特開2015-233104(P2015-233104A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2015-233104(P2015-233104A)
(43)【公開日】2015年12月24日
(54)【発明の名称】熱伝導性シート
(51)【国際特許分類】
   H01L 23/36 20060101AFI20151201BHJP
   H01L 23/373 20060101ALI20151201BHJP
   H05K 7/20 20060101ALI20151201BHJP
   C08L 83/04 20060101ALI20151201BHJP
   C08K 3/22 20060101ALI20151201BHJP
   C08K 7/14 20060101ALI20151201BHJP
【FI】
   H01L23/36 D
   H01L23/36 M
   H05K7/20 F
   C08L83/04
   C08K3/22
   C08K7/14
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】OL
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2014-120029(P2014-120029)
(22)【出願日】2014年6月10日
(71)【出願人】
【識別番号】000002060
【氏名又は名称】信越化学工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100085545
【弁理士】
【氏名又は名称】松井 光夫
(72)【発明者】
【氏名】石原 靖久
(72)【発明者】
【氏名】遠藤 晃洋
(72)【発明者】
【氏名】丸山 貴宏
【テーマコード(参考)】
4J002
5E322
5F136
【Fターム(参考)】
4J002CP05X
4J002CP13W
4J002CP14W
4J002DA016
4J002DA076
4J002DA096
4J002DE076
4J002DE136
4J002DE146
4J002DF016
4J002DJ006
4J002DJ016
4J002DL006
4J002FA046
4J002FD016
4J002FD140
4J002GQ01
5E322AA11
5E322FA04
5F136BC07
5F136FA53
5F136FA67
5F136FA82
(57)【要約】
【課題】コーティング成形により連続的に製造してロール状に巻き取ることができ、かつ高い熱伝導性および高い絶縁性を有するシートを提供する。
【解決手段】熱伝導性樹脂組成物で目止めされたガラスクロスの両面または片面に熱伝導性シリコーン組成物の硬化された層を有する熱伝導性シートにおいて、該熱伝導性シリコーン組成物がシリコーン成分および熱伝導性充填材(C)を含み、該熱伝導性充填材(C)の量が該シリコーン成分100質量部に対して1200〜2000質量部であり、該熱伝導性充填材(C)が15μm未満の平均粒径を有し、該熱伝導性充填材(C)において、粒径45μm以上の粒子の量が0〜3質量%であり、かつ粒径75μm以上の粒子の量が0〜0.01質量%であるところの前記熱伝導性シート。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱伝導性樹脂組成物で目止めされたガラスクロスの両面または片面に熱伝導性シリコーン組成物の硬化された層を有する熱伝導性シートにおいて、該熱伝導性シリコーン組成物がシリコーン成分および熱伝導性充填材(C)を含み、該熱伝導性充填材(C)の量が該シリコーン成分100質量部に対して1200〜2000質量部であり、該熱伝導性充填材(C)が15μm未満の平均粒径を有し、該熱伝導性充填材(C)において、粒径45μm以上の粒子の量が0〜3質量%であり、かつ粒径75μm以上の粒子の量が0〜0.01質量%であるところの前記熱伝導性シート。
【請求項2】
前記シリコーン成分が、
(A)下記の平均組成式:
(式中、R1は独立して、置換または非置換の炭素原子数1〜10の1価炭化水素基を表わし、aは1.90〜2.05である)を有し、かつ1分子中に少なくとも2個の、ケイ素原子に結合したアルケニル基を有するオルガノポリシロキサン
である、請求項1に記載の熱伝導性シート。
【請求項3】
前記熱伝導性シリコーン組成物が、前記シリコーン成分として、
(D)下記(D1)および(D2)から選択される1以上、
(D1)下記式(1):
(式中、Rは独立して炭素原子数6〜15のアルキル基であり、Rは独立して非置換または置換の炭素原子数1〜12の1価炭化水素基であり、Rは独立して炭素原子数1〜6のアルキル基であり、aは1〜3の整数、bは0〜2の整数であり、但しa+bは1〜3である。)で表わされるアルコキシシラン、および
