具体实施方式
现参考附图描述根据本发明一实施方式的导热片复合体以及制造方法。
如图1所示,导热片复合体10具有导热片11和脱离片12。导热片11夹在电子元件之类的发热体与散热器之类的热辐射体之间以提升从该发热体向该热辐射体的热传导。
导热片11形成为凝胶状态的含有聚合材料和导热填料的导热聚合物组合物。该聚合材料将该导热填料保持在导热片11中。该聚合材料所含的导热填料增强导热片11的导热率。此处所称的“凝胶状态”系指硬度小于5的树脂材料,所述硬度根据日本工业标准ISO7619中的E型硬度计测量。
根据所需的诸如机械强度及热阻性等特性选择形成导热片11的聚合材料。例如,由于除了所需特性之外,其与发热体和热辐射体形状的一致性较高,橡胶及热塑弹性体可用作聚合材料。所述橡胶具体包括天然橡胶、丁二烯橡胶、异戊橡胶、丁苯共聚橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、氯丁橡胶、乙丙共聚橡胶、氯化聚乙烯橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、聚异丁烯橡胶及丙烯酸酯橡胶。所述热塑弹性体具体包括苯乙烯类热塑弹性体、烯类热塑弹性体、聚酯热塑弹性体及聚氨酯热塑弹性体。可单独使用这些具体例子中的一个,或者使用两种或以上的组合作为聚合材料。
导热片11的厚度并无特别限定,但最好为0.05mm~5mm,更佳为0.05mm~2.0mm。在导热片11的厚度小于0.05mm的情况下,由于片材形状较难成型,产率下降且制造成本上升。在导热片11的厚度大于5mm的情况下,由于片材厚度方向上的热阻提高,无法提供所需的导热性。此外,由于导热片11的单位面积质量增大,制造成本因材料成本的增加而增加。由此,其上贴有导热片11的电子元件的质量以及安装有该电子元件的电子器件的质量增大。如前所示,通过将导热片11的厚度设为0.05mm~2mm,导热片11的热阻值可降低至所需的值。
形成导热片11的所述导热填料例如包括金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物及金属氢氧化物的粉末。所述导热填料具体包括氧化铝、氮化硼、氮化铝、氧化镁、氧化锌、碳化硅、石英及氢氧化铝的粉末。此外,所述导热填料还包括除具有高导热性之外还具有导电性的碳纤维、金刚石、石墨及铝的粉末。可单独使用这些具体例子中的一个,或者使用两种或以上的组合作为导热填料。
如上所述,由于导热片11为凝胶状,其挠性很大,具有在运输及贴附工作中难以取放的性质。因此,根据根本实施方式的导热片复合体10在导热片11的一对相对表面的其中之一上设有具有预定硬度的分离片12。分离片12对凝胶状的导热片11进行加强,并且与导热片11一起切割以更方便导热片11的切割。下文中,在导热片复合体10的描述中,导热片11的一对表面中,其上放置有分离片12的那个表面描述为第一表面;而与所述第一表面相反侧的表面描述为第二表面。
分离片12包括与导热片11分开成型的片材。分离片12可剥离地层叠在导热片11的第一表面上。分离片12仅通过导热片11的粘合性保持在导热片11的第一表面上。若分离片12因导热片11的粘合性而无法容易地剥离,分离片12的面向导热片11的那个表面会不平整。
本实施方式中,导热片复合体10的分离片12的硬度大于等于30,所述硬度根据日本工业标准ISO7619中的A型硬度计测量。在分离片12的由A型硬度计测量的硬度大于等于30的情况下,由于分离片12能够充分加强凝胶状的导热片11,导热片复合体10易于拿取并且导热片11易于切割。在分离片12的由A型硬度计测量的硬度小于30的情况下,由于分离片12无法充分加强凝胶状的导热片11,导热片复合体10难以拿取。此外,由于分离片12的粘合性较高,与分离片12一起切割导热片11也较困难。
下述三种片材可用作分离片12。其第一种类型是,形成分离片12的片材仅包含由弹性材料组成的基体材料。第二种类型是,形成分离片12的片材包含由弹性材料组成的基体材料、以及使得该基体材料具有脆性的增脆材料。而第三种类型是,形成分离片12的片材包含由树脂材料所组成的基体材料、以及使得该基体材料具有脆性的增脆材料。包含增脆材料是为了使由弹性材料或树脂材料组成的基体材料具有脆性。即,由于包含增脆材料减小了基体材料本身所具有的拉伸强度、撕裂强度等特性,因此可容易地切割分离片12,从而可更容易地切割导热片11。
