熱伝導性組成物
【課題】発熱体からの熱伝導の用途において、より好適に使用可能な熱伝導性組成物を提供する。
【解決手段】熱伝導性組成物は、有機マトリクスと熱伝導性充填材とを含有する。有機マトリクスはチタネート系カップリング剤を備え、有機マトリクスの全質量に対するチタネート系カップリング剤の割合は３〜１００質量％である。熱伝導性充填材は、粒径が０．１〜１μｍである粒子状を有する熱伝導性充填材と、粒径が１μｍを超えるとともに１００μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材とを備えている。熱伝導性充填材の全質量に対する、粒径が０．１〜１μｍである粒子状を有する熱伝導性充填材の割合は１〜５０質量％である。熱伝導性組成物の全体積に対する熱伝導性充填材の割合は８０〜８６体積％である。
【解決手段】熱伝導性組成物は、有機マトリクスと熱伝導性充填材とを含有する。有機マトリクスはチタネート系カップリング剤を備え、有機マトリクスの全質量に対するチタネート系カップリング剤の割合は３〜１００質量％である。熱伝導性充填材は、粒径が０．１〜１μｍである粒子状を有する熱伝導性充填材と、粒径が１μｍを超えるとともに１００μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材とを備えている。熱伝導性充填材の全質量に対する、粒径が０．１〜１μｍである粒子状を有する熱伝導性充填材の割合は１〜５０質量％である。熱伝導性組成物の全体積に対する熱伝導性充填材の割合は８０〜８６体積％である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電子機器内に設けられる電子素子と放熱器との間、又は電子素子と金属製の伝熱板との間に介在して用いられ、発熱した電子素子から放熱器又は伝熱板への熱伝導を促進する熱伝導性組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば電子機器内に設けられた発熱体としての電子素子から放熱体としてのヒートシンクへの熱伝導を促進するために、熱伝導性シート及び放熱グリスが用いられている。熱伝導性シート及び放熱グリスは、電子素子から発生した熱を効率よくヒートシンクに伝導することで電子素子の温度上昇を抑制し、高温に起因する電子素子の破損を防止して該電子素子の性能を維持する。近年、電子素子の高密度化及び高性能化に伴って電子素子の発熱量が大きくなっていることから、熱伝導性シート及び放熱グリスには高い熱伝導性が求められている。
【０００３】
このような要求に対して、熱伝導性シート及び放熱グリスに含有される熱伝導性充填材の割合が特定の範囲に設定されたり高い値に設定されたりして、熱伝導性シート及び放熱グリスの熱伝導性の向上が図られている。熱伝導性充填材の高充填に起因して熱伝導性シートは硬くなり、該熱伝導性シートの熱抵抗は上昇する。そのため、熱伝導性充填材の高充填による熱伝導性シートの熱伝導性の向上には限界があった。よって、低い熱抵抗性が要求される用途においては、熱伝導性シートに比べて熱抵抗が低い放熱グリスが用いられている。しかしながら、この放熱グリスには、熱伝導性シートに比べて取扱い性が低いという問題があった。
【０００４】
このような問題を解決するために、特許文献１には、２０℃で架橋が進行しないパテ状の熱伝導性組成物が開示されている。この熱伝導性組成物は、１００質量部の液状シリコーンと、６００質量部以上の熱伝導性フィラーとを含有している。しかしながら、特許文献１に記載の組成、特に実施例の記載の組成は、熱伝導性組成物の熱伝導性を充分に向上させるものではなかった。
【特許文献１】特開２００５−４２０９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、発熱体からの熱伝導の用途において、より好適に使用可能な熱伝導性組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、有機マトリクスと熱伝導性充填材とを含有する熱伝導性組成物であって、前記有機マトリクスはチタネート系カップリング剤を備え、有機マトリクスの全質量に対するチタネート系カップリング剤の割合が３〜１００質量％であり、前記熱伝導性充填材は、粒径が０．１〜１μｍである粒子状を有する熱伝導性充填材と、粒径が１μｍを超えるとともに１００μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材とを備え、熱伝導性充填材の全質量に対する、粒径が０．１〜１μｍである粒子状を有する熱伝導性充填材の割合が１〜５０質量％であり、熱伝導性組成物の全体積に対する熱伝導性充填材の割合が８０〜８６体積％であることを特徴とする熱伝導性組成物を提供する。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記有機マトリクスが有機高分子を更に備え、有機マトリクスの全質量に対するチタネート系カップリング剤の割合が３質量％以上であるとともに１００質量％未満である請求項１に記載の熱伝導性組成物を提供する。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記有機高分子がチタネート系カップリング剤と相溶する請求項２に記載の熱伝導性組成物を提供する。
請求項４に記載の発明は、前記粒径が１μｍを超えるとともに１００μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材が、粒径が１μｍを超えるとともに１０μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材と、粒径が１０μｍを超えるとともに１００μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材とから構成される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱伝導性組成物を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、発熱体からの熱伝導の用途において、より好適に使用可能な熱伝導性組成物が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を熱伝導性組成物に具体化した実施形態を詳細に説明する。本実施形態に係る熱伝導性組成物は、有機マトリクスと熱伝導性充填材とを含有している。熱伝導性組成物は粘土状を有しており、その使用前においては例えば離型紙上においてシート状に形成されている。そして、例えば熱伝導性組成物が発熱体としての電子素子から放熱体としてのヒートシンクへの熱伝導の促進に使用される場合には、熱伝導性組成物が離型紙から例えば電子素子上に転写された後、電子素子とヒートシンクとに挟持される。熱伝導性組成物の全体積に対する熱伝導性充填材の割合は８０〜８６体積％である。
【００１１】
有機マトリクスは熱伝導性充填材を熱伝導性組成物内に保持し、チタネート系カップリング剤を備えている。チタネート系カップリング剤は、前述したように熱伝導性充填材を熱伝導性組成物内に保持するとともに、熱伝導性充填材の有機マトリクス中の分散性を高める。チタネート系カップリング剤として、例えばイソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリドデシルベンゼンスルホニルチタネート、イソプロピルトリス（ジオクチルパイロホスフェート）チタネート、テトライソプロピルビス（ジオクチルホスファイト）チタネート、テトラオクチルビス（ジトリデシルホスファイト）チタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）オキシアセテートチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）エチレンチタネート、イソプロピルトリオクタノイルチタネート、イソプロピルジメタクリルイソステアロイルチタネート、イソプロピルイソステアロイルジアクリルチタネート、イソプロピルトリス（ジオクチルホスフェート）チタネート、イソプロピルトリクミルフェニルチタネート、イソプロピルトリ（Ｎ−アミドエチル・アミノエチル）チタネート、ジクミルフェニルオキシアセテートチタネート、及びジイソステアロイルエチレンチタネートが挙げられる。
【００１２】
