TW202029430A - 導熱性片 - Google Patents
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Abstract
本發明係一種導熱性片,該導熱性片具備:導熱層,其包含高分子基質及各向異性材料,上述各向異性材料配向於厚度方向,且上述各向異性材料露出於表面;及熱軟化層,其設置於上述導熱層之至少一表面;且上述熱軟化層被覆露出於導熱層之表面之各向異性材料。根據本發明,可提供一種能夠防止各向異性材料脫落之導熱性片。
Description
本發明係關於一種導熱性片,例如關於一種配置於發熱體與散熱體之間而使用之導熱性片。
於電腦、汽車零件、行動電話等電子機器中,為了釋放自半導體元件或機械零件等發熱體產生之熱,通常使用散熱器等散熱體。眾所周知,為提高向散熱體之熱之傳熱效率,於發熱體與散熱體之間配置有導熱性片。
導熱性片通常在配置於電子機器內部時壓縮使用,要求較高之柔軟性。因此,於橡膠或凝膠等柔軟性高之高分子基質中摻合具有導熱性之填充材而構成。眾所周知,導熱性片為了提高厚度方向之導熱性,使碳纖維等導熱性各向異性材料配向於厚度方向(例如,參照專利文獻1、2)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1:日本特開2018-056315號公報
專利文獻2:日本特開2018-014534號公報
[發明所欲解決之課題]
如上所述,藉由將導熱性各向異性材料配向於厚度方向,可提高導熱性片之導熱性。此種各向異性材料根據製造方法而不同,存在露出於導熱性片之表面之情形。露出之各向異性材料較多之導熱性片雖導熱性良好,但於使用時,存在產生各向異性材料之脫落,而使電子機器等產生故障之情形。
本發明係鑒於以上問題點而完成者,其課題在於提供一種就於各向異性材料配向於厚度方向之導熱性片而言,可抑制各向異性材料脫落之導熱性片。
[解決課題之技術手段]
本發明者經過認真研究,結果發現藉由使具有導熱性之各向異性材料配向於厚度方向,且在露出於表面之導熱層之至少一表面設置熱軟化層,可解決上述課題,從而完成本發明。本發明提供以下[1]~[13]。
[1]一種導熱性片,其具備:導熱層,其包含高分子基質及各向異性材料,上述各向異性材料配向於厚度方向,且上述各向異性材料露出於表面;及熱軟化層,其設置於上述導熱層之至少一表面;且上述熱軟化層被覆露出於導熱層之表面之各向異性材料。
[2]如[1]所述之導熱性片,其中,上述各向異性材料含有纖維材料及扁平材料之至少一者。
[3]如[1]或[2]所述之導熱性片,其中,上述各向異性材料含有纖維材料,該纖維材料之平均纖維長為5~600 μm。
[4]如[2]或[3]所述之導熱性片,其中,上述纖維材料為碳纖維。
[5]如[1]或[2]所述之導熱性片,其中,上述各向異性材料含有扁平材料,該扁平材料之平均長軸長為5~300 μm。
[6]如[2]或[5]所述之導熱性片,其中,上述扁平材料為鱗片狀石墨。
[7]如[1]至[6]中任一項所述之導熱性片,其中,上述熱軟化層設置於上述導熱層之兩個表面。
[8]如[1]至[7]中任一項所述之導熱性片,其中,上述熱軟化層亦設置於上述導熱層之端面。
[9]如[1]至[8]中任一項所述之導熱性片,其與不具有上述熱軟化層之導熱性片相比較,熱阻值之上升率為10%以下。
[10]如[1]至[9]中任一項所述之導熱性片,其中,上述熱軟化層由非矽酮系材料構成。
[11]如[1]至[10]中任一項所述之導熱性片,其中,上述熱軟化層含有熔點為35~120℃之蠟狀物質。
[12]如[1]至[11]任一項所述之導熱性片,其中,上述蠟狀物質為選自由石蠟系蠟、酯系蠟、聚烯烴系蠟所組成之群中之至少一種。
[13]如[1]至[12]中任一項所述之導熱性片,其中,上述熱軟化層含有非各向異性材料。
[發明之效果]
根據本發明,可提供一種能夠抑制具有導熱性之各向異性材料脫落之導熱性片。
以下,詳細地對本發明實施形態之導熱性片進行說明。
[第1實施形態]
圖1表示第1實施形態之導熱性片。第1實施形態之導熱性片10具備:導熱層16;及熱軟化層17,其設置於導熱層16之表面16A、16B。導熱層16包含高分子基質12、及作為填充材之各向異性材料13,且各向異性材料13配置於厚度方向。於導熱層16之各表面16A、16B存在露出之各向異性材料13。又,露出之各向異性材料13之一部分以傾倒之方式配置。由於各向異性材料13具有導熱性,故導熱層之厚度方向之導熱性優異。
於本實施形態中,導熱層16進而含有非各向異性材料14作為與各向異性材料13不同之填充材。導熱性片10藉由含有非各向異性材料14,使導熱性更良好。
於將導熱層16單獨插入散熱體及發熱體等接觸對象物之間使用之情形時,露出於表面之各向異性材料13容易與接觸對象物接觸,以及各向異性材料13配向於厚度方向,藉此,導熱層16之厚度方向之導熱率變高,散熱性優異。然而,露出於表面之各向異性材料13通過與接觸對象物之接觸等後脫落並附著於接觸對象物之表面等,從而對電子機器之性能造成不良影響。尤其,如圖1所示,於以傾倒之方式配置之各向異性材料13X、13Y等較多時,導熱層16之導熱性雖變良好,但各向異性材料容易脫落。
於第1實施形態中,為了防止露出於表面之各向異性材料13之脫落,於導熱層16之表面設置熱軟化層17。熱軟化層17被覆露出於導熱層16之表面之各向異性材料13,故可抑制各向異性材料13自導熱層16之表面脫落。
再者,若為於導熱層16之至少一表面具備熱軟化層17之態樣,則可抑制各向異性材料13之脫落,若如第1實施形態,為於導熱層16之兩個表面具備熱軟化層17之態樣,則能夠更有效地抑制各向異性材料13之脫落。
熱軟化層17係指具有加熱則軟化之性質之層,於常溫(25℃)為固體狀。露出於表面之各向異性材料13由熱軟化層17被覆,但存在於熱軟化層17與導熱層16之界面局部地產生空隙15之情形。但,熱軟化層17相對較好地追隨導熱層16之表面之形狀而積層,故例如與設置鋁箔等金屬層代替熱軟化層之情形等相比較,空隙15之體積明顯減少。因此,藉由使用熱軟化層17,相較於使用其他材料之情形,可有效地防止各向異性材料13之脫落,且導熱性亦良好。
於將具有熱軟化層17之導熱性片10配置於發熱體及散熱體之間之情形時,存在於發熱體及散熱體與熱軟化層17之間產生間隙之情形。即便於此種情形時,由於發熱體產生之熱,熱軟化層17軟化或流動化,藉由使間隙減小或不存在,散熱性提高。進而,藉由使熱軟化層17軟化或流動化,上述熱軟化層17與導熱層16之界面之空隙15容易被熱軟化層嵌埋。因此,可有效防止各向異性材料13之脫落,且導熱性亦良好。
