WO2017002890A1 - 熱伝導性樹脂組成物 - Google Patents

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浩一 西浦
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Definitions

  • the present invention relates to a thermally conductive resin composition and a thermal interface material (TIM) using the same.
  • TIM thermal interface material
  • greases such as silicones, which are often used as TIMs, are separated from low-molecular components contained in long-term use and have no effect. For this reason, products have been proposed that soften at high temperatures without using low-molecular components and show the role of TIM, but the main raw material is often paraffinic and it is difficult to develop sufficient heat resistance. There is a problem (Patent Document 1).
  • the paraffinic material used in Patent Document 1 has a melting point of 30 to 120 ° C. and is solid at room temperature.
  • the present inventors have found that the paraffinic material has a weight loss of 10% or more when stored in the atmosphere at 150 ° C. for 100 hours, and the heat resistance at a high temperature required for TIM is sufficient. I found it not.
  • This invention is made
  • the present inventors have found that it is possible to provide a thermally conductive resin composition and a TIM in which almost no deterioration is observed in an air atmosphere at 150 ° C., leading to the present invention.
  • the present invention is as follows. 1) (A) component: resin having a melting point of 40 to 100 ° C. and (B) component: containing an inorganic filler, and (A) component loses weight when stored at 150 ° C. for 100 hours in the air. A heat conductive resin composition characterized by being less than 10%. 2) The thermally conductive resin composition according to 1), wherein the component (A) is a C 1-100 aliphatic hydrocarbon compound having a functional group. 3) The thermally conductive resin composition according to 1) or 2), wherein the component (A) contains a fatty acid ester or amide having 1 to 100 carbon atoms.
  • the component (B) contains 40% by weight or more of powder having an average particle size of 1 to 3 ⁇ m and 90% by weight or more of spherical powder with respect to 100% by weight of the total amount of the component (B).
  • the heat conductive resin composition according to any one of items 13) to 13).
  • the component (B) contains 40% by weight or more of powder having an average particle size of 4 to 20 ⁇ m with respect to 100% by weight of the total amount of the component (B).
  • the component (B) contains 40% by weight or more of powder having an average particle size of 4 to 20 ⁇ m and more than 80% by weight of spherical powder with respect to 100% by weight of the total amount of the component (B) 1 ) To 15).
  • the heat conductive resin composition according to any one of the above.
  • a TIM for a semiconductor module comprising the heat conductive resin composition according to any one of 1) to 16) above.
  • the heat conductive resin composition according to the present invention has high long-term heat resistance, it is used as a heat dissipation resin composition for a semiconductor package suitable for TIM. In particular, there is an effect that an effective heat countermeasure can be realized for the next-generation semiconductor module using SiC or the like.
  • the thermally conductive resin composition of the present invention contains (A) component: a resin having a melting point of 40 to 100 ° C. and (B) component: an inorganic filler, and (A) component is air at 150 ° C. for 100 hours. Characterized by less than 10% weight loss when stored below.
  • Component (A) resin (compound) having a melting point of 40 to 100 ° C.
  • the component (A) does not strictly indicate a high molecular weight substance obtained by polymerization, polycondensation, polyaddition, etc., but softens when heated to show plasticity and can be molded into any shape, but is cooled.
  • a compound capable of reversibly performing the solidifying process is referred to as a resin.
  • the melting point of the resin is not particularly limited, but is 40 to 100 ° C, preferably 40 to 80 ° C, and more preferably 45 to 65 ° C. When the temperature is lower than 40 ° C., it is difficult to handle the composition. When the temperature is higher than 100 ° C., it may be difficult to use the composition as a TIM.
  • the melting point may be the melting point by observing the state change of the component (A) during the heating and heating process and measuring the temperature at the end of melting.
  • the component (A) is preferably an aliphatic hydrocarbon compound having a functional group and having 1 to 100 carbon atoms.
  • the aliphatic hydrocarbon compound may be saturated or unsaturated, and when unsaturated, for example, an unsaturated bond (carbon-carbon double bond, carbon-carbon triple bond) is not directly bonded to the functional group. , It may be bonded or substituted at any site of the aliphatic hydrocarbon compound. Further, the aliphatic hydrocarbon compound may be linear, branched or cyclic.
  • linear aliphatic hydrocarbon compounds examples include linear alkanes such as methane, ethane, propane, butane, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane, tetradecane, hexadecane, heptadecane, and icosane. .
  • branched aliphatic hydrocarbon compounds examples include 2,2-dimethyl-1,3-propane, 2-methylpentane, 2,2-dimethylbutane, 2,3-dimethylbutane, 2-methylhexane, and 3-methylhexane.
  • Cycloaliphatic hydrocarbon compounds include cyclopropane, cyclobutane, cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, cyclononane, cyclodecane, cycloundecane, cyclododecane, cyclotetradecane, cyclohexadecane, cycloheptadecane, etc .; norbornane, adamantane, etc. And cycloalkane.
  • the aliphatic hydrocarbon compound preferably has 5 to 99 carbon atoms, more preferably 10 to 98, still more preferably 12 to 97, and even more preferably 22 to 96, It is particularly preferably 30 to 95.
  • the functional group may be bonded to the aliphatic hydrocarbon compound or may be substituted with a part of the aliphatic hydrocarbon compound, and may be a hydroxyl group, ester group, amino group, carboxyl group, epoxy group, thiol group, amide.
  • an ester group, an amino group, a carboxyl group, and an amide group are particularly preferable, and an ester group and an amide group are most preferable.
  • the component (A) particularly preferably contains a fatty acid ester or amide having 1 to 100 carbon atoms.
  • the fatty acid ester may be, for example, a dehydration condensate of a monohydric or polyhydric alcohol and a fatty acid, and is a dehydration condensate of a compound in which one or more hydroxyl groups are bonded to the aliphatic hydrocarbon compound and a fatty acid. Also good.
  • the fatty acid in the fatty acid ester may be either saturated or unsaturated.
  • Saturated fatty acids include butanoic acid (butyric acid), pentanoic acid (valeric acid), hexanoic acid (caproic acid), heptanoic acid (enanthic acid), octanoic acid (caprylic acid), nonanoic acid (berargonic acid), decanoic acid (capric acid) Acid), dodecanoic acid (lauric acid), tetradecanoic acid (myristic acid), pentadecanoic acid, hexadecanoic acid (palmitic acid), heptadecanoic acid (margaric acid), octadecanoic acid (stearic acid), icosanoic acid (arachidic acid), henicosylic acid And saturated fatty acids having 4 to 30 carbon atoms such as docosanoic acid (behenic acid), tetradocosanoic acid (lignoceric acid), hexadocosanoic acid (cellotic
  • unsaturated fatty acids include 9-hexadecenoic acid (palmitoleic acid), cis-9-octadecenoic acid (oleic acid), 11-octadecenoic acid (vaccenic acid), cis, cis-9,12-octadecadienoic acid (linoleic acid) ), 9,12,15-octadecatrienoic acid ((9,12,15) -linolenic acid), 6,9,12-octadecatrienoic acid ((6,9,12) -linolenic acid), 11,13-octadecatrienoic acid (eleostearic acid), 8,11-icosadienoic acid, 5,8,11-icosatrienoic acid, 5,8,11,14, -icosatetraenoic acid (arachidonic acid), cis-15 -Unsaturated fatty acids having 4 to 30 carbon atoms such as tetradocos
  • the carbon number of the fatty acid is preferably 6 to 28, more preferably 8 to 26, still more preferably 10 to 24, and even more preferably 12 to 22.
  • the fatty acid ester may be a monoester type fatty acid ester or a polyester type fatty acid ester.
  • Monoester type fatty acid esters include methyl laurate, methyl myristate, methyl palmitate, methyl stearate, methyl oleate, methyl erucate, methyl behenate, butyl laurate, butyl stearate, isopropyl myristate, palmitic acid Examples include isopropyl, octyl palmitate, octyl stearate, lauryl laurate, behenine behenate, cetyl myristate, and the like.
  • polyester fatty acid ester examples include glycerin fatty acid ester, propylene glycol fatty acid ester, pentaerythritol fatty acid ester, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene glycerin fatty acid ester, and polyethylene glycol fatty acid ester.
  • the fatty acid ester is preferably a polyester type fatty acid ester, more preferably a pentaerythritol fatty acid ester, and even more preferably an esterified product obtained by dehydrating condensation of a fatty acid having 12 to 22 carbon atoms to pentaerythritol.
  • the fatty acid amide may be a dehydration condensate of, for example, an amine (for example, ammonia or ethylenediamine) and a fatty acid.
  • the fatty acid amide may be a monoamide in which the amide is present at the molecular end, a monoamide or diamide in which a portion other than the molecular end is substituted with an amide, a monoamide in which methylolamide is bonded to the molecular end, or the like.
  • the fatty acid in the fatty acid amide may be saturated or unsaturated, and examples thereof include the fatty acids described in the fatty acid ester.
