JP7717432B2 - 熱伝導性シリコーン組成物 - Google Patents
熱伝導性シリコーン組成物Info
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Description
[1](A)ケイ素原子に結合したアルケニル基を有するポリオルガノシロキサン;
(B)ケイ素原子に結合した水素原子を有するポリオルガノハイドロジェンシロキサン;
(C)白金系触媒;
(D)下記一般式(1):
〔式中、
R1:炭素原子数1~4のアルコキシシリル基を有する基
R2:下記一般式(2):
(式中、R4は、それぞれ独立して炭素原子数1~12の1価の炭化水素基であり、Yは、R4及び脂肪族不飽和基からなる群より選択される基であり、dは2~60の整数である)で示される直鎖状オルガノシロキシ基
X:それぞれ独立して炭素原子数2~10の2価の炭化水素基
a及びb:それぞれ独立して1以上の整数
c:0以上の整数
a+b+c:4以上の整数
R3:それぞれ独立して、炭素原子数1~6の1価の炭化水素基又は水素原子である〕
で示されるシロキサン化合物、及び
(E)熱伝導性フィラー、
を含む、熱伝導性シリコーン組成物であって、
(A)成分は、(A-1)ケイ素原子に結合したアルケニル基を、分子中に2個以上有するポリオルガノシロキサンを含み、
(B)成分は、(B-1)ケイ素原子に結合した水素原子を、分子中に2個以上有するポリオルガノハイドロジェンシロキサンを含み、
(E)成分は、
(E-1)10μm以上40μm以下の範囲に粒度分布のピークを有する、炭化ケイ素、
(E-2)熱伝導率が10W/mK~300W/mKであり、0.1μm以上1.0μm以下の範囲に粒度分布のピークを有する、第1の熱伝導性フィラー、
(E-3)熱伝導率が10W/mK~300W/mKであり、1.0μm超10μm未満の範囲に粒度分布のピークを有する、第2の熱伝導性フィラー、及び
(E-4)熱伝導率が60W/mK~300W/mKであり、10μm以上40μm以下の範囲に粒度分布のピークを有する、第3の熱伝導性フィラー(但し、炭化ケイ素を除く)を含み、
(E)成分の100質量部に対して、(A)成分~(D)成分の合計の含有量は、1.0~10.0質量部であり、並びに、
(E)成分の100質量部に対して、(E-2)成分の含有量は、28.0質量部以下である、熱伝導性シリコーン組成物。
[2](E-2)成分が、アルミナ、窒化アルミニウム、水酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、結晶性シリカ、アルミニウム、窒化ホウ素及び黒鉛化炭素からなる群より選択される1種以上であり、
(E-3)成分が、アルミナ、窒化アルミニウム、水酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、結晶性シリカ、アルミニウム、窒化ホウ素及び黒鉛化炭素からなる群より選択される1種以上であり、並びに、
(E-4)成分が、窒化アルミニウム、窒化ホウ素及び黒鉛化炭素からなる群より選択される1種以上である、[1]に記載の熱伝導性シリコーン組成物。
[3]さらに、(A-2)ケイ素原子に結合したアルケニル基を、分子中に1個有するポリオルガノシロキサン、及び、(B-2)ケイ素原子に結合した水素原子を、分子中に1個有するポリオルガノハイドロジェンシロキサンからなる群より選択される1種以上を含む、[1]又は[2]に記載の熱伝導性シリコーン組成物。
[4](E)成分の100質量部に対して、
(E-1)成分の含有量は、5.0~30.0質量部であり、
(E-2)成分の含有量は、10.0~28.0質量部であり、
(E-3)成分の含有量は、15.0~40.0質量部であり、及び
(E-4)成分の含有量は、5.0~40.0質量部である、
[1]~[3]のいずれかに記載の熱伝導性シリコーン組成物。
[5][1]~[4]のいずれかに記載の熱伝導性シリコーン組成物を硬化した、硬化物。
[6][1]~[4]のいずれかに記載の熱伝導性シリコーン組成物を含む、電子部品。
シロキサン化合物の構造単位を、以下のような略号によって記載することがある(以下、これらの構造単位をそれぞれ「M単位」「DH単位」等ということがある)。
M :Si(CH3)3O1/2
MH:SiH(CH3)2O1/2
MVi:(CH=CH2)(CH3)2SiO1/2
D :Si(CH3)2O2/2
DH:SiH(CH3)O2/2
1価の炭化水素基としては、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基及びアルケニル基が挙げられる。脂肪族不飽和結合を有しない1価の炭化水素基としては、アルケニル基以外の前記1価の炭化水素基が挙げられる。
