JP6941810B2 - 樹脂組成物ならびにそれを用いた電子部品および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、放熱性に優れる樹脂組成物ならびにそれを用いた電子部品および電子機器に関する。

近年、パワーデバイスや半導体パッケージの小型化・高密度化に伴い、機器の発熱密度が高くなっている。そのため、機器内に搭載された電子部品において、動作保証温度を超えないように、部品個々から発生する熱を効率良く放熱させる技術が必要とされている。一般的に、部品個々から発生する熱の放熱手段としては、対流を利用したフィンや熱伝導を利用した熱伝導シートが用いられている。しかしながら、このような従来の放熱対策部材だけでは、高熱密度環境にある発熱デバイスを動作保証温度以下に保持することが困難となってきている。

そこで、スペースを使用せず放熱できる手段として、熱放射を利用した放熱塗料や放熱シート等の樹脂組成物が注目されている。その中でも熱伝導性を付与させた放熱塗料や放熱シート等の樹脂組成物は、発熱部品から生じる熱を効率良く内部に伝導させ、発熱部品と対向する表面から外部へ放出することができるため、非常に高い放熱性を有している。

図６は、従来の方法により作成された樹脂組成物の模式断面図である。熱可塑性樹脂組成物１８は、電子機器やＬＥＤ照明の発熱部によるヒートスポットを解消するために、これらの機器の放熱部材として、これらの機器の面に設置して使用される。例えば、特許文献１に示されるように、熱可塑性樹脂組成物１８は熱可塑性樹脂１５、熱伝導フィラー１６、複合酸化物１７を配合した組成物であり得る。

特開２０１３−２０９５０８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の熱可塑性樹脂組成物１８は、その成型性の観点から熱可塑性樹脂１５全体の体積に対する、熱伝導フィラー１６と複合酸化物１７の合計体積の割合を６５体積％以上とすることができない。そのため、特許文献１に実施例１として示される熱可塑性樹脂組成物１８には、熱可塑性樹脂組成物１８全体の体積に対して５〜１０体積％しか複合酸化物１７が含まれていない。そのため、特許文献１で示された熱可塑性樹脂組成物１８の、組成物表面から外部への熱放射としての放熱は、不十分であると推測される。

本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであって、放熱性に優れる樹脂組成物ならびにそれを用いた電子部品および電子機器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の樹脂組成物には、シリコーン樹脂と、無機フィラーと、無機顔料粒子とが含まれ、前記無機フィラーは熱放射性を有する第一フィラーと熱伝導性を有する第二フィラーとを含み、前記第一フィラーの体積に対する前記第二フィラーの体積の比は２．５以上４．０以下であり、前記無機フィラーはシリコーン樹脂と、無機フィラーと、無機顔料粒子の体積の和に対して、４６．８体積％以上７６．３体積％以下で含まれる。

本発明の一実施形態の樹脂組成物において、前記第一フィラーは、７．８μｍ以上１８μｍ以下の平均粒径を有し、アルミニウム、マグネシウムおよびケイ素からなる群から選択される少なくとも２種の元素を含む酸化物であってよく、前記第二フィラーは、９．５μｍ以上２５μｍ以下の平均粒径と、９２％以上の純度とを有するＳｉＣであってよく、前記無機顔料粒子は、２８ｎｍ以上３９．５ｎｍ以下の平均粒径と、８４ｍ^２/ｇ以上８００ｍ^２/ｇ以下の比表面積とを有するものであってよい。

本発明の一実施形態の樹脂組成物において、前記シリコーン樹脂の質量１００質量部に対して、前記無機顔料粒子が０．１質量部以上２．０質量部以下で含まれていてもよい。

本発明によれば、放熱性に優れる樹脂組成物ならびにそれを用いた電子部品および電子機器が提供される。

図１は、本発明の一実施形態の樹脂組成物を備える発熱デバイスの模式断面図である。 図２は、本発明の一実施形態の樹脂組成物を備える放熱性評価素子の模式断面図である。 図３は、本発明の一実施形態の樹脂組成物を備える放熱性評価ジグの模式断面図である。 図４は、本発明の一実施形態の樹脂組成物を有しない放熱性評価ジグの模式断面図である。 図５は、本発明の一実施形態の電子機器の斜視図である。 図６は、従来の方法により作成された樹脂組成物の模式断面図である。

図１は、本発明の樹脂組成物を備える発熱デバイスの模式断面図である。本発明の樹脂組成物１には、シリコーン樹脂３と、無機フィラーと、無機顔料粒子６とが含まれ、無機フィラーは熱放射性を有する第一フィラー４と熱伝導性を有する第二フィラー５とが含まれる。以下、各成分について詳細に記載する。

