CN1536653A - 热传导性复合片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供可使热传导性和再次加工性同时提高的热传导性复合片及其制造方法。所述的热传导性复合片具有依次层叠了下述层的结构：(a)由含有热传导性填充剂的硅橡胶构成的热传导性硅橡胶层、(b)含有有机硅树脂和热传导性填充剂，并有粘着性的热软化性热传导层、(c)在面方向的热传导率为20－500W/(m·K)的热传导层、或者由含有热传导性填充剂的硅橡胶构成并且硬度比上述热传导性硅橡胶层低的第二热传导性硅橡胶层。所述热传导性复合片的制造方法包括：在依次层叠了上述热传导性硅橡胶层、上述热软化性热传导层、以及上述热传导层或上述第二热传导性硅橡胶层的状态下进行室温压合或热压合。

Description

热传导性复合片及其制造方法

技术领域

本发明涉及用作发热性电子部件等的放热片的热传导性复合片及其制造方法。

背景技术

随着电视、计算机、通信装置等电子设备的小型化，在它们中搭载的电路的集成度增大。安装于此集成电路的电子部件、特别是CPU等集成电路组件因发热而性能降低，因此作为针对放热的措施，使用由金属板等构成的、传导集成电路组件等的热，并放出到外部的散热片。

再有，为了提高集成电路组件与散热片之间的热传导率，过去以来进行的是在两者之间夹装热传导性好的润滑脂、硅橡胶片等。可是，热传导性润滑脂除了污染部件和渗出油(分离出油)外，粘度上升，与被粘附面牢固地密合，在再次加工(为了修理、更换电子部件等而拿下散热片等热传导性构件的情况)时，存在电子部件与散热片一起脱落等缺点。另外，在夹装热传导性硅橡胶片的场合，当提高硬度时，再次加工性提高，但与电子部件的追随性降低，界面热阻变大，放热性能劣化，另一方面，当硬度低时，存在在电子设备上的安装变难的缺点。

由这样的情况出发，有利用热软化性的树脂片，提高与电子部件的追随性，从而提高放热性能的技术的报告(例如参照日本特开2002-329989号公报)。又，作为不仅提高片的厚度方向，而且提高在面方向的热传导性，从而进一步提高放热性能的措施，有使用在面方向的热传导性好的石墨片的技术的报告(例如参照日本特公平3-51302号公报)。

可是，在上述日本特开2002-329989号公报记载的技术中，由于树脂片表面为热软化性，因此再次加工性不充分。而在日本特公平3-51302号公报记载的技术中，虽然面方向的热传导性改善，但是在石墨层涂敷橡胶成分，通过此橡胶层赋予对电子部件的附着性(密合性)，因此涂敷工序非常麻烦，而且再次加工性也不能说是充分的。

另一方面，上述的各种问题，即要同时改善片的面方向的热传导性和与电子部件的再次加工性而层合多个片时，片的厚度方向的热传导性大幅度降低，放热性能也劣化。因此，只单纯地组合现有的放热片，不能得到同时满足放热性能和再次加工性的片。

发明内容

本发明人为解决上述问题进行各种研究，结果发现为了确保再次加工性，利用在外层的至少一方设置硅橡胶层，在内层设置提高与对象物的追随性的热软化性的中间层的三层结构，由此成功地同时提高了热传导性和再次加工性。另外，本发明人还发现，作为此中间层，当使用不含热传导性填充剂的材料时，放热性能极端地降低。因此，本发明是为解决上述问题而完成的，其目的是提供能够同时提高热传导性和再次加工性的热传导性复合片及其制造方法。

为了达到上述目的，本发明提供一种热传导性复合片，其特征在于，具有按下述顺序层叠了下述层的结构：(a)由含有热传导性填充剂的硅橡胶(silicone gum)构成的热传导性硅橡胶层、(b)含有有机硅树脂(silicone resin)和热传导性填充剂，并有粘着性的热软化性热传导层、和(c)在面方向的热传导率为20-500W/(m·K)的热传导层。

