CN100420006C - 散热部件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在一般电源、电器等中使用的导热性片及个人计算机、数字录像盘等电器的LSU、CPU等集成电路元件的散热所用的导热牲部件中,可以高效地把发热性电子部件产生的热量向散热部件散发,大大改善发热性电子部件以及采用它的电器等的寿命。本发明的散热部件的特征在于,把由下列(A)及(B)构成的热软化性导热性组合物成型为片状:(A)热塑性聚硅氧烷树脂100质量份;(B)平均粒径0.1~5.0μm的导热性填充材料(其中超过最大粒径15μm的颗粒物含量在1质量%或1质量%以下)500~2000质量份。
Description
技术领域
本发明涉及为了冷却电子部件而插装在发热性电子部件和散热片或金属筐体等的散热部件间的热界面的传热材料。特别是涉及在电子部件工作温度范围内的温度下,粘度下降、软化或熔融,从而提高对热界面的密合性,改善从发热性电子部件向散热部的热传送的散热部件。
背景技术
电视机、录相机、计算机、医疗器具、办公设备、通讯装置等现代电器的电路设计的复杂性增加,已经能够制造内含数十万个晶体管的集成电路。伴随着电器的小型化、高性能化,在更加小的面积上安装的这些电子部件个数增加,同时,电子部件本身的形状也在继续小型化。因此,各电子部件产生的热量在增加,因该热而引起故障或性能不全,所以,有效散热的安装技术变得重要。
在个人计算机、数字录像盘、手提电话等电器中使用的CPU、驱动IC、存储器等电子部件中,为了除去伴随着集成度提高而产生的热,有方案提出多种散热方法及该法中使用的散热部件。
以前,为了抑制电器等中电子元件的温度上升,采用通过铝、铜、黄铜等导热率高的金属散热片进行直接传热的方法。该散热片传送由电子部件产生的热,利用和外部气体的温差该热从表面散出。为了使电子部件产生的热高效地传至散热片,散热片和电子部件必须无空隙地进行密合,把具有柔软性的低硬度导热片或导热性润滑脂(グリ一ス)插装在电子部件和散热片之间。
发明内容
然而,低硬度导热片的处理作业性优良,但难以制得很薄,另外,由于不能跟随电子部件和散热片表面的细微凹凸,所以,接触热阻变大,存在不能有效传热的问题。
另一方面,由于导热性润滑脂的厚度薄,可以减小电子部件和散热片之间的距离,还填埋表面的细微凹凸,由此可以大幅降低热阻。然而,导热性润滑脂的处理性能不好,污染周围环境,热循环导致油分分离(泵出),热性能下降,这是个问题。
近几年来,作为具有低硬度导热片的处理性和导热性润滑脂的低热阻化两方面特性的导热性部件,有多种方案提出在室温下为处理性良好的固体状,而电子部件产生的热使其软化或熔融的热软化性材料。
特表2000-509209号公报提出了丙烯酸类压敏粘合剂和α-烯烃类热增塑剂和导热性填充剂构成的导热性材料,或石蜡和导热性填充剂构成的导热性材料(特许文献1)。
特开2000-336279号公报提出由热塑性树脂、蜡、导热性填料构成的导热性组合物(特许文献2)。
特开2001-89756号公报提出由丙烯酸等的聚合物、碳原子数为12~16的醇、石油蜡等熔点成分和导热性填充剂构成的热介质材料(特许文献3)。
特开2002-121332号公报提出由聚烯烃和导热性填充剂构成的热软化性散热片(特许文献4)。
然而,上述这些都是以有机物为基材,而不是阻燃性材料。另外,在汽车上安装这些材料时,担心因高温引起劣化。
另一方面,作为耐热性、耐候性、阻燃性优良的材料,已知有聚硅氧烷,有很多方案提出以聚硅氧烷为基材的同样的热软化性材料。
