KR102478791B1

KR102478791B1 - 저열저항 실리콘 조성물

Info

Publication number: KR102478791B1
Application number: KR1020190063876A
Authority: KR
Inventors: 미츠히로 이와타
Original assignee: 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
Priority date: 2018-05-31
Filing date: 2019-05-30
Publication date: 2022-12-20
Anticipated expiration: 2039-05-30
Also published as: CN110551394B; JP6866877B2; TW202014472A; CN110551394A; TWI808186B; EP3575363A1; US20190367792A1; US10870786B2; KR20190136996A; JP2019210305A; EP3575363B1

Abstract

(A) 특정 동점도의 오가노폴리실록세인; (B) 특정 동점도의 오가노폴리실록세인; (C) 특정 결정 구조를 갖는 α-산화알루미늄이며, 육방 밀집 격자의 육방 격자면에 평행한 최대 입자 직경을 D, 육방 격자면에 수직한 입자 직경을 H라고 했을 때, D/H비가 소정 범위인 입자 형상을 갖고, 특정 평균 입자 직경, 조대입자 특정 함유량 및 특정 순도를 갖는 α-산화알루미늄 분말; 및 (D) 특정 평균 입자 직경 및 조대입자 특정 함유량을 갖는 구상 및/또는 부정 형상산화아연 분말을 포함하는 저열저항 실리콘 조성물로서, 이 저열저항 실리콘 조성물은 특정 열전도율 및 특정 점도를 가진다.

Description

저열저항 실리콘 조성물{Low Heat Resistance Silicone Composition}

관련 출원의 상호 참조

이 비-임시 출원은 35 U.S.C. §119(a)에 의거 2018년 5월 31일자로 일본에서 제출된 특허출원 No. 2018-104399에 대한 우선권을 주장하며, 이것의 전체 내용은 참고로 여기 포함된다.

기술분야

본 발명은 저열저항 실리콘 조성물에 우수한 절연성과 열전도성을 부여하기 위해 열전도성 충전제를 고충전한 경우에, 유동성 및 양호한 취급성을 유지하고, 또한 고온 또는 고온 및 고습 조건하에서 내구성 및 신뢰성이 우수한 저열저항 실리콘 조성물에 관한 것이다.

전자부품의 대부분은 사용중에 열을 발생하므로, 전자부품을 적절하게 기능하게 하기 위해서는, 전자부품으로부터 열을 제거하는 것이 필요하다. 특히 퍼스널 컴퓨터에 사용되고 있는 중앙처리장치(CPU) 등의 집적회로 소자는 동작 주파수의 고속화에 따라 발열량이 증대하고 있어, 열 대책이 중요한 문제가 되고 있다.

열을 제거하는 수단으로서 많은 방법이 제안되었다. 특히 발열량이 많은 전자부품에 대해, 특허문헌 1 및 2는 전자부품과 히트 싱크 등의 부재와의 사이에 열전도성 그리스 조성물이나 열전도성 시트 등의 열전도성 재료를 개재시켜 열을 빠져나가게 하는 방법을 제안한다. 그러나, 특별히 사양 두께가 크게 다른 개소의 방열에는 만족할 만한 것이 아니었다.

또한, 이러한 열전도성 재료로서 특허문헌 3 및 4는 실리콘 오일을 베이스로 사용하고, 산화아연이나 알루미나 분말을 혼합한 방열 그리스 조성물을 제안한다. 그러나, 200℃에서의 내열성이 불만족이었다.

열전도성을 향상시키기 위해, 특허문헌 1은 질화알루미늄 분말을 사용한 열전도성 재료로서, 액상 오가노실리콘 캐리어, 실리카 파이버, 및 덴드라이트 형상 산화아연, 박편 형상 질화알루미늄 및 박편 형상 질화 붕소로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는 요변성(thixotropic) 열전도 재료를 개시한. 특허문헌 5는, 특정 오가노폴리실록세인에 일정 입경 범위의 구상 육방정계 질화알루미늄 분말을 혼합하여 얻은 실리콘 그리스 조성물을 개시한다. 특허문헌 6은, 입경이 작은 질화알루미늄 분말과 입경이 조대한 질화알루미늄 분말을 조합 첨가한 열전도성 실리콘 그리스 조성물을 개시한다. 특허문헌 7은, 질화알루미늄 분말과 산화아연 분말을 조합 첨가한 열전도성 실리콘 그리스 조성물을 개시한다. 특허문헌 8은, 오가노실란으로 표면 처리한 질화알루미늄 분말을 사용한 열전도성 그리스 조성물을 개시한다. 그러나, 이들 조성물은 어느 경우도 내구성 및 신뢰성의 관점에서 불만족이었다. 특허문헌 9는, 실리콘 수지, 다이아몬드, 산화아연 및 분산제를 함유하는 열전도성 실리콘 조성물을 개시한다. 그러나, 이 조성물은 특히 내열후 특성이 불만족이었다. 질화알루미늄의 열전도율은 70∼270W/(m·K)이며, 다이아몬드의 열전도율은 질화알루미늄보다 높고 900∼2,000W/(m·K)이다.

또한 금속은 열전도율이 높으며, 전자부품의 절연을 필요로 하지 않는 개소에는 사용 가능하다. 특허문헌 10은, 실리콘 오일 등의 베이스 오일에 금속 알루미늄 분말을 혼합하여 얻은 열전도성 그리스 조성물을 개시한다. 그러나, 이 조성물은 절연성이 없는 점에서 불만족이었다.

또한, 어느 열전도성 재료 및 열전도성 그리스 조성물도 최근에는 CPU 등의 집적회로 소자의 발열량에는 불충분한 것이 되었다.

맥스웰 및 브루게만의 이론식으로부터도 명백한 바와 같이, 실리콘 오일에 열전도성 충전제를 혼합하여 얻은 재료의 열전도율은 열전도성 충전제의 용적분률이 0.6 이하에서는 이 열전도성 충전제의 열전도율에는 거의 의존하지 않는다. 용적분률이 0.6을 초과하고서 비로소 열전도성 충전제의 열전도율에 영향을 미치게 된다. 즉, 열전도성 그리스 조성물의 열전도성을 높이기 위해서는, 우선은 어떻게 열전도성 충전제를 조성물에 고충전할지가 중요하며, 더 나아가 어떻게 열전도성이 높은 충전제를 조성물에 사용할 수 있을지가 중요하다. 그러나, 고충전에 의해 열전도성 그리스 조성물의 유동성이 저하되고, 도포성, 예를 들어 디스펜스성 및 스크린 프린트성 등의 작업성이 나빠진다. 결과적으로, 실용상 사용할 수 없게 되는 문제가 발생한다. 나아가 유동성이 저하됨으로써 열전도성 그리스 조성물이 전자부품이나 히트 싱크 표면의 미세한 요철에 추종할 수 없다. 결과적으로, 접촉 열저항이 커지는 문제가 발생한다.

지금까지, 고충전을 달성하고, 또한 유동성이 양호한 열전도성 재료를 얻는 것을 목적으로 하여, 열전도성 충전제의 표면을 처리하여 분산성을 향상시키는 알콕시기 함유 오가노폴리실록세인을 열전도성 재료에 혼합하는 것이 연구되었다. 예를 들어, 특허문헌 11 및 특허문헌 12를 참조한다. 그러나, 이들 처리제는 고온 및 고습하에서 가수분해 등에 의해 변질되고, 열전도성 재료의 성능 열화를 유발한다고 하는 결점이 있었다.

이런 점에서, 특허문헌 13은 고온 및 고습하에서도 열전도성 재료의 성능 열화를 억제한 열전도성 실리콘 그리스 조성물을 제안한다. 그러나, 이 목적에 있어서, 열전도성 충전제의 평균 입경의 규정은 있지만, 열전도성 충전제의 형상, 수산기 함유량, 및 조대입자의 규정은 없다. 특히 절연성이 요구되는 용도에는 만족할만한 것이 아니었다.

