましい。０．５μｍ未満ではフィラー充填率が悪く、熱伝導率が向上せず、７μｍ超ではフィラーと樹脂の分離が著しい。シリコーンに銀粒子と任意に第２の熱伝導性粒子を混合した放熱材を熱処理する温度は、特に限定されず、用いるシリコーンまたは半導体素子の耐熱温度以下の適当な温度から選択すればよいが、一般的に約７０〜２５０℃の範囲内、好ましくは１２０〜２００℃の範囲内がよい。
【００１４】この熱処理は放熱材を半導体素子および冷却ブロックの間に塗布してから行うことが最適の熱伝導性が得られるので望ましく、また熱硬化性シリコーンの場合にはこの段階で行うほかない。また、フィラーとして少なくとも銀粒子を用い且つ熱処理を施す場合、銀粒子と共に第２の熱伝導性粒子、例えば、グラファイト、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、銅、アルミナ、窒化ホウ素、アルミニウムなどの１種または２種以上を同時に混合しても、本発明の銀粒子の効果は失われない。
【００１５】それのみならず、銀粒子と特定の第２の熱伝導性粒子、特にグラファイト粒子、アルミニウムを組み合わせて混合した場合には、混合自体の相乗効果が奏されることも見出された。２種類のフィラー混合で熱伝導率向上の相乗効果（含有率向上）が奏されることは公知であるが、銀粒子と特定の第２の熱伝導性粒子の組み合わせでは、放熱材中で特異な充填状態が実現されて、熱伝導性がさらに特異的に顕著な改良を示すものと考えられる。
【００１６】銀粒子と第２の熱伝導性粒子の組み合わせ混合の相乗効果は、銀粒子と第２の熱伝導性粒子の混合比が前者の両者合計に対する体積比で０．２〜０．６７の範囲内、特に０．４２のときに好適に達成され、また粒径の比が前者対後者の比で０．１２〜０．８４、より好ましくは０．１２５〜０．５の範囲内、特に０．１７のときに好適に達成される。このような混合比、粒径比のときに、フィラーの含有率が向上し、また銀粒子との混合の効果が表れて、放熱材の熱伝導率が顕著に向上する効果が得られるものと考えられる。
【００１７】このように、シリコーンに銀粒子と特定の第２の熱伝導性粒子、特にグラファイト粒子を組み合わせて混合する場合に熱伝導率が特異的に向上する相乗効果は、熱処理をしない場合にも得られることが確認され、これは本発明の第２の側面をなすものである。こうして、本発明の第２の側面によれば、シリコーンに銀粒子とグラファイト粒子を混合した放熱材が提供される。この場合の銀粒子とグラファイト粒子の粒子径の比などは加熱処理をする場合に述べた上記の条件でよい。銀粒子と第２の熱伝導性粒子の混合比は前者の両者合計に対する体積比で０．１２〜０．８４の範囲内、特に０．４２がよく、また粒径の比が前者対後者の比で好ましくは０．１２〜０．８４、より好ましくは０．１２５〜０．５の範囲内、特に０．１７がよい。
【００１８】本発明の第３の側面によれば、上記の放熱材を特に半導体素子の放熱材用途を意図して、シリコーンに少なくとも銀粒子と任意に第２の熱伝導性粒子、特にグラファイト粒子を混合し、加熱処理する工程を含むことを特徴とする放熱材の製造方法が提供される。放熱材は半導体素子と放熱部材の間のように用途場所に適用してから熱処理することが好ましい。熱処理の条件などは上記と同じでよい。
【００１９】
【実施例】（従来例１，２）シリコーンオイル（信越化学工業KF96-100、粘度100mPs・s、熱伝導率0.16W/mK）に窒化アルミニウム粒子（球状、平均粒径３μｍ）をその含有率が組成物全体を基準にした５９体積％になるように添加し、攪拌器で混合して従来例の放熱材を得た。窒化アルミニウム粒子は添加量をこれ以上増加させると粘度が上昇するので、含有率５９体積％が限界である。
【００２０】放熱材の熱伝導率の測定方法は次のとおりである。放熱材を２枚の銅板の間に挟み、銅製治具を用いてネジで固定する。このとき所定の大きさのガラスビーズを銅板の間に入れて放熱材の厚さを調節する。治具上に接して配置されたヒータから一方の銅版を加熱して所定の熱量を加え、その時の放熱材を挟んだ銅版の温度差を測定することで、熱伝導率を算出する。熱伝導率λはλ＝Ｑｈ／ＡΔＴ（式中、Ｑは熱量（Ｗ）、ｈは放熱材の厚さ（ｍ）、Ａは放熱材を挟む銅板の面積（ｍ2）、ΔＴは放熱材を挟む銅板の間の温度差である）から計算される。
