JP3757636B2 - 放熱シート形成用の熱伝導性シリコーンゴム組成物の製造方法及び放熱シート形成用の熱伝導性シリコーンゴム組成物 - Google Patents
放熱シート形成用の熱伝導性シリコーンゴム組成物の製造方法及び放熱シート形成用の熱伝導性シリコーンゴム組成物 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランジスター、ＭＰＵ、ドライバーＩＣ、メモリー等の電子部品と放熱器との間に設置され、電子部品から発生する熱を放熱器に伝導する放熱シートを形成するために好適な放熱シート形成用の熱伝導性シリコーンゴム組成物の製造方法、及び放熱シート形成用の熱伝導性シリコーンゴム組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パソコン、ワークステーション等に用いられているＣＰＵのクロック数の増加や、集積回路の集積度の増加に伴い、電子部品４からの発熱量の増加が深刻な問題となっており、特にパワーＩＣ等の発熱部品からの発熱は、様々な問題を抱えている。そこでこれらの電子部品４からの発熱を効率的に放熱するためには、これらの電子部品４に放熱器５を設けることが一般的であり、放熱器５を電子部品４に取り付ける際は、熱伝導性の高い放熱シート３、放熱用ポッティング材、放熱用接着材等を介して放熱器５を電子部品４に取り付け、電子部品４からの発熱が放熱器５に効率良く伝導するようにしている。ここで放熱シート３を介して電子部品４に放熱器５を取り付ける際は、図２（ａ）に示すように半田バンプ等の実装用電極８を介して基板６に実装された電子部品４に放熱器５を設けることが一般的に行なわれている。ここで電子部品４と放熱器５との間に図２（ｃ）のように空隙７が生じた場合、この空隙７が熱伝導の大きな抵抗となるため、放熱器５と電子部品４との間に放熱シート３を配置し、図２（ｂ）のように放熱器５と電子部品４の接合面の微妙な反りやうねりに放熱シート３を沿わせることによって、空隙７が生じることを防ぎ、電子部品４から発する熱を放熱器５に効率良く伝導させるようにしている。
【０００３】
従来からこのような電子部品４等の放熱に用いられている放熱シート３としては、シリコーンゴムをベースとし、これに熱伝導性フィラーを含有させた液状の熱伝導性シリコーンゴム組成物を成形したものが、その耐熱性や信頼性の高さのためによく用いられている。一方半導体の高集積化、電子機器の軽薄短小化によって、これら放熱部材の熱伝導特性に対するニーズは年々高まる一方である。そこで従来から上記放熱部材の熱伝導性を上げるためには、高い熱伝導率を有するフィラーの選択、及びフィラーの含有率を上げる方法が検討されており、フィラーとしてアルミナ、酸化マグネシウム、窒化ホウ素等を用い、これらのものをマトリックス樹脂であるシリコーンゴム等のエラストマー中に高充填で分散させることが行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし単にフィラーの充填率を上げると、熱伝導性シリコーンゴム組成物のスラリー粘度も同時に高くなってしまい、そのため放熱シート３を成形する際の加工性が低下すると共に、スラリーの脱泡も困難となり、そのためボイドレス成形が困難となってしまう。また放熱用ポッティング材や接着剤として用いる場合はその流動性が悪くなってしまい、ディスペンサー等での吐出が困難になると共に、ポッティングあるいは接着したい箇所への材料の流れも悪くなってしまう。
【０００５】
また熱伝導性シリコーンゴム組成物にて放熱シート３を形成した場合、その放熱シート３の硬度が高硬度化してしまうという問題も生じる。放熱シート３が高硬度化すると、電子部品４や放熱器５の接合面の微妙なうねりや反りに対しての追随性が低下し、放熱器５と電子部品４との間の空隙７を充分に埋めることができないという問題が発生する。またこのような高硬度の放熱シート３を微妙なうねりや反りに追随させようとすると、電子部品４と放熱シート３の間にかなりの荷重を掛ける必要があり、電子部品４に対して大きなダメージを与える恐れがある。
【０００６】
そこで放熱シート３の高硬度化を防ぐために、シリコーンゴムを構成する主剤と硬化剤との組成比を変えることにより、成形品である放熱シート３中での架橋密度を低減して、低硬度化とフィラーの高充填化を両立させようという試みがあるが、この場合は放熱シート３のゴム弾性が低下し、圧縮永久歪測定を行うと歪が著しく大きくなったり、引き裂き強度が低下したりするという新たな問題が発生する。
【０００７】
そのため、成形品の架橋密度を変えずにフィラーの充填性を向上させると共に、熱伝導性シリコーンゴム組成物のスラリー粘度及び成形品である放熱シート３のゴム硬度を低減が図れることが望まれている。
【０００８】
