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TWI813738B - 熱傳導性矽氧組成物及其硬化物 - Google Patents

熱傳導性矽氧組成物及其硬化物 Download PDF

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Abstract

本發明是一種熱傳導性矽氧組成物,其特徵在於,包含:100質量份的(A)有機聚矽氧烷,其一分子中具有至少2個烯基;(B)有機氫聚矽氧烷,其具有至少2個Si-H基,該(B)成分的量是Si-H基數成為源自前述(A)成分的烯基數的0.1~5.0倍的量;700~2500質量份的(C)熱傳導性填充材料;(D)鉑族金屬系硬化觸媒,其相對於(A)成分,以金屬元素質量換算為0.1~2000ppm;其中,前述(C)成分是由400~2000質量份的(C-1)平均粒徑為12~50μm的重質碳酸鈣填料、及0.1~1500質量份的(C-2)平均粒徑為0.4~10μm的重質碳酸鈣填料所組成。藉此,提供一種熱傳導性矽氧組成物及其硬化物,該熱傳導性矽氧組成物能夠得到一種壓縮性、絕緣性、熱傳導性、加工性優異的熱傳導性樹脂成形體。

Description

熱傳導性矽氧組成物及其硬化物
本發明有關一種熱傳導性矽氧組成物及其硬化物。
個人電腦、數位影音光碟、行動電話等的電子機器中所使用的中央處理器(CPU)、驅動積體電路(driver IC)和記憶體等的大型積體電路晶片(LSI chip),伴隨著高性能化/高速化/小型化/高積體化,其本身變得會產生大量的熱量,從而因該熱量導致晶片的溫度上升的情形會引起晶片的動作不良、破壞。因此,提案了許多的熱散逸方法、及用於該方法的熱散逸構件,該等用以抑制動作中的晶片的溫度上升。
以往,在電子機器等之中,為了抑制動作中的晶片的溫度上升,使用一種散熱座,該散熱座是使用鋁和銅等的高熱傳導率的金屬板而得。此散熱座,能夠傳導該晶片所產生的熱量,並藉由與外部空氣的溫度差,從表面釋放該熱量。
為了效率良好地將由晶片所產生的熱量傳遞至散熱座,需要使散熱座密接在晶片上,但是存在各晶片的高度的差異或因組裝加工導致的公差,因此將具有柔軟性的片材或散熱膏安裝介於晶片與散熱座之間,從而藉由此片材或散熱膏來實現從晶片到散熱座的熱傳導。
相較於散熱膏,片材的操作性優異,由熱傳導性矽氧橡膠所形成之熱傳導片材(熱傳導性矽氧橡膠片材)被使用在各種領域。
專利文獻1揭示一種絕緣性組成物,其是在100質量份的矽氧橡膠等的合成橡膠中摻合100~800質量份的選自氧化鈹、氧化鋁、氫氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅中的至少1種以上的金屬氧化物而得。
另一方面,個人電腦、文書處理器(word processor)、唯讀光碟機(CD-ROM drive)等的電子機器的高積體化進展,裝置內的LSI、CPU等的積體電路元件的發熱量增加,因此過去的冷卻方法有時會不足。尤其,在可攜式的筆記型個人電腦的情況下,機器內部的空間狹窄,因此無法安裝大的散熱座或冷卻風扇。進一步,這些機器中,在印刷基板上搭載有積體電路元件,且作為基板的材質是使用熱傳導性差的玻璃強化環氧樹脂或聚醯亞胺樹脂,因此無法以過去的方式藉由散熱絕緣片材來使熱量散逸至基板。
因此,使用一種方法,其在積體電路元件附近設置自然冷卻型或強制冷卻型的散熱零件,來將由元件所產生的熱量傳遞至散熱零件。如果以此方法來使元件與散熱零件直接接觸,則由於表面有凹凸,因此熱量的傳遞變差,即便進一步隔著散熱絕緣片材安裝,仍存在下述疑慮:由於散熱絕緣片材的柔軟性稍差,因此因熱膨脹導致元件與基板之間承受應力,從而破損。
又,如果欲在各電路元件上安裝散熱零件,則變得需要額外的空間,從而變得難以使機器小型化,因此亦有時採取一種方法,該方法是將一些元件與單個散熱零件組合來進行冷卻。 尤其是筆記型個人電腦中所使用的球柵陣列(BGA)型CPU,由於其高度比其他元件低且發熱量較大,因此需要充分考慮冷卻方法。
因此,需要一種低硬度的高熱傳導性材料,其能夠填埋因各元件的高度不同而產生的各種間隙。對於這樣的問題,要求一種熱傳導性片材,其熱傳導性優異,具有柔軟性,且能夠對應各種間隙。
此時,專利文獻2揭示一種片材,其是在矽氧樹脂中混入金屬氧化物等的熱傳導性材料後加以成形而得,並且在具有操作所需的強度的矽氧樹脂層上積層有柔軟且易變形的矽氧層。又,專利文獻3揭示一種熱傳導性複合片材,其是將矽氧橡膠層與多孔性強化材料層組合而得,該矽氧橡膠層含有熱傳導性填充材料,且Asker C硬度為5~50,該多孔性強化材料層具有直徑為0.3mm以上的孔。專利文獻4揭示一種片材,其是以熱傳導性矽氧橡膠來覆蓋可撓性的立體網狀體或框體的骨架格子表面而得。專利文獻5揭示一種熱傳導性複合矽氧片材,其內置有具有強化性的片材或布帛,至少其中一面具有黏合性,Asker C硬度為5~50,並且該片材的厚度為0.4mm以下。專利文獻6揭示一種散熱間隔件,其含有加成反應型液狀矽氧橡膠與熱傳導性絕緣性陶瓷粉末,其硬化物的Asker C硬度為25以下,並且熱阻為3.0℃/W以下。
