特許 6395153 コーティング膜、その製造方法およびコーティング膜形成方法

(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】6395153

(24)【登録日】2018年9月7日

(45)【発行日】2018年9月26日

(54)【発明の名称】コーティング膜、その製造方法およびコーティング膜形成方法

(51)【国際特許分類】

   C09D 183/04 20060101AFI20180913BHJP

   C09D 7/61 20180101ALI20180913BHJP

   C09D 5/25 20060101ALI20180913BHJP

   H01L 23/373 20060101ALI20180913BHJP

   H05K 7/20 20060101ALN20180913BHJP

【ＦＩ】

   C09D183/04

   C09D7/61

   C09D5/25

   H01L23/36 M

   !H05K7/20 F

【請求項の数】9

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-224734(P2014-224734)

(22)【出願日】2014年11月4日

(65)【公開番号】特開2016-89024(P2016-89024A)

(43)【公開日】2016年5月23日

【審査請求日】2017年10月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】000229173

【氏名又は名称】日本タングステン株式会社

(72)【発明者】

【氏名】祝迫 恭

(72)【発明者】

【氏名】上野 祐貢

(72)【発明者】

【氏名】大神 裕之

(72)【発明者】

【氏名】古川 幸太郎

(72)【発明者】

【氏名】黒木 陽子

【審査官】 田澤 俊樹

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／１７５３６９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−２３３７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０６３２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−００４８２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５０３６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１９５３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／１１５３６７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０９Ｄ １／００−２０１／１０

Ｈ０１Ｌ ２３／３７３

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも、オルガノシラノールオリゴマーと、Ｍｇ（ＯＨ）_２粒子と、有機溶剤と、有機酸とを混合したスラリーからなるコーティング膜形成用塗料。

【請求項2】

前記Ｍｇ（ＯＨ）_２粒子の含有量を１００質量部とした際に、
前記オルガノシラノールオリゴマーの質量が３０〜１０００質量部である、
請求項１に記載のコーティング膜形成用塗料。

【請求項3】

熱伝導率が２０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上の絶縁性の粒子を、
請求項１または請求項２のうちのいずれか１項に記載のコーティング膜形成用塗料中に分散したフィラー分散コーティング膜形成用塗料。

【請求項4】

前記有機溶剤が炭素原子数１〜１０の脂肪族アルコール、ケトン、エーテルおよびエステルから選ばれるうちの１種または２種以上を有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のコーティング膜形成用塗料。

【請求項5】

前記有機酸がギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、シュウ酸、グリコール酸、安息香酸、サリチル酸、メタンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、無水酢酸およびアクリル酸から選ばれるうちの１種または２種以上を有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のコーティング膜形成用塗料。

【請求項6】

少なくとも、Ｍｇ（ＯＨ）_２粒子１００質量部に対して、有機溶剤１２０質量部以上と、有機酸５質量以上とを混合して第１混合体を得る工程、
第１混合体にオルガノシラノールオリゴマー３０〜１０００質量部を混合して第２混合体を得る工程、
第２混合体を塗布対象物に塗布する工程、
塗布した第２混合体を２２０〜３５０℃で熱処理し、塗布対象物にコーティング膜を形成する工程
とを含む、コーティング膜の形成方法。

【請求項7】

少なくとも、Ｍｇ（ＯＨ）_２粒子１００質量部に対して、有機溶剤１２０質量部以上と、有機酸５質量以上とを混合して第１混合体を得る工程、
第１混合体にオルガノシラノールオリゴマー３０〜１０００質量部を混合して第２混合体を得る工程、
第２混合体に２０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上の絶縁性の粒子を加え、攪拌して第３混合体を得る工程、
第３混合体を塗布対象物に塗布する工程、
塗布した第３混合体を２２０〜３５０℃で熱処理し、塗布対象物にコーティング膜を形成する工程
とを含む、フィラー分散コーティング膜の形成方法。

【請求項8】

前記有機溶剤が炭素原子数１〜１０の脂肪族アルコール、ケトン、エーテルおよびエステルから選ばれるうちの１種または２種以上を有する請求項６または請求項７のいずれか１項に記載のコーティング膜の形成方法。

【請求項9】

前記有機酸がギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、シュウ酸、グリコール酸、安息香酸、サリチル酸、メタンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、無水酢酸およびアクリル酸から選ばれるうちの１種または２種以上を有する請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のコーティング膜の形成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基材の表面に高い絶縁耐力（絶縁耐力とは、絶縁破壊させることなくその部材にかけられる最大の電界強度を指す）と、高い熱伝導率を有するコーティング膜、その製造方法、および、それを用いたコーティング膜の形成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