また電子機器の軽薄短小化へのニーズの高まりから、電子部品４を構成する材料の軽量化と高性能化を低コストで達成することが望まれており、放熱シート３においても軽量、高熱伝導性、かつ低コストであることが望まれている。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、熱伝導性フィラーの含有率を高くしてもスラリー粘度を低減し、ゴム硬度を低減することができ、更に低コスト化、軽量化、高熱伝導性化を達成することができる熱伝導性シリコーンゴム組成物の製造方法及び熱伝導性シリコーンゴム組成物を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の放熱シート形成用の熱伝導性シリコーンゴム組成物の製造方法は、液状タイプの付加反応型シリコーンゲルに熱伝導性フィラー１としてアトマイズ法にて製造された、粒径が８０μｍ以上の粒子を２５〜７５体積％含む真球状のアルミニウム粉を分散させることを特徴とするものである。
【００１１】
また本発明の請求項２に記載の放熱シート形成用の熱伝導性シリコーンゴム組成物の製造方法は、請求項１の構成に加えて、熱伝導性フィラー１として、アトマイズ法にて製造された、粒径が３〜２５０μｍの真球状のアルミニウム紛を用いることを特徴とするものである。
【００１３】
また本発明の請求項３に記載の放熱シート形成用の熱伝導性シリコーンゴム組成物は、請求項１又は２に記載の方法にて製造されて成ることを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
本発明の熱伝導性シリコーンゴム組成物はシリコーンゴムに熱伝導性フィラー１を含有させたものである。
【００１６】
シリコーンゴムとしては、二液型や一液型の液状タイプのシリコーンゲルを使用する。
【００１７】
また熱伝導性フィラー１としては、アルミニウム粉を用いるものである。アルミニウム粉は、その熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫと、金属としては高い熱伝導率を有しており、熱伝導性シリコーンゴム組成物中に分散させることによる熱伝導性シリコーンゴム組成物の熱伝導性の向上の効果が高いものである。また他の高熱伝導性フィラー１として知られる窒化アルミニウムや、六方晶窒化ホウ素よりも低コストで入手することができる。またアルミニウム粉の比重は２．６９ｇ／ｃｍ3と、アルミナ（３．９６ｇ／ｃｍ3）やマグネシア（３．５１ｇ／ｃｍ3）等に比べて軽量であるため、熱伝導性シリコーンゴム組成物の軽量化を達成することができる。
【００１８】
上記の熱伝導性フィラー１として用いられるアルミニウム粉としては、溶融したアルミニウムをガスや液体で噴霧するすることにより粉体化する、いわゆるアトマイズ法にて製造されるものを用いるものである。アトマイズ法にて製造されたアルミニウム粉の粒子形状は、図１（ｂ）に示すように、涙滴状の形状、すなわち半球形状と円錐形状を、円形状の平面にて接合した形状となっており、このような形状を有するアルミニウム粉は、破砕法で製造される鱗片状やフレーク状のアルミニウム粉と比較して、マトリックスであるシリコーンゴム中への充填率を向上しても、熱伝導性シリコーンゴム組成物のスラリー粘度を低減し、また熱伝導性シリコーンゴム組成物の硬化物のゴム硬度も低減することができるものである。
【００１９】
また更に、アトマイズ法にて得られるアルミニウム粉として、図１（ａ）に示すような真球状のものを熱伝導性フィラー１として用いると、マトリックスであるシリコーンゴム中への充填率を更に向上することができるものである。ここで真球状とは、アルミニウム粉を構成する粒子の全ての箇所における直径が、ある一定の長さの０．９０〜１．１０倍の範囲にあることをいう。
【００２０】
また上記の熱伝導性フィラー１として用いられるアルミニウム粉としては、その粒径が３〜２５０μｍのものを用いることが好ましく、またその粒度分布として、８０μｍ以上の粒子がアルミニウム粉全体の２５〜７５体積％となるようにすることが好ましい。このようにすると、熱伝導性フィラー１の粒径８０μｍ以上の粒子間の空隙７を粒径８０μｍ未満のフィラー粒子で埋めることができ、熱伝導性シリコーンゴム組成物中のフィラーの充填率を向上しても、熱伝導性シリコーンゴム組成物のスラリー粘度を低減し、また熱伝導性シリコーンゴム組成物の硬化物のゴム硬度も低減することができるものである。
【００２１】
本発明の熱伝導性シリコーンゴム組成物中の熱伝導性フィラー１の配合割合は、熱伝導性シリコーンゴム組成物全量に対して４０〜７５体積％とするものである。配合割合が、４０体積％に満たないと本発明の熱伝導性シリコーンゴム組成物に充分な熱伝導性を付与することが困難なものであり、また配合割合が７５体積％を超えると、本発明の熱伝導性シリコーンゴム組成物のスラリー粘度が実用上適さない程大きくなり、また熱伝導性シリコーンゴム組成物の硬化物のゴム硬度も高くなって好ましくない。
【００２２】
