熱伝導性成形体
【課題】高分子マトリクスと、可塑剤と、熱伝導性充填材とを含む熱伝導性成形体について、その原料となる液状混合組成物の粘度を低く抑えることができ、且つオイルブリードを抑制した熱伝導性成形体を提供すること。
【解決手段】高分子マトリクスが、オレフィン系液状樹脂の硬化体でなり、可塑剤が、炭酸ジアルキルと引火点２５０℃以上の非シリコーン系オイルとを含んでなり、炭酸ジアルキルと非シリコーン系オイルの合計に対する炭酸ジアルキルの重量比率が０．０５以上０．８５未満であり、且つ炭酸ジアルキルの含有量が前記高分子マトリクス１００重量部に対して１００重量部未満とした。
【解決手段】高分子マトリクスが、オレフィン系液状樹脂の硬化体でなり、可塑剤が、炭酸ジアルキルと引火点２５０℃以上の非シリコーン系オイルとを含んでなり、炭酸ジアルキルと非シリコーン系オイルの合計に対する炭酸ジアルキルの重量比率が０．０５以上０．８５未満であり、且つ炭酸ジアルキルの含有量が前記高分子マトリクス１００重量部に対して１００重量部未満とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱する電子部品に貼付してその電子部品の放熱や冷却という熱対策部材として用いる熱伝導性成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
粘度の低い液状ポリマーに多量の熱伝導性充填材を混合して液状混合組成物とし、この液状混合組成物を所定の形状に硬化させることで、熱伝導性の高い熱伝導性成形体が得られることが知られている。
こうした液状ポリマーとして液状シリコーンが好適に用いられていたが、低分子シロキサンによる接点不良を誘発するおそれがあることなどから、非シリコーン系の液状ポリマーに代替することへの市場の要求が強くなっている。こうした要求に対して、特開２００６−３１２７０８号公報（特許文献１）には、非シリコーン系の液状ポリマーとしてポリ−α−オレフィン系樹脂を用いた例が記載されている。
【０００３】
しかしながら、熱伝導率を高くするためには熱伝導性充填材を多量に含有させる必要があるが、熱伝導性充填材を高充填した液状ポリマーは粘度が高くなって製造が困難になる。一方、粘度を下げるために可塑剤を多量に添加するとオイルブリードが起こるという課題があった。また、低粘度の可塑剤を選択すると引火点が低く熱伝導性成形体とした場合に難燃性が低下するという課題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３１２７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明は、熱伝導性成形体の原料となる、液状ポリマーに熱伝導性充填材を含有させた液状混合組成物の粘度を低く抑えることができ、且つオイルブリードを抑制した熱伝導性成形体を提供することを目的とする。また、難燃性に優れた熱伝導性成形体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく本発明は以下のように構成される。
高分子マトリクスと、可塑剤と、熱伝導性充填材とを含む熱伝導性成形体について、高分子マトリクスが、オレフィン系液状樹脂の硬化体でなり、可塑剤が、炭酸ジアルキルと引火点２５０℃以上の非シリコーン系オイルとを含んでなり、炭酸ジアルキルと非シリコーン系オイルの合計に対する炭酸ジアルキルの重量比率が０．０５以上０．８５未満であり、且つ炭酸ジアルキルの含有量が前記高分子マトリクス１００重量部に対して１００重量部未満であることを特徴とする熱伝導性成形体である。
【０００７】
可塑剤に炭酸ジアルキルと引火点が２５０℃以上の非シリコーン系オイルとを含み、炭酸ジアルキルと引火点２５０℃以上の非シリコーン系オイルとの合計に対する炭酸ジアルキルの重量比率を０．０５以上０．８５未満としたため、難燃性に優れ、オイルブリードが少なく熱伝導性充填材を高充填させることが可能な熱伝導性成形体とすることができる。
【０００８】
炭酸ジアルキルを混合することで可塑剤の含有量を少なくしても液状混合組成物の粘度を低くすることができる。よって、オイルブリードを抑制することができる程度に可塑剤の含有量を少なくすることができる。また熱伝導性成形体を製造する時に気泡を除去し易く、高品質の熱伝導性成形体を容易に製造することができる。換言すれば、液状混合組成物の粘度を製造可能な範囲で最大に設定した場合に、引火点２５０℃以上の非シリコーン系オイルのみを可塑剤として用いた場合よりも熱伝導性充填材を高充填することができるということであり、熱伝導性成形体の熱伝導率を高めることができる。
【０００９】
また、炭酸ジアルキルの含有量を高分子マトリクス１００重量部に対し１００重量部未満としたため、難燃性に優れた熱伝導性成形体とすることができる。炭酸ジアルキルの含有量が１００重量部を超えると、熱伝導性成形体の難燃性が低下するおそれがあるためである。
【００１０】
炭酸ジアルキルと非シリコーン系オイルの合計の含有量が高分子マトリクス１００重量部に対して１２１重量部〜２５７重量部とすることができる。１２１重量部より少ないと、熱伝導性充填材を高充填することができず、熱伝導性成形体の熱伝導率を十分に高めることができない。一方、２５７重量部を超えるとオイルブリードが発生するおそれがある。
【００１１】
熱伝導性充填材には金属水酸化物を含むものとすることができる。換言すれば、熱伝導性充填材の一部に金属水酸化物を含むものとすることができ、また、熱伝導性充填材の全てを金属水酸化物とすることができる。熱伝導性充填材に金属水酸化物を用いることで、熱伝導性成形体の難燃性を高めることができ、また、熱伝導性成形体に占める熱伝導性充填材の量を相対的に高めることができる。
【００１２】
また、高分子マトリクスはポリイソブチレンを主成分とすることが好適である。ポリイソブチレンは、オレフィン系液状樹脂の中でも比較的耐熱性が高く、機械的強度が高いからである。そのため、高温での使用や、長期の使用に好適な熱伝導性成形体とすることができる。
【００１３】
また、引火点が２５０℃以上の非シリコーン系オイルをパラフィンオイルとすることができる。パラフィンオイルと炭酸ジアルキルを組合せた可塑剤は、それぞれの単独の粘度の平均値よりも低粘度になるという相乗効果があるため、難燃性の低下を抑えながら、効果的に低粘度化することができるためである。
そして、こうした組合せを採用することで、熱伝導性をより高めた配合において、作業性の良い液状混合組成物を得ることでき、製造が容易で、可塑剤のオイルブリードを抑制した難燃性の高い熱伝導性成形体を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の熱伝導性成形体によれば、熱伝導性充填材を高充填しても作業性の良い液状混合組成物を得ることでき、製造が容易で、オイルブリードが抑制された熱伝導性成形体である。また、難燃性に優れた熱伝導性成形体である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】可塑剤配合量と粘度の関係を示す図である。
【図２】等粘度曲線を説明する図である。
【図３】試料１〜試料１１のプロットと等粘度曲線を説明する図である。
【図４】炭酸ジアルキルの量が１００重量部未満の範囲を説明する図である。
【図５】ブリードの限界値を説明する図である。
【図６】最適な炭酸ジアルキルの割合の範囲を説明する図である。
【図７】熱抵抗を評価する装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の熱伝導性成形体は、オレフィン系液状樹脂でなる高分子マトリクスと、炭酸ジアルキルと引火点２５０℃以上の非シリコーン系オイルとを所定割合で含む可塑剤と、熱伝導性充填材とでなる液状混合組成物を硬化した硬化体である。以下これらの成分について説明する。
【００１７】