这样，在外层侧存在再次加工性优良的热传导性硅橡胶层，其热通过热软化热传导层从相反侧的热传导层高效率地放热，因此能够同时满足热传导性、放热性、以及再次加工性。

在上述热传导层表面上，还可以进一步设置有(d)含有有机硅树脂和热传导性填充剂，并有粘着性的第二热软化性热传导层。

这样，通过热软化使第二热软化性热传导层与散热片等密合，因此从热传导层向散热片等高效率地传导热，放热性进一步提高。

另外，本发明又提供一种热传导性复合片，其特征在于，具有按下述顺序层叠了下述层的结构：(a)由含有热传导性填充剂的硅橡胶构成的热传导性硅橡胶层、(b)含有有机硅树脂和热传导性填充剂，并有粘着性的热软化性热传导层、和(e)由含有热传导性填充剂的硅橡胶构成，并且硬度比上述热传导性硅橡胶层低的第二热传导性硅橡胶层。

这样，由于在表里的外层侧都存在再次加工性优良的热传导性硅橡胶层，因此再次加工性大幅度地提高。另外，一方的外层侧的热通过热软化性热传导层从相反侧的外层放热，因此热传导性也优良。

再有，本发明还提供一种制造热传导性复合片的方法，其特征在于，在依次层叠了上述热传导性硅橡胶层、上述热软化性热传导层、以及上述热传导层或上述第二热传导性硅橡胶层的状态下进行室温压合或热压合。

具体实施方式

以下就本发明的热传导性复合片及其制造方法的实施方案进行说明。

1.第一实施方案

[热传导性硅橡胶层]

热传导性硅橡胶层位于本发明的热传导性复合片的外层侧并与放热对象物(电子部件等)接触，是传导其热的，为了在赋予再次加工性(rework)的同时，提高形状稳定性，确保片制造时的生产率，而有规定的硬度。另外，为了赋予热传导性，热传导性硅橡胶层中含有热传导性填充剂。作为硅橡胶，其种类没有特别限制，例如可使用含有(A)在1个分子中含有2个以上链烯基的聚有机硅氧烷、(B)在1个分子中有2个以上与硅原子结合的氢原子的聚有机氢硅氧烷(ポリオルガノハイドロジエンシロキサン)、(C)铂系催化剂的硅橡胶。另外，作为热传导性填充剂，可使用铜、银、铝等金属粉末、氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化锌等金属氧化物粉末、氮化铝、氮化硅、氮化硼等金属氮化物粉末、人造金刚石粉末。热传导性填充剂的含有比例，例如相对于热传导性硅橡胶层整体，可为70-97重量％，理想情况可为85-95重量％。当热传导性填充剂的含有量少时，热传导性硅橡胶层的热传导性降低，当含有量多时，不能得到均匀的热传导性硅橡胶。

热传导性硅橡胶层的硬度，为确保片生产时的操作性、形状保持性，优选ASKER C硬度为10-60，更优选ASKER C硬度为20-50。在此，所谓ASKER C硬度，是基于SRIS 0101(日本橡胶协会标准)及JIS-S6050，使用弹簧式硬度试验机ASKER C型测定的硬度。热传导性硅橡胶层的ASKER C硬度不到10时，片过于软，保持形状困难，补强性不充分，生产率降低。相反，当硬度过大时，与电子部件等的密合性降低，追随性不好，招致放热性能降低。另外，以JIS-K6253中规定的肖氏A型硬度为指标的场合，优选为30-100，更优选为40-90。再者，一般ASKER C硬度是测定难以用肖氏A型硬度测定的软的材料的硬度的指标。

作为可用于热传导性硅橡胶层的市售的热传导性硅橡胶片，可列举出TC-50THS(ASKER C硬度20、信越化学工业株式会社制；商品名)、TC-50TXS(ASKER C硬度40、信越化学工业株式会社制；商品名)TC-20BG(肖氏A型硬度85、信越化学工业株式会社制；商品名)、TC-45BG(肖氏A型硬度85、信越化学工业株式会社制；商品名)、TC-30EG(肖氏A型硬度90、信越化学工业株式会社制；商品名)、TC-45EG(肖氏A型硬度90、信越化学工业株式会社制；商品名)。

[热软化性热传导层]

热软化性热传导层是在有机硅树脂基体中分散热传导性填充剂而构成的。另外，该层构成本发明的热传导性复合片的中间层，具有利用其粘着性接合外层的功能的同时，利用热传导性填充剂确保良好的热传导性，也使片整体的热传导性提高。有机硅树脂只要是有粘着性的热软化性的树脂就行，其种类没有特别限制，例如可以是按规定组成含有用以下的式子表示的D体(2官能性结构单元)和T体(3官能性结构单元)的物质。

