JP7270053B2 - 熱伝導材料形成用組成物、熱伝導材料、熱伝導シート、熱伝導層付きデバイス - Google Patents
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Description
このような問題に対応するため、パワー半導体デバイスからの放熱を促進する熱伝導材料が用いられている。
また、特許文献2には、平均粒子径が20~150μmの窒化ホウ素粗粉と、平均粒子径1~10μm、平均厚み0.001~1μmの鱗片形状である窒化ホウ素微粉を含む熱伝導性粒子組成物が記載されている。
また、本発明は、熱伝導材料、熱伝導シート、及び、熱伝導層付きデバイスを提供することをも課題とする。
〔2〕 熱硬化性化合物Aが、エポキシ化合物及びフェノール化合物を含む、〔1〕に記載の熱伝導材料形成用組成物。
〔3〕 窒化ホウ素粒子Bの平均粒径が、30.0μm以上である、〔1〕又は〔2〕に記載の熱伝導材料形成用組成物。
〔4〕 窒化ホウ素粒子Cの平均粒径が、5.0μm以下である、〔1〕~〔3〕のいずれかに記載の熱伝導材料形成用組成物。
〔5〕 窒化ホウ素粒子Cの平均粒径が、1.0~4.5μmである、〔1〕~〔4〕のいずれかに記載の熱伝導材料形成用組成物。
〔6〕 窒化ホウ素粒子Bの含有量が、窒化ホウ素粒子B及び窒化ホウ素粒子Cの合計含有量に対して70~95質量%である、〔1〕~〔5〕のいずれかに記載の熱伝導材料形成用組成物。
〔7〕 熱硬化性化合物Aが、エポキシ当量が130以下であるエポキシ化合物を含む、〔1〕~〔6〕のいずれかに記載の熱伝導材料形成用組成物。
〔8〕 〔1〕~〔7〕のいずれかに記載の熱伝導材料形成用組成物を硬化して得られる、熱伝導材料。
〔9〕 〔8〕に記載の熱伝導材料からなる、熱伝導シート。
〔10〕 デバイスと、デバイス上に配置された〔9〕に記載の熱伝導シートを含む熱伝導層とを有する、熱伝導層付きデバイス。
また、本発明によれば、熱伝導材料、熱伝導シート、及び、熱伝導層付きデバイスをできる。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされる場合があるが、本発明はそのような実施態様に制限されない。
なお、本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
また、本明細書において、「置換基を有していてもよい」という場合の置換基の種類、置換基の位置、及び置換基の数は特に制限されない。置換基の数としては、例えば、1個、又は、2個以上が挙げられる。置換基としては、例えば、水素原子を除く1価の非金属原子団が挙げられ、以下の置換基群Yから選択される基が好ましい。
本明細書において、ハロゲン原子としては、例えば、塩素原子、フッ素原子、臭素原子、及び、ヨウ素原子が挙げられる。
ハロゲン原子(-F、-Br、-Cl、-I等)、水酸基、アミノ基、カルボン酸基及びその共役塩基基、無水カルボン酸基、シアネートエステル基、不飽和重合性基、エポキシ基、オキセタニル基、アジリジニル基、チオール基、イソシアネート基、チオイソシアネート基、アルデヒド基、アルコキシ基、アリーロキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルキルジチオ基、アリールジチオ基、N-アルキルアミノ基、N,N-ジアルキルアミノ基、N-アリールアミノ基、N,N-ジアリールアミノ基、N-アルキル-N-アリールアミノ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、N-アルキルカルバモイルオキシ基、N-アリールカルバモイルオキシ基、N,N-ジアルキルカルバモイルオキシ基、N,N-ジアリールカルバモイルオキシ基、N-アルキル-N-アリールカルバモイルオキシ基、アルキルスルホキシ基、アリールスルホキシ基、アシルチオ基、アシルアミノ基、N-アルキルアシルアミノ基、N-アリールアシルアミノ基、ウレイド基、N’-アルキルウレイド基、N’,N’-ジアルキルウレイド基、N’-アリールウレイド基、N’,N’-ジアリールウレイド基、N’-アルキル-N’-アリールウレイド基、N-アルキルウレイド基、N-アリールウレイド基、N’-アルキル-N-アルキルウレイド基、N’-アルキル-N-アリールウレイド基、N’,N’-ジアルキル-N-アルキルウレイド基、N’,N’-ジアルキル-N-アリールウレイド基、N’-アリール-N-アルキルウレイド基、N’-アリール-N-アリールウレイド基、N’,N’-ジアリール-N-アルキルウレイド基、N’,N’-ジアリール-N-アリールウレイド基、N’-アルキル-N’-アリール-N-アルキルウレイド基、N’-アルキル-N’-アリール-N-アリールウレイド基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリーロキシカルボニルアミノ基、N-アルキル-N-アルコキシカルボニルアミノ基、N-アルキル-N-アリーロキシカルボニルアミノ基、N-アリール-N-アルコキシカルボニルアミノ基、N-アリール-N-アリーロキシカルボニルアミノ基、ホルミル基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリーロキシカルボニル基、カルバモイル基、N-アルキルカルバモイル基、N,N-ジアルキルカルバモイル基、N-アリールカルバモイル基、N,N-ジアリールカルバモイル基、N-アルキル-N-アリールカルバモイル基、アルキルスルフィニル基、アリールスルフィニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、スルホ基(-SO3H)及びその共役塩基基、アルコキシスルホニル基、アリーロキシスルホニル基、スルフィナモイル基、N-アルキルスルフィナモイル基、N,N-ジアルキルスルフィナモイル基、N-アリールスルフィナモイル基、N,N-ジアリールスルフィナモイル基、N-アルキル-N-アリールスルフィナモイル基、スルファモイル基、N-アルキルスルファモイル基、N,N-ジアルキルスルファモイル基、N-アリールスルファモイル基、N,N-ジアリールスルファモイル基、N-アルキル-N-アリールスルファモイル基、N-アシルスルファモイル基及びその共役塩基基、N-アルキルスルホニルスルファモイル基(-SO2NHSO2(alkyl))及びその共役塩基基、N-アリールスルホニルスルファモイル基(-SO2NHSO2(aryl))及びその共役塩基基、N-アルキルスルホニルカルバモイル基(-CONHSO2(alkyl))及びその共役塩基基、N-アリールスルホニルカルバモイル基(-CONHSO2(aryl))及びその共役塩基基、アルコキシシリル基(-Si(Oalkyl)3)、アリーロキシシリル基(-Si(Oaryl)3)、ヒドロキシシリル基(-Si(OH)3)及びその共役塩基基、ホスホノ基(-PO3H2)及びその共役塩基基、ジアルキルホスホノ基(-PO3(alkyl)2)、ジアリールホスホノ基(-PO3(aryl)2)、アルキルアリールホスホノ基(-PO3(alkyl)(aryl))、モノアルキルホスホノ基(-PO3H(alkyl))及びその共役塩基基、モノアリールホスホノ基(-PO3H(aryl))及びその共役塩基基、ホスホノオキシ基(-OPO3H2)及びその共役塩基基、ジアルキルホスホノオキシ基(-OPO3(alkyl)2)、ジアリールホスホノオキシ基(-OPO3(aryl)2)、アルキルアリールホスホノオキシ基(-OPO3(alkyl)(aryl))、モノアルキルホスホノオキシ基(-OPO3H(alkyl))及びその共役塩基基、モノアリールホスホノオキシ基(-OPO3H(aryl))及びその共役塩基基、シアノ基、ニトロ基、アリール基、アルケニル基、アルキニル基、及びアルキル基。また、上述の各基は、可能な場合、更に置換基(例えば、上述の各基のうちの1以上の基)を有してもよい。例えば、置換基を有してもよいアリール基も、置換基群Yから選択可能な基として含まれる。