（シリコーン樹脂３）
本明細書においてシリコーン樹脂３とは、主鎖にシロキサン結合を有する樹脂をいう。樹脂組成物１にシリコーン樹脂３が含まれることにより、樹脂組成物１が無機フィラーである第一フィラー４および第二フィラー５と、無機顔料粒子６とを内包し、塗膜を形成することができるようになる。本発明の樹脂組成物１は、形成した塗膜をさらに硬化することによって形成される。シリコーン樹脂３には、第一フィラー４および第二フィラー５と、無機顔料粒子６と混合することができ、かつ硬化させることができる任意のシリコーン樹脂３を用いることができる。特に、発熱デバイス７は金属である場合が多いため、シリコーン樹脂３の中でも、金属との密着性が高い樹脂が使用されることが好ましい。本発明に利用可能なシリコーン樹脂３には、例えば、ジメチルシリコーン、メチルフェニルシリコーンおよびメチルハイドロジェンシリコーンを用いることができ、さらに、エポキシ変性、ジアミン変性等の変性シリコンも用いることができるが、これらに限定されず、任意のシリコーン樹脂を用いることができる。より好ましくは、ジメチルシリコーンおよびエポキシ変性のシリコーンを用いることができる。シリコーン樹脂３は、樹脂組成物１全体の体積に対して２３．２体積％以上５２．１体積％以下の割合で、樹脂組成物１に含まれることが好ましい。

（無機フィラー）
本明細書において無機フィラーとは、樹脂に添加される粒子であって、例えばセラミックスである粒子をいう。樹脂組成物１に無機フィラーが含まれることにより、発熱デバイス７において発生した熱を樹脂組成物１中で効率よく伝達し、大気中に放出することができるようになる。樹脂組成物１全体の質量に対する無機フィラーの含有率は、４６．８体積％以上７６．３体積％以下であることが好ましい。無機フィラーの含有率が、４６．８体積％以上であることにより、樹脂組成物１中に無機フィラー同士が接触して存在しやすくなり、樹脂組成物１中の熱伝導性が大きくなるため、樹脂組成物１の表面層における熱放射の効率が改善される。また、無機フィラーの含有率が７６．３体積％以下であることにより、発熱デバイス７とシリコーン樹脂３が密着している面積が十分に確保され、発熱デバイス７に対する樹脂組成物１の密着性が改善される。本発明において、無機フィラーは熱放射性を有する第一フィラー４と熱伝導性を有する第二フィラー５とを含む。

（第一フィラー４と第二フィラー５の配合比）
第一フィラー４と第二フィラー５とは、第一フィラー４に対する第二フィラー５の体積比が２．５以上４．０以下となるように、本発明の樹脂組成物に含まれる。第一フィラー４に対する第二フィラー５の体積比が２．５以上であることにより、第二フィラー５の含有量が少なくなりすぎず、樹脂組成物１が十分な熱伝導性を有するようになり、樹脂組成物１の表面層での熱放射の効率を維持することができる。また、第一フィラー４に対する第二フィラー５の体積比が４．０以下であることにより、樹脂組成物１の表面層に分布する第一フィラー４の割合が少なくなりすぎず、樹脂組成物１の表面層での熱放射の効率を維持することができる。第一フィラー４と第二フィラー５について、以下により詳細に記載する。

（第一フィラー４）
第一フィラー４は熱放射性を有する無機フィラーである。本明細書において、熱放射性とは、熱伝達の１つの手段である熱放射を利用して放熱することができる性質をいい、熱放射性を有する第一フィラー４が樹脂組成物１に含まれることにより、樹脂組成物１の表面から、発熱デバイス７から生じた熱を空気中に効率よく放射することができるようになる。本明細書に記載される熱放射性は、簡易型放射率測定装置等を用いて遠赤外線放射率を測定することにより評価することができるが、これに限定されず、任意の他の方法を用いることもできる。例えば、第一フィラー４の遠赤外線放射率は、電子部品２の熱移動に寄与する波長域である５〜２０μｍにおいて０．８以上であることが好ましい。ここで、遠赤外線放射率とは、もっとも理想状態に近い黒体放射を１とした場合、理想状態に対する値を０〜１の範囲で示したものである。樹脂組成物１の遠赤外線放射率は樹脂組成物１の表面近くに存在する第一フィラー４だけでなく、シリコーン樹脂３にも影響される。一般的に樹脂の遠赤外線放射率は０．６以上０．８以下である。そのため、第一フィラー４の遠赤外線放射率はシリコーン樹脂３よりも大きい値である０．８以上であることが好ましい。第一フィラー４の遠赤外線放射率が、電子部品２の熱移動に寄与する波長域である５〜２０μｍにおいて０．８以上であることによって、シリコーン樹脂３の遠赤外線放射率の影響を受けにくくなり、十分な熱放射の効率を有する樹脂組成物１が得られるようになる。