                     D¹ _mT_pD² _m

在此，D¹表示二甲基硅氧烷单元(即(CH₃)₂SiO)，T表示苯基硅氧烷单元(即(C₆H₅)₂SiO_3/2)，D²表示甲基乙烯基硅氧烷单元(即(CH₃)(CH₂＝CH)SiO)。另外，存在(m+n)/p＝0.25-4.0(摩尔比)、(m+n)/m＝1.0-4.0的关系。如果是用上式表示的组成物，则呈现粘着性。

在此，热软化性是指因热而导致低粘度化、热软化或者熔解，通过热软化性热传导层流动化，与被附着面追随并密合，从而降低界面热阻。其次，通常也可将在40-100℃、特别是在40-90℃的温度范围进行低粘度化、热软化、或者熔解，从而表面流动化的物质定为具有“热软化性”。

作为分散于有机硅树脂的热传导性填充剂，可使用与用于上述的热传导性硅橡胶层的所述热传导性填充剂同样的物质。另外，热传导性填充剂的含有比例，例如相对于热软化性热传导性层整体，可为70-97重量％，优选定为85-95重量％。规定热传导性填充剂的含量的理由，与上述热传导性硅橡胶层的情况同样。

作为可用于热软化性热传导层的市售的热软化性热传导性片，可列举出PCS-TC-10、PCS-TC-11、PCS-TC-20(均为信越化学工业株式会社制；商品名)。

[热传导层]

热传导层位于片的相反侧的外层，与散热片等放热构件等接触，具有通过中间层放出所传导的热的功能，同时由于面方向的热传导性高，所以放热性能变高。其次，通过使热传导层的面方向的热传导率为20-500W/(m·K)，从而热容易向面方向传导。当热传导性不到20W/(m·K)时，面方向的热传导性不是充分的，即使超过500W/(m·K)，热传导性的效果也饱和。作为热传导层可使用石墨片、铝箔等。

作为可用于热传导层的市售的石墨片，可列举出MACFOIL(日本マテツクス株式会社制；商品名)、PGS石墨片(松下电器产业株式会社制；商品名)。作为铝箔，例如可列举出日本轻金属株式会社制的铝箔。

其次，通过依次层合上述热传导性硅橡胶层、热软化性热传导层和热传导层，构成了第一实施方案的热传导性复合片。利用这样的构成，离型性(脱模性)良好的热传导性硅橡胶层为最外层，由于与电子部件等放热对象物接触，因此能够提高所说的再次加工性。其次，由于面方向的热传导性优良的热传导层位于相反侧的外层，因此促进了从热传导层向外部的放热。再有，利用成为中间层的热软化性热传导层，能够将来自热传导性硅橡胶层的热高效率地向热传导层传导，因此放热特性大幅度地提高。另外，通过热软化性热传导层热软化，外层的热传导性硅橡胶层也与放热对象物密合，容易传导放热对象物的热。

2.第二实施方案

该热传导性复合片，是在上述热传导层表面上进一步设置第二热软化性热传导层的复合片。第二热软化性热传导层与上述热软化性热传导层同样，是在有机硅树脂基体中分散热传导性填充剂而构成的。第二热软化性热传导层所用的有机硅树脂、热传导性填充剂、以及其含有比例，可从就上述热软化性热传导层进行的说明之中选择，另外，可以使用与上述热软化性热传导层相同的树脂和热传导性填充剂，也可以使用其他种类的树脂等。

通过第二热软化性热传导层位于外层，该层的表面流动化，从而与被附着面(散热片等)追随、密合，因此在与被附着面之间不产生空隙，界面热阻降低，能够将热传导层的热高效率地传导到散热片等，放热特性大幅度地提高。

3.第三实施方案

该热传导性复合片设置第二热传导性硅橡胶层以代替上述第一实施方案的热传导性复合片的热传导层。所述第二热传导性硅橡胶层所用的硅橡胶、热传导性填充剂、以及其含有比例可从就上述热传导性硅橡胶层进行的说明之中选择。另外，可以使用与上述热传导性硅橡胶层相同的硅橡胶和热传导性填充剂，也可以使用其他种类的树脂等。

第二热传导性硅橡胶层与上述热传导性硅橡胶层比，使硬度降低。其理由是因为，上述热传导性硅橡胶层为了提高形状稳定性而具有比较高的硬度，因此没有必要提高第二热传导性硅橡胶层的硬度，此时使与被附着面(电子部件或者散热片等)的密合性、追随性提高，改善放热特性。

