ES2956260T3 - Lámina térmicamente conductora - Google Patents
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Abstract
Esta lámina térmicamente conductora 10 contiene una matriz polimérica 12 y una carga anisotrópica 13, en la que la carga anisotrópica 13 está orientada en la dirección del espesor. El relleno anisotrópico 13 está expuesto sobre las superficies 10A, 10B de la lámina térmicamente conductora 10, y el relleno anisotrópico expuesto 13 está dispuesto de manera que se colapse con una proporción del 3,5 al 45%. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Lámina térmicamente conductora
Campo técnico
La presente invención se refiere a una lámina térmicamente conductora, y se refiere a, por ejemplo, una lámina térmicamente conductora que va a usarse estando dispuesta entre un elemento generador de calor y un elemento de disipación de calor.
Antecedentes de la técnica
En dispositivos electrónicos, tales como un ordenador, una pieza de automóvil y un teléfono móvil, se usa generalmente un elemento de disipación de calor, tal como un disipador de calor, para disipar el calor que se genera a partir de un elemento generador de calor tal como un elemento semiconductor o una pieza mecánica. Se sabe que una lámina térmicamente conductora está dispuesta entre un elemento generador de calor y un elemento de disipación de calor con el fin de mejorar la eficiencia de la transferencia de calor al elemento de disipación de calor.
Una lámina térmicamente conductora se usa generalmente al comprimirse cuando se dispone dentro de un dispositivo electrónico, y se requiere una alta flexibilidad en la lámina térmicamente conductora. En consecuencia, se forma una lámina térmicamente conductora combinando una carga que tiene propiedades termoconductoras en una matriz polimérica que tiene alta flexibilidad, tal como caucho o gel. Además, es ampliamente conocido que una carga que tiene anisotropía, tal como una fibra de carbono, se orienta en la dirección del grosor en una lámina térmicamente conductora para mejorar las propiedades termoconductoras en la dirección del grosor (véanse, por ejemplo, los PTL 1 y 2).
Lista de citas
Bibliografía de patentes
PTL1: documento JP 2018-056315 A
PTL2: documento JP 2018-014534 A
La técnica anterior también se divulga en los documentos JP 2010-254766, JP 2014-027144, JP 2011-231242, WO2017/179318, US 2007/0284366 y JP 2006-335958.
Sumario de la invención
Problema técnico
Con un funcionamiento sofisticado de los dispositivos eléctricos, también han aumentado las necesidades de mejorar las propiedades de una lámina térmicamente conductora y se ha deseado una mejora adicional de la conductividad térmica en la dirección del grosor en los últimos años. Sin embargo, como se divulga en los PTL 1 y 2, existe una limitación en la mejora de la conductividad térmica solo orientando una carga en la dirección del grosor, y se han deseado mejoras adicionales.
La presente invención se ha completado en vista de los problemas anteriores, y un objeto de la presente invención es proporcionar una lámina térmicamente conductora capaz de mejorar suficientemente las propiedades termoconductoras en la dirección del grosor.
Solución al problema
Los presentes inventores han realizado estudios diligentes para descubrir que, al disponer una carga anisotrópica expuesta en una superficie, de tal manera que cae en una proporción predeterminada, los problemas pueden resolverse y, de ese modo, completaron la presente invención. La presente invención proporciona lo siguiente, de [1] a [11].
[1] Una lámina térmicamente conductora que comprende:
una matriz polimérica; y
una carga anisotrópica, la carga anisotrópica orientada en una dirección de grosor, estando la carga anisotrópica expuesta sobre una superficie de la lámina térmicamente conductora, y la carga anisotrópica que está expuesta está dispuesta de tal manera que cae en una proporción del 3.5 al 45 %.
[2] La lámina térmicamente conductora según [1], en la que la carga anisotrópica es un material de fibra.
[3] La lámina térmicamente conductora según [2], en la que el material de fibra es una fibra de carbono.
[4] La lámina térmicamente conductora según [2] o [3], en la que el material de fibra tiene una longitud de fibra promedio de 50 a 500 μm.
[5] La lámina térmicamente conductora según uno cualquiera de [1] a [4], que comprende además una carga no anisotrópica.
[6] La lámina térmicamente conductora según [5], en la que la carga no anisotrópica es al menos una seleccionada del grupo que consiste en alúmina, aluminio, óxido de zinc, nitruro de boro y nitruro de aluminio.
[7] La lámina térmicamente conductora según [5] o [6], en la que una razón de una razón de llenado en volumen de la carga no anisotrópica con respecto a una razón de llenado en volumen de la carga anisotrópica es de 2 a 5.
[8] La lámina térmicamente conductora según uno cualquiera de [1] a [7], en la que al menos parte de la carga anisotrópica que está dispuesta de tal manera que cae sobre la superficie está dispuesta de tal manera que se inclina con respecto a la superficie.
[9] La lámina térmicamente conductora según uno cualquiera de [1] a [8], en la que la matriz polimérica es silicona de tipo curable por reacción de adición.
[10] La lámina térmicamente conductora según uno cualquiera de [1] a [9], en la que la lámina térmicamente conductora tiene un grosor de 0.1 a 5 mm.
[11] La lámina térmicamente conductora según uno cualquiera de [1] a [10], en la que la lámina térmicamente conductora tiene una conductividad térmica en una dirección del grosor de 10 w/m K o más.
Efectos ventajosos de la invención
Según la presente invención, puede proporcionarse una lámina térmicamente conductora capaz de mejorar suficientemente las propiedades termoconductoras en la dirección del grosor.
Breve descripción de los dibujos
[Fig. 1] La figura 1 es una vista en sección esquemática que muestra una lámina térmicamente conductora de la primera realización.
[Fig. 2] La figura 2 es una vista en sección esquemática que muestra una lámina térmicamente conductora de la segunda realización.
[Fig. 3] La figura 3 es un diagrama general de una máquina de medición de la resistencia térmica.
[Fig. 4] La figura 4 es un diagrama que muestra esquemáticamente una imagen de observación obtenida observando una superficie de una lámina térmicamente conductora del ejemplo 1 con un microscopio electrónico de barrido. Descripción de realizaciones
A continuación en el presente documento, se describirá en detalle una lámina térmicamente conductora según realizaciones de la presente invención.
[Primera realización]
La figura 1 muestra una lámina térmicamente conductora de la primera realización. En la figura 1, se muestra de manera representativa un ejemplo de un caso en el que una carga anisotrópica es un material de fibra. La lámina térmicamente conductora 10 según la primera realización comprende una matriz polimérica 12 y una carga anisotrópica 13, y la carga anisotrópica 13 está orientada en la dirección del grosor. La carga anisotrópica 13 está expuesta en cada superficie 10A, 10b de la lámina térmicamente conductora 10, y parte de la carga anisotrópica 13 que está expuesta está dispuesta de tal manera que cae.
En la presente realización, la carga anisotrópica 13 está expuesta, y parte de la carga anisotrópica 13 está dispuesta de tal manera que cae, haciendo de ese modo que el área de contacto con un objeto de contacto, tal como un elemento de disipación de calor o un elemento generador de calor con el que la lámina térmicamente conductora 10 está en contacto, sea grande y, por lo tanto, la conductividad térmica entre las superficies 10A, 10B puede mejorarse. Además, la carga anisotrópica 13 dispuesta de tal manera que cae facilita la formación de trayectorias térmicamente
conductoras al estar en contacto con la carga anisotrópica 13 que está orientada en la dirección del grosor cerca de las superficies 10A, 10B, facilitando también se ese modo la mejora de la conductividad térmica en la dirección del grosor.
La carga anisotrópica 13 expuesta en cada superficie 10A, 10B está dispuesta de tal manera que cae en una proporción del 3.5 a al 45 %. Cuando la proporción de la carga anisotrópica que está dispuesta de tal manera que cae es inferior al 3.5 %, el área expuesta de la carga anisotrópica 13 en la superficie no puede hacerse suficientemente grande, y además, la carga anisotrópica 13 que está dispuesta de tal manera que cae es poco probable que esté en contacto con la carga anisotrópica 13 que está orientada en la dirección del grosor, de modo que la conductividad térmica en la dirección del grosor no puede mejorarse suficientemente. Cuando la proporción de la carga anisotrópica que está dispuesta de tal manera que cae excede el 45 %, la cantidad de carga anisotrópica que está orientada en la dirección del grosor cerca de la superficie se hace pequeña, de modo que existe la posibilidad de que sea difícil mejorar la conductividad térmica en la dirección del grosor. Además, es necesario usar papel de lija más rugoso para hacer que muchas cargas anisotrópicas 13 caigan y, por lo tanto, se daña la superficie de una lámina, dificultando el uso de la lámina en la práctica.