熱軟化層17較佳為含有未圖示之填充材。作為填充材,較佳為具有較高之導熱性之金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氫氧化物、碳材料、除金屬以外之氧化物、氮化物、碳化物等之粉末,藉由含有此種填充材,熱軟化層17之導熱率提高,導熱性片10整體之導熱率良好。
<導熱層>
(高分子基質)
導熱層中使用之高分子基質12為彈性體或橡膠等高分子化合物,較佳為可使用使由如主劑與硬化劑之混合系所構成之液狀高分子組成物(硬化性高分子組成物)硬化而形成者。硬化性高分子組成物例如可由未交聯橡膠與交聯劑構成,亦可包含單體、預聚物等與硬化劑等。又,上述硬化反應可為常溫硬化,亦可為熱硬化。
由硬化性高分子組成物形成之高分子基質例示有矽酮橡膠。於矽酮橡膠之情形時,作為高分子基質(硬化性高分子組成物),較佳為使用加成反應硬化型矽酮。又,更具體而言,作為硬化性高分子組成物,使用包含含烯基之有機聚矽氧烷及氫化有機聚矽氧烷者即可。
作為橡膠,除上述以外,亦可使用各種合成橡膠,具體例中例如可列舉:丙烯酸橡膠、腈橡膠、異戊二烯橡膠、聚胺酯橡膠、乙烯丙烯橡膠、苯乙烯丁二烯橡膠、丁二烯橡膠、氟橡膠、丁基橡膠等。於使用該等橡膠之情形時,合成橡膠於導熱性片中可交聯,亦可保持未交聯(即,未硬化)。未交聯之橡膠主要用於流動配向。
又,於交聯(即,硬化)之情形時,如以上所說明,高分子基質設為使由該等合成橡膠構成之未交聯橡膠、及交聯劑所構成之硬化性高分子組成物硬化者即可。
又,作為彈性體,亦可使用聚酯系熱塑性彈性體、聚胺酯系熱塑性彈性體等熱塑性彈性體、或使由主劑與硬化劑所構成之混合系之液狀高分子組成物硬化而形成之熱硬化型彈性體。例如,可例示使包含具有羥基之高分子及異氰酸酯之高分子組成物硬化而形成之聚胺酯系彈性體。
於上述中,就例如硬化後之高分子基質特別柔軟,上述各向異性材料13、非各向異性材料14等之填充性良好之方面而言,較佳為使用矽酮橡膠、特別是加成反應硬化型矽酮。
又,用以形成高分子基質之高分子組成物可由高分子化合物單質構成,亦可由高分子化合物及塑化劑構成。塑化劑適用於使用合成橡膠之情形,藉由包含塑化劑,可提高未交聯時之高分子基質之柔軟性。
塑化劑使用與高分子化合物具有相容性者,具體而言,較佳為酯系塑化劑或矽酮油。作為酯系塑化劑之具體例,例如可列舉:鄰苯二甲酸酯、己二酸酯、偏苯三甲酸酯、磷酸酯、癸二酸酯、壬二酸酯、順丁烯二酸酯、苯甲酸酯等。作為矽酮油,可列舉聚二甲基矽氧烷。
塑化劑相對於高分子化合物之含量較佳為塑化劑/高分子化合物以質量比計為5/95~60/40,更佳為10/90~55/45。藉由將塑化劑/高分子化合物之質量比設為60/40以下,利用高分子化合物,容易保持填充材。又,藉由設為5/95以上,高分子基質之柔軟性充分。塑化劑適合用於藉由下述流動配向使各向異性材料配向之情形。
高分子基質之含量若以體積基準之填充率(體積填充率)表示,較佳為相對於導熱層總量而言為20~50體積%,更佳為25~45體積%。
(添加劑)
於導熱層中,亦可於不損及作為導熱層之功能之範圍內,進而於高分子基質12中摻合各種添加劑。作為添加劑,例如可列舉選自分散劑、偶合劑、黏著劑、阻燃劑、抗氧化劑、著色劑、沈澱防止劑等中之至少1種以上。又,如上所述,於使硬化性高分子組成物交聯、硬化等之情形時,亦可摻合用於促進交聯、硬化之交聯促進劑、硬化促進劑等作為添加劑。
(各向異性材料)
高分子基質12中摻合之各向異性材料13為可配向之導熱性填充材。各向異性材料之縱橫比較高,具體而言,縱橫比超過2,縱橫比較佳為5以上。藉由使縱橫比大於2,容易使各向異性材料13配向於厚度方向,容易提高導熱性片之導熱性。又,縱橫比之上限無特別限定,就實用性而言為100。再者,縱橫比係指於各向異性材料13為下述纖維材料之情形時之纖維長/纖維之直徑,且係指於各向異性材料13為下述扁平材料之情形時之長軸之長度/短軸之長度。
導熱層中之各向異性材料13之含量若以體積基準之填充率(體積填充率)表示,較佳為相對於導熱層總量而言為5~35體積%,更佳為8~30體積%。
藉由將各向異性材料13之含量設為5體積%以上,容易提高導熱性,藉由設為35體積%以下,下述混合組成物之黏度容易變得適當,各向異性材料13之配向性良好。
於各向異性材料13為纖維材料時,其平均纖維長較佳為5~600 μm,更佳為10~200 μm,進而較佳為70~180 μm。若將平均纖維長設為5 μm以上,則於導熱層內部,各向異性材料13彼此適當接觸,確保熱之傳輸路徑。另一方面,若將平均纖維長設為600 μm以下,則各向異性材料13之體積變低,而可高填充於高分子基質中。
又,於各向異性材料13為扁平材料時,其平均長軸長較佳為5~300 μm,更佳為10~200 μm,進而較佳為40~135 μm。
若將平均長軸長設為5 μm以上,則於導熱層內部,各向異性材料13彼此適當接觸,確保熱之傳輸路徑。另一方面,若將平均長軸長設為300 μm以下,則各向異性材料13之體積變低,而可高填充於高分子基質中。
再者,上述平均纖維長及纖維之直徑、平均長軸長及平均短軸長可藉由顯微鏡觀察各向異性材料13而算出。更具體而言,例如可使用電子顯微鏡或光學顯微鏡,測定任意之各向異性材料100個之纖維長,將其平均值(算術平均值)作為平均纖維長。又,關於纖維之直徑、平均長軸長、及平均短軸長,亦可以同樣之方式求出。
又,各向異性材料13之平均纖維長或平均長軸長較佳為較導熱層之厚度短。因較厚度短,故可防止各向異性材料13自導熱層16之表面16A、16B超出需要地突出,容易抑制各向異性材料13之脫落。
又,各向異性材料13無特別限定,沿長軸方向之導熱率通常為60 W/m・K以上,較佳為400 W/m・K以上。關於各向異性材料13之導熱率,其上限無特別限定,例如為2000 W/m・K以下。導熱率之測定方法為雷射閃光法。
各向異性材料13可單獨使用1種,亦可併用2種以上。例如,亦可使用至少具有2個互不相同之平均纖維長或平均長軸長之各向異性材料13作為各向異性材料13。認為若使用尺寸不同之各向異性材料,則較小之各向異性材料會進入相對較大之各向異性材料之間,藉此,可將各向異性材料高密度地填充於高分子基質中,並且提高熱之傳導效率。
各向異性材料13使用具有導熱性之公知之材料即可,但較佳為如下所述以能夠磁場配向之方式具備反磁性。
