CN101309576A - 导热片及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种导热片，包括导热聚合物层、设在该导热聚合物层的外表面上的粘合层，和设在该粘合层上的作为功能层的热扩散层。所述导热聚合物层由包含聚合物基体和导热填充剂的导热聚合物组合物形成。所述导热聚合物层的静摩擦系数为等于或小于1.0。所述粘合层的外形小于导热聚合物层的外形。

Description

导热片及其制造方法
技术领域
本发明涉及用于散发由作为发热体的半导体器件和各种电子元件产生的热量的导热片，及其制造方法。
背景技术
装在常用电子设备的电路板中的发热体与散热体之间插有导热片、导热油脂、导热粘合剂、具有导热性的相变构件等，以散发发热体产生的热量。所述发热体的具体例子包括半导体器件和电子元件。散热体的具体例子包括散热片(heat sink)和冷却风扇。近年来，由于电子设备的功能和性能的提高，电子元件的功耗和发热量增加。而且，由于电子设备的尺寸和厚度减小，电子设备外壳内用于布置如电路板等部件的内部空间变得越来越小。当热量积累在电子元件中，例如电子元件中的处理性能下降，这使得电子元件易于损坏，并且较高的温度对电子设备使用者而言是不合意的。因此，需要避免热量在发热体例如在电子元件等内积累，发热体的冷却已成为重要目标。所以，要求导热片等有优良的导热性。
还有，例如采用由石墨和金属材料形成的热扩散片，以在外壳内部的有限空间内有效地扩散由发热体产生的热量。特别地，必须避免尺寸和厚度较小发热强度较高的移动设备的局部热积累。因此，需要具有优良的热扩散性的热扩散片。在热扩散片与发热体直接接触的情况，热扩散片不会紧贴发热体的轮廓形状，因为形成热扩散片的石墨和金属材料是高度刚性的。因此，热扩散片不能充分地与发热体紧密接触，并因此无法获得良好的热扩散。
日本专利申请公开2003-168882、2005-57088和2004-243650揭示了导热片，其为在由例如石墨形成的热扩散层的至少一侧上层积挠性聚合物层，以得到良好的热扩散性。除了上述热扩散性外，根据它们的用途，导热片还需要有各种功能。然而，在上述公报中描述的导热片不能符合这些要求。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种更适用于要求从发热体散热的用途的导热片。本发明还涉及一种制造该导热片的方法。
为达到上述目的并根据本发明的第一方面，提供一种导热片。所述导热片包括由导热聚合物组合物形成的导热聚合物层、设置在所述导热聚合物层外表面上的粘合层、和设置在所述粘合层上的功能层。所述导热聚合物组合物包含聚合物基体和导热填充剂。所述导热聚合物层的静摩擦系数等于或小于1.0。所述粘合层和导热聚合物层各自具有外形，且所述粘合层的外形小于所述导热聚合物层的外形。
根据本发明的第二方面，提供了一种制造导热片的方法。该方法包括：以包含聚合物基体和导热填充剂的导热聚合物组合物形成导热聚合物层，该导热聚合物层的静摩擦系数等于或小于1.0，且该导热聚合物层包括外形；在所述导热聚合物层的外表面上形成粘合层，该粘合层的外形小于所述导热聚合物层的外形；以及在所述粘合层上形成功能层。
附图说明
通过参考下述对当前优选实施方式及附图的说明，可以最好地理解本发明及其目的和优点。附图中：
附图1A是示意平面图，示出了根据本发明的导热片的第一实施方式；
附图1B是沿图1A中1B-1B线的示意剖视图；
附图1C是示出了聚合物层的放大示意剖视图；
图2是示意剖视图，示出了制造导热片的步骤；
图3A是示意剖视图，示出了导热片贴附于发热体；
图3B是放大的示意剖视图，示出了导热聚合物层和散热体；
图3C是放大的示意剖视图，示出了导热聚合物层和热扩散层；
图4A是示意剖视图，示出了根据第二实施方式的导热片；
图4B是沿图4A的4B-4B线的示意剖视图；
图4C是放大的示意剖视图，示出了聚合物层；
图5是示意剖视图，示出了导热片贴附于发热体；
图6A是示意剖视图，示出了根据第三实施方式的导热片；
图6B是沿图6A的线6B-6B的示意剖视图；
图6C是放大示意剖视图，示出了聚合物层；
图7A是示意平面图，示出了根据第四实施方式的导热片；
图7B是沿图7A的7B-7B线的示意剖视图；
图8A为示意平面图，示出了所述导热片的另一例子；
图8B为沿图8A的8B-8B线的示意剖视图；
图9A～图9J为示意平面图，示出了根据本发明实施例的粘合层和它的其它实例；
图10为示出了测量聚合物层中的热阻值的方法的示意图；
图11为示出了测量聚合物层中静摩擦系数值的方法的示意图；
图12为示出了测量聚合物层的粘性的方法的示意图；
图13A为照片，示出了根据实施例1-a的测试片中的温度分布；以及
图13B为照片，示出了根据对照例1-a的测试片中的温度分布。
具体实施方式
(第一实施方式)
参考附图描述根据本发明第一实施方式的导热片。如图1A至图1C所示，根据本实施方式的导热片11包括：由导热聚合物组合物形成的导热聚合物层12、形成在导热聚合物层12的外表面12a上的粘合层13、和形成在粘合层13上的作为功能层的热扩散层14。这些层从底部开始的次序为：热扩散层14、粘合层13、导热聚合物层12。在下面的描述中，导热片11简称片11，导热聚合物组合物简称组合物，且导热聚合物层12简称聚合物层12。例如在使用时，片11插在发热体和散热体之间，从而使热量从热的发热体散出，发热体被冷却。
片11具有冷却功能且易于操作。该冷却功能是热的发热体的易冷却程度的指标，且基于聚合物层12的导热性和热扩散层14的热扩散性。就是说，所述冷却功能基于聚合物层2的导热性、聚合物层12的热阻值、发热体或散热体与聚合物层12之间的附着性、还有热扩散层14与聚合物层12之间的附着性、以及热扩散层14的热扩散性。聚合物层12的导热性越高，聚合物层12的热阻值越小，发热体或散热体与聚合物层12之间的附着性以及热扩散层14与聚合物层12之间的附着性越强，并且热扩散层14的热扩散性越好，则片11的冷却功能越好。
