JP5556433B2 - 熱伝導性感圧接着剤組成物、熱伝導性感圧接着剤組成物の製造方法、熱伝導性感圧接着性シート、及び電子部品 - Google Patents
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Description
本発明の熱伝導性感圧接着剤組成物(M)は、少なくとも一種の重合体(P)と、所定の範囲の比表面積を有する金属の水酸化物または金属塩水和物(H1)と、所定の範囲の比表面積を有するアルミナ(L)と、膨張化黒鉛粉(C)と、リン酸エステル(O)と、を所定の割合で含有している。熱伝導性感圧接着剤組成物(M)に含まれる主な物質について以下に説明する。
重合体(P)を構成するものとしては、特に限定されない。ただし、本発明の熱伝導性感圧接着剤組成物(M)をシート状に成形して熱伝導性感圧接着性シート(S)として用いるためには、重合体(P)が接着性及び/又は粘着性を備えることが好ましい。重合体(P)が、接着性及び/又は粘着性を備えるためには、重合体(P)は、接着性及び/又は粘着性を有するものの中から選ぶことが好ましい。しかしながら、接着性及び/又は粘着性を有しない重合体(P)に、粘接着性付与剤を組み合わせて用いることもできる。
重合体(P)を構成するものとしては、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)を含んでなるものが好ましい。またそのとき、重合体(P)として、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)以外に含有させることができる重合体としては、先述の、重合体(P)の例として挙げたもののうち、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)に相当するもの以外のものを用いることができる。重合体(P)中の(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)の含有量は、70質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましく、90質量%以上がさらに好ましく、重合体(P)の全てが(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)であることが特に好ましい。
以下、(メタ)アクリル酸エステル重合体(AP1)について詳細に説明する。
上記したように、重合体(P)を構成するものとしては、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)を含んでなるものが好ましく、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)は、(メタ)アクリル酸エステル重合体(AP1)の存在下に(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)を重合することにより得られるものが特に好ましい。
以下に説明する金属の水酸化物または金属塩水和物(H1)を熱伝導性感圧接着剤組成物(M)に含有させることによって、熱伝導性感圧接着剤組成物(M)を成形して得られる熱伝導性感圧接着性シート(S)の難燃性を向上させることができる。
本発明の熱伝導性感圧接着剤組成物(M)には、以下に説明する金属の水酸化物または金属塩水和物(H2)も所定量含有させることが好ましい。本発明に用いることができる金属の水酸化物または金属塩水和物(H2)は、BET比表面積が2m2/g以下である。金属の水酸化物または金属塩水和物(H2)を含有させることによって、熱伝導性感圧接着剤組成物(M)から得られる熱伝導性感圧接着性シート(S)の難燃性を向上させつつ、硬度の上昇を抑制し柔軟性を維持することができる。
以下に説明するアルミナ(L)を熱伝導性感圧接着剤組成物(M)に含有させることによって、熱伝導性感圧接着剤組成物(M)を成形して得られる熱伝導性感圧接着性シート(S)の熱伝導性を向上させることができる。
なお、本発明においてピーク粒径とは、特に断りがない限り以下の方法で計測したものを意味する。
