JP2005320390A - 硬化可能な組成物、成型物及び放熱部材 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁波吸収性と放熱性を有する成型物を得ることのできる硬化可能な組成物、この組成物の硬化物からなる成型物、及びこの成型物で構成された電子機器の電磁波吸収と放熱に好適な放熱部材を提供する。
【解決手段】シリコーンゲルと、シリコーンゴムと、軟磁性粉末と、熱伝導性フィラーとを含有することを特徴とする硬化可能な組成物。この組成物の硬化物からなることを特徴とする特徴とする成型物。この成型物からなり、熱伝導率が０．８Ｗ／ｍ・ｋ以上、透磁率が２以上、アスカーＣ硬度が３０以下であることを特徴とする放熱部材。
【選択図】 なし

Description

本発明は、硬化可能な組成物、成型物及び放熱部材に関する。

近年、急速に発達してきたデジタルカメラ、パソコン、テレビ等の電子機器に用いられているＣＰＵ等の半導体素子は、ますます小型化、高集積化され、それにともなって電磁波障害と放熱対策も一段と厳しいものとなっている。これに対応するため、シリコーンゴムに軟磁性金属粉末と熱伝導性フィラーを含有させたシリコーンゴム組成物（特許文献１）や、シリコーンゲルに金属酸化物磁性粒子と熱伝導性充填剤とを含有させたシリコーンゲル組成物（特許文献２）等が提案されている。
特開２００１−２９４７５２号公報 特開平１１−３３５４７２号公報

本発明の目的は、電磁波吸収性と放熱性を有する成型物を得ることのできる硬化可能な組成物、この組成物の硬化物からなる成型物、及びこの成型物で構成された電子機器に好適な放熱部材を提供することである。

本発明は、シリコーンゲルと、シリコーンゴムと、軟磁性ソフトフェライト粉末と、熱伝導性フィラーを含有することを特徴とする硬化可能な組成物である。

本発明の硬化可能な組成物においては、シリコーンゲルが、付加反応型シリコーンゲル及び縮合反応型シリコーンゲルの少なくとも一方であり、シリコーンゴムが付加反応型シリコーンゴム及び過酸化物加硫タイプのシリコーンゴムの少なくとも一方であり、しかもシリコーンゲルとシリコーンゴムの割合が両者の合計１００質量部あたりシリコーンゲルが７５〜９５質量部であり、両者の合計含有率が１０〜９０体積％であること、軟磁性粉末が、鉄、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金等の鉄合金、Ｍｇ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｍｇフェライト、Ｃｕ−Ｚｎフェライト、Ｍｇ−Ｍｎ−Ｓｒフェライト、Ｎｉ−Ｚｎフェライトから選ばれた少なくとも１種であること、軟磁性粉末が、平均アスペクト比が１．５〜１５、平均粒子径が２０μｍ以上のＮｉ−Ｚｎフェライト粉末であること、熱伝導性フィラーが、銅、アルミニウム、アルミナ、シリカ、マグネシア、チタニア、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素及び炭化ケイ素から選ばれた少なくとも１種の粉末であること、及び熱伝導性フィラーが、平均球形度が０．８５未満、平均粒子径が０．５〜５μｍのアルミナ粉末であること、から選ばれた実施態様の１又は２以上であることが好ましい。

また、本発明は、本発明の硬化可能な組成物の硬化物からなることを特徴とする特徴とする成型物である。さらに、本発明は、この成型物で構成され、熱伝導率が０．８ Ｗ／ｍ・ｋ以上、透磁率が２以上、アスカーＣ硬度が３０以下であることを特徴とする放熱部材である。

本発明によれば、電磁波吸収性と放熱性に優れた成型物を得ることのできる硬化可能な組成物、この組成物の硬化物からなる成型物、及びこの成型物で構成された放熱部材が提供される。

本発明の硬化可能な組成物のマトリックスは、シリコーンゲルとシリコーンゴムの両方からなるものであり、従来のマトリックスがそのいずれかであったのと比較して特異的である。ここで、シリコーンゲルとは硬化物がゲル状に固まるものであり、シリコーンゴムとはゴム状に固まるものである。本発明において、シリコーンゲルとシリコーンゴムの両方を用いる理由は、柔軟性とハンドリング性のある成型物を製造するためである。シリコーンゲルのみであると柔軟であるが強度がなくハンドリング性に劣り、またシリコーンゴムのみであるとハンドリング性はあるが柔軟性の小さい成型物となる。