La proporción de la carga anisotrópica que está dispuesta de tal manera que cae es preferiblemente del 10 % o más, más preferiblemente del 15 % o más y aún más preferiblemente del 18 % o más desde el punto de vista de mejorar la conductividad térmica en la dirección del grosor. La proporción es preferiblemente del 40 % o menos, más preferiblemente del 30 % o menos y aún más preferiblemente del 25 % o menos desde el punto de vista de prevenir daños y similares en la superficie de la lámina.
La proporción de la carga anisotrópica que está dispuesta de tal manera que cae en la superficie puede calcularse determinando la proporción del número de cargas anisotrópicas dispuestas de tal manera que caen respecto al número total de cargas anisotrópicas expuestas en la superficie en una imagen de observación fotografiada con un microscopio electrónico de barrido.
La carga anisotrópica 13 dispuesta de tal manera que cae en el presente documento es una carga que cae en tal medida que se observa sustancialmente una porción distinta de una superficie de extremo 13A de la carga anisotrópica 13 en la imagen de observación. La medida de observarse sustancialmente significa que la porción distinta de la superficie de extremo 13A de cada carga anisotrópica 13 se observa en un área (área proyectada) dos veces la de la superficie de extremo 13A o más. En consecuencia, cuando la carga anisotrópica 13 es un material de fibra, un material de fibra con una superficie periférica exterior 13B del material de fibra que tiene un área dos veces la de la superficie de extremo 13A del material de fibra o más en una imagen de observación se considera como la carga anisotrópica dispuesta de tal manera que cae.
Con respecto a un método de análisis de imágenes, la imagen de observación puede observarse visualmente. Además, el método de análisis no está limitado siempre que la proporción del número de cargas anisotrópicas dispuestas de tal manera que caen pueda calcularse mediante el estándar descrito anteriormente, y el cálculo puede realizarse usando software de procesamiento de imágenes.
La carga anisotrópica 13 dispuesta de tal manera que cae sobre cada superficie 10A, 10B puede estar dispuesta de tal manera que se encuentre sobre cada superficie 10A, 10B de la lámina térmicamente conductora, o puede estar dispuesta de tal manera que se inclina con respecto a cada superficie 10A, 10B. Además, la carga anisotrópica 13 dispuesta de tal manera que cae tiene preferiblemente un ángulo de inclinación con respecto a la dirección del grosor de aproximadamente 45 a aproximadamente 90°. Cuando el ángulo de inclinación realizado con respecto a la dirección del grosor excede los 90°, el ángulo suplementario se define como ángulo de inclinación.
La carga anisotrópica 13 que está dispuesta de tal manera que se encuentra sobre la superficie de la lámina térmicamente conductora es una carga anisotrópica que está dispuesta sustancialmente a lo largo de la superficie 10A (o 10B). Tal carga anisotrópica se muestra como una carga anisotrópica 13X en la figura 1.
Además, la carga anisotrópica que se inclina con respecto a la superficie es una carga anisotrópica que se inclina hasta tal medida que la carga anisotrópica se entierra en la matriz polimérica 12 de tal manera que una superficie de extremo 13A de la carga anisotrópica 13 se separa de la superficie 10A (o 10B). Tal carga anisotrópica se muestra como una carga anisotrópica 13Y en la figura 1.
La carga anisotrópica 13 dispuesta de tal manera que cae sobre cada superficie 10A, 10B comprende preferiblemente la carga anisotrópica 13Y que está dispuesta de tal manera que se inclina con respecto a la superficie. La carga anisotrópica 13Y que está dispuesta de tal manera que se inclina fácilmente entra en contacto con la carga anisotrópica 13 que está orientada en la dirección del grosor, facilitando la mejora de las propiedades termoconductoras en la dirección del grosor.
La superficie de extremo 13A o similar de la carga anisotrópica 13 que está expuesta puede pulirse puliéndose en, por ejemplo, la etapa de pulido que se mencionará más adelante. Además, la carga anisotrópica 13 que está expuesta en las superficies 10A, 10B puede estar dispuesta de tal manera que al menos parte de la misma sobresalga de las
superficies 10A, 10B.
En la presente realización, la lámina térmicamente conductora 10 comprende además una carga no anisotrópica 14. La lámina térmicamente conductora 10, cuando comprende además la carga no anisotrópica 14, hace que las propiedades termoconductoras sean aún mejores.
<Matriz polimérica>
La matriz polimérica 12 que se usa en la lámina térmicamente conductora 10 es un compuesto polimérico, tal como un elastómero o un caucho, y puede usarse preferiblemente un producto formado curando una composición polimérica (composición polimérica curable) en forma líquida, comprendiendo la composición polimérica un sistema mixto tal como el que comprende un agente principal y un agente de curado. Por ejemplo, la composición polimérica curable puede ser una composición que comprende un caucho no reticulado y un agente de reticulación, o una composición que comprende: un monómero, un prepolímero, o similares; y un agente de curado o similar. La reacción de curado puede ser curada en frío o curada por calor.
Los ejemplos de la matriz polimérica que se forma a partir de la composición polimérica curable incluyen caucho de silicona. En el caso del caucho de silicona, se usa preferiblemente silicona de tipo curable por reacción de adición como matriz polimérica (composición polimérica curable). Más específicamente, puede usarse una composición polimérica curable que comprende organopolisiloxano que contiene grupos alquenilo y organopolisiloxano de hidrógeno como composición polimérica curable.
Pueden usarse diversos cauchos sintéticos distintos del caucho descrito anteriormente como caucho, y los ejemplos específicos de los mismos incluyen caucho acrílico, caucho de nitrilo, caucho de isopreno, caucho de uretano, caucho de etileno-propileno, caucho de estireno/butadieno, caucho de butadieno, fluorocaucho y caucho de butilo. Cuando se usa cualquiera de estos cauchos, el caucho sintético puede estar reticulado o no reticulado (es decir, sin curar) en la lámina térmicamente conductora. El caucho no reticulado se usa principalmente en la orientación del flujo.
Cuando el caucho sintético está reticulado (es decir, curado), la matriz polimérica puede ser, como se describió anteriormente, un producto obtenido curando una composición polimérica curable que comprende: un caucho no reticulado que comprende cualquiera de estos cauchos sintéticos; y un agente de reticulación.
Como elastómero, puede usarse un elastómero termoplástico, tal como un elastómero termoplástico a base de poliéster o un elastómero termoplástico a base de poliuretano, o un elastómero de tipo termocurable que se forma curando una composición polimérica en forma líquida de un sistema mixto que comprende un agente principal y un agente de curado. Los ejemplos del elastómero incluyen un elastómero a base de poliuretano que se forma curando una composición polimérica que comprende: un polímero que tiene un grupo hidroxilo; e isocianato.
Entre los descritos anteriormente, se usa preferiblemente caucho de silicona, o particularmente silicona de tipo curable por reacción de adición desde el punto de vista de que, por ejemplo, la matriz polimérica después del curado es particularmente flexible y las propiedades de llenado de una carga térmicamente conductora son buenas.
La composición polimérica para formar la matriz polimérica puede ser una composición polimérica que comprende una única sustancia de un compuesto polimérico, o puede ser una composición polimérica que comprende un compuesto polimérico y un plastificante. El plastificante se usa adecuadamente cuando se usa un caucho sintético, y cuando el plastificante está contenido, de ese modo puede mejorarse la flexibilidad de la matriz polimérica no reticulada.
Se usa el plastificante que tiene compatibilidad con el compuesto polimérico, y específicamente, el plastificante es preferiblemente un plastificante a base de éster o aceite de silicona. Los ejemplos específicos del plastificante a base de éster incluyen un éster de ácido ftálico, un éster de ácido adípico, un éster de ácido trimelítico, un éster de ácido fosfórico, un éster de ácido sebácico, un éster de ácido azelaico, un éster de ácido maleico y un éster de ácido benzoico. Los ejemplos del aceite de silicona incluyen polidimetilsiloxano.