樹脂組成物１の遠赤外線放射率を０．９以上とするために、第一フィラー４は、アルミニウム、マグネシウムおよびケイ素からなる群から選択される少なくとも２種の元素を含む酸化物であることが好ましい。第一フィラー４がこのような酸化物であることにより、組成に起因する遠赤外線放射率のピークが重なる。そのため、電子部品２の熱移動に寄与する波長域である５〜２０μｍの遠赤外線放射率の平均値を０．９以上とすることができる。アルミニウム、マグネシウムおよびケイ素からなる群から選択される少なくとも２種の元素を含む酸化物である第一フィラー４としては、マグネシウムケイ酸塩であるタルクやコージェライト、マグネシウム−アルミニウム系炭酸塩であるハイドロタルサイト、アルミノケイ酸塩であるゼオライトやベントナイトなどが使用されることが好ましい。これらの酸化物が使用されることにより、第一フィラー４は熱伝導性においても優れた特性を示し得る。

さらに、第一フィラー４の平均粒径は７．８μｍ以上１８μｍ以下であることが好ましい。第一フィラー４の平均粒径が７．８μｍ以上であることにより、粒子の表面積が大きくなりすぎず、混練時のシリコーン樹脂３との好適な濡れ性を維持することができる。これにより、シリコーン樹脂３と第一フィラー４とを十分に混練することができ、無機フィラーが凝集した状態で存在するために樹脂組成物１の熱伝導性が不十分となることを防ぐことができる。また、第一フィラー４の平均粒径が１８μｍ以下であることにより、第二フィラー５よりも第一フィラー４のほうが有意に小さくなるため、発熱デバイス７に接する面と対向する樹脂組成物１の面付近に第一フィラー４が分布しやすくなり、大気への熱放射の効率を向上させることができる。

本明細書において平均粒径とは、体積基準で粒度分布を求め、全体積を１００％とした累積曲線において、累積値が５０％となる点の粒径（Ｄ５０）である。かかる平均粒径は、レーザー回折・散乱式 粒子径・粒度分布測定装置または電子走査顕微鏡を用いて測定することができる。

本発明の第一フィラー４には３．０Ｗ/ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する無機フィラーが好ましく用いられる。本発明の第一フィラー４がこのように優れた熱伝導性を有することにより、発熱デバイス７から発生した熱を効率良く、組成物の厚み方向に移動させることができる。

（第二フィラー５）
第二フィラー５は熱伝導性を有する無機フィラーである。本明細書において、熱伝導性とは、熱伝達の１つの手段である、熱伝導を利用して放熱することができる性質をいい、熱伝導性を有する第二フィラー５が樹脂組成物１に含まれることにより、発熱デバイス７から発生した熱を効率良く、組成物の厚み方向に移動させ、発熱デバイス７から離すことができる。これにより、発熱デバイス７の温度上昇を抑制することが可能となる。本明細書に記載される熱伝導性は、ＳｉＣの純度を評価することによっても評価することができる。

第二フィラー５は、少なくとも９２％以上、好ましくは９６％以上の純度を有するＳｉＣであることが好ましい。第二フィラー５として使用するＳｉＣは薬品処理により高純度化精製を行うことで不純物をより少なくすることができる。第二フィラー５が少なくとも９２％以上の純度を有するＳｉＣであることにより、第二フィラー５の熱伝導率が２００Ｗ/ｍ・Ｋを超え、樹脂組成物１は優れた熱伝導性を有するようになる。このような純度のＳｉＣが使用されることにより、第二フィラー５は熱放射性においても優れた特性を示し得る。

第二フィラー５は、９．５μｍ以上２５μｍ以下の平均粒径を有することが好ましい。第二フィラー５の粒径が、９．５μｍ以上であることにより、第一フィラー４よりも第二フィラー５のほうが有意に大きくなるため、発熱デバイス７に接する樹脂組成物１の面付近に第二フィラー５が分布しやすくなり、発熱デバイス７から発生した熱を効率良く、樹脂組成物１内部に移動させることができるようになる。また、第二フィラー５の平均粒径が２５μｍ以下であることにより、第二フィラー５の間に隙間ができにくくなり、樹脂組成物１内での熱伝導性が低下することを防ぐことができる。第二フィラー５の平均粒径は第一フィラー４の平均粒径よりも大きいことが好ましい。

