CN106463486B - 热扩散片 - Google Patents

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Abstract

热扩散片(2)具有在厚度为300μm以上且2000μm以下的石墨片(10)的表面形成有复合粘合剂膜的构成。该复合粘合剂膜具有在石墨片(10)上依次层合有下述(A)～(C)的构成：(A)丙烯酸系粘合剂层，其厚度为5μm以上且15μm以下的范围，不含导热性材料；(B)聚酯膜，其厚度为20μm以上且60μm以下的范围；以及(C)有机硅粘合剂层，其厚度为2μm以上且25μm以下的范围，不含导热性材料，并且剥离强度为0.005N/cm以上且1.0N/cm以下。

Description

热扩散片
技术领域
本发明涉及用于散热的热扩散片，特别是涉及使热沿热扩散片的扩散方向扩散的热扩散片。
背景技术
近年来，个人电脑、手机、PDA等电子设备的性能显著提高，这源于CPU性能的显著提高。随着这种CPU性能的提高，CPU的发热量也显著增加，如何进行电子设备的散热成为重要课题。
作为热对策，有利用风扇进行空气冷却或者使用热管、水进行水冷等方法，但这些方法均需要新的用于散热的装置，具有以下缺点：不仅会导致设备的重量增加，还会导致噪音或用电量的增加等。
另一方面，使CPU产生的热尽可能快地大面积扩散的方法是以提高冷却效率为目的，作为手机或个人电脑等电子设备的冷却方法是最现实的方法。
然而，在有机EL元件所代表的显示装置中，近年来装置的大型化得到推进，装置的精度、特别是均匀性受到重视。特别是在有机EL元件中，已知元件本身是由有机物构成的，因此由热引起的劣化会对元件的寿命、特别是发光特性和色度变化产生影响，由于构成装置的驱动电路等的发热，有时会伴有经时性变化。
作为这种用于散热目的的导热片，近年来薄片状石墨备受关注。
其原因在于：优质的石墨片具有100～1000W/(m·K)的非常高的导热性，与其他的凝胶状散热材料或薄片状散热材料的导热度特性相比性能明显高，用于散热最为适合。
专利文献1中记载着用于将来自发热体的热直接传递给散热部件的导热片，专利文献2或专利文献3中记载着使来自发热体的热沿平面方向扩散的热扩散性导热片。
作为导热片，不是专利文献1的导热片受到关注，而是专利文献2或专利文献3中记载的导热片备受关注，特别是将石墨制成薄片而获得的所谓石墨片备受关注。
即，石墨片在平面方向具有100～1000W/(m·K)的高导热性，使来自发热体的热扩散以使电子设备内的温度变得均匀，从而防止设备内所配置的部件的功能降低。
在专利文献2的实施方式3(段落0048)中公开了如下的技术：预先将在PET膜等基材的两面形成有粘合剂层的双面胶贴在石墨片的单面，通过该粘合剂层将石墨片贴在电子设备的目标表面和部位(以下记作被粘附面)，但通常粘合剂层不具有导热性，薄片整体的热扩散效果趋于降低。另外，通常用作粘合剂层的丙烯酸系粘合剂层难以进行返修(Re-Work)(为了重新粘贴而一度剥离)。
因此，在专利文献3中，通过提供在石墨片的单面在硅橡胶等弹性层(相当于粘合剂层)中含有导热性材料的石墨片(权利要求1)，尝试着防止导热率的降低和解决返修的问题。
然而，像图像面板、尤其是OLED面板(有机EL面板)这样的图像显示面板，虽然构成该面板的表面是玻璃而非常光滑，但若粘合剂层含有导热性材料，则会在粘合剂层表面形成凹凸，因此存在着初期的密合性降低的不良情形。该密合性的降低虽然有助于返修，但构成粘合剂层的树脂成分的比例会相对降低，因此无法避免连接可靠性的下降(课题1)。
另外，当石墨片的厚度为300μm以下时，虽然不会有这样的问题，但若石墨片的厚度增加至300μm以上，则薄片整体的刚性变高，结果是返修时薄片难以弯曲。
因此，虽然决定从目标表面以不带角度的方式对石墨片进行返修(上方侧拉伸)，但这种情况下有机硅粘合剂层容易聚集破坏，其结果，容易残留在被粘附面上(课题2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-180281号公报；