置換基群Yから選択される基が炭素原子を有する場合、上記基が有する炭素数としては、例えば、1~20である。
置換基群Yから選択される基が有する水素原子以外の原子の数としては、例えば、1~30である。
また、これらの置換基は、可能であるならば置換基同士、又は置換している基と結合して環を形成してもよいし、していなくてもよい。例えば、アルキル基(又は、アルコキシ基のように、アルキル基を部分構造として含む基におけるアルキル基部分)は、環状のアルキル基(シクロアルキル基)でもよく、部分構造として1以上の環状構造を有するアルキル基でもよい。
本発明の熱伝導材料形成用組成物(以下、単に「組成物」とも記載する)は、熱硬化性化合物Aと、窒化ホウ素を含み、平均粒径が25.0μm以上である窒化ホウ素粒子Bと、窒化ホウ素を含み、平均粒径が15.0μm以下である窒化ホウ素粒子Cと、を含み、X線光電子分光分析により検出される、窒化ホウ素粒子Cの表面における酸素原子濃度が、1.5原子%以上である。
従来、粒径の異なる2種類のフィラーを使用して、熱伝導材料におけるフィラーの充填量を向上させることにより、熱伝導材料の熱伝導性が向上し得ることが知られていた。本発明者らは、2種類のフィラーを含む既存の熱伝導材料について検討したところ、フィラーが窒化ホウ素粒子である場合、熱硬化性化合物を硬化してなる樹脂と窒化ホウ素粒子との接着性の問題があり、また、表面修飾剤での接着性向上の効果も十分でないことが分かった。これは、窒化ホウ素粒子の表面が、粒子縁部を除いて不活性であるためと考えられた。
それに対して、粒径の異なる2種類の窒化ホウ素粒子のうち、粒径が小さい窒化ホウ素粒子の表面の酸素原子濃度が高い場合、粒径が小さい窒化ホウ素粒子と樹脂(特にエポキシ化合物とフェノール化合物とを硬化してなる樹脂)との間の親和性が向上し、且つ、この粒径が小さい窒化ホウ素粒子が、粒径が大きい窒化ホウ素粒子と樹脂との間に充填されることで、優れた熱伝導性を維持したまま、熱伝導材料の接着性が向上されたものと推測される。
本発明の組成物は、熱硬化性化合物Aを含む。
熱硬化性化合物Aとしては、例えば、エポキシ化合物、フェノール化合物、オキセタン化合物、メラミン化合物、及び、尿素化合物、が挙げられる。
熱硬化性化合物Aは、エポキシ化合物及びフェノール化合物の少なくとも一方を含むのが好ましく、エポキシ化合物及びフェノール化合物を含むのがより好ましい。
エポキシ化合物は、1分子中に、少なくとも1つのエポキシ基(オキシラニル基)を有する化合物である。
上記エポキシ基は、オキシラン環から1以上の水素原子(好ましくは1の水素原子)を除いてなる基である。上記エポキシ基は、可能な場合、更に置換基(直鎖状又は分岐鎖状の炭素数1~5のアルキル基等)を有していてもよい。
エポキシ化合物の分子量は、150~10000が好ましく、150~2000がより好ましい。
なお、上記エポキシ当量は、エポキシ化合物の分子量を、エポキシ化合物が1分子中に有するエポキシ基の数で除して得られる数値である。
エポキシ化合物は、芳香環基(より好ましくは芳香族炭化水素環基)を有するのも好ましい。
つまり、エポキシ化合物は、液晶化合物であってよい。言い換えれば、エポキシ基を有する液晶化合物であってもよい。
エポキシ化合物(液晶性のエポキシ化合物であってもよい)としては、例えば、少なくとも部分的に棒状構造を含む化合物(棒状化合物)、及び、少なくとも部分的に円盤状構造を含む化合物円盤状化合物が挙げられる。
以下、棒状化合物及び円盤状化合物について詳述する。
棒状化合物であるエポキシ化合物としては、アゾメチン化合物、アゾキシ化合物、シアノビフェニル化合物、シアノフェニルエステル化合物、安息香酸エステル化合物、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル化合物、シアノフェニルシクロヘキサン化合物、シアノ置換フェニルピリミジン化合物、アルコキシ置換フェニルピリミジン化合物、フェニルジオキサン化合物、トラン化合物、及び、アルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル化合物が挙げられる。以上のような低分子化合物だけではなく、高分子化合物も使用できる。上記高分子化合物は、低分子の反応性基を有する棒状化合物が重合した高分子化合物である。
好ましい棒状化合物としては、下記一般式(XXI)で表される棒状化合物が挙げられる。
一般式(XXI):Q1-L111-A111-L113-M-L114-A112-L112-Q2
Q1及びQ2のエポキシ基は、置換基を有していてもよいし、有していなくてもよい。
L111、L112、L113、及び、L114で表される2価の連結基としては、それぞれ独立に、-O-、-S-、-CO-、-NR112-、-CO-O-、-O-CO-O-、-CO-NR112-、-NR112-CO-、-O-CO-、-CH2-O-、-O-CH2-、-O-CO-NR112-、-NR112-CO-O-、及び、-NR112-CO-NR112-からなる群より選ばれる2価の連結基であるのが好ましい。上記R112は炭素数1~7のアルキル基又は水素原子である。
中でも、L113及びL114は、それぞれ独立に、-O-が好ましい。
L111及びL112は、それぞれ独立に、単結合が好ましい。
2価の連結基は、隣接していない酸素原子及び硫黄原子等のヘテロ原子を含んでいてもよい。中でも、炭素数1~12の、アルキレン基、アルケニレン基、又は、アルキニレン基が好ましい。上記アルキレン基、アルケニレン基、又は、アルキニレン基は、エステル結合(-CO-O-)を有していてもよいし、有していなくてもよい。
2価の連結基は、直鎖状であるのが好ましい。また、2価の連結基は、置換基を有していてもよいし、有していなくてもよい。置換基としては、例えば、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、及び、臭素原子)、シアノ基、メチル基、及び、エチル基が挙げられる。
中でも、A111及びA112は、それぞれ独立に、炭素数1~12のアルキレン基が好ましく、メチレン基がより好ましい。
一般式(XXII):-(W1-L115)n-W2-
W1及びW2は、それぞれ置換基を有していてもよい。置換基としては、例えば、上述した置換基群Yで例示された基が挙げられ、より具体的には、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、及び、ヨウ素原子)、シアノ基、炭素数1~10のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、及び、プロピル基等)、炭素数1~10のアルコキシ基(例えば、メトキシ基、及び、エトキシ基等)、炭素数1~10のアシル基(例えば、ホルミル基、及び、アセチル基等)、炭素数1~10のアルコキシカルボニル基(例えば、メトキシカルボニル基、及び、エトキシカルボニル基等)、炭素数1~10のアシルオキシ基(例えば、アセチルオキシ基、及び、プロピオニルオキシ基等)、ニトロ基、トリフルオロメチル基、並びに、ジフルオロメチル基が挙げられる。
W1が複数存在する場合、複数存在するW1は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
L115が複数存在する場合、複数存在するL115は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
なお、一般式(XXI)で表される化合物は、特表平11-513019号公報(WO97/00600)に記載の方法を参照して合成できる。
棒状化合物は、特開平11-323162号公報及び特許4118691号に記載のメソゲン基を有するモノマーであってもよい。
中でも、LE1は、2価の連結基が好ましい。