易操作程度是，当运送片11时的易操作程度的指标，其主要依赖于聚合物层12的粘性。聚合物层12的粘性越小，片11在被运载时越容易操作，从而易操作程度较高。
组合物包含聚合物基体和导热填充剂。聚合物基体将导热填充剂保持在聚合物层12内。聚合物基体根据聚合物层12所需性能，例如机械强度、硬度、耐用性、耐热性、和电特性，进行选择。聚合物基体的具体例子包括硅酮树脂。
导热填充剂提高聚合物层12的导热性，使得片11的冷却功能提高。导热填充剂的形式的具体例子包括纤维、颗粒和片状。优选地，导热填充剂的至少部分是纤维状。下面，对纤维状的导热填充剂，即，含有纤维状填充剂的片11进行说明。纤维状填充剂的具体例子包括碳纤维和聚(p-亚苯基苯并二恶唑)前体碳纤维(PBO碳纤维)。其形状不是纤维状的导热填充剂，即非纤维状填充剂的材料的具体例子包括氧化铝和氢氧化铝。
优选地，组合物中导热填充剂的含量为等于或小于90质量％。在导热填充剂含量超过90质量％的情况下，聚合物层12变脆，因为聚合物层12的挠性较低，且同时，聚合物层12有可能不会紧贴于发热体和散热体的轮廓形状。除上述组分外，组合物可包含用于调节例如聚合物层12的硬度的增塑剂，和用于提高耐用性的稳定剂。
聚合物层12呈四边形并加速从发热体到散热体的热传导，从而使热的发热体被冷却。聚合物层12具有聚合物基体15和导热填充剂16。根据本实施例的导热填充剂16具有纤维状的状填充剂，即纤维状填充剂16a，以及具有颗粒状的导热填充剂16，即颗粒状填充剂16b。纤维状填充剂16a的朝向是一个方向。例如，在图1B和图1C所示的聚合物层12中，纤维状填充剂16a的朝向是聚合物层12的厚度方向。因此，聚合物层12在其厚度方向上的热导率值等于，将宽度方向上的热导率值乘以二至数百得到的值。纤维状填充剂16a的端部在聚合物层12的宽度方向延伸，并在一对刮削外表面12a上暴露。
聚合物层12的粘性很小，因此，聚合物层12的粘性可用聚合物层12的静摩擦系数表示。也就是说，在聚合物层12的静摩擦系数较低的情况下，聚合物层12的粘性较低，而在聚合物层12的静摩擦系数较高的情况下，聚合物层12的粘性较高。聚合物层12的静摩擦系数等于或小于1.0，优选地，等于或小于0.3。在聚合物层12的静摩擦系数超过1.0的情况下，由于聚合物层12过高的粘性，难以将片11附着于例如发热体。聚合物层12的静摩擦系数的下限没有特别的限制，聚合物层12的静摩擦系数越小，就越容易将片11附着于例如发热体。在聚合物层12的静摩擦系数等于或小于1.0的情况下，在用手指触碰聚合物层12的外表面12a时聚合物层12不沾粘，因此，该聚合物层12不会通过其自身的粘性附着于热扩散层14。
优选地，聚合物层12的厚度为0.03mm～0.5mm。在聚合物层12的厚度小于0.03mm的情况下，聚合物层12的制造变得困难。在聚合物层12的厚度超过0.5mm的情况下，热量从发热体传导至散热体花费时间，并且片11的冷却功能有可能会变差。厚度等于或小于0.5mm的聚合物层12，因其材料，容易挠曲。
根据日本工业标准JIS K 6253(国际工业标准ISO 7619-1)测量的聚合物层12的硬度为，例如，5～80。在聚合物层12的硬度小于5的情况下，聚合物层12过于柔软，因此，对片11易操作程度变差。从而，难以操作片11。在聚合物层12的硬度超过80的情况下，聚合物层12和发热体或散热体之间的附着性降低，片11的冷却功能可能会变差。
粘合层13的外形小于聚合物层12的外形，且呈多点状分布在聚合物层12的整个外表面12a上。粘合层13将聚合物层12和热扩散层14保持在一起。
粘合层13的材料的具体例子包括丙烯酰基、硅酮基、氨基甲酸酯基、乙烯基和合成橡胶基胶粘剂和粘合剂。粘合层13通过将形成粘合层13的材料施用于聚合物层12而形成。此外，粘合层13可以由聚合物膜上施加了上述粘合剂的胶带形成，它们具有相同的效果。此外，聚合物层12易于附着至热扩散层14，因此，优选地，粘合层13的材料具有挠性。
在聚合物层12的附着有粘合层13的外表面12a上，粘合层13所占面积，与该整个外表面12a的比值优选为等于或小于30％。与聚合物层12的导热性和热扩散层14的热扩散性相比，粘合层13的导热性和粘合层13的热扩散性较差。因此，当粘合层13所占面积的比值超过30％时，片11的冷却功能会过度下降。
优选地，粘合层13的厚度为等于或小于50μm。在粘合层13的厚度超过50μm的情况下，由于粘合层13的厚度，聚合物层12的外表面和粘合层13的表面之间的差距变大。因此，例如，聚合物层12和热扩散层14之间的附着性可能会降低，且当片11例如附着于发热体时片11的接触热阻值会变高。如上所述，与聚合物层12的导热性相比，粘合层13的导热性较差。因此，粘合层13的厚度的下限没有特别的限定，粘合层13越薄，聚合物层12和热扩散层14之间的附着性越高，在片11的热传导方向上粘合层13的比值越低。从而，片11的接触热阻值越低。
热扩散层14呈四边形，允许热量从热的发热体扩散，并因此，防止热量在发热体内或发热体附近积累，从而提高片11的冷却功能。热扩散层14由例如石墨片或金属片形成。用于所述金属片的材料的具体例子包括铜和铝。由于金属的性质，热扩散层14使得热量在与其表面平行的方向扩散，并将扩散热从热扩散层14的周边和表面向外释放。因此，优选地，热扩散层14由石墨片形成。与厚度方向的导热性相比，石墨片通常在和表面平行的方向具有高的导热性。具体地，石墨片在与表面平行方向的导热率为100W/m·K～800W/m·K。所述石墨片使热量以这样的方式扩散，即在与表面平行方向上的传递比在厚度方向上更快。
