JPH08208993A

JPH08208993A - 熱伝導性シリコーン組成物

Info

Publication number: JPH08208993A
Application number: JP30735795A
Authority: JP
Inventors: Masanori Toya; 正則戸矢
Original assignee: Toshiba Silicone Co Ltd
Current assignee: Momentive Performance Materials Japan LLC
Priority date: 1995-11-27
Filing date: 1995-11-27
Publication date: 1996-08-13

Abstract

(57)【要約】【課題】高い熱伝導性をもちながら、組成物の粘度が
あまり高くならず作業性の良い熱伝導性シリコーン組成
物を提供する。【解決手段】 (A) 特定のポリオルガノシロキサン 100
重量部、(B) 特定のポリオルガノハイドロジェンシロキ
サン、ケイ素原子に結合せる水素原子の数が(A) 成分に
含有されるアルケニル基１個に対して 0.5〜 4.0個にな
るような量、(C) 白金及び白金化合物からなる群より選
ばれる触媒、白金原子として(A) 成分重量に対して 0.1
〜100ppmとなる量、(D) 平均粒子径が５〜20μm で、且
つ粒度分布として５μm 以下の粒子及び10μm 以上の粒
子をそれぞれ20％以上含有する熱伝導性充填剤 100〜 8
00重量部、及び特定の有機ケイ素化合物系接着助剤 0.0
01〜10重量部からなる熱伝導性シリコーン組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は熱伝導性シリコーン組成物
に関し、さらに詳しくは電気・電子材料等の放熱性ポッ
ティング剤、接着剤として有用な熱伝導性シリコーン組
成物に関する。

【０００２】

【発明の技術的背景とその問題点】従来からパワートラ
ンジスタなどの半導体素子の発熱を防止するために放熱
フィンと半導体素子の間に熱伝導性の良い放熱グリース
及び放熱シートが用いられてきている。放熱グリースの
場合、半導体素子の形状に影響されることなく、手軽に
塗布できる点で現在でも多量に使用されている。しか
し、他の部品を汚損したり、長期間使用するとオイルの
流出があるなどの問題が生じる。一方、放熱シートは他
の部品を汚損したりオイルの流出等の問題はないもの
の、半導体素子の形状に合わせて成形する必要があり、
又、ネジ止め等で撓んで放熱性が劣る等の問題がある。
そのような理由から、液状シリコーンゴム組成物をポッ
ティング剤や接着剤として用いる方法が提示されている
（特開昭６１−１５７５６９号公報）。しかしながら、
現行のこのような組成物は、放熱効果を上げるために充
填剤の配合量を増すと組成物の粘度が高くなりすぎて、
このような組成物を半導体及び放熱フィンに塗布する際
に均一な塗布が不可能になるばかりか、空気が混入し放
熱性を劣化させる原因にもなるという問題がある。

【０００３】

【発明の目的】本発明は、上記の問題を解消し、高い熱
伝導性をもちながら、組成物の粘度があまり高くならず
作業性の良い熱伝導性シリコーン組成物の提供を目的と
する。

【０００４】

【発明の構成】本発明者は、上記の目的を達成するため
に鋭意研究を重ねた結果、熱伝導性充填剤の粒径を限定
することにより、熱伝導率を上げても粘度が余り高くな
らないことを見出し、本発明を完成するに至った。本発
明は即ち、 (A) ケイ素原子に結合せるアルケニル基が１分子中に少
なくとも２個存在する、25℃における粘度が50〜100,00
0cp のポリオルガノシロキサン 100重量部 (B) ケイ素原子に結合せる水素原子を１分子中に少なく
とも３個有するポリオルガノハイドロジェンシロキサ
ン、ケイ素原子に結合せる水素原子の数が(A) 成分に含
有されるアルケニル基１個に対して 0.5〜 4.0個になる
ような量 (C) 白金及び白金化合物からなる群より選ばれる触媒、
白金原子として(A) 成分重量に対して 0.1〜100ppmとな
る量 (D) 平均粒子径が５〜20μm で、且つ粒度分布として５
μm 以下の粒子及び10μm 以上の粒子をそれぞれ20％以
上含有する熱伝導性充填剤 100〜 800重量部及び (E) 分子中に次のような官能基をもった有機ケイ素化合
物系接着助剤 0.001〜10重量部 Si-H結合とエポキシ基 Si-H結合とアルコキシ基ビニル基、エポキシ基、アルコキシ基アリル基とアルコキシ基（メタ）アクリロキシ基とアルコキシ基からなる熱伝導性シリコーン組成物である。