試料(粒径の測定対象物)が分散している溶液に光を照射すると、光は試料により散乱される。この散乱光の強度及び角度は、懸濁粒子の大きさに大きく依存されるため、散乱光の強度分布を検出することにより、粒度分布が求められる。この粒度分布曲線におけるピークに対応する粒径を当該試料のピーク粒径とする。
本発明に用いる膨張化黒鉛粉(C)の例としては、酸処理した黒鉛を500℃〜1200℃にて熱処理して100ml/g〜300ml/gに膨張させ、次いで、粉砕することを含む工程を経て得られたものを挙げることができる。より好ましくは、黒鉛を強酸で処理した後アルカリ中で焼結し、その後再度強酸で処理したものを500℃〜1200℃にて熱処理して、酸を除去すると共に100ml/g〜300ml/gに膨張させ、次いで、粉砕することを含む工程を経て得られたものを挙げることができる。上記熱処理の温度は、特に好ましくは800℃〜1000℃である。
本発明に用いるリン酸エステル(O)は、25℃における粘度が3000mPa・s以上である。リン酸エステル(O)の粘度が低すぎる場合は、熱伝導性感圧接着性シート(S)の成形性が悪くなる。なお、本発明においてリン酸エステルの「粘度」とは、以下に説明する方法によって測定した粘度を意味する。
リン酸エステルの粘度測定には、B型粘度計(東京計器株式会社製)を用いて、以下に示す手順で行う。
(1)常温の環境でリン酸エステルを300ml計量し、500mlの容器に入れる。
(2)攪拌用ロータNo.1、2、3、4、5、6、7から、いずれかを選択し、粘度計に取り付ける。
(3)リン酸エステルが入った容器を粘度計の上に置き、ロータを該容器内の縮合リン酸エステルに沈める。このとき、ロータの目印となる凹みが丁度、リン酸エステルの液状界面にくるように沈める。
(4)回転数を20、10、4、2の中から選択する。
(5)攪拌スイッチを入れ、1分後の数値を読み取る。
(6)読み取った数値に、係数Aを掛け算した値が粘度[mPa・s]となる。
なお、係数Aは、下記表1に示すように、選択したロータNo.と回転数とから決まる。
本発明の熱伝導性感圧接着剤組成物(M)には、任意成分として発泡剤(F)を所定量含有させることができる。熱伝導性感圧接着剤組成物(M)に発泡剤(F)を含有させることによって、該熱伝導性感圧接着剤組成物(M)から得られる熱伝導性感圧接着性シート(S)の柔軟性をさらに向上させることができる。
本発明の熱伝導性感圧接着剤組成物(M)には、これまでに説明したもの以外に、任意成分としてその他の難燃性熱伝導無機化合物(N)を加えることもできる。本発明に用いることができる、難燃性熱伝導無機化合物(N)は、熱伝導性を有し、熱伝導性感圧接着剤組成物(M)から得られる熱伝導性感圧接着性シート(S)の難燃性を向上させることができる無機化合物であれば特に限定されない。難燃性熱伝導無機化合物(N)の具体例としては、上記の金属の水酸化物または金属塩水和物(H1)及び金属の水酸化物または金属塩水和物(H2)のBET比表面積の範囲に含まれない、金属の水酸化物または金属塩水和物(例えば、水酸化アルミニウム、水酸化ガリウム、水酸化インジウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム、2水和石膏、ホウ酸亜鉛水和物、カオリンクレー、アルミン酸カルシウム水和物、炭酸カルシウム水和物、炭酸アルミニウム水和物、ドーソナイトなど。)が挙げられる。難燃性熱伝導無機化合物(N)としては、これらの中から一種を単独で使用してもよく、二種以上を併用してもよい。
本発明の熱伝導性感圧接着剤組成物(M)には、任意成分として、ガラス繊維(G)を所定量含有させるができる。熱伝導性感圧接着剤組成物(M)にガラス繊維(G)を含有させることによって、熱伝導性感圧接着剤組成物(M)から得られる熱伝導性感圧接着性シート(S)の絶縁性を向上させることができる。
