DE112013007713T5 - Aushärtbares, thermisch leitfähiges Fett, Wärmedissipationsstruktur und Verfahren zur Herstellung der Wärmedissipationsstruktur - Google Patents

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Abstract

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein aushärtbares, thermisch leitfähiges Fett zu schaffen, das von einem Wärme erzeugenden Körper emittierte Wärme effizient zu einem Wärme dissipierenden Körper auch in dem Fall eines großen Spalts zwischen dem Wärme erzeugenden Körper und dem Wärme dissipierenden Körper überträgt. Die Lösung ist ein aushärtbares, thermisch leitfähiges Fett (1a), das ein aushärtbares bzw. vernetztes flüssiges Polymer, ein thermisch leitfähiges Füllmaterial (A), das einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von weniger als 10 µm aufweist, und ein thermisch leitfähiges Füllmaterial (B) aufweist, das einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 10 µm oder mehr aufweist, wobei das Verhältnis des Volumens des thermisch leitfähigen Füllmaterials (A) zu dem thermisch leitfähigen Füllmaterial (B), d. h. (A)/(B), 0,65 bis 3,02 beträgt, und wobei das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett eine Viskosität von 700 Pa·s bis 2070 Pa·s aufweist, wobei, nachdem das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett auf den Wärme erzeugenden Körper oder den Wärme dissipierenden Körper mit einer Dicke von 5 mm aufgetragen wurde, das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett eine Beständigkeit gegen Zusammensinken aufweist, bei der das ausfhärtbare, thermisch leitfähige Fett nicht nach unten fließt, wenn der Wärme erzeugende Körper oder der Wärme dissipierende Körper vertikal angeordnet ist.

Description

  • Technischer Bereich
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein vernetzbares, thermisch leitfähiges Fett, das zwischen einem Wärme erzeugenden Körper und einem Wärme dissipierenden Körper angeordnet ist, und insbesondere ein aushärtbares, thermisch leitfähiges Fett, das das Füllen eines Spalts zwischen dem Wärme erzeugenden Körper und dem Wärme dissipierenden Körper auch dann zuverlässig ermöglicht, wenn der Spalt breit ist, sowie eine Wärme dissipierende Struktur, welche das Fett beinhaltet.
  • Stand der Technik
  • Um von Wärme erzeugenden Körpern, wie zum Beispiel Halbleiterelementen und Maschinenteilen, erzeugte Wärme zu dissipieren, werden Wärme dissipierende Körper, wie zum Beispiel Kühlkörper, verwendet. Zum Zwecke des effizienten Weiterleitens von Wärme können thermisch leitfähige Fette zwischen den Wärme erzeugenden Körpern und den Wärme dissipierenden Körpern eingesetzt werden.
  • Thermisch leitfähige Fette weisen eine niedrigere thermische Leitfähigkeit als diejenige der Wärme erzeugende Körper und Wärme dissipierende Körper (typischerweise aus Metall bestehend) auf und werden daher vorzugsweise in der Form von dünneren Filmen aufgetragen. Um keine Luftschicht, die eine erheblich niedrigere thermische Leitfähigkeit aufweist, zwischen den Wärme erzeugenden Körpern und den Wärme dissipierenden Körpern zu bilden, sind thermisch leitfähige Fette mit einer niedrigen Viskosität und einem hohen Fließvermögen vorteilhaft. Aus diesen Gründen werden in dem Fall, in dem die Spalte zwischen den Wärme erzeugenden Körpern und den Wärme dissipierenden Körpern gering sind, thermisch leitfähige Fette mit niedriger Viskosität in geeigneter Weise verwendet worden.
  • In den letzten Jahren haben die Elemente, die Wärme erzeugen, jedoch zugenommen und die gesamte Menge an erzeugter Wärme tendiert dazu, sich zu erhöhen. Daher wird Wärme vorzugsweise eher von einer Vielzahl von elektronischen Elementen oder von dem gesamten Bauteil bzw. der Oberfläche dissipiert als von einem spezifischen elektronischen Element. Unter diesen Umständen werden verschiedene Strukturen verwendet, um Wärme zu dissipieren. Zum Beispiel können Wärme dissipierende Körper auf unterschiedlich hohen elektronischen Elementen montiert werden, von denen die Wärme dissipiert werden soll, sowie auf schräg oder quer angeordneten Wärme erzeugenden Körpern.
  • Wenn ein Versuch unternommen wird, ein thermisch leitfähiges Fett einzusetzen, um solche Anforderungen zu befriedigen, bleibt das Fett nicht in dem aufgetragenen Zustand und strömt nachteiligerweise aufgrund seiner geringen Viskosität weg. Daher ist ein thermisch leitfähiges Fett mit höheren thixotropischen Eigenschaften entwickelt und zum Beispiel in der japanischen, nicht geprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2011-088953 (Patentliteratur 1) beschrieben worden.
  • In dem Fall, in dem ein Spalt zwischen einem Wärme erzeugenden Körper und einem Wärme dissipierenden Körper groß ist, ist es vorstellbar, eine Wärme dissipierende Folie bzw. Platte zu verwenden, wie sie zum Beispiel in der japanischen nicht geprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2006-332126 (Patentliteratur 2) beschrieben ist. Beispiele der Verwendung einer solchen Wärme dissipierenden Platte beinhalten die Verwendung von Wärme dissipierenden Platten, die an unterschiedlich hohe Wärme erzeugende Körpern angepasst sind; die Verwendung einer weichen, Wärme dissipierenden Platte; und die Verwendung einer Wärme dissipierenden Platte mit einem Loch, das einem Abschnitt der Wärme dissipierenden Platte entspricht, um in Kontakt mit einem Wärme erzeugenden Körper mit einer großen Höhe gebracht zu werden.
  • Zitierungsliste
  • Patentliteratur
    • PTL 1: Japanische nicht geprüfte Patentanmeldungsveröffentlichtung Nr. 2011-088953
    • PTL 2: Japanische nicht geprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2006-332126
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • In dem Fall, dass das thermisch leitfähige Fett die in der japanischen nicht geprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2011-088953 (Patentliteratur 1) beschriebenen thixotropischen Eigenschaften aufweist, wird, wenn sich ein Wärme dissipierender Körper in nahem Kontakt mit einem Wärme erzeugenden Körper befindet, das Zusammensinken bzw. Absetzen des thermisch leitfähigen Fetts verhindert. In dem Fall, in dem ein Spalt zwischen einem Wärme erzeugenden Körper und einem Wärme dissipierenden Körper groß ist und in dem das thermisch leitfähige Fett in der Form eines dicken Films aufgetragen wird, wird die Dicke des aufgetragenen thermisch leitfähigen Fetts nicht aufrecht erhalten. Des Weiteren fließt, wenn das thermisch leitfähige Fett auf einen schräg oder quer angeordneten, Wärme erzeugenden Körper aufgetragen wird, das thermisch leitfähige Fett heraus, bevor ein Wärme dissipierender Körper montiert ist und kann nicht verwendet werden.
  • Bei dem Verfahren der Verwendung einer solchen Wärme dissipierenden Platte wie in der japanischen nicht geprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2006-332126 (Patentliteratur 2) beschrieben, müssen in dem Fall, in dem Wärme dissipierende Platten, die Wärme erzeugenden Körpern mit unterschiedlichen Höhen entsprechen, präpariert werden, die Vielzahl an Wärme dissipierenden Platten mit den entsprechenden Abschnitten verbunden werden. Dies erhöht nachteiligerweise die Anzahl an Schritten. Die Verwendung einer weichen, Wärme dissipierenden Platte kann nachteiligerweise bewirken, dass an einem bestimmten Abschnitt einer Unterlage eine Spannungskonzentration auftritt, und zwar aufgrund von unterschiedlichen Spannungen an Abschnitten mit unterschiedlichen Komprimierungszuständen. Die Verwendung einer Wärme dissipierenden Platte, in welcher ein Loch ausgebildet ist, kann nachteiligerweise eine Verringerung der thermischen Leitfähigkeit in einem Bereich bewirken, in dem das Loch gebildet ist.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Technik zur effizienten Übertragung von einem Wärme erzeugenden Körper emittierter Wärme zu einem Wärme dissipierenden Körper auch in dem Fall zu schaffen, in dem eine Struktur mit einem großen Spalt zwischen dem Wärme erzeugenden Körper und dem Wärme dissipierenden Körper vorliegt, in dem keines der konventionellen thermisch leitfähigen Fette mit der Struktur zurechtkommt und bei dem die Verwendung einer Wärme dissipierenden Platte für diese Struktur ein Problem erzeugen kann.
