熱伝導性樹脂ペーストおよびそれを用いた光ディスク装置
【課題】硬化性で熱伝導率が高い熱伝導性樹脂ペーストおよびそれを用いた光ディスク装置を提供することを目的とする。
【解決手段】硬化性ベース樹脂１００重量部に対し、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する粒子である窒化アルミニウム粒子がＸ重量部、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、粒子表面が金属酸化物の粒子である酸化アルミニウム粒子がＹ重量部配合されたとき、１．０Ｘ＋０．４Ｙ≧７００を満たす粒子が配合されたことを特徴とする熱伝導性樹脂ペーストである。
【解決手段】硬化性ベース樹脂１００重量部に対し、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する粒子である窒化アルミニウム粒子がＸ重量部、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、粒子表面が金属酸化物の粒子である酸化アルミニウム粒子がＹ重量部配合されたとき、１．０Ｘ＋０．４Ｙ≧７００を満たす粒子が配合されたことを特徴とする熱伝導性樹脂ペーストである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発熱体の熱を他の周辺部材に逃がす媒体として機能する熱伝導性樹脂ペーストおよびそれを用いた光ディスク装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学記録媒体として、ＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）、ＣＤ−Ｒ（書き込み可能なコンパクトディスク）、ＣＤ−ＲＷ（書き換え可能なコンパクトディスク）等の種々の光ディスクが開発されている。ＤＶＤにおいては、波長約６５０ｎｍのレーザー光により情報の記録または再生が行なわれる。一方、ＣＤ−ＲやＣＤ−ＲＷにおいては、波長約７８０ｎｍのレーザー光により情報の記録または再生が行なわれる。このような複数種類の光ディスクに対して情報の記録または再生を行う光ディスク装置が提案されている。
【０００３】
また、このような複数種類の光ディスクに対して情報の記録または再生を行う光ディスク装置において、光ディスク装置に搭載される光ピックアップの光源としては、複数の異なる波長の光束を出射するレーザー素子を１つのパッケージに隣接して配置したハイブリッド型２波長半導体レーザーや、１つの半導体基板に複数の波長の光源を集積化したモノリシック型２波長半導体レーザーなどが用いられている。
【０００４】
光源にハイブリッド型２波長半導体レーザーを用いた場合、比較的光源間の間隔が広いため、光源での発熱量はあまり大きなものではないが、モノリシック型２波長半導体レーザーを用いると、モノブロックでしかも光束出射位置が極めて近接しているために、極めて高い発熱量があり、光源の寿命が短くなるなどの弊害が生じることがあった。
【０００５】
また、この光源は、角度の調整が必要なため、光ピックアップの基台上に固定して備え付けられているのではなく、基台から若干分離した状態で備え付けられており、光源の発熱により約８０℃まで光源自身の温度は上昇する。そのため、光源の熱を基台に逃がすことが行なわれている。
【０００６】
従来は、光源と基台との間の隙間に熱伝導性のあるシリコーン系グリースを塗り、光源で発していた熱を基台に伝導していた。熱伝導性シリコーン系グリースでは、熱伝導性物質を配合したオイルコンパウンドであり、シリコーンは、充填剤への濡れ性もよく、多くの粒子を充填するのに適しており、高いもので約６Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有していた。
【０００７】
しかし、シリコーン系グリースは硬化性ではないため、媒体であるシリコーンオイルが経時でオイルブリードする「ポンピングアウト現象」が発生していた。そのため、オイルブリードした後は、約８０℃まで上昇する発熱体の熱を伝導する機能を十分に果たすことができず、装置に不具合をもたらすおそれがあった。
【０００８】
上述した問題を解決するために、従来では、エポキシ樹脂に熱伝導性物質を配合することにより、熱伝導性材料を硬化型にして用いていた（例えば、特許文献１，２参照）。これにより、ポンピングアウト現象が防止され、安定した熱伝導性を確保していた。
【特許文献１】特許第１９４３８０４号公報
【特許文献２】特許第２６８５３９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の技術では、以下のような問題が生じていた。
【００１０】
即ち、従来の熱伝導性接着剤では、熱伝導率が０．５〜４Ｗ／ｍ・Ｋ程度とそれ程高い訳ではなく、十分に発熱体の熱を吸収して、光ピックアップの基台に伝導することができないという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、硬化性で熱伝導率が高い熱伝導性樹脂ペーストおよびそれを用いた光ディスク装置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】
【００１２】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、硬化性ベース樹脂１００重量部に対し、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する粒子がＸ重量部、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、少なくとも粒子表面が金属酸化物である粒子がＹ重量部配合されたとき、１．０Ｘ＋０．４Ｙ≧７００を満たす粒子が配合されたことを特徴とする熱伝導性樹脂ペーストである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は上記構成により、熱伝導性樹脂ペーストにおける熱伝導性物質の粒子の割合を硬化性ベース樹脂に対して極めて多く配合することができるため、硬化性で熱伝導率が高い熱伝導性樹脂ペーストを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
請求項１記載の発明は、硬化性ベース樹脂１００重量部に対し、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する粒子がＸ重量部、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、少なくとも粒子表面が金属酸化物である粒子がＹ重量部配合されたとき、１．０Ｘ＋０．４Ｙ≧７００を満たす粒子が配合されたことを特徴とする熱伝導性樹脂ペーストである。これにより、熱伝導性樹脂ペーストにおける熱伝導性物質の粒子の割合を硬化性ベース樹脂に対して極めて多く含有させることで、熱伝導性樹脂ペーストの熱伝導率を高くすることができ、その硬化物は６Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を持つ熱伝導性樹脂ペーストとすることができる。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する粒子は、窒化アルミニウム粒子であることを特徴とする。これにより、低粘度で６Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を得ることができ、絶縁材料を用いることにより樹脂ペーストの硬化物を絶縁体とすることができる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項２に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記窒化アルミニウム粒子は、平均粒径が４０〜１００μｍの範囲内であることを特徴とする。これにより、ベース樹脂中に多量の粒子を配合しても、粘度の上昇を抑えることができ、高熱伝導率を保ちつつ、ディスペンサを用いて吐出することができる。
【００１７】
請求項４記載の発明は、請求項２乃至３に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記窒化アルミニウム粒子は、小粒径の窒化アルミニウムを造粒し、焼結することにより略球状に形成されていることを特徴とする。これにより、ベース樹脂中に多量の粒子を配合しても、粘度の上昇を抑えることができ、高熱伝導率を保ちつつ、ディスペンサを用いて吐出することができる。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項２乃至４に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記窒化アルミニウム粒子は、多糖類または酸化ケイ素により表面処理がなされることを特徴とする。窒化アルミは水と反応してアンモニアを発生するが、これらの処理により耐水性を向上することができる。
【００１９】
請求項６記載の発明は、請求項１に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、少なくとも粒子表面が金属酸化物である粒子は、酸化アルミニウム粒子であることを特徴とする。これにより、低粘度で６Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を得ることができ、絶縁材料を用いることにより樹脂ペーストの硬化物を絶縁体とすることができる。
【００２０】
請求項７記載の発明は、請求項１に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、少なくとも粒子表面が金属酸化物である粒子は、酸化アルミニウム粒子であることを特徴とする。これにより、低粘度で６Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を得ることができ、絶縁材料を用いることにより樹脂ペーストの硬化物を絶縁体とすることができる。
【００２１】
請求項８記載の発明は、請求項６乃至７に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記酸化アルミニウム粒子は、表面処理剤で表面処理されていることを特徴とする。これにより、幅が狭い空間に抵抗なくスムーズに注入することができ、さらに分散安定性を増すことができる。
【００２２】
請求項９記載の発明は、請求項８に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記表面処理剤は、フェニル基とアミノ基を有するシランカップリング剤であることを特徴とする。この表面処理剤は、表面処理剤の中でも、多種の硬化性ベース樹脂や粒子に対して高い流動効果や分散安定性を示すため、樹脂組成の幅を広くすることができ、適用範囲を広くすることができる。
【００２３】
請求項１０記載の発明は、請求項６乃至９に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、硬化性ベース樹脂１００重量部に対し、平均粒径が略０．７μｍの酸化アルミニウム粒子が１００〜３００重量部配合されていることを特徴とする。これにより、高熱伝導率を保ちつつ、ディスペンサでの吐出速度をより多くすることができる。さらに、熱伝導性樹脂ペーストの分散安定性を向上することができ、貯蔵性に優れた熱伝導性樹脂ペーストとすることができる。
【００２４】
請求項１１記載の発明は、請求項６乃至１０に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記酸化アルミニウム粒子は、略球状であることを特徴とする。これにより、ベース樹脂中に多量の粒子を配合しても、粘度の上昇を抑えることができ、高熱伝導率を保ちつつ、ディスペンサを用いて吐出することができる。
【００２５】
請求項１２記載の発明は、請求項１に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する粒子は、窒化アルミニウム粒子であり、且つ、前記２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、少なくとも粒子表面が金属酸化物である粒子は、酸化アルミニウム粒子であることを特徴とする。これにより、その硬化物は６Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を持つ、硬化性樹脂ペーストとすることができ、硬化性であるため熱伝導性樹脂ペーストの流動化を防止しつつ発熱体の熱を十分に伝導できる。さらに、絶縁材料を用いているため、その硬化物は絶縁体とすることができ、電子部品に塗布しても、端子間をショートさせることなく使用することができる。
【００２６】
請求項１３記載の発明は、請求項１２に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、窒化アルミニウム粒子と酸化アルミニウム粒子の混合比が、重量比で略４：６〜６：４であることを特徴とする。これにより、高熱伝導率を保ちつつ、熱伝導性樹脂ペーストの粘度を低減することができ、狭い隙間に注入することが可能となる。また、ディスペンサ等の汎用装置にて塗布が可能で、作業性の面でも有用な熱伝導性樹脂ペーストとすることができる。
【００２７】
請求項１４記載の発明は、請求項１に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記硬化性ベース樹脂は、熱硬化性樹脂、室温硬化性樹脂、湿気硬化性樹脂から選ばれる硬化性樹脂であることを特徴とする。これにより、光透過性の悪い粒子を多量に充填しても硬化が可能で、高熱伝導率を確保することができる。
【００２８】
請求項１５記載の発明は、請求項１または１４に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記硬化性ベース樹脂は、硬化後の硬化物中に含まれる側鎖に、水酸基が付加された構造であることを特徴とする。ベース樹脂に粒子を多量に配合すると、バインダーの役割をするベース樹脂の量が非常に少なくなるため、樹脂ペーストの硬化物は脆くなりやすい。しかし、硬化物の側鎖に水酸基が付加された構造をとることにより、粘りがあり強靱な硬化物とすることができる。
【００２９】
請求項１６記載の発明は、請求項１５に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記硬化性ベース樹脂は、水酸基を持つ単官能モノマーを含むことを特徴とする。これにより、その硬化物は側鎖に水酸基を持つ構造となり、強靱な硬化物を得ることができる。
【００３０】
請求項１７記載の発明は、請求項１または１４乃至１６に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記硬化性ベース樹脂は、潜在性の硬化剤を含むことを特徴とする。これにより、硬化性ベース樹脂の反応性を高めたり、逆に室温ではほとんど反応しない硬化性ベース樹脂とすることができる。このため、熱伝導性樹脂ペーストの硬化時間を短縮したり、硬化温度を低減したり、ポットライフを長くしたりすることができる。
【００３１】