本発明の熱伝導性感圧接着剤組成物(M)には、これまでに説明したもの以外に、任意成分として、熱伝導性無機化合物を含有させることができる。当該熱伝導性無機化合物の具体例としては、PITCH系炭素繊維が挙げられる。PITCH系炭素繊維とは、ピッチ(石油、石炭、コールタールなどの副生成物)を原料とする炭素繊維であり、熱伝導率が高いという特長を有する。熱伝導性感圧接着剤組成物(M)にPITCH系炭素繊維が含有される場合、その含有量は、重合体(P)を100質量部として、好ましくは20質量部以下、より好ましくは15質量部以下、さらに好ましくは10質量部以下であることが望ましい。PITCH系炭素繊維の含有量が20質量部を超えると、熱伝導性感圧接着剤組成物(M)から得られる熱伝導性感圧接着性シート(S)の絶縁破壊強さが劣る傾向にある。
熱伝導性感圧接着剤組成物(M)には、さらに、必要により、外部架橋剤、顔料、その他の充填材、老化防止剤、増粘剤、などの公知の各種添加剤を、本発明の効果を損なわない範囲で含有させることができる。
熱伝導性感圧接着剤組成物(M)には、感圧接着剤としての凝集力を高め、耐熱性などを向上させるために、外部架橋剤を添加して、重合体(P)に架橋構造を導入することができる。
顔料としては、カーボンブラックや、二酸化チタンなど、有機系、無機系を問わず使用できる。その他の充填材としては、クレーなどの無機化合物などが挙げられる。フラーレンやカーボンナノチューブ、などのナノ粒子を添加してもよい。老化防止剤としては、ラジカル重合を阻害する可能性が高いため通常は使用しないが、必要に応じてポリフェノール系、ハイドロキノン系、ヒンダードアミン系などの酸化防止剤を使用することができる。増粘剤としては、アクリル系ポリマー粒子、微粒シリカなどの無機化合物微粒子、酸化マグネシウムなどのような反応性無機化合物を使用することできる。
本発明の熱伝導性感圧接着剤組成物(M)の製造方法は、少なくとも一種の重合体(P)100質量部、BET比表面積が5m2/g以上の、金属の水酸化物または金属塩水和物(H1)0.8質量部以上70質量部以下、BET比表面積が0.7m2/g以上のアルミナ(L)50質量部以上1200質量部以下、25℃における粘度が3000mPa・s以上であり、かつ大気圧下での15℃以上100℃以下の温度領域において液体であるリン酸エステル(O)25質量部以上150質量部以下、及び、膨張化黒鉛粉(C)2.5質量部以上20質量部以下を含む混合物を作製する工程を有する。当該工程は、熱伝導性感圧接着剤組成物(M)を構成する材料を全て同時に混合させても良いが、膨張化黒鉛粉(C)以外のフィラー成分を重合体(P)に混合する工程(第1混合工程)と、膨張化黒鉛粉(C)を混合する工程(第2混合工程)とを分けることが好ましい。すなわち、第1混合工程において膨張化黒鉛粉(C)以外のフィラー成分と重合体(P)とを含む混合物を作製し、第2混合工程において第1混合工程で得た混合物と膨張化黒鉛粉(C)とを含む混合物を作製することが好ましい。
本発明の熱伝導性感圧接着性シート(S)は、熱伝導性感圧接着剤組成物(M)のシート状の形態物である。熱伝導性感圧接着剤組成物(M)をシート状に成形して、熱伝導性感圧接着性シート(S)とすることができる。熱伝導性感接着剤組成物(M)をシート状に成形する際には、加熱することが好ましい。
上記した本発明の熱伝導性感圧接着性シート(S)は、電子部品の一部として用いることができる。その際、放熱体のような基材上に直接的に成形して、電子部品の一部として提供することもできる。当該電子部品の具体例としては、エレクトロルミネッセンス(EL)、発光ダイオード(LED)光源を有する機器における発熱部周囲の部品、自動車等のパワーデバイス周囲の部品、燃料電池、太陽電池、バッテリー、携帯電話、携帯情報端末(PDA)、ノートパソコン、液晶、表面伝導型電子放出素子ディスプレイ(SED)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、又は集積回路(IC)など発熱部を有する機器や部品を挙げることができる。
厚さ1.0mmの熱伝導性感圧接着性シートを幅13mm×長さ130mmの大きさに裁断した試験片を5本用意した。ブンゼンバーナーの空気及びガスの流量を調整して高さ20mm程度の青色炎をつくり、垂直に支持した試験片の下端にバーナーの炎をあてて(試験片とバーナーの炎と約10mm交わるように)10秒間保った後、試験片をバーナーの炎から離した。その後、試験片の炎が消えれば直ちにバーナーの炎を試験片にあて、更に10秒間保持した後、試験片をバーナーの炎から離した。このようにして試験片にバーナーの炎をあて、有炎燃焼滴下物(ドリップ)の有無を調べた。その結果を表2及び表3に示した。この評価において、ドリップが発生しなかった場合は、難燃性が優れていると言える。