這些熱傳導性矽氧硬化物,大多亦要求絕緣性,因此在熱傳導率為0.5~6W/m・K的範圍內,大多主要使用氧化鋁(鋁土)作為熱傳導性填充材料。
鋁土一般而言大致分為非晶形粉與球狀粉,各自具有優點/缺點。相較於球狀的鋁土,非晶形的鋁土的提升熱傳導率的效果較高,但是會有下述缺點:對於聚矽氧的填充性較差,且因填充導致材料黏度上升,從而加工性變差。又,鋁土,其莫氏硬度為9而非常硬,能夠用於研磨劑。因此,尤其是使用了粒徑為10μm以上的非晶形鋁土而得之熱傳導性矽氧組成物,存在下述問題:如果在製造時承受剪力,則會削減攪拌釜的內壁或攪拌葉片。這樣一來,攪拌釜或攪拌葉片的成分會混入熱傳導性矽氧組成物中,從而熱傳導性矽氧組成物及使用該熱傳導性矽氧組成物而得的硬化物的絕緣性下降。又,攪拌釜與攪拌葉片的餘隙變廣,攪拌效率降低,即便以相同條件進行製造,亦變得無法獲得固定的品質。又,存在如下所述的問題:為了防止該情形,需要頻繁地更換零件。
為了解決此問題,亦存在一種方法,其僅使用球狀鋁土粉,但是相較於非晶形粉,價格較高,因此會發生成本上升的問題。進一步,鋁土由於理論比重為3.98而非常重,因此組成物和硬化物的比重上升。近年來,電子機器的小型化、輕量化進展,為了電子機器整體的輕量化,當以構件為單位來看時,以克或毫克為單位要求能夠維持性能且更輕量。從輕量化、成本的觀點而言,使用鋁土亦是不利的。
作為滿足上述要求的填料,可列舉重質碳酸鈣。重質碳酸鈣,其比重為約2.7而比鋁土低,且價格亦低廉。莫氏硬度亦為2左右而較低,且亦不會發生絕緣性下降的情形。
然而,重質碳酸鈣存在下述問題:對於聚矽氧的填充性較低,且難以高熱傳導化。進一步,當將重質碳酸鈣填充於加成硬化型聚矽氧中時,存在下述問題:發生阻礙硬化的情形,從而無法獲得低硬度的熱傳導性片材。 [先前技術文獻] (專利文獻)
專利文獻1:日本特開昭47-32400號公報 專利文獻2:日本特開平2-196453號公報 專利文獻3:日本特開平7-266356號公報 專利文獻4:日本特開平8-238707號公報 專利文獻5:日本特開平9-1738號公報 專利文獻6:日本特開平9-296114號公報
[發明所欲解決的問題] 本發明是有鑑於上述情事而完成,其目的在於提供一種使用重質碳酸鈣而得的熱傳導性矽氧組成物及其硬化物,該熱傳導性矽氧組成物能夠得到一種壓縮性、絕緣性、熱傳導性、加工性優異的熱傳導性樹脂成形體(熱傳導性矽氧硬化物)。 [解決問題的技術手段]
為了解決上述問題,本發明提供一種熱傳導性矽氧組成物,其特徵在於,包含:100質量份的作為(A)成分的有機聚矽氧烷,其一分子中具有至少2個以上的烯基;作為(B)成分的有機氫聚矽氧烷,其具有至少2個以上的直接鍵結於矽原子上的氫原子,該(B)成分的量是直接鍵結於矽原子上的氫原子的莫耳數成為源自前述(A)成分的烯基的莫耳數的0.1~5.0倍的量;700~2500質量份的作為(C)成分的熱傳導性填充材料;作為(D)成分的鉑族金屬系硬化觸媒,其相對於(A)成分,以鉑族金屬元素質量換算為0.1~2000ppm;其中,前述(C)成分是由400~2000質量份的(C-1)平均粒徑為12~50μm的重質碳酸鈣填料、及0.1~1500質量份的(C-2)平均粒徑為0.4~10μm的重質碳酸鈣填料所組成,並且,前述(C-1)與前述(C-2)的合計量是700~2500質量份。
若是這樣的熱傳導性矽氧組成物,則能夠得到一種壓縮性、絕緣性、熱傳導性、加工性優異的熱傳導性樹脂成形體。
前述熱傳導性矽氧組成物,能夠進一步含有相對於(A)成分100質量份為0.01~300質量份的作為(E)成分的下述成分中的任一者或兩者: (E-1)由下述通式(1)表示的烷氧基矽烷化合物, R1 a R2 b Si(OR3 )4 a b (1) 式(1)中,R1 獨立地為碳原子數6~15的烷基,R2 獨立地為未被取代或經取代的碳原子數1~12的一價烴基,R3 獨立地為碳原子數1~6的烷基,a是1~3的整數,b是0~2的整數,並且a+b是1~3的整數;及, (E-2)由下述通式(2)表示的分子鏈單末端被三烷氧基矽基封閉之二甲基聚矽氧烷, 式(2)中,R4 獨立地為碳原子數1~6的烷基,c是5~100的整數。
若是這樣的熱傳導性矽氧組成物,則能夠得到一種壓縮性、絕緣性、熱傳導性、加工性更優異的熱傳導性樹脂成形體。
前述熱傳導性矽氧組成物,能夠進一步含有相對於(A)成分100質量份為0.1~100質量份的作為(F)成分的由下述通式(3)表示的有機聚矽氧烷,該有機聚矽氧烷在23℃時的動黏度為10~100000mm2 /s, 式(3)中,R5 獨立地為碳原子數1~12的不包含脂肪族不飽和鍵之一價烴基,d是5~2000的整數。
若是這樣的熱傳導性矽氧組成物,則能夠得到一種壓縮性、絕緣性、熱傳導性、加工性更進一步優異的熱傳導性樹脂成形體。
上述熱傳導性矽氧組成物,較佳是23℃時的黏度為800Pa・s以下。
若是這樣的熱傳導性矽氧組成物,則成形性優異。
又,本發明提供一種熱傳導性矽氧硬化物,其是上述熱傳導性矽氧組成物的硬化物。
若是這種熱傳導性矽氧硬化物,則壓縮性、絕緣性、熱傳導性、加工性優異。
前述熱傳導性矽氧硬化物,較佳是熱傳導率為0.7W/m・k以上。
