TW202311486A - 導熱性矽氧組成物及其硬化物 - Google Patents

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Abstract

本發明是一種導熱性矽氧組成物，其特徵在於，包含：(A)有機聚矽氧烷，其一分子中具有至少2個烯基；(B)有機氫聚矽氧烷，其具有至少2個直接鍵結於矽原子上的氫原子；(C)導熱性填充材料，其包含(C-1)平均粒徑超過65μm且在135μm以下的球狀鋁土填料、(C-2)平均粒徑超過30μm且在65μm以下的球狀鋁土填料、(C-3)平均粒徑超過4μm且在30μm以下的球狀鋁土填料、及(C-4)平均粒徑超過0.4μm且在4μm以下的非晶鋁土填料；(D)鉑族金屬系硬化觸媒；及，(E)加成反應控制劑。藉此，提供一種導熱性矽氧組成物及其硬化物，該等的壓縮性、絕緣性、導熱性、加工性優異。

Description

導熱性矽氧組成物及其硬化物
本發明有關一種導熱性矽氧組成物及其硬化物。
個人電腦、數位影音光碟、行動電話等的電子機器中所使用的中央處理器(CPU)、驅動積體電路(driver IC)和記憶體等的大型積體電路晶片(LSI chip)，伴隨著高性能化/高速化/小型化/高積體化，其本身變得會產生大量的熱量，從而因該熱量導致晶片的溫度上升的情形會引起晶片的動作不良、破壞。因此，提出了許多的熱散逸方法、及用於該方法的熱散逸構件，該等用以抑制動作中的晶片的溫度上升。
以往，在電子機器等之中，為了抑制動作中的晶片的溫度上升，使用一種散熱座，該散熱座是使用鋁和銅等的高熱傳導率的金屬板而得。此散熱座，能夠傳導該晶片所產生的熱量，並藉由與外部空氣的溫度差，從表面釋放該熱量。
為了效率良好地將由晶片所產生的熱量傳遞至散熱座，需要使散熱座密接在晶片上，但是存在各晶片的高度的差異或因組裝加工導致的公差，因此將具有柔軟性的片材或散熱膏安裝介於晶片與散熱座之間，從而藉由這些構件來實現從晶片到散熱座的熱傳導。
相較於散熱膏，片材的操作性優異，由導熱性矽氧橡膠所形成之導熱片材(導熱性矽氧橡膠片材)被使用在各種領域。 例如，已揭示一種絕緣性組成物，其是在100質量份的矽氧橡膠等的合成橡膠中摻                                                                      合選自氧化鈹、氧化鋁、氫氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅中的至少1種以上的金屬氧化物而得(專利文獻1)。 另一方面，電子機器的高積體化進展，裝置內的積體電路元件的發熱量增加，因此過去的冷卻方法有時會不足。尤其，在可攜式筆記型個人電腦或平板電腦的情況下，機器內部的空間狹窄，因此無法安裝大的散熱座或冷卻風扇。進一步，這些機器中，在印刷基板上搭載有積體電路元件，且作為基板的材質是使用導熱性差的玻璃強化環氧樹脂或聚醯亞胺樹脂，因此無法以過去的方式藉由散熱絕緣片材來使熱量散逸至基板。
因此，在這樣的情況下，使用一種方法，其在積體電路元件附近設置自然冷卻型或強制冷卻型的散熱零件，來將由元件所產生的熱量傳遞至散熱零件。如果以此方法來使元件與散熱零件直接接觸，則由於表面有凹凸，因此熱量的傳遞變差。進一步，即便隔著散熱絕緣片材安裝，由於散熱絕緣片材的柔軟性稍差，因此仍可能因熱膨脹導致元件與基板之間承受應力，從而破損。 又，要在各電路元件上安裝散熱零件，則需要寬廣的空間，從而變得難以使機器小型化。因此，亦有時採取一種方法，該方法是將一些元件與單個散熱零件組合來進行冷卻。
因此，需要一種低硬度的高導熱性材料，其能夠填埋因各元件的高度不同而產生的各種間隙。對於這樣的問題，要求一種導熱性片材，其導熱性優異，具有柔軟性，且能夠對應各種間隙。 此時，揭示了一種片材，其是在矽氧樹脂中混入金屬氧化物等的導熱性材料後加以成形而得，並且在具有強度的矽氧樹脂層上積層有容易變形的矽氧層(專利文獻2)。又，揭示了一種導熱性複合片材，其是將矽氧橡膠層與多孔性強化材料層組合而得，該矽氧橡膠層含有導熱性填充材料，且Asker C硬度為5～50，該多孔性強化材料層具有直徑為0.3mm以上的孔(專利文獻3)。又，亦提出了一種片材，其是以導熱性矽氧橡膠來覆蓋可撓性的立體網狀體或框體的骨架格子表面而得(專利文獻4)。進一步，揭示了一種導熱性複合矽氧片材，其內置有具有強化性的片材或布帛，至少其中一面具有黏合性，Asker C硬度為5～50，並且該片材的厚度為0.4mm以下(專利文獻5)。而且，亦揭示了一種散熱間隔件，其含有加成反應型液狀矽氧橡膠與導熱性絕緣性陶瓷粉末，其硬化物的Asker C硬度為25以下，並且熱阻為3.0℃/W以下(專利文獻6)。
這些導熱性矽氧硬化物，大多亦要求絕緣性，因此大多使用氧化鋁(鋁土)作為導熱性填充材料。一般而言，相較於球狀的鋁土，非晶的鋁土的提升導熱率的效果較高。然而，具有下述缺點：對於聚矽氧的填充性差，如果提高充填率，則材料黏度會上升，加工性變差。又，鋁土非常堅硬，莫氏硬度為9。因此，尤其是使用粒徑為10μm以上的非晶鋁土而得的導熱性矽氧組成物，存在下述問題：製造時會削減反應釜的內壁或攪拌葉片。由此，反應釜或攪拌葉片的成分會混入導熱性矽氧組成物中，從而導熱性矽氧組成物及使用該導熱性矽氧組成物而得的硬化物的絕緣性下降。又，反應釜與攪拌葉片的餘隙變廣，因此攪拌效率降低，即便以相同條件進行製造，亦變得無法獲得固定的品質。又，存在如下所述的問題：為了防止該情形，需要頻繁地更換零件。