【００２１】従来例の放熱材の熱伝導率は１．３Ｗ／ｍＫであった。また、参考のために、従来例１の放熱材を銅版間に挟んだ状態で１５０℃、３０分間熱処理してから、同様に熱伝導率を測定したが（従来例２）、熱伝導率に変化は見られなかった。即ち、従来例では加熱処理の有無による熱伝導率に変化は見られない。
【００２２】（比較例１）シリコーンゲル（熱硬化性シリコーン、東レダウコーニング製LDT-087、粘度400mPs・s、熱伝導率W/mK）に銀粒子（フレーク状、平均粒径２．５μｍ）を、銀粒子の含有率を４１体積％にして混合して放熱材を作成した。銀粒子の含有率を５９体積％ではなく４１体積％にした理由は銀粒子をこれ以上添加すると粘度が上昇するのでこれが限界である。なお、比較例１では、シリコーンオイルをシリコーンゲルに変えたが、基材としてシリコーンオイルとシリコーンゲルを用いた場合に熱伝導率に差が生じない。
【００２３】上記の如く熱伝導率を測定したが、熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫであり、従来例１と比べて熱伝導率の向上は見られなかった。
（比較例２）従来例１の窒化アルミニウム粒子に代えてグラファイト粒子（不定形、平均粒径１５μｍ）を用い、グラファイト粒子の含有率を６３体積％にし、シリコーンオイルの代わりにシリコーンゲルを用いた以外、従来例１と同様にして放熱材を作成した。
【００２４】上記の如く熱伝導率を測定したが、熱伝導率は１．２Ｗ／ｍＫであり、従来例１と比べて熱伝導率の向上は見られなかった。次いでこの放熱材を基材上に塗布し、１５０℃で３０分間熱処理を施してから、上記の如く熱伝導率を測定したが、熱伝導率は１．２Ｗ／ｍＫのままであり、熱処理を施しても熱伝導率に変化は見られなかった。
【００２５】（実施例１）比較例１の放熱材と同様に銀粒子含有放熱材を作成し、これを基材上に塗布後に１５０℃、３０分間の熱処理を施した。なお、実施例１〜７では放熱材の耐久性を考慮してシルコーンゲルを用いたが、上記の如く基材としてシリコーンオイルとシルコーンゲルは加熱しなければ熱先導率に差はないし、加熱した場合も従来例１，２に見られると同様に本来放熱性に差はないものである。実施例のゲル化で放熱性に差が生じているのは、銀粒子を含むシルコーンを加熱処理したことによる効果であり、シリコーンオイルとシルコーンゲルの相違ではない。
【００２６】上記の如く熱伝導率を測定したところ、熱伝導率は１．４Ｗ／ｍＫであり、熱処理をしていない比較例１の０．８Ｗ／ｍＫと比べて熱伝導率が顕著に向上しており、しかも従来例１と比べても熱伝導率が向上している。一方、従来例２の参考加熱例および比較例２と比較すると、銀粒子を混合した場合には熱処理により特異的に熱伝導率が向上していることが理解される。
【００２７】（実施例２）シルコーンゲルに銀粒子（フレーク状、平均粒径２．５μｍ）およびグラファイト粒子（不定形、平均粒径１５μｍ）の両方を混合した。銀粒子の量はグラファイト粒子との合計量を基準に４２％体積％であり、フィラーは全体として５７体積％の含有率になるように添加した。なお、放熱材中における銀粒子だけの添加量は５７×０．４２＝２３．９体積％、グラファイト粒子だけの添加量は５７×０．５８＝３３．１体積％である。
【００２８】この放熱材について熱処理を施すことなく、上記の如く熱伝導率を測定したところ、熱伝導率は２．３Ｗ／ｍＫであり、銀粒子だけを添加した比較例１（０．８Ｗ／ｍＫ）と比べて熱伝導率が顕著に向上しており、しかも従来例（１．３Ｗ／ｍＫ）と比べても熱伝導率が顕著に向上している。
（実施例３）実施例２の放熱材について１５０℃、３０分間の熱処理をしてから、上記の如く熱伝導率を測定したところ、熱伝導率は５．３Ｗ／ｍＫであり、熱処理をしていない実施例２（２．３Ｗ／ｍＫ）と比べて熱伝導率が顕著に向上しており、従来例（１．３Ｗ／ｍＫ）と比べるとその熱伝導率の向上は極めて顕著、飛躍的である。
