TW202146245A - 熱傳導性片材及熱傳導性片材之製造方法 - Google Patents

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荒巻慶輔
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Abstract

本發明提供一種於厚度方向與面方向上相對介電常數及熱傳導率不同之熱傳導性片材。 本發明之熱傳導性片材1含有黏合劑樹脂2、第1熱傳導性填料3及第2熱傳導性填料4，第1熱傳導性填料3及第2熱傳導性填料4分散於黏合劑樹脂2中，且於熱傳導性片材1之厚度方向B與面方向A上，相對介電常數及熱傳導率不同。又，熱傳導性片材之製造方法具有：步驟A，藉由使第1熱傳導性填料3與第2熱傳導性填料4分散於黏合劑樹脂2中，而製備熱傳導性片材形成用之樹脂組合物；步驟B，由熱傳導性片材形成用之樹脂組合物形成成形體塊；及步驟C，將成形體塊切片為片狀，獲得於厚度方向與面方向上相對介電常數及熱傳導率不同之熱傳導性片材。

Description

熱傳導性片材及熱傳導性片材之製造方法
本技術係關於一種熱傳導性片材及熱傳導性片材之製造方法。
隨著電子機器之高性能化，半導體元件之高密度化、高封裝化不斷發展。伴隨於此，重要的是更有效率地散發來自構成電子機器之電子零件之發熱。例如，半導體裝置為了有效率地散熱，電子零件介隔熱傳導性片材安裝於散熱扇、散熱板等散熱器。作為熱傳導性片材，例如廣泛使用使聚矽氧樹脂中含有(分散)無機填料等填充劑而成者。如該熱傳導性片材之散熱構件要求進一步提昇熱傳導率。例如，以熱傳導性片材之高熱傳導性為目的，對提高黏合劑樹脂等基質內所調配之無機填料之填充率進行了研究。但是，若提高無機填料之填充率，則有損熱傳導性片材之柔軟性，或產生粉末脫落，故而提高無機填料之填充率是有限的。
作為無機填料，例如可例舉氧化鋁、氮化鋁、氫氧化鋁等。又，以高熱傳導率為目的，亦會使氮化硼、石墨等鱗片狀粒子、碳纖維等填充於基質內。其取決於鱗片狀粒子等所具有之熱傳導率之各向異性。例如，於碳纖維之情形時，已知於纖維方向上具有約600～1200 W/m･K之熱傳導率。又，於氮化硼之情形時，已知於面方向上具有約110 W/m･K左右之熱傳導率，且於相對於面方向垂直之方向上具有約2 W/m･K左右之熱傳導率。如此，使碳纖維之纖維方向或鱗片狀粒子之面方向與作為熱傳遞方向之片材之厚度方向相同，即使碳纖維或鱗片狀粒子於片材之厚度方向上配向，藉此，熱傳導率有望飛躍性提昇。
但是，就近年來行動電話等通訊機器之電磁波控制之觀點而言，要求熱傳導率與相對介電常數得以控制之散熱材料。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特公平06-38460號公報
[發明所欲解決之問題]
本技術係鑒於此種先前之實際情況而提出者，提供一種於厚度方向與面方向上相對介電常數及熱傳導率不同之熱傳導性片材及熱傳導性片材之製造方法。 [解決問題之技術手段]
本技術之熱傳導性片材含有黏合劑樹脂、包含鱗片狀熱傳導性填料及/或纖維狀熱傳導性填料之第1熱傳導性填料及包含非鱗片狀且非纖維狀熱傳導性填料之第2熱傳導性填料，第1熱傳導性填料及第2熱傳導性填料分散於黏合劑樹脂中，且於熱傳導性片材之厚度方向及面方向上，相對介電常數及熱傳導率不同。
本技術之熱傳導性片材之製造方法具有：步驟A，藉由使包含鱗片狀熱傳導性填料及/或纖維狀熱傳導性填料之第1熱傳導性填料與包含非鱗片狀且非纖維狀熱傳導性填料之第2熱傳導性填料分散於黏合劑樹脂中，而製備熱傳導性片材形成用之樹脂組合物；步驟B，由熱傳導性片材形成用之樹脂組合物形成成形體塊；及步驟C，將成形體塊切片為片狀，獲得於厚度方向與面方向上相對介電常數及熱傳導率不同之熱傳導性片材。 [發明之效果]
根據本技術，可提供一種於厚度方向與面方向上相對介電常數及熱傳導率不同之熱傳導性片材。