若是這種熱傳導性矽氧硬化物,則適合用來作為一種熱傳導性樹脂成形體,其設置於例如電子機器內的發熱構件與散熱構件之間,並用於散熱。
又,前述熱傳導性矽氧硬化物,較佳是:根據Asker C硬度計,硬度為60以下。
若是這種熱傳導性矽氧硬化物,則能夠隨著被散熱體的形狀變形,且在不會對被散熱體造成應力的情況下顯示良好的散熱特性。
又,前述熱傳導性矽氧硬化物,較佳是介電質破壞電壓(dielectric breakdown voltage)為10kV/mm以上。
若是這種熱傳導性矽氧硬化物,則使用時能夠穩定地確保絕緣。
又,本發明提供一種上述組成物的製造方法,其是製造上述熱傳導性矽氧組成物的方法,該製造方法的特徵在於,包含:第1混合步驟,其混合前述(A)成分、(C)成分及(D)成分,以及當(E)成分、(F)成分存在時混合(E)成分、(F)成分;及,第2混合步驟,其繼而在所獲得的混合物中加入(B)成分,進一步加以混合,藉此獲得上述熱傳導性矽氧組成物;並且,在前述第1混合步驟中,是藉由實行真空脫泡攪拌來進行混合。
若是這樣的熱傳導性矽氧組成物的製造方法,則在混合(揉合)步驟中的組成物的濕潤性充分,能夠獲得一種糊狀且均勻的組成物。 [發明的功效]
如以上所述,若是本發明的熱傳導性矽氧組成物,藉由以特定比例併用平均粒徑為12~50μm的重質碳酸鈣與平均粒徑為0.4~10μm的重質碳酸鈣,能夠提供一種具有高熱傳導率的熱傳導性矽氧硬化物,該熱傳導性矽氧硬化物的壓縮性、絕緣性、熱傳導性、加工性優異。尤其能夠提供一種具有0.7W/m・K以上的熱傳導率的硬化物,適合用來作為一種熱傳導性樹脂成形體(熱傳導性矽氧硬化物),其設置於例如電子機器內的發熱構件與散熱構件之間,並用於散熱。具體而言,尤其作為一種熱傳導材料是有用的,其介置於發熱性電子零件的熱界面與散熱座(heat sink)或電路基板等的散熱構件之間的界面,用以藉由熱傳導來冷卻電子零件。
如上所述,要求開發一種熱傳導性矽氧硬化物(熱傳導性樹脂成形體)及能夠得到該硬化物的熱傳導性矽氧組成物,該熱傳導性矽氧硬化物的壓縮性、絕緣性、熱傳導性、加工性優異。尤其是重質碳酸鈣填料,雖然能夠滿足電子機器的小型化、輕量化、降低成本的要求,但是存在下述問題:對於聚矽氧的填充性較低,且難以進行超過0.5w/m・k的高熱傳導化;進一步,當將其填充於加成硬化型聚矽氧中時,存在下述問題:發生阻礙硬化的情形,從而無法獲得希望硬度的熱傳導性片材。
本發明人為了達成上述目的而專心實行研究,結果發現藉由藉由以特定比例併用平均粒徑為12~50μm的重質碳酸鈣與平均粒徑為0.4~10μm的重質碳酸鈣,能夠解決上述問題。亦即,發現藉由摻合大量的比表面積較小的大粒徑重質碳酸鈣,能夠達成高傳導化,並且能夠防止阻礙硬化的情形,從而完成本發明。
亦即,本發明是一種熱傳導性矽氧組成物,其特徵在於,包含: 100質量份的作為(A)成分的有機聚矽氧烷,其一分子中具有至少2個烯基; 作為(B)成分的有機氫聚矽氧烷,其具有至少2個的直接鍵結於矽原子上的氫原子,該(B)成分的量是直接鍵結於矽原子上的氫原子的莫耳數成為源自前述(A)成分的烯基的莫耳數的0.1~5.0倍的量; 700~2500質量份的作為(C)成分的熱傳導性填充材料; 作為(D)成分的鉑族金屬系硬化觸媒,其相對於(A)成分,以鉑族金屬元素質量換算為0.1~2000ppm; 其中,前述(C)成分是由400~2000質量份的(C-1)平均粒徑為12~50μm的重質碳酸鈣填料、及0.1~1500質量份的(C-2)平均粒徑為0.4~10μm的重質碳酸鈣填料所組成,並且,前述(C-1)與前述(C-2)的合計量是700~2500質量份。
以下,詳細地說明本發明,但是本發明不限定於這些說明。
本發明的熱傳導性矽氧組成物,作為必要成分,含有:作為(A)成分的有機聚矽氧烷,其一分子中具有至少2個烯基;作為(B)成分的有機氫聚矽氧烷,其具有至少2個的直接鍵結於矽原子上的氫原子;作為(C)成分的熱傳導性填充材料;及,作為(D)成分的鉑族金屬系硬化觸媒。以下,說明上述成分。
[(A)成分:含烯基有機聚矽氧烷] (A)成分也就是含烯基有機聚矽氧烷,是作為本發明的熱傳導性矽氧組成物的主劑,其是一種有機聚矽氧烷,於一分子中具有2個以上的鍵結於矽原子上的烯基。通常,主鏈部分一般而言基本上是由重複的二有機矽氧烷單元所構成,但是該(A)成分可在部分的分子結構包含分枝狀的結構、或亦可以是環狀體,從硬化物的機械強度等物性的觀點而言,較佳是直鏈狀的二有機聚矽氧烷。
作為鍵結於矽原子上的烯基以外的官能基,可列舉:未被取代或經取代的一價烴基,例如甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、三級丁基、戊基、新戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基等的烷基;環戊基、環己基、環庚基等的環烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、聯苯基等的芳基;苯甲基、苯乙基、苯丙基、甲基苯甲基等的芳烷基;以及,這些基團的碳原子所鍵結的氫原子的部分或全部被氟、氯、溴等的鹵素原子、氰基等取代而得的基團,例如氯甲基、2-溴乙基、3-氯丙基、3,3,3-三氟丙基、氯苯基、氟苯基、氰乙基、3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟己基等;代表性的基團是碳原子數為1~10的基團,特別代表性的基團是碳原子數為1~6的基團,較佳是:甲基、乙基、丙基、氯甲基、溴乙基、3,3,3-三氟丙基、氰乙基等的碳原子數1~3的未被取代或經取代的烷基;及,苯基、氯苯基、氟苯基等的未被取代或經取代的苯基。又,鍵結於矽原子上的烯基以外的官能基不限定為全部相同。
