特許第6136952号(P6136952)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6136952
(24)【登録日】2017年5月12日
(45)【発行日】2017年5月31日
(54)【発明の名称】熱伝導性複合シリコーンゴムシート
(51)【国際特許分類】
   B32B 25/20 20060101AFI20170522BHJP
   C08L 83/04 20060101ALI20170522BHJP
   C08K 3/00 20060101ALI20170522BHJP
   B32B 25/04 20060101ALI20170522BHJP
【FI】
   B32B25/20
   C08L83/04
   C08K3/00
   B32B25/04
【請求項の数】4
【全頁数】17
(21)【出願番号】特願2014-12479(P2014-12479)
(22)【出願日】2014年1月27日
(65)【公開番号】特開2014-193598(P2014-193598A)
(43)【公開日】2014年10月9日
【審査請求日】2015年12月24日
(31)【優先権主張番号】特願2013-39067(P2013-39067)
(32)【優先日】2013年2月28日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【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】100080089
【弁理士】
【氏名又は名称】牛木 護
(72)【発明者】
【氏名】遠藤 晃洋
(72)【発明者】
【氏名】櫻井 祐貴
(72)【発明者】
【氏名】丸山 貴宏
【審査官】 加賀 直人
(56)【参考文献】
【文献】 国際公開第2012/029560(WO,A1)
【文献】 特開2000−256558(JP,A)
【文献】 特開平09−001738(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B32B 25/20
B32B 25/04
C08K 3/00
C08L 83/04
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
(X)高硬度・非粘着熱伝導性ゴム層
熱伝導性充填材を含有し、デュロメータA硬度が60〜100であり、かつ表面非粘着性である熱伝導性シリコーンゴム層 0.05〜0.9mm
および
(Y)低硬度・微粘着熱伝導性ゴム層
熱伝導性充填剤を含有し、アスカーC硬度が2〜40であり、且つ表面微粘着性である熱伝導性シリコーンゴム層 0.05〜0.15mm

(Z)熱伝導材料で目止めされた網目状補強材 0.015〜0.2mm
を介して積層して成る熱伝導性シリコーンゴムシートであり、ソルダペースト粘着力試験器を用いて定圧侵入方式により測定した粘着力が、(X)層側:10gf未満、(Y)層側:10〜100gfである熱伝導性複合シリコーンゴムシート。
【請求項2】
熱伝導性シリコーンゴム層は、(a)オルガノポリシロキサン、(b)硬化剤及び(c)熱伝導性充填剤を含む組成物を硬化させてなるシリコーンゴム層であることを特徴とする請求項請1記載の熱伝導性複合シリコーンゴムシート。
【請求項3】
(X)層および(Y)層に使用されるシリコーンゴム層の熱伝導率が1.0W/m-K以上であることを特徴とする 請求項1又は2に記載の熱伝導性複合シリコーンゴムシート。
【請求項4】
前記(Y)層の表面のみが保護シートで被覆されており、ロール状に巻かれている請求項1、2又は3記載の熱伝導性複合シリコーンゴムシート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発熱性電子部品等の放熱用絶縁シートとして好適な、作業性、リワーク性、放熱特性に優れる熱伝導性複合シリコーンゴムシートに関する。
【背景技術】
【0002】
各種電子機器に使用されているパワートランジスタ、サイリスタ等の発熱性電子部品、及びIC,LSI,CPU,MPU等の集積回路素子は、熱の発生により特性が低下すること、また素子の寿命低下を招くことから、放熱を円滑に行うために、電子機器内での配置が考慮されている。その他に、特定の部品又は機器全体を冷却フィンで強制空冷したり、集積回路素子に対しては放熱用シート(以下、放熱シートという)を介して冷却部材や基板、筐体に熱を逃がしたりする等の考慮もなされている。
【0003】
しかし近年、パーソナルコンピュータに代表される電子機器の高集積化が進み、機器内の上記発熱性部品や集積回路素子の発熱量が増加するにつれて、従来の強制空冷方式や放熱シートではこれら部品や素子の冷却又は放熱が不十分な場合がある。特に、携帯可能なラップトップ型又はノートブック型のパーソナルコンピュータの場合は、強制空冷方式以外の冷却方法が必要になっている。また放熱シートについては、素子が形成されるプリント基板の材料には熱伝導性の劣るガラス補強エポキシ樹脂やポリイミド樹脂が使用されているので、従来の放熱シートでは素子で発生した熱を十分に基板に逃がすことができない。そこで素子の近傍に、自然冷却タイプ或いは強制冷却タイプの放熱フィン又はヒートパイプ等の放熱器を設置し、素子の発生熱を、放熱媒体を介して放熱器に伝え、放熱させる方式が採られている。
【0004】
この方式の放熱媒体として、素子と放熱器との間の熱伝導を良好にするために、放熱用熱伝導性グリースや厚さ0.2〜10.0mm程度の放熱シートが使用されている。放熱用熱伝導性グリースとしては、例えばシリコーンオイルにシリカファイバー、酸化亜鉛、窒化アルミニウム等の熱伝導性充填材を配合した熱伝導性シリコーングリースが知られている(特許文献1)が、オイルブリードの危険性があること、電子部品の組立作業性を低下させること、熱履歴により空隙が発生して熱伝導性が低下すること等、多くの不具合が発生していた。一方、放熱シートとしては、高充填、高硬度のシリコーンゴム層をガラスクロス等の布状補強材で補強したものが良く知られている(特許文献2)。この種の放熱シートはゴム層の硬度が高く、熱伝導を担うとともに、絶縁性を確保する役割も兼ね備えることができ、非常に重宝される。しかしながら、放熱シートは表面タックを殆ど有していないために、発熱体への実装固定が非常に困難であった。