El contenido del plastificante con respecto al compuesto polimérico es preferiblemente de 20/80 a 60/40, y más preferiblemente de 30/70 a 55/45 en cuanto a una razón en masa de plastificante/compuesto polimérico. El ajuste de la razón en masa del plastificante/compuesto polimérico a 60/40 o menos facilita la retención de la carga por el compuesto polimérico. El ajuste de la razón en masa a 20/80 o más hace que la flexibilidad de la matriz polimérica sea suficiente. El plastificante se usa adecuadamente cuando la carga anisotrópica está orientada por la orientación del flujo que se mencionará más adelante.
El contenido de la matriz polimérica, cuando se expresa mediante una razón de llenado en volumen (razón de llenado en volumen), es preferiblemente del 20 al 50 % en volumen, y más preferiblemente del 25 al 45 % en volumen basándose en la cantidad total de la lámina térmicamente conductora.
(Aditivo)
En la lámina térmicamente conductora 10, pueden combinarse además diversos aditivos en la matriz polimérica 12 en un intervalo en el que la función como lámina térmicamente conductora 10 no se ve afectada. Los ejemplos del aditivo incluyen al menos uno o más seleccionados de un dispersante, un agente de acoplamiento, un adhesivo sensible a la presión, un retardante de la llama, un antioxidante, un agente colorante, un agente antisedimentación, y similares. Cuando la composición polimérica curable se somete a reticulación, curado, o similares, como se describió anteriormente, pueden combinarse como aditivo un acelerador de la reticulación, un acelerador del curado, o similares que aceleran la reticulación o el curado.
<Carga anisotrópica>
La carga anisotrópica 13 que se mezcla en la matriz polimérica 12 es una carga que tiene anisotropía en la forma y es una carga que puede orientarse. La carga anisotrópica 13 es una carga termoconductora. Los ejemplos de la carga anisotrópica 13 incluyen un material de fibra y un material similar a escamas. La carga anisotrópica 13 es una carga que tiene una alta razón de aspecto y es específicamente una carga que tiene una razón de aspecto superior a 2, y la razón de aspecto es preferiblemente 5 o más. Establecer la razón de aspecto a más de 2 facilita la orientación de la carga anisotrópica 13 en la dirección del grosor, de modo que las propiedades termoconductoras de la lámina térmicamente conductora 10 se mejoran fácilmente.
El límite superior de la razón de aspecto no está particularmente limitado, pero es 100 en uso práctico.
La razón de aspecto se refiere a una razón de la longitud en la dirección del eje mayor con respecto a la longitud en la dirección del eje menor de la carga anisotrópica 13, y significa longitud de fibra/diámetro de fibra en un material de fibra, y longitud en la dirección del eje mayor de material similar a escamas/grosor en un material similar a escamas.
La carga anisotrópica 13 es preferiblemente un material de fibra desde el punto de vista de mejorar las propiedades termoconductoras y desde el punto de vista de disponer fácilmente la carga anisotrópica 13 de tal manera que caiga sobre las superficies 10A, 10B.
El contenido de la carga anisotrópica 13 en la lámina térmicamente conductora es preferiblemente de 30 a 300 partes en masa, y más preferiblemente de 50 a 270 partes en masa basándose en 100 partes en masa de la matriz polimérica. El contenido de la carga anisotrópica 13, cuando se expresa mediante una razón de llenado en una base de volumen (razón de llenado en volumen), es preferiblemente del 5 al 35 % en volumen, y más preferiblemente del 8 al 30 % en volumen basándose en la cantidad total de la lámina térmicamente conductora.
Establecer el contenido de la carga anisotrópica 13 a 30 partes en masa o más facilita la mejora de las propiedades termoconductoras, y establecer el contenido a 300 partes en masa o menos fácilmente hace que la viscosidad de la composición mezclada, que se mencionará más adelante, sea apropiada, haciendo de ese modo que la orientación de la carga anisotrópica 13 sea buena.
Cuando la carga anisotrópica 13 es un material de fibra, la longitud promedio de la fibra es preferiblemente de 50 a 500 μm, y más preferiblemente de 70 a 350 μm. Cuando la longitud promedio de la fibra se establece en 50 μm o más, las cargas anisotrópicas entran en contacto apropiadamente dentro de la lámina térmicamente conductora 10, de modo que se garantizan las trayectorias de transmisión de calor. Además, la carga anisotrópica 13 se dispone fácilmente de tal manera que cae en la superficie de la lámina térmicamente conductora 10, haciendo que las propiedades termoconductoras de la lámina térmicamente conductora 10 sean buenas.
Por otro lado, cuando la longitud promedio de la fibra se establece en 500 μm o menos, el volumen de la carga anisotrópica se reduce, de modo que la matriz polimérica puede llenarse mucho con la carga anisotrópica.
La longitud promedio de la fibra descrita anteriormente puede calcularse observando la carga anisotrópica con un microscopio. Más específicamente, se miden las longitudes de fibra de 50 cargas anisotrópicas arbitrarias usando, por ejemplo, un microscopio electrónico o un microscopio óptico, y el valor promedio (valor de media aritmética) puede adoptarse como longitud promedio de la fibra.
La longitud promedio de la fibra del material de fibra es preferiblemente más corta que el grosor de la lámina térmicamente conductora 10. Cuando la longitud promedio de la fibra es más corta que el grosor, de ese modo se evita que el material de fibra sobresalga de las superficies 10A, 10B de la lámina térmicamente conductora 10 más de lo necesario.
Cuando la carga anisotrópica 13 es un material similar a escamas, el diámetro de partícula promedio es preferiblemente de 10 a 400 μm, y más preferiblemente de 15 a 200 μm. El diámetro de partícula promedio es de manera particularmente preferible de 15 a 130 μm. Establecer el diámetro medio de partícula a 10 μm o más facilita que las cargas anisotrópicas 13 entren en contacto en la lámina térmicamente conductora 10, de modo que se garantizan las trayectorias de transmisión de calor. Además, la carga anisotrópica 13 se dispone fácilmente de tal manera que cae sobre la superficie de la lámina térmicamente conductora 10, haciendo que las propiedades termoconductoras de la lámina térmicamente conductora 10 sean buenas. Por otro lado, cuando el diámetro de
partícula promedio se establece en 400 μm o menos, el volumen de la lámina térmicamente conductora 10 se reduce, permitiendo que la matriz polimérica 12 se llene mucho con la carga anisotrópica 13.
El diámetro de partícula promedio del material similar a escamas puede calcularse observando la carga anisotrópica con un microscopio y asumiendo el eje principal como diámetro. Más específicamente, se miden los ejes principales de 50 cargas anisotrópicas arbitrarias usando, por ejemplo, un microscopio electrónico o un microscopio óptico, y el valor promedio (valor de media aritmética) puede adoptarse como diámetro de partícula promedio.
Puede usarse un material conocido que tenga propiedades termoconductoras como carga anisotrópica 13, pero como se mencionará más adelante, la carga anisotrópica 13 tiene preferiblemente diamagnetismo de tal manera que la carga anisotrópica puede orientarse mediante un campo magnético.
Los ejemplos específicos de la carga anisotrópica 13 incluyen un material a base de carbono representado por una fibra de carbono o un polvo de carbono similar a escamas, un material metálico representado por una fibra metálica, un óxido metálico, nitruro de boro, un nitruro metálico, un carburo metálico y un hidróxido metálico. Un material a base de carbono entre estos tiene un peso específico pequeño y buena dispersabilidad en la matriz polimérica 12 y, por lo tanto, es preferible, y, entre otros, la carga anisotrópica es más preferiblemente un material de carbono grafitizado que tiene una alta conductividad térmica. Un material de carbono grafitizado, cuando tiene planos de grafito orientados uniformemente en una dirección predeterminada, tiene diamagnetismo. Además, nitruro de boro o similares, cuando tienen planos cristalinos orientados uniformemente en una dirección predeterminada, también tiene diamagnetismo. Además, la carga anisotrópica 13 es de manera particularmente preferible una fibra de carbono.
La carga anisotrópica 13 tiene una conductividad térmica de, aunque no se limita a, generalmente 60 W /m K o más, y preferiblemente 400 W/m K o más a lo largo de una dirección de tener anisotropía (es decir, dirección del eje mayor). La carga anisotrópica 13 tiene una conductividad térmica de, por ejemplo, 2000 W /m K o menos, aunque el límite superior no está particularmente limitado. El método de medición de la conductividad térmica es un método de destello láser.
