DE102014212097A1 - Anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung - Google Patents

Anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung Download PDF

Info

Publication number
DE102014212097A1
DE102014212097A1 DE102014212097.7A DE102014212097A DE102014212097A1 DE 102014212097 A1 DE102014212097 A1 DE 102014212097A1 DE 102014212097 A DE102014212097 A DE 102014212097A DE 102014212097 A1 DE102014212097 A1 DE 102014212097A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
thermally conductive
anisotropic
conductive composition
graphite
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102014212097.7A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102014212097B4 (de
Inventor
Atsushi c/o PANASONIC CORPORATION Tanaka
Naomi c/o PANASONIC CORPORATION Nishiki
Kazuhiro c/o PANASONIC CORPORATION Nishikawa
Hidetoshi c/o PANASONIC CORPORATION Kitaura
Kimiaki c/o PANASONIC CORPORATION Nakaya
Honami c/o PANASONIC CORPORATION Nawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Publication of DE102014212097A1 publication Critical patent/DE102014212097A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102014212097B4 publication Critical patent/DE102014212097B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/04Carbon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00Specific properties of additives
    • C08K2201/002Physical properties
    • C08K2201/003Additives being defined by their diameter
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00Specific properties of additives
    • C08K2201/002Physical properties
    • C08K2201/004Additives being defined by their length