作为基体材料的弹性材料例如包括诸如橡胶及热塑弹性体之类的弹性材料。所述橡胶具体包括天然橡胶、丁二烯橡胶、异戊橡胶、丁苯共聚橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、氯丁橡胶、乙丙共聚橡胶、氯化聚乙烯橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、聚异丁烯橡胶及丙烯酸酯橡胶。所述热塑弹性体具体包括苯乙烯类热塑弹性体、烯类热塑弹性体、聚酯热塑弹性体及聚氨酯热塑弹性体。可单独使用这些具体例子中的一个,或者使用两种或以上的组合作为弹性材料。
可用作基体材料的树脂材料例如包括热塑树脂材料,具体包括聚酯树脂、聚烯烃树脂、聚碳酸酯树脂及聚酰胺树脂。所述聚酯树脂具体包括PET(聚对苯二甲酸乙二酯)和聚对苯二甲酸丁二酯树脂。所述聚烯烃树脂具体包括聚丙烯、聚乙烯及烯类热塑弹性体。聚酰胺树脂包括聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺11、聚酰胺12、无定形聚酰胺、及聚甲基丙烯酰亚胺。可单独使用这些具体例子中的一个,或者使用两种或以上的组合作为树脂材料。
可使用的增脆材料包括诸如云母、硅石、硅藻土、铁氧化物、氧化锌、氧化钛、氧化钡、氧化镁、碳酸钙、碳酸镁、导热填料及玻璃珠之类的无机颗粒粉,诸如亚克力珠、苯乙烯珠及硅树脂珠等有机颗粒,以及光分解加速剂。在无机颗粒或有机颗粒用作增脆材料的情况下,粒径最好在1μm~200μm的范围内。在粒径小于1μm的情况下,分离片12的基体材料可能不够脆。在在粒径超过200μm的情况下,难以使得具有期望特性的分离片12成型。具体地,分离片12难以具有合理的挠性,使得形成的分离片12在弯曲时容易开裂。
用作增脆材料的导热填料可与导热片11所含的导热填料相同。然而,在此情况下,如果能使弹性材料和树脂材料之类的基体材料具有脆性就足够了,所以导热填料的含量可以小于导热片11所含的量。此外,可使用将两种不相容聚合物混合而获得的分离片,从而使脆性提高至大于由单一组分聚合物(基体材料)单独构成的分离片的脆性。这种情况下,在所述两种或多种类型的不相容聚合物中至少有一种组成聚合物用作增脆材料。
分离片12的厚度并无特别限定,但最好为0.05mm~0.2mm。在分离片12的厚度小于0.05mm的情况下,由于分离片12的形状太薄,难以方便地将分离片12从导热片11剥离,这会使导热片11的粘贴工作产生问题。在分离片12的厚度大于0.2mm的情况下,由于分离片12难以提供足够的挠性,分离片12可能难以从分离片11剥离。此外,为了使分离片12可容易地从导热片11剥离,可在分离片12的第一表面上涂有公知的分离剂。可使用的分离剂例如为氟树脂基分离剂、硅油基分离剂,以及离子或非离子表面活性剂。
通过如下步骤制造上述的导热片复合体10。
首先,将聚合物材料与导热填料混合以制备导热聚合物组合物。
然后,使用所获得的聚合物组合物,成型具有较大面积的片材。由此,形成凝胶状的导热片11。片材的成型方法具体包括压制成型、刮条涂布机法、刮刀涂布法、逗号涂布机(comma coater)法、砑光机成型、以及T模挤出成型。与导热片11的形成分开,使用与导热片11相同的方法来形成分离片12。具体地,将形成基体材料的材料与所需的增脆材料混合,并且通过前述任何一种公知的方法成型面积与导热片11大致相同的片材。然后,将分离片12层叠在导热片11的第一表面上。由此,分离片11粘合至导热片11的第一表面从而制造出导热片复合体10。使用切割机、剪刀等将如图2A和2B所示的导热片复合体10根据应用切割成预定的形状和尺寸。此时,导热片11与分离片12一起切割。当大批量生产导热片复合体10时,可使用装有加压刀片或剪切刀片的切割机器来将该复合体切割成预定的形状和尺寸。
本实施方式具有如下的优点。