La carga anisotrópica 13 puede usarse individualmente, o pueden usarse juntas dos o más cargas anisotrópicas 13. Por ejemplo, pueden usarse al menos dos cargas anisotrópicas 13 que tienen cada una un diámetro de partícula promedio o una longitud de fibra promedio diferentes como carga anisotrópica 13. Se considera que, cuando se usan las cargas anisotrópicas, teniendo cada una un tamaño diferente, una carga anisotrópica más pequeña entra entre cargas anisotrópicas relativamente más grandes y, por lo tanto, las cargas anisotrópicas pueden llenar hasta una alta densidad la matriz polimérica y puede mejorarse la eficiencia de conducción de calor.
La fibra de carbono que se usa como carga anisotrópica 13 es preferiblemente una fibra de carbono grafitizada. El polvo de carbono similar a escamas es preferiblemente un polvo de grafito similar a escamas. Entre estos, la carga anisotrópica 13 es más preferiblemente una fibra de carbono grafitizada.
Una fibra de carbono grafitizada tiene una alta conductividad térmica en su dirección del eje de la fibra porque los planos cristalinos del grafito discurren en la dirección del eje de la fibra. Por lo tanto, permitiendo que las direcciones del eje de la fibra de carbono grafitizada estén orientadas uniformemente en una dirección predeterminada, puede mejorarse la conductividad térmica en una dirección particular. El polvo de grafito similar a escamas tiene una alta conductividad térmica en su dirección en el plano porque los planos cristalinos del grafito discurren en la dirección en el plano del plano de escamas. Por lo tanto, permitiendo que los planos de escamas del polvo de grafito similar a escamas se orienten uniformemente en una dirección predeterminada, puede mejorarse la conductividad térmica en una dirección particular. La fibra de carbono grafitizada y el polvo de grafito similar a escamas que tienen cada uno un alto grado de grafitización son preferibles.
Como materiales de carbono grafitizados descritos anteriormente, tales como la fibra de carbono grafitizada y el polvo de grafito similar a escamas, pueden usarse productos obtenidos grafitizando las siguientes materias primas. Los ejemplos del mismo incluyen un compuesto hidrocarbonado policíclico condensado, tal como naftaleno, y un compuesto heterocíclico condensado, tal como PAN (poliacrilonitrilo) o brea, y se usa en particular preferiblemente brea de mesofase grafitizada que tiene un alto grado de grafitización, poliimida o polibenzazol. Por ejemplo, mediante el uso de brea de mesofase, la brea se orienta en la dirección del eje de la fibra debido a su anisotropía en la etapa de hilado que se mencionará más adelante, de modo que puede obtenerse una fibra de carbono grafitizada que tiene excelentes propiedades termoconductoras en la dirección del eje de la fibra.
El aspecto de usar la brea de mesofase en la fibra de carbono grafitizada no está particularmente limitado siempre que pueda realizarse el hilado, y la brea de mesofase puede usarse individualmente, o puede usarse en combinación con otra materia prima. Sin embargo, la brea de mesofase se usa lo más preferiblemente de manera individual, es decir, una fibra de carbono grafitizada que tiene un contenido de brea de mesofase del 100 % es lo más preferible desde el punto de vista de la mejora de las propiedades termoconductoras; la capacidad de hilado; y la estabilidad en la calidad del producto.
Puede usarse la fibra de carbono grafitizada obtenida de tal manera que los tratamientos de hilado, infusibilización y
carbonización se realizan en secuencia, y la pulverización o el corte se llevan a cabo hasta un diámetro de partícula predeterminado, y posteriormente se realiza la grafitización, o la fibra de carbono grafitizada de manera que se lleva a cabo la carbonización, a continuación, se realiza la pulverización o el corte, y después grafitización. Cuando se realiza la pulverización o el corte antes de la grafitización, una polimerización por condensación y una reacción de ciclación progresan fácilmente sobre una superficie recién expuesta debido a la pulverización durante el tratamiento de grafitización y, por lo tanto, puede obtenerse una fibra de carbono grafitizada que tiene propiedades termoconductoras mejoradas adicionalmente mejorando el grado de grafitización. Cuando, por otro lado, la pulverización se realiza después de grafitizar una fibra de carbono hilada, la fibra de carbono después de la grafitización es rígida y, por lo tanto, se pulveriza fácilmente, de modo que puede obtenerse un polvo de fibra de carbono que tiene una distribución de longitud de fibra relativamente estrecha mediante una breve pulverización.
La longitud de fibra promedio de la fibra de carbono grafitizada es preferiblemente de 50 a 500 μm, y más preferiblemente de 70 a 350 μm, como se describió anteriormente. La razón de aspecto de la fibra de carbono grafitizada excede de 2, y más preferiblemente 5 o más, como se describió anteriormente. La conductividad térmica de la fibra de carbono grafitizada no está particularmente limitada, pero la conductividad térmica en la dirección del eje de la fibra es preferiblemente de 400 W /m K o más, y más preferiblemente 800 W /m K o más.
La carga anisotrópica 13 está orientada en la dirección del grosor como se describió anteriormente, pero no es necesario que la dirección del eje mayor sea estrictamente paralela a la dirección del grosor, y si la dirección del eje mayor se inclina algo en la dirección del grosor, se supone que la carga anisotrópica está orientada en la dirección del grosor. Específicamente, se supone que una carga anisotrópica cuya dirección del eje principal se inclina aproximadamente menos de 20° es la carga anisotrópica 13 que está orientada en la dirección del grosor, y cuando tal carga anisotrópica 13 es la mayoría (por ejemplo, superior al 60 %, y preferiblemente superior al 80 % basándose en el número total de cargas anisótropas) en la lámina térmicamente conductora 10, la carga anisotrópica está orientada en la dirección del grosor.
<Carga no anisotrópica>
La carga no anisotrópica 14 es una carga térmicamente conductora contenida en la lámina térmicamente conductora 10 por separado de la carga anisotrópica 13 y es un material que, junto con la carga anisotrópica 13, confiere propiedades termoconductoras a la lámina térmicamente conductora 10. En la presente realización, al rellenar con la carga no anisotrópica 14, se suprime un aumento en la viscosidad, haciendo que la dispersabilidad sea buena en la etapa antes del curado en una lámina. Además, en las cargas anisotrópicas 13, cuando, por ejemplo, la longitud de la fibra es grande, es difícil aumentar el área de contacto entre las cargas, pero cuando la carga no anisotrópica 14 llena el espacio entre las cargas anisotrópicas, pueden formarse de ese modo trayectorias de transferencia de calor, de modo que se obtiene la lámina térmicamente conductora 10 que tiene una alta conductividad térmica.
La carga no anisotrópica 14 es una carga cuya forma está sustancialmente libre de anisotropía, y es una carga tal que, incluso en un entorno en el que la carga anisotrópica 13 está orientada en una dirección predeterminada, tal como un entorno, que se mencionará más adelante, donde se generan líneas de fuerza magnética o se aplica fuerza de cizalladura, la carga no anisotrópica 14 no está orientada en la dirección predeterminada.
La carga no anisotrópica 14 tiene una razón de aspecto de 2 o menos, y preferiblemente 1.5 o menos. En la presente realización, cuando está contenida la carga no anisotrópica 14 que tiene una razón de aspecto tan baja, la carga que tiene propiedades termoconductoras se interpone de ese modo adecuadamente en el espacio entre las cargas anisotrópicas 13, de modo que se obtiene la lámina térmicamente conductora 10 que tiene una alta conductividad térmica. Además, estableciendo la razón de aspecto en 2 o menos, se evita un aumento en la viscosidad de la composición mixta que se mencionará más adelante, permitiendo que la lámina térmicamente conductora se llene mucho.
Los ejemplos específicos de la carga no anisotrópica 14 incluyen un metal, un óxido metálico, un nitruro metálico, un hidróxido metálico, un material de carbono, y un óxido, un nitruro, y un carburo distinto del óxido metálico, el nitruro metálico y un carburo metálico. Los ejemplos de la forma de la carga no anisotrópica 14 incluyen una forma esférica y un polvo de forma indefinida.