又,作為烯基,可列舉例如:乙烯基、烯丙基、丙烯基、異丙烯基、丁烯基、己烯基、環己烯基等的通常碳原子數為2~8左右的烯基;其中,較佳是乙烯基、烯丙基等的低級烯基,特佳是乙烯基。再者,分子中需要存在2個以上的烯基,為了使所獲得的硬化物的柔軟性良好,較佳是烯基以僅鍵結於分子鏈末端的矽原子上的方式存在。
此有機聚矽氧烷在23℃時的動黏度,較佳是在10~100000mm2 /s的範圍內,特佳是在500~50000mm2 /s的範圍內。若前述動黏度為10mm2 /s以上,則所獲得的組成物的保存穩定性變良好,並且,若為100000mm2 /s以下,則所獲得的組成物的伸展性變良好。再者,動黏度是使用奧士瓦黏度計(Ostwald viscometer)進行測定時的值(以下相同)。 此(A)成分的有機聚矽氧烷,可使用單獨1種,亦可將不同黏度的2種以上組合使用。
[(B)成分:有機氫聚矽氧烷] (B)成分的有機氫聚矽氧烷,是作為(A)成分的交聯劑來發揮作用的成分,其是一種有機氫聚矽氧烷,於一分子中具有至少2個、較佳是2~100個的直接鍵結於矽原子上的氫原子(Si-H基)。亦即,(B)成分中的Si-H基藉由矽氫化反應來與(A)成分中的烯基加成,藉此能夠獲得具有交聯結構之立體網狀結構,該矽氫化反應是藉由下述(D)成分的鉑族金屬系硬化觸媒來促進。再者,當(B)成分中的Si-H基的數量少於2個時,則無法硬化。
作為有機氫聚矽氧烷,能夠使用由下述平均結構式(4)表示的有機氫聚矽氧烷,但是不限定於此有機氫聚矽氧烷。 式(4)中,R’獨立地為氫原子或不含有脂肪族不飽和鍵之未被取代或經取代的一價烴基,至少2個、較佳是2~10個R’為氫原子;e是1以上的整數,較佳是10~200的整數。
式(4)中,作為R’的除了氫原子以外的不含有脂肪族不飽和鍵之未被取代或經取代的一價烴基,可列舉例如:甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、三級丁基、戊基、新戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基等的烷基;環戊基、環己基、環庚基等的環烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、聯苯基等的芳基;苯甲基、苯乙基、苯丙基、甲基苯甲基等的芳烷基;以及,這些基團的碳原子所鍵結的氫原子的部分或全部被氟、氯、溴等的鹵素原子、氰基等取代而得的基團,例如氯甲基、2-溴乙基、3-氯丙基、3,3,3-三氟丙基、氯苯基、氟苯基、氰乙基、3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟己基等;代表性的基團是碳原子數為1~10的基團,特別代表性的基團是碳原子數為1~6的基團,較佳是:甲基、乙基、丙基、氯甲基、溴乙基、3,3,3-三氟丙基、氰乙基等的碳原子數1~3的未被取代或經取代的烷基;及,苯基、氯苯基、氟苯基等的未被取代或經取代的苯基。又,R’不限定為全部相同。
(B)成分的添加量,是相對於源自(A)成分的烯基1莫耳,源自(B)成分的Si-H基成為0.1~5.0莫耳的量(亦即,直接鍵結於矽原子上的氫原子的莫耳數成為源自(A)成分的烯基的莫耳數的0.1~5.0倍的量),較佳是成為0.3~2.0莫耳的量,進一步更佳是成為0.5~1.0莫耳的量。如果相對於源自(A)成分的烯基1莫耳,源自(B)成分的Si-H基的量少於0.1莫耳,則有時無法硬化,或硬化物的強度不足而無法保持作為成形體的形狀,從而無法操作。又,如果超過5莫耳,則硬化物變得沒有柔軟性,從而硬化物變脆。
[(C)成分:熱傳導性填充材料] (C)成分也就是熱傳導性填充材料,主要含有重質碳酸鈣,且由下述(C-1)~(C-2)成分所組成。 (C-1)平均粒徑為12~50μm的重質碳酸鈣填料 (C-2)平均粒徑為0.4~10μm的重質碳酸鈣填料 再者,在本發明中,上述平均粒徑是以體積作為基準的累積平均粒徑(中值徑)的值,其是藉由日機裝股份有限公司製造的粒度分析計也就是Microtrac MT3300EX所測得。
(C-1)成分的重質碳酸鈣填料,能夠優勢地提升熱傳導率。重質碳酸鈣的平均粒徑,是12~50μm,特佳是15~25μm。如果平均粒徑小於12μm,則提升熱傳導率的效果變低,並且,組成物黏度上升,從而加工性變差。如果平均粒徑超過50μm,則粒徑過大,因此成形性變差。作為(C-1)成分的重質碳酸鈣填料,可使用1種或將2種以上複合使用。