以下に本発明の熱伝導性シリコーンゴム組成物を製造する方法を説明する。シリコーンゴムと熱伝導性フィラー１を混練する際、シリコーンゴムとして一液型のものを用いる場合は、熱伝導性フィラー１を混練機を用いてシリコーンゴムと混練して熱伝導性シリコーンゴム組成物を形成することができる。またシリコーンゴムとして二液型のものを用いる場合は、予め主剤と硬化剤にそれぞれ目的量の熱伝導性フィラー１を混合してスラリーを形成しておき、その主剤スラリーと硬化剤スラリーを混練して熱伝導性シリコーンゴム組成物を形成することができるものであり、また主剤と硬化剤を混合した後、熱伝導性フィラー１を添加してもよい。
【００２３】
上記のようにして形成される熱伝導性シリコーンゴム組成物は、スラリー状に形成されるものであり、この熱伝導性シリコーンゴム組成物を用いてトランジスター、ＭＰＵ、ドライバーＩＣ、メモリー等の電子部品４と放熱器５との間に設置され、電子部品４から発生する熱を放熱器５に伝導する放熱シート３を形成することができる。
【００２４】
本発明の熱伝導性シリコーンゴム組成物にて放熱シート３を形成する際は、熱伝導性シリコーンゴム組成物をシート状にプレス成形、押出し成形、カレンダー成形等の方法で成形した後、加熱硬化させることによって放熱シート３を形成することができる。またこのようにコンパウンドの状態で成形する他、ガラス布等の基材にシリコーンゴム組成物を含浸させた後成形したものを、加熱硬化させることもできる。この際、本発明の熱伝導性シリコーンゴム組成物はスラリー粘度が低いため成形時の加工性が良好なものであり、またスラリーの脱泡を容易に行うことができてボイドレス成形が容易なものである。
【００２５】
このようにして形成される放熱シート３は、図２（ａ）に示すように基板６上に半田バンプ等からなる実装用電極８を介して実装されたトランジスター、ＭＰＵ、ドライバーＩＣ、メモリー等の電子部品４と、ヒートシンク、ヒートパイプ、筺体等の放熱器５と間に配置され、図２（ｂ）のように放熱器５と電子部品４の接合面の微妙な反りやうねりに放熱シート３を沿わせることによって、放熱器５と電子部品４の接合面に図２（ｃ）に示すような熱抵抗の大きい空隙７が生じることを防ぎ、電子部品４から発する熱を放熱器５に効率良く伝導させることができるものである。
【００２６】
ここで本発明の熱伝導性シリコーンゴム組成物は上記のように熱伝導性が高いものであり、また熱伝導性シリコーンゴム組成物のスラリー粘度が低く、成形加工性が良好であると共に、スラリー状の熱伝導性シリコーンゴム組成物の脱泡を容易に行うことができてボイドレス成形が容易なものであり、また熱伝導性シリコーンゴム組成物の硬化成形物のゴム硬度を低減することができるものである。従って本発明の熱伝導性シリコーンゴム組成物で放熱シート３を形成する際の成形性を向上することができるものであり、また形成された放熱シート３はゴム硬度が低いため、放熱器５と電子部品４との間に配置する際、電子部品４に強い荷重を掛けなくても放熱器５と電子部品４の接合面の反りやうねりを容易に埋めることができ、放熱器５と電子部品４の間に熱抵抗が高い空隙７が形成されることがなく、かつこの放熱シート３は熱伝導性が高いので、電子部品４から放熱器５への熱伝導効率を向上し、電子部品４からの発熱を容易に放熱することができるものである。
【００２８】
このように本発明の熱伝導性シリコーンゴム組成物は、放熱シート３を形成するために好適なものである。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって詳述する。
（実施例１乃至３、比較例１，２）
シリコーンゴムとして、Ａ液とＢ液とからなる付加反応型シリコーンゲル（東レダウコーニング社製、品番「ＳＥ１８８５」）を用い、熱伝導性フィラー１として、アトマイズ法にて製造された真球状のアルミニウム粉（Ｖａｌｉｍｅｔ社（アメリカ）製）、Ｈシリーズ）を用いた。この熱伝導性フィラー１を前記シリコーンゲルのＡ液、Ｂ液にそれぞれ６０体積％となるように配合、混練し、Ａ、Ｂの二種類のスラリーを調製した。
【００３０】
次にこのＡ、Ｂ二種類のスラリーをそれぞれ重量比で１対１の比率で２５℃にて１分間混合、混練し、この混練物スラリーをテフロンフィルムで挟み込み、プレス成形により２ｍｍ厚のシートに成形し、これを１２０℃、１時間の条件下で加熱硬化させて放熱シート３を作製した。
（比較例３乃至６）
熱伝導性フィラー１として、アトマイズ法にて製造された涙滴状のアルミニウム粉（ミネルコ社製、品番「＃２４５」：粒径１５０〜７５μｍ、品番「＃２６０Ｓ」：粒径７５〜６３μｍ、品番「＃２８０Ａ」：粒径６３〜４５μｍ、品番「＃３００Ａ」：粒径４５μｍ以下）を用いた以外は、実施例１乃至３、比較例１，２と同様に行った。
（比較例７）
熱伝導性フィラー１として、粉砕法にて形成した鱗片状のアルミニウム粉を用いた以外は、実施例１乃至３、比較例１，２と同様に行った。
（比較例８）