アルケニル基は、炭素原子数2~6の直鎖又は分岐状の基であり、ビニル基、アリル基、3-ブテニル基及び5-ヘキセニル基等が挙げられる。
アルキル基は、炭素原子数1~18の直鎖又は分岐状の基であり、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、ヘキサデシル基及びオクタデシル基等が挙げられる。
シクロアルキル基は、炭素原子数3~20の単環又は多環の基であり、シクロペンチル基及びシクロヘキシル基等が挙げられる。
アリール基は、炭素原子数6~20の単環又は多環の基を含む芳香族基であり、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。
アラルキル基は、アリール基で置換されたアルキル基であり、2-フェニルエチル基、2-フェニルプロピル基等が挙げられる。
アルキレン基は、炭素原子数1~18の直鎖又は分岐状の基であり、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、2-メチルエチレン基、テトラメチレン基等が挙げられる。
アルケニル基、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基及びアルキレン基は、塩素、フッ素、臭素等のハロゲン;シアノ基等で置換されていてもよい。ハロゲンで置換された基としては、クロロメチル基、クロロフェニル基、3,3,3-トリフルオロプロピル基等が挙げられ、シアノ基で置換された基としては2-シアノエチル基等が挙げられる。
熱伝導性シリコーン組成物(以下、単に「組成物」ともいう。)は、以下:
(A)ケイ素原子に結合したアルケニル基を有するポリオルガノシロキサン;
(B)ケイ素原子に結合した水素原子を有するポリオルガノハイドロジェンシロキサン;
(C)白金系触媒;
(D)下記一般式(1):
〔式中、
R1:炭素原子数1~4のアルコキシシリル基を有する基
R2:下記一般式(2):
(式中、R4は、それぞれ独立して炭素原子数1~12の1価の炭化水素基であり、Yは、R4及び脂肪族不飽和基からなる群より選択される基であり、dは2~60の整数である)で示される直鎖状オルガノシロキシ基
X:それぞれ独立して炭素原子数2~10の2価の炭化水素基
a及びb:それぞれ独立して1以上の整数
c:0以上の整数
a+b+c:4以上の整数
R3:それぞれ独立して、炭素原子数1~6の1価の炭化水素基又は水素原子である〕
で示されるシロキサン化合物、及び
(E)熱伝導性フィラー、
を含む、熱伝導性シリコーン組成物であって、
(A)成分は、(A-1)ケイ素原子に結合したアルケニル基を、分子中に2個以上有するポリオルガノシロキサンを含み、
(B)成分は、(B-1)ケイ素原子に結合した水素原子を、分子中に2個以上有するポリオルガノハイドロジェンシロキサンを含み、
(E)成分は、
(E-1)10μm以上40μm以下の範囲に粒度分布のピークを有する、炭化ケイ素、
(E-2)熱伝導率が10W/mK~300W/mKであり、0.1μm以上1.0μm以下の範囲に粒度分布のピークを有する、第1の熱伝導性フィラー、
(E-3)熱伝導率が10W/mK~300W/mKであり、1.0μm超10μm未満の範囲に粒度分布のピークを有する、第2の熱伝導性フィラー、及び
(E-4)熱伝導率が60W/mK~300W/mKであり、10μm以上40μm以下の範囲に粒度分布のピークを有する、第3の熱伝導性フィラー(但し、炭化ケイ素を除く)を含み、
(E)成分の100質量部に対して、(A)成分~(D)成分の合計の含有量は、1.0~10.0質量部であり、並びに、
(E)成分の100質量部に対して、(E-2)成分の含有量は、28.0質量部以下である。
(A)ケイ素原子に結合したアルケニル基を有するポリオルガノシロキサンは、組成物において、ベースポリマーとなる成分である。(A)成分は、(A-1)ケイ素原子に結合したアルケニル基を、分子中に2個以上有するポリオルガノシロキサンを含む。
(A-1)成分は、ケイ素原子に結合したアルケニル基を、分子中に2個以上有するポリオルガノシロキサンである。(A-1)成分のアルケニル基と(B-1)成分のヒドロシリル基(Si-H基)との付加反応により、組成物の硬化物において、網状構造が形成される。
(R11)a1(R12)b1SiO(4-a1-b1)/2 (I)
(式中、
R11は、アルケニル基であり;
R12は、脂肪族不飽和結合を有しない1価の炭化水素基であり;
