JP5608371B2 - 熱界面材料及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2007年1月10日付け出願の米国特許仮出願第60/884,249号明細書に基づく優先権を主張し、その出願日の利益を主張するものである。
本発明は、熱界面材料及び熱界面材料の製造方法に関する。
熱界面材料で使用するためのBNは、当分野で公知のプロセスによって製作される結晶性の又は部分的に結晶性の窒化ホウ素粒子を含む。しかし、これは、非限定的に、米国特許第5,898,009号明細書及び第6,048,511号明細書に開示されているようなプレス工程から製造されるBN粉体、米国特許出願公開第2005.0041373号明細書に開示のようなBN凝集粉体、米国特許出願公開第20040208812号明細書に開示のような高い熱拡散性を有するBN粉体、米国特許第6,951,583号明細書に開示されているような高度に剥離されたBN粉体を含む。一態様では、BN粉体は、小板の形態のBN粒子を含む。
適切なマトリックス材料は、非限定的に、ポリジメチルシロキサン樹脂、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂、他のオルガノ官能性ポリシロキサン樹脂、ポリイミド樹脂、フルオロカーボン樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、フッ素化ポリアリルエーテル、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、フェノール・クレゾール樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリフェニレンエーテル(PPE)樹脂、ビスマレイミド樹脂、フルオロ樹脂、それらの混合物、並びに当業者に知られている他の任意のポリマー系を含む。(一般的なポリマーについては、「Polymer Handbook」、Branduf, J.、Immergut, E. H、Grulke, Eric A、Wiley lnterscience Publication, New York、第4版(1999)、「Polymer Data Handbook Mark」、James Oxford University Press, New York(1999)を参照)。樹脂は、硬化可能な熱可塑性プラスチックも含んでいてよい。
特定の用途では、耐火剤(難燃剤)の特徴が、適用規則によって0.5〜10重量%の量で必要である且つ/又は要求される場合がある。例えば、電気的又は電子的用途で使用されるTIMは、電気回路、ショート回路に且つ/又は関連する電子素子若しくは電子デバイスの使用によって発生する熱に直接曝され得る。したがって、業界基準又は規則は、TIMの使用において、燃焼試験等のような適格試験の実施を必要とする条件を課す。TIM中に含有させるのに適切な耐火剤は、膨張性耐火剤及び/又は非膨張性耐火剤であってよい。別の態様では、耐火剤は、非ハロゲン含有であり、アンチモン不含である。耐火剤及び/又は共力剤及び/又は煤煙抑制剤の1つ以上の混合物を、本発明のTIMで使用することもできる。耐火剤系の選択は、様々なパラメータ、例えば、所望の用途に対する業界基準によって、また膜ポリマーマトリックスの組成によって決定される。
一態様では、ポリマーマトリックス、BN充填材及び任意の添加剤を混ぜ合わせた材料は、混合物を均一にするために、まず力又はエネルギーに曝される。エネルギー及び/又は力は、BN内の構造を整列させ、BN小板を整列させ、それによりTIMの熱伝導性が改善される。組成物を均一化することは、剪断力、引張り力、圧縮力、超音波エネルギー、電磁気エネルギー、熱エネルギー、又は前記力若しくはエネルギー形態の少なくとも1つを含む組合せを含み、当分野で公知のプロセス装置で行われ、上記力は、単独スクリュー若しくは推進装置(single screw)、複式スクリュー(multiple screws)、噛合共回転若しくは対向回転スクリュー、非噛合共回転若しくは対向回転スクリュー、往復運動スクリュー、ピン付きスクリュー、ピン付きバレル、ロール、ラム、ヘリカルロータ、又は上記の少なくとも1つを有する組合せによって加えられる。
一態様では、熱伝導性の調合物は、塗布可能である、つまりグリース、ゲル及び相変化材料調合物として塗布することができる。別の態様では、組成物は、シート又はフィルムに予成形され、電子要素間に配置するために望ましい任意の形状に切断することができる。別態様では、組成物は、装置の熱発生又は熱散逸ユニットに予塗布し、B段階にして、保存することができる。そして、組み付けられたユニットを前記熱散逸又は熱発生ユニットに取り付け、完全に硬化させる。
この例では、BN粉体は、PT110(平均粒径45ミクロンの六方晶小板BN)として、オハイオ州StrongsvilleのMomentive Performance Materials Inc.より市販されている。BN粉体は、実験室規模のFlackTek高速ミキサ中で約3500rpmで、Sylgard 184シリコン樹脂及び硬化剤Sylgard 184と共に混合する。混合物は、3”×5”(3インチ×5インチ、7.62cm×12.7cm)の長方形の型に入れ、Hullプレス内で130℃で30分間プレスして、厚み約1mmのパッドを形成する。バルク熱伝導率は、Mathis(商標) Hot Disk Thermal Constant Analyzerによって測定した。
実施例Bでは、例Aのパッドを、直径1”(1インチ、2.54cm)の円形ディスクになるように切断し、積層し、層間にSylgard 184を少し塗布して、厚み1”(1インチ、2.54cm)の積層体を形成した。この1”積層体を、またプレスし、Hullプレス中で30分間硬化させた。プレス方向に沿って切断することによって、この積層体から片をスライスした。このようにして得られた、整列したBN小板を有するスライスされたパッドについてバルク熱伝導率を測定した。