如图1A和图1B所示，热扩散层14的大于聚合物层12的外形，热扩散层14的周边部14a是暴露的。优选地，热扩散层14的厚度为10μm～150μm。在热扩散层14的厚度小于10μm的情况下，热扩散层14较脆，易损坏，且热扩散层14的热容过小，因此片11的冷却功能可能得不到充分改善。在热扩散层14的厚度超过150μm的情况下，由于热扩散层14过厚，从发热体到散热体的热传导效率可能会下降。
片11的制造包括以下步骤：制备组合物的制备步骤，定向纤维状填充剂16a的定向步骤，形成聚合物层12的形成步骤，使纤维状填充剂16a暴露的暴露步骤，和将粘合层13和热扩散层14依次层积在聚合物层12上的层积步骤。
在制备步骤中，混合上面提及的合适的组分，从而制备组合物。在定向步骤中，将组合物填至例如模具，然后，使纤维状填充剂16a定向。可以采用通过磁场生成装置在组合物中施加磁场的方法，和通过振动装置在组合物中施加振动的方法，作为定向纤维状填充剂16a的方法。最好采用同时向组合物施加磁场和振动的方法，因为这使纤维状填充剂16a易于定向。此时，通过组合物将磁场和振动施加于纤维状填充剂16a。
在形成步骤中，在维持纤维状填充剂16a的朝向的情况下，聚合物基体15在模具内硬化或固化，形成了预设形状的聚合物层12。如图2所示，形成步骤之后，聚合物层12中的纤维状填充剂16a没有从聚合物层12的外表面12a暴露。在暴露步骤中，将例如格网状刀片压至聚合物层12的外表面12a，然后，在外表面12a上滑行，从而将聚合物基体15从外表面12a除去，这样，纤维状填充剂16a从外表面12a暴露。在层积步骤中，将形成粘合层13的材料用公知的方法施用于聚合物层12的外表面12a的预定位置，从而，粘合层13以多点形式层积在聚合物层12的外表面12a上。接着，将热扩散层14层积在粘合层13上。
当将片11附着于发热体和散热体时，如图3A所示，例如，片11被放置于设在基材21上的发热体22(例如电子器件)的顶部。此时，热扩散层14面向发热体22。发热体22的底部覆盖有电绝缘层23，连接发热体22和基材21上的电路(未示出)的端子24设置在基材21和电绝缘层23之间。随后，将散热体25放置在片11的顶部，然后，从散热体25向发热体22施加载荷以使片11与发热体22和散热体25接触，从而，片11被夹在发热体22和散热体25之间。此时，如图3B和图3C所示，从聚合物层12的外表面暴露的纤维状填充剂16a的端部，因上述载荷，被压进聚合物层12。此外，聚合物基体15，因上述载荷，从纤维状填充剂16a之间渗出。因此，上述暴露的纤维状填充剂16a相对浸入聚合物层12内的聚合物基体15中，从而使聚合物层12的粘性提高。此外，聚合物层12与热扩散层14和散热层25紧密接触，而不会在热扩散层14和散热体25之间形成间隙。施加于散热体25的载荷为，例如，4.9N。
上述实施方式具有下述优点。
根据本实施方式的片11包括聚合物层12和通过粘合剂层13层积在聚合物层12顶部的热扩散层14。因此，片11允许热量从发热体22通过热扩散层14扩散，并加速从发热体22通过聚合物层12到散热体25的热传导，从而，可获得良好的冷却功能。
聚合物层12的静摩擦系数设为等于或小于1.0，且利用粘合层13，聚合物层12和热扩散层14形成在一起。因此，聚合物层12的粘性降低，使得片11的易操作程度提高，而热扩散层14可确保被贴附到的低粘性的聚合物层12。
粘合层13的外形小于聚合物层12的外形，且根据本实施方式的粘合层13呈多点形式分布在聚合物层12的整个外表面12a上。因此，与在聚合物层12的整个外表面12a上形成有粘合层13的情况相比，由于这样的粘合层13，防止了片11的冷却功能的降低。此外，在聚合物层12的设有粘合层13的外表面上，粘合层13所占面积与外表面12a的总面积的比值可设为等于或小于30％，从而，由于该粘合层13，能确保防止片11的冷却功能降低。
在仅聚合物层12的部分周边部形成有粘合层13的情况下，例如，又薄又软的聚合物层12可能朝热扩散层14弯曲，或未形成有粘合层的部分可能朝外弯曲。这样，难以将片贴附到例如发热体22。相反，根据本实施方式，粘合层13均匀地形成于整个聚合物层12，因此，可防止又薄又软的聚合物层12弯曲。
当粘合层13的厚度设为等于或小于50μm，可降低片11的接触热阻值，从而提高片11的冷却功能。
热扩散层14的周边部14a是暴露的。因此，热量容易从周边部14a扩散。
热扩散层14的厚度设为10μm～150μm，因此，可充分提高片11的冷却功能。
(第二实施方式)
下面，参考附图描述根据本发明第二实施方式的片11。在第二实施方式中，相同的标记对应的部件与第一实施方式中的相同，省略了对它们的说明，还省略了对与第一实施方式中相同的操作效果的说明。
如图4A～图4C所示，根据本实施方式的片11包括聚合物层12、粘合层13和导电层17，该导电层是形成在粘合层13顶部的功能层。从底部开始，这些层的次序如下：导电层17、粘合层13、聚合物层12。例如，在使用时，片11被插在发热体和散热体之间，并加速热量从发热体向散热体传导。
片11具有高热导率和高导电率，且易于操作。热导率是从发热体22到散热体25的热传导的容易程度的指标，主要依赖于聚合物层12的热导率和热阻率，以及散热体25与聚合物层12之间的附着性，以及导电层17与聚合物层12之间的附着性。聚合物层12的热导率越高，热阻越小，散热体25与聚合物层12之间的附着性越高，以及导电层17与聚合物层12之间的附着性越高，则片11的热导率越高。导电率是电流从发热体22流到具有高导电率的散热体25的容易程度的指标，其主要依赖于导电层17的材料。易操作程度是当运送片11时的易操作程度的指标，主要依赖于聚合物层12的粘性。聚合物层12的粘性越小，片11运送时越容易操作。
导电层17使电流从发热体22流到具有高导电率的散热体25，从而，防止发热体22充电引起的静电放电(ESD)。导电层17由具有高导电率的薄片例如金属制成的薄片和导电性树脂薄片形成，或由导电薄片形成。金属制成的薄片的材料的具体例子包括铜和铝。导电性树脂薄片具有，例如，热塑性树脂或热固性树脂和分散其中的导电性颗粒。导电薄片通过以例如金属层涂敷热塑性树脂薄片形成。