  • Lösung des Problems
  • Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, wird ein aushärtbares, thermisch leitfähiges Fett zur Verfügung gestellt, das zwischen einem Wärme erzeugenden Körper, zum Beispiel einem Halbleiterelement oder einem Maschinenteil, und einem Wärme dissipierenden Körper angeordnet ist, der dafür vorgesehen ist, von dem Wärme erzeugenden Körper erzeugte Wärme zu dissipieren, um eine Wärmeübertragung von dem Wärme erzeugenden Körper zu dem Wärme dissipierenden Körper zu ermöglichen, wobei das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett, welches ein vernetzbares bzw. aushärtbares, flüssiges Polymer, ein thermisch leitfähiges Füllmaterial (A), das einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von weniger als 10 µm aufweist, und ein thermisches leitfähiges Füllmaterial (B), das einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 10 µm oder mehr aufweist, wobei das Verhältnis des Volumens des thermisch leitfähigen Füllmaterials (A) zu dem thermisch leitfähigen Füllmaterial (B), d. h. (A)/(B), 0,6 bis 302 beträgt, aufweist, und bei welchem das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett eine Viskosität von 700 Pa·s bis 2070 Pa·s aufweist, wobei nachdem das aushärtbare thermisch leitfähige Fett auf den Wärme erzeugenden Körper oder den Wärme dissipierenden Körper mit einer Dicke von bis zu 5 mm aufgetragen ist, das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett eine Beständigkeit gegen Zusammensinken aufweist, bei der das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett nicht nach unten fließt, wenn der Wärme erzeugende Körper oder der Wärme dissipierende Körper vertikal angeordnet ist.
  • Das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett ist zwischen dem Wärme erzeugenden Körper, zum Beispiel einem Halbleiterelement oder einem Maschinenteil, und dem Wärme dissipierenden Körper, der dafür vorgesehen ist, von dem Wärme erzeugenden Körper erzeugte Wärme zu dissipieren, angeordnet, um eine Wärmeübertragung von dem Wärme erzeugenden Körper zu dem Wärme dissipierenden Körper zu ermöglichen. Somit wird eine Wärmedissipation in geeigneter Weise durchgeführt, ohne ein Problem zu verursachen, wenn eine Wärme dissipierende Platte verwendet wird.
  • Die Verwendung des aushärtbaren bzw. vernetzten flüssigen Polymers verhindert das Auftreten einer übermäßigen Komprimierungsbelastung auf den Wärme erzeugenden Körper und den Wärme dissipierenden Körper während der Montage. Nach dem Aushärten ist es weniger wahrscheinlich, dass Zusammensacken und Gleiten auftreten.
  • Das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett weist das thermisch leitfähige Füllmaterial (A), das einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von weniger als 10 µm aufweist, und das thermisch leitfähige Füllmaterial (B) auf, das einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 10 µm oder mehr aufweist, wobei das Volumenverhältnis des thermisch leitfähigen Füllmaterials (A) zu dem thermisch leitfähigen Füllmaterial (B), d. h. (A)/(B), 0,65 bis 3,02 beträgt. Somit bleibt, nach dem Auftragen des aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts auf den Wärme dissipierenden Körper oder den Wärme erzeugenden Körper, das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett in dem aufgebrachten Zustand. Des Weiteren weist das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett eine geeignete thermische Leitfähigkeit auf.
  • Das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett weist eine Viskosität von 700 Pa·s bis 2070 Pa·s auf. Daher ist es weniger wahrscheinlich, dass nach dem Auftragen ein Zusammensinken auftritt. Des Weiteren kann das Auftragen mittels eines Dispensers durchgeführt werden. Zusätzlich wird, nach dem Auftragen des aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts auf den Wärme dissipierenden Körper oder den Wärme erzeugenden Körper, das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett in dem aufgebrachten Zustand gehalten.
  • Das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett kann eine Härte von E 70 oder weniger nach dem Aushärten im Sinne von der Härte E, die in JIS K6253 spezifiziert ist, aufweisen. Die Härte nach dem Aushärten beträgt E 70 oder weniger im Sinne der in JIS K6253 spezifizierten Härte E. Somit folgt, falls eine Vibration und ein Schlag von außen aufgebracht werden, das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett den Veränderungen des Wärme erzeugenden Körpers und des Wärme dissipierenden Körpers. Somit ist es weniger wahrscheinlich, dass ein Fehler, wie zum Beispiel Abblättern, auftritt.
  • Es wird eine Wärme dissipierende Struktur für eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt, mit einem Wärme erzeugenden Körper, zum Beispiel einem Halbleiterelement oder einem Maschinenteil, einem Wärme dissipierenden Körper, der dafür vorgesehen ist, von dem Wärme erzeugenden Körper erzeugte Wärme zu dissipieren, und ein aushärtbares, thermisch leitfähiges Fett aufweist, das zwischen dem Wärme erzeugenden Körper und dem Wärme dissipierenden Körper angeordnet ist, um eine Wärmeübertragung von dem Wärme erzeugenden Körper zu dem Wärme dissipierenden Körper zu ermöglichen, bei welcher das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett, das einen Spalt zwischen dem Wärme erzeugenden Körper und dem Wärme dissipierenden Körper füllt, eine Dicke von mehr als 1 mm und 10 mm oder weniger aufweist, und wobei der Wärme erzeugende Körper oder der Wärme dissipierende Körper durch das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett einer Druckbelastung von 1,0 N/cm2 oder weniger ausgesetzt ist.
  • Das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett, das einen Spalt zwischen dem Wärme erzeugenden Körper und dem Wärme dissipierenden Körper füllt, weist eine Dicke von mehr als 1 mm und 10 mm oder weniger auf. Somit kann, auch wenn der Spalt zwischen dem Wärme erzeugenden Körper und dem Wärme dissipierenden Körper so groß wie oder größer als 1 mm und 10 mm oder weniger beträgt, das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett verwendet werden. Des Weiteren kann auch in dem Fall, in dem eine Vielzahl von Wärme erzeugenden Körpern und eine Vielzahl von Wärme dissipierenden Körpern vorhanden sind und in dem sie unregelmäßig voneinander beabstandet sind, das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett in geeigneter Weise verwendet werden.
  • Der Wärme erzeugende Körper oder der Wärme dissipierende Körper wird einer Komprimierbelastung von 1,0 N/cm2 oder weniger von dem aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fett ausgesetzt, wodurch Belastungen auf den Wärme erzeugenden Körper und den Wärme dissipierenden Körper verringert werden. Es ist somit möglich, das Auftreten von Spannungen in dem Wärme erzeugenden Körper, dem Wärme dissipierenden Körper, einer Unterlage und so weiter zu verhindern.
  • Bei der elektronischen Vorrichtung, welche den Wärme erzeugenden Körper aufweist, kann der Wärme erzeugende Körper in Bezug auf die elektronische Vorrichtung schräg bzw. geneigt angeordnet sein. Bei der elektronischen Vorrichtung, welche den Wärme erzeugenden Körper beinhaltet, wird, auch wenn der Wärme erzeugende Körper schräg montiert ist, in anderen Worten auch wenn ein Gegenstand, an dem das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett aufgetragen werden soll, außerhalb der Ebene bzw. der Horizontalen angeordnet ist, der Zustand des aushärtbaren, thermischen leitfähigen Fetts zum Zeitpunkt des Auftragens beibehalten. Somit wird der Wärme dissipierende Körper zuverlässig auf dem Wärme erzeugenden Körper montiert.