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung bereitzustellen, die umfasst: Harz; und in dem Harz verteilte Graphitfüllstoffe, wobei die Graphitfüllstoffe jeweils einen Maximaldurchmesser A parallel zu einer Basisebene jedes der Graphitfüllstoffe und eine Maximallänge C rechtwinklig zu der Basisebene aufweisen, ein Durchschnitt der Maximaldurchmesser A von 1 μm bis 300 μm reicht, ein Durchschnittsverhältnis des Maximaldurchmessers A zur Maximallänge C, das durch A/C dargestellt wird, mindestens 30 beträgt, ein Gehalt an Graphitfüllstoffen 20 Masse% bis 40 Masse% beträgt, und ein Durchschnitt eines kleineren Winkels, der durch die Basisebene und einer Folienoberfläche der folienförmigen, anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung gebildet wird, weniger als 15° beträgt.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung mit hoher Wärmeleitfähigkeit und Flexibilität.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Mit einer Erhöhung der Anzahl von Halbleitervorrichtungen, die auf eine einzige gedruckte Schaltplatine gepackt werden, wird dem Problem der Wärmeableitung von gedruckten Schaltplatinen, die darauf Wärme erzeugende elektronische Komponenten aufweisen, mehr Bedeutung beigemessen. Als ein Wärmeableitungsmechanismus wurde die Schaffung eines wärmeleitfähigen Wegs zum Verbinden eines Bereichs hoher Temperatur mit einem Bereich niedriger Temperatur vorgeschlagen.
  • Verschiedene wärmeableitende Folien sind als Produkte entwickelt worden, die einen solchen darin ausgebildeten wärmeleitfähigen Weg aufweisen. Eine wärmeableitende Folie muss stabile Niveaus für Wärmeleitfähigkeit, Festigkeit und Abschirmfähigkeit aufweisen. Um die Wärmeleitfähigkeit und andere Eigenschaften einer wärmeableitenden Folie zu verbessern, wird daher eine ein Graphitmaterial umfassende Zusammensetzung für die Verwendung in Folienform in Betracht gezogen.
  • Zum Beispiel schlägt die japanische Offenlegungsschrift Nr. 2007-224265 eine wärmeleitfähige Zusammensetzung vor, die umfasst: Graphitpartikel, die ein Seitenverhältnis in einem Bereich von 10 bis 20 und eine durchschnittliche Partikelgröße von 10 μm bis 200 μm aufweisen; und eine Matrix aus wärmehärtbarem Harz, wobei die Partikel darin verteilt sind.
  • Im Allgemeinen verbessert sich die Wärmeleitfähigkeit einer Zusammensetzung mit einer Erhöhung des Graphitpartikelgehalts. Mit Anstieg eines Graphitpartikelgehalts kann jedoch die Flexibilität der Zusammensetzung sinken, oder eine durch die Zusammensetzung gebildete Folie kann fragil werden.
  • Wenn ein durch die Zusammensetzung gebildeter Pressling zum Ableiten von Wärme von elektronischer Ausrüstung verwendet wird, wird der Pressling zwischen Objekten verwendet. Wenn der Pressling eine hohe Härte aufweist, kann der Pressling aufgrund seiner geringen Flexibilität nicht die Oberflächenrauhigkeit der Objekte aufnehmen. Somit verringert Luft auf den Oberflächen der Objekte eine Wärmeübertragungsrate.
  • Somit ist eine Verbesserung der Wärmeübertragungsrate der Zusammensetzung nur durch das Verteilen von Graphitpartikeln in die Matrix aus thermoplastischem Harz beschränkt, wie es in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2007-224265 beschrieben ist.
  • Angesichts der Umstände ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung mit hoher Wärmeleitfähigkeit und Flexibilität bereitzustellen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Eine anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine folienförmige, anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung, umfassend: Harz; und in dem Harz verteilte Graphitfüllstoffe, wobei die Graphitfüllstoffe jeweils einen Maximaldurchmesser A parallel zu einer Basisebene jedes der Graphitfüllstoffe und eine Maximallänge C rechtwinklig zu der Basisebene aufweisen, ein Durchschnitt der Maximaldurchmesser A von 1 μm bis 300 μm reicht, ein Durchschnittsverhältnis des Maximaldurchmessers A zur Maximallänge C, das durch A/C dargestellt wird, mindestens 30 beträgt, ein Gehalt an Graphitfüllstoffen 20 Masse% bis 40 Masse% beträgt, und ein Durchschnitt eines kleineren Winkels, der durch die Basisebene und einer Folienoberfläche der folienförmigen, anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung gebildet wird, weniger als 15° beträgt.
  • Der Gehalt an Graphitfüllstoff ist niedrig, genauer 20 Masse% bis 40 Masse%, während der Graphitfüllstoff in einem kleineren Winkel als 15° in einer Richtung orientiert ist, womit eine anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung mit hoher Wärmeleitfähigkeit und Flexibilität erreicht wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Schemadarstellung, die die Form eines Lamellengraphitfüllstoffs zeigt;
  • 2 ist eine Schemadarstellung, die einen Orientierungszustand des Lamellengraphitfüllstoffs in einer anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 3 ist eine Schemadarstellung, die ein Verfahren zur Bewertung des Orientierungszustandes des Lamellengraphitfüllstoffs zeigt;
  • 4 zeigt die Beziehung zwischen einem Grad der Orientierung und der Wärmeleitfähigkeit;
  • 5 zeigt die Beziehung zwischen einem Graphitgehalt und der Wärmeleitfähigkeit; und
  • 6A und 6B sind die Ansichten von vorne und der Seite, die ein Wirkungsprüfungswerkzeug schematisch darstellen.
  • Beschreibung der Ausführungsform
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Eine erfindungsgemäße anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung enthält Harz und einen Lamellengraphitfüllstoff, der in dem Harz verteilt ist, wobei der Lamellengraphitfüllstoff in eine Richtung orientiert ist.
  • Form des Lamellengraphitfüllstoffs
  • Der Lamellengraphitfüllstoff weist eine Form auf, die in 1 gezeigt ist. Ein Lamellengraphitfüllstoff 11 weist eine Basisebene auf, die regelmäßig beabstandete Kohlenstoffe aufweist. In 1 weist die Basisebene eine lange Seite A und eine kurze Seite B auf. Eine Dicke C ist rechtwinklig zur Basisebene.
  • Die lange Seite A ist der Maximalwert der Länge des Graphitfüllstoffs 11 auf der Basisebene. Die kurze Seite B ist der Maximalwert der Breite des Lamellengraphitfüllstoffs 11 und ist rechtwinklig zur langen Seite A. Das Verhältnis (d. h. das Seitenverhältnis) der langen Seite A zur kurzen Seite B kann 1 betragen. In dem Fall sind die lange Seite A und die kurze Seite B austauschbar. Des Weiteren ist, wie in 1 gezeigt, die Dicke C des Lamellengraphitfüllstoffs ein Maximaldurchmesser in der zu der Basisebene rechtwinkligen Richtung.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht einer anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 nach der vorliegenden Erfindung. Die anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung 13 enthält den Lamellengraphitfüllstoff 11 und Harz 12 zum Verteilen des Lamellengraphitfüllstoffs 11.
  • Eine Scherkraft oder ein auf die anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung 13 ausgeübter Druck orientiert den Lamellengraphitfüllstoff 11 parallel oder rechtwinklig zu der ausgeübten Kraft. Der orientierte Lamellengraphitfüllstoff 11 bewirkt, dass die anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung 13 eine hohe Wärmeleitfähigkeit in der Orientierungsrichtung des Lamellengraphitfüllstoffs 11 aufweist. Zum Beispiel ist beim Druckformen der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 die Basisebene des Lamellengraphitfüllstoffs 11 rechtwinklig zu einer Druckrichtung und parallel zu einer Oberfläche der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13, d. h. einer Druckfläche, orientiert. Somit wird eine hohe Wärmeleitfähigkeit parallel zur Oberfläche der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 erreicht.
  • Die anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung 13 ist geeignet als eine wärmeableitende Folie, die einen wärmeleitfähigen Weg ausbildet, der einen Teil mit hoher Temperatur und einen Teil mit niedriger Temperatur beispielsweise an einem Montagesubstrat verbindet, das eine Wärme erzeugende elektronische Komponente aufweist.
  • Verwendeter Lamellengraphitfüllstoff 11
  • Zum Beispiel beträgt das Verhältnis der langen Seite A zur Dicke C des verwendeten Lamellengraphitfüllstoffs 11 mindestens 30, während die lange Seite A zumindest 1 μm bis 300 μm ist. Ferner beträgt das Verhältnis der langen Seite A zur kurzen Seite B bevorzugt 1 bis 30.
