CN112313795A - 热传导性片 - Google Patents

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Abstract

本发明的热传导性片(10)，包含高分子基质(12)和各向异性填充材料(13)，各向异性填充材料(13)沿厚度方向取向。在热传导性片(10)的表面(10A)、(10B)的附近，各向异性填充材料(13)被配置成以1～45％的比例倾倒。根据本发明，能够提供能使厚度方向的热传导性充分提高的热传导性片。

Description

热传导性片
技术领域
本发明涉及热传导性片，涉及例如配置于发热体与散热体之间而使用的热传导性片。
背景技术
在计算机、汽车部件、便携式电话等电子设备中，为了将从半导体元件、机械部件等发热体产生的热进行散热，一般使用热沉等散热体。已知出于提高热向散热体的传热效率的目的而在发热体与散热体之间配置热传导性片。
热传导性片，在使其配置于电子设备内部时一般进行压缩而使用，要求高的柔软性。因此，向橡胶、凝胶等柔软性高的高分子基质中配合具有热传导性的填充材料而构成。另外，就热传导性片而言，众所周知：为了提高厚度方向的热传导性而使碳纤维等具有各向异性的填充材料沿厚度方向取向(例如参照专利文献1、2)。另外，也公开了一种将热传导性片夹于两片聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜来制造的方法(例如参照专利文献3)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018－056315号公报
专利文献2：日本特开2018－014534号公报
专利文献3：日本特开2011－231242号公报
发明内容
近年来，伴随着电气设备的高功能化，热传导性片也高特性化的需求高涨，希望进一步提高厚度方向的热导率。但是，如专利文献1、2所公开的那样，只是使填充材料沿厚度方向取向的话，在提高热导率上存在极限，希望进一步的改良。另外判明：若为专利文献3那样的制造方法，则有热传导性片表面的填充材料难以沿厚度方向取向的情况。
本发明是鉴于以上的问题而完成的，其课题是提供能使厚度方向的热传导性充分提高的热传导性片。
本发明人进行深入研究的结果发现：通过使利用光学显微镜观察到的片表面的各向异性填充材料配置成以规定的比例倾倒，能够解决上述课题，从而完成了本发明。本发明提供以下的[1]～[14]技术方案。
[1]一种热传导性片，是包含高分子基质和各向异性填充材料、且所述各向异性填充材料沿厚度方向取向的热传导性片，
在所述热传导性片的利用光学显微镜观察到的表面，所述各向异性填充材料被配置成以1～45％的比例倾倒。
[2]根据上述[1]所述的热传导性片，
在所述热传导性片的表面，所述各向异性填充材料不露出。
[3]根据上述[1]或[2]所述的热传导性片，
所述各向异性填充材料为纤维材料。
[4]根据上述[3]所述的热传导性片，
所述纤维材料为碳纤维。
[5]根据上述[3]或[4]所述的热传导性片，
所述纤维材料的平均纤维长度为50～500μm。
[6]根据上述[1]～[5]的任一项所述的热传导性片，
还包含非各向异性填充材料。
[7]根据上述[6]所述的热传导性片，
所述非各向异性填充材料为选自氧化铝、铝、氧化锌、氮化硼和氮化铝中的至少1种。
[8]根据上述[6]或[7]所述的热传导性片，
所述非各向异性填充材料的体积填充率相对于所述各向异性填充材料的体积填充率之比为2～5。
[9]根据上述[1]～[8]的任一项所述的热传导性片，
在所述表面中以倾倒的方式配置的各向异性填充材料的至少一部分被配置成相对于所述表面倾斜。
[10]根据上述[1]～[9]的任一项所述的热传导性片，
所述高分子基质为加成反应固化型聚硅氧烷。
[11]根据上述[1]～[10]的任一项所述的热传导性片，
所述热传导性片的厚度为0.1～5mm。
[12]根据上述[1]～[11]的任一项所述的热传导性片，
所述热传导性片在厚度方向上的热导率为6w/m·K以上。
[13]根据上述[4]所述的热传导性片，
所述碳纤维被绝缘层被覆。
[14]根据上述[13]所述的热传导性片，所述绝缘层包含二氧化硅。
根据本发明，能够提供能使厚度方向的热传导性充分提高的热传导性片。
附图说明
图1是表示第1实施方式的热传导性片的示意性截面图。
图2是表示第2实施方式的热传导性片的示意性截面图。
图3是热阻测定机的概略图。
图4是示意性地表示利用光学显微镜对实施例1的热传导性片的表面进行观察而得到的观察图像的图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式涉及的热传导性片进行详细说明。
[第1实施方式]
图1示出第1实施方式的热传导性片。在图1中，代表性地示出各向异性填充材料为纤维材料的情况的例子。第1实施方式涉及的热传导性片10包含高分子基质12和各向异性填充材料13，各向异性填充材料13沿厚度方向取向。在热传导性片10的各表面10A、10B的表面附近，各向异性填充材料13的一部分以倾倒的方式配置。再者，所谓表面附近，意指后述的通过光学显微镜所观察的表面。