有機マトリクスの全質量に対するチタネート系カップリング剤の割合は、３〜１００質量％であり、好ましくは１０〜３０質量％である。チタネート系カップリング剤の割合が３質量％未満の場合には、熱伝導性充填材の有機マトリクスに対する分散性が低いことから、熱伝導性充填材を有機マトリクスに高充填させることができず、前述した熱伝導性組成物の全体積に対する熱伝導性充填材の割合を達成することができない。その結果、熱伝導性組成物の熱伝導性を高めることができない。有機マトリクスの全質量に対するチタネート系カップリング剤の割合の増加に伴って熱伝導性組成物の熱抵抗が低下する。しかしながら、有機マトリクスの全質量に対するチタネート系カップリング剤の割合が３０質量％を超えても、熱伝導性組成物の熱抵抗をそれ以上低下させることができないおそれがある。
【００１３】
有機マトリクスは、チタネート系カップリング剤の他に有機高分子を備えてもよい。この場合、有機マトリクスの全質量に対するチタネート系カップリング剤の割合は、３質量％以上であるとともに１００質量％未満である。有機高分子はチタネート系カップリング剤と同様に、熱伝導性充填材を熱伝導性組成物内に保持する。有機高分子として、例えばポリイソブチレン系樹脂、エチレンプロピレン系樹脂、ウレタン系樹脂、及びアクリル系樹脂が挙げられる。有機高分子は、好ましくはチタネート系カップリング剤と相溶する。この場合、熱伝導性組成物のちょう度を高めて該組成物の熱抵抗を低下させることができる。チタネート系カップリング材と相溶する有機高分子として、熱伝導性組成物のちょう度を高める効果が高いことから、ポリイソブチレン系樹脂及びエチレンプロピレン系樹脂が好ましい。
【００１４】
有機マトリクスは、チタネート系カップリング剤及び有機高分子の他にも、必要に応じて様々な添加剤、例えば可塑剤を含有してもよい。可塑剤は熱伝導性組成物を柔軟にする。可塑剤として、例えばパラフィンオイルが挙げられる。チタネート系カップリング剤、有機高分子、及び可塑剤を含有する有機マトリクスの粘度は、好ましくは１００〜３０００ｍＰａ・ｓである。有機マトリクスの粘度が１００ｍＰａ・ｓ未満の場合には、熱伝導性組成物がその形状を維持して有機マトリクスが熱伝導性充填材を保持することができないおそれがある。有機マトリクスの粘度が３０００ｍＰａ・ｓを超えると、熱伝導性組成物が硬くなり、該組成物の熱抵抗が上昇するおそれがある。
【００１５】
熱伝導性充填材は、発熱体から発生した熱を放熱体に伝導する。熱伝導性充填材は、粒径が０．１〜１μｍである粒子状を有する熱伝導性充填材と、粒径が１μｍを超えるとともに１００μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材とを備えている。本願において、“粒径”は平均粒径を示す。また、以下の説明において、粒径が０．１〜１μｍである粒子状を有する熱伝導性充填材を“小粒径の熱伝導性充填材”と称し、粒径が１μｍを超えるとともに１００μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材を“大粒径の熱伝導性充填材”と称する。
【００１６】
小粒径の熱伝導性充填材は、大粒径の熱伝導性充填材の各粒子同士の間に充填されることにより有機マトリクスへの熱伝導性充填材の充填割合を増加させ、熱伝導性組成物の熱伝導性を高める。更に、小粒径の熱伝導性充填材は、熱伝導性組成物のちょう度を高めるとともに、熱伝導性組成物の硬さを適切な範囲に調整して該組成物の転写性を高める。小粒径の熱伝導性充填材の粒径が０．１μｍ未満の場合には、有機マトリクスへの小粒径の熱伝導性充填材の少量の充填によっても熱伝導性組成物が硬くなって該組成物の熱抵抗が上昇する。そのため、熱伝導性組成物の熱抵抗を低下させるために小粒径の熱伝導性充填材の充填量を低下させる必要があり、熱伝導性組成物の熱伝導性が悪化する。小粒径の熱伝導性充填材の粒径が１μｍを超えると、熱伝導性組成物の転写性を向上させることができない。
【００１７】
熱伝導性充填材の全質量に対する小粒径の熱伝導性充填材の割合は１〜５０質量％であり、好ましくは５〜３０質量％である。小粒径の熱伝導性充填材の割合が１質量％未満の場合には、熱伝導性組成物の転写性を向上させることができない。小粒径の熱伝導性充填材の割合が５０質量％を超えると、熱伝導性組成物が硬くなって該組成物の熱抵抗が上昇する。
【００１８】
大粒径の熱伝導性充填材は、小粒径の熱伝導性充填材とともに熱伝導性組成物の熱伝導性を高める。大粒径の熱伝導性充填材の粒径が１μｍ以下の場合には、熱伝導性充填材を有機マトリクスに高充填することができず、熱伝導性組成物の熱伝導性を向上させることができない。大粒径の熱伝導性充填材の粒径が１００μｍを超えると、例えば熱伝導性組成物をシート状に形成する際に熱伝導性組成物が厚くなり、該組成物の熱伝導性が低下する。
【００１９】
好ましくは、大粒径の熱伝導性充填材は、粒径が１μｍを超えるとともに１０μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材と、粒径が１０μｍを超えるとともに１００μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材とから構成される。
【００２０】
熱伝導性充填材の材質は特に限定されないが、該材質の具体例として、例えば、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、及び金属水酸化物が挙げられる。これらは、高い熱伝導性を有するとともに電気絶縁性を有している。金属酸化物の具体例として、例えば酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、及び石英が挙げられる。金属窒化物の具体例として、例えば窒化ホウ素、及び窒化アルミニウムが挙げられる。金属炭化物の具体例として、例えば炭化ケイ素が挙げられる。金属水酸化物の具体例として、例えば水酸化アルミニウムが挙げられる。熱伝導性充填材の材質として、前記具体例の他に、例えばダイヤモンド、黒鉛、銅、及びアルミニウムが挙げられる。
【００２１】
熱伝導性組成物の全体積に対する熱伝導性充填材の割合は、前述したように８０〜８６体積％であり、好ましくは８４〜８５体積％である。熱伝導性充填材の割合が８０体積％未満の場合には、熱伝導性組成物の熱伝導性を向上させることができない。熱伝導性充填材の割合が８６体積％を超えると、熱伝導性組成物が硬くなって該組成物の熱抵抗が上昇することから、熱伝導性組成物の熱伝導性が低下する。
【００２２】
熱伝導性組成物は、小粒径の熱伝導性充填材と、大粒径の熱伝導性充填材の他に、熱伝導性充填材として、例えば繊維状を有する熱伝導性充填材を含有してもよい。繊維状を有する熱伝導性充填材として、例えば炭素繊維が挙げられる。
【００２３】
熱伝導性組成物は、例えば公知の方法によって有機マトリクスに熱伝導性充填材が充填されることによって調製される。
前記実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
【００２４】
・ 本実施形態に係る熱伝導性組成物では、有機マトリクスの全質量に対するチタネート系カップリング剤の割合が３〜１００質量％に設定されている。これにより、熱伝導性充填材を、熱伝導性組成物の全体積に対して８０〜８６体積％という高い割合で有機マトリクスに充填することができ、熱伝導性組成物の熱伝導性を高めることができる。
【００２５】
・ 本実施形態に係る熱伝導性組成物では、熱伝導性充填材の全質量に対する小粒径の熱伝導性充填剤の割合が１〜５０質量％に設定されている。これにより、有機マトリクスに熱伝導性充填材が高充填されても、熱伝導性組成物の転写性を向上させることができる。即ち、小粒径の熱伝導性充填材の割合が前記範囲に設定されることにより、粘土状の熱伝導性組成物の硬さ及び粘り強さを適切な範囲に調整し、熱伝導性組成物の転写の際に該組成物に泣き別れが生じることを防止することができる。また、大粒径の熱伝導性充填材の各粒子間の隙間に小粒径の熱伝導性充填材が前記割合で充填されることにより、例えばシート状の熱伝導性組成物の表面において、小粒径の熱伝導性充填材が省略されている場合に比べて、熱伝導性充填材が露出している割合を高めて有機マトリクスが露出している割合を低下させることができる。有機マトリクスの粘性は通常、熱伝導性充填材の粘性に比べて高い。そのため、粘性が高い有機マトリクスの露出の割合を適度に低下させることにより、熱伝導性組成物の粘性を適度に調整して該組成物の転写性を高めることができる。更に、熱伝導性組成物の熱抵抗を低下させて該組成物の熱伝導性を高めることができる。
【００２６】
・ 本実施形態に係る熱伝導性組成物では、小粒径の熱伝導性充填材の粒径が０．１〜１μｍに設定されている。これにより、有機マトリクスに熱伝導性充填材が高充填されても、熱伝導性組成物の柔軟性を維持することができるとともに、熱伝導性組成物の転写性を高めることができる。また、大粒径の熱伝導性充填材の粒径が１μｍを超えるとともに１００μｍ以下に設定されている。これにより、熱伝導性充填材を有機マトリクスに高充填することができるとともに、例えばシート状を有する熱伝導性組成物を薄く形成して該組成物の熱伝導性を高めることができる。
