導(dǎo)熱性片材的制作方法
【專利摘要】纖維狀填料之間互相接觸的頻率高的導(dǎo)熱性片材，該導(dǎo)熱性片材不會出現(xiàn)露出的纖維狀填料的端部未沒入到片材內(nèi)的情況，在配置于發(fā)熱體和散熱體之間時，無需對它們施加會妨礙它們正常動作的負(fù)荷；該導(dǎo)熱性片材含有纖維狀填料和粘合劑樹脂，未沿導(dǎo)熱性片材的厚度方向取向的纖維狀填料在全部纖維狀填料中的比例為45-95%。
【專利說明】導(dǎo)熱性片材
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及導(dǎo)熱性片材。
【背景技術(shù)】
[0002]為了防止驅(qū)動時伴隨有發(fā)熱的1C芯片等發(fā)熱體的故障，將發(fā)熱體經(jīng)由導(dǎo)熱性片材與散熱翅片等散熱體密合來進(jìn)行。近年來，作為提高這樣的導(dǎo)熱性片材的導(dǎo)熱性的研究，提出了使用磁場發(fā)生裝置，使在熱固化性樹脂中分散有纖維狀填料的層狀熱固化性樹脂組合物中的該纖維狀填料沿層的厚度方向取向，然后使熱固化性樹脂固化，制造導(dǎo)熱性片材(專利文獻(xiàn)1)。該導(dǎo)熱性片材是如下的結(jié)構(gòu):占全部纖維狀填料50-100%的纖維狀填料的端部露出于片材的表面，在發(fā)熱體與散熱體之間應(yīng)用時，纖維狀填料露出的端部沒入到導(dǎo)熱性片材內(nèi)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1:日本特許第4814550號。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明要解決的課題
但是，專利文獻(xiàn)1的導(dǎo)熱性片材，由于占全部纖維狀填料約一半以上的纖維狀填料沿片材的厚度方向取向，因此即使使纖維狀填料沒入，纖維狀填料之間的接觸的頻率也少，有熱阻未充分降低的問題。另外，根據(jù)導(dǎo)熱性片材在發(fā)熱體和散熱體之間的應(yīng)用條件，還有露出的纖維狀填料的端部未沒入到片材內(nèi)的問題。相反，為了使露出的纖維狀填料的端部完全沒入片材內(nèi)，在配置于發(fā)熱體和散熱體之間時，也有可能不得不對它們施加可妨礙它們正常動作的負(fù)荷的問題。
[0005]本發(fā)明的目的在于解決上述以往技術(shù)的問題點(diǎn)，其目的在于提供一種纖維狀填料之間互相接觸的頻率高的導(dǎo)熱性片材，其中，不會發(fā)生露出的纖維狀填料的端部未沒入到片材內(nèi)的情況，在配置于發(fā)熱體和散熱體之間時，無需對它們施加可妨礙它們正常動作的負(fù)荷。
[0006]解決問題的方案
本發(fā)明的發(fā)明人假設(shè)使纖維狀填料沿導(dǎo)熱性片材的厚度方向排列是引起以往技術(shù)的問題點(diǎn)的主要原因，在該假設(shè)下對纖維狀填料的取向狀態(tài)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn):通過將未沿導(dǎo)熱性片材厚度方向取向的纖維狀填料在全部纖維狀填料中的比例設(shè)為較高的規(guī)定范圍，由此可實(shí)現(xiàn)上述目的，從而完成了本發(fā)明。
[0007]S卩，本發(fā)明提供含有纖維狀填料和粘合劑樹脂的導(dǎo)熱性片材，其中，未沿導(dǎo)熱性片材的厚度方向取向的纖維狀填料在全部纖維狀填料中的比例為45-95%。
[0008]發(fā)明效果
本發(fā)明的導(dǎo)熱性片材中，未沿導(dǎo)熱性片材的厚度方向取向的纖維狀填料在全部纖維狀填料中的比例為45-95%。因此在導(dǎo)熱性片材內(nèi)，纖維狀填料互相接觸的頻率增高，熱阻降低。另外，不會發(fā)生露出的纖維狀填料的端部未沒入片材內(nèi)的情況，在配置于發(fā)熱體和散熱體之間時，無需對它們施加可妨礙它們正常動作的負(fù)荷。另外，可以抑制在將導(dǎo)熱性片材彎曲時裂紋的產(chǎn)生。