在本实施方式的热传导性片10中，如后述的制造方法中所示，在表面10A、10B难以配置各向异性填充材料13。因此，在表面10A、10B不存在各向异性填充材料13，另外，即使存在，其量也少，例如与在厚度方向的中央位置处的各向异性填充材料13的存在比例相比变得充分少。由此，在表面10A、10B，各向异性填充材料13成为埋设于片内部的状态，在热传导性片10的各表面10A、10B不露出。再者，所谓不露出，意指在热传导性片表面存在的各向异性填充材料被高分子基质12实质性地覆盖着的状态。另外，在此所说的覆盖并不限定为各向异性填充材料13必须100％被高分子基质12覆盖。
各表面10A，10B的表面附近的各向异性填充材料13被配置成以1～45％的比例倾倒。在本实施方式的热传导性片10中，以倾倒的方式配置的各向异性填充材料13的比例为1％以上。这是由于：在实用性上难以将以倾倒的方式配置的各向异性填充材料13的比例调整成小于1％。即，就该以倾倒的方式配置的各向异性填充材料13的比例为1％而言，根据与在表面附近沿厚度方向取向的各向异性填充材料13的增加极限量的关系，可认为是以倾倒的方式配置的比例的最小值。
另外，若以倾倒的方式配置的各向异性填充材料13的比例大于45％，则在表面附近沿厚度方向取向的各向异性填充材料的量变少，变得难以提高厚度方向的热导率。
各表面10A、10B的表面附近的各向异性填充材料13在表面不露出，并且在表面附近被配置成以1～45％的比例倾倒，由此成为热传导性优异、并且也具有粘着性的热传导性片10。
从提高厚度方向的热导率的观点出发，上述以倾倒的方式配置的比例优选为1～25％，更优选为1～10％，进一步优选为1～5％。
在表面附近以倾倒的方式配置的各向异性填充材料的比例，能够通过在利用光学显微镜观察到的观察图像中求出以倾倒的方式配置的各向异性填充材料的数量相对于所观察到的总的各向异性填充材料的数量的比例来算出。通过使用光学显微镜在后述的条件下进行热传导性片10的表面观察，从而能够观察在热传导性片10的表面不露出、且在表面附近存在的各向异性填充材料。
在此，所谓以倾倒的方式配置的各向异性填充材料13是指：在观察图像中倾倒成各向异性填充材料13的端面13A以外的部分在观察图像中能实质地观察到的程度的填充材料。所谓能实质地观察到的程度，意味着：端面13A以外的部分相比于端面13A能以2倍以上的面积(投影面积)观察到。因此，在各向异性填充材料13为纤维材料的情况下，将在观察图像中纤维材料的外周面13B达到纤维材料的端面13A的2倍以上的纤维材料视为以倾倒的方式配置的各向异性填充材料。
关于图像的解析方法，可以从观察图像通过目视进行观察。另外，只要能够根据上述的基准来算出以倾倒的方式配置的各向异性填充材料的数量的比例，则解析方法并不限定，也可以使用图像处理软件来算出。例如可以通过使用通用的图像处理软件(例如三谷商事株式会社制的“WINROOF”)进行处理来实现可视化。
利用光学显微镜进行的片表面的观察，是在基于JIS Z9110的使用照度测定计测定出的照度为2000勒克斯的环境下用数字显微镜VHX1000(キーエンス公司制)以200倍的倍率来进行的。
在各表面10A、10B的表面附近以倾倒的方式配置的各向异性填充材料13，可以在热传导性片的表面10A、10B的附近以在各表面中躺卧的方式配置，也可以在表面10A、10B的附近以相对于各表面倾斜的方式配置。另外，以倾倒的方式配置的各向异性填充材料13相对于厚度方向的倾斜角度优选为45～90°左右。再者，关于倾斜角度，在该构成的角度大于90°的情况下，将其补角作为倾斜角度。
在热传导性片的表面附近以躺卧的方式配置的各向异性填充材料13，实质上是沿表面10A(或10B)配置的各向异性填充材料。将这样的各向异性填充材料在图1中用各向异性填充材料13X表示。
另外，相对于表面倾斜的各向异性填充材料，是以各向异性填充材料13的一个端面13A与表面10A(或10B)分离开的方式倾斜的各向异性填充材料。将这样的各向异性填充材料在图1中用各向异性填充材料13Y表示。
在各表面10A、10B的附近以倾倒的方式配置的各向异性填充材料13优选含有以相对于表面倾斜的方式配置的各向异性填充材料13Y。以倾斜的方式配置的各向异性填充材料13Y，容易接触到沿厚度方向取向的各向异性填充材料13，容易使厚度方向的热传导性提高。
在本实施方式中，热传导性片10还含有非各向异性填充材料14。热传导性片10通过含有非各向异性填充材料14，热传导性变得更良好。
＜高分子基质＞
在热传导性片10中使用的高分子基质12是弹性体、橡胶等高分子化合物，优选使用将由主剂和固化剂之类的混合系组成的液态的高分子组合物(固化性高分子组合物)固化而形成的基质。固化性高分子组合物，例如可以是由未交联橡胶和交联剂组成的组合物，也可以是包含单体、预聚物等和固化剂等的组合物。另外，上述固化反应可以是常温固化，也可以是热固化。
由固化性高分子组合物形成的高分子基质，可例示聚硅氧烷橡胶。在聚硅氧烷橡胶的情况下，作为高分子基质(固化性高分子组合物)，优选使用加成反应固化型聚硅氧烷。另外，更具体而言，作为固化性高分子组合物，使用包含含链烯基有机聚硅氧烷和含氢有机聚硅氧烷的固化性高分子组合物即可。