2価の連結基は、-O-、-S-、-CO-、-NH-、-CH=CH-、-C≡C-、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、置換意を有していてもよいアルキレン基、又は、これらの2以上の組み合わせからなる基が好ましく、-O-アルキレン基-又は-アルキレン基-O-がより好ましい。
なお上記アルキレン基は、直鎖状、分岐鎖状、及び、環状のいずれでもよいが、炭素数1又は2の直鎖状アルキレン基が好ましい。
複数存在するLE1は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
中でも、LE2は、それぞれ独立に、単結合、-CO-O-、又は、-O-CO-が好ましい。
LE2が複数存在する場合、複数存在するLE2は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
LE3で表される芳香族環基及び非芳香族環基の例としては、置換基を有していてもよい、1,4-シクロヘキサンジイル基、1,4-シクロヘキセンジイル基、1,4-フェニレン基、ピリミジン-2,5-ジイル基、ピリジン-2,5-ジイル基、1,3,4-チアジアゾール-2,5-ジイル基、1,3,4-オキサジアゾール-2,5-ジイル基、ナフタレン-2,6-ジイル基、ナフタレン-1,5-ジイル基、チオフェン-2,5-ジイル基、及び、ピリダジン-3,6-ジイル基が挙げられる。1,4-シクロヘキサンジイル基の場合、トランス体及びシス体の構造異性体のどちらの異性体であってもよく、任意の割合の混合物でもよい。中でも、トランス体であるのが好ましい。
中でも、LE3は、単結合、1,4-フェニレン基、又は、1,4-シクロヘキセンジイル基が好ましい。
LE3で表される基が有する置換基は、それぞれ独立に、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、又は、アセチル基が好ましく、アルキル基(好ましくは炭素数1)がより好ましい。
なお、置換基が複数存在する場合、置換基は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
LE3が複数存在する場合、複数存在するLE3は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
peが2以上の整数である場合、複数存在する(-LE3-LE2-)は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
中でも、peは、0~2が好ましく、0又は1がより好ましく、0が更に好ましい。
置換基は、それぞれ独立に、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、又は、アセチル基が好ましく、アルキル基(好ましくは炭素数1)がより好ましい。
複数存在するLE4は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。また、次に説明するleが2以上の整数である場合、同一の(LE4)le中に複数存在するLE4も、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
中でも、leは、それぞれ独立に、0~2が好ましい。
複数存在するleは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
言い換えると、エポキシ化合物は、ビフェニル骨格を有するのが好ましく、この場合のエポキシ化合物は棒状化合物であるのがより好ましい。
円盤状化合物であるエポキシ化合物は、少なくとも部分的に円盤状構造を有する。
円盤状構造は、少なくとも、脂環又は芳香族環を有する。特に、円盤状構造が、芳香族環を有する場合、円盤状化合物は、分子間のπ-π相互作用によるスタッキング構造の形成により柱状構造を形成しうる。
円盤状構造として、例えば、Angew.Chem.Int. Ed. 2012, 51, 7990-7993又は特開平7-306317号公報に記載のトリフェニレン構造、並びに、特開2007-002220号公報及び特開2010-244038号公報に記載の3置換ベンゼン構造が挙げられる。
円盤状化合物が有するエポキシ基の数は、8以下が好ましく、6以下より好ましい。
また、円盤状化合物としては、Angew.Chem.Int. Ed. 2012, 51, 7990-7993、及び特開平7-306317号公報に記載のトリフェニレン構造、並びに特開2007-002220号公報、及び、特開2010-244038号公報に記載の3置換ベンゼン構造において末端の少なくとも1つ(好ましくは3つ以上)をエポキシ基とした化合物も挙げられる。
まず、式(D1)~(D15)について説明し、その後、式(D16)について説明する。
なお、以下の式中、「-LQ」は「-L-Q」を表し、「QL-」は「Q-L-」を表す。
熱伝導材料の熱伝導性がより優れる観点から、Lは、それぞれ独立に、アルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基、-CO-、-NH-、-O-、-S-、及び、これらの組み合わせからなる群より選ばれる基であるのが好ましく、アルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基、-CO-、-NH-、-O-、及び、-S-からなる群より選ばれる基を2個以上組み合わせた基であるのがより好ましい。
上記アルキレン基の炭素数は、1~12が好ましい。上記アルケニレン基の炭素数は、2~12が好ましい。上記アリーレン基の炭素数は、10以下が好ましい。
アルキレン基、アルケニレン基、及び、アリーレン基は、置換基(好ましくは、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ、アルコキシ基、及び、アシルオキシ基等)を有していてもよい。
ALはアルキレン基又はアルケニレン基を意味し、ARはアリーレン基を意味する。
L102:-AL-CO-O-AL-O-
L103:-AL-CO-O-AL-O-AL-
L104:-AL-CO-O-AL-O-CO-
L105:-CO-AR-O-AL-
L106:-CO-AR-O-AL-O-
L107:-CO-AR-O-AL-O-CO-
L108:-CO-NH-AL-
L109:-NH-AL-O-
L110:-NH-AL-O-CO-
L111:-O-AL-
L112:-O-AL-O-
L113:-O-AL-O-CO-
L115:-O-AL-S-AL-
L116:-O-CO-AL-AR-O-AL-O-CO-
L117:-O-CO-AR-O-AL-CO-
L118:-O-CO-AR-O-AL-O-CO-
L119:-O-CO-AR-O-AL-O-AL-O-CO-
L120:-O-CO-AR-O-AL-O-AL-O-AL-O-CO-
L121:-S-AL-
L122:-S-AL-O-
L123:-S-AL-O-CO-
L124:-S-AL-S-AL-
L125:-S-AR-AL-
L126:-O-CO-AL-
L127:-O-CO-AL-O-
L128:-O-CO-AR-O-AL-
L129:-O-CO-
L130:-O-CO-AR-O-AL-O-CO-AL-S-AR-
L131:-O-CO-AL-S-AR-
L132:-O-CO-AR-O-AL-O-CO-AL-S-AL-
L133:-O-CO-AL-S-AR-
L134:-O-AL-S-AR-
L135:-AL-CO-O-AL-O-CO-AL-S-AR-
L136:-AL-CO-O-AL-O-CO-AL-S-AL-
L137:-O-AL-O-AR-
L138:-O-AL-O-CO-AR-
L139:-O-AL-NH-AR-
L140:-O-CO-AL-O-AR-
L141:-O-CO-AR-O-AL-O-AR-
L142:-AL-CO-O-AR-
L143:-AL-CO-O-AL-O-AR-