(D2)下記式(2):
(式中、Rは独立して炭素原子数1〜6のアルキル基であり、cは5〜100の整数である。)で表わされる、片末端がトリアルコキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン、
をさらに含む、請求項2に記載の熱伝導性シート。
【請求項4】
(D)成分の量が、シリコーン成分の量の合計の0.01〜60質量%である、請求項3に記載の熱伝導性シート。
【請求項5】
熱伝導性シートの断面において、ガラスクロス層の厚さが60μm以下であり、熱伝導性シート全体の厚さが、熱伝導性シリコーン組成物の硬化された層を目止めされたガラスクロスの両面に有する場合には130〜900μmであり、片面に有する場合には80〜500μmである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
【請求項6】
前記熱伝導性シリコーン組成物の硬化物が3.0W/m・K以上の熱伝導率を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
【請求項7】
前記熱伝導性シリコーン組成物の硬化物が60〜96のデューロメータA硬度を有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
【請求項8】
前記熱伝導性充填材(C)が、
(C1)平均粒径が0.1μm以上5μm未満であり、粒径45μm以上の粒子の量が0〜3質量%であり、かつ粒径75μm以上の粒子の量が0〜0.01質量%であるアルミナ 20〜50質量%、および
(C2)平均粒径が5μm以上15μm未満であり、粒径45μm以上の粒子の量が0〜3質量%であり、かつ粒径75μm以上の粒子の量が0〜0.01質量%であるアルミナ 50〜80質量%
からなる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
【請求項9】
(C2)成分が球状アルミナである、請求項8に記載の熱伝導性シート。
【請求項10】
総厚が0.2mmのときの熱抵抗が、ASTM D5470にしたがって測定されるとき、1.8cm・K/W以下である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
【請求項11】
総厚が0.2mmのときの絶縁破壊電圧が、JIS K6249にしたがって測定されるとき、6kV以上である、請求項1〜10のいずれか1項に記載の熱伝導性シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱伝導性シートに関する。特に、発熱性電子部品とヒートシンクなどの熱放散部材との間に介在し得る熱伝達材料として使用される熱伝導性シートに関する。
【背景技術】
【0002】
コンバーターや電源などの電子機器に使用されるトランジスタやダイオードなどの半導体は、高性能化・高速化・小型化・高集積化に伴い、それ自身が大量の熱を発生するようになり、その熱による機器の温度上昇は動作不良や破壊を引き起こす。そのため、動作中の半導体の温度上昇を抑制するための多くの熱放散方法及びそれに使用する熱放散部材が提案されている。
【0003】
例えば、電子機器等において動作中の半導体の温度上昇を抑えるために、アルミニウムや銅等の熱伝導率の高い金属板を用いたヒートシンクが使用されている。このヒートシンクは、半導体が発生する熱を伝導し、その熱を外気との温度差によって表面から放出する。一方、半導体とヒートシンクの間は電気的に絶縁されていなければならず、そのために、発熱性電子部品とヒートシンクとの間にプラスチックフィルムなどを介在させている。しかし、プラスチックフィルムは極めて熱伝導率が低いため、ヒートシンクへの熱の伝達を著しく妨げる。また、トランジスタなどの半導体をヒートシンクにネジで固定する場合には、ネジがプラスチックフィルムを貫通する必要があり、そのときにフィルムに穴が空き、そこをきっかけにフィルムが破れて絶縁性が保持できないという不具合が発生する。絶縁性が保持できないことは、トランジスタやダイオードにとっては致命的である。
【0004】
そこで、破れにくくかつ熱伝導性を付与するために、ガラスクロスに熱伝導性樹脂を積層した熱伝導性シートが開発されている。例えば、ガラスクロスに、窒化ホウ素粉末と球状シリカ粉末を熱伝導性充填材として含んだシリコーンゴムを積層した熱伝導性シートがある(特許文献1)。このシートは、製造の際に加圧が行われる。加圧するためには、適当なサイズのシートを準備し、そしてプレス成形機などを用いる必要があり、バッチ製造となるため、完成した熱伝導性シートをロール状に巻くことができない。これは、生産性や収率の観点から非常に非効率的であり、また、原反シートサイズに制限が掛かるので、実装する場合のサイズにも制限が掛かる。