高分子マトリクス： 高分子マトリクスにはオレフィン系液状樹脂が用いられる。オレフィン系液状樹脂は非シリコーン系高分子であることから、低分子シロキサンに起因する接点障害などが発生するおそれがない。また、オレフィン系液状樹脂は、非シリコーン系高分子の中でも熱伝導性充填材を混合する製造段階で脱泡性が良く、ポットライフが比較的長い硬化系を調整することができる。また、熱伝導性成形体として必要な耐熱性を有することができる。
分子内に反応性の官能基を有する液状樹脂を用いたことで、液状混合組成物を硬化して熱伝導性成形体を形成することができる。具体的には、アリル基、ビニル基などを有するオレフィン系液状樹脂を用いることができ、反応性とポットライフのバランスからアリル末端の液状樹脂とすることが好ましい。
【００１８】
液状樹脂の数平均分子量は、好ましくは１０００〜２００００の範囲であり、より好ましくは５０００〜７０００の範囲である。数平均分子量が１０００未満では、硬化後に充分な架橋構造をとることができず、熱伝導性成形体の機械的強度が低下して、脆くなるおそれがある。一方、数平均分子量が２００００を越えると、粘度が高くなり、熱伝導性充填材を高充填し難くなる。
こうしたオレフィン系液状樹脂としては、ポリイソブチレン、エチレン−プロピレン系ポリマーを挙げることができる。
【００１９】
熱伝導性充填材： 熱伝導性充填材としては、高い熱伝導性を有する金属、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属水酸化物、炭素質フィラーなどを用いることができる。具体的には、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭素繊維、黒鉛などが挙げられる。これらの熱伝導性充填材の中で、電気絶縁性が要求される用途では、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属水酸化物などが好適であり、またこれらの中でも難燃性を高める観点から金属水酸化物を用いることが好ましい。一方、熱伝導性を高める観点からは炭素繊維を用いることが好ましい。炭素繊維はまた、反磁性体であり磁場により任意の方向に均一に配向させやすい。磁場により熱伝導性充填材を配向させる場合には、磁場発生装置として、具体的には、永久磁石や電磁石、超伝導磁石などを用いることができる。
熱伝導性充填材は一の種類を単独で用いてもよいが、複数の種類を混合して用いることで熱伝導性や難燃性をバランスよく高めることができる。また、絶縁性の付与や充填性の向上及び劣化の抑制などのために表面処理を施した熱伝導性充填材を用いてもよい。
【００２０】
熱伝導性充填材の含有量は、高分子マトリクス１００重量部に対して好ましくは１５０重量部から５４００重量部の範囲である。１５０重量部より少ないと、熱伝導性成形体の熱伝導性を高めることができず、５４００重量部より多いと、粘度が増加して成形性が悪化したり、硬度が増して接触熱抵抗が高くなり熱特性が悪くなったりするおそれがある。
形状も特に限定されるものではなく、例えば、片鱗状、針状、粒状等の熱伝導性充填材を用いることができる。これらの形状の中では、高分子マトリクス中に高充填しやすい粒状や、磁場や電場、あるいは流動場や剪断場によって任意の方向に配向させることができる繊維状が好ましい。
【００２１】
熱伝導性充填材の粒径は、好ましくは０．１μｍ〜１００μｍであり、より好ましくは１μｍ〜５０μｍである。０．１μｍよりも小さいと、液状混合組成物の粘度が上昇してシート等への成形が困難になる。１００μｍより大きいと熱伝導性成形体の硬さが硬くなるおそれがある。粒径については、均一な粒径のものを用いても良いが、高充填するため、あるいは熱伝導性成形体の硬さを柔軟にするために、２種類以上の異なる平均粒径を有する熱伝導性充填材を混合することが好ましい。
【００２２】
可塑剤： 可塑剤は、第１に液状樹脂に熱伝導性充填材を含有した液状混合組成物の粘度を低くするための成分である。そして、第２に熱伝導性成形体の硬さを柔らかくするための成分でもある。こうした可塑剤には、炭酸ジアルキルと引火点２５０℃以上の非シリコーン系オイルとを含んでいる。
引火点が２５０℃以上の非シリコーン系オイルの動粘度は、好適には７０ｍｍ２／ｓ〜４００ｍｍ２／ｓの範囲であり、液状混合組成物を低粘度にすることができる。また、熱伝導性成形体の難燃性を悪化させ難く、仮に高分子マトリクス１００重量部に非シリコーン系オイル３００重量部を添加しても高い難燃性（ＵＬ９４ Ｖ−０）を比較的容易に得ることができる。このような非シリコーン系オイルとしては、パラフィン系プロセスオイル、芳香族系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイル、エチレンとαオレフィンのコオリゴマーやこれらの混合物などが挙げられる。
【００２３】
炭酸ジアルキルの動粘度は好適には１０ｍｍ２／ｓ〜４０ｍｍ２／ｓであって比較的低粘度であり、少量の添加で液状混合組成物を低粘度にすることができる。１０ｍｍ２／ｓよりも低い場合には、低粘度化の効果は優れるものの揮発性が高くなるため、熱伝導性成形体の硬さが経時で硬くなるおそれがある。一方、４０ｍｍ２／ｓより高い場合には、低粘度化の効果が低くなる。炭酸ジアルキルとしては、ＲＯＣＯＯＲ（Ｒは炭素数が１０〜１８のアルキル基）が好ましい。炭酸ジアルキルは非シリコーン系オイルよりも効果的に低粘度にすることができ、例えば、高分子マトリクス１００重量部に対して炭酸ジアルキルを１５０重量部添加した液状混合組成物は、前記非シリコーン系オイルを３００重量部添加した液状混合組成物よりも低粘度となる。
【００２４】
炭酸ジアルキルと引火点２５０℃以上の非シリコーン系オイルの合計に対する炭酸ジアルキルの重量比率は０．０５以上０．８５未満である。こうした範囲で配合することで、液状混合組成物を低粘度にしながら、難燃性の低下を抑えた熱伝導性組成物を得ることができる。炭酸ジアルキルの重量比率が０．０５未満では、可塑剤がブリードしない含有量に止めながら、液状混合組成物を十分に低粘度化することができない。０．８５以上では、難燃性が低下しやすく、好適な粘度と難燃性の両立が困難になる。
【００２５】
炭酸ジアルキルの含有量は、高分子マトリクス１００重量部に対して１００重量部未満である。炭酸ジアルキルの含有量が１００重量部を超えると、熱伝導性成形体の難燃性が低下するおそれがあるためである。なお、高分子マトリクス１００重量部に対して１００重量部未満としているが、炭酸ジアルキルは必須の成分であるため、０重量部を超える量は含まれる。
【００２６】
炭酸ジアルキルと非シリコーン系オイルの合計の含有量は、高分子マトリクス１００重量部に対して１２１重量部〜２５７重量部とすることができる。１２１重量部未満では、熱伝導性充填材を高充填することができず、熱伝導性成形体の熱伝導性を高めることができない。一方、２５７重量部を超えると、可塑剤のブリードが多くなる。
【００２７】
なお、可塑剤としては比較的低粘度の可塑剤が一般的に好適であり、また、硬化後に硬くなり難い非反応性可塑剤が好適である。ところが、低粘度の可塑剤は引火点が低く、高分子マトリクスに混合すると、難燃性を低下させやすいという問題があり、また非反応性可塑剤を多量に添加すると熱伝導性成形体からブリードするおそれがあるという問題がある。特に、熱伝導性を高めるためには、熱伝導性充填材の充填量を多くする必要があり、それに伴い可塑剤の添加量も多くなるのでこうした問題点は解決する必要があった。炭酸ジアルキルも低粘度の可塑剤として難燃性を悪化させるおそれがあるという欠点を有するものの、原理は不明であるが、同程度の粘度の他の可塑剤と比較して少量の添加量で液状混合組成物を低粘度にする効果が特に高かった。そこで、この性質を利用して炭酸ジアルキルと非シリコーン系オイルとを上記所定の割合で組合せることによってこれらの問題点を解決できたのである。
【００２８】