  • Der Lamellengraphitfüllstoff 11, der eine solche Form aufweist, kann den Kontakt und die Wärmeleitfähigkeit zwischen Partikeln verbessern. Die Form ist nur ein bevorzugtes Beispiel, und somit ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Form beschränkt.
  • Wenn das Verhältnis der langen Seite A zur Dicke C 30 übersteigt, wird eine Kontaktstelle zwischen den Lamellengraphitfüllstoffen 11 verkleinert, so dass die Wirkung der verbesserten Wärmeleitfähigkeit verringert wird.
  • Wenn die lange Seite 1 μm oder weniger beträgt, kann die Orientierung in Kautschuk schwierig werden. Wenn die lange Seite A 300 μm oder mehr beträgt, kann die Verteilung abnehmen. Wenn das Verhältnis der langen Seite A zur kurzen Seite B zumindest 30 beträgt, ist es schwierig, die Form des Lamellengraphitfüllstoffs 11 in einer Kautschukkomponente beizubehalten.
  • Wenn die Lamellengraphitfüllstoffe 11 eine besondere Form aufweisen, wie sie oben definiert ist, besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit, dass die Lamellengraphitfüllstoffe 11 miteinander in Kontakt kommen, wenn sie in einer Richtung orientiert sind; und es besteht eine größere Kontaktfläche zwischen den Partikeln an deren Kontaktstelle. Somit kann ein wärmeleitfähiger Weg effizient geschaffen werden. Nicht alle Lamellengraphitfüllstoffe 11 müssen die Dimensionen aufweisen, solange der Durchschnittswert der Dimensionen von zwanzig der Lamellengraphitfüllstoffe 11, die zufällig entnommen wurden, innerhalb des Bereichs der Dimensionen liegt oder zumindest einer der Lamellengraphitfüllstoffe 11 die Dimensionen aufweist. Die Dimensionen der Lamellengraphitfüllstoffe 11 werden durch ein Rastermikroskop gemessen.
  • Herstellung des Lamellengraphitfüllstoffs 11
  • Die Komponenten der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung werden genauer unten beschrieben. Wenn die lange Seite A des Lamellengraphitfüllstoffs 1 μm bis 300 μm beträgt und das Verhältnis A zu C mindestens 30 beträgt, kann der Lamellengraphitfüllstoff zum Beispiel durch Zerkleinern eines Graphitfilms gewonnen werden.
  • Alternativ kann natürlicher Graphit derart in Lamellenform gebracht werden, dass die lange Seite A 1 μm bis 300 μm und das Verhältnis von A zu C zumindest 30 beträgt. Der Lamellengraphitfüllstoff 11 eines Typs kann alleine verwendet werden. Die Lamellengraphitfüllstoffe 11 mehrerer Typen können vermischt und verwendet werden, solange das Verhältnis der langen Seite A zur Dicke C die Bedingungen erfüllt.
  • Ein Graphitfilm kann gewonnen werden, indem ein Polymerfilm graphitiert wird, indem er bei einer hohen Temperatur von 2.400°C oder mehr und bevorzugt 2.600°C bis 3.000°C in einer Inertgasatmosphäre gebrannt wird. Das Brennen kann in einem einzigen Schritt durchgeführt werden; oder in zwei oder mehr Schritten, mit einer Temperaturänderung für jeden Schritt. Das Inertgas ist nicht besonders beschränkt, ist jedoch aufgrund der niedrigen Kosten bevorzugt Stickstoff oder Argon. Die Brenndauer ist nicht besonders beschränkt, beträgt jedoch bevorzugt beispielsweise 2 bis 6 Stunden.
  • Die Dicke des Polymerfilms vor der Graphitierung kann so ausgewählt werden, wie es gemäß der Dicke des Lamellengraphitfüllstoffs 11 angemessen ist, beträgt jedoch zum Beispiel 400 μm oder weniger, und bevorzugt 10 μm bis 200 μm. Dies liegt daran, dass der Hochpolymerfilm, der eine Dicke von 10 μm bis 200 μm aufweist, gleichmäßig Wärme aufnimmt, und andere Elemente außer Kohlenstoff leicht entfernt werden.
  • Somit kann Graphit mit einer hohen Kristallinität gewonnen werden. Wenn die Dicke des Hochpolymerfilms kleiner ist als 10 μm, wird der Hochpolymerfilm zerstört, wenn andere Elemente außer Kohlenstoff als Gas entfernt werden. Wenn die Dicke des Hochpolymerfilms größer ist als 200 μm, werden andere Elemente außer Kohlenstoff in Gasform gebracht und gewaltsam aus dem Hochpolymerfilm ausgestoßen, was Beschädigungen an dem Hochpolymerfilm hervorruft.
  • Sogar wenn der Polymerfilm, d. h. ein Ausgangsmaterial, verhältnismäßig dick ist, ist es umso möglicher, dünne Lamellengraphitfüllstoffe zu gewinnen. Dies liegt daran, dass der Graphit des Graphitfilms sich in einzelnen Schichten abschält, wenn der Graphitfilm zerkleinert wird.
  • Wenn die Dicke des Polymerfilms größer als 400 μm ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass Wärme gleichmäßig in den Film eingebracht wird, was die Kristallinität des Graphits verringert. Wenn die Dicke des Hochpolymerfilms kleiner ist als 10 μm, wird der Hochpolymerfilm durch die Wärmebehandlung zerstört.
  • Beispiele für ein Material für den Polymerfilm, die als bevorzugt angesehen werden, umfassen: Polyimid, Polyamidimid, Polyoxadiazol, Polybenzothiazol, Polybenzobisthiazol, Polybenzoxazol, Polybenzobisthiazol, Polyparaphenylenisophthalamid, Polymetaphenylenbenzimidazol, Polyphenylenbenzobisimidazol, Polythiazol und Polyparaphenylenvinylen. Diese Materialien werden zu einem Film geformt.
  • Nach einem Verfahren zur Herstellung des Lamellengraphitfüllstoffs 11 durch Wärmebehandlung des Hochpolymerfilms kann der Lamellengraphitfüllstoff mit maximaler Wärmeleitfähigkeit erhalten werden. Ferner können die Graphitfüllstoffe leicht mit einheitlichen Korngrößen bearbeitet werden.
  • Dieses Verfahren ist nicht besonders beschränkt. Diese Materialien können einzeln oder in Kombination von zwei oder mehr verwendet werden. Zum Beispiel können zwei oder mehr verschiedene Arten von Film graphitiert, zerkleinert und dann vermischt werden; oder zwei oder mehr verschiedene Arten von Materialien, die zuvor zusammengesetzt oder gemischt wurden, können zu einem Film geformt und dann graphitiert werden.
  • Der gewonnene Graphitfilm wird zerkleinert, um Graphitfüllstoffe zu gewinnen. Das für die Zerkleinerung verwendete Verfahren ist nicht besonders beschränkt. Jedoch ist es bevorzugt, dass die Graphitpartikel dazu gebracht werden, miteinander zu kollidieren, oder dass die Graphitpartikel dazu gebracht werden, physisch mit einem harten Material, das als ein Medium dient, zu kollidieren. Beispiele des zum Zerkleinern verwendeten Verfahrens umfassen Kugelmahlen, Nanomisieren und Strahlmahlen.
  • Die Dicke des zu zerkleinernden Graphitfilms kann so ausgewählt werden, wie es gemäß der beabsichtigten Dicke C des Lamellengraphitfüllstoffs angemessen ist.
  • Im Falle der Verarbeitung von natürlichem Graphit wird bevorzugt, dass natürlicher Graphit vorbehandelt wird, indem er in Schwefelsäure eingetaucht und dann erwärmt wird, wodurch bewirkt wird, dass Schichten darin sich ausdehnen. Nach der Behandlung wird eine Scherkraft auf den ausgedehnten Graphit ausgeübt, was das Abschälen zwischen den Schichten beschleunigt. Somit kann ein Lamellenfüllstoff mit einem großen Verhältnis von a zu c leicht gewonnen werden.
  • Harz 12
  • Die Komponente des Harzes 12 ist nicht besonders beschränkt. Verschiedene thermoplastische Harze oder Elastomere können verwendet werden. Alternativ kann eine Mischung aus thermoplastischem Harz, das keine Gummielastizität aufweist, und einem elastischen Elastomer verwendet werden.
  • Beispiele für das thermoplastische Harz umfassen: Styrol-Copolymere, wie etwa Styrol-Acrylonitril-Copolymer, Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymer und (Meth)acrylatester-Styrol-Copolymer; kautschukverstärkende Harze, wie etwa ABS-Harz und AES-Harz; Olefin-Polymere, wie etwa Polyethylen, Polypropylen, Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer und chloriertes Polyethylen; Vinylchloridpolymere, wie etwa Polyvinylchlorid, Ethylen-Vinylchlorid-Polymer und Polyvinylidenchlorid; (Meth)acrylatester-Polymere, wie etwa Polymethylmethacrylat; Imid-Polymere, wie etwa Polyamid, Polyimid, Polyamidimid und Polyetherimid; Polyester-Polymere, wie etwa Polyethylenterephthalat und Polybutylenterephthalat; Polyacetal; Polycarbonat; Polyarylat; Polyphenylenether; Polyphenylensulfid; Fluorharze wie etwa Polytetrafluorethylen und Polyvinylidenfluorid; Keton-Polymere wie etwa Polyetherketon und Polyetheretherketon; Sulfon-Polymere wie etwa Polysulfon und Polyethersulfon; Urethan-Polymere; und Polyvinylacetat.
  • Diese können einzeln oder in Kombination von zwei oder mehr verwendet werden, oder in einem gemischten Material aus zwei oder mehr.
  • Das Elastomer ist nicht besonders beschränkt, und Beispiel hierfür umfassen: Chloropren-Kautschuk, Isopren-Kautschuk, Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Butadien-Kautschuk, Butyl-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Nitril-Kautschuk, Urethan-Kautschuk, Acryl-Kautschuk, Silikon-Kautschuk, Fluor-Kautschuk und hydrierten Nitril-Kautschuk. Diese können einzeln oder in Kombination von zwei oder mehr verwendet werden.