為了解決此問題，亦存在一種方法，其僅使用球狀鋁土粉，但是為了高導熱化，相較於非晶鋁土，需要進行大量填充，組成物的黏度會上升，加工性惡化。又，組成物及其硬化物中聚矽氧的存在量相對減少，因此硬度會上升，壓縮性變差。亦存在一種方法，其藉由使用大粒徑的球狀鋁土，來改善相對於填充量的導熱率提升效果，但是存在下述問題：如果球狀鋁土的粒徑過大，則壓製成形時會發生球狀鋁土與樹脂分離，片材端部成富含填料之部分而脆化。此時，片材成形時的材料產率大幅下降。 又，為了提高導熱率，存在一種方法，其使用一般導熱率較高的導熱性填充材料、例如氮化鋁和氮化硼等導熱性填充材料，但是存在如下所述的問題：成本較高，加工亦較難。 又，如果矽氧硬化物中的鋁土粉的填充量變高，則在高溫長時間使用時，有硬化物的硬度顯著下降的傾向，根據較強振動的模組等用途，存在下述問題：因復原性不足而發生密接不良，熱阻隨時間上升。 [先前技術文獻] (專利文獻)
專利文獻1：日本特開昭47-032400號公報 專利文獻2：日本特開平02-196453號公報 專利文獻3：日本特開平07-266356號公報 專利文獻4：日本特開平08-238707號公報 專利文獻5：日本特開平09-001738號公報 專利文獻6：日本特開平09-296114號公報
[發明所欲解決的問題]
本發明是有鑑於上述情事而完成，其目的在於提供一種導熱性矽氧組成物及其硬化物，該等的壓縮性、絕緣性、導熱性、加工性優異。尤其，本發明的目的在於提供一種具有5.5W/m･K以上的導熱率的導熱性矽氧組成物及其硬化物。若是這樣的導熱性矽氧組成物，則能夠適合使用作為例如一種導熱性樹脂成形體，該導熱性樹脂成形體設置於例如電子機器內的發熱零件與散熱零件之間來用於散熱。 [解決問題的技術手段]
為了達成上述目的，本發明提供一種導熱性矽氧組成物，其中，包含： 100質量份(A)有機聚矽氧烷，其一分子中具有至少2個烯基； (B)有機氫聚矽氧烷，其具有至少2個直接鍵結於矽原子上的氫原子，該(B)成分的量是直接鍵結於矽原子上的氫原子的莫耳數成為源自前述(A)成分的烯基的莫耳數的0.1～5.0倍的量； 3900～6000質量份(C)導熱性填充材料，其包含下述(C-1)成分～(C-4)成分， 1400～3000質量份(C-1)平均粒徑超過65μm且在135μm以下的球狀鋁土填料、 500～1500質量份(C-2)平均粒徑超過30μm且在65μm以下的球狀鋁土填料、 300～900質量份(C-3)平均粒徑超過4μm且在30μm以下的球狀鋁土填料、 1000～1900質量份(C-4)平均粒徑超過0.4μm且在4μm以下的非晶鋁土填料； (D)鉑族金屬系硬化觸媒，其相對於前述(A)成分，以鉑族金屬元素質量換算為0.1～2000ppm；及， 0.01～2.0質量份(E)加成反應控制劑。
若是這樣的導熱性矽氧組成物，則能夠得到一種壓縮性、絕緣性、導熱性、加工性優異的導熱性矽氧硬化物。
又，本發明較佳是23℃時的黏度為2000Pa･s以下。
若是這樣的導熱矽氧組成物，則成形性(加工性)優異。
又，本發明較佳是進一步含有相對於前述(A)成分100質量份為0.01～300質量份的作為(F)成分的選自下述成分所組成之群組中的至少一種： (F-1)由下述通式(1)表示的烷氧基矽烷化合物， R 1 aR 2 bSi(OR 3) 4 － a － b(1) 式(1)中，R 1獨立地為碳原子數6～15的烷基，R 2獨立地為未被取代或經取代的碳原子數1～12的一價烴基，R 3獨立地為碳原子數1～6的烷基，a是1～3的整數，b是0～2的整數，並且a＋b是1～3的整數；及， (F-2)由下述通式(2)表示的分子鏈單末端被三烷氧基矽基封閉之二甲基聚矽氧烷，
Figure 02_image001
式(2)中，R 4獨立地為碳原子數1～6的烷基，c是5～100的整數。
若是這樣的導熱矽氧組成物，則不會引發油分離。
又，本發明較佳是進一步含有相對於前述(A)成分100質量份為6.5～25.0質量份的作為(G)成分的氧化鈰。
若是這樣的導熱矽氧組成物，則耐熱性提升。
又，本發明提供一種導熱性矽氧硬化物，其是上述導熱性矽氧組成物的硬化物。
若是這種導熱性矽氧硬化物，則壓縮性、絕緣性、導熱性、加工性優異。
又，本發明較佳是：如上述導熱性矽氧硬化物，其中，關於以Asker C硬度計所測得的硬度，是相對於保存前的硬度，在150℃保存500小時後的硬度為－5度以上且40度以下。
若是這樣的導熱性矽氧硬化物，則即使在高溫長時間使用，硬度的下降程度亦較小。
又，本發明較佳是23℃時的導熱率為5.5W/m･K以上。
若是這樣的導熱性矽氧硬化物，則導熱性優異。
又，本發明較佳是1mm厚時的介電質破壞電壓為10kV/mm以上。
若是這種導熱性矽氧硬化物，則使用時能夠穩定地確保絕緣。
又，在本發明中，形狀可以是片狀。
若是這樣的導熱性矽氧硬化物，則操作性優異。 [發明的功效]