【０００５】本発明の組成物を構成する(A) 成分のポリ
オルガノシロキサンは、ケイ素原子に直結したアルケニ
ル基を１分子中に少なくとも２個有するもので、直鎖状
でも分岐状でもよく、またこれらの混合物でもよい。ア
ルケニル基としては、ビニル基、アリル基、１−ブテニ
ル基、１−ヘキセニル基などが例示されるが、合成のし
易さからビニル基が最も有利である。ケイ素原子に結合
せる残余の有機基としては、メチル基、エチル基、プロ
ピル基、ブチル基、ヘキシル基、ドデシル基などのアル
キル基、フェニル基などのアリール基、２−フェニルエ
チル基、２−フェニルプロピル基などのアラルキル基が
例示され、さらに、クロロメチル基、3,3,3 −トリフル
オロプロピル基などの置換炭化水素基も例として挙げら
れる。これらのうち、合成の容易さ、硬化後の良好な物
理的性質を保持するために必要なポリオルガノシロキサ
ンの重合度をもちながら硬化前の低い粘度を保持しうる
点から、メチル基が最も好ましい。ケイ素原子に結合せ
るアルケニル基は、ポリオルガノシロキサンの分子鎖の
末端、途中のいずれに存在しても、またその双方に存在
してもよいが、硬化後の組成物に優れた機械的性質を与
えるためには、少なくとも末端に存在することが好まし
い。また、このポリオルガノシロキサン(A) は25℃にお
ける粘度は10〜100,000cPであり、50〜10,000cPが更に
好ましい。粘度が低すぎると組成物の充填剤がすぐに分
離してしまい、また粘度が高すぎると配合できる充填剤
の量が限定されるために必要な熱伝導性が得られなくな
る。

【０００６】本発明の組成物を構成する(B) 成分のポリ
オルガノハイドロジェンシロキサンは、架橋により組成
物を網状化するために、ケイ素原子に結合した水素原子
を少なくとも３個有することが必要である。ケイ素原子
に結合せる残余の有機基としては、前述の(A) 成分にお
ける基と同様のものが例示されるが、合成の容易さか
ら、メチル基が最も好ましい。また、アルケニル基が存
在していてもよい。かかるポリオルガノハイドロジェン
シロキサンは、直鎖状、分岐状及び環状のいずれであっ
てもよく、またこれらの混合物であってもよい。(B) 成
分の配合量は、(A) 成分中のアルケニル基１個に対し、
(B) 成分中のケイ素原子に結合した水素原子が0.5 〜
4.0個、好ましくは 1.0〜 3.0個となるような量であ
る。このような好ましい範囲内にある場合は、組成物の
硬化が十分に進行して、硬化後の組成物の硬さが増大
し、さらに硬化後の組成物の物理的性質と耐熱性が向上
する。

【０００７】本発明の組成物を構成する(C) 成分の白金
及び白金化合物から選ばれる触媒は、(A) 成分のアルケ
ニル基と(B) 成分のヒドロシリル基との間の付加反応を
促進する成分である。この(C) 成分としては、例えば白
金の単体、塩化白金酸、白金−オレフィン錯体、白金−
アルコール錯体、白金配位化合物などが例示される。
(C) 成分の配合量は(A) 成分重量に対し白金原子として
0.1 〜100ppmの範囲である。 0.1ppm 未満では触媒とし
ての効果がなく、100ppmを超えても特に硬化速度の向上
は期待できない。