【００２９】（実施例４〜１１）実施例３と同様であるが、銀粒子およびグラファイト粒子の混合割合および全体の添加量を表に示すように変えて、放熱材に熱処理を施した。また、銀粒子として球状粒子を用いたもの、また銀粒子とアルミニウム粒子を組み合わせた場合について、表に示した混合割合および全体の添加量を用いて、放熱材に熱処理を施しまた施さずに実施した。
【００３０】なお、実施例１０，１１では同じゲル化用シリコーン組成物（加熱すると硬化してゲルになるシリコーン組成物、表では単にシリコーンゲルと表記している）を用い、加熱処理なしの実施例１０と加熱処理ありの実施例１１を比較したが、実施例１０では加熱処理していないのでシリコーンはオイル状である。これらの放熱材について上記の如く熱伝導率を測定した結果を表に示す。本発明の効果が明らかである。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、シリコーンに、銀、さらには銀とグラファイトその他の熱伝導性粒子の組み合わせを混合しかつ熱処理を施すことにより、従来と比べて顕著に高い熱伝導性の放熱材が提供される。また、シリコーンに銀とグラファイトの組み合わせを混合する場合には、熱処理を施さなくても、従来と比べて顕著に高い熱伝導性の放熱材が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＩＧＢＴパワーモジュール製品の構造例を示す。
【符号の説明】
１…半導体素子（１ｂ 基板）
２…冷却ブロック
３…放熱材
４…ネジ
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、放熱材および放熱材の製造方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】電気自動車のインバーター用に用いられるＩＧＢＴパワーモジュールのように発熱性の高い半導体素子の放熱用途には、半導体素子と冷却又は放熱ブロックの間の熱的接続に放熱材が用いられている。図１に１例を示す。半導体素子１（より具体的には半導体チップ１ａの基板１ｂ）と放熱フィンを有する冷却ブロック２の間に放熱材３が使用されている。半導体素子基板１と冷却ブロック２は固体同士であるためこれらを接合すると完全な密着が困難でその間に微細な隙間ができてしまい、それが熱伝導性、即ち、放熱性を低下させる原因になるが、熱伝導性の高い液状放熱材３を介在させて接合することにより、放熱特性を改良するものである。なお、半導体素子基板１と冷却ブロック２の間はネジ４などで固定される。
【０００３】従来の液状放熱材は、樹脂中に高熱伝導性フィラー、例えば、酸化亜鉛、アルミナ、窒化アルミニウムなどを多量に混合することにより、熱伝導性を高めている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、樹脂中にフィラーを多量に混合すると粘度が著しく上昇し、取り扱い作業性が低下する。そのため、樹脂中に混合できるフィラーの量には限界があり、せいぜい約６０〜８０重量％までであり、熱伝導性も約１〜２Ｗ／ｍＫが限度である。
【０００５】そこで、例えば、２種の大きさのフィラーを組み合わせて、フィラーの含有率を高めること（特開平３−１４８７３号公報）などが提案されている。確かにこのような方法でいくらかは熱伝導性を高めることができるが、それ以上には向上せず、大幅な改善は見込めない。本発明は、このような従来技術の現状に鑑みてなされたもので、放熱材の熱伝導性を向上させることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記のような目的を達成するために、鋭意検討したところ、全く予想外にも、シリコーンと特定のフィラーとを組み合わせた場合に、またさらに熱処理を組み合わせた場合に特異的に熱伝導性が高くなることを見出し、本発明を完成したものである。こうして、下記が提供される。
【０００７】（１）シリコーンに少なくとも銀粒子を含有しかつ加熱処理されて成ることを特徴とする放熱材。