특허문헌 14는, 특정 평균 구형도, 특정 수산기 함유량, 및 평균 입자 직경이 10∼50㎛로 규정된 구상 산화알루미늄 분말을 함유하는 고열전도성 수지 조성물을 개시하며, 평균 입자 직경이 0.3∼1㎛로 규정된 산화알루미늄 분말이 혼합되고, 각각의 산화알루미늄의 혼합 비율과 체적비가 규정된다. 그러나, 구상 산화알루미늄 분말의 평균 입자 직경이 최대로 50㎛라는 기재는 있지만, 조대입자 직경의 범위나 함유량에 관한 규정은 없다. 또한 고열전도성 수지 조성물을 50㎛ 이하의 박막에 적용하려고 한 경우, 열저항이 불충분한 문제가 있었다.

특허문헌 15는, 평균 입경이 0.1∼100㎛인 알루미나 분말을 함유하는 열전도성 실리콘 조성물을 개시하지만, 구체적인 열전도율이나 점도는 규정되지 않았다. 또한 특허문헌 15는 평균 입경이 5∼50㎛(5㎛는 배제함)인 구상 알루미나 분말과 평균 입경이 0.1∼5㎛인 구상 혹은 부정 형상의 알루미나 분말의 혼합물을 사용해도 된다. 그러나, 각각의 산화알루미늄의 혼합 비율과 중량비가 규정된 열전도성 실리콘 조성물이 제안되었지만, 평균 입경이 큰 구상 알루미나의 평균 구형도 및 수산기 함유량의 규정이 없고, 또한 조대입자 직경의 범위 및 함유량에 관한 규정도 없다. 따라서, 특허문헌 14의 경우와 마찬가지로 열저항이 불충분한 문제가 있었다.

JP-A S56-28264 JP-A S61-157587 JP-B S52-33272 JP-B S59-52195 JP-A H02-153995 JP-A H03-14873 JP-A H10-110179 JP-A 2000-63872 JP-A 2002-30217 JP-A 2000-63873 JP-A 2004-262972 JP-A 2005-162975 JP-B2 4933094 JP-B2 5755977 재공표 No. 2002-092693

본 발명의 목적은 절연성과 고열전도성을 갖고, 또한 우수한 유동성을 유지하며, 따라서 작업성이 양호하고, 나아가 전자부품, 히트 싱크 등의 미세한 요철에 추종하고, 접촉 열저항을 저감시킴으로써, 방열 성능이 우수한 저열저항 실리콘 조성물을 제공하는 것이다. 또한 본 발명은 방열 성능 및 작업성이 우수한 이 저열저항 실리콘 조성물의 고온 또는 고온 및 고습 조건에서 내구성을 향상시키고, 실장시에 있어서의 신뢰성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 평균 입자 직경과 조대입자 함유량이 규정된 다면체 형상을 갖는 α-산화알루미늄을 함유하는 이하에 나타내는 저열저항 실리콘 조성물이 좋은 절연성과 열전도성을 가짐과 아울러, 양호한 유동성을 가지며, 결과적으로 이 저열저항 실리콘 조성물은 접촉 열저항을 저감할 수 있고, 우수한 방열 효과를 발휘하며, 또한 이 저열저항 실리콘 조성물은 고온 또는 고온 및 고습하에서 내구성도 대단히 우수하다는 것을 발견했다.

한 양태에서, 본 발명은:

(A) 하기 일반식 (1):

(식 중, R¹은 각각 독립적으로 비치환 또는 치환의 탄소 원자수 1∼18의 1가 탄화수소기이고, R²는 각각 독립적으로 알킬, 알콕시알킬, 알켄일 또는 아실이고, a는 5∼100의 정수이며, b는 1∼3의 정수이다.)

로 표시되고, 25℃에서의 동점도가 10∼10,000mm²/s인 오가노폴리실록세인 5∼99중량부,

(B) 하기 일반식 (2):

(식 중, R³은 각각 독립적으로 비치환 또는 치환의 탄소 원자수 1∼18의 1가 탄화수소기이며, c는 1.8∼2.2의 수이다.)

로 표시되고, 25℃에서의 동점도가 10∼100,000mm²/s인 오가노폴리실록세인 95∼1중량부,

(단, 성분 (A)와 성분 (B)의 합계량은 100중량부이다.)

(C) 8면 이상의 다면체로 형성된 육방 밀집 격자 결정 구조를 갖는 α-산화알루미늄이며, 상기 육방 밀집 격자의 육방 격자면에 평행한 최대 입자 직경을 D, 육방 격자면에 수직한 입자 직경을 H라고 했을 때, D/H비가 0.3 내지 30인 입자 형상을 갖고, 평균 입자 직경이 0.3∼5㎛이고, 또한 레이저 회절형 입도 분포에서 10㎛ 이상의 조대입자의 함유 비율이 성분 (C) 전체의 1중량% 이하이며, 순도가 99% 이상인 α-산화알루미늄 분말, 및

(D) 평균 입자 직경 0.01㎛ 이상 및 3㎛ 미만이며, 또한 레이저 회절형 입도 분포에서 10㎛ 이상의 조대입자의 함유 비율이 성분 (D) 전체의 1중량% 이하인, 구상 및/또는 부정 형상의 산화아연 분말,

(단, 성분 (C)와 성분 (D)의 중량비는 5/5∼9.5/0.5이며, 성분 (C)와 성분 (D)의 합계량은 조성물 전체의 65∼80체적%이다.)

을 포함하는 저열저항 실리콘 조성물을 제공하며,

이 조성물의 열전도율은 ISO 22007-2 준거의 핫 디스크법에 의해 측정된 바, 2W/m·K 이상 4W/m·K 미만이고, 25℃에서의 점도는 스파이럴 점도계에 의해 측정된 바, 회전수 10rpm에서 5∼800Pa·s이다.

바람직하게, 저열저항 실리콘 조성물은 레이저 플래시법으로 측정한 25℃에서의 열저항이 6mm²·K/W 이하이다.

바람직하게, 저열저항 실리콘 조성물은 130℃/85% RH 분위기하에서 96시간 조성물을 방치 후, 레이저 플래시법으로 측정한 25℃에서의 열저항이 6mm²·K/W 이하이다.

바람직하게, 저열저항 실리콘 조성물은 200℃에서 100시간 조성물을 열 열화한 후, 25℃에서의 점도가 스파이럴 점도계에 의해 회전수 10rpm에서 측정했을 때 1,000Pa·s 이하이다.

바람직하게, 저열저항 실리콘 조성물은 용매에 상기 성분 (A) 및 (B)를 분산 또는 용해할 수 있는 휘발성 용매인 성분 (E)를 상기 성분 (A)와 성분 (B)의 합계량 100중량부에 대하여 100중량부 이하의 양으로 더 포함한다.

바람직하게, 저열저항 실리콘 조성물은

(F) 하기 일반식 (3):

(식 중, R⁴는 각각 독립적으로 탄소 원자수 9∼15의 알킬기이고, R⁵는 각각 독립적으로 비치환 또는 치환의 탄소 원자수 1∼8의 1가 탄화수소기이고, R⁶은 각각 독립적으로 탄소 원자수 1∼6의 알킬기이고, d는 1∼3의 정수이고, e는 0∼2의 정수이며, 단, d+e는 1∼3의 정수이다.)

으로 표시되는 알콕시실레인을 상기 성분 (A)와 성분 (B)의 합계량 100중량부에 대하여 0.1∼50중량부의 양으로 더 포함하며, 성분 (C)와 성분 (D)는 성분 (F)로 표면 처리된다.

바람직하게, 저열저항 실리콘 조성물은 체적 저항률이 1×10⁹Ω·cm 이상이다.