シリコーンゲルとシリコーンゴムの割合は、両者の合計１００質量部あたりシリコーンゲルの下限は７５質量部が好ましく、特に８０質量部であることが好ましい。また、上限は９５質量部が好ましく、特に９０質量部であることが好ましい。シリコーンゲルの割合が７５質量部よりも著しく小さいと、ゲル状成分が少なくなるために成型物の柔軟性が小さくなり、９５質量部よりも著しく大きいと、ゴム状成分が少なくなるために強度が小さくなる。また、シリコーンゲルとシリコーンゴムの合計含有率は、本発明の組成物中、下限は１０体積％が好ましく、特に２０体積％であることが好ましい。また、上限は９０体積％が好ましく、特に４０体積％であることが好ましい。シリコーンゲルとシリコーンゴムの合計含有率が１０体積％よりも著しく小さいと、マトリックス成分が少ないため、成型物の強度が小さくなり、９０体積％よりも著しく大きいと、電磁波吸収性と放熱性のいずれもが小さくなる。

シリコーンゲルは、付加反応型シリコーンゲル及び縮合反応型シリコーンゲルの少なくとも一方であることが好ましく、またシリコーンゴムは、付加反応型シリコーンゴム及び過酸化物加硫タイプのシリコーンゴムの少なくとも一方であることが好ましい。これらのシリコーンゲル、シリコーンゴムのいずれにおいても、平均組成式が、Ｒ^１ｎＳｉＯ_{(４-ｎ)／２}（式中、Ｒ^１は同一又は異種の非置換又は置換の１価炭化水素基であり、ｎは１．９８〜２．０２の正数である。）、で示されるオルガノポリシロキサンをベースポリマーとしたものが好ましい。これの詳細については特許文献１の段落００１８〜００３１に記載されており、本発明においても特許文献１に記載されたものを不都合なく使用することができる。

さらに述べれば、シリコーンゲル、シリコーンゴムとしては、例えば付加反応により加硫する液状シリコーンゴムや液状シリコーンゲル、過酸化物を加硫剤とする熱加硫型ミラブルタイプのシリコーンゴムやシリコーンゲルなどを使用することができるが、本発明の組成物の用途が放熱部材であるときは、ＣＰＵ等の発熱面とヒートシンク等の放熱面との密着性を高め、また異なった高さで配置されたＣＰＵ等を傷つけずに覆う柔軟性を持たせるために、付加反応型の液状シリコーンゴムと液状シリコーンゲルが特に好ましい。

付加反応型液状シリコーンの具体例としては、例えば一分子中にビニル基とＨ−Ｓｉ基の両方を有する一液性のシリコーン、又は末端あるいは側鎖にビニル基を有するオルガノポリシロキサンと末端あるいは側鎖に２個以上のＨ−Ｓｉ基を有するオルガノポリシロキサンの二液性のシリコーンなどをあげることができる。このような付加反応型液状シリコーンの市販品としては、ゲル状のものとして、例えば東芝シリコーン社製、商品名「ＸＥ１４−８５３０」など、ゴム状のものとしては、例えば東芝シリコーン社製、商品名「ＹＥ５８２２」などがある。

本発明で使用される軟磁性粉末を例示すれば、鉄、例えばＦｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金等の鉄合金、例えばＭｇ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｍｇフェライト、Ｃｕ−Ｚｎフェライト、Ｍｇ−Ｍｎ−Ｓｒフェライト、Ｎｉ−Ｚｎフェライト等のフェライト系物質などの電磁波吸収特性を有する粉末から選ばれた少なくとも１種である。

これらの中でも、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、特に平均アスペクト比が１．５〜１５、平均粒子径が２０μｍ以上であるＮｉ−Ｚｎフェライトは、マトリックスと組み合わされたときに大きな電磁波吸収性を示し、また錆びにくいので、信頼性、長期の保存安定性にも優れた組成物等となる。Ｎｉ−Ｚｎフェライト粉末の平均アスペクト比が１０よりも著しく大きいか、又は平均粒子径が２０μｍよりも著しく小さいと、シリコーンゲルとシリコーンゴムの混合物の粘度が著しく高くなるので、高充填するのに悪影響を及ぼす。平均アスペクト比が１．５より著しく小さくなると、反磁界の影響が大きくなるため、電磁波吸収特性が小さくなる。特に好ましいＮｉ−Ｚｎフェライト粉末の平均アスペクト比は２〜５であり、平均粒子径は２５〜７５μｍである。