その他の成分： 熱伝導性成形体の難燃性を高めるために、難燃剤を加えることが好ましい。難燃剤としてはリン系難燃剤、窒素系難燃剤、金属水酸化物などを用いることができ、適宜難燃助剤などを併用することができる。また、熱伝導性充填材の分散性を高めるために、分散剤やカップリング剤を混合することができる。さらに、耐候性を高めるために、酸化防止剤や老化防止剤を添加することができる。また、液状混合組成物には、生産性、耐候性、および耐熱性などの向上を目的として、さらに触媒、硬化遅延剤、劣化防止剤等を含んでもよい。こうした以外にも本発明の目的を損なわない範囲で種々の機能向上のための種々の添加剤を含めることができる。
【００２９】
熱伝導性成形体の製造方法： 熱伝導性成形体の原料となるオレフィン系液状樹脂、可塑剤、熱伝導性充填材を混合、分散させて液状混合組成物を得る。そして、この液状混合組成物を金型に注入した後、硬化して熱伝導性成形体を形成する方法を用いることができる。また、樹脂フィルムや金属板等の基材上に液状混合組成物を流延させて硬化する方法等が挙げられる。
【実施例】
【００３０】
試料の作製： 本発明の実施例または比較例として作成した試料１〜試料１１について説明する。なお、各試料の説明において重複部分の説明は省略する。試料１〜試料１１の組成を表１に示す。
【００３１】
［試料１］
高分子マトリクスとして、末端にアリル基を有するポリイソブチレン（数平均分子量＝５０００）：６７重量部に、可塑剤として炭酸ジアルキル（Ｃ１４Ｈ２９ＯＣＯＯＣ１４Ｈ２９、４０℃における動粘度１７．６ｍｍ２／ｓ、引火点２１０℃）：３３重量部と、熱伝導性充填材として平均粒径１０μｍの水酸化アルミニウム：２４０重量部と、平均粒径１μｍの水酸化アルミニウム：１０重量部、さらに平均繊維長１００μｍのピッチ系炭素繊維：５５重量部と、硬化剤（ＣＲ３００、株式会社カネカ製）：２．５重量部と、白金触媒（ＰＴ−ＣＳ−３．２ｃＳ、Ｆｅｒｒｏ社（米国）製）：０．２重量部と、難燃剤として赤燐（ノーバレット１２０ＵＦ、燐化学工業株式会社製）：１０重量部と、を配合し振動攪拌器により混合して液状混合組成物を調製した。熱伝導性充填材にはチタネート系カップリング剤で表面処理済みのものを用いた。また、熱伝導性充填材やその他の添加剤は、高分子マトリクスと可塑剤の合計量に対して一定の添加量とした。
【００３２】
この液状混合組成物を真空脱泡後、シート形状のキャビティを有する金型に注入し、磁束密度が８テスラの磁場を印加して、前記炭素繊維を厚み方向に配向させた。その後１３０℃雰囲気で１時間加熱することにより前記液状混合組成物を硬化させてシート状の熱伝導性成形体を得た。
【００３３】
［試料２、試料３］
試料１に対し炭酸ジアルキルの添加量を変えた試料とした。
【００３４】
［試料４〜試料８］
可塑剤として、前記炭酸ジアルキルに加え、引火点２５０℃以上の非シリコーン系オイルとしてパラフィンオイル（ＰＷ−９０、出光興産株式会社製、４０℃における動粘度９０ｍｍ２／ｓ、引火点２７２℃）を混合した試料とした。
【００３５】
［試料９〜試料１１］
可塑剤として、非シリコーン系オイルのみを用いた試料とした。
【００３６】
【表１】
【００３７】
試料の評価：
上記試料１〜試料１１として作製したそれぞれの熱伝導性成形体、およびその作製過程で得られたそれぞれの液状混合組成物に対して各種の試験を行い評価した。その評価方法を以下に説明するが、評価結果は表１に示す。
【００３８】
［液状混合組成物の粘度］
液状混合組成物の粘度を、回転粘度計（ブルックフィールド社製、商品名：ＤＶ−Ｅ型、スピンドルＮｏ．１４）を用い、２５℃雰囲気下で、１０ｒｐｍの回転数で測定した。
【００３９】
［オイルブリード］
熱伝導性成形体でのオイルブリードの程度を評価した。
熱伝導性成形体を１００℃の恒温槽内に２４時間置き、その後熱伝導性成形体の表面を目視により観察した。表中の“ブリード”欄において、“あり”は試験片がオイルブリードを起こしたことを示し、“なし”は試験片がオイルブリードを起こさなかったことを示す。
【００４０】
［難燃性］
熱伝導性成形体の難燃性について、米国アンダー・ライターズ・ラボラトリーズ・インク（Ｕｎｄｅｒ Ｗｒｉｔｅｒｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ Ｉｎｃ）によって制定された燃焼試験（ＵＬ９４）によって評価した。
各試料の試験片（長さ１２７ｍｍ×幅１２．７ｍｍ×厚さ１ｍｍ又は０．５ｍｍ）を、試験片の長手方向が鉛直方向となるように固定用クランプに保持した状態で、バーナー（口径：１０ｍｍ、長さ：約１０ｃｍ）の炎に１０秒間接炎した後、炎から離して各試験片の燃焼時間を記録した。さらに、二度目の接炎後における火種の保持時間（グローイング時間）と、試験片の下方に配置されている脱脂綿を発火させる滴下物の有無とを記録した。以上の操作を各試験片について、５回１組として行った。そして、表２に示す判定基準に基づいて、「Ｖ−０」（表２では「９４Ｖ−０」）又は「Ｖ−１」（表２では「９４Ｖ−１」）についての合否を判定した。なお、この難燃性の判定基準は、「Ｖ−０」の方が「Ｖ−１」よりも難燃性が高いことを示し、「Ｖ−１」の判定基準が不合格であった試験片については、難燃性がないと判定し、表中の“難燃性”欄において“×”と記載した。
【００４１】
【表２】
【００４２】
［熱抵抗］
熱伝導性成形体の熱抵抗を測定した。
図７で示すように、基板(24)上の発熱体(25)及び放熱体(26)（ヒートシンク（株式会社アルファ製ＦＨ６０−３０）と、その上部に取り付けられたファン（風量：０．０１ｋｇ／ｓｅｃ、風圧：４９Ｐａ））で試料１〜試料１１の試験片(27)（１０ｍｍ×１０ｍｍの寸法にカットしたもの）を挟持し、放熱体(26)上に重り(28)を載置して一定荷重（４０Ｎ）を試験片(27)に加えた。そして、発熱体(25)が発熱した状態で１０分間放置した後、試験片(27)における発熱体(25)側の外面の温度Ｔ１と放熱体(26)側の外面の温度Ｔ２とを測定機(29)により測定した。そして、下記式（１）により試験片(27)の熱抵抗値を算出した。発熱体(25)は通常、ＣＰＵに代表される電子部品であるが、シートの性能評価の簡素化および迅速化のため、本試験では発熱体(25)として発熱量が２５Ｗであるヒータを用いた。
熱抵抗値（℃／Ｗ）＝（Ｔ１（℃）−Ｔ２（℃））／発熱量（Ｗ）・・・式（１）
【００４３】
各試験の評価結果の分析：
［液状混合組成物の粘度］
図２には、液状混合組成物の粘度について、横軸に“可塑剤中の炭酸ジアルキルの割合”をとり、縦軸に“可塑剤配合量”をとってプロットしたグラフを示す。
非シリコーン系オイルと炭酸ジアルキルとからなる可塑剤中の炭酸ジアルキルの重量比率が多くなるほど、可塑剤の合計量が少なくても液状混合組成物の粘度を低粘度にすることができることがわかる。これらの粘度の値とともに、実際の作業性から粘度の評価をした。具体的には、液状混合組成物を調製した後の脱泡性が良く、ブレードコーターを用いてシートを作製した時に、シートの厚みが設定した厚みどおりに作製できたものを、表１の「粘度の評価」において“○”とした。また、特に粘度が比較的低いことから、シート成形時にシーティング速度を速くしても所望の厚みの熱伝導性成形体を作製できたものを“◎”とした。一方、脱泡性が悪く極めて脱泡に時間がかかるもの、あるいはブレードコーターでシートを作製するときに、液状混合組成物の流動性が劣ることに起因してシートの厚みを所望の厚みに調製することが困難であったものを“×”とした。
【００４４】
次に、液状混合組成物の粘度を詳細に分析するために試料１〜試料１１の可塑剤の配合量と粘度の関係を図１に示した。
【００４５】
図１において、「ＤＡＣ」は炭酸ジアルキルを意味し、その後の数字は炭酸ジアルキルと非シリコーン系オイルとでなる可塑剤中の炭酸ジアルキルの割合を示す。例えば「ＤＡＣ１．０」は、炭酸ジアルキルの割合が１．０（炭酸ジアルキルが１００％で非シリコーン系オイルを含まない）であることを、「ＤＡＣ０．５」は炭酸ジアルキルの割合が０．５（炭酸ジアルキルが５０％で残りの５０％が非シリコーン系オイル）であることを意味する。