a1は、1~3の整数であり;
b1は、0~2の整数であり、ただし、a1+b1は1~3である)
で示されるアルケニル基含有シロキサン単位を、分子中に2個以上有する。(A-1)成分におけるケイ素原子に結合したアルケニル基の数は、分子中に、2~100個であることが好ましく、2~50個であることがより好ましい。
(A)成分は、(A-1)成分以外の(A)成分(以下、(A-2)成分ともいう。)を含むことができる。(A-2)成分としては、ケイ素原子に結合したアルケニル基を、分子中に1個有するポリオルガノシロキサンが挙げられる。(A-2)成分のシロキサン骨格は、好ましい態様を含め、(A-1)成分において前記したとおりである。
(A)成分の粘度は、23℃において、0.01~500Pa・sであることが好ましく、0.05~300Pa・sであることがより好ましく、0.1~100Pa・sであることが特に好ましい。(A)成分の粘度が前記の範囲であると、製造工程で、フィラーとポリマーを混練しやすく、最終製品の電気絶縁特性、BLT特性、吐出性及び放熱性が優れる組成物となりうる。また、(A)成分の粘度が、23℃において、0.01Pa・s以上である場合、製造工程で低分子成分の揮発が抑えられ、熱伝導性シリコーン組成物の特性を効率的に満足できる。一方、(A)成分の粘度が、23℃において、500Pa・s以下である場合、(E)成分とポリマー成分((A)成分及び(B)成分)とが纏まりやすくなる。ここで、(A)成分が、2種以上の組合せである場合、(A)成分の粘度とは、混合されたアルケニル基含有ポリオルガノシロキサンの粘度を意味する。本明細書において、粘度は、JIS K 6249に準拠して、回転粘度計を用いて、スピンドル番号及び回転数を適宜設定し、23℃の条件で測定した値である。
(B)ケイ素原子に結合した水素原子を有するポリオルガノハイドロジェンシロキサンは、(B-1)ケイ素原子に結合した水素原子を、分子中に2個以上有するポリオルガノハイドロジェンシロキサンを含む。(B)成分は、(A)成分と一緒に、前記した網状構造を形成することができるものであれば、特に限定されない。
(B-1)成分は、(A)成分の架橋剤として機能するものである。(B-1)成分は、代表的には、一般式(II):
(R13)cHdSiO(4-c1-d1)/2 (II)
(式中、
R13は、脂肪族不飽和結合を有しない1価の炭化水素基を表し;
c1は、0~2の整数であり;
d1は、1~3の整数であり、ただし、c1+d1は1~3の整数である)
で示される単位を分子中に2個以上有する。
(B)成分は、(B-1)成分以外の(B)成分(以下、(B-2)成分ともいう。)を含むことができる。(B-2)成分としては、ケイ素原子に結合した水素原子を、分子中に1個有するポリオルガノハイドロジェンシロキサンが挙げられる。(B-2)成分におけるシロキサン骨格は、直鎖状、分岐状又は環状のいずれであってもよく、直鎖状が好ましい。また、(B-2)成分において、ケイ素原子に結合する水素原子は、末端に存在していても、中間単位に存在していてもよい。
(B)成分の粘度は、23℃において、0.01~500mPa・sであることが好ましく、1~300mPa・sであることがより好ましく、5~100mPa・sであることが特に好ましい。(B)成分の粘度が前記の範囲である場合、製造工程で、(E)成分とポリマー成分((A)成分及び(B)成分)とを混練しやすく、電気絶縁特性、BLT特性、吐出性及び放熱性がより優れる組成物となり得る。なお、粘度については、(A)成分において前記したとおりである。
熱伝導性シリコーン組成物は、硬化性及び耐熱性の観点、並びに、材料の硬さを制御する観点から、さらに、(A-2)ケイ素原子に結合したアルケニル基を、分子中に1個有するポリオルガノシロキサン、及び、(B-2)ケイ素原子に結合した水素原子を、分子中に1個有するポリオルガノハイドロジェンシロキサンからなる群より選択される1種以上を含むことが好ましい。
(C)白金系触媒は、(A)成分中のアルケニル基と(B)成分中のヒドロシリル基との間の付加反応を促進させるための触媒である。
(C)成分は、1種の成分又は2種以上の組合せの成分であってもよい。
(D)成分は、下記一般式(1):
〔式中、
R1:炭素原子数1~4のアルコキシシリル基を有する基
R2:下記一般式(2):
(式中、R4は、それぞれ独立して炭素原子数1~12の1価の炭化水素基であり、Yは、R4及び脂肪族不飽和基からなる群より選択される基であり、dは2~60の整数である)で示される直鎖状オルガノシロキシ基
X:それぞれ独立して炭素原子数2~10の2価の炭化水素基
a及びb:それぞれ独立して1以上の整数
