JP2010006847A

JP2010006847A - 樹脂組成物

Info

Publication number: JP2010006847A
Application number: JP2006288071A
Authority: JP
Inventors: Takuya Okada; 拓也岡田; Yasuhiko Itabashi; 康彦板橋
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2006-10-23
Filing date: 2006-10-23
Publication date: 2010-01-14
Also published as: WO2008050690A1; TW200835738A

Abstract

【課題】低熱抵抗を示し、低温でも薄化容易で、かつ取扱性に優れた、発熱性電子部品の放熱材料に適した樹脂組成物を提供する。
【解決手段】（ａ）エチレン・酢酸ビニル共重合体５〜２０体積部、（ｂ）ポリエチレンワックス２〜２０体積部、（ｃ）ピネン・フェノール共重合体１〜２０体積部、及び（ｄ）熱伝導性無機粉末４０〜７５体積部を含有してなる樹脂組成物。（ａ）エチレン・酢酸ビニル共重合体５〜２０体積部、（ｂ）ポリエチレンワックス２〜２０体積部、（ｃ）ピネン・フェノール共重合体１〜２０体積部、（ｄ）熱伝導性無機粉末４０〜７５体積部、及び（ｅ）流動パラフィン３〜１０体積部を含有してなる樹脂組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、熱伝導性の樹脂組成物に関する。

近年、機器の高性能化さらに小型化に伴い、各種電子機器の内部から生じる熱量が年々増大している。これら発生する熱が、装置の動作不良を招く原因となるため、生じた熱をいかに効率的に、かつ早急に放熱させるかが大きな問題となっている。これらの放熱対策の手段として、熱伝導性フィラーをゴムまたは樹脂中に混合させた、種々の熱伝導性材料が広く用いられている。近年は、それらに用いられる放熱部材の低熱抵抗化だけでなく、放熱部材自体の薄膜化が要求されている。

従来からある放熱部材としては、シリコーンゴムに熱伝導性無機フィラーが充填された硬化物からなる放熱シート、シリコーンゲルに熱伝導性無機フィラーが充填され、柔軟性を有する硬化物からなる放熱スペーサー、液状シリコーンに熱伝導性無機フィラーが充填された流動性のある放熱グリース、熱による樹脂の相変化を利用したフェーズチェンジ型放熱部材（以下、単にフェーズチェンジという。）等が例示される。これらのうち、薄化が容易なものは、放熱グリース及びフェーズチェンジであるが、作業性の良し悪しの観点から、放熱グリースよりもフェーズチェンジのほうが好まれる傾向にある。

フェーズチェンジとしては、例えば発熱性電子部品の作動温度で相変化する熱伝導性相変化物質、例えばワックス類に、平均粒径２〜１００μｍの窒化硼素又はアルミナ粒子を１０〜８０体積部充填したものが知られている（特許文献１）。しかしながら、これは自己粘着性を有していないので、装着時の位置ずれを防ぎ装着作業を向上させるには、放熱部材に糊などの粘着剤を塗布する必要がある。このため作業工程が増えるなどして生産性に悪影響を及ぼし、また放熱性も低下する問題があった。

また、自己粘着性を保たせるために、エチレン−酢酸ビニル共重合体等の加熱により軟化する樹脂とともに、合成ゴム系ホットメルト接着剤を含有し、熱伝導フィラーを充填した自己粘着型フェーズチェンジも提案されている（特許文献２）。ただし取付時の作業性の問題から、軟化温度は５０℃以上とする必要があり、より低温での相変化が要求される使用条件に対しては十分な放熱特性が得られないという問題があった。
特開２００１−８９７５６号公報特開平２００４−１１５５９６号公報