En la carga no anisotrópica 14, los ejemplos del metal incluyen aluminio, cobre y níquel, los ejemplos del óxido metálico incluyen óxido de aluminio representado por alúmina, óxido de magnesio y óxido de zinc, y los ejemplos del nitruro metálico incluyen nitruro de aluminio. Los ejemplos del hidróxido metálico incluyen hidróxido de aluminio. Los ejemplos del material de carbono incluyen grafito esferoidal. Ejemplos del óxido, el nitruro y el carburo distinto del óxido metálico, el nitruro metálico y el carburo metálico incluyen cuarzo, nitruro de boro y carburo de silicio.
Entre estos descritos anteriormente, la carga no anisotrópica 14 se selecciona preferiblemente del grupo que consiste en alúmina, aluminio, óxido de zinc, nitruro de boro y nitruro de aluminio, y la alúmina en particular es preferible desde el punto de vista de las propiedades de llenado y la conductividad térmica.
Como carga no anisotrópica 14, los descritos anteriormente pueden usarse individualmente, o dos o más de los
descritos anteriormente pueden usarse juntos.
El diámetro de partícula promedio de la carga no anisotrópica 14 es preferiblemente de 0.1 a 50 μm, y más preferiblemente de 0.5 a 35 μm. El diámetro de partícula promedio es de manera particularmente preferible de 1 a 15 μm. Al establecer el diámetro de partícula promedio en 50 μm o menos, un defecto tal como alterar la orientación de la carga anisotrópica 13, o similar se hace improbable que se produzca. Al establecer el diámetro de partícula promedio en 0.1 μm o más, el área de superficie específica de la carga no anisotrópica 14 no se hace más grande de lo necesario, haciendo que la viscosidad de la composición mixta sea poco probable que aumente incluso cuando se combina una gran cantidad y haciendo que sea fácil llenar mucho la carga no anisotrópica 14.
Con respecto a la carga no anisotrópica 14, por ejemplo, pueden usarse al menos dos cargas no anisotrópicas 14 que tienen cada una un diámetro de partícula promedio diferente como carga no anisotrópica 14.
El diámetro de partícula promedio de la carga no anisotrópica 14 puede medirse mediante observación con un microscopio electrónico o similar. Más específicamente, se miden los diámetros de partícula de 50 cargas no anisotrópicas arbitrarias usando, por ejemplo, un microscopio electrónico o un microscopio óptico, y el valor promedio (valor de media aritmética) puede adoptarse como diámetro de partícula promedio.
El contenido de la carga no anisotrópica 14 está preferiblemente en un intervalo de 200 a 800 partes en masa, y más preferiblemente en un intervalo de 300 a 700 partes en masa basándose en 100 partes en masa de la matriz polimérica.
El contenido de la carga no anisotrópica 14, cuando se expresa mediante una razón de llenado en volumen (razón de llenado en volumen), es preferiblemente del 30 al 60 % en volumen, y más preferiblemente del 40 al 55 % en volumen basándose en la cantidad total de la lámina térmicamente conductora.
Al establecer el contenido de la carga no anisotrópica 14 en 200 partes en masa o más, la cantidad de la carga no anisotrópica 14 interpuesta en el espacio entre la carga anisotrópica 13 se hace suficiente, haciendo que las propiedades termoconductoras sean buenas. Por otro lado, al establecer el contenido en 800 partes en masa o menos, puede obtenerse un efecto de mejora de las propiedades termoconductoras correspondientes al contenido, y la conducción de calor debida a la carga anisotrópica 13 no se inhibe por la carga no anisotrópica 14. Además, al establecer el contenido dentro del intervalo de 300 a 700 partes en masa, las propiedades termoconductoras de la lámina térmicamente conductora 10 se hacen excelentes y la viscosidad de la composición mezclada se hace adecuada.
La razón de la razón de llenado en volumen de la carga no anisotrópica 13 con respecto a la razón de llenado en volumen de la carga anisotrópica 14 es preferiblemente de 2 a 5, y más preferiblemente de 2 a 3. Al establecer el intervalo de la proporción de las razones de llenado en volumen en el intervalo descrito anteriormente, la carga no anisotrópica 14 se llena moderadamente entre las cargas anisotrópicas 13, de modo que pueden formarse trayectorias de transferencia de calor eficientes y, por lo tanto, pueden mejorarse las propiedades termoconductoras de la lámina térmicamente conductora 10.
<Lámina térmicamente conductora>
La conductividad térmica en la dirección del grosor de la lámina térmicamente conductora 10 se establece, por ejemplo, en 5 W /m K o más, preferiblemente 10 W /m K o más, más preferiblemente 15 W /m K o más, y aún más preferiblemente 18 W/m K o más. Al establecer la conductividad térmica en la dirección del grosor en estos valores límite inferiores o más, las propiedades termoconductoras en la dirección del grosor de la lámina térmicamente conductora 10 pueden hacerse excelentes. El límite superior no está particularmente establecido, la conductividad térmica en la dirección del grosor de la lámina térmicamente conductora 10 es, por ejemplo, 50 W/m K o menos. La conductividad térmica se mide mediante un método según la norma ASTM D5470-06.
La carga anisotrópica 13 está expuesta sobre las superficies 10A, 10B como se describió anteriormente, haciendo de ese modo cada una de las superficies 10A, 10B de la lámina térmicamente conductora 10 una superficie adhesiva no sensible a la presión. La carga anisotrópica 13 está dispuesta de tal manera que cae sobre las superficies 10A, 10B como se describió anteriormente, haciendo de ese modo que el área expuesta de la carga anisotrópica 13 sea grande, de modo que se mejora la no adhesividad.
Cada una de las superficies 10A, 10B, que es una superficie adhesiva no sensible a la presión, es poco probable que se adhiera cuando un trabajador la toca con la mano, y se despega fácilmente cuando se adhiere por presión a un objeto de contacto, tal como un elemento generador de calor o un elemento de disipación de calor que se mencionarán más adelante, o similares. Dado que cada una de las superficies 10A, 10B no es adhesiva, la lámina térmicamente conductora 10 puede deslizarse cuando está montada en un dispositivo electrónico o similar.
Al menos una de las superficies 10A, 10B de la lámina térmicamente conductora 10 tiene una rugosidad superficial Ra de, por ejemplo, 23 μm o menos, más preferiblemente 20 μm o menos y aún más preferiblemente 10 μm o menos.
Al establecer la rugosidad superficial Ra en 20 μm o menos, la eficiencia del contacto con un objeto de contacto, tal como un elemento generador de calor o un elemento de disipación de calor que se mencionarán más adelante, se hace buena, facilitando la mejora de las propiedades termoconductoras de la lámina. La lámina térmicamente conductora 10 tiene aún más preferiblemente una rugosidad superficial Ra de cada una de las superficies 10A, 10B dentro del intervalo descrito anteriormente.
La rugosidad superficial Ra representa la altura media aritmética Ra que se especifica en la norma JIS B0601.
Se considera que el grosor de la lámina térmicamente conductora se usa en un intervalo de 0.1 a 5 mm, pero no es necesario limitarse al intervalo de grosor. El grosor de la lámina térmicamente conductora se cambia apropiadamente según la forma y el uso previsto de un dispositivo electrónico en el que se carga la lámina térmicamente conductora.
La lámina térmicamente conductora 10 se usa dentro de un dispositivo electrónico o similar. Específicamente, la lámina térmicamente conductora 10 está interpuesta entre un elemento generador de calor y un elemento de disipación de calor, transfiere el calor generado en el elemento generador de calor a un elemento de disipación de calor por conducción de calor y disipa el calor del elemento de disipación de calor. Los ejemplos del elemento generador de calor en el presente documento incluyen diversas piezas electrónicas, tales como CPU, un amplificador de potencia y una fuente de alimentación, que se usan dentro de un dispositivo electrónico. Los ejemplos del elemento de disipación de calor incluyen un disipador de calor, una bomba de calor y una carcasa metálica de un dispositivo electrónico. La lámina térmicamente conductora 10 se usa de tal manera que las superficies 10A, 10B se adhieren estrechamente a un elemento generador de calor y a un elemento de disipación de calor, respectivamente y la lámina térmicamente conductora se comprime.
<Método para producir una lámina térmicamente conductora>
La lámina térmicamente conductora de la presente realización puede producirse mediante, por ejemplo, un método que comprende las siguientes etapas (A), (B) y (C) aunque el método no está particularmente limitado a las mismas.