本発明の第二フィラー５には、電子部品２の熱移動に寄与する波長域において０．８以上の遠赤外線放射率を有する無機フィラーが好ましく用いられる。本発明の第二フィラー５がこのように優れた熱放射性を有することにより、樹脂組成物１の大気と接する側の表面付近に第二フィラー５が充填されても、樹脂組成物１の表面から発熱デバイス７から生じた熱を空気中に効率よく放射できるようになる。

（無機顔料粒子６）
本明細書において無機顔料粒子とは、無機物質を発色成分とする顔料をいう。無機顔料粒子６が樹脂組成物１に含まれることにより、樹脂組成物１内での無機フィラー同士が無機顔料粒子６を介して熱伝導することが可能となり、組成物の厚み方向の熱伝導性が大きくなり、昇温抑制性が高くなる。

無機顔料粒子６は、２８ｎｍ以上３９．５ｎｍ以下の平均粒径を有することが好ましい。無機顔料粒子６の粒径が２８ｎｍ以上であることにより、粒子の表面積が大きくなりすぎず、混練時のシリコーン樹脂３との好適な濡れ性を維持することができる。これにより、シリコーン樹脂３と無機顔料粒子６とを十分に混練することができ、無機顔料粒子６が凝集した状態で存在することを防ぐことができる。一方、３９．５ｎｍ以下であることによっても、無機顔料粒子６が凝集した状態で存在することを防ぐことができる。これにより、無機フィラー同士が直接、または無機顔料粒子６を介して接触していない箇所を減らすことができ、樹脂組成物１の熱伝導性を向上させることができる。

無機顔料粒子６の比表面積は８４ｍ^２/ｇ以上８００ｍ^２/ｇ以下であることが好ましい。無機顔料粒子６の比表面積が８４ｍ^２/ｇ以上であることにより、樹脂組成物１の表面において、熱放射に寄与する放熱面積が増加することとなり、熱放射の効率を向上させることができる。一方、８００ｍ^２/ｇ以下であることにより、粒子の表面積が大きくなりすぎず、混練時のシリコーン樹脂３との好適な濡れ性を維持することができる。これにより、シリコーン樹脂３と無機顔料粒子６とを十分に混練することができ、無機顔料粒子６が凝集した状態で存在することを防ぐことができる。これにより、無機フィラー同士が直接、または無機顔料粒子６を介して接触していない箇所を減らすことができ、樹脂組成物１の熱伝導性を向上させることができる。無機顔料粒子６の比表面積とは、無機顔料粒子６の単位質量あたりの表面積であり、ガス吸着法により測定することができる。

無機顔料粒子６には遠赤外線放射率が０．７以上である粒子を使用することが好ましい。無機顔料粒子６の遠赤外線放射率が０．７以上であることにより、樹脂組成物１の表面から発熱デバイス７から生じた熱を空気中に効率よく放射することができるようになる。遠赤外線放射率が０．７以上である無機顔料粒子６として、具体的には、カーボンブラック、チタンブラック、黒色酸化鉄などを好ましく使用することができる。

本発明の樹脂組成物において、第一フィラー４が、７．８μｍ以上１８μｍ以下の平均粒径を有し、アルミニウム、マグネシウムおよびケイ素からなる群から選択される少なくとも２種の元素を含む酸化物であり、第二フィラー５が、９．５μｍ以上２５μｍ以下の平均粒径と、９２％以上の純度とを有するＳｉＣであり、無機顔料粒子６が、２８ｎｍ以上３９．５ｎｍ以下の平均粒径と、８４ｍ^２/ｇ以上８００ｍ^２/ｇ以下の比表面積とを有することが好ましい。第二フィラー５が上記純度を有するＳｉＣであることにより、第二フィラー５は２００Ｗ/ｍ・Ｋを超える優れた熱伝導率を有するようになる。また、第二フィラー５は上記平均粒径を有しているため、発熱デバイス７に接する樹脂組成物１の面付近に分布しやすく、これにより発熱デバイス７から発生した熱が第二フィラー５へ伝わりやすくなる。さらに、無機顔料粒子６の平均粒径が上記範囲にあることにより、無機顔料粒子６が凝集した状態で存在することを防ぐことができる。これにより、無機顔料粒子６と第二フィラー５とが近接しやすくなり、発熱デバイス７から第二フィラー５へ伝わった熱が、無機顔料粒子６へと伝わりやすくなる。さらに、無機顔料粒子６が凝集しにくいことにより、無機顔料粒子６は第一フィラー４ともまた近接しやすくなるため、第二フィラー５から無機顔料粒子６へ伝わった熱が、第一フィラー４へと伝わりやすくなる。さらに、第一フィラー４の平均粒径が上記範囲にあることにより、発熱デバイス７に接する面と対向する樹脂組成物１の面付近に第一フィラー４が分布しやすくなり、大気への熱放射の効率を向上させることができる。