【具體實(shí)施方式】
[0009]本發(fā)明是一種含有纖維狀填料和粘合劑樹脂的導(dǎo)熱性片材，其中，未沿導(dǎo)熱性片材的厚度方向取向的纖維狀填料在全部纖維狀填料中的比例為45-95%。
[0010]構(gòu)成導(dǎo)熱性片材的纖維狀填料是用于將來自發(fā)熱體的熱高效率地傳導(dǎo)至散熱體的材料。這樣的纖維狀填料如果平均直徑過小，則比表面積變得過大，在制作導(dǎo)熱性片材時，樹脂組合物的粘度可能過高；如果過大，則導(dǎo)熱性片材的表面凹凸增大，與發(fā)熱體或散熱體的密合性可能降低；因此優(yōu)選8-12 μ m。另外，其長徑比(aspect ratio,長度/直徑)如果過小，則導(dǎo)熱性片材形成用組合物的粘度有過高傾向；如果過大，則有阻礙導(dǎo)熱性片材的壓縮的傾向；因此優(yōu)選2-50，更優(yōu)選3-30。若特別著眼于纖維長度，優(yōu)選的纖維長度為15-800 μ m,更優(yōu)選的纖維長度為40-250 μ m。
[0011]纖維狀填料的具體例子可優(yōu)選舉出:碳纖維、金屬纖維(例如鎳、鐵等)、玻璃纖維、陶瓷纖維(例如氧化物(例如氧化鋁、二氧化硅等)、氮化物(例如氮化硼、氮化鋁等)、硼化物(例如硼化鋁等)、碳化物(例如碳化硅等)等非金屬系無機(jī)纖維)。
[0012]纖維狀填料可根據(jù)對導(dǎo)熱性片材所要求的機(jī)械性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)等特性來選擇。其中，從顯示高彈性模量、良好的導(dǎo)熱性、高導(dǎo)電性、電波屏蔽性、低熱膨脹性等方面考慮，可優(yōu)選使用浙青系碳纖維。
[0013]纖維狀填料在導(dǎo)熱性片材中的含量若過少，則導(dǎo)熱率降低，若過多則粘度有增高傾向，因此，優(yōu)選為導(dǎo)熱性片材中的16-40體積％，更優(yōu)選20-30體積％，相對于100質(zhì)量份構(gòu)成導(dǎo)熱片材的后述的粘合劑樹脂，優(yōu)選為120-300質(zhì)量份，更優(yōu)選130-250質(zhì)量份。
[0014]需說明的是，除纖維狀填料之外，在不損害本發(fā)明的效果的范圍內(nèi)，可以并用板狀填料、鱗片狀填料、球狀填料等。特別是從抑制纖維狀填料在導(dǎo)熱性片材形成用組合物中的二次凝集的角度考慮，0.1-5μπι直徑的球狀填料(優(yōu)選球狀氧化鋁、球狀氮化鋁)的優(yōu)選范圍為30-60體積％，更優(yōu)選35-50體積％，相對于100質(zhì)量份纖維狀填料，優(yōu)選并用100-900質(zhì)量份。
[0015]粘合劑樹脂是將纖維狀填料保持在導(dǎo)熱性片材內(nèi)的材料，可根據(jù)導(dǎo)熱性片材所要求的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性、電學(xué)性質(zhì)等特性而選擇。這樣的粘合劑樹脂可以采用選自熱塑性樹月旨、熱塑性彈性體、熱固化性樹脂中的材料。