如图4A和图4B所示，导电层17的外形呈四边形，并且大于聚合物层12的外形，且导电层17的周边部17a是暴露的。优选地，导电层17的厚度为等于或小于20μm，更优选地，为2μm～14μm。在导电层17的厚度超过20μm的情况下，由于导电层17的厚度过大，从发热体22到散热体25的热传导效率可能会降低。在所述导电层的厚度小于2μm的情况下，导电层17的强度较低，因此，片11在使用时(被压缩时)导电层17可能会破裂。
片11通过制备包括以下步骤：组合物的制备步骤、定向纤维状填充剂16a的定向步骤、形成聚合物层12的形成步骤、暴露纤维状填充剂16a的暴露步骤以及在聚合物层12上依次层积粘合层13和导电层17的层积步骤。在层积步骤中，在将粘合层13层积在聚合物层12的外表面12a上之后，将导电层17层积在粘合层13上。
如图5所示，例如，当将片11贴附于发热体22和散热体25时，片11被装在设置在基材21上发热体22上(例如电子器件)。这样，导电层17面向发热体22。随后，具有高导电率的散热体25被装在片11上，然后，从散热体25向发热体22施加载荷，使得片11与发热体22和散热体25接触，从而片11被夹在发热体22和散热体25之间。此外，导电层17的周边部17a与散热体25接触。
上述实施方式具有下述优点。
根据本实施方式的片11包括聚合物12和导电层17，所述导电层17通过粘合层13层积在聚合物层12的顶部。因此，片11加速从发热体22通过聚合物层12到散热体25的热传导，从而，可获得优良的导热性，且导电层17可防止发热体22因ESD引起的问题。
导电层17的厚度设为等于或小于20μm，因此，可防止片11的导热性因其导热性低于聚合物层12的导电层17而降低。
导电层17的周边部17a是暴露的。因此，当片11被贴附于发热体22和散热体25时，导电层17易于和散热体25接触。
(第三实施方式)
下面，参考附图对根据本发明的第三实施方式进行描述。在第三实施方式中，相同的标记对应与第一实施方式中相同的部件，并省略了对它们的说明，还省略了对与第一实施方式中相同的操作效果的说明。
如图6A～图6C所示，根据本实施方式的片11包括聚合物层12、粘合层13、和电绝缘膜18，该电绝缘膜是形成在粘合层13上的功能层。这些层的从底部开始的次序如下：电绝缘层18、粘合层13、聚合物层12。例如，在使用时片11插在发热体22和散热体25之间，加速从发热体22到散热体25的热传导。
片11具有高导热性和高的电绝缘性，且易于操作。导热性是从发热体22到散热体25的热传导容易程度的指标，其主要依赖于聚合物层12的导热性和热阻、以及散热体25与聚合物层12之间的附着性、以及电绝缘层18与聚合物层12之间的附着性。聚合物层12的导热性越高、热阻值越低，且散热体25与聚合物层12之间的附着性越高、以及电绝缘层18与聚合物层12之间的附着性越高，则片11的导热性越优良。电绝缘性是从发热体流出的电流被阻断的容易程度的指标，其主要依赖于电绝缘层18的材料。易操作程度是指当运送片11时的易操作程度，其主要依赖于聚合物层12的粘性。聚合物层12的粘性越低，片11在运送时越容易操作，这样，片11易于操作。
例如，电绝缘层18位于发热体22和聚合物层12之间，并且在片11被贴附于发热体22时，阻断电流从发热体22流到聚合物层12。电绝缘层18的材料的具体例子包括热塑性树脂、热固性树脂和它们的混合物。热塑性树脂的具体例子包括聚乙烯基树脂、聚丙烯基树脂、聚丙烯酸基树脂、聚苯乙烯基树脂、聚酯基树脂和聚氨酯基树脂。热固性树脂的具体例子包括硅酮基树脂、苯酚基树脂、环氧树脂基树脂、三聚氰胺树脂和聚氨酯基树脂。
电绝缘层18的外形尺寸和聚合物层12的外形相同。优选地，该电绝缘层的厚度为等于或小于12μm，更优选地，为2μm～12μm。在电绝缘层18的厚度超过12μm的情况下，由于电绝缘层18的厚度过大，从发热体22到散热体25的热传导效率可能会降低。在电绝缘层18的厚度小于2μm的情况下，电绝缘层18的强度低，片11在使用时(被压缩时)，电绝缘层18可能会被损坏。
片11通过下述步骤制造：制备组合物的制备步骤、使纤维状填充剂16a定向于一个方向的定向步骤、形成聚合物层12的形成步骤、暴露纤维状填充剂16a的暴露步骤和在聚合物层12上依次层积粘合层13和电绝缘层18的层积步骤。在层积步骤中，将粘合层13层积在聚合物层12的外表面12a上，然后，将电绝缘层18层积在粘合层13的顶上。
例如，当将片11贴附于发热体22和散热体25时，片11被放置于设置在基材21上的发热体22(例如电子器件)的顶部。这样，电绝缘层18面向发热体22。随后，将散热体25装在片11上，然后，从散热体25向发热体22施加负载，使得片11与发热体22和散热体25接触，片11被夹在发热体22和散热体25之间。
上述实施方式的优点如下。
根据本实施方式的片11包括聚合物层12和通过粘合层13层积在聚合物层12顶部的电绝缘层18。因此，片11加速从发热体22通过聚合物层12到散热体25的热传导，从而能提高良好的导热性。
在聚合物层12包含具有导电性的导热填充剂16的情况下，当贴附于发热体22的片11没有电绝缘层18时，电流可能从发热体22流向聚合物层12中的导热填充剂16，取决于导热填充剂16的含量，可能会引起短路。相反，根据本实施方式，电绝缘层18阻断电流从发热体22流向聚合物层12，从而可防止发热体22短路。
电绝缘层18的厚度设为等于或小于12μm，因此，可防止片11的导热性因导热性比聚合物层12低的电绝缘层18而降低。
(第四实施方式)
下面，参考附图描述根据本发明第四实施方式的片11。在第四实施方式中，相同的标记对应的部件与第一和第二实施方式中的相同，省略了对它们的说明，还省略了对与第一和第二实施方式中相同的操作效果的说明。