c:0以上の整数
a+b+c:4以上の整数
R3:それぞれ独立して、炭素原子数1~6の1価の炭化水素基又は水素原子である〕
で示される。
(E)熱伝導性フィラーは、以下:
(E-1)10μm以上40μm以下の範囲に粒度分布のピークを有する、炭化ケイ素、
(E-2)熱伝導率が10W/mK~300W/mKであり、0.1μm以上1.0μm以下の範囲に粒度分布のピークを有する、第1の熱伝導性フィラー、
(E-3)熱伝導率が10W/mK~300W/mKであり、1.0μm超10μm未満の範囲に粒度分布のピークを有する、第2の熱伝導性フィラー、及び
(E-4)熱伝導率が60W/mK~300W/mKであり、10μm以上40μm以下の範囲に粒度分布のピークを有する、第3の熱伝導性フィラー(但し、炭化ケイ素を除く)を含む。
(E-1)成分は、10μm以上40μm以下の範囲に粒度分布のピークを有する、炭化ケイ素である。炭化ケイ素は、熱伝導性フィラーとして利用可能なグレードのものであれば特に制限されず、市販のものを用いることができる。炭化ケイ素の市販品として、太平洋ランダム社製黒色炭化ケイ素又は緑色炭化ケイ素等が挙げられる。また、これら炭化ケイ素を超微粉化したものも用いることができる。
(E-2)成分において、熱伝導率は、レーザーフラッシュ法で測定した値である。また、粒度分布のピークは、(E-1)成分において前記したとおりである。
(E-2)成分は、特に限定されず、公知の成分から適宜選択することができる。(E-2)成分は、アルミナ(熱伝導率:30W/mK)、窒化アルミニウム(熱伝導率:180W/mK)、水酸化アルミニウム(熱伝導率:11W/mK)、酸化マグネシウム(熱伝導率:60W/mK)、酸化亜鉛(熱伝導率:25W/mK)、結晶性シリカ(熱伝導率:10W/mK)、アルミニウム(熱伝導率:250W/mK)、窒化ホウ素(熱伝導率:60~200W/mK)及び黒鉛化炭素(熱伝導率:100~250W/mK)であることが好ましい。
また、電気絶縁特性、BLT特性、吐出性及び放熱性の観点から、(E-2)成分のBET比表面積は、0.01~5m2/gであることが好ましく、0.1~1m2/gであることが特に好ましい。
(E-2)成分は、1種の成分又は2種以上の組合せの成分であってもよい。
(E-3)成分において、熱伝導率は、(E-2)成分において前記したとおりである。また、粒度分布のピークは、(E-1)成分において前記したとおりである。
また、電気絶縁特性、BLT特性、吐出性及び放熱性の観点から、(E-3)成分のBET比表面積は、0.1~3.0m2/gであることが好ましく、0.5~2.0m2/gであることが特に好ましい。
(E-3)成分は、1種の成分又は2種以上の組合せの成分であってもよい。
(E-4)成分において、熱伝導率は、(E-2)成分において前記したとおりである。また、粒度分布のピークは、(E-1)成分において前記したとおりである。
また、電気絶縁特性、BLT特性、吐出性及び放熱性の観点から、(E-4)成分のBET比表面積は、0.01~1.0m2/gであることが好ましく、0.1~0.5m2/gであることが特に好ましい。
(E-4)成分は、1種の成分又は2種以上の組合せの成分であってもよい。
(E)成分は、(E-1)成分~(E-4)成分以外に、(E-5)その他の熱伝導性フィラーを含むことができる。
組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、反応抑制剤、有機溶媒、接着性付与剤、無機顔料、有機顔料、チクソトロピー性付与剤、粘度調整剤、紫外線防止剤、防かび剤、耐熱性向上剤、難燃化剤等の(F)更なる成分を含むことができる。(F)成分は、それぞれ、1種又は2種以上の組合せであってもよい。
反応抑制剤としては、マレイン酸ジアリル等の分子中に極性基を有する有機化合物;及び、アセチレンアルコール類やその誘導体等の不飽和結合を有する有機化合物等が挙げられる。反応抑制剤は、組成物の硬化反応速度を抑制して、取扱いの作業性、及び接着性の発現と硬化速度とのバランスの向上にも寄与する。
有機溶媒は、組成物に含まれる成分を、溶解ないし分散させることができる成分である。有機溶媒としては、トルエン、キシレン等の芳香族系の有機溶媒が挙げられる。
反応抑制剤及び有機溶媒以外の(F)成分は、熱伝導性シリコーン組成物において用いられる成分から適宜選択することができる。
熱伝導性シリコーン組成物中の各成分の含有量は以下のとおりである。