  • Additive
  • Die anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung 13 der vorliegenden Erfindung kann verschiedene Additive zusätzlich zu den Lamellengraphitfüllstoffen 11 und dem Harz 12 umfassen. Verschiedene Additive werden verwendet, insbesondere wenn die anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung 13 eine Kautschukzusammensetzung ist, die ein Elastomer umfasst.
  • Die Additive für die Kautschukzusammensetzung sind nicht besonders beschränkt, und Beispiele dafür umfassen ein Vernetzungsmittel, um Vernetzungsstellen unter den Kautschukkomponenten zu erzeugen, einen Ruß (z. B. Ketjen-Ruß, Acetylen-Ruß) zum Verbessern der Festigkeit der Kautschukkomponenten, und eine moderate Menge an Weichmacher, um die Gummihärte einzustellen. Zusätzlich zum oben Stehenden können zum Beispiel ein sekundäres Vulkanisationsmittel, wie etwa Stearinsäure, ein Antioxidans, Öl, ein Schmiermittel und/oder anorganische Partikel (z. B. Silikapartikel, Aluminapartikel) der Zusammensetzung hinzugefügt werden, so wie es angemessen ist.
  • Als Vernetzungsmittel wird bevorzugt ein schwefelbasiertes Vernetzungsmittel (Vulkanisationsmittel), ein Peroxid oder dergleichen in moderaten Mengen der Zusammensetzung hinzugefügt. Wenn ein Silikonkautschuk in der Harzmatrixkomponente verwendet wird, wird bevorzugt ein Härtungsmittel zum Aushärten von Silikon (z. B. eine tertiäre Aminverbindung) hinzugefügt. Ferner kann ein Aushärtbeschleuniger, wie etwa Zinkoxid, aktives Zinkoxid oder dergleichen in moderaten Mengen der Zusammensetzung hinzugefügt werden.
  • Beispiele für einen Flammhemmer umfassen einen organischen Flammhemmer, einen anorganischen Flammhemmer und einen reaktiven Flammenhemmer. Die Hemmer können einzeln verwendet werden, oder es können mindestens zwei der Hemmer kombiniert werden. Beispiele für den organischen Flammhemmer umfassen einen Halogen-Flammhemmer, wie etwa eine bromierte Epoxid-Verbindung, eine bromierte Alkyltriazin-Verbindung, ein bromiertes Bisphenol-Epoxidharz, ein bromiertes Bisphenol-Phenoxyharz, ein bromiertes Bisphenol-Polycarbonatharz, ein bromiertes Polystyrol-Harz, ein bromiertes vernetztes Polystyrol-Harz, ein bromiertes Bisphenol-Cyanurat-Harz, einen bromierten Polyphenylenether, ein Decabromdiphenyloxid, Tetrabrombisphenol A und ein Oligomer davon; und einen Phosphorsäureester, wie etwa Trimethylphosphat, Triethylphosphat, Tripropylphosphat, Tributylphosphat, Tripentylphosphat, Trihexylphosphat, Tricyclohexylphosphat, Triphenylphosphat, Trikresylphosphat, Trixylenylphosphat, Kresyldiphenylphosphat, Dikresylphenylphosphat, Dimethylethylphosphat, Methyldibutylphosphat, Ethyldipropylphosphat und Hydroxyphenyldiphenylphosphat.
  • Die Beispiele umfassen ferner einen Phosphor-Flammhemmer, wie etwa eine Verbindung, die durch das Modifizieren dieser Verbindungen mit verschiedenen Substituenten, verschiedenen verdichteten Phosphorsäureesterverbindungen und einem Phosphazenderivat, das Phosphor- und Stickstoffelement beinhaltet, gewonnen wird; und Polytetrafluorethylen. Die Verbindungen können einzeln verwendet werden, oder es können mindestens zwei der Hemmer kombiniert werden.
  • Beispiele für den anorganischen Flammhemmer umfassen Aluminiumhydroxid, Antimonoxid, Magnesiumhydroxid, Zinkborat, eine Zirkoniumverbindung, eine Molybdänverbindung, Zinkstannat, Guanidinsalz, eine Silikonverbindung und eine Phosphazenverbindung. Diese Verbindungen können einzeln verwendet werden, oder es können mindestens zwei der Verbindungen kombiniert werden.
  • Beispiele für den reaktiven Flammhemmer umfassen Tetrabrombisphenol A, Dibromphenolglycidylether, bromiertes aromatisches Triazin, Tribromphenol, Tetrabromphthalat, Tetrachlorphthalsäureanhydrid, Dibromneopentylglycol, Poly(pentabrombenzylpolyacrylat), Chlorendic Acid (HET-Säure), Chlorendic Anhydride (HET-Anhydrid), bromierten Phenolglycidylether und Dibromkresylglycidylether. Diese Verbindungen können einzeln verwendet werden, oder es können mindestens zwei der Verbindungen kombiniert werden.
  • Die Menge der Additive beträgt bevorzugt 30 Masse% oder weniger der gesamten anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung. Dies liegt daran, dass aufgrund der moderaten Menge an Additiven eine quantitative Balance zwischen den Lamellengraphitfüllstoffen und der Harzmatrix beibehalten wird, wodurch es der Zusammensetzung ermöglicht wird, leicht eine gute Wärmeleitfähigkeit beizubehalten und leicht eine Formbarkeit und Festigkeit zu sichern.
  • Verfahren zur Herstellung der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13
  • Zunächst wird die anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung 13 hergestellt. Das Herstellungsverfahren ist nicht besonders beschränkt. Die Komponente des Harzes 12, die Lamellengraphitfüllstoffe 11 und, nach Bedarf, die in die Zusammensetzung mit einzubeziehenden Additive können in einer angemessenen Reihenfolge gemischt und geknetet werden.
  • Wenn jedoch das Elastomer (Kautschukkomponente) als die Komponente des Harzes 12 verwendet wird, ist es wünschenswert, erst andere Materialien als ein Kautschukvernetzungsmittel zu kneten, um zu verhindern, das Wärme, die während des Knetens erzeugt wird, eine Vernetzung des Kautschuks entwickelt, und dann die Materialien wieder mit dem Kautschukvernetzungsmittel zu kneten.
  • Im Fall des Knetens der Materialien wird beispielsweise das Zwei-Walzen-Mischen verwendet. Beim Zwei-Walzen-Mischen wird die Zusammensetzung durch eine Lücke zwischen einem Paar Rollen zu einer Folie geformt. Während die Zusammensetzung zwischen den Walzen erfasst und durch die Lücke dazwischen hindurchgeführt wird, wird auf die Zusammensetzung durch die sich drehenden Walzen eine Scherkraft ausgeübt, und die Zusammensetzung wird parallel zur Scherkraft lang gezogen.
  • Zu diesem Zeitpunkt werden zusammen mit dem Langziehen der Harzmatrix die in der Zusammensetzung verteilten Lamellengraphitfüllstoffe 11 in derselben Richtung orientiert. Somit wird die Basisebene des Lamellengraphitfüllstoffs 11 erfolgreich parallel zur Oberfläche der Folie orientiert. Um die Orientierung des Lamellengraphitfüllstoffs 11 zu verbessern, wird die Folie bevorzugt mehrfach durch die Walzen hindurch geführt.
  • Ferner wird in dem Fall, in dem die Folie an einer der Walzen haften bleibt, wenn sie zwischen den Rollen herauskommt, die Folie bevorzugt von dieser Walze entfernt, umgedreht, und dann erneut durch die Walzen hindurch geführt.
  • Vor dem Kneten der Zusammensetzung durch das Mischen mit zwei Walzen können die Materialien mittels bekannter Mischer vorgemischt werden, beispielsweise einem Doppelschneckenextruder, einem Einzelschneckenextruder, einer Zuführvorrichtung mit zwei oder einer Schnecke, die in der Lage ist, Wärme aufzubringen, einem Zuführextruder, einem Banburymischer und einer Walzenmühle.
  • Anschließend wird die Zusammensetzung zu einer anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 mit einer gewünschten Dicke geformt. Die Art des Formens der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 ist nicht besonders beschränkt, solange die Dicke der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 eingestellt werden kann. Zum Beispiel ist Kalandern bevorzugt, da ein ausreichender Druck in der Dickenrichtung der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 ausgeübt wird, und die Basisebene des Lamellengraphitfüllstoffs 11 leicht parallel zu einer Oberfläche der Folie orientiert wird.
  • Typischerweise ist Kalandern für eine durchgehende Herstellung geeignet. Beim Kalandrierprozess wird eine Zusammensetzung zumindest einem Walzenpaar zugeführt, um eine anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung 13 zu bilden, die dann durch eine Aufnahmewalze herausgenommen wird. Die Foliendicke der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 kann präziser gemacht werden, indem die Zusammensetzung in einer Vorstufe des Prozesses zwischen erwärmten Walzen und dann zwischen kalten Walzen gewalzt wird.