再者，对于第三实施方案的热传导性复合片，使与对象物的追随性良好的第二热传导性硅橡胶层侧与放热对象物(电子部件等)接触，使稍硬的热传导性硅橡胶层侧接触外部(散热片等)为好。

通过第二热软化性热传导层位于外层，该层的表面容易与被附着面(电子部件或者散热片等)追随、密合，因此在与被附着面之间不产生空隙，界面热阻降低，结果放热特性提高。另外，作为粘着性的热软化性树脂的中间层不出现在外层，因此片的操作性、再次加工性也变得良好。

其次，就本发明的制造热传导性复合片的方法进行说明。本发明的制造方法是，将热传导性硅橡胶层、热软化性热传导层、以及热传导层或第二热传导性硅橡胶层通过室温压合或热压合来制造热传导性复合片。

在进行室温压合的场合，例如在带状的热传导性硅橡胶片与石墨片之间，供给在表面粘贴了经离型处理的聚合物膜的带状热软化性热传导性片，剥离聚合物膜后，将依次层合了热传导性硅橡胶片、石墨片、以及热软化性热传导性片的层合片，通入到室温的双辊间，进行压合。在进行热压合的场合，将上述双辊加热到热软化性热传导性片的热软化温度以上(例如80-120℃)，同样地压合。再者，压合除了使用辊法以外，还可以使用热压机压制等。另外，在制造上述第二实施方案的热传导性复合片的场合，在石墨片的外侧供给与上述同样的带状的热软化性热传导性片，压合整体即可。

下面举出实施例进一步详细说明本发明，但本发明并不限于这些实施例。

[实施例]

1.各材料的准备

准备了以下的片和粘着剂。

[热传导性硅橡胶片]

a-1：TC-50TXS(商品名；信越化学工业株式会社制、厚度500μm、ASKER C硬度40)

a-2：TC-50THS(商品名；信越化学工业株式会社制、厚度500μm、ASKER C硬度20)

a-3：TC-45BG(商品名；信越化学工业株式会社制、厚度450μm、肖氏A型硬度85)

a-4：TC-45EG(商品名；信越化学工业株式会社制、厚度450μm、肖氏A型硬度90)

[热软化性热传导性片]

b-1：PCS-TC-20-G-10(商品名；信越化学工业株式会社制、厚度100μm)

b-2：PCS-TC-11-G-13(商品名；信越化学工业株式会社制、厚度130μm)

[热传导性片]

c-1：MACFOIL(日本マテツクス株式会社制、厚度130μm、面方向的热传导率150W/(m·K))

c-2：铝箔(日本轻金属株式会社制、厚度50μm、面方向的热传导率237W/(m·K))

[热软化性热传导性片]

d-1：PCS-TC-20-G-20(商品名；信越化学工业株式会社制、厚度200μm)

[热传导性硅橡胶片]

e-1：TC-20BG(商品名；信越化学工业株式会社制、厚度200μm、肖氏A型硬度85)

[硅氧烷粘着剂]

b-3：KR-101-10(商品名；信越化学工业株式会社制)

2.热传导性复合片的制造

适宜组合上述热传导性硅橡胶片、热软化性热传导性片、热传导性片，通入到室温的双辊间，进行压合，制成热传导性复合片。在进行热压合的场合，将上述双辊加热到100℃，同样地压合。再者，对于一部分的试样，使用硅氧烷粘着剂代替热软化性热传导性片，将该硅氧烷粘着剂涂布于上述热传导性硅橡胶片或者热传导性片之后，使用上述双辊同样地压合。

3.评价

将得到的各热传导性复合片切成5×5cm，对此试验片评价下述特性。

(1)片厚度

使用测微计(株式会社ミツトヨ制、型号：M820-25VA)测定。

(2)热阻

在晶体管(富士电机株式会社制；商品名2SD923)和散热片(株式会社オ-エス制、商品名FBA-150-PS)之间夹装各试验片，以压缩加载345kPa的负载。散热片预先放入恒温水槽中，在65℃保温，在实验开始的同时从恒温槽取出，安装试验片。接着，向晶体管供给10V、3A的电，测定经过5分钟后的晶体管温度T₁、和埋入到散热片的热电偶的温度T₂，由下式算出样品的热阻R_s(℃/W)。

