JP2022533994A - 熱界面材料 - Google Patents
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Abstract
Description
充填材と混合する場合には、そのマトリックス相材料が、低分子量を有していて、それにより、容易に流動して、大量の充填材(例えば、本明細書に記載されているような)と結合できるのが好ましい。好ましくは、そのマトリックス相材料が、それが室温で液体であるのに十分なほど低分子量であるのが好ましい。充填材と混合する場合には、そのマトリックス相材料が、約40,000g/mole以下、約15,000g/mole以下、約10,000g/mole以下、約8,000g/mole以下、約6,000g/mole以下、又は約4,000g/mole以下の分子量を有しているのがよい。そのマトリックス相材料が、約200g/mole以上、約400g/mole以上、約600g/mole以上、約800g/mole以上、又は約1000g/mole以上の分子量を有しているのがよい。
本明細書の教示に従う組成物は、組成物の熱伝導性を増加させるために1つ以上の充填材を含む。充填材としては、超高伝導性充填材(例えば、約100W/mKの熱伝導性を有する充填材)が挙げられ得るものの、こうした充填材は典型的には摩耗性及び/又は高価である。好ましくは、1つ以上の充填材は、約80W/mK以下、約50W/mK以下、約30W/mK以下、約20W/mK以下、又は約15W/mK以下の熱伝導性を有する1つ以上の伝導性充填材を含むか、本質的にそれからなるか、又は完全にそれからなる。伝導性充填材は、好ましくは、約3W/mK以上、約4W/mK以上、約5W/mK以上、又は約6W/mK以上の熱伝導性を有する。伝導性充填材は、約10+/-10%、約10+/-20%、又は約10+/-30%の熱伝導性によって特性決定され得る。好ましくは、組成物中の超高伝導性充填材の量は、1つ以上の充填材の総重量を基準に約15重量パーセント以下、より好ましくは約4重量パーセント以下、更により好ましくは約1重量パーセント以下、最も好ましくは約0.3重量パーセント以下である。組成物中の超高伝導性充填材の量は、1つ以上の充填材の総重量を基準に、約0.0パーセント以上であり得る。伝導性充填材(すなわち超高伝導性充填材)の量は、1つ以上の充填材の総重量を基準に、約80重量パーセント以上、約85重量パーセント以上、約90重量パーセント以上、約93重量パーセント以上、約96重量パーセント以上、約98重量パーセント以上、約99重量パーセント以上、又は約99.7重量パーセント以上であり得る。伝導性充填材の量は、1つ以上の充填材の総重量を基準に、約100重量パーセント以下であり得る。
組成物の高い熱伝導性と組成物を混合及び加工する能力との組み合わせを達成するために、伝導性充填材は、好ましくは広い粒度分布を有する。
多くの充填ポリマー系においては、マトリックス相と充填材相との間に良好な相溶性及び/又は結合を有することが望ましいものの、本出願人は、これらの高度充填組成物に関して、こうした相溶性及び/又は結合が、隣接する充填材粒子の間に組成物の流動を妨げる架橋を生成し得ることを明らかにした。マトリックス相材料は、充填材の表面と結合しないことが好ましい。例えば、共有結合、イオン結合、及び水素結合は、低減されるか、最小化されるか、又は更には完全に回避されてもよい。これは、マトリックス相材料及び伝導性充填材料の選択によって達成することができる。或いは、マトリックス相材料との結合を低減、最小化、又は排除するために、充填材料を1つ以上の表面改質剤で処理してもよい。
本明細書の教示に従う熱界面材料は、良好な熱伝導性を有するポリマー又はオリゴマー材料を必要とする任意のデバイス又はシステムで用いることができる。図5は、熱界面材料12を含むデバイス10の特徴を例示する図である。デバイスは、デバイスの第1の構成要素14からデバイス10の第2の構成要素16までの熱流20を必要とする場合がある。図5に示すように、熱流は熱界面材料12を通過し得る。デバイスの第2の構成要素16は、第2の構成要素から熱を除去することを可能にする表面20(内部又は外部)を有し得る。
粒度分布。
特に指定のない限り、充填材の粒度分布は、レーザー回折によって測定する。
熱伝導性は、ZFW Stuttgart製熱界面材料テスターを用いて測定する。測定は厚さ1.8~1.2mmのSpaltplusモードで実施する。絶対熱伝導性λ(W/mK)を報告する。熱伝導性は、ASTM 5470によって測定することができる。
圧入力は、張力計(Zwick)で測定する。組成物(例えば間隙充填材料)を、金属表面上に配置する。直径約40mmのアルミニウムピストンを上部に配置し、材料を5mmの初期位置まで圧縮する。続いて、材料を約1mm/秒の速度で5mmから0.3mmまで圧縮し、力-たわみ曲線を記録する。続いて厚さ0.5mmにおける力(N)をデータテーブルに記録し、これを圧入力とみなす。低い粘度を有する材料は、700N以下の圧入力を有する。高粘度の材料は、700N超、又は約800N以上の圧入力を有する。低い粘度を有する材料は、好ましくは、約600N以下、更により好ましくは約500N以下、最も好ましくは約400N以下の圧入力を有する。
組成物を混合する能力を、滑らかな表面を有する材料の単一の塊を生成する能力によって判定した。こうした材料は「良好な」混合を有する。表面が粗く、且つ/又はミキサーから除去すると材料が崩壊する場合は、混合は不良である。