(C-2)成分的重質碳酸鈣填料,是藉由與(C-1)成分的重質碳酸鈣填料組合,來提升組成物的熱傳導率和流動性,並且防止填料沉澱。平均粒徑,是0.4~10μm,特佳是0.8~9μm。如果平均粒徑小於0.4μm,則粒徑過小而變得難以操作,且提升熱傳導性的效果亦變低,並且,組成物黏度上升,從而加工性變差。如果平均粒徑超過10μm,則會損害藉由與(C-1)成分組合來提升組成物的熱傳導率和流動性的效果、及防止填料沉澱的效果。作為(C-2)成分的重質碳酸鈣填料,可使用1種或將2種以上複合使用。 相對於(A)成分100質量份,(C-1)成分的摻合量是400~2000質量份,較佳是800~1500質量份。如果過少,則難以提升熱傳導率;如果過多,則組成物會失去流動性,且損害成形性。
相對於(A)成分100質量份,(C-2)成分的摻合量是0.1~1500質量份,較佳是200~800質量份。若少於0.1質量份,則難以提升熱傳導率和流動性,且有填料沉澱的疑慮。如果超過1500質量份,則組成物會失去流動性,且損害成形性。
進一步,相對於(A)成分100質量份,(C)成分的摻合量(亦即,上述(C-1)成分與(C-2)成分的合計摻合量)需要700~2500質量份,較佳是1200~1600質量份。當此(C)成分摻合量少於700質量份時,所獲得的組成物的熱傳導率較差,並且組成物黏度變成極低黏度,且變得缺乏保存穩定性;當超過2500質量份時,組成物缺乏伸展性,且成為一種硬度較高或強度較弱的成形物。
如此一來,藉由以上述特定比例來摻合平均粒徑為12~50μm的重質碳酸鈣填料(C-1)與平均粒徑為0.4~10μm的重質碳酸鈣填料(C-2),並且以上述摻合比例來使用(C)成分(由(C-1)和(C-2)所組成),從而能夠更有利地且確實地發揮上述本發明的功效。
[(D)成分:鉑族金屬系硬化觸媒] (D)成分的鉑族金屬系硬化觸媒,只要是用以促進源自(A)成分的烯基與源自(B)成分的Si-H基的加成反應之觸媒,並無特別限定,作為用於矽氫化反應的觸媒,可列舉習知的觸媒。作為其具體例,可列舉例如:鉑(包含鉑黑)、銠、鈀等的鉑族金屬單質;H2 PtCl4 ・nH2 O、H2 PtCl6 ・nH2 O、NaHPtCl6 ・nH2 O、KHPtCl6 ・nH2 O、Na2 PtCl6 ・nH2 O、K2 PtCl4 ・nH2 O、PtCl4 ・nH2 O、PtCl2 、Na2 HPtCl4 ・nH2 O(其中,上述式中,n是0~6的整數,較佳是0或6)等的氯化鉑、氯鉑酸及氯鉑酸鹽;醇改質氯鉑酸(參照美國專利第3220972號說明書)、氯鉑酸與烯烴之錯合物(參照美國專利第3159601號說明書、美國專利第3159662號說明書、美國專利第3775452號說明書);鋁土、二氧化矽、碳等的載體上承載有鉑黑、鈀等的鉑族金屬而得的物質;銠-烯烴錯合物;氯化參(三苯基膦)合銠(威爾金森觸媒);氯化鉑、氯鉑酸或氯鉑酸鹽與含乙烯基矽氧烷、尤其是含乙烯基環狀矽氧烷之錯合物等。
(D)成分的使用量,相對於(A)成分,以鉑族金屬元素的質量換算為0.1~2000ppm,較佳是50~1000ppm。若是少於0.1ppm,則無法獲得充分的觸媒活性;即便超過2000ppm,促進加成反應的效果亦無法提升,而變得成本提高,並且觸媒會殘留於硬化物中,因此絕緣性可能下降。
[(E)成分:表面處理劑] 本發明的熱傳導性矽氧組成物中,在製備組成物時,能夠為了下述目的而摻合(E)成分的表面處理劑:對(C)成分也就是熱傳導性填充材料進行疏水化處理,提升與(A)成分也就是有機聚矽氧烷的濕潤性,並使(C)成分也就是熱傳導性填充材料均勻地分散於由(A)成分所構成之基質中。又,(E)成分,能夠覆蓋(C)成分的表面,並抑制阻礙硬化的情形。作為該(E)成分,特佳是下述所示的(E-1)成分和(E-2)成分。
(E-1)成分,是一種烷氧基矽烷化合物,其由下述通式(1)表示。 R1 a R2 b Si(OR3 )4 a b (1) 式(1)中,R1 獨立地為碳原子數6~15的烷基,R2 獨立地為未被取代或經取代的碳原子數1~12的一價烴基,R3 獨立地為碳原子數1~6的烷基,a是1~3的整數,b是0~2的整數,並且a+b是1~3的整數。
上述通式(1)中,作為由R1 表示的烷基,可列舉例如:己基、辛基、壬基、癸基、十二烷基、十四烷基等。如果此由R1 表示的烷基的碳原子數滿足6~15的範圍,則(A)成分的濕潤性充分提升,操作性良好,且組成物的低溫特性變良好。
作為由R2 表示的未被取代或經取代的一價烴基,可列舉例如:甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、三級丁基、戊基、新戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基等的烷基;環戊基、環己基、環庚基等的環烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、聯苯基等的芳基;苯甲基、苯乙基、苯丙基、甲基苯甲基等的芳烷基;以及,這些基團的碳原子所鍵結的氫原子的部分或全部被氟、氯、溴等的鹵素原子、氰基等取代而得的基團,例如氯甲基、2-溴乙基、3-氯丙基、3,3,3-三氟丙基、氯苯基、氟苯基、氰乙基、3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟己基等;代表性的基團是碳原子數為1~10的基團,特別代表性的基團是碳原子數為1~6的基團,較佳是:甲基、乙基、丙基、氯甲基、溴乙基、3,3,3-三氟丙基、氰乙基等的碳原子數1~3的未被取代或經取代的烷基;及,苯基、氯苯基、氟苯基等的未被取代或經取代的苯基。作為R3 ,可列舉:甲基、乙基、丙基、丁基、己基等。