作為各向異性材料13,滿足上述縱橫比即可,但較佳為包含纖維材料及扁平材料之至少一者。
又,各向異性材料13亦可包含除纖維材料、扁平材料以外者,但較佳為僅由纖維材料及扁平材料中之任一者構成,或僅由纖維材料及扁平材料之兩者構成。
作為各向異性材料13之具體例,可列舉:由鐵、銅、銀、鋁、不鏽鋼等所構成之金屬纖維、碳纖維等纖維材料、或鱗片狀石墨或氮化硼等扁平材料。於上述纖維材料之中,由於比重小,且於高分子基質12中之分散性良好,故較佳為碳纖維,碳纖維中較佳為石墨化碳纖維。又,於上述扁平材料之中,較佳為鱗片狀石墨。
石墨化碳纖維及鱗片狀石墨由於導熱率較高,故藉由使石墨面於規定方向上對齊而具備反磁性。
用作各向異性材料13之碳纖維如上所述較佳為石墨化碳纖維。
石墨化碳纖維之石墨之結晶面於纖維軸方向相連,於該纖維軸方向具備較高之導熱率。因此,藉由使其纖維軸方向與規定方向一致,可提高特定方向之導熱率。石墨化碳纖維較佳為具有較高之石墨化度。
作為石墨化碳纖維,可使用使以下原料石墨化而成者。例如可列舉:萘等縮合多環烴化合物、PAN(聚丙烯腈)、瀝青等縮合雜環化合物等,尤其較佳為使用石墨化度較高之石墨化中間相瀝青或聚醯亞胺、聚苯并唑。例如藉由使用中間相瀝青,於下述紡絲步驟中,瀝青藉由其各向異性配向於纖維軸方向,可獲得向其纖維軸方向具有優異之導熱性之石墨化碳纖維。
石墨化碳纖維中之中間相瀝青之使用態樣只要能夠紡絲,則無特別限定,可單獨使用中間相瀝青,亦可與其他原料組合使用。但,就高導熱化、紡絲性及品質之穩定性之方面而言,最佳為單獨使用中間相瀝青,即中間相瀝青含量100%之石墨化碳纖維。
石墨化碳纖維可使用依次進行紡絲、不融化及碳化之各處理,粉碎或切斷成規定之粒徑後石墨化而成者,或於碳化後進行粉碎或切斷後石墨化而成者。於石墨化前進行粉碎或切斷之情形時,於因粉碎而新露出於表面之表面上進行石墨化處理時,縮聚合反應、環化反應容易進行,因此可提高石墨化度,獲得進一步提高導熱性之石墨化碳纖維。另一方面,於使紡絲之碳纖維石墨化後進行粉碎之情形時,由於石墨化後之碳纖維堅硬,故容易粉碎,可藉由短時間之粉碎獲得纖維長分佈相對較窄之碳纖維粉末。
石墨化碳纖維之平均纖維長如上所述,較佳為5~600 μm,更佳為10~200 μm,進而較佳為70~180 μm。又,石墨化碳纖維之縱橫比如上所述超過2,較佳為5以上。石墨化碳纖維之導熱率無特別限定,但纖維軸方向之導熱率較佳為400 W/m・K以上,更佳為800 W/m・K以上。
作為用作各向異性材料13之扁平材料,較佳為鱗片狀石墨。鱗片狀石墨之石墨之結晶面於鱗片面內方向相連,於該面內方向具備較高之導熱率。因此,藉由使其鱗片面與規定之方向對齊,可提高特定方向之導熱率。鱗片狀石墨較佳為具有較高之石墨化度。
鱗片狀石墨除與上述石墨化碳纖維相同之原料以外,還可使用天然石墨。其中,例如較佳為使萘等縮合多環烴化合物或聚醯亞胺膜石墨化並粉碎而成者。
鱗片狀石墨之平均長軸長如上所述較佳為5~300 μm,更佳為10~200 μm,進而較佳為40~135 μm。又,鱗片狀石墨之縱橫比如上所述超過2,較佳為5以上。鱗片狀石墨之導熱率無特別限定,但鱗片面方向之導熱率較佳為400 W/m・K以上,更佳為800 W/m・K以上。
再者,鱗片狀石墨之長軸之長度表示鱗片面內中最長之方向之長度,鱗片狀石墨之短軸之長度表示石墨之厚度。
各向異性材料13如上所述配向於厚度方向,但不需要使長軸方向嚴格地與厚度方向平行,即便長軸方向相對於厚度方向稍許傾斜,亦配向於厚度方向。具體而言,長軸方向傾斜未達20°左右者亦作為配向於厚度方向之各向異性材料13,此種各向異性材料13於導熱層中只要大部分(例如,相對於全部碳纖維之數量超過60%,較佳為超過80%)配向於厚度方向。
再者,關於各向異性材料13之配向方向(角度)或配向之各向異性材料13之比率,可藉由用電子顯微鏡或光學顯微鏡觀察相對於導熱性片10之表面垂直之任意之截面,測定任意之各向異性材料100個之配向角度而估算。
(除各向異性材料以外之填充材)
導熱層亦可包含非各向異性材料14作為除上述各向異性材料以外之填充材。
非各向異性材料14係與各向異性材料13分開地包含於導熱性片中之導熱性填充材,且係與各向異性材料13一同對導熱性片10賦予導熱性之材料。藉由填充非各向異性材料14,於向導熱層硬化之前階段,黏度上升得以抑制,分散性良好。又,於各向異性材料13彼此間,例如於纖維長變大時,不容易提高各向異性材料彼此之接觸面積,但藉由用非各向異性材料14嵌埋其間,可形成傳熱路徑,獲得導熱率較高之導熱性片10。
非各向異性材料14係形狀上實質上不具有各向異性之填充材,其係即便於下述磁力線產生下或剪力作用下等,於各向異性材料13配向於規定之方向之環境下,亦不配向於其規定之方向之填充材。
關於非各向異性材料14,其縱橫比為2以下,較佳為1.5以下。於本實施形態中,藉由如此含有縱橫比較低之非各向異性材料14,於各向異性材料13之間隙適當地介置具有導熱性之填充材,獲得導熱率較高之導熱性片。又,藉由將縱橫比設為2以下,可防止下述混合組成物之黏度上升,而進行高填充。
非各向異性材料14之具體例例如可列舉:金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氫氧化物、碳材料、除金屬以外之氧化物、氮化物、碳化物等。又,非各向異性材料14之形狀可列舉球狀、不定形之粉末等。
於非各向異性材料14中,作為金屬,可例示鋁、銅、鎳等,作為金屬氧化物,可例示以氧化鋁為代表之氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅等,作為金屬氮化物,可例示氮化鋁等。作為金屬氫氧化物,可列舉氫氧化鋁。進而,作為碳材料,可列舉球狀石墨等。作為除金屬以外之氧化物、氮化物、碳化物,可列舉石英、氮化硼、碳化矽等。
非各向異性材料14於上述中,較佳為選自氧化鋁、鋁、氧化鋅、氮化硼、及氮化鋁,尤其就填充性及導熱率之觀點而言,較佳為氧化鋁。
非各向異性材料14可單獨使用1種上述者,亦可併用2種以上。
非各向異性材料14之平均粒徑較佳為0.1~50 μm,更佳為0.5~35 μm。又,尤佳為1~15 μm。藉由將平均粒徑設為50 μm以下,不容易產生擾亂各向異性材料13之配向等異常。又,藉由將平均粒徑設為0.1 μm以上,非各向異性填充材14之比表面積不會大於所需,即便多量摻合,混合組成物之黏度亦不易上升,容易高填充非各向異性填充材14。