請求項１８記載の発明は、請求項１または１４乃至１７に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記硬化性ベース樹脂は、エポキシ樹脂であることを特徴とする。エポキシ樹脂は熱や薬品への耐久性が高く、様々な物性の硬化物が作製可能であるため、使用できる分野が広い熱伝導樹脂ペーストとすることができる。
【００３２】
請求項１９記載の発明は、請求項１８に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記エポキシ樹脂は、硬化剤としてアミン系硬化剤を含むことを特徴とする。これにより、硬化剤の反応性に応じて、熱硬化性、室温硬化性の樹脂とすることができ、さらにケチミン化することにより湿気硬化性樹脂にすることもできる。また、硬化反応の結果水酸基を発生するため、強靱な硬化物を得ることができる。
【００３３】
請求項２０記載の発明は、請求項１８乃至１９に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記エポキシ樹脂は、単官能のモノマーを含むことを特徴とする。アミン系の硬化剤を用いた上で単官能のモノマーを配合すると、その硬化物は側鎖に水酸基を持つ構造となるため、強靱な硬化物を得ることができる。また、単官能のモノマーは、通常低粘度であるため、硬化性ベース樹脂の粘度を低減することができる。
【００３４】
請求項２１記載の発明は、請求項１または１４乃至２０に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記硬化性樹脂ベース樹脂またはエポキシ樹脂には、分散剤が配合されていることを特徴とする。これにより、粒子の分散性が増し、そのため樹脂ペーストの粘度が下がり、ディスペンサによる吐出速度を増加させることができる。また、基材への塗れ性の向上や、樹脂の流動性の制御にも大きな効果を示す。
【００３５】
請求項２２記載の発明は、請求項１または１４乃至２１に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記硬化性ベース樹脂またはエポキシ樹脂の粘度が３８０ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする。これにより、硬化性樹脂ペーストの粘度を低くすることができ、その結果ディスペンサによる吐出速度を大きくすることができる。
【００３６】
請求項２３記載の発明は、ディスペンサにて５ｍＬのシリンジと、内径０．７８ｍｍのニードルを用い、請求項１乃至２２に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、少なくとも０．５ＭＰａの圧力で吐出できることを特徴とする。これにより、汎用装置をもって極めて狭い隙間にも熱伝導性樹脂ペーストを注入する作業が可能となる。
【００３７】
請求項２４記載の発明は、請求項２４に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、ディスペンサにて５ｍＬのシリンジと、内径０．７８ｍｍのニードルを用い、０．５ＭＰａの圧力で２００ｍｇ／分以上吐出できることを特徴とする。これにより、汎用装置をもって極めて狭い隙間にも熱伝導性樹脂ペーストを注入する作業が短時間で可能となり、作業性の高い熱伝導性樹脂ペーストとすることができる。
【００３８】
請求項２５記載の発明は、請求項１乃至２４に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記熱伝導性樹脂ペーストの硬化物は、絶縁体であることを特徴とする。これにより、電子部品等に塗布しても、端子間をショートさせることなく使用することができる熱伝導性樹脂ペーストとすることができる。
【００３９】
請求項２６記載の発明は、オキシラン環を２つ以上持つエポキシオリゴマーまたはエポキシモノマーと、単官能のエポキシモノマーと、アミン系硬化剤と、分散剤とで構成される硬化性ベース樹脂１００重量部に対し、窒化アルミニウム粒子がＸ重量部、酸化アルミニウム粒子がＹ重量部配合されたとき、１．０Ｘ＋０．４Ｙ≧７００を満たす粒子が配合され、窒化アルミニウム粒子と酸化アルミニウム粒子の混合比が、重量比で略４：６〜６：４である硬化性樹脂ペーストであり、熱伝導率が６Ｗ／ｍ・Ｋ以上、且つ、５ｍＬのシリンジと、内径０．７８ｍｍのニードルを装着したディスペンサを用い、０．５ＭＰａの圧力で吐出したときの吐出速度が２００ｍｇ／分以上であることを特徴とする熱伝導性樹脂ペーストである。これにより、高熱伝導性を有しつつ、一般的な設備をもって極めて狭い空間にも高熱伝導材料を充填することができる。さらに、基材への塗れ性も良いため作業性に優れ、熱や薬品への耐久性が高いエポキシ樹脂を用い、硬化物は強靱な物性であるため信頼性が高く、樹脂ペーストの硬化物は絶縁体となるため電子部品をはじめ、様々な分野で用いることができる熱伝導性樹脂ペーストとすることができる。
【００４０】
請求項２７記載の発明は、請求項１乃至２６に記載の熱伝導性樹脂ペーストを充填または塗布し、所定の条件で硬化させた硬化物を具備したことを特徴とする光ディスク装置である。これにより、レーザーや受光素子のような発熱する部品の熱を速やかに拡散させることができるため、信頼性が高く、寿命が長い光ディスク装置とすることができる。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【００４２】
図１に本発明による樹脂ペーストのディスペンサによる吐出速度と、熱伝導率の関係を表したグラフを示す。このときのディスペンサによる吐出速度は、一般的なディスペンサ装置（武蔵エンジニアリング社製）を用いて、５ｍＬのシリンジに、外径１．０８ｍｍ、内径０．７８ｍｍのニードル（武蔵エンジニアリング社製プラスチックニードル、ＰＮ−１９Ｇ−Ｂ）を装着して、０．５ＭＰａの圧力で吐出したときの吐出速度とした。
【００４３】
なお、試料１〜８は本発明の実施例、試料９〜１１は比較例となっており、（表１）に本発明に用いた硬化性ベース樹脂の配合、（表２）に粒子の配合を下記に示し、各試料の製造方法、基本的な特徴については後述する。
【００４４】
【表１】
【００４５】
【表２】
【００４６】
図１中の試料９および試料１０がこれまでに市販されている熱伝導性樹脂ペーストである。試料９の熱伝導性樹脂ペーストは、ディスペンサでの吐出速度が２００ｍｇ／分程度、熱伝導率が４Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、現在市販されている熱伝導性樹脂ペーストの中で、実使用上問題なく使用できるレベルとしては、最も熱伝導率が高いものである。熱伝導性樹脂ペーストは、場所によっては１箇所に５００ｍｇ程度注入されることもあり、これよりもディスペンサでの吐出速度が小さくなると工程に時間がかかりすぎてしまい、生産性が低くなってしまう。そのため、熱伝導性樹脂ペーストは、ディスペンサでの吐出速度が２００ｍｇ／分以上であることが好ましい。試料１０の熱伝導性樹脂ペーストは、熱伝導率が６Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、熱伝導性という点では市販品で最高レベルであるが、ディスペンサでは２０ｍｇ／分程度の吐出速度で、実使用上問題がある。
【００４７】
図２に試料１における粒子の配合から、酸化アルミニウムと窒化アルミニウムをそれぞれ増減させたときの熱伝導率を表したグラフを示す。粒子の配合量を増やすと熱伝導率は高くなり、粒子の配合量を減らすと熱伝導率は低くなる結果であるが、試料１の配合より、どちらの粒子を減らしても、６Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率となってしまう。また、高熱伝導率を有する窒化アルミニウムの方が熱伝導率に対する寄与が大きい。このため、窒化アルミニウムの配合量を増やし、酸化アルミニウムの配合量を減らした、例えば硬化性ベース樹脂１００重量部に対し、窒化アルミニウム６００重量部と酸化アルミニウムを２５０重量部配合した樹脂ペーストも考えられる。
【００４８】
試料５、７、８は、同一の硬化性ベース樹脂を用いて、その硬化物が約７Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を持つ、熱伝導性樹脂ペーストである。これらの試料の粒子配合をグラフにプロットしたものを図３に示す。この３点はベース樹脂１００重量部に対して、窒化アルミニウムをＸ重量部、酸化アルミニウムをＹ重量部配合したとするとき、１．０Ｘ＋０．４Ｙ＝７００で表される直線上に位置している。樹脂組成１を用いた、試料５、７、８では７Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率が得られたが、樹脂組成により多少熱伝導率が変化することを加味しても、少なくとも１．０Ｘ＋０．４Ｙ＝７００で表される配合量以上の粒子を配合すると、６Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率が得られる。
【００４９】
本実施例では、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導率を有する粒子として、窒化アルミニウムを配合したが、一般的に、高熱伝導性の樹脂ペーストを得るためには、ベース樹脂にできるだけ高熱伝導の粒子を、できるだけ多量に配合すると良いため、アルミニウム、金、銀、銅、タングステン、ベリリウム、マグネシウム等の熱伝導率が高い金属粒子を配合することもできる。しかし、金属粒子を多量に配合すると、その硬化物は導電性となってしまうため、本発明のように、電子部品に塗布する用途に用いる可能性がある場合は、絶縁性の粒子を用いることが望ましい。金属粒子を配合する場合は、配合量が少なければその樹脂硬化物も絶縁性を確保できるため、少量添加したり、絶縁性の粒子の表面を薄くコーティングしたりすることにより、熱伝導率を向上させることができる。
【００５０】
なお、上記金属酸化物や金属粒子以外にも、炭素を主成分として形成される粒子で１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導率を有するものであれば、利用可能である。
【００５１】
熱の伝導には大きく分けて数種類の伝達方法があるが、その中でも、格子振動による伝達と、自由電子による伝達が、特に効率よく熱伝達を行う方法である。そのため、一般的に高熱伝導率を有する物質は硬く、非常に安定な物質である。このような安定な物質は、他の物質との相互作用が小さいため、高熱伝導率を有する粒子は、一般的に樹脂との馴染みが悪い。そのため、比較的熱伝導率が低くても、樹脂との馴染みが良い物質を配合し、樹脂ペーストの分散安定性を向上させる必要がある。このような作用を持つ物質として、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛などの金属酸化物が挙げられる。分散安定性が向上するメカニズムは、金属酸化物が持つ酸素と、樹脂が持つ炭素鎖の間で、弱い静電的な作用があると考えられる。このような作用は、粒子表面が金属酸化物であれば問題ないため、金属表面を酸化させる、もしくは、金属表面に金酸化物をコーティングするなどの方法により、金属粒子と金属酸化物のコアシェル構造とすると、熱伝導率が高く、樹脂との馴染みがよい、理想的な無機粒子ができる。
【００５２】
金属酸化物の中でも、酸化アルミニウムは比較的熱伝導率が高く、安価で、球状のものが存在する。酸化アルミニウムを配合する場合は、粒径が異なる粒子を２種類以上混合すると、大粒径の隙間に小粒径の粒子が入り込み、高充填が可能となる。さらに２種類の混合比を調節することにより、粒子全体の比表面積をコントロールでき、樹脂ペーストの粘性を自由にコントロールすることができる。本実施例では、硬化性ベース樹脂１ｇに対して平均粒径が約０．７μｍの球状酸化アルミニウム１ｇと平均粒径が約１０μｍの球状酸化アルミニウム４ｇを配合したが、小粒径の酸化アルミニウムはベース樹脂１００重量部に対して１００〜３００重量部程度が望ましく、これより少ないと分散安定性を向上させる効果が低く、これより多いと粘度が高くなり、ディスペンサでの吐出ができなくなる。
【００５３】
高熱伝導率の粒子は、前述の通り樹脂との馴染みが悪いため、できるだけ比表面積が小さい方がよく、そのため球状で、粒径が大きい方が良い。本実施例では平均粒径が約５０μｍの球状窒化アルミニウムを用いたが、４０μｍより小さくなると、比表面積が大きくなるため粘度が上昇し、ディスペンサによる吐出速度が小さくなってしまう。逆に１００μｍより大きいと、狭い隙間で目詰まりを起こしたり、分散安定性が悪くなったりするため、高熱伝導率粒子の粒径は４０〜１００μｍ程度が適当である。このような高熱伝導率を有する粒子と金属酸化物の粒子を混合することにより、金属酸化物が高熱伝率を有する粒子をコーティングするような構造となり、樹脂ペーストの分散安定性を向上させることができる。
【００５４】
図４に硬化性ベース樹脂１００重量部に対し、配合される粒子を合計１０００重量部とし、酸化アルミニウムと窒化アルミニウムの配合比を変化させたときの、樹脂ペースト硬化物の熱伝導率と、樹脂ペーストのディスペンサによる吐出速度を表したグラフを示す。熱伝導率が高い窒化アルミニウムの配合量を多くするほど熱伝導率は高くなる。吐出速度は酸化アルミニウムと窒化アルミニウムの配合比が重量比で４：６となる点をピークに、窒化アルミニウムを増加させるほど減少していく傾向にある。これは、ベース樹脂と窒化アルミニウムの馴染みが悪いためであり、あまり増加させると分散安定性が悪くなる。酸化アルミニウムと窒化アルミニウムの配合比は重量比で４：６〜６：４程度が適当であり、これより窒化アルミニウムが少ないと熱伝導率が低く、高粘度となり、これより窒化アルミニウムが多いと分散安定性が悪く、保存性が低い上に、ディスペンサでの目詰まり等の原因となる。
【００５５】
本発明の熱伝導性樹脂ペーストは、ダイアモンドのような高価な粒子を用いらない限り、光透過性の低い粒子を多量に配合する必要がある。そのため、光硬化性のベース樹脂では表面の数十μｍ程度の硬化しか期待できず、全体を硬化させるためには、熱硬化性、室温硬化性、湿気硬化性のベース樹脂であることが望ましい。
【００５６】
本実施例では、硬化性ベース樹脂として、エポキシ樹脂を用いたが、光硬化以外の手法で硬化できる樹脂であれば何でも用いることができ、例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などは熱硬化性、室温硬化性、湿気硬化性のものが知られている。アクリル樹脂を用いる場合、熱硬化性または室温硬化性にするために、有機過酸化物が用いられるが、有機過酸化物は自己反応性の物質で、危険性があり、反応の制御が難しい。ウレタン樹脂は高粘度のものが多く、粒子を多量に配合するためには可塑剤などを配合する必要があるが、可塑剤はブリード等の恐れがあるため、電子部品への使用には適さない。シリコーン樹脂は、低粘度にするためには、低分子のシロキサンを用いる必要があるが、低分子シロキサンはガラスを侵すため、レンズ等の光学部品を曇らせる原因となりうる。これらのことを考えると、熱や薬品への耐久性が高く、樹脂粘度の自由度があり、物性の調整がしやすい、エポキシ樹脂を硬化性ベース樹脂に用いることが好ましい。
