JP7144645B2 - 熱伝導性樹脂組成物及び電子機器 - Google Patents
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Description
〔1〕
アニオン性基を有する(メタ)アクリル系単量体単位Aと、カチオン性基を有する(メタ)アクリル系単量体単位Bと、シリコーン(メタ)アクリル系単量体単位Cと、を有する共重合体(a)5~95重量部と、
シリコーン樹脂(b)95~5重量部と、
熱伝導率が10W/mK以上の熱伝導性充填材(c)500~3000重量部と、を含み、
前記共重合体(a)と前記シリコーン樹脂(b)の合計含有量が100重量部である、
熱伝導性樹脂組成物。
〔2〕
前記アニオン性基が、カルボキシ基、リン酸基、及びフェノール性ヒドロキシ基からなる群より選ばれる一種以上を含む、
〔1〕に記載の熱伝導性樹脂組成物。
〔3〕
前記(メタ)アクリル系単量体単位Aが、前記アニオン性基に結合した電子吸引性基をさらに有する、
〔1〕又は〔2〕に記載の熱伝導性樹脂組成物。
〔4〕
前記カチオン性基が、第一級アミノ基、第二級アミノ基、第三級アミノ基、及び第四級アンモニウム塩からなる群より選ばれる一種以上を含む、
〔1〕~〔3〕のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
〔5〕
前記(メタ)アクリル系単量体単位Bが、前記カチオン性基に結合した電子供与性基をさらに有する、
〔1〕~〔4〕のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
〔6〕
前記共重合体(a)の重量平均分子量が、5,000~500,000である、
〔1〕~〔5〕のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
〔7〕
前記(メタ)アクリル系単量体単位A及び前記(メタ)アクリル系単量体単位Bの総含有量が、前記(メタ)アクリル系単量体単位A、前記(メタ)アクリル系単量体単位B、及び前記シリコーン(メタ)アクリル系単量体単位Cの合計100モル%に対して、0.05~90モル%である、
〔1〕~〔6〕のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
〔8〕
前記(メタ)アクリル系単量体単位Aの含有量が、前記(メタ)アクリル系単量体単位A、前記(メタ)アクリル系単量体単位B、及び前記シリコーン(メタ)アクリル系単量体単位Cの合計100モル%に対して、0.03~85モル%である、
〔1〕~〔7〕のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
〔9〕
前記(メタ)アクリル系単量体単位Bの含有量が、前記(メタ)アクリル系単量体単位A、前記(メタ)アクリル系単量体単位B、及び前記シリコーン(メタ)アクリル系単量体単位Cの合計100モル%に対して、0.1~10モル%である、
〔1〕~〔8〕のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
〔10〕
前記シリコーン(メタ)アクリル系単量体単位Cの含有量が、前記(メタ)アクリル系単量体単位A、前記(メタ)アクリル系単量体単位B、及び前記シリコーン(メタ)アクリル系単量体単位Cの合計100モル%に対して、10~99.5モル%である、
〔1〕~〔9〕のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
〔11〕
前記(メタ)アクリル系単量体単位Bに対する前記(メタ)アクリル系単量体単位Aのモル比が、0.01~50である、
〔1〕~〔10〕のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
〔12〕
表面処理剤(d)を、前記熱伝導性充填材(c)100重量部に対して、0.01~5重量部含む、
〔1〕~〔11〕いずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
〔13〕
前記シリコーン樹脂(b)の粘度が、25℃においてせん断速度10sec-1で測定した値として、1~10000mPa・sである、
〔1〕~〔12〕のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