【0005】
実装固定の作業性を向上させるために、高硬度の熱伝導性シリコーンゴムシートの片面又は両面に粘着剤層を設け、更に粘着剤層面を離型紙等の離型性保護シートで保護した放熱シートも市販されているが、これに用いられている粘着剤は熱伝導性がないため、複合品全体としての熱伝導率が低く、多くの場合、所望の放熱性能が得られなかった。更にまた、この複合型の放熱シートの場合は、粘着剤層の粘着力が所望の粘着力より強力であるため、実装の際、位置ずれが発生すると、リワークが困難であったり、リワークの際に粘着剤層が破壊されたりすることがあった。さらに、粘着層面の保護シートに離型剤処理が施す必要があり、コスト増の要因となっていた。
【0006】
更にまた、前述のような補強材で補強された高硬度熱伝導性シリコーンゴムシートに低硬度の熱伝導性シリコーンゴム層を積層した放熱シートも開示されている(特許文献3)。しかしこの複合型の放熱シートの場合は、製造上の問題から全体の厚さが0.45mm未満のものが得られないため、低硬度シリコーンゴム層自体はたとえ良好な高熱伝導率を持っていても複合品全体として薄いものが得られず、熱抵抗が大きくなるという欠点があった。また、従来の複合型放熱シートの場合は、一般的に低硬度シートの作業性改善のために、高硬度シートを積層することを主としており、厚い低硬度層と薄い高硬度層で構成されていた。しかしながらこの構成の場合、低硬度層が圧力により圧縮変形するため、スペースの保証による絶縁保証が困難になる場合があった。
【0007】
さらに、従来の積層タイプのシートの製造においては、強固な密着を達成し、層間の剥離を防止するため、接着助剤の添加や、プライマーの塗布が必要であった。しかしながら、これらの方法は製造プロセスが煩雑化でコスト上昇を招き、また、得られたシートは、経時反応による物性の経時変化を招いてしまう欠点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特公昭57-36302号公報
【特許文献2】特開昭56-161140号公報
【特許文献3】特開平06-155517号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
以上のように高硬度の放熱シートは、その強度により、放熱性に加え、絶縁信頼性に優れるが、実装作業性に不利であった。また、実装作業性を向上させるために粘着剤層を設けると、放熱性、リワーク性が低下し、コスト増になるという問題点があった。また、低硬度・高硬度の複合シートにおいては、その構成から、薄膜化が困難であったり、高圧力下でのスペース保証や絶縁保証が困難であったりした。また、製造プロセスが煩雑になり、経時変化が抑制できない欠点があった。
従って本発明の課題は、熱伝導性、強度、絶縁性に優れ、かつ実装作業性、リワーク性、長期安定性にも優れた放熱シートを、低コストかつ簡易な製造プロセスで提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
斯かる実情に鑑み本発明者は鋭意研究を行った結果、熱伝導性充填材を含有し、デュロメータA硬度が60〜100であり、かつ表面非粘着性である、厚い高硬度・非粘着熱伝導性ゴム層と、熱伝導性充填剤を含有し、アスカーC硬度が2〜40であり、且つ表面微粘着性である、薄い熱伝導性シリコーンゴム層を、熱伝導材料で目止めされた網目状補強材を介して積層することで、作業性、熱伝導性、リワーク性、絶縁保証性、長期信頼性に優れた片面微粘着の熱伝導性シリコーンゴムシートが簡易な製造プロセスで得られることを見出し、本発明に到達した。
【0011】
すなわち本発明は、
(X)高硬度・非粘着熱伝導性ゴム層
熱伝導性充填材を含有し、デュロメータA硬度が60〜100であり、かつ表面非粘着性である熱伝導性シリコーンゴム層 0.05〜0.9mm
および
(Y)低硬度・微粘着熱伝導性ゴム層
熱伝導性充填剤を含有し、アスカーC硬度が2〜40であり、且つ表面微粘着性である熱伝導性シリコーンゴム層 0.01〜0.2mm

(Z)熱伝導材料で目止めされた網目状補強材 0.015〜0.2mm
を介して積層して成る熱伝導性シリコーンゴムシートであり、ソルダペースト粘着力試験器を用いて定圧侵入方式により測定した粘着力が、(X)層側:10gf未満、(Y)層側:10〜100gfである熱伝導性複合シリコーンゴムシートを提供するものである。
【発明の効果】
【0012】
本発明の熱伝導性複合シリコーンゴムシートは、熱伝導材料で目止めされた網目状補強材を有し、かつ高硬度・高強度で非粘着性の熱伝導性シリコーンゴム層を有することで、作業性、絶縁保証性、熱伝導性に優れる。さらに薄膜、低硬度で微粘着性の熱伝導性シリコーンゴム層が積層されることにより、作業性、絶縁保証性が犠牲にされることなく、良好な接触により熱伝導性が向上し、微粘着による作業性、リワーク性が付与されたシートとなる。また、目止めされた網目状補強材を介してゴム層を積層することで、接触面積が顕著に増大し、良好な密着を実現する。そのため、従来の積層シートで必要であった、接着助剤やプライマーを使用することなく、剥離を防止することができ、その結果、低コストかつ簡便な工程での製造が可能となり、製品特性も長期的に安定したものとなる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下本発明を詳細に説明する。
本発明において、熱伝導性シリコーンゴム層は、(a)オルガノポリシロキサン、(b)硬化剤、(c)熱伝導性充填剤を含む組成物を硬化させてなるシリコーンゴム層であることが好ましい。
【0014】
(X)高硬度・非粘着熱伝導性ゴム層