厚さ1.0mmの熱伝導性感圧接着性シートを幅50mm×長さ110mmの大きさに裁断した試験片を用意した。後に説明するように、試験片の表面には離型処理を施したポリエチレンテレフタレートフィルム(以下、「離形PETフィルム」という。)が貼合されている。試験片から離形PETフィルムを剥がし、離形PETフィルムを剥がした面に、空気が入らないようにラップフィルムを貼った。このラップフィルムの大きさは、試験片の粘着面より大きいものであれば良い。そして、このラップフィルムを貼った試験片を用いて熱伝導率を測定した。熱伝導率(単位:W/m・K)の測定は、迅速熱伝導率計(商品名「QTM―500」、京都電子工業株式会社製)を用いて、非定常熱線比較法により行った。なお、リファレンスプレートには、シリコンスポンジ(電流値:1A)、シリコーンゴム(電流値:2A)、及び、石英(電流値:4A)をこの順で使用した。また、熱伝導率が1.5W/m・Kを超えるシートに関しては、リファレンスプレートにシリコーンゴム(電流値:2A)、石英(電流値:4A)、及び、ジルコニア(電流値:6A)をこの順で使用した。その結果を表2及び表3に示した。この評価による結果が1.0W/m・Kより大きければ、熱伝導性が優れていると言える。
厚さ1.0mmの熱伝導性感圧接着性シートを30mm×50mmの大きさに切断した試験片を複数枚用意した。それらの試験片から離形PETフィルムを剥がし、離形PETフィルムを剥がした面にタルクを使用して粉打ちした。厚さが6mm程度になるように試験片を積層し、硬度計(商品名「CL−150」、高分子計器株式会社製)の試料台上に載せた。その後、ダンパーを落として硬度の測定を行った。ダンパーが試料に接してから20秒後の値を測定値として読み取った。測定は23℃雰囲気下で行った。結果を表2及び表3に示した。この評価による結果が50未満であれば、柔軟性が優れていると言える。
厚さ1.0mmの熱伝導性感圧接着性シートを80mm×80mmの大きさに裁断した試験片を用意した。デジタル超高抵抗/微少電流計(商品名「8340A」、株式会社エーディーシー製)に試験片をセットして、該試験片の左右両端に電流を流して抵抗率を測定した。電圧は500Vから開始して測定できる電圧まで徐々に下げていき、測定できる電圧での抵抗率を測定した。なお、チャージ時間は1分とした。該測定を3回行い、その平均値を熱伝導性感圧接着性シートの体積抵抗率(単位:Ω・cm)とした。結果を表2及び表3に示した。この評価による結果が1.0×1010Ω・cm以上であれば、絶縁性が優れていると言える。
厚さ1.0mmの熱伝導性感圧接着性シートを以下に説明する手順で作製するにあたって、生産性を評価した。原料を混合して得た組成物に流動性があり、連続成型しやすかった場合を「○」、組成物に流動性がなく、連続成型しにくかった場合を「×」とした。結果を表2及び表3に示した。
反応器に、アクリル酸2−エチルヘキシル94%とアクリル酸6%とからなる単量体混合物100部、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.03部及び酢酸エチル700部を入れて均一に溶解し、窒素置換後、80℃で6時間重合反応を行った。重合転化率は97%であった。得られた重合体を減圧乾燥して酢酸エチルを蒸発させ、粘性のある固体状の(メタ)アクリル酸エステル重合体を得た。(メタ)アクリル酸エステル重合体の重量平均分子量(Mw)は270,000、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)は3.1であった。重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、テトラヒドロフランを溶離液とするゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより、標準ポリスチレン換算で求めた。