於本說明書中，熱傳導性填料之平均粒徑(D50)係指於熱傳導性填料之粒徑分佈中按照粒徑從小到大累積50%之面積長度(μm)，即將熱傳導性填料之集合體之總面積設為100%，於熱傳導性填料之粒徑分佈中按照粒徑從小到大求出累積曲線時，該累積值成為50%時之面積長度。再者，於熱傳導性填料為纖維狀熱傳導性填料之情形時，D50係指於纖維狀熱傳導性填料之纖維長度分佈中按照纖維長度從短到長累積50%之面積纖維長度(μm)，即將纖維狀熱傳導性填料之集合體之總面積設為100%而求出累積曲線時，該累積值成為50%時之面積纖維長度。本說明書中之粒度分佈(粒徑分佈)係基於體積基準而求出者。作為粒度分佈之測定方法，例如可例舉使用雷射繞射型粒度分佈測定機之方法。
＜熱傳導性片材＞ 圖1係表示本技術之熱傳導性片材1之一例之剖視圖。熱傳導性片材1含有黏合劑樹脂2、包含鱗片狀熱傳導性填料及/或纖維狀熱傳導性填料之第1熱傳導性填料3及包含非鱗片狀且非纖維狀熱傳導性填料之第2熱傳導性填料4，且第1熱傳導性填料3及第2熱傳導性填料4分散於黏合劑樹脂2中。又，熱傳導性片材1係於熱傳導性片材1之厚度方向B與面方向A上，相對介電常數及熱傳導率不同，即熱傳導性片材1係於厚度方向B與面方向A上相對介電常數及熱傳導率具有各向異性。如此，熱傳導性片材1之熱傳導率與相對介電常數均得以控制，因此例如於屏障或天線之領域中可期待新的應用。以下，對熱傳導性片材1之構成要素進行說明。
＜黏合劑樹脂＞ 黏合劑樹脂2係用於將第1熱傳導性填料3及第2熱傳導性填料4保持於熱傳導性片材1內者。黏合劑樹脂2根據熱傳導性片材1所要求之機械強度、耐熱性、電氣性質等特性來選擇。作為黏合劑樹脂2，可選自熱塑性樹脂、熱塑性彈性體、熱固性樹脂中。
作為熱塑性樹脂，可例舉：聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物等乙烯-α烯烴共聚物、聚甲基戊烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮醛、聚偏二氟乙烯及聚四氟乙烯等氟系聚合物、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)樹脂、聚苯醚共聚物(PPE)樹脂、改性PPE樹脂、脂肪族聚醯胺類、芳香族聚醯胺類、聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯等聚甲基丙烯酸酯類、聚丙烯酸類、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚碸、聚醚碸、聚醚腈、聚醚酮、聚酮、液晶聚合物、聚矽氧樹脂、離子聚合物等。
作為熱塑性彈性體，可例舉：苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物或其氫化物、苯乙烯-異戊二烯嵌段共聚物或其氫化物、苯乙烯系熱塑性彈性體、烯烴系熱塑性彈性體、氯乙烯系熱塑性彈性體、聚酯系熱塑性彈性體、聚胺基甲酸酯系熱塑性彈性體、聚醯胺系熱塑性彈性體等。
作為熱固性樹脂，可例舉交聯橡膠、環氧樹脂、酚樹脂、聚醯亞胺樹脂、不飽和聚酯樹脂、鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂等。作為交聯橡膠之具體例，可例舉天然橡膠、丙烯酸系橡膠、丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、苯乙烯-丁二烯共聚橡膠、腈橡膠、氫化腈橡膠、氯丁二烯橡膠、乙烯-丙烯共聚橡膠、氯化聚乙烯橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠、丁基橡膠、鹵化丁基橡膠、氟橡膠、胺基甲酸酯橡膠及聚矽氧橡膠。
作為黏合劑樹脂2，例如若考慮電子零件之發熱面與散熱面之密接性，則較佳為聚矽氧樹脂。作為聚矽氧樹脂，例如可使用二液型之加成反應型聚矽氧樹脂，其包含以具有烯基之聚矽氧作為主成分且含有硬化觸媒之主劑、及具有氫矽烷基(Si-H基)之硬化劑。作為具有烯基之聚矽氧，例如可使用具有乙烯基之聚有機矽氧烷。硬化觸媒係用於促進具有烯基之聚矽氧中之烯基與具有氫矽烷基之硬化劑中之氫矽烷基之加成反應的觸媒。作為硬化觸媒，可例舉作為矽氫化反應所使用之觸媒而眾所周知之觸媒，例如可使用鉑族系硬化觸媒，例如鉑、銠、鈀等鉑族金屬單質或氯化鉑等。作為具有氫矽烷基之硬化劑，例如可使用具有氫矽烷基之聚有機矽氧烷。黏合劑樹脂2可單獨使用1種，亦可併用2種以上。