【0005】
連続成形の方法としてコーティング成形が挙げられる。例えば、ガラスクロスの片面を熱伝導性シリコーン樹脂で目止めし、目止めされたガラスクロスに熱伝導性シリコーンゴム層をコーティングにより形成することにより、熱伝導性シートを連続的に製造することができる。コーティング成形では、完成したシートを連続的に巻き取ることができるので、非常に効率的である。また、シートの幅方向の長さはコーティング装置のサイズによって制限が掛かるものの、長さ方向の長さは制限されないので、プレス成形に比べて実装の際のサイズの自由度が格段に上がる。しかし、コーティング成形では、プレス成形に比べて表面精度が悪いため、接触熱抵抗が上がる。また、圧力が掛からないため、シリコーンゴム層の密度が上がりにくい。そのため、高い熱伝導性を有するシートの製法としては不適であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平9−199880号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、コーティング成形により連続的に製造してロール状に巻き取ることができ、かつ高い熱伝導性および高い絶縁性を有するシート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】
【0008】
本発明者らは鋭意検討した結果、熱伝導性樹脂組成物で目止めされたガラスクロスの両面または片面に熱伝導性シリコーン組成物の硬化された層を有する熱伝導性シートにおいて、上記熱伝導性シリコーン組成物が、特定の粒径を有する熱伝導性充填材を特定量で含むことにより、高い熱伝導性を有する熱伝導性シートを連続成形により製造することができ、したがって、上記目的が達成されることを見出し、本発明に到達した。
【0009】
本発明は、熱伝導性樹脂組成物で目止めされたガラスクロスの両面または片面に熱伝導性シリコーン組成物の硬化された層を有する熱伝導性シートにおいて、該熱伝導性シリコーン組成物がシリコーン成分および熱伝導性充填材(C)を含み、該熱伝導性充填材の量が該シリコーン成分100質量部に対して1200〜2000質量部であり、該熱伝導性充填材が15μm未満の平均粒径を有し、該熱伝導性充填材において、粒径45μm以上の粒子の量が0〜3質量%であり、かつ粒径75μm以上の粒子の量が0〜0.01質量%であるところの前記熱伝導性シートである。
【発明の効果】
【0010】
本発明の熱伝導性シートは、コーティング成形により連続的に製造してロール状に巻き取ることができ、かつ高い熱伝導性および高い絶縁性を有する。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明のシートは、熱伝導性樹脂組成物で目止めされたガラスクロスの両面または片面に熱伝導性シリコーン組成物の硬化された層(熱伝導性硬化層と言うことがある)を有する。
【0012】
上記熱伝導性シリコーン組成物は、シリコーン成分および熱伝導性充填材(C)を含む。上記組成物は、上記シリコーン成分として、以下に述べる(A)成分を含み得る。
【0013】
(A)成分は、下記の平均組成式:
(式中、R1は独立して、置換または非置換の炭素原子数1〜10、好ましくは1〜8の1価炭化水素基を表わし、aは1.90〜2.05である)を有し、1分子中に少なくとも2個の、ケイ素原子に結合したアルケニル基を有するオルガノポリシロキサンである。(A)成分は好ましくは、重合度が20〜12,000、より好ましくは50〜10,000である。
【0014】
上記R1としては、例えば、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、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基およびオクタデシル基等のアルキル基;シクロペンチル基およびシクロヘキシル基等のシクロアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基およびナフチル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基および3−フェニルプロピル基等のアラルキル基;3,3,3−トリフルオロプロピル基および3−クロロプロピル基等のハロゲン化アルキル基; ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基およびヘキセニル基等のアルケニル基等が挙げられる。(A)成分はオイル状であってもガム状であってもよい。