  • Alternativ kann die Zusammensetzung extrudiert werden, nachdem sie ausreichend durch einen internen Mischer, wie etwa einen Banburymischer, geknetet wurde. Bei der Extrusion wird eine Zusammensetzung nach und nach aus einer Metalldüse oder einem Spritzmundstück herausgedrückt, dass der Form der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 entspricht, um somit die anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung 13 zu bilden. Während der Extrusion wird eine Scherkraft in der Extrusionsrichtung auf die Zusammensetzung ausgeübt, was bewirkt, dass der Lamellengraphitfüllstoff 11 parallel zu der Oberfläche der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 orientiert wird. Die extrudierte anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung 13 kann des Weiteren einer Pressbearbeitung zwischen Kalanderwalzen unterzogen werden.
  • Wenn die Zusammensetzung die Kautschukkomponente umfasst, wird sie nach Bedarf erwärmt, um das Vernetzen (Vulkanisieren) durch das Vernetzungsmittel zu fördern, um somit eine Folie mit ausgezeichneter Flexibilität und Festigkeit zu gewinnen. Danach wird die Folie in einer zur ihrer Ebene rechtwinkligen Richtung zugeschnitten, um somit ein Produkt zu erhalten, das eine beabsichtigte Form einer wärmeableitenden Folie aufweist.
  • Es ist ebenfalls möglich, die Vernetzung der Kautschukkomponente zu fördern, indem genügend Wärmeenergie in die Zusammensetzung eingebracht wird, während sie beim Kalandern zwischen die Wärmewalzen hindurch geführt wird.
  • Die Orientierung des Lamellengraphitfüllstoffs
  • 2 zeigt schematisch die innere Struktur der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung, die zu einer Folie geformt wurde. Die anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung 13 enthält das Harz 12 und die Lamellengraphitfüllstoffe 11, die in dem Harz 12 verteilt sind.
  • Innerhalb der in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 ist der Lamellengraphitfüllstoff derart orientiert, dass die Basisebene des Lamellengraphitfüllstoffs und eine zu einer Oberfläche der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 parallele Richtung beide in ungefähr dieselbe Richtung gewandt sind, wie in 2 gezeigt. Eine solche Orientierung des Lamellengraphitfüllstoffs kann bestätigt werden, indem ein Ausschnitt der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 unter einem Rasterelektronenmikroskop betrachtet wird, wobei der Ausschnitt rechtwinklig zu der Oberfläche der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 ist.
  • Auswertung der Orientierung
  • 3 zeigt schematisch den Ausschnitt der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13, der in 2 gezeigt ist, wobei der Ausschnitt rechtwinklig zu der Oberfläche der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 ist. Eine durchbrochene Linie in 3 ist eine Bezugslinie 14 zum Messen des Orientierungsgrades des Lamellengraphitfüllstoffs 11, wobei die Bezugslinie 14 optional parallel zu der Oberfläche der Folie eingezeichnet ist.
  • Der Orientierungsgrad des Lamellengraphitfüllstoffs 11 ist der kleinere der Winkel, die durch den Lamellengraphitfüllstoff 11 und die Bezugslinie 14 gebildet wird, wenn das untere Ende des Lamellengraphitfüllstoffs 11 auf der Bezugslinie 14 parallel zu der oberen und der unteren Oberfläche der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 platziert wird.
  • Genauer ist in 3 ein Winkel θ1, der durch eine zu der Oberfläche eines Lamellengraphitfüllstoffs 11a parallele Richtung und die Bezugslinie 14 gebildet wird, ein Winkel θ, während ein Winkel θ2, der durch einen Lamellengraphitfüllstoff 11b und die Bezugslinie 14 gebildet wird, ebenfalls der Winkel θ ist. In diesem Falle variieren der Winkel θ1 und der Winkel θ2 zwischen Drehungen im und gegen den Uhrzeigersinn. Da die Lamellengraphitfüllstoffe 11 ursprünglich in der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 in einer zufälligen Weise enthalten sind, erscheinen die Winkel mit im Wesentlichen derselben Wahrscheinlichkeit in Richtungen im und gegen den Uhrzeigersinn. Wenn die Winkel θ1 und θ2 gleich sind, können somit die Lamellengraphitfüllstoffe 11a und 11b denselben Orientierungsgrad aufweisen.
  • Hier beträgt der Winkel θ, der durch die Basisebene des Lamellengraphitfüllstoffs 11 und die Ebene der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 geschaffen wird, bevorzugt 1° bis 10°. Die Einstellung des Winkels θ auf 1° oder mehr kann eine ausreichende Anzahl an Kontaktstellen zwischen den Lamellengraphitfüllstoffen 11 in der Dickenrichtung erreichen, wodurch eine Folie mit hoher Wärmeleitfähigkeit erhalten wird.
  • Ferner orientiert die Einstellung des Winkels auf 10° oder weniger den Lamellengraphitfüllstoff 11 so, dass eine ausreichend große Wärmeleitfähigkeit parallel zu der Oberfläche der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 erreicht wird; in der Zwischenzeit wird eine Wärmeleitfähigkeit in der Dickenrichtung der Folie unterdrückt.
  • Der Winkel θ in der vorliegenden Ausführungsform ist der Durchschnittswert von 20 Lamellengraphitfüllstoffen 11. Genauer sind die 20 Füllstoffe beliebig aus den Lamellengraphitfüllstoffen 11 ausgewählt, die in dem Ausschnitt rechtwinklig zu der Oberfläche der Folie betrachtet werden; der Winkel θ kann für jeden der 20 Füllstoffe gemessen werden, und dann kann über die Winkel θ der 20 Füllstoffe ein Durchschnittswert gebildet werden. Jedoch kann zumindest einer der Lamellengraphitfüllstoffe 11 die erwähnten Winkel aufweisen.
  • Im Folgenden wird eine detailliertere Beschreibung der vorliegenden Erfindung auf der Basis von Beispielen angegeben. Jedoch ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die folgenden Beispiele beschränkt ist.
  • (Beispiele 1 bis 3)
  • (1) Herstellung von Lamellengraphitfüllstoffen 11
  • Ein Polyimidfilm (Kapton-Film, erhältlich von Du Pont-Toray Co., Ltd.) mit einer Dicke von 25 μm wurde für 4 Stunden bei 2.600°C in einer Argongasatmosphäre wärmebehandelt, um somit einen Graphitfilm zu gewinnen. Der gewonnene Graphitfilm wurde dann unter Verwendung einer Strahlmühle für 15 Minuten zerkleinert. Die Anzahl der Umdrehungen des Klassierers während der Zerkleinerung betrug 7.000.
  • Das obige resultierte darin, dass Lamellengraphitfüllstoffe 11 mit einer Form gewonnen wurden, die die folgenden Parameterwerte aufwies. Die lange Seite A betrug 17 μm. Das Verhältnis der langen Seite A zur Dicke C betrug zumindest 30. Die lange Seite A betrug 1 μm bis 300 μm. Das Verhältnis der langen Seite A zur kurzen Seite B betrug 1 bis 20.
  • (2) Zubereitung der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13
  • Die gewonnenen Lamellengraphitfüllstoffe 11, EPDM (Esprene, erhältlich von Sumitomo Chemical Co., Ltd.), Peroxid, das als ein Vernetzungsmittel diente, und Stearinsäure wurden miteinander gemischt. Die resultierende Mischung wurde ausreichend mit einem Zwei-Walzen-Mischer mit Walzen von 8 Zoll Durchmesser ausreichend geknetet, um die anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung 13 zuzubereiten; in der Zwischenzeit wurden die Lamellengraphitfüllstoffe 11 in der Zusammensetzung parallel zu der Oberfläche orientiert.
  • Tabelle 1 zeigt die gewonnenen anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzungen 13. Die anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzungen 13 wurden weiter bei 170°C zehn Minuten lang erwärmt, um die Vulkanisation zu beschleunigen. Tabelle 1 zeigt auch die Ergebnisse der Auswertung. Tabelle 1
    Beisp. 1 Beisp. 2 Beisp. 3 Vergl. Beisp. 1 Vergl. Beisp. 2 Vergl. Beisp. 3 Vergl. Beisp. 4 Vergl. Beisp. 5 Vergl. Beisp. 6 Vergl. Beisp. 7 Vergl. Beisp. 8
    Graphitgehalt 30 30 40 10 20 30 30 30 40 50 20
    Orientierungsgrad [°] 7 10 9 10 30 15 30 45 30 30 10
    Wärmeleitfähigkeit [W/mk] 10,5 10,1 20,1 0,9 3,1 6,4 5,3 5,1 8,2 24 2,1
    Gummihärte [Shore A] 35 35 40 25 36 34 34 34 42 70 30
    Bestanden/Nicht bestanden OK OK OK NG NG NG NG NG NG NG NG
  • (Vergleichsbeispiele 1 bis 8)
  • Die anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzungen 13 wurden wie in den ersten bis dritten Ausführungsformen hergestellt und dann zu solchen Bedingungen geformt, dass die Orientierungsgrade in Tabelle 1 gewonnen wurden.
  • Auswertungen der Orientierung
  • Bei den in diesen Beispielen erhaltenen anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzungen 13 werden die Orientierungsgrade der Lamellengraphitfüllstoffe 11 durch eine horizontale Linie bestimmt, die optional auf ein Bild einer Schnittfläche gezeichnet wird, die unter einem Rasterelektronenmikroskop betrachtet wird, nachdem die anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzungen 13 zugeschnitten sind.
  • Auswertung der Wärmeleitfähigkeit