〔14〕
前記シリコーン樹脂(b)が、付加反応性官能基及び縮合反応性官能基を有しない、ポリオルガノシロキサン(b-1-1)を含む、
〔1〕~〔13〕のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
〔15〕
前記シリコーン樹脂(b)が、
分子中に2個以上のアルケニル基を有するポリオルガノシロキサン(b-1-2)と、
分子中に2個以上のSiH基を含有するポリオルガノシロキサン(b-1-3)と、を含む、
〔1〕~〔13〕のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
〔16〕
前記シリコーン樹脂(b)が、
分子中に2個以上の水酸基及び/又はアルコキシ基を有するポリオルガノシロキサン(b-1-4)を含む、
〔1〕~〔13〕のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
〔17〕
前記熱伝導性充填材(c)が、アルミニウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、及びダイヤモンドからなる群より選択される1種以上である、
〔1〕~〔16〕のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
〔18〕
発熱体と、ヒートシンクと、〔1〕~〔17〕いずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物又はその硬化物と、を有し、
前記発熱体と前記ヒートシンクとの間に、前記熱伝導性樹脂組成物又は前記硬化物が配された、
電子機器。
本実施形態の熱伝導性樹脂組成物は、アニオン性基を有する(メタ)アクリル系単量体単位Aと、カチオン性基を有する(メタ)アクリル系単量体単位Bと、シリコーン(メタ)アクリル系単量体単位Cと、を有する共重合体(a)5~95重量部と、シリコーン樹脂(b)95~5重量部と、熱伝導率が10W/mK以上の熱伝導性充填材(c)500~3000重量部と、を含み、共重合体(a)とシリコーン樹脂(b)の合計含有量が100重量部である。
共重合体(a)は、アニオン性基を有する(メタ)アクリル系単量体単位Aと、カチオン性基を有する(メタ)アクリル系単量体単位Bと、シリコーン(メタ)アクリル系単量体単位Cを有する。本実施形態の共重合体(a)は、上記構成を有することにより、高温の状態で長時間保持した場合であっても、熱伝導性充填材(c)の分散性を維持することができる。その理由は、以下のように考えられるが、以下に限定されるものではない。
(メタ)アクリル系単量体単位Aは、アニオン性基を有する繰り返し単位である。アニオン性基としては、特に制限されないが、例えば、カルボキシ基、リン酸基、フェノール性ヒドロキシ基、スルホン酸基が挙げられる。このなかでも、カルボキシ基、リン酸基、及びフェノール性ヒドロキシ基からなる群より選ばれる一種以上であることが好ましい。このような基を有することにより、分散質の分散性がより向上する傾向にある。
(メタ)アクリル系単量体単位Bは、カチオン性基を有する繰り返し単位である。カチオン性基としては、特に制限されないが、例えば、第一級アミノ基、第二級アミノ基、第三級アミノ基、及び第四級アンモニウム塩からなる群より選ばれる一種以上であることが好ましい。このなかでも、第三級アミノ基がより好ましい。このような基を有することにより、分散質の分散性がより向上する傾向にある。
(メタ)アクリル系単量体単位Cは、シリコーン(メタ)アクリル系単量体単位であり、分子中にカチオン性基およびアニオン性基を含まず、シリコーン基を有する(メタ)アクリル系単量体である。
本実施形態の共重合体(a)の製造方法は、特に制限されず、(メタ)アクリル系単量体の公知の重合方法を用いることができる。重合方法としては、ラジカル重合、アニオン重合などが挙げられる。この中でも、ラジカル重合が好ましい。
シリコーン樹脂(b)としては、特に制限されないが、例えば、非硬化型シリコーン樹脂及び硬化型シリコーン樹脂が挙げられる。シリコーン樹脂(b)は、一種単独で用いても、二種以上を併用してもよい。
熱伝導性充填材(c)の熱伝導率は、10W/mK以上であり、好ましくは15~3000W/mKであり、より好ましくは30~2000W/mKである。熱伝導性充填材(c)の熱伝導率が10W/mK以上であることにより、熱伝導性樹脂組成物の熱伝導率がより向上する傾向にある。