熱伝導性フィラー１として、溶射法にて製造されたアルミナ粉を用いた以外は、実施例１乃至３、比較例１，２と同様に行った。
【００３１】
なお、上記の各実施例及び各比較例に用いた熱伝導性フィラー１は、それぞれ表１に示す粒度分布を有するものを用いたものである。ここでこの熱伝導性フィラー１の粒度分布の調整は、あらかじめ粒度分布が測定された粉体を、適宜の配合割合で混合することによって行った。
（スラリー粘度測定）
各実施例及び比較例のＡ、Ｂ二種類のスラリーを２５℃にて１分間混合、混練した直後、この混合物スラリーについて、レオメーター（ＨＡＡＫＥ社製、品番「ＣＶ２０」）によりせん断速度５（１／Ｓ）、２５℃の条件で粘度を測定した。
（ゴム硬度）
各実施例及び比較例の放熱シート３について、ＪＩＳ−Ｋ６３０１−Ａ型に準拠したゴム硬度計（（株）ＴＥＣＬＯＣＫ社製、品番「ＧＳＤ−７０６」）により、ゴム硬度を測定した。
（熱伝導率）
各実施例及び比較例の放熱シート３について、定常法平板比較法にて熱伝導率を測定した。
（密度測定）
各実施例及び各比較例の放熱シート３から４ｃｍ×４ｃｍの寸法のサンプルを切り出し、マイクロメータにて厚みを測定して平均厚みを算出し、その結果をもとにこのサンプルの体積を算出した。またこのサンプルの重量測定を行い、このサンプルの体積と重量から、放熱シート３の密度を算出した。
【００３２】
以上の結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
表１から明らかなように、同一の粒度分布を有する熱伝導性フィラー１を用いた実施例２、比較例４、並びに比較例７、８を比べると、アトマイズ法にて製造されたアルミニウム粉を用いた実施例２、比較例４では、比較例７及び比較例８のものよりも、スラリー粘度及びゴム硬度が低減した。ここでスラリー粘度が５００Ｐａ・ｓ以上、ゴム硬度が２０以上となった比較例７のものは、スラリー粘度が放熱シート３を成形するための充分な成形加工性を有することができないほど高く、また成形される放熱シート３は電子部品４と放熱器５との間の接合面の反りやうねりを充分に埋めることができないほど高いものである。また特にアルミナ粉を用いた比較例８のものと比べると、熱伝導性を向上し、また密度を低減することができたことが確認された。
【００３４】
またアトマイズ法にて製造された真球状のアルミニウム粉を用いた実施例１乃至３、比較例１，２と、アトマイズ法にて製造された涙滴状のアルミニウム粉を用いた比較例３乃至６とを比べると、同一の粒度分布を有する熱伝導フィラーを用いている場合は、アトマイズ法にて製造された真球状のアルミニウム粉を用いたものの方が、スラリー粘度及びゴム硬度が低減した。
【００３５】
アトマイズ法にて製造された真球状のアルミニウム粉を用いた実施例１乃至３、比較例１，２のうち、熱伝導性フィラー１の粒度分布が、粒径８０μｍのものが熱伝導性フィラー１全量の２５〜７５体積％を占める実施例１乃至３のものでは、特にスラリー粘度及びゴム硬度が著しく低減し、またアトマイズ法にて製造された涙滴状のアルミニウム粉を用いた比較例３乃至６のうち、熱伝導性フィラー１の粒度分布が、粒径８０μｍ以上のものが熱伝導性フィラー１全量の２５〜７５体積％を占める比較例３，４のものでは、特にスラリー粘度及びゴム硬度が著しく低減した。
【００３６】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に記載の放熱シート形成用の熱伝導性シリコーンゴム組成物の製造方法は、液状タイプの付加反応型シリコーンゲルに熱伝導性フィラーとしてアトマイズ法にて製造された、粒径が８０μｍ以上の粒子を２５〜７５体積％含む真球状のアルミニウム粉を分散させるため、このようにして得られる熱伝導性シリコーンゴム組成物中の熱伝導性フィラーの含有率を高くしてもスラリー粘度を低減し、またこの熱伝導性シリコーンゴム組成物を硬化させて得られる成形物のゴム硬度を低減することができ、更に低コスト化、軽量化、高熱伝導性化を達成することができるものである。
【００３９】
また本発明の請求項３に記載の放熱シート形成用の熱伝導性シリコーンゴム組成物は、請求項１又は２に記載の方法にて製造されるため、熱伝導性シリコーンゴム組成物中の熱伝導性フィラーの含有率を高くしてもスラリー粘度を低減し、またこの熱伝導性シリコーンゴム組成物を硬化させて得られる成形物のゴム硬度を低減することができ、更に低コスト化、軽量化、高熱伝導性化を達成することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）は本発明に用いる熱伝導性フィラーの一例を示す正面図、
（ｂ）は熱伝導性フィラーの他例を示す正面図である。
【図２】（ａ）は本発明にて得られる熱伝導性シリコーンゴム組成物から形成された放熱シートの使用形態の一例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の一部の拡大図、（ｃ）は放熱シートを使用しない場合の放熱器と電子部品との接合面を示す一部の断面図である。
