JP6979686B2 - 熱伝導性組成物および熱伝導性ペースト - Google Patents

Description

本発明は発熱体と放熱体の間に配置して用いられる熱伝導性組成物に関する。より詳しくは所定の融点を有するフェイズチェンジ物を含有する熱伝導性組成物に関する。

電子機器では、半導体素子や機械部品等の発熱体から生じる熱を放熱するために、ヒートシンクなどの放熱体が取り付けられるが、この放熱体への熱の伝達を効率よくする目的で、発熱体と放熱体との間に熱伝導性部材を挟んで用いている。この熱伝導性部材には、熱伝導性シート（固体）や熱伝導性グリス（液体）、硬化型熱伝導性グリス（液状から固体）などの種類があり用途に応じて使い分けられている。熱伝導性グリスに関する技術は、例えば特許第４７１３１６１号（特許文献１）に記載がある。

特許第４７１３１６１号公報

しかしながら熱伝導性グリスは常温でペースト状であり、発熱体と放熱体との間の隙間が狭いときなどは塗布作業が困難であり、また所望の塗布部位以外に誤って付着し易いといった取扱いに対する不都合が指摘される場合がある。発熱体と放熱体との間に介在させる作業において常温で固体であれば取扱いが容易であることから、常温では固体でありながら、発熱体に組み込まれた後は、吸熱し軟化することで被着体に密着し、熱抵抗を低くできる性質を有する熱伝導性部材の開発が進められている。

ところが、こうした性質を発現する物質として、熱可塑性シリコーン材料を用いることは低分子シロキサンの発生が懸念されるという問題がある。また、ワックス系材料を用いることは熱伝導性材料を高充填できずに熱伝導率を高め難いという問題がある。

そこで本発明は、こうした課題を解決するためになされたものである。すなわち、低分子シロキサンの懸念がなく、熱伝導性充填材を高充填でき、常温では取扱い性が良く、使用温度で軟化する熱伝導性組成物を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、次に記す熱伝導性組成物と熱伝導性ペーストを提供する。

即ち、本発明は３５℃〜１２０℃の融点を有するフェイズチェンジ物とノニオン界面活性剤と不揮発成分とでなるバインダーと、熱伝導性充填材と、を含む熱伝導性組成物であって、前記バインダー１００質量部に占めるフェイズチェンジ物が１０質量部以上、ノニオン界面活性剤が６０質量部以上、不揮発成分が３０質量部以下である熱伝導性組成物である。

３５℃〜１２０℃の融点を有するフェイズチェンジ物を含むため、常温で固体であり、発熱体からの熱を奪ってフェイズチェンジ物が溶融する熱伝導性組成物とすることができる。また、ノニオン界面活性剤を含むため、フェイズチェンジ物と熱伝導性充填材とを好適に分散させて混合することができる。加えて、不揮発成分を含むため、所望の性質にアレンジされた熱伝導性組成物とすることができる。

バインダー１００質量部に占めるフェイズチェンジ物が１０質量部以上、ノニオン界面活性剤が６０質量部以上、不揮発成分が３０質量部以下であるため、フェイズチェンジ物と熱伝導性充填材の双方を好適な分散状態で熱伝導性組成物中に高充填させることができる。即ち、ノニオン界面活性剤を６０質量部以上含むことで、熱抵抗を極めて低くできる。また、このノニオン界面活性剤との組合せにおいて所定のフェイズチェンジ物を１０質量部以上含むことで、高い熱伝導性と相変化の性質を発現することができる。

フェイズチェンジ物は、パラフィン系ワックス、エステル系ワックス、ポリオレフィン系ワックスから選ばれる一種または組合せとすることができる。フェイズチェンジ物をパラフィン系ワックス、エステル系ワックス、ポリオレフィン系ワックスから選ばれる一種または組合せとすることで、常温で固体でありながら、実際の使用の際には溶融して発熱体や放熱体に密着させることができる。これにより熱伝導率の高い熱伝導性組成物とすることができる。

ノニオン界面活性剤が、脂肪族カルボン酸エステルまたは芳香族カルボン酸エステルから選ばれる一種または組合せとすることができる。ノニオン界面活性剤を脂肪族カルボン酸エステルまたは芳香族カルボン酸エステルから選ばれる一種または組合せとすることで、フェイズチェンジ物と熱伝導性充填材との親和性を高めることができる。