本実施形態の熱伝導性樹脂組成物は、熱伝導性充填材(c)を表面処理する表面処理剤(d)をさらに含んでいてもよい。このような表面処理剤(d)を含むことにより、流動性及び熱伝導性充填材の分散性がより向上し、ボイドや割れの発生がより抑制される傾向にある。
本実施形態の電子機器は、発熱体と、ヒートシンクと、上記熱伝導性樹脂組成物又はその硬化物と、を有し、発熱体とヒートシンクとの間に、熱伝導性樹脂組成物又は硬化物が配されたものである。この電子機器においては、発熱体とヒートシンクとが、熱伝導性樹脂組成物を介して、熱的に結合される。
実施例の共重合体の重合には以下の原料を用いた。
(アニオン性基を有する(メタ)アクリル系単量体A)
(A-1)アクリル酸、東亞合成社製
(A-2)4-ヒドロキシフェニルメタクリレート、精工化学社製
(A-3)2-メタクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート、共栄社化学社製「ライトエステルP-1M」
(A-4)2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、東京化成社製
(カチオン性基を有する(メタ)アクリル系単量体B)
(B)メタクリル酸-1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル、ADEKA株式会社製「アデカスタブLA-82」
((メタ)アクリル系単量体C)
(C)α-ブチル-ω-(3-メタクリロキシプロピル)ポリジメチルシロキサン)、JNC社製「サイラプレーンFM-0721」数平均分子量5000
(共重合体1)
共重合体の調製は次の方法で行った。まず、撹拌機付のオートクレーブ内にアクリル酸:15モル%、メタクリル酸-1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル:2.0モル%、α-ブチル-ω-(3-メタクリロキシプロピル)ポリジメチルシロキサン:83モル%からなる(メタ)アクリル系単量体100重量部を添加した。次いで、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル(東京化成社製)を、(メタ)アクリル系単量体の総和100重量部に対して0.05重量部、溶媒としてトルエン(試薬特級)、および2-プロパノール(試薬特級)の体積比=7:3の混合溶液を1000重量部加え、オートクレーブ内を窒素により置換した。その後、オートクレーブをオイルバス中で65℃にて20時間加熱し、ラジカル重合を行った。重合終了後、減圧下に120℃で1時間脱気し、共重合体1を得た。
高速GPC装置:東ソー社製「HLC-8020」
カラム :東ソー社製「TSK guardcolumn MP(×L)」6.0mmID×4.0cm1本、及び東ソー社製「TSK-GELMULTIPOREHXL-M」7.8mmID×30.0cm(理論段数16,000段)2本、計3本(全体として理論段数32,000段)
展開溶媒 :テトラヒドロフラン
ディテクター :RI(示差屈折率計)
表1~4に記載の組成の単量体を用いたこと以外は、共重合体1と同様の方法により、ラジカル重合を行い、共重合体2~13を得た。得られた共重合体2~13における重合率はいずれも98%以上であり、共重合体が有する各単量体単位の比率は、単量体の仕込み比と同程度と推定された。また、重量平均分子量についても上記と同様に求めた。
(シリコーン樹脂(b))
・シリコーンオイル:信越シリコーン社製「KF-96-100CS」、ジメチルシリコーンオイル、粘度100mPa・s
・シリコーンオイル:信越シリコーン社製「KF-96-300CS」、ジメチルシリコーンオイル、粘度300mPa・s
・シリコーンオイル:信越シリコーン社製「KF-96-100万CS」、ジメチルシリコーンオイル、粘度1000000mPa・s
(熱伝導性充填材(c))
・酸化アルミニウム:デンカ株式会社製、「DAW45」、平均粒子径:45μm、熱伝導率35W/mK
・酸化アルミニウム:デンカ株式会社製、「DAW20」、平均粒子径:20μm、熱伝導率35W/mK
・酸化アルミニウム:デンカ株式会社製、「DAW05」、平均粒子径:5μm、熱伝導率35W/mK
・酸化アルミニウム:デンカ株式会社製、「ASFP40」、平均粒子径:0.4μm、熱伝導率35W/mK