  • monoamides examples include saturated fatty acid amides such as lauric acid amide, palmitic acid amide, stearic acid amide, behenic acid amide, and hydroxystearic acid amide; unsaturated fatty acid amides such as oleic acid amide and erucic acid amide; N-oleyl palmitic acid amide N-stearyl stearic acid amide, N-stearyl oleic acid amide, N-oleyl stearic acid amide, N-stearyl erucic acid amide and other substituted unsaturated fatty acid amides; methylol stearic acid amide and other methylol amides;
  • saturated fatty acid amides such as lauric acid amide, palmitic acid amide, stearic acid amide, behenic acid amide, and hydroxystearic acid amide
  • unsaturated fatty acid amides such as oleic acid amide and erucic acid amide
  • Diamides include methylene bis-stearic acid amide, ethylene bis-capric acid amide, ethylene bis-lauric acid amide, ethylene bis-stearic acid amide, ethylene bis-hydroxy stearic acid amide, ethylene bis-behenic acid amide, hexamethylene bis-stearic acid amide, hexamethylene Saturated fatty acid bisamides such as bisbehenic acid amide, hexamethylene hydroxystearic acid amide, N, N′-distearyl adipic acid amide, N, N′-distearyl sebacic acid amide; ethylene bisoleic acid amide, ethylene biserucic acid amide , Unsaturated fatty acid bisamides such as N, N′-dioleyl adipic acid amide, N, N′-dioleyl sebacic acid amide, and the like. Of these, unsaturated fatty acid amides are preferred, unsaturated fatty acid monoamides
  • the resin examples include paraffin wax and the like in addition to the fatty acid ester and fatty acid amide.
  • the component (A) has a weight loss of less than 10% when stored in the atmosphere at 150 ° C. for 100 hours, preferably 9.9% or less, more preferably 9.8% or less. Preferably, it is 9.7% or less.
  • the lower limit of weight reduction is, for example, 0%, 1% or 2%. If it exceeds 10%, it may be difficult to develop sufficient heat resistance in the composition. As described later, the weight reduction may be performed by measuring the weight reduction of the resin when the resin (2 g) is placed in a petri dish (diameter 45 mm) and stored at 150 ° C. for 100 hours in the atmosphere.
  • the component (A) is preferably 0.1 to 60% by weight, more preferably 0.2 to 55% by weight, and still more preferably 0.5 to 50% by weight with respect to 100% by weight of the heat conductive resin composition. Even more preferably, it contains 1.0 to 10% by weight. When the amount of component (A) is small, it may be difficult to use the composition as a TIM, and when it is large, the thermal conductivity may be reduced.
  • (B) component Inorganic filler It is preferable that (B) component contains 1 or more types selected from the group which consists of a metal, a metal oxide, a metal nitride, and a metal carbide. By containing the inorganic filler, the thermal conductivity of the composition can be improved.
  • inorganic filler there are no particular limitations on the type of inorganic filler, but carbon compounds such as graphite, carbon nanotubes and diamond, metal oxides such as aluminum oxide, magnesium oxide, beryllium oxide, titanium oxide, zirconium oxide and zinc oxide, boron nitride and nitriding Metal nitrides such as aluminum and silicon nitride, metal carbides such as boron carbide, aluminum carbide and silicon carbide, acrylonitrile-based polymer fired products, furan resin fired products, cresol resin fired products, polyvinyl chloride fired products, sugar fired products and Fired organic polymer such as fired charcoal, composite ferrite with Zn ferrite, Fe-Al-Si ternary alloy, metal powder such as aluminum powder, copper powder, silver powder, nickel powder, crystalline silica, etc.
  • metal oxides such as aluminum oxide, magnesium oxide, beryllium oxide, titanium oxide, zirconium oxide and zinc oxide
  • the shape of the filler is not particularly limited, and a spherical shape, a plate shape (for example, a scale shape), a crushed shape, or the like can be used, and these can be used alone or in combination of two or more. It is preferable to contain at least one kind of aluminum powder in that the amount of filling can be increased to improve the thermal conductivity and that it can be easily obtained. Further, for the purpose of improving the dispersibility between the inorganic filler and the resin, the filler surface may be modified in advance by treatment with a silane coupling agent, a titanate coupling agent, or the like.
  • the component (B) is preferably at least one selected from the group consisting of spherical aluminum powder, scaly aluminum and boron nitride, and crushed silicon carbide.
  • the spherical shape can improve the thermal conductivity, printability, and appearance (flatness) in a well-balanced manner. On the other hand, if a shape other than a spherical shape is used, heat conduction can be further enhanced.
  • the amount of component (B) is preferably 50 to 90% by weight, more preferably 65 to 90% by weight, and more preferably 75 to 90% by weight, based on 100% by weight of the heat conductive resin composition. More preferably, it is more preferably 80 to 90% by weight. If it is less than 50% by weight, the thermal conductivity may be less than 2 W / m ⁇ K, and heat countermeasures may not be realized. If it exceeds 90% by weight, it may be difficult to knead each component of the composition uniformly. is there.
  • the component (B) preferably contains 50% by weight or more of spherical powder with respect to 100% by weight of the total amount of the component (B), more preferably 90% by weight or more of spherical powder. preferable. If it is less than 50% by weight, the flatness may be deteriorated.
  • the component (B) is preferably a powder having an average particle size of 50 ⁇ m or less, and more preferably a powder having an average particle size of 20 ⁇ m or less. If it exceeds 50 ⁇ m, the flatness may be deteriorated.
  • the average particle size of the inorganic filler is expressed as a particle size of 50% of cumulative value of cumulative weight percentage, D50 (median diameter).
  • the component (B) preferably contains 40% by weight or more of powder having an average particle size of 1 to 3 ⁇ m with respect to 100% by weight of the total amount of the component (B), and 40% by weight of powder having an average particle size of 1 to 3 ⁇ m. It is more preferable to contain 90% by weight or more of spherical powder, 40% by weight or more of powder having an average particle size of 1 to 3 ⁇ m, and 90% by weight or more of powder having an average particle size of 20 ⁇ m or less. More preferably, it contains 40% by weight or more of powder having an average particle diameter of 1 to 3 ⁇ m, more preferably 90% by weight or more of spherical powder, and more preferably 90% by weight or more of powder having an average particle diameter of 20 ⁇ m or less. If the powder having an average particle size of 1 to 3 ⁇ m is less than 40% by weight, the appearance (flatness) of the pattern surface when screen printed may not be ensured.
  • the component (B) preferably contains 40% by weight or more of powder having an average particle size of 4 to 20 ⁇ m with respect to 100% by weight of the total amount of the component (B), and 40% by weight of powder having an average particle size of 4 to 20 ⁇ m. % Or more, and more preferably 80% by weight of spherical powder. If it is less than 40% by weight, the thermal conductivity may be less than 4 W / m ⁇ K, and sufficient heat countermeasures may not be realized. In the present invention, the powder having an average particle size of 3 to 4 ⁇ m may be included in the powder having an average particle size of 1 to 3 ⁇ m.
  • the component (B) may contain 0 to 40% by weight of powder having an average particle size of more than 20 ⁇ m with respect to 100% by weight of the total amount of the component (B).
  • the component (B) preferably contains 2 to 35% by weight of the powder having an average particle size of more than 20 ⁇ m with respect to 100% by weight of the total amount of the component (B). It is more preferably 30% by weight, and even more preferably 10 to 25% by weight. When it is the said numerical range, thermal conductivity can be made still higher.
  • Component (C) liquid resin (liquid compound) having a viscosity at 25 ° C. of 100 Pa ⁇ s or less
  • the composition further contains a component (C): a liquid resin having a viscosity at 25 ° C. of 100 Pa ⁇ s or less, and the weight loss when the component (C) is stored at 150 ° C. for 100 hours in the air is 10 % Is preferable.
  • the viscosity of the liquid resin at 25 ° C. is not particularly limited, but is preferably 100 Pa ⁇ s or less, more preferably 95 Pa ⁇ s or less, further preferably 90 Pa ⁇ s or less, even more preferably 85 Pa ⁇ s or less, and even more preferably 80 Pa ⁇ s or less. Is particularly preferred. If it exceeds 100 Pa ⁇ s, it may be difficult to uniformly knead the components of the composition.
  • the viscosity can be measured using a capillary viscosity method such as an Ubbelohde viscometer.
  • liquid resin examples include acrylic resin, polyisoprene, polybutadiene, fatty acid ester, polybasic acid ester, and the like.
  • the acrylic resin may be any resin having reactive groups at both ends, for example, telechelic polyacrylate (manufactured by Kaneka, SA100S, SA110S, SA120S, SA310S) or the like.
  • Another acrylic resin may be, for example, an acrylic resin having no functional group, such as an ARUFON (registered trademark) series acrylic resin (for example, UP-1000, UP-1010, UP-1020 manufactured by Toa Gosei Co., Ltd.). , UP-1021, UP-1061, UP-1080, UP-1110, UP-1170, UP-1172, UP-1190, UP-1500), etc. may be used.