  • Für die Beispiele und Vergleichsbeispiele wurde die Temperaturleitfähigkeit in der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 gemessen. Hierbei wurde eine Temperaturleitfähigkeit α durch periodisches Erwärmen unter Verwendung eines Thermowave Analyzers (TA3, erhältlich von Bethel Co., Ltd.) gemessen.
  • Eine Probe von 30 mm × 30 mm wurde aus der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 ausgeschnitten und auf einen Probentisch zur Messung gelegt.
  • Die anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung 13 wurde periodisch mit Laser, d. h. einer Wärmewelle, bei einer Frequenz von 0,5 Hz bis 3 Hz bestrahlt, und die Phasendifferenz zwischen den Wärmewellen wurde ausgelesen, während die Messposition zu einem 4 mm von dem bestrahlten Bereich entfernten Punkt bewegt wurde. Als nächstes wurde ein Graph erzeugt, wobei bei der horizontalen Achse die Entfernung aufgetragen wurde und bei der vertikalen Achse die Phasendifferenz aufgetragen wurde, und eine Steigung des Graphen wurde erhalten. Die Temperaturleitfähigkeit α wurde aus der Steigung unter Verwendung der Formel 1 gewonnen.
    Figure DE102014212097A1_0002
    (Formel 1)
  • α:
    Temperaturleitfähigkeit
    f:
    Frequenz
    s:
    Steigung im Graphen
  • Wärmeleitfähigkeit λ wird durch die unten stehende Formel 2 bestimmt: α = λ / ρh (Formel 2)
  • α:
    Temperaturleitfähigkeit
    λ:
    Wärmeleitfähigkeit
    ρ:
    Dichte
    h:
    spezifische Wärme
  • Die Tabelle 1 zeigt die Messergebnisse der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzungen 13 in den Beispiele und Vergleichsbeispielen. Je größer der Graphitgehalt, desto höher die Wärmeleitfähigkeit. Die Wärmeleitfähigkeit muss für die Verwendung als eine wärmeableitende Folie mindestens 6,5 W/m·k betragen.
  • Gummihärte
  • Ein Eindringkörper (bezeichnet als Indenterspitze oder ein Indenter) wurde auf die Oberfläche der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 gedrückt, und dann wurde eine Verformung (Eindruckstelle) gemessen und mittels eines Durometers (Feder-Gummihärtemessgerät) in eine Zahl umgewandelt. Das Durometer maß die Verformung wie ein Typ-A Durometer von JIS,K6253. Die Tabelle 1 zeigt die Messergebnisse der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzungen 13 in den Beispiele und den Vergleichsbeispielen.
  • Tabelle 1 beweist, dass die Gummihärte mit dem Graphitgehalt ansteigt. Je höher die Gummihärte, desto niedriger die mechanische Festigkeit der Folie. Die Gummihärte beeinträchtigt erheblich die Wärmeleitfähigkeit an einer Kontaktoberfläche. Ein Graphitgehalt von zumindest 50 Gew.-% führt zu einer übermäßigen Gummihärte. Somit muss der Graphitgehalt 40 Gew.-% oder weniger betragen.
  • Untersuchung der Ergebnisse
  • 4 zeigt den Orientierungsgrad und die Wärmeleitfähigkeit der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13, die 30 Gew.-% an Lamellengraphitfüllstoffen 11 enthält. Die horizontale Achse zeigt den Orientierungsgrad an, während die vertikale Achse die Wärmeleitfähigkeit anzeigt. 4 beweist, dass die Wärmeleitfähigkeit ansteigt, wenn der Orientierungsgrad bei 10° oder weniger gehalten wird. Die Wärmeleitfähigkeit ändert sich unregelmäßig, wenn der Orientierungsgrad 10° bis 15° beträgt. Auch wenn der Orientierungsgrad bei weniger als 10° gehalten wird, wird die Wärmeleitfähigkeit nicht erheblich verbessert. Dies liegt daran, dass Wärme bei 10° ausreichend parallel zu der Oberfläche übertragen wird. Somit ist es nicht effektiv, wenn der Orientierungsgrad bei weniger als 10° gehalten wird. Somit muss der Orientierungsgrad kleiner als 15° sein.
  • 5 zeigt die anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung 13 mit dem Orientierungsgrad bei 10° oder weniger und die anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung 13 mit dem Orientierungsgrad bei 30° oder weniger. Die horizontale Achse zeigt einen Graphitgehalt an, während die vertikale Achse die Wärmeleitfähigkeit anzeigt. 5 beweist, dass, wenn der Orientierungsgrad 30° oder weniger beträgt, der Graphitgehalt mindestens 40 Gew.-% betragen muss, um die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern, während, wenn der Orientierungsgrad 10° oder weniger beträgt, eine hohe Wärmeleitfähigkeit sogar in einem Bereich erhalten wird, in der der Graphitgehalt zumindest 20 Gew.-% beträgt. Somit muss der Gehalt an Lamellengraphitfüllstoffen 11 zumindest 20 Gew.-% betragen. Wenn der Orientierungsgrad 15° oder weniger beträgt, kann die Wärmeleitfähigkeit so abgeschätzt werden, dass sie ähnlich wie in dem Fall ist, bei dem der Orientierungsgrad 10° oder weniger beträgt.
  • Da die notwendige Wärmeleitfähigkeit 6,5 W/m·k beträgt, muss der Gehalt an Lamellengraphitfüllstoffen 11 mindestens 22 Gew.-% betragen, wie in 5 gezeigt. Somit muss der Gehalt an Lamellengraphitfüllstoffen 11 mindestens 20 Gew.-% betragen, bevorzugter mindestens 25 Gew.-%.
  • Auswertung der Effizienz
  • Ob die gewonnene anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung 13 effizient Wärme übertragen kann oder nicht, wurde mittels eines einfachen Wirkungsprüfungswerkzeugs untersucht.
  • Die 6A und 6b sind schematische Diagramme des Wirkungsprüfungswerkzeugs. 6A ist eine Vorderansicht. 6B ist eine Seitenansicht.
  • Die gewonnene anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung 13 wurde zwischen einer Wärmequelle 16 und einem Kühlteil 19 angeordnet, und dann wurde die Temperatur eines Messpunkts 17 zwischen der Wärmequelle 16 und der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 mit einem Thermoelement gemessen. Die bei konstanter Temperatur erwärmte Wärmequelle 16 wurde auf der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 platziert, und dann wurde der Grad der Kühlung der Wärmequelle 16 nach einer bestimmten Zeitdauer gemessen.
  • Die Wirkungen wurden für die anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung 13 aus Beispiel 3 und die anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung 13 aus Vergleichsbeispiel 7 untersucht. Es wurde bestätigt, dass die Wärmeleitfähigkeit von Beispiel 3 geringer war als die der Probe aus Vergleichsbeispiel 7, jedoch in Beispiel 3 eine verbesserte Kühlwirkung erreicht wurde. Der Graphitgehalt und die Gummihärte werden reduziert, um die Oberflächenrauhigkeit der Wärmequelle 16 und des Kühlteils 19 mit der Flexibilität der anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 aufzunehmen. Dies bewies, dass die Wärmeleitfähigkeit mit der verbesserten Kühlwirkung an einer Kontaktoberfläche verbessert werden konnte.
  • Gesamtergebnis
  • Demzufolge muss der Graphitgehalt 20% bis 40% betragen, während der Orientierungsgrad 10° oder weniger betragen muss.
  • Bei der wie eine Folie geformten anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung 13 ist der kleinere Winkel θ, der durch die Basisebene des Lamellengraphitfüllstoffs 11 und die Oberfläche der Folie gebildet wird, bevorzugt 1° bis 10°. Der Lamellengraphitfüllstoff mit dem Verhältnis a zu c von mindestens 10 ist mit dem Winkel θ von 10° oder weniger orientiert, wodurch ein Formteil mit einer extrem hohen anisotropen Wärmeleitfähigkeit erreicht wird.
  • Ferner wird der Gehalt an Lamellengraphitfüllstoffen in der gesamten anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung bei 20 Masse% bis 40 Masse% eingesteuert. Innerhalb des Bereichs der Gehalte kann ein hochflexibler Formkörper erhalten werden, sogar wenn ein Füllstoff hinzugefügt wird. Dies liegt daran, dass die Eigenschaften einer Matrix beibehalten werden.
  • Eine solche Folie ist geeignet als eine wärmeableitende Folie, die einen wärmeleitfähigen Weg aufweist, der einen Teil mit hoher Temperatur und einen Teil mit niedriger Temperatur beispielsweise an einem Montagesubstrat verbindet, das eine Wärme erzeugende elektronische Komponente aufweist.
  • Die anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine flexible Folie mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Die Folie wird geeignet für die Übertragung von Wärme verwendet. Ferner ist zu erwarten, dass aufgrund dieser Merkmale die anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung für ein Faserverstärkungselement, ein Wärmeableitelement, ein Phasenveränderungselement, ein Photolumineszenzmusterelement, ein Gassperrenelement, ein Leiterelement, ein Isolierelement, ein Element mit geringer linearer Ausdehnung, oder für Herstellungsverfahren für dieselben nutzbringend ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2007-224265 [0004, 0007]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • JIS,K6253 [0084]