表2及び表3に示すように、各配合物とその量を変更した以外は実施例1と同様にして、熱伝導性感圧接着性シート(S1〜12、SC1〜10)を得た。なお、実施例1では用いていない配合物は、下記の通りである。
・球状アルミナ:昭和電工株式会社製、商品名「AS−10」、BET比表面積:0.5m2/g、ピーク粒径:39μm
・水酸化アルミニウム(3):ナバルテック社製、商品名「アピラール」、タイプ:APYRAL、グレード:120E、積算値50%粒度(d50):0.9μm、BET比表面積:11m2/g
・水酸化アルミニウム(4):日本軽金属株式会社製、商品名「B103」、BET比表面積:3m2/g
・発泡剤:永和化成工業株式会社製、商品名「ネオセルボンN#1000S」、4,4−オキシビス(ベンゼンスルホニルヒドラジド)
・カーボンブラック:ケッチェンブラックインターナショナル株式会社製、商品名「ケッチェンブラックEC」、BET比表面積:800m2/g
実施例で作製したシート(S1)〜(S12)及び比較例で作製したシート(SC1)〜(SC10)の評価結果を表2及び表3に示した。
・比較例1:実施例1のシート(S1)の微細アルミナに代えて球状アルミナを用いた比較例1のシート(SC1)は、難燃性が劣っていた。
・比較例2:微細アルミナの含有量が本発明で規定する範囲に満たない比較例2のシート(SC2)は、難燃性が劣っていた。
・比較例3:微細アルミナの含有量が本発明で規定する範囲を超えた比較例3のシート(SC3)は、柔軟性及び生産性が劣っていた。
・比較例4:水酸化アルミニウム(2)の含有量が本発明で規定する範囲に満たない比較例4のシート(SC4)は、難燃性が劣っていた。
・比較例5:水酸化アルミニウム(2)の含有量が本発明で規定する範囲を超えた比較例5のシート(SC5)は、柔軟性及び生産性が劣っていた。
・比較例6:膨張化黒鉛粉の含有量が本発明で規定する範囲に満たない比較例6のシート(SC6)は、難燃性及び熱伝導率が劣っていた。
・比較例7:膨張化黒鉛粉の含有量が本発明で規定する範囲を超えた比較例7のシート(SC7)は、柔軟性及び絶縁性が劣っていた。
・比較例8:実施例1のシート(S1)の水酸化アルミニウム(2)に代えて、本発明で規定する条件を満たさない水酸化アルミニウム(4)を用いた比較例8のシート(SC8)は、難燃性が劣っていた。
・比較例9:実施例1のシート(S1)の水酸化アルミニウム(2)に代えてCBを用いた比較例9のシート(SC9)は、柔軟性、絶縁性、及び生産性が劣っていた。
・比較例10:リン酸エステルの含有量(リン酸エステル(1)及びリン酸エステル(2)の合計量)が本発明で規定する範囲に満たない比較例10のシート(SC10)は、難燃性が劣っていた。
LED照明(LES7L/K6N−A:日立ライティング株式会社製)を分解し、LEDチップを搭載した基板の裏側に60cm×60cmの各シートを貼り付けて、再度組み立てなおし点灯させた。LED照明を点灯後、60分後のLEDチップ上の拡散板の表面温度をサーモビジョンで測定した。その結果を表4に示した。
上記実施例1のシート(S1)と同様の組成のシート(S1’)を用いて上記測定を行った。
(比較例A)
シートを用いないで上記測定を行った。
(比較例B)
上記比較例6のシート(SC6)と同様の組成のシート(SC6’)を用いて上記測定を行った。
(比較例C)
市販の0.5W/m・Kシートを用いて上記測定を行った。
Claims (14)
- 少なくとも一種の重合体(P)100質量部と、
BET比表面積が5m2/g以上の、金属の水酸化物または金属塩水和物(H1)0.8質量部以上70質量部以下と、
BET比表面積が0.7m2/g以上のアルミナ(L)50質量部以上1200質量部以下と、
25℃における粘度が3000mPa・s以上であり、かつ大気圧下で15℃以上100℃以下の温度領域において液体であるリン酸エステル(O)25質量部以上150質量部以下と、
膨張化黒鉛粉(C)2.5質量部以上20質量部以下と、
を含む、熱伝導性感圧接着剤組成物(M)。 - さらにBET比表面積が2m2/g以下の、金属の水酸化物または金属塩水和物(H2)50質量部以上1000質量部以下を含む、請求項1に記載の熱伝導性感圧接着剤組成物(M)。