【００５７】
エポキシのオリゴマーは、一般的にビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型が知られているが、近年ではこのような骨格を元に、モノマー等を付加して様々な物性を示すオリゴマーが、各樹脂メーカーより発売されている。本発明ではオリゴマーに関する限定を特に行っていないが、できるだけ低粘度で、硬化したときの物性が柔軟である方が良い。これは、光ディスク等の光学部品に用いた場合、硬化物があまりに硬いと光軸をずらしてしまう恐れがあるためである。また、耐水性を考慮する場合、オリゴマー構造中にエステル結合を持たないものを使用することが望ましい。
【００５８】
単官能または２官能のモノマーとしては、長鎖のアルキル鎖を持つモノマーが、比較的低粘度で、樹脂ペーストの粘度を低減する効果が高い。単官能モノマーは、樹脂ペーストの粘度を低減する効果とともに、樹脂硬化物を柔軟で粘りのある物性にする効果を有する。これは、架橋密度を低減する他に、アミン硬化剤を用いると水酸基が側鎖に付加された構造をとるためである。側鎖とは、片端が他のオリゴマーやモノマーに結合していない鎖のことを指す。単官能モノマーとアミン硬化剤が結合した場合、オキシラン環が開環した結果、水酸基を生じ、側鎖に水酸基が付加された構造となる。
【００５９】
図５に単官能モノマーの配合量と、ベース樹脂硬化物の伸び率の関係を表したグラフを示す。単官能モノマーの配合量を増やすほど、伸び率が大きくなっていることが分かる。本発明のように、ベース樹脂中に粒子を多量に配合する場合、ベース樹脂硬化物の伸び率が小さいと樹脂ペーストの硬化物は脆くなってしまうため、ベース樹脂硬化物の伸び率は大きいほど良い。そのため、単官能モノマーを多量に配合する必要があるが、配合量をあまり増加させると、硬化性の悪化や、架橋密度低下による耐久性の低下等の不具合が生じる。単官能モノマーの配合量は３０〜６０重量％程度が適当である。
【００６０】
硬化剤として、カチオン重合開始剤や、イミダゾールのようなアニオン系の重合を行う硬化剤を用いる場合は、反応により水酸基を発生しないため、側鎖に水酸基が付加した構造とするためには、水酸基を持った単官能モノマーを配合する必要がある。この場合は、ベース樹脂中に単官能モノマーを２０重量％程度加えると顕著な効果が現れ、ベース樹脂の硬化物は粘り強く、柔らかい物性となる。
【００６１】
本実施例では、変性ポリアミンを硬化剤として用いたが、エポキシ樹脂の硬化剤としては、アミン系硬化剤、ポリメルカプタン、酸無水物、カチオン重合開始剤、アミン錯体などが知られており、硬化温度、ポットライフを考慮の上、要求性能に応じた硬化剤の選択が必要である。
【００６２】
本発明の熱伝導性樹脂ペーストは、光ディスク装置のレーザー素子付近に注入または塗布することを想定しているが、レーザー素子は高温になると発振しなくなるため、通常８０℃程度までしか製品保証がなされていない。このため、樹脂ペーストの硬化温度は８０℃以下であることが望まれるが、このような低温で硬化する樹脂は、室温でもある程度の反応性があるため、ポットライフが短いという問題点を有する。このような問題を解決するために、常温ではほとんど反応しないような、潜在性硬化剤を用いると、ポットライフを長くすることができる。
【００６３】
潜在性硬化剤の中でも、硬化温度が低いものとして、変性ポリアミンやアミンアダクトのうち、常温固体であり溶融点が低温であるもの、カチオン重合開始剤、イミダゾール、アミン錯体などが知られている。湿気硬化性のもので、アミンの活性基をケトンでブロックしたケチミンも潜在性硬化剤の一種である。
【００６４】
図６にベース樹脂の粘度と、試料１と同様の配合で粒子を配合した樹脂ペーストの粘度の関係、さらにそのときのディスペンサでの吐出速度の関係を表したグラフを示す。この実験に用いたベース樹脂は、（表１）に記載の樹脂組成１〜５の樹脂である。ベース樹脂１００重量部に対する、酸化アルミニウム５００重量部と窒化アルミニウム５００重量部を配合した場合、全ての樹脂組成にてディスペンサでの吐出が可能であったが、吐出速度は２００ｍｇ／分以上であることが好ましいため、ベース樹脂の粘度は、少なくとも３８０ｍＰａ・ｓ以下であれば良いことが分かる。しかし、このような関係が成り立つのは、あくまでこの系のベース樹脂を用いたときに、酸化アルミニウムと窒化アルミニウムをこの配合量で混合したときであって、ベース樹脂を変えたり、酸化アルミニウムと窒化アルミニウムの種類や配合量を変えるとこの関係も変化するため、各組み合わせに応じてベース樹脂の粘度は最適化する必要がある。ベース樹脂の粘度は、低いほど樹脂ペーストの粘度も低くなり、ディスペンサでの吐出速度も大きくなる。従って、ベース樹脂の粘度が低いほど作業効率が向上するが、硬化性の樹脂とするためには（表１）の樹脂組成１程度の配合が好ましい。
【００６５】
硬化性ベース樹脂と粒子の混合方法に関して、特に限定はないが、乳鉢のような器具を用いて混合する場合には、小粒径の粒子から順番に混合・分散することにより、凝集粒子をよく破砕でき、分散性が向上する。また、本実施例のような造粒した粒子を用いる場合は、造粒した粒子を破壊してしまう恐れがあるため、あまり強い力をかけない方が良い。脱法撹拌装置のように、樹脂ペーストを流動させて混合する場合は、粒子同士の摩擦により温度が上昇しやすく、これにより樹脂の硬化反応が進行してしまうため、できるだけ温度が上がらないような、穏和な条件で攪拌する必要がある。
【００６６】
以下、各試料の製造方法を示す。
【００６７】
試料１の熱伝導性樹脂ペーストは、樹脂組成３の硬化性ベース樹脂１ｇに対し、平均粒径が約５０μｍの球状窒化アルミニウム（古川電子社製ＦＡＮ−ｆ５０−Ｊ−Ａ）を５ｇ、平均粒径が約０．７μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ２５００−ＳＸＨ）を１ｇ、平均粒径が約１０μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ９５００−ＳＸＢ）を４ｇ配合した。この樹脂ペーストを型に流し込み、硬化させることにより、厚さ２ｍｍの平板を作製し、定常熱流法により熱伝導率を測定したところ、６．５Ｗ／ｍ・Ｋであった。さらに、ディスペンサでの吐出速度は、前記条件において５２０ｍｇ／分であり、これまでにない高い熱伝導性能と、高い生産性を兼ね備えた熱伝導性樹脂ペーストである。
【００６８】
試料２の熱伝導性樹脂ペーストは、樹脂組成３の硬化性ベース樹脂１ｇに対し、平均粒径が約５０μｍの球状窒化アルミニウム（古川電子社製ＦＡＮ−ｆ５０−Ｊ−Ａ）を７ｇ、平均粒径が約０．７μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ２５００−ＳＸＨ）を１ｇ、平均粒径が約１０μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ９５００−ＳＸＢ）を４ｇ配合した。この樹脂ペーストを型に流し込み、硬化させることにより、厚さ２ｍｍの平板を作製し、定常熱流法により熱伝導率を測定したところ、８．５Ｗ／ｍ・Ｋであった。熱伝導率が高い窒化アルミニウムを増量することにより、樹脂ペースト硬化物の熱伝導率を効果的に向上することができる。また、ディスペンサでの吐出速度は、前記条件において６０ｍｇ／分であった。粒子を多量に配合したために、吐出速度は激減し、工程では使いづらい配合となっている。このような樹脂ペーストの配合の場合は、ディスペンサニードルの内径が大きいものを使う必要がある。
【００６９】
試料３の熱伝導性樹脂ペーストは、樹脂組成２の硬化性ベース樹脂１ｇに対し、平均粒径が約５０μｍの球状窒化アルミニウム（古川電子社製ＦＡＮ−ｆ５０−Ｊ−Ａ）を５ｇ、平均粒径が約０．７μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ２５００−ＳＸＨ）を１ｇ、平均粒径が約１０μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ９５００−ＳＸＢ）を４ｇ配合した。この樹脂ペーストを型に流し込み、硬化させることにより、厚さ２ｍｍの平板を作製し、定常熱流法により熱伝導率を測定したところ、６．８Ｗ／ｍ・Ｋであった。さらに、ディスペンサでの吐出速度は、前記条件において１３８０ｍｇ／分であった。硬化性ベース樹脂の粘度を下げると、吐出速度は大幅に増加し、生産性を大きく向上することができる。
【００７０】
試料３に用いた硬化性ベース樹脂は、（表１）の樹脂組成２の配合であるが、これは試料１に用いた樹脂組成３と比べると、オリゴマーが少なく、その代わりに２官能のモノマーを配合した組成となっている。このような組成にすることで、粘度を低くできる効果は高い。ベース樹脂中にオリゴマーを多量に配合すると、その硬化物は弾性に富んだ物性となりやすい。逆にモノマーを多量に配合すると、塑性変形する物性となる傾向があるため、用途によって配合を適正化する必要がある。
【００７１】
試料４の熱伝導性樹脂ペーストは、樹脂組成２の硬化性ベース樹脂１ｇに対し、平均粒径が約５０μｍの球状窒化アルミニウム（古川電子社製ＦＡＮ−ｆ５０−Ｊ−Ａ）を７ｇ、平均粒径が約０．７μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ２５００−ＳＸＨ）を１ｇ、平均粒径が約１０μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ９５００−ＳＸＢ）を４ｇ配合した。この樹脂ペーストを型に流し込み、硬化させることにより、厚さ２ｍｍの平板を作製し、定常熱流法により熱伝導率を測定したところ、８．７Ｗ／ｍ・Ｋであった。さらに、ディスペンサでの吐出速度は、前記条件において１５０ｍｇ／分であった。
【００７２】
試料５の熱伝導性樹脂ペーストは、樹脂組成１の硬化性ベース樹脂１ｇに対し、平均粒径が約５０μｍの球状窒化アルミニウム（古川電子社製ＦＡＮ−ｆ５０−Ｊ−Ａ）を５ｇ、平均粒径が約０．７μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ２５００−ＳＸＨ）を１ｇ、平均粒径が約１０μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ９５００−ＳＸＢ）を４ｇ配合した。この樹脂ペーストを型に流し込み、硬化させることにより、厚さ２ｍｍの平板を作製し、定常熱流法により熱伝導率を測定したところ、７．０Ｗ／ｍ・Ｋであった。さらに、ディスペンサでの吐出速度は、前記条件において２９７０ｍｇ／分であった。
【００７３】
試料５に用いた硬化性ベース樹脂は、（表１）の樹脂組成１の配合である。試料１〜４に用いたベース樹脂の樹脂組成２、３とは異なり、オリゴマーを全く配合していない、低粘度という点に特化したベース樹脂である。このような配合をすると、硬化性が悪くなったり、粒子との馴染みが悪くなったりする不具合を生じやすいため、硬化剤や配合する粒子の選択を慎重に行う必要がある。
【００７４】
試料６の熱伝導性樹脂ペーストは、樹脂組成１の硬化性ベース樹脂１ｇに対し、平均粒径が約５０μｍの球状窒化アルミニウム（古川電子社製ＦＡＮ−ｆ５０−Ｊ−Ａ）を７ｇ、平均粒径が約０．７μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ２５００−ＳＸＨ）を１ｇ、平均粒径が約１０μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ９５００−ＳＸＢ）を４ｇ配合した。この樹脂ペーストを型に流し込み、硬化させることにより、厚さ２ｍｍの平板を作製し、定常熱流法により熱伝導率を測定したところ、８．９Ｗ／ｍ・Ｋであった。さらに、ディスペンサでの吐出速度は、前記条件において３００ｍｇ／分であった。
【００７５】
試料７の熱伝導性樹脂ペーストは、樹脂組成１の硬化性ベース樹脂１ｇに対し、平均粒径が約５０μｍの球状窒化アルミニウム（古川電子社製ＦＡＮ−ｆ５０−Ｊ−Ａ）を３ｇ、平均粒径が約０．７μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ２５００−ＳＸＨ）を１ｇ、平均粒径が約１０μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ９５００−ＳＸＢ）を９ｇ配合した。この樹脂ペーストを型に流し込み、硬化させることにより、厚さ２ｍｍの平板を作製し、定常熱流法により熱伝導率を測定したところ、７．１Ｗ／ｍ・Ｋであった。さらに、ディスペンサでの吐出速度は、前記条件において１０３０ｍｇ／分であった。
【００７６】
試料７と同等の熱伝導率を持つ試料５の樹脂ペーストを比較すると、試料７の吐出速度が大幅に小さい。試料７では低粘度である樹脂組成１を配合したために、十分な吐出速度が得られているが、もう少し粘度が高いベース樹脂を用いると、十分な吐出速度が得られなくなる。
【００７７】
試料８の熱伝導性樹脂ペーストは、樹脂組成１の硬化性ベース樹脂１ｇに対し、平均粒径が約５０μｍの球状窒化アルミニウム（古川電子社製ＦＡＮ−ｆ５０−Ｊ−Ａ）を６ｇ、平均粒径が約０．７μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ２５００−ＳＸＨ）を１ｇ、平均粒径が約１０μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ９５００−ＳＸＢ）を１．５ｇ配合した。この樹脂ペーストを型に流し込み、硬化させることにより、厚さ２ｍｍの平板を作製し、定常熱流法により熱伝導率を測定したところ、７．１Ｗ／ｍ・Ｋであった。ディスペンサでの吐出は、すぐにニードルが目詰まりしてしまい、十分に吐出できない結果となった。
【００７８】
試料９の熱伝導性樹脂ペーストは、スリーボンド社製、ＴＢ２９５５Ｅを型に流し込み、硬化させることにより、厚さ２ｍｍの平板を作製し、定常熱流法により熱伝導率を測定したところ、４．０Ｗ／ｍ・Ｋであった。さらに、ディスペンサでの吐出速度は、前記条件において２２０ｍｇ／分であった。
【００７９】
試料１０の熱伝導性樹脂ペーストは、信越化学社製、Ｘ−３２−２１３３を型に流し込み、硬化させることにより、厚さ２ｍｍの平板を作製し、定常熱流法により熱伝導率を測定したところ、５．９Ｗ／ｍ・Ｋであった。さらに、ディスペンサでの吐出速度は、前記条件において２０ｍｇ／分であった。
【００８０】
試料１１の熱伝導性樹脂ペーストは、樹脂組成３の硬化性ベース樹脂１ｇに対し、平均粒径が約５０μｍの球状窒化アルミニウム（古川電子社製ＦＡＮ−ｆ５０−Ｊ−Ａ）を２ｇ、平均粒径が約０．７μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ２５００−ＳＸＨ）を１ｇ、平均粒径が約１０μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ９５００−ＳＸＢ）を４ｇ配合した。この樹脂ペーストを型に流し込み、硬化させることにより、厚さ２ｍｍの平板を作製し、定常熱流法により熱伝導率を測定したところ、４．２Ｗ／ｍ・Ｋであった。さらに、ディスペンサでの吐出速度は、前記条件において１４８０ｍｇ／分であった。
【００８１】