高い絶縁耐力と、高い熱伝導率を有する材料は、パワーデバイス用の絶縁放熱体、高輝度ＬＥＤランプの回路基板や反射板のような装置に使用される。これらは、電気回路などの絶縁とあわせて、半導体の過熱を抑えるために必要な部材となる。

【0003】

高い絶縁耐力と高い熱伝導率を併せ持つ材料としては、一般にＡｌＮ（窒化アルミニウム）セラミックスが利用されている。ＡｌＮは絶縁耐力が十分であり、非常に高い熱伝導率を有する。

【0004】

ところが、ＡｌＮは非常に高価である。また、一般的なセラミックスの製造法により製造されるために、形状が限られたり、例えば数１０μｍ〜０．２ｍｍ程度と薄く形成するのが困難であったりする。形状については、装置内の部材に表面に構成する場合があるために、セラミックス焼結体では形状的な対応に限界がある。

【0005】

そのために、ＡｌＮと比較して十分安価であり、形状が制限されず、ある程度の放熱性を持つ材料として、樹脂に高熱伝導率フィラーを分散した放熱シートやシリコーングリスなどが用いられている。これらの熱伝導率はおよそ１〜７（Ｗ／ｍ・Ｋ）程度である。

【0006】

これらとあわせて、高熱伝導フィラーを分散したオルガノシラノールオリゴマー（オルガノアルコキシシランを加水分解して得られるオルガノシラノール分子同士を部分的に脱水重合させ、有限の分子量を有する高分子体としたもの。オルガノポリシロキサンの前駆体であり、完全に重合させることでオルガノポリシロキサンとなる。）を主成分とするコーティング膜形成用塗料も用いられている。

【0007】

特許文献１には、一般式Ｒ^１_ｍＳｉ（ＯＲ^２）_４−ｍで示されるオルガノアルコキシシランを加水分解し、更に縮合させ、質量平均分子量を例えば８００〜４，０００としたオルガノシラノールオリゴマーを含有する組成物が提案されている。この組成物にて、保護皮膜形成用組成物を提供することができる。特に、高硬度、高光沢で厚膜を形成させてもクラックが入りにくく、耐沸水性に優れた保護皮膜形成用組成物を提供することができるとの記載がある。

【0008】

しかしながら、上記特許文献１における保護皮膜は、絶縁性はあるものの、熱伝導率が十分ではない。

【0009】

特許文献２にはＬＥＤなどの発熱部と、金属製のヒートシンクを結合した放熱ユニットが示されている。結合にはＡｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂｅなどの金属アルコキシドが加水分解および脱水重合されて形成される無機材質に、高熱伝導フィラーとして無機物粒子であるＡｌＮ、ｃ−ＢＮ、ｈ−ＢＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ダイヤモンドおよびグラファイトが分散した構成を有する中間体が示されている。

【0010】

この文献に中間体として示されているコーティング膜により、ある程度の熱伝導率を有するコーティング膜形成用塗料を得ることができる。

【0011】

しかしながら、用途によってはこのコーティング膜形成用塗料を脱水重合後に得られるコーティング膜でも熱伝導率が十分でないことがある。これは、前述の無機物粒子（ＡｌＮ、ｃ−ＢＮ、ｈ−ＢＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ，ダイヤモンドおよびグラファイト）は熱伝導率が十分であるが、その充填量に実質的な限界があるためである。また、絶縁耐力に関する記述はない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】特開平１０−１９５３８１号公報

【特許文献2】特開２０１３−４８２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

本発明は、塗布対象物に塗布できるコーティング膜形成用塗料と、コーティング膜形成用塗料を処理して塗布対象物上に得られる、高い絶縁耐力と高い熱伝導率を共に有するコーティング膜およびそれの製造方法を提供するものである。

【0014】

従来の技術では、コーティング膜の熱伝導率は、高熱伝導フィラーの充填率を十分に上げることができないために、更なる向上が難しい。また、より高い熱伝導率の高熱伝導フィラーを用い、その含有量を高めても、バインダ相の熱抵抗が大きく、コーティング膜全体としての熱伝導率が制限されている。