置換基としては、上述した置換基群Yで例示される基が挙げられる。より具体的には、置換基としては、上記反応性官能基、ハロゲン原子、イソシアネート基、シアノ基、不飽和重合性基、エポキシ基、オキセタニル基、アジリジニル基、チオイソシアネート基、アルデヒド基、及び、スルホ基が挙げられる。
ただし、Qがエポキシ基以外の基である場合、Qはエポキシ基に対して安定であるのが好ましい。
なお、式(D1)~(D15)中、1つ以上(好ましくは2つ以上)のQは、エポキシ基を表す。中でも、熱伝導材料の熱伝導性がより優れる観点から、すべてのQがエポキシ基を表すのが好ましい。
なお、式(D1)~(D15)で表される化合物は、エポキシ基の安定性の点からは、-NH-を有さないのが好ましい。
式(D4)で表される化合物としては、熱伝導材料の熱伝導性がより優れる観点から、式(XI)で表される化合物が好ましい。
なお、*はトリフェニレン環との結合位置を表す。
R11、R12、R13、R14、R15、及び、R16のうち、2個以上は、*-X11-L11-P11であり、3個以上が*-X11-L11-P11であるのが好ましい。
中でも、熱伝導材料の熱伝導性がより優れる観点から、R11及びR12のいずれか1個以上、R13及びR14のいずれか1個以上、並びに、R15及びR16のいずれか1個以上が、*-X11-L11-P11であるのが好ましい。
R11、R12、R13、R14、R15、及び、R16が、全て、*-X11-L11-P11であるのがより好ましい。加えて、R11、R12、R13、R14、R15、及び、R16が、全て同一であるのが更に好ましい。
中でも、X11は、それぞれ独立に、-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-O-CO-NH-、-CO-O-、-CO-NH-、-NH-CO-、又は、-NH-CO-O-が好ましく、-O-、-O-CO-、-CO-O-、-O-CO-NH-、又は、-CO-NH-がより好ましく、-O-CO-又は-CO-O-が更に好ましい。
2価の連結基の例としては、-O-、-O-CO-、-CO-O-、-S-、-NH-、アルキレン基(炭素数は、1~10が好ましく、1~8がより好ましく、1~7が更に好ましい。)、アリーレン基(炭素数は、6~20が好ましく、6~14がより好ましく、6~10が更に好ましい。)、又は、これらの組み合わせからなる基が挙げられる。
上記アルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、及び、ヘプチレン基が挙げられる。
上記アリーレン基としては、1,4-フェニレン基、1,3-フェニレン基、1,4-ナフチレン基、1,5-ナフチレン基、及び、アントラセニレン基が挙げられ、1,4-フェニレン基が好ましい。
上記アルキレン基及び上記アリーレン基は無置換であるのも好ましい。中でも、アルキレン基は無置換であるのが好ましい。
L12は、L11と同様であり、好適な条件も同様である。
-X12-L12-の例として、上述のLの例であるL101~L143が挙げられる。
Y12が、炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状、若しくは、環状のアルキル基、又は、炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状、若しくは、環状のアルキル基において1個又は2個以上のメチレン基が-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-O-CO-、又は-CO-O-で置換された基の場合、Y12に含まれる水素原子の1個以上がハロゲン原子で置換されていてもよい。
R17X、R18X、及び、R19Xは、それぞれ独立に、*-X211X-(Z21X-X212X)n21X-L21X-Qを表す。*は、中心環との結合位置を表す。
X211X及びX212Xは、それぞれ独立に、単結合、-O-、-CO-、-NH-、-O-CO-、-O-CO-O-、-O-CO-NH-、-O-CO-S-、-CO-O-、-CO-NH-、-CO-S-、-NH-CO-、-NH-CO-O-、-NH-CO-NH-、-NH-CO-S-、-S-、-S-CO-、-S-CO-O-、-S-CO-NH-、又は、-S-CO-S-を表す。
Z21Xは、それぞれ独立に、5員環若しくは6員環の芳香族環基、又は、5員環若しくは6員環の非芳香族環基を表す。
L21Xは、単結合又は2価の連結基を表す。
Qは、式(D1)~(D15)におけるQと同義であり、好ましい条件も同様である。式(D16)中、複数存在するQのうち、少なくとも1つ(好ましくは全部)のQは、エポキシ基を表す。
n21Xは、0~3の整数を表す。n21Xが2以上の場合、複数存在する(Z21X-X212X)は、同一でも異なっていてもよい。
ただし、式(D16)で表される化合物は、エポキシ基の安定性の点からは、-NH-を有さないのが好ましい。
R17、R18、及び、R19のうち2個以上は、*-X211-(Z21-X212)n21-L21-P21である。熱伝導材料の熱伝導性がより優れる観点から、R17、R18、及び、R19の全てが、*-X211-(Z21-X212)n21-L21-P21であるのが好ましい。
加えて、R17、R18、及び、R19が、全て同一であるのが好ましい。
中でも、X211、X212、X221、及び、X222としては、それぞれ独立に、単結合、-O-、-CO-O-、又は、-O-CO-が好ましい。
A41及びA42は、少なくとも一方が窒素原子であるのが好ましく、両方が窒素原子であるのがより好ましい。また、X4は、酸素原子であるのが好ましい。
上述のエポキシ化合物以外の、その他のエポキシ化合物としては、例えば、一般式(DN)で表されるエポキシ化合物が挙げられる。
RDNは、単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基としては、-O-、-O-CO-、-CO-O-、-S-、アルキレン基(炭素数は、1~10が好ましい。)、アリーレン基(炭素数は、6~20が好ましい。)、又は、これらの組み合わせからなる基が好ましく、アルキレン基がより好ましく、メチレン基が更に好ましい。
組成物がエポキシ化合物を含む場合、エポキシ化合物の含有量は、組成物の全固形分に対して、1.0~25.0質量%が好ましく、3.0~20.0質量%がより好ましく、5.0~20.0質量%が更に好ましい。
なお、組成物の全固形分とは、熱伝導材料を形成する成分を意図し、溶剤は含まれない。ここでいう、熱伝導材料を形成する成分は、熱伝導材料を形成する際に反応(重合)して化学構造が変化する成分でもよい。また、熱伝導材料を形成する成分であれば、その性状が液体状であっても、固形分とみなす。
フェノール化合物は、フェノール性水酸基を1個以上(好ましくは2個以上、より好ましくは3個以上)有する化合物である。
フェノール化合物としては、一般式(P1)で表される化合物が好ましい。
m1は、0~10が好ましく、0~3がより好ましく、0又は1が更に好ましく、1が特に好ましい。
na及びncは、それぞれ独立に、1~4が好ましい。
上記アルキル基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよい。上記アルキル基の炭素数は、1~10が好ましい。上記アルキル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。
上記アルコキシ基におけるアルキル基部分、及び、上記アルコキシカルボニル基におけるアルキル基部分は、上記アルキル基と同様である。
R1及びR6は、それぞれ独立に、水素原子又はハロゲン原子が好ましく、水素原子又は塩素原子がより好ましく、水素原子が更に好ましい。
R7が複数存在する場合、複数存在するR7は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
R7が複数存在する場合、複数存在するR7のうち、少なくとも1個のR7が水酸基を表すのも好ましい。