熱傳導性片材1中之黏合劑樹脂2之含量並無特別限定，可根據目的適宜地選擇。例如，熱傳導性片材1中之黏合劑樹脂2之含量之下限值可設為20體積%以上，可為25體積%以上，亦可為30體積%以上。又，熱傳導性片材1中之黏合劑樹脂2之含量之上限值可設為70體積%以下，可為60體積%以下，亦可為50體積%以下。就熱傳導性片材1之柔軟性之觀點而言，熱傳導性片材1中之黏合劑樹脂2之含量較佳為設為25～60體積%。
＜第1熱傳導性填料＞ 第1熱傳導性填料3可為鱗片狀熱傳導性填料，亦可為纖維狀熱傳導性填料，亦可併用鱗片狀熱傳導性填料與纖維狀熱傳導性填料。
鱗片狀熱傳導性填料為高長徑比且於面方向上具有各向同性之熱傳導率。鱗片狀熱傳導性填料只要為鱗片狀者即可，並無特別限定，例如可使用氮化硼(BN)、雲母、氧化鋁、氮化鋁、碳化矽、二氧化矽、氧化鋅、二硫化鉬等。
又，纖維狀熱傳導性填料只要為纖維狀且具有必需之熱傳導性者即可，並無特別限定，例如，就較高之熱傳導性與絕緣性之觀點而言，較佳為氮化鋁纖維、超高分子量聚乙烯纖維、聚對伸苯基二㗁唑纖維等。又，只要不損及熱傳導性片材1之相對介電常數之特性，則纖維狀熱傳導性填料可為具有導電性者，可例舉碳纖維或包含金屬(例如，銅、不鏽鋼、鎳等)之纖維等。
圖2係模式地表示結晶形狀為六方晶型之鱗片狀氮化硼3A之立體圖。作為鱗片狀熱傳導性填料，就熱傳導性片材1之相對介電常數及熱傳導率之觀點而言，較佳為使用如圖2所示般結晶形狀為六方晶型之鱗片狀氮化硼3A。鱗片狀熱傳導性填料可單獨使用1種，亦可併用2種以上。本技術之熱傳導性片材1使用比球狀熱傳導性填料(例如球狀氮化硼)廉價之鱗片狀熱傳導性填料(例如鱗片狀氮化硼3A)作為第1熱傳導性填料3，可發揮優異之熱特性及介電特性。
鱗片狀熱傳導性填料之平均粒徑(D50)並無特別限定，可根據目的適宜地選擇。例如，鱗片狀熱傳導性填料之平均粒徑之下限值可設為10 μm以上，可為20 μm以上，亦可為30 μm以上，亦可為35 μm以上。又，鱗片狀熱傳導性填料之平均粒徑之上限值可設為150 μm以下，可為100 μm以下，亦可為90 μm以下，亦可為80 μm以下，亦可為70 μm以下，亦可為50 μm以下，亦可為45 μm以下。就熱傳導性片材1之熱傳導率之觀點而言，鱗片狀熱傳導性填料之平均粒徑較佳為設為20～100 μm。又，纖維狀熱傳導性填料之D50並無特別限定，可根據目的適宜地選擇，例如可設為20～250 μm。
第1熱傳導性填料3之長徑比(平均長徑/平均短徑)並無特別限定，可根據目的適宜地選擇。例如，鱗片狀熱傳導性填料之長徑比可設為10～100之範圍。第1熱傳導性填料3之平均長徑及平均短徑例如可使用顯微鏡、掃描式電子顯微鏡(SEM)、粒度分佈計等來測定。作為一例，於使用如圖2所示之結晶形狀為六方晶型之鱗片狀氮化硼3A作為鱗片狀熱傳導性填料之情形時，自SEM所拍攝之圖像中任意選擇200個以上之氮化硼3A，求出各者之長徑a與短徑b之比(a/b)並算出平均值即可。
熱傳導性片材1中之第1熱傳導性填料3之含量並無特別限定，可根據目的適宜地選擇。例如，熱傳導性片材1中之第1熱傳導性填料3之含量之下限值可設為15體積%以上，可為20體積%以上，亦可為25體積%以上。又，熱傳導性片材1中之第1熱傳導性填料3之含量之上限值可設為45體積%以下，可為40體積%以下，亦可為35體積%以下，亦可為30體積%以下。就熱傳導性片材1之熱傳導率及柔軟性之觀點而言，較佳為將熱傳導性片材1中之第1熱傳導性填料3之含量設為20～35體積%。就熱傳導性片材1之相對介電常數之各向異性之觀點而言，較佳為將熱傳導性片材1中之第1熱傳導性填料3之含量設為20體積%以上且未達40體積%，更佳為設為20～27體積%。