熱伝導性充填材の含有量が熱伝導性組成物１００体積部に対して５０〜９０体積部である熱伝導性組成物とすることができる。熱伝導性充填材の占める割合が５０〜９０体積％であるため、熱伝導性充填剤の充填量が多く、熱伝導性が高い熱伝導性組成物とすることができる。また、厚さ２０〜４０μｍでの熱抵抗値が０．０８０〜０．１５０℃／Ｗである熱伝導性組成物とすることができる。厚さ２０〜４０μｍでの熱抵抗値を０．０８０〜０．１５０℃／Ｗとしたため、熱伝導性に優れた熱伝導性組成物である。

上記何れかの熱伝導性組成物と、溶剤とを含み、常温でペースト状ないし液状である熱伝導性ペーストとすることができる。上記何れかの熱伝導性組成物と、溶剤とを含み、常温でペースト状ないし液状である熱伝導性ペーストとしたため、発熱体と放熱体との間に熱伝導性組成物を介在させる際に、固体では不都合な場合にも対応することができる。即ち、熱伝導性グリスを塗布する装置のような従来から用いられている塗布装置や塗布設備、塗布方法にも対応して使用することができる。
また、ペースト状ないし液状の熱伝導性ペーストは被着体に密着させやすい点で熱伝導性組成物よりも好ましい。予め発熱体や放熱体と一体にしておくような場合に、例えば放熱体と熱伝導性組成物を一体にしたものを発熱体に取り付ける場合には、常温で固体の熱伝導性組成物は密着性が弱いため、被着体から剥がれたり、ずれたりし易いのに比べて、熱伝導性ペーストであれば被着体に密着させやすい。

本発明の熱伝導性組成物によれば、低分子シロキサンの懸念がなく、熱伝導性が高く、常温での取扱い性に優れる熱伝導性組成物である。

熱抵抗試験機の模式断面図である。

以下、本発明の実施形態を説明する。本発明の熱伝導性組成物は、３５℃〜１２０℃の融点を有するフェイズチェンジ物とノニオン界面活性剤と任意の不揮発成分とでなるバインダーと、熱伝導性充填材と、を含んで構成している。以下に熱伝導性組成物に含まれる構成要素について説明する。

フェイズチェンジ物： フェイズチェンジ物は、３５℃〜１２０℃の融点を有する物質である。熱伝導性組成物に要求される性質は、常温で固体であり、実利用の際には発熱する電子部品の熱を吸収して軟化または溶融するものであることから、この性質を満たすための主要部となるものである。

したがって、融点が３５℃未満では、常温でも過度に柔軟になり、取扱い性が悪くなるおそれがある。一方、１２０℃を超える場合には、特に高温で動作する特殊な使用用途でのみ利用可能で、汎用性の点で劣ることになる。融点の上限については、より好ましくは個別の仕様に応じて決定されるが、機器の動作に支障のない温度とすることが求められ一般的な用途であれば、８０℃以下とすることが好ましい。

融点については、溶け始めから溶け終わりまでの温度範囲が狭いことが好ましい。この温度範囲が狭い方が速やかに相変化して被着体に密着するためである。この温度範囲が狭い材料としては、分子量分布が狭い物質や、結晶性を有する物質を挙げることができる。
なお、本発明において融点とは、示差走査熱量分析（ＤＳＣ）で測定したＤＳＣ曲線の吸熱ピークの温度である。また、融点の温度範囲とは、ＤＳＣ曲線のベースラインと、ベースラインから吸熱ピークへ向かう変曲点における接線との交点の温度と、吸熱ピークからベースラインへ向かう変曲点における接線との交点の温度の範囲である。

こうしたフェイズチェンジ物としては、非シリコーン系物質が好ましく、より具体的には、パラフィン系ワックス、エステル系ワックス、ポリオレフィン系ワックスなどの種々のワックス状物質を挙げることができる。

フェイズチェンジ物の含有量は、フェイズチェンジ物とノニオン界面活性剤、不揮発成分からなるバインダー１００質量部において１０質量部以上である。１０質量部以上であれば、熱伝導性組成物において相変化の性質を備えることができるためである。また、ノニオン界面活性剤の含有量が６０質量部以上であるため、必然的にフェイズチェンジ物の含有量は４０質量部以下となることから、１０〜４０質量部の範囲で含まれることとなる。フェイズチェンジ物の含有量は４０質量部を超えると、相対的にノニオン界面活性剤の含有量が少なくなり熱抵抗が悪化するおそれがある。