본 발명의 저열저항 실리콘 조성물은 절연성을 가지면서 열전도성이 양호하며, 또한 양호한 유동성이 유지됨으로써 작업성이 우수하다. 또한, 발열성 전자부품 및 방열 부품의 밀착성도 우수하기 때문에, 접촉 열저항을 저감하는 것이 가능하다. 즉, 본 발명의 저열저항 실리콘 조성물을 발열성 전자부품과 방열 부품 사이에 개재시킴으로써, 발열성 전자부품으로부터 발생하는 열을 효율적으로 방열 부품에 방산시킬 수 있다. 또한 본 발명의 저열저항 실리콘 조성물은 고온 또는 고온 및 고습하에서의 내구성도 우수하고, 예를 들면, 일반의 전원, 전자기기 등의 방열, 퍼스널 컴퓨터, 또는 디지털 비디오 디스크 드라이브 등의 전자기기에 사용되는 대규모 집적회로(LSI) 및 CPU 등의 집적회로 소자의 방열에 사용되었을 때, 저열저항 실리콘 조성물이 이들에 대단히 양호한 신뢰성을 부여할 수 있다. 따라서, 본 발명의 저열저항 실리콘 조성물은 발열성 전자부품, 발열성 전자부품을 사용한 전자기기 등의 안정성 및 수명을 대폭 개선할 수 있다.

본 발명의 저열저항 실리콘 조성물은

(A) 하기 식 (1)로 표시되는 오가노폴리실록세인

(B) 하기 식 (2)로 표시되는 오가노폴리실록세인

(C) 특정 산화알루미늄 분말, 및

(D) 특정 산화아연 분말

을 함유하고, 특정 열전도율 및 특정 점도를 갖는 것이다.

[성분 (A)]

성분 (A)는 하기 일반식 (1):

로 표시되고, 25℃에서의 동점도가 10∼10,000mm²/s인 오가노폴리실록세인이다.

저열저항 실리콘 조성물을 얻기 위하여 후술하는 성분 (C)와 성분 (D)의 열전도성 충전제를 본 발명 조성물에 고충전해도, 성분 (A)는 조성물의 유동성을 유지하고, 조성물에 양호한 취급성을 부여한다. 성분 (A)는 1종 단독으로 사용해도, 2종 이상을 병용해도 된다.

R¹은 각각 독립적으로 비치환 또는 치환의 탄소 원자수 1∼18, 특히 1∼10의 1가 탄화수소기이다. R¹의 예들은 직쇄상, 분기쇄상, 환상 알킬기, 알켄일기, 아릴기, 아르알킬기, 및 할로젠화 알킬기를 포함한다. 직쇄상 알킬기의 예들은 메틸, 에틸, 프로필, 헥실, 및 옥틸을 포함한다. 분기쇄상 알킬기의 예들은 이소프로필, 이소부틸, tert-부틸, 및 2-에틸헥실을 포함한다. 환상 알킬기의 예들은 시클로펜틸 및 시클로헥실을 포함한다. 알켄일기의 예들은 비닐 및 알릴을 포함한다. 아릴기의 예들은 페닐 및 톨릴을 포함한다. 아르알킬기의 예들은 2-페닐에틸 및 2-메틸-2-페닐에틸를 포함한다. 할로젠화 알킬기의 예들은 3,3,3-트리플루오로프로필, 2-(노나플루오로부틸)에틸, 및 2-(헵타테카플루오로옥틸)에틸을 포함한다. R¹은 바람직하게는 메틸 또는 페닐이다.

R²는 각각 독립적으로 탄소 원자수 1∼18, 특히 1∼10의 알킬기, 알콕시알킬기, 알켄일기, 또는 아실기이며, 알킬기의 예들은 R¹에 대하여 예시한 것들과 유사한 직쇄상, 분기쇄상, 또는 환상 알킬기를 포함한다. 알켄일기의 예들은 R¹에 대하여 예시한 것들과 유사한 알켄일기를 포함한다. 알콕시알킬기의 예들은 메톡시에틸 및 메톡시프로필을 포함한다. 아실기의 예들은 아세틸 및 옥타노일을 포함한다. R²는 알킬기인 것이 바람직하고, 메틸 또는 에틸인 것이 보다 바람직하다.

하첨자 'a'는 5∼100의 정수이고, 바람직하게는 5∼50의 정수이며, 보다 바람직하게는 5∼30의 정수이다. 하첨자 'b'는 1∼3의 정수이며, 바람직하게는 3이다.

성분 (A)의 25℃에서의 동점도는 10∼10,000mm²/s이며, 10∼5,000mm²/s인 것이 바람직하다. 동점도가 10mm²/s보다 낮으면, 얻어지는 저열저항 실리콘 조성물로부터 오일 블리딩이 발생한다. 동점도가 10,000mm²/s보다 크면, 얻어지는 저열저항 실리콘 조성물의 유동성이 부족하다. 본 발명에서 성분 (A)의 동점도는 오스왈드 점도계에 의해 25℃에서 얻어진 값임이 주지된다.

성분 (A)를 본 발명의 조성물에 첨가하는 양은 5∼99중량부의 범위이며, 15∼85중량부의 범위인 것이 바람직하고, 단 성분 (A)와 후술하는 성분 (B)의 합계량은 100중량부이다. 첨가량이 이 범위 내에 있으면, 본 발명 조성물은 양호한 유동성 및 작업성을 유지하기 쉽고, 후술하는 성분 (C)와 성분 (D)의 열전도성 충전제를 조성물에 고충전하는 것이 용이하다.

또한, 성분 (A)는 5중량부 미만이면, 성분 (C)와 성분 (D)의 열전도성 충전제를 조성물에 고충전할 수 없게 된다. 성분 (A)가 99중량부를 초과하면, 시간 경과로 성분 (A)의 오일 블리딩이 발생한다.

성분 (A)의 비제한적 구체예들이 아래 제시된다.

[성분 (B)]

성분 (B)는 하기 평균 조성식 (2):

로 표시되는 25℃에서의 동점도가 10∼100,000mm²/s인 오가노폴리실록세인이다.

성분 (B)는 본 발명의 저열저항 실리콘 조성물의 점도조정제, 점착성 부여제 등의 특성 부여를 목적으로 사용된다. 성분 (B)는 1종 단독으로 사용해도, 2종 이상을 병용해도 된다.

R³은 각각 독립적으로 비치환 또는 치환의 탄소 원자수 1∼18, 특히 1∼10의 1가 탄화수소기이다. R³의 예들은 메틸, 에틸, 프로필, 헥실, 옥틸, 데실, 도데실, 테트라데실, 헥사데실, 및 옥타데실 등의 알킬기; 시클로펜틸 및 시클로헥실 등의 시클로알킬기; 비닐 및 알릴 등의 알켄일기; 페닐 및 톨릴 등의 아릴기; 2-페닐에틸 및 2-메틸-2-페닐에틸 등의 아르알킬기; 3,3,3-트리플루오로프로필, 2-(퍼플루오로부틸)에틸, 2-(퍼플루오로옥틸)에틸 및 p-클로로페닐 등의 할로젠화탄화수소기를 포함한다. R³으로서, 특히 메틸, 페닐, 또는 탄소수 6∼18의 알킬기가 바람직하고, 메틸 또는 페닐이 보다 바람직하다.

저열저항 실리콘 조성물로서 본 발명 조성물에 요구되는 조도(consistency)의 관점에서, 하첨자 'c'는 1.8∼2.2의 수이며, 보다 바람직하게는 1.9∼2.1의 수이다.