【符号の説明】
１ 熱伝導性フィラー
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランジスター、ＭＰＵ、ドライバーＩＣ、メモリー等の電子部品と放熱器との間に設置され、電子部品から発生する熱を放熱器に伝導する放熱シートを形成するために好適な放熱シート形成用の熱伝導性シリコーンゴム組成物の製造方法、及び放熱シート形成用の熱伝導性シリコーンゴム組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パソコン、ワークステーション等に用いられているＣＰＵのクロック数の増加や、集積回路の集積度の増加に伴い、電子部品４からの発熱量の増加が深刻な問題となっており、特にパワーＩＣ等の発熱部品からの発熱は、様々な問題を抱えている。そこでこれらの電子部品４からの発熱を効率的に放熱するためには、これらの電子部品４に放熱器５を設けることが一般的であり、放熱器５を電子部品４に取り付ける際は、熱伝導性の高い放熱シート３、放熱用ポッティング材、放熱用接着材等を介して放熱器５を電子部品４に取り付け、電子部品４からの発熱が放熱器５に効率良く伝導するようにしている。ここで放熱シート３を介して電子部品４に放熱器５を取り付ける際は、図２（ａ）に示すように半田バンプ等の実装用電極８を介して基板６に実装された電子部品４に放熱器５を設けることが一般的に行なわれている。ここで電子部品４と放熱器５との間に図２（ｃ）のように空隙７が生じた場合、この空隙７が熱伝導の大きな抵抗となるため、放熱器５と電子部品４との間に放熱シート３を配置し、図２（ｂ）のように放熱器５と電子部品４の接合面の微妙な反りやうねりに放熱シート３を沿わせることによって、空隙７が生じることを防ぎ、電子部品４から発する熱を放熱器５に効率良く伝導させるようにしている。
【０００３】
従来からこのような電子部品４等の放熱に用いられている放熱シート３としては、シリコーンゴムをベースとし、これに熱伝導性フィラーを含有させた液状の熱伝導性シリコーンゴム組成物を成形したものが、その耐熱性や信頼性の高さのためによく用いられている。一方半導体の高集積化、電子機器の軽薄短小化によって、これら放熱部材の熱伝導特性に対するニーズは年々高まる一方である。そこで従来から上記放熱部材の熱伝導性を上げるためには、高い熱伝導率を有するフィラーの選択、及びフィラーの含有率を上げる方法が検討されており、フィラーとしてアルミナ、酸化マグネシウム、窒化ホウ素等を用い、これらのものをマトリックス樹脂であるシリコーンゴム等のエラストマー中に高充填で分散させることが行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし単にフィラーの充填率を上げると、熱伝導性シリコーンゴム組成物のスラリー粘度も同時に高くなってしまい、そのため放熱シート３を成形する際の加工性が低下すると共に、スラリーの脱泡も困難となり、そのためボイドレス成形が困難となってしまう。また放熱用ポッティング材や接着剤として用いる場合はその流動性が悪くなってしまい、ディスペンサー等での吐出が困難になると共に、ポッティングあるいは接着したい箇所への材料の流れも悪くなってしまう。
【０００５】
また熱伝導性シリコーンゴム組成物にて放熱シート３を形成した場合、その放熱シート３の硬度が高硬度化してしまうという問題も生じる。放熱シート３が高硬度化すると、電子部品４や放熱器５の接合面の微妙なうねりや反りに対しての追随性が低下し、放熱器５と電子部品４との間の空隙７を充分に埋めることができないという問題が発生する。またこのような高硬度の放熱シート３を微妙なうねりや反りに追随させようとすると、電子部品４と放熱シート３の間にかなりの荷重を掛ける必要があり、電子部品４に対して大きなダメージを与える恐れがある。
【０００６】
そこで放熱シート３の高硬度化を防ぐために、シリコーンゴムを構成する主剤と硬化剤との組成比を変えることにより、成形品である放熱シート３中での架橋密度を低減して、低硬度化とフィラーの高充填化を両立させようという試みがあるが、この場合は放熱シート３のゴム弾性が低下し、圧縮永久歪測定を行うと歪が著しく大きくなったり、引き裂き強度が低下したりするという新たな問題が発生する。
【０００７】
そのため、成形品の架橋密度を変えずにフィラーの充填性を向上させると共に、熱伝導性シリコーンゴム組成物のスラリー粘度及び成形品である放熱シート３のゴム硬度を低減が図れることが望まれている。
【０００８】