(E-2)成分,是一種分子鏈單末端被三烷氧基矽基封閉之二甲基聚矽氧烷,其由下述通式(2)表示。 式(2)中,R4 獨立地為碳原子數1~6的烷基,c是5~100的整數,較佳是5~70的整數,特佳是10~50的整數。
作為(E)成分的表面處理劑,可以是(E-1)成分與(E-2)成分中的任一者,亦可將兩者組合摻合。
作為摻合(E)成分時的摻合量,相對於(A)成分100質量份,較佳是0.01~300質量份,特佳是0.1~200質量份。若本成分的摻合比例在上述範圍內,則不會引發油分離。
[(F)成分:特性賦予劑] 本發明的熱傳導性矽氧組成物中,能夠為了調整熱傳導性矽氧組成物的黏度等的賦予特性的目的,而添加作為(F)成分的由下述通式(3)表示的有機聚矽氧烷,該有機聚矽氧烷在23℃時的動黏度為10~100000mm2 /s。(F)成分,可使用單獨1種,亦可將2種以上併用。 式(3)中,R5 獨立地為碳原子數1~12的不包含脂肪族不飽和鍵之一價烴基,d是5~2000的整數。
上述通式(3)中,R5 獨立地為未被取代或經取代的碳原子數1~12的不包含脂肪族不飽和鍵之一價烴基。作為R5 ,可列舉例如:甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、三級丁基、戊基、新戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基等的烷基;環戊基、環己基、環庚基等的環烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、聯苯基等的芳基;苯甲基、苯乙基、苯丙基、甲基苯甲基等的芳烷基;以及,這些基團的碳原子所鍵結的氫原子的部分或全部被氟、氯、溴等的鹵素原子、氰基等取代而得的基團,例如氯甲基、2-溴乙基、3-氯丙基、3,3,3-三氟丙基、氯苯基、氟苯基、氰乙基、3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟己基等;代表性的基團是碳原子數為1~10的基團,特別代表性的基團是碳原子數為1~6的基團,較佳是:甲基、乙基、丙基、氯甲基、溴乙基、3,3,3-三氟丙基、氰乙基等的碳原子數1~3的未被取代或經取代的烷基;及,苯基、氯苯基、氟苯基等的未被取代或經取代的苯基;特佳是甲基、苯基。 從所要求的黏度的觀點而言,上述d較佳是5~2000的整數,特佳是10~1000的整數。
又,(F)成分在23℃時的動黏度,是10~100000mm2 /s,較佳是100~10000mm2 /s。若動黏度為10mm2 /s以上,則所獲得的組成物的硬化物變得不易發生滲油(oil bleeding)。若動黏度為100000mm2 /s以下,則所獲得的熱傳導性矽氧組成物的柔軟性變適當。
當在本發明的熱傳導性矽氧組成物中添加(F)成分時,相對於(A)成分100質量份,是0.1~100質量份,較佳是1~50質量份。如果添加量在此範圍內,則硬化前容易對熱傳導性矽氧組成物維持良好的流動性、作業性,並且容易將(C)成分的熱傳導性填充材料填充於該組成物中。
[(G)成分:反應控制劑] 本發明的熱傳導性矽氧組成物中,能夠進一步使用作為(G)成分的加成反應控制劑。加成反應控制劑,能夠使用通常的加成反應硬化型矽氧組成物中所用的全部的公知的加成反應控制劑。可列舉例如:1-乙炔基-1-己醇、3-丁炔-1-醇、乙炔基次甲基卡必醇等的乙炔化合物;或,各種氮化合物;有機磷化合物;肟化合物;有機氯化合物等。 作為摻合(G)成分時的使用量,相對於(A)成分100質量份,較佳是0.01~1質量份,特佳是0.1~0.8質量份左右。若是這樣的摻合量,則硬化反應能夠充分進展,從而不會損害成形效率。
[其他成分] 本發明的熱傳導性矽氧組成物中,可根據需要來進一步摻合其他成分。能夠摻合例如下述任意成分:氧化鐵、氧化鈰等的耐熱性提升劑;二氧化矽等的黏度調整劑;著色劑;脫模劑等。
[組成物的黏度] 本發明的熱傳導性矽氧組成物的黏度,在23℃時是800Pa・s以下,較佳是700Pa・s以下。若是這樣的黏度,則不會損害成形性。下限值並無特別限定,能夠設為例如60Pa・s以上。再者,在本發明中,此黏度是依據藉由B型黏度劑來進行的測定。
[熱傳導性矽氧硬化物的製造方法] 作為使熱傳導性矽氧組成物成形的硬化條件,可與公知的加成反應硬化型矽氧橡膠組成物相同,例如在常溫時亦能夠充分硬化,亦可根據需要而進行加熱。較佳是以100~120℃來使其加成硬化8~12分鐘。這樣的本發明的矽氧硬化物的熱傳導性優異。
[熱傳導性樹脂成形體的熱傳導率] 本發明中的熱傳導性樹脂成形體(熱傳導性矽氧硬化物)的熱傳導率,較佳是根據熱碟(Hot Disk)法所測得的25℃時的測定值為0.7W/m・K以上,特佳是0.9W/m・K以上。上限值,並無特別限定,能夠設為例如1.4W/m・K以下。