（２）シリコーンに銀粒子と共にグラファイト、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、銅、アルミナ、窒化ホウ素、アルミニウムを第２の熱伝導性粒子として含み、銀粒子の含有体積比は銀粒子と第２の熱伝導性粒子の合計に対して０．２〜０．６７の範囲内である（１）記載の放熱材。
【０００８】（３）シリコーンに銀粒子とグラファイト粒子を含み、銀粒子のグラファイト粒子に対する粒径比は０．１２〜０．８４の範囲内である（１）（２）に記載の放熱材。
（４）半導体素子と冷却ブロックの間に用いられる（１）〜（３）記載の放熱材。
【０００９】（５）シリコーンに銀粒子とグラファイト粒子を含み、銀粒子の含有体積比は銀粒子とグラファイト粒子の合計に対して０．１２〜０．８４の範囲内であることを特徴とする放熱材。
（６）シリコーンに少なくとも銀粒子を含む熱伝導性粒子を添加し、加熱処理することを特徴とする放熱材の製造方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の放熱材の液状樹脂基材としては、シリコーンを用いる。本発明の放熱材では、シリコーンに銀その他の特定のフィラーを混合した場合に特異的に高い熱伝導性が示されることを見出したものである。放熱材の液状樹脂基材として用いられるシリコーンはそれ自体は知られているので、その中から適当に選択使用すればよい。
【００１１】シリコーンとしてはオイル、ゲルまたはゴムなどのいずれでもよい。シリコーンのゲルまたはゴムはシリコーンを加熱などの処理によりゲル状またはゴム状になるものをいう。本発明では、特にシリコーンのゲルまたはゴムを用いることが好ましく、付加型シリコーンゴムの架橋密度を制御したシリコーンゲルが最も好ましい。シリコーンゲルまたはゴムは半導体素子を冷却ブロックの間を接着する作用は高く、しかも耐久性に優れており、また熱硬化のための加熱処理によって銀粒子の熱処理を兼ねることができる利点もある。
【００１２】シリコーンオイルの粘度またはシリコーンゲルまたはゴムの硬化前（オイル状）の粘度は０．１〜１．５Ｐａ・ｓの範囲内が好ましい。本発明は第１の側面において、放熱材はフィラーとして少なくとも銀粒子を用い、且つ熱処理を施すことにより、特異的に高い熱伝導性が得られることを見出した。この効果は熱処理後のシリコーンがオイルでも硬化したゲルまたはゴムでも同様に得られる。シリコーンに銀粒子を混合し、熱処理を施すことにより特異的に高い熱伝導性が得られる理由は、限定するわけではないが、塗布後に加熱するとフィラーが凝集して達成されるフィラーどうしの接触度合いが改良されるためと考えられる。フィラーを混合した液状樹脂を熱処理すると熱伝導性が向上する効果は、例えば、従来の代表的なフィラーである窒化アルミニウムでは観測されず、しかしシリコーン以外の樹脂、銀以外の粒子でも僅かに観測される場合もあったが、熱伝導性の改良効果はシリコーンに銀粒子を混合した特定の場合に特別に高い改良を示した。銀粒子はシリコーンとの相溶性は良くないので凝集し易いことが効いていると考えられる。このようにして、本発明の第１の側面によれば、特定のフィラー組成と後処理によってフィラーどうしの接触度合いを改良することにより、フィラー含有率は増加させることなく、熱伝導率を大幅に向上させることが可能になる。
【００１３】銀粒子の形状、寸法は特に限定されないが、フレーク状粒子で最も高い改良効果が見出された。粒子の平均粒径は０．５〜７μｍ、特に２．５〜４μｍの範囲内が好ましい。０．５μｍ未満ではフィラー充填率が悪く、熱伝導率が向上せず、７μｍ超ではフィラーと樹脂の分離が著しい。シリコーンに銀粒子と任意に第２の熱伝導性粒子を混合した放熱材を熱処理する温度は、特に限定されず、用いるシリコーンまたは半導体素子の耐熱温度以下の適当な温度から選択すればよいが、一般的に約７０〜２５０℃の範囲内、好ましくは１２０〜２００℃の範囲内がよい。
【００１４】この熱処理は放熱材を半導体素子および冷却ブロックの間に塗布してから行うことが最適の熱伝導性が得られるので望ましく、また熱硬化性シリコーンの場合にはこの段階で行うほかない。また、フィラーとして少なくとも銀粒子を用い且つ熱処理を施す場合、銀粒子と共に第２の熱伝導性粒子、例えば、グラファイト、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、銅、アルミナ、窒化ホウ素、アルミニウムなどの１種または２種以上を同時に混合しても、本発明の銀粒子の効果は失われない。