성분 (B)의 25℃에서의 동점도는 10∼100,000mm²/s이며, 보다 바람직하게는 10∼10,000mm²/s이다. 동점도가 10mm²/s보다 낮으면, 얻어지는 저열저항 실리콘 조성물로부터의 액 분리나 오일 블리딩이 발생한다. 동점도가 100,000mm²/s보다 크면, 얻어지는 저열저항 실리콘 조성물의 유동성이 부족하게 되므로 작업성이 나빠지는 문제가 있다. 또한, 성분 (B)의 동점도도 오스왈드 점도계에 의해 25℃에서 측정된 값임이 주지된다.

성분 (B)의 비제한적 구체예들이 아래 제시된다.

성분 (B)를 본 발명의 조성물에 첨가하는 양은 1∼95중량부의 범위이며, 바람직하게는 15∼85중량부의 범위이다(단, 전술한 성분 (A)와 성분 (B)의 합계량은 100중량부이다). 첨가량이 이 범위 내에 있으면, 본 발명 조성물은 양호한 유동성 및 작업성을 유지하기 쉽고, 후술하는 성분 (C)와 성분 (D)의 열전도성 충전제를 조성물에 고충전하는 것이 용이하이다. 성분 (B)가 1중량부 미만이면, 시간 경과로 성분 (A)의 오일 블리딩이 발생한다. 성분 (B)가 95중량부를 초과하면, 성분 (C)와 성분 (D)의 열전도성 충전제를 조성물에 고충전할 수 없게 된다.

[성분 (C)]

본 발명에서 사용되는 성분 (C)는 α-산화알루미늄 분말이다. α-산화알루미늄은 8면 이상의 다면체로 형성된 육방 밀집 격자 결정 구조, 및 상기 육방 밀집 격자의 육방 격자면에 평행한 최대 입자 직경을 D, 육방 격자면에 수직한 입자 직경을 H라고 했을 때, D/H비가 0.3 내지 30인 입자 형상을 가지며, α-산화알루미늄 분말은 평균 입자 직경이 0.3∼5㎛이고, 레이저 회절형 입도 분포에서 10㎛ 이상의 조대입자의 함유 비율이 성분 (C) 전체의 1중량% 이하이며, 순도가 99% 이상이다.

성분 (C)의 α-산화알루미늄은 8면 이상의 다면체로 형성된 육방 밀집 격자 결정 구조를 가지며, 바람직하게는 8면∼20면의 다면체로 형성되고, 실질적으로 8면 및/또는 16면의 다면체로 형성된 결정 구조를 갖는 α-산화알루미늄이 바람직하다. 결정 구조는 하기 화상 회절 장치로 확인할 수 있다.

본 발명에서 성분 (C)의 입자의 형상은 육방 밀집 격자 구조를 갖는 α-산화알루미늄 분말의 육방 격자면에 평행한 최대 입자 직경을 D, 육방 격자면에 수직한 입자 직경을 H라고 했을 때, D/H비가 0.3 이상 및 30 이하의 범위인 것이다. D/H비는 주사형 전자현미경으로 촬영한 입자 이미지를 화상 해석 장치, 예를 들면, JEOL Ltd.제 상표명「JSM-7500F」에 받아들이고, 다음과 같이 하여 측정할 수 있다. 즉, 사진으로부터 그림의 육방 격자면에 평행한 최대 입자 직경을 D, 육방 격자면에 수직한 입자 직경을 H로 하여 측정을 수행한다. 이렇게 측정된 임의의 입자 10개의 각각의 D/H비를 계산하고, 평균값을 D/H로 한다. 본 발명에서 D/H비는 바람직하게는 0.3∼5의 범위이다.

성분 (C)의 D/H비가 0.3 미만이면 수지에의 충전성이 나빠지고, 입자끼리의 접촉이 감소되며, 입자간 접촉 열저항이 증대되고, 열저항이 높아진다. 또한 성분 (C)의 D/H비가 30을 초과하면 입자끼리의 접촉이 현저하게 되고, 조성물 표면의 요철이 커져, 그 결과 계면 열저항이 증대되고, 열저항이 높아진다.

성분 (C)의 평균 입자 직경(일차입자 직경 및/또는 이차입자 직경)은 체적 기준으로 0.3∼5㎛이며, 바람직하게는 0.4∼4㎛이다. 평균 입자 직경이 이 범위 내에 있으면, 성분 (C)의 벌크 밀도가 커지기 쉽고, 비표면적은 작아지기 쉬우므로, 본 발명의 저열저항 실리콘 조성물 중에 성분 (C)를 고충전하기 쉽다. 평균 입자 직경이 0.3㎛보다 작으면, 수지에의 충전성이 나빠져, 점도가 현저하게 높아진다. 한편, 평균 입자 직경이 5㎛ 이상으로 지나치게 크면, 오일 분리가 용이해질 가능성이 있기 때문에, 시간 경과로 열저항이 악화된다.

레이저 회절형 입도 분포로 10㎛ 이상의 조대입자의 함유 비율이 성분 (C) 전체의 1중량% 이하이면, 성분 (C)는 원하는 열저항과 고열전도성을 양립할 수 있다. 한편, 10㎛ 이상의 조대입자의 함유 비율이 성분 (C) 전체의 1중량%를 초과하면, 20㎛ 이하의 두께로 되지 않는 경우가 있고, 또한 원하는 열저항을 달성할 수 없는 경향이 있다. 이러한 조대입자의 함유 비율은 바람직하게는 (C) 성분 전체의 0.5중량% 이하이다.

또한, 본 발명에서 성분 (C)의 체적 기준의 평균 입자 직경은, 예를 들면, Shimadzu Corporation제「레이저 회절식 입도 분석기 SALD-2300」을 사용하여 측정할 수 있다. 평가 샘플은 유리 비이커에 50cc의 순수와 측정하는 열전도성 분말을 5g 첨가하고, 스패튤러를 사용하여 교반하고, 그 후 초음파 세정기로 10분간, 분산 처리를 행한다. 분산 처리를 행한 열전도성 재료의 분말의 용액을 드롭퍼로, 분석기의 샘플러부에 한 방울씩 첨가하고, 흡광도가 측정 가능하게 될 때까지 안정되는 것을 기다린다. 이렇게 하여 흡광도가 안정된 시점에서 측정을 수행한다. 레이저 회절식 입도 분석기에서는, 센서에서 검출한 입자에 의한 회절/산란광의 광강도 분포의 데이터로부터 입도 분포를 계산한다. 평균 입자 직경은 측정되는 입자 직경의 값에 상대 입자량(차분%)을 곱하고, 상대 입자량의 합계(100%)로 나누어 결정된다. 평균 입자 직경은 입자의 평균 직경임이 주지된다. 예를 들면, 성분 (C)의 10㎛ 이상의 조대입자의 함유 비율도 전체의 입도 분포로부터 용이하게 확인할 수 있다.

성분 (C)의 순도는 99% 이상이며, 바람직하게는 99.5% 이상이다. 순도가 이것보다 낮으면 열저항이 높아지는 경향이 있다. 또한, 본 발명에서 성분 (C)의 순도는 JIS K 1410에 근거한 원자 흡광 분광 분석법에 의해 측정한 값이다.

α-산화알루미늄이 8면 이상의 다면체로 형성된 육방 밀집 격자 결정 구조, 및 상기 육방 밀집 격자의 육방 격자면에 평행한 최대 입자 직경을 D, 육방 격자면에 수직한 입자 직경을 H라고 했을 때, D/H비가 0.3 내지 30인 입자 형상을 가지며, α-산화알루미늄 분말이 평균 입자 직경이 0.3∼5㎛이고, 레이저 회절형 입도 분포에서 10㎛ 이상의 조대입자의 함유 비율이 성분 (C) 전체의 1중량% 이하이며, 순도가 99% 이상인 한, 1종의 α-산화알루미늄 분말을 단독으로 사용해도 되고, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 평균 입자 직경이 서로 다른 2종류 이상의 복수 종을 병용해도 된다. 성분 (C)의 혼합 비율은 후술하는 바와 같다.