＜第2熱傳導性填料＞ 第2熱傳導性填料4為上述第1熱傳導性填料3以外之熱傳導性填料。第2熱傳導性填料4為非鱗片狀且非纖維狀，例如可例舉球狀、粉末狀、顆粒狀、扁平狀等之熱傳導性填料。考慮到本技術之效果，第2熱傳導性填料4之材質較佳為可確保熱傳導性片材1之絕緣性之材料，例如可例舉氧化鋁(礬土、藍寶石)、氮化鋁、氮化硼、氧化鋯、碳化矽等。第2熱傳導性填料4可單獨使用1種，亦可併用2種以上。
作為第2熱傳導性填料4，就熱傳導性片材1之相對介電常數及熱傳導率之觀點而言，特佳為併用氮化鋁粒子與球狀氧化鋁粒子。就熱硬化前之熱傳導性片材1之黏度降低之觀點而言，氮化鋁粒子之平均粒徑較佳為設為1～5 μm，可為1～3 μm，亦可為1～2 μm。又，就熱硬化前之熱傳導性片材1之黏度降低之觀點而言，球狀氧化鋁粒子之平均粒徑較佳為設為1～3 μm，可為1.5～2.5 μm。
熱傳導性片材1中之第2熱傳導性填料4之含量並無特別限定，可根據目的適宜地選擇。熱傳導性片材1中之第2熱傳導性填料4之含量之下限值可設為10體積%以上，可為15體積%以上，亦可為20體積%以上。又，熱傳導性片材1中之第2熱傳導性填料4之含量之上限值可設為50體積%以下，可為40體積%以下，亦可為30體積%以下，亦可為25體積%以下。熱傳導性片材1中之第2熱傳導性填料4之含量之合計例如可設為30～60體積%。
於單獨使用球狀氧化鋁粒子作為第2熱傳導性填料4之情形時，就熱硬化前之熱傳導性片材1之黏度降低之觀點而言，熱傳導性片材1中球狀氧化鋁粒子之含量較佳為設為10～45體積%。又，如上所述，於併用氮化鋁粒子與球狀氧化鋁粒子作為第2熱傳導性填料4之情形時，就熱硬化前之熱傳導性片材1之黏度降低之觀點而言，熱傳導性片材1中球狀氧化鋁粒子之含量較佳為設為10～25體積%，氮化鋁粒子之含量較佳為設為10～25體積%。
熱傳導性片材1可於不損及本技術之效果之範圍內進一步含有上述成分以外之其他成分。作為其他成分，例如可例舉分散劑、硬化促進劑、延遲劑、黏著賦予劑、塑化劑、阻燃劑、抗氧化劑、穩定劑、著色劑等。
如上所述，第1熱傳導性填料3及第2熱傳導性填料4分散於黏合劑樹脂2中之熱傳導性片材1係於圖1所示之厚度方向B與面方向A上，相對介電常數及熱傳導率不同。特別是，藉由併用第1熱傳導性填料3與第2熱傳導性填料4，而能夠以第2熱傳導性填料4支持第1熱傳導性填料3之配向，可使第1熱傳導性填料3儘可能地於熱傳導性片材1之厚度方向B上配向。
熱傳導性片材1較佳為第1熱傳導性填料3於熱傳導性片材1之厚度方向B上配向，厚度方向B之熱傳導率大於面方向A之熱傳導率，且厚度方向B之相對介電常數大於面方向A之相對介電常數。例如，熱傳導性片材1可為第1熱傳導性填料3之配向方向(例如熱傳導性片材1之厚度方向B)上之熱傳導率為第1熱傳導性填料3之非配向方向(例如熱傳導性片材1之面方向A)上之熱傳導率之2倍以上。熱傳導性片材1之厚度方向B之熱傳導率例如可設為1 W/m･K以上，亦可設為4 W/m･K以上，亦可設為7 W/m･K以上，亦可設為9 W/m･K以上。熱傳導性片材1之面方向A之熱傳導率例如可設為1 W/m･K以上，亦可設為3 W/m･K以上，亦可設為3.5 W/m･K以上。
熱傳導性片材1之厚度方向B之相對介電常數(30 GHz)例如可設為4.0以上，亦可設為5.0以上，亦可設為30以上，亦可設為60以上。熱傳導性片材1之面方向A之相對介電常數(30 GHz)例如可設為3.0以上，亦可設為4.0以上，亦可設為4.5以上，亦可設為10以上，亦可設為20以上。熱傳導性片材之熱傳導率及相對介電常數可藉由下述實施例所記載之方法來測定。
熱傳導性片材1之平均厚度並無特別限定，可根據目的適宜地選擇。例如，熱傳導性片材之平均厚度之下限值可設為0.05 mm以上，亦可設為0.1 mm以上。又，熱傳導性片材之平均厚度之上限值可設為5 mm以下，可為4 mm以下，亦可為3 mm以下。就熱傳導性片材1之操作性之觀點而言，熱傳導性片材1之平均厚度較佳為設為0.1～4 mm。熱傳導性片材1之平均厚度例如可於任意5處測定熱傳導性片材之厚度，根據其算術平均值求出。
＜熱傳導性片材之製造方法＞ 本技術之熱傳導性片材之製造方法具有下述步驟A、步驟B及步驟C。