本発明の高硬度・非粘着熱伝導性ゴム層は、(Xa)オルガノポリシロキサン、(Xb)硬化剤、(Xc)熱伝導性充填剤を含む組成物を硬化させてなり、デュロメータA硬度が60〜100であり、かつ表面非粘着性であるシリコーンゴム層である。
【0015】
[(Xa)オルガノポリシロキサン]
(Xa)成分のオルガノポリシロキサンは、平均組成式:R1aSiO(4-a)/2(式中、R1は同一または異なる置換または非置換の炭素原子数1〜10、好ましくは1から8の1価炭化水素基を表わし、aは1.90〜2.05の正数である)で表わされるものである。
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、オクタデシル基等のアルキル基; シクロペンチル基、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、ナフチル基等のアリール基; ベンジル基、フェネチル基、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、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、ヘキセニル基等のアルケニル基等が挙げられる。
【0016】
この(Xa)成分のオルガノポリシロキサンとしては、一般的には、主鎖がジメチルシロキサン単位からなるもの、または、前記主鎖のメチル基の一部がビニル基、フェニル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等で置き換えられたものが好ましい。また、その分子鎖末端が、トリオルガノシリル基または水酸基で封鎖されたものが好ましく、前記トリオルガノシリル基としては、トリメチルシリル基、ジメチルビニルシリル基、トリビニルシリル基等が例示される。
【0017】
また、(Xa)成分の重合度は、20〜12,000が好ましく、特に50〜10,000の範囲とすることが好ましい。(Xa)成分はオイル状であってもガム状であってもよく、成形方法等にしたがって選択すればよい。
【0018】
下記(Xb)成分の硬化剤が、オルガノハイドロジェンポリシロキサンおよび白金系触媒を含む付加反応硬化型のものである場合、(Xa)成分のオルガノポリシロキサンは、ケイ素原子結合アルケニル基を1分子中に2個以上、好ましくは3個以上有するオルガノポリシロキサンである。ケイ素原子結合アルケニル基の含有量が上記範囲の下限未満であると、得られる組成物が十分に硬化しなくなる。また、ケイ素原子に結合する上記アルケニル基としてはビニル基が好ましい。アルケニル基は、分子鎖末端および側鎖のいずれか一方または両方にあればよく、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。
この場合の具体例としては、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、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種単独でも2種以上組み合わせても使用することができる。
【0019】
下記(Xb)成分の硬化剤が有機過酸化物である場合、(Xa)成分のオルガノポリシロキサンは、特に限定されないが、1分子中に少なくとも2個の上記アルケニル基を有するものが好ましい。
この場合の具体例としては、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、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種単独でも2種以上組み合わせても使用することができる。
【0020】
[(Xb)硬化剤]
(Xb)成分がヒドロシリル化反応硬化剤である場合、前記硬化剤は、1分子中にケイ素原子結合水素原子を平均2個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと白金系触媒からなるものである。前記オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、アルケニル基を有する(Xa)成分に付加反応する架橋剤として機能するものである。
このオルガノハイドロジェンポリシロキサンの具体例としては、例えば、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、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・メチルハイドロジェン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・メチルハイドロジェンシロキサン・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ハイドロジェン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ハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェン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ハイドロジェンシロキシ基封鎖メチルフェニルポリシロキサン等が挙げられる。(Xb)成分は1種単独でも2種以上組み合わせても使用することができる。
【0021】
本組成の複合シートの外層を構成する組成物において、このオルガノハイドロジェンポリシロキサンの含有量は、通常、(Xa)成分中のケイ素原子結合アルケニル基1モルに対して、本成分中のケイ素原子結合水素原子が、通常、0.1〜4.0モル、好ましくは0.3〜2.0モルとなる量である。本成分の含有量が少なすぎると得られるシリコーンゴム組成物が十分に硬化しなくなることがあり、一方、多すぎると得られるシリコーンゴムが非常に硬質となり、表面に多数のクラックを生じるなどの問題が発生することがある。
【0022】
