TW540147B - Heat conductive sheet - Google Patents

Description

540147 五、發明說明（1) 發明背景 本發明係針對一種用於熱放射（輻射）應用之高效率導熱 片，如電子元件之熱輻射應用等等。 近年來，隨著電子零件高速度及微小化目標的達成，由 電子元件所產生熱量之控制將變得日趨重要。一種控制熱 生成的方法是將散熱片貼附於電子元件上，將熱量散發。 然而，由於在生成熱之電子元件及散熱片間，其接觸面並 非一完全的平面，在介面間即產生一間隙。而這些間隙將 成為熱傳導的一種障礙，同時降低熱傳導性之表現。一種 為吾人所熟知填補間隙之方法，即在生成熱之電子元件及 散熱片間填入一熱導物質。 矽脂可有效地填補介面間之間隙，且該脂普遍被認為是 一種高效率之熱導物質是廣為人知的。此熱導填充材質所 構成之矽脂，亦被用於改善熱傳導之特性。然而，因矽脂 需要一同質性塗覆之操作及其低附著力等因素，欲大量使 用矽脂將是一大問題。 為了改進石夕脂應用上之操作，由熱導填充材質構成之石夕 橡膠或矽凝膠，亦被用於填補該間隙上，如同根據日本專 利申請號第1 0 - 2 0 4 2 9 5及1 0 - 1 8 9 8 3 8上所揭露。在這些案例 中，因為幾乎沒有污染，所以其操作特性甚佳。然而，要 完全填補介面間之間隙是困難的，且當應用於高散發熱量 之電子元件時，其熱傳導力亦顯不足。 同時，吾人了解到相位改變型熱導材料，在一特定溫度 時將轉變為液體。在此情況下，由於此熱導材質於常溫下

540147 五、發明說明（2) 為固態’故其操作特性相對較佳 間達到一特定溫度，此黏結性 ^者’若在元件操作期 介面間之間隙將無法被有效 针=一部份將液化，同時 與油脂性材料相同之優良埶傳；：些材料顯示了其具有 於是，-種加Λ難達到足夠之基板強度。 板強度之方法即應運而2枓（如玻璃纖維），以達到足夠基 以玻璃纖維而言，冬· 加。然而，因為纖維：纖唯^::匕’則基板強度亦增 性能亦降低。因此，—瀚、’二孔八部分減少，故熱導傳 使用。但是，當且有’ ^有師孔及大量孔穴之材料即被 料時，問題發生;師孔之玻璃纖維被作為支撐性材 中將變得固難丄由不『’在模組化的過程 尺寸的過程上也變得困2為基板強度肖，在欲切割為-定 比，此種材料雖具有將此^才t與油脂性材料相 有問題產生，如内部二二低（’但〉皿度提升至3〇度時’將 用於機械裝置上時：：將變得困難。-個問題是’在應 留下此混合成分：―:部分將交換、拆開、甚或分離，只 這種問題方法的材料於此裝置之兩側，故需要能減低 本發明是一種根撼土义u # 署，廿炎一 a 很據先刖技蟄並將以上問題納入考慮的梦 .至二二矽知性材料具有相同優良導熱性質的導埶 1性：2發明之導熱片，具有優良之模組化性質：加 貝以处理性質，故在電子裝置上之裝配以及分離 時，將變得容易。 刀雖

第6頁 540147 五、發明說明（3) 發明概要 本發明係一種經由混合熱導填充物及黏結劑構成之導熱 板；該黏結劑是由水晶樹脂中混合短纖維而成，而此水曰 樹脂在於_特定溫度時（或以上）將變為流體，以形成一 ^ 成片狀的混合物質。 發明詳述 本發明之導熱板為一種運用混合性物質構成之材料。此 混合性物質之黏結劑包括短纖維，此纖維被用於加強美板 材質上，而此基板材質由一會於特定溫度轉變為液體之水 晶樹脂所組成。此外，熱導填充性材料由以上黏結劑材料 組成，而該熱導填充性材料即被製為導熱片。在此導熱片 中’當電子元件產生熱量並達到水晶樹脂之熔點時，黏# 劑將成為液態，因此，介於電子元件和散熱片間之接觸 面’將變得足夠潮濕，並能將填補其間隙，而能得到相去 優良的熱傳導表現。同時，因為水晶樹脂在溫度達到^ ^ 點W為一種固態材料，且因短纖維材料混合於黏結劑之、合 中’所以其内部之黏著力高，提供足夠的基板強度1在斑 電子兀件組合或分離（元件交換）時將很容易進行。此 '、 在模組化及處理性質上都相當出色。 ’ 根據本發明，用於黏著劑材料之水晶樹脂，如石蠟， 、奋點介於攝氏約4 5度至1 0 0度的範圍間。同時，亦有 :、 ，用與石蠟具有高相容性之材料，如聚丁烯，作為増犯 =動性之添加物。此外，亦能添加油性樹脂以達到増ς 午特性之目的。關於石蠟及聚丁烯之混合比例，相對於”、