【００４６】
測定結果を基に、可塑剤中の炭酸ジアルキルの割合が一定の場合の可塑剤配合量と粘度の関係を示す近似式、式（２）〜式（５）を見積もった。
ｙ＝１．７８×１０４ｘ−０．４６０ 式（２）・炭酸ジアルキルの割合が１．０
ｙ＝２．７２×１０４ｘ−０．６８４ 式（３）・炭酸ジアルキルの割合が０．５
ｙ＝８．６３×１０４ｘ−０．７７８ 式（４）・炭酸ジアルキルの割合が０．３３
ｙ＝３．６４×１０４ｘ−０．６５８ 式（５）・炭酸ジアルキルの割合が０
※）ただし、ｘは液状混合組成物の粘度（ｍＰａ・ｓ）を表し、ｙは高分子マトリクス１００重量部に対する可塑剤配合量（重量部）を表す。
但し、炭酸ジアルキルの割合が０．１の試料は１点しかないため、近似式を作成することはできなかった。また、本願において近似式は全て最小二乗法によるものである。
【００４７】
得られた近似式に任意の粘度の値を代入することで、その液状混合組成物の粘度が前記値となる可塑剤配合量を見積もることができる。例えば粘度５６０００ｍＰａ・ｓを代入することで、各炭酸ジアルキルの割合のときに、粘度が５６０００ｍＰａ・ｓとなる可塑剤配合量を見積もることができた。
【００４８】
さらに図１で求めた各近似式、式（２）〜式（５）から粘度５６０００ｍＰａ・ｓと粘度４２０００ｍＰａ・ｓの場合の可塑剤配合量を算出し、横軸に“可塑剤中の炭酸ジアルキルの割合”、縦軸に“可塑剤配合量（重量部）”としたグラフ中にプロットした。そして、図２に示す粘度５６０００ｍＰａ・ｓの等粘度曲線（曲線１）と粘度４２０００ｍＰａ・ｓの等粘度曲線（曲線２）を作成した。なお、５６０００ｍＰａ・ｓは試料４の粘度であり、４２０００ｍＰａ・ｓは試料５の粘度である。
【００４９】
そして、この図２の上に、試料１〜試料１１をプロットし、粘度５６０００ｍＰａ・ｓの等粘度曲線（曲線１）を基準として、この等粘度曲線よりも粘度が低い試料を好ましい粘度の試料とし、この等粘度曲線よりも粘度が高い試料を高粘度の試料と位置づけた図３を作成した。図３を見ると、炭酸ジアルキルとパラフィンオイルを混合した試料の粘度は、それぞれを単独に用いた試料どうしを結ぶ直線よりも低粘度となることがわかる。このことから、炭酸ジアルキルとパラフィンオイルの組合せには、粘度を下げる相乗効果があるものと考えられる。
【００５０】
［難燃性］
図４では、横軸に“可塑剤中の炭酸ジアルキルの割合”、縦軸に“可塑剤配合量（重量部）”としたグラフ中に試料１〜試料１１にプロットした際、難燃性の試験結果から、難燃性を有する試料を「○」とし、難燃性のない試料を「●」と表記した。
炭酸ジアルキルの重量比率が多くなると、急激に難燃性が悪くなる傾向があることがわかる。
難燃性の評価結果については、試料２、試料４、試料８の評価結果を基に閾値を推定した。すなわち、高分子マトリクス１００重量部に対する可塑剤中の炭酸ジアルキルが１００重量部である試料２および試料８は難燃性がなく、前記炭酸ジアルキルが９７重量部である試料５は難燃性がＶ−０であった。また、パラフィンオイルの影響についても試料５に対してパラフィンオイルが少ない試料２と、パラフィンオイルが多い試料８とで、難燃性の評価結果に差があることから、本発明の範囲ではパラフィンオイルの配合量は難燃性にほとんど影響を及ぼさないものと考えられる。以上のことから、炭酸ジアルキルが１００重量部未満であれば難燃性を有することができるものと考えられる。こうした分析に基づき図４には、炭酸ジアルキルが１００重量部であることを示す曲線３（難燃性限界値曲線）を示す。
【００５１】
［オイルブリード］
図５には、各試料のオイルブリードの評価結果を示す。可塑剤の配合量が３００重量部と多量である試料８および試料１１でオイルブリードが見られ、他の試料はオイルブリードが起こらなかった。本評価結果内では、可塑剤の配合量が同程度の試料において炭酸ジアルキルの重量比率が増すことで、オイルブリードし易くなった試料はなく、少なくとも試料１０の２５７重量部を上限として、それ以下の可塑剤の配合量では、オイルブリードは起こらないものと考えられる。そのためオイルブリード“あり”の試料とオイルブリード“なし”の試料を区切る補助線として、直線４（ｙ＝２５７の直線）（ブリード限界値直線）を示した。
【００５２】
上記実験例（試料の作製、評価）は本発明の１例であり、例えば、用いる高分子マトリクスや可塑剤の粘度、難燃剤や熱伝導性充填材の配合量により、液状混合組成物の粘度や最適な可塑剤の配合量は異なってくる。しかし、熱伝導性成形体の熱伝導性を高めようとするときに、配合を調整するにしても、成形性、オイルブリードの抑制、難燃性などの観点から自ずと配合の限界があり、そうした限界的な配合に対して、可塑剤を「炭酸ジアルキルと引火点が２５０℃以上の非シリコーン系オイルとを混合し、且つ炭酸ジアルキルの配合量を高分子マトリクス１００重量部に対して１００重量部以下とする」ことで、従来のよりも成形し易い液状混合組成物を調製できること、あるいは、従来の限界よりも、より多くの熱伝導性充填材を配合することで熱伝導性を高めながら、可塑剤のオイルブリードを抑制し、難燃性に優れた熱伝導性組成物を得ることができるということが、これらの実験例から導き出される。
【００５３】
このような観点から実験例の評価結果について図６を用いて検討すると、「粘度５６０００ｍＰａ・ｓを示す曲線１とブリード限界値直線（直線４）の交点」から「粘度５６０００ｍＰａ・ｓを示す曲線１と難燃性限界値曲線（曲線３）の交点（ただし交点を含まず）」まで、すなわち炭酸ジアルキルの割合が０．０５以上０．８５未満であることが、上記効果を得るために適した配合である。こうした範囲について、本実験例の材料を用いたときの可塑剤の配合量を見積もると１２１〜２５７重量部となる。
【００５４】
前記炭酸ジアルキルの範囲が、０．２１〜０．６０の範囲であれば、より熱伝導性を高めようとしたときに、成形性、オイルブリードの抑制、難燃性の特性を満たすことができる。図２について説明すれば、熱伝導性充填材の配合量を多くできる配合とは、液状混合組成物の粘度を低粘度にできる配合であり、ここでは「粘度４２０００ｍＰａ・ｓを示す曲線２とブリード限界値直線（直線４）の交点」から「粘度４２０００ｍＰａ・ｓを示す曲線２と難燃性限界値曲線（曲線３）の交点（ただし交点を含まず）」までの範囲、すなわち炭酸ジアルキルの割合を０．２１以上０．６０未満と規定することができる。こうした範囲について、本実験例の可塑剤の配合量を見積もると、１６６重量部〜２５７重量部となる。
【００５５】
なお、上記実施形態は本発明の一例であり、こうした形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に反しない任意の変更形態を含むものである。
【符号の説明】
【００５６】
２４ 基板
２５ 発熱体
２６ 放熱体
２７ 試験片
２８ 重り
２９ 測定機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱する電子部品に貼付してその電子部品の放熱や冷却という熱対策部材として用いる熱伝導性成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
粘度の低い液状ポリマーに多量の熱伝導性充填材を混合して液状混合組成物とし、この液状混合組成物を所定の形状に硬化させることで、熱伝導性の高い熱伝導性成形体が得られることが知られている。
こうした液状ポリマーとして液状シリコーンが好適に用いられていたが、低分子シロキサンによる接点不良を誘発するおそれがあることなどから、非シリコーン系の液状ポリマーに代替することへの市場の要求が強くなっている。こうした要求に対して、特開２００６−３１２７０８号公報（特許文献１）には、非シリコーン系の液状ポリマーとしてポリ−α−オレフィン系樹脂を用いた例が記載されている。
【０００３】