ノニオン界面活性剤： ノニオン界面活性剤は、熱伝導性充填材の充填性を高める主たる成分である。こうしたノニオン界面活性剤としては、ポリオキシチレン型、アルキルエーテル型、脂肪族カルボン酸エステル型、芳香族カルボン酸エステル型、特殊フェノール型、アミド型、アルキルグルコキシド型などを挙げることができる。これらの中では、芳香族カルボン酸エステル型またはポリオキシエチレン型を用いると、耐熱性を高めることができる点で好ましい。また、脂肪族カルボン酸エステル型を用いると、熱伝導性充填材の充填性を高めることができる点で好ましい。換言すれば、脂肪族カルボン酸エステル型を加えることで低粘度化が可能であるということであり、熱伝導性組成物を加熱して軟化したときの粘度を低くすることができる。したがって、一定荷重で厚みを薄くすることができることから、熱抵抗を低くすることができる。

芳香族カルボン酸エステルとしては、フタル酸エステル、トリメチリット酸エステル、ピロメリット酸エステルなどが好適である。また、ポリオキシエチレン型としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテルやポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミンなどが好適である。脂肪族カルボン酸エステルとしては、ラウリン酸ソルビタン、トリオレイン酸ソルビタン、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート、ポリエチレングリコールモノラウレート、ポリエチレングリコールモノパルミテート、ポリエチレングリコールモノステアレート、ポリエチレングリコールモノオレエート、ペンタエリストールモノオレエート、オレイン酸モノグリセリル、ペンタオレイン酸デカグリセリルが好適である。

ノニオン界面活性剤の含有量は、バインダー１００質量部中に６０質量部以上である。一方、フェイズチェンジ物の含有量が１０質量部以上であるから必然的にノニオン界面活性剤の含有量は９０質量部以下となり、６０〜９０質量部の範囲で含まれることとなる。好ましい含有量は７５〜８５質量部である。含有量が６０質量部未満になると、熱抵抗値が悪くなるおそれがある。一方、９０質量部を超えると、相対的にフェイズチェンジ物の含有量が１０質量部未満となるため、相変化の性質が発現しなくなるおそれがある。７５〜８５質量部であれば相変化を顕著に示し、熱抵抗も低くすることができる。

ノニオン界面活性剤は、陰イオン系界面活性剤や陽イオン系界面活性剤、両性界面活性剤、フッ素系化合物、高分子系分散剤などとともに一般的に分散剤としての利用が知られている。しかしながら、主成分の性質に影響が出ないように全組成に対して１０質量％以下の添加が推奨されており、３０質量％を超えて用いられることはほとんどなかった。ところが、発明者らが鋭意検討したところ、所定のフェイズチェンジ物との関係ではノニオン界面活性剤の含有量を多くすることで熱伝導性充填材の含有量も多くできることを見い出したのである。

ノニオン界面活性剤のバインダー１００質量部に対する含有量を６０〜９０質量部と高めることで、熱伝導性充填材の充填量を高めることができる理由は、以下のとおりであると考えられる。すなわち、金属の酸化被膜、酸化物、水酸化物のように熱伝導性充填材は親水性の表面を有することが多いが、こうした親水性の表面に対してノニオン界面活性剤の親水基部分が吸着しやすい。また、ノニオン界面活性剤のもう一方の親油性部分はフェイズチェンジ物との親和性が良い。そのため、ノニオン界面活性剤を介して熱伝導性充填材とフェイズチェンジ物とが結びつき易いからである。そうした一方で、陽イオン界面活性剤や陰イオン界面活性剤は固体の塩が多く選択肢が少ないことに加え、液状のものについてもバインダーとして熱伝導性充填材を繋ぎとめる性質が小さい傾向があり、熱伝導性充填材が高充填できなかったり、粘度が高くなったりと、熱伝導性組成物として要求される物性が得られにくい。