  • the fatty acid ester may be one that does not satisfy one or both of the melting point and the weight reduction among those listed as the component (A).
  • the polybasic acid ester may be a compound in which one or more carboxyl groups are esterified, for example, an optionally substituted glutaric acid ester, an optionally substituted pyromellitic acid ester, or a substituted Good adipic acid and the like can be mentioned.
  • substituents examples include 1 to 20 carbon atoms such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a hexyl group, an octyl group, a nonyl group, a decyl group, an undecyl group, a dodecyl group, a tridecyl group, and a tetradecyl group.
  • a branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms such as isopropyl group, isobutyl group and tert-butyl group.
  • the commercially available polybasic acid ester may be a pyromellitic acid ester substituted with an octyl group (such as W-7010 manufactured by DIC Corporation).
  • the component (C) preferably has a weight loss of less than 10% when stored in the atmosphere at 150 ° C. for 100 hours, more preferably 9.8% or less, and 9.6% or less. More preferably, it is even more preferably 9.4% or less, particularly preferably 9.2% or less, and most preferably 9.0% or less.
  • the lower limit of weight reduction is, for example, 0.1%, 0.2%, or 0.3%. Weight loss can be measured as described below. If it exceeds 10%, it may be difficult to develop sufficient heat resistance in the composition.
  • the component (C) is preferably 0 to 40% by weight, more preferably 1 to 38% by weight, still more preferably 3 to 36% by weight, still more preferably 5%, based on 100% by weight of the heat conductive resin composition. Contains 34% by weight. From the viewpoint of improving printability, it is preferable to add the component (C). When it is more than 40% by weight, there is a possibility that improvement in thermal conductivity cannot be expected.
  • the total amount of ⁇ (A) component + (C) component ⁇ relative to 100 parts by weight of component (B) is, for example, 1 to 150 parts by weight, preferably 2 to 130 parts by weight, more preferably 3 to 100 parts by weight. More preferably, it is 4 to 70 parts by weight, still more preferably 5 to 50 parts by weight, and particularly preferably 10 to 30 parts by weight.
  • the total amount of ⁇ (A) component + (C) component ⁇ is small, it tends to be difficult to uniformly knead the components of the composition, and when large, the thermal conductivity tends to be low.
  • Component (D) Other components
  • resins other than the components (A) and (C) resins other than the components (A) and (C), heat aging inhibitors, plasticizers, extenders, thixotropic properties as necessary
  • An imparting agent, an adhesion imparting agent, a dehydrating agent, a coupling agent, a flame retardant, a filler, a solvent, and the like can be added.
  • the method for uniformly kneading the components of the heat conductive resin composition of the present invention is not particularly limited.
  • the components can be kneaded at room temperature and then kneaded and kneaded at room temperature, or can be melted and kneaded with a heating roll, a kneader, an extruder, or the like.
  • the kneading temperature is not particularly limited as long as it does not cause thermal aging of the resin, and is preferably 100 ° C. or lower.
  • the organic solvent for screen-printing the thermally conductive resin composition of the present invention is not particularly limited as long as it is volatilized when printing at 100 ° C. or lower after printing, and hydrocarbon solvents such as dodecane and tetradecane are used. Can be used.
  • the amount of organic solvent is not particularly limited as long as it does not cause bleeding between patterns when screen printing is performed, and is preferably 10% by weight or less with respect to 100% by weight of the composition.
  • the thermal conductivity (25 ° C.) of the thermally conductive resin composition of the present invention is, for example, 0.5 W / m ⁇ K or more, preferably 1.0 W / m ⁇ K or more, more preferably 1.5 W / m. -K or more, More preferably, it is 3.0 W / m * K or more, More preferably, it is 4.0 W / m * K or more.
  • the upper limit of the thermal conductivity is, for example, 30 W / m ⁇ K, and preferably 20 W / m ⁇ K.
  • the thermal conductivity can be measured by, for example, a hot disk method thermophysical property measuring apparatus (TPA-501 manufactured by Kyoto Electronics Industry Co., Ltd.).
  • the thermally conductive resin composition of the present invention is suitable for TIM, particularly TIM of a semiconductor module, in that it undergoes phase transition and softening due to heat and adheres to the substrate, resulting in low thermal resistance and sufficient heat dissipation. It is.
  • ⁇ Weight loss measurement> The weight loss of the resin shown in this example was measured under the following conditions.
  • the resin (2 g) of component (A) or component (C) was placed in a petri dish (diameter 45 mm), and the weight loss of the resin was measured when stored in the atmosphere at 150 ° C. for 100 hours.
  • fatty acid ester (Nissan Co., Ltd. Unistar H-476D), fatty acid ester (Nippon Oil Co., Ltd. Unistar H-476), fatty acid amide (Nippon Kasei Co., Ltd. Diamid O-200), chain
  • fatty acid ester (Nissan Co., Ltd. Unistar H-476D), fatty acid ester (Nippon Oil Co., Ltd. Unistar H-476), fatty acid amide (Nippon Kasei Co., Ltd. Diamid O-200), chain
  • the weight loss of the resin when the formula saturated hydrocarbon (hexacosan, dotriacontane) was stored at 150 ° C. in the atmosphere for 100 hours was measured. The results are shown in Table 1.
  • the chain saturated hydrocarbons (hexacosan, dotriacontane) have a melting point of 40 to 100 ° C., but the weight loss when stored in the atmosphere at 150 ° C. for 100 hours exceeds 10%, and the thermal conductivity of the present invention It is not suitable for one component of the resin composition.
  • acrylic resin XMAP SA120S manufactured by Kaneka Corporation
  • acrylic resin ARUFON UP-1080 manufactured by Toagosei Co., Ltd.
  • acrylic resin ARUFON UP-1172 manufactured by Toagosei Co., Ltd.
  • polybasic acid ester DIC Corporation Monosizer W-7010
  • chain saturated hydrocarbon hexadecane
  • the chain saturated hydrocarbon (hexadecane) has a viscosity of 100 Pa ⁇ s or less at 25 ° C., but the weight loss when stored in the atmosphere at 150 ° C. for 100 hours exceeds 10%, and the heat conductive resin of the present invention It is not suitable for one component of the composition.
  • thermophysical property measuring apparatus TPA-501, manufactured by Kyoto Electronics Industry Co., Ltd.
  • the composition is easily supplied to the printing surface: ⁇
  • the composition is somewhat easily supplied to the printing surface: It is difficult to supply the composition to the printing surface: ⁇
  • Example 1 Component: Resin fatty acid ester having a melting point of 40 to 100 ° C. (Unistar H-476D manufactured by NOF Corporation) 50.0 parts by weight (B) Component: Aluminum inorganic filler (TFH-A02P manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd.) , Spherical, average particle size (D50) 2 ⁇ m) 50.0 parts by weight The above components were heated and melted at 100 ° C. and then kneaded to obtain a uniform composition.
  • Example 2 Component (A): Resin fatty acid ester having a melting point of 40 to 100 ° C. (Unistar H-476D manufactured by NOF Corporation) 2.3 parts by weight of component (B): Inorganic filler aluminum (TFH-A02P manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd.) , Spherical, average particle diameter (D50) 2 ⁇ m) 84.7 parts by weight (C) Component: Liquid resin polybasic acid ester having a viscosity at 25 ° C. of 100 Pa ⁇ s or less (Monicizer W-7010 manufactured by DIC Corporation) 13 0.0 parts by weight A composition was prepared in the same manner as in Example 1 using the above components.
  • Example 4 Component (A): Resin fatty acid ester having a melting point of 40 to 100 ° C. (Unistar H-476D manufactured by NOF Corporation) 2.3 parts by weight of component (B): Inorganic filler aluminum (TFH-A02P manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd.) , Spherical, average particle diameter (D50) 2 ⁇ m) 72.7 parts by weight Boron nitride (Momentive Performance Materials Japan GK PT-110 scaly, average particle diameter (D50) 45 ⁇ m) 11.6 parts by weight ( Component C) Liquid resin acrylic resin having a viscosity at 25 ° C.
  • Example 5 (A) Component: Resin fatty acid ester having a melting point of 40 to 100 ° C. (Unistar H-476D manufactured by NOF Corporation) 1.7 parts by weight (B) Component: Inorganic filler aluminum (TFH-A02P manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd.) 29.5 parts by weight aluminum (Toyo Aluminum Co., Ltd. 13-0087, spherical, average particle diameter (D50) 9 ⁇ m) 29.5 parts by weight Aluminum (Toyo Aluminum Co., Ltd.
  • Component liquid resin acrylic resin having a viscosity of 100 Pa ⁇ s or less at 25 ° C. (XMAP SA120S manufactured by Kaneka Corporation) 6.8 wt. Part acrylic resin (ARUFON UP-1080, manufactured by Toagosei Co., Ltd.) 3.0 parts by weight The composition was made in a like manner.