【００２７】
・ 本実施形態に係る熱伝導性組成物は、有機マトリクスと、小粒径の熱伝導性充填材及び大粒径の熱伝導性充填材とを含有している。そのため、有機マトリクス内において、大粒径の熱伝導性充填材の各粒子間の隙間に小粒径の熱伝導性充填材が充填されることにより、熱伝導性充填材同士が接触し易くなる。その結果、熱伝導性組成物において各熱伝導性充填材を通って熱が伝導され易くなり、熱伝導性組成物の熱伝導性を高めることができる。
【００２８】
・ 本実施形態に係る大粒径の熱伝導性充填材は、好ましくは、粒径が１μｍを超えるとともに１０μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材と、粒径が１０μｍを超えるとともに１００μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材とから構成される。この場合、大きな粒径を有する熱伝導性充填材の各粒子間の隙間に小さな粒径を有する熱伝導性充填材が順次充填されることにより、熱伝導性充填材同士がより容易に接触する。その結果、熱伝導性組成物において各熱伝導性充填材を通って熱が伝導され易くなり、熱伝導性組成物の熱伝導性をより高めることができる。
【００２９】
前記実施形態は、以下のように変更して具体化されてもよい。
・ 本実施形態では、熱伝導性組成物が離型紙上でシート状に形成されている。熱伝導性組成物の形態は特に限定されず、離型紙が省略されてもよいし、熱伝導性組成物がシート状以外の形状に形成されてもよいし、熱伝導性組成物が不定形でもよい。不定形の熱伝導性組成物は、電子素子とヒートシンクとの挟持の際に加えられる荷重によって、電子素子とヒートシンクとの間にシート状に拡がる。
【００３０】
・ 本実施形態に係る熱伝導性組成物が電子素子からヒートシンクへの熱伝導の促進に使用される際に、熱伝導性組成物が離型紙からヒートシンク上に転写された後、該組成物が電子素子とヒートシンクとに挟持されてもよい。
【実施例】
【００３１】
次に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明する。
（実施例１〜４）
実施例１〜４においては、有機高分子としてのポリイソブチレン（株式会社カネカ製のＥＰ２００Ａ、数平均分子量：５０００）と、可塑剤としてのパラフィンオイル（出光興産株式会社製のＰＷ−９０、４０℃における動粘度：９０ｍｍ２／ｓ）とを、質量部でポリイソブチレン：パラフィンオイル＝１：３の割合で混合して有機混合物を調製した。この有機混合物の粘度は１９００ｍＰａ・ｓであった。チタネート系カップリング剤としてのイソプロピルトリイソステアロイルチタネート（味の素ファインテクノ株式会社のＫＲ ＴＴＳ、粘度：７００ｍＰａ．ｓ）を準備した。そして、有機混合物とチタネート系カップリング剤とを表１に示す割合で混合して有機マトリクスを調製した。この有機マトリクスの粘度は、１００〜３０００ｍＰａ・ｓの範囲内であった。
【００３２】
また、大粒径の熱伝導性充填材としての、炭化ケイ素の粒子（昭和電工株式会社製のＧＣ−♯２８０、平均粒径：５５μｍ、真比重３．２）及び単結晶酸化アルミニウムの粒子（住友化学株式会社製のＡＡ−３、平均粒径：３μｍ、真比重：３．９）と、小粒径の熱伝導性充填材としての超微粉酸化アルミニウム（昭和電工株式会社製のＡＬ−１６０ＳＧ−３、平均粒径：０．５２μｍ、真比重：３．９）とを、質量部で炭化ケイ素：単結晶酸化アルミニウム：超微粉酸化アルミニウム＝３：３：１の割合で混合して熱伝導性充填材を調製した。
【００３３】
次いで、日本工業規格であるＪＩＳ Ｋ２２２０に従って測定される不混和ちょう度が２０〜３０の範囲内になるように熱伝導性充填材を有機マトリクスに充填した後、プラネタリーミキサーで混練して粘土状を有する混合物を得た。各成分の割合を表１に示す。この混合物から、遠心ロールを用いて、厚さが０．２ｍｍであるシート状を有する熱伝導性組成物を離型紙上に得た。不混和ちょう度における２０〜３０の範囲は、熱伝導性組成物が発熱体からの熱伝導の用途に適した硬さを有する範囲である。
【００３４】
（実施例５）
実施例５においては、チタネート系カップリング剤のみで有機マトリクスを構成し、各成分の割合を表１に示すように変更した以外は、実施例１〜４と同様にして熱伝導性組成物を得た。
【００３５】
（実施例６）
実施例６においては、超微粉酸化アルミニウムを単結晶酸化アルミニウムの粒子（住友化学株式会社製のＡＫＰ−５０、平均粒径：０．２μｍ、真比重：３．９）に変更し、各成分の割合を表１に示すように変更した以外は、実施例１〜４と同様にして熱伝導性組成物を得た。
【００３６】
（比較例１）
比較例１においては、有機高分子及び可塑剤のみで有機マトリクスを構成し、各成分の割合を表２に示すように変更した以外は、実施例１〜４と同様にして熱伝導性組成物を得た。
【００３７】
（比較例２）
比較例２においては、各成分の割合を表２に示すように変更した以外は、実施例１〜４と同様にして熱伝導性組成物を得た。
【００３８】
（比較例３〜５）
比較例３〜５においては、チタネート系カップリング剤をシランカップリング剤（東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社のＡＹ４３−００４、ジメチルジメトキシシラン）に変更し、各成分の割合を表２に示すように変更した以外は、実施例１〜４と同様にして熱伝導性組成物を得た。
【００３９】
そして、各例の熱伝導性組成物について、下記の各項目に関し測定及び評価を行った。その結果を表１及び表２に示す。下記の各表中の各欄において、“−”は当該欄が示す成分が含有されていなかったり、当該欄が示す項目の測定又は評価を行うことができなかったりすることを示す。また、“有機混合物の割合（質量％）”欄、及び“カップリング剤”欄中の“割合（質量％）”欄は、有機マトリクスの全質量に対する有機混合物又はカップリング剤の割合をそれぞれ示す。“熱伝導性充填材”欄において、“割合（質量部）”欄は、１００質量部の有機マトリクスに充填された熱伝導性充填材の割合を示し、“割合（体積％）”欄は、熱伝導性組成物の全体積に対する熱伝導性充填材の割合を示す。また、各表中の“小粒径の熱伝導性充填材の割合（質量％）”欄は、熱伝導性充填材の全質量に対する小粒径の熱伝導性充填材の割合を示す。
【００４０】
＜転写性＞
各例の熱伝導性組成物について、離型紙から発熱体としての電子素子への転写性を評価した。即ち、離型紙上の熱伝導性組成物を発熱体としての電子素子上に貼付した後、離型紙を熱伝導性組成物から剥離した。そして、離型紙の剥離後の熱伝導性組成物の状態を目視にて評価した。各表中の“転写性”欄において、“○”は熱伝導性組成物の取扱いが容易であり、剥離後に離型紙上に熱伝導性組成物が残っていなかったことを示す。また、“×”は、離型紙の剥離の際に熱伝導性組成物に泣き別れが生じて剥離後の離型紙上に熱伝導性組成物の一部が残っていたり、熱伝導性組成物の粘着性が低くて電子素子への転写ができなかったりすることを示す。
【００４１】
＜熱抵抗＞
各例の熱伝導性組成物の熱抵抗を以下のようにして測定した。即ち、発熱基板（発熱量Ｑ：２５Ｗ）上に各熱伝導性組成物からなる試験片（厚み：０．２ｍｍ、縦：１０ｍｍ、横：１０ｍｍ）を転写によって配置し、該発熱基板および試験片をヒートシンク（株式会社アルファ製のＦＨ６０−３０）に一定の荷重（９８ｋＰａ（１ｋｇｆ／ｃｍ２））で圧接させた。ヒートシンクの上部にファン（風量：０．０１ｋｇ／ｓｅｃ、風圧：４９Ｐａ）を取り付け、ヒートシンクおよび発熱基板に温度センサを接続した。この状態で発熱基板に通電した。通電から５分が経過した後、発熱基板の温度（θｊ１）およびヒートシンクの温度（θｊ０）を測定し、それらの測定値を下記式（１）に適用して熱抵抗を算出した。
【００４２】
熱抵抗（℃／Ｗ）＝（θｊ１−θｊ０）／発熱量Ｑ …（１）
【００４３】
【表１】
【００４４】
【表２】
表１に示すように、各実施例の熱伝導性組成物においては、離型紙から電子素子への転写性が良好であり、且つ熱抵抗が０．４℃／Ｗ以下という優れた熱伝導性を示した。そのため、各実施例の熱伝導組成物は、発熱体からの熱伝導の用途において、従来の熱伝導性組成物に比べてより好適に使用可能である。
【００４５】
一方、表２に示すように、比較例１においては、離型紙から電子素子への転写性が各実施例の熱伝導性組成物に比べて低い評価となった。これは以下の理由によるものと考えられる。即ち、チタネート系カップリング剤が省略されていることから、熱伝導性充填材の有機マトリクスへの充填量が８０体積％未満にまで低下した。そのため、熱伝導性組成物の表面において露出している有機マトリクスの量が各実施例の熱伝導性組成物に比べて増加し、熱伝導性組成物の粘性が高くなった。その結果、離型紙の剥離の際に熱伝導性組成物が泣き別れて該組成物が損傷した。また、比較例１においては、発熱基板に熱伝導性組成物を転写することができなかったことから、熱伝導性組成物の熱抵抗を測定することができなかった。