特开2000-327917号公报提出由热塑性聚硅氧烷树脂和蜡状改性聚硅氧烷树脂以及导热性填料构成的组合物(特许文献5)。
特开2001-291807号公报提出由聚硅氧烷凝胶等粘合性树脂和蜡以及导热性填充材料构成的导热片(特许文献6)。
特开2002-234952号公报提出由聚硅氧烷等高分子凝胶和改性聚硅氧烷、蜡等受热时变成液体的化合物以及导热性填料构成的热软化性散热片(特许文献7)。
然而,这些方案除聚硅氧烷以外,由于采用蜡等有机物或将聚硅氧烷改性的蜡,因此其缺点是与单独的聚硅氧烷相比,阻燃性、耐热性变差。
[特许文献1]特表2000-509209号公报
[特许文献2]特开2000-336279号公报
[特许文献3]特开2001-89756号公报
[特许文献4]特开2002-121332号公报
[特许文献5]特开2000-327917号公报
[特许文献6]特开2001-291807号公报
[特许文献7]特开2002-234952号公报
本发明鉴于上述问题进行悉心研究,结果提供下列(1)~(5)的散热部件,其配置在工作时达到比室温高的温度的发热性电子部件和散热部件之间(界面)、在电子部件工作前的室温状态为非流动性的,并且,电子部件工作时发热或在配置时人为地加热而导致低粘度化、软化或熔融,由此实质上无空隙地填充在电子部件和散热部件的界面,在该散热部件中,通过使实际厚度变小,由此使组合物自身的热阻显著减少,散热性优良:
(1)一种散热部件,其特征在于,把包含下列(A)和(B)的热软化性导热性组合物成型为片状:
(A)热塑性聚硅氧烷树脂100质量份;
(B)平均粒径为0.1~5.0μm的导热性填充材料(其中粒径超过最大粒径15μm的粒子的含量在1质量%或1质量%以下)500~2000质量份。
(2)一种散热部件,其特征在于,上述(A)成分的热塑性聚硅氧烷树脂包含R1SiO3/2单元(T单元)和R1 2SiO2/2单元(D单元)(式中,R1是碳原子数为1~10的未取代或取代的一价烃)。
(3)(1)和(2)所述的散热部件,其特征在于,在包含上述(A)成分和(B)成分的热软化性导热性组合物中进一步添加25℃时的粘度为0.1~100Pa·s的硅油和/或聚硅氧烷生橡胶。
(4)一种散热部件,其特征在于,导热率为0.5W/mK或0.5W/mK以上,80℃时的粘度在1×102~1×105Pa·s范围内。
(5)一种散热部件,其特征在于,在把上述热软化性导热性组合物成型为片状的散热部件中,厚度为20~80μm。
附图简述
图1是本发明散热部件的产品形态图
符号说明
1剥离力稍轻的隔离膜
2剥离力稍重的隔离膜
3散热部件
4拉带(プルタブラ一プ)
具体实施方案
下面对本发明加以详细说明。
(A成分:热塑性聚硅氧烷树脂)
作为构成本发明散热部件介质(基质)的热塑性聚硅氧烷树脂,只要散热部件实质上在常温为固体(非流动性),在一定温度,优选在40℃或40℃以上至发热性电子部件发热而导致的最高温度以下,具体的是40~150℃左右,特别是在40~120℃左右的温度范围内,发生热软化、低粘度化或熔化,达到流动即可。该介质是引起热软化的因素,对赋予导热性的填充材料还具有作为提供加工性及作业性的粘合剂的作用。
这里的热软化、低粘度化或熔化的温度是作为散热部件的温度,也可以是聚硅氧烷树脂本身具有的低于40℃的熔点温度。