Lx2は、単結合、-C(R4)(R5)-、又は、-CO-を表し、-C(R4)(R5)-、又は、-CO-が好ましい。
R2~R5は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。
上記置換基は、それぞれ独立に、水酸基、フェニル基、ハロゲン原子、カルボン酸基、ボロン酸基、アルデヒド基、アルキル基、アルコキシ基、又は、アルコキシカルボニル基が好ましく、水酸基、ハロゲン原子、カルボン酸基、ボロン酸基、アルデヒド基、アルキル基、アルコキシ基、又は、アルコキシカルボニル基がより好ましい。
上記アルキル基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよい。上記アルキル基の炭素数は、1~10が好ましい。上記アルキル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。
上記アルコキシ基におけるアルキル基部分、及び、上記アルコキシカルボニル基におけるアルキル基部分は、上記アルキル基と同様である。
上記フェニル基は、置換基を有していても有していなくてもよく、置換基を有する場合は1~3個の水酸基を有するのが好ましい。
R2~R5は、それぞれ独立に、水素原子又は水酸基が好ましく、水素原子がより好ましい。
Lx1及びLx2は、それぞれ独立に、-CH2-、-CH(OH)-、-CO-、又は、-CH(Ph)-が好ましい。
上記Phは置換基を有していてもよいフェニル基を表す。
なお、一般式(P1)中に、R4が複数存在する場合、複数存在するR4は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。R5が複数存在する場合、複数存在するR5は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
Ar1及びAr2は、それぞれ独立に、ベンゼン環基が好ましい。
上記アルキル基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよい。上記アルキル基の炭素数は、1~10が好ましい。上記アルキル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。
上記アルコキシ基におけるアルキル基部分、及び、上記アルコキシカルボニル基におけるアルキル基部分は、上記アルキル基と同様である。
上記フェニル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。
Qaは、Qaが結合するベンゼン環基が有してもよい水酸基に対して、パラ位に結合するのが好ましい。
Qaは、水素原子又はアルキル基が好ましい。上記アルキル基はメチル基が好ましい。
なお、上記水酸基含有量は、フェノール化合物1gが有する、水酸基(好ましくはフェノール性水酸基)の数を意図する。
また、フェノール化合物は、水酸基以外にも、エポキシ化合物と重合反応できる活性水素含有基(カルボン酸基等)を有していてもよい。フェノール化合物の活性水素原子の含有量(水酸基及びカルボン酸基等の活性水素含有基における水素原子の合計含有量)の下限値は、3.0mmol/g以上が好ましく、7.0mmol/g以上がより好ましい。上限値は、25.0mmol/g以下が好ましく、20.0mmol/g以下がより好ましい。
なお、上記活性水素原子の含有量は、フェノール化合物1gが有する、活性水素原子の数を意図する。
組成物がフェノール化合物を含む場合、フェノール化合物の含有量は、組成物の全固形分に対して、1.0質量%以上が好ましく、3.0~25.0質量%がより好ましく、5.0~20.0質量%が更に好ましい。
組成物における、フェノール化合物とエポキシ化合物との含有量の比は、上記「フェノール性水酸基の数/エポキシ基の数」が上記範囲内になるような比であることが好ましい。
また、エポキシ化合物とフェノール化合物との合計含有量は、熱硬化性化合物Aの全質量に対して、30~100質量%が好ましく、70~100質量%がより好ましく、90~100質量%が更に好ましい。
本発明の組成物は、窒化ホウ素(BN)を含み、平均粒径が25.0μm以上である窒化ホウ素粒子B(以下、単に「粒子B」とも記載する)を含む。
また、本発明の組成物は、窒化ホウ素を含み、平均粒径が15.0μm以下であって、且つ、X線光電子分光分析により検出される表面の酸素原子濃度が1.5%以上である、窒化ホウ素粒子C(以下、「特定粒子C」とも記載する)を含む。
組成物が粒子Bを含むことにより、組成物から形成される熱伝導材料の熱伝導性を向上させることができる。また、組成物が粒子Bとともに特定粒子Cを含むことにより、優れた熱伝導性を維持したまま、接着性に優れた熱伝導材料を形成できる。
なお、本明細書において、窒化ホウ素を含み、且つ、平均粒径が15.0μm以下である窒化ホウ素粒子Cを、単に「粒子C」とも記載する。即ち、特定粒子Cは、粒子Cの1態様である。
粒子Bに含まれる窒化ホウ素の含有量は、特に制限されないが、粒子Bの全質量に対して50質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましく、90質量%以上が更に好ましい。粒子Bは、窒化ホウ素のみからなる粒子であってよい。即ち、粒子Bにおける窒化ホウ素の含有量は、100質量%以下であってよい。
粒子Bの平均粒径の上限は、特に制限されないが、組成物における分散性がより優れる点で、500.0μm以下が好ましく、300.0μm以下がより好ましく、200.0μm以下が更に好ましい。
組成物中における粒子Bの含有量は、熱伝導材料の熱伝導性と接着性とのバランスがより優れる点から、組成物の全固形分に対して、40~95質量%が好ましく、50~90質量%がより好ましく、65~85質量%が更に好ましい。
特定粒子Cに含まれる窒化ホウ素の含有量は、特に制限されないが、特定粒子Cの全質量に対して50質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましく、90質量%以上が更に好ましい。特定粒子Cにおける窒化ホウ素の含有量は、特に制限されないが、99.9質量%以下が好ましく、99.5質量%以下がより好ましい。
特定粒子Cの製造方法は、特に制限されず、例えば、粒子Cに対して、プラズマ処理、紫外線(UV:Ultraviolet)処理、オゾン処理、及びクロム酸処理等の処理を行い、粒子Cの表面における酸素原子濃度を向上させる方法が挙げられる。
プラズマ処理時間は、0.5~3時間が好ましく、1時間程度がより好ましい。
プラズマ処理のパルス周波数は、10~100kHzが好ましく、70~90kHzがより好ましい。
プラズマ処理の印加電圧は、1~10kVが好ましく、1~3kVがより好ましい。
プラズマ処理のパルス幅は、0.1~4μ秒が好ましく、0.6~9μ秒がより好ましい。
照射時間は、10秒間以上が好ましい。また、UV照射による窒化ホウ素粒子の損傷を抑える観点から30分間以下が好ましい。
また、UV処理における雰囲気には制限はないが、窒化ホウ素粒子の表面の酸素原子濃度の向上の観点から、大気下等の酸素存在下又はオゾン存在下が好ましい。
具体的には、粒子からなる平板状の錠剤に成型し、得られた平板状試料の表面上に水を滴下し、試料と水のなす角で水を含む側の角を測定して、接触角とする。
このような液滴法による接触角の求め方は、例えば、「ぬれ性と制御」(株式会社技術情報協会2001年1月31日発行)に記載されている。
試料表面上の液滴の接触角の測定は、公知の測定装置を使用して行えばよく、接触角の測定装置としては、接触角計(協和界面科学社製、DropMaster DM500)が挙げられる。
また、粒子からなる錠剤の成型は、公知の錠剤成型装置を使用して、500kgf/cm2の圧力により、粒子を5分間圧縮することにより、成型できる。
特定粒子Cの平均粒径の下限は、特に制限されないが、0.3μm以上が好ましく、熱伝導材料の接着性がより優れる点で、1.0μm以上がより好ましく、2.0μm超が更に好ましく、2.5μm以上が特に好ましい。