＜步驟A＞ 於步驟A中，藉由使第1熱傳導性填料3及第2熱傳導性填料4分散於黏合劑樹脂2中而製備熱傳導性片材形成用之樹脂組合物。熱傳導性片材形成用之樹脂組合物可藉由如下方式製備：除第1熱傳導性填料3、第2熱傳導性填料4及黏合劑樹脂2以外，視需要藉由公知之方法將各種添加劑或揮發性溶劑混合均勻。
＜步驟B＞ 於步驟B中，由所製備之熱傳導性片材形成用之樹脂組合物形成成形體塊。作為成形體塊之形成方法，可例舉擠出成形法、模具成形法等。作為擠出成形法、模具成形法，並無特別限制，可根據熱傳導性片材形成用之樹脂組合物之黏度或熱傳導性片材所要求之特性等適宜地採用公知之各種擠出成形法、模具成形法。
例如，於擠出成形法中，自模嘴擠出熱傳導性片材形成用之樹脂組合物時，或者於模具成形法中，將熱傳導性片材形成用之樹脂組合物壓入至模具時，黏合劑樹脂會流動，第1熱傳導性填料3沿該流動方向配向。
於步驟B中，可由熱傳導性片材形成用之樹脂組合物，使用棒式塗佈機製作未硬化狀態之片材(坯片)，積層該坯片，藉此形成成形體塊。例如，於該方法中，使用棒式塗佈機，製作50～500 μm厚之片材，於80～120℃之烘箱中乾燥5～20分鐘，獲得坯片。其次，形成將未硬化狀態之坯片積層至所需高度而成之積層體。繼而，藉由使該積層體進一步硬化而獲得成形體塊。
成形體塊之大小、形狀可根據所要求之熱傳導性片材1之大小決定。例如，可例舉截面之縱向大小為0.5～15 cm且橫向大小為0.5～15 cm之長方體。長方體之長度視需要決定即可。
＜步驟C＞ 於步驟C中，將成形體塊切片為片狀，獲得於厚度方向與面方向上相對介電常數及熱傳導率不同之熱傳導性片材。第1熱傳導性填料3露出於藉由切片所獲得之片材之表面(切片面)。作為切片方法，並無特別限制，可根據成形體塊之大小或機械強度自公知之切片裝置(較佳為超音波切割機)中適宜地選擇。作為成形體塊之切片方向，於成形方法為擠出成形法之情形時，第1熱傳導性填料3亦會於擠出方向上配向，故而較佳為相對於擠出方向為60～120度，更佳為70～100度之方向，進而較佳為90度(垂直)之方向。成形體塊之切片方向並無特別限制，可根據熱傳導性片材1之使用目的等適宜地選擇。
如此，於具有步驟A、步驟B及步驟C之熱傳導性片材之製造方法中，可獲得熱傳導性片材1，其含有黏合劑樹脂2、第1熱傳導性填料3及第2熱傳導性填料4，第1熱傳導性填料3及第2熱傳導性填料4分散於黏合劑樹脂2中，且於厚度方向B與面方向A上，相對介電常數及熱傳導率不同。
本技術之熱傳導性片材之製造方法並不限定於上述例子，例如，於步驟C後，可進一步具有對切片面進行加壓之步驟D。藉由使熱傳導性片材之製造方法具有進行加壓之步驟D，可使步驟C所獲得之片材之表面更平滑，進一步提昇與其他構件之密接性。作為加壓方法，可使用包括平板及表面平坦之壓頭之一對加壓裝置。又，可利用夾送輥進行加壓。作為加壓時之壓力，例如可設為0.1～100 MPa。為了進一步提高加壓效果，縮短加壓時間，加壓較佳為於黏合劑樹脂2之玻璃轉移溫度(Tg)以上之溫度下進行。例如，加壓溫度可設為0～180℃，可為室溫(例如25℃)～100℃之溫度範圍內，亦可為30～100℃。
＜電子機器＞ 本技術之熱傳導性片材例如藉由配置於發熱體與散熱體之間，可製成為了使發熱體所產生之熱散發至散熱體而於其等之間配置有熱傳導性片材之構造之電子機器(過熱保護裝置)。電子機器至少具有發熱體、散熱體及熱傳導性片材，視需要，可進一步具有其他構件。
作為發熱體，並無特別限定，例如可例舉：CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)、GPU(Graphics Processing Unit，圖形處理單元)、DRAM(Dynamic Random Access Memory，動態隨機存取記憶體)、快閃記憶體等積體電路元件、電晶體、電阻器等於電路中發熱之電子零件等。又，發熱體亦包括通訊機器中之光收發器等接收光信號之零件。
作為散熱體，並無特別限定，例如可例舉散熱器或散熱片等與積體電路元件或電晶體、光收發器殼體等組合使用者。作為散熱體，除散熱片或散熱器以外，只要為傳導由熱源所產生之熱並將其散發至外部者即可，例如可例舉散熱器、冷卻器、晶片座、印刷基板、冷卻風扇、珀爾帖元件、熱管、金屬罩、殼體等。