(1)导热片复合体10包括凝胶状的导热片11和层叠在导热片11的第一表面上的分离片12,所述分离片12的硬度大于等于30,所述硬度根据日本工业标准ISO7619中的A型硬度计测量。根据这一构造,如图2A与2B所示,导热片11可容易地与分离片12一起切割。即,如图11所示的导热片复合体中,导热片50沿部分C碎裂,但在本实施方式的构造中,碎裂得以抑制。因此,没有造成导热片11的边沿形状的变化,由此也未造成切割后的导热片11的如面积和厚度之类的误差。从而,切割后的导热片11的尺寸精度得以提高。
此外,对于导热片复合体10,在使用时剥离分离片12之后,仅导热片11粘贴在发热体或热辐射体上。即,在粘贴导热片11之前,已使用分离片12加强导热片11。粘贴之后,仅导热片11被夹在发热体和热辐射体中间。因此,较之导热片与分离片一体形成的现有导热片复合体,拿取的方便性和导热性能得以增进。因此,对于发热体至热辐射体的热传导应用,提供了更方便使用的导热片复合体10。
(2)作为第一种类型,形成分离片12的片材仅包含由弹性材料组成的基体材料。根据这一构成,由于分离片因该基体材料而具有弹性,可容易地使用切割机、剪刀等来切割分离片12。凝胶状的导热片11可容易地与分离片12一起切割。
(3)作为第二种类型,形成分离片12的片材包含由弹性材料组成的基体材料、以及使得该基体材料具有脆性的增脆材料。仅含由弹性材料组成的基体材料的片材本身具有拉伸强度、撕裂强度之特性。根据第二种类型的构成,增脆材料减小了基体材料本身所具有的拉伸强度、撕裂强度之特性。这样,分离片12容易切割,导热片11更容易切割。
(4)作为第三种类型,形成分离片12的片材包含由树脂材料所组成的基体材料、以及使得该基体材料具有脆性的增脆材料。仅含由树脂材料组成的基体材料的片材本身具有拉伸强度、撕裂强度之特性。根据第三种类型的构成,增脆材料减小了基体材料本身所具有的拉伸强度、撕裂强度之特性。这样,分离片12容易切割,导热片11更容易切割。
(5)导热片复合体10通过如下步骤制造:制备包括聚合材料和导热填料的导热聚合物组合物、将所述聚合物组合物成型成片状以形成凝胶状的导热片11、形成硬度(根据ISO7619中的A型硬度计测量)大于等于30的分离片、并且将分离片12层叠在导热片11的一对表面的其中至少一个表面上。根据这一方法,对于发热体至热辐射体的热传导的应用,可容易地制造更便于使用的导热片复合体10。
可对上述实施例作如下修改。
如图3A与3B所示,除层叠在导热片11的第一表面上的分离片12外,导热片复合体30可设有层叠在导热片11的第二表面上的加强片13。加强片13可剥离地层叠在导热片11的第二表面上。因此,分离片12和加强片13可在使用时剥离,并且仅导热片11被夹在发热体和热辐射体中间。设置加强片13以加强分离片12以及凝胶状的导热片11。因此,与分离片12不同,加强片无需具有使得导热片11易于切割的特性,即,具有硬度(由A型硬度计测量)大于等于30的特性。
这样,例如树脂制成的压纹片可用作加强片13。“压纹”系指显示片材被按压的三维外观的图形,并且该压纹片使用压力机等进行成型。加强片13最好为聚酯树脂压纹片、氟处理片材等。可用于形成加强片13的片材料例如可以是纸或布,而非树脂片。对于图3A和3B所示的导热片复合体30的切割方法,如图4A和4B所示,从分离片12开始切出切口、并且使刀片的尖端从加强片13的表面上经过,这样的“不完全切割”较合适。
如图5A及5B所示,构成导热片复合体35的导热片36可具有两层结构。具体地,导热片复合体35设有导热片36、层叠在导热片36的第一表面上的分离片12、以及层叠在导热片36的第二表面上的加强片13。导热片36设有凝胶状的第一层36a和橡胶第二层36b。凝胶状的第一层36a毗连层叠在分离片12上,橡胶第二层36b毗连层叠在加强片13上。橡胶第二层36b设置成使得加强片13容易从导热片36剥离。即,在凝胶状导热片无法容易地从加强片剥离的情况下,使得导热片36与加强片13的接触面为橡胶可使得加强片13容易地从导热片36剥离。
如图6A与6B所示,导热片复合体40在导热片11的两个表面都设有分离片12。
实例