【００４６】
比較例２においては、有機マトリクスの全質量に対するチタネート系カップリング剤の割合が２質量％であることから、熱伝導性充填材の有機マトリクスへの充填量が８０体積％未満にまで低下した。その結果、熱伝導性組成物の熱抵抗が高くなり、該組成物の熱伝導性が各実施例の熱伝導性組成物に比べて低くなった。比較例３〜５においては、チタネート系カップリング剤の代わりにシランカップリング剤が用いられていることから、熱伝導性充填材の有機マトリクスへの充填量が８０体積％未満にまで低下した。その結果、熱伝導性組成物の熱抵抗が高くなり、該組成物の熱伝導性が各実施例の熱伝導性組成物に比べて低くなった。
【００４７】
（実施例７及び８）
実施例７及び８においては、各成分の割合を表３に示すように変更した以外は、実施例１〜４と同様にして熱伝導性組成物を得た。
【００４８】
（比較例６）
比較例６においては、小粒径の熱伝導性充填材を省略し、各成分の割合を表３に示すように変更した以外は、実施例１〜４と同様にして熱伝導性組成物を得た。
【００４９】
（比較例７）
比較例７においては、各成分の割合を表３に示すように変更した以外は、実施例１〜４と同様にして熱伝導性組成物の製造を試みた。しかしながら、有機マトリクスと熱伝導性充填材との混合物が一つにまとまらず、シート状を有する熱伝導性組成物を得ることができなかった。
【００５０】
そして、各例の熱伝導性組成物について、上記の各項目に関し測定及び評価を行った。その結果を表３に示す。
【００５１】
【表３】
表３に示すように、各実施例の熱伝導性組成物においては、離型紙から電子素子への転写性が良好であり、且つ熱抵抗が０．４℃／Ｗ以下という優れた熱伝導性を示した。そのため、各実施例の熱伝導組成物は、発熱体からの熱伝導の用途において、従来の熱伝導性組成物に比べてより好適に使用可能である。
【００５２】
一方、比較例６においては、離型紙から電子素子への転写性が各実施例の熱伝導性組成物に比べて低い評価となった。これは以下の理由によるものと考えられる。即ち、熱伝導性充填材の全質量に対する小粒径の熱伝導性充填材の割合が１質量％未満であることから、熱伝導性組成物の表面において露出している有機マトリクスの量が各実施例の熱伝導性組成物に比べて増加し、熱伝導性組成物の粘性が高くなった。その結果、離型紙の剥離の際に熱伝導性組成物が泣き別れて該性組成物が損傷した。また、比較例６においては、発熱基板に熱伝導性組成物を転写することができなかったことから、熱伝導性組成物の熱抵抗を測定することができなかった。
【００５３】
比較例７においては、熱伝導性充填材の全質量に対する小粒径の熱伝導性充填材の割合が５０質量％を超えることから、有機マトリクスと熱伝導性充填材との混合物が一つにまとまらず、熱伝導性組成物を得ることができなかった。
【００５４】
（実施例９及び１０、並びに比較例８及び９）
実施例９及び１０、並びに比較例８及び９においては、各成分の割合を表４に示すように変更した以外は、実施例１〜４と同様にして熱伝導性組成物を得た。そして、各例の熱伝導性組成物について、上記の各項目に関し測定及び評価を行った。その結果を表４に示す。
【００５５】
【表４】
表４に示すように、各実施例の熱伝導性組成物においては、離型紙から電子素子への転写性が良好であり、且つ熱抵抗が０．４℃／Ｗ以下という優れた熱伝導性を示した。そのため、各実施例の熱伝導組成物は、発熱体からの熱伝導の用途において、従来の熱伝導性組成物に比べてより好適に使用可能である。
【００５６】
一方、比較例８においては、熱伝導性組成物の全体積に対する熱伝導性充填材の割合が８０体積％未満であることから熱伝導性組成物の熱抵抗が高く、該組成物の熱伝導性が各実施例の熱伝導性組成物に比べて低かった。比較例９においては、離型紙から電子素子への転写性が各実施例の熱伝導性組成物に比べて低い評価となった。これは以下の理由によるものと考えられる。即ち、熱伝導性組成物の全体積に対する熱伝導性充填材の割合が８６体積％を超えることから、熱伝導性組成物の表面から熱伝導性充填材が露出している割合が過剰に高い。そのため、熱伝導性組成物の粘着性が低下し、該組成物の電子素子への転写ができなかった。また、比較例９においては、発熱基板に熱伝導性組成物を転写することができなかったことから、熱伝導性組成物の熱抵抗を測定することができなかった。
【００５７】
（実施例１１及び１２、並びに比較例１０）
実施例１１においては、ポリイソブチレンを液状シリコーン（東レ株式会社製のシリコーンＳＨ２００ ５００ＣＳ、粘度：１０００ｍＰａ・ｓ）に変更した以外は、実施例１〜４と同様にして熱伝導性組成物を得た。実施例１１における有機マトリクスの粘度は、１００〜３０００ｍＰａ・ｓの範囲内であった。
【００５８】
実施例１２においては、以下の方法によって熱伝導性充填材を調製した以外は、実施例１〜４と同様にして熱伝導性組成物を得た。即ち、大粒径の熱伝導性充填材としての、水酸化アルミニウムの粒子（昭和電工株式会社製のＨ１０ＣＦ、平均粒径：１００μｍ、真比重２．４）、炭化ケイ素の粒子（昭和電工株式会社製のＧＣ−♯２８０、平均粒径：５５μｍ、真比重３．２）及び単結晶酸化アルミニウムの粒子（住友化学株式会社製のＡＡ−３、平均粒径：３μｍ、真比重：３．９）と、小粒径の熱伝導性充填材としての超微粉酸化アルミニウム（昭和電工株式会社製のＡＬ−１６０ＳＧ−３、平均粒径：０．５２μｍ、真比重：３．９）とを、質量部で水酸化アルミニウム：炭化ケイ素：単結晶酸化アルミニウム：超微粉酸化アルミニウム＝１：２：３：１の割合で混合して熱伝導性充填材を調製した。
【００５９】
比較例１０においては、小粒径の熱伝導性充填材として、超微粉酸化アルミニウムを球状酸化アルミニウム（日本アエロジル株式会社製のナノテック３０ｎｍ、平均粒径：０．０３μｍ）に変更した以外は、実施例１〜４と同様にして熱伝導性組成物を得た。そして、各例の熱伝導性組成物について、上記の各項目に関し測定及び評価を行った。その結果を表５に示す。
【００６０】
【表５】
表５に示すように、各実施例の熱伝導性組成物においては、離型紙から電子素子への転写性が良好であった。更に、実施例１〜１０に比べて熱抵抗が高いものの、各例比較例に比べて熱抵抗が低くて優れた熱伝導性を示した。そのため、各実施例の熱伝導組成物は、発熱体からの熱伝導の用途において、従来の熱伝導性組成物に比べてより好適に使用可能である。ポリイソブチレンはチタネート系カップリング剤であるイソプロピルトリイソステアロイルチタネートと相溶するが、液状シリコーンはイソプロピルトリイソステアロイルチタネートと相溶しない。そのため、各実施例の熱抵抗に関する結果より、有機高分子とチタネート系カップリング剤との相溶により、熱伝導性組成物のちょう度を高めて該組成物の熱抵抗を低下させることができることが分かった。
【００６１】
一方、比較例１０においては、小粒径の熱伝導性充填材の粒径が０．１μｍ未満であることから、熱伝導性充填剤の有機マトリクスへの充填量が８０体積％未満にまで低下した。その結果、熱伝導性組成物の熱抵抗が高くなり、該組成物の熱伝導性が各実施例の熱伝導性組成物に比べて低くなった。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電子機器内に設けられる電子素子と放熱器との間、又は電子素子と金属製の伝熱板との間に介在して用いられ、発熱した電子素子から放熱器又は伝熱板への熱伝導を促進する熱伝導性組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば電子機器内に設けられた発熱体としての電子素子から放熱体としてのヒートシンクへの熱伝導を促進するために、熱伝導性シート及び放熱グリスが用いられている。熱伝導性シート及び放熱グリスは、電子素子から発生した熱を効率よくヒートシンクに伝導することで電子素子の温度上昇を抑制し、高温に起因する電子素子の破損を防止して該電子素子の性能を維持する。近年、電子素子の高密度化及び高性能化に伴って電子素子の発熱量が大きくなっていることから、熱伝導性シート及び放熱グリスには高い熱伝導性が求められている。
【０００３】
このような要求に対して、熱伝導性シート及び放熱グリスに含有される熱伝導性充填材の割合が特定の範囲に設定されたり高い値に設定されたりして、熱伝導性シート及び放熱グリスの熱伝導性の向上が図られている。熱伝導性充填材の高充填に起因して熱伝導性シートは硬くなり、該熱伝導性シートの熱抵抗は上昇する。そのため、熱伝導性充填材の高充填による熱伝導性シートの熱伝導性の向上には限界があった。よって、低い熱抵抗性が要求される用途においては、熱伝導性シートに比べて熱抵抗が低い放熱グリスが用いられている。しかしながら、この放熱グリスには、熱伝導性シートに比べて取扱い性が低いという問題があった。