专利文献2：日本特开2008-060527号公报；
专利文献3：日本特开2007-012913号公报。
发明内容
发明所要解决的课题
为了克服上述问题，本发明的目的在于：提供一种可充分确保优异的导热率不变、且可以高效率地传递元件或装置所产生的热的可再剥离的热扩散片。
另外，本发明的目的在于：提供一种连接可靠性高的热扩散片。
另外，本发明的目的在于：提供一种可以进行剥离而不会使有机硅粘合剂层凝集破坏的热扩散片。
用于解决课题的手段
用于达到上述目的的本发明所涉及的发明是一种热扩散片，该热扩散片是在石墨片表面形成复合粘合剂膜而构成的，其特征在于：
上述石墨片的厚度为300μm以上且2000μm以下，
上述复合粘合剂膜是从上述石墨片起依次层合下述的(A)～(C)而形成的：
(A) 丙烯酸系粘合剂层，其厚度为5μm以上且15μm以下的范围，不含导热性材料；
(B) 聚酯膜，其厚度为20μm以上且60μm以下的范围；
(C) 有机硅粘合剂层，其厚度为2μm以上且25μm以下的范围，不含导热性材料，并且剥离强度为0.005N/cm以上且1.0N/cm以下。
发明效果
如上所述，本发明涉及对石墨片使用了具有复合化的粘合剂层的复合粘合剂膜的热扩散片。在这样的热扩散片中，首先，通过使用石墨片，在扩散方向具有优异的导热率，由发热元件产生的热向扩散方向传递，热扩散片的温度变得均匀，即使贴有热扩散片的被粘附体的一部分发热，也可发挥均匀地升高温度的效果。
另外，有机硅粘合剂层的一个面与聚酯膜牢固地粘合，另一个面具有可从玻璃板等被粘附体上剥离的粘合力，因此从被粘附体上剥离后可以再利用。
虽然复合粘合剂膜的导热率低，但所形成的厚度薄，使得复合粘合剂膜的膜厚方向的热阻变小，因此由被粘附体产生的热容易传递给石墨片。
附图说明
图1是用于说明本发明的热扩散片的图。
具体实施方式
按照下述的各项对本发明的实施方式进行阐述。
1. 本发明的热扩散片(带粘合剂的石墨片)；
2. 石墨片；
3. 复合粘合剂膜；
4. 丙烯酸系粘合剂层；
5. 聚酯膜；
6. 有机硅粘合剂层；
7. 聚酯膜与有机硅粘合剂层的关系；
8. 带粘合剂的石墨片的制造方法。
＜1. 本发明的带粘合剂的石墨片＞
图1的符号2是本发明的热扩散片，具有石墨片10和复合粘合剂膜11。
该热扩散片2贴在如有机EL元件所代表的显示装置这样的设备内和部位，起到扩散来自其热源的热的作用。
＜2. 石墨片＞
本发明中使用的石墨片10主要由天然石墨制成，具有高导热性，并且具有可以调整成数十微米～数千微米的任意厚度的特性。
本发明中使用的石墨片10，由于其结晶性，在导热方面具有各向异性，厚度方向的导热率低，使得热不易传递，而扩散方向(与薄片表面平行的方向)的导热率高，使得热容易传递。扩散方向上的导热率具有铜或铝的导热率的数倍大小，另外，石墨片10比金属薄片轻。
石墨片的厚度通常是50μm～2000μm的范围，但在本发明的热扩散片2所使用的石墨片10的情况下，为了在如OLED的图像面板这样要求薄型化的设备中使用、或者为了应对薄片自身的柔软性受损而容易产生褶皱这样的不良情形，石墨片的厚度优选600μm以下。
而且，如下所述，当石墨片10的厚度超过300μm时、特别是超过400μm时，本发明的复合粘合剂膜11的效果显著。
需要说明的是，石墨片10的导热率为200～600W/(m·K)，其导热率受到石墨的取向、分子量或轧制密度等的影响。
＜3. 复合粘合剂膜＞
本发明的复合粘合剂膜11形成于上述石墨片10的单面，具有将石墨片10贴在贴附对象物表面的作用。
另外，如下所述，复合粘合剂膜11不含导热性材料，因此复合粘合剂膜11整体的导热率在0.05～0.5W/(m·K)的范围。
因此，为了不损及石墨片10的导热性、而且不影响本发明的其他效果，优选使复合粘合剂膜11的总厚度达到27μm～100μm的范围。