ノニオン界面活性剤は、充填性を高めるという目的のために、常温での粘度が１０〜１０，０００ｍＰａ・ｓであることが好ましい。また、ノニオン界面活性剤の相対的な含有量が多いため、熱伝導性組成物の安定性を考慮すると非反応性であることが好ましい。粘度が１０ｍＰａ・ｓ未満では、揮発性が高いおそれがあり、使用をはじめてから経時で特性が変化するおそれがある。また、分子量が小さいことに起因して、熱伝導性組成物が脆くなるおそれがある。一方、粘度が１０，０００ｍＰａ・ｓを超えると、熱伝導性充填材を高充填できなくなるとともに、熱伝導性組成物が硬くなり加熱しても十分に軟化しないおそれがある。

ノニオン界面活性剤は、フェイズチェンジ物と混合して均一に混ざるものであることが好ましく、フェイズチェンジ物に応じたＨＬＢ値を混ざりやすさの指標とすることができる。例えばパラフィン系ワックスやポリオレフィン系ワックスに対してはＨＬＢ値が１．７〜１６．７のノニオン界面活性剤が均一に混合することができ好ましい。

不揮発成分： バインダーとしてフェイズチェンジ物とノニオン界面活性剤以外の成分として不揮発成分を含ませることができる。不揮発成分としては、融点が３５℃未満の可塑剤等の液状成分や、融点が１２０℃を超える樹脂成分が挙げられる。融点が３５℃未満の液状成分には、例えばパラフィン系オイルや、エステル系オイルを挙げることができる。これらのオイルを添加することで、熱伝導性組成物の常温および加熱状態での柔軟性を高めることができる。なお、融点が３５℃未満の液状成分であっても、使用時に揮発して残存しない溶剤は不揮発成分には含まれない。

融点が１２０℃を超える樹脂成分としては、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＲ，ＥＰＤＭ）、エチレン−ブチレン共重合体、エチレン−ブチレン−スチレン共重合体、エチレン−プロピレン−スチレン共重合体、水素化ポリアルキルジエンモノオール、水素化ポリアルキルジエンジオール、水素化ポリイソプレなどを例示することができる。樹脂成分を添加することで、熱伝導性組成物の強度を高めることができる。この樹脂成分は、ノニオン界面活性剤や他の成分と相溶する事が好ましい。

不揮発成分の含有量は、バインダー１００質量部のうち、３０質量部以下であり、含ませないことも可能である。即ち、バインダー１００質量部のうち、フェイズチェンジ物が１０質量部以上で、かつノニオン界面活性剤が６０質量部以上であることから残された成分である不揮発成分は３０質量部以下となる。融点が１２０℃を超える樹脂成分の場合は、多量に含むと熱伝導性組成物が硬くなりすぎるおそれがあるため、バインダー１００質量部中で５質量部以下とすることが好ましい。

不揮発成分には、生産性、耐候性、耐熱性など種々の性質を高める目的で種々の添加材を含ませることができる。そうした添加材を例示すれば、補強材、着色剤、耐熱向上剤、カップリング剤、難燃剤、劣化防止剤など、種々の機能性向上剤が挙げられる。

熱伝導性充填材： 熱伝導性充填材は、文字どおり熱伝導性組成物に熱伝導性を付与する物質である。熱伝導性充填材には、例えば、金属や炭素、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属水酸化物などからなる微細粉が挙げられる。金属としては、銅、アルミニウムなどが挙げられ、炭素としてはピッチ系炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維、樹脂繊維を炭化処理した繊維、樹脂繊維を黒鉛化処理した繊維や、グラファイト粉末などが挙げられる。耐電圧性が求められる場合には、金属や炭素以外の熱伝導性充填材を用いることが好ましい。

金属酸化物としては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化鉄、石英などが挙げられ、金属窒化物としては、窒化ホウ素、及び窒化アルミニウムなどが挙げられる。また、金属炭化物としては、炭化ケイ素などが挙げられ、金属水酸化物としては、水酸化アルミニウムなどが挙げられる。熱伝導性充填材の形状としては、球状であっても球状以外の形状であっても良いが、球状の粒子の方が高充填させやすいため、熱伝導性を高めやすい点で好ましい。

熱伝導性充填材の平均粒径としては、０．３〜１０μｍとすることが好ましい。平均粒径が０．３μｍ未満では熱伝導性充填材をバインダー中に高充填し難くなる。一方、平均粒径が１０μｍを超える場合には、加熱状態においても熱伝導性組成物の圧縮性が悪くなり、熱抵抗を下げ難いおそれがある。なお、本明細書、特許請求の範囲等でいう平均粒径は、別途説明のない限りレーザー回折散乱法で測定した体積基準の平均粒径である。