・窒化ホウ素 :デンカ株式会社製、「SGP」、平均粒子径:18μm、熱伝導率80W/mK
・窒化アルミニウム:株式会社MARUWA社製、「S―50」、平均粒子径:50μm、熱伝導率170W/mK
・窒化アルミニウム:株式会社MARUWA社製、「A―05-F」、平均粒子径:5μm、熱伝導率170W/mK
・窒化アルミニウム:株式会社MARUWA社製、「A―01-F」、平均粒子径:1μm、熱伝導率170W/mK
・酸化マグネシウム:デンカ株式会社製、「DMG120」、平均粒子径:120μm、熱伝導率60W/mK
(シランカップリング剤)
・n-デシルトリメトキシシラン:ダウ・東レ株式会社製、「DOWSIL Z-6210 Silane」
(実施例1~22及び比較例1~7)
表1~4に示す組成で、共重合体(a)と、シリコーン樹脂(b)と、熱伝導性充填材(c)と、シランカップリング剤を、混合し、樹脂組成物を調製した。得られた各樹脂組成物を用いて以下の評価を行った。その結果を表1~4に示す。
Thermo Scientific社製回転式レオメータMARS IIIにて、上部治具として35mmΦのパラレルプレートを用い、ペルチェ素子にて温度制御が可能な35mmΦ下部プレートの上に、樹脂組成物を載せ、上部治具で厚み1mmまで圧縮し、はみ出した部分はかきとり、25℃にて測定を行った。せん断速度1~10s-1の粘度を測定した。
76mm角の無アルカリガラス板を2枚用意し、一方のガラス板の中心部に直径20mm、厚さ1mmとなるよう樹脂組成物を塗布し、もう一方のガラス板ではさみ込んだ試料を150℃の環境下に保持し、耐熱性試験を実施した。24時間保持後、目視にて割れの有無を確認した。
A:割れ率が0%以上1%未満
B:割れ率1%以上5%未満
C:割れ率5%以上15%未満
D:割れ率15%以上
76mm角のすりガラス上に樹脂組成物0.65gを略円形状に塗布し、150℃のオーブン中にて24時間静置してオーブンより取り出した。ブリードアウトが認められる場合には、略円形状の樹脂組成物の周囲には、液状成分がしみだし灰色の円が形成される。この円の大きさをブリード量の指標とし、白色の樹脂組成物端部の端から灰色の円の端までの距離の最大長をブリードアウト量として評価した。
ヒーターの埋め込まれた直方体の銅製治具で先端が100mm2(10mm×10mm)と、冷却フィンを取り付けた直方体の銅製治具で先端が100mm2(10mm×10mm)との間に、樹脂組成物を挟んで、隙間の厚みを0.05mm~0.30mmの範囲で熱抵抗を測定し、熱抵抗と厚みの勾配から熱伝導率を算出して評価した。熱抵抗は、ヒーターに電力10Wをかけて30分間保持し、銅製治具同士の温度差(℃)を測定し、下記式にて算出した。
熱抵抗(℃/W)={温度差(℃)/ 電力(W)}
Claims (17)
- アニオン性基を有する(メタ)アクリル系単量体単位Aと、カチオン性基を有する(メタ)アクリル系単量体単位Bと、シリコーン(メタ)アクリル系単量体単位Cと、を有する共重合体(a)5~95重量部と、
シリコーン樹脂(b)95~5重量部と、
熱伝導率が10W/mK以上の熱伝導性充填材(c)500~3000重量部と、を含み、
前記共重合体(a)と前記シリコーン樹脂(b)の合計含有量が100重量部であり、
前記(メタ)アクリル系単量体単位Aが、前記アニオン性基として、カルボキシ基、リン酸基、フェノール性ヒドロキシ基、又はスルホン酸基を有し、
前記(メタ)アクリル系単量体単位Bが、前記カチオン性基として、第一級アミノ基、第二級アミノ基、第三級アミノ基、及び第四級アンモニウム塩からなる群より選ばれる一種以上を有し、
前記シリコーン(メタ)アクリル系単量体単位Cが、ポリジメチルシロキサン骨格を有する、
熱伝導性樹脂組成物。 - 前記アニオン性基が、カルボキシ基、リン酸基、及びフェノール性ヒドロキシ基からなる群より選ばれる一種以上を含む、
請求項1に記載の熱伝導性樹脂組成物。 - 前記(メタ)アクリル系単量体単位Aが、前記アニオン性基に結合した電子吸引性基をさらに有する、
請求項1又は2に記載の熱伝導性樹脂組成物。 - 前記(メタ)アクリル系単量体単位Bが、前記カチオン性基に結合した電子供与性基をさらに有する、
請求項1~3のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。 - 前記共重合体(a)の重量平均分子量が、5,000~500,000である、