【０００４】
このような問題を解決するために、特許文献１には、２０℃で架橋が進行しないパテ状の熱伝導性組成物が開示されている。この熱伝導性組成物は、１００質量部の液状シリコーンと、６００質量部以上の熱伝導性フィラーとを含有している。しかしながら、特許文献１に記載の組成、特に実施例の記載の組成は、熱伝導性組成物の熱伝導性を充分に向上させるものではなかった。
【特許文献１】特開２００５−４２０９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、発熱体からの熱伝導の用途において、より好適に使用可能な熱伝導性組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、有機マトリクスと熱伝導性充填材とを含有する熱伝導性組成物であって、前記有機マトリクスはチタネート系カップリング剤を備え、有機マトリクスの全質量に対するチタネート系カップリング剤の割合が３〜１００質量％であり、前記熱伝導性充填材は、粒径が０．１〜１μｍである粒子状を有する熱伝導性充填材と、粒径が１μｍを超えるとともに１００μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材とを備え、熱伝導性充填材の全質量に対する、粒径が０．１〜１μｍである粒子状を有する熱伝導性充填材の割合が１〜５０質量％であり、熱伝導性組成物の全体積に対する熱伝導性充填材の割合が８０〜８６体積％であることを特徴とする熱伝導性組成物を提供する。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記有機マトリクスが有機高分子を更に備え、有機マトリクスの全質量に対するチタネート系カップリング剤の割合が３質量％以上であるとともに１００質量％未満である請求項１に記載の熱伝導性組成物を提供する。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記有機高分子がチタネート系カップリング剤と相溶する請求項２に記載の熱伝導性組成物を提供する。
請求項４に記載の発明は、前記粒径が１μｍを超えるとともに１００μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材が、粒径が１μｍを超えるとともに１０μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材と、粒径が１０μｍを超えるとともに１００μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材とから構成される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱伝導性組成物を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、発熱体からの熱伝導の用途において、より好適に使用可能な熱伝導性組成物が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を熱伝導性組成物に具体化した実施形態を詳細に説明する。本実施形態に係る熱伝導性組成物は、有機マトリクスと熱伝導性充填材とを含有している。熱伝導性組成物は粘土状を有しており、その使用前においては例えば離型紙上においてシート状に形成されている。そして、例えば熱伝導性組成物が発熱体としての電子素子から放熱体としてのヒートシンクへの熱伝導の促進に使用される場合には、熱伝導性組成物が離型紙から例えば電子素子上に転写された後、電子素子とヒートシンクとに挟持される。熱伝導性組成物の全体積に対する熱伝導性充填材の割合は８０〜８６体積％である。
【００１１】
有機マトリクスは熱伝導性充填材を熱伝導性組成物内に保持し、チタネート系カップリング剤を備えている。チタネート系カップリング剤は、前述したように熱伝導性充填材を熱伝導性組成物内に保持するとともに、熱伝導性充填材の有機マトリクス中の分散性を高める。チタネート系カップリング剤として、例えばイソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリドデシルベンゼンスルホニルチタネート、イソプロピルトリス（ジオクチルパイロホスフェート）チタネート、テトライソプロピルビス（ジオクチルホスファイト）チタネート、テトラオクチルビス（ジトリデシルホスファイト）チタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）オキシアセテートチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）エチレンチタネート、イソプロピルトリオクタノイルチタネート、イソプロピルジメタクリルイソステアロイルチタネート、イソプロピルイソステアロイルジアクリルチタネート、イソプロピルトリス（ジオクチルホスフェート）チタネート、イソプロピルトリクミルフェニルチタネート、イソプロピルトリ（Ｎ−アミドエチル・アミノエチル）チタネート、ジクミルフェニルオキシアセテートチタネート、及びジイソステアロイルエチレンチタネートが挙げられる。
【００１２】
有機マトリクスの全質量に対するチタネート系カップリング剤の割合は、３〜１００質量％であり、好ましくは１０〜３０質量％である。チタネート系カップリング剤の割合が３質量％未満の場合には、熱伝導性充填材の有機マトリクスに対する分散性が低いことから、熱伝導性充填材を有機マトリクスに高充填させることができず、前述した熱伝導性組成物の全体積に対する熱伝導性充填材の割合を達成することができない。その結果、熱伝導性組成物の熱伝導性を高めることができない。有機マトリクスの全質量に対するチタネート系カップリング剤の割合の増加に伴って熱伝導性組成物の熱抵抗が低下する。しかしながら、有機マトリクスの全質量に対するチタネート系カップリング剤の割合が３０質量％を超えても、熱伝導性組成物の熱抵抗をそれ以上低下させることができないおそれがある。
【００１３】
有機マトリクスは、チタネート系カップリング剤の他に有機高分子を備えてもよい。この場合、有機マトリクスの全質量に対するチタネート系カップリング剤の割合は、３質量％以上であるとともに１００質量％未満である。有機高分子はチタネート系カップリング剤と同様に、熱伝導性充填材を熱伝導性組成物内に保持する。有機高分子として、例えばポリイソブチレン系樹脂、エチレンプロピレン系樹脂、ウレタン系樹脂、及びアクリル系樹脂が挙げられる。有機高分子は、好ましくはチタネート系カップリング剤と相溶する。この場合、熱伝導性組成物のちょう度を高めて該組成物の熱抵抗を低下させることができる。チタネート系カップリング材と相溶する有機高分子として、熱伝導性組成物のちょう度を高める効果が高いことから、ポリイソブチレン系樹脂及びエチレンプロピレン系樹脂が好ましい。
【００１４】
有機マトリクスは、チタネート系カップリング剤及び有機高分子の他にも、必要に応じて様々な添加剤、例えば可塑剤を含有してもよい。可塑剤は熱伝導性組成物を柔軟にする。可塑剤として、例えばパラフィンオイルが挙げられる。チタネート系カップリング剤、有機高分子、及び可塑剤を含有する有機マトリクスの粘度は、好ましくは１００〜３０００ｍＰａ・ｓである。有機マトリクスの粘度が１００ｍＰａ・ｓ未満の場合には、熱伝導性組成物がその形状を維持して有機マトリクスが熱伝導性充填材を保持することができないおそれがある。有機マトリクスの粘度が３０００ｍＰａ・ｓを超えると、熱伝導性組成物が硬くなり、該組成物の熱抵抗が上昇するおそれがある。
【００１５】
熱伝導性充填材は、発熱体から発生した熱を放熱体に伝導する。熱伝導性充填材は、粒径が０．１〜１μｍである粒子状を有する熱伝導性充填材と、粒径が１μｍを超えるとともに１００μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材とを備えている。本願において、“粒径”は平均粒径を示す。また、以下の説明において、粒径が０．１〜１μｍである粒子状を有する熱伝導性充填材を“小粒径の熱伝導性充填材”と称し、粒径が１μｍを超えるとともに１００μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材を“大粒径の熱伝導性充填材”と称する。
【００１６】