上記熱伝導性充填材には、０．１〜１μｍの熱伝導性充填材や、５〜２０μｍの熱伝導性充填材を所定量含むことが好ましい。複数の粒径の異なる熱伝導性充填材を混合した方が全体としては高充填できるようになり、熱伝導性を高めることができるからである。

熱伝導性充填材の充填量は、熱伝導性組成物１００体積部に対して５０〜９０体積部を占めるものとし、６０〜９０体積部とすることがより好ましい。５０体積部未満では、熱伝導性が低くなるおそれがある。一方、９０体積部を超えると、バインダー成分が少ないことから加熱してバインダーが相変化を起こしても粘度が十分に下がらず、薄膜化しにくくなり、熱抵抗が上昇するおそれがある。

その他の成分： 熱伝導性組成物には、バインダーと熱伝導性充填材以外の成分を加えることができる。例えば、熱伝導性組成物を熱伝導性媒体として電子機器に組み付けた場合に、加熱状態でも熱伝導性組成物が一定の厚みを保持するために、スペーサーとなる粒子を配合させることができる。スペーサーとなる粒子には、例えば、ガラスビーズやセラミック粒子が挙げられ、熱伝導性組成物１００体積部に対して５体積部以下、好ましくは０．１〜３体積部程度を含ませることができる。０．１体積部未満では、スペーサーとして機能しないおそれがあり、５体積部を超えると、熱伝導性が悪くなるおそれがある。

また、熱伝導性組成物には、必要なら溶剤を添加することができる。例えば、シートを形成する場合には、熱伝導性組成物に溶剤を添加して熱伝導性ペーストとし、その熱伝導性ペーストを塗布してから溶剤を揮発させることでシート状の熱伝導性組成物を得ることができる。

溶剤としては、所定の温度で揮発し、フェイズチェンジ物とノニオン界面活性剤に対して相溶するものを使用することができる。例えばパラフィン系ワックスやポリオレフィン系ワックスに対しては、炭化水素系溶剤、芳香族系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤を用いることができる。熱伝導性ペーストは溶剤の添加量を調整して、粘度を１．０〜２，０００Ｐａ・ｓとすることが好ましい。

熱伝導性組成物を製造するには、バインダーと熱伝導性充填材に、必要な成分を加えて混合する。フェイズチェンジ物は常温では固体のため、均一に混合するためには、加熱して混練することが好ましく、ニーダーやヒーター付プラネタリーミキサーを用いて混合することが好ましい。また、溶剤を添加する場合には、フェイズチェンジ物を溶剤に溶解させることで、常温で混合し易くすることができる。

熱伝導性組成物は、含有するフェイズチェンジ物の性質から、所定の温度で相変化するため、常温では適度の硬さを有する一方で所定温度に加熱したときには軟化して被着体との密着性を高めることができる。即ち、常温で少なくとも固体、または流動性のない粘土状となる程度の硬さを有するため、シート状であればその形状を維持する程度の硬さがあって取扱い性が良く、シートとしない場合でも粘着性が過度に高くなく、接触する他の部材を汚染しないため取扱いがし易い。この点、他の部材が接触すると容易に付着して取扱い性に難があるグリスと相違する。

上記実施形態については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。以下、実施例に基づいて本発明をさらに説明するが、本発明は実施例で示される範囲に限定されるものではない。

次に説明する試料１〜試料２６の熱伝導性組成物または熱伝導性ペーストを作製し、種々の試験を行った。

＜試料１＞： フェイズチェンジ物１として結晶性ポリオレフィン（融点４２℃、融点の温度範囲３９〜４５℃）１５質量部と、ノニオン系界面活性剤Ａとしてトリオレイン酸ソルビタン８５質量部と、熱伝導性充填材として酸化アルミニウム（球状、１μｍ）２４４質量部と酸化アルミニウム（球状、１２μｍ）４００質量部と、溶剤としてイソパラフィン４０質量部と、を混合して試料１の熱伝導性ペーストを得た。この熱伝導性ペーストの常温での粘度は４１７Ｐａ・ｓであり液状であった。この熱伝導性ペーストをスクリーン印刷にて放熱体であるアルミニウム製のヒートシンクに塗布してから、乾燥することで、試料１の熱伝導性組成物を得た。この熱伝導性組成物は、放熱体に積層しており厚みが９０μｍであった。