本発明の熱伝導性ペーストを光ディスクに用いた場合について、図７〜９を用いて説明する。図７に光ディスク装置７１の斜視図を示す。光ディスク装置７１は、スピンドルモータ７２にＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）等の光ディスクを装着し、光ディスクを回転させながら、光ピックアップ装置７３に搭載された対物レンズより射出される光を、光ディスク上のデータ記録面に照射することによって、データの記録もしくは再生を行う。
【００８２】
図８は、光ピックアップ装置７３の拡大図である。光ピックアップ装置７３には、光源として半導体レーザー素子、光を光ディスクまで導き、光ディスクのデータ記録面に照射するための光学部品、光ディスクから反射してきた光を検出する受光素子等が装着されている。例えばＢＤを再生する場合、半導体レーザー素子８１ａから射出された光は種々の光学部品によってアクチュエータ８２に設けられた対物レンズ８３まで導かれ、対物レンズ８３によってＢＤの記録面上に集光・照射される。ここで対物レンズ８３は２つの対物レンズを指示しているが、一方がＢＤ用の対物レンズであり、他方がＣＤ、ＤＶＤ用の対物レンズである。照射された光は、ＢＤの記録面上で反射し、射出された光と同一の経路をたどってプリズム８４ａへ戻ってくる。プリズム８４ａでは戻ってきた光は反射され、受光素子８５ａに入射される。受光素子８５ａでは入射した光を電気信号に変換し、その電気信号は信号生成系の回路部に送られ、その回路部においてＲＦ信号を生成し、所望の情報を生成する。
【００８３】
図９は、光ピックアップ装置７３を簡略化した模式図である。光源である半導体レーザー素子８１ａ、８１ｂは、光軸調整を行う必要があるため、基台８６との間には隙間があり、半導体レーザー素子８１ａ、８１ｂは、精密固定用の接着剤にて固定されている。精密固定用の接着剤は一般的に熱伝導率が低いため、半導体レーザー素子８１ａ、８１ｂで発熱した熱は基台８６にはほとんど伝達しない。さらに、受光素子８５ａ、８５ｂも発熱体であるため、半導体レーザー素子８１ａ、８１ｂ周辺の温度は、８０℃を大きく超えてしまう恐れがあり、半導体レーザー素子８１ａ、８１ｂは高温になってしまうと発振しなくなったり、寿命が短くなったりするため、一般的に８０℃までしか製品保証がなされていない。そのため、半導体レーザー素子８１ａ、８１ｂは８０℃以上の温度にならないように、熱を基台８６へ効率よく拡散する手段が必要となる。
【００８４】
これまで、半導体レーザー素子８１ａ、８１ｂから基台８６への熱伝達の手段として、熱伝導率が４Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導性接着剤が用いられてきたが、この程度の熱伝導率では十分に熱を拡散できず、さらに半導体レーザー素子８１ａ、８１ｂの上にグラファイトシートを貼り付ける等の工夫がなされている。しかし、近年では、光ディスクへの書き込み速度上昇の要請は強く、そのためさらに高出力の半導体レーザー素子を用いる必要が出てくる。高出力の半導体レーザー素子を用いると、現在用いている半導体レーザー素子８１ａ、８１ｂよりも発熱量は大きくなるため、これまでより熱を効率よく拡散させる必要がある。その１つの手段として、高い熱伝導率を持つ熱伝導材料を用いることが考えられる。
【００８５】
また、本発明の熱伝導性樹脂ペーストは、硬化性のベース樹脂に、熱伝導率が高い無機粒子を多量に配合することにより、高熱伝導性を達成しているが、通常、樹脂に粒子を多量に配合すると、その樹脂ペーストは粘度が高くなってしまい、ディスペンサのような器具を用いて、狭い隙間に樹脂を注入することはできなくなってしまう。その一方で、発熱体と光ピックアップの基台との距離は、狭い方が熱伝導しやすいことや、小型化、薄型化により、部材同士が非常に近接していることから、近年の光ディスクドライブは、発熱体と光ピックアップの基台の隙間は非常に狭く設計されることが多い。その隙間は１ｍｍ程度になることもあるため、先端が細い、外径が１ｍｍ程度のディスペンサニードルを用いて、隙間に樹脂ペーストを注入することが必要となってくる。
【００８６】
そこで、本発明の熱伝導性樹脂ペーストを光ディスクに使用し、使用例として図９に示すように、熱伝導性樹脂ペーストを半導体レーザー素子８１ａ、８１ｂと基台８６の間や、受光素子８５ａ、８５ｂと基台８６の間に注入したり、上から塗布したりした後、硬化させることで熱伝導性樹脂ペーストの硬化物８７ａ、８７ｂが形成される。
【００８７】
なお、本実施例の樹脂ペーストは絶縁性を有するため、半導体レーザー素子８１ａ、８１ｂ等に塗布する際に短絡等の影響を気にすることなく、容易に塗布することができる。
【００８８】
上記熱伝導性樹脂ペーストの硬化物８７ａ、８７ｂは、６Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するため、半導体レーザー素子８１ａ、８１ｂや受光素子８５ａ、８５ｂから効率よく基台８６へ熱を拡散することができる。また、本発明の熱伝導性樹脂ペーストは硬化性であるため、他の場所に流れ出たりすることがなく、そのため高い熱伝導率を維持でき、光学部品を汚染することもない。
【００８９】
以上のことから、本発明の熱伝導性樹脂ペーストを光ディスク装置に用いることにより、信頼性が高く、寿命が長い、光ディスク装置とすることができる。
【００９０】
上述した光ディスク装置以外の使用例としては、発熱量が大きく放熱が必要となる電子部品、例えばＣＰＵ、ドライバＩＣ等の集積素子や、ＬＥＤなどの光源等が挙げられ、ＣＰＵに用いる場合には、ＣＰＵの熱を受熱し放熱フィンへと熱を伝える受熱部とＣＰＵとの接触部分に用いたりすることにより、ＣＰＵからの熱を受熱部に効率的に伝えることができる。
【００９１】
そのため、光ディスク装置のように光源等の発熱源が他の部材と隙間をもって設けられ接点が少なく熱を逃がしにくい構造となっている場合には、発熱源から熱を逃がすためにその隙間に充填剤として本発明の樹脂ペーストを用いるのは好適である。
【００９２】
また、本実施例の樹脂ペーストは絶縁性を有するため、例えば樹脂ペーストを平板上に形成することで配線板の絶縁層として利用したり、配線上の導電性パターンを保護するための保護材として利用可能であり、熱源から発生する熱を効率よく拡散することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
発熱体の熱を他の周辺部材に逃がす媒体として機能するため、パソコンのＣＰＵ、各種集積素子、ＬＥＤ等、発熱する全てのデバイスを冷却することができる。さらに、狭い空間に注入することが可能であるため、光ディスク装置に用いる、半導体レーザー素子の冷却に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施例における性能を比較したグラフ
【図２】本発明の実施例における性能を比較したグラフ
【図３】本発明の実施例における性能を比較したグラフ
【図４】本発明の実施例における物性を比較したグラフ
【図５】本発明の実施例における物性と性能を表したグラフ
【図６】本発明の実施例における適切な粒子の配合量を表したグラフ
【図７】本発明の実施例における光ディスク装置の斜視図
【図８】本発明の実施例における光ピックアップ装置の拡大図
【図９】本発明の実施例における光ピックアップ装置の模式図
【符号の説明】
【００９５】
７１ 光ディスク装置
７２ スピンドルモータ
７３ 光ピックアップ装置
８１ａ 半導体レーザー素子
８１ｂ 半導体レーザー素子
８２ アクチュエータ
８３ 対物レンズ
８４ａ プリズム
８４ｂ プリズム
８５ａ 受光素子
８５ｂ 受光素子
８６ 基台
８７ａ 熱伝導性樹脂ペーストの硬化物
８７ｂ 熱伝導性樹脂ペーストの硬化物
【技術分野】
【０００１】
発熱体の熱を他の周辺部材に逃がす媒体として機能する熱伝導性樹脂ペーストおよびそれを用いた光ディスク装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学記録媒体として、ＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）、ＣＤ−Ｒ（書き込み可能なコンパクトディスク）、ＣＤ−ＲＷ（書き換え可能なコンパクトディスク）等の種々の光ディスクが開発されている。ＤＶＤにおいては、波長約６５０ｎｍのレーザー光により情報の記録または再生が行なわれる。一方、ＣＤ−ＲやＣＤ−ＲＷにおいては、波長約７８０ｎｍのレーザー光により情報の記録または再生が行なわれる。このような複数種類の光ディスクに対して情報の記録または再生を行う光ディスク装置が提案されている。
【０００３】
また、このような複数種類の光ディスクに対して情報の記録または再生を行う光ディスク装置において、光ディスク装置に搭載される光ピックアップの光源としては、複数の異なる波長の光束を出射するレーザー素子を１つのパッケージに隣接して配置したハイブリッド型２波長半導体レーザーや、１つの半導体基板に複数の波長の光源を集積化したモノリシック型２波長半導体レーザーなどが用いられている。
【０００４】
光源にハイブリッド型２波長半導体レーザーを用いた場合、比較的光源間の間隔が広いため、光源での発熱量はあまり大きなものではないが、モノリシック型２波長半導体レーザーを用いると、モノブロックでしかも光束出射位置が極めて近接しているために、極めて高い発熱量があり、光源の寿命が短くなるなどの弊害が生じることがあった。
【０００５】
また、この光源は、角度の調整が必要なため、光ピックアップの基台上に固定して備え付けられているのではなく、基台から若干分離した状態で備え付けられており、光源の発熱により約８０℃まで光源自身の温度は上昇する。そのため、光源の熱を基台に逃がすことが行なわれている。
【０００６】
従来は、光源と基台との間の隙間に熱伝導性のあるシリコーン系グリースを塗り、光源で発していた熱を基台に伝導していた。熱伝導性シリコーン系グリースでは、熱伝導性物質を配合したオイルコンパウンドであり、シリコーンは、充填剤への濡れ性もよく、多くの粒子を充填するのに適しており、高いもので約６Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有していた。
【０００７】
しかし、シリコーン系グリースは硬化性ではないため、媒体であるシリコーンオイルが経時でオイルブリードする「ポンピングアウト現象」が発生していた。そのため、オイルブリードした後は、約８０℃まで上昇する発熱体の熱を伝導する機能を十分に果たすことができず、装置に不具合をもたらすおそれがあった。
【０００８】
上述した問題を解決するために、従来では、エポキシ樹脂に熱伝導性物質を配合することにより、熱伝導性材料を硬化型にして用いていた（例えば、特許文献１，２参照）。これにより、ポンピングアウト現象が防止され、安定した熱伝導性を確保していた。
【特許文献１】特許第１９４３８０４号公報
【特許文献２】特許第２６８５３９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の技術では、以下のような問題が生じていた。
【００１０】
即ち、従来の熱伝導性接着剤では、熱伝導率が０．５〜４Ｗ／ｍ・Ｋ程度とそれ程高い訳ではなく、十分に発熱体の熱を吸収して、光ピックアップの基台に伝導することができないという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、硬化性で熱伝導率が高い熱伝導性樹脂ペーストおよびそれを用いた光ディスク装置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】
【００１２】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、硬化性ベース樹脂１００重量部に対し、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する粒子がＸ重量部、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、少なくとも粒子表面が金属酸化物である粒子がＹ重量部配合されたとき、１．０Ｘ＋０．４Ｙ≧７００を満たす粒子が配合されたことを特徴とする熱伝導性樹脂ペーストである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は上記構成により、熱伝導性樹脂ペーストにおける熱伝導性物質の粒子の割合を硬化性ベース樹脂に対して極めて多く配合することができるため、硬化性で熱伝導率が高い熱伝導性樹脂ペーストを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
請求項１記載の発明は、硬化性ベース樹脂１００重量部に対し、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する粒子がＸ重量部、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、少なくとも粒子表面が金属酸化物である粒子がＹ重量部配合されたとき、１．０Ｘ＋０．４Ｙ≧７００を満たす粒子が配合されたことを特徴とする熱伝導性樹脂ペーストである。これにより、熱伝導性樹脂ペーストにおける熱伝導性物質の粒子の割合を硬化性ベース樹脂に対して極めて多く含有させることで、熱伝導性樹脂ペーストの熱伝導率を高くすることができ、その硬化物は６Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を持つ熱伝導性樹脂ペーストとすることができる。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する粒子は、窒化アルミニウム粒子であることを特徴とする。これにより、低粘度で６Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を得ることができ、絶縁材料を用いることにより樹脂ペーストの硬化物を絶縁体とすることができる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項２に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記窒化アルミニウム粒子は、平均粒径が４０〜１００μｍの範囲内であることを特徴とする。これにより、ベース樹脂中に多量の粒子を配合しても、粘度の上昇を抑えることができ、高熱伝導率を保ちつつ、ディスペンサを用いて吐出することができる。
【００１７】
請求項４記載の発明は、請求項２乃至３に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記窒化アルミニウム粒子は、小粒径の窒化アルミニウムを造粒し、焼結することにより略球状に形成されていることを特徴とする。これにより、ベース樹脂中に多量の粒子を配合しても、粘度の上昇を抑えることができ、高熱伝導率を保ちつつ、ディスペンサを用いて吐出することができる。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項２乃至４に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記窒化アルミニウム粒子は、多糖類または酸化ケイ素により表面処理がなされることを特徴とする。窒化アルミは水と反応してアンモニアを発生するが、これらの処理により耐水性を向上することができる。
【００１９】