具体而言，复合粘合剂膜11具有如下的构成：在聚酯膜22的单面设有丙烯酸系粘合剂层21，在该单面的相反侧的面上设有有机硅粘合剂层23，而且，丙烯酸系粘合剂层21的表面接触着石墨片10的表面来配置。
＜4. 丙烯酸系粘合剂层＞
构成丙烯酸系粘合剂层21的材料包括：作为基础聚合物的丙烯酸共聚物(a)、与基础聚合物相容而表现出粘合性的粘合赋予剂(b)和调节丙烯酸共聚物(a)的凝集力的固化剂(c)，在丙烯酸系粘合剂层21接触石墨片10之前，丙烯酸共聚物(a)与固化剂(c)的反应虽然不完全但已经结束。
作为丙烯酸共聚物(a)，可以使用选自由甲基丙烯酸2-羟乙酯以及丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸2-羟乙酯或丙烯酸2-羟丙酯、甲基丙烯酸2-羟丙酯、N-羟甲基丙烯酰胺、N-羟甲基甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺等构成的单体作为具有甲基丙烯酰基、羟基、羧基、羟甲基或酰胺基等官能团的单体的丙烯酸共聚物。另外，作为粘合赋予剂(b)，可以使用由酚醛系树脂、萜烯系树脂、松香系树脂、氢化松香系树脂、二甲苯树脂、丙烯酸树脂构成的低分子聚合物。
作为固化剂(c)，在含有具有羟基等的单体等作为丙烯酸共聚物(a)的成分时，可以使用异氰酸酯型固化剂等，另一方面，在含有具有环氧基等官能团的单体等时，可以使用乙烯亚胺型固化剂等。
丙烯酸系粘合剂层21的厚度为5μm～15μm。厚度小于5μm时，存在着与被粘附体的接合力不足的不良情形，另一方面，当厚度大于15μm时，虽然还取决于聚酯膜22的厚度，但热阻增加，存在着无法获得良好的导热的不良情形。需要说明的是，不含导热性材料的丙烯酸系粘合剂层与后述的有机硅粘合剂层23相同。
＜5. 聚酯膜＞
聚酯膜22可以使整个复合粘合剂膜11产生强度，根据与后述的有机硅粘合剂层23的厚度的关系，具有使返修变得容易的作用。
另外，在将丙烯酸系粘合剂层21和有机硅粘合剂层23直接层合时，还发挥着防止这两层被混合的作用。
聚酯膜22可以优选使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，其厚度为20μm以上且60μm以下的范围。在使用双螺杆拉伸加工的PET膜时，关于拉伸强度，在MD方向可以是100MPa以上且300MPa以下的范围，在TD方向可以是10MPa以上且50MPa以下的范围。
而且，关于储能模量，可以是1000Pa以上且10000MPa以下的范围。
＜6. 有机硅粘合剂层＞
有机硅粘合剂层23由加成反应型有机硅树脂构成，从相对于OLED等图像面板(玻璃)的附着力(剥离强度)达到0.005～1.0N/cm的角度来选择。具体而言，可以使用二甲基硅氧烷等有机硅氧烷。
需要说明的是，如上所述，复合粘合剂膜11通过聚酯膜22而提高了强度，因此本发明不必厚厚地形成有机硅粘合剂层23，具体而言，有机硅粘合剂层23的厚度为5μm～25μm的范围。
另外，有机硅粘合剂层23与上述的丙烯酸系粘合剂层21一样不含导热性材料。
＜7. 聚酯膜与有机硅粘合剂层的关系＞
聚酯膜22和有机硅粘合剂层23不同于丙烯酸系粘合剂层21，它们操控着返修性，但优选随着石墨片10的厚度或所期望的面积来变更其厚度的关系。
例如，当石墨片10的厚度为300μm～600μm、而其面积较小为25～300cm2(例如12cm×6.7cm)时，优选聚酯膜22的厚度在20μm～30μm的范围、而有机硅粘合剂层23的厚度达到5μm～15μm。
即，优选使聚酯膜22的厚度达到有机硅粘合剂层23的厚度的1.3～6倍。
另外，当石墨片10的面积较大为4000～15000cm2 (例如121.7cm×68.5cm)时，优选聚酯膜22的厚度为45μm～55μm、而有机硅粘合剂层23的厚度达到15μm～25μm。即，优选使聚酯膜22的厚度达到有机硅粘合剂层23的厚度的1.8～3.6倍。