＜試料２〜１０＞： 試料２〜１０は、試料１と同じ材料を用いて、フェイズチェンジ物Ａとノニオン界面活性剤Ａの配合量を変化させたものである。その他は、試料１と同様にして試料２〜１０の熱伝導性ペーストと熱伝導性組成物を作製した。
こうした試料１〜試料１０の配合等を表１に示す。

＜試料１１〜１３＞： 試料１１〜１３は、試料１と比較してフェイズチェンジ物の種類を変更した試料である。より具体的には、試料１１ではフェイズチェンジ物２を、試料１２ではフェイズチェンジ物３を、試料１３では、フェイズチェンジ物１とフェイズチェンジ物２とを等量混合したものを用いた。その他は、試料１と同様にして各試料の熱伝導性ペーストと熱伝導性組成物を作製した。

なおここで、フェイズチェンジ物１〜３は次のとおりである。
フェイズチェンジ物１： 結晶性ポリオレフィン（融点４２℃、融点の温度範囲３９〜４５℃）
フェイズチェンジ物２： パラフィンワックス（融点４６℃、融点の温度範囲４０〜５０℃）
フェイズチェンジ物３： エステルワックス（融点４６℃、融点の温度範囲４０〜５０℃）

＜試料１４〜１９＞： 試料１４〜１９は、試料１と比較してノニオン界面活性剤の種類を変更した試料である。より具体的には、試料１４ではノニオン界面活性剤２を、試料１５ではノニオン界面活性剤３を、試料１６ではノニオン界面活性剤４を、試料１７ではノニオン界面活性剤５を、試料１８ではノニオン界面活性剤６を、試料１９ではノニオン界面活性剤１とノニオン界面活性剤２とを等量混合したものを、それぞれ用いた。その他は、試料１と同様にして各試料の熱伝導性ペーストと熱伝導性組成物を作製した。

なおここで、ノニオン界面活性剤１〜６は次のとおりである。
ノニオン界面活性剤１： トリオレイン酸ソルビタン（HLB：1.7、粘度：200mPa・s）
ノニオン界面活性剤２： ペンタオレイン酸デカグリセリル（HLB：3.5、粘度：5,000mPa・s）
ノニオン界面活性剤３： トリメリット酸トリイソデシル（HLB：12、粘度：300mPa・s）
ノニオン界面活性剤４： ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート（HLB：16.7、粘度：500mPa・s）
ノニオン界面活性剤５： ポリオキシエチレンオレイルエーテル（HLB：13.3、粘度：100mPa・s）
ノニオン界面活性剤６： ポリオキシエチレンアルキルアミン（HLB：15、粘度：450mPa・s）
こうした試料１１〜試料１９の配合等を表２に示す。

＜試料２１〜２６＞： 試料２１〜２６は、試料１と比較してノニオン界面活性剤を可塑剤１〜６にそれぞれ変更した試料である。即ち、試料２１では可塑剤１を、試料２２では可塑剤２を、試料２３では可塑剤３を、試料２４では可塑剤４を、試料２５では可塑剤５を、試料２６では可塑剤６をそれぞれ用いた。その他は、試料１と同様にして各試料の熱伝導性ペーストと熱伝導性組成物を作製した。

なおここで、可塑剤１〜６は次のとおりである。
可塑剤１： ポリブテンオイル（粘度：４００ｍＰａ・ｓ）
可塑剤２： ポリブテンオイル（粘度：１，２００ｍＰａ・ｓ）
可塑剤３： ポリブテンオイル（粘度：５０，０００ｍＰａ・ｓ）
可塑剤４： パラフィンオイル（粘度：１０ｍＰａ・ｓ）
可塑剤５： パラフィンオイル（粘度：３，０００ｍＰａ・ｓ）
可塑剤６： パラフィンオイル（粘度：１２，０００ｍＰａ・ｓ）
こうした試料２１〜試料２６の配合等を表３に示す。