(E)成分の100質量部に対して、(A)成分~(D)成分の合計の含有量は、1.0~10.0質量部である。(E)成分の100質量部に対して、(A)成分~(D)成分の合計の含有量が1.0質量部未満である場合、熱伝導率は高い傾向を示すが、(E)成分に対してポリマーの量が極めて小さくペースト状に纏まらないことが懸念される。(E)成分の100質量部に対して、(A)成分~(D)成分の合計の含有量が10.0質量部を超える場合、吐出性は良好となるが熱伝導率が低くなる。(E)成分の100質量部に対して、(A)成分~(D)成分の合計の含有量は、2.0~8.0質量部であることが好ましく、3.0~7.0質量部であることが特に好ましい。また、(E)成分の100質量部に対して、(A)成分~(D)成分の合計の含有量は、6.0~8.0質量部であってもよい。
熱伝導性シリコーン組成物中の各成分の含有量は以下のとおりであることが好ましい。
熱伝導性シリコーン組成物は、必須成分である(A)成分~(E)成分及び任意成分である(F)成分を、万能混練機、ニーダーなどの混合手段によって均一に混練して製造することができる。
熱伝導性シリコーン組成物を硬化した硬化物は、熱伝導性シリコーン組成物を硬化させることにより得ることができる。硬化条件(即ち、加熱温度及び加熱時間)は、熱伝導性シリコーン組成物が適用される部材の耐熱温度に合わせて適宜調整することができる。加熱温度は、部材の耐熱性や操作性の観点から、20~150℃であることが好ましく、23℃超100℃以下であることが特に好ましい。加熱時間は、硬化させる材料の使用量や硬化設備の加熱出力に依存するが、硬化工程の簡便さの観点から、15分~3時間であることが好ましく、30分~2時間であることが特に好ましい。
熱伝導性シリコーン組成物を硬化した硬化物は、電子機器、集積回路素子等の電子部品の放熱部材として使用することができる。よって、熱伝導性シリコーン組成物を含む、電子部品も本発明の対象である。
実施例及び比較例にて用いた成分は、以下のとおりである。
(A)ケイ素原子に結合したアルケニル基を有するポリオルガノシロキサン
(A-1):両末端ビニルジメチルポリシロキサン:MviDnMviで示され、粘度が0.5Pa・sである、直鎖状のビニルジメチルポリシロキサン
(A-2):片末端ビニルジメチルポリシロキサン:MviDnMで示され、粘度が0.03Pa・sである、直鎖状のビニルジメチルポリシロキサン
(B-1):片末端ハイドロジェンポリシロキサン:MHDnMで示される、直鎖状のポリメチルハイドロジェンシロキサン(有効水素量0.04mmol/g、粘度0.02mPa・s)
(B-2):両末端ハイドロジェンポリシロキサン:MHDnMHで示される、直鎖状のポリメチルハイドロジェンシロキサン(有効水素量1.2mmol/g、粘度10mPa・s)
(B-3):両末端側鎖ハイドロジェンポリシロキサン:両末端がMH単位で閉塞され、中間単位がD単位及びDH単位のみからなる、直鎖状ポリメチルハイドロジェンシロキサン(有効水素量2.6mmol/g、粘度20mPa・s)
(C-1):カールステッド触媒(白金(0)-1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン錯体、白金原子換算2.0質量%)
(D-1):
で示される環状シロキサン化合物の混合物(n=10~50)
実施例で用いた熱伝導性フィラーは単分散であるため、実施例で用いた熱伝導性フィラーにおける粒度分布のピーク径は、「平均粒子径」と同義である。また、表における「粒径」は、「粒度分布のピーク径」を示す。
(E-1)10μm以上40μm以下の範囲に粒度分布のピークを有する、炭化ケイ素
(E-1-1):炭化ケイ素(20μmに粒度分布のピークを有する、熱伝導率200W/mK、BET比表面積0.2m2/g、供給会社名 信濃電気製錬株式会社)
(E-1-2):炭化ケイ素(25μmに粒度分布のピークを有する、熱伝導率200W/mK、BET比表面積0.1m2/g、供給会社名 信濃電気製錬株式会社)
(E-1-3):炭化ケイ素(30μmに粒度分布のピークを有する、熱伝導率200W/mK、BET比表面積0.1m2/g、供給会社名 信濃電気製錬株式会社)
(E-2):第1の熱伝導性フィラー
(E-2-1):酸化亜鉛(0.1μmに粒度分布のピークを有する、熱伝導率25W/mK、BET比表面積9.0m2/g、供給会社名 Zochem LLC)
(E-2-2):窒化アルミニウム(0.1μmに粒度分布のピークを有する、熱伝導率180W/mK、BET比表面積2.8m2/g、供給会社名 株式会社トクヤマ)
(E-2-3):アルミナ(0.5μmに粒度分布のピークを有する、熱伝導率30W/mK、BET比表面積4.6m2/g、供給会社名 住友化学株式会社)