非各向異性材料14例如亦可使用至少具有2個互不相同之平均粒徑之非各向異性填充材14作為非各向異性填充材14。
再者,非各向異性材料14之平均粒徑可藉由電子顯微鏡等觀察進行測定。更具體而言,例如可使用電子顯微鏡或光學顯微鏡測定任意之填充材50個之粒徑,將其平均值(算術平均值)作為平均粒徑。
非各向異性材料14之含量較佳為相對於高分子基質100質量份而言為200~800質量份之範圍,更佳為300~700質量份之範圍。
非各向異性材料14之含量若以體積基準之填充率(體積填充率)表示,較佳為相對於導熱層總量而言為30~60體積%,更佳為40~55體積%。
非各向異性材料14藉由設為30體積%以上,介置於各向異性材料13彼此之間隙中之非各向異性材料14之量充分,導熱性良好。另一方面,藉由設為60體積%以下,可獲得提高與含量對應之導熱性之效果,且,亦不會被非各向異性填充材14妨礙各向異性材料13之導熱。進而,藉由設為40~55體積%之範圍內,導熱性片之導熱性優異,混合組成物之黏度亦適宜。
各向異性材料13之體積填充率相對於非各向異性材料14之體積填充率之比較佳為2~5,更佳為2~3。藉由使體積填充率之比率之範圍處於上述範圍內,非各向異性填充材14能適當地填充於各向異性材料13之間,可形成有效率之傳熱路徑,因此可提高導熱性片之導熱性。
導熱層之厚度根據供搭載導熱性片之電子機器之形狀及用途適當調整亦可,故無特別限定,例如設為0.1~5 mm之範圍即可。
導熱層之厚度可藉由利用掃描式電子顯微鏡或光學顯微鏡觀察導熱性片之截面而求出。
<熱軟化層>
熱軟化層於常溫(25℃)為固體,係具有例如施加35~120℃左右之熱則軟化之性質之層。
熱軟化層之組成無特別限定,但較佳為由非矽酮系材料構成。此處,非矽酮系係指實質上不含有具有矽氧烷鍵之化合物,實質上不含有係指非有意摻合具有矽氧烷鍵之化合物。
因熱軟化層由非矽酮系材料構成,故可防止因低分子矽氧烷之產生導致之接點不良。
熱軟化層較佳為含有熔點為35~120℃之蠟狀物質。藉此,容易抑制露出於導熱層之表面之各向異性材料之脫落。由於熔點為35℃以上,故可防止熱軟化層於常溫過度柔軟,而導致操作性惡化,由於熔點為120℃以下,故於適當之溫度熱軟化層會軟化或流動化,通用性提高。
蠟狀物質之熔點較佳為35~80℃,更佳為40~60℃。
蠟狀物質較佳為自熔化開始至熔化結束之溫度範圍較窄。其原因在於該溫度範圍較窄會迅速進行相變而與接觸對象物密接。作為該溫度範圍較窄之材料,可列舉分子量分佈較窄之物質、或具有結晶性之物質。於蠟狀物質中,熔化結束之溫度與熔化開始之溫度之差(熔化結束之溫度-熔化開始之溫度)較佳為15℃以下,更佳為10℃以下,進而較佳為8℃以下。
再者,於本說明書中,熔點係指藉由示差掃描熱量分析(DSC)測得之DSC曲線之吸熱峰值的溫度。又,自熔化開始至熔化結束之溫度範圍係指DSC曲線之基線與自基線向吸熱峰值之反曲點處之切線的交點之溫度、及與自吸熱峰值向基線之反曲點處之切線的交點之溫度之範圍。
上述蠟狀物質較佳為非矽酮系,較佳為選自由石蠟系蠟、酯系蠟、聚烯烴系蠟所組成之群中之至少一種蠟狀物質。此種蠟狀物質之自熔化開始至熔化結束之溫度範圍相對較窄,且具有加熱時之流動性較高之傾向,因此藉由使用含有該蠟狀物質之熱軟化層,可有效地抑制各向異性材料13之脫落。上述蠟狀物質中,較佳為石蠟系蠟。
於熱軟化層含有蠟狀物質之情形時,熱軟化層可全部為蠟狀物質,但較佳為與蠟狀物質及下述填充材併用。因此,熱軟化層中之蠟狀物質之體積填充率較佳為相對於熱軟化層總量而言為15~80體積%,更佳為20~60體積%,進而較佳為30~50體積%。
熱軟化層較佳為含有填充材。藉由含有填充材,熱軟化層之導熱率提高,導熱性片整體之導熱率提高。
作為填充材,無特別限定,但較佳為不易自熱軟化層脫落者,具體而言,可使用上述非各向異性材料14。作為熱軟化層中摻合之填充材,可使用與上述非各向異性材料14為同種者,亦可使用不同者,但較佳為使用同種者。
熱軟化層中摻合之填充材較佳為選自氧化鋁、鋁、氧化鋅、氮化硼、及氮化鋁,尤其就填充性及導熱率之觀點而言,較佳為氧化鋁。
熱軟化層中摻合之填充材之平均粒徑較佳為0.1~50 μm,更佳為0.5~35 μm,尤佳為1~15 μm。
熱軟化層中之填充材之體積填充率較佳為相對於熱軟化層總量而言為20~85體積%,更佳為40~80體積%。若為此種範圍,則可不妨礙熱軟化層之加熱時之軟化容易性而提高導熱性。又,容易將下述導熱性片之熱阻值之上升率調整為所需之範圍。
就防止各向異性材料13之脫落之觀點而言,熱軟化層以較厚者為佳,但就一面使導熱性片之導熱性良好,一面抑制各向異性材料13之脫落之觀點而言,較佳為5~45 μm,更佳為10~40 μm,進而較佳為10~30 μm。若熱軟化層之厚度為5 μm以上,則容易防止各向異性材料之脫落,若為45 μm以下,則容易將導熱性片之導熱率維持得較高,容易將下述導熱性片之熱阻值及熱阻值之上升率調整為所需之範圍。
於將熱軟化層設置於導熱層之兩面之情形時,較佳為至少使設置於單面之熱軟化層之厚度處於上述範圍,更佳為分別使設置於兩面之各熱軟化層之厚度處於上述範圍。
就使導熱性片之導熱性良好之觀點而言,熱軟化層之厚度較佳為較導熱層之厚度薄,且較佳為導熱層之厚度之0.1倍以下,進而較佳為0.02倍以下,並且,較佳為0.005倍以上。
熱軟化層之厚度意指藉由掃描式電子顯微鏡觀察導熱性片10之截面,對熱軟化層之部分等間隔測定10點之厚度,並將該值平均而得之平均厚度。又,上述熱軟化層之厚度可為剛製造後之厚度,亦可為將安裝於發熱體與散熱體之間者卸除後之厚度。
熱軟化層亦可於不損及其功能之範圍內含有除上述蠟狀物質及填充材以外之其他成分,作為其他成分,例如可列舉:界面活性劑、補強材料、著色劑、耐熱提高劑、偶合劑、阻燃劑、劣化防止劑等。
<導熱性片>
本發明之導熱性片之壓縮10%時之熱阻值較佳為0.15℃in2
/W以下,更佳為0.10℃in2
/W以下。藉由將熱阻值設為如上所述,可提高導熱性片之導熱性。
又,導熱性片之壓縮10%時之熱阻值越低越好,但就實用方面而言,為0.01℃in2
/W以上。
再者,熱阻值可藉由實施例中記載之方法進行測定。
本發明之導熱性片之熱阻值較佳為於與不具有熱軟化層之導熱性片相比較之情形時之熱阻值之上升率為10%以下。
本熱阻值之上升率表示利用設置熱軟化層所得之熱阻值之上升率,藉由使其為10%以下,本發明之導熱性片可一面防止各向異性材料之脫落,一面將導熱性片之導熱性維持得較高。
熱阻值之上升率更佳為5%以下,較佳為3%以下。