【0015】
(A)成分は、付加反応または過酸化物によって硬化される成分であり、1分子中に、ケイ素原子に結合したアルケニル基を2個以上、好ましくは3個以上有する。ケイ素原子に結合したアルケニル基の含有量が上記範囲より少ないと、硬化が付加反応によって行われる場合には、得られる組成物が十分に硬化しない。上記アルケニル基としてはビニル基が好ましい。上記アルケニル基は、分子鎖末端のケイ素原子および分子鎖末端以外のケイ素原子のいずれに結合していてもよく、少なくとも1個のアルケニル基が分子鎖末端のケイ素原子に結合していることが好ましい。
【0016】
硬化が付加反応によって行われる場合の(A)成分の具体例として、例えば、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルビニルポリシロキサン、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖メチルビニルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体および分子鎖両末端トリビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン等を挙げることができる。これらは1種単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
【0017】
硬化が過酸化物を使用して行われる場合の(A)成分の具体例として、例えば、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端メチルフェニルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖メチル(3,3,3-トリフルオロプロピル)ポリシロキサン、分子鎖両末端シラノール基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体および分子鎖両末端シラノール基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体等が挙げられる。これらは1種単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
【0018】
硬化を付加反応によって行う場合には、硬化剤(B)としてオルガノハイドロジェンポリシロキサンを用い、白金系触媒の存在下で反応が行われる。過酸化物による硬化の場合には、硬化剤(B)として有機過酸化物が使用される。上記硬化剤および触媒はいずれも、当該分野において周知のものを使用することができる。
【0019】
上記熱伝導性シリコーン組成物は、シリコーン成分として、下記に述べる(D)成分をさらに含み得る。
【0020】
(D)成分は、下記(D1)および(D2)成分から選択される1以上である。(D)成分は、熱伝導性充填材(C)の濡れ性を改善してシリコーン成分への上記充填材の充填を容易にし、したがって、上記充填材の充填量を高めることができる。
【0021】
(D1)成分は下記式(1):
(式中、Rは独立して炭素原子数6〜15のアルキル基であり、Rは独立して非置換または置換の炭素原子数1〜12の1価炭化水素基であり、Rは独立して炭素原子数1〜6のアルキル基であり、aは1〜3の整数であり、bは0〜2の整数であり、但しa+bは1〜3である。)
で表されるアルコキシシランである。
【0022】
上記式(1)において、Rで表されるアルキル基としては、例えばヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基およびテトラデシル基等が挙げられる。このRで表されるアルキル基の炭素原子数が6〜15であることにより、熱伝導性充填材(C)の濡れ性が十分向上して熱伝導性シリコーン組成物への充填材の充填が容易になり、また、上記組成物の低温特性が良好なものとなる。
【0023】
で表される非置換または置換の1価炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基およびドデシル基などのアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基およびシクロヘプチル基等のシクロアルキル基、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基およびビフェニリル基等のアリール基、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基およびメチルベンジル基等のアラルキル基、ならびにこれらの基の水素原子の一部又は全部がフッ素、塩素および臭素等のハロゲン原子またはシアノ基などで置換されたもの、例えば、クロロメチル基、2−ブロモエチル基、3−クロロプロピル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基、クロロフェニル基、フルオロフェニル基、シアノエチル基、3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシル基等が挙げられる。