請求項1~4のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。 - 前記(メタ)アクリル系単量体単位A及び前記(メタ)アクリル系単量体単位Bの総含有量が、前記(メタ)アクリル系単量体単位A、前記(メタ)アクリル系単量体単位B、及び前記シリコーン(メタ)アクリル系単量体単位Cの合計100モル%に対して、0.05~90モル%である、
請求項1~5のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。 - 前記(メタ)アクリル系単量体単位Aの含有量が、前記(メタ)アクリル系単量体単位A、前記(メタ)アクリル系単量体単位B、及び前記シリコーン(メタ)アクリル系単量体単位Cの合計100モル%に対して、0.03~85モル%である、
請求項1~6のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。 - 前記(メタ)アクリル系単量体単位Bの含有量が、前記(メタ)アクリル系単量体単位A、前記(メタ)アクリル系単量体単位B、及び前記シリコーン(メタ)アクリル系単量体単位Cの合計100モル%に対して、0.1~10モル%である、
請求項1~7のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。 - 前記シリコーン(メタ)アクリル系単量体単位Cの含有量が、前記(メタ)アクリル系単量体単位A、前記(メタ)アクリル系単量体単位B、及び前記シリコーン(メタ)アクリル系単量体単位Cの合計100モル%に対して、10~99.5モル%である、
請求項1~8のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。 - 前記(メタ)アクリル系単量体単位Bに対する前記(メタ)アクリル系単量体単位Aのモル比が、0.01~50である、
請求項1~9のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。 - 表面処理剤(d)を、前記熱伝導性充填材(c)100重量部に対して、0.01~5重量部含む、
請求項1~10いずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。 - 前記シリコーン樹脂(b)の粘度が、25℃においてせん断速度10sec-1で測定した値として、1~10000mPa・sである、
請求項1~11のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。 - 前記シリコーン樹脂(b)が、付加反応性官能基及び縮合反応性官能基を有しない、ポリオルガノシロキサン(b-1-1)を含む、
請求項1~12のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。 - 前記シリコーン樹脂(b)が、
分子中に2個以上のアルケニル基を有するポリオルガノシロキサン(b-1-2)と、
分子中に2個以上のSiH基を含有するポリオルガノシロキサン(b-1-3)と、を含む、
請求項1~12のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。 - 前記シリコーン樹脂(b)が、
分子中に2個以上の水酸基及び/又はアルコキシ基を有するポリオルガノシロキサン(b-1-4)を含む、
請求項1~12のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。 - 前記熱伝導性充填材(c)が、アルミニウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、及びダイヤモンドからなる群より選択される1種以上である、
請求項1~15のいずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物。 - 発熱体と、ヒートシンクと、請求項1~16いずれか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物又はその硬化物と、を有し、
前記発熱体と前記ヒートシンクとの間に、前記熱伝導性樹脂組成物又は前記硬化物が配された、
電子機器。
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