[熱傳導性樹脂成形體的介電質破壞電壓] 本發明中的熱傳導性樹脂成形體的介電質破壞電壓,較佳是依據日本工業標準(JIS)K 6249來測定1mm厚的成形體的介電質破壞電壓時的測定值為10kV以上,更佳是13kV以上。若是介電質破壞電壓為10kV/mm以上的片材,則使用時能夠穩定地確保絕緣。上限值,並無特別限定,能夠設為例如20kV/mm以下。再者,能夠藉由調整填料的種類或純度,來調整這樣的介電質破壞電壓。
[熱傳導性樹脂成形體的硬度] 本發明中的熱傳導性樹脂成形體的硬度,較佳是以Asker C硬度計所測得的25℃時的測定值為60以下、較佳是40以下、更佳是30以下,並且,較佳是5以上。若硬度為60以下,則變得容易隨著被散熱體的形狀變形,且在不會對被散熱體造成應力的情況下顯示良好的散熱特性。再者,能夠藉由改變(A)成分與(B)成分的比率,調整交聯密度,從而調整這樣的硬度。
[熱傳導性矽氧組成物的製造方法] 能夠藉由依照常規方法來均勻地混合上述各成分,從而製備本發明的熱傳導性矽氧組成物,較佳是:包含第1混合步驟及第2混合步驟,該第1混合步驟混合上述(A)成分、(C)成分及(D)成分,以及當(E)成分、(F)成分存在時混合(E)成分、(F)成分,該第2混合步驟繼而在所獲得的混合物中加入(B)成分,進一步加以混合,藉此獲得熱傳導性矽氧組成物,並且,在第1混合步驟中,是藉由實行真空脫泡攪拌來進行混合。預先藉由實行真空脫泡攪拌來混合(揉合)上述特定成分(第1混合步驟),藉此組成物的濕潤性變得充分,並且能夠獲得一種糊狀且均勻的組成物。第2混合步驟中的混合方法,只要能夠均勻地混合,並無特別限定,能夠與第1混合步驟同樣地藉由實行真空脫泡攪拌來進行混合(揉合)。再者,本說明書中,亦有時將這樣的混合稱為「揉合」。
如以上所述,本發明的熱傳導性矽氧組成物,其特徵在於,含有作為必要成分的上述(A)~(D),尤其以特定比例來摻合作為(C)成分的平均粒徑為12~50μm的重質碳酸鈣填料(C-1)與平均粒徑為0.4~10μm的重質碳酸鈣填料(C-2),並且以特定摻合比例來使用(C)成分(由(C-1)和(C-2)所組成)。而且,藉由以特定比例來併用這樣的不同平均粒徑的重質碳酸鈣,能夠提供一種具有高熱傳導率的熱傳導性矽氧硬化物,該熱傳導性矽氧硬化物的壓縮性、絕緣性、熱傳導性、加工性優異。尤其能夠提供一種具有0.7W/m・K以上的熱傳導率的硬化物,適合用來作為一種熱傳導性樹脂成形體(熱傳導性矽氧硬化物),其設置於例如電子機器內的發熱構件與散熱構件之間,並用於散熱。具體而言,尤其作為一種熱傳導材料是有用的,其介置於發熱性電子零件的熱界面與散熱座或電路基板等的散熱構件之間的界面,用以藉由熱傳導來冷卻電子零件。 [實施例]
以下示出實施例及比較例,來具體地說明本發明,但是本發明不限定於這些例子。再者,動黏度是在23℃時藉由奧士瓦黏度計所測得。又,平均粒徑是以體積作為基準的累積平均粒徑(中值徑)的值,其是藉由日機裝股份有限公司製造的粒度分析計也就是Microtrac MT3300EX所測得。 用於下述實施例及比較例中的(A)~(G)成分如下述所示。
(A)成分: 由下述式(5)表示的有機聚矽氧烷。 式(5)中,X是乙烯基,f是能夠得到下述動黏度的數。 動黏度:600mm2 /s
(B)成分: 由下述式(6)表示的有機氫聚矽氧烷。 式(6)中,g是28,h是2。
(C)成分: 如下所述的平均粒徑的重質碳酸鈣填料。 (C-1)平均粒徑為16.6μm的重質碳酸鈣填料 (C-2a)平均粒徑為6.9μm的重質碳酸鈣填料 (C-2b)平均粒徑為2.9μm的重質碳酸鈣填料 (C-2c)平均粒徑為10μm的重質碳酸鈣填料 (D)成分: 5質量%氯鉑酸的2-乙基己醇溶液 (E)成分:(E-2)成分 由下述式(7)表示的單末端被三甲氧基矽基封閉之二甲基聚矽氧烷,其平均聚合度為30。
(F)成分 作為塑化劑的由下述式(8)表示的二甲基聚矽氧烷。 式(8)中,j是80。 (G)成分: 作為加成反應控制劑的乙炔基次甲基卡必醇。
[實施例1~3、比較例1~2] 在實施例1~3及比較例1~2中,使用表1所示的規定量的上述(A)~(G)成分、其他成分(內加型脫模劑),以下述方式來製備組成物,並使其成形硬化,然後依照下述評估方法來觀察組成物的黏度、有無發生阻礙硬化的情形、硬化物的熱傳導率、硬度、介電質破壞電壓、比重。將結果一併記載於表1。再者,表1中,「H/Vi」是直接鍵結於矽原子上的氫原子(Si-H基)的莫耳數相對於源自(A)成分的烯基的莫耳數的比率。
[製備組成物] 以下述表1的實施例1~3及比較例1~2所示的規定量來加入(A)、(C)~(F)成分,進一步加入有效量的信越化學工業股份有限公司製造的苯基改質矽氧油也就是KF-54來作為促使脫離隔板的內加型脫模劑,並以行星式攪拌機來一面進行真空脫泡一面進行揉合90分鐘。 對其加入下述表1的實施例1~3及比較例1~2所示的規定量的(B)與(G)成分,並進行揉合30分鐘,而獲得組成物。
[成形硬化方法] 將實施例1~3及比較例1~2中所獲得的組成物澆注到60mm×60mm×6mm的模具中,並使用壓製成形機,以120℃、10分鐘的條件來進行成形硬化。