作为橡胶，除了上述以外，也能够使用各种的合成橡胶，作为具体例，可列举例如丙烯酸类橡胶、腈橡胶、异戊二烯橡胶、聚氨酯橡胶、乙丙橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、丁二烯橡胶、氟橡胶、丁基橡胶等。在使用这些橡胶的情况下，合成橡胶在热传导性片中可以被交联，也可以为未交联(即未硬化)的状态。
另外，在被交联(即硬化)的情况下，如在上述中说明了的那样，高分子基质只要是将由采用这些合成橡胶构成的未交联橡胶和交联剂组成的固化性高分子组合物固化而成的基质即可。
另外，作为弹性体，也能够使用聚酯系热塑性弹性体、聚氨酯系热塑性弹性体等热塑性弹性体、将由主剂和固化剂组成的混合系的液态的高分子组合物固化而形成的热固化型弹性体。例如，可例示将包含具有羟基的高分子、和异氰酸酯的高分子组合物固化而形成的聚氨酯系弹性体。
在上述之中，例如从固化后的高分子基质特别柔软、热传导性填充材料的填充性良好的方面出发，优选使用聚硅氧烷橡胶、特别是加成反应固化型聚硅氧烷。
另外，用于形成高分子基质的高分子组合物，可以是由高分子化合物单一成分组成的组合物，但也可以是由高分子化合物和增塑剂组成的组合物。在使用合成橡胶的情况下增塑剂被优选地使用，通过包含增塑剂，能够提高未交联时的高分子基质的柔软性。
增塑剂可使用与高分子化合物具有相容性的增塑剂，具体而言，优选为酯系增塑剂、硅油。作为酯系增塑剂的具体例，可列举例如邻苯二甲酸酯、己二酸酯、偏苯三酸酯、磷酸酯、癸二酸酯、壬二酸酯、马来酸酯、苯甲酸酯等。作为硅油，可列举聚二甲基硅氧烷。
增塑剂相对于高分子化合物的含量，以质量比计，增塑剂/高分子化合物优选为20/80～60/40，更优选为30/70～55/45。通过将增塑剂/高分子化合物的质量比设为60/40以下，容易通过高分子化合物来保持填充材料。另外，通过设为20/80以上，高分子基质的柔软性变得充分。
高分子基质的含量，若用体积基准的填充率(体积填充率)表示，则相对于热传导性片总量优选为20～50体积％，更优选为25～45体积％。
(添加剂)
在热传导性片10中，可以向高分子基质12中以不损害作为热传导性片10的功能的范围进一步配合各种添加剂。作为添加剂，可列举选自例如分散剂、偶联剂、粘合剂、阻燃剂、抗氧化剂、着色剂、防沉降剂等中的至少1种以上。另外，在如上述那样使固化性高分子组合物交联、固化等的情况下，作为添加剂，也可以配合使交联、固化促进的交联促进剂、固化促进剂等。
＜各向异性填充材料＞
高分子基质12中所配合的各向异性填充材料13是在形状上具有各向异性的填充材料，是能够取向的填充材料。各向异性填充材料13是热传导填充材料。作为各向异性填充材料13，可列举纤维材料、鳞片状材料等。各向异性填充材料13是纵横比高的材料，具体而言，是纵横比大于2的材料，纵横比优选为5以上。通过使纵横比大于2，容易使各向异性填充材料13沿厚度方向取向，容易提高热传导性片10的热传导性。
另外，纵横比的上限并不特别限定，但在实用性上为100。
再者，所谓纵横比，是各向异性填充材料13的长轴方向的长度相对于短轴方向的长度之比，在纤维材料中意指纤维长度/纤维直径，在鳞片状材料中意指鳞片状材料的长轴方向的长度/厚度。
从提高热传导性的观点和在表面10A，10B中容易使各向异性填充材料13以倾倒的方式配置的观点出发，各向异性填充材料13优选为纤维材料。
热传导性片中的各向异性填充材料13的含量，相对于高分子基质100质量份优选为30～300质量份，更优选为50～270质量份。另外，各向异性填充材料13的含量，若用体积基准的填充率(体积填充率)表示，则相对于热传导性片总量优选为5～35体积％，更优选为8～30体积％。
通过将各向异性填充材料13的含量设为30质量份以上，容易提高热传导性，通过设为300质量份以下，后述的混合组合物的粘度容易变得适当，各向异性填充材料13的取向性变得良好。
在各向异性填充材料13为纤维材料的情况下，其平均纤维长度优选为50～500μm，更优选为70～350μm。若将平均纤维长度设为50μm以上，则在热传导性片10内部各向异性填充材料彼此适当地接触，从而能确保热的传递路径。另外，若各向异性填充材料13的平均纤维长度长，则在表面附近容易以倾倒的方式配置，但通过后述的特定的制造方法，能够使其在表面附近也以高的比例沿厚度方向取向。
另一方面，若将平均纤维长度设为500μm以下，则各向异性填充材料的体积变低，能够高填充至高分子基质中。
再者，上述的平均纤维长度能够用显微镜观察各向异性填充材料来算出。更具体而言，例如，能够使用电子显微镜、光学显微镜测定任意50个各向异性填充材料的纤维长度，并将其平均值(算术平均值)作为平均纤维长度。
另外，优选纤维材料的平均纤维长度小于热传导性片10的厚度。通过小于厚度，纤维材料变得难以从热传导性片10的表面10A、10B突出。