作为引起热软化的介质,从上述聚硅氧烷树脂中选择的任何一种均可,但为了在室温保持非流动性,可以举出含R1SiO3/2单元(下面称作T单元)和/或SiO2单元(下面称作Q单元)的聚合物、以及它们和R1 2SiO2/2单元(下面称作D单元)的共聚物。另外,添加由D单元构成的硅油及聚硅氧烷生橡胶也可。其中,含T单元和D单元的聚硅氧烷树脂、含T单元的聚硅氧烷树脂以及25℃时的粘度为0.1~100Pa·s的硅油和/或聚硅氧烷生橡胶的组合是优选的,聚硅氧烷树脂的末端也可用R1 3SiO1/2单元(M单元)封闭。
上述R1是碳原子数为1~10、优选1~6的未取代或取代的一价烃基。该R1的具体例子可以举出甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基、己基、环己基、辛基、壬基、癸基等烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等芳基;苄基、苯基乙基、苯基丙基等芳烷基;乙烯基、烯丙基、丙烯基、异丙烯基、丁烯基、己烯基、环己烯基、辛烯基等烯基以及这些基团中部分或全部氢原子被氟、溴、氯等卤原子、氰基等取代的基团,例如,氯甲基、氯丙基、溴乙基、三氟丙基、氰乙基等。其中,特别优选甲基、苯基和乙烯基。
对(A)成分的聚硅氧烷树脂加以更具体的说明。本发明中使用的聚硅氧烷树脂是含有T单元和/或Q单元的聚硅氧烷树脂,用M单元和T单元或M单元和Q单元进行设计。特别是为了改善固体时的脆性,防止处理时的破损等而使韧性优良,导入T单元是有效的,更优选采用D单元。在这里,作为T单元的取代基(R1),优选甲基和苯基,作为D单元的取代基,优选甲基、苯基和乙烯基。另外,上述T单元和D单元的比例优选10∶90~90∶10,特别优选20∶80~80∶20。
另外,可以是从通常使用的M单元和T单元、或M单元和Q单元合成的聚硅氧烷树脂,往其中混合主要由D单元构成的、末端为M单元、粘度为0.1~100Pa·s的硅油和/或聚硅氧烷生橡胶,由此改良脆性。然而,热软化的聚硅氧烷树脂含有T单元而不含D单元时,如果添加以D单元作为主成分的上述硅油或聚硅氧烷生橡胶等,则可得到处理性能优良的材料。
此时,相对软化点或熔点比常温高的(A)成分聚硅氧烷树脂100质量份,以D单元作为主成分的硅油或聚硅氧烷生橡胶的添加量达到1~100质量份,特别优选2~10质量份。在低于1质量份时,处理性有可能得不到改善,而当大于100质量份时,薄片等的成型性、支撑性有可能恶化。
如上所述,(A)成分聚硅氧烷树脂既可以产生某种程度的粘度降低,也可以作为填充材料的粘合剂。(A)成分聚硅氧烷树脂的分子量达优选500~20000,特别优选1000~10000。当聚硅氧烷树脂的分子量低于500时,热软化时的粘度过低,有热循环导致泵出的危险,而当高于20000时,热软化时的粘度过高,与电子部件和散热部件的密合性可能降低。
另外,作为本发明中使用的聚硅氧烷树脂,适合的是赋予本发明的导热性部件柔软性及粘合性的树脂。此时,既可以使用单一分子量的聚合物,也可以把分子量不同的2种或2种以上聚合物等加以混合后使用。
(B成分:导热性填充材料)
本发明中使用的B成分导热性填充材料是用来赋予散热部件导热性、平均粒径为0.1~5.0μm的导热性填充材料,并且,大于最大粒径15μm的颗粒在整个(B)成分中所占的比例必须在1质量%或质量%以下。当平均粒径小于0.1μm时,所得到的组合物粘度过高,缺乏伸展性,难以成型为片或膜等。另一方面,当平均粒径大于5.0μm时,片或膜的表面变得粗糙,进而使电子部件和散热部件的空隙加大,有不能充分发挥散热性能的危险。因此,其平均粒径必须在0.1~5.0μm的范围内,特别优选在1.0~3.5μm的范围。