  • Des Weiteren ist ein Verfahren zur Herstellung einer Wärme dissipierenden Struktur für eine elektronische Vorrichtung vorgesehen, wobei die Wärme dissipierende Struktur einen Wärme erzeugenden Körper, zum Beispiel ein Halbleiterelement oder ein Maschinenteil, einen Wärme dissipierenden Körper, der dafür vorgesehen ist, von dem Wärme erzeugenden Körper erzeugte Wärme zu dissipieren, und ein aushärtbares, thermisch leitfähiges Fett aufweist, das zwischen dem Wärme erzeugenden Körper und dem Wärme dissipierenden Körper angeordnet ist, um eine Wärmeübertragung von dem Wärme erzeugenden Körper zu dem Wärme dissipierenden Körper zu ermöglichen, wobei das Verfahren der Reihe nach das Auftragen des aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts auf den Wärme erzeugenden Körper oder den Wärme dissipierenden Körper auf eine solche Art und Weise, dass das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett, das zwischen dem Wärme erzeugenden Körper und dem Wärme dissipierenden Körper angeordnet ist, eine festgelegte Dicke von mehr als 1 mm und 10 mm oder weniger aufweist, und dass das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett vor dem Aushärten eine größere Dicke als die festgelegte Dicke aufweist das Pressen des aufgebrachten, aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts auf die festgelegte Dicke, um den Wärme erzeugenden Körper und den Wärme dissipierenden Körper zusammenzufügen aufweist und das Aushärten des aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts.
  • Wenn das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett auf eine vorbestimmte Dicke von mehr als 1 mm und 10 mm oder weniger aufgetragen wird, wird der aufgetragene Zustand beibehalten. Somit kann, nachdem das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett auf eine größere Dicke als die vorbestimmte Dicke aufgetragen wird, das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett auf die vorbestimmte bzw. eingestellte Dicke gepresst werden. Das Pressen des aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts, das eine größere Dicke als die festgelegte Dicke aufweist, verhindert das Einschließen einer Blase oder das Bilden eines Spalts zwischen dem Wärme dissipierenden Körper und dem Wärme erzeugenden Körper. Somit wird, auch in dem Fall eines großen Spalts zwischen dem Wärme erzeugenden Körper und dem Wärme dissipierenden Körper, der Spalt zuverlässig gefüllt. Nachdem das ausfhärtbare, thermisch leitfähige Fett auf die festgelegte Dicke in einem ungehärteten bzw. unvernetzten Zustand gepresst wird, wird das thermisch leitfähige Fett gehärtet bzw. ausgehärtet bzw. vernetzt. Somit ist es weniger wahrscheinlich, dass der Wärme dissipierende Körper, der Wärme erzeugende Körper und eine Unterlage einer Druckbelastung ausgesetzt sind. Dies führt zu einer Wärme dissipierenden Struktur, die aufgrund des Pressens frei von einem Problem bezüglich einer Spannungskonzentration ist.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch in dem Fall eines großen Spalts zwischen dem Wärme erzeugenden Körper und dem Wärme dissipierenden Körper der Spalt zuverlässig gefüllt, wodurch auf wirksame Art und Weise Wärme dissipiert wird. Des Weiteren wird eine derartige Struktur geschaffen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung tritt ein Problem hinsichtlich einer Spannungskonzentration weder in dem Wärme erzeugenden Körper noch in dem Wärme dissipierenden Körper auf und die Wärme wird auf wirksame Art und Weise dissipiert. Des Weiteren wird eine derartige Struktur geschaffen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine erläuternde Schnittansicht einer Wärme dissipierenden Struktur, die einen Verwendungszustand eines aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts darstellt.
  • 2 ist eine erläuternde Zeichnung, die einen Zustand nach einem Versuch hinsichtlich des Zusammensinkens darstellt. 2(A) zeigt Zustand (1). 2(B) zeigt Zustand (2). 2(C) zeigt Zustand (3).
  • 3 ist eine erläuternde Schnittansicht, die ein Verfahren zum Auftragen eines aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts darstellt.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Im Folgenden wird ein aushärtbares, thermisch leitfähiges Fett gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. Wie in 1 dargestellt, ist das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett 1 zwischen einer Vielzahl von Wärme erzeugenden Körpern 2, die auf einer Unterlage P angeordnet sind, und einem Wärme dissipierenden Körper 3 angeordnet, der den Wärme erzeugenden Körpern 2 zugerichtet ist und der relativ weit von den Wärme erzeugenden Körpern 2 beabstandet ist und dazu dient, Wärme von den Wärme erzeugenden Körpern 2 zu dem Wärme dissipierenden Körper 3 zu übertragen.
  • Das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett weist ein aushärtbares bzw. vernetztes flüssiges Polymer, ein thermisch leitfähiges Füllmaterial (A), welches einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von weniger als 10 µm aufweist, und ein thermisch leitfähiges Füllmaterial (B) auf, welches einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 10 µm oder mehr aufweist. Das Volumenverhältnis des thermisch leitfähigen Füllmaterials (A) zu dem thermisch leitfähigen Füllmaterial (B), d. h. (A)/(B), beträgt 0,65 bis 3,02. Das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett weist eine Viskosität von 700 Pa·s bis 2070 Pa·s auf.
  • Das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett kann in geeigneter Weise in der Form eines dicken Films bzw. einer dicken Schicht verwendet werden. Insbesondere kann das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett bei einer elektronischen Vorrichtung verwendet werden, in der einige Wärme erzeugende Körper und der Wärme dissipierende Körper mit einem dazwischen vorhandenen Spalt mit Zwischenräumen von wenigstens mehr als 1 mm angeordnet sind. Der Spalt liegt typischerweise in dem Bereich von 3 mm bis 8 mm und vorzugsweise 2 mm bis 10 mm. Bei einem Spalt von mehr als 10 mm kann es passieren, dass die Form des aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts zur Zeit der Auftragung nicht beibehalten wird, wenn der Wärme dissipierende Körper auf den Wärme erzeugenden Körpern montiert wird.
  • Ein üblicherweise normaler Spalt zwischen den Wärme erzeugenden Körpern und dem Wärme dissipierenden Körper beträgt 1 mm oder weniger, typischerweise 5 µm bis 400 µm. Das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett kann sogar für diesen kleinen Spalt verwendet werden. Ein konventionelles, thermisch leitfähiges Fett basiert auf der Voraussetzung, dass es in einer dünnen Schicht aufgetragen wird. Wenn ein solches konventionelles, thermisch leitfähiges Fett in einer Dicke von mehr als 1 mm aufgetragen wird, fließt das Fett und kann die Dicke nicht aufrecht erhalten.
  • Für die Verwendung in der Form eines dicken Films weist das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett einen derartigen Widerstand gegen Zusammensinken bzw. Abrutschen bzw. Abgleiten auf, dass, wenn ein vorbestimmter Versuch hinsichtlich des Zusammensinkens bzw. des Abrutschens durchgeführt wird, kein Problem auftaucht.
  • Das Profil bzw. der Umfang des Zusammensinkversuchs und Kategorien der Versuchsergebnisse werden nachfolgend beschrieben.
  • Aushärtbare, thermisch leitfähige Fette werden jeweils auf eine nicht oberflächenbehandelte Aluminiumplatte 6 mit einer Dicke von 10 µm aufgebracht, um Größen von 30 mm × 30 mm × 5 mm in der Dicke aufzuweisen, wodurch Versuchsteile 7 gebildet werden. Nachdem es den Versuchsteilen 7 ermöglicht wird, bei einer Umgebungstemperatur von 23 °C für 60 Minuten vertikal zu stehen, werden die Zustände der Versuchsteile 7 beobachtet. Die Beobachtungsergebnisse werden in drei Kategorien klassifiziert, die in 2 dargestellt sind.