熱阻值之上升率亦可為負值(例如-5%以下等)。
於熱阻值之上升率為負值之情形時,意指藉由設置熱軟化層,熱阻值減小。例如,於導熱層之表面未經研磨之狀態下,或經研磨但研磨之程度較弱之情形時,表面之凹凸較大,藉由將適當之厚度之熱軟化層設置於導熱層之表面,凹凸減小,熱阻值變低。
熱阻值之上升率越低越好,但就實用方面而言為-50%以上。
再者,熱阻值之上升率於將導熱性片之熱阻值設為A,將不具有熱軟化層之導熱性片之熱阻值設為B時,可藉由100×(A-B)/B之式求出。
具體而言,上述熱阻值之上升率例如可藉由測定具備熱軟化層之導熱性片之熱阻值A,並測定自該導熱性片去除熱軟化層後之導熱性片之熱阻值B而求出。此處,作為去除熱軟化層之方法,可採用藉由溶解熱軟化層、不溶解導熱性片之溶劑溶解熱軟化層而去除之方法,或加熱至規定溫度,使熱軟化層處於熔融之狀態,而拭除熱軟化層之方法等。
導熱性片之壓縮40%時之荷重較佳為50 N以下,較佳為30 N以下。藉由以此方式調整壓縮時之荷重,使用導熱性片時之對接觸對象物之負載降低,接觸對象物之破損得以抑制。
導熱性片之壓縮40%時之荷重可藉由測定壓縮至導熱性片之厚度成為壓縮前之60%之狀態之壓縮荷重而求出。由於導熱性片之壓縮40%時之荷重主要受導熱層之組成、厚度等影響,故藉由調整該等,可調整為所需之範圍。
<導熱性片之製造方法>
本實施形態之導熱性片無特別限定,例如,可藉由具備以下之步驟(A)、(B)及(C)之方法製造。
步驟(A):獲得於導熱層中沿著成為厚度方向之一方向配向有各向異性材料之配向成形體之步驟
步驟(B):將配向成形體切斷成片狀,獲得導熱層之步驟
步驟(C):於導熱層之表面形成熱軟化層之步驟
以下,更詳細地對各步驟進行說明。
[步驟(A)]
於步驟(A)中,由包含各向異性材料13、非各向異性材料14、及成為高分子基質之原料之高分子組成物的混合組成物成形為配向成形體。混合組成物較佳為經硬化而形成配向成形體。更具體而言,配向成形體可藉由磁場配向製法、流動配向製法而獲得,該等中,較佳為磁場配向製法。
(磁場配向製法)
於磁場配向製法中,將包含硬化後會成為高分子基質之液狀高分子組成物與各向異性材料13及非各向異性材料14之混合組成物注入模具等之內部後放置於磁場內,使各向異性材料13沿著磁場配向後,使高分子組成物硬化,藉此,獲得配向成形體。配向成形體較佳為塊狀。
又,於模具內部,亦可於與混合組成物接觸之部分配置剝離膜。剝離膜可使用例如剝離性較好之樹脂膜、或用剝離劑等對單面進行剝離處理而得之樹脂膜。藉由使用剝離膜,配向成形體容易自模具脫模。
為了進行磁場配向,磁場配向製法中使用之混合組成物之黏度較佳為10~300 Pa・s。藉由設為10 Pa・s以上,各向異性材料13及非各向異性材料14不易沈澱。又,藉由設為300 Pa・s以下,流動性良好,各向異性材料13適當地配向於磁場內,亦不會產生配向所耗費時間過多之異常。再者,黏度係指使用旋轉黏度計(布氏黏度計DV-E、主軸SC4-14),於25℃以轉速10 rpm測得之黏度。
但,於使用不易沈澱之各向異性材料13及非各向異性材料14,或組合沈澱防止劑等添加劑之情形時,混合組成物之黏度亦可設為未達10 Pa・s。
於磁場配向製法中,作為用以施加磁力線之磁力線產生源,可列舉超電導磁鐵、永久磁鐵、電磁鐵等,但就能夠產生較高之磁通密度之磁場之方面而言,較佳為超電導磁鐵。自該等磁力線產生源產生之磁場之磁通密度較佳為1~30特士拉 (tesla)。若將磁通密度設為1特士拉以上,可容易使由碳材料等所構成之上述各向異性材料13配向。又,藉由設為30特士拉以下,可實用性地製造。
高分子組成物之硬化可藉由加熱進行,例如可於50~150℃左右之溫度進行。又,加熱時間例如為10分鐘~3小時左右。
(流動配向製法)
於流動配向製法中,可對混合組成物施加剪力,製造於面方向配向有各向異性材料之預備片材,將多片預備片材積層而製造積層塊,將該積層塊作為配向成形體。
更具體而言,於流動配向製法中,首先,於高分子組成物中混入各向異性材料13與非各向異性材料14,視需要混入各種添加劑進行攪拌,製備成混入之固形物均質地分散之混合組成物。此處,高分子組成物中使用之高分子化合物可為於常溫(23℃)包含液狀高分子化合物者,亦可為於常溫下包含固體狀高分子化合物者。又,高分子組成物亦可含有塑化劑。
混合組成物具有相對較高之黏度以於延伸成片狀時施加剪力,混合組成物之黏度具體而言較佳為3~50 Pa・s。混合組成物為了獲得上述黏度,較佳為摻合溶劑。
繼而,對混合組成物賦予剪力,並且使其平坦延伸而成形為片狀(預備片材)。藉由施加剪力,可使各向異性材料13配向於剪斷方向。作為片材之成形手段,例如可藉由棒式塗佈機或刮刀等塗佈用敷料器,或者擠出成形或自噴嘴噴出等,於基材膜上塗佈混合組成物,其後,可視需要進行乾燥,或使混合組成物半硬化。預備片材之厚度較佳為設為50~250 μm左右。於預備片材中,各向異性材料配向於沿著片材之面方向之一方向。具體而言,於各向異性材料為纖維材料時,以纖維軸方向與塗佈方向一致之方式配向,於各向異性材料為扁平材料時,以長軸與塗佈方向一致,短軸與片材面之法線方向一致之方式配向。
繼而,以使配向方向相同之方式將多片預備片材重疊積層後,一面藉由加熱、紫外線照射等,視需要使混合組成物硬化,一面藉由利用熱壓等使預備片材相互接著而形成積層塊,將該積層塊作為配向成形體。
[步驟(B)]
於步驟(B)中,藉由切片等將步驟(A)中獲得之配向成形體相對於各向異性材料13配向之方向垂直地切斷,獲得導熱層。切片例如可藉由剪切刀等進行。導熱層藉由切片等之切斷,於作為切斷面之各表面,各向異性材料13之前端自高分子基質露出。又,露出之各向異性材料13之至少一部分自各表面突出。露出之各向異性材料幾乎不傾倒地配向於厚度方向。
於步驟(B)之後,可對導熱層之各向異性材料露出之表面進行研磨。藉由研磨導熱層之表面,露出之各向異性材料13之一部分傾倒。藉此,導熱層之厚度方向之導熱率提高。傾倒之各向異性材料13容易脫落,但由於使用熱軟化層,故可抑制傾倒之各向異性材料13之脫落。傾倒之各向異性材料13之量例如可根據研磨之強度、研磨次數等調節。
[步驟(C)]於導熱層之表面形成熱軟化層之步驟
步驟(C)係於導熱層之表面形成熱軟化層之步驟。形成熱軟化層之手段無特別限定,例如可於混合蠟狀物質、填充材等成為熱軟化層之原料的各成分後,成形為片狀,形成熱軟化片材,將該熱軟化片材壓接於導熱層之表面,於導熱層之表面形成熱軟化層,但較佳為如以下之方法。