Rは好ましくは、1〜10の炭素原子、より好ましくは1〜6の炭素原子を有し、特に、メチル基、エチル基、プロピル基、クロロメチル基、ブロモエチル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基およびシアノエチル基等の炭素原子数1〜3の非置換又は置換のアルキル基、およびフェニル基、クロロフェニル基およびフルオロフェニル基等の非置換又は置換のフェニル基が挙げられる。
【0024】
で表されるアルキル基としては、例えばメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチルおよびヘキシル等の炭素原子数1〜6のアルキル基が挙げられる。
【0025】
(D2)成分は、下記式(2):
(式中、Rは独立して炭素原子数1〜6のアルキル基であり、cは5〜100の整数である。)で表される、分子鎖片末端がトリアルコキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサンである。Rで表されるアルキル基としては、上記式(1)中のRで表されるアルキル基と同種のものが挙げられる。
【0026】
上記熱伝導性シリコーン組成物は、シリコーン成分として、下記成分(E)を含んでいてもよい。(E)成分は可塑剤であり、下記式(4):
(式中、rは5〜500の整数である。)で表わされるジメチルシロキサンである。
【0027】
熱伝導性充填材(C)は、一般的に使用されるものでよく、例えば、非磁性の銅やアルミニウム等の金属、アルミナ、シリカ、マグネシア、ベンガラ、ベリリア、チタニアおよびジルコニア等の金属酸化物、窒化アルミニウム、窒化ケイ素および窒化硼素等の金属窒化物、水酸化マグネシウム等の金属水酸化物、人工ダイヤモンド、および炭化珪素等が挙げられる。これらは、単独でまたは2種以上の組合せで用いることができる。
【0028】
熱伝導性充填材(C)は、平均粒径が15μm未満、好ましくは10μm未満であり、粒径45μm以上の粒子の量が0〜3質量%、好ましくは0〜2.5質量%であり、粒径75μm以上の粒子の量が0〜0.01質量%、好ましくは0質量%である。平均粒径、粒径45μm以上の粒子の量および粒径75μm以上の粒子の量のいずれかが上記上限を超えると、熱伝導性シリコーン組成物をコーティングして熱伝導性シートを得たとき、充填材が塗膜表面から突出してシート表面の滑らかさが損なわれる場合がある。これは、実装した際の接触熱抵抗の上昇を招き、熱伝導性の点で不利である。
【0029】
熱伝導性充填材(C)は、熱伝導性、電気的絶縁性および価格などを総合的に考慮すると、アルミナが好ましい。特に、
(C1)平均粒径が0.1μm以上5μm未満、好ましくは0.5μm以上2μm未満であり、粒径45μm以上の粒子の量が0〜3質量%であり、かつ粒径75μm以上の粒子の量が0〜0.01質量%であるアルミナ、および
(C2)平均粒径が5μm以上15μm未満、好ましくは5μm以上10μm未満であり、粒径45μm以上の粒子の量が0〜3質量%であり、かつ粒径75μm以上の粒子の量が0〜0.01質量%であるアルミナ
から成り、(C1)成分の量が20〜50質量%、好ましくは20〜40重量%であり、(C2)成分の量が50〜80質量%、好ましくは60〜80質量%である熱伝導性充填材が好ましい。
【0030】
熱伝導性シートの表面を滑らかにする点から、熱伝導性充填材(C)は球状であるのが好ましい。特に、平均粒径が5μm以上15μ未満であるような比較的大きい充填材、例えば上記(C2)成分が球状であると、熱伝導性シートの表面をより滑らかにすることができる。
【0031】
本発明における平均粒径は、レーザー回折・散乱式の粒子径分布測定装置であるマイクロトラックMT3300EX(日機装)を使用して決定される値(体積基準)である。
【0032】
熱伝導性充填材(C)中の粒径45μm以上の粒子の量および粒径75μm以上の粒子の量は、以下のようにして決定される。充填材10gを採取し、任意の量の水中に入れて超音波分散させる。目開きが45μmと75μmの篩を重ねて篩振とう機にセットし、上記水に分散させた熱伝導性充填材を上記振とう機に投入する。各篩上に残った充填材を乾燥させ、秤量する。
【0033】