小粒径の熱伝導性充填材は、大粒径の熱伝導性充填材の各粒子同士の間に充填されることにより有機マトリクスへの熱伝導性充填材の充填割合を増加させ、熱伝導性組成物の熱伝導性を高める。更に、小粒径の熱伝導性充填材は、熱伝導性組成物のちょう度を高めるとともに、熱伝導性組成物の硬さを適切な範囲に調整して該組成物の転写性を高める。小粒径の熱伝導性充填材の粒径が０．１μｍ未満の場合には、有機マトリクスへの小粒径の熱伝導性充填材の少量の充填によっても熱伝導性組成物が硬くなって該組成物の熱抵抗が上昇する。そのため、熱伝導性組成物の熱抵抗を低下させるために小粒径の熱伝導性充填材の充填量を低下させる必要があり、熱伝導性組成物の熱伝導性が悪化する。小粒径の熱伝導性充填材の粒径が１μｍを超えると、熱伝導性組成物の転写性を向上させることができない。
【００１７】
熱伝導性充填材の全質量に対する小粒径の熱伝導性充填材の割合は１〜５０質量％であり、好ましくは５〜３０質量％である。小粒径の熱伝導性充填材の割合が１質量％未満の場合には、熱伝導性組成物の転写性を向上させることができない。小粒径の熱伝導性充填材の割合が５０質量％を超えると、熱伝導性組成物が硬くなって該組成物の熱抵抗が上昇する。
【００１８】
大粒径の熱伝導性充填材は、小粒径の熱伝導性充填材とともに熱伝導性組成物の熱伝導性を高める。大粒径の熱伝導性充填材の粒径が１μｍ以下の場合には、熱伝導性充填材を有機マトリクスに高充填することができず、熱伝導性組成物の熱伝導性を向上させることができない。大粒径の熱伝導性充填材の粒径が１００μｍを超えると、例えば熱伝導性組成物をシート状に形成する際に熱伝導性組成物が厚くなり、該組成物の熱伝導性が低下する。
【００１９】
好ましくは、大粒径の熱伝導性充填材は、粒径が１μｍを超えるとともに１０μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材と、粒径が１０μｍを超えるとともに１００μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材とから構成される。
【００２０】
熱伝導性充填材の材質は特に限定されないが、該材質の具体例として、例えば、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、及び金属水酸化物が挙げられる。これらは、高い熱伝導性を有するとともに電気絶縁性を有している。金属酸化物の具体例として、例えば酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、及び石英が挙げられる。金属窒化物の具体例として、例えば窒化ホウ素、及び窒化アルミニウムが挙げられる。金属炭化物の具体例として、例えば炭化ケイ素が挙げられる。金属水酸化物の具体例として、例えば水酸化アルミニウムが挙げられる。熱伝導性充填材の材質として、前記具体例の他に、例えばダイヤモンド、黒鉛、銅、及びアルミニウムが挙げられる。
【００２１】
熱伝導性組成物の全体積に対する熱伝導性充填材の割合は、前述したように８０〜８６体積％であり、好ましくは８４〜８５体積％である。熱伝導性充填材の割合が８０体積％未満の場合には、熱伝導性組成物の熱伝導性を向上させることができない。熱伝導性充填材の割合が８６体積％を超えると、熱伝導性組成物が硬くなって該組成物の熱抵抗が上昇することから、熱伝導性組成物の熱伝導性が低下する。
【００２２】
熱伝導性組成物は、小粒径の熱伝導性充填材と、大粒径の熱伝導性充填材の他に、熱伝導性充填材として、例えば繊維状を有する熱伝導性充填材を含有してもよい。繊維状を有する熱伝導性充填材として、例えば炭素繊維が挙げられる。
【００２３】
熱伝導性組成物は、例えば公知の方法によって有機マトリクスに熱伝導性充填材が充填されることによって調製される。
前記実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
【００２４】
・ 本実施形態に係る熱伝導性組成物では、有機マトリクスの全質量に対するチタネート系カップリング剤の割合が３〜１００質量％に設定されている。これにより、熱伝導性充填材を、熱伝導性組成物の全体積に対して８０〜８６体積％という高い割合で有機マトリクスに充填することができ、熱伝導性組成物の熱伝導性を高めることができる。
【００２５】
・ 本実施形態に係る熱伝導性組成物では、熱伝導性充填材の全質量に対する小粒径の熱伝導性充填剤の割合が１〜５０質量％に設定されている。これにより、有機マトリクスに熱伝導性充填材が高充填されても、熱伝導性組成物の転写性を向上させることができる。即ち、小粒径の熱伝導性充填材の割合が前記範囲に設定されることにより、粘土状の熱伝導性組成物の硬さ及び粘り強さを適切な範囲に調整し、熱伝導性組成物の転写の際に該組成物に泣き別れが生じることを防止することができる。また、大粒径の熱伝導性充填材の各粒子間の隙間に小粒径の熱伝導性充填材が前記割合で充填されることにより、例えばシート状の熱伝導性組成物の表面において、小粒径の熱伝導性充填材が省略されている場合に比べて、熱伝導性充填材が露出している割合を高めて有機マトリクスが露出している割合を低下させることができる。有機マトリクスの粘性は通常、熱伝導性充填材の粘性に比べて高い。そのため、粘性が高い有機マトリクスの露出の割合を適度に低下させることにより、熱伝導性組成物の粘性を適度に調整して該組成物の転写性を高めることができる。更に、熱伝導性組成物の熱抵抗を低下させて該組成物の熱伝導性を高めることができる。
【００２６】
・ 本実施形態に係る熱伝導性組成物では、小粒径の熱伝導性充填材の粒径が０．１〜１μｍに設定されている。これにより、有機マトリクスに熱伝導性充填材が高充填されても、熱伝導性組成物の柔軟性を維持することができるとともに、熱伝導性組成物の転写性を高めることができる。また、大粒径の熱伝導性充填材の粒径が１μｍを超えるとともに１００μｍ以下に設定されている。これにより、熱伝導性充填材を有機マトリクスに高充填することができるとともに、例えばシート状を有する熱伝導性組成物を薄く形成して該組成物の熱伝導性を高めることができる。
【００２７】
・ 本実施形態に係る熱伝導性組成物は、有機マトリクスと、小粒径の熱伝導性充填材及び大粒径の熱伝導性充填材とを含有している。そのため、有機マトリクス内において、大粒径の熱伝導性充填材の各粒子間の隙間に小粒径の熱伝導性充填材が充填されることにより、熱伝導性充填材同士が接触し易くなる。その結果、熱伝導性組成物において各熱伝導性充填材を通って熱が伝導され易くなり、熱伝導性組成物の熱伝導性を高めることができる。
【００２８】
・ 本実施形態に係る大粒径の熱伝導性充填材は、好ましくは、粒径が１μｍを超えるとともに１０μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材と、粒径が１０μｍを超えるとともに１００μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材とから構成される。この場合、大きな粒径を有する熱伝導性充填材の各粒子間の隙間に小さな粒径を有する熱伝導性充填材が順次充填されることにより、熱伝導性充填材同士がより容易に接触する。その結果、熱伝導性組成物において各熱伝導性充填材を通って熱が伝導され易くなり、熱伝導性組成物の熱伝導性をより高めることができる。
【００２９】
前記実施形態は、以下のように変更して具体化されてもよい。
・ 本実施形態では、熱伝導性組成物が離型紙上でシート状に形成されている。熱伝導性組成物の形態は特に限定されず、離型紙が省略されてもよいし、熱伝導性組成物がシート状以外の形状に形成されてもよいし、熱伝導性組成物が不定形でもよい。不定形の熱伝導性組成物は、電子素子とヒートシンクとの挟持の際に加えられる荷重によって、電子素子とヒートシンクとの間にシート状に拡がる。
【００３０】
・ 本実施形態に係る熱伝導性組成物が電子素子からヒートシンクへの熱伝導の促進に使用される際に、熱伝導性組成物が離型紙からヒートシンク上に転写された後、該組成物が電子素子とヒートシンクとに挟持されてもよい。
【実施例】
【００３１】
次に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明する。
（実施例１〜４）
実施例１〜４においては、有機高分子としてのポリイソブチレン（株式会社カネカ製のＥＰ２００Ａ、数平均分子量：５０００）と、可塑剤としてのパラフィンオイル（出光興産株式会社製のＰＷ−９０、４０℃における動粘度：９０ｍｍ２／ｓ）とを、質量部でポリイソブチレン：パラフィンオイル＝１：３の割合で混合して有機混合物を調製した。この有機混合物の粘度は１９００ｍＰａ・ｓであった。チタネート系カップリング剤としてのイソプロピルトリイソステアロイルチタネート（味の素ファインテクノ株式会社のＫＲ ＴＴＳ、粘度：７００ｍＰａ．ｓ）を準備した。そして、有機混合物とチタネート系カップリング剤とを表１に示す割合で混合して有機マトリクスを調製した。この有機マトリクスの粘度は、１００〜３０００ｍＰａ・ｓの範囲内であった。