Claims (5)

  1. Folienförmige, anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung, umfassend: Harz; und in dem Harz verteilte Graphitfüllstoffe, wobei die Graphitfüllstoffe jeweils einen Maximaldurchmesser A parallel zu einer Basisebene jedes der Graphitfüllstoffe und eine Maximallänge C rechtwinklig zu der Basisebene aufweisen, ein Durchschnitt der Maximaldurchmesser A von 1 μm bis 300 μm reicht, ein Durchschnittsverhältnis des Maximaldurchmessers A zur Maximallänge C, das durch A/C dargestellt wird, mindestens 30 beträgt, ein Gehalt an Graphitfüllstoffen 20 Masse% bis 40 Masse% beträgt, und ein Durchschnitt eines kleineren Winkels, der durch die Basisebene und einer Folienoberfläche der folienförmigen, anisotropen, wärmeleitfähigen Zusammensetzung gebildet wird, weniger als 15° beträgt.
  2. Anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Graphitfüllstoffe jeweils einen Maximaldurchmesser B parallel zu der Basisebene und rechtwinklig zum Maximaldurchmesser A aufweisen, und ein Durchschnittsverhältnis des Maximaldurchmessers A zum Maximaldurchmesser B, das durch A/B dargestellt wird, von 1 bis 20 reicht.
  3. Anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Graphitfüllstoffe durch Wärmebehandlung eines Hochpolymerfilms erhalten werden.
  4. Anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei die Dicke des Hochpolymerfilms 10 μm bis 400 μm beträgt.
  5. Anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei die Dicke des Hochpolymerfilms 10 μm bis 20 μm beträgt.
DE102014212097.7A 2013-06-25 2014-06-24 Folienförmige, anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung Active DE102014212097B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013132232A JP6221053B2 (ja) 2013-06-25 2013-06-25 異方性熱伝導組成物
JP2013-132232 2013-06-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102014212097A1 true DE102014212097A1 (de) 2015-01-08
DE102014212097B4 DE102014212097B4 (de) 2023-03-23