本發明的導熱性矽氧組成物藉由併用特定摻合量的平均粒徑超過65μm且在135μm的球狀鋁土填料、平均粒徑超過30μm且在65μm以下的球狀鋁土填料、平均粒徑超過4μm且在30μm以下的球狀鋁土填料及平均粒徑超過0.4μm且在4μm以下的非晶鋁土填料，從而大粒徑球狀鋁土彌補粒徑較小的球狀鋁土的缺點，粒徑較小的球狀鋁土彌補大粒徑球狀鋁土的缺點，藉此能夠提供一種導熱性矽氧組成物，該導熱性矽氧組成物能夠得到一種壓縮性、絕緣性、導熱性、加工性優異且尤其具有5.5W/m･K以上的導熱率的導熱性矽氧硬化物。 又，藉由添加氧化鈰，能夠提供一種導熱性矽氧組成物，該導熱性矽氧組成物能夠得到一種高溫保存時抑制了硬化物的硬度下降的導熱性矽氧硬化物。
如上所述，尋求開發一種導熱性矽氧組成物及硬化物，該等的壓縮性、絕緣性、導熱性、加工性優異。
本發明人為了達成上述目的而專心實行研究，結果發現藉由併用特定比例的平均粒徑超過0.4μm且在65μm以下的球狀鋁土和非晶鋁土、及平均粒徑超過65μm且在135μm以下的球狀鋁土，能夠解決上述問題。亦即，藉由將比表面積較小且平均粒徑超過65μm且在135μm以下的球狀鋁土設為特定摻合量，能夠有效地提升導熱性，並且能夠提供一種黏度較低且加工性優異的矽氧組成物及其硬化物。 又，藉由併用具有30μm以下的平均粒徑的球狀鋁土和非晶鋁土，從而使組成物的流動性提升，加工性改善。進一步，使用球狀鋁土作為平均粒徑超過4μm的粒子，因此能夠抑制反應釜或攪拌葉片的磨耗，絕緣性提升。
也就是，發現藉由大粒徑球狀鋁土彌補粒徑較小的球狀鋁土和非晶鋁土的缺點，粒徑較小的球狀鋁土和非晶鋁土彌補大粒徑球狀鋁土的缺點，能夠得到一種成本較低的導熱性矽氧組成物及硬化物，該導熱性矽氧組成物及硬化物的壓縮性、絕緣性、導熱性、加工性優異，且尤其具有5.5W/m･K以上的導熱率。
進一步，亦發現藉由在上述導熱性矽氧組成物中添加氧化鈰，從而高溫保存時能夠抑制硬化物的硬度下降。
亦即，本發明是一種導熱性矽氧組成物，其中，包含： 100質量份(A)有機聚矽氧烷，其一分子中具有至少2個烯基； (B)有機氫聚矽氧烷，其具有至少2個直接鍵結於矽原子上的氫原子，該(B)成分的量是直接鍵結於矽原子上的氫原子的莫耳數成為源自前述(A)成分的烯基的莫耳數的0.1～5.0倍的量； 3900～6000質量份(C)導熱性填充材料，其包含下述(C-1)成分～(C-4)成分， 1400～3000質量份(C-1)平均粒徑超過65μm且在135μm以下的球狀鋁土填料、 500～1500質量份(C-2)平均粒徑超過30μm且在65μm以下的球狀鋁土填料、 300～900質量份(C-3)平均粒徑超過4μm且在30μm以下的球狀鋁土填料、 1000～1900質量份(C-4)平均粒徑超過0.4μm且在4μm以下的非晶鋁土填料； (D)鉑族金屬系硬化觸媒，其相對於前述(A)成分，以鉑族金屬元素質量換算為0.1～2000ppm；及， 0.01～2.0質量份(E)加成反應控制劑。
以下，詳細說明本發明，但是本發明不限定於這些說明。
本發明的導熱性矽氧組成物含有以下成分作為必要成分：(A)有機聚矽氧烷，其一分子中具有至少2個烯基；(B)有機氫聚矽氧烷，其具有至少2個直接鍵結於矽原子上的氫原子；(C)導熱性填充材料，其包含下述(C-1)～(C-4)成分，(C-1)平均粒徑超過65μm且在135μm以下的球狀鋁土填料、(C-2)平均粒徑超過30μm且在65μm以下的球狀鋁土填料、(C-3)平均粒徑超過4μm且在30μm以下的球狀鋁土填料、(C-4)平均粒徑超過0.4μm且在4μm以下的非晶鋁土填料；(D)鉑族金屬系硬化觸媒；(E)加成反應控制劑。又，除此之外，還能夠包含(F)表面處理劑、(G)氧化鈰、(H)有機聚矽氧烷等成分。以下詳述各成分。
[(A)具有烯基之有機聚矽氧烷] 作為(A)成分的一分子中具有至少2個烯基之有機聚矽氧烷，是作為本發明的導熱性矽氧組成物的主劑，其是一種有機聚矽氧烷，於一分子中具有2個以上的鍵結於矽原子上的烯基。通常，主鏈部分一般而言基本上是由重複的二有機矽氧烷單元所構成，但是該(A)成分可在部分的分子結構包含分枝狀的結構、或亦可以是環狀體，從硬化物的機械強度等物性的觀點而言，較佳是直鏈狀的二有機聚矽氧烷。
作為鍵結於矽原子上的烯基以外的官能基，可列舉以下例示的一價烴基。可列舉例如：甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、三級丁基、戊基、新戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基等烷基；環戊基、環己基、環庚基等環烷基；苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、聯苯基等芳基等。這些一價烴基之中，較佳是碳原子數為1～10的基團，更佳是碳原子數為1～6的基團。其中，能夠較佳地使用甲基、乙基、丙基等碳原子數1～3的烷基；及，苯基。又，鍵結於矽原子上的烯基以外的官能基不限定為全部相同。
又，作為烯基，可列舉例如：乙烯基、烯丙基、丙烯基、異丙烯基、丁烯基、己烯基、環己烯基等的通常碳原子數為2～8左右的烯基；其中，較佳是乙烯基、烯丙基等的低級烯基，特佳是乙烯基。再者，分子中存在2個以上的烯基，為了使所獲得的硬化物的柔軟性良好，較佳是烯基以僅鍵結於分子鏈末端的矽原子上的方式存在。
此一分子中具有至少2個烯基之有機聚矽氧烷在23℃時的動黏度通常是在10～100000mm 2/s的範圍內，特佳是在500～50000mm 2/s的範圍內。若前述動黏度在此範圍內，則所獲得的組成物的保存穩定性不會變差，延展性不會變差。再者，在本說明書中，動黏度是根據JIS Z 8803：2011所記載的方法，使用卡農-分斯克型黏度計在23℃測定時的值。