- 前記リン酸エステル(O)が、組成及び分子量が異なるリン酸エステルを2種以上混合してなるものである、請求項1または2に記載の熱伝導性感圧接着剤組成物(M)。
- 前記重合体(P)が(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)を含んでなるものである、請求項1〜3のいずれかに記載の熱伝導性感圧接着剤組成物(M)。
- 前記(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)が、(メタ)アクリル酸エステル重合体(AP1)の存在下に(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)を重合することにより得られるものである、請求項4に記載の熱伝導性感圧接着剤組成物(M)。
- 少なくとも一種の重合体(P)100質量部、BET比表面積が5m2/g以上の、金属の水酸化物または金属塩水和物(H1)0.8質量部以上70質量部以下、BET比表面積が0.7m2/g以上のアルミナ(L)50質量部以上1200質量部以下、及び、25℃における粘度が3000mPa・s以上であり、かつ大気圧下で15℃以上100℃以下の温度領域において液体であるリン酸エステル(O)25質量部以上150質量部以下を含む混合物を作製する第1混合工程と、
前記第1混合工程で得た前記混合物、及び、膨張化黒鉛粉(C)2.5質量部以上20質量部以下を含む混合物を作製する第2混合工程と、
を有する、熱伝導性感圧接着剤組成物(M)の製造方法。 - 前記第1混合工程において、さらにBET比表面積が2m2/g以下の、金属の水酸化物または金属塩水和物(H2)50質量部以上1000質量部以下を混合させる、請求項6に記載の熱伝導性感圧接着剤組成物(M)の製造方法。
- 前記リン酸エステル(O)として、組成及び分子量が異なるリン酸エステルを2種以上混合してなるものを用いる、請求項6または7に記載の熱伝導性感圧接着剤組成物(M)の製造方法。
- 前記重合体(P)として、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)を含んでなるものを用いる、請求項6〜8のいずれかに記載の熱伝導性感圧接着剤組成物(M)の製造方法。
- 前記(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)として、(メタ)アクリル酸エステル重合体(AP1)の存在下に(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)を重合することにより得られたものを用いる、請求項9に記載の熱伝導性感圧接着剤組成物(M)の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の熱伝導性感圧接着剤組成物(M)をシート状に成形してなる、熱伝導性感圧接着性シート(S)。
- 請求項5に記載の熱伝導性感圧接着剤組成物(M)をシート状に成形しながら、又はシート状に成形した後、該熱伝導性感圧接着剤組成物(M)中の前記(メタ)アクリル酸エステル重合体(AP1)の存在下に該熱伝導性感圧接着剤組成物(M)中の前記(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)を重合することにより得られる、該熱伝導性感圧接着剤組成物(M)の固化したシート状成形体である、熱伝導性感圧接着性シート(S)。
- 請求項11又は12に記載の熱伝導性感圧接着性シート(S)を備えた電子部品。
- エレクトロルミネッセンス(EL)、発光ダイオード(LED)光源を有する機器、自動車のパワーデバイス、燃料電池、太陽電池、バッテリー、携帯電話、携帯情報端末(PDA)、ノートパソコン、液晶、表面伝導型電子放出素子ディスプレイ(SED)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、又は集積回路(IC)である、請求項13に記載の電子部品。
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