[성분 (D)]

성분 (D)는 평균 입자 직경 0.01㎛ 이상 및 3㎛ 미만이며, 레이저 회절형 입도 분포에서 10㎛ 이상의 조대입자의 함유 비율이 성분 전체의 1중량% 이하인 구상 및/또는 부정 형상의 산화아연 분말이다.

성분 (D)의 산화아연 분말은 본 발명의 저열저항 실리콘 조성물에서 열전도성 충전제로서 기능한다. 성분 (D)는 1종 단독으로 사용해도, 2종 이상을 병용해도 된다.

성분 (D)의 평균 입자 직경은 체적 기준으로 0.01㎛ 이상 및 3㎛ 미만이며, 바람직하게는 0.01∼2㎛, 보다 바람직하게는 0.01∼1㎛, 더욱 바람직하게는 0.01∼0.5㎛의 범위 내이다. 평균 입자 직경이 이 범위 내에 있으면, (D) 성분의 벌크 밀도가 커지기 쉽고, 비표면적은 작아지기 쉬우므로, 본 발명의 저열저항 실리콘 조성물 중에 (D) 성분을 고충전하기 쉽다. 평균 입자 직경이 0.01㎛보다 작으면, 수지에의 충전성이 나빠지고, 점도가 현저하게 높아진다. 평균 입자 직경이 3㎛ 이상으로 지나치게 크면, 오일 분리가 용이하게 된다.

레이저 회절형 입도 분포에서 10㎛ 이상의 조대입자의 함유 비율이 성분 (D) 전체의 1중량% 이하, 바람직하게는 0.2중량% 이하이면, 성분 (D)는 원하는 열저항과 고열전도성을 양립할 수 있다. 10㎛ 이상의 조대입자의 함유 비율이 성분 전체의 1중량%를 초과하면, 20㎛ 이하의 두께로 되지 않는 경우가 있고, 또한 원하는 열저항을 달성할 수 없게 된다. (D) 성분의 평균 입자 직경 및 조대입자의 함유 비율은 성분 (C)에 대해 설명된 것과 동일한 방식으로 측정된다.

성분 (D)는 구상 및/또는 부정 형상이다. 본 발명의 성분 (D)에서는, 구상 이외의 것을 부정 형상이라고 한다. 예를 들면, 형상이 막대 형상, 바늘 형상, 또는 원반 형상이어도, 그 형상이 본 발명의 효과를 손상시키지 않으면 특별히 한정되지 않는다. 구상 또는 부정 형상을 가진 성분 (D)를 단독으로 사용해도 되고, 구상과 부정 형상을 가진 성분 (D)를 조합하여 사용해도 된다. '구상을 가진 성분 (D)'란 표현은 평균 구형도가 바람직하게는 0.8 이상, 보다 바람직하게는 0.9 이상인 것을 말한다.

(D) 성분의 평균 구형도는 주사형 전자현미경으로 촬영한 입자 이미지를 화상 해석 장치, 예를 들면, JEOL Ltd.사제 상표명「JSM-7500F」에 받아들이고, 다음과 같이 하여 측정할 수 있다. 즉, 입자의 사진으로부터 입자의 투영 면적(X)과 주위 길이(Z)를 측정한다. 주위 길이(Z)에 대응하는 진원의 면적을 (Y)라고 하면, 그 입자의 구형도는 X/Y로서 표시할 수 있다. 따라서, 시료 입자의 주위 길이(Z)와 동일한 주위 길이를 갖는 진원을 상정하면, Z=2πr, Y=πr²(r은 반경이다.)이므로, Y=π×(Z/2π)²이 된다. 다음에, 개개의 입자의 구형도가 구형도=X/Y=X×4π/Z²으로서 산출될 수 있다. 이렇게 얻어진 임의의 입자 100개의 구형도를 구하고, 그 평균값을 평균 구형도로 했다.

(D) 성분의 순도는 99.5% 이상이 바람직하고, Pb나 Cd 등의 불순물의 관점에서 순도는 99.8% 이상이 보다 바람직하다. 순도는 (C) 성분에 대하여 기술한 것과 동일한 방식으로 측정됨이 주지된다.

본 발명의 저열저항 실리콘 조성물 중, (C) 8면 이상의 다면체로 형성된 육방 밀집 격자 결정 구조, 및 육방 격자면에 평행한 최대 입자 직경을 D, 육방 격자면에 수직한 입자 직경을 H라고 했을 때, D/H비가 0.3 내지 30인 입자 형상을 갖는 α-산화알루미늄이고, 평균 입자 직경이 0.3∼5㎛이며, 레이저 회절형 입도 분포에서 10㎛ 이상의 조대입자의 함유 비율이 성분 (C) 전체의 1중량% 이하이고, 순도가 99% 이상인 α-산화알루미늄 분말; 및 (D) 평균 입자 직경 0.01㎛ 이상 및 3㎛ 미만이며, 레이저 회절형 입도 분포에서 10㎛ 이상의 조대입자의 함유 비율이 성분 (D) 전체의 1중량% 이하인 구상 및/또는 부정 형상 산화아연 분말의 혼합 비율은 중량비로 5/5∼9.5/0.5이며, 또한 혼합 비율은 바람직하게 중량비로 6/4∼9/1이다. 성분 (C)의 비율이 중량비로 5보다 작으면 충전제의 충전성이 나빠진다. 반대로, 성분 (C)의 비율이 중량비로 9.5보다 크면 충전제 치밀하게 충전되기 어려워 지고, 열전도성이 감소한다.

본 발명의 저열저항 실리콘 조성물에서 성분 (C)와 성분 (D)의 열전도성 충전제의 총 함유율은 조성물 전체의 65∼80체적%이며, 보다 바람직하게 70∼80체적%이다. 열전도성 충전제의 함유율이 65체적% 미만이면, 실리콘 조성물의 열전도성이 불충분하게 되고, 함유율이 80체적%를 초과하면, 열전도성 충전제의 충전이 곤란하게 된다.

[성분 (E)]

본 발명의 조성물에는, 또한, 성분 (E)로서 용매에 성분 (A) 및 성분 (B)를 분산 혹은 용해할 수 있는 휘발성 용매를 첨가할 수 있다. 본 발명 조성물이 성분 (A) 및 성분 (B)에 더하여, 후술하는 성분 (F)를 더 함유하는 경우에는, 용매에 성분 (F)도 분산 혹은 용해할 수 있는 휘발성 용매인 것이 바람직하다. 성분 (E)는 성분 (A) 및 성분 (B) 및 선택적으로 성분 (F)를 용해 혹은 분산 가능한 한, 어떠한 용매여도 된다. 성분 (E)는 1종 단독이어도 2종 이상을 조합해도 사용할 수 있다.

열전도성 실리콘 조성물의 열전도율은 기본적으로 열전도성 충전제의 충전율에 상관되기 때문에, 열전도성 충전제를 많이 충전하면 할수록 열전도율은 보다 향상된다. 그러나, 당연하지만 열전도성 충전제의 충전량을 높이면, 열전도성 실리콘 조성물 그 자체의 점도가 증대되는 경향이 있고, 전단 작용이 가해졌을 때 조성물의 다일레이턴시(dilatancy)가 강해지는 경향이 있다. 특히 스크린 프린트에서는, 열전도성 실리콘 조성물을 스퀴징할 때, 열전도성 실리콘 조성물에 다일레이턴시가 강하게 발현되면, 열전도성 실리콘 조성물의 유동성이 일시적으로 강하게 억제되기 때문에, 스크린 마스크 및 스크린 메시를 열전도성 실리콘 조성물이 통과할 수 없고, 극단적으로 도포성이 악화될 수 있다. 상기 설명된 대로, 종래는, 열전도성 충전제가 고충전된 고열전도성 실리콘 조성물을 히트 싱크 등에 스크린 프린트로 용이하게, 균일하게, 얇게 설치하는 것이 곤란했다. 본 발명의 저열저항 실리콘 조성물은 높은 충전율로 성분 (C)와 성분 (D)의 열전도성 충전제를 함유하고 있어도, 저열저항 실리콘 조성물이 성분 (E)의 휘발성 용매를 함유하는 경우, 점도가 급격하게 저하되는 경향이 있고, 다일레이턴시도 발현되기 어렵다. 따라서, 도포성이 양호하게 되는 경향이 있으므로, 저열저항 실리콘 조성물로 히트 싱크 등이 스크린 프린트로 용이하게 도포될 수 있다. 도포 후는, 성분 (E)는 상온에서 혹은 적극적으로 가열함으로써 쉽게 휘발된다. 따라서, 본 발명에서는, 열전도성 충전제가 고충전된 저열저항 실리콘 조성물을 히트 싱크 등에 스크린 프린트로 용이하게, 균일하게, 얇게 설치할 수 있다.