【００１５】それのみならず、銀粒子と特定の第２の熱伝導性粒子、特にグラファイト粒子、アルミニウムを組み合わせて混合した場合には、混合自体の相乗効果が奏されることも見出された。２種類のフィラー混合で熱伝導率向上の相乗効果（含有率向上）が奏されることは公知であるが、銀粒子と特定の第２の熱伝導性粒子の組み合わせでは、放熱材中で特異な充填状態が実現されて、熱伝導性がさらに特異的に顕著な改良を示すものと考えられる。
【００１６】銀粒子と第２の熱伝導性粒子の組み合わせ混合の相乗効果は、銀粒子と第２の熱伝導性粒子の混合比が前者の両者合計に対する体積比で０．２〜０．６７の範囲内、特に０．４２のときに好適に達成され、また粒径の比が前者対後者の比で０．１２〜０．８４、より好ましくは０．１２５〜０．５の範囲内、特に０．１７のときに好適に達成される。このような混合比、粒径比のときに、フィラーの含有率が向上し、また銀粒子との混合の効果が表れて、放熱材の熱伝導率が顕著に向上する効果が得られるものと考えられる。
【００１７】このように、シリコーンに銀粒子と特定の第２の熱伝導性粒子、特にグラファイト粒子を組み合わせて混合する場合に熱伝導率が特異的に向上する相乗効果は、熱処理をしない場合にも得られることが確認され、これは本発明の第２の側面をなすものである。こうして、本発明の第２の側面によれば、シリコーンに銀粒子とグラファイト粒子を混合した放熱材が提供される。この場合の銀粒子とグラファイト粒子の粒子径の比などは加熱処理をする場合に述べた上記の条件でよい。銀粒子と第２の熱伝導性粒子の混合比は前者の両者合計に対する体積比で０．１２〜０．８４の範囲内、特に０．４２がよく、また粒径の比が前者対後者の比で好ましくは０．１２〜０．８４、より好ましくは０．１２５〜０．５の範囲内、特に０．１７がよい。
【００１８】本発明の第３の側面によれば、上記の放熱材を特に半導体素子の放熱材用途を意図して、シリコーンに少なくとも銀粒子と任意に第２の熱伝導性粒子、特にグラファイト粒子を混合し、加熱処理する工程を含むことを特徴とする放熱材の製造方法が提供される。放熱材は半導体素子と放熱部材の間のように用途場所に適用してから熱処理することが好ましい。熱処理の条件などは上記と同じでよい。
【００１９】
【実施例】（従来例１，２）シリコーンオイル（信越化学工業KF96-100、粘度100mPs・s、熱伝導率0.16W/mK）に窒化アルミニウム粒子（球状、平均粒径３μｍ）をその含有率が組成物全体を基準にした５９体積％になるように添加し、攪拌器で混合して従来例の放熱材を得た。窒化アルミニウム粒子は添加量をこれ以上増加させると粘度が上昇するので、含有率５９体積％が限界である。
【００２０】放熱材の熱伝導率の測定方法は次のとおりである。放熱材を２枚の銅板の間に挟み、銅製治具を用いてネジで固定する。このとき所定の大きさのガラスビーズを銅板の間に入れて放熱材の厚さを調節する。治具上に接して配置されたヒータから一方の銅版を加熱して所定の熱量を加え、その時の放熱材を挟んだ銅版の温度差を測定することで、熱伝導率を算出する。熱伝導率λはλ＝Ｑｈ／ＡΔＴ（式中、Ｑは熱量（Ｗ）、ｈは放熱材の厚さ（ｍ）、Ａは放熱材を挟む銅板の面積（ｍ2）、ΔＴは放熱材を挟む銅板の間の温度差である）から計算される。
【００２１】従来例の放熱材の熱伝導率は１．３Ｗ／ｍＫであった。また、参考のために、従来例１の放熱材を銅版間に挟んだ状態で１５０℃、３０分間熱処理してから、同様に熱伝導率を測定したが（従来例２）、熱伝導率に変化は見られなかった。即ち、従来例では加熱処理の有無による熱伝導率に変化は見られない。
【００２２】（比較例１）シリコーンゲル（熱硬化性シリコーン、東レダウコーニング製LDT-087、粘度400mPs・s、熱伝導率W/mK）に銀粒子（フレーク状、平均粒径２．５μｍ）を、銀粒子の含有率を４１体積％にして混合して放熱材を作成した。銀粒子の含有率を５９体積％ではなく４１体積％にした理由は銀粒子をこれ以上添加すると粘度が上昇するのでこれが限界である。なお、比較例１では、シリコーンオイルをシリコーンゲルに変えたが、基材としてシリコーンオイルとシリコーンゲルを用いた場合に熱伝導率に差が生じない。