組成物中における特定粒子Cの含有量は、熱伝導材料の熱伝導性と接着性とのバランスがより優れる点から、組成物の全固形分に対して、3~30質量%が好ましく、3~20質量%がより好ましく、3~10質量%が更に好ましい。
組成物は、更に、硬化促進剤を含んでいてもよい。
硬化促進剤としては、例えば、トリフェニルホスフィン、三フッ化ホウ素アミン錯体、及び、特開2012-067225号公報の段落0052に記載の化合物が挙げられる。その他にも、2-メチルイミダゾール(商品名;2MZ)、2-ウンデシルイミダゾール(商品名;C11-Z)、2-ヘプタデシルイミダゾール(商品名;C17Z)、1,2-ジメチルイミダゾール(商品名;1.2DMZ)、2-エチル-4-メチルイミダゾール(商品名;2E4MZ)、2-フェニルイミダゾール(商品名;2PZ)、2-フェニル-4-メチルイミダゾール(商品名;2P4MZ)、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール(商品名;1B2MZ)、1-ベンジル-2-フェニルイミダゾール(商品名;1B2PZ)、1-シアノエチル-2-メチルイミダゾール(商品名;2MZ-CN)、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾール(商品名;C11Z-CN)、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾリウムトリメリテイト(商品名;2PZCNS-PW)、2,4-ジアミノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン(商品名;2MZ-A)、2,4-ジアミノ-6-[2’-ウンデシルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン(商品名;C11Z-A)、2,4-ジアミノ-6-[2’-エチル-4’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン(商品名;2E4MZ-A)、2,4-ジアミノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジンイソシアヌル酸付加物(商品名;2MA-OK)、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール(商品名;2PHZ-PW)、2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール(商品名;2P4MHZ-PW)、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾール(商品名;2PZ-CN)、2,4-ジアミノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン(商品名;2MZA-PW)、及び、2,4-ジアミノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジンイソシアヌル酸付加物(商品名;2MAOK-PW)等のイミダゾール系硬化促進剤が挙げられる(いずれも四国化成工業(株)製)。
硬化促進剤は、1種単独で使用してもよく2種以上使用してもよい。
組成物が硬化促進剤を含む場合、硬化促進剤の含有量は、フェノール化合物とエポキシ化合物との合計含有量に対して、0.01~10質量%が好ましく、0.1~5質量%がより好ましい。
組成物は、更に、分散剤を含んでいてもよい。
組成物が分散剤を含むと、組成物中での無機物の分散性が向上し、より優れた熱伝導率と接着性を実現できる。
分散剤は1種単独で使用してもよく、2種以上を使用してもよい。
組成物が分散剤を含む場合、分散剤の含有量は、粒子B、特定粒子C及び後述する無機物の含有量に対して、0.01~10質量%が好ましく、0.1~5質量%がより好ましい。
組成物は、上述した粒子B及び特定粒子Cに加えて、他の充填剤を含んでいてもよい。他の充填剤としては、従来から熱伝導材料のフィラーに用いられている無機物(無機フィラー)及び有機物(有機フィラー)が挙げられる。
中でも、無機物が好ましく、無機酸化物又は無機窒化物(ただし粒子B及び特定粒子Cを除く)がより好ましい。
他の充填剤の大きさは特に制限されないが、分散性がより優れる点で、他の充填剤の平均粒径は500μm以下が好ましく、300μm以下がより好ましく、200μm以下が更に好ましい。下限は特に制限されないが、取り扱い性の点で、10nm以上が好ましく、100nm以上がより好ましい。
他の充填剤の平均粒径は、粒子B及び特定粒子Cの平均粒径と同様に得られる。
組成物における充填剤(粒子B、特定粒子C及び他の充填剤)の合計含有量は、組成物の全固形分に対して、40~95質量%が好ましく、50~95質量%がより好ましく、65~95質量%が更に好ましい。
組成物は、表面修飾剤を含んでいてもよい。
表面修飾剤は、無機物(例えば無機窒化物(粒子B及び特定粒子Cを含む)並びに無機酸化物)を表面修飾する成分である。即ち、粒子B及び特定粒子Cは、表面の酸素原子濃度が上記範囲にある限り、表面修飾剤により表面修飾されていてもよい。
本明細書において、「表面修飾」とは無機物の表面の少なくとも一部に有機物が吸着している状態を意味する。吸着の形態は特に限定されず、結合している状態であればよい。すなわち、表面修飾は、有機物の一部が脱離して得られる有機基が無機物表面に結合している状態も含む。結合は、共有結合、配位結合、イオン結合、水素結合、ファンデルワールス結合、及び、金属結合等のいずれの結合であってもよい。表面修飾は、表面の少なくとも一部に単分子膜を形成するようになされていてもよい。単分子膜は、有機分子の化学吸着によって形成される単層膜であり、Self-AssembledMonoLayer(SAM)として知られている。なお、本明細書において、表面修飾は、無機物の表面の一部のみであっても、全体であってもよい。
表面修飾無機物の製造方法は特に限定されず、例えば、無機物と表面修飾剤とを接触させる工程を有する方法が挙げられる。無機物と表面修飾剤との接触は、例えば、無機物、表面修飾剤及び有機溶剤の混合液中で攪拌することにより実施される。
また、表面修飾無機物を別途作製してから、作製された表面修飾無機物を組成物における別の原料の一部又は全部と混合してもよい。
組成物が表面修飾剤を含む場合、無機物の分散性がより優れる点で、粒子B及び特定粒子Cを含む無機物の含有量に対する表面修飾剤の含有量の質量比(表面修飾剤の含有量/無機物の含有量)が、0.00001~0.5であることが好ましく、0.0001~0.1であることがより好ましい。
組成物は、更に、溶剤を含んでいてもよい。
溶剤の種類は特に制限されず、有機溶剤が好ましい。有機溶剤としては、例えば、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、酢酸エチル、メチルエチルケトン、ジクロロメタン、及び、テトラヒドロフランが挙げられる。
組成物が溶剤を含む場合、溶剤の含有量は、組成物の固形分濃度を、20~90質量%とする量が好ましく、30~85質量%とする量がより好ましく、40~85質量%とする量が更に好ましい。
組成物の調製方法は特に制限されず、公知の方法を採用でき、例えば、上述した各種成分を混合して調製できる。混合する際には、各種成分を一括で混合しても、順次混合してもよい。
成分を混合する方法に特に制限はなく、公知の方法を使用できる。混合に使用する混合装置は、液中分散機が好ましい。液中分散機としては、例えば、自転公転ミキサー、高速回転せん断型撹拌機等の撹拌機、コロイドミル、ロールミル、高圧噴射式分散機、超音波分散機、ビーズミル、及び、ホモジナイザーが挙げられる。
混合装置は1種単独で使用してもよく、2種以上使用してもよい。混合の前後、及び/又は、同時に、脱気処理を行ってもよい。