下文,通过实例与对照例更详细地描述本实施例。
(实例1)
实例1中,根据下列步骤制造其构成如图3A和3B所示的导热片复合体。为了制造导热片,首先,将100质量份作为聚合材料的液体硅树脂聚合物和作为导热填料的氧化铝颗粒捏合30分钟,并且同时在行星混合机中去除泡沫,以制备导热聚合物组合物。所使用的液体硅树脂聚合物为道康宁东丽株式会社(Dow Corning Toray Co.,Ltd.)制造的CY52-291。所使用的氧化铝颗粒为800质量份的平均粒径为45μm的氧化铝颗粒、300质量份的平均粒径为3μm的氧化铝颗粒以及80质量份的平均粒径为1.6μm的氧化铝颗粒的混合物。通过逗号涂布机法在成片工作线上将所获得聚合物组合物形成为片状,并且在固化炉中以120℃的温度初次硬化10分钟。从而,获得由E型硬度计测量得到的硬度小于5(E硬度为0)的凝胶状的片材料(厚度为约1.2mm)。此后,以150℃的温度对所述片材料再次硬化一小时以制造导热片。然后,将所获得的导热片层叠在聚对苯二甲酸乙二酯(PET)制成的加强片(厚度为约200μm)上以制造导热片复合体。
然后,为了制造分离片,将作为聚合材料的100质量份的液体硅树脂聚合物和作为增脆材料的200质量份的氢氧化铝(平均粒径为50μm,由日本轻金属株式会社(Nippon Light Metal Co.,Ltd.)制造的BW53)捏合30分钟,并且同时在行星混合机中去除泡沫,以制备聚合物组合物。此时,为了制造具有所需硬度的分离片,将用作聚合材料的液体硅树脂聚合物与预定量的固化剂和催化剂混合。在对所述导热片成型的过程中,通过逗号涂布机法在成片工作线上将所获得的聚合物组合物成型为片状,并且以120℃硬化10分钟。从而,获得硬度(由A型硬度计测量)为90的片材。此后,以150℃的温度对所述片材再次硬化一小时以制造分离片。
(实例2)
实例2的导热片复合体与实例1的导热片复合体基本相同,不同之处在于实例2的分离片具有不同的组成。实例2中,从100质量份的液体硅树脂聚合物和100质量份的氢氧化铝制得硬度(由A型硬度计测量)为30的分离片。
(实例3)
实例3的导热片复合体与实例1的导热片复合体基本相同,不同之处在于实例3的分离片具有不同的组成。实例3中,从100质量份的液体硅树脂聚合物和作为增脆材料的50质量份的硅藻土粉末(平均粒径为20μm)制得硬度(由A型硬度计测量)为70的分离片。
(实例4)
实例4的导热片复合体与实例1的导热片复合体基本相同,不同之处在于实例4的分离片具有不同的组成。实例4中,从100质量份的液体硅树脂聚合物和作为增脆材料的50质量份的云母(平均粒径为12μm)制得硬度(由A型硬度计测量)为80的分离片。
(对照例1)
对照例1的导热片复合体与实例1的导热片复合体基本相同,不同之处在于对照例1使用了不同的分离片。对照例1中,使用厚度为约120μm的PET膜来代替实例1中的分离片。
(对照例2)
对照例2的导热片复合体与实例1的导热片复合体基本相同,不同之处在于对照例2使用了不同的分离片。对照例2中,由不含增脆材料的硅橡胶树脂制成的分离片代替实例1中的分离片。所述分离片的厚度为约0.5mm。所述分离片的硬度(由A型硬度计测量)为20。
(评价方法)
对于实例1~4以及对照例1和2,使用市售的切割机将各自所获得的导热片复合体不完全切割成10mm×10mm的尺寸,如图4A和4B所示。切割后,将分离片或PET膜从导热片剥离,并目测导热片的切割部。结果如下表1所示。在表1的“导热片切割部状态”一栏中,“良好”表示切割部几乎未碎裂并且切割面仅有小的尺寸误差;“差”指切割部破碎并且切割面有较大的尺寸误差。
(表1)
导热片复合体 |
导热片切割部的状态 |
实例1 |
良好 |
实例2 |
良好 |
实例3 |
良好 |
实例4 |
良好 |
对照例1 |
差 |
对照例2 |
差 |
如表1所示,实例1~实例4中,导热片与分离片在它们的切割部处几乎未碎裂。因此,获得仅呈现出非常小的尺寸误差和形状变化的切割表面。就易于切割而言,实例1~实例4中,获得易于切割这一结果。与此相反,对照例1和2中,如图11B所示,导热片与分离片在它们的切割部处碎裂。因此,仅获得呈现出尺寸形状大的误差和变化的表面。还有,就易于切割而言,在对照例1和2中,获得很难切割这一结果。对照例1中,这应该是由于使用PET膜作为分离片而造成的。对照例2中,这应该是由于分离片的硬度(由A型硬度计测量)为约20(小于30)造成的。