如图7A和图7B所示，根据本实施方式的片11包括聚合物层12、粘合层13和形成在粘合层13顶部的功能层19。根据本实施方式的功能层19由两个层形成，即，形成在粘合层13上的热扩散层14和形成在热扩散层14上的导电层17。从底部开始，这些层的次序如下：导电层17、热扩散层14、粘合层13、聚合物层12。例如，在使用时，片11被插在发热体和散热体之间，并加速从发热体22向散热体25的热传导。
片11具有冷却功能和导电性，且易于操作。冷却功能是发热体22被冷却的容易程度的指标，主要依赖于聚合物层12的热导率和热扩散层14的热扩散性。即，所述冷却功能依赖于聚合物层12的导热性、聚合物层12的热阻值、以及散热体25与聚合物层12之间的附着性、热扩散层14与聚合物层12之间的附着性、和热扩散层14的热扩散性。聚合物层12的热导率越高，热阻越小，散热体25与聚合物层12之间的附着性以及热扩散层14与聚合物层12之间的附着性越高，并且热扩散层14的热扩散性越好，则片11的冷却功能越优良。
导电性是电流从发热体22流到具有高导电性的散热体25的容易程度的指标，其主要依赖于导电层17的材料。易操作程度是当片11被运送时易操作程度的指标，主要依赖于聚合物层12的粘性。聚合物层12的粘性越小，片11运送时越容易操作，片11的可操作性越高。根据本实施方式的导电层17形成为带状，导电层17的两个端部从热扩散层14露出。
片11的制造包括以下步骤：组合物的制备步骤、使纤维状填充剂16a定向于一个方向的定向步骤、形成聚合物层12的形成步骤、暴露纤维状填充剂16a的暴露步骤以及在聚合物层12上依次层积粘合层13、热扩散层14和导电层17的层积步骤。在层积步骤中，粘合层13被层积在聚合物层12的外表面12a上，然后，将热扩散层14和导电层17依次层积在粘合层13上。
例如，当将片11贴附于发热体22和散热体25时，片11被装在设置在基材21上的发热体22上(例如电子器件)。这样，导电层17面向发热体22。随后，具有导电性的散热体25被装在片11上，然后，从散热体25向发热体22施加载荷，使得片11与发热体22和散热体25紧密接触，从而，片11被夹在发热体22和散热体25之间。此外，导电层17的两个端部与散热体25接触。
上述实施方式具有下述优点。
根据本实施方式的片11包括聚合物12、通过粘合层13层积在聚合物层12上的热扩散层14、和导电层17。因此，片11使得热量从发热体22通过热扩散层14扩散，并加速从发热体22通过聚合物层12到散热体25的热传导，从而，可获得优良的冷却功能。此外，片11使得导电层17可防止发热体22因ESD引起的问题。
导电层17的两个端部是暴露的。因此，在片11被贴附至发热体22和散热体25时，导电层17容易与散热体25接触。
本领域的技术人员应清楚，可以许多其它特定的方式来实施本发明而不脱离本发明的精神或范围。特别地，应理解本发明可以下述方式实施。
在各实施方式中，聚合物层12、热扩散层14、导电层17和电绝缘层18的形状不作特别限定，它们可以是四边形以外的其它形状，如圆盘状。
在各实施方式中，可在形成片11的层中位于外侧的层的外表面上形成胶粘层。例如，如图8A和图8B所示，在第一实施方式中，带状胶粘层26形成在热扩散层14的一对外表面中没有面向粘合层13的那个外表面上。胶粘层26的材料的具体例子包括前述胶粘剂。这样，例如，在将片11贴附到发热体22，放置片11时，胶粘层26面向发热体22。然后，例如，聚合物层12的与胶粘层26对应的部分用指尖压向发热体22。这样，胶粘层26，因其粘性，被粘贴至发热体22，从而可防止片的位移。因此，所述片能容易地贴附至发热体22。
在各实施方式中，粘合层13的外形可小于聚合物层12的外形，且以多点形式之外的其它形式，只形成在聚合物层12的一部分上。如图9B和图9C所示，例如，四边形的粘合层13形成于聚合物层12的四个角，或如图9D所示，四边形的粘合层13可形成于聚合物层12的中心部位。如图9E和图9F所示，粘合层13的片之间的间隔可作适当的变化。如图9G所示，圆形粘合层13形成于聚合物层12的四个角，或如图9H所示，带状粘合层13形成于聚合物层12的周边部位。此外，如图9I和图9J所示，方环形的粘合层13的宽度可作适当变化。
虽然粘合层13可形成在聚合物层12的中心部，但优选地，所述粘合层形成在聚合物层12的周边部，更优选地，以环状形成在聚合物层12的整个周边部。从发热体22的中心部发出的热量通常大于从发热体22的周边部发出的热量，因此，发热体22的中心部的温度比周边部高。在粘合层13形成在聚合物层12的周边部的情况下，贴附于发热体22的聚合物层12的周边部中的接触热阻值比聚合物层12的中心部中的接触热阻值高。因此，接触热阻值比其周边部低的聚合物层12的中心部，对应温度比其周边部高的发热体22的中心部，从而，与粘合层13形成在聚合物层12的中心部的情况相比，片11的导热性得以提高。此外，粘合层13以环状形成在聚合物层12的整个周边部，从而，正如粘合层13呈多点形式的情况，可以防止又薄又软的聚合物层12弯曲。
聚合物层12的周边部是处于聚合物层12的周边与从聚合物层12的周边到中心3/5距离之间的区域。在侧边为40mm的四边形片状的聚合物层12中，例如，聚合物层12的周边部呈宽度为24mm的四边形环状。还有，在半径为20mm的圆形的聚合物层12中，聚合物层12的周边部呈宽度为12mm的环状。
在各实施方式中，纤维状填充剂16a的端部可以不从聚合物层12的外表面12a露出。还有，纤维状填充剂16a可不在一个方向定向。
在各实施方式中，片11还可包括其它实施方式中的功能层。也就是说，形成片11的功能层可以是具有不同功效的多个层。这样，形成功能层的多个层可以仅形成在聚合物层12的一对外表面12a中的一个外表面12a上，或者粘合层13可以形成在聚合物层12的各个外表面12a上，从而粘合层可独立形成在聚合物层12的各外表面12a上。在功能层由多层形成的情况下，各个层最好是薄的，以防止所述片的接触热阻值因功能层的厚度而变高。