此(A)成分的一分子中具有至少2個烯基之有機聚矽氧烷可以使用單獨1種，亦可以將不同動黏度的2種以上組合使用。
[(B)有機氫聚矽氧烷] (B)成分的有機氫聚矽氧烷是具有至少2個直接鍵結於矽原子上的氫原子之有機氫聚矽氧烷。亦即，一分子中具有至少2個、較佳是2～100個的直接鍵結於矽原子上的氫原子(矽氫基)之有機氫聚矽氧烷，且是作為(A)成分的交聯劑來發揮作用的成分。亦即，(B)成分中的矽氫基藉由矽氫化反應與(A)成分中的烯基加成，來獲得具有交聯結構之三維網狀結構，該矽氫化反應是藉由下述(D)成分的鉑族金屬系硬化觸媒來促進。再者，當矽氫基的數量少於2個時，則無法硬化。
作為具有至少2個直接鍵結於矽原子上的氫原子之有機氫聚矽氧烷，能夠使用由下述平均結構式(3)表示的有機氫聚矽氧烷，但是不限定於此有機氫聚矽氧烷。
Figure 02_image003
式(3)中，R 5獨立地為氫原子、或選自碳數1～12的烷基、碳數6～12的芳基及碳數7～12的芳烷基中的一價烴基。其中，一分子中的至少2個、較佳是2～10個R 5為氫原子。e是1以上的整數，較佳是10～200的整數。
式(3)中，R 5獨立地為氫原子、或選自碳數1～12的烷基、碳數6～12的芳基及碳數7～12的芳烷基中的一價烴基。作為R 5的除了氫原子以外的一價烴基，可列舉例如：甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、三級丁基、戊基、新戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基等烷基；環戊基、環己基、環庚基等環烷基；苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、聯苯基等芳基；苯甲基、苯乙基、苯丙基、甲基苯甲基等芳烷基。這些一價烴基之中，較佳是碳原子數為1～10的基團，特佳是碳原子數為1～6的基團，其中，較佳是適當地使用甲基、乙基、丙基等碳原子數1～3的烷基、及苯基。又，R 5不限定於全部相同。又，e是1以上的整數，較佳是10～200的整數。
(B)成分的添加量，是相對於源自(A)成分的烯基1莫耳，源自(B)成分的矽氫基成為0.1～5.0莫耳的量、亦即直接鍵結於矽原子上的氫原子的莫耳數成為源自前述(A)成分的烯基的莫耳數的0.1～5.0倍的量，較佳是成為0.3～2.0莫耳的量，進一步更佳是成為0.5～1.0莫耳的量。如果相對於源自(A)成分的烯基1莫耳，源自(B)成分的Si-H基的量少於0.1莫耳，則有時無法硬化，或硬化物的強度不足而無法保持作為成形體的形狀，從而無法操作。又，如果超過5莫耳，則硬化物變得沒有柔軟性，從而硬化物變脆。
[(C)成分：導熱性填充材料] (C)成分也就是導熱性填充材料，包含下述(C-1)～(C-4)成分。 (C-1)平均粒徑超過65μm且在135μm以下的球狀鋁土填料、 (C-2)平均粒徑超過30μm且在65μm以下的球狀鋁土填料、 (C-3)平均粒徑超過4μm且在30μm以下的球狀鋁土填料、 (C-4)平均粒徑超過0.4μm且在4μm以下的非晶鋁土填料。 再者，在本發明中，上述平均粒徑是以體積作為基準的累積平均粒徑(中值徑)的值，其是利用日機裝股份有限公司製造的粒度分析計也就是Microtrac MT3300EX，根據雷射繞射/散射法所測得。
(C-1)成分的球狀鋁土填料能夠有優勢地提升導熱率。球狀鋁土填料的平均粒徑超過65μm且在135μm以下，較佳是70～120μm。如果(C-1)成分的球狀鋁土填料的平均粒徑大於135μm，則反應釜或攪拌葉片的磨耗變得顯著，組成物的絕緣性下降。作為(C-1)成分的球狀鋁土，可使用1種或將2種以上複合使用。當2種以上複合使用時，只要各自滿足上述平均粒徑的範圍即可。
(C-2)成分和(C-3)成分的球狀鋁土填料能夠提升組成物的導熱率，並且抑制非晶鋁土填料與反應釜或攪拌葉片的接觸，提供抑制磨耗的障壁效果。關於平均粒徑， (C-2)成分超過30μm且在65μm以下，較佳是35～60μm，(C-3)成分超過4μm且在30μm以下，較佳是7～25μm。如果球狀鋁土填料的平均粒徑為4μm以下，則障壁效果下降，因非晶粒子導致的反應釜或攪拌葉片的磨耗變得顯著。作為(C-2)成分和(C-3)成分的球狀鋁土，可使用1種或將2種以上複合使用。當2種以上複合使用時，只要各自滿足上述平均粒徑的範圍即可。
(C-4)成分的非晶鋁土填料亦負責提升組成物的導熱率，但是其主要作用是組成物的黏度調整、平滑度的提升、填充性的提升。(C-4)成分的平均粒徑超過0.4μm且在4μm以下，為了顯現上述特性，更佳是0.6～3μm。
相對於(A)成分100質量，(C-1)成分的摻合量為1400～3000質量份，較佳是1800～2500質量份。如果(C-1)成分的摻合量過少，則導熱率難以提升，如果過多，則反應釜或攪拌葉片的磨耗變得顯著，組成物的絕緣性下降。
相對於(A)成分100質量，(C-2)成分的摻合量為500～1500質量份，較佳是600～1300質量份。如果(C-2)成分的摻合量過少，則因非晶粒子導致的反應釜或攪拌葉片的磨耗變得顯著，如果過多，則組成物失去流動性，損害成形性。