上記試料１〜１９，２１〜２６の熱伝導性組成物について、以下に説明する試験を行い種々の評価を行った。

（１）熱抵抗
熱抵抗は、図１に示すような熱抵抗試験機１０にて測定した。まず、各試料の熱伝導性組成物１を、断熱材２上に置かれた表面が１０ｍｍ×２１ｍｍの銅製ブロック３の上に設置した。そして、放熱体であるアルミニウム製のヒートシンク４と銅製ブロック３とで熱伝導性組成物１を挟み、ヒートシンク４上にはファン５を設置した。さらに重りでヒートシンクに７ｋｇの荷重Ｆをかけた。銅製ブロック３内にはヒーター７（発熱量４２Ｗ）が内蔵されている。７ｋｇの荷重をかけながらヒーター７を発熱させ、温度が定常状態になった時点での銅製ブロック３とヒートシンク４の温度を測定し、次の式（１）から熱伝導性組成物の熱抵抗を求めた。

熱抵抗＝（θj1−θj0）／ 発熱量Ｑ ・・・・・・ 式（１）
式（１）において、θj1は銅製ブロック５の温度、θj0はヒートシンク４の温度、発熱量Ｑは４２Ｗである。本試験では熱抵抗値の他に定常状態となった時点の試料厚み（μｍ）を記録した。測定結果に対し、熱抵抗値では０．１５０℃／Ｗ未満であるものを「○」、測定時の試料厚みでは４０μｍ以下であるものを「○」とした。

（２）取扱い性
２３℃の雰囲気下で、ステンレス製重り（直径２０ｍｍの円柱、２００ｇ）を各試料の熱伝導性組成物に１０秒間載せたとき、その表面に重りの跡が残るかどうかを評価した。跡が残らなかったものを「○」、微かに跡が残ったものを「△」、くっきりと跡が残ったものを「×」とした。

（３）相変化
熱伝導性組成物が相変化を起こしているか否かについて、上記「（１）熱抵抗」と上記「（２）取扱い性」の２つの指標を挙げ、「（１）熱抵抗」での評価が「○」であり、かつ「（２）取扱い性」での評価も「○」であるような両指標が両立するものについて「○：相変化を起こしているもの」とし、何れか一方でも「×」があるものを「×：相変化を起こしていないもの」と判断した。取扱い性試験において取扱い性が良ければ常温でフェイズチェンジ物が固体となっていると考えられる一方で、熱抵抗試験において試料厚みが４０μｍ以下になればヒーター加熱によりフェイズチェンジ物が溶融していると考えられるからである。

（４）耐熱性
各試料の熱伝導性組成物を、１５０℃で２４時間放置した後に、上記「（１）熱抵抗」で示した試験と同様の試験を行って試料厚みを測定した。そして、試料厚みが４０μｍを超えたものを「×」、試料厚みが４０μｍ以下であったが、耐熱性試験を行っていない試料と比較して試料厚みが２０％以上厚いものを「△」、試料厚みが４０μｍ以下で且つ耐熱性試験を行っていない試料と比較して試料厚みは厚いが、その厚みの程度が２０％未満だったものを「○」とした。

（５）粘度
各試料の熱伝導性ペーストの粘度を、粘度計（ＢＲＯＯＫ ＦＩＥＬＤ製回転粘度計ＤＶ−Ｅ）にて、スピンドルＮｏ．１４の回転子を用い、回転速度１０ｒｐｍ、測定温度２３℃で測定した。

＜試料１〜１０の評価＞：
フェイズチェンジ物１の配合量が０〜５質量部の試料２および試料３で取扱い性の評価が「×」であった。これは、フェイズチェンジ物の含有量が少なく物性を十分に高めることができなかったためと考えられる。一方、フェイズチェンジ物１の配合量が１０質量部の試料３では「△」であり取扱い性が改善されている。そしてフェイズチェンジ物１の配合量が１５質量部以上とした試料１、試料４〜１０では「○」となったことから、フェイズチェンジ物を１０質量部以上含むと取扱い性が改善され、１５質量部以上で特に良いことがわかった。

次に熱抵抗値を見ると、試料１〜試料５で極めて熱抵抗値が低くなっているが、その理由は、圧縮率も高かったことから、加熱とともに軟化して厚みが薄くなったからと考えられる。また、圧縮率の測定結果から、ノニオン界面活性剤の割合が多いほど柔軟になり厚みが薄くなるものと思われる。一方、試料６や試料７では熱抵抗が低かったが、試料８では熱抵抗がかなり大きくなっていた。この結果より、ノニオン界面活性剤の配合量が６０質量部以上で熱抵抗値が一気に低くなり、７０質量部以上では極めて低くなることがわかった。