しかしながら、熱伝導率を高くするためには熱伝導性充填材を多量に含有させる必要があるが、熱伝導性充填材を高充填した液状ポリマーは粘度が高くなって製造が困難になる。一方、粘度を下げるために可塑剤を多量に添加するとオイルブリードが起こるという課題があった。また、低粘度の可塑剤を選択すると引火点が低く熱伝導性成形体とした場合に難燃性が低下するという課題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３１２７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明は、熱伝導性成形体の原料となる、液状ポリマーに熱伝導性充填材を含有させた液状混合組成物の粘度を低く抑えることができ、且つオイルブリードを抑制した熱伝導性成形体を提供することを目的とする。また、難燃性に優れた熱伝導性成形体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく本発明は以下のように構成される。
高分子マトリクスと、可塑剤と、熱伝導性充填材とを含む熱伝導性成形体について、高分子マトリクスが、オレフィン系液状樹脂の硬化体でなり、可塑剤が、炭酸ジアルキルと引火点２５０℃以上の非シリコーン系オイルとを含んでなり、炭酸ジアルキルと非シリコーン系オイルの合計に対する炭酸ジアルキルの重量比率が０．０５以上０．８５未満であり、且つ炭酸ジアルキルの含有量が前記高分子マトリクス１００重量部に対して１００重量部未満であることを特徴とする熱伝導性成形体である。
【０００７】
可塑剤に炭酸ジアルキルと引火点が２５０℃以上の非シリコーン系オイルとを含み、炭酸ジアルキルと引火点２５０℃以上の非シリコーン系オイルとの合計に対する炭酸ジアルキルの重量比率を０．０５以上０．８５未満としたため、難燃性に優れ、オイルブリードが少なく熱伝導性充填材を高充填させることが可能な熱伝導性成形体とすることができる。
【０００８】
炭酸ジアルキルを混合することで可塑剤の含有量を少なくしても液状混合組成物の粘度を低くすることができる。よって、オイルブリードを抑制することができる程度に可塑剤の含有量を少なくすることができる。また熱伝導性成形体を製造する時に気泡を除去し易く、高品質の熱伝導性成形体を容易に製造することができる。換言すれば、液状混合組成物の粘度を製造可能な範囲で最大に設定した場合に、引火点２５０℃以上の非シリコーン系オイルのみを可塑剤として用いた場合よりも熱伝導性充填材を高充填することができるということであり、熱伝導性成形体の熱伝導率を高めることができる。
【０００９】
また、炭酸ジアルキルの含有量を高分子マトリクス１００重量部に対し１００重量部未満としたため、難燃性に優れた熱伝導性成形体とすることができる。炭酸ジアルキルの含有量が１００重量部を超えると、熱伝導性成形体の難燃性が低下するおそれがあるためである。
【００１０】
炭酸ジアルキルと非シリコーン系オイルの合計の含有量が高分子マトリクス１００重量部に対して１２１重量部〜２５７重量部とすることができる。１２１重量部より少ないと、熱伝導性充填材を高充填することができず、熱伝導性成形体の熱伝導率を十分に高めることができない。一方、２５７重量部を超えるとオイルブリードが発生するおそれがある。
【００１１】
熱伝導性充填材には金属水酸化物を含むものとすることができる。換言すれば、熱伝導性充填材の一部に金属水酸化物を含むものとすることができ、また、熱伝導性充填材の全てを金属水酸化物とすることができる。熱伝導性充填材に金属水酸化物を用いることで、熱伝導性成形体の難燃性を高めることができ、また、熱伝導性成形体に占める熱伝導性充填材の量を相対的に高めることができる。
【００１２】
また、高分子マトリクスはポリイソブチレンを主成分とすることが好適である。ポリイソブチレンは、オレフィン系液状樹脂の中でも比較的耐熱性が高く、機械的強度が高いからである。そのため、高温での使用や、長期の使用に好適な熱伝導性成形体とすることができる。
【００１３】
また、引火点が２５０℃以上の非シリコーン系オイルをパラフィンオイルとすることができる。パラフィンオイルと炭酸ジアルキルを組合せた可塑剤は、それぞれの単独の粘度の平均値よりも低粘度になるという相乗効果があるため、難燃性の低下を抑えながら、効果的に低粘度化することができるためである。
そして、こうした組合せを採用することで、熱伝導性をより高めた配合において、作業性の良い液状混合組成物を得ることでき、製造が容易で、可塑剤のオイルブリードを抑制した難燃性の高い熱伝導性成形体を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の熱伝導性成形体によれば、熱伝導性充填材を高充填しても作業性の良い液状混合組成物を得ることでき、製造が容易で、オイルブリードが抑制された熱伝導性成形体である。また、難燃性に優れた熱伝導性成形体である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】可塑剤配合量と粘度の関係を示す図である。
【図２】等粘度曲線を説明する図である。
【図３】試料１〜試料１１のプロットと等粘度曲線を説明する図である。
【図４】炭酸ジアルキルの量が１００重量部未満の範囲を説明する図である。
【図５】ブリードの限界値を説明する図である。
【図６】最適な炭酸ジアルキルの割合の範囲を説明する図である。
【図７】熱抵抗を評価する装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の熱伝導性成形体は、オレフィン系液状樹脂でなる高分子マトリクスと、炭酸ジアルキルと引火点２５０℃以上の非シリコーン系オイルとを所定割合で含む可塑剤と、熱伝導性充填材とでなる液状混合組成物を硬化した硬化体である。以下これらの成分について説明する。
【００１７】
高分子マトリクス： 高分子マトリクスにはオレフィン系液状樹脂が用いられる。オレフィン系液状樹脂は非シリコーン系高分子であることから、低分子シロキサンに起因する接点障害などが発生するおそれがない。また、オレフィン系液状樹脂は、非シリコーン系高分子の中でも熱伝導性充填材を混合する製造段階で脱泡性が良く、ポットライフが比較的長い硬化系を調整することができる。また、熱伝導性成形体として必要な耐熱性を有することができる。
分子内に反応性の官能基を有する液状樹脂を用いたことで、液状混合組成物を硬化して熱伝導性成形体を形成することができる。具体的には、アリル基、ビニル基などを有するオレフィン系液状樹脂を用いることができ、反応性とポットライフのバランスからアリル末端の液状樹脂とすることが好ましい。
【００１８】
液状樹脂の数平均分子量は、好ましくは１０００〜２００００の範囲であり、より好ましくは５０００〜７０００の範囲である。数平均分子量が１０００未満では、硬化後に充分な架橋構造をとることができず、熱伝導性成形体の機械的強度が低下して、脆くなるおそれがある。一方、数平均分子量が２００００を越えると、粘度が高くなり、熱伝導性充填材を高充填し難くなる。
こうしたオレフィン系液状樹脂としては、ポリイソブチレン、エチレン−プロピレン系ポリマーを挙げることができる。
【００１９】
熱伝導性充填材： 熱伝導性充填材としては、高い熱伝導性を有する金属、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属水酸化物、炭素質フィラーなどを用いることができる。具体的には、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭素繊維、黒鉛などが挙げられる。これらの熱伝導性充填材の中で、電気絶縁性が要求される用途では、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属水酸化物などが好適であり、またこれらの中でも難燃性を高める観点から金属水酸化物を用いることが好ましい。一方、熱伝導性を高める観点からは炭素繊維を用いることが好ましい。炭素繊維はまた、反磁性体であり磁場により任意の方向に均一に配向させやすい。磁場により熱伝導性充填材を配向させる場合には、磁場発生装置として、具体的には、永久磁石や電磁石、超伝導磁石などを用いることができる。