[0016]熱塑性樹脂可舉出:聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物等乙烯-α-烯烴共聚物、聚甲基戊烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮醛、聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯等氟系聚合物、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)樹脂、聚亞苯基-醚共聚物(ΡΡΕ)樹脂、改性ΡΡΕ樹脂、月旨族聚酰胺類、芳族聚酰胺類、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯等聚甲基丙烯酸酯類、聚丙烯酸類、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚醚腈、聚醚酮、聚酮、液晶聚合物、有機(jī)硅樹脂、離聚物等。
[0017]熱塑性彈性體可舉出:苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物或其氫化物、苯乙烯-異戊二烯嵌段共聚物或其氫化物、苯乙烯系熱塑性彈性體、烯烴系熱塑性彈性體、氯乙烯系熱塑性彈性體、聚酯系熱塑性彈性體、聚氨酯系熱塑性彈性體、聚酰胺系熱塑性彈性體等。
[0018]熱固化性樹脂可舉出:交聯(lián)橡膠、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺樹脂、不飽和聚酯樹脂、鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂等。交聯(lián)橡膠的具體例子可舉出:天然橡膠、丙烯酸橡膠、丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、苯乙烯-丁二烯共聚橡膠、丁腈橡膠、加氫丁腈橡膠、氯丁二烯橡膠、乙烯-丙烯共聚橡膠、氯化聚乙烯橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠、丁基橡膠、鹵化丁基橡膠、氟橡膠、聚氨酯橡膠和有機(jī)硅橡膠。
[0019]導(dǎo)熱性片材中除纖維狀填料和粘合劑樹脂之外，可以根據(jù)需要含有各種添加劑。
[0020]本發(fā)明的導(dǎo)熱性片材中，未沿其厚度方向取向的纖維狀填料在全部纖維狀填料中的比例為45-95%，優(yōu)選60-90%。若該比例低于45%，則片材厚度方向的導(dǎo)熱性可能不足；而若超過95%，則互相接觸的纖維狀填料的比例少，導(dǎo)熱性片材的導(dǎo)熱性有不足的傾向。
[0021]這里，未沿片材的厚度方向取向的纖維狀填料是指纖維狀填料的長軸方向不與厚度方向平行的纖維狀填料。
[0022]未沿厚度方向取向的纖維狀填料在全部纖維狀填料中的比例可通過顯微鏡觀察單位立方體(0.5mm見方)中所含的纖維狀填料，計數(shù)其根數(shù)來求出。具體來說，在觀察導(dǎo)熱性片材的一個截面時，可以以“沿厚度方向配置且可確認(rèn)有規(guī)定長度的纖維狀填料的數(shù)目”作為“沿厚度方向取向的纖維狀填料”，求出其相對于全部纖維狀填料數(shù)目的比例，由該值來計算。這種情況下，可以將所觀察的截面數(shù)設(shè)為至少2個方向(縱橫)以上，以由它們所得的平均值為基準(zhǔn)進(jìn)行計算。
[0023]本發(fā)明的導(dǎo)熱性片材可通過具有以下工序(A)-(C)的制造方法來制造。以下對每道工序進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0024]<工序⑷>
首先，將纖維狀填料分散于粘合劑樹脂中，由此制備導(dǎo)熱性片材形成用組合物。該制備可通過將纖維狀填料和粘合劑樹脂以及根據(jù)需要配合的各種添加劑、揮發(fā)性溶劑以公知的技術(shù)均勻混合來進(jìn)行。
[0025]<工序⑶>
接著，通過擠出成型法或模具成型法，由制備的導(dǎo)熱性片材形成用組合物形成成型體塊。
[0026]擠出成型法、模具成型法沒有特別限定，可以根據(jù)導(dǎo)熱性片材形成用組合物的粘度、導(dǎo)熱性片材所要求的特性等，從公知的各種擠出成型法、模具成型法中適當(dāng)采用。