＜試料１１〜１３の評価＞：
試料１１〜１３は、試料１に対してフェイズチェンジ物の種類を変更した試料である。ポリオレフィンワックスをパラフィンワックスやエステルワックスに変更した場合であっても、熱抵抗値は、０．１５０℃／Ｗ未満となり、取扱い性が良く、相変化が良好な熱伝導性組成物となった。試料１１と試料１２を試料１と比較すると、測定時の熱伝導性組成物の厚みはやや厚かったが、フェイズチェンジ物２とフェイズチェンジ物３は融点の幅がやや広いことから、加熱により軟化する程度がやや小さかったものと考えられる。

＜試料１４〜１９の評価＞：
試料１４〜１９は試料１と比較してノニオン界面活性剤の種類を変更したものだが、全ての試料１４〜１９の全てで熱抵抗値は０．１５０℃／Ｗ未満となった。これらのノニオン界面活性剤の中でも、エステル型を用いた試料１４〜１６および試料１９は試料１とともに熱抵抗値が比較的低く、また、その中でも芳香族カルボン酸エステル型を用いた試料１５およびポリオキシエチレン型を用いた試料１６〜１８は、特に耐熱性に優れていた。

＜試料２１〜２６の評価＞：
ノニオン界面活性剤に代えて界面活性作用のない可塑剤としてポリブテンオイルを用いた試料２１〜２３は、試料１と比べると測定時の熱伝導性組成物の厚みが試料２１以外は何れも厚く、熱抵抗も高い値となった。その理由は、ポリブテンオイルを用いた場合には熱伝導性充填材の充填性が悪く、また加熱した際の硬さがやや硬いからであると考えられる。

また、可塑剤としてパラフィンオイルを用いた試料２４〜２６も試料１と比べると測定時の熱伝導性組成物の厚みが厚く、熱抵抗も高い値となった。その理由は、ポリブテンオイルの場合と同様に熱伝導性充填材の充填性が悪く、加熱した際の硬さがやや硬いからであると考えられる。

１ 熱伝導性組成物
２ 断熱材
３ 銅製ブロック
４ ヒートシンク
５ ファン
７ ヒーター
１０ 熱抵抗試験機
Ｆ 荷重

Claims (7)

1. バインダーと熱伝導性充填材とを含む熱伝導性組成物であって、
   前記バインダーが、３５℃〜１２０℃の融点を有するフェイズチェンジ物と、ノニオン界面活性剤とからなり、
   前記バインダー１００質量部に占める前記ノニオン界面活性剤が６０〜９０質量部である熱伝導性組成物。
2. バインダーと熱伝導性充填材とを含む熱伝導性組成物であって、
   前記バインダーが、３５℃〜１２０℃の融点を有するフェイズチェンジ物と、ノニオン界面活性剤と、不揮発成分とからなり、
   前記不揮発成分は、融点が３５℃未満の液状成分（使用時に揮発して残存しない溶剤を除く）又は融点が１２０℃を超える樹脂成分の少なくとも何れかであり、
   前記バインダー１００質量部に占める前記フェイズチェンジ物が１０質量部以上、前記ノニオン界面活性剤が６０質量部以上、前記不揮発成分が３０質量部以下である熱伝導性組成物。
3. 前記フェイズチェンジ物が、パラフィン系ワックス、エステル系ワックス、ポリオレフィン系ワックスから選ばれる一種または組合せである請求項１又は請求項２記載の熱伝導性組成物。
4. 前記ノニオン界面活性剤が、脂肪族カルボン酸エステルまたは芳香族カルボン酸エステルから選ばれる一種または組合せである請求項１〜請求項３何れか１項記載の熱伝導性組成物。
5. 前記熱伝導性充填材の含有量が前記熱伝導性組成物１００体積部に対して５０〜９０体積部である請求項１〜請求項４何れか１項記載の熱伝導性組成物。
6. 厚さ２０〜４０μｍでの熱抵抗値が０．０８０〜０．１５０℃／Ｗである請求項１〜請求項５何れか１項記載の熱伝導性組成物。
7. 請求項１〜請求項６何れか１項記載の熱伝導性組成物と、溶剤とを含み、常温でペースト状ないし液状である熱伝導性ペースト。
   

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