本発明の目的は、上記に鑑み、自己粘着性を有すると共に低熱抵抗を示し、またより低温で軟化し、かつ取付時の作業性も良好な、発熱性電子部品の放熱材料に適した樹脂組成物を提供することである。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下の手段を採用する。
（１）（ａ）エチレン・酢酸ビニル共重合体５〜２０体積部、（ｂ）ポリエチレンワックス２〜２０体積部、（ｃ）ピネン・フェノール共重合体１〜２０体積部、及び（ｄ）熱伝導性無機粉末４０〜７５体積部を含有してなる樹脂組成物。
（２）（ａ）エチレン・酢酸ビニル共重合体５〜２０体積部、（ｂ）ポリエチレンワックス２〜２０体積部、（ｃ）ピネン・フェノール共重合体１〜２０体積部、（ｄ）熱伝導性無機粉末４０〜７５体積部、及び（ｅ）流動パラフィン３〜１０体積部を含有してなる樹脂組成物。
（３）（ａ）エチレン・酢酸ビニル共重合体５〜２０体積部、（ｂ）ポリエチレンワックス２〜２０体積部、（ｃ）ピネン・フェノール共重合体１〜２０体積部、（ｄ）熱伝導性無機粉末４０〜７５体積部、及び（ｆ）摂氏８０℃以下の融点を持つ金属合金０．０１〜１０体積部を含有してなる樹脂組成物。
（４）（ａ）エチレン・酢酸ビニル共重合体５〜２０体積部、（ｂ）ポリエチレンワックス２〜２０体積部、（ｃ）ピネン・フェノール共重合体１〜２０体積部、（ｄ）熱伝導性無機粉末４０〜７５体積部、（ｅ）流動パラフィン３〜１０体積部、及び（ｆ）摂氏８０℃以下の融点を持つ金属合金０．０１〜１０体積部を含有してなる樹脂組成物。
（５）前記（１）乃至前記（４）のいずれか一項に記載の樹脂組成物を用いた、厚さが０．０５ｍｍ〜０．５０ｍｍであるシート。
（６）金属の片側又は両側の一部又は全部に、前記（１）乃至前記（４）のいずれか一項に記載の樹脂組成物を有するシート。
（７）金属の片側又は両側の一部又は全部に、前記（１）乃至前記（４）のいずれか一項に記載の樹脂組成物を有する成形体。

本発明の樹脂組成物は、自己粘着性を有すると共に低熱抵抗を示し、低温で軟化し、かつ取付時の作業性が良好なので、発熱性電子部品の放熱材料に適している。

以下、本発明を詳細に説明する。尚、本発明で混合物等の配合比を表す単位は、特に断らない限り体積規準で表す。
本発明に用いられるエチレン・酢酸ビニル共重合体は、他の熱可塑性樹脂に比べゴム弾性を有し、また酢酸ビニル含有率を変えることで、融点が変わり、柔軟性や接着性などをコントロールすることが可能である。酢酸ビニル含有量が１０〜４０体積部のものが好ましく、ポリエチレンワックスとの相溶性から１５〜３５体積部のものがさらに好ましい。酢酸ビニル含有量が１０体積部より低い場合、熱伝導性無機粉末の充填性が悪くなる場合がある。また酢酸ビニル含有量が４０体積部より高い場合、溶融時の粘度が高くなり、シート状に成型できない場合がある。上記エチレン・酢酸ビニル共重合体としては、例えばウルトラセン（東ソー社製）、「ウルトゼックス」（三井化学社製）、「エバフレックス」（三井デュポンケミカル社製）などが挙げられる。

本発明に用いられるポリエチレンワックスの融点は、４０〜７０℃が好ましく、熱伝導性無機粉末の充填による融点への影響が少ないことを考慮すると、ポリエチレンワックスは融点が４０〜６０℃であるものを用いることがさらに好ましい。融点が４０℃より低い場合、保管状態や輸送の際に高温環境下に晒されることにより、ポリエチレンワックスが溶融するため、上記の組成物がシート状の形態を保持できない場合がある。また融点が７０℃を越える場合、通常の発熱性電子部品の作動温度を越えるため、樹脂組成物を使用した場合に溶融せず、薄膜化が難しい場合がある。ポリエチレンワックスとしては、例えば「パラフィンワックス１１５」、「ＨＮＰ−５」、「ＥＭＷ−００１」（いずれも日本精蝋社製）などが挙げられる。

本発明に用いられるピネン・フェノール共重合体は、低分子量であるにもかかわらず、非常に高い粘着性を示すため、自己粘着性を有する樹脂組成物の軟化温度の低下に有効である。上記の組成物とした場合の融点は２５〜７０℃が好ましく、熱伝導性無機粉末の充填による融点への影響が少ないため、融点が３０〜５０℃であるものを用いることがさらに好ましい。融点が２５℃より低い場合、保管状態や輸送の際に高温環境下に晒されることにより、ピネン・フェノール共重合体が溶融するため、上記の組成物がシート状の形態を保持できない場合がある。融点が７０℃を越える場合、通常の発熱性電子部品の作動温度を越えるため、樹脂組成物を使用した場合に溶融せず、薄膜化が難しい場合がある。上記のピネン・フェノール共重合体としては、例として「ＹＳポリスターＴ３０」（ヤスハラケミカル社製）などのテルペン・フェノール共重合体が挙げられる。