【００２３】上記の如く熱伝導率を測定したが、熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫであり、従来例１と比べて熱伝導率の向上は見られなかった。
（比較例２）従来例１の窒化アルミニウム粒子に代えてグラファイト粒子（不定形、平均粒径１５μｍ）を用い、グラファイト粒子の含有率を６３体積％にし、シリコーンオイルの代わりにシリコーンゲルを用いた以外、従来例１と同様にして放熱材を作成した。
【００２４】上記の如く熱伝導率を測定したが、熱伝導率は１．２Ｗ／ｍＫであり、従来例１と比べて熱伝導率の向上は見られなかった。次いでこの放熱材を基材上に塗布し、１５０℃で３０分間熱処理を施してから、上記の如く熱伝導率を測定したが、熱伝導率は１．２Ｗ／ｍＫのままであり、熱処理を施しても熱伝導率に変化は見られなかった。
【００２５】（実施例１）比較例１の放熱材と同様に銀粒子含有放熱材を作成し、これを基材上に塗布後に１５０℃、３０分間の熱処理を施した。なお、実施例１〜７では放熱材の耐久性を考慮してシルコーンゲルを用いたが、上記の如く基材としてシリコーンオイルとシルコーンゲルは加熱しなければ熱先導率に差はないし、加熱した場合も従来例１，２に見られると同様に本来放熱性に差はないものである。実施例のゲル化で放熱性に差が生じているのは、銀粒子を含むシルコーンを加熱処理したことによる効果であり、シリコーンオイルとシルコーンゲルの相違ではない。
【００２６】上記の如く熱伝導率を測定したところ、熱伝導率は１．４Ｗ／ｍＫであり、熱処理をしていない比較例１の０．８Ｗ／ｍＫと比べて熱伝導率が顕著に向上しており、しかも従来例１と比べても熱伝導率が向上している。一方、従来例２の参考加熱例および比較例２と比較すると、銀粒子を混合した場合には熱処理により特異的に熱伝導率が向上していることが理解される。
【００２７】（実施例２）シルコーンゲルに銀粒子（フレーク状、平均粒径２．５μｍ）およびグラファイト粒子（不定形、平均粒径１５μｍ）の両方を混合した。銀粒子の量はグラファイト粒子との合計量を基準に４２％体積％であり、フィラーは全体として５７体積％の含有率になるように添加した。なお、放熱材中における銀粒子だけの添加量は５７×０．４２＝２３．９体積％、グラファイト粒子だけの添加量は５７×０．５８＝３３．１体積％である。
【００２８】この放熱材について熱処理を施すことなく、上記の如く熱伝導率を測定したところ、熱伝導率は２．３Ｗ／ｍＫであり、銀粒子だけを添加した比較例１（０．８Ｗ／ｍＫ）と比べて熱伝導率が顕著に向上しており、しかも従来例（１．３Ｗ／ｍＫ）と比べても熱伝導率が顕著に向上している。
（実施例３）実施例２の放熱材について１５０℃、３０分間の熱処理をしてから、上記の如く熱伝導率を測定したところ、熱伝導率は５．３Ｗ／ｍＫであり、熱処理をしていない実施例２（２．３Ｗ／ｍＫ）と比べて熱伝導率が顕著に向上しており、従来例（１．３Ｗ／ｍＫ）と比べるとその熱伝導率の向上は極めて顕著、飛躍的である。
【００２９】（実施例４〜１１）実施例３と同様であるが、銀粒子およびグラファイト粒子の混合割合および全体の添加量を表に示すように変えて、放熱材に熱処理を施した。また、銀粒子として球状粒子を用いたもの、また銀粒子とアルミニウム粒子を組み合わせた場合について、表に示した混合割合および全体の添加量を用いて、放熱材に熱処理を施しまた施さずに実施した。