  • Zustand (1): Ein Zustand, in dem ein aushärtbares, thermisch leitfähiges Fett 1a unverändert bleibt und den Anfangszustand zum Zeitpunkt des Auftragens beibehält (2(A)).
  • Zustand (2): Ein Zustand, in dem ein aushärtbares, thermisch leitfähiges Fett 1b nach unten fließt (2(B)).
  • Zustand (3): Ein Zustand, in dem, obwohl die Form eines aufgetragenen, aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts 1c als Ganzes beibehalten wird, das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett 1c mit der beibehaltenen Form nach unten gleitet (2(C)).
  • Unter diesen drei Zuständen ist Zustand 1 ein problemloser Zustand, in dem sich das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett befinden sollte.
  • Ein für das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett verwendetes Material wird nachfolgend beschrieben.
  • Als das flüssige Polymer kann ein aushärtbares bzw. vernetzbares, flüssiges Polymer mit einer Viskosität von ungefähr 0,05 Pa·s bis ungefähr 2 Pa·s verwendet werden. Ein flüssiges Polymer mit einer Viskosität von weniger als 0,05 Pa·s weist ein geringes Molekulargewicht auf und sein Molekulargewicht wird auch nach dem Aushärten nicht so einfach erhöht, so dass der ausgehärtete Körper des aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts spröde sein kann. Bei einer Viskosität von mehr als 2 Pa·s erhöht sich die Viskosität des aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts leicht. Somit ist, wenn das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett einen gewünschten Viskositätsbereich aufweist, die Menge an hinzugefügtem, thermisch leitfähigem Füllmaterial gering und die Notwendigkeit zur Instandhaltung bzw. Wartung der anfänglichen Form des aufgetragenen Fetts kann herabgesetzt bzw. verringert werden.
  • Das aushärtbare bzw. vernetzbare, flüssige Polymer weist ein flüssiges Polymer, das durch Erwärmen des flüssigen Polymers selbst oder durch Fotobestrahlung ausgehärtet bzw. vernetzt werden kann und ein flüssiges Polymer auf, das durch das Hinzufügen eines von dem flüssigen Polymer unterschiedlichen Aushärtemittels ausgehärtet bzw. vernetzt werden kann. Sowohl der Hauptbestandteil als auch das Aushärtemittel können flüssige Polymere sein.
  • Insbesondere ist das aushärtbare, flüssige Polymer vorzugsweise ein durch Hinzufügen reaktionsaushärtendes flüssiges Polymer, weil das durch Hinzufügen reaktionsaushärtende flüssige Polymer eine geringe Schrumpfung beim Härten aufweist. Insbesondere kann, wenn das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett ausgehärtet wird, während das Fett zwischen den Wärme erzeugenden Körpern und dem Wärme dissipierenden Körper gehalten wird, eine hohe Schrumpfung beim Härten zu der Bildung eines Spalts zwischen dem Fett und einem entsprechenden der Wärme erzeugenden Körpern oder zwischen dem Fett und dem Wärme dissipierenden Körper führen. In dem Fall des durch Hinzufügen reaktionsaushärtenden flüssigen Polymers besteht eine geringere Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Spalts aufgrund seiner geringen Schrumpfung beim Härten. Beispiele des durch Hinzufügen reaktionsaushärtenden flüssigen Polymers beinhalten Olefinpolymere, wie zum Beispiel Polyurethan, Epoxidharze und Poly-α-Olefine; und Organopolysiloxane. Von diesen wird vorzugsweise ein Organopolysiloxan, das besonders weich ist und das gute Fülleigenschaften des thermisch leitfähigen Füllmaterials aufweist, verwendet.
  • Beispiele der thermisch leitfähigen Füllmaterialien (A) und (B) (die thermisch leitfähigen Füllmaterialien (A) und (B) werden auch gemeinsam als ein "thermisch leitfähiges Füllmaterial" bezeichnet) beinhalten sphärische oder strukturierte Pulver von Metall, Metalloxiden, Metallnitriden, Metallkarbiden und Metallhydroxiden; und Karbonfasern. Beispiele von Metallen beinhalten Aluminium, Kupfer und Nickel. Beispiele von Metalloxiden beinhalten Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid und Quarz. Beispiele von Metallnitriden beinhalten Bornitrid und Aluminiumnitrid. Ein Beispiel von Metallkarbiden ist Siliziumkarbid. Ein Beispiel von Metallhydroxiden ist Aluminiumhydroxid. Beispiele von Karbonfasern beinhalten auf Pech basierende Karbonfasern, PAN-basierende Karbonfasern, Fasern, die dadurch gebildet werden, dass Harzfasern einer Karbonisationsbehandlung unterzogen werden, und Fasern, die dadurch gebildet werden, dass Harzfasern einer Graphitbehandlung unterzogen werden. Unter diesen wird für Anwendungen, die isolierende Eigenschaften erfordern, vorzugsweise ein Pulver eines Metalloxids, eines Metallnitrids, eines Metallkarbids oder eines Metallhydroxids verwendet.
  • Das thermisch leitfähige Füllmaterial ist vorzugsweise aus einem Material mit einer niedrigen spezifischen Dichte zusammengesetzt. Insbesondere wird vorzugsweise ein Material mit einer spezifischen Dichte von 4,0 oder weniger verwendet. Beispiele des Materials mit einer spezifischen Dichte von 4,0 oder weniger beinhalten Aluminium, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Quarz, Bornitrid, Aluminiumnitrid, Siliziumkarbid, Aluminiumhydroxid und Karbonfasern. Ein Material mit einer spezifischen Dichte von 3,0 oder weniger wird noch mehr bevorzugt. Beispiele des Materials mit einer spezifischen Dichte von 3,0 oder weniger beinhalten Aluminium, Aluminiumhydroxid, Quarz und Karbonfasern. Der Grund hierfür ist, dass die Verwendung eines thermisch leitfähigen Füllmaterials mit einer geringeren spezifischen Dichte den Widerstand gegen Zusammensinken im Vergleich mit dem Fall vergrößert, in dem ein Füllmaterial mit einer hohen spezifischen Dichte verwendet wird.
  • Das thermisch leitfähige Füllmaterial kann in das thermisch leitfähige Füllmaterial (A), das einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von weniger als 10 µm, und in das thermisch leitfähige Füllmaterial (B) aufgeteilt werden, das einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 10 µm oder mehr aufweist. Das Verhältnis der Volumina dieser Füllmaterialien, d. h. (A)/(B), liegt in dem Bereich von 0,65 bis 3,02. Innerhalb des vorbestimmten Bereichs werden die Mengen so angepasst, dass die Viskosität des aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts in dem vorbestimmten Bereich eingestellt wird, wodurch sich ein hoher Widerstand gegen Zusammensinken ergibt. Wenn das Volumenverhältnis der thermisch leitfähigen Fülmaterialien, d. h. (A)/(B), weniger als 0,65 beträgt, kann sehr leicht das Abrutschen, dargestellt durch den Zustand (3), auftreten, wodurch Schwierigkeiten bei der Aufrechterhaltung des Zustands zum Zeitpunkt der Aufbringung ergeben. Bei einem Volumenverhältnis von mehr als 3,02 ist es schwierig, die thermische Leitfähigkeit zu erhöhen.