本発明の樹脂組成物は、既存の電子部品表面に塗布して利用され得る。本発明の電子部品が本発明の樹脂組成物を備えることにより、発熱している電子部品の温度上昇を抑制することができる。

本発明の電子機器は本発明の電子部品を、例えば図５に示すように、電子機器の内部の基板上に備え得る。本発明の電子機器としては、例えば小型軽量で薄型のスマートフォンやタブレット端末、防犯カメラ、デジタルカメラ等が挙げられる。図５に示される電子機器は、樹脂組成物１と、発熱体１２と、基板１３と、タブレット筐体１４とからなる。本発明の電子機器が本発明の電子部品を備えることにより、タブレット筐体１４のような、ファンやヒートシンクを設置することができない電子機器の放熱を効果的に実現することができる。

（実施例１）
第一フィラー４として粒径７．８μｍのコージェライト(丸ス釉薬製、ＳＳ−２００)を準備した。第二フィラー５として純度９９．８％、粒径２５μｍのＳｉＣ(太平洋ランダム製、ＧＦ−５００Ｈ)を準備した。シリコーン樹脂３として主剤ＫＪＲ−９０２２−５、硬化剤Ｃ−９０２２Ｘ−５（信越化学工業製）を準備した。無機顔料粒子６として粒径３４ｎｍ、比表面積８００ｍ^２／ｇのカーボンブラック(ライオン製、ＥＣ３００Ｊ)を準備した。使用するシリコーン樹脂３の質量を３．０質量部とし、これに対して第一フィラー４を３．５４５質量部、第二フィラー５を２４．２７３質量部、無機顔料粒子６を０．００３質量部混合し、得られる樹脂組成物の無機フィラーの含有率が９０．２質量％以上となるように混合液を作製した。

実施例１で使用した第一フィラー４に対する第二フィラー５の密度の比ρ_２／ρ_１は、以下の式１に示されるとおりであった。

作製した混合液は、第一フィラー４を３．５４５質量部、第二フィラー５を２４．２７３質量部の割合で含んでいたため、得られる樹脂組成物における第一フィラー４の体積に対する第二フィラー５の体積の比Ｖ_２／Ｖ_１は、以下の式２に従って算出された。

実施例１で使用した第一フィラー４と、第二フィラー５と、シリコーン樹脂３と、無機顔料粒子６の密度の比ρ_１：ρ_２：ρ_３：ρ_４は、１．７：３．２：１．０２：０．０５であった。作製した混合液は、上述した量の第一フィラー４および第二フィラー５の他に、シリコーン樹脂３を３．０００質量部、無機顔料粒子６を０．００３質量部の割合で含んでいたため、シリコーン樹脂の体積と、無機フィラーの体積と、無機顔料粒子の体積の和に対する、無機フィラーの体積の比（Ｖ_１＋Ｖ_２）／(Ｖ_３＋Ｖ_１＋Ｖ_２＋Ｖ_４)は、以下の式３に従って算出された。

次に、シリコーン樹脂３に無機フィラーと無機顔料粒子６とが十分に混練されるように混合物の粘度を下げるため、分散性を上げる溶剤としてトルエンを、作製した混合液の質量に対し４０質量％添加した。溶剤は、混練のために添加したものであり、塗膜硬化工程においてトルエンは全て揮発するため、樹脂組成物１内には含まれない。メタルマスクとスキージを用いて、金属基板９に混合物を膜厚６０μｍで塗布し、１５０℃の温度で１時間で硬化させることにより、樹脂組成物１を備えた金属基板９である、放熱性評価素子８を作製した。塗布直後の塗布膜の膜圧は６０μｍであったが、塗布膜を硬化させる際の熱によりシリコーン樹脂３の溶剤であるトルエンが揮発するため、樹脂組成物１の膜厚は３６μｍとなった。

上述の手順で得られた放熱性評価素子８を用いて、放熱性評価ジグを作製した。図３は、作製した放熱性評価ジグの断面図である。放熱性評価ジグは、上述の手順で得られた放熱性評価素子８と、ヒーター１０と、樹脂基板１１とからなる。金属基板９には、６０×６０×１ｍｍ厚みの寸法を有するアルミニウム基板を用意した。放熱性評価素子８の裏面に熱電対埋込式のヒーター１０として６０×６０×１０ｍｍ厚みの寸法を有するヒーター１０を、シリコーン放熱グリースにより接着させて搭載した。