另外,当大于最大粒径15μm的颗粒物在全部导热性填充材料中所占的比例高于1质量%时,电子部件和散热部件的空隙有加大的危险,有时不能充分发挥散热性能,所以,优选0.5质量%或0.5质量%以下,更优选0.1质量%或0.1质量%以下。
(B)成分的导热性填充材料,只要导热率良好,熔点超过250℃即可,而未作特别限定,例如,可以举出铝粉、氧化锌粉、氧化铝粉、氮化硼粉、氮化铝粉、氮化硅粉、铜粉、银粉、金刚石粉、镍粉、锌粉、不锈钢粉、炭粉等,但不限于这些。这些粉末既可以是球状也可以是不定形状,既可单独使用也可2种或2种以上混合使用。在2种或2种以上混合使用时,可以提高散热性能、片材加工性和作业性等。
相对(A)成分聚硅氧烷树脂100质量份,(B)成分的配合量达到500~2000质量份,特别优选达到600~1500质量份。当低于500质量份时,所得到的组合物缺乏导热性,而当高于2000质量份时,加工性、伸展性变差。
(其他添加剂)
在本组合物中,作为提高(B)成分导热性填充材料和(A)成分的热塑性聚硅氧烷树脂的润湿性的成分,采用通式(1)表示的烷氧基硅烷更有效:
R2 aR3 bSi(OR4)4-a-b (1)
在通式(1)中,R2表示碳原子数为6~15的烷基,具体例子可以举出己基、辛基、壬基、癸基、十二烷基、十四烷基等。当碳原子数小于6时,与导热性填充材料的润湿性不足,而当大于15时,在常温下固化,因此处理不方便,并且组合物的耐热性及阻燃性下降。a为1、2或3,特别优选1。另外,R3是碳原子数为1~8的饱和或不饱和一价烃基,具体例子可以举出甲基、乙基、丙基、己基、辛基等烷基;环戊基、环己基等环烷基;乙烯基、烯丙基等烯基;苯基、甲苯基等芳基;2-苯基乙基、2-甲基-2-苯基乙基等芳烷基;3,3,3-三氟丙基、2-(九氟丁基)乙基、2-(十七氟辛基)乙基、对-氯苯基等卤代烃基,特别优选甲基、乙基。R4表示碳原子数为1~6的烷基,可以举出甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基等,特别优选甲基、乙基。
作为用上述通式表示的烷氧基硅烷的具体例子,可以举出下列物质:
[化1]
C6H13Si(OCH3)3
[化2]
C10H21Si(OCH3)3
[化3]
C12H25Si(OCH3)3
[化4]
C12H25Si(OC2H5)3
[化5]
C10H21Si(CH3)(OCH3)2
[化6]
C10H21Si(C6H5)(OCH3)2
[化7]
C10H21Si(CH3)(OC2H5)2
[化8]
C10H21Si(CH=CH2)(OCH3)2
[化9]
C10H21Si(CH2CH2CF3)(OCH3)2
相对热塑性聚硅氧烷100质量份,其添加量在0.01~20质量份范围内,更优选在0.1~10质量份范围内。当该有机硅烷的添加量低于0.1质量份时,导热性填充材料的润湿性变差,作业性降低,而当高于20质量份时,效果未增大,成本上不利。
在本发明的散热部件中,作为任意成分,还可以在不损害本发明目的范围内使用通常在合成橡胶中使用的添加剂或填充材料等。
具体的是,也可以添加作为脱模剂的硅油、氟改性聚硅氧烷表面活性剂,作为着色剂的炭黑、二氧化钛、氧化铁红等,作为阻燃性赋予剂的铂催化剂、氧化铁、氧化钛、氧化铈等金属氧化物或金属氢氧化物,作为加工性提高剂的加工油、反应性钛酸盐(酯)催化剂、反应性氧化铝催化剂等。