【0015】

本発明では、高熱伝導フィラー充填に限界があるために熱伝導率向上に限界があることを前提とし、絶縁耐力を高め、膜の厚みを薄くすることで放熱性を確保できるコーティング膜、およびそのコーティング膜を低コストにて得る方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0016】

コーティング膜を、オルガノポリシロキサン相とＭｇ（ＯＨ）_２相とからなり、オルガノポリシロキサン相とＭｇ（ＯＨ）_２相がその界面において「Ｓｉ−Ｏ−Ｍｇ結合」にて化学結合したコーティング膜とすることにより解決した。コーティング膜中にはさらに高熱伝導フィラーを含んでいてもよく、高熱伝導フィラーはＡｌＮ、ｃ−ＢＮ、ｈ−ＢＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯやダイヤモンド等を用いることができる。このコーティング膜を形成するためのコーティング膜形成用塗料は、Ｍｇ（ＯＨ）_２、有機溶剤、および有機酸とを混合する工程、オルガノシラノールオリゴマーをさらに加える工程とを少なくとも有する。また、コーティング形成用塗料を塗布対象物に塗布する工程、２２０〜３５０℃で熱処理する工程にて、コーティング膜を塗布対象物に形成できる。

【発明の効果】

【0017】

高い熱伝導率を有し、特に絶縁耐力の高いコーティング膜を製造することができる。これにより必要な膜厚みを薄くでき、相対的に放熱性を向上できる。また、そのコーティング膜を形成するためのコーティング膜形成用塗料を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の製造方法により作製されるコーティング膜の模式図

【図2】本発明の製造方法により作製される高熱伝導フィラーを有するコーティング膜の模式図

【図3】特許文献２に記載のコーティング膜の模式図

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明のコーティング膜は、オルガノポリシロキサン相とＭｇ（ＯＨ）_２相とからなり、オルガノポリシロキサン相とＭｇ（ＯＨ）_２相がその界面において「Ｓｉ−Ｏ−Ｍｇ結合」にて化学結合したコーティング膜である。高熱伝導フィラーは引用文献２と同様にＡｌＮ、ｃ−ＢＮ、ｈ−ＢＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯやダイヤモンド等を用いることができる。また、この製法によって製造されたコーティング膜形成用塗料を用いてコーティング膜を得ることができる。

【0020】

本発明のコーティング膜形成用塗料を用いたコーティング膜の模式図を図１に示す。また、高熱伝導フィラーをコーティング膜形成用塗料中に添加した場合に得られるコーティング膜の模式図を図２に示す。

【0021】

図１に示すように、本発明のコーティング膜は、母相としてオルガノポリシロキサン相と、Ｍｇ（ＯＨ）_２相とが混合した、混合相組織を有している。コーティング膜母相は、従来技術では単一相であった。

【0022】

オルガノポリシロキサン相の熱伝導率は０．１５〜０．３（Ｗ／ｍ・Ｋ）程度と低い。一方Ｍｇ（ＯＨ）_２相は約８（Ｗ／ｍ・Ｋ）と十分に高い。このオルガノポリシロキサン相とＭｇ（ＯＨ）_２相の混合相とすることにより熱伝導率を上げることができるが、さらにオルガノポリシロキサン相とＭｇ（ＯＨ）_２相の界面において化学結合を形成させ、絶縁耐力を高く保ったまま混合相を形成することを可能とした。なおこの化学結合は、オルガノポリシロキサンの前駆体であるオルガノシラノールオリゴマー中の「−ＯＨ基」と、Ｍｇ（ＯＨ）_２の「−ＯＨ基」とを脱水重合反応させることにより形成可能な「Ｓｉ−Ｏ−Ｍｇ結合」である。以後、明細書中において、「化学結合（または「化学的に結合」）」とはオルガノシラノールオリゴマー中の「−ＯＨ基」と、Ｍｇ（ＯＨ）_２の「−ＯＨ基」とを脱水重合反応させることにより形成される「Ｓｉ−Ｏ−Ｍｇ結合」を示す。

【0023】

さらに図２に示すように、この母相部分に加えて、高熱伝導フィラーを有すことで、高い絶縁耐力に加えてさらに高い熱伝導率を有することができ、従来技術と比較して、同等の熱伝導率と、従来技術を上回る絶縁耐力を確保することができた。