熱伝導性充填材は一の種類を単独で用いてもよいが、複数の種類を混合して用いることで熱伝導性や難燃性をバランスよく高めることができる。また、絶縁性の付与や充填性の向上及び劣化の抑制などのために表面処理を施した熱伝導性充填材を用いてもよい。
【００２０】
熱伝導性充填材の含有量は、高分子マトリクス１００重量部に対して好ましくは１５０重量部から５４００重量部の範囲である。１５０重量部より少ないと、熱伝導性成形体の熱伝導性を高めることができず、５４００重量部より多いと、粘度が増加して成形性が悪化したり、硬度が増して接触熱抵抗が高くなり熱特性が悪くなったりするおそれがある。
形状も特に限定されるものではなく、例えば、片鱗状、針状、粒状等の熱伝導性充填材を用いることができる。これらの形状の中では、高分子マトリクス中に高充填しやすい粒状や、磁場や電場、あるいは流動場や剪断場によって任意の方向に配向させることができる繊維状が好ましい。
【００２１】
熱伝導性充填材の粒径は、好ましくは０．１μｍ〜１００μｍであり、より好ましくは１μｍ〜５０μｍである。０．１μｍよりも小さいと、液状混合組成物の粘度が上昇してシート等への成形が困難になる。１００μｍより大きいと熱伝導性成形体の硬さが硬くなるおそれがある。粒径については、均一な粒径のものを用いても良いが、高充填するため、あるいは熱伝導性成形体の硬さを柔軟にするために、２種類以上の異なる平均粒径を有する熱伝導性充填材を混合することが好ましい。
【００２２】
可塑剤： 可塑剤は、第１に液状樹脂に熱伝導性充填材を含有した液状混合組成物の粘度を低くするための成分である。そして、第２に熱伝導性成形体の硬さを柔らかくするための成分でもある。こうした可塑剤には、炭酸ジアルキルと引火点２５０℃以上の非シリコーン系オイルとを含んでいる。
引火点が２５０℃以上の非シリコーン系オイルの動粘度は、好適には７０ｍｍ２／ｓ〜４００ｍｍ２／ｓの範囲であり、液状混合組成物を低粘度にすることができる。また、熱伝導性成形体の難燃性を悪化させ難く、仮に高分子マトリクス１００重量部に非シリコーン系オイル３００重量部を添加しても高い難燃性（ＵＬ９４ Ｖ−０）を比較的容易に得ることができる。このような非シリコーン系オイルとしては、パラフィン系プロセスオイル、芳香族系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイル、エチレンとαオレフィンのコオリゴマーやこれらの混合物などが挙げられる。
【００２３】
炭酸ジアルキルの動粘度は好適には１０ｍｍ２／ｓ〜４０ｍｍ２／ｓであって比較的低粘度であり、少量の添加で液状混合組成物を低粘度にすることができる。１０ｍｍ２／ｓよりも低い場合には、低粘度化の効果は優れるものの揮発性が高くなるため、熱伝導性成形体の硬さが経時で硬くなるおそれがある。一方、４０ｍｍ２／ｓより高い場合には、低粘度化の効果が低くなる。炭酸ジアルキルとしては、ＲＯＣＯＯＲ（Ｒは炭素数が１０〜１８のアルキル基）が好ましい。炭酸ジアルキルは非シリコーン系オイルよりも効果的に低粘度にすることができ、例えば、高分子マトリクス１００重量部に対して炭酸ジアルキルを１５０重量部添加した液状混合組成物は、前記非シリコーン系オイルを３００重量部添加した液状混合組成物よりも低粘度となる。
【００２４】
炭酸ジアルキルと引火点２５０℃以上の非シリコーン系オイルの合計に対する炭酸ジアルキルの重量比率は０．０５以上０．８５未満である。こうした範囲で配合することで、液状混合組成物を低粘度にしながら、難燃性の低下を抑えた熱伝導性組成物を得ることができる。炭酸ジアルキルの重量比率が０．０５未満では、可塑剤がブリードしない含有量に止めながら、液状混合組成物を十分に低粘度化することができない。０．８５以上では、難燃性が低下しやすく、好適な粘度と難燃性の両立が困難になる。
【００２５】
炭酸ジアルキルの含有量は、高分子マトリクス１００重量部に対して１００重量部未満である。炭酸ジアルキルの含有量が１００重量部を超えると、熱伝導性成形体の難燃性が低下するおそれがあるためである。なお、高分子マトリクス１００重量部に対して１００重量部未満としているが、炭酸ジアルキルは必須の成分であるため、０重量部を超える量は含まれる。
【００２６】
炭酸ジアルキルと非シリコーン系オイルの合計の含有量は、高分子マトリクス１００重量部に対して１２１重量部〜２５７重量部とすることができる。１２１重量部未満では、熱伝導性充填材を高充填することができず、熱伝導性成形体の熱伝導性を高めることができない。一方、２５７重量部を超えると、可塑剤のブリードが多くなる。
【００２７】
なお、可塑剤としては比較的低粘度の可塑剤が一般的に好適であり、また、硬化後に硬くなり難い非反応性可塑剤が好適である。ところが、低粘度の可塑剤は引火点が低く、高分子マトリクスに混合すると、難燃性を低下させやすいという問題があり、また非反応性可塑剤を多量に添加すると熱伝導性成形体からブリードするおそれがあるという問題がある。特に、熱伝導性を高めるためには、熱伝導性充填材の充填量を多くする必要があり、それに伴い可塑剤の添加量も多くなるのでこうした問題点は解決する必要があった。炭酸ジアルキルも低粘度の可塑剤として難燃性を悪化させるおそれがあるという欠点を有するものの、原理は不明であるが、同程度の粘度の他の可塑剤と比較して少量の添加量で液状混合組成物を低粘度にする効果が特に高かった。そこで、この性質を利用して炭酸ジアルキルと非シリコーン系オイルとを上記所定の割合で組合せることによってこれらの問題点を解決できたのである。
【００２８】
その他の成分： 熱伝導性成形体の難燃性を高めるために、難燃剤を加えることが好ましい。難燃剤としてはリン系難燃剤、窒素系難燃剤、金属水酸化物などを用いることができ、適宜難燃助剤などを併用することができる。また、熱伝導性充填材の分散性を高めるために、分散剤やカップリング剤を混合することができる。さらに、耐候性を高めるために、酸化防止剤や老化防止剤を添加することができる。また、液状混合組成物には、生産性、耐候性、および耐熱性などの向上を目的として、さらに触媒、硬化遅延剤、劣化防止剤等を含んでもよい。こうした以外にも本発明の目的を損なわない範囲で種々の機能向上のための種々の添加剤を含めることができる。
【００２９】
熱伝導性成形体の製造方法： 熱伝導性成形体の原料となるオレフィン系液状樹脂、可塑剤、熱伝導性充填材を混合、分散させて液状混合組成物を得る。そして、この液状混合組成物を金型に注入した後、硬化して熱伝導性成形体を形成する方法を用いることができる。また、樹脂フィルムや金属板等の基材上に液状混合組成物を流延させて硬化する方法等が挙げられる。
【実施例】
【００３０】
試料の作製： 本発明の実施例または比較例として作成した試料１〜試料１１について説明する。なお、各試料の説明において重複部分の説明は省略する。試料１〜試料１１の組成を表１に示す。
【００３１】
［試料１］
高分子マトリクスとして、末端にアリル基を有するポリイソブチレン（数平均分子量＝５０００）：６７重量部に、可塑剤として炭酸ジアルキル（Ｃ１４Ｈ２９ＯＣＯＯＣ１４Ｈ２９、４０℃における動粘度１７．６ｍｍ２／ｓ、引火点２１０℃）：３３重量部と、熱伝導性充填材として平均粒径１０μｍの水酸化アルミニウム：２４０重量部と、平均粒径１μｍの水酸化アルミニウム：１０重量部、さらに平均繊維長１００μｍのピッチ系炭素繊維：５５重量部と、硬化剤（ＣＲ３００、株式会社カネカ製）：２．５重量部と、白金触媒（ＰＴ−ＣＳ−３．２ｃＳ、Ｆｅｒｒｏ社（米国）製）：０．２重量部と、難燃剤として赤燐（ノーバレット１２０ＵＦ、燐化学工業株式会社製）：１０重量部と、を配合し振動攪拌器により混合して液状混合組成物を調製した。熱伝導性充填材にはチタネート系カップリング剤で表面処理済みのものを用いた。また、熱伝導性充填材やその他の添加剤は、高分子マトリクスと可塑剤の合計量に対して一定の添加量とした。