圖3係表示使用本技術之熱傳導性片材1之半導體裝置50之一例的剖視圖。例如，如圖3所示，熱傳導性片材1安裝於各種電子機器中所內置之半導體裝置50，夾持於發熱體與散熱體之間。圖3所示之半導體裝置50具備電子零件51、散熱片52及熱傳導性片材1，熱傳導性片材1夾持於散熱片52與電子零件51之間。藉由使熱傳導性片材1夾持於散熱片52與散熱器53之間，構成與散熱片52一同散發電子零件51之熱之散熱構件。熱傳導性片材1之安裝場所不限於散熱片52與電子零件51之間或散熱片52與散熱器53之間，可根據電子機器或半導體裝置之構成適宜地選擇。 [實施例]
以下，對本技術之實施例進行說明。於實施例中，製作熱傳導性片材，測定熱傳導性片材之厚度方向與面方向之相對介電常數及熱傳導率。再者，本技術並不限定於該等實施例。
＜實施例1＞ 將33體積%之聚矽氧樹脂、27體積%之結晶形狀為六方晶型之鱗片狀氮化硼(D50為40 μm)、20體積%之氮化鋁(D50為1.2 μm)及20體積%之球狀氧化鋁粒子(D50為2 μm)混合均勻，藉此製備熱傳導性片材形成用之樹脂組合物。藉由擠出成形法，使熱傳導性片材形成用之樹脂組合物流入至具有長方體狀之內部空間之模具(開口部：50 mm×50 mm)中，於60℃之烘箱中加熱4小時而形成成形體塊。再者，於模具之內面以剝離處理面成為內側之方式貼附剝離聚對苯二甲酸乙二酯膜。於與所獲得之成形體塊之長度方向正交之方向上，利用超音波切割機將成形體塊切片為1 mm厚之片狀，藉此獲得鱗片狀氮化硼於片材之厚度方向上配向之熱傳導性片材。
＜實施例2＞ 將37體積%之聚矽氧樹脂、23體積%之結晶形狀為六方晶型之鱗片狀氮化硼(D50為40 μm)、20體積%之氮化鋁(D50為1.2 μm)及20體積%之球狀氧化鋁粒子(D50為2 μm)混合均勻，藉此製備熱傳導性片材形成用之樹脂組合物，除此以外，以與實施例1相同之方法獲得熱傳導性片材。
＜實施例3＞ 將60體積%之聚矽氧樹脂、20體積%之結晶形狀為六方晶型之鱗片狀氮化硼(D50為40 μm)、10體積%之氮化鋁(D50為1.2 μm)及10體積%之球狀氧化鋁粒子(D50為2 μm)混合均勻，藉此製備熱傳導性片材形成用之樹脂組合物，除此以外，以與實施例1相同之方法獲得熱傳導性片材。
＜實施例4＞ 將35體積%之聚矽氧樹脂、23體積%之碳纖維(D50為150 μm)及42體積%之球狀氧化鋁粒子(D50為3 μm)混合均勻，藉此製備熱傳導性片材形成用之樹脂組合物，於100℃之烘箱中加熱6小時而形成成形體塊，除此以外，以與實施例1相同之方法，獲得碳纖維於片材之厚度方向上配向之熱傳導性片材。
＜實施例5＞ 將33體積%之聚矽氧樹脂、27體積%之結晶形狀為六方晶型之鱗片狀氮化硼(D50為40 μm)、20體積%之氮化鋁(D50為1.2 μm)及20體積%之球狀氧化鋁粒子(D50為2 μm)混合均勻，藉此製備熱傳導性片材形成用之樹脂組合物。使用棒式塗佈機製作1 mm厚之片材，於60℃之烘箱中硬化30分鐘，藉此獲得未硬化狀之坯片，積層該片材，形成50 mm×50 mm之積層體，於60℃之烘箱中加熱4小時而形成成形體塊。利用超音波切割機將所獲得之成形體塊切片為1 mm厚之片狀，藉此獲得鱗片狀氮化硼於片材之厚度方向上配向之熱傳導性片材。
＜實施例6＞ 將33體積%之聚矽氧樹脂、27體積%之結晶形狀為六方晶型之鱗片狀氮化硼(D50為40 μm)、20體積%之氮化鋁(D50為1.2 μm)及20體積%之球狀氧化鋁粒子(D50為2 μm)混合均勻，藉此形成熱傳導性片材形成用之樹脂組合物。使用模頭(開口部：高度1 mm×狹縫寬度0.5 mm)，製備50 mm×50 mm之積層體，於60℃之烘箱中加熱4小時而形成成形體塊。利用超音波切割機將所獲得之成形體塊切片為1 mm厚之片狀，藉此獲得鱗片狀氮化硼於片材之厚度方向上配向之熱傳導性片材。