成型物中のＮｉ−Ｚｎフェライト粉末の平均アスペクト比は、成型物の切断面を走査電子顕微鏡で５００〜２０００倍の倍率で観察し、任意１００個の粒子につきその切断面のａ軸、ｃ軸を画像解析装置（例えば、日本アビオニクス社製「ＳＰＩＣＣＡ−ＩＩ」を用いて測定し、それを平均することによって求めることができる。

本発明で使用される熱伝導性フィラーを例示すると、例えば銅、アルミニウム、アルミナ、シリカ、マグネシア、チタニア、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、炭化ケイ素などの熱伝導性を有する粉末から選ばれた少なくとも１種である。熱伝導性フィラーの平均粒子径は０．１〜５０μｍ、特に０．５〜２０μｍであることが好ましい。これらの中でも、アルミナ粉末、特に平均球形度が０．８５未満で、平均粒子径が０．５〜５μｍであるアルミナ粉末が好ましい。平均球形度が０．８５以上になると、高充填することが可能であるがコスト高となる。また、平均粒子径が０．５μｍよりも著しく小さいと、組成物の粘度が著しく高くなり、５μｍよりも著しく大きいと、熱伝導性の付与効果が小さくなって放熱性が低下する。特に好ましいアルミナ粉末の平均球形度は０．５〜０．７５であり、平均粒子径は０．５〜５μｍである。

アルミナ粉末の平均球形度は、実体顕微鏡（例えばニコン社製モデル「ＳＭＺ−１０型」）、走査型電子顕微鏡等にて撮影した粒子像を画像解析装置（例えば日本アビオニクス社製）に取り込み、粒子像から粒子の投影面積（Ａ）と周囲長（ＰＭ）を測定する。周囲長（ＰＭ）に対応する真円の面積を（Ｂ）とすると、その粒子の真円度はＡ／Ｂとして表示できる。そこで、試料粒子の周囲長（ＰＭ）と同一の周囲長を持つ真円を想定すると、ＰＭ＝２πｒ、Ｂ＝πｒ²であるから、Ｂ＝π×（ＰＭ／２π）²となり、個々の粒子の球形度は、球形度＝Ａ／Ｂ＝Ａ×４π／（ＰＭ）²として算出することができる。このようにして得られた任意の粒子２００個の球形度を求め、その平均値を平均球形度とする。

Ｎｉ−Ｚｎフェライト粉末及び熱伝導性フィラーの平均粒子径は、例えばＬ＆Ｎ社製粒度分布計「マイクロトラックＳＰ−Ａ」を用いて測定することができる。

本発明の成型物は、本発明の組成物の硬化物からなるものである。本発明の成型物は、原料の混合・成形・硬化工程を経て製造される。混合には、ロールミル、ニーダー、バンバリーミキサー等の混合機が用いられる。成形方法は、ドクターブレード法が好ましいが、シリコーンゲルとシリコーンゴムの粘度によって押し出し法、プレス法、カレンダーロール法などを用いることができる。硬化は、一般的な熱風乾燥機、遠赤外乾燥機、マイクロ波乾燥機等を用いて行うことができ、硬化温度は例えば５０〜２００℃であることが好ましい。

本発明の成型物は、電磁波吸収と放熱の要求される各種の用途に供される。その一例が、電子機器の放熱部材である。電子機器の放熱部材とは、例えばＣＰＵ等を放熱フィンや金属板等のヒートシンクに取り付ける際の介在物である。放熱部材の厚みは０．１〜６ｍｍ、特に０．２〜２ｍｍのシート形状が一般的である。シートの平面形状は、ＣＰＵ等の電子部品と密着できる形状ないしは埋没できる形状であればよく、例えば三角形、四角形、六角形などの多角形、円形、楕円形等である。さらには、表面に密着ないしは埋没しやすいように凹凸を付けることもできる。

本発明の放熱部材は、熱伝導率が０．８Ｗ／ｍ・ｋ以上、透磁率が２以上、アスカーＣ硬度が３０以下であることが好ましく、これによってＣＰＵ等とヒートシンク等との密着性が高まるのでノイズ減衰効果が大きくなり、また放熱性にも優れたものとなるのでヒートシンクへの熱の伝達も容易となる。