Etapa (A): una etapa de obtención de una pieza moldeada orientada de tal manera que una carga anisotrópica se orienta a lo largo de una dirección para que sea una dirección del grosor en la lámina térmicamente conductora.
Etapa (B): una etapa de cortar la pieza moldeada orientada en una forma similar a una lámina para obtener una pieza moldeada similar a una lámina.
Etapa (C): una etapa de pulir una superficie de la pieza moldeada similar a una lámina.
A continuación en el presente documento, cada etapa se describirá con más detalle.
[Etapa (A)]
En la etapa (A), se moldea una pieza moldeada orientada a partir de una composición mixta que comprende: una carga anisotrópica; una carga no anisotrópica; y una composición polimérica para que sea una materia prima para una matriz polimérica. La composición mixta se cura preferiblemente en una pieza moldeada orientada. Más específicamente, la pieza moldeada orientada puede obtenerse mediante un método de producción mediante orientación de campo magnético o un método de producción mediante orientación de flujo, pero entre estos, es preferible el método de producción por orientación de campo magnético.
(Método de producción por orientación de campo magnético)
En el método de producción por orientación de campo magnético, comprendiendo la composición mixta: una composición polimérica en forma líquida para que sea una matriz polimérica después del curado; una carga anisotrópica; y se inyecta una carga no anisotrópica dentro de un troquel o similar y luego se coloca en un campo magnético para orientar la carga anisotrópica a lo largo del campo magnético, y la composición polimérica se cura posteriormente, obteniendo de ese modo una pieza moldeada orientada. La pieza moldeada orientada se moldea preferiblemente en una forma similar a un bloque.
Puede disponerse una película de liberación en una porción que va a estar en contacto con la composición mixta dentro del troquel. Como película de liberación, por ejemplo, se usa una película de resina que tiene buena capacidad de liberación, o se usa una película de resina de manera que una superficie se trata por liberación con un agente de liberación o similar. El uso de una película de liberación facilita la liberación de la pieza moldeada orientada del troquel.
La viscosidad de la composición mixta que se usa en el método de producción por orientación de campo magnético es preferiblemente de 10 a 300 Pas para someter la carga anisotrópica a orientación de campo magnético. Al establecer la viscosidad en 10 Pa s o más, la carga anisotrópica y la carga no anisotrópica es poco probable que se sedimenten. Al establecer la viscosidad en 300 P as o menos, la fluidez se hace buena, la carga anisotrópica se orienta adecuadamente en el campo magnético y no se produce un defecto tal como tardar demasiado tiempo para la
orientación. La viscosidad se refiere a la viscosidad medida usando un viscosímetro rotacional (viscosímetro Brookfield DV-E, husillo SC4-14) a una velocidad de rotación de 10 rpm a 25 °C.
Sin embargo, cuando se usan una carga anisotrópica y una carga no anisotrópica que es poco probable que se sedimenten, o se combina un aditivo, tal como un agente antisedimentación, la viscosidad de la composición mixta puede establecerse en menos de 10 Pas.
Los ejemplos de una fuente para generar líneas de fuerza magnética, la fuente para aplicar las líneas de fuerza magnética, en el método de producción por orientación de campo magnético incluyen un imán superconductor, un imán permanente y un electroimán, y es preferible un imán superconductor desde el punto de vista de que puede generarse un campo magnético con una alta densidad de flujo magnético. La densidad de flujo magnético del campo magnético que se genera a partir de estas fuentes para generar líneas de fuerza magnética es preferiblemente de 1 a 30 teslas. Establecer la densidad de flujo magnético en 1 tesla o más permite orientar fácilmente la carga anisotrópica descrita anteriormente que comprende un material de carbono y similares. Establecer la densidad de flujo magnético en 30 teslas o menos permite la producción práctica.
El curado de la composición polimérica puede realizarse por calentamiento, y puede realizarse a una temperatura de, por ejemplo, aproximadamente 50 a aproximadamente 150 °C. El tiempo de calentamiento es, por ejemplo, de aproximadamente 10 minutos a aproximadamente 3 horas.
(Método de producción por orientación de flujo)
En el método de producción por orientación de flujo, puede aplicarse fuerza de cizalladura a la composición mixta para producir una lámina preliminar de manera que la carga anisotrópica esté orientada en la dirección del plano, puede laminarse una pluralidad de las hojas preliminares para producir un bloque laminado, y el bloque laminado puede usarse como pieza moldeada orientada.
Más específicamente, en el método de producción por orientación de flujo, en primer lugar se mezclan una carga anisotrópica, una carga no anisotrópica y, si es necesario, diversos aditivos con la composición polimérica para agitar una mezcla resultante, preparando de ese modo una composición mixta en donde las sustancias sólidas mixtas se dispersan uniformemente. El compuesto polimérico que se usa para la composición polimérica puede ser un compuesto polimérico que comprende un compuesto polimérico en forma líquida a temperatura normal (23 °C) o puede ser un compuesto polimérico que comprende un compuesto polimérico en forma sólida a temperatura normal. Además, la composición polimérica puede comprender un plastificante.
La composición mixta tiene una viscosidad relativamente alta de manera que se aplica fuerza de cizalladura cuando la composición mixta se estira en una forma similar a una lámina, y específicamente, la viscosidad de la composición mixta es preferiblemente de 3 a 50 Pas. Se combina un disolvente preferiblemente en la composición mixta para obtener la viscosidad.
A continuación, la composición mixta se moldea en una forma similar a una lámina (lámina preliminar) estirándola de manera plana mientras se aplica fuerza de cizalladura a la composición mixta. Al aplicar la fuerza de cizalladura, la carga anisotrópica puede orientarse en la dirección de cizalladura. Con respecto a los medios para moldear la lámina, una película base puede recubrirse con la composición mixta, por ejemplo, con un aplicador para aplicación, tal como un barnizador o una rasqueta, o por moldeo por extrusión o eyección desde una boquilla, y posteriormente, puede llevarse a cabo el secado o la composición mixta puede semicurarse según sea necesario. El grosor de la lámina preliminar se establece preferiblemente en de aproximadamente 50 a aproximadamente 250 μm. En la lámina preliminar, la carga anisotrópica está orientada en una dirección a lo largo de la dirección del plano de la lámina.
Posteriormente, puede apilarse y laminarse una pluralidad de las láminas preliminares de tal manera que las direcciones de orientación sean las mismas, y posteriormente puede permitirse que las láminas preliminares se adhieran entre sí con una prensa térmica o similar mientras la composición mixta se cura según sea necesario mediante calentamiento, irradiación con un rayo ultravioleta, o similar para formar un bloque laminado, y el bloque laminado puede usarse como pieza moldeada orientada.
[Etapa (B)]
En la etapa (B), la pieza moldeada orientada obtenido en la etapa (A) se corta por rebanado o similar perpendicularmente a una dirección de la orientación de la carga anisotrópica, obteniendo de ese modo una pieza moldeada similar a una lámina. El rebanado puede realizarse con, por ejemplo, una cuchilla de corte. En la pieza moldeada similar a una lámina, un borde de la carga anisotrópica se expone desde la matriz polimérica en cada superficie que es una sección por corte, tal como rebanado. Además, al menos parte de la carga anisotrópica expuesta sobresale de cada superficie. Casi todas las cargas anisotrópicas expuestas están orientadas en la dirección del grosor sin caerse.
[Etapa (C)]
En la etapa (C), la superficie de la pieza moldeada similar a una lámina, sobre la que se ha expuesto la carga anisotrópica, se pule. El pulido de la superficie puede realizarse usando, por ejemplo, papel de lija. En el presente método de producción, al pulir la superficie de la pieza moldeada similar a una lámina, parte de la carga anisotrópica expuesta se hace caer. El principio es incierto, pero se infiere que la matriz polimérica se hunde durante el pulido debido a la diferencia en el módulo elástico entre la carga anisotrópica y la matriz polimérica mientras se levanta la carga anisotrópica y se hace que la carga anisotrópica levantada caiga de tal manera que se presione contra la superficie. En el presente método de producción, es necesario aplicar una fuerza fuerte a la carga anisotrópica y el número de veces de pulido debe hacerse grande durante el pulido para hacer que caiga una mayor cantidad de la carga anisotrópica.