在各实施方式中，散热体25可以省略。这样，在第二实施方式中，导电层17的周边部17a与具有导电性的部件例如外壳相连接。在这种构造中，热量也能从聚合物层12的表面释放。
在第一实施方式中，热扩散层14的外形可以与聚合物层12的外形相同，或小于聚合物层12的外形。
在第一实施方式中，例如，片11可这样放置在发热体22上，当片11贴附于发热体22时，聚合物层12面向发热体22。
在第二实施方式中，散热体25可以没有导电性。这样，导电层17的周边部17a与具有导电性的部件例如外壳相连接。
通过下述实施例和比较例更具体地说明上述实施方式。
第一实施方式的实施例
实施例1-a
在实施例1-a中，在制备步骤中，将作为纤维状填充剂16a的碳纤维和作为颗粒状填充剂16b的球状矾土(氧化铝)混入作为聚合物基体15的加成型液体硅酮(下文称作液体硅胶)中，从而制备得到组合物。硬化后，液体硅胶固化成为胶状。表1示出了各混合组分的量。各组分的混合量的单位为质量份。液体硅胶在25℃的粘度为400mPa·s，且液体硅胶的比重为1.0。碳纤维的平均纤维直径为10μm，碳纤维的平均纤维长度为160μm。球状矾土的平均颗粒直径为3.2μm。接着，搅拌该组合物，直至碳纤维和球状矾土分散均匀，然后，除去组合物中气泡。
其后，在定向步骤中，用旋转粘度计测量组合物在25℃的粘度，然后，用组合物填充模具。表1示出了粘度的测量结果。接下去，用超导磁体向组合物施加磁通量密度为100,000高斯的磁场，并且，此时用压缩空气通过模具向组合物施加频率为3.0Hz振幅为10mm的振动，这样，碳纤维被定向在聚合物层的厚度方向。
接着，在形成步骤中，在120℃下加热组合物90分钟，使得液体硅胶固化，得到聚合物层12。然后，在暴露步骤中，用旋转切刀从聚合物层12的两个外表面12a除去厚度为5μm的硬化硅酮，这样，碳纤维暴露。在暴露步骤后，聚合物层12的厚度为0.3mm。当在暴露步骤后用电子显微镜观察聚合物层12的外表面12a时，碳纤维确实暴露了。这样得到的聚合物层12被切割成四边形的片状(侧边长度为40mm)。
随后，在层积步骤中，如图9A所示，以多点形式，在聚合物层12的整个外表面12a上施用硅酮基粘合剂，从而，形成多点形式的粘合层13(厚度：30μm，各点直径：1.5mm，各点的间隔：7mm)。接着，通过粘合层13在聚合物层12的顶部层积由石墨片(厚度：130μm，由GrafTechInternational Ltd.公司制造)制成的热扩散层14，从而得到片11。
实施例1-b
如表2所示，除粘合层13的厚度改成50μm之外，以与实施例1-a相同的方法得到片11。
实施例1-c
如表2所示，除粘合层13的厚度改成60μm之外，以与实施例1-a相同的方法得到片11。
实施例1-d
如图9B和表2所示，除粘合层13(厚度为30μm，侧边长度为10mm)形成在聚合物层12的四个角之外，以与实施例1-a相同的方法得到片11。
实施例1-e
如图9C和表2所示，除粘合层13(厚度为30μm，侧边长度为12mm)形成在聚合物层12的四个角之外，以与实施例1-a相同的方法得到片11。
实施例1-f
如图9D和表2所示，除粘合层13(厚度为30μm，侧边长度为5mm)形成在聚合物层12的四个角之外，以与实施例1-a相同的方法得到片11。
实施例2-a～实施例2-f
在实施例2-a～实施例2-f中，用PBO碳纤维作为纤维状填充剂，并且同时，各混入组分的量的变化如表1所示，此外，在暴露步骤中通过利用金属制成的格网磨去硅酮。其余，以与实施例1-a至实施例1-f相同的方法获得聚合物层12。当在暴露步骤后用电子显微镜观察聚合物层12的外表面12a时，PBO碳纤维确实已经暴露了。这样得到的聚合物层12被切割成四边形的片状(侧边长度为40mm)然后，如表3所示，以与实施例1-a至实施例1-f相同的方法形成粘合层13，并在其顶上形成热扩散层14，从而得到片11。
实施例2-a～实施例2-f中按顺序的字母对应实施例1-a～实施例1-f。例如，在实施例2-a中，粘合层13以与实施例1-a中相同的方法的形成，在实施例2-b中，粘合层13以与实施例1-b中相同的方法形成。
实施例3-a～实施例3-d
在实施例3-a中，如表4所示，片11以与实施例1-a中相同的方法获得。在实施例3-b中，如表4所示，除热扩散层14的厚度改成80μm之外，片11以与实施例3-a相同的方法获得。在实施例3-c中，除热扩散层14的厚度改250μm之外，片11以与实施例3-a相同的方法获得。在实施例3d中，除热扩散层14的厚度改成375μm之外，片11以与实施例3-a相同的方法获得。
比较例1-a～比较例2-b
在比较例1-a中，除没有粘合层13和热扩散层14之外，片以与实施例1-a相同的方法获得。在比较例1-b中，除粘合层13形成在聚合物层12的整个外表面12a上之外，片以与实施例1-a相同的方法获得。在比较例2-a中，除没有粘合层13和热扩散层14之外，片以与实施例2-a相同的方法获得。在比较例2-b中，除粘合层13形成在聚合物层12的整个外表面12a上之外，片以与实施例2-a相同的方法获得。
然后，各实施例中的聚合物层12和片进行下述项目的测量和评价。其结果见表1至表4。在表2～表4中的栏“比值(％)(相对外表面)”中的数值表示聚合物层12的贴附着粘合层13的一个外表面12a上由粘合层13所用的面积与整个面积的比值。
易操作程度
根据各实施例中聚合物层12的粘性评价易操作程度。在表1的栏“易操作程度”中，“o”表示聚合物层12的粘性恰如其分地低，聚合物层12易于操作。
热导率
圆形测试片(直径10mm，厚度0.3mm)从各实施例中的聚合物层12中获得，然后，用激光闪光法(laser flash method)测量测试片的热导率。