  • Example 7 (A) Component: Resin fatty acid ester having a melting point of 40 to 100 ° C. (Unistar H-476D manufactured by NOF Corporation) 1.7 parts by weight (B) Component: Inorganic filler aluminum (TFH-A02P manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd.) , Spherical, average particle diameter (D50) 2 ⁇ m) 44.3 parts by weight aluminum (13-0087, manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd., spherical, average particle diameter (D50) 9 ⁇ m) 22.2 parts by weight aluminum (produced by Toyo Aluminum Co., Ltd.
  • Component liquid resin acrylic resin having a viscosity at 25 ° C. of 100 Pa ⁇ s or less (XMAP SA120S manufactured by Kaneka Corporation) 6.8 wt. Part acrylic resin (ARUFON UP-1080, manufactured by Toagosei Co., Ltd.) 3.0 parts by weight The composition was made in a like manner.
  • Component Component: Inorganic filler aluminum (TFH-A02P manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd.) , Spherical, average particle diameter (D50) 2 ⁇ m) 33.6 parts by weight aluminum (TFH-A10P, manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd., spherical, average particle diameter (D50) 10 ⁇ m) 16.8 parts by weight aluminum (produced by Toyo Aluminum Co., Ltd.
  • Component Liquid resin acrylic resin having a viscosity of 100 Pa ⁇ s or less at 25 ° C. (ARUFON UP-117 manufactured by Toagosei Co., Ltd.) 2) 10.1 parts by weight A composition was prepared in the same manner as in Example 1 using the above components.
  • Example 9 Component (A): Resin fatty acid ester having a melting point of 40 to 100 ° C. (Unistar H-476D manufactured by NOF Corporation) 1.2 parts by weight (B) Component: Inorganic filler aluminum (TFH-A02P manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd.) , Spherical, average particle size (D50) 2 ⁇ m) 37.6 parts by weight aluminum (TFH-A10P, manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd., spherical, average particle size (D50) 10 ⁇ m) 11.3 parts by weight aluminum (TFH manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd.) -A20P, spherical, average particle size (D50) 20 ⁇ m) 26.3 parts by weight aluminum (P0100, scale-like, average particle size (D50) 15 ⁇ m, manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd.) 1.9 parts by weight silicon carbide (Shinano Denki Smelting) GP # 320, crushed, average particle size
  • Acrylic resin having a viscosity at 100 Pa ⁇ s or less (ARUFON UP-1172 manufactured by Toagosei Co., Ltd.) 7.4 parts by weight
  • Polybasic acid ester (Monicizer W-7010 manufactured by DIC Corporation) 2.3 parts by weight Components were prepared in the same manner as in Example 1.
  • Component liquid resin acrylic resin having a viscosity at 25 ° C. of 100 Pa ⁇ s or less (XMAP SA120S manufactured by Kaneka Corporation) 6.7 weights Part acrylic resin (ARUFON UP-1080 manufactured by Toagosei Co., Ltd.) 2.9 parts by weight
  • XMAP SA120S manufactured by Kaneka Corporation
  • Part acrylic resin ARUFON UP-1080 manufactured by Toagosei Co., Ltd.
  • Example 12 Component (A): Resin fatty acid amide having a melting point of 40 to 100 ° C. (Diamid O-200 manufactured by Nippon Kasei Co., Ltd.) 2.6 parts by weight
  • Component Liquid resin acrylic resin having a viscosity of 100 Pa ⁇ s or less at 25 ° C. (XMAP SA120S manufactured by Kaneka Corporation) 7.8 Part by weight acrylic resin (ARUFON UP-1080, manufactured by Toagosei Co., Ltd.) 5.2 parts by weight To prepare a composition in a similar manner.

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Abstract

本発明は、(A)成分:融点が40~100℃である樹脂および(B)成分:無機充填剤を含有し、(A)成分が150℃にて100時間大気下で保存した際の重量減少が10%未満のものであることを特徴とする熱伝導性樹脂組成物に関する。本発明の熱伝導性樹脂組成物は、例えばTIM、特に半導体モジュール用TIMに好適に用いることができる。

Description

熱伝導性樹脂組成物
 本発明は熱伝導性樹脂組成物及びこれを用いた熱界面材料(TIM)に関する。
 半導体モジュールは大量の熱を発生するため、放熱材料が広く使用されている。一方で更なる展開が見込まれている電気自動車や送電システムのインバータやコンバータ等で使用されるパワー半導体においては、半導体素子にシリコンが使用されているが、電力損失が大幅に低減できる、耐電圧が高い、及び高温駆動が可能な点でSiC(炭化ケイ素)やGaN(窒化ガリウム)を使用する動きがあり、これらの材料に対応した放熱材料が求められる。
 その中でもTIM(熱界面材料)は、半導体モジュール全体の熱対策において重要な要素となっている。このTIMとして使用されることの多いシリコーン系をはじめとするグリースでは、長期間の使用で含まれる低分子成分が分離し、効果を及ぼさなくなることが知られている。そのため、低分子成分を使用しないで高温時に軟化してTIMの役割を示す製品が提案されているが、その主原料はパラフィン系であることが多く、充分な耐熱性を発現させることは難しいという問題がある(特許文献1)。
特許第3794996号公報
 具体的に、特許文献1で使用されるパラフィン系材料は、融点が30~120℃を有し、常温では固体である。しかしながら、本発明者らは、パラフィン系材料が、150℃にて100時間大気下で保存した際の重量減少が10%以上であり、TIMで必要とされる高温下での耐熱性は、十分ではないことを見出した。
 本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、150℃の大気雰囲気下において劣化がほとんど観測されない熱伝導性樹脂組成物及びそれを用いたTIMを提供する事を目的とする。
 本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、150℃の大気雰囲気下において劣化がほとんど観測されない熱伝導性樹脂組成物及びTIMを提供できることを見出し、本発明に至った。
 すなわち本発明は以下の通りである。
1)(A)成分:融点が40~100℃である樹脂および(B)成分:無機充填剤を含有し、(A)成分が150℃にて100時間大気下で保存した際の重量減少が10%未満のものであることを特徴とする熱伝導性樹脂組成物。