＜8. 带粘合剂的石墨片的制造方法＞
本发明的带粘合剂的石墨片的制造方法如下：准备上述说明的石墨片10，可以在该石墨片10上依次形成丙烯酸系粘合剂层21、聚酯膜22和有机硅粘合剂层23，另外，准备在聚酯膜22的单面形成有丙烯酸系粘合剂层21、而在另一个面形成有有机硅粘合剂层23的双面粘合片，将该丙烯酸系粘合剂层21侧与石墨片10层合，可以制造本发明的热扩散片(带粘合剂的石墨片) 2。
另外，事先形成在聚酯膜22上形成有有机硅粘合剂层23的中间薄片A，另一方面，事先形成在剥离膜上形成有丙烯酸系粘合剂层21的中间薄片B，使上述中间薄片A的聚酯膜22的表面与上述中间薄片B的丙烯酸系粘合剂层21的表面接触，使两块中间薄片A、B贴合，制成作为双面粘合片的复合粘合剂膜11，除去该丙烯酸系粘合剂层21侧的剥离膜，使露出的丙烯酸系粘合剂层21的表面与石墨片10的表面接触，将复合粘合剂膜11贴在石墨片10上，可以制造本发明的热扩散片2。
另外，准备在聚酯膜22上设有有机硅粘合剂层23的中间薄片A、和在石墨片10上涂布丙烯酸系粘合剂层21的材料而设有丙烯酸系粘合剂层21的中间薄片C，露出中间薄片A的聚酯膜22的表面，使上述中间薄片C的丙烯酸系粘合剂层21的表面与所露出的聚酯膜22的表面接触而贴于其上，可以制造本发明的热扩散片2。
实施例
以下，通过实施例来具体说明本发明。
<石墨片的制造方法>
将高锰酸钾溶解在浓硫酸中，在所得的约15重量份的混合溶液中浸入100重量份的天然石墨，将所得的鳞片状石墨加热至约900℃，对以容积比计膨胀至150cm3/g的膨胀石墨进行加压成形，得到了由密度为约1.5g/cm3的膨胀石墨轧制薄片构成的石墨片10。再对其进行轧制处理，得到了厚度为0.5mm的薄膜状轧制薄片。使用可测定平面方向的热扩散率的THERMOWAVE测定仪对其进行测定时，热扩散率为3×10-4m2/秒。
<有机硅粘合剂层的制作方法>
在10质量份的由具有乙烯基作为链烯基的有机二甲基聚硅氧烷和有机氢聚硅氧烷构成的加成型有机聚硅氧烷[信越化学(株)制造：商品名“KS-847H”；固体含量为30质量%]中添加15质量份的甲苯与丁酮的混合溶剂(以质量比计为6:4)和0.1质量份的铂催化剂[信越化学(株)制造：商品名“PL-50T”]，将所调制的涂布液(固体含量为12质量%)用迈耶绕线棒#3分别涂布在厚度20μm和厚度50μm的两种聚酯膜22 [帝人デュポンフィルム(株)制造的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜：商品名“G2”]上，在160℃下干燥60秒，在聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜上制造了由有机硅弹性体构成、且具有弱粘合性的有机硅粘合剂层23。
将涂布液以1.0g/m2的涂布量涂布在50μm的聚酯膜22上，得到了厚度20μm的有机硅粘合剂层23。
将涂布液以其1/4(0.25g/m2)的涂布量涂布在20μm的聚酯膜22上，得到了厚度5μm的有机硅粘合剂层23。
<丙烯酸系粘合剂层的制作方法>
在混合丙烯酸单体和丙烯酸聚合物而得到的55重量份树脂液中加入5重量份的作为粘合赋予剂的氢化松香即[荒川化学工业(株)制造 商品名“KE311”]进行混合，再加入40重量份的甲苯进行混合直至均匀。向其中加入2重量份的TDI系异氰酸酯改性交联剂即[日本ポリウレタン工业(株)制造：商品名“コロネートL”]，进一步混合直至均匀。使用迈耶绕线棒#3将该涂布液以10g/m2的涂布量涂布在厚度38μm的脱模薄膜上，在130℃下干燥120秒，在脱模薄膜上形成了厚度10μm的丙烯酸系粘合剂层21。
<复合粘合剂膜>
使用可加热的装置将所得的上述组合物以1kg/cm的线压进行层合，制成了在聚酯膜22的单面配置有有机硅粘合剂层23、而在其相反侧的面上配置有丙烯酸系粘合剂层21的结构的复合粘合剂膜11。