POLYOL-1は、グリセリン開始のプロピレンオキシドポリエーテルトリオールであって、約1800g/molの当量分子量(equivalent molecular weight)及び約35mgKOH/gのOH価を有している。その平均分子量は、約4800g/moleである。POLYOL-1は、室温で液体であり、そして、5℃以上のガラス転移温度はまったく有していない。このオリゴマーは、エチレンオキシドを用いて部分的にキャップされている(約11%)。
Claims (20)
- 組成物であって、
i.オリゴマー又はポリマーを含む連続のマトリックス相;
ii.前記マトリックス相の中に分散された1種又は複数の充填材を含む分散された充填材相;
を含み、
前記1種又は複数の充填材が、約3以上のD90/D50の比率を特徴とする広い粒度分布を有し;
含まれる前記1種又は複数の充填材が、表面改質剤を用いて被覆されるか、及び/又はそれと反応されている、組成物。 - 前記組成物が、約2.0W/mK以上(好ましくは約2.5W/mK以上、より好ましくは約3.0W/mK以上)の熱伝導性を有する熱界面材料である、請求項1に記載の組成物。
- 前記1種又は複数の充填材が、約3W/mK~約80W/mKの熱伝導性を有する伝導性充填材(すなわち、熱伝導性充填材)である、請求項1又は2に記載の組成物。
- 前記伝導性充填材が、約60W/mK以下(例えば、約40W/mK以下、又は約20W/mK以下)の熱伝導性を有する、請求項1~3のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記伝導性充填材が、1種又は複数の金属原子を含み、前記1種又は複数の金属原子の濃度が、前記伝導性充填材の中の原子の総数を基準にして、約25パーセント以下である、請求項1~4のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記伝導性充填材が、水酸化アルミニウムを含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記伝導性充填材が、約6以下、好ましくは約5以下、より好ましくは約4以下のモース硬度を有する、請求項1~6のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記オリゴマー又はポリマーが、約15,000g/mol以下、又は約10,000g/mol以下の重量平均分子量を有する、請求項1~7のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記オリゴマー又はポリマーが、アルコキシド基を含む、請求項1~8のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記表面改質剤が、約6個以上(好ましくは約8個以上、又は約10個以上、又は約12個以上)の炭素原子を有するアルキル基、及び一端で、前記充填材と共有結合された官能基を含む、請求項1~9のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記表面改質剤が、前記組成物の全重量を基準にして、約0.05重量パーセント以上(好ましくは約0.2重量パーセント以上、より好ましくは約0.5重量パーセント以上)の量で存在する、請求項1~10のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記表面改質剤が、約10重量パーセント以下、好ましくは約8重量パーセント以下、より好ましくは約6重量パーセント以下、最も好ましくは約4重量パーセント以下の量で存在する、請求項1~11のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記1種又は複数の充填材の量が、前記組成物の全重量を基準にして、約86重量パーセント以上である、請求項1~12のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記1種又は複数の充填材の量が、約95重量パーセント以下である、請求項1~13のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記表面改質剤の1種又は複数の官能基が、アルコキシシラン基を含む、請求項1~14のいずれか一項に記載の組成物。
- 組成物であって、
i.ポリマー又は重合性化合物を含む、連続のマトリックス相;
ii.約86重量パーセント以上の、前記マトリックス相の中に分散された1種又は複数の伝導性充填材を含む、分散された充填材相;
を含み、
前記1種又は複数の伝導性充填材が、約3以上のD90/D50の比率を特徴とする広い粒度分布を有する、組成物。 - 前記組成物が、以下の
i)前記組成物が、崩壊することなく、滑らかな物質として混じる;及び/又は
ii)前記組成物が、約700N以下(0.5mmでの圧入の力により測定)の粘度を有する;及び/又は
iii)前記組成物が、約3W/mK以上の熱伝導性を有する;
の一つ又は各種の組み合わせを特徴とする、請求項1~16のいずれか一項に記載の組成物。 - 物品であって、
熱を発生させる第一の成分;
熱を除去するための第二の成分;及び
前記第一の成分と前記第二の成分との間に挿入された、請求項1~17のいずれか一項に記載の組成物の層;
を含み、
前記層が、前記第一の成分から前記第二の成分への熱の流れの経路を与える、物品。 - 前記第一の成分が電池を含む、請求項18に記載の物品。
- デバイスを冷却するための方法であって、
第一の成分の中で熱を発生させるステップ、
熱界面成分を介して前記熱を流すことにより前記熱を第二の成分へ移行させるステップ、
を含み、
前記熱界面成分が、請求項1~17のいずれか一項に記載の組成物から形成される、方法。
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