2)(A)成分が、官能基を有する炭素数1~100の脂肪族炭化水素化合物である1)に記載の熱伝導性樹脂組成物。
3)(A)成分が、炭素数1~100の脂肪酸エステル又はアミドを含む1)又は2)に記載の熱伝導性樹脂組成物。
4)(B)成分が、金属、金属酸化物、金属窒化物、及び金属炭化物からなる群より選択される1種以上を含む1)~3)のいずれか1つに記載の熱伝導性樹脂組成物。
5)(B)成分が、球状、鱗片状、又は破砕状である1)~4)のいずれか1つに記載の熱伝導性樹脂組成物。
6)(C)成分:25℃における粘度が100Pa・s以下である液状樹脂を含有し、(C)成分が150℃にて100時間大気下で保存した際の重量減少が10%未満のものである1)~5)のいずれか1つに記載の熱伝導性樹脂組成物。
7)(C)成分がアクリル樹脂又は多塩基酸エステルである1)~6)のいずれか1つに記載の熱伝導性樹脂組成物。
8)(B)成分を熱伝導性樹脂組成物100重量%に対して50~90重量%含有する1)~7)のいずれか1つに記載の熱伝導性樹脂組成物。
9)(B)成分が、(B)成分の合計量100重量%に対して球状粉末を50重量%以上含有するものである1)~8)のいずれか1つに記載の熱伝導性樹脂組成物。
10)(B)成分が、(B)成分の合計量100重量%に対して球状粉末を90重量%以上含有するものである1)~9)のいずれか1つに記載の熱伝導性樹脂組成物。
11)(B)成分が平均粒径50μm以下の粉末である1)~10)のいずれか1つに記載の熱伝導性樹脂組成物。
12)(B)成分が平均粒径20μm以下の粉末である11)に記載の熱伝導性樹脂組成物。
13)(B)成分が、(B)成分の合計量100重量%に対して平均粒径1~3μmの粉末を40重量%以上含有するものである1)~12)のいずれか1つに記載の熱伝導性樹脂組成物。
14)(B)成分が、(B)成分の合計量100重量%に対して平均粒径1~3μmの粉末を40重量%以上含有し、球状粉末を90重量%以上含有するものである1)~13)のいずれか1つに記載の熱伝導性樹脂組成物。
15)(B)成分が、(B)成分の合計量100重量%に対して平均粒径4~20μmの粉末を40重量%以上含有するものである1)~14)のいずれか1つに記載の熱伝導性樹脂組成物。
16)(B)成分が、(B)成分の合計量100重量%に対して平均粒径4~20μmの粉末を40重量%以上含有し、球状粉末を80重量%超含有するものである1)~15)のいずれか1つに記載の熱伝導性樹脂組成物。
17)上記1)~16)のいずれか1つに記載の熱伝導性樹脂組成物を含有するTIM。
18)上記1)~16)のいずれか1つに記載の熱伝導性樹脂組成物を含有する半導体モジュール用TIM。
 上記本発明に係る熱伝導性樹脂組成物は、高い長期耐熱性を有するため、TIMに好適な半導体パッケージの放熱用樹脂組成物として用いられる。特に、SiCなどを使用した次世代半導体モジュールの有効な熱対策が実現できるという効果を奏する。
 本発明の一実施形態について以下、説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
 本発明の熱伝導性樹脂組成物は、(A)成分:融点が40~100℃である樹脂および(B)成分:無機充填剤を含有し、(A)成分が150℃にて100時間大気下で保存した際の重量減少が10%未満であることを特徴とする。
 以下各成分について説明する。
(A)成分:融点が40~100℃である樹脂(化合物)
 本発明において、(A)成分は、厳密には重合、重縮合、重付加等によって得られる高分子量物質を指すのではなく、加熱すると軟化して塑性を示し、任意の形に成形できるが冷却すると固化する過程を可逆的に行うことができる化合物を樹脂と称する。また、本発明において、熱伝導性樹脂組成物は、熱伝導性組成物と言い換えてもよい。
 前記樹脂を選定することで、高温時に軟化してTIMの役割を付与することが可能となる。前記樹脂の融点は特に限定されないが、40~100℃であり、40~80℃が好ましく、45~65℃がより好ましい。40℃を下回ると組成物の取り扱いが困難になり、100℃を超えると組成物をTIMとして使用することが困難になる場合がある。
 融点は、(A)成分の加熱昇温過程での状態変化を観察し、溶け終わりの温度を測定し、これを融点としてもよい。
 (A)成分は、官能基を有する炭素数1~100の脂肪族炭化水素化合物であることが好ましい。
 脂肪族炭化水素化合物は、飽和でも不飽和であってもよく、不飽和の場合、例えば不飽和結合(炭素-炭素二重結合、炭素-炭素三重結合)は、前記官能基と直接結合しない限り、脂肪族炭化水素化合物の任意の部位に結合又は置換していてもよい。
 また、脂肪族炭化水素化合物は、直鎖、分岐鎖、及び環状のいずれであってもよい。
 直鎖脂肪族炭化水素化合物としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、テトラデカン、ヘキサデカン、ヘプタデカン、イコサン等の直鎖アルカン等が挙げられる。
 分岐鎖脂肪族炭化水素化合物としては、2,2-ジメチル-1,3-プロパン、2-メチルペンタン、2,2-ジメチルブタン、2,3-ジメチルブタン、2-メチルヘキサン、3-メチルヘキサン、2,3-ジメチルペンタン、2,4-ジメチルペンタン、2-メチルヘプタン、3-メチルヘプタン、4-メチルヘプタン、3-エチルヘキサン、2,2-ジメチルヘキサン、2,3-ジメチルヘキサン、2,4-ジメチルヘキサン、2,5-ジメチルヘキサン、3,3-ジメチルヘキサン、3,4-ジメチルヘキサン、2-メチル-3-エチルペンタン、3-メチル-3-エチルペンタン、2,3,3-トリメチルペンタン、2,3,4-トリメチルペンタン、2,3,3,3-テトラメチルブタン、2,2,5-トリメチルヘキサン等の分岐鎖アルカン等が挙げられる。
 環状脂肪族炭化水素化合物としては、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロノナン、シクロデカン、シクロウンデカン、シクロドデカン、シクロテトラデカン、シクロヘキサデカン、シクロヘプタデカン等;ノルボルナン、アダマンタン等のシクロアルカン等が挙げられる。
 脂肪族炭化水素化合物の炭素数は、5~99であることが好ましく、10~98であることがより好ましく、12~97であることがさらに好ましく、22~96であることがさらにより好ましく、30~95であることが特に好ましい。
 官能基は、脂肪族炭化水素化合物に結合してもよく、脂肪族炭化水素化合物の一部で置換されていてもよく、水酸基、エステル基、アミノ基、カルボキシル基、エポキシ基、チオール基、アミド基、スルホニル基,イミノ基、エーテル基、カルバモイル基、シアノ基等であればよい。中でも、エステル基、アミノ基、カルボキシル基、アミド基が特に好ましく、エステル基、アミド基が最も好ましい。
 (A)成分は、炭素数1~100の脂肪酸エステル又はアミドを含むことが特に好ましい。
 脂肪酸エステルは、例えば一価又は多価アルコールと脂肪酸との脱水縮合物であってもよく、上記脂肪族炭化水素化合物に1つ以上の水酸基が結合した化合物と脂肪酸との脱水縮合物であってもよい。
 脂肪酸エステルにおける脂肪酸は、飽和又は不飽和のいずれでもよい。
 飽和脂肪酸としては、ブタン酸(酪酸)、ペンタン酸(吉草酸)、ヘキサン酸(カプロン酸)、ヘプタン酸(エナント酸)、オクタン酸(カプリル酸)、ノナン酸(ベラルゴン酸)、デカン酸(カプリン酸)、ドデカン酸(ラウリン酸)、テトラデカン酸(ミリスチン酸)、ペンタデカン酸、ヘキサデカン酸(パルミチン酸)、ヘプタデカン酸(マルガリン酸)、オクタデカン酸(ステアリン酸)、イコサン酸(アラキジン酸)、ヘニコシル酸、ドコサン酸(ベヘン酸)、テトラドコサン酸(リグノセリン酸)、ヘキサドコサン酸(セロチン酸)、オクタドコサン酸(モンタン酸)、メリシン酸等の炭素数4~30の飽和脂肪酸が挙げられる。
 不飽和脂肪酸としては、9-ヘキサデセン酸(パルミトレイン酸)、cis-9-オクタデセン酸(オレイン酸)、11-オクタデセン酸(バクセン酸)、cis,cis-9,12-オクタデカジエン酸(リノール酸)、9,12,15-オクタデカトリエン酸((9,12,15)-リノレン酸)、6,9,12-オクタデカトリエン酸((6,9,12)-リノレン酸)、9,11,13-オクタデカトリエン酸(エレオステアリン酸)、8,11-イコサジエン酸、5,8,11-イコサトリエン酸、5,8,11,14,-イコサテトラエン酸(アラキドン酸)、cis-15-テトラドコサン酸(ネルボン酸)等の炭素数4~30の不飽和脂肪酸が挙げられる。
 これらの脂肪酸は、単独で又は複数を合わせて使用してもよい。
 脂肪酸の炭素数は、好ましくは6~28、より好ましくは8~26、さらに好ましくは10~24、さらにより好ましくは12~22である。
 脂肪酸エステルは、モノエステル型脂肪酸エステル、ポリエステル型脂肪酸エステルのいずれであってもよい。モノエステル型脂肪酸エステルとしては、ラウリン酸メチル、ミリスチン酸メチル、パルミチン酸メチル、ステアリン酸メチル、オレイン酸メチル、エルカ酸メチル、ベヘニン酸メチル、ラウリン酸ブチル、ステアリン酸ブチル、ミリスチン酸イソプロピル、パルミチン酸イソプロピル、パルミチン酸オクチル、ステアリン酸オクチル、ラウリン酸ラウリル、ベヘニン酸ベへニン、ミリスチン酸セチル等が挙げられる。
 ポリエステル型脂肪酸エステルとしては、グリセリン脂肪酸エステル、プロピレングリコール脂肪酸エステル、ペンタエリスリトール脂肪酸エステル、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グリセリン脂肪酸エステル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル等が挙げられる。
 中でも、脂肪酸エステルは、ポリエステル型脂肪酸エステルであることが好ましく、ペンタエリスリトール脂肪酸エステルであることがより好ましく、ペンタエリスリトールに炭素数12~22の脂肪酸が脱水縮合したエステル化物であることがさらに好ましい。
 脂肪酸アミドは、例えばアミン(例えばアンモニア、エチレンジアミン)と脂肪酸との脱水縮合物であればよい。
 脂肪酸アミドは、アミドが分子末端に存在するモノアミド、分子末端以外の部分がアミドに置換されたモノアミド又はジアミド、分子末端にメチロールアミドが結合したモノアミド等であればよい。脂肪酸アミドにおける脂肪酸は、飽和又は不飽和のいずれでもよく、脂肪酸エステルで説明した脂肪酸が挙げられる。