【０００８】本発明の組成物を構成する(D) 成分は、本
組成物に熱伝導性を付与するための充填剤である。この
ような充填剤としては、アルミ粉、銅粉、ニッケル粉等
の金属粉末；アルミナ、酸化マグネシウム、酸化ベリリ
ウム、酸化クロム、酸化チタン等の金属酸化物；窒化ケ
イ素、窒化ホウ素、炭化ホウ素、チタンカーバイト、炭
化ケイ素、窒化アルミニウム等のセラミックス類が例示
されるが、特に電気絶縁性が必要な場合は金属酸化物か
セラミックス類が好ましく、特に放熱効果の点からアル
ミナと窒化ケイ素が好ましい。本発明において特徴的な
ことは、この熱伝導性充填剤の平均粒子径が５〜20μm
であることである。平均粒子径が５μm 未満の場合は組
成物に充填する場合に必要な放熱効果を与えるだけの配
合ができず、また平均粒子径が20μm を超えると補強効
果が少なく、また放熱効果もよくない。

【０００９】さらに本発明において好ましいことは、該
充填剤の粒度分布が単分散でなく、広い粒度分布を持つ
ことである。即ち、前述の平均粒子径においても、粒度
の細かいものと比較的荒いものの混合体になることが系
への充填の容易さ、熱伝導率の高いこと、組成物の粘度
が適正値を保ちやすいことから好ましく、粒度分布にお
いて５μm 以下の粒子と10μm 以上の粒子が各々20％以
上存在していることがより好ましい。このような充填剤
は、例えばアルミナの場合は粒度分布が広くかつ平均粒
子径が５〜20μm のものを選んでも、また平均粒子径５
μm 以下の単分散のものと平均粒子径20μm 以上のもの
を配合して用いてもよい。(D) 成分の配合量は(A) 成分
100重量部に対し 100〜 800重量部である。 100重量部
未満では熱伝導性が十分でなく、 800重量部を超えると
系に配合して流動性を発揮できない。

【００１０】本発明の(E) 接着助剤は、本発明の組成物
を発熱体と放熱フィンを接着し固定するような用途に用
いる際に、その接着性を増強する目的で配合される必須
の成分である。この(E) 成分の付加反応によって硬化す
るシリコーンゴムの接着助剤としては、例えば特公昭47
-36255号公報、特公昭50-3460 号公報、特公昭53-13508
号公報、特公昭56-39783号公報、特開昭48-16952号公
報、特開昭50-124953 号公報、特開昭52-22051号公報、
特開昭52-126455 号公報、特開昭53-144960 号公報、特
開昭54-37157号公報、特開昭54-80358号公報及び特開昭
54-91559号公報などに開示されているものが用いられ
る。具体的には、分子中に次のような官能基をもったシ
ラン誘導体やシロキサン誘導体が好ましい。 Si-H結合とエポキシ基 Si-H結合とアルコキシ基ビニル基、エポキシ基、アルコキシ基アリル基とアルコキシ基（メタ）アクリロキシ基とアルコキシ基これらの官能基を有する化合物として次のような化合物
が挙げられる。ただし、下記式中、Meはメチル基を表
す。

【００１１】

【化１】

【００１２】

【化２】

【００１３】この場合の(E) 成分の配合量は(A) 成分 1
00重量部に対して0.001 〜10重量部、好ましくは 0.1〜
５重量部である。少なすぎると接着性付与が不十分であ
り、多すぎるとゴムの特性に悪影響を及ぼす。

【００１４】本発明の組成物には上記した(A) 〜(E) 成
分以外に必要に応じて補強用の充填剤を配合できる。こ
の充填剤としては、ヒュームドシリカ、疎水化沈降法シ
リカ、溶融シリカ、石英微粉末、珪藻土、溶融タルク、
タルク、ガラス繊維、グラファイト、カーボン、顔料等
が例示される。この充填剤の量は(D) の充填剤による粘
度上昇が大きいため、多量に添加するのは好ましくな
く、(A) 成分 100重量部に対し30重量部以下である。

【００１５】本発明の組成物は、上記した(A) 〜(E) 成
分を混合することによって得られるが、(A),(B) 及び
(C) 成分は、混合した場合常温でも反応し硬化してしま
うので、その使用に際して(A),(B) 及び(C) 成分のうち
いずれか１つの成分を保存しておいて、直前に混合して
用いるか、又は組成物中に公知の安定化剤を配合するこ
とにより硬化反応を防止する必要がある。