組成物を硬化することにより、熱伝導材料が得られる。
組成物の硬化方法は、特に制限されないが、熱硬化反応が好ましい。
熱硬化反応の際の加熱温度は特に制限されない。例えば、50~250℃の範囲で適宜選択すればよい。また、熱硬化反応を行う際には、温度の異なる加熱処理を複数回にわたって実施してもよい。
硬化処理は、フィルム状又はシート状とした組成物に対して行うのが好ましい。より具体的には、組成物を塗布成膜した後、得られる塗膜に対して硬化処理を行うことが好ましい。
また、硬化処理を行う際に、別々の基材上に組成物を塗布して、それぞれ塗膜を形成し、得られた塗膜同士を接触させた状態で硬化処理を行ってもよい。硬化後に得られた硬化物(熱伝導材料)は、基材の一方又は両方と分離してもよいし、分離しなくてもよい。
ロールプレスを使用する場合は、例えば、基材上に塗膜を形成して得た塗膜付き基材を、2本のロールが対向する1対のロールに挟持し、上記1対のロールを回転させて上記塗膜付き基材を通過させながら、上記塗膜付き基材の膜厚方向に圧力を付加するのが好ましい。上記塗膜付き基材は、塗膜の片面にのみ基材が存在していてもよいし、塗膜の両面に基材が存在していてもよい。上記塗膜付き基材は、ロールプレスに1回だけ通過させてもよいし複数回通過させてもよい。
平板プレスによる処理とロールプレスによる処理とは一方のみを実施してもよいし両方を実施してもよい。
硬化反応を含む熱伝導材料の作製については、「高熱伝導性コンポジット材料」(シーエムシー出版、竹澤由高著)を参照できる。
つまり、組成物を用いて得られる熱伝導材料は、熱伝導シートであるのも好ましい。
また、組成物を用いて得られる熱伝導材料の熱伝導性は異方的ではなく等方的であるのが好ましい。
例えば、熱伝導材料の23℃及び相対湿度65%における体積抵抗率は、1010Ω・cm以上が好ましく、1012Ω・cm以上がより好ましく、1014Ω・cm以上が更に好ましい。上限は特に制限されないが、1018Ω・cm以下であることが多い。
組成物を用いて得られる熱伝導材料は放熱シート等の放熱材として使用でき、各種デバイスの放熱用途に使用できる。より具体的には、デバイス上に上記の熱伝導材料を含む熱伝導層を配置して熱伝導層付きデバイスを作製して、デバイスからの発熱を効率的に熱伝導層で放熱できる。
上記の組成物を用いて得られる熱伝導材料は十分な熱伝導性を有するとともに、高い耐熱性を有しているため、パーソナルコンピュータ、一般家電、及び、自動車等の様々な電気機器に用いられているパワー半導体デバイスの放熱用途に適している。
更に、組成物を用いて得られる熱伝導材料は、半硬化状態であっても十分な熱伝導性を有するため、各種装置の部材の隙間等の、光硬化のための光を到達させるのが困難な部位に配置する放熱材としても使用できる。また、接着性にも優れるため、熱伝導性を有する接着剤としての使用も可能である。
例えば、シート状の熱伝導材料(熱伝導シート)は、組成物から形成された層の他の、シート状の支持体と組み合わせられていてもよい。
シート状の支持体としては、例えば、プラスチックフィルム、金属フィルム、及び、ガラス板が挙げられる。プラスチックフィルムの材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)等のポリエステル、ポリカーボネート、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリオレフィン、セルロース誘導体、及び、シリコーンが挙げられる。金属フィルムとしては、例えば、銅フィルムが挙げられる。
シート状の熱伝導材料(熱伝導シート)の膜厚は、特に制限されないが、100~300μmが好ましく、150~250μmがより好ましい。
以下に、実施例及び比較例で作製した熱伝導材料の作製に供した熱伝導材料形成用組成物(組成物)における各種成分を示す。
以下に、各実施例又は各比較例で使用したフェノール化合物を示す。
なお、化合物A-1及びA-2は一般式(P1)で表される化合物に該当する。
以下に、各実施例又は各比較例で使用したエポキシ化合物を示す。
なお、下記B-3は2種類のエポキシ化合物の混合物である(商品名:エポトートZX-1059、東都化成株式会社製)。
以下に、各実施例又は各比較例で使用した粒子B(窒化ホウ素粒子B)を示す。
・HP40 MF-100:水島合金鉄社製、凝集状窒化ホウ素粒子
・PCTP30:サンゴバン社製、平板状窒化ホウ素粒子
以下に、各実施例又は各比較例で使用した粒子C(窒化ホウ素粒子C)を示す。
・SP-2:デンカ社製、鱗片状
・SP-3:デンカ社製、鱗片状
・SP3-7:デンカ社製、鱗片状
・MNB-010T:三井化学社製、平板状
・HGP:デンカ社製、平板状
・UHP-2:昭和電工社製、鱗片状
・UHP-1K:昭和電工社製、鱗片状
塩化ナトリウムを含む水溶液に粒子Cを添加し、粒子Cを含む分散液を調製した。得られた分散液をビーカーに入れた後、プラズマ発生用電極を挿入し、高周波パルス電圧を印可してプラズマを発生させるプラズマ処理を、下記プラズマ処理条件で60分間行った。プラズマ処理後、得られた分散液をろ過し、ろ液とろ物とに分離した。ろ取した粉末(上記ろ物)を真空乾燥させることで、特定粒子Cを得た。
電流・電圧条件
・電圧印可周波数:80kHz
・ピーク電圧:±2kV
・ピーク電流:±4A
・パルス幅:0.5μ秒
電極間距離:3.8mm
分散媒:0.01質量% 塩化ナトリウム水溶液 70mL
撹拌速度:400rpm
プラズマ処理時間:60分間
上記プラズマ処理条件におけるプラズマ処理時間を5分間に代えたこと以外は、上記(プラズマ処理1)に記載の方法に従って、粒子Cの表面にプラズマ処理を施すことにより、特定粒子Cを製造した。
上記プラズマ処理条件におけるプラズマ処理時間を30分間に代えたこと以外は、上記(プラズマ処理1)に記載の方法に従って、粒子Cの表面にプラズマ処理を施すことにより、特定粒子Cを製造した。
容器に粒子Cを入れ、粒子Cを攪拌しながら、200Wの低圧水銀灯を用いて紫外線を10分間照射して、特定粒子Cを製造した。
紫外線の照射強度は、紫外線積算光量計(USHIO UIT-150)により254nm光の光量を測定し、254nm光の平均照射強度として求めた。より具体的には、紫外線積算光量計を用いて低圧水銀灯による紫外線の照射強度を測定し、光量計に表示された値を10秒毎に記録した。その後に記録した値の総和を紫外線の照射時間で除して平均照射強度を求めた。得られた紫外線の照射強度は、15000mJ/cm2であった。
特定粒子C、又は粒子Cの表面における酸素原子濃度を、X線光電子分光装置(島津/KRATOS社製、AXIS-HS)を用いて測定した。測定条件を、以下に示す。
・走査速度:20eV/min
・X線源:モノクロAI(管電圧 15kV、管電流 15mA)
・レンズ条件:HYBRID(分析面積600×1000μm)
・分解能:Pass Energy 40
後述する表1に、各実施例又は各比較例で使用した特定粒子C又は粒子Cの表面における酸素原子濃度(単位:原子%)を示す。
特定粒子C、又は粒子Cの接触角を、以下の方法により測定した。
特定粒子C、又は粒子Cをプレス機(東洋精機社製、MP-WNL)を用いて500kgf/cm2の圧力でプレスし、ペレットを得た。ペレットを取り出し、水との接触角を接触角測定装置(協和界面科学社製、DropMaster DM500)にて25℃、湿度50%で測定した。
後述する表1に、各実施例又は各比較例で使用した特定粒子C、又は粒子Cの接触角(°)を示す。
硬化促進剤として、PPh3(トリフェニルホスフィン)使用した。
溶剤として、シクロペンタノン使用した。
下記表1に示す組み合わせのエポキシ化合物とフェノール化合物とを、系中におけるエポキシ基の数とフェノール性水酸基の数とが等しくなる量で配合した硬化液を調製した。
得られた硬化液の全量、溶剤、及び、硬化促進剤の順で混合した後、粒子B、及び、特定粒子C(又は比較用の粒子C)を添加して混合物を得た。得られた混合物を自転公転ミキサー(THINKY社製、あわとり練太郎ARE-310)で5分間処理して、各実施例又は各比較例の組成物(熱伝導材料形成用組成物)を得た。