성분 (E)의 비점은 80∼260℃의 범위 내인 것이 바람직하다. 비점이 이 범위 내에 있으면, 얻어진 조성물의 도포 작업 중에 조성물로부터 성분 (E)가 빠르게 휘발하는 것을 막기 쉽다. 따라서, 조성물의 점도가 상승하는 것을 억제하기 쉽다. 조성물의 도포성이 쉽게 충분히 확보된다. 조성물의 도포 작업 후 성분 (E)가 조성물 중에 잔존하기 어려우므로, 방열 특성이 향상되기 쉽다.

성분 (E)의 구체예들은 톨루엔, 자일렌, 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥산, n-헥세인, n-헵탄, 부탄올, 이소프로판올(IPA), 및 이소파라핀계 용매를 포함한다. 그 중에서도, 안전면, 건강면 및 작업성의 점에서, 이소파라핀계 용매가 바람직하다. 비점 80∼260℃의 이소파라핀계 용매가 보다 바람직하다.

성분 (E)를 본 발명의 조성물에 첨가하는 경우, 첨가량은 성분 (A)와 성분 (B)의 합계 100중량부에 대하여, 바람직하게는 100중량부 이하, 보다 바람직하게는 75중량부 이하이다. 첨가량이 이 범위 내에 있으면, 성분 (C)와 성분 (D)가 급속하게 침강하는 것을 억제하기 쉬워지기 때문에, 조성물의 보존성이 향상되기 쉽다. 성분 (E)의 첨가량의 하한값은 특별히 제한되지 않지만, 본 발명의 저열저항 실리콘 조성물의 도포성의 관점에서, 1중량부 이상, 특히 5중량부 이상인 것이 바람직하다.

[성분 (F)]

본 발명의 조성물에는, (F) 알콕시실레인이 더 첨가될 수 있다.

성분 (F)는 하기 일반식 (3):

으로 표시되는 알콕시실레인이다.

성분 (F)는 웨터(wetter) 성분이기도 하고, 또한 성분 (A)의 고온 및 고습하에서의 변질을 막는 첨가제이기도 하다. 성분 (C)와 성분 (D)의 열전도성 충전제의 표면을 성분 (F)로 처리함으로써, 성분 (A)의 성분 (C)와 성분 (D)에 대한 젖음성을 더욱 좋게 할 수 있다. 결과적으로, 성분 (F)는 성분 (C)와 성분 (D)의 고충전을 보조한다. 또한 성분 (F)는 성분 (A)와 병용됨으로써 고온 및 고습하에서 수증기와 성분 (A)의 접촉을 억제하도록 작용한다. 그 결과, 성분 (F)는 고온 및 고습 조건에서 가수분해 등을 원인으로 한 성분 (A)의 변질로 인해 본 발명의 저열저항 실리콘 조성물의 성능이 열화되는 것을 방지한다. 성분 (F)는 1종 단독으로 사용해도, 2종 이상을 병용해도 된다.

R⁴는 각각 독립적으로 탄소 원자수 9∼15의 알킬기이다. R⁴의 비제한적 구체예들은 노닐, 데실, 도데실, 테트라데실, 및 펜타데실을 포함한다. 탄소 원자수가 9보다 작으면, 열전도성 충전제(성분 (C) 및 (D))의 젖음성이 불충분하게 되는 경향이 있다. 탄소 원자수가 15보다 크면, 성분 (F)가 상온에서 고화되기 쉬우므로 취급이 불편하게 되는 경향이 있고, 또한 얻어지는 조성물의 내열성 및 난연성이 쉽게 저하될 수 있다.

R⁵는 각각 독립적으로 비치환 또는 치환의 탄소 원자수 1∼8의 포화 또는 불포화의 1가 탄화수소기이다. R⁵의 비제한적 구체예들은 메틸, 에틸, 프로필, 헥실, 및 옥틸 등의 알킬기; 시클로펜틸 및 시클로헥실기 등의 시클로알킬기; 비닐 및 알릴 등의 알켄일기; 페닐 및 톨릴 등의 아릴기; 2-페닐에틸 및 2-메틸-2-페닐에틸 등의 아르알킬기; 3,3,3-트리플루오로프로필, 2-(노나플루오로부틸)에틸, 및 p-클로로페닐 등의 할로젠화탄화수소기를 포함한다. 특히 메틸 또는 에틸이 바람직하다.

R⁶은 각각 독립적으로 탄소 원자수 1∼6의 알킬기이다. R⁶의 비제한적 구체예들은 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 및 헥실을 포함한다. 특히 메틸 및 에틸이 바람직하다.

하첨자 'd'는 바람직하게 1∼3의 정수이고, 보다 바람직하게는 1이다. 하첨자 'e'는 0∼2의 정수이다. 단, d+e는 1∼3의 정수이다.

성분 (F)의 비제한적 구체예들이 아래 제시된다.

C₁₀H₂₁Si(OCH₃)₃,

C₁₀H₂₁Si(OC₂H₅)₃,

C₁₂H₂₅Si(OCH₃)₃,

C₁₂H₂₅Si(OC₂H₅)₃,

C₁₀H₂₁Si(CH₃)(OCH₃)₂,

C₁₀H₂₁Si(C₆H₅)(OCH₃)₂,

C₁₀H₂₁Si(CH₃)(OC₂H₅)₂,

C₁₀H₂₁Si(CH=CH₂)(OCH₃)₂, 및

C₁₀H₂₁Si(CH₂CH₂CF₃)(OCH₃)₂

성분 (F)를 첨가하는 경우, 성분 (F)의 첨가량은 제한되지 않지만, 바람직하게는 성분 (A)와 성분 (B)의 합계 100중량부에 대하여 0.1∼50중량부이고, 보다 바람직하게는 1∼20중량부이다. 첨가량이 이 범위 내에 있으면, 첨가량에 따라 웨터 효과 및 내고온고습 효과가 증대되는 경향이 있고, 이 경우 경제적이다. 한편, 성분 (F)에는 약간 휘발성이 있으므로, 성분 (F)를 함유하는 저열저항 실리콘 조성물을 개방계에서 방치해 두면, 조성물로부터 성분 (F)가 증발하여 조성물이 서서히 단단해질 수 있다. 그러나, 첨가량이 이 범위 내에 있으면 이러한 현상이 쉽게 방지될 수 있다.

성분 (F)로 성분 (C) 및 성분 (D)를 표면 처리하는 경우의 처리 방법으로서는 유체 노즐을 사용한 분무 방식, 전단력이 있는 교반 방식, 볼밀, 믹서 등의 건식법, 또는 수계 또는 유기 용제계 등의 습식법을 채용할 수 있다. 교반 방법은 구상 산화알루미늄 분말의 파괴가 일어나지 않을 정도로 하여 행하는 것이 중요하다. 건식 방법에서 시스템 온도 또는 처리 후 건조 온도는 표면 처리제의 종류에 따라 표면 처리제가 휘발하거나 분해하지 않는 범위에서 적당히 결정되며, 80∼180℃이다. 또한 성분 (A), (B)와 함께 성분 (C), (D)를 가열 혼합 후, 얻어진 혼합물을 냉각하고, 냉각된 혼합물에 성분 (F)를 첨가하는 방법을 채용할 수도 있다.