融点は、セイコーインスツル社製「示差走査熱量計ＳＳＣ５２００」を用いて、測定を行った。測定方法としては、測定する樹脂組成物のサンプルをアルミ製の容器に１０ｍｇ入れ、蓋をする。リファレンスとして、標準試料であるアルミナ粉末を使用する。アルミナ粉末も同様にアルミ製の容器に１０ｍｇ入れ、蓋をする。このようにして、蓋をされたサンプルを装置にセットし、室温から１００℃の温度まで１分間に１０℃の昇温速度で昇温し、測定を行った。走査温度と温度差をプロットして得られた曲線の極小値を示す点を融点とした。

本発明に用いられる流動パラフィンは、溶融時の流動性を増大させることで、本組成物の薄膜化を促進するため、低熱抵抗化に効果がある。流動パラフィンは、０〜５０℃の温度範囲で流動体であるパラフィンが好ましい。

本発明に用いられる熱伝導性無機粉末としては、熱伝導率が高い無機物から選択され、ダイヤモンド粉末、銀粉末、銅粉末、錫粉末、ステンレス粉末、アルミニウム粉末、窒化アルミニウム粉末、窒化ケイ素粉末、窒化ホウ素粉末、酸化亜鉛粉末、及び酸化アルミニウム粉末の群から選ばれた一種または二種以上の粉末を使用してよい。特に限定されるものではないが、高熱伝導率であり、汎用である酸化アルミニウム粉末、窒化アルミニウム粉末、アルミニウム粉末、酸化亜鉛粉末を用いるのが好ましい。また、その熱伝導性無機粉末の粒度については、作製するフェーズチェンジ層の厚さにもよるが、レーザー回折式粒度分布測定装置ＳＡＬＤ−２００で測定した平均粒子径（直径）Ｄ５０値が、好ましくは０．１〜８０μｍである。ここで用いた平均粒子径Ｄ５０値は、レーザー回折式粒度分布測定装置にて、センサで検出した粒子による回折／散乱光の光強度分布のデータから粒度分布を計算したものであり、測定される粒子径の値に相対粒子量（差分％）を掛けて、相対粒子量の合計（１００％）で割って求められる。

本発明で使用される低融点金属は、摂氏８０℃以下の融点を持つ金属が好ましい。８０℃を超える場合は、樹脂組成物に所望される比較的低い軟化温度条件での放熱特性向上への寄与が小さくなる傾向にある。低融点金属の含有量としては、０．０１〜１０体積部が好ましい。０．０１体積部未満では放熱特性向上への効果が小さい傾向にあり、１０体積部以上では均一な混合が難しくなる傾向にある。

本発明は（ａ）エチレン・酢酸ビニル共重合体、（ｂ）ポリエチレンワックス、（ｃ）ピネン・フェノール共重合体、及び（ｄ）熱伝導性無機粉末を最適に配合することにより、樹脂組成物の軟化温度が５０℃以下であり、低温での相変化が可能なため、５０℃以下の低温時においても、十分な放熱特性が得られる。
さらに、（ｅ）流動パラフィン、及び／又は（ｆ）摂氏８０℃以下の融点を持つ金属合金を加えることにより、物性を向上させることができる。

任意成分として、ホットメルト接着剤等に使用される熱可塑性樹脂に配合される樹脂改質剤、可塑剤、老化防止剤、カップリング剤等を用いることができる。例えば樹脂改質剤としては、スチレン−エチレン／ブチレン−スチレンのトリブロック共重合体（ＳＥＢＳ）、スチレン−エチレン／プロピレン−スチレンのトリブロック共重合体（ＳＥＰＳ）などが挙げることができる。

本発明では、上記した成分を加熱可能な加圧ニーダー、オープンニーダー、プラネタリーミキサーなどの混練機を用いて、ポリエチレンワックスを溶融させることができる温度範囲で熱伝導性無機粉末と均一に混合することができる。こうして得られた混合物を、例えば、押出成型、カレンダー成型、ロール成型、プレス成形によりシート状の樹脂組成物に成型することができる。またこの際、溶剤などを同時に混合して塗料化し、塗工後乾燥させることでもシート化が可能である。

本発明の樹脂組成物の厚みは、０．０５〜０．５ｍｍが好ましい。０．０５ｍｍ未満の場合では取扱が難しくなり、０．５ｍｍを超える場合は相変化しても十分薄膜化できないため十分な放熱特性が得られない。