【0024】

従来技術では高熱伝導フィラー成分の量はコーティング膜の７４体積％以上に高めることは難しく、これを超えると、コーティング膜が脆くなり、絶縁耐力が大きく低下する。そのために、良好な高熱伝導コーティング膜を形成することが難しい。一方、高い絶縁耐力の得られない従来のコーティング膜では、十分な耐電圧を得るために必要な厚さが厚くなってしまう（耐電圧とは、絶縁破壊することなくその部材にかけられる最大の電圧を指す。絶縁耐力と厚みの積が耐電圧に相当するので、必要な耐電圧値を得る場合、絶縁耐力が高いほど厚みを薄くできる）。コーティング膜が厚くなると、熱抵抗が上がるために、コーティング膜の熱伝導率を高くしても、放熱性はさほど高くできないという問題が生じる。

【0025】

そのために、コーティング膜の熱伝導率を更に上げることと、コーティング膜の厚さを厚くしないこととの両立は、従来技術のような高熱伝導フィラーの種類や量の変更によっては困難である。

【0026】

そこで、本発明では、高熱伝導フィラーとは別にＭｇ（ＯＨ）_２を用い、高熱伝導フィラー部分以外の絶縁耐力を高く保ったまま、熱伝導率を向上することにより、コーティング膜を薄く形成させ、相対的に放熱性を向上する。

【0027】

以下に本発明を実施する方法を述べる。

【0028】

本発明のコーティング膜は、オルガノポリシロキサン相とＭｇ（ＯＨ）_２相との混合相を有し、オルガノポリシロキサン相とＭｇ（ＯＨ）_２相がその界面において化学的に結合していることを特徴とする。化学的な結合は、オルガノポリシロキサン相とＭｇ（ＯＨ）_２相の界面の一部のみに有していてもよいが、界面の全面に有していることがより望ましい。オルガノポリシロキサン相の熱伝導率は０．１５〜０．３（Ｗ／ｍ・Ｋ）程度であり、Ｍｇ（ＯＨ）_２相は約８（Ｗ／ｍ・Ｋ）であるため、これらの混合相とすることにより、コーティング相の熱伝導率を上げることができる。さらにオルガノポリシロキサン相とＭｇ（ＯＨ）_２相とがその界面において化学的に結合することにより、混合による絶縁耐力の低下を抑えることができる。また、

【0029】

また本発明のコーティング膜では、Ｍｇ（ＯＨ）_２相の分散している個別の平均径を８０ｎｍ〜５０μｍの範囲内とすることがより望ましい。個別の平均径が８０ｎｍ未満になると化学的に結合している界面におけるフォノン散乱による熱伝導率の低下が大きくなってしまう。また個別の平均径が５０μｍを超えると、熱的な特性自体に問題はないものの、コーティング膜の表面粗さが悪くなり、回路基板形成や絶縁放熱モジュールの形成において製造精度の悪化などを生じてしまい、工業利用上望ましくない。

【0030】

また本発明のフィラー分散コーティング膜は、前記コーティング膜中に熱伝導率が２０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上の絶縁性の粒子を高熱伝導フィラーとして分散させた構成を有する。その物性を有する絶縁性の粒子の例としてはＡｌＮ、ｃ−ＢＮ、ｈ−ＢＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ダイヤモンド等が挙げられる。このような絶縁性の粒子を高熱伝導フィラーとしてコーティング膜中に分散させることで、フィラー分散コーティング膜の熱伝導率と絶縁耐力の設計の幅を広げることを可能とする。

【0031】

また本発明のコーティング膜形成用塗料は、オルガノシラノールオリゴマー、Ｍｇ（ＯＨ）_２粒子、有機溶剤、有機酸が混合したスラリーからなり、このコーティング膜形成用塗料を塗布対象物に塗布し、２２０〜３５０℃にて熱処理することで、前記コーティング膜を形成することができる。

【0032】

また本発明のコーティング膜形成用塗料は、前記Ｍｇ（ＯＨ）_２の質量を１００質量部とした際に、前記オルガノシラノールオリゴマーの質量は３０〜１０００質量部である。オルガノシラノールオリゴマーの質量が、Ｍｇ（ＯＨ）_２の質量を１００質量部に対して５０質量部未満になるとコーティング膜が脆くなり、また、１０００質量部より多くなるとＭｇ（ＯＨ）_２相の熱伝導率向上効果がほとんど得られない。そのために、オルガノシラノールオリゴマーの質量は、Ｍｇ（ＯＨ）_２の質量を１００質量部に対して３０〜１０００質量部とする必要がある。