（実施例２〜６）
各材料の種類および質量部、第一フィラーおよび第二フィラーの粒径等を表１〜３に記載されるようにそれぞれ変更し、上記方法で放熱性評価素子８を作製し、作製された放熱性評価素子８を、実施例２〜６および比較例２〜１２の評価素子とした。実施例２〜６および比較例１〜１２の放熱性評価素子８についても、実施例１と同様の寸法を有する、図３に示すような放熱性評価ジグを作製した。また、実施例１において使用したものと同一の金属基板９と、ヒーター１０と、樹脂基板１１とを準備して、図４に示すような、本発明の樹脂組成物１が塗布されていない放熱性評価ジグを作製した。これを用いて得られた測定値を比較例１として表１に併記した。

実施例１〜６および比較例１〜１２の放熱性評価素子８に簡易型放射率測定装置（品番：ＴＳＳ−５Ｘ、ジャパンセンサー製）を用いて、各サンプルの遠赤外線放射率を測定した。得られた遠赤外線放射率は、波長域２〜２２μｍでの分光遠赤外線放射率を平均化した値であった。サンプルの遠赤外線放射率が０．９以上を満たすものは○、満たさないものは×と判定し、結果は表１〜３に併記した。

さらに、実施例１〜６および比較例１〜１２の放熱性評価素子８を含む図３の放熱性評価ジグを２５℃に保った恒温槽に設置し、無風状態で、ヒーター１０に電流を流した。比較例１のヒーター１０の温度が１２７.５℃に達するまでヒーター１０にかける電圧を上げ続けた。比較例１のヒーター１０の温度が１２７.５℃に達した時点で、実施例１〜６および比較例２〜１２において、各ヒーター１０の温度と比較例１のヒーター１０の温度差ΔＴを以下の式４で求めた。
ΔＴ＝〔１２７.５（℃）−（各ヒーター１０の温度）（℃）〕・・・・（式４）
実施例１に示した樹脂組成物１を金属基板９に塗布することで、１２７.５℃での昇温抑制の温度差（ΔＴ）は、７．５℃となる。
ここで、昇温抑制率を以下の式５とした。
昇温抑制率＝（ΔＴ）÷１２７．５℃・・・・（式５）
○△×の判断基準としては、シリコーン樹脂３を用いた放熱塗料の多くが昇温抑制率５％前後であるため、昇温抑制率が、３％より小さいものを×、３％以上５％未満を△、５％以上を○と判定した。昇温抑制率は、より大きいほうが好ましいが、３％以上を合格範囲とした。また使う用途にもよるが、昇温抑制率が、３％より小さい場合は、ペースト塗布等のコストを考慮すると、有効な手段とはいえない。

本願発明での放熱性の合格基準として、遠赤外線放射率測定、昇温抑制温度変化測定のそれぞれで、両方○の判定で、総合判定として◎と判定した。両測定の判定のどちらか一方に×がある場合、総合判定として×と判定した。それ以外は総合判定として○と判定した。

表１には、樹脂組成物１に含まれる無機顔料粒子６の使用の有無とその含有量とが評価に及ぼす影響を調べるために実施された実施例を示している。

実施例１は熱放射性および昇温抑制性においていずれも○評価であるのに対して、比較例２では熱放射性および昇温抑制性においていずれも×評価であった。これは、無機顔料粒子６を配合することで、樹脂組成物１内での無機フィラー同士が無機顔料粒子６を介して熱伝導することが可能となり、組成物の厚み方向の熱伝導性が大きくなり、昇温抑制性が高くなったためであると考えられる。このことから、第一フィラー４および第二フィラー５に加え、無機顔料粒子６を配合することが好ましいことが明らかになった。

実施例１および２はいずれも昇温抑制性において○評価であるのに対して、比較例３では昇温抑制性において×評価であった。これは、実施例１および２では無機顔料粒子６の含有率が、シリコーン樹脂３の質量の合計を１００質量部としたときに、２．０質量部以下で含まれるため、樹脂組成物１を混練し作製する工程において、混合物の粘度が高くなりすぎず、金属基板９に塗布する際にボイドが混入しにくいため塗膜内の熱伝導性が小さくなりにくく、熱放射性が低下が抑制されたためであると考えられる。このことから、無機顔料粒子６の含有率は、シリコーン樹脂３の質量の合計１００質量部に対して０．１質量部以上２．０質量部以下であることが好ましいことが明らかになった。