为了更详细地考察表1的结果,使用超深形状测量显微镜(基恩士株式会社(Keyence Corp.,)制造的VK8500)对实例1和2与对照例2中的导热片的切割部C进行成像。考虑到显微镜的性能限制,以包括切割部C的1,500μm的范围内对导热片的切割部C的周围进行显像,如图7所示。然后,根据所获得的图像,分别对切割导热片11而碎裂的部分的深度进行比较。图8~10中,分别示出了实例1和2与对照例2中导热片的切割部C周围的图像。各图像中,横坐标表示垂直于切割面的轴线,纵坐标表示沿切割面延伸的轴线。各图像中,在横坐标上约200μm的位置显示有切割引起的碎裂得最深的部分。比较实例1和2与对照例2的结果,较之实例1和2,对照例2的导热片以切割部C为中心碎裂得更深且更宽。由此,确认了对照例2的情况比实例1和2的情况更容易导致导热片切割部的厚度之类尺寸的发生误差。再比较实例1和实例2,实例1的情况显示出由切割造成的压下的量比实例2的情况小。由此,比较A型硬度为90的分离片和A型硬度为30的分离片,确认了使用硬度较大的分离片基本不会导致导热片切割部的厚度之类的尺寸发生误差。
此外,还对根据下述参考例1~4的分离片的撕裂强度进行测量。
(参考例1)
参考例1中,将100质量份的液体硅树脂聚合物CY52-291和作为增脆材料的100质量份的氢氧化铝(平均粒径为50μm,由日本轻金属株式会社制造的B53)捏合以制备聚合物组合物。在所获得的聚合物组合物中加入4质量份的催化剂,然后对该聚合物组合物进行初次和再次硬化以制造硬度(由A型硬度计测量)为42的分离片。
(参考例2)
参考例2的分离片与参考例1的分离片基本相同,不同之处在于所添加的催化剂的量。参考例2中,将1质量份的催化剂添加入所获得聚合物组合物以制造硬度(由A型硬度计测量)为31的分离片。参考例1和2的分离片与上述实例2的分离片对应。
(参考例3)
参考例3的分离片与参考例1的分离片基本相同,不同之处在于所添加的催化剂的量。参考例3中,将0.8质量份的催化剂添加入所获得聚合物组合物以制造硬度(由A型硬度计测量)为20的分离片。
(参考例4)
参考例4的分离片与参考例1的分离片基本相同,不同之处在于所添加的催化剂的量。参考例4中,将0.5质量份的催化剂添加入所获得聚合物组合物以制造硬度(由A型硬度计测量)为1的分离片。参考例3和4的分离片与上述的实例2的分离片对应。
<撕裂强度>
对于参考例1~4,使用符合ISO 7619的无切口的直角形试片测定分离片的撕裂强度。下文的表2示出了判定结果以及组合物(质量份)、分离片的A型硬度和E型硬度。
(表2)
|
参考例1 |
参考例2 |
参考例3 |
参考例4 |
CY52-291(质量份) |
100 |
100 |
100 |
100 |
催化剂(质量份) |
4 |
1 |
0.8 |
0.5 |
氢氧化铝(质量份) |
100 |
100 |
100 |
100 |
A型硬度,ISO 7619 |
42 |
31 |
20 |
1 |
E型硬度,ISO 7619 |
71 |
60 |
48 |
25 |
撕裂强度(N/cm) |
9.39 |
10.54 |
6.16 |
3.36 |
如表2所示,参考例1和2中,A型硬度不小于30,撕裂强度为约10N/cm。另一方面,参考例3和4中,A型硬度不大于20,而撕裂强度为不大于6.2N/cm。即,参考例3和4的分离片的撕裂强度比参考例1和2的分离片的撕裂强度小,并且应该更容易切割。然而,尽管参考例3和4的分离片容易切割,但它们相应地强度较低。由此,参考例3和4有这种倾向,即容易在其切割部处碎裂也容易凹陷。由于分离片在其切割部处碎裂,导热片也具有如图11B所示那样碎裂的倾向。这些原因证明,为了容易地切割凝胶状的导热片而不使其切割部碎裂,应使用硬度(由A型硬度计测量)大于等于30的分离片,如实例1~4与对照例1和2所示的。