【００３２】
この液状混合組成物を真空脱泡後、シート形状のキャビティを有する金型に注入し、磁束密度が８テスラの磁場を印加して、前記炭素繊維を厚み方向に配向させた。その後１３０℃雰囲気で１時間加熱することにより前記液状混合組成物を硬化させてシート状の熱伝導性成形体を得た。
【００３３】
［試料２、試料３］
試料１に対し炭酸ジアルキルの添加量を変えた試料とした。
【００３４】
［試料４〜試料８］
可塑剤として、前記炭酸ジアルキルに加え、引火点２５０℃以上の非シリコーン系オイルとしてパラフィンオイル（ＰＷ−９０、出光興産株式会社製、４０℃における動粘度９０ｍｍ２／ｓ、引火点２７２℃）を混合した試料とした。
【００３５】
［試料９〜試料１１］
可塑剤として、非シリコーン系オイルのみを用いた試料とした。
【００３６】
【表１】
【００３７】
試料の評価：
上記試料１〜試料１１として作製したそれぞれの熱伝導性成形体、およびその作製過程で得られたそれぞれの液状混合組成物に対して各種の試験を行い評価した。その評価方法を以下に説明するが、評価結果は表１に示す。
【００３８】
［液状混合組成物の粘度］
液状混合組成物の粘度を、回転粘度計（ブルックフィールド社製、商品名：ＤＶ−Ｅ型、スピンドルＮｏ．１４）を用い、２５℃雰囲気下で、１０ｒｐｍの回転数で測定した。
【００３９】
［オイルブリード］
熱伝導性成形体でのオイルブリードの程度を評価した。
熱伝導性成形体を１００℃の恒温槽内に２４時間置き、その後熱伝導性成形体の表面を目視により観察した。表中の“ブリード”欄において、“あり”は試験片がオイルブリードを起こしたことを示し、“なし”は試験片がオイルブリードを起こさなかったことを示す。
【００４０】
［難燃性］
熱伝導性成形体の難燃性について、米国アンダー・ライターズ・ラボラトリーズ・インク（Ｕｎｄｅｒ Ｗｒｉｔｅｒｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ Ｉｎｃ）によって制定された燃焼試験（ＵＬ９４）によって評価した。
各試料の試験片（長さ１２７ｍｍ×幅１２．７ｍｍ×厚さ１ｍｍ又は０．５ｍｍ）を、試験片の長手方向が鉛直方向となるように固定用クランプに保持した状態で、バーナー（口径：１０ｍｍ、長さ：約１０ｃｍ）の炎に１０秒間接炎した後、炎から離して各試験片の燃焼時間を記録した。さらに、二度目の接炎後における火種の保持時間（グローイング時間）と、試験片の下方に配置されている脱脂綿を発火させる滴下物の有無とを記録した。以上の操作を各試験片について、５回１組として行った。そして、表２に示す判定基準に基づいて、「Ｖ−０」（表２では「９４Ｖ−０」）又は「Ｖ−１」（表２では「９４Ｖ−１」）についての合否を判定した。なお、この難燃性の判定基準は、「Ｖ−０」の方が「Ｖ−１」よりも難燃性が高いことを示し、「Ｖ−１」の判定基準が不合格であった試験片については、難燃性がないと判定し、表中の“難燃性”欄において“×”と記載した。
【００４１】
【表２】
【００４２】
［熱抵抗］
熱伝導性成形体の熱抵抗を測定した。
図７で示すように、基板(24)上の発熱体(25)及び放熱体(26)（ヒートシンク（株式会社アルファ製ＦＨ６０−３０）と、その上部に取り付けられたファン（風量：０．０１ｋｇ／ｓｅｃ、風圧：４９Ｐａ））で試料１〜試料１１の試験片(27)（１０ｍｍ×１０ｍｍの寸法にカットしたもの）を挟持し、放熱体(26)上に重り(28)を載置して一定荷重（４０Ｎ）を試験片(27)に加えた。そして、発熱体(25)が発熱した状態で１０分間放置した後、試験片(27)における発熱体(25)側の外面の温度Ｔ１と放熱体(26)側の外面の温度Ｔ２とを測定機(29)により測定した。そして、下記式（１）により試験片(27)の熱抵抗値を算出した。発熱体(25)は通常、ＣＰＵに代表される電子部品であるが、シートの性能評価の簡素化および迅速化のため、本試験では発熱体(25)として発熱量が２５Ｗであるヒータを用いた。
熱抵抗値（℃／Ｗ）＝（Ｔ１（℃）−Ｔ２（℃））／発熱量（Ｗ）・・・式（１）
【００４３】
各試験の評価結果の分析：
［液状混合組成物の粘度］
図２には、液状混合組成物の粘度について、横軸に“可塑剤中の炭酸ジアルキルの割合”をとり、縦軸に“可塑剤配合量”をとってプロットしたグラフを示す。
非シリコーン系オイルと炭酸ジアルキルとからなる可塑剤中の炭酸ジアルキルの重量比率が多くなるほど、可塑剤の合計量が少なくても液状混合組成物の粘度を低粘度にすることができることがわかる。これらの粘度の値とともに、実際の作業性から粘度の評価をした。具体的には、液状混合組成物を調製した後の脱泡性が良く、ブレードコーターを用いてシートを作製した時に、シートの厚みが設定した厚みどおりに作製できたものを、表１の「粘度の評価」において“○”とした。また、特に粘度が比較的低いことから、シート成形時にシーティング速度を速くしても所望の厚みの熱伝導性成形体を作製できたものを“◎”とした。一方、脱泡性が悪く極めて脱泡に時間がかかるもの、あるいはブレードコーターでシートを作製するときに、液状混合組成物の流動性が劣ることに起因してシートの厚みを所望の厚みに調製することが困難であったものを“×”とした。
【００４４】
次に、液状混合組成物の粘度を詳細に分析するために試料１〜試料１１の可塑剤の配合量と粘度の関係を図１に示した。
【００４５】
図１において、「ＤＡＣ」は炭酸ジアルキルを意味し、その後の数字は炭酸ジアルキルと非シリコーン系オイルとでなる可塑剤中の炭酸ジアルキルの割合を示す。例えば「ＤＡＣ１．０」は、炭酸ジアルキルの割合が１．０（炭酸ジアルキルが１００％で非シリコーン系オイルを含まない）であることを、「ＤＡＣ０．５」は炭酸ジアルキルの割合が０．５（炭酸ジアルキルが５０％で残りの５０％が非シリコーン系オイル）であることを意味する。
【００４６】
測定結果を基に、可塑剤中の炭酸ジアルキルの割合が一定の場合の可塑剤配合量と粘度の関係を示す近似式、式（２）〜式（５）を見積もった。
ｙ＝１．７８×１０４ｘ−０．４６０ 式（２）・炭酸ジアルキルの割合が１．０
ｙ＝２．７２×１０４ｘ−０．６８４ 式（３）・炭酸ジアルキルの割合が０．５
ｙ＝８．６３×１０４ｘ−０．７７８ 式（４）・炭酸ジアルキルの割合が０．３３
ｙ＝３．６４×１０４ｘ−０．６５８ 式（５）・炭酸ジアルキルの割合が０
※）ただし、ｘは液状混合組成物の粘度（ｍＰａ・ｓ）を表し、ｙは高分子マトリクス１００重量部に対する可塑剤配合量（重量部）を表す。
但し、炭酸ジアルキルの割合が０．１の試料は１点しかないため、近似式を作成することはできなかった。また、本願において近似式は全て最小二乗法によるものである。
【００４７】
得られた近似式に任意の粘度の値を代入することで、その液状混合組成物の粘度が前記値となる可塑剤配合量を見積もることができる。例えば粘度５６０００ｍＰａ・ｓを代入することで、各炭酸ジアルキルの割合のときに、粘度が５６０００ｍＰａ・ｓとなる可塑剤配合量を見積もることができた。
【００４８】
さらに図１で求めた各近似式、式（２）〜式（５）から粘度５６０００ｍＰａ・ｓと粘度４２０００ｍＰａ・ｓの場合の可塑剤配合量を算出し、横軸に“可塑剤中の炭酸ジアルキルの割合”、縦軸に“可塑剤配合量（重量部）”としたグラフ中にプロットした。そして、図２に示す粘度５６０００ｍＰａ・ｓの等粘度曲線（曲線１）と粘度４２０００ｍＰａ・ｓの等粘度曲線（曲線２）を作成した。なお、５６０００ｍＰａ・ｓは試料４の粘度であり、４２０００ｍＰａ・ｓは試料５の粘度である。
【００４９】
そして、この図２の上に、試料１〜試料１１をプロットし、粘度５６０００ｍＰａ・ｓの等粘度曲線（曲線１）を基準として、この等粘度曲線よりも粘度が低い試料を好ましい粘度の試料とし、この等粘度曲線よりも粘度が高い試料を高粘度の試料と位置づけた図３を作成した。図３を見ると、炭酸ジアルキルとパラフィンオイルを混合した試料の粘度は、それぞれを単独に用いた試料どうしを結ぶ直線よりも低粘度となることがわかる。このことから、炭酸ジアルキルとパラフィンオイルの組合せには、粘度を下げる相乗効果があるものと考えられる。