另外，在各向异性填充材料13为鳞片状材料的情况下，其平均粒径优选为10～400μm，更优选为15～200μm。另外，特别优选为15～130μm。通过将平均粒径设为10μm以上，在热传导性片10中各向异性填充材料13彼此容易接触，能确保热的传递路径。另外，各向异性填充材料13在热传导性片10的表面中容易以倾倒的方式配置，但通过后述的特定制造方法，能够使其在表面附近也以高的比例沿厚度方向取向，热传导性片10的热传导性变得良好。另一方面，若将平均粒径设为400μm以下，则热传导性片10的体积变低，能够将各向异性填充材料13高填充至高分子基质12中。
再者，鳞片状材料的平均粒径，能够用显微镜观察各向异性填充材料从而算出长径来作为直径。更具体而言，例如，能够使用电子显微镜、光学显微镜测定任意50个各向异性填充材料的长径，并将其平均值(算术平均值)作为平均粒径。
各向异性填充材料13，只要使用具有热传导性的公知的材料即可，但优选具备反磁性以便能够如后述那样进行磁场取向。
作为各向异性填充材料13的具体例，可列举：由碳纤维或鳞片状碳粉末代表的碳系材料、由金属纤维代表的金属材料、金属氧化物、氮化硼、金属氮化物、金属碳化物、金属氢氧化物等。其中，碳系材料，由于比重小，在高分子基质12中的分散性良好，因此优选，其中，更优选热导率高的石墨化碳材料。石墨化碳材料通过石墨面在规定方向一致而具有反磁性。另外，氮化硼等也通过晶面在规定方向一致而具备反磁性。另外，各向异性填充材料13特别优选为碳纤维。
另外，各向异性填充材料13，并不特别限定，但沿具有各向异性的方向(即长轴方向)的热导率一般为60W/m·K以上，优选为400W/m·K以上。各向异性填充材料13的热导率，其上限并不特别限定，但例如为2000W/m·K以下。热导率的测定方法为激光闪光法。
各向异性填充材料13，可以单独使用1种，也可以并用两种以上。例如，作为各向异性填充材料13，可以使用具有至少2种相互不同的平均粒径或平均纤维长度的各向异性填充材料13。可以认为，若使用大小不同的各向异性填充材料，则通过相对小的各向异性填充材料进入到相对大的各向异性填充材料之间，能够将各向异性填充材料高密度地填充至高分子基质中，并且能够提高热的传导效率。
作为各向异性填充材料13使用的碳纤维，优选为石墨化碳纤维。另外，作为鳞片状碳粉末，优选为鳞片状石墨粉末。在它们之中，各向异性填充材料13更优选为石墨化碳纤维。
就石墨化碳纤维而言，石墨的晶面在纤维轴向连绵，在该纤维轴向具备高的热导率。因此，通过使该纤维轴向与规定方向一致，能够提高特定方向的热导率。另外，就鳞片状石墨粉末而言，石墨的晶面在鳞片面的面内方向连绵，在该面内方向具备高的热导率。因此，通过使该鳞片面在规定的方向一致，能够提高特定方向的热导率。石墨化碳纤维以及鳞片石墨粉末优选是具有高的石墨化度的。
作为上述的石墨化碳纤维、鳞片状石墨粉末等石墨化碳材料，能够使用将以下的原料石墨化而成的石墨化碳材料。例如可列举萘等缩合多环烃化合物、PAN(聚丙烯腈)、沥青等缩合杂环化合物等，但特别优选使用石墨化度高的石墨化中间相沥青、聚酰亚胺、聚苯唑。例如，通过使用中间相沥青，在后述的纺丝工序中沥青利用其各向异性而沿纤维轴向取向，能够得到在该纤维轴向上具有优异的热传导性的石墨化碳纤维。
石墨化碳纤维中的中间相沥青的使用方式，只要能够纺丝，就不特别限定，可以单独使用中间相沥青，也可以与其他的原料组合而使用。但是，从高热传导化、纺丝性和品质的稳定性的方面出发，最优选单独使用中间相沥青、即中间相沥青含量为100％的石墨化碳纤维。
石墨化碳纤维，能够使用：依次进行纺丝、不熔化和碳化的各处理并粉碎或切断成规定的粒径后进行石墨化而成的石墨化碳纤维、在碳化后进行粉碎或切断然后进行石墨化而成的石墨化碳纤维。在石墨化前进行粉碎或切断的情况下，在因粉碎而新露出于表面的表面中，在石墨化处理时缩聚反应、环化反应变得容易进行，因此能够得到提高石墨化度而使热传导性更进一步提高的石墨化碳纤维。另一方面，在将纺丝而成的碳纤维石墨化后进行粉碎的情况下，石墨化后的碳纤维刚硬因而容易粉碎，通过短时间的粉碎便能得到纤维长度分布较狭窄的碳纤维粉末。
石墨化碳纤维的平均纤维长度，按照上述的那样，优选为50～500μm，更优选为70～350μm。另外，按照上述的那样，石墨化碳纤维的纵横比大于2，优选为5以上。石墨化碳纤维的热导率并不特别限定，但在纤维轴向上的热导率优选为400W/m·K以上，更优选为800W/m·K以上。
作为各向异性填充材料13使用的碳纤维优选被绝缘层被覆。
通过使用被绝缘层被覆的碳纤维，热传导性片的电绝缘性提高。绝缘层的厚度并不特别限定，但优选为100～400nm，更优选为100～200nm。绝缘层含有二氧化硅作为发挥电绝缘性的物质。绝缘层可以是仅由二氧化硅构成的绝缘层，但也可以除了二氧化硅以外还含有氧化铝、氮化硼、氮化硅等。
各向异性填充材料13是如上述那样沿厚度方向取向的材料，但不需要长轴方向严格地平行于厚度方向，即使长轴方向相对于厚度方向稍微倾斜，也视为沿厚度方向取向。具体而言，长轴方向相对于厚度方向倾斜小于20°的程度的各向异性填充材料也视为沿厚度方向取向的各向异性填充材料13，如果这样的各向异性填充材料13在热传导性片10中为大部分(例如，相对于总的各向异性填充材料的数量为大于60％，优选大于80％)，则视为沿厚度方向取向。
＜非各向异性填充材料＞