オルガノハイドロジェンポリシロキサンとともに用いられる白金系触媒は本組成物の硬化を促進するための触媒であり、例えば、塩化白金酸、塩化白金酸のアルコール溶液、白金のオレフィン錯体、白金のアルケニルシロキサン錯体、白金のカルボニル錯体等が挙げられる。本組成物において、白金系触媒の含有量は、特に限定されず、触媒としての有効量でよいが、(Xa)成分に対して本成分中の白金金属が質量単位で、通常、0.01〜1,000ppmとなる量であり、好ましくは、0.1〜500ppmとなる量である。本成分の含有量が少なすぎると得られるシリコーンゴム組成物が十分に硬化しなくなることがあり、一方、多量に使用しても得られるシリコーンゴム組成物の硬化速度は向上せず、経済的に不利となることがある。
【0023】
(Xb)成分の硬化剤が有機過酸化物である場合、前記有機過酸化物としては、例えば、ベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、ジ−t−ブチルパーオキサイド、t−ブチルパーベンゾエート等が挙げられる。これらは1種単独でも2種以上組み合わせても使用することができる。この有機過酸化物の添加量は、上記(Xa)成分のオルガノポリシロキサン100質量部に対して、通常、0.1〜5質量部の範囲内となる量であることが好ましい。
【0024】
[(Xc)熱伝導性充填剤]
(Xc)成分の熱伝導性充填剤としては、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素等の無機粉末が、好適に例示される。(Xc)成分は、1種単独でも2種以上を組み合わせても使用することができる。
この(Xc)成分の平均粒径は、好ましくは50μm以下、より好ましくは20μm以下である。
【0025】
また、この(Xc)成分の配合量は、(Xa)成分100質量部に対して、通常、100〜1,800質量部、特に200〜1,600質量部の範囲が好ましい。前記配合量が少なすぎると熱伝導性が不十分なものとなり易く、一方、多すぎると(Xc)成分の組成物中への均一な配合が困難になるとともに成形加工性が悪くなってしまうことがある。
【0026】
本ゴム層の硬度は、デュロメータA硬度で60〜100、より好ましくは70〜95である。硬度が60未満であると、強度が低下し、スペース保証が困難になる。硬度が100より高くなると、ゴム層が脆くなり、曲げや折れに対応できない恐れがある。
本ゴム層の厚さは、0.05〜0.9mmの範囲である。0.05mm未満ではシートの表面精度が悪くなる場合がある。一方で、厚さが0.9mm以上では、熱伝導性能が低下する。
【0027】
本ゴム層の粘着力は、ソルダペースト粘着力試験器を用いて定圧侵入方式により測定した粘着力が、10gf未満、より好ましくは5gf未満である。粘着力が10gf以上になると、実装時にべたつきや貼りつきが発生し、実装作業性が悪くなることがある。
本ゴム層の粘着力を10gf未満とするには、表面タックが発生しないよう、ゴム層の硬度を高くする、粒子径の大きいフィラーを含有させることでフィラーを一部ゴム層から露出させる、表面に打粉処理を行う等の処理を行えばよい。
【0028】
(Y)低硬度・微粘着熱伝導性ゴム層
本発明の低硬度・微粘着熱伝導性ゴム層は、(Ya)オルガノポリシロキサン、(Yb)硬化剤、(Yc)熱伝導性充填剤を含む組成物を硬化させてなり、アスカーC硬度が2〜40であり、且つ表面微粘着性であるシリコーンゴム層である。
【0029】
[(Ya)オルガノポリシロキサン]
(Ya)成分のオルガノポリシロキサンは、平均組成式:R2bSiO(4-b)/2(式中、R2は同一または異なる置換または非置換の炭素原子数1〜10、好ましくは1から8の1価炭化水素基を表わし、bは1.90〜2.05の正数である)で表わされるものである。
上記R2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、オクタデシル基等のアルキル基;シクロペンチル基、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、ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基、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、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、ヘキセニル基等のアルケニル基等が挙げられる。
【0030】
この(Ya)成分のオルガノポリシロキサンとしては、一般的には、主鎖がジメチルシロキサン単位からなるもの、または、前記主鎖のメチル基の一部がビニル基、フェニル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等で置き換えられたものが好ましい。また、その分子鎖末端が、トリオルガノシリル基または水酸基で封鎖されたものが好ましく、前記トリオルガノシリル基としては、トリメチルシリル基、ジメチルビニルシリル基、トリビニルシリル基等が例示される。
【0031】
また、(Ya)成分の重合度は、10〜1,500が好ましく、特に20〜1,000の範囲が好ましい。重合度が1,500を超えると、組成物の流動性が悪くなる。(Ya)成分は、オイル状であることが好ましい。
【0032】
(Ya)成分のオルガノポリシロキサンは、ケイ素原子結合アルケニル基を1分子中に平均して0.5個以上、好ましくは2個以上有するオルガノポリシロキサンである。このアルケニル基は硬化時に架橋点となるため、基本的にはアルケニル基を1分子中に2個以上含んでいる分子がないと組成物は硬化しない。したがって、ここでいうアルケニル基の数は、(Ya)成分が1分子中にアルケニル基を0、1、2個またはそれ以上含んでいる分子の混合物である場合の平均的なアルケニル基の数であり、(Ya)成分の分子間のアルケニル基の分布が均一化されている場合には、1分子中にアルケニル基を2個以上含んでいることが必要である。