相對於(A)成分100質量份，(C-3)成分的摻合量為300～900質量份，較佳是500～800質量份。如果(C-3)成分的摻合量過少，則因非晶粒子導致的反應釜或攪拌葉片的磨耗變得顯著，如果過多，則組成物會失去流動性，且損害成形性。
相對於(A)成分100質量份，(C-4)成分的摻合量為1000～1900質量份，較佳是1100～1500質量份。如果(C-4)成分的摻合量過少，則組成物失去流動性，損害成形性。如果(C-4)成分的摻合量過多，則反應釜或攪拌葉片的磨耗變得顯著。
進一步，相對於(A)成分100質量份，(C)成分的摻合量(亦即，上述(C-1)成分～(C-4)成分的合計摻合量)為3900～6000質量份，較佳是4000～5500質量份。當此摻合量少於3900質量份時，所獲得的組成物的導熱率變差，當超過6000質量份時，組成物失去流動性，損害成形性。
藉由以上述摻合比例使用(C)成分，能夠更有利且確實地達成上述本發明的效果。
[(D)鉑族金屬系硬化觸媒] (D)成分的鉑族金屬系硬化觸媒是用以促進源自(A)成分的烯基與源自(B)成分的矽氫基的加成反應之觸媒，作為用於矽氫化反應的觸媒，可列舉習知的觸媒。作為其具體例，可列舉例如：鉑(包含鉑黑)、銠、鈀等的鉑族金屬單質；H 2PtCl 4･nH 2O、H 2PtCl 6･nH 2O、NaHPtCl 6･nH 2O、KaHPtCl 6･nH 2O、Na 2PtCl 6･nH 2O、K 2PtCl 4･nH 2O、PtCl 4･nH 2O、PtCl 2、Na 2HPtCl 4･nH 2O(其中，上述式中，n是0～6的整數，較佳是0或6)等的氯化鉑、氯鉑酸及氯鉑酸鹽；醇改質氯鉑酸(參照美國專利第3220972號說明書)、氯鉑酸與烯烴之錯合物(參照美國專利第3159601號說明書、美國專利第3159662號說明書、美國專利第3775452號說明書)；鋁土、二氧化矽、碳等的載體上承載有鉑黑、鈀等的鉑族金屬而得的物質；銠-烯烴錯合物；氯化參(三苯基膦)合銠(威爾金森觸媒)；氯化鉑、氯鉑酸或氯鉑酸鹽與含乙烯基矽氧烷、尤其是含乙烯基環狀矽氧烷之錯合物等。
(D)成分的摻合量，相對於(A)成分，以鉑族金屬元素的質量換算為0.1～2000ppm，較佳是50～1000ppm。如果(D)成分的摻合量過少，則加成反應無法進展；如果過多，則在經濟上不利，因此不佳。
[(E)加成反應控制劑] (E)成分的加成反應控制劑，能夠使用通常的加成反應硬化型矽氧組成物中所用的全部的公知的加成反應控制劑。可列舉例如：1-乙炔基-1-己醇、3-丁炔-1-醇、乙炔基次甲基卡必醇等的乙炔化合物；或，各種氮化合物；有機磷化合物；肟化合物；有機氯化合物等。
相對於(A)成分100質量份，(E)成分的摻合量為0.01～2.0質量份，較佳是0.1～1．2質量份。如果(E)成分的摻合量過少，則有時因加成反應的進展導致組成物的操作性變差，如果過多，則有時加成反應無法進展，損害成形效率。
[(F)表面處理劑] 本發明的導熱性矽氧組成物中，在製備組成物時，能夠為了下述目的而摻合(F)成分的表面處理劑：對作為(C)成分的導熱性填充材料進行疏水化處理，提升與作為(A)成分的具有烯基之有機聚矽氧烷的濕潤性，並使作為(C)成分的導熱性填充材料均勻地分散於由(A)成分所構成之基質中。作為該(F)成分，並無特別限定，特佳是下述所示的(F-1)成分和(F-2)成分。
(F-1)成分，是一種烷氧基矽烷化合物，其由下述通式(1)表示。 R 1 aR 2 bSi(OR 3) 4 － a － b(1) 式(1)中，R 1獨立地為碳原子數6～15的烷基，R 2獨立地為未被取代或經取代的碳原子數1～12的一價烴基，R 3獨立地為碳原子數1～6的烷基，a是1～3的整數，b是0～2的整數，並且a＋b是1～3的整數。
上述通式(1)中，作為由R 1表示的烷基，可列舉例如：己基、辛基、壬基、癸基、十二烷基、十四烷基等。如果此由R 1表示的烷基的碳原子數滿足6～15的範圍，則(A)成分的濕潤性充分提升，操作性良好，且組成物的低溫特性變良好。
作為由R 2表示的未被取代或經取代的碳原子數1～12的一價烴基，較佳是選自碳原子數1～5的烷基、碳原子數6～12的芳基、及碳原子數7～12的芳烷基中的基團。作為碳原子數1～5的烷基的例子，可列舉例如：甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、三級丁基、戊基、新戊基。作為碳原子數6～12的芳基的例子，可列舉例如：苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、聯苯基等。而且，作為碳原子數7～12的芳烷基的例子，可列舉例如：苯甲基、苯乙基、苯丙基、甲基苯甲基等。其中，較佳是：甲基、乙基、丙基等碳原子數1～3的烷基；及，苯基。作為由R 3表示的碳原子數1～6的烷基，可列舉例如：甲基、乙基、丙基、丁基、己基等。
(F-2)成分，是一種分子鏈單末端被三烷氧基矽基封閉之二甲基聚矽氧烷，其由下述通式(2)表示。
Figure 02_image001
式(2)中，R 4獨立地為碳原子數1～6的烷基，c是5～100的整數。
作為由R 4表示的碳原子數1～6的烷基，可列舉例如與前述R 3中例示的烷基相同的基團。c是5～100的整數，較佳是5～70的整數，特佳是10～50的整數。