(E-2-4):炭化ケイ素(0.5μmに粒度分布のピークを有する、熱伝導率200W/mK、BET比表面積5.0m2/g、供給会社名 信濃電気精錬株式会社)
(E-2-5):アルミナ(0.3μmに粒度分布のピークを有する、熱伝導率30W/mK、BET比表面積7.2m2/g、供給会社名 住友化学株式会社)
(E-2-6):アルミナ(0.8μmに粒度分布のピークを有する、熱伝導率30W/mK、BET比表面積2.1m2/g、供給会社名 住友化学株式会社)
(E-3):第2の熱伝導性フィラー
(E-3-1):アルミナ(3.0μmに粒度分布のピークを有する、熱伝導率30W/mK、BET比表面積0.6m2/g、供給会社名 住友化学株式会社)
(E-3-2):アルミナ(5.0μmに粒度分布のピークを有する、熱伝導率30W/mK、BET比表面積0.3m2/g、供給会社名 住友化学株式会社)
(E-3-3):炭化ケイ素(5.0μmに粒度分布のピークを有する、熱伝導率200W/mK、BET比表面積1.5m2/g、供給会社名 信濃電気精錬株式会社)
(E-3-4):アルミナ(2.0μmに粒度分布のピークを有する、熱伝導率30W/mK、BET比表面積1.0m2/g、供給会社名 住友化学株式会社)
(E-3-5):アルミナ(7.0μmに粒度分布のピークを有する、熱伝導率30W/mK、BET比表面積0.4m2/g、供給会社名 住友化学株式会社)
(E-4):第3の熱伝導性フィラー
(E-4-1):窒化アルミニウム(25μmに粒度分布のピークを有する、熱伝導率180W/mK、BET比表面積0.2m2/g、供給会社名 東洋アルミニウム株式会社)
(E-5):その他の熱伝導性フィラー
(E-5-1):炭化ケイ素(60μmに粒度分布のピークを有する、熱伝導率200W/mK、BET比表面積0.2m2/g、供給会社名 信濃電気精錬株式会社)
(E-5-2):アルミナ(25μmに粒度分布のピークを有する、熱伝導率30W/mK、BET比表面積0.1m2/g、供給会社名 住友化学株式会社)
(E-5-3):窒化アルミニウム(60μmに粒度分布のピークを有する、熱伝導率180W/mK、BET比表面積0.1m2/g、供給会社名 東洋アルミニウム株式会社)
(F-1)反応抑制剤
ジメチルビス(1,1-ジメチル-2-プロピニルオキシ)シラン(供給会社名 モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社)
実施例および比較例で配合するベースポリマーを表1に示す組成で、プラネタリーミキサーを使用して混練を行って、ベースポリマー(1)を調製した。
表2に示す組成で、ベースポリマー(1)と同様の方法によって、ベースポリマー(2)を調製した。
実施例1~20、比較例1~13
表3~表13に示す組成で、各成分の熱伝導性フィラーとベースポリマーを配合し、プラネタリーミキサーを使用して混練を行って、熱伝導性シリコーン組成物を調製した。
1.熱伝導率
熱伝導率計(TPS 1500)(京都電子工業製)を使用して、内径30mm深さ10mmのプラスチック製の容器に、組成物を充填して、70℃で1時間放置して、組成物を硬化させて、サンプルを製造した。得られた2個のサンプルで熱伝導率計のセンサーを挟み、熱伝導率を測定した。放熱性を以下の基準で判定した。熱伝導率が7.0W/(m・K)以上である場合に、放熱性に優れると判断した。
組成物のフローレート(g/min)を以下のとおり測定し、吐出性の評価に用いた。
(1)ノードソン株式会社製の30ccのEFDシリンジに組成物を充填した。
(2)ディスペンサーとして武蔵エンジニアリング株式会社製の補正機能付 高精度ディスペンサー SuperΣxIII使用し、0.625MPaで1分間、組成物を吐出した。
(3)吐出された量を計量し、組成物のフローレート(g/min)を求めた。
フローレートが20g/min以上である場合に、吐出性に優れると判断した。
BLT、すなわち、放熱材料の潰し膜厚(Bond Line Thickness)の測定を以下のように行った。10mm×10mmのシリコンチップを2枚用意し、あらかじめ厚みを測定した。厚み測定後のシリコンチップに、組成物を0.01ml塗布した後、シリコンチップで挟みこみ、100Nの荷重をかけた後、70℃1時間放置した。マイクロメータを用いて、厚みの測定を行った。BLTの厚みは、厚み測定後の厚みからシリコンチップ2枚分の厚みを引いて算出した。
BLTが60μm以下である場合に、組成物のBLTが低いと判断した。