  • Wenn die Gesamtmenge (Gewicht) der zwei thermisch leitfähigen Füllmaterialen (A) und (B) addiert konstant ist, führt ein größerer Anteil des thermisch leitfähigen Füllmaterials (B), das einen größeren Partikeldurchmesser aufweist, zu einer geringeren Fließfähigkeit des aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts, und eine Oberfläche des Fetts ist erkennbar rau. Obwohl die Form des aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts auch in einem nicht gehärteten Zustand leicht beibehalten wird, ist es wahrscheinlich, dass bei dem Zusammensinkversuch der Zustand des Abrutschens, wie in Zustand (3) dargestellt, auftritt. Der Grund hierfür ist vermutlich wie folgt: Aufgrund der Tatsache, dass das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett eine raue Oberfläche aufweist, wird die Menge des an der Oberfläche freigelegten thermisch leitfähigen Füllmaterials erhöht, so dass sich die sich aus der Oberflächenspannung ergebende Adhäsion des flüssigen Polymers verringert. Aus dem Gesichtspunkt des Erhöhens der thermischen Leitfähigkeit des aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts wird vorzugsweise der Anteil des thermisch leitfähigen Füllmaterials, das einen größeren Partikeldurchmesser aufweist, erhöht.
  • Das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett weist eine Viskosität von 700 Pa·s bis 2070 Pa·s auf. Eine Viskosität von weniger als 700 700 Pa·s führt zu einem hohen Fließvermögen, so dass es wahrscheinlich ist, dass bei dem Zusammensinktest der Abrutschzustand, wie in Zustand (2) dargestellt, auftritt. Aus dem Gesichtspunkt des Widerstands gegen Zusammensinken ist die obere Grenze der Viskosität nicht beschränkt. Bei einer Viskosität von mehr als 2070 Pa·s ist es schwierig, ein Aufbringen durchzuführen.
  • Das thermisch leitfähige Füllmaterial (A) weist vorzugsweise einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,3 µm bis 5 µm auf. Der Grund hierfür ist wie folgt: Ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser von weniger als 0,3 µm führt zu einer unnötig hohen Viskosität. Damit wird das Befüllen nicht in ausreichender Weise durchgeführt. Bei einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von mehr als 5 µm ist es weniger wahrscheinlich, dass das thermisch leitfähige Füllmaterial (A) die Spalte zwischen großen Partikeln vollständig befüllt.
  • Das thermisch leitfähige Füllmaterial (B) weist vorzugsweise einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 30 µm bis 100 µm auf. Der Grund hierfür ist wie folgt: Ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser von weniger als 30 µm führt nicht zu einer ausreichenden thermischen Leitfähigkeit. Bei einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von mehr als 100 µm ist es wahrscheinlich, dass ein Absetzen auftritt.
  • Als der durchschnittliche Partikeldurchmesser des thermisch leitfähigen Füllmaterials kann ein Volumendurchschnitts-Partikeldurchmesser in einer Partikelgrößenverteilung verwendet werden, die durch ein Laser-Diffraktions-/Streuverfahren (JIS R1629) gemessen wurde. Die Viskosität kann mit einem Viskometer (Rotationsviskometer DV-E, hergestellt von BROOKFIELD) unter Verwendung der Spindel Nr. 14, die an einem Rotor mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 1 1/min angebracht wurde und einer gemessenen Temperatur von 23 °C gemessen werden.
  • Das thermisch leitfähige Füllmaterial (A) und das thermisch leitfähige Füllmaterial (B) können, wie nachfolgend beschrieben, aus demselben Material oder aus unterschiedlichen Materialien zusammengesetzt sein.
  • Das thermisch leitfähige Füllmaterial (A) weist vorzugsweise Aluminiumhydroxid auf. Die Verwendung von Aluminiumhydroxid verringert die spezifische Dichte des aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts, wodurch die Trennung des flüssigen Polymers von dem thermisch leitfähigen Füllmaterial verhindert wird.
  • Als das thermisch leitfähige Füllmaterial (B) wird vorzugsweise Aluminiumoxid verwendet. Aluminiumoxid weist insbesondere eine hohe thermische Leitfähigkeit auf. Die Verwendung von Aluminiumoxid als das thermisch leitfähige Füllmaterial (B) mit einem großen Partikeldurchmesser verbessert die thermische Leitfähigkeit auf wirksame Art und Weise.
  • Das thermisch leitfähige Füllmaterial (B) weist vorzugsweise eine sphärische Form auf. Der Grund hierfür ist, dass die sphärische Form eine geringere spezifische Oberfläche als diejenige von anderen Formen aufweist. Insbesondere ist es, sogar wenn das Verhältnis des thermisch leitfähigen Füllmaterials (B) mit einem größeren Partikeldurchmesser erhöht wird, wahrscheinlich, dass sich die Fließfähigkeit des aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts aufgrund der geringen spezifischen Oberfläche verringert. Des Weiteren wird die Oberflächenrauheit verringert. Somit verbessert die Verwendung des sphärischen, thermisch leitfähigen Füllmaterials (B) in wirksamer Weise den Widerstand gegen Zusammensinken.
  • Das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett kann unterschiedliche Additive aufweisen. Zum Beispiel können ein Dispergator, ein Brandschutzmittel, ein Haftvermittler, ein Weichmacher, ein Härteverzögerer, ein Antioxidationsmittel, ein Farbstoff und ein Katalysator in geeigneter Weise hinzugefügt werden.
  • Wenn das flüssige Polymer ein thermisch leitfähiges Füllmaterial und das Additiv beinhaltet, wird das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett durch Mischen des Additivs hergestellt.
  • Wie in 3 dargestellt, wird das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett in einer gewünschten Dicke auf die Wärme erzeugenden Körper 2 aufgetragen. Der Wärme dissipierende Körper 3 wird darauf montiert.
  • In diesem Fall ist der Wärme dissipierende Körper 3 mit Montagestiften 4 auf eine solche Art und Weise montiert, dass ein vorbestimmter Spalt zwischen den Wärme erzeugenden Körpern 2 und dem Wärme dissipierenden Körper 3 geschaffen wird. Anschließend wird das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett gehärtet. Obwohl die Wärme erzeugenden Körper 2 und der Wärme dissipierende Körper 3 das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett 1 während des Montierens des Wärme dissipierenden Körpers 3 zusammendrücken, wird kein übermäßiger Druck auf die Wärme erzeugenden Körper 2 oder den Wärme dissipierenden Körper 3 aufgebracht, weil das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett 1 noch nicht gehärtet bzw. ausgehärtet ist. Das Aushärten des aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts 1 führt zur Bildung eines Wärme dissipierenden Pfads von den Wärme erzeugenden Körpern 2 zu dem Wärme dissipierenden Körper 3 durch den ausgehärteten Körper des aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts 1.
  • Das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett wird vorzugsweise in einer größeren Dicke als der Spalt aufgebracht, der vorhanden ist, wenn die Wärme erzeugenden Körper und der Wärme dissipierende Körper in eine Endstruktur montiert werden. Zum Beispiel beträgt in dem Fall eines Spalts von 2 mm die Dicke des Auftrags mehr als 2 mm. Der Grund hierfür ist, dass, nachdem das Fett mit einer größeren Dicke als der Spalt der Endstruktur aufgetragen wurde, das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett gepresst wird, während der Wärme dissipierende Körper montiert wird, wodurch die Bildung eines Spalts zwischen den Wärme erzeugenden Körpern 2 und dem aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fett verhindert wird. Die Auftragsdicke ist vorzugsweise 110 % bis 150 % der Länge bzw. Größe des Spalts. Eine Auftragsdicke von weniger als 110 % kann aufgrund von Veränderungen bezüglich der Auftragsdicke einen teilweisen Spalt bilden. Eine Auftragsdicke von mehr als 150 % kann bewirken, dass das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett nach außen über die Wärme erzeugenden Körper und den Wärme dissipierenden Körper übersteht, wodurch möglicherweise Abfallbereiche vergrößert werden, die nicht zu der Wärmeübertragung beitragen.