作為(F)成分的表面處理劑，能夠摻合選自由(F-1)成分和(F-2)成分所組成之群組中的至少一種。 作為摻合(F)成分時的摻合量，相對於(A)成分100質量份，較佳是0.01～300質量份，更佳是0.1～200質量份。如果(F)成分的摻合量是前述上限以下，則不會引發油分離。
[(G)氧化鈰] 在本發明的導熱性矽氧組成物中能夠摻合氧化鈰作為(G)成分。(G)成分的氧化鈰是一種提升耐熱性的熱穩定劑。作為氧化鈰，較佳是使用具有50m 2/g以上的布厄特(BET)比表面積的氧化鈰。
相對於(A)成分100質量份，(G)成分的摻合量為6.5～25.0質量份，更佳是8.0～13.0質量份。若(G)成分的摻合量在上述範圍內，則高溫保存時不會發生硬化物的硬度下降，組成物不會失去流動性，不會損害成形性。
[(H)有機聚矽氧烷] 本發明的導熱性矽氧組成物中，能夠為了導熱性矽氧組成物的黏度調整劑等賦予特性的目的，而添加作為(H)成分的由下述通式(4)表示的有機聚矽氧烷，該有機聚矽氧烷在23℃時的動黏度為10～100000mm 2/s。(H)成分可使用單獨1種，亦可將2種以上併用。
Figure 02_image006
式(4)中，R 6獨立地為未被取代或經取代的碳原子數1～12的不包含脂肪族不飽和鍵之一價烴基，d是5～2000的整數。
上述通式(4)中，R 6獨立地為未被取代或經取代的碳原子數1～12的不包含脂肪族不飽和鍵之一價烴基。作為R 6，可列舉例如：甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、三級丁基、戊基、新戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基等的烷基；環戊基、環己基、環庚基等的環烷基；苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、聯苯基等的芳基；苯甲基、苯乙基、苯丙基、甲基苯甲基等的芳烷基；以及，這些基團的碳原子所鍵結的氫原子的部分或全部被氟、氯、溴等的鹵素原子、氰基等取代而得的基團，例如氯甲基、2-溴乙基、3-氯丙基、3,3,3-三氟丙基、氯苯基、氟苯基、氰乙基、3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟己基等；代表性的基團是碳原子數為1～10的基團，特別代表性的基團是碳原子數為1～6的基團，較佳是：甲基、乙基、丙基、氯甲基、溴乙基、3,3,3-三氟丙基、氰乙基等的碳原子數1～3的未被取代或經取代的烷基；及，苯基、氯苯基、氟苯基等的未被取代或經取代的苯基；更佳是甲基、苯基。 從所要求的黏度的觀點而言，上述d較佳是5～2000的整數，更佳是10～1000的整數。
又，(H)成分在23℃時的動黏度較佳是10～100000mm 2/s，更佳是100～10000mm 2/s。如果該動黏度為10mm 2/s以上，則所獲得的導熱性矽氧硬化物不會發生滲油(oil bleeding)。如果動黏度為100000mm 2/s以下，則所獲得的導熱性矽氧硬化物的柔軟性充分。
當在本發明的導熱性矽氧組成物中摻合(H)成分時，其摻合量並無限定，只要是能夠獲得期望的效果的量即可，相對於(A)成分100質量份，較佳是0.1～100質量份，更佳是1～50質量份。如果該添加量在此範圍內，則硬化前容易對導熱性矽氧組成物維持良好的流動性、作業性，並且容易將(C)成分的導熱性填充材料填充於該組成物中。
[其他成分] 本發明的導熱性矽氧組成物中，可根據本發明的目的和作用效果來進一步摻合其他成分。能夠摻合例如下述任意成分：氧化鐵等耐熱性提升劑；二氧化矽等的黏度調整劑；著色劑；脫模劑等。
[導熱性矽氧組成物的黏度] 本發明的導熱性矽氧組成物的黏度(絕對黏度)，在23℃時較佳是2000Pa･s以下，更佳是1500Pa･s以下。關於黏度的下限值並無特別限定，能夠設為例如100Pa･s以上。若黏度為2000Pa･s以下，則不會損害組成物的成形性(加工性)。再者，在本發明中，此黏度是依據藉由流動測試儀黏度計來進行的測定。
[導熱性矽氧組成物的製備] 能夠藉由按照常規方法均勻地混合上述各成分，來製備本發明的導熱性矽氧組成物。
[導熱性矽氧硬化物] 本發明的導熱性矽氧硬化物是按照常規方法來使上述本發明的導熱性矽氧組成物硬化而得。本發明的導熱性矽氧硬化物的形狀並無特別限定，較佳是片狀。
[導熱性矽氧硬化物的製造方法] 作為使導熱性矽氧組成物成形的硬化條件，可與公知的加成反應硬化型矽氧橡膠組成物相同，例如在常溫時亦能夠充分硬化，亦可根據需要而進行加熱。較佳是以100～120℃來使其加成硬化8～12分鐘。以這樣的方式來獲得的本發明的導熱性矽氧硬化物的導熱性優異。
[導熱性矽氧硬化物的熱傳導率] 本發明的導熱性矽氧硬化物的熱傳導率，較佳是23℃時的測定值為5.5W/m･K以上，更佳是6.0W/m･K以上。導熱率越高越佳，其上限值並無特別限定，能夠設為例如8.0W/m･K以下。再者，在本發明中，導熱率是基於根據熱碟(Hot Disk)法來進行的測定。
[導熱性矽氧硬化物的介電質破壞電壓] 本發明的導熱性矽氧硬化物的介電質破壞電壓是依據日本工業標準(JIS)K 6249來測定1mm厚的成形體的介電質破壞電壓時的測定值，較佳是10kV以上，更佳是12kV以上。介電質破壞電壓的上限並無特別限定，能夠設為例如20kV/mm以下。在介電質破壞電壓為10kV/mm以上的片材的情況下，使用時能夠穩定地確保絕緣。再者，能夠藉由調整填料的種類或純度，來調整這樣的介電質破壞電壓。