热阻值
如图10所示，将由各实施例或比较例中的片制成的测试片27和由金属制成的散热体25依次装在形成于基材21上的发热体22上，将10kg的配重28放置在散热体25上，这样向测试片27施加了6.1×104Pa的负载。然后，在发热体22发热的状态下维持10分钟，然后，用测量机28a测量在发热体22一侧上的外表面的温度T1和在散热体25一侧上的外表面的温度T2。然后，用公式(1)计算测试片27的热阻值。发热体22通常为如CPU之类的电子器件，在本测试中，采用发热量为100W的加热器作为发热体22，以简化并加快对所述片的性能的评价。当片贴附于电子器件时，上述负载的值表示通常施加于片的负载的大小。
热阻值(℃/W)＝(T1(℃)-T2(℃))/发热量(W)......(1)
静摩擦系数
如图11所示，将各实施例中的聚合物层12制成的测试片30放置在水平台29上，然后，依次将滑片31和120g的配重28(柱状，直径28mm，高度25mm)放置在该测试片30上。接着，将用于牵引的带32的一端粘贴于配重28，并将带32的另一端固定于推拉式测量器33(CPU测量器M-9500，由Aikoh Engineering Co.，Ltd.制造)。随后，如图11的箭头所示，以100mm/min的速度，与测试片30的外表面平行的方向牵引推拉式测量器33。接着，测得在推拉式测量器33被牵引时测试片和滑片31之间的静摩擦力Fs(N)。
然后，用下述公式(2)计算静摩擦系数。这里，对各实施例和比较例中的聚合物层12，静摩擦力Fs和静摩擦系数的测量和计算重复5次，将这些静摩擦系数值的平均值作为聚合物层12的静摩擦系数值。此外，使用两种类型的滑片31：PET(聚乙烯对苯二甲酸酯)膜(Toray Industries Inc.公司制造的Lumirror S10，厚度：75μm)和铝箔带(Sumitomo 3M Limited公司制造的Scotch Brand Tape 433HD)。对于铝箔带，该铝箔带被放置在测试片30上，使得该带的铝箔表面面向测试片30。
静摩擦系数＝Fs(N)/Fp(N)......(2)
在上述公式(2)中，Fp表示由滑片31的质量引起的垂直作用，而Fp值可表示为：0.12kg(配重28的质量)×9.8m/s2(重力加速度)＝0.1176N。
粘性
根据JIS Z 0237测量各实施例和比较例中的聚合物层12的粘性。具体地，如图12所示，将膜34固定于水平台29的表面，然后，将各实施例和比较例中的测试片30放置在其顶部。然后，将测试片30的一端固定于张力测试机的负载室35。然后，在沿垂直于水平台29以300mm/min的速度牵引和剥离测试片时，测量所述负载。这里，各实施例和比较例中的测试片的负载的测量重复5次，将测量值的平均值作为聚合物层12的粘性。对于膜34，采用两种膜：PET膜(Toray Industries Inc.公司制造的Lumirror S10，厚度：75μm)和铝箔带(Sumitomo 3M Limited公司制造的Scotch BrandTape 433HD)。对于铝的情况，铝箔带被固定于水平台29，使得该铝箔带的铝箔表面面向测试片30。表1中的栏“粘性(对铝)(N25mm)”表示使用铝箔带时粘性的测量结果，而栏“粘性(对PET)(N25mm)”表示使用PET时粘性的测量结果。在这些栏中，“-”表示粘性太小，根据上述方法无法测出。
热扩散性
由各实施例和比较例中的片制成的测试片27被放置在侧边为10mm的陶瓷加热器(热源)的中心，使得聚合物层12于陶瓷加热器接触，然后，用红外热摄像仪测量测试片27的温度。施加于陶瓷加热器的电压设为10V。结果见表2至表4。在表2至表4的栏“热扩散性”中，“o”表示从热源的热量扩散至大约整个测试片27，“x”表示热源的热量集中在测试片27的一部分中。图13A示出了实施例1-a中的测试片27的温度测量结果，图13B示出了比较例1a中的测试片27的温度测量结果。
表1
Figure A20081008701600211
表2
Figure A20081008701600221
表3
Figure A20081008701600222
表4
Figure A20081008701600231
如表1所示，各实施例的聚合物12的各个项目均得到良好的评价结果。因此各实施例中的聚合物层12具有良好的导热性且易于操作。如表2至表4所示，各实施例中的片11均有良好的评价结果。因此，对各实施例中的片11，没有观察到因粘合层13使热阻值有大的增加，且基于有石墨片制成的热扩散层14，片11具有良好的热扩散性。如图13A所示，在实施例1-a中，热量通过整个片11扩散，中心部的温度为81.7℃。此外，各实施例中的片11中的聚合物层12的粘性较低，因此易于操作。
如表2和表3所示，根据上述了1-a和实施例2-a的片11的热阻值分别低于根据实施例1-c和实施例2-c的片11的热阻值。也就是说，在实施例1-c和实施例2-c中的粘合层13的厚度为60μm，因此，其热阻值高于实施例1-a和实施例2-a中的片11。
此外，在实施例1-d和实施例2-d中的片11热阻值分别低于实施例1-f和实施例2-f中的片11的热阻值。分别与实施例1-f和实施例2-f相比，实施例1-d和实施例2-d中，粘合层13所占聚合物层12的面积与贴附有粘合层13的一个外表面12a的整个面积的比值较高。如上所述，即使在粘合层13所占的面积与聚合物层12的外表面12a的整个面积的比值较大的情况下，可以发现，与粘合层13形成在聚合物层12的中心部的情况相比，粘合层13形成在聚合物层12的周边部时，片11的接触热阻值降低。
此外，在实施例1-e和实施例2-e中的上述比值超过30％，与实施例1-d和实施例2-d相比，分别都较高。因此，可以发现，通过将上述面积的比值设为等于或小于30％，能降低片的接触热阻。