【0033】

また本発明のフィラー分散コーティング膜形成用塗料は、以上に述べたコーティング膜中に熱伝導率が２０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上である高熱伝導フィラーを分散した組織を有する。この高熱伝導フィラーの材質は特に限定するものではないが、熱伝導率が２０（Ｗ／ｍ・Ｋ）のものから選べばよい。一例としてＡｌＮ、ｃ−ＢＮ（立方晶窒化硼素）、ｈ−ＢＮ（六方晶窒化硼素）、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ダイヤモンドが挙げられる。高熱伝導フィラーから少なくとも１種または２種以上の粒子から選択できる。このフィラー分散コーティング膜形成用塗料を塗布対象物に塗布し、２２０〜３５０℃にて熱処理することで、請求項３に記載のフィラー分散コーティング膜を得ることができる。

【0034】

以下に本発明のコーティング膜の製造方法を述べる。

【0035】

Ｍｇ（ＯＨ）_２の粉末１００質量部に対し、有機溶剤１２０質量部以上、有機酸５質量部以上を秤量し、混合して第１混合体を得る。そしてさらに第１混合体にオルガノシラノールオリゴマー３０〜１０００質量部を混合して第２混合体を得る。有機溶剤を１２０質量部以上とすることは、塗料としての塗布性を向上させ、塗布しやすくする効果を有する。有機酸を５質量部以上とすることは、オルガノシラノールオリゴマー混合時のゲル化を防止する効果を有する。

【0036】

有機溶剤は炭素原子数１〜１０の脂肪族アルコール、ケトン、エーテルおよびエステルの１種または２種以上から選択できる。１００質量部のＭｇ（ＯＨ）_２に対して混合が容易な量は、有機溶剤が１２０質量部以上である。１２０質量部未満であると、Ｍｇ（ＯＨ）_２の粉末を均一に分散したスラリー状とすることが困難になる。また、有機溶剤質量の上限は特に限定するものではないが、１０００質量部を超えた場合は、後述の乾燥工程で要する時間が長くなり、工業利用上に利用しにくくなる。有機溶剤は、後述の乾燥工程にて全て気化して、コーティング膜の中には残留しない。

【0037】

有機酸の添加理由は大きく２つある。１点目は、Ｍｇ（ＯＨ）_２と有機溶剤の混合液は、そのままではアルカリ性を示し、オルガノシラノールオリゴマーを添加すると固まってゲル状となるために混合および、その後コーティング膜形成用塗料となった後の塗布が困難になる。有機酸を一定量以上添加することにより、混合液は酸性を示し、固まることなく混合およびその後コーティング膜形成用塗料となった後の塗布が容易となる。有機酸の量はＭｇ（ＯＨ）_２の１００質量部に対して５質量部以上である。５質量部未満であれば、オルガノシラノールオリゴマーのゲル化防止の効果が十分に得られない。有機酸も、有機溶剤同様、後述の乾燥工程にて気化するために、コーティング膜の中には残留しない。また、有機酸の上限量は特に限定するものではないが、１０００質量部を超える量添加すると、揮発させるのに時間を要し、工業利用上望ましくない。

【0038】

有機酸はギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、シュウ酸、グリコール酸、安息香酸、サリチル酸、メタンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、無水酢酸、アクリル酸の中から選択できる。特に望ましいのは、２２０℃以下で揮発性の高い酸であり、一例を上げると酢酸、ギ酸、安息香酸、サリチル酸などが上げられる。揮発性の高い酸を用いると、生産性がより向上する。

【0039】

これらの混合には、混練機、攪拌機、各種ミキサー類など公知の混合法にて行えばよい。Ｍｇ（ＯＨ）_２、有機溶剤、有機酸を混合したスラリーを第１混合体と呼ぶ。混合時間は特に限定するものではないが、十分に混合するためには３０分以上の混合が好ましい。

【0040】

続いて、得られた第１混合体にオルガノシラノールオリゴマーを混合する。オルガノシラノールオリゴマーは、連続した「−Ｓｉ−Ｏ−」の結合により主鎖を形成するオルガノポリシロキサンの前駆体である。

【0041】

オルガノシラノールオリゴマーの混合量は、Ｍｇ（ＯＨ）_２の１００質量部に対して３０〜１０００質量部である。この配合により、コーティング膜中のオルガノシラノールオリゴマーとＭｇ（ＯＨ）_２の合計量に対するＭｇ（ＯＨ）_２の体積分率をおおよそ５〜７０体積％とすることができる。