ここで、溶剤の添加量は、組成物の固形分濃度が50~80質量%になる量とした。なお、組成物の固形分濃度は、組成物の粘度がそれぞれ同程度になるように、上記範囲内で組成物ごとに調整した。
また、硬化促進剤の添加量は、組成物中の硬化促進剤の含有量が、エポキシ化合物とフェノール化合物との合計含有量に対して、1質量%となる量とした。
また、粒子B、及び、特定粒子C(又は粒子C)は、組成物の全固形分に対する配合量が下記表1に示す量となる量を添加した。
なお、比較例5においては、比較用の粒子Cとして、後述する方法により表面修飾剤で修飾した粒子C(以下「表面修飾粒子」とも記載する)を添加したこと以外は、他の実施例又は比較例と同様の手順で、組成物を調製した。
各実施例又は各比較例の組成物における固形分の配合を表1に示す。
シランカップリング剤「KBM-403」(信越化学工業社製、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)3gを、分散媒CPО(250mL、シクロペンタノン)に添加して混合液を得た。この混合液に、上記SP-2(100g)を添加し一晩撹拌することで吸着処理を行った。吸着処理後、得られたスラリー液をろ過し、ろ液とろ物とに分離した。ろ取した粉末(上記ろ物)を乾燥させることで、シランカップリング剤で修飾された表面修飾粒子を得た。上記表面修飾粒子の添加前の混合液の吸収スペクトルと、吸着処理後の上記ろ液の吸収スペクトルとの差から、窒化ホウ素粒子1g当たりのシランカップリング剤の吸着量は、20mgと算出された。
<試験体作製>
アプリケーターを用いて、離型処理したポリエステルテレフタレート製フィルム(PET 756501、リンテック社製、膜厚75μm)(以下「PETフィルム」と記載する)の離型面上に、下記表1に示す配合を有する各実施例又は各比較例の組成物を均一に塗布し、120℃で5分間放置して塗膜を得た。
このような塗膜付きPETフィルムを2枚作製し、2枚の塗膜付きPETフィルム同士を塗膜面同士で貼り合せてから、空気下で熱プレス(熱板温度120℃、圧力20MPaで1分間処理)することで半硬化膜を得た。得られた半硬化膜を空気下で熱プレス(熱板温度180℃、圧力10MPaで5分間処理した後、更に、常圧下で180℃90分間)で処理して半硬化膜を硬化し、樹脂シートを得た。
樹脂シートの両面にあるPETフィルムを剥がし、平均膜厚が200μmである、各実施例又は各比較例の熱伝導シートを得た。
<熱伝導性評価>
各実施例又は各比較例の熱伝導シートを用いて、下記の方法で熱伝導率の測定を行い、熱伝導性を評価した。
(1)NETZSCH社製の「LFA467」を用いて、レーザーフラッシュ法で熱伝導シートの厚み方向の熱拡散率を測定した。
(2)メトラー・トレド社製の天秤「XS204」を用いて、熱伝導シートの比重をアルキメデス法(「固体比重測定キット」使用)で測定した。
(3)セイコーインスツル社製の「DSC320/6200」を用い、10℃/分の昇温条件の下、25℃における熱伝導シートの比熱を求めた。
(4)得られた熱拡散率に比重及び比熱を乗じて、熱伝導シートの熱伝導率を算出した。
測定された熱伝導率を下記基準に照らして区分し、熱伝導性を評価した。
「A+」:13W/m・K以上
「A」: 10W/m・K以上13W/m・K未満
「B」: 8W/m・K以上10W/m・K未満
「C」: 5W/m・K以上8W/m・K未満
「D」: 5W/m・K未満
各実施例又は各比較例の組成物を用いて銅箔付きアルミベース基板を作製し、得られた銅箔付きアルミベース基板に対して下記のピール試験を行い、熱伝導シートの接着性を評価した。
アプリケーターを用いて、離型処理した上記PETフィルムの離型面上に、下記表1に示す配合を有する各実施例又は各比較例の組成物を均一に塗布し、120℃で5分間放置して塗膜を得た。
このような塗膜付きPETフィルムを2枚作製し、2枚の塗膜付きPETフィルム同士を塗膜面同士で貼り合せてから、空気下で熱プレス(熱板温度120℃、圧力20MPaで1分間処理)することで半硬化膜を得た。得られた半硬化膜からポリエステルフィルムを剥がし、アルミニウム板と銅箔の間に挟み、空気下で熱プレス(熱板温度180℃、圧力10MPaで5分間処理した後、更に、常圧下で180℃90分間)で処理して銅箔付きアルミベース基板を得た。
得られた銅箔付きアルミベース基板の銅箔ピール強度を、JIS C 6481に記載されている、常態での引きはがし強さの測定方法に従って測定した。
測定された引き剥がし強さを下記基準に照らして区分し、接着性を評価した。
「A+」:5N/cm以上
「A」: 4N/cm以上5N/cm未満
「B」: 3N/cm以上4N/cm未満
「C」: 1N/cm以上3N/cm未満
「D」: 1N/cm未満
以下、表1に、組成物の特徴、及び、各評価試験の結果を示す。
「量(%)」欄は、各成分の全固形分に対する含有量(質量%)を示す。なお、熱硬化性化合物Aについては、全固形分に対するフェノール化合物及びエポキシ化合物の合計含有量(質量%)を示す。
「フェノール化合物」の「官能基数(mmol/g)」欄は、使用したフェノール化合物のフェノール性水酸基含有量(mmol/g)を示す。
「特定粒子C、又は、粒子C」の「表面処理方法」欄において、「処理P1」、「処理P2」及び「処理P3]は、それぞれ、上記粒子Cに対して、上記(プラズマ処理1)、(プラズマ処理2)及び(プラズマ処理3)に記載の処理を行って特定粒子Cを製造し、得られた特定粒子Cを使用したことを意味する。また、同欄において、「UV処理」は、上記粒子Cに対して、上記(UV処理)に記載の処理を行って特定粒子Cを製造し、得られた特定粒子Cを使用したことを意味する。また、同欄において、空欄(「-」)は、表面処理されていない粒子Cを使用したこと(比較例1、2及び4)、或いは、上記表面修飾粒子を使用したことを意味する。
「粒子B比率(%)」欄は、組成物に含まれる窒化ホウ素粒子(粒子B、及び、特定粒子C又は粒子C)の合計含有量に対する、粒子Bの含有量の質量比を示す。
組成物に含まれる特定粒子Cの含有量が、組成物の全固形分に対して10質量%以下である場合、熱伝導材料の熱伝導性がより優れることが確認された(実施例1と実施例6との比較)。
また、組成物に含まれる粒子B及び特定粒子Cの合計含有量に対する粒子Bの含有量が、85質量%以上である場合、熱伝導材料の熱伝導性がより優れることが確認された(実施例1と実施例6との比較)。
Claims (7)
- 熱硬化性化合物Aと、
窒化ホウ素を含み、平均粒径が25.0μm以上である窒化ホウ素粒子Bと、
窒化ホウ素を含み、平均粒径が5.0μm以下である窒化ホウ素粒子Cと、を含み、
X線光電子分光分析により検出される、前記窒化ホウ素粒子Cの表面における酸素原子濃度が、1.5原子%以上であり、
前記熱硬化性化合物Aが、エポキシ当量が130以下であるエポキシ化合物、及び、フェノール化合物を含む、
熱伝導材料形成用組成物。 - 前記窒化ホウ素粒子Bの平均粒径が、30.0μm以上である、請求項1に記載の熱伝導材料形成用組成物。
- 前記窒化ホウ素粒子Cの平均粒径が、1.0~4.5μmである、請求項1又は2に記載の熱伝導材料形成用組成物。
- 前記窒化ホウ素粒子Bの含有量が、前記窒化ホウ素粒子B及び前記窒化ホウ素粒子Cの合計含有量に対して70~95質量%である、請求項1~3のいずれか1項に記載の熱伝導材料形成用組成物。
- 請求項1~4のいずれか1項に記載の熱伝導材料形成用組成物を硬化して得られる、熱伝導材料。
- 請求項5に記載の熱伝導材料からなる、熱伝導シート。
- デバイスと、前記デバイス上に配置された請求項6に記載の熱伝導シートを含む熱伝導層とを有する、熱伝導層付きデバイス。
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