表２には、無機フィラーの平均粒径および配合比等が評価に及ぼす影響を調べるために実施された実施例を示している。

実施例１、３および４においてはいずれも昇温抑制性において△以上の評価であるのに対して、比較例４では昇温抑制性において×評価であった。これは、実施例１、３および４においてはいずれも無機フィラーの含有率は４６．８体積％以上であるため、フィラー同士が接触して存在しやすく、これにより塗膜内での熱伝達率が大きくなるため、樹脂組成物１の放射率が改善され、昇温抑制性が大きくなったものであると考えられる。実施例１、３および４は熱放射性および昇温抑制性においていずれも△以上の評価であり、総合判定が○評価以上であるのに対して、比較例７では熱放射性において×評価であった。これは、実施例１、３および４では無機フィラーの含有率がいずれも７６．３体積％以下であるため、シリコーン樹脂３が十分に含有され、塗布する対象物との十分な密着性が保持されるため、取扱い性が改善されるためであると考えられる。このことから、フィラー含有率は樹脂組成物１全体の体積に対して４６．８体積％以上７６．３体積％以下で含まれることが好ましいことが明らかになった。

また、実施例１、３および４において、第一フィラー４に対する第二フィラー５の体積比は２．５以上であるため、第二フィラー５が十分に含まれており、これにより樹脂組成物１の熱伝導性が大きくなるため、樹脂組成物１の表面層での熱放射の効率が高くなったものと考えられる。実施例１、３および４においてはいずれも熱放射性において○評価であるのに対して、比較例６では熱放射性において×評価であった。これは、実施例１，３および４において、第一フィラー４に対する第二フィラー５の体積比が４．０以下であるため、発熱デバイス７に接する面と対向する樹脂組成物１の面付近に十分な量の第一フィラー４が存在し、これにより樹脂組成物１の放射率が向上したためであると考えられる。このことから、第一フィラー４に対する第二フィラー５の体積比は２．５以上４．０以下であることが好ましいことが明らかになった。

実施例１、３および４においては熱放射性および昇温抑制性においていずれも△以上の評価であるのに対して、比較例５では熱放射性および昇温抑制性においていずれも×評価であった。これは、実施例１，３および４において使用したコージェライトの粒径がいずれも７．８μｍ以上であったため、混練時のシリコーン樹脂３との良好な濡れ性が維持されたために十分に混練することができ、これにより塗膜内で無機フィラーが凝集した状態で存在することを防ぐことができたため、樹脂組成物１の昇温抑制性が改善されたためであると考えられる。また、実施例１、３および４においてはいずれも昇温抑制性において△以上の評価であるのに対して、比較例４では昇温抑制性において×評価であった。これは、実施例１、３および４において使用したコージェライトは粒径いずれも１８μｍ以下であったため、第二フィラー５よりも第一フィラー４のほうが有意に小さくなるため、発熱デバイス７に接する面と対向する樹脂組成物１の面付近に第一フィラー４が分布しやすくなり、大気への熱放射の効率を向上させることができたものであると考えられる。このことから、第一フィラー４の粒径は７．８μｍ以上１８μｍ以下であることが好ましいことが明らかになった。

表３には、第一フィラー４として実施例１と同様の粒径７．８μｍのコージェライトを用い、第二フィラー５として、粒径および純度の異なるフィラーを用いて評価を行った実施例を示している。

実施例２、５および６においてはいずれも昇温抑制性において△以上の評価であるのに対して、比較例９では昇温抑制性において×評価であった。これは、実施例２、５および６で使用した第二フィラー５の純度が９２％以上であり、これにより第二フィラー５として十分な熱伝導性を有したために、優れた昇温抑制性を有したためであると考えられる。実施例２、５および６においてはいずれも昇温抑制性において△以上の評価であるのに対して、比較例８では昇温抑制性において×評価であった。これは、実施例２、５および６で使用した第二フィラー５の粒径が９．５μｍ以上であるため、第一フィラー４よりも第二フィラー５のほうが有意に大きくなるため、発熱デバイス７に接する樹脂組成物１の面付近に第二フィラー５が分布しやすくなり、発熱デバイス７から発生した熱を効率良く、樹脂組成物１内部に移動させることができたためであると考えられる。実施例２、５および６においてはいずれも昇温抑制性において△以上の評価であるのに対して、比較例９では昇温抑制性において×評価であった。これは、実施例２、５および６で使用した第二フィラー５の粒径はいずれも２５μｍ以下であったため、第二フィラー５の間に隙間ができにくくなり、樹脂組成物１の塗膜内での十分な熱伝導性が維持されたため、昇温抑制性が改善されたためであると考えられる。このことから、第二フィラー５は９．５μｍ以上２５μｍ以下の平均粒径と、９２％以上の純度とを有するＳｉＣであることが好ましいことが明らかになった。