【００１６】

【発明の効果】このようにして得られる本発明の組成物
は、例えばレギュレータ及びイグナイタなどのセラミッ
ク基板と放熱フィンの放熱接着、パワートランジスタと
放熱フィンの放熱接着及びプリンターのドットヘッドと
放熱フィンの放熱接着用に使用される。以上説明したと
おり、本発明の熱伝導性シリコーン組成物は、高い熱伝
導率を有しているため、発熱源からの熱を効率よく放熱
フィン等に伝えることができる。半導体等のパワーアッ
プ及び集積化に伴う発熱量の増大にも大きく役立つもの
である。また、接着性を付与した組成物はネジ止め等の
必要がなく、電気・電子部品の小型化にも十分役立つも
のである。特に車載用の電気・電子部品に好適に利用さ
れる。

【００１７】

【実施例】以下、実施例を掲げて本発明をさらに詳述す
る。なお、以下において「部」はすべて「重量部」を表
し、「％」はすべて「重量％」を表す。まず、本発明組
成物及び比較例組成物を形成する以下の各成分を用意し
た。 (A) 成分； A-1:両末端がジメチルビニルシリル基で封鎖され、25℃
における粘度が1,000cP のポリジメチルシロキサン A-2:両末端がジメチルビニルシリル基で封鎖され、25℃
における粘度が３５０ｃＰのポリジメチルシロキサン

【００１８】

【化３】

【００１９】（Ｃ）成分； C-1:塩化白金酸のオクタノール溶液、白金原子として２
％含有 (D) 成分； D-1:平均粒子径 3.5μm 、粒子径２〜８μm の含有量が
85％の単分散アルミナ D-2:平均粒子径25μm 、粒子径10〜50μm の含有量が90
％の単分散アルミナ D-3:平均粒子径15μm 、粒子径５μm 以下の含有量が35
％で、かつ粒子径10μm 以上の含有量が35％の広い分布
を持つアルミナ D-4:平均粒子径10μm 、粒子径５μm 以下の含有量が40
％で、かつ粒子径10μm 以上の含有量が30％の広い分布
を持つアルミナ (E) 成分；

【００２０】

【化４】

【００２１】(A) 〜(E) 成分を以下のように混合して本
発明組成物及び比較例組成物を得た。即ち、容器に(A)
成分を取り、表１に示す配合量で(D) 成分を加え、徐々
に加熱して 150℃で１時間混練した後、30mmHg以下で加
熱減圧した。この混合体を常温になるまで冷却してベー
スコンパウンドとし、(B),(C) 及び(E) 成分を表１に示
す配合量で加えて均一になるように混合した。この組成
物について以下の評価を行った。粘度；回転粘度計にて測定（25℃) 熱伝導率；各組成物を２mm厚のシート状にして 150
℃、１時間加熱してゴム弾性体にした後、25℃に戻し、
昭和電工製 Shotherm QTM-DII 迅速熱伝導率計にて測定剪断接着強さ；Al板及びポリフェニレンサルファイド
（ＰＰＳ）板に１mm厚の接着体を作成し、JIS C-2107に
準じて行った。結果を表１に示す。

【００２２】

【表１】

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【手続補正書】

【提出日】平成７年１２月２６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】(A) ケイ素原子に結合せるアルケニル基が
１分子中に少なくとも２個存在する、25℃における粘度
が50〜100,000cp のポリオルガノシロキサン 100重量部 (B) ケイ素原子に結合せる水素原子を１分子中に少なく
とも３個有するポリオルガノハイドロジェンシロキサ
ン、ケイ素原子に結合せる水素原子の数が(A) 成分に含
有されるアルケニル基１個に対して 0.5〜 4.0個になる
ような量 (C) 白金及び白金化合物からなる群より選ばれる触媒、
白金原子として(A) 成分重量に対して 0.1〜100ppmとな
る量 (D) 平均粒子径が５〜20μm で、且つ粒度分布として５
μm 以下の粒子及び10μm 以上の粒子をそれぞれ20％以
上含有する熱伝導性充填剤 100〜 800重量部及び (E) 分子中に次のような官能基をもった有機ケイ素化合
物系接着助剤 0.001〜10重量部 Si-H結合とエポキシ基 Si-H結合とアルコキシ基ビニル基、エポキシ基、アルコキシ基アリル基とアルコキシ基（メタ）アクリロキシ基とアルコキシ基からなる熱伝導性シリコーン組成物。