第7頁 540147 五、發明說明（4) 1 0 0比重的石赠， 佳。若聚丁烯'Λ 比重總數應於低於2 0 0比重較 根據其操作特性，將產生若干問：勒著力變得相當強，而 根據本發明，短纖維被用作一加： 此加強性材料常被用於渔式纖唯之】：，度之材枓，而 合成性的材料。同時 纖：：原肖，其包含了天然及 之範圍間，日# r > 、義、准之長度係介於約5至約40 圍間。此短纖維包含了，如黏熔性約20 denier之範 性聚酯纖唯材料 . ^ 命烯烴纖維材料及黏熔 聚丙稀=田聚稀烴纖維材料包含了聚乙烯及 承巧歸，或者使用核心纖維材 ^ 材料之、、日入A y丨 關於水日日树脂及短纖維 柯针之此合比例，相對於丨〇 〇 ^ 屮舌旛入从， U里的水晶樹脂，短纖維之 ，當短纖維 ，而當短纖 同時其熱傳 比重應介於5比重範圍間較佳。在此例中 低於"寺’將很難達到足夠之基板強度 ，准比重超過1 5時，其黏結劑之流動性將降低， 導性也隨之降低。 此種混合於黏結劑之熱導性填充物，各別包含了如氮化 硼、碳化矽、三氧化二鋁、二氧化矽、氧化鎂、二氧化 鈦、三碳化四鋁、五氮化四矽、銅、鋁，碳等，或由上述 兩種以上元素結合而成。關於黏結性材料和熱導填充性材 料之混合比例，相對於1 〇 〇體積比的黏結性材料，熱導填 充性材料應低於介於約1至2 0 0體積比之範圍較佳。”在此情 形下，當熱導填充材料使用之總數約低於1體積比時，其月 導熱性質降低，而體積比大於2 0 0時，基板強度則降低了 本發明之導熱片，如根據以下描述之方法，為一種可生產 第8頁 540147 五、發明說明（5) 製造用之材料。首先，將短纖維材料和熱導填充性材料混 合成黏結性材料，以上溫度應操作大於等於水晶樹脂材料 之熔點下，如此混合物將轉變為同質性。接著，將此混合 材料加壓並散佈於兩薄膜之空隙間，例如以輪壓模組化方 法或加壓模組化方法，直至所求厚度，即形成片狀材質。 範例 以下，本發明將根據實際完成之範例作更詳細的解說， 但本發明決非限制於這些範例中。 測試方法 熱阻測試 欲測量部分貼附於一電阻之背面，並將之固定在一冷卻 板上，保持在特定溫度及7. 6牛頓壓力下，運用1 2. 6 W之電 流穿過此電阻，測量其介於電阻溫度和冷卻板之溫度差以 求得熱阻。 操作性質測試 操作性質乃經由内部分離性質及組裝時之附著力反應評 估而得。内部可輕易分離且在基板表面無黏結現象之材 料，代表其性質π佳π ;而内部可分離且具附著力現象之材 料，代表π可行π ;而在内部與材質分離時，其基板展延或 破裂者，代表”不可行π。 再分離性質 經由熱阻測試冷卻後，此測試之材質將自電阻及冷卻板 上取下，同時，此材質附著力現象之污染情況，將可直觀 地觀察並測量之。在此情形下，當一完全的分離過程中不