[0027]在擠出成型法中由模頭擠出導(dǎo)熱性片材形成用組合物時，或者在模具成型法中將導(dǎo)熱性片材形成用組合物壓入模具時，粘合劑樹脂發(fā)生流動，一部分纖維狀填料沿該流動方向取向，但大多數(shù)的取向是無規(guī)的。
[0028]需說明的是，在模頭的前端裝有縫(slit)時，相對于擠出的成型體塊的寬度方向而言的中央部有纖維狀填料容易取向的傾向。而另一方面，相對于成型體塊的寬度方向而言的周邊部，受到縫壁的影響，纖維狀填料容易無規(guī)取向。
[0029]成型體塊的大小、形狀可根據(jù)所要求的導(dǎo)熱性片材的大小而決定。例如可舉出:截面的縱向尺寸為0.5-15cm、橫向尺寸為0.5-15厘米的長方體。長方體的長度可根據(jù)需要決定。
[0030]< 工序(C) >
接著，將所形成的成型體塊切割成片狀。由此得到導(dǎo)熱性片材。通過切割所得的片材的表面(切割面)有纖維狀填料露出。切割的方法沒有特別限定，可根據(jù)成型體塊的尺寸或機(jī)械強(qiáng)度，從公知的切割裝置(優(yōu)選超聲波切割器)中適當(dāng)選擇。關(guān)于成型體塊的切割方向，在成型方法為擠出成型法時，由于有沿擠出方向取向的填料，因此，優(yōu)選相對于擠出方向?yàn)?0-120度、更優(yōu)選70-100度的方向。特別優(yōu)選為90度(垂直)的方向。
[0031]切割厚度沒有特別限定，可根據(jù)導(dǎo)熱性片材的使用目的等適當(dāng)選擇。
[0032]< 工序(D) >
可根據(jù)需要將所得導(dǎo)熱性片材的切割面進(jìn)行加壓(press)。由此可使導(dǎo)熱性片材的表面平滑化，使其對發(fā)熱體或散熱體的密合性提高。而且，可以壓縮導(dǎo)熱性片材，使纖維狀填料之間的接觸頻率增大。由此可以降低導(dǎo)熱性片材的熱阻。加壓的方法可以采用包含平盤和表面平坦的加壓頭的一對加壓裝置。還可以用夾送輥加壓。
[0033]加壓時的壓力若過低，則有熱阻與未加壓的情況相比沒有變化的傾向，若過高則片材有延伸的傾向，因此優(yōu)選2-8kgf/cm2,更優(yōu)選3-7kgf/cm2。
[0034]為了更為提高加壓效果，縮短加壓時間，優(yōu)選這樣的加壓在粘合劑樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上進(jìn)行。
[0035]加壓后的片材厚度由于壓縮而減薄，如果片材的壓縮率[{(加壓前的片材厚度-加壓后的片材厚度)/加壓前的片材厚度} X100]過小，則有熱阻并不減小的傾向，如果過大則片材有延伸的傾向，因此，以使壓縮率為2-15%的方式進(jìn)行加壓。
[0036]另外，通過加壓可以使片材的表面平滑。平滑的程度可通過表面光澤度來評價。若表面光澤度過低，則導(dǎo)熱性降低，因此，優(yōu)選以使入射角60度反射角60度下用光澤計測定的表面光澤度(Gloss值)為0.2以上的方式進(jìn)行加壓。
[0037]這樣的導(dǎo)熱性片材用于使在發(fā)熱體產(chǎn)生的熱逸散至散熱體，因而可以提供導(dǎo)熱性片材配置于發(fā)熱體與散熱體之間的結(jié)構(gòu)的熱器件(thermal device)。發(fā)熱體可舉出1C芯片、1C模塊等，散熱體可舉出由不銹鋼等金屬材料形成的散熱裝置(heat sink)。
實(shí)施例
[0038]實(shí)施例1
將有機(jī)硅A液(具有乙烯基的有機(jī)聚硅氧烷)、有機(jī)硅B液(具有氫甲硅烷基的有機(jī)聚硅氧烷)、氧化鋁顆粒(平均粒徑3 μ m)、球狀氮化鋁(平均粒徑1 μ m)和浙青系碳纖維(平均長軸長150 μ m、平均軸徑8 μ m)按照表1所示比例(體積份)均勻混合，由此制備導(dǎo)熱性片材形成用有機(jī)硅樹脂組合物。