(C)成分の量は、シリコーン成分の量の合計100質量部に対して1200〜2000質量部、好ましくは1200〜1600質量部である。充填量が上記下限未満であると、十分な熱伝導性が得られない。また、上記上限を超えると、シリコーンへの充填が難しくなり、また、充填できても、充填材が密になりすぎて、組成物をコーティングして熱伝導性シートを得たときにシート表面の滑らかさが損なわれ、熱抵抗の上昇を招き得る。なお、シリコーン成分の量の合計とは、(A)成分および、存在するならば、(D)成分、(E)成分および上述した硬化剤(B)としてのオルガノハイドロジェンポリシロキサンの量の合計を意味する。
【0034】
(D)成分の量は、シリコーン成分の量の合計の0.01〜60質量%であるのが好ましく、より好ましくは5〜50質量%である。上記量が上記下限未満であると、熱伝導性充填材(C)のシリコーン成分への充填が困難になる場合がある。上記量が上記上限を超えると、得られる硬化物の強度が不十分になる場合がある。
【0035】
(E)成分の量は、シリコーン成分の量の合計の5〜25質量%であるのが好ましい。
【0036】
上記熱伝導性シリコーン組成物は好ましくは、その硬化物の熱伝導率が3.0W/mK以上である。また、上記硬化物のデューロメータA硬度が60〜96であるのが好ましく、より好ましくは80〜96である。硬度が低すぎると、取扱い時に硬化物層表面に傷が付きやすくなったり、連続成形の際、ロール状に巻き取ったときに硬化物層表面同士が融着する恐れがある。また、本発明の熱伝導性シートを電子機器の発熱部位と冷却部位との間にネジ止めによって固定するとき、硬度が低いと、ネジ止めによってかかる圧力によってシートが変形して発熱部位と冷却部位との間のスペースの確保が困難になり、したがって、絶縁性の保持が困難になるという問題を生じる。一方、硬度が高すぎると、柔軟性に乏しくなり、シートを折り曲げたときに割れが発生する可能性がある。
【0037】
本発明の熱伝導性シートは、熱伝導性樹脂組成物で目止めされたガラスクロスの両面または片面に上記熱伝導性硬化層を有する。ガラスクロスは、一般に市販されているもので十分であり、例えば、重量が30g/m以下であるものが使用される。ガラスクロスの厚みは、60μm以下であることが好ましく、より好ましくは30〜50μm、さらに好ましくは30〜45μmである。ガラスクロスは熱伝導率が比較的低いので、高い熱伝導性を所望する場合には薄い方が好ましい。しかし、薄くなりすぎると強度が低下する。
【0038】
ガラスクロスを目止めするための熱伝導性樹脂組成物は、好ましくは1.2W/mK以上の熱伝導率を有する。
【0039】
目止めのために使用される上記熱伝導性樹脂組成物としては、熱硬化性樹脂に熱伝導性充填材を添加したものが挙げられ、例えば、上記熱伝導性硬化層のための熱伝導性シリコーン組成物に関して上述した(A)〜(C)成分を含む組成物を包含する。ここで、熱伝導性充填材(C)の量は、シリコーン成分の量の合計100質量部に対して200〜2000質量部であるのが好ましい。充填材の量が上記下限未満であると、目止め材料の熱伝導率を1.2W/mK以上にすることが難しい。熱伝導性充填材(C)の粒径は制限されない。目止め用の熱伝導性樹脂組成物は、上記熱伝導性硬化層のための熱伝導性シリコーン組成物と同じであってもよい。
【0040】
目止めは好ましくは、ガラスクロスを目止めして得られるシート(目止めされたガラスクロスシートと言う)の厚みが100μm以下、より好ましくは90μm以下、さらに好ましくは85μm以下になるように行われる。熱伝導性シートを所定の厚みで製造しようとするとき、上記目止めされたガラスクロスシートの厚みが厚すぎると、熱伝導性硬化層の厚みが薄くなり、これは熱伝導性シートの熱伝導性を低下させる。また、熱伝導性シートの厚みは、絶縁性の確保の点から、200μm以上であるのが好ましい。熱伝導性シートの厚みが200μmである場合には、目止されたガラスクロスシートの厚みを100μm超にすると、その両面の熱伝導性硬化層の厚みは各々50μm未満となる。すると、上記熱伝導性硬化層に含まれる熱伝導性充填材がその表面に突出して表面の滑らかさが損なわれ、その結果、熱伝導性が低下する。
【0041】
本発明の熱伝導性シートは、後述するように、上記目止めされたガラスクロスシートの両面または片面に上記熱伝導性シリコーン組成物を塗布・硬化させて硬化物層を形成することにより得られる。上記塗布は好ましくは、硬化後の硬化物層の厚みが50μm以上400μm以下、より好ましくは60μ以上350μm以下になるように行われる。上述したように、上記硬化物層の厚みが薄すぎると、そこに含まれる熱伝導性充填材が突出して熱伝導性硬化層表面の滑らかさが損なわれる。好ましくは、得られる熱伝導性シートは、シート全体の厚さが、熱伝導性硬化層を目止めされたガラスクロスの両面に有する場合には130〜900μm、より好ましくは150〜800μmであり、片面に有する場合には80〜500μm、より好ましくは90〜450μmである。