非各向异性填充材料14是与各向异性填充材料13区别开地在热传导性片10中含有的热传导性填充材料，是与各向异性填充材料13一起对热传导性片10赋予热传导性的材料。在本实施方式中，通过填充非各向异性填充材料14，在固化成片之前的阶段中抑制粘度上升，分散性变得良好。另外，就各向异性填充材料13彼此而言，例如当纤维长度变大时，难以提高填充材料彼此的接触面积，但通过用非各向异性填充材料14填埋其间，能够形成传热通路，得到热导率高的热传导性片10。
非各向异性填充材料14是在形状上实质上不具有各向异性的填充材料，是即使在后述的磁力线发生下或剪切力作用下等各向异性填充材料13会沿规定的方向取向的环境下也不沿该规定的方向取向的填充材料。
非各向异性填充材料14，其纵横比为2以下，优选为1.5以下。在本实施方式中，通过含有纵横比这样低的非各向异性填充材料14，具有热传导性的填充材料能适当地介于各向异性填充材料13的间隙，能得到热导率高的热传导性片10。另外，通过将纵横比设为2以下，能够防止后述的混合组合物的粘度上升，实现高填充。
非各向异性填充材料14的具体例可列举例如金属、金属氧化物、金属氮化物、金属氢氧化物、碳材料、金属以外的元素的氧化物、氮化物、碳化物等。另外，非各向异性填充材料14的形状，可列举球状、不定形的粉末等。
在非各向异性填充材料14中，作为金属，可例示铝、铜、镍等，作为金属氧化物，可例示以氧化铝(alumina)为代表的氧化铝、氧化镁、氧化锌等，作为金属氮化物，可例示氮化铝等。作为金属氢氧化物，可列举氢氧化铝。而且，作为碳材料，可列举球状石墨等。作为金属以外的元素的氧化物、氮化物、碳化物，可列举石英、氮化硼、碳化硅等。
非各向异性填充材料14优选从氧化铝、铝、氧化锌、氮化硼和氮化铝中选择，特别是从填充性、热导率的观点出发，优选氧化铝。
非各向异性填充材料14可以单独使用上述的材料中的1种，也可以并用两种以上。
非各向异性填充材料14的平均粒径，优选为0.1～50μm，更优选为0.5～35μm。另外，特别优选为1～15μm。通过将平均粒径设为50μm以下，变得难以发生扰乱各向异性填充材料13的取向等不良情况。另外，通过将平均粒径设为0.1μm以上，非各向异性填充材料14的比表面积不会超过所需地大，即使大量地配合，混合组合物的粘度也难以上升，容易将非各向异性填充材料14高填充。
就非各向异性填充材料14而言，例如，作为非各向异性填充材料14，也可以使用具有至少2种相互不同的平均粒径的非各向异性填充材料14。
再者，非各向异性填充材料14的平均粒径，能够用电子显微镜等进行观察来测定。更具体而言，例如，能够使用电子显微镜、光学显微镜测定任意50个非各向异性填充材料的粒径，并将其平均值(算术平均值)作为平均粒径。
非各向异性填充材料14的含量，相对于高分子基质100质量份优选为200～800质量份的范围，更优选为300～700质量份的范围。
若非各向异性填充材料14的含量用体积基准的填充率(体积填充率)表示，则相对于热传导性片总量优选为30～60体积％，更优选为40～55体积％。
非各向异性填充材料14，通过设为200质量份以上，介于各向异性填充材料13彼此的间隙的非各向异性填充材料14的量变得充分，热传导性变得良好。另一方面，通过设为800质量份以下，能够获得与含量相应的提高热传导性的效果，另外，也不会因非各向异性填充材料14而阻碍各向异性填充材料13的热传导。进而，通过设为300～700质量份的范围内，热传导性片10的热传导性优异，混合组合物的粘度也更合适。
非各向异性填充材料14的体积填充率相对于各向异性填充材料13的体积填充率之比优选为2～5，更优选为2～3。通过将体积填充率之比的范围设为上述范围内，非各向异性填充材料14能适度地填充至各向异性填充材料13之间，能够形成高效率的传热通路，因此能够使热传导性片10的热传导性提高。
＜热传导性片＞
热传导性片10的厚度方向的热导率优选为6W/m·K以上，更优选为8W/m·K以上，进一步优选为13W/m·K以上。通过设为这些下限值以上，能够使热传导性片10在厚度方向上的热传导性优异。上限不特别限制，热传导性片10的厚度方向的热导率为例如50W/m·K以下。再者，热导率是用基于ASTM D5470－06的方法测定的。
热传导性片10的片厚度方向的热阻值优选为小于3.0℃/W，更优选为2.5℃/W以下，进一步优选为2.0℃/W以下。通过这样地将热阻值设为一定值以下，热传导性片10容易使热从发热体向散热体传递。热阻值越小越好，但通常为0.1℃/W以上。热阻值能够用实施例中记载的方法进行测定。
关于热传导性片的厚度，可以考虑在0.1～5mm的范围内使用，但不需要限定于该厚度范围。原因是热传导性片的厚度可根据搭载热传导性片的电子设备的形状、用途而适当变更。
热传导性片10可在电子设备内部等使用。具体而言，热传导性片10介于发热体与散热体之间，将由发热体发出的热进行热传导而使其转移至散热体，并使其从散热体散热。在此，作为发热体，可列举在电子设备内部使用的CPU、功率放大器、电源等的各种电子部件。另外，散热体可列举热沉、热泵、电子设备的金属壳体等。热传导性片10的两表面10A、10B各自分别与发热体及散热体密合，并且压缩而使用。