また電子機器の軽薄短小化へのニーズの高まりから、電子部品４を構成する材料の軽量化と高性能化を低コストで達成することが望まれており、放熱シート３においても軽量、高熱伝導性、かつ低コストであることが望まれている。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、熱伝導性フィラーの含有率を高くしてもスラリー粘度を低減し、ゴム硬度を低減することができ、更に低コスト化、軽量化、高熱伝導性化を達成することができる熱伝導性シリコーンゴム組成物の製造方法及び熱伝導性シリコーンゴム組成物を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の放熱シート形成用の熱伝導性シリコーンゴム組成物の製造方法は、液状タイプの付加反応型シリコーンゲルに熱伝導性フィラー１としてアトマイズ法にて製造された、粒径が８０μｍ以上の粒子を２５〜７５体積％含む真球状のアルミニウム粉を分散させることを特徴とするものである。
【００１１】
また本発明の請求項２に記載の放熱シート形成用の熱伝導性シリコーンゴム組成物の製造方法は、請求項１の構成に加えて、熱伝導性フィラー１として、アトマイズ法にて製造された、粒径が３〜２５０μｍの真球状のアルミニウム紛を用いることを特徴とするものである。
【００１３】
また本発明の請求項３に記載の放熱シート形成用の熱伝導性シリコーンゴム組成物は、請求項１又は２に記載の方法にて製造されて成ることを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
本発明の熱伝導性シリコーンゴム組成物はシリコーンゴムに熱伝導性フィラー１を含有させたものである。
【００１６】
シリコーンゴムとしては、二液型や一液型の液状タイプのシリコーンゲルを使用する。
【００１７】
また熱伝導性フィラー１としては、アルミニウム粉を用いるものである。アルミニウム粉は、その熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫと、金属としては高い熱伝導率を有しており、熱伝導性シリコーンゴム組成物中に分散させることによる熱伝導性シリコーンゴム組成物の熱伝導性の向上の効果が高いものである。また他の高熱伝導性フィラー１として知られる窒化アルミニウムや、六方晶窒化ホウ素よりも低コストで入手することができる。またアルミニウム粉の比重は２．６９ｇ／ｃｍ3と、アルミナ（３．９６ｇ／ｃｍ3）やマグネシア（３．５１ｇ／ｃｍ3）等に比べて軽量であるため、熱伝導性シリコーンゴム組成物の軽量化を達成することができる。
【００１８】
上記の熱伝導性フィラー１として用いられるアルミニウム粉としては、溶融したアルミニウムをガスや液体で噴霧するすることにより粉体化する、いわゆるアトマイズ法にて製造されるものを用いるものである。アトマイズ法にて製造されたアルミニウム粉の粒子形状は、図１（ｂ）に示すように、涙滴状の形状、すなわち半球形状と円錐形状を、円形状の平面にて接合した形状となっており、このような形状を有するアルミニウム粉は、破砕法で製造される鱗片状やフレーク状のアルミニウム粉と比較して、マトリックスであるシリコーンゴム中への充填率を向上しても、熱伝導性シリコーンゴム組成物のスラリー粘度を低減し、また熱伝導性シリコーンゴム組成物の硬化物のゴム硬度も低減することができるものである。
【００１９】
また更に、アトマイズ法にて得られるアルミニウム粉として、図１（ａ）に示すような真球状のものを熱伝導性フィラー１として用いると、マトリックスであるシリコーンゴム中への充填率を更に向上することができるものである。ここで真球状とは、アルミニウム粉を構成する粒子の全ての箇所における直径が、ある一定の長さの０．９０〜１．１０倍の範囲にあることをいう。
【００２０】
また上記の熱伝導性フィラー１として用いられるアルミニウム粉としては、その粒径が３〜２５０μｍのものを用いることが好ましく、またその粒度分布として、８０μｍ以上の粒子がアルミニウム粉全体の２５〜７５体積％となるようにすることが好ましい。このようにすると、熱伝導性フィラー１の粒径８０μｍ以上の粒子間の空隙７を粒径８０μｍ未満のフィラー粒子で埋めることができ、熱伝導性シリコーンゴム組成物中のフィラーの充填率を向上しても、熱伝導性シリコーンゴム組成物のスラリー粘度を低減し、また熱伝導性シリコーンゴム組成物の硬化物のゴム硬度も低減することができるものである。
【００２１】
本発明の熱伝導性シリコーンゴム組成物中の熱伝導性フィラー１の配合割合は、熱伝導性シリコーンゴム組成物全量に対して４０〜７５体積％とするものである。配合割合が、４０体積％に満たないと本発明の熱伝導性シリコーンゴム組成物に充分な熱伝導性を付与することが困難なものであり、また配合割合が７５体積％を超えると、本発明の熱伝導性シリコーンゴム組成物のスラリー粘度が実用上適さない程大きくなり、また熱伝導性シリコーンゴム組成物の硬化物のゴム硬度も高くなって好ましくない。
【００２２】