【0033】
ケイ素原子結合アルケニル基の含有量が上記範囲の下限未満であると、得られる組成物が十分に硬化しなくなる。また、ケイ素原子に結合する上記アルケニル基としてはビニル基が好ましい。アルケニル基は、分子鎖末端および側鎖のいずれか一方または両方にあればよく、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。
この場合の具体例としては、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、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種単独でも2種以上組み合わせても使用することができる。
【0034】
[(Yb)硬化剤]
(Yb)硬化剤は、1分子中にケイ素原子結合水素原子を平均2個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと白金系触媒からなるものである。該オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、アルケニル基を有する(Ya)成分に付加反応する架橋剤として機能するものである。
このオルガノハイドロジェンポリシロキサンの具体例としては、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、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・メチルハイドロジェン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・メチルハイドロジェンシロキサン・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ハイドロジェン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ハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェン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ハイドロジェンシロキシ基封鎖メチルフェニルポリシロキサン等が挙げられる。(Yb)成分は1種単独でも2種以上組み合わせても使用することができる。
本組成物において、このオルガノハイドロジェンポリシロキサンの含有量は、通常、(Ya)成分中のケイ素原子結合アルケニル基1モルに対して、本成分中のケイ素原子結合水素原子が、通常、0.1〜2.0モル、好ましくは0.3〜1.5モルとなる量である。本成分の含有量が少なすぎると得られるシリコーンゴム組成物が十分に硬化しなくなることがあり、一方、多すぎると得られるシリコーンゴムが非常に硬質となり、表面に多数のクラックを生じたり、表面の粘着性が失われたりするなどの問題が発生することがある。
【0035】
オルガノハイドロジェンポリシロキサンとともに用いられる白金系触媒は本組成物の硬化を促進するための触媒であり、例えば、塩化白金酸、塩化白金酸のアルコール溶液、白金のオレフィン錯体、白金のアルケニルシロキサン錯体、白金のカルボニル錯体等が挙げられる。本組成物において、白金系触媒の含有量は、特に限定されず、触媒としての有効量でよいが、(Ya)成分に対して本成分中の白金金属が質量単位で、通常、0.01〜1,000ppmとなる量であり、好ましくは、0.1〜500ppmとなる量である。本成分の含有量が少なすぎると得られるシリコーンゴム組成物が十分に硬化しなくなることがあり、一方、多量に使用しても得られるシリコーンゴム組成物の硬化速度は向上せず、経済的に不利となることがある。
【0036】
[(Yc)熱伝導性充填剤]
(Yc)成分の熱伝導性充填剤としては、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素等の無機粉末が、好適に例示される。(Yc)成分は、1種単独でも2種以上を組み合わせても使用することができる。
この(Yc)成分の平均粒径は、好ましくは30μm以下、より好ましくは15μm以下である。なお、本明細書において「平均粒径」とは、体積基準の累積平均径を意味する。この「平均粒径」は、例えば、粒度分析計(日機装株式会社製、商品名:マイクロトラックMT3300EX)により測定することができる。
【0037】
また、この(Yc)成分の配合量は、(Ya)成分100質量部に対して、通常、100〜1,800質量部、好ましくは200〜1,600質量部の範囲である。前記配合量が少なすぎると熱伝導性が不十分なものとなり、一方、多すぎると(Yc)成分の組成物中への均一な配合が困難になるとともに成形加工性が悪くなってしまう。また、粘着性が失われる場合がある。
【0038】
本ゴム層の硬度は、アスカーC硬度で2〜40、より好ましくは5〜30である。硬度が2以下であると、粘着性が強く、強度が弱いため、リワーク時にゴム層が破壊される場合があり、リワーク性が低下する。硬度が40より高くなると、表面の粘着性が顕著に低下し、作業性が低下する。
【0039】
本ゴム層の厚さは、0.01〜0.2mmの範囲である。0.01mm未満ではシートの表面精度が悪くなる場合がある。一方で、厚さが0.2mmを超えると、スペース保証が困難になる。また、粘着性が上昇し、リワーク性が低下する。
【0040】
本ゴム層の粘着力は、ソルダペースト粘着力試験器を用いて定圧侵入方式により測定した粘着力が、10〜100gf、より好ましくは20〜80gfである。粘着力が10gf未満では、粘着力が不足し、所望の実装位置にシートを貼り付けることが困難になる。一方、100gfを超えると、リワークが困難になる。また、保護フィルムに剥離処理が必要になるため、コスト増となる場合がある。
本ゴム層の粘着力を10〜100gfとするには、ゴム層の表面タックを、ゴム層の硬度を調整することでコントロールしたり、表面に適当な粘着力を有する極めて薄い層を設けたりすればよい。