於作為熱軟化層之原料之蠟狀物質、於填充材等各成分添加溶劑,製備糊狀組成物。將該糊狀組成物塗佈於上述導熱層之表面,使溶劑揮發,藉此,可於導熱層表面形成熱軟化層。
作為溶劑,無特別限定,考慮塗佈性、揮發性等,適當選擇即可,於使用石蠟系蠟或聚烯烴系蠟作為蠟狀物質之情形時,較佳為使用烴系溶劑、芳香族系溶劑、酮系溶劑、酯系溶劑等。
再者,於以上說明中,示出於導熱層之兩個表面16A、16B露出各向異性材料13之態樣。但於本發明中,亦可為於兩個表面16A、16B中之僅一者露出各向異性材料13,另一者設為各向異性材料13嵌埋於高分子基質12內部之表面。關於藉由上述磁場配向製法製造之配向成形體,其最外表面成為各向異性材料13之填充比率低於其他部分、典型的是不含有各向異性材料13之表層。因此,例如,藉由將配向成形體之最外表面設為導熱層之兩個表面16A、16B中之另一者,可將兩個表面16A、16B中之另一者設為各向異性材料13嵌埋於高分子基質12內部之表面。於僅在兩個表面16A、16B中之一者露出各向異性材料13,另一者設為各向異性材料13嵌埋於高分子基質12內部之表面之情形時,較佳為僅於各向異性材料13露出之表面形成熱軟化層。
[第2實施形態]
圖2表示第2實施形態之導熱性片。第2實施形態之導熱性片20除上述第1實施形態之導熱性片10之態樣以外,進而亦於導熱層16之端面設置有熱軟化層27。藉由此種態樣,容易抑制各向異性材料13自導熱層之端面脫落。尤其於壓縮導熱性片20而使用之情形時,由於各向異性材料容易自導熱層之端面脫落,故較佳為於端面設置熱軟化層。
於在導熱層之端面設置熱軟化層27之情形時,於至少一端面設置熱軟化層27即可,但就有效地抑制各向異性材料自端面脫落之觀點而言,較佳為如圖2所示,於整個外周端面設置熱軟化層27之態樣。
又,於熱軟化層27設置於導熱層16之端面之情形時,其厚度可設為與設置於導熱層16之表面之熱軟化層之厚度相同之程度,亦可設為較厚。又,於在導熱層之整個外周端面設置熱軟化層之情形時,外周之各部位之熱軟化層之厚度可為相同之程度,亦可不同。
為了獲得熱軟化層27亦設置於導熱層16之端面之導熱性片20,只要亦於導熱層之端面形成熱軟化層即可。於導熱層之端面形成熱軟化層之方法可採用以下方法。
於導熱層之厚度較薄之情形時,可於導熱層之表面形成熱軟化層的同時,亦利用溢出之熱軟化層覆蓋導熱層之端面。又,於導熱層較厚之情形時,可藉由與在導熱層之表面形成熱軟化層之方法相同之方法於導熱層之端面形成熱軟化層。
[第3實施形態]
繼而,利用圖3對本發明之第3實施形態之導熱性片進行說明。
於第1實施形態中,於導熱性片30中,除各向異性材料13以外,還含有非各向異性材料14,但本實施形態之導熱性片30如圖3所示,不含有非各向異性材料14。即,於第1實施形態之導熱性片中,亦可僅使用例如碳纖維作為填充材。
第3實施形態之導熱性片30之其他構成除不含有非各向異性材料14之點以外,與上述第1實施形態之導熱性片10相同,故省略其說明。
於本實施形態中,與第1實施形態同樣地,藉由將熱軟化層設置於導熱層之表面,可防止露出於導熱層之表面之各向異性材料之脫落。
[第4實施形態]
繼而,利用圖4對本發明之第4實施形態之導熱性片進行說明。
於第2實施形態中,於導熱性片20中,除各向異性材料13以外,含有非各向異性材料14,但本實施形態之導熱性片40如圖4所示,不含有非各向異性材料14。即,於第4實施形態之導熱性片中,亦可僅使用例如碳纖維作為填充材。
第4實施形態之導熱性片40之其他構成除不含有非各向異性材料14之點以外,與上述第2實施形態之導熱性片20相同,故省略其說明。
於本實施形態中,與第2實施形態同樣地,藉由將熱軟化層設置於導熱層之表面及端面,可防止露出於導熱層之表面之各向異性材料之脫落。
[導熱性片之使用]
本發明之導熱性片較佳為可配置於電子機器中之發熱體與散熱體之間而使用。作為發熱體,例如可列舉電子元件等,作為散熱體,例如可列舉散熱器 (heatsink)、熱管等。於將本發明之導熱片配置於發熱體與散熱體之間進行使用之情形時,利用熱而使熱軟化層軟化或流動化,導熱性片與發熱體及散熱體之密接性提高,且,各向異性材料之脫落得以抑制,可防止電子機器之故障之產生。
實施例
以下,藉由實施例進一步詳細地對本發明進行說明,但本發明並不受該等例任何限定。
於本實施例中,藉由以下方法對導熱性片之物性進行評估。
[壓縮40%時之荷重]
針對各試樣,藉由荷重測定器測得壓縮至其厚度成為初始厚度之60%之厚度時之壓縮荷重。
[壓縮10%時之熱阻值]
關於熱阻值,使用如圖5所示之熱阻測定機,藉由以下所示之方法進行測得。具體而言,針對各試樣,製作尺寸為30 mm×30 mm之試片S用於本試驗。繼而,將各試片S貼附於測定面為25.4 mm×25.4 mm且側面被隔熱材料21覆蓋之銅製塊22之上,用上方之銅製塊23夾住,藉由荷重元26施加荷重,使厚度成為原來厚度之90%。此處,下方之銅製塊22與加熱器24相接。又,上方之銅製塊23被隔熱材料21覆蓋,且連接於附風扇之散熱器25。繼而,使加熱器24以發熱量25 W發熱,於溫度成為大致穩定狀態10分鐘後,測定上方之銅製塊23之溫度(θj0
)、下方之銅製塊22之溫度(θj1
)、及加熱器之發熱量(Q),根據以下之式(1)求出各試樣之熱阻值。
熱阻=(θj1
-θj0
)/Q …式(1)
於式(1)中,θj 1
為下方之銅製塊22之溫度,θj0
為上方之銅製塊23之溫度,Q為發熱量。
[各向異性材料之脫落程度]
各向異性材料之脫落程度藉由使用白紙及導熱性片之各向異性材料之脫落試驗進行評估。具體而言,根據因各向異性材料之脫落而著色之白紙之著色濃度之高低,對各向異性材料之脫落程度進行評估。脫落試驗如下進行,藉由分光測色計測量白紙之著色濃度之高低。
(觀察)
於白色之上質紙上載置30 mm×30 mm之導熱性片,以荷重29.4 N放置30秒後,將上述導熱性片自上述上質紙剝離,將由上述上質紙之表面殘留之各向異性材料所導致之上述上質紙之著色濃度設為CIE-L*a*b*表色系統之L*值,藉由分光測色計(Color Techno System 股份有限公司製造之「JX777」)進行估算。
此時,作為上述上質紙使用L*值為98以上者,對載置導熱性片之範圍內的任意3處較濃之著色部分之L*值及任意3處較薄之著色部分進行測定,將該等之算術平均值設為各試樣之L*值。再者,L*越為較大之值,表示各向異性材料之脫落程度越小。
(評估)
A:L*值為95以上者。
B:L*值為88~95者。
C:L*值未達88者。