另外,作为导热性填充材料在高温下的沉降防止剂,还可以任意添加沉降性或热解二氧化硅等细粉、触变性提高材料等。
(散热部件的导热率及熔融粘度)
本发明散热部件的导热率优选0.5W/m·K或0.5W/m·K以上。导热率低于0.5W/m·K时,电子部件和散热部件等的导热性降低,可能不能发挥充分的散热性能。
另外,本发明的散热部件,其对电子部件和散热部件的填充性,最好80℃时的粘度在1×102~1×105Pa·s的范围,优选5×102~5×104Pa·s。当粘度低于1×102Pa·s时,有从电子部件和散热片等散热部件间流出的危险,当高于1×105Pa·s时,不能减小电子部件和散热部件之间的间隙,可能不能充分发挥散热性能。
(制造方法)
本发明散热部件中所用的热软化性导热性组合物可以通过把上述各种成分用捏合机(ドウミキサ一)(捏和机)、门式混合机(ゲ一トミキサ一)、行星式混合机等橡胶混炼机进行混炼容易地制造。
其次,本发明的散热部件是把热软化性导热性组合物成型为片状后使用。在这里,所谓片状包括膜状、带状。作为成型为片状的方法,可以通过把上述混炼后的组合物加以挤出成型、压延(カレンダ一)成型、辊筒成型、压制成型、溶于溶剂后涂布等进行成型。还有,该片的厚度为1~200μm,优选10~100μm,特别优选20~80μm。在低于1μm时,处理性变差,当高于200μm时,散热性能变差。
另外,优选在剥离膜上或2片剥离膜之间成型为片状,通过加工成图1那样的形态后使用可以提高处理作业性。即,在连续带状的剥离力稍轻的隔离膜1和切成一定形状大小的剥离力稍大的隔离膜2之间,把本发明的热软化性导热性部件3切成与隔离膜2同样的形状连续配置。作为使用方法,通过把隔离膜2上粘贴的拉带4拉起,热软化性导热性部件从隔离膜1剥离,移至隔离膜2一侧,把热软化性导热性部件的该面粘贴在发热性电子部件或散热部件上后,拉起拉带4,剥离隔离膜2,由此可以容易地在规定的地方设置热软化性导热性部件。
实施例
实施例1~5及比较例1~5
下面通过实施例更详细地说明本发明,但本发明不受它们的限制。
首先,准备形成本发明组合物的下列各种成分:
(A)热塑性聚硅氧烷树脂
A-1:D25TФ 55Dvi 20(分子量3300,软化点:40~50℃)
(B)导热性填充材料
B-1:平均粒径为1.5μm(最大粒径超过15μm的颗粒含量为0.01%)的铝粉;
B-2:平均粒径为2.0μm(最大粒径超过15μm的颗粒含量为0.01%)的铝粉;
B-3:平均粒径为1.0μm(最大粒径超过15μm的颗粒含量为0%)的氧化锌粉;
B-4:平均粒径为3.0μm(最大粒径超过15μm的颗粒含量为0.01%)的铜粉;
B-5:平均粒径为7.4μm(最大粒径超过15μm的颗粒含量为0.5%)的铝粉;
B-6:平均粒径为1.5μm(最大粒径超过15μm的颗粒含量为2.0%)的铝粉;
B-7:平均粒径为3.0μm(最大粒径超过15μm的颗粒含量为2.0%)的铜粉。
(C)硅油:25℃时的粘度为0.4Pa·s的含苯基硅油KF-54(商品名,信越化学工业株式会社制)
(散热部件的制作方法)
把(A)成分的热塑性聚硅氧烷树脂和(C)成分以及甲苯20质量份按表1进行配合,投入行星式混合机,于室温搅拌混合20分钟制成均匀溶液。然后,按表1的配比投入(B)成分,于室温搅拌混合1小时。把得到的组合物溶液进一步用甲苯250质量份稀释后,用コンマ涂布机在涂布了剥离力稍大的脱模剂的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)制成的隔离膜2上进行涂布。然后,通过温度为80℃的干燥炉5分钟,挥发除去甲苯后,把其上涂布了剥离力稍轻的脱模剂的PET制隔离膜1用温度90℃的热辊压粘。加工后的热软化性导热性部件厚度为60μm(其中实施例2为40μm)。