絶縁破壊電圧測定は、JIS K 6249に準拠して測定した。電気絶縁油破壊電圧試験装置ポルタテスト A-2(総研電気株式会社製)を使用して、絶縁破壊電圧の測定を行った。組成物を70℃、1時間で硬化させて、厚さ1mmに調整した試験片に、昇圧2kV/secで印加していき、試験片が導通して電気絶縁性が失われた時の電圧を絶縁破壊電圧とした。絶縁破壊電圧が1.0kV/mm以上である場合に、組成物の電気絶縁性が優れると判断した。
体積抵抗率測定は、JIS K 6249に準拠して測定した。具体的には、アドバンテスト R8340デジタル超高抵抗/微少電流計(株式会社アドバンテスト)を使用して、体積抵抗の測定を行った。組成物を70℃、1時間で硬化させて、厚さ1mmに調整した試験片に、電圧500Vを印加して、その応答値として得られる電流値から体積抵抗率を算出した。体積抵抗率が1.00×1012Ω・cm以上である場合に、組成物の電気絶縁性が優れると判断した。
特に、実施例1と実施例10とを比較すると、「フィラーを除くシリコーン組成物」の量が多い場合(即ち、(E)成分の100質量部に対して、(A)成分~(D)成分の合計の含有量が6.0質量部以上である場合)に、BLTがより低く、かつ、吐出性及び放熱性により優れていた。
実施例1~3を比較すると、(E-1)成分の量が多い場合、放熱性により優れていた。
実施例1及び2を比較すると、(E-1)成分の量が少ない場合、電気絶縁性により優れていた。また、実施例3に対して、実施例1~2は、BLTがより低く、かつ、吐出性により優れていた。
実施例1、4及び7を比較すると、(E-1)成分の粒子径が大きい場合、熱伝導性により優れていた。実施例1~9の中でも、実施例1、4及び7は、BLTがより低く、かつ、吐出性により優れていた。
比較例2の組成物は、(E-4)成分を含まない。そして、比較例2の組成物は、(E-4)成分に比べて、大きな粒度分布のピークを有する熱伝導性フィラーを含む。そのため、比較例2の組成物は、実施例1の組成物に対して、吐出性が劣っていた。
実施例4~6と比較例3の関係、及び、実施例7~9と比較例5の関係は、実施例1~3と比較例1の関係と同様である。また、実施例4と比較例4の関係、及び、実施例7と比較例6の関係は、実施例1と比較例2の関係と同様である。
比較例7の組成物は、(E-1)成分及び(E-4)成分を含まない。そのため、比較例7の組成物は、組成物としてまとまらなかった。
比較例8の組成物は、(E-1)成分及び(E-4)成分を含まない。そして、比較例4の組成物は、(E-1)成分に比べて、大きな粒度分布のピークを有する炭化ケイ素を含む。そのため、比較例8の組成物は、実施例1の組成物に対して、吐出性及び電気絶縁性が劣っていた。
比較例9の組成物は、(E-4)成分に比べて、熱伝導率が低い熱伝導性フィラーを含む。そのため、比較例9の組成物は、熱伝導率が劣っていた。
比較例10の組成物は、(E-4)成分を含まない。そのため、比較例10の組成物は、実施例10の組成物に対して、吐出性及び電気絶縁性が劣っていた。
比較例11の組成物は、(E-4)成分を含まない。そのため、比較例11の組成物は、実施例11の組成物に対して、吐出性及び電気絶縁性が劣っていた。
比較例12及び13の組成物は、熱伝導性フィラーの100質量部に対して、(E-2)成分の含有量が28.0質量部を超える。そのため、比較例12及び13の組成物は、組成物としてまとまらなかった。
Claims (10)
- (A)ケイ素原子に結合したアルケニル基を有するポリオルガノシロキサン;
(B)ケイ素原子に結合した水素原子を有するポリオルガノハイドロジェンシロキサン;
(C)白金系触媒;
(D)下記一般式(1):
〔式中、
R1:下記の基からなる群より選択される基
R2:下記一般式(2):
(式中、R4は、それぞれ独立して、炭素原子数1~12のアルキル基、炭素原子数3~12のシクロアルキル基、炭素原子数6~12のアリール基又は炭素原子数7~12のアラルキル基であり、ここで、前記アルキル基、前記シクロアルキル基、前記アリール基及び前記アラルキル基は、非置換又はハロゲン若しくはシアノ基で置換されており、Yは、R4であり、dは2~60の整数である)で示される直鎖状オルガノシロキシ基
X:それぞれ独立して、-CH 2 CH 2 -、-CH 2 CH 2 CH 2 -、-CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 -、-CH 2 CH(CH 3 )-又は-CH 2 CH(CH 3 )CH 2 -
a及びb:それぞれ独立して1以上の整数
c:0以上の整数
a+b+c:4以上の整数
R3:それぞれ独立して、炭素原子数1~6のアルキル基、炭素原子数3~6のシクロアルキル基又は炭素原子数6のアリール基であり、ここで、前記アルキル基、前記シクロアルキル基及び前記アリール基は、非置換又はハロゲン若しくはシアノ基で置換されている〕