[實施例1]
將作為高分子基質(高分子組成物)之含烯基之有機聚矽氧烷與氫化有機聚矽氧烷、作為各向異性材料之石墨化碳纖維(平均纖維長100 μm、縱橫比10、導熱率500 W/m・K)、及作為非各向異性材料之氧化鋁粉末(球狀、平均粒徑10 μm、縱橫比1.0)混合,獲得混合組成物。各成分之摻合量係以於導熱層中成為表1之體積%之方式摻合。
繼而,於設定為較導熱層充分大之厚度之模具內注入上述混合組成物,於厚度方向施加8 T之磁場,將石墨化碳纖維配向於厚度方向後,於80℃加熱60分鐘使基質硬化,藉此獲得塊狀配向成形體。
繼而,使用剪切刀,將塊狀配向成形體切片成厚度為2 mm之片狀,藉此,獲得露出碳纖維之導熱層。繼而,使用研磨粒子之粒徑為10 μm之研磨紙對導熱層之兩個表面往返10次研磨,獲得兩個表面經研磨之導熱層。
將石蠟系蠟(熔點46℃,熔化開始至熔化結束之溫度範圍40~50℃)、氧化鋁(球狀、平均粒徑10 μm、縱橫比1.0)及作為溶劑之異石蠟混合,獲得糊狀組成物。石蠟系蠟與氧化鋁於形成熱軟化層時,以成為表1中記載之體積%之量摻合。將該糊狀組成物塗佈於兩個表面經研磨之導熱層之兩面,進行乾燥,藉此,於導熱層之兩面分別形成平均厚度為12.5 μm之熱軟化層,獲得導熱性片。將結果示於表1。
[實施例2]
於導熱層之兩面及整個外周端面塗佈糊狀組成物,使其乾燥,於導熱層之兩面及整個外周端面形成熱軟化層,以及變更熱軟化層之平均厚度,除此以外,以與實施例1相同之方法獲得導熱性片。將結果示於表1。
[實施例3]
變更熱軟化層之平均厚度,除此以外,以與實施例1相同之方式獲得導熱性片。將結果示於表1。
[實施例4]
於實施例1中,將設為往返10次之研磨條件變更為往返5次,除此以外,以與實施例1相同之方式獲得導熱性片。將結果示於表1。
[實施例5]
不進行實施例1中進行之研磨,除此以外,以與實施例1相同之方式獲得導熱性片。將結果示於表1。
[比較例1]
不於導熱層之兩面形成熱軟化層,除此以外,以與實施例1相同之方式獲得導熱性片。比較例1之導熱性片係僅由導熱層所構成之導熱性片。將結果示於表1。
[實施例6、11]
將熱軟化層之組成分別如表2、表3所示進行變更,除此以外,以與實施例1相同之方式獲得導熱性片。將結果示於表2及3。
再者,表2所示之聚烯烴系蠟為結晶性聚烯烴(結晶性聚α烯烴:CPAO),熔點為42℃,熔化開始至熔化結束之溫度範圍為39~45℃。表3所示之酯系蠟之熔點為46℃,熔化開始至熔化結束之溫度範圍為40~50℃。
[實施例7、12]
將熱軟化層之組成分別如表2、表3所示進行變更,除此以外,以與實施例2相同之方式獲得導熱性片。將結果示於表2及3。
[實施例8、13]
將熱軟化層之組成分別如表2、表3所示進行變更,除此以外,以與實施例3相同之方式獲得導熱性片。將結果示於表2及3。
[實施例9、14]
將熱軟化層之組成分別如表2、表3所示進行變更,除此以外,以與實施例4相同之方式獲得導熱性片。將結果示於表2及3。
[實施例10、15]
將熱軟化層之組成分別如表2、表3所示進行變更,除此以外,以與實施例5相同之方式獲得導熱性片。將結果示於表2及3。
[表1]
表1 | |||||||
實施例1 | 實施例2 | 實施例3 | 實施例4 | 實施例5 | 比較例1 | ||
導熱層(體積%) | 高分子基質(矽酮橡膠) | 37 | 37 | 37 | 37 | 37 | 37 |
各向異性材料(碳纖維) | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | |
非各向異性材料(氧化鋁) | 43 | 43 | 43 | 43 | 43 | 43 | |
熱軟化層(體積%) | 石蠟系蠟 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | - |
氧化鋁 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | - | |
熱軟化層之詳情 | 位置 | 兩面 | 兩面/端面 | 兩面 | 兩面 | 兩面 | - |
平均厚度(μm)(*1) | 12.5 | 17.5 | 25 | 12.5 | 12.5 | - | |
製造時之研磨條件(研磨紙之往返次數) | 10 | 10 | 10 | 5 | 0 | 10 | |
導熱性片之壓縮40%時之荷重(psi) | 25 | 25 | 40 | 25 | 25 | 25 | |
導熱性片之壓縮10%時之熱阻值(℃in2 /W) | 0.081 | 0.083 | 0.2 | 0.096 | 0.112 | 0.08 | |
熱阻值(℃in2 /W)之上升率(%)(*2) | 1.25 | 3.75 | 150 | -16.5 | -29.1 | - | |
各向異性材料之脫落程度 | B | A | A | B | A | C | |
L*值 | 89.1 | 97 | 98 | 94.5 | 98.2 | 85.8 | |
(*1)關於熱軟化層之平均厚度,於將熱軟化層設置於兩面之情形時,各表面各者之平均厚度為相等之值,將該值記載於表中。於將熱軟化層設置於兩面及端面之情形時,兩個表面及兩個端面之各者之平均厚度為相等之值,將該值記載於表中。 (*2)熱阻值(℃in2 /W)之上升率(%)= 100×(導熱性片之熱阻值-不具有熱軟化層之導熱片之熱阻值)/不具有熱軟化層之導熱性片之熱阻值 |
[表2]
表2 | ||||||
實施例6 | 實施例7 | 實施例8 | 實施例9 | 實施例10 | ||
導熱層(體積%) | 高分子基質(矽酮橡膠) | 37 | 37 | 37 | 37 | 37 |
各向異性材料(碳纖維) | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | |
非各向異性材料(氧化鋁) | 43 | 43 | 43 | 43 | 43 | |
熱軟化層(體積%) | 聚烯烴系蠟 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 |
氧化鋁 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | |
熱軟化層之詳情 | 位置 | 兩面 | 兩面與端面 | 兩面 | 兩面 | 兩面 |
平均厚度(μm)(*1) | 12.5 | 17.5 | 25 | 12.5 | 12.5 | |