[評估方法] 組成物的黏度: 利用B型黏度計,在23℃的環境下測定實施例1~3及比較例1~2中所獲得的組成物的黏度。 有無發生阻礙硬化的情形: 對於組成物進行加熱處理,並對於實施例1~3及比較例1~2中所獲得的組成物判定有無發生阻礙硬化的情形。 熱傳導率: 使用壓製成形機,以120℃、10分鐘的條件來使實施例1~3及比較例1~2中所獲得的組成物硬化成6mm厚的片狀,並使用2片的該片材,藉由熱傳導率計(商品名:TPS-2500S,京都電子工業股份有限公司製造)來測定該片材的熱傳導率。 硬度: 與上述同樣地使實施例1~3及比較例1~2中所獲得的組成物硬化成6mm厚的片狀,並將2片的該片材重疊,然後以Asker C硬度計來進行測定。 介電質破壞電壓: 使用壓製成形機,以120℃、10分鐘的條件來使實施例1~3及比較例1~2中所獲得的組成物硬化成1mm厚的片狀,並依據JIS K 6249來測定介電質破壞電壓。 比重: 使用壓製成形機,以120℃、10分鐘的條件來使實施例1~3及比較例1~2中所獲得的組成物硬化成1mm厚的片狀,並根據水置換法來測定硬化物的比重。
[表1]
如比較例1所示,如果相對於(A)成分100質量份,熱傳導性填充材料的總質量份超過2500質量份,則組成物的濕潤性不足,無法獲得糊狀且均勻的組成物。如比較例2所示,當(C-1)成分的量少於400質量份且為了高熱傳導化而使(C-2)成分高填充化時,發生了阻礙硬化的情形。再者,比較例1由於組成物無法成為糊狀,因此無法進行有無阻礙硬化的情形之後的評價;比較例2由於發生了阻礙硬化的情形,因此無法進行熱傳導率之後的評估。
相對於此,如實施例所示,當使用了以特定比率來摻合(C-1)與(C-2)而得之(C)成分時,組成物的黏度、硬化物的熱傳導率、硬度、比重、介電質破壞電壓皆為良好的結果。
再者,本發明並不限定於上述實施形態。上述實施形態為例示,任何具有實質上與本發明的申請專利範圍所記載的技術思想相同的構成且發揮相同功效者,皆包含在本發明的技術範圍內。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims (7)

  1. 一種熱傳導性矽氧組成物,其特徵在於,包含:100質量份的作為(A)成分的有機聚矽氧烷,其一分子中具有2個以上的烯基;作為(B)成分的有機氫聚矽氧烷,其具有2個以上的直接鍵結於矽原子上的氫原子,該(B)成分的量是直接鍵結於矽原子上的氫原子的莫耳數成為源自前述(A)成分的烯基的莫耳數的0.1~5.0倍的量;700~2500質量份的作為(C)成分的熱傳導性填充材料;作為(D)成分的鉑族金屬系硬化觸媒,其相對於(A)成分,以鉑族金屬元素質量換算為0.1~2000ppm;0.01~300質量份的作為(E)成分的下述成分中的任一者或兩者,(E-1)由下述通式(1)表示的烷氧基矽烷化合物,R1 aR2 bSi(OR3)4-a-b (1)通式(1)中,R1獨立地為碳原子數6~15的烷基,R2獨立地為未被取代或經取代的碳原子數1~12的一價烴基,R3獨立地為碳原子數1~6的烷基,a是1~3的整數,b是0~2的整數,並且a+b是1~3的整數,及,(E-2)由下述通式(2)表示的分子鏈單末端被三烷氧 基矽基封閉之二甲基聚矽氧烷,
    Figure 108128867-A0305-02-0035-1
    通式(2)中,R4獨立地為碳原子數1~6的烷基,c是5~100的整數;及,0.1~100質量份的作為(F)成分的由下述通式(3)表示的有機聚矽氧烷,該有機聚矽氧烷在23℃時的動黏度為10~100000mm2/s,
    Figure 108128867-A0305-02-0035-2
    通式(3)中,R5獨立地為碳原子數1~12的不包含脂肪族不飽和鍵之一價烴基,d是5~2000的整數;其中,前述(C)成分是由400~2000質量份的(C-1)平均粒徑為12~50μm的重質碳酸鈣填料、及0.1~1500質量份的(C-2)平均粒徑為0.4~10μm的重質碳酸鈣填料所組成,並且,前述(C-1)與前述(C-2)的合計量是700~2500質量份。
  2. 如請求項1所述之熱傳導性矽氧組成物,其中,23℃時的黏度為800Pa.s以下。
  3. 一種熱傳導性矽氧硬化物,其特徵在於,是請 求項1或2所述之熱傳導性矽氧組成物的硬化物。
  4. 如請求項3所述之熱傳導性矽氧硬化物,其中,熱傳導率為0.7W/m.k以上。
  5. 如請求項3所述之熱傳導性矽氧硬化物,其中,根據Asker C硬度計,硬度為60以下。
  6. 如請求項3所述之熱傳導性矽氧硬化物,其中,介電質破壞電壓為10kV/mm以上。
  7. 一種熱傳導性矽氧組成物的製造方法,其是製造請求項1或2所述之熱傳導性矽氧組成物的方法,該製造方法的特徵在於,包含:第1混合步驟,其混合前述(A)成分、(C)成分、(D)成分、(E)成分及(F)成分;及,第2混合步驟,其繼而在所獲得的混合物中加入(B)成分,進一步加以混合,藉此獲得前述熱傳導性矽氧組成物;並且,在前述第1混合步驟中,是藉由實行真空脫泡攪拌來進行混合。
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