第9頁 540147 五、發明說明（6) 留下任何殘餘基板元件時，代表此材質”佳" 若有部分元件殘餘，但可輕易被移除或拭在：情形下 I订”，而當有大量元件殘餘且無法被輕易移去二、表+其’， 其不可行"。 砂云蚪，代表 加工性質 經由一衝壓行進技術過程所測量而得。 衝壓出之物件，代表其"佳”，在此情形下，所 而程度嚴重時 ::衝壓出之物件’且角落部分遺失及有部分被炫化 部占貼，上述程度輕微時，代表其”可行，，-▲. ’、 代表”不可行”。 範例一 相對於1 0 0體積比之黏結性物質，此物質包括8 〇比重之 石蠟（由日本石油公司製造之125〇石蠟），2〇比重之聚丁烯 〔由日本石化公司製造，HV- 1 9 0 0 F )，及五比重之黏熔性聚 乙稀/聚丙烯纖維（由Chi sso公司製，EAC，2dx5mm)，25體 積比之氮化硼（由Mizujima Gosei Tetsu公司製，HP - 1)， 於6 5 C下混合，並於7 〇它下加壓模化，即可得到厚度為 3 · 1 7mm之導熱片。此導熱片之熱阻、處理性質、再分離性 貝及模組化-加工性質經測量後之評估，係被進行，且評 估後之結果，其數值列於表一。再者，測量乃根據以下敘 述操作。 對照範例一 相對於1 0 0體積比之黏結性物質，此物質包括8 〇比重之 石壤（由日本石油公司製造之125〇石蠟），2〇比重之聚丁烯

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五、發明說明（7) 25體積比之氮化糊（由Mizujima 1 )，於65 °C下混合，並於70 °C下 HP- (由日本石化公司製造 Gosei Tetsu 公司製， 加壓权化，3可得到厚度為〇· 17_之導熱片。相對於根據 此導熱片所付，進仃如範例一描述同樣測量，其結果列於 下列表一。 對照範例二 採用已知之先$技藝’採用石夕脂（由T〇ray_D〇w Corning Company製造’SE4490CV)混合氧化鋁，接著進行如以上範 例一所述之測量，其結果列於下列表一。 對照範例三 採用已知之先前技藝，採用相位改變型熱導材料（由 Comerix公司製造，T-71 0)，接著進行如以上範例一所述 之測量，其結果列於下列表一。 表1 範例1 對照範例1 對照範例2 對照範例3 基板厚度(mm) 0.17 0.17 無法測量 0.17 熱阻(oC.cm2/W) 2.58 1.94 1.29 2.58 處理性質 佳 可行 不可行 可行 再分離性質 佳 可行 1 不可行、 不可行 模組化-加工性質 5 ^ 可行 根據以上列於表一中之測量結果’本發明之導熱片與使用 矽脂時的情況下具有相同良好的熱傳導相容性，同時其處 理性質、再分離性質及模化-操作性質均極佳。 由以上之說明，本發明之導熱片係一與矽脂具有相同良

540147 五、發明說明（8) 好熱導性質之基板材料，在此同時，其亦具有極佳的模化 性質與操作性質，且特別的是，本發明亦是一種具有優良 處理性質之材料，故在如元件交換時電子元件拆卸之内部 分離及與電子元件組裝時之結合將變得容易，本發明之導 熱片當用於電子元件等裝置之應用上時，在散熱方面具有 極大的影響力。

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Claims (1)

1. 540147 六、申請專利範圍 1. 一種導熱片，由一混合物包含熱導填充性材料及黏結 性材料生產製造而成，此黏結性材料為包含在水晶樹脂内 之短纖維^水晶樹脂在一^特定溫度或以上會變為流體^混 合物形成片狀形態。 2. 根據申請專利範圍第1項之導熱片’在此水晶樹脂係 擁有約4 5 °C至1 0 0 °C熔點之石蠟。 3 .根據申請專利範圍第2項之導熱片，在此2 0 0比重或以 下之聚丁烯將和1 0 0比重之石蠟混合。 4. 根據申請專利範圍第1項之導熱片，在此短纖維係指 熔黏性聚烯烴纖維，熔黏性聚酯纖維，或其組合。 5. 根據申請專利範圍第1項之導熱片，在此以1 0 0比重之 水晶樹脂為基準，混合約1皇1 5比重之短纖維。 6. 根據申請專利範圍第1項之導熱片，在此以1 0 0體積比 之黏結劑為基準，混合約1至2 0 0體積比之熱導性填充材 料。