【0042】
上記熱伝導性シリコーン組成物は、以下のようにして調製され得る。(A)および(C)成分を、任意的に(D)および(E)成分とともに、ニーダー、バンバリーミキサー、プラネタリーミキサーおよび品川ミキサー等の混合機を用いて、必要に応じ100℃以上の温度に加熱しながら、混練りする。この混練り工程で、所望により、熱伝導性能を損なわない範囲内で、フュームドシリカおよび沈降性シリカ等の補強性シリカ;シリコーンオイル、シリコーンウェッター等;白金、酸化チタンおよびベンゾトリアゾール等の難燃剤等を添加してもよい。混練り工程で得られた均一混合物を、室温に冷却した後、ストレーナー等を通して濾過し、次いで、2本ロール、品川ミキサー等を用いて、前記混合物に所要量の硬化剤(B)を添加して、再度、混練りする。この再度の混練り工程において、所望により、1−エチニル−1−シクロヘキサノール等のアセチレン化合物系付加反応制御剤、有機顔料や無機顔料等の着色剤、酸化鉄や酸化セリウム等の耐熱性向上剤、および内添離型剤等を添加してもよい。こうして得られた熱伝導性シリコーン組成物は、コーティング材として、直接、次工程に供してもよいが、必要に応じて、更にトルエン等の溶剤を加えてもよい。
【0043】
このようにして得られた熱伝導性シリコーン組成物を目止め材料として使用する場合には、乾燥炉、加熱炉および巻き取り装置を備えたコンマコーター、ナイフコーター、キスコーター等の慣用のコーティング装置を用いて、この組成物をガラスクロスに連続的に塗布した後、溶剤等を乾燥・蒸散させ、付加反応による硬化の場合には80〜200℃、好ましくは100〜150℃程度に、過酸化物による硬化の場合には100〜200℃、好ましくは110〜180℃程度に加熱して、目止めされたガラスクロスを得る。
【0044】
本発明の熱伝導性シートは、目止めされたガラスクロスシートの両面または片面に上記熱伝導性シリコーン組成物をコーティングして熱伝導性硬化層を形成することにより連続的に製造される。例えば、乾燥炉、加熱炉および巻き取り装置を備えたコンマコーター、ナイフコーター、キスコーター等の慣用のコーティング装置を用いて、上記で得られた熱伝導性シリコーン組成物を、目止めされたガラスクロスの一方の面(表面とする)に連続的に塗布した後、溶剤等を乾燥・蒸散させ、付加反応による硬化の場合には80〜200℃、好ましくは100〜150℃程度に、過酸化物による硬化の場合には100〜200℃、好ましくは110〜180℃程度に加熱して熱伝導性硬化層を形成する。両面にコーティングする場合には、表面と同様にして、上記ガラスクロスの他方の面(裏側とする)にも熱伝導性硬化層を形成して熱伝導性シートを得る。表側へのコーティングと裏側へのコーティングを一度に行ってもよい。完成した熱伝導性シートは、連続的にロール状に巻き取られる。表面と裏面の伝導性シリコーン組成物は、互いに同一であっても異なっていてもよい。
【0045】
こうして得られた熱伝導性シートは、好ましくは、総厚が0.2mmのときの熱抵抗が、ASTM D5470にしたがって測定されるとき、1.8cm・K/W以下である。また、好ましくは、総厚が0.2mmのときの絶縁破壊電圧が、JIS K6249にしたがって測定されるとき、6kV以上である。上記熱抵抗および絶縁破壊電圧は熱伝導性シートの厚さにほぼ比例する。
【実施例】
【0046】
以下に実施例および比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【0047】
実施例および比較例で使用した材料は以下の通りである。
(A)成分:
(A−1)平均重合度8000の、ジメチルビニル基で両末端封止したジメチルポリシロキサン
(A−2)平均重合度3000の、ジメチルビニル基で両末端封止したジメチルポリシロキサン
【0048】
(B)成分:2−メチルベンゾイルパーオキサイド
【0049】
(C)成分:
(C−1)平均粒径が1μmであり、粒径45μm以上の粒子の量が3質量%以下であり、粒径75μm以上の粒子の量が0%の不定形アルミナ
(C−2)平均粒径が10μmであり、粒径45μm以上の粒子の量が3質量%以下であり、粒径75μm以上の粒子の量が0%の球状アルミナ
(C−3)(比較用)平均粒径が10μmであり、粒径45μm以上の粒子の量が10質量%であり、粒径75μm以上の粒子の量が3質量%である球状アルミナ
(C−4)(比較用)平均粒径が20μmであり、粒径45μm以上の粒子の量が3%以下であり、粒径75μm以上の粒子の量が0%である不定形アルミナ