請求項６記載の発明は、請求項１に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、少なくとも粒子表面が金属酸化物である粒子は、酸化アルミニウム粒子であることを特徴とする。これにより、低粘度で６Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を得ることができ、絶縁材料を用いることにより樹脂ペーストの硬化物を絶縁体とすることができる。
【００２０】
請求項７記載の発明は、請求項１に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、少なくとも粒子表面が金属酸化物である粒子は、酸化アルミニウム粒子であることを特徴とする。これにより、低粘度で６Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を得ることができ、絶縁材料を用いることにより樹脂ペーストの硬化物を絶縁体とすることができる。
【００２１】
請求項８記載の発明は、請求項６乃至７に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記酸化アルミニウム粒子は、表面処理剤で表面処理されていることを特徴とする。これにより、幅が狭い空間に抵抗なくスムーズに注入することができ、さらに分散安定性を増すことができる。
【００２２】
請求項９記載の発明は、請求項８に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記表面処理剤は、フェニル基とアミノ基を有するシランカップリング剤であることを特徴とする。この表面処理剤は、表面処理剤の中でも、多種の硬化性ベース樹脂や粒子に対して高い流動効果や分散安定性を示すため、樹脂組成の幅を広くすることができ、適用範囲を広くすることができる。
【００２３】
請求項１０記載の発明は、請求項６乃至９に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、硬化性ベース樹脂１００重量部に対し、平均粒径が略０．７μｍの酸化アルミニウム粒子が１００〜３００重量部配合されていることを特徴とする。これにより、高熱伝導率を保ちつつ、ディスペンサでの吐出速度をより多くすることができる。さらに、熱伝導性樹脂ペーストの分散安定性を向上することができ、貯蔵性に優れた熱伝導性樹脂ペーストとすることができる。
【００２４】
請求項１１記載の発明は、請求項６乃至１０に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記酸化アルミニウム粒子は、略球状であることを特徴とする。これにより、ベース樹脂中に多量の粒子を配合しても、粘度の上昇を抑えることができ、高熱伝導率を保ちつつ、ディスペンサを用いて吐出することができる。
【００２５】
請求項１２記載の発明は、請求項１に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する粒子は、窒化アルミニウム粒子であり、且つ、前記２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、少なくとも粒子表面が金属酸化物である粒子は、酸化アルミニウム粒子であることを特徴とする。これにより、その硬化物は６Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を持つ、硬化性樹脂ペーストとすることができ、硬化性であるため熱伝導性樹脂ペーストの流動化を防止しつつ発熱体の熱を十分に伝導できる。さらに、絶縁材料を用いているため、その硬化物は絶縁体とすることができ、電子部品に塗布しても、端子間をショートさせることなく使用することができる。
【００２６】
請求項１３記載の発明は、請求項１２に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、窒化アルミニウム粒子と酸化アルミニウム粒子の混合比が、重量比で略４：６〜６：４であることを特徴とする。これにより、高熱伝導率を保ちつつ、熱伝導性樹脂ペーストの粘度を低減することができ、狭い隙間に注入することが可能となる。また、ディスペンサ等の汎用装置にて塗布が可能で、作業性の面でも有用な熱伝導性樹脂ペーストとすることができる。
【００２７】
請求項１４記載の発明は、請求項１に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記硬化性ベース樹脂は、熱硬化性樹脂、室温硬化性樹脂、湿気硬化性樹脂から選ばれる硬化性樹脂であることを特徴とする。これにより、光透過性の悪い粒子を多量に充填しても硬化が可能で、高熱伝導率を確保することができる。
【００２８】
請求項１５記載の発明は、請求項１または１４に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記硬化性ベース樹脂は、硬化後の硬化物中に含まれる側鎖に、水酸基が付加された構造であることを特徴とする。ベース樹脂に粒子を多量に配合すると、バインダーの役割をするベース樹脂の量が非常に少なくなるため、樹脂ペーストの硬化物は脆くなりやすい。しかし、硬化物の側鎖に水酸基が付加された構造をとることにより、粘りがあり強靱な硬化物とすることができる。
【００２９】
請求項１６記載の発明は、請求項１５に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記硬化性ベース樹脂は、水酸基を持つ単官能モノマーを含むことを特徴とする。これにより、その硬化物は側鎖に水酸基を持つ構造となり、強靱な硬化物を得ることができる。
【００３０】
請求項１７記載の発明は、請求項１または１４乃至１６に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記硬化性ベース樹脂は、潜在性の硬化剤を含むことを特徴とする。これにより、硬化性ベース樹脂の反応性を高めたり、逆に室温ではほとんど反応しない硬化性ベース樹脂とすることができる。このため、熱伝導性樹脂ペーストの硬化時間を短縮したり、硬化温度を低減したり、ポットライフを長くしたりすることができる。
【００３１】
請求項１８記載の発明は、請求項１または１４乃至１７に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記硬化性ベース樹脂は、エポキシ樹脂であることを特徴とする。エポキシ樹脂は熱や薬品への耐久性が高く、様々な物性の硬化物が作製可能であるため、使用できる分野が広い熱伝導樹脂ペーストとすることができる。
【００３２】
請求項１９記載の発明は、請求項１８に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記エポキシ樹脂は、硬化剤としてアミン系硬化剤を含むことを特徴とする。これにより、硬化剤の反応性に応じて、熱硬化性、室温硬化性の樹脂とすることができ、さらにケチミン化することにより湿気硬化性樹脂にすることもできる。また、硬化反応の結果水酸基を発生するため、強靱な硬化物を得ることができる。
【００３３】
請求項２０記載の発明は、請求項１８乃至１９に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記エポキシ樹脂は、単官能のモノマーを含むことを特徴とする。アミン系の硬化剤を用いた上で単官能のモノマーを配合すると、その硬化物は側鎖に水酸基を持つ構造となるため、強靱な硬化物を得ることができる。また、単官能のモノマーは、通常低粘度であるため、硬化性ベース樹脂の粘度を低減することができる。
【００３４】
請求項２１記載の発明は、請求項１または１４乃至２０に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記硬化性樹脂ベース樹脂またはエポキシ樹脂には、分散剤が配合されていることを特徴とする。これにより、粒子の分散性が増し、そのため樹脂ペーストの粘度が下がり、ディスペンサによる吐出速度を増加させることができる。また、基材への塗れ性の向上や、樹脂の流動性の制御にも大きな効果を示す。
【００３５】
請求項２２記載の発明は、請求項１または１４乃至２１に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記硬化性ベース樹脂またはエポキシ樹脂の粘度が３８０ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする。これにより、硬化性樹脂ペーストの粘度を低くすることができ、その結果ディスペンサによる吐出速度を大きくすることができる。
【００３６】
請求項２３記載の発明は、ディスペンサにて５ｍＬのシリンジと、内径０．７８ｍｍのニードルを用い、請求項１乃至２２に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、少なくとも０．５ＭＰａの圧力で吐出できることを特徴とする。これにより、汎用装置をもって極めて狭い隙間にも熱伝導性樹脂ペーストを注入する作業が可能となる。
【００３７】
請求項２４記載の発明は、請求項２４に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、ディスペンサにて５ｍＬのシリンジと、内径０．７８ｍｍのニードルを用い、０．５ＭＰａの圧力で２００ｍｇ／分以上吐出できることを特徴とする。これにより、汎用装置をもって極めて狭い隙間にも熱伝導性樹脂ペーストを注入する作業が短時間で可能となり、作業性の高い熱伝導性樹脂ペーストとすることができる。
【００３８】
請求項２５記載の発明は、請求項１乃至２４に記載の熱伝導性樹脂ペーストであって、前記熱伝導性樹脂ペーストの硬化物は、絶縁体であることを特徴とする。これにより、電子部品等に塗布しても、端子間をショートさせることなく使用することができる熱伝導性樹脂ペーストとすることができる。
【００３９】
請求項２６記載の発明は、オキシラン環を２つ以上持つエポキシオリゴマーまたはエポキシモノマーと、単官能のエポキシモノマーと、アミン系硬化剤と、分散剤とで構成される硬化性ベース樹脂１００重量部に対し、窒化アルミニウム粒子がＸ重量部、酸化アルミニウム粒子がＹ重量部配合されたとき、１．０Ｘ＋０．４Ｙ≧７００を満たす粒子が配合され、窒化アルミニウム粒子と酸化アルミニウム粒子の混合比が、重量比で略４：６〜６：４である硬化性樹脂ペーストであり、熱伝導率が６Ｗ／ｍ・Ｋ以上、且つ、５ｍＬのシリンジと、内径０．７８ｍｍのニードルを装着したディスペンサを用い、０．５ＭＰａの圧力で吐出したときの吐出速度が２００ｍｇ／分以上であることを特徴とする熱伝導性樹脂ペーストである。これにより、高熱伝導性を有しつつ、一般的な設備をもって極めて狭い空間にも高熱伝導材料を充填することができる。さらに、基材への塗れ性も良いため作業性に優れ、熱や薬品への耐久性が高いエポキシ樹脂を用い、硬化物は強靱な物性であるため信頼性が高く、樹脂ペーストの硬化物は絶縁体となるため電子部品をはじめ、様々な分野で用いることができる熱伝導性樹脂ペーストとすることができる。
【００４０】
請求項２７記載の発明は、請求項１乃至２６に記載の熱伝導性樹脂ペーストを充填または塗布し、所定の条件で硬化させた硬化物を具備したことを特徴とする光ディスク装置である。これにより、レーザーや受光素子のような発熱する部品の熱を速やかに拡散させることができるため、信頼性が高く、寿命が長い光ディスク装置とすることができる。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【００４２】
図１に本発明による樹脂ペーストのディスペンサによる吐出速度と、熱伝導率の関係を表したグラフを示す。このときのディスペンサによる吐出速度は、一般的なディスペンサ装置（武蔵エンジニアリング社製）を用いて、５ｍＬのシリンジに、外径１．０８ｍｍ、内径０．７８ｍｍのニードル（武蔵エンジニアリング社製プラスチックニードル、ＰＮ−１９Ｇ−Ｂ）を装着して、０．５ＭＰａの圧力で吐出したときの吐出速度とした。
【００４３】
なお、試料１〜８は本発明の実施例、試料９〜１１は比較例となっており、（表１）に本発明に用いた硬化性ベース樹脂の配合、（表２）に粒子の配合を下記に示し、各試料の製造方法、基本的な特徴については後述する。
【００４４】
【表１】
【００４５】
【表２】
【００４６】
図１中の試料９および試料１０がこれまでに市販されている熱伝導性樹脂ペーストである。試料９の熱伝導性樹脂ペーストは、ディスペンサでの吐出速度が２００ｍｇ／分程度、熱伝導率が４Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、現在市販されている熱伝導性樹脂ペーストの中で、実使用上問題なく使用できるレベルとしては、最も熱伝導率が高いものである。熱伝導性樹脂ペーストは、場所によっては１箇所に５００ｍｇ程度注入されることもあり、これよりもディスペンサでの吐出速度が小さくなると工程に時間がかかりすぎてしまい、生産性が低くなってしまう。そのため、熱伝導性樹脂ペーストは、ディスペンサでの吐出速度が２００ｍｇ／分以上であることが好ましい。試料１０の熱伝導性樹脂ペーストは、熱伝導率が６Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、熱伝導性という点では市販品で最高レベルであるが、ディスペンサでは２０ｍｇ／分程度の吐出速度で、実使用上問題がある。
【００４７】
図２に試料１における粒子の配合から、酸化アルミニウムと窒化アルミニウムをそれぞれ増減させたときの熱伝導率を表したグラフを示す。粒子の配合量を増やすと熱伝導率は高くなり、粒子の配合量を減らすと熱伝導率は低くなる結果であるが、試料１の配合より、どちらの粒子を減らしても、６Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率となってしまう。また、高熱伝導率を有する窒化アルミニウムの方が熱伝導率に対する寄与が大きい。このため、窒化アルミニウムの配合量を増やし、酸化アルミニウムの配合量を減らした、例えば硬化性ベース樹脂１００重量部に対し、窒化アルミニウム６００重量部と酸化アルミニウムを２５０重量部配合した樹脂ペーストも考えられる。
【００４８】
試料５、７、８は、同一の硬化性ベース樹脂を用いて、その硬化物が約７Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を持つ、熱伝導性樹脂ペーストである。これらの試料の粒子配合をグラフにプロットしたものを図３に示す。この３点はベース樹脂１００重量部に対して、窒化アルミニウムをＸ重量部、酸化アルミニウムをＹ重量部配合したとするとき、１．０Ｘ＋０．４Ｙ＝７００で表される直線上に位置している。樹脂組成１を用いた、試料５、７、８では７Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率が得られたが、樹脂組成により多少熱伝導率が変化することを加味しても、少なくとも１．０Ｘ＋０．４Ｙ＝７００で表される配合量以上の粒子を配合すると、６Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率が得られる。
【００４９】