【0042】

これらの混合も、混練機、攪拌機、各種ミキサー類など公知の混合法にて行えばよい。第１混合体とオルガノシラノールオリゴマーとを混合したスラリーを第２混合体と呼ぶ。混合時間は特に限定するものではないが、十分に混合するためには３０分以上の混合が好ましい。

【0043】

以上の工程にて得られた第２混合体が、本発明の製造方法により得られるコーティング膜形成用塗料の一つの形態である。

【0044】

ここで、高熱伝導フィラーを分散したフィラー分散コーティング膜形成用塗料を製造する場合の製法について追記する。

【0045】

高熱伝導フィラーを投入するには、前述の第１混合または第２混合体を混合する際に、粒子状の高熱伝導フィラーを添加し、併せて混合することにより得られる。高熱伝導フィラーは、Ｍｇ（ＯＨ）_２やオルガノシラノールオリゴマーと反応しないために、添加したものそのものがコーティング膜中にそのまま残る。

【0046】

高熱伝導フィラーの投入量は、高熱伝導フィラーの密度により異なるが、フィラー分散コーティング膜となった後の（オルガノシラノールオリゴマーの体積＋Ｍｇ（ＯＨ）_２の体積＋高熱伝導フィラーの体積）の２０〜６９体積％を占めるように調整すればよい。

【0047】

高熱伝導フィラーの平均粒子径は０．１〜３μｍが適当であり、この範囲であれば塗料の中で凝集することなく分散できる。

【0048】

高熱伝導フィラーの種類としては、ＡｌＮ、ｃ−ＢＮ、ｈ−ＢＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ダイヤモンドのような、熱伝導率が２０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上と大きく、絶縁性の物質から選択できる。

【0049】

このようにして得られたスラリーを、第３混合体とする。この第３混合体が、本発明の製造方法により得られるフィラー分散コーティング膜形成用塗料の一つの形態である。

【0050】

次にコーティング膜の製法について述べる。

【0051】

上述のようにして得られた第２混合体または第３混合体を塗布対象物である基材に塗布する。塗布は、刷毛やブラシによる塗布、スプレーによる塗布、ノズルによる塗布など、公知の方法で行なうことができる。

【0052】

塗布する厚さについては、放熱性をより重視する場合には、後述の熱処理後の厚さが例えば０．０２〜０．２ｍｍ程度と薄くなるように、耐電圧を重視する場合には例えば０．０５〜０．５ｍｍ程度と厚くなるように設定すればよい。

【0053】

塗布対象物は特に限定するものではないが、後述の熱処理において溶融や変形しない材質がよい。一例を挙げると金属類、セラミック類、カーボン材などに塗布することができる。

【0054】

塗布後に熱処理を行なう。

【0055】

熱処理はヒーターを用いて２２０〜３５０℃の範囲で、最低でも１０分間行う。熱処理の雰囲気は特に限定されない。空気中で行ってもよいし、不活性ガス中、水素ガス中、窒素ガス中で行ってもよい。

【0056】

熱処理によりオルガノシラノールオリゴマーが最終的な重合状態であるオルガノポリシロキサンとなる。この際に、同時にＭｇ（ＯＨ）_２表面にてオルガノシラノールオリゴマーとＭｇ（ＯＨ）_２が化学反応（脱水重合反応）を起こし、オルガノポリシロキサン相とＭｇ（ＯＨ）_２相とがその界面において化学結合を形成したコーティング相を形成する。なお、前記化学反応を起こすためには２２０〜３５０℃の熱処理が必要となる。そして、オルガノポリシロキサン相とＭｇ（ＯＨ）_２相とがその界面において化学結合を形成したコーティング相は、高電圧負荷時のコーティング膜内部に発生する電束密度のムラを最小限に抑える効果があり、絶縁耐力の低下を最小限に抑える効果をもたらす。

【0057】

さらに高熱伝導フィラーを添加している場合は、母相（オルガノポリシロキサン相＋Ｍｇ（ＯＨ）_２相）に加えて、高熱伝導フィラーの相を有する。高熱伝導フィラーを添加することにより絶縁耐力は低下するが、Ｍｇ（ＯＨ）_２を混合しない場合と比べて、絶縁耐力の低下は小さい。そのため従来コーティング膜と比較し、同一熱伝導率において絶縁耐力の高いコーティング膜を得ることができる。