 モノアミドとしては、ラウリン酸アミド、パルミチン酸アミド、ステアリン酸アミド、ベヘン酸アミド、ヒドロキシステアリン酸アミド等の飽和脂肪酸アミド;オレイン酸アミド、エルカ酸アミド等の不飽和脂肪酸アミド;N-オレイルパルミチン酸アミド、N-ステアリルステアリン酸アミド、N-ステアリルオレイン酸アミド、N-オレイルステアリル酸アミド、N-ステアリルエルカ酸アミド等の置換不飽和脂肪酸アミド;メチロールステアリン酸アミド等のメチロールアミド;等が挙げられる。
 ジアミドとしては、メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスヒドロキシステアリン酸アミド、エチレンビスベヘン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビスベヘン酸アミド、ヘキサメチレンヒドロキシステアリン酸アミド、N,N’-ジステアリルアジピン酸アミド、N,N’-ジステアリルセバシン酸アミド等の飽和脂肪酸ビスアミド;エチレンビスオレイン酸アミド、エチレンビスエルカ酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、N,N’-ジ゛オレイルアジピン酸アミド、N,N’-ジオレイルセバシン酸アミド等の不飽和脂肪酸ビスアミド;等が挙げられる。
 中でも不飽和脂肪酸アミドが好ましく、不飽和脂肪酸モノアミドがより好ましく、オレイン酸アミドがさらに好ましい。
 前記樹脂の種類としては、上記脂肪酸エステル、脂肪酸アミド以外に、パラフィンワックス等を挙げることができる。
 特に組成物に充分な耐熱性を付与できる点で、脂肪酸エステル、脂肪酸アミドを少なくとも1種以上含有することが好ましい。
 また(A)成分は、150℃にて100時間大気下で保存した際の重量減少が10%未満であり、9.9%以下であることが好ましく、9.8%以下であることがより好ましく、9.7%以下であることがさらに好ましい。重量減少の下限は、例えば0%、1%又は2%である。10%を超えると組成物に充分な耐熱性を発現させることが難しい場合がある。重量減少は、後述する通り、例えば樹脂(2g)をシャーレ(直径45mm)に入れて、150℃にて100時間大気下で保存した際の樹脂の重量減少を測定すればよい。
 (A)成分は、熱伝導性樹脂組成物100重量%に対して、好ましくは0.1~60重量%、より好ましくは0.2~55重量%、さらに好ましくは0.5~50重量%、さらにより好ましくは1.0~10重量%含む。(A)成分量が少ない場合、組成物をTIMとして使用することが困難になる虞があり、多い場合、熱伝導率が低下する虞がある。
(B)成分:無機充填剤
 (B)成分は、金属、金属酸化物、金属窒化物、及び金属炭化物からなる群より選択される1種以上を含むことが好ましい。
 無機充填剤を含有することで、組成物の熱伝導率を向上することができる。無機充填剤の種類としては特に限定されないが、グラファイト、カーボンナノチューブ、ダイヤモンド等の炭素化合物、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムおよび酸化亜鉛等の金属酸化物、窒化ホウ素、窒化アルミニウムおよび窒化ケイ素等の金属窒化物、炭化ホウ素、炭化アルミニウムおよび炭化ケイ素等の金属炭化物、アクリロニトリル系ポリマー焼成物、フラン樹脂焼成物、クレゾール樹脂焼成物、ポリ塩化ビニル焼成物、砂糖の焼成物および木炭の焼成物等の有機性ポリマー焼成物、Znフェライトとの複合フェライト、Fe-Al-Si系三元合金、アルミニウム粉末、銅粉末、銀粉末、ニッケル粉末等の金属粉末、結晶性シリカ等を使用することができ、単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。充填剤の形状も特に限定されるものではなく、球状、板状(例えば鱗片状)、破砕状等を使用することができ、単独で又は2種以上組み合わせ使用することができる。充填量を増やして熱伝導率を向上することができる点、及び容易に入手可能な点で、少なくとも1種以上のアルミニウム粉末を含有することが好ましい。また、無機充填剤と樹脂との分散性を向上させる目的で、予めシランカップリング剤、チタネートカップリング剤等の処理により充填剤表面の修飾を施していても良い。
 (B)成分は、球状のアルミニウム粉末、鱗片状のアルミニウム及び窒化ホウ素、及び破砕状の炭化ケイ素からなる群から選択される1種以上であることが好ましい。球状の形状物は、熱伝導率、印刷性、外観(平坦)性をバランスよく向上させることが可能である。他方、球状以外の形状物を用いると、熱伝導をより一層高めることができる。
 (B)成分の配合量は、熱伝導性樹脂組成物100重量%に対して、50~90重量%とすることが好ましく、65~90重量%とすることがより好ましく、75~90重量%とすることがさらに好ましく、80~90重量%とすることがさらにより好ましい。50重量%を下回ると熱伝導率が2W/m・Kを下回り熱対策が実現できないことがあり、90重量%を超えると組成物の各成分を均一に混錬することが困難になることがある。
 (B)成分は、(B)成分の合計量100重量%に対して球状粉末を50重量%以上含有するものであることが好ましく、球状粉末を90重量%以上含有するものであることがより好ましい。50重量%未満であると、平坦性が悪化する虞がある。
 また(B)成分は、平均粒径50μm以下の粉末であることが好ましく、平均粒径20μm以下の粉末であることがより好ましい。50μm超であると、平坦性が悪化する虞がある。本発明において、無機充填剤の平均粒径は、累積重量百分率の積算値50%の粒度、D50(メジアン径)として表す。
 (B)成分は、(B)成分の合計量100重量%に対して、平均粒径1~3μmの粉末を40重量%以上含有することが好ましく、平均粒径1~3μmの粉末を40重量%以上含有し、球状粉末を90重量%以上含有することがより好ましく、平均粒径1~3μmの粉末を40重量%以上含有し、平均粒径20μm以下の粉末を90重量%以上含有することがより好ましく、平均粒径1~3μmの粉末を40重量%以上含有し、球状粉末を90重量%以上含有し、平均粒径20μm以下の粉末を90重量%以上含有することがより好ましい。平均粒径1~3μmの粉末が40重量%を下回るとスクリーン印刷した際のパターン表面の外観(平坦)性が確保できない場合がある。
 また(B)成分は、(B)成分の合計量100重量%に対して平均粒径4~20μmの粉末を40重量%以上含有することが好ましく、平均粒径4~20μmの粉末を40重量%以上含有し、球状粉末を80重量%超含有することがより好ましい。40重量%を下回ると熱伝導率が4W/m・Kを下回り充分な熱対策が実現できない場合がある。
 なお、本発明において、平均粒径3~4μmの粉末は、平均粒径1~3μmの粉末に含まれてもよい。
 (B)成分は、(B)成分の合計量100重量%に対して平均粒径20μm超の粉末を0~40重量%含んでいてもよい。平均粒径20μm超の粉末を含む場合、(B)成分は、(B)成分の合計量100重量%に対して平均粒径20μm超の粉末を2~35重量%含むことが好ましく、5~30重量%含むことがより好ましく、10~25重量%含むことがさらに好ましい。当該数値範囲である場合、熱伝導率をより一層高くすることができる。
(C)成分:25℃における粘度が100Pa・s以下である液状樹脂(液状化合物)
 前記組成物は、さらに(C)成分:25℃における粘度が100Pa・s以下である液状樹脂を含有し、(C)成分が150℃にて100時間大気下で保存した際の重量減少が10%未満のものであることが好ましい。
 前記液状樹脂を選定することで、無機充填剤を多量に含有させることが可能となる。前記液状樹脂の25℃における粘度は特に限定されないが、100Pa・s以下が好ましく、95Pa・s以下がより好ましく、90Pa・s以下がさらに好ましく、85Pa・s以下がさらにより好ましく、80Pa・s以下が特に好ましい。100Pa・sを超えると組成物の各成分を均一に混錬することが困難になる場合がある。
 粘度は、例えばウベローデ粘度計等の毛細管粘度法を用いて測定することができる。
 前記液状樹脂の種類としては、アクリル樹脂、ポリイソプレン、ポリブタジエン、脂肪酸エステル、多塩基酸エステル等を挙げることができる。
 アクリル樹脂は、例えば両末端に反応性基を有するものであればよく、テレケリックポリアクリレート(カネカ製、SA100S、SA110S、SA120S、SA310S)等を用いてもよい。
 別のアクリル樹脂は、例えば官能基を有さないアクリル樹脂であってもよく、東亜合成株式会社製のARUFON(登録商標)シリーズのアクリル樹脂(例えば、UP-1000、UP-1010、UP-1020、UP-1021、UP-1061、UP-1080、UP-1110、UP-1170、UP-1172、UP-1190、UP-1500)等を用いてもよい。
 脂肪酸エステルは、前記(A)成分に挙げたもののうち、融点及び重量減少の一方又は両方を満たさないものであってもよい。
 多塩基酸エステルは、1つ以上のカルボキシル基がエステル化された化合物であればよく、例えば置換されていてもよいグルタル酸エステル、置換されていてもよいピロメリット酸エステル、置換されていてもよいアジピン酸等を挙げることができる。置換基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基等の炭素数1~20の直鎖アルキル基;イソプロピル基、イソブチル基、tert-ブチル基等の炭素数1~20の分岐鎖アルキル基等が挙げられる。市販されている多塩基酸エステルは、オクチル基が置換したピロメリット酸エステル(DIC株式会社製のW-7010等)であってもよい。
 特に有機溶媒で溶解した際に適切な粘度を得られる点、及び容易に入手可能な点、印刷性の点で、少なくとも1種以上のアクリル樹脂を含有することが好ましい。
 また(C)成分は、150℃にて100時間大気下で保存した際の重量減少が10%未満であることが好ましく、9.8%以下であることがより好ましく、9.6%以下であることがさらに好ましく、9.4%以下であることがさらにより好ましく、9.2%以下であることが特に好ましく、9.0%以下であることが最も好ましい。重量減少の下限は、例えば0.1%、0.2%、又は0.3%である。重量減少は、後述する通りに測定することができる。10%を超えると組成物に充分な耐熱性を発現させることが難しい場合がある。
 (C)成分は、熱伝導性樹脂組成物100重量%に対して、好ましくは0~40重量%、より好ましくは1~38重量%、さらに好ましくは3~36重量%、さらにより好ましくは5~34重量%含む。印刷性の向上の観点から、(C)成分を添加することが好ましい。40重量%超である場合、熱伝導率向上が見込めない虞がある。