同时，在比较例1-a和2-a中，没有热扩散层14，因此，其得到低的热扩散性评价。在比较例1-b和2-b中，粘合层形成在聚合物层12的整个表面上，因此，片的接触热阻变高。此外，如图13B所示，比较例1-a中热量没有扩散，其中心温度为200℃或更高。
第二实施方式的实施例
实施例4-a至实施例4-d
如表5所示，在实施例4-a中，除热扩散层14改成由铝箔(厚度：12μm)制成的导电层17之外，以与实施例3-a相同的方法得到片11。在实施例4-b中，如表5所示，除铝箔改成铜箔(厚度：8μm)之外，以与实施例4-a相同的方法得到片11。在实施例4-c中，表5所示，除铝箔换成铜箔(厚度：12μm)之外，以与实施例4-a相同的方法获得片11。在实施例4-d中，如表5所示，除铝箔换成铜箔(厚度：18μm)之外，以与实施例4-a相同的方法获得片11。
然后，对各实施例的片11的热阻值和下述项目进行测量。结果见表5。
导电率
根据JIS K 7194，用电阻率仪(MCP-T500，由Dia Instruments Co.，Ltd.公司制造)测量片11中导电层17的体积电阻率(Ω·cm)。
表5
Figure A20081008701600241
如表5所示，各实施例中的片11的各项目均得到良好的结果。因此，各实施例的片11具有良好的导热性和导电性。此外，各实施例中的片11的聚合物层12的粘性较低，因此易于操作。
第三实施方式的实施例和比较例
实施例5-a至实施例5-c
在实施例5-a中，如表6所示，除热扩散层14换成由PET膜制成的电绝缘层18(厚度：5μm)之外，以与实施例3-a相同的方法获得片11。在实施例5-b中，如表6所示，除PET膜换成聚烯烃膜(厚度：12μm)之外，以与实施例3-a相同的方法获得片11。在实施例5-c中，如表6所示，除PET膜改成PVC(聚氯乙稀)膜(厚度：5μm)之外，以与实施例3-a相同的方法获得片11。
比较例5-a
在比较例5-a中，如表6所示，除粘合层13(厚度：10μm)形成在聚合物层12的整个外表面上之外，以与实施例5-a相同的方法得到片11。
然后，对各实施例和比较例中的片的热阻值和下述项目进行测量。结果见表6。
电介质击穿电压
用耐受电压测试机(TOS8650，由Kikusui Electronics Corporation制造)，根据JIS C 2110(国际标准IEC 243)，测量片的电介质击穿电压(kV)。电介质击穿电压表示，将试样夹在两个电极之间，然后逐渐提高电压直至电流急剧增加，并且试样的一部分熔融和炭化或产生孔的时候，电流流过电绝缘试样时的电压。
表6
Figure A20081008701600261
如表6所示，在各实施例中的片11都得到良好的评价。因此，各实施例中的片11具有良好的导热性和电绝缘性。此外，各实施例中的片11的聚合物层12具有低粘性，从而易于操作。同时，在比较例5-a中，粘合层13形成在聚合物层12的整个表面上，因此，其热阻值变高。
应理解，上述实施例和实施方式用于说明而非限制本发明，本发明不限于本文给出的细节，而可以在所附权利要求的范围和等价内容之内进行改动。

Claims (17)

1.一种导热片，其特征在于，其包括：
导热聚合物层，其由包含聚合物基体和导热填充剂的导热聚合物组合物形成；
粘合层，其设在所述导热聚合物层的外表面上；和
功能层，其设在所述粘合层上，
其中，所述导热聚合物层的静摩擦系数为等于或小于1.0，并且
其中，所述粘合层和导热聚合物层具有外形，且所述粘合层的外形小于导热聚合物层的外形。
2.如权利要求1所述导热片，其特征在于，所述导热聚合物层的静摩擦系数等于或小于0.3。
3.如权利要求1所述的导热片，其特征在于，所述导热聚合物层的厚度为0.03mm～0.5mm。
4.如权利要求1所述的导热片，其特征在于，所述粘合层的厚度为等于或小于50μm。
5.如权利要求1所述的导热片，其特征在于，所述导热聚合物层的贴附有所述粘合层的外表面上，由所述粘合层所占的面积与整个所述外表面的面积的比值设为等于或小于30％。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的导热片，其特征在于，所述粘合层由多个片，以多点形式设置在所述导热聚合物层的整个外表面上形成。
7.如权利要求1至5中的任一项所述的导热片，其特征在于，所述粘合层设置于所述导热聚合物层的整个周边部。
8.如权利要求1至5中的任一项所述的导热片，其特征在于，所述功能层由热扩散层、导电层和电绝缘层中的至少一种形成。
9.如权利要求8所述的导热片，其特征在于，所述功能层由热扩散层形成，该热扩散层由石墨片形成。
10.如权利要求9所述导热片，其特征在于，所述热扩散层的厚度为10μm～150μm。
11.如权利要求8所示的导热片，其特征在于，所述功能层由导电层形成，该导电层的厚度为等于或小于20μm。
12.如权利要求11所述的导热片，其特征在于，所述导电层的厚度为2μm～14μm。
13.如权利要求8所示的导热片，其特征在于，所述功能层由电绝缘层形成，该电绝缘层的厚度等于或小于12μm。
14.如权利要求13所示的导热片，其特征在于，所述电绝缘层的厚度为2μm～12μm。
15.如权利要求8所示的导热片，其特征在于，所述功能层由热扩散层和设置在该热扩散层上部的导电层形成。
16.如权利要求1至5所述的导热片，其特征在于，所述功能层的外表面上设有胶粘层。
17.一种制造导热片的方法，其特征在于，所述方法包括：
由包含聚合物基体和导热填充剂的导热聚合物组合物形成导热聚合物层，其中该导热聚合物层的静摩擦系数为等于或小于1.0，且该导热聚合物层包括外部形状；
将粘合层设在所述导热聚合物层的外表面上，其中所述粘合层的外形小于所述导热聚合物层的外形；以及
将功能层设在所述粘合层上。
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