実施例２、５および６においてはいずれも昇温抑制性において△以上の評価であるのに対して、比較例１２では昇温抑制性において×評価であった。これは、実施例２、５および６において無機顔料粒子６の粒径が２２ｎｍ以上であるために、混練時のシリコーン樹脂３との良好な濡れ性が維持され、十分に混練することができ、塗膜内で無機フィラーが凝集した状態で存在しにくくなり、樹脂組成物１の昇温抑制性が改善されたものと考えられる。また、実施例２，５および６において、無機顔料粒子６の平均粒径が３９．５ｎｍ以下であるために、無機顔料粒子６の凝集を防ぐことができ、無機フィラー同士が接触してない箇所が少なくなるため、樹脂組成物１が十分な熱伝導性を有し、昇温抑制性が小さくなったものと考えられる。

実施例２、５および６においてはいずれも熱放射性において○評価であるのに対して、比較例１０では熱放射性において×評価であった。これは、実施例２、５および６における無機顔料粒子６の比表面積が８４ｍ^２/ｇ以上であるために、樹脂組成物１の表面において、熱放射に寄与する放熱面積が増加することとなり、熱放射の効率を向上させることができたためであると考えられる。また、実施例２、５および６においてはいずれも熱放射性において○評価であるのに対して、比較例１１では熱放射性において×評価であった。これは、無機顔料粒子６の比表面積が８００ｍ^２/ｇ以下であることにより、粒子の表面積が大きくなりすぎず、混練時のシリコーン樹脂３との好適な濡れ性を維持することができたためであると考えられる。

以上より、シリコーン樹脂３と、無機フィラーと、無機顔料粒子６とを含む本発明の樹脂組成物１は、無機フィラーは熱放射性を有する第一フィラー４と熱伝導性を有する第二フィラー５とを含み、第一フィラー４に対する第二フィラー５の体積比は２．５以上４．０以下であり、無機フィラーは樹脂組成物１全体の体積に対して、４６．８体積％以上７６．３体積％以下で含まれることが好ましいことが明らかになった。上記構成により、きわめて高い遠赤外線放射率を有し、かつ取り扱い性に優れる樹脂組成物１を得ることができる。さらに、本発明の樹脂組成物１は発熱体１２の熱を熱放射により外部へ放熱し、温度上昇を抑制することができる。

本発明の樹脂組成物１は、電子部品２の放熱として利用することができ、ファンやヒートシンクを設置することができない小型軽量で薄型のスマートフォンやタブレット端末の放熱用途にも適用できる。

１ 樹脂組成物
２ 電子部品
３ シリコーン樹脂
４ 第一フィラー
５ 第二フィラー
６ 無機顔料粒子
７ 発熱デバイス
８ 放熱性評価素子
９ 金属基板
１０ ヒーター
１１ 樹脂基板
１２ 発熱体
１３ 基板
１４ タブレット筐体
１５ 熱可塑性樹脂
１６ 熱伝導フィラー
１７ 複合酸化物
１８ 熱可塑性樹脂組成物

Claims (4)

1. シリコーン樹脂と、無機フィラーと、無機顔料粒子とを含む樹脂組成物であって、
   前記無機フィラーは熱放射性を有する第一フィラーと熱伝導性を有する第二フィラー
   とを含み、
   前記第一フィラーに対する前記第二フィラーの体積比は２．５以上４．０以下であり
   、
   前記無機フィラーはシリコーン樹脂と、無機フィラーと、無機顔料粒子の体積の和に
   対して、４６．８体積％以上７６．３体積％以下で含まれ、
   前記第一フィラーが、７．８μｍ以上１８μｍ以下の平均粒径を有し、アルミニウム、
   マグネシウムおよびケイ素からなる群から選択される少なくとも２種の元素を含む酸化物
   であり、
   前記第二フィラーが、９．５μｍ以上２５μｍ以下の平均粒径と、９２％以上の純度と
   を有するＳｉＣであり、
   前記無機顔料粒子が、２８ｎｍ以上３９．５ｎｍ以下の平均粒径と、８４ｍ ^２ /ｇ以上
   ８００ｍ ^２ /ｇ以下の比表面積とを有し、
   前記シリコーン樹脂の質量１００質量部に対して、前記無機顔料粒子が０．０３質量部以上２．０質量部以下で含まれる、樹脂組成物。
2. 前記シリコーン樹脂の質量１００質量部に対して、前記無機顔料粒子が０．１質量部以
   上２．０質量部以下で含まれる、請求項１に記載の樹脂組成物。
3. 請求項１または２に記載の樹脂組成物を備える、電子部品。
4. 請求項３に記載の電子部品を備える、電子機器。

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