  • Das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett kann durch ein Verfahren der Aufbringung mit einem gemeinsamen Spender aufgebracht werden. Insbesondere wird in einer bevorzugten Ausführungsform das Aufbringen unter Verwendung eines Dispensers bzw. Spenders mit einem aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fett auf eine solche Art und Weise durchgeführt, dass ein aushärtbares, thermisch leitfähiges Fett, das als ein Hauptbestandteil dient, und ein aushärtbares, thermisch leitfähiges Fett, das als ein Aushärtemittel dient, präpariert werden, und so, dass die zwei Flüssigkeiten unmittelbar vor dem Auftragen miteinander vermischt werden. Der Grund hierfür ist wie folgt: Bei diesem Verfahren werden die zwei Flüssigkeiten unmittelbar vor dem Auftragen miteinander vermischt; dadurch ist es weniger wahrscheinlich, dass das Aushärten in einem Auftragsschritt auftritt. Zusätzlich zu der einfachen Lagerung kann nach dem Auftragen ein schnelles Aushärten durchgeführt werden. Das Verfahren des Auftragens des aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts ist nicht auf ein den Spender verwendendes Verfahren beschränkt.
  • Um das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett auszuhärten, können Aushärteeinrichtungen verwendet werden, die von dem Material des aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts abhängen. Beispiele der Aushärteeinrichtungen beinhalten das Aushärten dadurch, dass es dem Fett erlaubt wird, über eine Zeitdauer bei Raumtemperatur stehengelassen zu werden; thermisches Aushärten; und Ultraviolettaushärten.
  • Das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett kann nach dem Härten (der ausgehärtete Körper des aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts) eine Härte von E 70 oder weniger im Sinne der Härte E, die in JIS K6253 spezifiziert ist, aufweisen.
  • In dem Fall, in dem die elektronische Vorrichtung, welche die Wärme erzeugenden Körper und den Wärme dissipierenden Körper aufweist, auf einem Fahrzeug oder einer mobilen Vorrichtung montiert ist, wird davon ausgegangen, dass die elektronische Vorrichtung Vibrationen ausgesetzt ist, während sich das Fahrzeug bewegt, sowie einem Schlag aufgrund eines Fallenlassens. Wenn das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett eine Härte von mehr als E 70 aufweist, können die Vibrationen und der Schlag das Aufbringen eines übermäßigen Drucks auf die Unterlage bewirken. Des Weiteren kann das Fett von den Wärme erzeugenden Körpern oder dem Wärme dissipierenden Körper abblättern, um einen Spalt zu bilden. Wenn die Härte jedoch E 70 oder weniger beträgt, absorbiert das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett die Vibrationen und verhindert das Aufbringen von übermäßigem Druck auf die Unterlage. Des Weiteren folgt das Fett den Variationen der Wärme erzeugenden Körper und des Wärme dissipierenden Körpers und verhindert die Bildung eines Spalts zwischen dem Fett und einem entsprechenden der Wärme erzeugenden Körper oder des Wärme dissipierenden Körpers.
  • Die untere Grenze der Härte ist nicht im Speziellen beschränkt und beträgt praktisch E 0 oder mehr.
  • Die Adhäsionsfestigkeit bzw. das Haftvermögen des ausgehärteten Körpers des aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts auf jeden der Wärme erzeugenden Körper oder den Wärme dissipierenden Körper beträgt vorzugsweise 3 N/cm2 oder mehr. Der Grund hierfür ist wie folgt: Bei einer Adhäsionsfestigkeit von 3 N/cm2 oder mehr ist es weniger wahrscheinlich, dass der ausgehärtete Körper abblättert bzw. sich ablöst, auch wenn er Vibrationen oder Schlägen ausgesetzt ist, so dass es weniger wahrscheinlich ist, dass sich ein Spalt bildet.
  • Das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett weist eine vorbestimmte Zusammensetzung auf. Somit bleibt, wenn das Fett mit einer Dicke von mehr als 1 mm und 10 mm oder weniger aufgetragen wird, das Fett in dem aufgetragenen Zustand, ohne zusammenzusinken oder abzugleiten. Auch in dem Fall eines großen Spalts zwischen den Wärme erzeugenden Körpern und dem Wärme dissipierenden Körper ist das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett zwischen den Wärme erzeugenden Körpern und dem Wärme dissipierenden Körper vorhanden.
  • Bei einer Wärme dissipierenden Struktur 5 einer elektronischen Vorrichtung, die durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt wurde und bei welcher Wärme in geeigneter Weise von den Wärme erzeugenden Körpern zu dem Wärme dissipierenden Körper übertragen wird, werden die Wärme erzeugenden Körper oder wird der Wärme dissipierende Körper einer Druckspannung von 1,0 N/cm2 oder weniger von dem aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fett ausgesetzt, wodurch Belastungen auf die Wärme erzeugenden Körper, den Wärme dissipierenden Körper und die Unterlage P verringert werden. Es ist damit möglich, das Auftreten von Spannungen, insbesondere in der Unterlage P, zu verhindern.
  • Im Gegensatz dazu wird in dem Fall eines konventionellen, üblichen, thermisch leitfähigen Fetts das Fett in der Form einer Flüssigkeit mit einer dünnen Schicht aufgetragen. Um zu verhindern, dass das Fett fließt und dadurch während der Dauer der Verwendung einen Spalt bildet, sind ein Wärme erzeugender Körper und ein Wärme dissipierender Körper mit einer Belastung von 14 N/cm2 bis 70 N/cm2 in Druckkontakt mit dem Fett. Auch in dem Fall einer Wärme dissipierenden Platte wird die Wärme dissipierende Platte in einem komprimierten Zustand verwendet und ist mit einer Last von 6,9 N/cm2 bis 50 N/cm2 in Druckkontakt mit einem Wärme erzeugenden Körper.
  • BEISPIELE
  • Zubereitung von Beispielen bzw. Proben
  • Beispiel 1
  • Einhundert Gewichtsteile eines vinylterminierten Organopolysiloxans (Basisflüssigkeit Silikon) (mit einer Viskosität von 300 mPa·s bei 25 °C), das ein additions-reaktionsaushärtbares, flüssiges Silikon war und als ein flüssiges Polymer diente, 140 Gewichtsteile eines Aluminiumhydroxidpulvers, das keine definierte Form aufwies und einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 1 µm aufwies, 200 Gewichtsteile sphärisches Aluminiumoxid mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 3 µm und 600 Gewichtsteile sphärisches Aluminiumoxid mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 70 µm, die als thermisch leitfähige Füllmaterialien dienten, wurden miteinander vermischt, um einen Hauptbestandteil für ein aushärtbares, thermisch leitfähiges Fett zu präparieren. Dieselben thermisch leitfähigen Füllmaterialien wie in dem Hauptbestandteil wurden mit 100 Gewichtsteilen Organohydrogenpolysiloxan (flüssiges Silikonaushärtemittel) mit einer Viskosität von 400 mPa·s in derselben Menge wie in dem Hauptbestandteil gemischt, um ein Aushärtemittel für das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett zu präparieren, wobei das Aushärtemittel und der Hauptbestandteil nur bezüglich der Zusammensetzung des flüssigen Polymers unterschiedlich waren. Der Hauptbestandteil und das Aushärtemittel wurden dann miteinander vermischt, um ein aushärtbares, thermisch leitfähiges Fett von Beispiel 1 herzustellen.
  • In dem aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fett von Beispiel 1 war das Volumenverhältnis des thermisch leitfähigen Füllmaterials (A) mit Partikeln mit einem kleinen Durchmesser, das einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von weniger als 10 µm aufwies, zu dem thermisch leitfähigen Füllmaterial (B) mit Partikeln mit einem großen Durchmesser, das einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 10 µm oder mehr aufwies, d. h. (A)/(B) betrug 0,713. Die Viskosität bei 25 °C betrug unmittelbar nach dem Mischen 1500 Pa·s. Nach dem Aushärten betrug die thermische Leitfähigkeit 3,1 W/m·K und die spezifische Dichte betrug 3,00.