 (B)成分100重量部に対する{(A)成分+(C)成分}の総量は、例えば1~150重量部であり、好ましくは2~130重量部であり、より好ましくは3~100重量部であり、さらに好ましくは4~70重量部であり、さらにより好ましくは5~50重量部であり、特に好ましくは10~30重量部である。{(A)成分+(C)成分}の総量が少ない場合、組成物の各成分を均一に混練することが困難になる傾向があり、多い場合、熱伝導率が低くなる傾向がある。
 (D)成分:その他成分
 上記(A)~(C)成分のほかに、必要に応じて(A)成分および(C)成分以外の樹脂、熱老化防止剤、可塑剤、増量剤、チクソ性付与剤、接着性付与剤、脱水剤、カップリング剤、難燃剤、充填剤、溶剤等を添加することができる。
 本発明の熱伝導性樹脂組成物の各成分を均一に混錬させる方法は、特に限定されない。あらかじめ室温で成分を混錬させたのち常温で攪拌混錬することも、加熱ロール、ニーダー、押出機等により溶融混錬することもできる。混錬温度としては樹脂の熱老化が起こらない温度であれば特に限定されず、100℃以下であることが好ましい。
 本発明の熱伝導性樹脂組成物をスクリーン印刷する際の有機溶媒は、印刷したのち100℃以下での乾燥時に揮発するものであれば特に限定されず、ドデカン、テトラデカン等の炭化水素系溶媒を使用することができる。有機溶媒量としてはスクリーン印刷した際にパターン間に滲みが起こらない量であれば特に限定されず、組成物100重量%に対して10重量%以下であることが好ましい。
 本発明の熱伝導性樹脂組成物の熱伝導率(25℃)は、例えば0.5W/m・K以上であり、好ましくは1.0W/m・K以上、より好ましくは1.5W/m・K以上、さらに好ましくは3.0W/m・K以上、さらにより好ましくは4.0W/m・K以上である。熱伝導率の上限は、例えば30W/m・Kであり、好ましくは20W/m・Kである。熱伝導率は、例えばホットディスク法熱物性測定装置(京都電子工業株式会社製TPA-501)により測定することができる。
 本発明の熱伝導性樹脂組成物は、熱により相転移、軟化して基材に密着し、熱抵抗が小さくなり、充分な放熱性を発現できる点で、TIM、特に半導体モジュールのTIMに好適である。
 本願は、2015年7月2日に出願された日本国特許出願第2015-133943号に基づく優先権の利益を主張するものである。2015年7月2日に出願された日本国特許出願第2015-133943号の明細書の全内容が、本願に参考のため援用される。
 本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
 <重量減少測定>
 本実施例に示す樹脂の重量減少は以下に示す条件で測定した。
 (A)成分や(C)成分の樹脂(2g)をシャーレ(直径45mm)に入れて、150℃にて100時間大気下で保存した際の樹脂の重量減少を測定した。
 (A)成分として、脂肪酸エステル(日油株式会社製ユニスター H-476D)、脂肪酸エステル(日油株式会社製ユニスター H-476)、脂肪酸アミド(日本化成株式会社製ダイヤミッド O-200)、鎖式飽和炭化水素(ヘキサコサン、ドトリアコンタン)を、150℃にて100時間大気下で保存した際の樹脂の重量減少を測定した。結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 鎖式飽和炭化水素(ヘキサコサン、ドトリアコンタン)は融点が40~100℃であるが、150℃にて100時間大気下で保存した際の重量減少が10%を超え、本発明の熱伝導性樹脂組成物の一成分には適さない。
 (C)成分として、アクリル樹脂(株式会社カネカ製XMAP SA120S)、アクリル樹脂(東亞合成株式会社製ARUFON UP-1080)、アクリル樹脂(東亞合成株式会社製ARUFON UP-1172)、多塩基酸エステル(DIC株式会社製モノサイザー W-7010)、鎖式飽和炭化水素(ヘキサデカン)を、150℃にて100時間大気下で保存した際の樹脂の重量減少を測定した。結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 鎖式飽和炭化水素(ヘキサデカン)は25℃における粘度が100Pa・s以下であるが、150℃にて100時間大気下で保存した際の重量減少が10%を超え、本発明の熱伝導性樹脂組成物の一成分には適さない。
<熱伝導率測定>
 本実施例に示す熱伝導率は以下に示す分析装置、条件で測定した。
 得られた組成物(試験片の大きさ10×10×3mm)を、ホットディスク法熱物性測定装置(京都電子工業株式会社製TPA-501)を用いて熱伝導率を測定した。
<印刷性、外観(平坦)性試験>
 得られた組成物をドデカン(組成物100重量%に対して4重量%)で溶解し、スクリーン印刷機(ニューロング精密工業株式会社製HP-320)を用いて印刷(版の材質 SUS、版の厚み 0.2mm)したのち、100℃にて5分間乾燥し、印刷性、外観(平坦)性を評価した。
印刷性評価指標:
組成物が印刷面に供給されやすい:○
組成物が印刷面にやや供給されやすい:△
組成物が印刷面に供給されにくい:×
外観(平坦)性評価指標:
パターン表面の起伏が小さい:○
パターン表面の起伏がやや小さい:△
パターン表面の起伏が大きい:×
(実施例1)
(A)成分:融点が40~100℃である樹脂
脂肪酸エステル(日油株式会社製ユニスター H-476D) 50.0重量部
(B)成分:無機充填剤
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 TFH-A02P、球状、平均粒径(D50)2μm) 50.0重量部
上記成分を100℃にて加熱溶融させたのち混錬し、均一な組成物を得た。
(実施例2)
(A)成分:融点が40~100℃である樹脂
脂肪酸エステル(日油株式会社製ユニスター H-476D) 2.3重量部
(B)成分:無機充填剤
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 TFH-A02P、球状、平均粒径(D50)2μm) 84.7重量部
(C)成分:25℃における粘度が100Pa・s以下である液状樹脂
多塩基酸エステル(DIC株式会社製モノサイザー W-7010) 13.0重量部
上記成分を実施例1と同様の方法で組成物を作製した。
(実施例3)
(A)成分:融点が40~100℃である樹脂
脂肪酸エステル(日油株式会社製ユニスター H-476D) 5.6重量部
(B)成分:無機充填剤
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製、TFH-A02P、球状、平均粒径(D50)2μm) 16.7重量部
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 13-0087、球状、平均粒径(D50)9μm) 16.7重量部
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 13-0090、球状、平均粒径(D50)14μm) 16.7重量部
窒化ホウ素(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製 PT-110 鱗片状、平均粒径(D50)45μm) 12.5重量部
(C)成分:25℃における粘度が100Pa・s以下である液状樹脂
アクリル樹脂(株式会社カネカ製XMAP SA120S) 22.2重量部
アクリル樹脂(東亞合成株式会社製ARUFON UP-1080) 9.7重量部
上記成分を実施例1と同様の方法で組成物を作製した。
(実施例4)
(A)成分:融点が40~100℃である樹脂
脂肪酸エステル(日油株式会社製ユニスター H-476D) 2.3重量部
(B)成分:無機充填剤
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 TFH-A02P、球状、平均粒径(D50)2μm) 72.7重量部
窒化ホウ素(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製 PT-110 鱗片状、平均粒径(D50)45μm) 11.6重量部
(C)成分:25℃における粘度が100Pa・s以下である液状樹脂
アクリル樹脂(株式会社カネカ製XMAP SA120S) 9.3重量部
アクリル樹脂(東亞合成株式会社製ARUFON UP-1080) 4.1重量部
上記成分を実施例1と同様の方法で組成物を作製した。
(実施例5)
(A)成分:融点が40~100℃である樹脂
脂肪酸エステル(日油株式会社製ユニスター H-476D) 1.7重量部
(B)成分:無機充填剤
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 TFH-A02P、球状、平均粒径(D50)2μm) 29.5重量部
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 13-0087、球状、平均粒径(D50)9μm) 29.5重量部
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 13-0090、球状、平均粒径(D50)14μm) 29.5重量部
(C)成分:25℃における粘度が100Pa・s以下である液状樹脂
アクリル樹脂(株式会社カネカ製XMAP SA120S) 6.8重量部
アクリル樹脂(東亞合成株式会社製ARUFON UP-1080) 3.0重量部
上記成分を実施例1と同様の方法で組成物を作製した。
(実施例6)
(A)成分:融点が40~100℃である樹脂
脂肪酸エステル(日油株式会社製ユニスター H-476D) 2.3重量部
(B)成分:無機充填剤
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 TFH-A02P、球状、平均粒径(D50)2μm) 84.7重量部
(C)成分:25℃における粘度が100Pa・s以下である液状樹脂
アクリル樹脂(株式会社カネカ製XMAP SA120S) 9.0重量部
アクリル樹脂(東亞合成株式会社製ARUFON UP-1080) 4.0重量部
上記成分を実施例1と同様の方法で組成物を作製した。
(実施例7)
(A)成分:融点が40~100℃である樹脂
脂肪酸エステル(日油株式会社製ユニスター H-476D) 1.7重量部
(B)成分:無機充填剤
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 TFH-A02P、球状、平均粒径(D50)2μm) 44.3重量部
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 13-0087、球状、平均粒径(D50)9μm) 22.2重量部