＜比較例1＞ 將60體積%之聚矽氧樹脂、20體積%之球狀氮化硼(D50為25 μm)、10體積%之氮化鋁(D50為1.2 μm)及10體積%之球狀氧化鋁粒子(D50為2 μm)混合均勻，藉此製備熱傳導性片材形成用之樹脂組合物，除此以外，以與實施例1相同之方法獲得熱傳導性片材。
＜比較例2＞ 將60體積%之聚矽氧樹脂、20體積%之球狀氮化硼(D50為50 μm)、10體積%之氮化鋁(D50為1.2 μm)及10體積%之球狀氧化鋁粒子(D50為2 μm)混合均勻，藉此製備熱傳導性片材形成用之樹脂組合物，除此以外，以與實施例1相同之方法獲得熱傳導性片材。
＜比較例3＞ 將60體積%之聚矽氧樹脂及40體積%之結晶形狀為六方晶型之鱗片狀氮化硼(D50為40 μm)混合均勻，藉此製備熱傳導性片材形成用之樹脂組合物，除此以外，以與實施例1相同之方法獲得熱傳導性片材。
＜熱傳導率＞ 使用依據ASTM-D5470之熱阻測定裝置，施加1 kgf/cm2 之負載，分別測定熱傳導性片材之厚度方向及面方向之有效熱傳導率(W/m･K)。將結果示於表1。表1中，「厚度方向」及「面方向」表示熱傳導性片材之有效熱傳導率之測定方向。又，亦可換言之，片材中碳纖維或鱗片狀氮化硼被配向之方向為「厚度方向」，將厚度方向之角度改變90度之方向為「面方向」。
＜相對介電常數＞ 以依據JIS K6911之方法，測定熱傳導性片材之厚度方向及面方向之相對介電常數(30 GHz)。將結果示於表1。
[表1]
   實施例1 實施例2 實施例3 實施例4 實施例5 實施例6 比較例1 比較例2 比較例3
黏合劑樹脂 聚矽氧樹脂 體積填充率(vol%) 33 37 60 35 33 33 60 60 60
第1熱傳導性填料 鱗片狀氮化硼(D50＝40 μm) 體積填充率(vol%) 27 23 20 - 27 27 - - 40
碳纖維(D50＝150 μm) 體積填充率(vol%) - - - 23 - - - - -
第2熱傳導性填料 球狀氮化硼(D50＝25 μm) 體積填充率(vol%) - - - - - - 20 - -
球狀氮化硼(D50＝50 μm) 體積填充率(vol%) - - - - - - - 20 -
氮化鋁(D50＝1.2 μm) 體積填充率(vol%) 20 20 10 - 20 20 10 10 -
球狀氧化鋁(D50＝3 μm) 體積填充率(vol%) - - - 42 - - - - -
球狀氧化鋁(D50＝2 μm) 體積填充率(vol%) 20 20 10 - 20 20 10 10 -
熱傳導性片材之評價 配向 厚度方向 面方向 厚度方向 面方向 厚度方向 面方向 厚度方向 面方向 厚度方向 面方向 厚度方向 面方向 厚度方向 面方向 厚度方向 面方向 厚度方向 面方向
有效熱傳導率(W/m•K) 9 3.5 7.5 3 5 1 18 3.5 8.9 3.6 8.8 3.6 3 3 2 2 6 3
相對介電常數(30 GHz) 5.6 4.8 5.3 4.4 4.2 3.6 90 30 5.5 4.8 5.6 4.7 4.1 4.1 3.9 3.9 3.7 3.7
可知於實施例1～6中，可獲得熱傳導性片材，其含有黏合劑樹脂、第1熱傳導性填料及第2熱傳導性填料，第1鱗片狀熱傳導性填料及第2熱傳導性填料分散於黏合劑樹脂中，且於厚度方向與面方向上相對介電常數及熱傳導率不同。即，可知實施例1～6所獲得之熱傳導性片材於厚度方向與面方向上具有相對介電常數及熱傳導率之各向異性。
又，可知實施例1～6所獲得之熱傳導性片材係第1熱傳導性填料之配向方向(厚度方向)上之熱傳導率為第1熱傳導性填料之非配向方向(面方向)上之熱傳導率之2倍以上。
可知於比較例1、2中，由於使用不含第1熱傳導性填料之樹脂組合物，故而無法獲得於厚度方向與面方向上相對介電常數及熱傳導率不同之熱傳導性片材。即，可知比較例1、2所獲得之熱傳導性片材於厚度方向與面方向上不具有相對介電常數及熱傳導率之各向異性。
可知於比較例3中，由於使用不含第2熱傳導性填料之樹脂組合物，故而無法獲得於厚度方向與面方向上相對介電常數及熱傳導率不同之熱傳導性片材。具體而言，可知比較例3所獲得之熱傳導性片材於厚度方向與面方向上不具有相對介電常數之各向異性。 [產業上之可利用性]