実施例１〜７ 比較例１〜４
シリコーンＡ液（ビニル基を有するオルガノポリシロキサン）と、シリコーンＢ液（Ｈ−Ｓｉ基を有するオルガノポリシロキサン）からなる、二液の付加反応型液状シリコーンゲル（東芝シリコーン社製、シリコーンゲル商品名「ＸＥ１４−８５３０」）と、同じく二液の付加反応型液状シリコーンゴム（東芝シリコーン社製、シリコーンゴム商品名「ＹＥ５８２２」）と、表１に示す軟磁性粉末と、表１に示す熱伝導性フィラーとを表２に示す体積部割合で混合し、硬化可能な組成物を調製した。表２には、マトリックス中のシリコーンゲル及びシリコーンゴムの質量割合も示されている。この組成物を、室温において真空脱泡後、ドクターブレード法にてシートに成形した後、１２０℃の乾燥機に６時間静置して加硫・硬化させて放熱部材を製造した。この放熱部材について、以下に従う物性を測定した。それらの結果を表２に示した。

（１）熱伝導率：放熱部材をＴＯ−３型銅製ヒーターケースと銅板との間に挟み、放熱部材厚みの１０％を圧縮した後、銅製ヒーターケースに電力５Ｗをかけて４分間保持し、銅製ヒーターケースと銅板との温度差を測定し、熱伝導率（Ｗ／ｍ・ｋ）＝｛電力（Ｗ）×厚み（ｍ）｝／｛温度差（ｋ）×測定面積（ｍ^２）｝、にて算出した。

（２）アスカーＣ（柔軟性）： アスカーＣ硬度計（高分子計器製商品名「ＡＳＫＥＲ ＣＬ−１５０」）を用いて測定した。

（３）透磁率：トロイダルコア状（内径３ｍｍ、外径７ｍｍ）に打ち抜いた厚さ０．５ｍｍの試料を、測定精度を高めるために３枚重ねて同軸線路に装填し（同軸導波管用いたＳパラメータ法：参考文献：橋本 修 著「電波吸収体のはなし」ｐ６８〜６９ ２００１年６月２９日 日刊工業新聞社）、Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製ネットワークアナライザーを用いて１００ＭＨｚから５ＧＨｚまでの周波数域における複素透磁率の虚数部（μ‘’）を自動測定し、その最大値を表２に示した（）。

表２からわかるように、本発明の硬化可能な組成物を用いて製造された放熱部材は、熱伝導率が０．８Ｗ／ｍ・ｋ以上、透磁率が２以上、アスカーＣ硬度が３０以下を満たすものとなる。

本発明の硬化可能な組成物は、例えば電磁波吸収及び放熱性をもつ成型物等の製造に使用される。本発明の成型物は、例えば電子機器の電磁波吸収と放熱を行う放熱部材として使用される。

Claims (8)

1. シリコーンゲルと、シリコーンゴムと、軟磁性粉末と、熱伝導性フィラーを含有することを特徴とする硬化可能な組成物。
2. シリコーンゲルが付加反応型シリコーンゲル及び縮合反応型シリコーンゲルの少なくとも一方であり、シリコーンゴムが付加反応型シリコーンゴム及び過酸化物加硫タイプのシリコーンゴムの少なくとも一方であり、しかもシリコーンゲルとシリコーンゴムの割合が両者の合計１００質量部あたりシリコーンゲルが７５〜９５質量部であり、両者の合計含有率が１０〜９０体積％であることを特徴とする請求項１記載の組成物。
3. 軟磁性粉末が鉄、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金等の鉄合金、Ｍｇ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｍｇフェライト、Ｃｕ−Ｚｎフェライト、Ｍｇ−Ｍｎ−Ｓｒフェライト、Ｎｉ−Ｚｎフェライトから選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項１又は２記載の組成物。
4. 軟磁性粉末が、平均アスペクト比が１．５〜１５、平均粒子径が２０μｍ以上のNｉ−Ｚｎフェライト粉末であることを特徴とする請求項３記載の組成物。
5. 熱伝導性フィラーが銅、アルミニウム、アルミナ、シリカ、マグネシア、チタニア、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素及び炭化ケイ素から選ばれた少なくとも１種の粉末であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の組成物。
6. 熱伝導性フィラーが、平均球形度が０．８５未満、平均粒子径が０．５〜５μｍのアルミナ粉末であることを特徴とする請求項４記載の組成物。
7. 請求項1〜６のいずれかに記載の成物の硬化物からなることを特徴とする特徴とする成型物。
8. 請求項７記載の成型物からなり、熱伝導率が０．８Ｗ／ｍ・ｋ以上、透磁率が２以上、アスカーＣ硬度が３０以下であることを特徴とする放熱部材。