本実施例では、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導率を有する粒子として、窒化アルミニウムを配合したが、一般的に、高熱伝導性の樹脂ペーストを得るためには、ベース樹脂にできるだけ高熱伝導の粒子を、できるだけ多量に配合すると良いため、アルミニウム、金、銀、銅、タングステン、ベリリウム、マグネシウム等の熱伝導率が高い金属粒子を配合することもできる。しかし、金属粒子を多量に配合すると、その硬化物は導電性となってしまうため、本発明のように、電子部品に塗布する用途に用いる可能性がある場合は、絶縁性の粒子を用いることが望ましい。金属粒子を配合する場合は、配合量が少なければその樹脂硬化物も絶縁性を確保できるため、少量添加したり、絶縁性の粒子の表面を薄くコーティングしたりすることにより、熱伝導率を向上させることができる。
【００５０】
なお、上記金属酸化物や金属粒子以外にも、炭素を主成分として形成される粒子で１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導率を有するものであれば、利用可能である。
【００５１】
熱の伝導には大きく分けて数種類の伝達方法があるが、その中でも、格子振動による伝達と、自由電子による伝達が、特に効率よく熱伝達を行う方法である。そのため、一般的に高熱伝導率を有する物質は硬く、非常に安定な物質である。このような安定な物質は、他の物質との相互作用が小さいため、高熱伝導率を有する粒子は、一般的に樹脂との馴染みが悪い。そのため、比較的熱伝導率が低くても、樹脂との馴染みが良い物質を配合し、樹脂ペーストの分散安定性を向上させる必要がある。このような作用を持つ物質として、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛などの金属酸化物が挙げられる。分散安定性が向上するメカニズムは、金属酸化物が持つ酸素と、樹脂が持つ炭素鎖の間で、弱い静電的な作用があると考えられる。このような作用は、粒子表面が金属酸化物であれば問題ないため、金属表面を酸化させる、もしくは、金属表面に金酸化物をコーティングするなどの方法により、金属粒子と金属酸化物のコアシェル構造とすると、熱伝導率が高く、樹脂との馴染みがよい、理想的な無機粒子ができる。
【００５２】
金属酸化物の中でも、酸化アルミニウムは比較的熱伝導率が高く、安価で、球状のものが存在する。酸化アルミニウムを配合する場合は、粒径が異なる粒子を２種類以上混合すると、大粒径の隙間に小粒径の粒子が入り込み、高充填が可能となる。さらに２種類の混合比を調節することにより、粒子全体の比表面積をコントロールでき、樹脂ペーストの粘性を自由にコントロールすることができる。本実施例では、硬化性ベース樹脂１ｇに対して平均粒径が約０．７μｍの球状酸化アルミニウム１ｇと平均粒径が約１０μｍの球状酸化アルミニウム４ｇを配合したが、小粒径の酸化アルミニウムはベース樹脂１００重量部に対して１００〜３００重量部程度が望ましく、これより少ないと分散安定性を向上させる効果が低く、これより多いと粘度が高くなり、ディスペンサでの吐出ができなくなる。
【００５３】
高熱伝導率の粒子は、前述の通り樹脂との馴染みが悪いため、できるだけ比表面積が小さい方がよく、そのため球状で、粒径が大きい方が良い。本実施例では平均粒径が約５０μｍの球状窒化アルミニウムを用いたが、４０μｍより小さくなると、比表面積が大きくなるため粘度が上昇し、ディスペンサによる吐出速度が小さくなってしまう。逆に１００μｍより大きいと、狭い隙間で目詰まりを起こしたり、分散安定性が悪くなったりするため、高熱伝導率粒子の粒径は４０〜１００μｍ程度が適当である。このような高熱伝導率を有する粒子と金属酸化物の粒子を混合することにより、金属酸化物が高熱伝率を有する粒子をコーティングするような構造となり、樹脂ペーストの分散安定性を向上させることができる。
【００５４】
図４に硬化性ベース樹脂１００重量部に対し、配合される粒子を合計１０００重量部とし、酸化アルミニウムと窒化アルミニウムの配合比を変化させたときの、樹脂ペースト硬化物の熱伝導率と、樹脂ペーストのディスペンサによる吐出速度を表したグラフを示す。熱伝導率が高い窒化アルミニウムの配合量を多くするほど熱伝導率は高くなる。吐出速度は酸化アルミニウムと窒化アルミニウムの配合比が重量比で４：６となる点をピークに、窒化アルミニウムを増加させるほど減少していく傾向にある。これは、ベース樹脂と窒化アルミニウムの馴染みが悪いためであり、あまり増加させると分散安定性が悪くなる。酸化アルミニウムと窒化アルミニウムの配合比は重量比で４：６〜６：４程度が適当であり、これより窒化アルミニウムが少ないと熱伝導率が低く、高粘度となり、これより窒化アルミニウムが多いと分散安定性が悪く、保存性が低い上に、ディスペンサでの目詰まり等の原因となる。
【００５５】
本発明の熱伝導性樹脂ペーストは、ダイアモンドのような高価な粒子を用いらない限り、光透過性の低い粒子を多量に配合する必要がある。そのため、光硬化性のベース樹脂では表面の数十μｍ程度の硬化しか期待できず、全体を硬化させるためには、熱硬化性、室温硬化性、湿気硬化性のベース樹脂であることが望ましい。
【００５６】
本実施例では、硬化性ベース樹脂として、エポキシ樹脂を用いたが、光硬化以外の手法で硬化できる樹脂であれば何でも用いることができ、例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などは熱硬化性、室温硬化性、湿気硬化性のものが知られている。アクリル樹脂を用いる場合、熱硬化性または室温硬化性にするために、有機過酸化物が用いられるが、有機過酸化物は自己反応性の物質で、危険性があり、反応の制御が難しい。ウレタン樹脂は高粘度のものが多く、粒子を多量に配合するためには可塑剤などを配合する必要があるが、可塑剤はブリード等の恐れがあるため、電子部品への使用には適さない。シリコーン樹脂は、低粘度にするためには、低分子のシロキサンを用いる必要があるが、低分子シロキサンはガラスを侵すため、レンズ等の光学部品を曇らせる原因となりうる。これらのことを考えると、熱や薬品への耐久性が高く、樹脂粘度の自由度があり、物性の調整がしやすい、エポキシ樹脂を硬化性ベース樹脂に用いることが好ましい。
【００５７】
エポキシのオリゴマーは、一般的にビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型が知られているが、近年ではこのような骨格を元に、モノマー等を付加して様々な物性を示すオリゴマーが、各樹脂メーカーより発売されている。本発明ではオリゴマーに関する限定を特に行っていないが、できるだけ低粘度で、硬化したときの物性が柔軟である方が良い。これは、光ディスク等の光学部品に用いた場合、硬化物があまりに硬いと光軸をずらしてしまう恐れがあるためである。また、耐水性を考慮する場合、オリゴマー構造中にエステル結合を持たないものを使用することが望ましい。
【００５８】
単官能または２官能のモノマーとしては、長鎖のアルキル鎖を持つモノマーが、比較的低粘度で、樹脂ペーストの粘度を低減する効果が高い。単官能モノマーは、樹脂ペーストの粘度を低減する効果とともに、樹脂硬化物を柔軟で粘りのある物性にする効果を有する。これは、架橋密度を低減する他に、アミン硬化剤を用いると水酸基が側鎖に付加された構造をとるためである。側鎖とは、片端が他のオリゴマーやモノマーに結合していない鎖のことを指す。単官能モノマーとアミン硬化剤が結合した場合、オキシラン環が開環した結果、水酸基を生じ、側鎖に水酸基が付加された構造となる。
【００５９】
図５に単官能モノマーの配合量と、ベース樹脂硬化物の伸び率の関係を表したグラフを示す。単官能モノマーの配合量を増やすほど、伸び率が大きくなっていることが分かる。本発明のように、ベース樹脂中に粒子を多量に配合する場合、ベース樹脂硬化物の伸び率が小さいと樹脂ペーストの硬化物は脆くなってしまうため、ベース樹脂硬化物の伸び率は大きいほど良い。そのため、単官能モノマーを多量に配合する必要があるが、配合量をあまり増加させると、硬化性の悪化や、架橋密度低下による耐久性の低下等の不具合が生じる。単官能モノマーの配合量は３０〜６０重量％程度が適当である。
【００６０】
硬化剤として、カチオン重合開始剤や、イミダゾールのようなアニオン系の重合を行う硬化剤を用いる場合は、反応により水酸基を発生しないため、側鎖に水酸基が付加した構造とするためには、水酸基を持った単官能モノマーを配合する必要がある。この場合は、ベース樹脂中に単官能モノマーを２０重量％程度加えると顕著な効果が現れ、ベース樹脂の硬化物は粘り強く、柔らかい物性となる。
【００６１】
本実施例では、変性ポリアミンを硬化剤として用いたが、エポキシ樹脂の硬化剤としては、アミン系硬化剤、ポリメルカプタン、酸無水物、カチオン重合開始剤、アミン錯体などが知られており、硬化温度、ポットライフを考慮の上、要求性能に応じた硬化剤の選択が必要である。
【００６２】
本発明の熱伝導性樹脂ペーストは、光ディスク装置のレーザー素子付近に注入または塗布することを想定しているが、レーザー素子は高温になると発振しなくなるため、通常８０℃程度までしか製品保証がなされていない。このため、樹脂ペーストの硬化温度は８０℃以下であることが望まれるが、このような低温で硬化する樹脂は、室温でもある程度の反応性があるため、ポットライフが短いという問題点を有する。このような問題を解決するために、常温ではほとんど反応しないような、潜在性硬化剤を用いると、ポットライフを長くすることができる。
【００６３】
潜在性硬化剤の中でも、硬化温度が低いものとして、変性ポリアミンやアミンアダクトのうち、常温固体であり溶融点が低温であるもの、カチオン重合開始剤、イミダゾール、アミン錯体などが知られている。湿気硬化性のもので、アミンの活性基をケトンでブロックしたケチミンも潜在性硬化剤の一種である。
【００６４】
図６にベース樹脂の粘度と、試料１と同様の配合で粒子を配合した樹脂ペーストの粘度の関係、さらにそのときのディスペンサでの吐出速度の関係を表したグラフを示す。この実験に用いたベース樹脂は、（表１）に記載の樹脂組成１〜５の樹脂である。ベース樹脂１００重量部に対する、酸化アルミニウム５００重量部と窒化アルミニウム５００重量部を配合した場合、全ての樹脂組成にてディスペンサでの吐出が可能であったが、吐出速度は２００ｍｇ／分以上であることが好ましいため、ベース樹脂の粘度は、少なくとも３８０ｍＰａ・ｓ以下であれば良いことが分かる。しかし、このような関係が成り立つのは、あくまでこの系のベース樹脂を用いたときに、酸化アルミニウムと窒化アルミニウムをこの配合量で混合したときであって、ベース樹脂を変えたり、酸化アルミニウムと窒化アルミニウムの種類や配合量を変えるとこの関係も変化するため、各組み合わせに応じてベース樹脂の粘度は最適化する必要がある。ベース樹脂の粘度は、低いほど樹脂ペーストの粘度も低くなり、ディスペンサでの吐出速度も大きくなる。従って、ベース樹脂の粘度が低いほど作業効率が向上するが、硬化性の樹脂とするためには（表１）の樹脂組成１程度の配合が好ましい。
【００６５】
硬化性ベース樹脂と粒子の混合方法に関して、特に限定はないが、乳鉢のような器具を用いて混合する場合には、小粒径の粒子から順番に混合・分散することにより、凝集粒子をよく破砕でき、分散性が向上する。また、本実施例のような造粒した粒子を用いる場合は、造粒した粒子を破壊してしまう恐れがあるため、あまり強い力をかけない方が良い。脱法撹拌装置のように、樹脂ペーストを流動させて混合する場合は、粒子同士の摩擦により温度が上昇しやすく、これにより樹脂の硬化反応が進行してしまうため、できるだけ温度が上がらないような、穏和な条件で攪拌する必要がある。
【００６６】
以下、各試料の製造方法を示す。
【００６７】
試料１の熱伝導性樹脂ペーストは、樹脂組成３の硬化性ベース樹脂１ｇに対し、平均粒径が約５０μｍの球状窒化アルミニウム（古川電子社製ＦＡＮ−ｆ５０−Ｊ−Ａ）を５ｇ、平均粒径が約０．７μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ２５００−ＳＸＨ）を１ｇ、平均粒径が約１０μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ９５００−ＳＸＢ）を４ｇ配合した。この樹脂ペーストを型に流し込み、硬化させることにより、厚さ２ｍｍの平板を作製し、定常熱流法により熱伝導率を測定したところ、６．５Ｗ／ｍ・Ｋであった。さらに、ディスペンサでの吐出速度は、前記条件において５２０ｍｇ／分であり、これまでにない高い熱伝導性能と、高い生産性を兼ね備えた熱伝導性樹脂ペーストである。
【００６８】
試料２の熱伝導性樹脂ペーストは、樹脂組成３の硬化性ベース樹脂１ｇに対し、平均粒径が約５０μｍの球状窒化アルミニウム（古川電子社製ＦＡＮ−ｆ５０−Ｊ−Ａ）を７ｇ、平均粒径が約０．７μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ２５００−ＳＸＨ）を１ｇ、平均粒径が約１０μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ９５００−ＳＸＢ）を４ｇ配合した。この樹脂ペーストを型に流し込み、硬化させることにより、厚さ２ｍｍの平板を作製し、定常熱流法により熱伝導率を測定したところ、８．５Ｗ／ｍ・Ｋであった。熱伝導率が高い窒化アルミニウムを増量することにより、樹脂ペースト硬化物の熱伝導率を効果的に向上することができる。また、ディスペンサでの吐出速度は、前記条件において６０ｍｇ／分であった。粒子を多量に配合したために、吐出速度は激減し、工程では使いづらい配合となっている。このような樹脂ペーストの配合の場合は、ディスペンサニードルの内径が大きいものを使う必要がある。
【００６９】
試料３の熱伝導性樹脂ペーストは、樹脂組成２の硬化性ベース樹脂１ｇに対し、平均粒径が約５０μｍの球状窒化アルミニウム（古川電子社製ＦＡＮ−ｆ５０−Ｊ−Ａ）を５ｇ、平均粒径が約０．７μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ２５００−ＳＸＨ）を１ｇ、平均粒径が約１０μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ９５００−ＳＸＢ）を４ｇ配合した。この樹脂ペーストを型に流し込み、硬化させることにより、厚さ２ｍｍの平板を作製し、定常熱流法により熱伝導率を測定したところ、６．８Ｗ／ｍ・Ｋであった。さらに、ディスペンサでの吐出速度は、前記条件において１３８０ｍｇ／分であった。硬化性ベース樹脂の粘度を下げると、吐出速度は大幅に増加し、生産性を大きく向上することができる。
【００７０】
試料３に用いた硬化性ベース樹脂は、（表１）の樹脂組成２の配合であるが、これは試料１に用いた樹脂組成３と比べると、オリゴマーが少なく、その代わりに２官能のモノマーを配合した組成となっている。このような組成にすることで、粘度を低くできる効果は高い。ベース樹脂中にオリゴマーを多量に配合すると、その硬化物は弾性に富んだ物性となりやすい。逆にモノマーを多量に配合すると、塑性変形する物性となる傾向があるため、用途によって配合を適正化する必要がある。
【００７１】