【0058】

高熱伝導フィラーを添加していない母相（オルガノポリシロキサン相＋Ｍｇ（ＯＨ）_２相）のみのコーティング膜の模式図を図１に、高熱伝導フィラーを添加したフィラー分散コーティング膜の模式図を図２に示す。また、比較のために、特許文献２に示したオルガノポリシロキサン中に高熱伝導フィラーを添加したコーティング膜の模式図を図３に示す。

【0059】

図１に示すように、本発明の製造方法にて作製されたコーティング膜形成用塗料を塗布し、熱処理して得られるコーティング膜は、母相であるオルガノシラノールオリゴマーの重合相（オルガノポリシロキサン相）とＭｇ（ＯＨ）_２相を有し、さらにオルガノポリシロキサン相とＭｇ（ＯＨ）_２相がその界面にて化学的に結合している。この結合界面を有することで、それがない場合と比較して、コーティング膜の絶縁耐力の低下幅が小さい。

【0060】

図２には高熱伝導フィラーを添加し、本発明の製造方法にて作製されたコーティング膜形成用塗料を、熱処理して得られたコーティング膜の模式図を示す。

【0061】

高熱伝導フィラーによる熱伝導率向上効果により、それを加えていないコーティング膜と比較して、熱伝導性を向上できる。また、オルガノシラノールオリゴマーの重合相（オルガノポリシロキサン相）とＭｇ（ＯＨ）_２相を有し、さらにオルガノポリシロキサン相とＭｇ（ＯＨ）_２相がその界面にて化学的に結合している。この結合界面を有することで、それがない場合と比較して、コーティング膜の絶縁耐力の低下幅が小さい。

【0062】

そのために、ある熱伝導率値でコーティング膜組成を設計した場合、本発明のコーティング膜（または、フィラー分散コーティング膜）は、従来のコーティング膜と比較して絶縁耐力が高くなり、その結果必要な耐電圧を得るための厚みを薄くすることができる。コーティング膜を薄くすることで、熱の伝わりにくさを示す熱抵抗値（＝厚さ／熱伝導率）を厚さに比例して低くすることが可能となる結果、放熱性に優れるコーティング膜（または、フィラー分散コーティング膜）とすることができる。

【0063】

図３は従来のコーティング膜の模式図である。熱伝導率の高い高熱伝導フィラーを分散しているが、高熱伝導フィラーの充填量は高くてもコーティング膜の４０〜７４体積％程度であり、そのほかは熱伝導率の低いオルガノポリシロキサンの重合物で構成されている。そのために、絶縁耐力を上げるのは困難である。

【実施例】

【0064】

出発原料として平均粒子径が１μｍのＭｇ（ＯＨ）_２粉末と、エステル系有機溶剤であるジエチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテルアセテート、有機酸である酢酸と、オルガノシラノールオリゴマーであるメチルトリシラノールオリゴマーと、平均粒子径が１μｍであるＡｌＮ（窒化アルミ）粉末とを準備した。

【0065】

Ｍｇ（ＯＨ）_２粉末１００質量部、ジエチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテルアセテート１５０質量部、酢酸３０質量部をビーカーに投入し、攪拌羽にて２時間混合し、第１混合体を得た。第１混合体は酸性を示し、流動性が攪拌に十分であった。

【0066】

続いて、第１混合体に、熱処理後のＭｇ（ＯＨ）_２相とメチルポリシロキサン相の体積比が１：１となるようにメチルトリシラノールオリゴマーを投入し、更に４時間混合して、第２混合体を得た。

【0067】

更に、熱処理後のＭｇ（ＯＨ）_２相とメチルポリシロキサン相とＡｌＮ相の体積比が１：１：２となるようにＡｌＮの粉末を第２混合体に投入し、更に４時間混合することで第３混合体を得た。この第３混合体が、本発明のフィラー分散コーティング膜形成用塗料である。