En consecuencia, es necesario usar papel de lija rugoso como papel de lija. Los ejemplos del papel de lija rugoso incluyen papel de lija que tiene un diámetro de grano promedio (D50) de granos abrasivos de 3 a 60 μm. Al usar papel de lija que tiene un diámetro de grano promedio de 3 μm o más y al hacer que el número de veces de pulido sea grande, puede hacerse que caiga una cantidad suficiente de carga anisotrópica. Al usar de papel de lija que tiene un diámetro de grano promedio de 60 μm o menos, se evita que se produzcan daños como problema práctico en la superficie de la lámina térmicamente conductora. El papel de lija tiene preferiblemente un diámetro de grano promedio (D50) de granos abrasivos de 9 a 45 μm.
Con respecto al número de veces de pulido, por ejemplo, el pulido puede realizar mientras se observa el estado de la superficie y se comprueba la cantidad de carga anisotrópica 13 que cae, pero el número de veces de pulido preferiblemente se hace relativamente grande, específicamente, el pulido se realiza preferiblemente de tal manera que la rugosidad superficial Ra de la superficie de la lámina térmicamente conductora pasa a ser de 20 μm o menos, y se lleva a cabo más preferiblemente de tal manera que la rugosidad de la superficie pasa a ser de 10 μm o menos.
En la descripción anterior, se muestra un aspecto tal que la carga anisotrópica 13 está expuesta sobre las superficies 10A, 10B de la lámina térmicamente conductora 10, y la carga anisotrópica expuesta 13 está dispuesta de tal manera que cae en una proporción predeterminada en las superficies 10A, 10B como se describió anteriormente. Sin embargo, en la presente invención, la carga anisotrópica 13 puede estar expuesta en solo una de las superficies 10A, 10B, y la carga anisotrópica expuesta 13 puede estar dispuesta de tal manera que cae en la proporción predeterminada anterior.
En consecuencia, en la otra de las superficies 10A, 10B, no es necesario hacer que la carga anisotrópica expuesta 13 caiga, o incluso si la carga anisotrópica expuesta se hace caer, puede hacerse que la carga anisotrópica caiga de tal manera que no alcance la proporción predeterminada anterior. En este caso, el pulido según la etapa (C) puede realizarse solo en una de las superficies, y el pulido no tiene que realizarse en la otra superficie, o incluso si se realiza el pulido, el pulido puede realizarse en una condición distinta de la condición descrita en la etapa (C).
La otra de las superficies 10A, 10B puede ser una superficie tal que la carga anisotrópica 13 se haya enterrado dentro de la matriz polimérica 12. La superficie más externa de la pieza moldeada orientada producida por el método de producción descrito anteriormente por orientación de campo magnético es una capa superficial en donde la proporción de la carga anisotrópica llenada es menor que la de las otras porciones, normalmente en donde no está contenida la carga anisotrópica. En consecuencia, usando, por ejemplo, la superficie más externa de la pieza moldeada orientada como la otra de las superficies 10A, 10B de la lámina térmicamente conductora 10, la otra de las superficies 10A, 10B puede convertirse en una superficie tal que la carga anisotrópica 13 se haya enterrado dentro de la matriz polimérica 12. La superficie tal que la carga anisotrópica 13 se ha enterrado dentro de la matriz polimérica 12 es una superficie de adhesivo sensible a la presión. La superficie de adhesivo sensible a la presión se adhiere a un objeto de contacto, tal como un elemento de disipación de calor o un elemento generador de calor, y el objeto de contacto puede fijarse de ese modo.
[Segunda realización]
A continuación, se describirá una lámina térmicamente conductora de la segunda realización de la presente invención con referencia a la figura 2.
En la primera realización, la carga no anisotrópica 14 está contenida como carga además de la carga anisotrópica 13 en la lámina térmicamente conductora 10, pero una carga no anisotrópica no está contenida en una lámina térmicamente conductora 20 de la presente realización, como se muestra en la figura 2. Es decir, en la lámina térmicamente conductora de la segunda realización, solo puede usarse una fibra de carbono, por ejemplo, como carga.
La otra constitución de la lámina térmicamente conductora 20 de la segunda realización es la misma que la de la lámina térmicamente conductora 10 descrita anteriormente de la primera realización, excepto porque la carga no anisotrópica no está contenida y, por lo tanto, se omite la descripción.
Además, en la presente realización, la carga anisotrópica 13 está expuesta en al menos una de las superficies 20A, 20B de la lámina térmicamente conductora 20, la carga anisotrópica expuesta 13 está dispuesta de tal manera que
cae en una proporción predeterminada, y las propiedades termoconductoras en la dirección del grosor pueden mejorarse de la misma manera que en la primera realización.
Ejemplos
A continuación en el presente documento, la presente invención se describirá con referencia a los ejemplos con más detalle, pero la presente invención no está limitada en absoluto por estos ejemplos.
En los presentes ejemplos, se evaluaron las propiedades físicas de las láminas térmicamente conductoras mediante los siguientes métodos.
[Conductividad térmica]
La conductividad térmica en la dirección del grosor de las láminas térmicamente conductoras se midió mediante el método según la norma ASTM D5470-06.
[Proporción de carga anisotrópica que está dispuesta de tal manera que cae]
Se obtuvo una imagen de observación observando una superficie de cada lámina térmicamente conductora usando un microscopio electrónico de barrido (nombre comercial “SU3500”, fabricado por Hitachi High-Technologies Corporation) bajo una condición de un aumento de 100. En la imagen de observación, el número total de cargas anisótropas que están expuestas (A) y el número de cargas anisótropas que están expuestas y dispuestas de tal manera que caen en la superficie (B) en la región medida correspondiente a 0.8 mm x 1.2 mm de la lámina térmicamente conductora se contaron visualmente mediante el método descrito en la memoria descriptiva, calculando así B/A x 100. Esta operación se repitió 100 veces de tal manera que cada operación se realizó en una región de medición diferente en una superficie de la lámina térmicamente conductora, y se determinó que el valor promedio se usaría como la proporción de la carga anisotrópica dispuesta de tal manera que cae.
[Valor de resistencia térmica]
El valor de resistencia térmica se midió usando una máquina de medición de la resistencia térmica como se muestra en la figura 3 mediante el método descrito a continuación. Específicamente, se preparó una pieza de prueba S que tenía un tamaño de 30 mm x 30 mm para la presente prueba para cada muestra. Cada pieza de prueba S se pegó en un bloque de cobre 22 de modo que una cara de medición tiene un tamaño de 25.4 mm x 25.4 mm y las caras laterales están cubiertas con un aislante térmico 21, y se mantuvo entre el bloque de cobre y un bloque de cobre superior 23, y se aplicó carga con una celda de carga 26 para establecer el grosor de tal manera que se convierta en el 90 % del grosor original. El bloque de cobre inferior 22 está en contacto con un calentador 24. El bloque de cobre superior 23 está cubierto con el aislante térmico 21 y está conectado a un disipador de calor 25 con un ventilador. Posteriormente, el calentador 24 se calentó con una potencia calorífica de 25 W, y 10 minutos después cuando la temperatura alcanzaría un estado casi estacionario, se midieron la temperatura del bloque de cobre superior 23 (0jü), la temperatura del bloque de cobre inferior 22 (0j1) y la potencia calorífica del calentador (Q) para determinar el valor de resistencia térmica de cada muestra a partir de la siguiente expresión (1).
Resistencia térmica = (0ji-9jo)/Q Expresión (1)
en donde 0j1 representa la temperatura del bloque de cobre inferior 22, 0j0 representa la temperatura del bloque de cobre superior 23 y Q representa la potencia calorífica.
[Rugosidad superficial Ra]
La altura media aritmética Ra que se especifica en la norma JIS B0601 se determinó para cada superficie de cada lámina térmicamente conductora.
Ejemplo 1
Se obtuvo una composición mixta mezclando: organopolisiloxano que contiene grupo alquenilo y un organopolisiloxano de hidrógeno (100 partes en masa en total, razón de llenado en volumen del 30 % en volumen) como matriz polimérica (composición polimérica); 130 partes en masa (razón de llenado en volumen del 18 % en volumen) de una fibra de carbono grafitizada (longitud promedio de la fibra de 100 μm, razón de aspecto de 10, conductividad térmica de 500 W /m K) como carga anisotrópica; y 250 partes en masa (razón de llenado en volumen del 20 % en volumen) de un polvo de óxido de aluminio (esférico, diámetro de partícula promedio de 10 μm, razón de aspecto de 1,0) y 250 partes en masa (razón de llenado en volumen del 32 % en volumen) de un polvo de hidróxido de aluminio (forma indefinida, diámetro de partícula promedio de 8 μm) como carga no anisotrópica.