本発明の樹脂組成物を、金属の箔、例えばアルミ箔の片側又は両側の一部又は全部に貼り合わせることで、さらに取扱性を向上させ、繰り返し使用させることができる。

以下、本発明の実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１〜９、比較例１〜５）
融点が４５℃であるポリエチレンワックス（日本精蝋社製商品名「ＥＭＷ−０００３」）、エチレン・酢酸ビニル共重合体（東ソー社製商品名「ウルトラセン」）、ピネン・フェノール共重合体（ヤスハラケミカル社製ＹＳポリスターＴ３０、融点３０℃）、流動パラフィン（松村石油研究所性モレスコホワイト）、平均粒子径が２μｍ（レーザー回折法で測定したＤ５０値）である酸化アルミニウム粉末（住友化学社製商品名「ＡＡ−２」）、低融点金属（大阪アサヒメタル社製Ｕアロイ６０、融点６０℃）を表１及び表２に示す割合で配合し、加熱処理が可能なオープンニーダーを用いて、８０℃の温度で１０分間加熱混合処理を行った。このようにして得られた組成物を、溶融した状態で、自社製のドクターブレードを用いて、両面をＰＥＴセパレーターで挟む形で各厚さのシートを作製した。諸特性は下記の方法で求めた。
（１）熱抵抗：ヒーターの埋め込まれた直方体の銅製治具（先端が１００ｍｍ^２）と、冷却フィンを取り付けた直方体の銅製治具（先端が１００ｍｍ^２）との間に、０．１５ｍｍの厚さの試料（樹脂組成物）を挟んで、１平方センチメートル当たり４ｋｇの荷重をかけて、試料と銅製治具を密着させた。試料量は、密着面全体を埋める状態とした。ヒーターに電力２０Ｗをかけて３０分間保持し、銅製治具同士の温度差（℃）を測定し、式、熱抵抗（℃／Ｗ）＝｛温度差（℃）／電力（Ｗ）｝、にて算出した。
（２）取扱性
取扱性として、両面をヒートシンク材料として用いられる一般的なアルミ材（１０５０材）への転写性を以下のように評価した。
貼付かない、貼付ける際にシートが破れる・・・ ×
シートが破れることなく貼付ける・・・ ○
（３）軟化温度
粘弾性スペクトルメーター（ＡｎｔｏｎＰａａｒ社製ＭＣＲ３０１）を用いて粘弾性スペクトルを測定し、貯蔵弾性率が急激な減少を示す際の貯蔵弾性率曲線の傾きが最大である点を軟化温度として計測した。
（実施例１０）
実施例１で作製した樹脂組成物シートとアルミ箔（福田金属箔社製、厚さ３０μｍ）をラミネーターで貼り合わせたものを作製した。これは一度熱抵抗を測定した後に測定装置から一度取り外し、再度測定することが可能であり、また熱抵抗値も同等であった。

本発明の樹脂組成物は、自己粘着性を有すると共に低熱抵抗を示し、５０℃以下の低温で軟化し、かつ取付時の作業性が良好である。

本発明の樹脂組成物は、電子部品の放熱材料の他、あらゆる発熱物に対してその熱を他へ伝達する材料として使用できる。

Claims

（ａ）エチレン・酢酸ビニル共重合体５〜２０体積部、（ｂ）ポリエチレンワックス２〜２０体積部、（ｃ）ピネン・フェノール共重合体１〜２０体積部、及び（ｄ）熱伝導性無機粉末４０〜７５体積部を含有してなる樹脂組成物。
（ａ）エチレン・酢酸ビニル共重合体５〜２０体積部、（ｂ）ポリエチレンワックス２〜２０体積部、（ｃ）ピネン・フェノール共重合体１〜２０体積部、（ｄ）熱伝導性無機粉末４０〜７５体積部、及び（ｅ）流動パラフィン３〜１０体積部を含有してなる樹脂組成物。
（ａ）エチレン・酢酸ビニル共重合体５〜２０体積部、（ｂ）ポリエチレンワックス２〜２０体積部、（ｃ）ピネン・フェノール共重合体１〜２０体積部、（ｄ）熱伝導性無機粉末４０〜７５体積部、及び（ｆ）摂氏８０℃以下の融点を持つ金属合金０．０１〜１０体積部を含有してなる樹脂組成物。
（ａ）エチレン・酢酸ビニル共重合体５〜２０体積部、（ｂ）ポリエチレンワックス２〜２０体積部、（ｃ）ピネン・フェノール共重合体１〜２０体積部、（ｄ）熱伝導性無機粉末４０〜７５体積部、（ｅ）流動パラフィン３〜１０体積部、及び（ｆ）摂氏８０℃以下の融点を持つ金属合金０．０１〜１０体積部を含有してなる樹脂組成物。
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の樹脂組成物を用いた、厚さが０．０５ｍｍ〜０．５０ｍｍであるシート。
金属の片側又は両側の一部又は全部に、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の樹脂組成物を有するシート。
金属の片側又は両側の一部又は全部に、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の樹脂組成物を有する成形体。