【0068】

第３混合体を塗布対象物であるアルミニウム板にスクリーン印刷にて塗布を行った。この際の厚さはおよそ５０（μｍ）とした。

【0069】

第３混合体を塗ったアルミニウム板を大気雰囲気オーブンの中に投入し、最高温度２６０（℃）、保持時間３０（分間）にて熱処理を行なった。この処理により、ジエチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテルアセテートおよび酢酸は気化し、メチルトリシラノールオリゴマーは、重合してメチルポリシロキサンとなった。またＡｌＮフィラーは変化しない。そのために、熱処理後の第３混合体は、メチルポリシロキサン中に、Ｍｇ（ＯＨ）_２とＡｌＮが分散した状態のフィラー分散コーティング膜となった。また、その厚さはおよそ２５（μｍ）であった。Ｍｇ（ＯＨ）_２相とメチルポリシロキサン相とＡｌＮ相の体積比は、ＳＥＭ画像による解析により１：１：２となっていることを確認した。更にコーティング膜を破断し、破断面を観察したところ、ＡｌＮ粒子の脱粒組織、およびメチルポリシロキサン相と一体化しているＭｇ（ＯＨ）_２粒子が観察された。

【0070】

このフィラー分散コーティング膜の絶縁耐力を、耐電圧測定装置で測定したところ、平均値が７０（ｋＶ／ｍｍ）であった。

【0071】

また、このフィラー分散コーティング膜の熱伝導率を熱伝導率測定装置で測定したところ、７．３（Ｗ／ｍ・Ｋ）であった。

【0072】

また比較例として、出発原料のＭｇ（ＯＨ）_２粉末の表面に１，１，１，３，３，３−ヘキサメチルジシラザンを反応させて、トリメチルシリル基によるエンドキャッピング構造を形成し、メチルシラノールオリゴマーとの化学反応を阻害する加工を行った粉末を用意した。

【0073】

このＭｇ（ＯＨ）_２粉末を用い、前記実施例と同一の工程により比較例のフィラー分散コーティング膜を得た。このフィラー分散コーティング膜を破断し、破断面を観察したところ、ＡｌＮ粒子およびＭｇ（ＯＨ）_２粒子の脱粒が観察され、Ｍｇ（ＯＨ）_２相とメチルポリシロキサン相が化学結合を起こしていないことが確認された。

【0074】

比較例のフィラー分散コーティング膜は絶縁性であり、絶縁耐力を耐電圧測定装置で測定したところ、平均値は３４（ｋＶ／ｍｍ）と、実施例と比べ大きく劣った。

【0075】

また、このフィラー分散コーティング膜の熱伝導率を測定したところ、７．３（Ｗ／ｍ・Ｋ）と、実施例とほぼ同等であった。

【0076】

以上の実施例、比較例から得られた数値を基に、一例として耐電圧５（ｋＶ）となるコーティング膜を形成した場合の熱の伝わりにくさを示す熱抵抗値（＝厚さ／熱伝導率）を計算にて求めた。

【0077】

実施例のフィラー分散コーティング膜は、耐電圧５（ｋＶ）となる厚さを絶縁耐力値より計算で求めると７１μｍとなる。熱伝導率は７．３（Ｗ／ｍ・Ｋ）であるため、厚さ／熱伝導率で算出される熱抵抗値を計算すると９．８×１０^−６（ｍ^２・Ｋ／Ｗ）となった。

【0078】

一方、比較例のフィラー分散コーティング膜は、耐電圧５（ｋＶ）となる厚さを同様に求めると１４７μｍとなった。熱伝導率は７．３（Ｗ／ｍ・Ｋ）であるため、同様に 厚さ／熱伝導率 で算出される熱抵抗値を計算すると２０．１×１０^−６（ｍ^２・Ｋ／Ｗ）となり、実施例と比較して倍以上の熱抵抗値を示した。

【0079】

本発明のフィラー分散コーティング膜は、オルガノポリシロキサン相とＭｇ（ＯＨ）_２相がその界面にて化学的に結合しているため、絶縁耐力を従来の膜よりも高くできる。そのため化学結合をしていないフィラー分散コーティング膜と比較して、一定の耐電圧を確保するための厚さを薄くでき、その結果熱抵抗値を低くすることができ、放熱性が優れていることが導かれた。

【0080】

以上のように本発明において、高い絶縁耐力を維持しつつ、熱伝導率も高い、コーティング膜が得られた。

【産業上の利用可能性】

【0081】

本発明の製造方法により製造されたコーティング膜は、高い絶縁耐力と高い熱伝導率を併せ持つ。そのために、絶縁と放熱の両方が必要な様々な用途に使用できる。回路部品、車輌用パワーパック内部絶縁膜、パワー半導体用絶縁材、高出力ランプ反射板、ＬＥＤ素子保持基板、プロセッサー放熱材などに使用できる。

【図1】

【図2】

【図3】