＜热传导性片的制造方法＞
本实施方式的热传导性片，虽并不特别限定但例如能够利用具备以下的工序(A)和(B)的方法来制造。
工序(A)：将混合组合物利用两片剥离材料夹持，得到层叠体的工序；
工序(B)：在热传导性片中使各向异性填充材料沿着成为厚度方向的一个方向取向的工序。
以下，对各工序进行更详细的说明。
[工序(A)]
工序(A)是将混合组合物利用两片剥离材料夹持而得到层叠体的工序。混合组合物包含各向异性填充材料、非各向异性填充材料和成为高分子基质的原料的固化性高分子组合物，能够通过将上述各成分混合来得到。此时，也可以根据需要来配合阻燃剂等各种添加剂。在混合时，能够使用例如混合机、混炼辊、捏合机、挤出成型机等公知的混合机构。混合组合物通常为浆料状，为了调整粘度，也可以使用有机溶剂。
接着，将所得到的混合组合物涂敷于剥离材料。从将混合组合物均匀地涂敷于剥离材料上的观点出发，优选使用刮刀法、模涂法。在涂敷之后，从混合组合物之上载置别的剥离材料。
接着，使用加压压机等，在混合组合物被两片剥离材料夹持的状态下压缩至所期望的厚度，从而得到层叠体。再者，混合组合物的涂敷量、压缩压力，只要考虑所得到的热传导性片的大小、厚度等来适当设定即可。
作为剥离材料，并不特别限定，但优选为树脂制的剥离材料，其中，更优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜，进一步优选为利用氟树脂进行了脱模处理的PET膜。
被两片剥离材料夹持的混合组合物中的固化性高分子组合物，因剥离材料的表面张力而容易优先地向剥离材料表面侧移动，相反地，各向异性填充材料变得难以配置于剥离材料的附近。由此可以认为所得到的热传导性片成为在表面上各向异性填充材料不露出的热传导性片。
在工序(A)中，各向异性填充材料在被剥离材料夹持的混合组合物内随机(无规则)地分散。
[工序(B)]
工序(B)是在热传导性片中使各向异性填充材料沿着成为厚度方向的一个方向取向的工序。作为使其取向的方法，优选应用磁场取向制法。在磁场取向制法中，将在工序(A)中得到的层叠体置于磁场中，使各向异性填充材料沿磁场取向后，使固化性高分子组合物固化。
在磁场取向制法中，作为用于施加磁力线的磁力线发生源，可列举超导磁铁、永久磁铁、电磁铁等，但在能够产生高磁通密度的磁场的方面，优选超导磁铁。从这些磁力线发生源产生的磁场的磁通密度优选为1～30特斯拉。若将磁通密度设为1特斯拉以上，则能够使由碳材料等构成的上述的各向异性填充材料容易地取向。另外，通过设为30特斯拉以下，能够实用性地制造。
另外，从容易应用磁场取向制法将以倾倒的方式配置的各向异性填充材料的比例调整为所期望的范围的观点出发，混合组合物的粘度优选设为450Pa·s以下，更优选设为300Pa·s以下。混合组合物的粘度优选设为10Pa·s以上。由此，各向异性填充材料、非各向异性填充材料变得难以沉降。再者，所谓粘度是使用旋转粘度计(ブルックフィールド粘度计DV－E、スピンドルSC4－14)在25℃下以10rpm的旋转速度测定出的粘度。但是，在使用难沉降的各向异性填充材料、非各向异性填充材料、或者组合了防沉降剂等添加剂的情况下，混合组合物的粘度也可以设为小于10Pa·s。
通过将层叠体置于磁场中，各向异性填充材料沿厚度方向取向，但在混合组合物与剥离材料的界面附近、即最终成为热传导性片的表面的部分中，因剥离材料的存在而使各向异性填充材料难以沿层叠体的厚度方向取向，具有以倾倒的方式配置的各向异性填充材料变多的倾向。因此，从使以倾倒的方式配置的各向异性填充材料的比例成为所期望的范围、使所得到的热传导性片的热导率提高的观点出发，优选从外部对层叠体赋予振动。振动通过固化性高分子组合物、非各向异性填充材料而对各向异性填充材料赋予。其结果，各向异性填充材料变得容易沿厚度方向取向，能够使以倾倒的方式配置的各向异性填充材料的比例成为所期望的范围。
在本申请中，通过调节赋予振动的时间、频率、加速度、振幅等，能够变更振动的强度，从而调整以倾倒的方式配置的各向异性填充材料的比例。如果赋予的振动强，则沿厚度方向取向的各向异性填充材料的比例增加，以倾倒的方式配置的各向异性填充材料的比例减少。相反地，如果赋予的振动弱，则沿厚度方向取向的各向异性填充材料的比例减少，以倾倒的方式配置的各向异性填充材料的比例增加。
振动可以在应用磁场取向制法的同时进行赋予，也可以在磁场取向制法的前后进行赋予，但从使以倾倒的方式配置的各向异性填充材料的比例成为所期望的范围的观点出发，优选在应用磁场取向制法的同时进行赋予。赋予振动的方法并不特别限定，但例如能够使用利用压缩空气来赋予振动的振动装置等。
从通过磁场取向制法和振动来使以倾倒的方式配置的各向异性填充材料的比例成为所期望的范围的观点出发，混合组合物的粘度优选设为450Pa·s以下，更优选设为300Pa·s以下。通过这样地将粘度设为一定值以下，流动性变得良好，变得容易通过磁场取向制法和振动而使各向异性填充材料沿厚度方向取向，也不会产生在取向方面过于耗费时间等不良情况。混合组合物的粘度优选设为10Pa·s以上。由此，各向异性填充材料、非各向异性填充材料变得难以沉降。