[0039]將該導(dǎo)熱性片材形成用有機(jī)硅樹脂組合物倒入具有長方體狀內(nèi)部空間的模具中，使其在100°c的加熱爐中加熱固化6小時，由此制備成型體塊。需說明的是，模具的內(nèi)面粘貼有剝離聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜，使剝離處理面為內(nèi)側(cè)。
[0040]將所得成型體塊用超聲波切割器切割成0.5_厚，得到片材。在該片材的表面上，由于切割時的剪力使纖維狀填料的一部分露出于表面，在片材表面形成了微小凹凸。然后按照常規(guī)方法加壓，達(dá)到表1的壓縮率。而且，通過電子顯微鏡觀察確認(rèn)，浙青系碳纖維相對于導(dǎo)熱性片材的厚度方向朝向縱、橫、斜各方向，進(jìn)而，計數(shù)了未沿導(dǎo)熱性片材的厚度方向取向的浙青系碳纖維在全部浙青系碳纖維中的比例。所得結(jié)果示于表1。
[0041]實(shí)施例2-11
按照表1的配比制備導(dǎo)熱性片材形成用有機(jī)硅樹脂組合物，除此之外，按照與實(shí)施例1同樣的操作制作了成型體塊，進(jìn)一步制作了導(dǎo)熱性片材。并且，計數(shù)了未沿導(dǎo)熱性片材厚度方向取向的浙青系碳纖維在全部浙青系碳纖維中的比例。所得結(jié)果示于表1。
[0042]比較例1-4
按照表1的配比制備導(dǎo)熱性片材形成用有機(jī)硅樹脂組合物，進(jìn)一步按照日本特開2012-23335號公報擠出成型法制作導(dǎo)熱性片材，切取浙青系碳纖維容易(沿厚度方向)取向的中央部位。進(jìn)一步通過電子顯微鏡觀察，計數(shù)未沿厚度方向取向的浙青系碳纖維在全部碳纖維中的比例。所得結(jié)果示于表1。
[0043]< 評價 >
對于所得導(dǎo)熱性片材施加lkgf/cm2的載荷，使用根據(jù)ASTM-D5470標(biāo)準(zhǔn)的熱阻測定裝置測定達(dá)到表1壓縮率時的熱阻(K/W)。所得結(jié)果示于表1。熱阻0.2(K/W)以下，進(jìn)行面積換算后的值為0.65(K*cm2/W)以下為宜。
[0044][表 1]
【權(quán)利要求】
1.導(dǎo)熱性片材，該導(dǎo)熱性片材含有纖維狀填料和粘合劑樹脂，其中，未沿導(dǎo)熱性片材的厚度方向取向的纖維狀填料在全部纖維狀填料中的比例為45-95%。
2.權(quán)利要求1的導(dǎo)熱性片材，其中，纖維狀填料的平均直徑為8-12μ m，長徑比為2-50。
3.權(quán)利要求1或2的導(dǎo)熱性片材，其中，纖維狀填料為浙青系碳纖維。
4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的導(dǎo)熱性片材，其中，纖維狀填料在導(dǎo)熱性片材中的含量為16-40 體積 ％。
5.權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的導(dǎo)熱性片材，該導(dǎo)熱性片材還含有非纖維狀填料。
6.權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的導(dǎo)熱性片材，其中，非纖維狀填料為球狀的氧化鋁或氮化招。
7.權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的導(dǎo)熱性片材，其中，粘合劑樹脂為有機(jī)硅樹脂。
【文檔編號】C08K3/10GK103748674SQ201380002849
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月7日
【發(fā)明者】荒卷慶輔, 石井拓洋 申請人:迪睿合電子材料有限公司