以下に本発明の熱伝導性シリコーンゴム組成物を製造する方法を説明する。シリコーンゴムと熱伝導性フィラー１を混練する際、シリコーンゴムとして一液型のものを用いる場合は、熱伝導性フィラー１を混練機を用いてシリコーンゴムと混練して熱伝導性シリコーンゴム組成物を形成することができる。またシリコーンゴムとして二液型のものを用いる場合は、予め主剤と硬化剤にそれぞれ目的量の熱伝導性フィラー１を混合してスラリーを形成しておき、その主剤スラリーと硬化剤スラリーを混練して熱伝導性シリコーンゴム組成物を形成することができるものであり、また主剤と硬化剤を混合した後、熱伝導性フィラー１を添加してもよい。
【００２３】
上記のようにして形成される熱伝導性シリコーンゴム組成物は、スラリー状に形成されるものであり、この熱伝導性シリコーンゴム組成物を用いてトランジスター、ＭＰＵ、ドライバーＩＣ、メモリー等の電子部品４と放熱器５との間に設置され、電子部品４から発生する熱を放熱器５に伝導する放熱シート３を形成することができる。
【００２４】
本発明の熱伝導性シリコーンゴム組成物にて放熱シート３を形成する際は、熱伝導性シリコーンゴム組成物をシート状にプレス成形、押出し成形、カレンダー成形等の方法で成形した後、加熱硬化させることによって放熱シート３を形成することができる。またこのようにコンパウンドの状態で成形する他、ガラス布等の基材にシリコーンゴム組成物を含浸させた後成形したものを、加熱硬化させることもできる。この際、本発明の熱伝導性シリコーンゴム組成物はスラリー粘度が低いため成形時の加工性が良好なものであり、またスラリーの脱泡を容易に行うことができてボイドレス成形が容易なものである。
【００２５】
このようにして形成される放熱シート３は、図２（ａ）に示すように基板６上に半田バンプ等からなる実装用電極８を介して実装されたトランジスター、ＭＰＵ、ドライバーＩＣ、メモリー等の電子部品４と、ヒートシンク、ヒートパイプ、筺体等の放熱器５と間に配置され、図２（ｂ）のように放熱器５と電子部品４の接合面の微妙な反りやうねりに放熱シート３を沿わせることによって、放熱器５と電子部品４の接合面に図２（ｃ）に示すような熱抵抗の大きい空隙７が生じることを防ぎ、電子部品４から発する熱を放熱器５に効率良く伝導させることができるものである。
【００２６】
ここで本発明の熱伝導性シリコーンゴム組成物は上記のように熱伝導性が高いものであり、また熱伝導性シリコーンゴム組成物のスラリー粘度が低く、成形加工性が良好であると共に、スラリー状の熱伝導性シリコーンゴム組成物の脱泡を容易に行うことができてボイドレス成形が容易なものであり、また熱伝導性シリコーンゴム組成物の硬化成形物のゴム硬度を低減することができるものである。従って本発明の熱伝導性シリコーンゴム組成物で放熱シート３を形成する際の成形性を向上することができるものであり、また形成された放熱シート３はゴム硬度が低いため、放熱器５と電子部品４との間に配置する際、電子部品４に強い荷重を掛けなくても放熱器５と電子部品４の接合面の反りやうねりを容易に埋めることができ、放熱器５と電子部品４の間に熱抵抗が高い空隙７が形成されることがなく、かつこの放熱シート３は熱伝導性が高いので、電子部品４から放熱器５への熱伝導効率を向上し、電子部品４からの発熱を容易に放熱することができるものである。
【００２８】
このように本発明の熱伝導性シリコーンゴム組成物は、放熱シート３を形成するために好適なものである。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって詳述する。
（実施例１乃至３、比較例１，２）
シリコーンゴムとして、Ａ液とＢ液とからなる付加反応型シリコーンゲル（東レダウコーニング社製、品番「ＳＥ１８８５」）を用い、熱伝導性フィラー１として、アトマイズ法にて製造された真球状のアルミニウム粉（Ｖａｌｉｍｅｔ社（アメリカ）製）、Ｈシリーズ）を用いた。この熱伝導性フィラー１を前記シリコーンゲルのＡ液、Ｂ液にそれぞれ６０体積％となるように配合、混練し、Ａ、Ｂの二種類のスラリーを調製した。
【００３０】
次にこのＡ、Ｂ二種類のスラリーをそれぞれ重量比で１対１の比率で２５℃にて１分間混合、混練し、この混練物スラリーをテフロンフィルムで挟み込み、プレス成形により２ｍｍ厚のシートに成形し、これを１２０℃、１時間の条件下で加熱硬化させて放熱シート３を作製した。
（比較例３乃至６）
熱伝導性フィラー１として、アトマイズ法にて製造された涙滴状のアルミニウム粉（ミネルコ社製、品番「＃２４５」：粒径１５０〜７５μｍ、品番「＃２６０Ｓ」：粒径７５〜６３μｍ、品番「＃２８０Ａ」：粒径６３〜４５μｍ、品番「＃３００Ａ」：粒径４５μｍ以下）を用いた以外は、実施例１乃至３、比較例１，２と同様に行った。
（比較例７）
熱伝導性フィラー１として、粉砕法にて形成した鱗片状のアルミニウム粉を用いた以外は、実施例１乃至３、比較例１，２と同様に行った。
（比較例８）
熱伝導性フィラー１として、溶射法にて製造されたアルミナ粉を用いた以外は、実施例１乃至３、比較例１，２と同様に行った。
【００３１】