試料４の熱伝導性樹脂ペーストは、樹脂組成２の硬化性ベース樹脂１ｇに対し、平均粒径が約５０μｍの球状窒化アルミニウム（古川電子社製ＦＡＮ−ｆ５０−Ｊ−Ａ）を７ｇ、平均粒径が約０．７μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ２５００−ＳＸＨ）を１ｇ、平均粒径が約１０μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ９５００−ＳＸＢ）を４ｇ配合した。この樹脂ペーストを型に流し込み、硬化させることにより、厚さ２ｍｍの平板を作製し、定常熱流法により熱伝導率を測定したところ、８．７Ｗ／ｍ・Ｋであった。さらに、ディスペンサでの吐出速度は、前記条件において１５０ｍｇ／分であった。
【００７２】
試料５の熱伝導性樹脂ペーストは、樹脂組成１の硬化性ベース樹脂１ｇに対し、平均粒径が約５０μｍの球状窒化アルミニウム（古川電子社製ＦＡＮ−ｆ５０−Ｊ−Ａ）を５ｇ、平均粒径が約０．７μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ２５００−ＳＸＨ）を１ｇ、平均粒径が約１０μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ９５００−ＳＸＢ）を４ｇ配合した。この樹脂ペーストを型に流し込み、硬化させることにより、厚さ２ｍｍの平板を作製し、定常熱流法により熱伝導率を測定したところ、７．０Ｗ／ｍ・Ｋであった。さらに、ディスペンサでの吐出速度は、前記条件において２９７０ｍｇ／分であった。
【００７３】
試料５に用いた硬化性ベース樹脂は、（表１）の樹脂組成１の配合である。試料１〜４に用いたベース樹脂の樹脂組成２、３とは異なり、オリゴマーを全く配合していない、低粘度という点に特化したベース樹脂である。このような配合をすると、硬化性が悪くなったり、粒子との馴染みが悪くなったりする不具合を生じやすいため、硬化剤や配合する粒子の選択を慎重に行う必要がある。
【００７４】
試料６の熱伝導性樹脂ペーストは、樹脂組成１の硬化性ベース樹脂１ｇに対し、平均粒径が約５０μｍの球状窒化アルミニウム（古川電子社製ＦＡＮ−ｆ５０−Ｊ−Ａ）を７ｇ、平均粒径が約０．７μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ２５００−ＳＸＨ）を１ｇ、平均粒径が約１０μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ９５００−ＳＸＢ）を４ｇ配合した。この樹脂ペーストを型に流し込み、硬化させることにより、厚さ２ｍｍの平板を作製し、定常熱流法により熱伝導率を測定したところ、８．９Ｗ／ｍ・Ｋであった。さらに、ディスペンサでの吐出速度は、前記条件において３００ｍｇ／分であった。
【００７５】
試料７の熱伝導性樹脂ペーストは、樹脂組成１の硬化性ベース樹脂１ｇに対し、平均粒径が約５０μｍの球状窒化アルミニウム（古川電子社製ＦＡＮ−ｆ５０−Ｊ−Ａ）を３ｇ、平均粒径が約０．７μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ２５００−ＳＸＨ）を１ｇ、平均粒径が約１０μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ９５００−ＳＸＢ）を９ｇ配合した。この樹脂ペーストを型に流し込み、硬化させることにより、厚さ２ｍｍの平板を作製し、定常熱流法により熱伝導率を測定したところ、７．１Ｗ／ｍ・Ｋであった。さらに、ディスペンサでの吐出速度は、前記条件において１０３０ｍｇ／分であった。
【００７６】
試料７と同等の熱伝導率を持つ試料５の樹脂ペーストを比較すると、試料７の吐出速度が大幅に小さい。試料７では低粘度である樹脂組成１を配合したために、十分な吐出速度が得られているが、もう少し粘度が高いベース樹脂を用いると、十分な吐出速度が得られなくなる。
【００７７】
試料８の熱伝導性樹脂ペーストは、樹脂組成１の硬化性ベース樹脂１ｇに対し、平均粒径が約５０μｍの球状窒化アルミニウム（古川電子社製ＦＡＮ−ｆ５０−Ｊ−Ａ）を６ｇ、平均粒径が約０．７μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ２５００−ＳＸＨ）を１ｇ、平均粒径が約１０μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ９５００−ＳＸＢ）を１．５ｇ配合した。この樹脂ペーストを型に流し込み、硬化させることにより、厚さ２ｍｍの平板を作製し、定常熱流法により熱伝導率を測定したところ、７．１Ｗ／ｍ・Ｋであった。ディスペンサでの吐出は、すぐにニードルが目詰まりしてしまい、十分に吐出できない結果となった。
【００７８】
試料９の熱伝導性樹脂ペーストは、スリーボンド社製、ＴＢ２９５５Ｅを型に流し込み、硬化させることにより、厚さ２ｍｍの平板を作製し、定常熱流法により熱伝導率を測定したところ、４．０Ｗ／ｍ・Ｋであった。さらに、ディスペンサでの吐出速度は、前記条件において２２０ｍｇ／分であった。
【００７９】
試料１０の熱伝導性樹脂ペーストは、信越化学社製、Ｘ−３２−２１３３を型に流し込み、硬化させることにより、厚さ２ｍｍの平板を作製し、定常熱流法により熱伝導率を測定したところ、５．９Ｗ／ｍ・Ｋであった。さらに、ディスペンサでの吐出速度は、前記条件において２０ｍｇ／分であった。
【００８０】
試料１１の熱伝導性樹脂ペーストは、樹脂組成３の硬化性ベース樹脂１ｇに対し、平均粒径が約５０μｍの球状窒化アルミニウム（古川電子社製ＦＡＮ−ｆ５０−Ｊ−Ａ）を２ｇ、平均粒径が約０．７μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ２５００−ＳＸＨ）を１ｇ、平均粒径が約１０μｍの球状酸化アルミニウム（アドマテックス社製ＡＣ９５００−ＳＸＢ）を４ｇ配合した。この樹脂ペーストを型に流し込み、硬化させることにより、厚さ２ｍｍの平板を作製し、定常熱流法により熱伝導率を測定したところ、４．２Ｗ／ｍ・Ｋであった。さらに、ディスペンサでの吐出速度は、前記条件において１４８０ｍｇ／分であった。
【００８１】
本発明の熱伝導性ペーストを光ディスクに用いた場合について、図７〜９を用いて説明する。図７に光ディスク装置７１の斜視図を示す。光ディスク装置７１は、スピンドルモータ７２にＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）等の光ディスクを装着し、光ディスクを回転させながら、光ピックアップ装置７３に搭載された対物レンズより射出される光を、光ディスク上のデータ記録面に照射することによって、データの記録もしくは再生を行う。
【００８２】
図８は、光ピックアップ装置７３の拡大図である。光ピックアップ装置７３には、光源として半導体レーザー素子、光を光ディスクまで導き、光ディスクのデータ記録面に照射するための光学部品、光ディスクから反射してきた光を検出する受光素子等が装着されている。例えばＢＤを再生する場合、半導体レーザー素子８１ａから射出された光は種々の光学部品によってアクチュエータ８２に設けられた対物レンズ８３まで導かれ、対物レンズ８３によってＢＤの記録面上に集光・照射される。ここで対物レンズ８３は２つの対物レンズを指示しているが、一方がＢＤ用の対物レンズであり、他方がＣＤ、ＤＶＤ用の対物レンズである。照射された光は、ＢＤの記録面上で反射し、射出された光と同一の経路をたどってプリズム８４ａへ戻ってくる。プリズム８４ａでは戻ってきた光は反射され、受光素子８５ａに入射される。受光素子８５ａでは入射した光を電気信号に変換し、その電気信号は信号生成系の回路部に送られ、その回路部においてＲＦ信号を生成し、所望の情報を生成する。
【００８３】
図９は、光ピックアップ装置７３を簡略化した模式図である。光源である半導体レーザー素子８１ａ、８１ｂは、光軸調整を行う必要があるため、基台８６との間には隙間があり、半導体レーザー素子８１ａ、８１ｂは、精密固定用の接着剤にて固定されている。精密固定用の接着剤は一般的に熱伝導率が低いため、半導体レーザー素子８１ａ、８１ｂで発熱した熱は基台８６にはほとんど伝達しない。さらに、受光素子８５ａ、８５ｂも発熱体であるため、半導体レーザー素子８１ａ、８１ｂ周辺の温度は、８０℃を大きく超えてしまう恐れがあり、半導体レーザー素子８１ａ、８１ｂは高温になってしまうと発振しなくなったり、寿命が短くなったりするため、一般的に８０℃までしか製品保証がなされていない。そのため、半導体レーザー素子８１ａ、８１ｂは８０℃以上の温度にならないように、熱を基台８６へ効率よく拡散する手段が必要となる。
【００８４】
これまで、半導体レーザー素子８１ａ、８１ｂから基台８６への熱伝達の手段として、熱伝導率が４Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導性接着剤が用いられてきたが、この程度の熱伝導率では十分に熱を拡散できず、さらに半導体レーザー素子８１ａ、８１ｂの上にグラファイトシートを貼り付ける等の工夫がなされている。しかし、近年では、光ディスクへの書き込み速度上昇の要請は強く、そのためさらに高出力の半導体レーザー素子を用いる必要が出てくる。高出力の半導体レーザー素子を用いると、現在用いている半導体レーザー素子８１ａ、８１ｂよりも発熱量は大きくなるため、これまでより熱を効率よく拡散させる必要がある。その１つの手段として、高い熱伝導率を持つ熱伝導材料を用いることが考えられる。
【００８５】
また、本発明の熱伝導性樹脂ペーストは、硬化性のベース樹脂に、熱伝導率が高い無機粒子を多量に配合することにより、高熱伝導性を達成しているが、通常、樹脂に粒子を多量に配合すると、その樹脂ペーストは粘度が高くなってしまい、ディスペンサのような器具を用いて、狭い隙間に樹脂を注入することはできなくなってしまう。その一方で、発熱体と光ピックアップの基台との距離は、狭い方が熱伝導しやすいことや、小型化、薄型化により、部材同士が非常に近接していることから、近年の光ディスクドライブは、発熱体と光ピックアップの基台の隙間は非常に狭く設計されることが多い。その隙間は１ｍｍ程度になることもあるため、先端が細い、外径が１ｍｍ程度のディスペンサニードルを用いて、隙間に樹脂ペーストを注入することが必要となってくる。
【００８６】
そこで、本発明の熱伝導性樹脂ペーストを光ディスクに使用し、使用例として図９に示すように、熱伝導性樹脂ペーストを半導体レーザー素子８１ａ、８１ｂと基台８６の間や、受光素子８５ａ、８５ｂと基台８６の間に注入したり、上から塗布したりした後、硬化させることで熱伝導性樹脂ペーストの硬化物８７ａ、８７ｂが形成される。
【００８７】
なお、本実施例の樹脂ペーストは絶縁性を有するため、半導体レーザー素子８１ａ、８１ｂ等に塗布する際に短絡等の影響を気にすることなく、容易に塗布することができる。
【００８８】
上記熱伝導性樹脂ペーストの硬化物８７ａ、８７ｂは、６Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するため、半導体レーザー素子８１ａ、８１ｂや受光素子８５ａ、８５ｂから効率よく基台８６へ熱を拡散することができる。また、本発明の熱伝導性樹脂ペーストは硬化性であるため、他の場所に流れ出たりすることがなく、そのため高い熱伝導率を維持でき、光学部品を汚染することもない。
【００８９】
以上のことから、本発明の熱伝導性樹脂ペーストを光ディスク装置に用いることにより、信頼性が高く、寿命が長い、光ディスク装置とすることができる。
【００９０】
上述した光ディスク装置以外の使用例としては、発熱量が大きく放熱が必要となる電子部品、例えばＣＰＵ、ドライバＩＣ等の集積素子や、ＬＥＤなどの光源等が挙げられ、ＣＰＵに用いる場合には、ＣＰＵの熱を受熱し放熱フィンへと熱を伝える受熱部とＣＰＵとの接触部分に用いたりすることにより、ＣＰＵからの熱を受熱部に効率的に伝えることができる。
【００９１】
そのため、光ディスク装置のように光源等の発熱源が他の部材と隙間をもって設けられ接点が少なく熱を逃がしにくい構造となっている場合には、発熱源から熱を逃がすためにその隙間に充填剤として本発明の樹脂ペーストを用いるのは好適である。
【００９２】
また、本実施例の樹脂ペーストは絶縁性を有するため、例えば樹脂ペーストを平板上に形成することで配線板の絶縁層として利用したり、配線上の導電性パターンを保護するための保護材として利用可能であり、熱源から発生する熱を効率よく拡散することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
発熱体の熱を他の周辺部材に逃がす媒体として機能するため、パソコンのＣＰＵ、各種集積素子、ＬＥＤ等、発熱する全てのデバイスを冷却することができる。さらに、狭い空間に注入することが可能であるため、光ディスク装置に用いる、半導体レーザー素子の冷却に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施例における性能を比較したグラフ
【図２】本発明の実施例における性能を比較したグラフ
【図３】本発明の実施例における性能を比較したグラフ
【図４】本発明の実施例における物性を比較したグラフ
【図５】本発明の実施例における物性と性能を表したグラフ
【図６】本発明の実施例における適切な粒子の配合量を表したグラフ
【図７】本発明の実施例における光ディスク装置の斜視図
【図８】本発明の実施例における光ピックアップ装置の拡大図
【図９】本発明の実施例における光ピックアップ装置の模式図
【符号の説明】
【００９５】
７１ 光ディスク装置
７２ スピンドルモータ
７３ 光ピックアップ装置
８１ａ 半導体レーザー素子
８１ｂ 半導体レーザー素子
８２ アクチュエータ
８３ 対物レンズ
８４ａ プリズム
８４ｂ プリズム
８５ａ 受光素子
８５ｂ 受光素子
８６ 基台
８７ａ 熱伝導性樹脂ペーストの硬化物
８７ｂ 熱伝導性樹脂ペーストの硬化物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬化性ベース樹脂１００重量部に対し、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する粒子がＸ重量部、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、少なくとも粒子表面が金属酸化物である粒子がＹ重量部配合されたとき、１．０Ｘ＋０．４Ｙ≧７００を満たす粒子が配合されたことを特徴とする熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項２】
前記１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する粒子は、窒化アルミニウム粒子であることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項３】
前記窒化アルミニウム粒子は、平均粒径が４０〜１００μｍの範囲内であることを特徴とする請求項２に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項４】
前記窒化アルミニウム粒子は、小粒径の窒化アルミニウムを造粒し、焼結することにより略球状に形成されていることを特徴とする請求項２乃至３に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項５】
前記窒化アルミニウム粒子は、多糖類または酸化ケイ素により表面処理がなされることを特徴とする請求項２乃至４に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項６】