【００５０】
［難燃性］
図４では、横軸に“可塑剤中の炭酸ジアルキルの割合”、縦軸に“可塑剤配合量（重量部）”としたグラフ中に試料１〜試料１１にプロットした際、難燃性の試験結果から、難燃性を有する試料を「○」とし、難燃性のない試料を「●」と表記した。
炭酸ジアルキルの重量比率が多くなると、急激に難燃性が悪くなる傾向があることがわかる。
難燃性の評価結果については、試料２、試料４、試料８の評価結果を基に閾値を推定した。すなわち、高分子マトリクス１００重量部に対する可塑剤中の炭酸ジアルキルが１００重量部である試料２および試料８は難燃性がなく、前記炭酸ジアルキルが９７重量部である試料５は難燃性がＶ−０であった。また、パラフィンオイルの影響についても試料５に対してパラフィンオイルが少ない試料２と、パラフィンオイルが多い試料８とで、難燃性の評価結果に差があることから、本発明の範囲ではパラフィンオイルの配合量は難燃性にほとんど影響を及ぼさないものと考えられる。以上のことから、炭酸ジアルキルが１００重量部未満であれば難燃性を有することができるものと考えられる。こうした分析に基づき図４には、炭酸ジアルキルが１００重量部であることを示す曲線３（難燃性限界値曲線）を示す。
【００５１】
［オイルブリード］
図５には、各試料のオイルブリードの評価結果を示す。可塑剤の配合量が３００重量部と多量である試料８および試料１１でオイルブリードが見られ、他の試料はオイルブリードが起こらなかった。本評価結果内では、可塑剤の配合量が同程度の試料において炭酸ジアルキルの重量比率が増すことで、オイルブリードし易くなった試料はなく、少なくとも試料１０の２５７重量部を上限として、それ以下の可塑剤の配合量では、オイルブリードは起こらないものと考えられる。そのためオイルブリード“あり”の試料とオイルブリード“なし”の試料を区切る補助線として、直線４（ｙ＝２５７の直線）（ブリード限界値直線）を示した。
【００５２】
上記実験例（試料の作製、評価）は本発明の１例であり、例えば、用いる高分子マトリクスや可塑剤の粘度、難燃剤や熱伝導性充填材の配合量により、液状混合組成物の粘度や最適な可塑剤の配合量は異なってくる。しかし、熱伝導性成形体の熱伝導性を高めようとするときに、配合を調整するにしても、成形性、オイルブリードの抑制、難燃性などの観点から自ずと配合の限界があり、そうした限界的な配合に対して、可塑剤を「炭酸ジアルキルと引火点が２５０℃以上の非シリコーン系オイルとを混合し、且つ炭酸ジアルキルの配合量を高分子マトリクス１００重量部に対して１００重量部以下とする」ことで、従来のよりも成形し易い液状混合組成物を調製できること、あるいは、従来の限界よりも、より多くの熱伝導性充填材を配合することで熱伝導性を高めながら、可塑剤のオイルブリードを抑制し、難燃性に優れた熱伝導性組成物を得ることができるということが、これらの実験例から導き出される。
【００５３】
このような観点から実験例の評価結果について図６を用いて検討すると、「粘度５６０００ｍＰａ・ｓを示す曲線１とブリード限界値直線（直線４）の交点」から「粘度５６０００ｍＰａ・ｓを示す曲線１と難燃性限界値曲線（曲線３）の交点（ただし交点を含まず）」まで、すなわち炭酸ジアルキルの割合が０．０５以上０．８５未満であることが、上記効果を得るために適した配合である。こうした範囲について、本実験例の材料を用いたときの可塑剤の配合量を見積もると１２１〜２５７重量部となる。
【００５４】
前記炭酸ジアルキルの範囲が、０．２１〜０．６０の範囲であれば、より熱伝導性を高めようとしたときに、成形性、オイルブリードの抑制、難燃性の特性を満たすことができる。図２について説明すれば、熱伝導性充填材の配合量を多くできる配合とは、液状混合組成物の粘度を低粘度にできる配合であり、ここでは「粘度４２０００ｍＰａ・ｓを示す曲線２とブリード限界値直線（直線４）の交点」から「粘度４２０００ｍＰａ・ｓを示す曲線２と難燃性限界値曲線（曲線３）の交点（ただし交点を含まず）」までの範囲、すなわち炭酸ジアルキルの割合を０．２１以上０．６０未満と規定することができる。こうした範囲について、本実験例の可塑剤の配合量を見積もると、１６６重量部〜２５７重量部となる。
【００５５】
なお、上記実施形態は本発明の一例であり、こうした形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に反しない任意の変更形態を含むものである。
【符号の説明】
【００５６】
２４ 基板
２５ 発熱体
２６ 放熱体
２７ 試験片
２８ 重り
２９ 測定機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子マトリクスと、可塑剤と、熱伝導性充填材とを含む熱伝導性成形体において、
高分子マトリクスが、オレフィン系液状樹脂の硬化体でなり、
可塑剤が、炭酸ジアルキルと引火点２５０℃以上の非シリコーン系オイルとを含んでなり、
炭酸ジアルキルと非シリコーン系オイルの合計に対する炭酸ジアルキルの重量比率が０．０５以上０．８５未満であり、且つ炭酸ジアルキルの含有量が前記高分子マトリクス１００重量部に対して１００重量部未満であることを特徴とする熱伝導性成形体。
【請求項２】
前記炭酸ジアルキルと非シリコーン系オイルの合計の含有量が前記高分子マトリクス１００重量部に対して１２１重量部〜２５７重量部である請求項１記載の熱伝導性成形体。
【請求項３】
前記熱伝導性充填材が金属水酸化物を含む熱伝導性充填材である請求項１または請求項２記載の熱伝導性成形体。
【請求項４】
前記高分子マトリクスがポリイソブチレンを主成分とする高分子マトリクスである請求項１〜請求項３何れか１項記載の熱伝導性成形体。
【請求項５】
前記非シリコーン系オイルがパラフィンオイルである請求項１〜請求項４何れか１項記載の熱伝導性成形体。
【請求項１】
高分子マトリクスと、可塑剤と、熱伝導性充填材とを含む熱伝導性成形体において、
高分子マトリクスが、オレフィン系液状樹脂の硬化体でなり、
可塑剤が、炭酸ジアルキルと引火点２５０℃以上の非シリコーン系オイルとを含んでなり、
炭酸ジアルキルと非シリコーン系オイルの合計に対する炭酸ジアルキルの重量比率が０．０５以上０．８５未満であり、且つ炭酸ジアルキルの含有量が前記高分子マトリクス１００重量部に対して１００重量部未満であることを特徴とする熱伝導性成形体。
【請求項２】
前記炭酸ジアルキルと非シリコーン系オイルの合計の含有量が前記高分子マトリクス１００重量部に対して１２１重量部〜２５７重量部である請求項１記載の熱伝導性成形体。
【請求項３】
前記熱伝導性充填材が金属水酸化物を含む熱伝導性充填材である請求項１または請求項２記載の熱伝導性成形体。
【請求項４】
前記高分子マトリクスがポリイソブチレンを主成分とする高分子マトリクスである請求項１〜請求項３何れか１項記載の熱伝導性成形体。
【請求項５】
前記非シリコーン系オイルがパラフィンオイルである請求項１〜請求項４何れか１項記載の熱伝導性成形体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−２３５９３（Ｐ２０１３−２３５９３Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６０１１６（Ｐ２０１１−１６０１１６）
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（０００２３７０２０）ポリマテック株式会社 (234)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（０００２３７０２０）ポリマテック株式会社 (234)
【Ｆターム（参考）】
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