但是，在使用难沉降的各向异性填充材料、非各向异性填充材料、或者组合防沉降剂等添加剂的情况下，混合组合物的粘度也可以设为小于10Pa·s。
固化性高分子组合物的固化可以通过加热来进行，例如可以在50～150℃左右的温度下进行。另外，加热时间为例如10分钟～3小时左右。
通过进行固化，能够得到被两片剥离材料夹持的热传导性片。
再者，在以上的说明中，示出了在热传导性片10的两表面10A、10B各向异性填充材料13不露出的形态。但是，在本发明中，也可以是在上述的两表面10A、10B之中的一个或两个表面各向异性填充材料13露出的热传导性片10。
为了得到这样的热传导性片，可以应用上述的制法以外的方法、例如对混合组合物施加剪切而使各向异性填充材料取向的流动取向制法等。
但是，在热传导性片的表面上述各向异性填充材料不露出的热传导性片10，由于能够提高厚度方向的热导率，并且能够使表面的粘着性也良好，物性平衡优异，因此优选。
[第2实施方式]
接着，使用图2对本发明的第2实施方式的热传导性片进行说明。
在第1实施方式中，在热传导性片10中，作为填充材料，除了各向异性填充材料13以外，还含有非各向异性填充材料14，但本实施方式的热传导性片20，如图2所示，不含有非各向异性填充材料。即，在第2实施方式的热传导性片中，可以仅使用例如碳纤维作为填充材料。
第2实施方式的热传导性片20的其他构成，除了不含有非各向异性填充材料这一点以外，与上述的第1实施方式的热传导性片10同样，因此其说明省略。
在本实施方式中，也与第1实施方式同样地，表面的各向异性填充材料13被配置成以规定的比例倾倒，由此能够使厚度方向的热传导性提高。
实施例
以下，利用实施例对本发明进行更详细的说明，但本发明丝毫不被这些例子限定。
在本实施例中，利用以下的方法评价了热传导性片的物性。
[热导率]
热传导性片的厚度方向的热导率，用基于ASTM D5470－06的方法进行了测定。
[以倾倒的方式配置的各向异性填充材料的比例]
使用光学显微镜“数字显微镜VHX2000”(キーエンス公司制)，在倍率200倍、基于JIS Z9110照度基准的照度2000勒克斯的条件下观察热传导性片的一个表面，得到观察图像。在观察图像中，在热传导性片的相当于600～800mm×800～1000mm的测定区域，用说明书中记载的方法通过目视来计数各向异性填充材料的总数(A)和以倾倒的方式配置的各向异性填充材料的数量(B)，算出B/A×100。该操作在热传导性片的一个表面以各自成为区别开的测定区域的方式反复进行100次，求出其平均值，来作为以倾倒的方式配置的各向异性填充材料的比例。
[热阻值]
热阻值使用图3所示那样的热阻测定机并利用以下所示的方法进行了测定。具体而言，对于各试样，制作大小为30mm×30mm的试样S用于本试验。然后，将各试样S贴附于测定面为25.4mm×25.4mm且侧面被绝热材料21覆盖的铜制块体22之上，用上方的铜制块体23夹住，利用测力传感器(负载传感器：load cell)26施加载荷，从而设定成厚度变为原来的厚度的90.0％。在此，下方的铜制块体22与加热器24接触。另外，上方的铜制块体23被隔热材料21覆盖、且与带有风扇的热沉25连接。接着，使加热器24以25W的发热量发热，在温度变为大致稳定状态的10分钟后，测定上方的铜制块体23的温度(θj0)、下方的铜制块体22的温度(θj1)和加热器的发热量(Q)，由以下的式(1)求出各试样的热阻值。
热阻＝(θj1－θj0)/Q···式(1)
在式(1)中，θj1为下方的铜制块体22的温度，θj0为上方的铜制块体23的温度，Q为发热量。
[倾斜式滚球粘着性试验]
将在各实施例和比较例中制造的热传导性片调整为宽度20～25mm、长度50mm的尺寸来作为试样。准备比试样充分大的平板(铝板)，以作为滚球粘着性试验的对象的面成为表面的方式将试样以使得不产生大的高低差的方式贴附在平板上。然后，将贴附有试样的平板设置成倾斜角成为30°。
接着，将钢球设置于试样的最上部，测定直至到达试样最下部为止的时间(即，钢球移动试样的长度50mm的时间)，采用以下所示的5个级段来评价了粘着性。再者，作为钢球，使用了材质为JIS G 4805中规定的高碳铬轴承钢钢材的SUJ2且重量为5.4～5.5g的大小的钢球。
(评价)
1：完全不停止地通过。
2：到达时间为1秒以内，但在试验开始时或结束时有动作停止的瞬间。
3：到达时间大于1秒且为5秒以内。
4：到达时间大于5秒且为13秒以内。
5：到达时间大于13秒。
[实施例1]
将作为高分子基质(高分子组合物)的含链烯基有机聚硅氧烷和含氢有机聚硅氧烷(合计为100质量份，体积填充率为30体积％)、作为各向异性填充材料的石墨化碳纤维(平均纤维长度为100μm，纵横比为10，热导率为500W/m·K)130质量份(体积填充率为18体积％)、作为非各向异性填充材料的氧化铝粉末(球状，平均粒径为10μm，纵横比为1.0)250质量份(体积填充率为20体积％)、氢氧化铝粉末(不定形，平均粒径为8μm)250质量份(体积填充率为32体积％)混合，从而得到混合组合物。混合组合物的粘度为40Pa·s。