【００３２】
また、大粒径の熱伝導性充填材としての、炭化ケイ素の粒子（昭和電工株式会社製のＧＣ−♯２８０、平均粒径：５５μｍ、真比重３．２）及び単結晶酸化アルミニウムの粒子（住友化学株式会社製のＡＡ−３、平均粒径：３μｍ、真比重：３．９）と、小粒径の熱伝導性充填材としての超微粉酸化アルミニウム（昭和電工株式会社製のＡＬ−１６０ＳＧ−３、平均粒径：０．５２μｍ、真比重：３．９）とを、質量部で炭化ケイ素：単結晶酸化アルミニウム：超微粉酸化アルミニウム＝３：３：１の割合で混合して熱伝導性充填材を調製した。
【００３３】
次いで、日本工業規格であるＪＩＳ Ｋ２２２０に従って測定される不混和ちょう度が２０〜３０の範囲内になるように熱伝導性充填材を有機マトリクスに充填した後、プラネタリーミキサーで混練して粘土状を有する混合物を得た。各成分の割合を表１に示す。この混合物から、遠心ロールを用いて、厚さが０．２ｍｍであるシート状を有する熱伝導性組成物を離型紙上に得た。不混和ちょう度における２０〜３０の範囲は、熱伝導性組成物が発熱体からの熱伝導の用途に適した硬さを有する範囲である。
【００３４】
（実施例５）
実施例５においては、チタネート系カップリング剤のみで有機マトリクスを構成し、各成分の割合を表１に示すように変更した以外は、実施例１〜４と同様にして熱伝導性組成物を得た。
【００３５】
（実施例６）
実施例６においては、超微粉酸化アルミニウムを単結晶酸化アルミニウムの粒子（住友化学株式会社製のＡＫＰ−５０、平均粒径：０．２μｍ、真比重：３．９）に変更し、各成分の割合を表１に示すように変更した以外は、実施例１〜４と同様にして熱伝導性組成物を得た。
【００３６】
（比較例１）
比較例１においては、有機高分子及び可塑剤のみで有機マトリクスを構成し、各成分の割合を表２に示すように変更した以外は、実施例１〜４と同様にして熱伝導性組成物を得た。
【００３７】
（比較例２）
比較例２においては、各成分の割合を表２に示すように変更した以外は、実施例１〜４と同様にして熱伝導性組成物を得た。
【００３８】
（比較例３〜５）
比較例３〜５においては、チタネート系カップリング剤をシランカップリング剤（東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社のＡＹ４３−００４、ジメチルジメトキシシラン）に変更し、各成分の割合を表２に示すように変更した以外は、実施例１〜４と同様にして熱伝導性組成物を得た。
【００３９】
そして、各例の熱伝導性組成物について、下記の各項目に関し測定及び評価を行った。その結果を表１及び表２に示す。下記の各表中の各欄において、“−”は当該欄が示す成分が含有されていなかったり、当該欄が示す項目の測定又は評価を行うことができなかったりすることを示す。また、“有機混合物の割合（質量％）”欄、及び“カップリング剤”欄中の“割合（質量％）”欄は、有機マトリクスの全質量に対する有機混合物又はカップリング剤の割合をそれぞれ示す。“熱伝導性充填材”欄において、“割合（質量部）”欄は、１００質量部の有機マトリクスに充填された熱伝導性充填材の割合を示し、“割合（体積％）”欄は、熱伝導性組成物の全体積に対する熱伝導性充填材の割合を示す。また、各表中の“小粒径の熱伝導性充填材の割合（質量％）”欄は、熱伝導性充填材の全質量に対する小粒径の熱伝導性充填材の割合を示す。
【００４０】
＜転写性＞
各例の熱伝導性組成物について、離型紙から発熱体としての電子素子への転写性を評価した。即ち、離型紙上の熱伝導性組成物を発熱体としての電子素子上に貼付した後、離型紙を熱伝導性組成物から剥離した。そして、離型紙の剥離後の熱伝導性組成物の状態を目視にて評価した。各表中の“転写性”欄において、“○”は熱伝導性組成物の取扱いが容易であり、剥離後に離型紙上に熱伝導性組成物が残っていなかったことを示す。また、“×”は、離型紙の剥離の際に熱伝導性組成物に泣き別れが生じて剥離後の離型紙上に熱伝導性組成物の一部が残っていたり、熱伝導性組成物の粘着性が低くて電子素子への転写ができなかったりすることを示す。
【００４１】
＜熱抵抗＞
各例の熱伝導性組成物の熱抵抗を以下のようにして測定した。即ち、発熱基板（発熱量Ｑ：２５Ｗ）上に各熱伝導性組成物からなる試験片（厚み：０．２ｍｍ、縦：１０ｍｍ、横：１０ｍｍ）を転写によって配置し、該発熱基板および試験片をヒートシンク（株式会社アルファ製のＦＨ６０−３０）に一定の荷重（９８ｋＰａ（１ｋｇｆ／ｃｍ２））で圧接させた。ヒートシンクの上部にファン（風量：０．０１ｋｇ／ｓｅｃ、風圧：４９Ｐａ）を取り付け、ヒートシンクおよび発熱基板に温度センサを接続した。この状態で発熱基板に通電した。通電から５分が経過した後、発熱基板の温度（θｊ１）およびヒートシンクの温度（θｊ０）を測定し、それらの測定値を下記式（１）に適用して熱抵抗を算出した。
【００４２】
熱抵抗（℃／Ｗ）＝（θｊ１−θｊ０）／発熱量Ｑ …（１）
【００４３】
【表１】
【００４４】
【表２】
表１に示すように、各実施例の熱伝導性組成物においては、離型紙から電子素子への転写性が良好であり、且つ熱抵抗が０．４℃／Ｗ以下という優れた熱伝導性を示した。そのため、各実施例の熱伝導組成物は、発熱体からの熱伝導の用途において、従来の熱伝導性組成物に比べてより好適に使用可能である。
【００４５】
一方、表２に示すように、比較例１においては、離型紙から電子素子への転写性が各実施例の熱伝導性組成物に比べて低い評価となった。これは以下の理由によるものと考えられる。即ち、チタネート系カップリング剤が省略されていることから、熱伝導性充填材の有機マトリクスへの充填量が８０体積％未満にまで低下した。そのため、熱伝導性組成物の表面において露出している有機マトリクスの量が各実施例の熱伝導性組成物に比べて増加し、熱伝導性組成物の粘性が高くなった。その結果、離型紙の剥離の際に熱伝導性組成物が泣き別れて該組成物が損傷した。また、比較例１においては、発熱基板に熱伝導性組成物を転写することができなかったことから、熱伝導性組成物の熱抵抗を測定することができなかった。
【００４６】
比較例２においては、有機マトリクスの全質量に対するチタネート系カップリング剤の割合が２質量％であることから、熱伝導性充填材の有機マトリクスへの充填量が８０体積％未満にまで低下した。その結果、熱伝導性組成物の熱抵抗が高くなり、該組成物の熱伝導性が各実施例の熱伝導性組成物に比べて低くなった。比較例３〜５においては、チタネート系カップリング剤の代わりにシランカップリング剤が用いられていることから、熱伝導性充填材の有機マトリクスへの充填量が８０体積％未満にまで低下した。その結果、熱伝導性組成物の熱抵抗が高くなり、該組成物の熱伝導性が各実施例の熱伝導性組成物に比べて低くなった。
【００４７】
（実施例７及び８）
実施例７及び８においては、各成分の割合を表３に示すように変更した以外は、実施例１〜４と同様にして熱伝導性組成物を得た。
【００４８】
（比較例６）
比較例６においては、小粒径の熱伝導性充填材を省略し、各成分の割合を表３に示すように変更した以外は、実施例１〜４と同様にして熱伝導性組成物を得た。
【００４９】
（比較例７）
比較例７においては、各成分の割合を表３に示すように変更した以外は、実施例１〜４と同様にして熱伝導性組成物の製造を試みた。しかしながら、有機マトリクスと熱伝導性充填材との混合物が一つにまとまらず、シート状を有する熱伝導性組成物を得ることができなかった。
【００５０】
そして、各例の熱伝導性組成物について、上記の各項目に関し測定及び評価を行った。その結果を表３に示す。
【００５１】
【表３】
表３に示すように、各実施例の熱伝導性組成物においては、離型紙から電子素子への転写性が良好であり、且つ熱抵抗が０．４℃／Ｗ以下という優れた熱伝導性を示した。そのため、各実施例の熱伝導組成物は、発熱体からの熱伝導の用途において、従来の熱伝導性組成物に比べてより好適に使用可能である。
【００５２】
一方、比較例６においては、離型紙から電子素子への転写性が各実施例の熱伝導性組成物に比べて低い評価となった。これは以下の理由によるものと考えられる。即ち、熱伝導性充填材の全質量に対する小粒径の熱伝導性充填材の割合が１質量％未満であることから、熱伝導性組成物の表面において露出している有機マトリクスの量が各実施例の熱伝導性組成物に比べて増加し、熱伝導性組成物の粘性が高くなった。その結果、離型紙の剥離の際に熱伝導性組成物が泣き別れて該性組成物が損傷した。また、比較例６においては、発熱基板に熱伝導性組成物を転写することができなかったことから、熱伝導性組成物の熱抵抗を測定することができなかった。
【００５３】
比較例７においては、熱伝導性充填材の全質量に対する小粒径の熱伝導性充填材の割合が５０質量％を超えることから、有機マトリクスと熱伝導性充填材との混合物が一つにまとまらず、熱伝導性組成物を得ることができなかった。