把采用上述工序得到的两面夹在剥离力稍轻的隔离膜1和剥离力稍重的隔离膜2之间的热软化性导热性部件3,以宽25mm进行切膜(スリツト)加工成带状后,在剥离力稍重的隔离膜2上粘贴拉带4,同时在长度25mm的位置切割拉带、隔离膜2和热软化性导热性部件,剥离力稍轻的隔离膜1以带状原样残留,制成图1的产品形态。
评价方法
(1)厚度、热阻及导热率
用2块标准铝板夹住上述散热部件,施加约0.14MPa的压力,同时于25℃加热120分钟或于125℃加热10分钟。然后,分别测定每2块铝板的厚度,扣除厚度已知的标准铝板厚度,测定实际的薄片厚度。测定厚度时,采用测微计(株式会社ミツトョ制,型号:M820-25VA)。另外,热软化性导热部件的热阻及导热率用微型闪光测定机(マイクロフラツシエ)(ネツチゲレイラバウ社制造)进行测定。
(2)粘度
采用动态粘弹性测定装置RDA3(ライ一エイインスツルメント社制,商品名)测定80℃时的粘度。
(3)处理性
以图1的产品形态,通过手工作业评价对散热片的安装性。
◎:非常好
○:良好
△:稍好
×:不好
上述评价结果示于表1。
表1
比较例
用表2中的各种成分代替表1中的各种成分,与实施例1~5完全同样操作,制得组合物。对所得到的组合物与实施例1~5同样,进行各项目的测定,结果示于表2。
表2
发明效果
本发明的热软化性导热性部件导热性良好,与发热性电子部件及散热部件的密合性良好,通过将其插在两者之间,可使发热性电子部件产生的热量高效地传至散热部件,大幅改善发热性电子部件及采用该电子部件的电器的寿命。
Claims (7)
1. 一种散热部件,其特征在于,在室温状态为非流动性的,而在40℃-150℃的温度范围内为低粘度化、软化或熔融的散热部件,其配置在工作时达到比室温高的温度的发热性电子部件和散热部件之间,该散热部件是把包含下述A和B的热软化性导热性组合物成型为片状而制成的:
A热塑性聚硅氧烷树脂100质量份;
B平均粒径为0.1~5.0μm、且最大粒径超过15μm的颗粒物含量为1质量%或1质量%以下的导热性填充材料500~2000质量份。
2. 权利要求1所述的散热部件,其特征在于,A成分的热塑性聚硅氧烷树脂包含R1SiO3/2单元和R1 2SiO2/2单元,式中R1是碳原子数为1~10的未取代或取代的一价烃。
3. 权利要求1所述的散热部件,其特征在于,在包含A成分和B成分的热软化性导热性组合物中,进一步添加25℃时的粘度为0.1~100Pa·s的硅油和/或聚硅氧烷生橡胶。
4. 权利要求2所述的散热部件,其特征在于,在包含A成分和B成分的热软化性导热性组合物中,进一步添加25℃时的粘度为0.1~100Pa·s的硅油和/或聚硅氧烷生橡胶。
5. 权利要求1~4中任意一项所述的散热部件,其特征在于,导热率为0.5W/mK或0.5W/mK以上,80℃时的粘度在1×102~1×105Pa·s范围内。
6. 权利要求1~4中任意一项所述的散热部件,其特征在于,在将上述成型为片状的散热部件中,其厚度为20~80μm。
7. 权利要求5所述的散热部件,其特征在于,在将上述成型为片状的散热部件中,其厚度为20~80μm。
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