なお、上記の各実施例及び各比較例に用いた熱伝導性フィラー１は、それぞれ表１に示す粒度分布を有するものを用いたものである。ここでこの熱伝導性フィラー１の粒度分布の調整は、あらかじめ粒度分布が測定された粉体を、適宜の配合割合で混合することによって行った。
（スラリー粘度測定）
各実施例及び比較例のＡ、Ｂ二種類のスラリーを２５℃にて１分間混合、混練した直後、この混合物スラリーについて、レオメーター（ＨＡＡＫＥ社製、品番「ＣＶ２０」）によりせん断速度５（１／Ｓ）、２５℃の条件で粘度を測定した。
（ゴム硬度）
各実施例及び比較例の放熱シート３について、ＪＩＳ−Ｋ６３０１−Ａ型に準拠したゴム硬度計（（株）ＴＥＣＬＯＣＫ社製、品番「ＧＳＤ−７０６」）により、ゴム硬度を測定した。
（熱伝導率）
各実施例及び比較例の放熱シート３について、定常法平板比較法にて熱伝導率を測定した。
（密度測定）
各実施例及び各比較例の放熱シート３から４ｃｍ×４ｃｍの寸法のサンプルを切り出し、マイクロメータにて厚みを測定して平均厚みを算出し、その結果をもとにこのサンプルの体積を算出した。またこのサンプルの重量測定を行い、このサンプルの体積と重量から、放熱シート３の密度を算出した。
【００３２】
以上の結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】
またアトマイズ法にて製造された真球状のアルミニウム粉を用いた実施例１乃至３、比較例１，２と、アトマイズ法にて製造された涙滴状のアルミニウム粉を用いた比較例３乃至６とを比べると、同一の粒度分布を有する熱伝導フィラーを用いている場合は、アトマイズ法にて製造された真球状のアルミニウム粉を用いたものの方が、スラリー粘度及びゴム硬度が低減した。
【００３５】
アトマイズ法にて製造された真球状のアルミニウム粉を用いた実施例１乃至３、比較例１，２のうち、熱伝導性フィラー１の粒度分布が、粒径８０μｍのものが熱伝導性フィラー１全量の２５〜７５体積％を占める実施例１乃至３のものでは、特にスラリー粘度及びゴム硬度が著しく低減し、またアトマイズ法にて製造された涙滴状のアルミニウム粉を用いた比較例３乃至６のうち、熱伝導性フィラー１の粒度分布が、粒径８０μｍ以上のものが熱伝導性フィラー１全量の２５〜７５体積％を占める比較例３，４のものでは、特にスラリー粘度及びゴム硬度が著しく低減した。
【００３６】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に記載の放熱シート形成用の熱伝導性シリコーンゴム組成物の製造方法は、液状タイプの付加反応型シリコーンゲルに熱伝導性フィラーとしてアトマイズ法にて製造された、粒径が８０μｍ以上の粒子を２５〜７５体積％含む真球状のアルミニウム粉を分散させるため、このようにして得られる熱伝導性シリコーンゴム組成物中の熱伝導性フィラーの含有率を高くしてもスラリー粘度を低減し、またこの熱伝導性シリコーンゴム組成物を硬化させて得られる成形物のゴム硬度を低減することができ、更に低コスト化、軽量化、高熱伝導性化を達成することができるものである。
【００３９】
また本発明の請求項３に記載の放熱シート形成用の熱伝導性シリコーンゴム組成物は、請求項１又は２に記載の方法にて製造されるため、熱伝導性シリコーンゴム組成物中の熱伝導性フィラーの含有率を高くしてもスラリー粘度を低減し、またこの熱伝導性シリコーンゴム組成物を硬化させて得られる成形物のゴム硬度を低減することができ、更に低コスト化、軽量化、高熱伝導性化を達成することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）は本発明に用いる熱伝導性フィラーの一例を示す正面図、
（ｂ）は熱伝導性フィラーの他例を示す正面図である。
【図２】（ａ）は本発明にて得られる熱伝導性シリコーンゴム組成物から形成された放熱シートの使用形態の一例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の一部の拡大図、（ｃ）は放熱シートを使用しない場合の放熱器と電子部品との接合面を示す一部の断面図である。
【符号の説明】
１ 熱伝導性フィラー
Claims (3)
- 液状タイプの付加反応型シリコーンゲルに熱伝導性フィラーとしてアトマイズ法にて製造された、粒径が８０μｍ以上の粒子を２５〜７５体積％含む真球状のアルミニウム粉を分散させることを特徴とする放熱シート形成用の熱伝導性シリコーンゴム組成物の製造方法。
- 熱伝導性フィラーとして、アトマイズ法にて製造された、粒径が３〜２５０μｍの真球状のアルミニウム粉を用いることを特徴とする請求項１に記載の放熱シート形成用の熱伝導性シリコーンゴム組成物の製造方法。
- 請求項１又は２に記載の方法にて製造されて成ることを特徴とする放熱シート形成用の熱伝導性シリコーンゴム組成物。
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