【００３０】なお、実施例１０，１１では同じゲル化用シリコーン組成物（加熱すると硬化してゲルになるシリコーン組成物、表では単にシリコーンゲルと表記している）を用い、加熱処理なしの実施例１０と加熱処理ありの実施例１１を比較したが、実施例１０では加熱処理していないのでシリコーンはオイル状である。これらの放熱材について上記の如く熱伝導率を測定した結果を表に示す。本発明の効果が明らかである。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、シリコーンに、銀、さらには銀とグラファイトその他の熱伝導性粒子の組み合わせを混合しかつ熱処理を施すことにより、従来と比べて顕著に高い熱伝導性の放熱材が提供される。また、シリコーンに銀とグラファイトの組み合わせを混合する場合には、熱処理を施さなくても、従来と比べて顕著に高い熱伝導性の放熱材が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＩＧＢＴパワーモジュール製品の構造例を示す。
【符号の説明】
１…半導体素子（１ｂ 基板）
２…冷却ブロック
３…放熱材
４…ネジ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 シリコーンに少なくとも銀粒子を含有しかつ加熱処理されて成ることを特徴とする放熱材。
【請求項２】 シリコーンに銀粒子と共にグラファイト、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、銅、アルミナ、窒化ホウ素、アルミニウムの少なくとも１種を第２の熱伝導性粒子として含み、銀粒子の含有体積比は銀粒子と第２の熱伝導性粒子の合計に対して０．２〜０．６７の範囲内である請求項１記載の放熱材。
【請求項３】 シリコーンに銀粒子とグラファイト粒子を含み、銀粒子のグラファイト粒子に対する粒径比は０．１２〜０．８４の範囲内である請求項１または２に記載の放熱材。
【請求項４】 前記放熱材は半導体素子と冷却ブロックの間に用いられる請求項１〜３のいずれか１項に記載の放熱材。
【請求項５】 シリコーンに銀粒子とグラファイト粒子を含み、銀粒子の含有体積比は銀粒子とグラファイト粒子の合計に対して０．１２〜０．８４の範囲内であることを特徴とする放熱材。
【請求項６】 シリコーンに少なくとも銀粒子を含む熱伝導性粒子を添加し、加熱処理することを特徴とする放熱材の製造方法。
【請求項１】 シリコーンに少なくとも銀粒子を含有しかつ加熱処理されて成ることを特徴とする放熱材。
【請求項２】 シリコーンに銀粒子と共にグラファイト、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、銅、アルミナ、窒化ホウ素、アルミニウムの少なくとも１種を第２の熱伝導性粒子として含み、銀粒子の含有体積比は銀粒子と第２の熱伝導性粒子の合計に対して０．２〜０．６７の範囲内である請求項１記載の放熱材。
【請求項３】 シリコーンに銀粒子とグラファイト粒子を含み、銀粒子のグラファイト粒子に対する粒径比は０．１２〜０．８４の範囲内である請求項１または２に記載の放熱材。
【請求項４】 前記放熱材は半導体素子と冷却ブロックの間に用いられる請求項１〜３のいずれか１項に記載の放熱材。
【請求項５】 シリコーンに銀粒子とグラファイト粒子を含み、銀粒子の含有体積比は銀粒子とグラファイト粒子の合計に対して０．１２〜０．８４の範囲内であることを特徴とする放熱材。
【請求項６】 シリコーンに少なくとも銀粒子を含む熱伝導性粒子を添加し、加熱処理することを特徴とする放熱材の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２００２−２９９５３４（Ｐ２００２−２９９５３４Ａ）
【公開日】平成１４年１０月１１日（２００２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００１−１０３６８３（Ｐ２００１−１０３６８３）
【出願日】平成１３年４月２日（２００１．４．２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１４年１０月１１日（２００２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１３年４月２日（２００１．４．２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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