[導熱性矽氧硬化物的硬度] 本發明中的導熱性矽氧硬化物的硬度，較佳是以Asker C硬度計所測得的23℃時的測定值較佳是60以下，更佳是40以下，進一步更佳是30以下，並且，較佳是5以上。當硬度為60以下時，變得容易隨著被散熱體的形狀變形，且在不會對被散熱體造成應力的情況下顯示良好的散熱特性。再者，能夠藉由改變(A)成分與(B)成分的比率，調整交聯密度，從而調整這樣的硬度。若硬度較低，則壓縮性優異。
本發明中的導熱性矽氧硬化物較佳是：關於以Asker C硬度計所測得的硬度，是相對於保存前的硬度，在150℃保存500小時後的硬度為－5度以上且40度以下；更佳是在150℃保存500小時後的Asker C硬度的下降程度少於5度。如果此導熱性矽氧硬化物的Asker C硬度的下降程度為5度以下，則此硬化物即使在高溫長時間使用，硬度的下降程度亦較小。保存前的硬度是使用壓製成型機以120℃、10分鐘的條件使導熱性矽氧組成物硬化成6mm厚的片狀，並將2片的該片材重疊，以Asker C硬度計來測得的值。 [實施例]
以下示出實施例及比較例，來具體地說明本發明，但是本發明不限制於下述實施例。再者，動黏度是在23℃時藉由卡農-分斯克型黏度計所測得。又，平均粒徑是以體積作為基準的累積平均粒徑(中值徑)的值，其是藉由日機裝股份有限公司製造的粒度分析計也就是Microtrac MT3300EX，根據雷射繞射/散射法所測得。
用於下述實施例及比較例中的(A)～(G)成分如下述所示。 (A)成分：下述2種具有烯基之有機聚矽氧烷。 (A-1)：由下述式(5)表示的動黏度為600mm 2/s的有機聚矽氧烷。 (A-2)：由下述式(5)表示的動黏度為30000mm 2/s的有機聚矽氧烷。
Figure 02_image008
式(5)中，X是乙烯基，f是能夠得到上述黏度的數。
(B)成分：下述2種有機氫聚矽氧烷。 (B-1)：由下述式(6-1)表示的有機氫聚矽氧烷。
Figure 02_image010
式(6-1)中，g是27，h是3，括弧內的矽氧烷單元的排列順序不固定。 (B-2)：由下述式(6-2)表示的有機氫聚矽氧烷。
Figure 02_image012
式(6-2)中，g是18。
(C)成分：如下所述的平均粒徑的球狀鋁土、非晶鋁土。 (C-1)：平均粒徑為88.6μm的球狀鋁土。 (C-2)：平均粒徑為48.7μm的球狀鋁土。 (C-3)：平均粒徑為16.7μm的球狀鋁土。 (C-4)：平均粒徑為1.7μm的非晶鋁土。 (D)成分：5質量%氯鉑酸的2-乙基己醇溶液。 (E)成分：乙炔基次甲基卡必醇。
(F)成分：由下述式(7)表示的單末端被三甲氧基矽基封閉之二甲基聚矽氧烷，其平均聚合度為30。
Figure 02_image014
(G)成分：BET比表面積為140m 2/g的氧化鈰粉末。
[實施例1～5、比較例1～2] 在實施例1～5及比較例1～2中，使用下述表1所示的規定量的上述(A)～(G)成分，以下述方式來製備導熱性矽氧組成物，依照下述方法來測定導熱性矽氧組成物的黏度。使導熱性矽氧組成物成形、硬化，依照下述方法來所獲得的導熱性矽氧硬化物的導熱率、介電質破壞電壓、硬度。將結果示於表1。
[導熱性矽氧組成物的製備] 以下述表1的實施例1～5及比較例1～2所示的規定的摻合量來加入(A)、(C)、(F)、(G)成分，並以行星式攪拌機來進行揉合60分鐘。對其加入下述表1的實施例1～5及比較例1～2所示的規定量的(D)成分，進一步加入有效量的信越化學公司製造的苯基改質矽氧油也就是KF-54(商品名)作為促進與分離器的脫模之內添脫模劑，並加以揉合30分鐘。 對其進一步加入下述表1的實施例1～5及比較例1～2所示的規定量的(B)成分、(E)成分，並加以揉合30分鐘，而獲得導熱性矽氧組成物。
[評估方法] 導熱性矽氧組成物的黏度： 在23℃時利用流動測試儀黏度計測定實施例1～5及比較例1中所獲得的導熱性矽氧組成物的黏度。作為測定裝置，使用島津製作所製造的CFT-500EX(商品名)。將模具孔徑設為φ2mm，將模具長度設為2mm，將試驗荷重設為10kg，來繪製時間與行程的圖，根據斜率計算黏度。
熱傳導率： 使用壓製成形機，以120℃、10分鐘的條件來使實施例1～5及比較例1中所獲得的導熱性矽氧組成物硬化成6mm厚的片狀，並使用2片的該片材，藉由熱傳導率計(商品名：TPS-2500S，京都電子工業股份有限公司製造)來測定該片材的熱傳導率。
介電質破壞電壓： 使用壓製成形機，以120℃、10分鐘的條件來使實施例1～5及比較例1中所獲得的導熱性矽氧組成物硬化成1mm厚的片狀，並依據JIS K 6249來測定介電質破壞電壓。
硬度： 與上述同樣地使實施例1～5及比較例1中所獲得的導熱性矽氧組成物硬化成6mm厚的片狀，並將2片的該片材重疊，然後以Asker C硬度計來進行測定。
在150℃保存500小時後的硬度： 將上述硬度測定後的導熱性矽氧硬化物的片材保存在150℃的高溫爐中500小時後，將2片的該片材重疊，以Asker C硬度計來進行測定。
[表1]
Figure 02_image016
表1中，將有機氫聚矽氧烷中的直接鍵結於矽原子上的氫原子總量相對於具有烯基之有機聚矽氧烷中的烯基總量設為H/Vi。