Posteriormente, la composición mixta se inyectó en un troquel cuyo grosor se estableció de tal manera que fuera
suficientemente mayor que el de cada lámina térmicamente conductora, se aplicó un campo magnético de 8T en la dirección del grosor para orientar la fibra de carbono grafitizada en la dirección del grosor, y la matriz se curó posteriormente calentando a 80 °C durante 60 minutos, obteniendo así una pieza moldeada orientada similar a un bloque.
A continuación, la pieza moldeada orientada similar a un bloque se cortó en una forma similar a una lámina que tenía un grosor de 2 mm usando una cuchilla de corte, obteniendo de ese modo una pieza moldeada similar a una lámina de manera que la fibra de carbono quede expuesta.
Posteriormente, se obtuvo una lámina térmicamente conductora puliendo cada superficie de la pieza moldeada similar a una lámina con papel de lija rugoso que tenía un diámetro de grano promedio (D50) de granos abrasivos de 9 μm hasta que cayó una cierta cantidad de la fibra de carbono expuesta desde la superficie. Cada superficie de la lámina térmicamente conductora era una superficie adhesiva no sensible a la presión.
La figura 4 muestra una imagen obtenida observando la superficie de la lámina térmicamente conductora obtenida en el ejemplo 1 con un microscopio electrónico de barrido. Como se muestra en la figura 4, entre las fibras de carbono expuestas en la superficie de la lámina térmicamente conductora, había muchas fibras de carbono 33A que estaban orientadas en la dirección del grosor y sustancialmente solo se observaron las superficies de extremo de las fibras, pero algunas partes de las fibras de carbono eran fibras de carbono 33X que estaban dispuestas de tal manera que se encontraban a lo largo de la superficie o fibras de carbono 33Y que se inclinaban con respecto a la superficie, y, por lo tanto, estaban dispuestas de tal manera que se caían.
Ejemplos 2 a 5
Los ejemplos 2 a 5 se llevaron a cabo cada uno de la misma manera que en el ejemplo 1, excepto porque el papel de lija usado para pulir la pieza moldeada similar a una lámina se cambió al papel de lija que tenía un diámetro de grano promedio (D50) de granos abrasivos como se describe en la tabla 1 y el pulido se realizó hasta que una cierta cantidad de la fibra de carbono cayó. Cada superficie de las láminas térmicamente conductoras era una superficie adhesiva no sensible a la presión.
La superficie de la lámina térmicamente conductora obtenida en cada uno de los ejemplos 2 a 5 se observó con un microscopio electrónico de barrido para encontrar que, entre las fibras de carbono que estaban expuestas en la superficie de la lámina térmicamente conductora, había muchas fibras de carbono que estaban orientadas en la dirección del grosor y cada una de ellas era tal que sustancialmente solo se observaron las superficies de extremo de las fibras, pero algunas partes de las fibras de carbono eran fibras de carbono que estaban dispuestas de tal manera que se encontraban a lo largo de la superficie o fibras de carbono que se inclinaban con respecto a la superficie y, por lo tanto, estaban dispuestos de tal manera que caían, lo que es similar a las fibras de carbono en el ejemplo 1.
Ejemplo comparativo 1
El ejemplo comparativo 1 se llevó a cabo de la misma manera que en el ejemplo 1, excepto porque la pieza moldeada similar a una lámina no se pulió. La superficie de la lámina térmicamente conductora obtenida en el ejemplo comparativo 1 se observó con un microscopio electrónico de barrido para encontrar que casi todas las fibras de carbono que estaban expuestas en la superficie de la lámina térmicamente conductora estaban orientadas en la dirección del grosor y cada una de ellas era tal que sustancialmente solo puede observarse la superficie de extremo de la fibra y la cantidad de fibra de carbono dispuesta de tal manera que cae era menor que la de cada ejemplo descrito anteriormente.
Ejemplo comparativo 2
El ejemplo comparativo 2 se llevó a cabo de la misma manera que en el ejemplo 1, excepto porque el papel de lija usado cuando la pieza moldeada similar a una lámina se pulió se cambió a papel de lija que tenía un diámetro de grano promedio (D50) de granos abrasivos de 1 μm y el pulido se realizó el mismo número de veces que en el ejemplo 1.
La superficie de la lámina térmicamente conductora obtenida en el ejemplo comparativo 2 se observó con un microscopio electrónico de barrido para encontrar que casi todas las fibras de carbono que estaban expuestas en la superficie de la lámina térmicamente conductora estaban orientadas en la dirección del grosor y cada una de ellas era tal que sustancialmente solo puede observarse la superficie de extremo de la fibra y la cantidad de la fibra de carbono dispuesta de tal manera que cae era menor que la de cada ejemplo descrito anteriormente.
[Tabla 1]
Tabla 1
* Cada superficie tenía el mismo valor con respecto a la rugosidad superficial Ra.
Como queda claro a partir de los resultados de los ejemplos, cuando la carga anisotrópica que está expuesta en la superficie está dispuesta de tal manera que cae en una proporción predeterminada en la lámina térmicamente conductora, de ese modo, puede obtenerse un valor de resistencia térmica deseado y una conductividad térmica deseada, de modo que puedan mejorarse las propiedades termoconductoras en la dirección del grosor. Por otro lado, como se muestra en los ejemplos comparativos, cuando la carga anisotrópica que está expuesta en la superficie no cae en una proporción predeterminada, no puede obtenerse un valor de resistencia térmica deseada y una conductividad térmica deseada, de modo que las propiedades termoconductoras en la dirección del grosor no pueden mejorarse suficientemente.
Lista de signos de referencia
10, 20 Lámina térmicamente conductora
10A, 10B, 20A, 20B Superficie
12 Matriz polimérica
13A Superficie de extremo
13B Superficie periférica exterior
13, 13X, 13Y Carga anisotrópica
14 Carga no anisotrópica
21 Aislante térmico
22 Bloque de cobre inferior
23 Bloque de cobre superior
24 Calentador
25 Disipador de calor
26 Celda de carga
S Pieza de prueba
0j0 Temperatura del bloque superior de cobre
0j1 Temperatura del bloque de cobre inferior
Claims (11)
1. Lámina térmicamente conductora (10) que comprende:
una matriz polimérica (12); y
una carga anisotrópica (13), la carga anisotrópica (13) orientada en una dirección del grosor,
estando la carga anisotrópica (13) expuesta sobre una superficie de la lámina térmicamente conductora (10), y estando dispuesta la carga anisotrópica (13) que está expuesta de tal manera que cae en una proporción del 3.5 al 45 %.
2. Lámina térmicamente conductora según la reivindicación 1, en la que la carga anisotrópica es un material de fibra.
3. Lámina térmicamente conductora según la reivindicación 2, en la que el material de fibra es una fibra de carbono.
4. Lámina térmicamente conductora según la reivindicación 2 o 3, en la que el material de fibra tiene una longitud de fibra promedio de 50 a 500 μm.
5. Lámina térmicamente conductora según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende además una carga no anisotrópica.
6. Lámina térmicamente conductora según la reivindicación 5, en la que la carga no anisotrópica es al menos una seleccionada del grupo que consiste en alúmina, aluminio, óxido de zinc, nitruro de boro y nitruro de aluminio.
7. Lámina térmicamente conductora según la reivindicación 5 o 6, en la que una razón de una razón de llenado en volumen de la carga no anisotrópica con respecto a una razón de llenado en volumen de la carga anisotrópica es de 2 a 5.
8. Lámina térmicamente conductora según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que al menos parte de la carga anisotrópica que está dispuesta de tal manera que cae en la superficie está dispuesta de tal manera que se inclina con respecto a la superficie.
9. Lámina térmicamente conductora según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en la que la matriz polimérica es silicona de tipo curable por reacción de adición.
10. Lámina térmicamente conductora según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en la que la lámina térmicamente conductora tiene un grosor de 0.1 a 5 mm.
11. Lámina térmicamente conductora según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en la que la lámina térmicamente conductora tiene una conductividad térmica en una dirección del grosor de 10 w/m K o más.
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