Claims (12)
- ポリマーを含むベースマトリックスと、小板構造を有する窒化ホウ素(BN)充填材5〜90重量%とを含む熱界面材料であって、前記熱界面材料がx−y面及びz面を有し、当該z面が前記熱界面材料の厚さを通る方向に配向しており、前記窒化ホウ素(BN)粒子の小板構造が、前記熱界面材料に対して、前記熱界面材料のz面に平行に実質的に整列しており、前記熱界面材料が少なくとも1W/mKのバルク熱伝導率を有するようになっており、前記BN充填材の10〜40体積%が5〜25μmの平均粒径を示し、前記充填材の60〜90体積%が40〜80μmの平均粒径を示し、
前記熱界面材料が、
前記ベースマトリックスを押出してシートにし、前記シートを所望のサイズに切断し、前記シートを所望の高さに積層し、前記積層されたシートを硬化し、前記硬化されたシートを積層方向に対して垂直な方向に切断することによって製造されるか;
前記ベースマトリックスをプロファイル押出しして連続するシートとし、前記押出しされたシートを圧縮ロールしてロールにし、前記ロールを硬化して前記ロール方向に対して垂直な方向にスライスして複数のパッドとすることによって製造されるか;または
前記ベースマトリックスに剪断力を加えることによって製造され、剪断力を加えることが、前記ベースマトリックスを押出ししてc軸を有する円筒形状のロールとし、前記押出しされたロールをBN小板が熱界面材料中で整列するように円筒のc軸に対して垂直な方向にスライスすることによって行われる、
熱界面材料。 - フィルム、パッド、シート、感圧接着剤、ホットメルト接着剤、低表面エネルギー接着剤、エポキシ、熱結合フィルム、相変化材料及びグリースの形態である、請求項1に記載の熱界面材料。
- 前記窒化ホウ素充填材が、前記熱界材料の全重量に対して20〜60重量%の量で存在し、前記熱界面材料が、少なくとも1W/mKのバルク熱伝導率を有する、請求項1に記載の熱界面材料。
- 前記BN充填材が、1:5〜1:300の平均の縦横比を有する、請求項1に記載の熱界面材料。
- 前記BN充填材が、1:10〜1:100の平均の縦横比を有する、請求項1に記載の熱界面材料。
- 前記ポリマーマトリックスが、α−オレフィンベースのポリマー、エチレン/α−オレフィンコポリマー、エチレン/α−オレフィン/非共役ポリエンランダムコポリマー、ポリオールエステル、及びオルガノシロキサンからなる群から選択されるポリマー組成物を含む、請求項1に記載の熱界面材料。
- 熱界面材料であって、x−y面及びz面を有し、当該z面が当該熱界面材料の厚さを通る方向に配向する熱界面材料の製造方法であって、
少なくとも、ポリマーを含むベースマトリックスと、小板構造を有する窒化ホウ素充填材5〜90重量%とを混合し、
前記窒化ホウ素充填材の小板構造を、前記熱界面材料に対して、前記熱界面材料のz面に平行に整列させ、前記熱界面材料のバルク熱伝導率が、少なくとも1W/mKとなるようにすることを含む方法であって、
前記窒化ホウ素を前記熱界面材料のz方向に平行な方向に整列させることが、
前記マトリックス及び前記窒化ホウ素の混合物を押出してシートにし、
前記シートを所望のサイズに切断し、
前記シートを所望の高さに積層し、
前記積層されたシートを、シートが硬化するのに十分な温度及び圧力で且つ十分な時間にわたりプレスし、
前記硬化されたシートを、積層方向に対して垂直な方向に切断することを含む、方法。 - 少なくとも、前記ポリマーを含むベースマトリックスと、前記窒化ホウ素充填材5〜90重量%とを混合することが、単独スクリュー、複式スクリュー、噛合共回転スクリュー、噛合対向回転スクリュー、非噛合共回転スクリュー、非噛合対向回転スクリュー、往復運動スクリュー、ピン付きスクリュー、ピン付きバレル、ロール、ラム、ヘリカルロータ、又はこれらの組合せの少なくとも1つを使用することを含む、請求項7に記載の方法。
- プロファイル押出しして厚み0.1〜5mmのシートにすることをさらに含む、請求項7に記載の方法。
- 前記プレス及び硬化を、少なくとも100℃の温度で少なくとも10分間行う、請求項7に記載の方法。
- 熱界面材料であって、x−y面及びz面を有し、当該z面が当該熱界面材料の厚さを通る方向に配向する熱界面材料の製造方法であって、
少なくとも、ポリマーを含むベースマトリックスと、小板構造を有する窒化ホウ素充填材5〜90重量%とを混合し、
前記窒化ホウ素充填材の小板構造を、前記熱界面材料に対して、前記熱界面材料のz面に平行に整列させ、前記熱界面材料のバルク熱伝導率が、少なくとも1W/mKとなるようにすることを含む方法であって、
前記窒化ホウ素を前記熱界面材料のz方向に平行な方向に整列させることが、
前記混合された混合物をプロファイル押出しして、連続するシートとし、
前記押出されたシートを圧縮ロールしてロールにし、
前記ロールを硬化し、前記ロール方向に対して垂直な方向にスライスして複数のパッドとすることを含む、方法。 - 熱界面材料であって、x−y面及びz面を有し、当該z面が当該熱界面材料の厚さを通る方向に配向する熱界面材料の製造方法であって、
少なくとも、ポリマーを含むベースマトリックスと、小板構造を有する窒化ホウ素(BN)充填材5〜90重量%とを混合し、
前記窒化ホウ素充填材の小板構造を、前記熱界面材料に対して、前記熱界面材料のz面に平行に整列させ、前記熱界面材料のバルク熱伝導率が、少なくとも1W/mKとなるようにすることを含む方法であって、
少なくとも、ポリマーを含むベースマトリックスと、窒化ホウ素(BN)充填材5〜90重量%とを混合することが、混合された材料に剪断力を加えることを含み、それが、前記混合された材料を押し出して、c軸を有する円筒形状のロールとし、押し出されたロールを、BN小板が熱界面材料中で整列するように、円筒のc軸に対して垂直な方向にスライスすることによって行う、方法。
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