(C−5)平均粒径が1μmであり、粒径45μm以上の粒子の量が3%以下であり、粒径75μm以上の粒子の量が0%である破砕状酸化亜鉛
【0050】
(D)成分:下記式(3)を有する、平均重合度が30であり、片末端がトリメトキシシリル基で封鎖されたジメチルポリシロキサン
【0051】
(E)成分:下記式(4)を有するジメチルポリシロキサン
(式中、r=300)
【0052】
ガラスクロス:厚みが40μmで重量が26g/m
【0053】
実施例1〜4および比較例1〜5
[熱伝導性シリコーン組成物の調製]
表1に示す量(質量部)の成分をバンバリーミキサーに投入し、20分間混練りして、熱伝導性シリコーン組成物(ア)〜(カ)を調製した。
【0054】
得られたシリコーン組成物の硬化物の熱伝導率および硬度を以下の方法で測定した。結果を表1に示す。
熱伝導率
得られたシリコーン組成物を、60x60x6mmの金型を用い、硬化後の厚みが6mmになるように圧力を調整して160℃で10分間プレス成形して、6mm厚のシート状に硬化させた。熱伝導率計(TPA−501、京都電子工業株式会社製の商品名)を用い、2枚のシートの間にプローブを挟んで該シートの熱伝導率を測定した。
硬度
得られたシリコーン組成物を、60x60x6mmの金型を用い、硬化後の厚みが6mmになるように圧力を調整して160℃で10分間プレス成形して、6mm厚のシート状に硬化させた。このシートを2枚重ねたものを試験片としてデューロメータA硬度計を用いて硬度を測定した。
【0055】
[熱伝導性シートの製造]
ガラスクロスの目止め
上記で得られた熱伝導性シリコーン組成物を目止め用組成物として用い、これに、その量の20質量%のトルエンを添加し、プラネタリーミキサーを用いて混練りしてコーティング材を調製した。このコーティング材を、コンマコーターを用いてガラスクロスの片面に塗工することにより、ガラスクロスに目止めを施した。用いたコンマコーターは、幅が1300mmで、有効オーブン長が15mである。15mのオーブンは5mずつ3つのゾーンに区切られ、ゾーンごとに温度を調整できるようになっており、コンマ部に近い側から80℃、150℃および180℃とした。塗工速度は2m/分であった。ガラスクロスに上記コーティング材を連続的に塗工し、巻き取ることにより、目止めされたガラスクロスを得た。目止めされたガラスクロスの厚みは80μmであった。
【0056】
目止めされたガラスクロスへのコーティング
上記で得られた熱伝導性シリコーン組成物に、その量の20質量%のトルエンを添加し、プラネタリーミキサーを用いて混練りして得たコーティング材を、上記で得られた目止めされたガラスクロスの一方の面(表面)に、コンマコーターを用いて、硬化後の厚みが60μmになるように塗工し、巻き取った。次いで、他方の面(裏面)も同様に塗工し巻き取ることで、総厚200μmの熱伝導性シートを得た。使用したコンマコーターおよび塗工条件は、上記目止めにおけるものと同じである。なお、比較例5では、目止めされたガラスクロスへの塗工を以下のようにして行った。オーブンの温度を、コンマ部に近い側から60℃、80℃および80℃とし、塗工速度を2m/分とした。オーブンの温度を、トルエンを揮発させかつ(B)過酸化物の分解が起こらないような温度に下げることにより、未加硫状態の製品を得た。この未加硫の状態の製品を適当なサイズに切り出し、プレス成形機を用いて、硬化後の厚みが200μmになるように圧力を調整し、170℃/10分でプレス成形を行うことにより熱伝導性シートを得た。
【0057】
得られた熱伝導性シートの熱抵抗および絶縁破壊電圧を以下の方法で測定した。結果を表2に示す。
熱抵抗
ASTM D 5470に従って測定した。
絶縁破壊電圧
JIS K 6249に従って測定した。
【0058】
【表1】
【0059】
【表2】
【0060】
本発明の熱伝導性シートは、コーティング成形により連続的に製造してロール状に巻き取ったものであり、表2から明らかなように、総厚が0.2mmのときに、1.8cm・K/W以下の低い熱抵抗および6kV以上の高い絶縁破壊電圧を有する。
【0061】
一方、比較例1のシートは、熱伝導性充填材(C)の量が本発明の範囲より少なく、その結果、熱抵抗が大きかった。粒径45μm以上の粒子の量および粒径75μm以上の粒子の量が本発明の範囲より多い比較例2では、シートの表面に粒径の大きいこれらの粒子が突出して表面の滑らかさが損なわれ、熱抵抗が上昇した。平均粒径が本発明の範囲より大きい比較例3および充填材の量が多い比較例4でも、シート表面の滑らかさが損なわれて熱抵抗が上昇した。比較例5のシートは、比較例2においてコーティング成形に代えてプレス成形したことのみが異なる。プレス成形することにより、熱抵抗が小さいシートが得られたが、プレス成形では、シートを連続的に製造してロール状に巻き取ることが出来ない。