  • Die durchschnittlichen Partikeldurchmesser der thermische leitfähigen Füllmaterialien waren auf das durchschnittliche Volumen bezogene Partikeldurchmesser in Partikelgrößenverteilungen, die durch ein Laser-Diffraktions-/Streuverfahren (JIS R1629) gemessen wurden. Die Viskositäten waren Werte, die mit einem Viskometer (Rotationsviskometer DV-E, hergestellt von BROOKFIELD) unter Verwendung der Spindel Nr. 14, die an einem Rotor mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 1 1/min angebracht wurde, und einer gemessenen Temperatur von 23 °C gemessen wurden. Die spezifische Dichte wurde durch ein Unterwasser-Substitutionsverfahren gemessen, das in JIS K7311 spezifiziert ist.
  • Das Mischen des Hauptbestandteils und des Aushärtemittels wurde unmittelbar vor dem Auftragen auf Teststücke durchgeführt, die für die nachfolgend beschriebenen Tests hergestellt wurden.
  • Beispiele bzw. Proben 2 bis 11
  • Die Beispiele 2 bis 11 wurden wie bei Beispiel 1 beschrieben hergestellt, mit dem Unterschied, dass die Mengen der hinzugefügten thermisch leitfähigen Füllmaterialien wie in den Tabellen 1 und 2 aufgelistet, geändert wurden. Tabelle 1
    Figure DE112013007713T5_0002
    Tabelle 2
    Figure DE112013007713T5_0003
  • Widerstand gegen Zusammensinken
  • Das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett von jedem der oben beschriebenen Beispiele wurde auf eine nicht oberflächenbehandelte Aluminiumplatte mit einer Dicke von 10 µm aufgebracht, so dass es eine Größe von 30 mm × 30 mm × 5 mm in der Dicke aufwies, wodurch Teststücke hergestellt wurden. Nachdem es den Teststücken ermöglicht wurde, vertikal für 60 Minuten zu stehen, wurden die Zustände der Teststücke beobachtet. Die Umgebungstemperatur betrug 23 °C.
  • Die Zustände der Teststücke wurden in drei Kategorien, wie nachfolgend beschrieben, klassifiziert.
  • Zustand (1): keine Veränderung wurde festgestellt und der Ausgangszustand wurde beibehalten.
  • Zustand (2): das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett strömte nach unten und sank zusammen.
  • Zustand (3): obwohl die Form des aufgetragenen, aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts als ein Ganzes gleich blieb, trat ein Gleiten bzw. Nachgeben an der Schnittstelle zwischen der Aluminiumplatte und dem aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fett auf, so dass das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett nach unten glitt, während seine Blockform beibehalten wurde.
  • Ein Vergleich der Beispiele bzw. Proben 3 und 8, welche im Wesentlichen dieselbe Viskosität aufwiesen, ergab Folgendes: Beispiel 3 war in Zustand (1). Dies war ein bevorzugtes Ergebnis. Beispiel 8 war in Zustand (3) und glitt nach unten. Bezüglich des Erscheinungsbilds von Beispiel 8 wurde eine merklich raue Oberfläche visuell festgestellt. Das Volumenverhältnis der thermisch leitfähigen Füllmaterialien (A)/(B) betrug 0,618. Das Verhältnis der Partikel mit einem großen Partikeldurchmesser war hoch, so dass die Partikel anscheinend an der Oberfläche freiliegend waren. Im Gegensatz dazu war beim Beispiel 3, mit dem das bevorzugte Ergebnis erhalten wurde, (A)/(B) = 0,658. Beispiele, bei denen der Wert von (A)/(B) mehr als 0,65 betrug, waren alle in Zustand (1). Im Hinblick auf den Widerstand gegen Zusammensinken scheint die untere Grenze des Werts (A)/(B) 0,65 zu sein.
  • Vergleiche der Beispiele mit unterschiedlichen Viskositäten führte zu Folgendem: Beispiel 2 (Viskosität: 860 Pa·s) und Beispiel 6 (Viskosität: 700 Pa·s) waren in gutem Zustand (1). Im Gegensatz dazu waren Beispiel 7 (Viskosität: 660 Pa·s) und Beispiel 9 (Viskosität: 530 Pa·s), die niedrigere Viskositäten als diejenigen der Beispiele 2 und 6 aufwiesen, in Zustand (2), in dem Setzungen bzw. Zusammensinken auftrat. Die Beispiele, die höhere Viskositäten als diejenigen von Beispiel 6 mit einer Viskosität von 700 Pa·s aufwiesen, waren alle in gutem Zustand (1). Aufgrund dieser Ergebnisse scheint im Hinblick auf den Widerstand gegen Zusammensinken die untere Grenze des Werts der Viskosität 700 Pa·s zu sein.
  • Eignung zur Auftragung
  • Bezüglich der Eignung zur Auftragung wurde ein Auftragsexperiment unter Verwendung einer Dosierpistole mit einem statischen Mixer, der einen Nadeldurchmesser von 6,2 mm aufwies, durchgeführt. Ein Beispiel, das ohne Probleme aufgetragen werden konnte, wurde mit "Ο" bezeichnet. Ein Beispiel, das aufgetragen werden konnte und bei welchem die Ausgabegeschwindigkeit gering war, wurde mit "∆" bezeichnet. Ein Beispiel, das nicht aufgetragen werden konnte, wurde mit "X" bezeichnet.
  • Die Ergebnisse des Auftragsexperiments waren wie folgt: Beispiele, die relativ niedrige Viskositäten gleich oder weniger als die Viskosität von Beispiel 3 (Viskosität: 1710 Pa·s) aufwiesen, wurden mit "Ο" bewertet. Beispiel 5 (Viskosität: 2070 Pa·s) wurde mit "∆" bewertet. Beispiel 11 (Viskosität: 3170 Pa·s) wurde mit "X" bewertet. Diese Ergebnisse zeigen, dass ein Fett, das eine Viskosität von 2070 Pa·s oder weniger aufweist, aufgetragen werden kann, und dass ein Fett, das eine Viskosität von 1710 Pa·s oder weniger aufweist, eine bevorzugte Eignung zur Auftragung aufweist.
  • Thermische Leitfähigkeit
  • Das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett weist vorzugsweise eine höhere thermische Leitfähigkeit und eine thermische Leitfähigkeit von wenigstens 1,8 W/m·K oder mehr auf. Daher wurde ein Versuch hinsichtlich der thermischen Leitfähigkeit durchgeführt.
  • Teststücke zur Messung der thermischen Leitfähigkeit wurden hergestellt, wobei die Teststücke aus 20 mm dicken, ausgehärteten Körpern der thermisch leitfähigen Fette gemäß der Tests gebildet wurden. Die thermische Leitfähigkeit von jedem der Teststücke wurde durch ein Hitzdrahtverfahren im instationären Zustand mit einem schnellen thermischen Leitfähigkeitsmesser QTM-500, hergestellt von Kyoto Elektronics Manufacturing Co., Ltd., gemessen.
  • Ein Vergleich der Beispiele 4 und 11, bei denen die Eignung zur Auftragung derselben mit "Ο" bewertet wurde und welche annähernd dieselbe Viskosität aufwiesen, ergab Folgendes: Beispiel 11 hatte einen sehr geringen Koeffizienten der thermischen Leitfähigkeit. Bei Beispiel 4 war (A)/(B) = 3,02. Bei Beispiel 11 war (A)/(B) = 3,25. Somit verringert eine Erhöhung des Verhältnisses des Volumens des thermisch leitfähigen Füllmaterials mit einem kleinen Partikeldurchmesser anscheinend die thermische Leitfähigkeit. Aus diesen Ergebnissen wird festgestellt, dass das Volumenverhältnis der thermisch leitfähigen Füllmaterialien (A)/(B) vorzugsweise 3,02 oder weniger beträgt.