   R_s＝(T₁-T₂)/30

(3)再次加工性

在2片标准铝板之间夹入各试验片，以压缩加载490kPa的负载后，在150℃的烘箱中放置96小时。放置后，用手向拉离铝板的方向加力，判定铝板和试验片之间的容易剥离程度。

评价A：容易剥离

评价B：施加少许的力就剥离

评价C：难剥离

评价D：非常难剥离，容易引起层间剥离

得到的热传导性复合片的构成、以及评价结果示于表1中。再者，在表1中，按第一层、第二层的顺序层合各片(或粘着剂)，并且使第一层侧接触晶体管，使相反侧的外层接触散热片侧。

表1

	热传导性复合片的构成						评价
									第一层	第二层	第三层	第4层	制法	厚度(μm)	热阻(℃/W)	再次加工性
	实施例1	a-1	b-1	c-1	-	室温压合	700	0.22									B
实施例2									a-2	b-1	c-1	-	室温压合	700	0.25	B
	实施例3	a-3	b-1	c-1	-	室温压合	650	0.31									A
实施例4									a-4	b-1	c-1	-	室温压合	650	0.50	A
	实施例5	a-1	b-2	c-1	-	室温压合	730	0.24									B
实施例6									a-1	b-1	c-2	-	室温压合	630	0.25	B
	实施例7	a-1	b-1	c-1	d-1	室温压合	890	0.21									B
实施例8									a-1	b-1	e-1	-	室温压合	790	0.44	B
	实施例9	a-1	b-1	c-1	-	热压合	710	0.24									B
比较例1									a-1	b-3	c-1	-	室温压合	640	0.67	B
	比较例2	a-1	b-3	c-1	d-1	室温压合	840	0.52									B
比较例3									a-1	b-3	e-1	-	室温压合	740	0.78	B
	比较例4	a-1	b-1	-	-	室温压合	620	0.38									D
比较例5									a-1	c-1	-	-	室温压合	590	0.30	D
	比较例6	b-1	c-1	b-1	-	室温压合	300	0.1									C

由表1可以看出，各实施例均热阻低(0.5℃/W以下)，放热性能优良，同时再次加工性也优良。再者，实施例3、4由于将高硬度的硅橡胶作为热传导性硅橡胶片设置在外层侧，因此热阻变高少许，但实用上没有问题，而再次加工性大幅度地提高。另外，在将面方向的热传导性优良的热传导层设置于外层侧的实施例1、2、5-7和9中，热阻极低，为约0.3℃/W以下。

另一方面，作为中间层使用了硅氧烷粘着剂的比较例1-3中，由于该中间层的热传导性降低，因此热阻均超过了0.5℃/W。另外，制成2层结构的比较例4、5中，外层与外部密合，引起层间剥离。在外层侧设置了粘着性的热软化性热传导层的比较例6中，由于片表面的粘着性变高，因此再次加工性恶化。

如以上说明的那样，本发明的热传导性复合片，热传导性和再次加工性均优良，适合作为用于发热性电子部件等的放热、冷却所用的放热结构体。

Claims (4)

1.一种热传导性复合片，其特征在于，具有按下述顺序层叠了下述层的结构：

(a)由含有热传导性填充剂的硅橡胶构成的热传导性硅橡胶层、

(b)含有有机硅树脂和热传导性填充剂，并有粘着性的热软化性热传导层、和

(c)在面方向的热传导率为20-500W/(m·K)的热传导层。

2.根据权利要求1所记载的热传导性复合片，其特征在于，在所述热传导层表面还进一步设置了(d)含有有机硅树脂和热传导性填充剂，并有粘着性的第二热软化性热传导层。

3.一种热传导性复合片，其特征在于，具有按下述顺序层叠了下述层的结构：

(a)由含有热传导性填充剂的硅橡胶构成的热传导性硅橡胶层、

(b)含有有机硅树脂和热传导性填充剂，并有粘着性的热软化性热传导层、和

(e)由含有热传导性填充剂的硅橡胶构成，并且硬度比所述热传导性硅橡胶层低的第二热传导性硅橡胶层。

4.一种制造权利要求1-3的任一项所记载的热传导性复合片的方法，其特征在于，在依次层叠了所述热传导性硅橡胶层、所述热软化性热传导层、以及所述热传导层或所述第二热传导性硅橡胶层的状态下进行室温压合或热压合。