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 13-0090、球状、平均粒径(D50)14μm) 22.2重量部
(C)成分:25℃における粘度が100Pa・s以下である液状樹脂
アクリル樹脂(株式会社カネカ製XMAP SA120S) 6.8重量部
アクリル樹脂(東亞合成株式会社製ARUFON UP-1080) 3.0重量部
上記成分を実施例1と同様の方法で組成物を作製した。
(実施例8)
(A)成分:融点が40~100℃である樹脂
脂肪酸エステル(日油株式会社製ユニスター H-476D) 1.2重量部
(B)成分:無機充填剤
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 TFH-A02P、球状、平均粒径(D50)2μm) 33.6重量部
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 TFH-A10P、球状、平均粒径(D50)10μm) 16.8重量部
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 13-0090、球状、平均粒径(D50)14μm) 16.8重量部
炭化ケイ素(信濃電気製錬株式会社製 GP♯320、破砕状、平均粒径(D50)40μm) 21.6重量部
(C)成分:25℃における粘度が100Pa・s以下である液状樹脂
アクリル樹脂(東亞合成株式会社製ARUFON UP-1172) 10.1重量部
上記成分を実施例1と同様の方法で組成物を作製した。
(実施例9)
(A)成分:融点が40~100℃である樹脂
脂肪酸エステル(日油株式会社製ユニスター H-476D) 1.2重量部
(B)成分:無機充填剤
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 TFH-A02P、球状、平均粒径(D50)2μm) 37.6重量部
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 TFH-A10P、球状、平均粒径(D50)10μm) 11.3重量部
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 TFH-A20P、球状、平均粒径(D50)20μm) 26.3重量部
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 P0100、鱗片状、平均粒径(D50)15μm) 1.9重量部
炭化ケイ素(信濃電気製錬株式会社製 GP♯320、破砕状、平均粒径(D50)40μm) 12.1重量部
(C)成分:25℃における粘度が100Pa・s以下である液状樹脂
アクリル樹脂(東亞合成株式会社製ARUFON UP-1172) 7.4重量部
多塩基酸エステル(DIC株式会社製モノサイザー W-7010) 2.3重量部
上記成分を実施例1と同様の方法で組成物を作製した。
(実施例10)
(A)成分:融点が40~100℃である樹脂
脂肪酸エステル(日油株式会社製ユニスター H-476D) 1.3重量部
(B)成分:無機充填剤
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 TFH-A02P、球状、平均粒径(D50)2μm) 28.7重量部
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 TFH-A10P、球状、平均粒径(D50)10μm) 21.5重量部
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 TFH-A20P、球状、平均粒径(D50)20μm) 21.5重量部
窒化ホウ素(デンカ株式会社製 SGP、鱗片状、平均粒径(D50)18μm) 16.2重量部
(C)成分:25℃における粘度が100Pa・s以下である液状樹脂
アクリル樹脂(東亞合成株式会社製ARUFON UP-1172) 10.8重量部
上記成分を実施例1と同様の方法で組成物を作製した。
(実施例11)
(A)成分:融点が40~100℃である樹脂
脂肪酸エステル(日油株式会社製ユニスター H-476) 1.6重量部
(B)成分:無機充填剤
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 TFH-A02P、球状、平均粒径(D50)2μm) 44.4重量部
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 13-0087、球状、平均粒径(D50)9μm) 22.2重量部
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 13-0090、球状、平均粒径(D50)14μm) 22.2重量部
(C)成分:25℃における粘度が100Pa・s以下である液状樹脂
アクリル樹脂(株式会社カネカ製XMAP SA120S) 6.7重量部
アクリル樹脂(東亞合成株式会社製ARUFON UP-1080) 2.9重量部
上記成分を実施例1と同様の方法で組成物を作製した。
(実施例12)
(A)成分:融点が40~100℃である樹脂
脂肪酸アミド(日本化成株式会社製ダイヤミッド O-200) 2.6重量部
(B)成分:無機充填剤
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 TFH-A02P、球状、平均粒径(D50)2μm) 16.9重量部
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 13-0087、球状、平均粒径(D50)9μm) 25.3重量部
アルミニウム(東洋アルミニウム株式会社製 13-0090、球状、平均粒径(D50)14μm) 42.2重量部
(C)成分:25℃における粘度が100Pa・s以下である液状樹脂
アクリル樹脂(株式会社カネカ製XMAP SA120S) 7.8重量部
アクリル樹脂(東亞合成株式会社製ARUFON UP-1080) 5.2重量部
上記成分を実施例1と同様の方法で組成物を作製した。
 実施例1~12で製造した組成物の各種特性を測定した。結果を表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 

Claims (18)

  1.  (A)成分:融点が40~100℃である樹脂および(B)成分:無機充填剤を含有し、(A)成分が150℃にて100時間大気下で保存した際の重量減少が10%未満のものであることを特徴とする熱伝導性樹脂組成物。
  2.  (A)成分が、官能基を有する炭素数1~100の脂肪族炭化水素化合物である請求項1に記載の熱伝導性樹脂組成物。
  3.  (A)成分が、炭素数1~100の脂肪酸エステル又はアミドを含む請求項1又は2に記載の熱伝導性樹脂組成物。
  4.  (B)成分が、金属、金属酸化物、金属窒化物、及び金属炭化物からなる群より選択される1種以上を含む請求項1~3のいずれか1項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
  5.  (B)成分が、球状、鱗片状、又は破砕状である請求項1~4のいずれか1項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
  6.  さらに(C)成分:25℃における粘度が100Pa・s以下である液状樹脂を含有し、(C)成分が150℃にて100時間大気下で保存した際の重量減少が10%未満のものである請求項1~5のいずれか1項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
  7.  (C)成分がアクリル樹脂又は多塩基酸エステルを含有する請求項1~6のいずれか1項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
  8.  (B)成分を熱伝導性樹脂組成物100重量%に対して50~90重量%含有する請求項1~7のいずれか1項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
  9.  (B)成分が、(B)成分の合計量100重量%に対して球状粉末を50重量%以上含有するものである請求項1~8のいずれか1項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
  10.  (B)成分が、(B)成分の合計量100重量%に対して球状粉末を90重量%以上含有するものである請求項1~9のいずれか1項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
  11.  (B)成分が平均粒径50μm以下の粉末である請求項1~10のいずれか1項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
  12.  (B)成分が平均粒径20μm以下の粉末である請求項11に記載の熱伝導性樹脂組成物。
  13.  (B)成分が、(B)成分の合計量100重量%に対して平均粒径1~3μmの粉末を40重量%以上含有するものである請求項1~12のいずれか1項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
  14.  (B)成分が、(B)成分の合計量100重量%に対して平均粒径1~3μmの粉末を40重量%以上含有し、球状粉末を90重量%以上含有するものである請求項1~13のいずれか1項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
  15.  (B)成分が、(B)成分の合計量100重量%に対して平均粒径4~20μmの粉末を40重量%以上含有するものである請求項1~14のいずれか1項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
  16.  (B)成分が、(B)成分の合計量100重量%に対して平均粒径4~20μmの粉末を40重量%以上含有し、球状粉末を80重量%超含有するものである請求項1~15のいずれか1項に記載の熱伝導性樹脂組成物。
  17.  請求項1~16のいずれか1項に記載の熱伝導性樹脂組成物を含有するTIM。
  18.  請求項1~16のいずれか1項に記載の熱伝導性樹脂組成物を含有する半導体モジュール用TIM。
     
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