【0041】
(X)層および(Y)層に使用されるシリコーンゴム層の熱伝導率は1.0W/m-K以上、より好ましくは1.2W/m-K以上である。熱伝導率が1.0W/m−K未満では、熱伝導特性が不十分である。
【0042】
(Z)熱伝導材料で目止めされた網目状補強材
ここで用いる網目状補強材としては、ガラスクロス、セラミッククロスあるいはナイロン、ポリエステルなどの有機質繊維布等が挙げられる。目止め材料については、熱伝導材料であれば特に限定されないが、好ましくは熱伝導性シリコーンゴム材料であり、さらにコスト面・密着性を考慮すれば、高硬度・非粘着熱伝導性ゴム層で用いられる材料と同一であることがより好ましい。
本網目状補強材の厚さは、0.015〜0.2mmであり、より好ましくは0.03〜0.15mmである。網目状補強材の厚さが薄すぎると、積層シートの強度が顕著に低下する。一方で、0.2mmを超えると、熱伝導性顕著に低下する場合がある。
【0043】
[熱伝導性複合シリコーンシートの製造]
本発明の熱伝導性複合シリコーンシートの製造方法は、特に制限されないが、プレス法やコーティング法など、一般的にはコーティング法が有効である。
【0044】
<コーティング用組成物の調製>
先ず、オルガノポリシロキサンと熱伝導性充填剤とを、ニーダー、バンバリーミキサー、プラネタリーミキサー、品川ミキサー等の混合機を用いて、必要に応じ100℃以上程度の温度に加熱しつつ、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、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、ベンゾトリアゾール等の難燃剤等を添加・混合してもよい。
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を添加して、再度、混練りする。この再度の混練り工程で、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、無機顔料等の着色剤、酸化鉄、酸化セリウム等の耐熱性向上剤、内添離型剤等を添加・混合してもよい。
この再度の混練り工程で得られた組成物を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、プラネタリーミキサー、ニーダー等の攪拌機に投入して混合して、コーティング材としても差し支えない。
【0045】
<目止めされた網目状補強材の作成>
上記工程により得られたコーティング材を、上記網目状補強材に塗布する。逐次、乾燥炉、加熱炉および巻き取り装置を備えたナイフコーター、キスコーター等のコーティング装置を用いて、連続的に網目状補強材に塗布した後、溶剤等を乾燥・蒸散させ、付加反応硬化型の場合は、80〜200℃、好ましくは100〜150℃程度に、また、過酸化物硬化型の場合は、100〜200℃、好ましくは110〜180℃程度に、加熱して、目止めされた網目状補強材を得る。
【0046】
<複合化>
上記工程により得られた、目止めされた網目状補強材の片面に、高硬度・非粘着熱伝導性ゴム層となるコーティング材を塗布する。逐次、乾燥炉、加熱炉および巻き取り装置を備えたナイフコーター、キスコーター等のコーティング装置を用いて、連続的に目止めされた網目状補強材の片面に塗布した後、溶剤等を乾燥・蒸散させ、付加反応硬化型の場合は、80〜200℃、好ましくは100〜150℃程度に、また、過酸化物硬化型の場合は、100〜200℃、好ましくは110〜180℃程度に、加熱して積層する。
【0047】
さらに、もう片面に、低硬度・微粘着熱伝導性ゴム層となるコーティング材を塗布する。逐次、乾燥炉、加熱炉および巻き取り装置を備えたナイフコーター、キスコーター等のコーティング装置を用いて、連続的に目止めされた網目状補強材の片面に塗布した後、溶剤等を乾燥・蒸散させ、80〜200℃、好ましくは100〜150℃程度で架橋・硬化させることにより、本発明の熱伝導性複合シリコーンゴムシートを得ることができる。
【0048】
得られた熱伝導性複合シリコーンゴムシートを連続成形する場合、シートはロール状に巻き取り保管することが望ましい。その場合、低硬度・微粘着熱伝導性ゴム層の表面が保護シートで被覆されていることが望ましい。保護シートが無いと、ロール形状からシートを巻きだした際の作業性が悪くなり、また、低硬度・微粘着熱伝導性ゴム層への異物・ホコリの付着等の問題が発生する場合がある。
【実施例】
【0049】
以下、実施例および比較例を挙げて、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【0050】
まず、本発明の熱伝導性複合シリコーンシートを形成する以下の各成分を用意した。
【0051】
<X層:高硬度・非粘着熱伝導性ゴム層用組成物>
コーティング材X1:
(X1a)平均重合度8,000のジメチルビニルシロキシ基で両末端を封止したジメチルポリシロキサン100質量部、および(X1c)熱伝導性充填剤として平均粒径4μmの不定形酸化アルミニウム粉末750質量部をバンバリーミキサーにて室温で40分混練りし、次いで100メッシュのストレーナーにて濾過後、2本ロールを用いて、(X1b)有機過酸化物としてジ(2−メチルベンゾイル)パーオキサイド1.9質量部、および着色剤としてKE−カラーR20(商品名:信越化学工業(株)製)0.4質量部を添加・配合して、更に混練りして混合物を作製した。
次いで、上記で得られた混合物100質量部をトルエン47質量部に溶解してコーティング材X1aを作製した。
【0052】
コーティング材X2:
(X2a)25℃における粘度が600mm2/sのジメチルビニルシロキシ基で両末端を封止したジメチルポリシロキサン100質量部、(X2c1)熱伝導性充填剤として平均粒径4μmの酸化アルミニウム粉末750質量部、および(X2c2)平均粒径9μmの窒化ホウ素粉末250部を、プラネタリーミキサーにて室温で20分混練りし、100メッシュのストレーナーにて濾過して仕上げた後、(X2b1)塩化白金酸のビニルシロキサン錯体(白金金属含有量:1質量%)0.35質量部を均一に配合し、次いで、付加反応制御剤として1−エチニル−1−シクロヘキサノール0.06質量部、を添加配合し、更に(X2b2)下記構造式で表されるメチルハイドロジェンポリシロキサン1.5質量部を均一に混合してシリコーンゴム組成物を調製した。
【0053】
【化1】
【0054】
次いで、上記で得られた混合物100質量部をトルエン20質量部に溶解してコーティング材を作製した。
【0055】
コーティング材X3:
(X3a)25℃における粘度が600mm2/sのジメチルビニルシロキシ基で両末端を封止したジメチルポリシロキサン100質量部、(X3c)熱伝導性充填剤として平均粒径4μmの酸化アルミニウム粉末750質量部をプラネタリーミキサーにて室温で20分混練りし、100メッシュのストレーナーにて濾過して仕上げた後、(X3b1)塩化白金酸のビニルシロキサン錯体(白金金属含有量:1質量%)0.35質量部を均一に配合し、次いで、付加反応制御剤として1−エチニル−1−シクロヘキサノール0.06質量部、を添加配合し、更に(X3b2)下記構造式で表されるメチルハイドロジェンポリシロキサン3.0質量部を均一に混合してシリコーンゴム組成物を調製した。
【0056】
【化2】
次いで、上記で得られた混合物100質量部をトルエン20質量部に溶解してコーティング材を作製した。
【0057】
<Y層:低硬度・微粘着熱伝導性ゴム層用組成物>
コーティング材Y1:
(Y1a1)25℃における粘度が600mm2/sのジメチルビニルシロキシ基で両末端を封止したジメチルポリシロキサン65質量部、(Y1a2)25℃における粘度が30,000mm2/sのジメチルビニルシロキシ基で両末端を封止したジメチルポリシロキサン35質量部、(Y1c1)熱伝導性充填剤として平均粒径6μmの不定形酸化アルミニウム粉末300質量部、および(Y1c2) 平均粒径1.5μmの不定形酸化アルミニウム粉末300質量部、さらに、ウェッターとして、下記構造式で表される片末端トリメトキシシリル基封鎖ジメチルポリシロキサン12質量部をプラネタリーミキサーにて室温で20分混練りし、100メッシュのストレーナーにて濾過して仕上げた。
【0058】
【化3】
【0059】
その後、(Y1b1)塩化白金酸のビニルシロキサン錯体(白金金属含有量:1質量%)0.6質量部を均一に配合し、次いで、付加反応制御剤として1−エチニル−1−シクロヘキサノール0.2質量部、更にセパレータとの離型を促す内添離型剤として、信越化学製のフェニル変性シリコーンオイルであるKF−54を3質量部添加配合し、更に(Y1b2)下記構造式で表されるメチルハイドロジェンポリシロキサン9.5質量部を均一に混合してシリコーンゴム組成物を調製した。
【0060】
【化4】
【0061】
次いで、上記で得られた混合物100質量部をトルエン25質量部に溶解してコーティング材を作製した。
【0062】
コーティング材Y2:
(Y2a)25℃における粘度が600mm2/sのジメチルビニルシロキシ基で両末端を封止したジメチルポリシロキサン100質量部、(Y2c1)熱伝導性充填剤として平均粒径10μmの球状酸化アルミニウム粉末1000質量部、および(Y2c2) 平均粒径1.5μmの不定形酸化アルミニウム粉末650質量部、さらに、ウェッターとして、下記構造式で表される片末端トリメトキシシリル基封鎖ジメチルポリシロキサン35質量部をプラネタリーミキサーにて室温で20分混練りし、100メッシュのストレーナーにて濾過して仕上げた。
【0063】
【化5】
【0064】
その後、(Y2b1)塩化白金酸のビニルシロキサン錯体(白金金属含有量:1質量%)0.6質量部を均一に配合し、次いで、付加反応制御剤として1−エチニル−1−シクロヘキサノール0.3質量部、更にセパレータとの離型を促す内添離型剤として、信越化学製のフェニル変性シリコーンオイルであるKF−54を5質量部添加配合し、更に(Y2b2)下記構造式で表されるメチルハイドロジェンポリシロキサン11.0質量部を均一に混合してシリコーンゴム組成物を調製した。
【0065】
【化6】
【0066】
次いで、上記で得られた混合物100質量部をトルエン25質量部に溶解してコーティング材を作製した。
【0067】
コーティング材Y3:
コーティング材Y2のメチルハイドロジェンポリシロキサンの添加量を10.3質量部に変更する以外はコーティング材Y2と同様にシリコーンゴム組成物を調製した。
次いで、上記で得られた混合物100質量部をトルエン25質量部に溶解してコーティング材を作製した。
【0068】
コーティング材Y4:
コーティング材Y2のメチルハイドロジェンポリシロキサンの添加量を10.0質量部に変更する以外はコーティング材Y2と同様にシリコーンゴム組成物を調製した。
次いで、上記で得られた混合物100質量部をトルエン25質量部に溶解してコーティング材を作製した。
【0069】
コーティング材Y5:
コーティング材Y2のメチルハイドロジェンポリシロキサンの添加量を16.0質量部に変更する以外はコーティング材Y2と同様にシリコーンゴム組成物を調製した。
次いで、上記で得られた混合物100質量部をトルエン25質量部に溶解してコーティング材を作製した。
【0070】
<目止め網目状補強材>
IPCスペック1080のガラスクロスに、コーティング液X1をディップコートした後、乾燥温度:80℃、および硬化温度:150℃の条件で処理して、厚さ0.08mmに成形された目止めガラスクロスを形成させた。
【0071】
<実施例1>
目止めガラスクロスの片面に、コーティング液X1をコンマコートした後、乾燥温度:80℃、および硬化温度:150℃の条件で処理して、厚さ0.15mmに成形された複合シートを得た。さらに、目止めガラスクロスのもう片面に、コーティング液Y1をコンマコートした後、乾燥温度:80℃、および硬化温度:150℃の条件で処理して、厚さ0.2mmに成形された複合シートを得た。