  • Adhäsion
  • Viele im Allgemeinen verwendete, Wärme dissipierende Körper bestehen aus Aluminium. Viele Halbleiter sind in Epoxidharzen verpackt. Daher wurde jedes der Beispiele hinsichtlich der Adhäsion an Aluminium und an Epoxidharz überprüft.
  • Jedes der Beispiele bzw. Proben wurde mit einer Dicke von 100 µm aufgetragen. Ein in JIS K6850 spezifizierter Zugscherversuch wurde durchgeführt. Die Adhäsion des aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts von jedem Beispiel an Aluminium lag in dem Bereich von 12,5 N/cm2 bis 16,3 N/cm2. Die Adhäsion des aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts von jedem Beispiel an dem Epoxidharz lag in dem Bereich von 3,1 N/cm2 bis 4,8 N/cm2. Die Ergebnisse zeigten, dass jedes der Beispiele eine ausreichende adhäsive Kraft zu den Wärme erzeugenden Körpern und dem Wärme dissipierenden Körper aufwies.
  • In diesem Adhäsionsversuch war die Adhäsionskraft von jedem der Beispiele gegenüber Aluminium höher als diejenige gegenüber Epoxidharz. Deshalb wird, zum Beispiel wenn eine Struktur, bei welcher die Wärme erzeugenden Körper, deren Oberflächen aus Halbleitereinheiten bzw. -verpackungen gebildet sind, die aus einem Epoxidharz bestehen, mit dem Wärme dissipierenden Körper, der aus Aluminium besteht, verbunden wird, wobei das thermisch leitfähige Fett zwischen einem entsprechenden der Wärme erzeugenden Körper und des Wärme dissipierenden Körpers dazwischen angeordnet ist, demontiert wird, davon ausgegangen, dass die ausgehärteten Körper des aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts an Schnittstellen mit den Wärme erzeugenden Körpern abgelöst werden und sich von den an dem Wärme dissipierenden Körper angebrachten, ausgehärteten Körpern trennen. Der Wärme dissipierende Körper kann im Vergleich zu der Unterlage, welche viele von den Wärme erzeugenden Körpern unterschiedliche Bauteile aufweist, in einfacher Weise gereinigt werden. Es ist daher leicht möglich, den Wärme dissipierenden Körper zusätzlich zu der Wiederverwendung der Unterlage wieder zu verwenden. Folglich weisen die aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fette der Beispiele eine gute Reparaturfähigkeit auf.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind darstellende Beispiele der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und beinhaltet Änderungen hinsichtlich der Formen, Materialien, Herstellungsverfahren und so weiter von Bauteilen bis zu dem Umfang, dass die Änderungen nicht unvereinbar mit dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung sind. Zum Beispiel kann, während in der vorliegenden Beschreibung das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett auf die Wärme erzeugenden Körper aufgebracht wird, das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett auf den Wärme dissipierenden Körper aufgetragen werden. Des Weiteren kann das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett auf den Wärme erzeugenden Körpern und auf dem Wärme dissipierenden Körper aufgebracht werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 1a, 1b, 1c
    aushärtbares, thermisch leitfähiges Fett
    2
    Wärme erzeugender Körper
    3
    Wärme dissipierender Körper
    4
    Montagestift
    5
    Wärme dissipierende Struktur
    6
    Aluminiumplatte
    7
    Versuchsteil
    P
    Unterlage

Claims (5)

  1. Aushärtbares, thermisch leitfähiges Fett, das zwischen einem Wärme erzeugenden Körper, zum Beispiel einem Halbleiterelement oder einem Maschinenteil, und einem Wärme dissipierenden Körper angeordnet ist, der dafür vorgesehen ist, von dem Wärme erzeugenden Körper erzeugte Wärme zu dissipieren, um eine Wärmeübertragung von dem Wärme erzeugenden Körper zu dem Wärme dissipierenden Körper zu ermöglichen, welches Folgendes aufweist: ein vernetzbares bzw. aushärtbares, flüssiges Polymer, ein thermisch leitfähiges Füllmaterial (A), das einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von weniger als 10 µm aufweist, und ein thermisch leitfähiges Füllmaterial (B), das einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 10 µm oder mehr aufweist, wobei das Verhältnis des Volumens des thermisch leitfähigen Füllmaterials (A) zu dem thermisch leitfähigen Füllmaterial (B), d. h. (A)/(B), 0,6 bis 3,02 beträgt, und wobei das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett eine Viskosität von 700 Pa·s bis 2070 Pa·s aufweist, wobei, nachdem das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett auf den Wärme erzeugenden Körper oder den Wärme dissipierenden Körper mit einer Dicke von bis zu 5 mm aufgetragen ist, das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett eine Beständigkeit gegen Zusammensinken aufweist, bei der das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett nicht nach unten fließt, wenn der Wärme erzeugende Körper oder der Wärme dissipierende Körper vertikal angeordnet ist.
  2. Aushärtbares, thermisch leitfähiges Fett nach Anspruch 1, wobei das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett eine Härte von E 70 oder weniger nach dem Aushärten im Sinne von der in JIS K6253 spezifizierten Härte E aufweist.
  3. Wärme dissipierende Struktur für eine elektronische Vorrichtung, mit einem Wärme erzeugenden Körper, zum Beispiel einem Halbleiterelement oder einem Maschinenteil, einem Wärme dissipierenden Körper, der dafür vorgesehen ist, von dem Wärme erzeugenden Körper erzeugte Wärme zu dissipieren, und einem aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fett, das zwischen dem Wärme erzeugenden Körper und dem Wärme dissipierenden Körper angeordnet ist, um eine Wärmeübertragung von dem Wärme erzeugenden Körper zu dem Wärme dissipierenden Körper zu ermöglichen, wobei das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett, das einen Spalt zwischen dem Wärme erzeugenden Körper und dem Wärme dissipierenden Körper füllt, eine Dicke von mehr als 1 mm und 10 mm oder weniger aufweist, wobei der Wärme erzeugende Körper oder der Wärme dissipierende Körper durch das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett einer Druckbelastung von 1,0 N/cm2 oder weniger ausgesetzt ist.
  4. Wärme dissipierende Struktur nach Anspruch 3, wobei in der elektronischen Vorrichtung, welche den Wärme erzeugenden Körper beinhaltet, der Wärme erzeugende Körper in Bezug auf die elektronische Vorrichtung schräg angeordnet ist.
  5. Verfahren zur Herstellung einer Wärme dissipierenden Struktur für eine elektronische Vorrichtung, wobei die Wärme dissipierende Struktur einen Wärme erzeugenden Körper, zum Beispiel ein Halbleiterelement oder ein Maschinenteil, einen Wärme dissipierenden Körper, der dafür vorgesehen ist, von dem Wärme erzeugenden Körper erzeugte Wärme zu dissipieren, und ein aushärtbares, thermisch leitfähiges Fett aufweist, das zwischen dem Wärme erzeugenden Körper und dem Wärme dissipierenden Körper angeordnet ist, um eine Wärmeübertragung von dem Wärme erzeugenden Körper zu dem Wärme dissipierenden Körper zu ermöglichen, wobei das Verfahren der Reihe nach Folgendes aufweist: Auftragen des aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts auf den Wärme erzeugenden Körper oder den Wärme dissipierenden Körper auf eine solche Art und Weise, dass das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett, das zwischen dem Wärme erzeugenden Körper und dem Wärme dissipierenden Körper angeordnet ist, eine festgelegte Dicke von mehr als 1 mm und 10 mm oder weniger aufweist, und dass das aushärtbare, thermisch leitfähige Fett vor dem Aushärten eine größere Dicke als die festgelegte Dicke aufweist; Pressen des aufgebrachten, aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts auf die festgelegte Dicke, um den Wärme erzeugenden Körper und den Wärme dissipierenden Körper zusammenzufügen; und Aushärten des aushärtbaren, thermisch leitfähigen Fetts.
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