前記２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、少なくとも粒子表面が金属酸化物である粒子は、酸化アルミニウム粒子であることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項７】
前記酸化アルミニウム粒子は、平均粒径が略０．７μｍの粒子と、平均粒径が略１０μｍの粒子とを混合した粒子であることを特徴とする請求項６に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項８】
前記酸化アルミニウム粒子は、表面処理剤で表面処理されていることを特徴とする請求項６乃至７に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項９】
前記表面処理剤は、フェニル基とアミノ基を有するシランカップリング剤であることを特徴とする請求項８に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項１０】
硬化性ベース樹脂１００重量部に対し、平均粒径が略０．７μｍの酸化アルミニウム粒子が１００〜３００重量部配合されていることを特徴とする請求項６乃至９に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項１１】
前記酸化アルミニウム粒子は、略球状であることを特徴とする請求項６乃至１０に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項１２】
前記１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する粒子は、窒化アルミニウム粒子であり、且つ、前記２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、少なくとも粒子表面が金属酸化物である粒子は、酸化アルミニウム粒子であることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項１３】
窒化アルミニウム粒子と酸化アルミニウム粒子の混合比が、重量比で略４：６〜６：４であることを特徴とする請求項１２に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項１４】
前記硬化性ベース樹脂は、熱硬化性樹脂、室温硬化性樹脂、湿気硬化性樹脂から選ばれる硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項１５】
前記硬化性ベース樹脂は、硬化後の硬化物中に含まれる側鎖に、水酸基が付加された構造であることを特徴とする請求項１または１４に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項１６】
前記硬化性ベース樹脂は、水酸基を持つ単官能モノマーを含むことを特徴とする請求項１５に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項１７】
前記硬化性ベース樹脂は、潜在性の硬化剤を含むことを特徴とする請求項１または１４乃至１６に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項１８】
前記硬化性ベース樹脂は、エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１または１４乃至１７に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項１９】
前記エポキシ樹脂は、硬化剤としてアミン系硬化剤を含むことを特徴とする請求項１８に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項２０】
前記エポキシ樹脂は、単官能のモノマーを含むことを特徴とする請求項１８乃至１９に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項２１】
前記硬化性樹脂ベース樹脂またはエポキシ樹脂には、分散剤が配合されていることを特徴とする請求項１または１４乃至２０に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項２２】
前記硬化性ベース樹脂またはエポキシ樹脂の粘度が３８０ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１または１４乃至２１に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項２３】
ディスペンサにて５ｍＬのシリンジと、内径０．７８ｍｍのニードルを用い、少なくとも０．５ＭＰａの圧力で吐出できることを特徴とする請求項１乃至２２に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項２４】
ディスペンサにて５ｍＬのシリンジと、内径０．７８ｍｍのニードルを用い、０．５ＭＰａの圧力で２００ｍｇ／分以上吐出できることを特徴とする請求項２３に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項２５】
前記熱伝導性樹脂ペーストの硬化物は、絶縁体であることを特徴とする請求項１乃至２４に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項２６】
オキシラン環を２つ以上持つエポキシオリゴマーまたはエポキシモノマーと、単官能のエポキシモノマーと、アミン系硬化剤と、分散剤とで構成される硬化性ベース樹脂１００重量部に対し、窒化アルミニウム粒子がＸ重量部、酸化アルミニウム粒子がＹ重量部配合されたとき、１．０Ｘ＋０．４Ｙ≧７００を満たす粒子が配合され、窒化アルミニウム粒子と酸化アルミニウム粒子の混合比が、重量比で略４：６〜６：４である硬化性樹脂ペーストであり、熱伝導率が６Ｗ／ｍ・Ｋ以上、且つ、５ｍＬのシリンジと、内径０．７８ｍｍのニードルを装着したディスペンサを用い、０．５ＭＰａの圧力で吐出したときの吐出速度が２００ｍｇ／分以上であることを特徴とする熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項２７】
請求項１乃至２６に記載の熱伝導性樹脂ペーストを充填または塗布後、硬化させた硬化物を具備したことを特徴とする光ディスク装置。
【請求項１】
硬化性ベース樹脂１００重量部に対し、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する粒子がＸ重量部、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、少なくとも粒子表面が金属酸化物である粒子がＹ重量部配合されたとき、１．０Ｘ＋０．４Ｙ≧７００を満たす粒子が配合されたことを特徴とする熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項２】
前記１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する粒子は、窒化アルミニウム粒子であることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項３】
前記窒化アルミニウム粒子は、平均粒径が４０〜１００μｍの範囲内であることを特徴とする請求項２に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項４】
前記窒化アルミニウム粒子は、小粒径の窒化アルミニウムを造粒し、焼結することにより略球状に形成されていることを特徴とする請求項２乃至３に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項５】
前記窒化アルミニウム粒子は、多糖類または酸化ケイ素により表面処理がなされることを特徴とする請求項２乃至４に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項６】
前記２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、少なくとも粒子表面が金属酸化物である粒子は、酸化アルミニウム粒子であることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項７】
前記酸化アルミニウム粒子は、平均粒径が略０．７μｍの粒子と、平均粒径が略１０μｍの粒子とを混合した粒子であることを特徴とする請求項６に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項８】
前記酸化アルミニウム粒子は、表面処理剤で表面処理されていることを特徴とする請求項６乃至７に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項９】
前記表面処理剤は、フェニル基とアミノ基を有するシランカップリング剤であることを特徴とする請求項８に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項１０】
硬化性ベース樹脂１００重量部に対し、平均粒径が略０．７μｍの酸化アルミニウム粒子が１００〜３００重量部配合されていることを特徴とする請求項６乃至９に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項１１】
前記酸化アルミニウム粒子は、略球状であることを特徴とする請求項６乃至１０に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項１２】
前記１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する粒子は、窒化アルミニウム粒子であり、且つ、前記２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、少なくとも粒子表面が金属酸化物である粒子は、酸化アルミニウム粒子であることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項１３】
窒化アルミニウム粒子と酸化アルミニウム粒子の混合比が、重量比で略４：６〜６：４であることを特徴とする請求項１２に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項１４】
前記硬化性ベース樹脂は、熱硬化性樹脂、室温硬化性樹脂、湿気硬化性樹脂から選ばれる硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項１５】
前記硬化性ベース樹脂は、硬化後の硬化物中に含まれる側鎖に、水酸基が付加された構造であることを特徴とする請求項１または１４に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項１６】
前記硬化性ベース樹脂は、水酸基を持つ単官能モノマーを含むことを特徴とする請求項１５に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項１７】
前記硬化性ベース樹脂は、潜在性の硬化剤を含むことを特徴とする請求項１または１４乃至１６に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項１８】
前記硬化性ベース樹脂は、エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１または１４乃至１７に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項１９】
前記エポキシ樹脂は、硬化剤としてアミン系硬化剤を含むことを特徴とする請求項１８に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項２０】
前記エポキシ樹脂は、単官能のモノマーを含むことを特徴とする請求項１８乃至１９に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項２１】
前記硬化性樹脂ベース樹脂またはエポキシ樹脂には、分散剤が配合されていることを特徴とする請求項１または１４乃至２０に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項２２】
前記硬化性ベース樹脂またはエポキシ樹脂の粘度が３８０ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１または１４乃至２１に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項２３】
ディスペンサにて５ｍＬのシリンジと、内径０．７８ｍｍのニードルを用い、少なくとも０．５ＭＰａの圧力で吐出できることを特徴とする請求項１乃至２２に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項２４】
ディスペンサにて５ｍＬのシリンジと、内径０．７８ｍｍのニードルを用い、０．５ＭＰａの圧力で２００ｍｇ／分以上吐出できることを特徴とする請求項２３に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項２５】
前記熱伝導性樹脂ペーストの硬化物は、絶縁体であることを特徴とする請求項１乃至２４に記載の熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項２６】
オキシラン環を２つ以上持つエポキシオリゴマーまたはエポキシモノマーと、単官能のエポキシモノマーと、アミン系硬化剤と、分散剤とで構成される硬化性ベース樹脂１００重量部に対し、窒化アルミニウム粒子がＸ重量部、酸化アルミニウム粒子がＹ重量部配合されたとき、１．０Ｘ＋０．４Ｙ≧７００を満たす粒子が配合され、窒化アルミニウム粒子と酸化アルミニウム粒子の混合比が、重量比で略４：６〜６：４である硬化性樹脂ペーストであり、熱伝導率が６Ｗ／ｍ・Ｋ以上、且つ、５ｍＬのシリンジと、内径０．７８ｍｍのニードルを装着したディスペンサを用い、０．５ＭＰａの圧力で吐出したときの吐出速度が２００ｍｇ／分以上であることを特徴とする熱伝導性樹脂ペースト。
【請求項２７】
請求項１乃至２６に記載の熱伝導性樹脂ペーストを充填または塗布後、硬化させた硬化物を具備したことを特徴とする光ディスク装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１７９７７１（Ｐ２００９−１７９７７１Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２３３６（Ｐ２００８−２２３３６）
【出願日】平成２０年２月１日（２００８．２．１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１日（２００８．２．１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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