【0072】
<実施例2>
目止めガラスクロスの片面に、コーティング液X2をコンマコートした後、乾燥温度:80℃、および硬化温度:150℃の条件で処理して、厚さ0.4mmに成形された複合シートを得た。さらに、目止めガラスクロスのもう片面に、コーティング液Y1をコンマコートした後、乾燥温度:80℃、および硬化温度:150℃の条件で処理して、厚さ0.45mmに成形された複合シートを得た。
【0073】
<実施例3>
目止めガラスクロスの片面に、コーティング液X1をコンマコートした後、乾燥温度:80℃、および硬化温度:150℃の条件で処理して、厚さ0.15mmに成形された複合シートを得た。さらに、目止めガラスクロスのもう片面に、コーティング液Y2をコンマコートした後、乾燥温度:80℃、および硬化温度:150℃の条件で処理して、厚さ0.2mmに成形された複合シートを得た。
【0074】
<実施例4>
目止めガラスクロスの片面に、コーティング液X2をコンマコートした後、乾燥温度:80℃、および硬化温度:150℃の条件で処理して、厚さ0.4mmに成形された複合シートを得た。さらに、目止めガラスクロスのもう片面に、コーティング液Y2をコンマコートした後、乾燥温度:80℃、および硬化温度:150℃の条件で処理して、厚さ0.45mmに成形された複合シートを得た。
【0075】
<実施例5>
目止めガラスクロスの片面に、コーティング液X2をコンマコートした後、乾燥温度:80℃、および硬化温度:150℃の条件で処理して、厚さ0.4mmに成形された複合シートを得た。さらに、目止めガラスクロスのもう片面に、コーティング液Y3をコンマコートした後、乾燥温度:80℃、および硬化温度:150℃の条件で処理して、厚さ0.55mmに成形された複合シートを得た。
【0076】
<実施例6>
目止めガラスクロスの片面に、コーティング液X3をコンマコートした後、乾燥温度:80℃、および硬化温度:150℃の条件で処理して、厚さ0.4mmに成形された複合シートを得た。さらに、目止めガラスクロスのもう片面に、コーティング液Y2をコンマコートした後、乾燥温度:80℃、および硬化温度:150℃の条件で処理して、厚さ0.45mmに成形された複合シートを得た。
【0077】
<比較例1>
目止めガラスクロスの片面に、コーティング液X1をコンマコートした後、乾燥温度:80℃、および硬化温度:150℃の条件で処理して、厚さ0.15mmに成形された複合シートを得た。さらに、目止めガラスクロスのもう片面に、信越化学製のシリコーン粘着剤であるKR−3700をコンマコートした後、乾燥温度:80℃、および硬化温度:150℃の条件で処理して、厚さ0.17mmに成形された複合シートを得た。
【0078】
<比較例2>
目止めガラスクロスの片面に、コーティング液X1をコンマコートした後、乾燥温度:80℃、および硬化温度:150℃の条件で処理して、厚さ0.15mmに成形された複合シートを得た。さらに、目止めガラスクロスのもう片面に、コーティング液X2をコンマコートした後、乾燥温度:80℃、および硬化温度:150℃の条件で処理して、厚さ0.2mmに成形された複合シートを得た。
【0079】
<比較例3>
目止めガラスクロスの片面に、コーティング液X1をコンマコートした後、乾燥温度:80℃、および硬化温度:150℃の条件で処理して、厚さ0.15mmに成形された複合シートを得た。さらに、目止めガラスクロスのもう片面に、コーティング液Y1をコンマコートした後、乾燥温度:80℃、および硬化温度:150℃の条件で処理して、厚さ0.155mmに成形された複合シートを得た。
【0080】
<比較例4>
目止めガラスクロスの片面に、コーティング液X2をコンマコートした後、乾燥温度:80℃、および硬化温度:150℃の条件で処理して、厚さ0.4mmに成形された複合シートを得た。さらに、目止めガラスクロスのもう片面に、コーティング液Y4をコンマコートした後、乾燥温度:80℃、および硬化温度:150℃の条件で処理して、厚さ0.55mmに成形された複合シートを得た。
【0081】
<比較例5>
目止めガラスクロスの片面に、コーティング液Y5をコンマコートした後、乾燥温度:80℃、および硬化温度:150℃の条件で処理して、厚さ0.4mmに成形された複合シートを得た。さらに、目止めガラスクロスのもう片面に、コーティング液Y2をコンマコートした後、乾燥温度:80℃、および硬化温度:150℃の条件で処理して、厚さ0.45mmに成形された複合シートを得た。
【0082】
[諸特性の評価手法]
上記実施例1〜6および比較例1〜5で作製した各複合シートについて、下記手法により諸特性を測定した。その測定結果を表1、表2に示す。
【0083】
〔一般特性〕
・X層およびY層の硬度:
各層の組成物を用いて、硬度測定用のサンプルを別途作成し、JIS K 6249に準拠して測定した(測定温度25℃)。
【0084】
・X層およびY層の粘着力:
株式会社マルコム社製、ソルダペースト粘着力試験器「TK−1」を用いて定圧侵入方式により複合シートの各層を測定した。
【0085】
〔熱特性〕
・X層およびY層の熱伝導率:
各層を構成する組成物を、金型を用いて6mm厚になるようプレス成形し、これを測定サンプルとしてISO22007−2に準拠したホットディスク法により測定した。
【0086】
・熱抵抗(cm2−K/W)
ASTM D 5470に準拠して、100℃における50psi圧力下での複合シートの熱抵抗を測定した。
【0087】
〔作業性・リワーク性〕
複合シートの低硬度・微粘着側を垂直に立てたアルミ板に押し付けシートの位置保持性を確認した。また、複合シートが、破損無く容易にアルミ板から剥がれるかを確認した。
【0088】
【表1】
【0089】
【表2】
【0090】
以上の結果から、本発明品は、何れもシート保持及びリワークが可であり、貼り付け作業が容易であるのに対し、比較例のものは、シート保持又はリワークが不可であるか、貼り付け作業に難があることが判る。