在實施例1～5中，導熱性矽氧組成物的黏度、導熱性矽氧硬化物的導熱率、介電質破壞電壓、硬度皆為良好的結果。在實施例5中未添加氧化鈰，即使在150℃的高溫保存，仍具有充分的硬度。又，當添加了氧化鈰時(實施例1～4)，即使在150℃的高溫保存，亦未觀察到硬度下降。 如比較例1所示，如果未含有(C-2)成分且導熱性填充材料的總質量份少於3900質量份，則導熱性矽氧硬化物中的填料填充率變小，導熱率下降。又，如比較例2所示，如果導熱性填充材料的總質量份超過6000質量份，則導熱性矽氧組成物的濕潤性不足，無法獲得脂膏狀的均勻的導熱性矽氧組成物。 又，在實施例1～5中，導熱性矽氧組成物的黏度為300～600Pa･s左右，加工性優異。另一方面，在比較例1中，黏度為200Pa･s，加工性較差，在比較例2中，則無法成為脂膏狀。 進一步，在實施例1～5中，硬度為13～15，壓縮性優異。另一方面，在比較例1中，硬度為11，壓縮性較差，在比較例2中，則無法進行測定。
再者，本發明並不限定於上述實施形態。上述實施形態為例示，任何具有實質上與本發明的申請專利範圍所記載的技術思想相同的構成且發揮相同功效者，皆包含在本發明的技術範圍內。
無
無
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims (11)

  1. 一種導熱性矽氧組成物，其特徵在於，包含： 100質量份(A)有機聚矽氧烷，其一分子中具有至少2個烯基； (B)有機氫聚矽氧烷，其具有至少2個直接鍵結於矽原子上的氫原子，該(B)成分的量是直接鍵結於矽原子上的氫原子的莫耳數成為源自前述(A)成分的烯基的莫耳數的0.1～5.0倍的量； 3900～6000質量份(C)導熱性填充材料，其包含下述(C-1)成分～(C-4)成分， 1400～3000質量份(C-1)平均粒徑超過65μm且在135μm以下的球狀鋁土填料、 500～1500質量份(C-2)平均粒徑超過30μm且在65μm以下的球狀鋁土填料、 300～900質量份(C-3)平均粒徑超過4μm且在30μm以下的球狀鋁土填料、 1000～1900質量份(C-4)平均粒徑超過0.4μm且在4μm以下的非晶鋁土填料； (D)鉑族金屬系硬化觸媒，其相對於前述(A)成分，以鉑族金屬元素質量換算為0.1～2000ppm；及， 0.01～2.0質量份(E)加成反應控制劑。
  2. 如請求項1所述之導熱性矽氧組成物，其中，23℃時的黏度為2000Pa･s以下。
  3. 如請求項1所述之導熱性矽氧組成物，其中，進一步含有相對於前述(A)成分100質量份為0.01～300質量份的作為(F)成分的選自下述成分所組成之群組中的至少一種： (F-1)由下述通式(1)表示的烷氧基矽烷化合物， R 1 aR 2 bSi(OR 3) 4 － a － b(1) 式(1)中，R 1獨立地為碳原子數6～15的烷基，R 2獨立地為未被取代或經取代的碳原子數1～12的一價烴基，R 3獨立地為碳原子數1～6的烷基，a是1～3的整數，b是0～2的整數，並且a＋b是1～3的整數；及， (F-2)由下述通式(2)表示的分子鏈單末端被三烷氧基矽基封閉之二甲基聚矽氧烷，
    Figure 03_image001
    式(2)中，R 4獨立地為碳原子數1～6的烷基，c是5～100的整數。
  4. 如請求項2所述之導熱性矽氧組成物，其中，進一步含有相對於前述(A)成分100質量份為0.01～300質量份的作為(F)成分的選自下述成分所組成之群組中的至少一種： (F-1)由下述通式(1)表示的烷氧基矽烷化合物， R 1 aR 2 bSi(OR 3) 4 － a － b(1) 式(1)中，R 1獨立地為碳原子數6～15的烷基，R 2獨立地為未被取代或經取代的碳原子數1～12的一價烴基，R 3獨立地為碳原子數1～6的烷基，a是1～3的整數，b是0～2的整數，並且a＋b是1～3的整數；及， (F-2)由下述通式(2)表示的分子鏈單末端被三烷氧基矽基封閉之二甲基聚矽氧烷，
    Figure 03_image001
    式(2)中，R 4獨立地為碳原子數1～6的烷基，c是5～100的整數。
  5. 如請求項1～4中任一項所述之導熱性矽氧組成物，其中，進一步含有相對於前述(A)成分100質量份為6.5～25.0質量份的作為(G)成分的氧化鈰。
  6. 一種導熱性矽氧硬化物，其特徵在於，是如請求項1～5中任一項所述之導熱性矽氧組成物的硬化物。
  7. 如請求項6所述之導熱性矽氧硬化物，其中，關於以Asker C硬度計所測得的硬度，是相對於保存前的硬度，在150℃保存500小時後的硬度為－5度以上且40度以下。
  8. 如請求項6所述之導熱性矽氧硬化物，其中，23℃時的導熱率為5.5W/m･K以上。
  9. 如請求項7所述之導熱性矽氧硬化物，其中，23℃時的導熱率為5.5W/m･K以上。
  10. 如請求項6所述之導熱性矽氧硬化物，其中，1mm厚時的介電質破壞電壓為10kV/mm以上。
  11. 如請求項6所述之導熱性矽氧硬化物，其形狀是片狀。
TW111112987A 2021-05-11 2022-04-06 導熱性矽氧組成物及其硬化物 TW202311486A (zh)

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