[그 밖의 첨가제]

본 발명의 저열저항 실리콘 조성물에는, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서, 선택적 성분으로서 통상 사용되는 첨가제, 충전제 등을 더욱 첨가할 수 있다. 구체적으로는, 불소 변성 실리콘 계면활성제; 착색제로서 카본블랙, 이산화티타늄, 벵갈라 등; 난연성 부여제로서 백금 촉매, 산화철, 산화티타늄, 산화세륨 등의 금속 산화물; 금속 수산화물 등을 첨가해도 된다. 또한 열전도성 충전제의 고온시에서의 침강방지제로서 침강성 실리카, 및 소성 실리카 등의 미분말 실리카, 요변성 향상제 등이 선택적으로 첨가된다.

[조성물의 조제]

본 발명의 저열저항 실리콘 조성물은 전술한 성분을 도우 믹서(니더), 게이트 믹서, 또는 플래니터리 믹서 등의 믹서를 사용하여 혼합함으로써 조제된다. 이렇게 얻어진 조성물은 대폭적인 열전도율의 향상과 양호한 작업성, 내구성, 신뢰성을 갖는다.

[열전도율]

본 발명의 저열저항 실리콘 조성물의 25℃에서의 열전도율은 ISO 22007-2 준거의 핫 디스크법에 의해 측정된 바, 2W/m·K 이상 및 4W/m·K 미만이며, 바람직하게는 2.5∼3.5W/m·K이다. 열전도율이 이 범위보다 작으면 원하는 발열 전자부품의 열 특성이 나빠진다. 열전도율이 지나치게 크면 조성물의 도포성이 곤란하게 된다. 본 발명에서 조성물의 열전도율은, 예를 들면, KYOTO ELECTRONICS MANUFACTURING CO., LTD.제 상표명「TPS 2500S」를 사용하여 측정된 수 있다.

[점도]

본 발명의 저열저항 실리콘 조성물의 25℃에서의 점도는 스파이럴 점도계에 의해 회전수 10rpm에서 측정했을 때 5∼800Pa·s이고, 바람직하게는 5∼750Pa·s 이하이며, 보다 바람직하게는 5∼500Pa·s 이하이다. 점도가 이 범위 내에 있으면, 얻어지는 조성물은 양호한 유동성을 갖는 경향이 있고, 따라서 디스펜스성 또는 스크린 프린트성 등의 작업성이 향상되기 쉬워, 조성물을 기재에 얇게 도포하는 것이 쉽게 용이하게 된다. 본 발명의 조성물의 점도는, 예를 들면, Malcolm Co., Ltd.제 상표명「타입 PC-10AA」를 사용하여 측정될 수 있다.

또한, 본 발명의 저열저항 실리콘 조성물은 200℃에서 100시간 건조기를 사용하여 열 열화시킨 후, 상기와 유사한 방식으로 25℃에서 측정한 점도가 1,000Pa·s 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 700Pa·s 이하, 더욱 바람직하게는 500Pa·s 이하이다. 이러한 비경화형이며 요변성을 가짐으로써 발열 전자부품의 신뢰성을 확보할 수 있다.

[열저항]

본 발명의 저열저항 실리콘 조성물의 레이저 플래시법으로 측정한 25℃에서의 열저항은 6mm²·K/W 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5mm²·K/W 이하이다.

또한, 본 발명의 저열저항 실리콘 조성물은 130℃/85% RH 분위기하에서 96시간 방치 후에, 레이저 플래시법으로 측정한 25℃에서의 열저항이 6mm²·K/W 이하인 것이 바람직하고, 특히 5mm²·K/W 이하인 것이 바람직하다. 열저항이 이 범위 내에 있으면, 본 발명 조성물은, 발열량이 큰 발열체에 적용한 경우에도, 발열체로부터 발생하는 열을 효율적으로 방열 부품에 방산시킬 수 있다. 레이저 플래시법에 의한 열저항의 측정은 ASTM E 1461에 준거하여 수행될 수 있음이 주지된다.

[체적 저항률]

본 발명의 저열저항 실리콘 조성물은 JIS K 6911에 준거한 방법에 의해 측정한 체적 저항률이 1×10⁹Ω·cm 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1×10¹⁰Ω·cm 이상이다. 이 범위 내이면, 본 발명의 조성물은 절연성을 확보할 수 있다.

[조성물의 용도]

본 발명의 저열저항 실리콘 조성물은 발열체나 방열체에 도포된다. 발열체의 예들은 일반의 전원; 전원용 파워 트랜지스터, 파워 모듈, 서미스트, 열전대, 온도센서 등의 전자기기; 및 LSI 및 CPU 등의 집적회로 소자 등의 발열성 전자부품 등을 포함한다. 방열체의 예들은 히트 스프레더, 히트 싱크 등의 방열 부품; 히트 파이프, 및 방열판을 포함한다. 도포는, 예를 들면, 스크린 프린트에 의해 행할 수 있다. 스크린 프린트는, 예를 들면, 메탈 마스크 혹은 스크린 메시에 의해 수행될 수 있다. 본 발명의 조성물을 발열체 및 방열체 사이에 개재시켜 도포함으로써, 발열체로부터 방열체에 효율적으로 열을 전도시킬 수 있으므로, 발열체로부터 효과적으로 열을 제거할 수 있다.

[실시예]

이하, 실시예 및 비교예를 제시하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1∼5, 비교예 1∼5]

우선, 본 발명의 조성물을 조제하기 위해 이하의 각 성분을 준비했다.

(A) 규소 원자에 결합한 알콕시기를 갖는 오가노폴리실록세인

A-1: 하기 식으로 표시되는 동점도가 30mm²/s인 오가노폴리실록세인

(B) 오가노폴리실록세인

B-1: 하기 식으로 표시되는 동점도가 500mm²/s인 오가노폴리실록세인

(C) 산화알루미늄 분말

또한, 여기에서 나타낸 평균 입자 직경은 레이저 회절형 입도 분포에서 얻어진 입도 분포 전체로부터 산출했다. 또한 조대입자 함유율은 레이저 회절형 입도 분포에서 얻어진 입도 분포 전체에 대한 10㎛ 이상의 조대입자의 함유 비율이다.

(D) 산화아연 분말

(D-1) 부정형 산화아연 분말(평균 입자 직경 0.27㎛, 10㎛ 이상의 조대입자 함유율은 0.1중량%)

여기에서 나타낸 평균 입자 직경은 레이저 회절형 입도 분포에서 얻어진 입도 분포 전체로부터 산출했다. 또한 조대입자 함유율은 레이저 회절형 입도 분포에서 얻어진 입도 분포 전체에 대한 10㎛의 조대입자의 함유 비율이다.

(E) (A-1), (B-1) 및 (F-1) 성분을 분산 혹은 용해할 수 있는 휘발성 용매

E-1: ISOSOL™ 400(상표명, Nippon Petrochemicals Co., Ltd.제 이소파라핀계 용매, 비점 210-254℃)

(F) 알콕시실레인

F-1: 하기 식으로 표시되는 알콕시실레인

C₁₀H₂₁Si(OCH₃)₃

[제조 방법]

성분 (A)∼(D), 및 선택적으로 성분 (E) 및 (F)를 이하와 같이 혼합하여 실시예 1∼5 및 비교예 1∼5의 조성물을 얻었다. 즉 표 2에 나타내는 조성비(중량부)로 5리터 플래니터리 믹서(INOUE MFG., INC.제)에 성분 (A)∼(D)를 칭량하여 취하고, 150℃에서 1시간, 30mmHg 이하의 조건으로 감압 혼합했다. 그 후, 얻어진 혼합물을 온도가 상온이 될 때까지 냉각 및 혼합했다. 성분 (E)와 성분 (F)를 첨가하는 경우에는, 냉각한 혼합물에 성분 (E)와 성분 (F)를 표 2에 나타낸 양으로 첨가하고, 결과의 혼합물이 균일하게 되도록 혼합했다.