Family

ID=52106499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014212097.7A Active DE102014212097B4 (de) 2013-06-25 2014-06-24 Folienförmige, anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9512289B2 (de)
JP (1) JP6221053B2 (de)
CN (1) CN104250447B (de)
DE (1) DE102014212097B4 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11387160B2 (en) 2017-11-21 2022-07-12 Rohm Co., Ltd. Semiconductor apparatus, power module and power supply

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107344865A (zh) * 2017-06-15 2017-11-14 上海极率科技有限公司 热传导各向异性陶瓷材料的制备方法
JP7105680B2 (ja) 2018-11-28 2022-07-25 三和シヤッター工業株式会社 自動ドア
JP7137895B2 (ja) * 2019-04-24 2022-09-15 京セラ株式会社 導電性接着用シート、導電性接着用シートの製造方法及び半導体装置
KR20230008015A (ko) * 2019-07-30 2023-01-13 헨켈 아게 운트 코. 카게아아 열 인터페이스 재료

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007224265A (ja) 2006-01-26 2007-09-06 Techno Polymer Co Ltd 熱伝導性樹脂組成物及び成形品

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5964685A (ja) 1982-10-05 1984-04-12 Shin Etsu Polymer Co Ltd 異方導電熱接着性フイルム
EP0488356B1 (de) * 1990-11-30 1997-03-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Verfahren zur Herstellung von Graphitblöcken aus graphitierbaren organischen Polymeren und Verfahren zur Karbonisierung graphitierbarer Polymerfilme
US5863467A (en) * 1996-05-03 1999-01-26 Advanced Ceramics Corporation High thermal conductivity composite and method
JP4714371B2 (ja) * 2001-06-06 2011-06-29 ポリマテック株式会社 熱伝導性成形体及びその製造方法
JP4746803B2 (ja) * 2001-09-28 2011-08-10 株式会社ファインラバー研究所 熱伝導性電磁波シールドシート
JP4758195B2 (ja) * 2005-10-14 2011-08-24 昭和電工株式会社 熱伝導性樹脂組成物、その構造体及びその用途
EP1777558A3 (de) 2005-10-24 2007-07-25 LG Electronics Inc. Thermische Diffusionfolie, deren Herstellungsverfahren und eine Rückbeleuchtungseinheit mit dieser Folie
JP2009149769A (ja) * 2007-12-20 2009-07-09 Bando Chem Ind Ltd エラストマー組成物、エラストマー成形体及び放熱シート
JP2011016937A (ja) * 2009-07-09 2011-01-27 Mitsubishi Engineering Plastics Corp 高熱伝導性熱可塑性樹脂組成物及び成形品
US8085531B2 (en) 2009-07-14 2011-12-27 Specialty Minerals (Michigan) Inc. Anisotropic thermal conduction element and manufacturing method
TWI610407B (zh) 2010-06-17 2018-01-01 Dexerials Corp 導熱片及其製造方法
CN103648771B (zh) 2011-08-31 2016-10-12 积水化学工业株式会社 多层树脂成型体及其制造方法
CN103160134A (zh) * 2011-12-14 2013-06-19 中国钢铁股份有限公司 导热性聚合物复合材料
KR101266391B1 (ko) 2012-10-17 2013-05-22 주식회사 엘엠에스 피복 입자, 이를 포함하는 조성물 및 열전달 시트

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007224265A (ja) 2006-01-26 2007-09-06 Techno Polymer Co Ltd 熱伝導性樹脂組成物及び成形品

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JIS,K6253

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11387160B2 (en) 2017-11-21 2022-07-12 Rohm Co., Ltd. Semiconductor apparatus, power module and power supply

Also Published As

Publication number Publication date
US20140374648A1 (en) 2014-12-25
US9512289B2 (en) 2016-12-06
JP2015007162A (ja) 2015-01-15
DE102014212097B4 (de) 2023-03-23
JP6221053B2 (ja) 2017-11-01
CN104250447A (zh) 2014-12-31
CN104250447B (zh) 2017-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014212097B4 (de) Folienförmige, anisotrope, wärmeleitfähige Zusammensetzung
EP2770028B1 (de) Formteil aus einer anisotropen wärmeleitfähigen zusammensetzung
US9574833B2 (en) Thermal conductive sheet, method of producing thermal conductive sheet and heat releasing device
EP3147314B1 (de) Wärmeleitfolie
EP2291066B1 (de) Wärmestrahlungsfolie und wärmestrahlungseinrichtung
JP6156337B2 (ja) 熱伝導シート、及びその熱伝導シートの製造方法
US20140293626A1 (en) Thermally conductive sheet, process for producing the same, and radiator utilizing thermally conductive sheet
DE112017000595B4 (de) Carbon Black enthaltende wärmeleitende Polymerzusammensetzung und Polymervorläuferzusammensetzung, Masterbatch sowie Erzeugnis
DE2652683B2 (de) Anisotroper elektrisch leitender platten-oder folienförmiger Körper und Verfahren zu seiner Herstellung
US9746259B2 (en) Heat conductor and device including the same
DE112020005404T5 (de) Wärmeleitende folie und herstellungsverfahren für dieselbe
DE102015213622A1 (de) Thermisch leitfähiges Material und Verfahren zum Herstellen eines thermisch leitfähigen Materials
US20200196435A1 (en) Method of manufacturing multi-structural high-heat-dissipation part having controlled packing density of carbon material, and multi-structural high-heat-dissipation part manufactured thereby
US20180126693A1 (en) Heat radiation material having graphite mixture and method for manufacturing the same
DE112020000439T5 (de) Wärmeleitfolie
WO2021065899A1 (ja) 熱伝導性樹脂シート
DE112018003897B4 (de) Wärmeleitender Kunststoffformartikel
JP7488636B2 (ja) 熱伝導性樹脂シート
DE102022203093A1 (de) Separator für Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt, Element für Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt und Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt
JP7358883B2 (ja) 熱伝導シート
WO2018025587A1 (ja) 熱伝導シート
KR102134080B1 (ko) 방열구조체 일체형 인쇄회로기판 및 그 제조방법
JP2015003961A (ja) シート状樹脂組成物とその製造方法
JP2021054968A (ja) 熱伝導性樹脂シート
JP2019134011A (ja) 電磁波吸収材

Legal Events

Date Code Title Description
R082 Change of representative

Representative=s name: GRUENECKER, KINKELDEY, STOCKMAIR & SCHWANHAEUS, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: PANASONIC INTELLECTUAL PROPERTY MANAGEMENT CO., JP

Free format text: FORMER OWNER: PANASONIC CORPORATION, KADOMA-SHI, OSAKA, JP

Effective date: 20150223

R082 Change of representative

Representative=s name: GRUENECKER PATENT- UND RECHTSANWAELTE PARTG MB, DE

Effective date: 20150223

R012 Request for examination validly filed
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: C08L0101120000

Ipc: C08J0005180000

R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final