製造時之研磨條件(研磨紙之往返次數) | 10 | 10 | 10 | 5 | 0 | |
導熱性片之壓縮40%時之荷重(psi) | 25 | 25 | 40 | 25 | 25 | |
導熱性片之壓縮10%時之熱阻值(℃in2 /W) | 0.083 | 0.085 | 0.21 | 0.098 | 0.112 | |
熱阻值(℃in2 /W)之上升率(%)(*2) | 3.75 | 6.25 | 163 | -14.7 | -29.1 | |
各向異性材料之脫落程度 | B | A | A | A | A | |
L*值 | 88.8 | 96.5 | 98.2 | 95.1 | 97.4 | |
(*1)關於熱軟化層之平均厚度,於將熱軟化層設置於兩面之情形時,各表面各者之平均厚度為相等之值,將該值記載於表中。於將熱軟化層設置於兩面及端面之情形時,兩個表面及兩個端面之各者之平均厚度為相等之值,將該值記載於表中。 | ||||||
(*2)熱阻值(℃in2 /W)之上升率(%)= 100×(導熱性片之熱阻值-不具有熱軟化層之導熱片之熱阻值)/不具有熱軟化層之導熱性片之熱阻值 |
[表3]
表3 | ||||||
實施例11 | 實施例12 | 實施例13 | 實施例14 | 實施例15 | ||
導熱層(體積%) | 高分子基質(矽酮橡膠) | 37 | 37 | 37 | 37 | 37 |
各向異性材料(碳纖維) | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | |
非各向異性材料(氧化鋁) | 43 | 43 | 43 | 43 | 43 | |
熱軟化層(體積%) | 酯系蠟 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 |
氧化鋁 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | |
熱軟化層之詳情 | 位置 | 兩面 | 兩面與端面 | 兩面 | 兩面 | 兩面 |
平均厚度(μm)(*1) | 12.5 | 17.5 | 25 | 12.5 | 12.5 | |
製造時之研磨條件(研磨紙之往返次數) | 10 | 10 | 10 | 5 | 0 | |
導熱性片之壓縮40%時之荷重(psi) | 25 | 25 | 40 | 25 | 25 | |
導熱性片之壓縮10%時之熱阻值(℃in2 /W) | 0.082 | 0.084 | 0.2 | 0.098 | 0.113 | |
熱阻值(℃in2 /W)之上升率(%)(*2) | 2.5 | 5.0 | 150 | -14.7 | -28.4 | |
各向異性材料之脫落程度 | B | A | A | B | A | |
L*值 | 89.2 | 96.4 | 98.3 | 94.9 | 97.8 | |
(*1)關於熱軟化層之平均厚度,於將熱軟化層設置於兩面之情形時,各表面各者之平均厚度為相等之值,將該值記載於表中。於將熱軟化層設置於兩面及端面之情形時,兩個表面及兩個端面之各者之平均厚度為相等之值,將該值記載於表中。 | ||||||
(*2)熱阻值(℃in2 /W)之上升率(%)= 100×(導熱性片之熱阻值-不具有熱軟化層之導熱片之熱阻值)/不具有熱軟化層之導熱性片之熱阻值 |
由以上實施例之結果明確可知,本發明之導熱性片藉由於導熱層之表面設置熱軟化層,可防止各向異性材料之脫落。又可知,藉由將熱軟化層設置於導熱層之表面及端面,防止各向異性材料脫落之效果提高。
另一方面,未設置熱軟化層之比較例1之導熱性片之各向異性材料容易脫落。
認為,於研磨次數較少之導熱性片或未進行研磨步驟之導熱性片中,導熱層之表面之凹凸較大,可知藉由積層熱軟化層,有望達到降低熱阻值之效果。
10、20、30、40:導熱性片
12:高分子基質
13、13X、13Y:各向異性材料
14:非各向異性材料
15:空隙
16、36:導熱層
16A、16B:導熱層之表面
17:熱軟化層
21:隔熱材料
22:下方之銅製塊
23:上方之銅製塊
24:加熱器
25:散熱器
26:荷重元
S:試片
θj 0:上方之銅製塊之溫度
θj1:下方之銅製塊之溫度
圖1係表示第1實施形態之導熱性片之模式性之剖面圖。
圖2係表示第2實施形態之導熱性片之模式性之剖面圖。
圖3係表示第3實施形態之導熱性片之模式性之剖面圖。
圖4係表示第4實施形態之導熱性片之模式性之剖面圖。
圖5係熱阻測定機之概略圖。
10:導熱性片
12:高分子基質
13、13X、13Y:各向異性材料
14:非各向異性材料
15:空隙
16:導熱層
16A、16B:導熱層之表面
17:熱軟化層
Claims (13)
- 一種導熱性片,其具備: 導熱層,其包含高分子基質及各向異性材料,上述各向異性材料配向於厚度方向,且上述各向異性材料露出於表面;及 熱軟化層,其設置於上述導熱層之至少一表面;且 上述熱軟化層被覆露出於導熱層之表面之各向異性材料。
- 如請求項1所述之導熱性片,其中,上述各向異性材料含有纖維材料及扁平材料之至少一者。
- 如請求項1或2所述之導熱性片,其中,上述各向異性材料含有纖維材料,該纖維材料之平均纖維長為5~600 μm。
- 如請求項2或3所述之導熱性片,其中,上述纖維材料為碳纖維。
- 如請求項1或2所述之導熱性片,其中,上述各向異性材料含有扁平材料,該扁平材料之平均長軸長為5~300 μm。
- 如請求項2或5所述之導熱性片,其中,上述扁平材料為鱗片狀石墨。
- 如請求項1至6中任一項所述之導熱性片,其中,上述熱軟化層設置於上述導熱層之兩個表面。
- 如請求項1至7中任一項所述之導熱性片,其中,上述熱軟化層亦設置於上述導熱層之端面。
- 如請求項1至8中任一項所述之導熱性片,其與不具有上述熱軟化層之導熱性片相比較,熱阻值之上升率為10%以下。
- 如請求項1至9中任一項所述之導熱性片,其中,上述熱軟化層由非矽酮系材料構成。
- 如請求項1至10中任一項所述之導熱性片,其中,上述熱軟化層含有熔點為35~120℃之蠟狀物質。
- 如請求項11所述之導熱性片,其中,上述蠟狀物質為選自由石蠟系蠟、酯系蠟、聚烯烴系蠟所組成之群中之至少一種。
- 如請求項1至12中任一項所述之導熱性片,上述熱軟化層含有非各向異性材料。
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