接着，准备由利用氟树脂进行了脱模处理的PET膜构成的2片剥离材料，在一片剥离材料上涂敷混合组合物后，将另一片剥离材料按压于混合组合物，压缩至成为2mm的厚度为止，得到了层叠体。
接着，对该层叠体在沿厚度方向施加8特斯拉的磁场的同时，利用振动装置的压缩空气附加振动(振动强度为“超弱”)，将石墨化碳纤维沿厚度方向取向后，在80℃下加热60分钟，由此将基质固化，得到被2片剥离材料夹持的热传导性片。接着，剥离2片剥离材料，得到了在表面石墨化碳纤维不露出的热传导性片。热传导性片的两面具有粘着性。
将利用光学显微镜观察在实施例1中得到的热传导性片的表面而得到的图像的示意图示于图4中。在光学显微镜中，沿着表面附近躺卧的碳纤维以与实际的纤维长度同等的长度被观察到，随着相对于表面倾斜的程度变大，以比实际的纤维长度短的长度被观察到。如图4所示，热传导性片的表面的碳纤维33，大多为沿厚度方向取向从而实质上只能看到纤维的端面的碳纤维33A，但是，碳纤维的一部分，是以沿着表面躺卧的方式配置的碳纤维33X、相对于表面倾斜的碳纤维33Y，即以倾倒的方式配置。该碳纤维33仅图示了直线状的碳纤维，但是，当然也可以是稍微弯曲的碳纤维。将评价结果示于表1中。
[实施例2]
除了将对层叠体附加的振动的强度设为“弱”、使其比实施例1强以外，与实施例1同样地进行，得到了在表面石墨化碳纤维不露出的热传导性片。热传导性片的两面具有粘着性。将评价结果示于表1中。
[实施例3]
除了将对层叠体附加的振动的强度设为“中”、使其比实施例2强以外，与实施例1同样地进行，得到了在表面石墨化碳纤维不露出的热传导性片。热传导性片的两面具有粘着性。将评价结果示于表1中。
[实施例4]
除了将对层叠体附加的振动的强度设为“强”、使其比实施例3强以外，与实施例1同样地进行，得到了在表面石墨化碳纤维不露出的热传导性片。热传导性片的两面具有粘着性。将评价结果示于表1中。
[实施例5]
除了将对层叠体附加的振动的强度设为“超强”、使其比实施例4强以外，与实施例1同样地进行，得到了在表面石墨化碳纤维不露出的热传导性片。热传导性片的两面具有粘着性。将评价结果示于表1中。
[实施例6]
除了未对层叠体附加振动以外，与实施例1同样地进行，得到了在表面石墨化碳纤维不露出的热传导性片。热传导性片的两面具有粘着性。将评价结果示于表1中。
[比较例1]
除了未对层叠体施加磁场、且未附加振动以外，与实施例1同样地得到了在表面石墨化碳纤维不露出的热传导性片。将评价结果示于表1中。
表1
Figure BDA0002843933840000221
由以上的实施例的结果明确可知：通过在热传导性片中，各向异性填充材料在表面附近被配置成以规定的比例倾倒，能够得到所期望的热阻值和热导率，能够使厚度方向的热传导性提高。另一方面，如比较例所示，若以倾倒的方式配置的各向异性填充材料多，则不能够得到所期望的热阻值和热导率，不能够使厚度方向的热传导性充分提高。
附图标记说明
10、20 热传导性片
10A、10B、20A、20B 表面
12 高分子基质
13A 端面
13B 外周面
13、13X、13Y 各向异性填充材料
14 非各向异性填充材料
21 绝热材料
22 下方的铜制块体
23 上方的铜制块体
24 加热器
25 热沉
26 测力传感器
S 试样
θj0 上方的铜制块体的温度
θj1 下方的铜制块体的温度

Claims (14)

1.一种热传导性片，是包含高分子基质和各向异性填充材料、且所述各向异性填充材料沿厚度方向取向的热传导性片，
在所述热传导性片的通过光学显微镜观察到的表面，所述各向异性填充材料被配置成以1～45％的比例倾倒。
2.根据权利要求1所述的热传导性片，
在所述热传导性片的表面，所述各向异性填充材料不露出。
3.根据权利要求1或2所述的热传导性片，
所述各向异性填充材料为纤维材料。
4.根据权利要求3所述的热传导性片，
所述纤维材料为碳纤维。
5.根据权利要求3或4所述的热传导性片，
所述纤维材料的平均纤维长度为50～500μm。
6.根据权利要求1～5的任一项所述的热传导性片，
还包含非各向异性填充材料。
7.根据权利要求6所述的热传导性片，
所述非各向异性填充材料为选自氧化铝、铝、氧化锌、氮化硼和氮化铝中的至少1种。
8.根据权利要求6或7所述的热传导性片，
所述非各向异性填充材料的体积填充率相对于所述各向异性填充材料的体积填充率之比为2～5。
9.根据权利要求1～8的任一项所述的热传导性片，
在所述表面中以倾倒的方式配置的各向异性填充材料的至少一部分被配置成相对于所述表面倾斜。
10.根据权利要求1～9的任一项所述的热传导性片，
所述高分子基质为加成反应固化型聚硅氧烷。
11.根据权利要求1～10的任一项所述的热传导性片，
所述热传导性片的厚度为0.1～5mm。
12.根据权利要求1～11的任一项所述的热传导性片，
所述热传导性片在厚度方向上的热导率为6w/m·K以上。
13.根据权利要求4所述的热传导性片，
所述碳纤维被绝缘层被覆。
14.根据权利要求13所述的热传导性片，
所述绝缘层包含二氧化硅。
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