[시험 방법]

얻어진 조성물의 특성을 하기의 시험 방법으로 측정했다. 결과를 표 2에 나타냈다.

[점도 측정]

얻어진 조성물을 25℃의 항온실에 24시간 방치 후, 점도계(상표명: 스파이럴 점도계 PC-10AA, Malcolm Co., Ltd.제)를 사용하여 회전수 10rpm에서 점도를 측정했다.

[열 열화 후의 점도 측정]

얻어진 조성물을 200℃에서 100시간 건조기를 사용하여 열 열화시킨 후, 25℃의 항온실에 24시간 방치 후, 상기와 유사한 방식으로 측정했다.

[열전도율 측정]

얻어진 조성물을 키친용 플라스틱 랩으로 거품 등이 들어가지 않도록 싼 것을 2개 준비하고, 그 시료를 Kyoto Electronics Manufacturing Co., Ltd.제의 열전도율계(상표명: TPS-2500 S)의 센서에 끼워 25℃에서 이 조성물의 열전도율을 측정했다.

[체적 저항률 측정]

JIS K 6911에 기초하여, 이중 링 전극법으로 측정하기 위해 시료 두께가 1mm가 되도록 시험편을 제작하고, 500V를 전극 사이에 인가하고, 1분 후의 체적 저항률을 측정했다.

[두께, 및 열저항의 측정 시험편 제작]

직경 12.6mm, 두께 1mm의 원형 알루미늄판 2장으로 두께 40㎛의 조성물을 사이에 끼고, 0.15MPa의 압력을 25℃에서 60분간 걸어 시험편을 제작했다.

[두께 측정]

시험편의 두께를 마이크로미터(Mitutoyo Corporation제)로 측정하고, 미리 측정되어 있는 알루미늄판 2장분의 두께를 빼고, 이 조성물의 두께를 산출했다.

[열저항의 측정]

상기 시험편을 사용하여, 이 조성물의 열저항(단위: mm²·K/W)을 레이저 플래시법에 근거하는 열저항 측정기(NETZSCH-Geratebau GmbH제, 제논 플래시 어낼라이저; LFA447 NanoFlash)에 의해 25℃에서 측정했다.

[고온 및 고습하 방치 후의 열저항의 측정]

열저항 측정 후의 상기 시험편을 130℃/85% RH 분위기하에서 96시간 방치한 후, 다시, 이 조성물의 열저항(단위: mm²·K/W)을 동일한 열저항 측정기에 의해 측정했다.

일본 특허출원 No. 2018-104399가 여기 참고로 포함된다.

일부 바람직한 구체예가 설명되었지만, 상기 교시에 비추어 많은 변형 및 변화가 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항의 범위로부터 벗어나지 않고 구체적으로 설명된 것 이외의 다른 방식으로 실시될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

Claims

(A) 하기 일반식 (1):

(식 중, R¹은 각각 독립적으로 비치환 또는 치환의 탄소 원자수 1∼18의 1가 탄화수소기이고, R²는 각각 독립적으로 알킬, 알콕시알킬, 알켄일 또는 아실이며, a는 5∼100의 정수이며, b는 1∼3의 정수이다.)
로 표시되고, 25℃에서의 동점도가 10∼10,000mm²/s인 오가노폴리실록세인 5∼99중량부;
(B) 하기 일반식 (2):

(식 중, R³은 각각 독립적으로 비치환 또는 치환의 탄소 원자수 1∼18의 1가 탄화수소기이며, c는 1.8∼2.2의 수이다.)
로 표시되고, 25℃에서의 동점도가 10∼100,000mm²/s인 오가노폴리실록세인 95∼1중량부;
(단, 성분 (A)와 성분 (B)의 합계량은 100중량부이다.)
(C) 8면 이상의 다면체로 형성된 육방 밀집 격자 결정 구조를 갖는 α-산화알루미늄이고, 상기 육방 밀집 격자의 육방 격자면에 평행한 최대 입자 직경을 D, 육방 격자면에 수직한 입자 직경을 H라고 했을 때, D/H비가 0.3 내지 30인 입자 형상을 갖고, 평균 입자 직경이 0.3∼5㎛이고, 레이저 회절형 입도 분포로 10㎛ 이상의 조대입자의 함유 비율이 성분 (C) 전체의 1중량% 이하이며, 순도가 99% 이상인 α-산화알루미늄 분말; 및
(D) 평균 입자 직경 0.01㎛ 이상 및 3㎛ 미만이고, 레이저 회절형 입도 분포에서 10㎛ 이상의 조대입자의 함유 비율이 성분 (D) 전체의 1중량% 이하인 구상 및/또는 부정 형상의 산화아연 분말
(단, 성분 (C)와 성분 (D)의 중량비는 5/5∼9.5/0.5이며, 성분 (C)와 성분 (D)의 합계량은 조성물 전체의 65∼80체적%이다.)
을 포함하는 저열저항 실리콘 조성물로서,
조성물의 열전도율은 ISO 22007-2 준거의 핫 디스크법에 의해 측정했을 때 2W/m·K 이상 및 4W/m·K 미만이고, 25℃에서의 점도는 스파이럴 점도계에 의해 회전수 10rpm에서 측정했을 때 5∼800Pa·s인, 저열저항 실리콘 조성물.
제 1 항에 있어서, 레이저 플래시법으로 측정한 25℃에서의 열저항이 6mm²·K/W 이하인 것을 특징으로 하는 저열저항 실리콘 조성물.
제 1 항에 있어서, 130℃/85% RH 분위기하에서 96시간 조성물을 방치 후, 레이저 플래시법으로 측정한 25℃에서의 열저항이 6mm²·K/W 이하인 것을 특징으로 하는 저열저항 실리콘 조성물.
제 1 항에 있어서, 200℃에서 100시간 조성물을 열 열화한 후, 25℃에서의 점도가 스파이럴 점도계에 의해 회전수 10rpm에서 측정했을 때 1,000Pa·s 이하인 것을 특징으로 하는 저열저항 실리콘 조성물.
제 1 항에 있어서, 용매에 상기 성분 (A) 및 성분 (B)를 분산 또는 용해할 수 있는 휘발성 용매인 성분 (E)를 상기 성분 (A)와 성분 (B)의 합계량 100중량부에 대하여 100중량부 이하의 양으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저열저항 실리콘 조성물.
제 1 항에 있어서,
(F) 하기 일반식 (3):

(식 중, R⁴는 각각 독립적으로 탄소 원자수 9∼15의 알킬기이고, R⁵는 각각 독립적으로 비치환 또는 치환의 탄소 원자수 1∼8의 1가 탄화수소기이고, R⁶은 각각 독립적으로 탄소 원자수 1∼6의 알킬기이고, d는 1∼3의 정수이고, e는 0∼2의 정수이며, 단, d+e는 1∼3의 정수이다.)
으로 표시되는 알콕시실레인을 상기 성분 (A)와 성분 (B)의 합계량 100중량부에 대하여 0.1∼50중량부의 양으로 더 포함하고,
성분 (C)와 성분 (D)는 성분 (F)로 표면 처리되는 것을 특징으로 하는 저열저항 실리콘 조성물.
제 1 항에 있어서, 체적 저항률이 1×10⁹Ω·cm 이상인 것을 특징으로 하는 저열저항 실리콘 조성물.