本技術之熱傳導性片材係於厚度方向與面方向上相對介電常數及熱傳導率不同，因此例如於屏障或天線之領域中可期待新的應用。
1:熱傳導性片材 2:黏合劑樹脂 3:第1熱傳導性填料 3A:鱗片狀氮化硼 4:第2熱傳導性填料 50:半導體裝置 51:電子零件 52:散熱片 53:散熱器
圖1係表示本技術之熱傳導性片材之一例之剖視圖。 圖2係模式地表示結晶形狀為六方晶型之鱗片狀氮化硼之立體圖。 圖3係表示應用本技術之熱傳導性片材之半導體裝置之一例的剖視圖。
1:熱傳導性片材
2:黏合劑樹脂
3:第1熱傳導性填料
4:第2熱傳導性填料

Claims (19)

  1. 一種熱傳導性片材，其含有黏合劑樹脂、包含鱗片狀熱傳導性填料及/或纖維狀熱傳導性填料之第1熱傳導性填料及包含非鱗片狀且非纖維狀熱傳導性填料之第2熱傳導性填料，上述第1熱傳導性填料與上述第2熱傳導性填料分散於上述黏合劑樹脂中，且 於該熱傳導性片材之厚度方向與面方向上，相對介電常數及熱傳導率不同。
  2. 如請求項1之熱傳導性片材，其中上述第1熱傳導性填料含有鱗片狀氮化硼。
  3. 如請求項1或2之熱傳導性片材，其中上述第2熱傳導性填料含有氮化鋁粒子及球狀氧化鋁粒子。
  4. 如請求項2之熱傳導性片材，其中上述第1熱傳導性填料之平均粒徑為20～100 μm。
  5. 如請求項1或2之熱傳導性片材，其中上述第1熱傳導性填料之含量為20～35體積%。
  6. 如請求項3之熱傳導性片材，其中上述球狀氧化鋁粒子之平均粒徑為1～3 μm。
  7. 如請求項3之熱傳導性片材，其中上述球狀氧化鋁粒子之含量為10～25體積%。
  8. 如請求項3之熱傳導性片材，其中上述氮化鋁粒子之平均粒徑為1～5 μm。
  9. 如請求項3之熱傳導性片材，其中上述氮化鋁粒子之含量為10～25體積%。
  10. 如請求項1之熱傳導性片材，其中上述第1熱傳導性填料含有碳纖維，且 上述第2熱傳導性填料含有球狀氧化鋁粒子。
  11. 如請求項1或2之熱傳導性片材，其中上述第1熱傳導性填料之配向方向上之熱傳導率為上述第1熱傳導性填料之非配向方向上之熱傳導率之2倍以上。
  12. 一種熱傳導性片材之製造方法，其具有：步驟A，藉由使包含鱗片狀熱傳導性填料及/或纖維狀熱傳導性填料之第1熱傳導性填料與包含非鱗片狀且非纖維狀熱傳導性填料之第2熱傳導性填料分散於黏合劑樹脂中，而製備熱傳導性片材形成用之樹脂組合物； 步驟B，由上述熱傳導性片材形成用之樹脂組合物形成成形體塊；及 步驟C，將上述成形體塊切片為片狀，獲得於厚度方向與面方向上相對介電常數及熱傳導率不同之熱傳導性片材。
  13. 如請求項12之熱傳導性片材之製造方法，其中於上述步驟B中，由上述熱傳導性片材形成用之樹脂組合物，藉由擠出成形法或模具成形法形成成形體塊。
  14. 如請求項12或13之熱傳導性片材之製造方法，其中於上述步驟B中，由上述熱傳導性片材形成用之樹脂組合物，藉由擠出成形法形成成形體塊，且 於上述步驟C中，將上述成形體塊切片為片狀時之切片方向相對於上述擠出成形法之擠出方向為60～120度。
  15. 如請求項12之熱傳導性片材之製造方法，其中於上述步驟B中，由上述熱傳導性片材形成用之樹脂組合物製作未硬化狀態之坯片，並積層該坯片，藉此形成上述成形體塊。
  16. 如請求項15之熱傳導性片材之製造方法，其中於上述步驟B中，由上述熱傳導性片材形成用之樹脂組合物，使用棒式塗佈機製作上述坯片。
  17. 如請求項12之熱傳導性片材之製造方法，其中於上述步驟B中，由上述熱傳導性片材形成用之樹脂組合物，使用模頭獲得片材，並積層所獲得之片材，藉此形成上述成形體塊。
  18. 如請求項15至17中任一項之熱傳導性片材之製造方法，其中於上述步驟C中，將上述成形體塊切片為片狀時之切片方向相對於上述擠出成形法之擠出方向為60～120度。
  19. 一種電子機器，其具備：發熱體； 散熱體；及 如請求項1至11中任一項之熱傳導性片材，其配置於發熱體與散熱體之間。
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