【００５４】
（実施例９及び１０、並びに比較例８及び９）
実施例９及び１０、並びに比較例８及び９においては、各成分の割合を表４に示すように変更した以外は、実施例１〜４と同様にして熱伝導性組成物を得た。そして、各例の熱伝導性組成物について、上記の各項目に関し測定及び評価を行った。その結果を表４に示す。
【００５５】
【表４】
表４に示すように、各実施例の熱伝導性組成物においては、離型紙から電子素子への転写性が良好であり、且つ熱抵抗が０．４℃／Ｗ以下という優れた熱伝導性を示した。そのため、各実施例の熱伝導組成物は、発熱体からの熱伝導の用途において、従来の熱伝導性組成物に比べてより好適に使用可能である。
【００５６】
一方、比較例８においては、熱伝導性組成物の全体積に対する熱伝導性充填材の割合が８０体積％未満であることから熱伝導性組成物の熱抵抗が高く、該組成物の熱伝導性が各実施例の熱伝導性組成物に比べて低かった。比較例９においては、離型紙から電子素子への転写性が各実施例の熱伝導性組成物に比べて低い評価となった。これは以下の理由によるものと考えられる。即ち、熱伝導性組成物の全体積に対する熱伝導性充填材の割合が８６体積％を超えることから、熱伝導性組成物の表面から熱伝導性充填材が露出している割合が過剰に高い。そのため、熱伝導性組成物の粘着性が低下し、該組成物の電子素子への転写ができなかった。また、比較例９においては、発熱基板に熱伝導性組成物を転写することができなかったことから、熱伝導性組成物の熱抵抗を測定することができなかった。
【００５７】
（実施例１１及び１２、並びに比較例１０）
実施例１１においては、ポリイソブチレンを液状シリコーン（東レ株式会社製のシリコーンＳＨ２００ ５００ＣＳ、粘度：１０００ｍＰａ・ｓ）に変更した以外は、実施例１〜４と同様にして熱伝導性組成物を得た。実施例１１における有機マトリクスの粘度は、１００〜３０００ｍＰａ・ｓの範囲内であった。
【００５８】
実施例１２においては、以下の方法によって熱伝導性充填材を調製した以外は、実施例１〜４と同様にして熱伝導性組成物を得た。即ち、大粒径の熱伝導性充填材としての、水酸化アルミニウムの粒子（昭和電工株式会社製のＨ１０ＣＦ、平均粒径：１００μｍ、真比重２．４）、炭化ケイ素の粒子（昭和電工株式会社製のＧＣ−♯２８０、平均粒径：５５μｍ、真比重３．２）及び単結晶酸化アルミニウムの粒子（住友化学株式会社製のＡＡ−３、平均粒径：３μｍ、真比重：３．９）と、小粒径の熱伝導性充填材としての超微粉酸化アルミニウム（昭和電工株式会社製のＡＬ−１６０ＳＧ−３、平均粒径：０．５２μｍ、真比重：３．９）とを、質量部で水酸化アルミニウム：炭化ケイ素：単結晶酸化アルミニウム：超微粉酸化アルミニウム＝１：２：３：１の割合で混合して熱伝導性充填材を調製した。
【００５９】
比較例１０においては、小粒径の熱伝導性充填材として、超微粉酸化アルミニウムを球状酸化アルミニウム（日本アエロジル株式会社製のナノテック３０ｎｍ、平均粒径：０．０３μｍ）に変更した以外は、実施例１〜４と同様にして熱伝導性組成物を得た。そして、各例の熱伝導性組成物について、上記の各項目に関し測定及び評価を行った。その結果を表５に示す。
【００６０】
【表５】
表５に示すように、各実施例の熱伝導性組成物においては、離型紙から電子素子への転写性が良好であった。更に、実施例１〜１０に比べて熱抵抗が高いものの、各例比較例に比べて熱抵抗が低くて優れた熱伝導性を示した。そのため、各実施例の熱伝導組成物は、発熱体からの熱伝導の用途において、従来の熱伝導性組成物に比べてより好適に使用可能である。ポリイソブチレンはチタネート系カップリング剤であるイソプロピルトリイソステアロイルチタネートと相溶するが、液状シリコーンはイソプロピルトリイソステアロイルチタネートと相溶しない。そのため、各実施例の熱抵抗に関する結果より、有機高分子とチタネート系カップリング剤との相溶により、熱伝導性組成物のちょう度を高めて該組成物の熱抵抗を低下させることができることが分かった。
【００６１】
一方、比較例１０においては、小粒径の熱伝導性充填材の粒径が０．１μｍ未満であることから、熱伝導性充填剤の有機マトリクスへの充填量が８０体積％未満にまで低下した。その結果、熱伝導性組成物の熱抵抗が高くなり、該組成物の熱伝導性が各実施例の熱伝導性組成物に比べて低くなった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機マトリクスと熱伝導性充填材とを含有する熱伝導性組成物であって、
前記有機マトリクスはチタネート系カップリング剤を備え、有機マトリクスの全質量に対するチタネート系カップリング剤の割合が３〜１００質量％であり、
前記熱伝導性充填材は、粒径が０．１〜１μｍである粒子状を有する熱伝導性充填材と、粒径が１μｍを超えるとともに１００μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材とを備え、熱伝導性充填材の全質量に対する、粒径が０．１〜１μｍである粒子状を有する熱伝導性充填材の割合が１〜５０質量％であり、
熱伝導性組成物の全体積に対する熱伝導性充填材の割合が８０〜８６体積％であることを特徴とする熱伝導性組成物。
【請求項２】
前記有機マトリクスが有機高分子を更に備え、有機マトリクスの全質量に対するチタネート系カップリング剤の割合が３質量％以上であるとともに１００質量％未満である請求項１に記載の熱伝導性組成物。
【請求項３】
前記有機高分子がチタネート系カップリング剤と相溶する請求項２に記載の熱伝導性組成物。
【請求項４】
前記粒径が１μｍを超えるとともに１００μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材が、粒径が１μｍを超えるとともに１０μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材と、粒径が１０μｍを超えるとともに１００μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材とから構成される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱伝導性組成物。
【請求項１】
有機マトリクスと熱伝導性充填材とを含有する熱伝導性組成物であって、
前記有機マトリクスはチタネート系カップリング剤を備え、有機マトリクスの全質量に対するチタネート系カップリング剤の割合が３〜１００質量％であり、
前記熱伝導性充填材は、粒径が０．１〜１μｍである粒子状を有する熱伝導性充填材と、粒径が１μｍを超えるとともに１００μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材とを備え、熱伝導性充填材の全質量に対する、粒径が０．１〜１μｍである粒子状を有する熱伝導性充填材の割合が１〜５０質量％であり、
熱伝導性組成物の全体積に対する熱伝導性充填材の割合が８０〜８６体積％であることを特徴とする熱伝導性組成物。
【請求項２】
前記有機マトリクスが有機高分子を更に備え、有機マトリクスの全質量に対するチタネート系カップリング剤の割合が３質量％以上であるとともに１００質量％未満である請求項１に記載の熱伝導性組成物。
【請求項３】
前記有機高分子がチタネート系カップリング剤と相溶する請求項２に記載の熱伝導性組成物。
【請求項４】
前記粒径が１μｍを超えるとともに１００μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材が、粒径が１μｍを超えるとともに１０μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材と、粒径が１０μｍを超えるとともに１００μｍ以下である粒子状を有する熱伝導性充填材とから構成される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱伝導性組成物。
【公開番号】特開２００９−１０２５７７（Ｐ２００９−１０２５７７Ａ）
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７７８１０（Ｐ２００７−２７７８１０）
【出願日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【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２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【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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