＜实施例1、2＞
将通过上述步骤制造的石墨片10和复合粘合剂膜11经过真空加热加压，得到了丙烯酸系粘合剂层21与石墨片10接触而固定的热扩散片2。
该热扩散片2是大小为约1200mm×720mm×0.6mm的层合体，制成了聚酯膜为20μm的热扩散片2 (实施例1)和聚酯膜为50μm的热扩散片2 (实施例2)。
＜比较例1＞
以不含导热性材料、且两面形成有丙烯酸粘合剂层的双面粘合片(“市售品1”)作为复合粘合剂膜来代替本发明中使用的复合粘合剂膜11，将其贴在石墨片10的单面，作成了热扩散片。该双面粘合片在石墨片侧形成有30μm的丙烯酸粘合剂层、而在被粘附体侧形成有5μm的丙烯酸粘合剂层，还具有其厚度的关系，形成所谓的差异粘合片。
＜比较例2＞
以不含导热性材料、且两面形成有丙烯酸粘合剂层的双面胶(“市售品2”)作为复合粘合剂膜来代替本发明中使用的复合粘合剂膜11，将其贴在石墨片10的单面，制成了热扩散片。该热扩散片虽然在石墨片10侧形成有30μm的丙烯酸粘合剂层、而在被粘附体侧也形成有30μm的丙烯酸粘合剂层，但因其成分不同，形成了所谓的差异粘合片。
＜比较例3＞
使用デクセリアルズ(株)制造的有机硅粘合剂片[商品名T4082S]在有机硅粘合剂层23上制成复合粘合剂膜，将该复合粘合剂膜的丙烯酸系粘合剂层21贴在石墨片10的单面，作成了热扩散片。
＜比较例4＞
在通过上述步骤制造的石墨片10上涂布上述的涂布液并将其干燥，形成有机硅粘合剂层23，得到了热扩散片。未使用复合粘合剂膜。
＜测定试验＞
对实施例1、2和比较例1～3的热扩散片进行了下述试验。
○热扩散率试验
使用冲压机将热扩散片剪成15mm×15mm，使用热扩散率测定装置(THERMOWAVE测定仪TA3：(株)ベテル制造)算出在25℃的温度下达到平衡状态时的热扩散率。热扩散率的数值越高越理想，优选10-4m2/秒以上。
○返修性试验
将热扩散片以1kg/cm的线压层合在1300mm×800mm的玻璃板(钠钙玻璃)上，在常温下经过7天后，确认能否从玻璃板上剥离复合粘合剂膜。还确认了剥离后的剥离残余物是否未残留在玻璃板的表面上。
○接合可靠性试验
将热扩散片以1kg/cm的线压层合在1300mm×800mm的玻璃板(钠钙玻璃)上，投入调整至60℃、75%RH的大气恒温恒湿烘箱中，确认了经过1000小时后的外观。
＜试验结果＞
○测定值
各试验结果见下述表1、表2。
[表1]
[表2]
○返修性评价
在表1、表2中，返修性一栏内显示了下述评价。
A 良好：用较小的力即可从玻璃板上剥离，在玻璃板的剥离面上没有残留残余物；
B 可能：基本上可以从玻璃板上剥离。在玻璃板的剥离面上没有残留残余物；
C 不良：从玻璃板上剥离需要相当大的力。在玻璃板的剥离面上残留有残余物。
○接合可靠性评价
在表1、表2中，接合可靠性一栏内显示了下述评价。
A 良好：完全没有发生浮动，端部也牢牢地接合；
B 可能：几乎没有发生浮动，但端部有一部分隆起；
C 不良：发生了浮动，端部隆起。
符号说明
2：热扩散片；
10：石墨片；
11：复合粘合剂膜；
21：丙烯酸系粘合剂层；
22：聚酯膜；
23：有机硅粘合剂层。

Claims (1)

1.热扩散片，该热扩散片是在石墨片的表面形成复合粘合剂膜而构成的，其特征在于：
上述石墨片的厚度为300μm以上且2000μm以下，
上述复合粘合剂膜是从上述石墨片起依次层合下述的(A)～(C)而形成的：
(A) 丙烯酸系粘合剂层，其厚度为5μm以上且15μm以下的范围，不含导热性材料；
(B) 聚酯膜，其厚度为20μm以上且60μm以下的范围；以及
(C) 有机硅粘合剂层，其厚度为2μm以上且25μm以下的范围，不含导热性材料，并且剥离强度为0.005N/cm以上且1.0N/cm以下。
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