で示されるシロキサン化合物、及び
(E)熱伝導性フィラー、
を含む、熱伝導性シリコーン組成物であって、
(A)成分は、(A-1)ケイ素原子に結合したアルケニル基を、分子中に2個以上有するポリオルガノシロキサンを含み、
(B)成分は、(B-1)ケイ素原子に結合した水素原子を、分子中に2個以上有するポリオルガノハイドロジェンシロキサンを含み、
(E)成分は、
(E-1)10μm以上40μm以下の範囲に粒度分布のピークを有する、炭化ケイ素、
(E-2)熱伝導率が10W/mK~300W/mKであり、0.1μm以上1.0μm以下の範囲に粒度分布のピークを有する、第1の熱伝導性フィラー、
(E-3)熱伝導率が10W/mK~300W/mKであり、1.0μm超10μm未満の範囲に粒度分布のピークを有する、第2の熱伝導性フィラー、及び
(E-4)熱伝導率が60W/mK~300W/mKであり、10μm以上40μm以下の範囲に粒度分布のピークを有する、第3の熱伝導性フィラー(但し、炭化ケイ素を除く)を含み、
(E)成分の100質量部に対して、(A)成分~(D)成分の合計の含有量は、1.0~10.0質量部であり、並びに、
(E)成分の100質量部に対して、(E-2)成分の含有量は、28.0質量部以下である、熱伝導性シリコーン組成物。 - (E-2)成分が、アルミナ、窒化アルミニウム、水酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、結晶性シリカ、アルミニウム、窒化ホウ素及び黒鉛化炭素からなる群より選択される1種以上であり、
(E-3)成分が、アルミナ、窒化アルミニウム、水酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、結晶性シリカ、アルミニウム、窒化ホウ素及び黒鉛化炭素からなる群より選択される1種以上であり、並びに、
(E-4)成分が、窒化アルミニウム、窒化ホウ素及び黒鉛化炭素からなる群より選択される1種以上である、請求項1に記載の熱伝導性シリコーン組成物。 - さらに、(A-2)ケイ素原子に結合したアルケニル基を、分子中に1個有するポリオルガノシロキサン、及び、(B-2)ケイ素原子に結合した水素原子を、分子中に1個有するポリオルガノハイドロジェンシロキサンからなる群より選択される1種以上を含む、請求項1に記載の熱伝導性シリコーン組成物。
- さらに、(A-2)ケイ素原子に結合したアルケニル基を、分子中に1個有するポリオルガノシロキサン、及び、(B-2)ケイ素原子に結合した水素原子を、分子中に1個有するポリオルガノハイドロジェンシロキサンからなる群より選択される1種以上を含む、請求項2に記載の熱伝導性シリコーン組成物。
- (E)成分の100質量部に対して、
(E-1)成分の含有量は、5.0~30.0質量部であり、
(E-2)成分の含有量は、10.0~28.0質量部であり、
(E-3)成分の含有量は、15.0~40.0質量部であり、及び
(E-4)成分の含有量は、5.0~40.0質量部である、
請求項1に記載の熱伝導性シリコーン組成物。 - (E)成分の100質量部に対して、
(E-1)成分の含有量は、5.0~30.0質量部であり、
(E-2)成分の含有量は、10.0~28.0質量部であり、
(E-3)成分の含有量は、15.0~40.0質量部であり、及び
(E-4)成分の含有量は、5.0~40.0質量部である、
請求項2に記載の熱伝導性シリコーン組成物。 - (E)成分の100質量部に対して、
(E-1)成分の含有量は、5.0~30.0質量部であり、
(E-2)成分の含有量は、10.0~28.0質量部であり、
(E-3)成分の含有量は、15.0~40.0質量部であり、及び
(E-4)成分の含有量は、5.0~40.0質量部である、
請求項3に記載の熱伝導性シリコーン組成物。 - (E)成分の100質量部に対して、
(E-1)成分の含有量は、5.0~30.0質量部であり、
(E-2)成分の含有量は、10.0~28.0質量部であり、
(E-3)成分の含有量は、15.0~40.0質量部であり、及び
(E-4)成分の含有量は、5.0~40.0質量部である、
請求項4に記載の熱伝導性シリコーン組成物。 - 請求項1~8のいずれか1項に記載の熱伝導性シリコーン組成物を硬化した、硬化物。
- 請求項1~8のいずれか1項に記載の熱伝導性シリコーン組成物を含む、電子部品。
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