TWI457434B - grease - Google Patents

Description

潤滑脂

本發明係有關導熱性潤滑脂。

伴隨個人電腦之CPU(中央處理裝置)等發熱性電子零件之小型化、高輸出功率化，由此等電子零件所產生之單位面積熱量均變得極大。該熱量約達電熨斗之20倍熱量。為使該發熱性電子零件長期使用後不致出現故障，因此務必使發熱之電子零件冷卻。冷卻時，使用金屬製之散熱片、框體，更為由發熱性電子零件有效導熱於散熱片、框體等之冷卻部，而使用導熱性材料。作為使用該導熱性材料之理由，直接接觸發熱性電子零件與散熱片等時，其界面稍微觀察後，出現空氣存在之導熱障礙。因此，將導熱性材料介存於發熱性電子零件與散熱片等之間，取代存在於界面之空氣，則可有效導熱。

作為導熱性材料者有：聚矽氧橡膠中填入導熱性粉末之硬化物所成之導熱性薄片；矽膠類之聚矽氧中填入導熱性粉末之具有柔軟性硬化物所成之導熱性墊片；液狀聚矽氧中填入導熱性粉末之具有流動性之導熱性潤滑脂；於發熱電子零件之運作溫度下，進行軟化或流動化之相變化型導熱性材料等。其中又特別以導熱性潤滑脂最易導熱。

導熱性潤滑脂係由聚矽氧油等液狀聚矽氧之基油中含有導熱性粉末所成者。為滿足高導熱化之要求，被揭示以 氮化鋁粉末作為導熱性粉末使用(專利文獻1)。惟，氮化鋁粉末為六方晶之結晶構造，其形狀為非球狀，因此提高導熱性粉末之填充量進行高導熱化時有界限。

於二甲基聚矽氧油之基油中填入氧化鋁粉末與氮化鋁粉末(專利文獻2、3)、或氧化鋁粉末與金屬鋁粉末(專利文獻4)後使用時，雖具有高導熱性，惟於低溫與高溫下之熱循環長期重覆使用後，基油之聚矽氧油成份產生分離，所謂「離油」，而提昇熱電阻。

另外，為解決基油之聚矽氧油成份之分離問題，被提出使用特殊之聚矽氧(專利文獻5)，該專利文獻5中並未記載有關高導熱化。

專利文獻1：特開2000－169873號公報 專利文獻2：特開2002－194379號公報 專利文獻3：特開2005－54099號公報 專利文獻4：特開2005－170971號公報 專利文獻5：特開2004－917743號公報

本發明之目的係提供一種顯示低熱電阻，經由加熱循環後改善劣化之潤滑脂，特別適用於發熱性電子零件之導熱性材料之潤滑脂。

本發明為解決上述課題，而採用以下方法。

(1)其特徵為含有1種或2種以上選自導熱性材料(A)、導熱性材料(B)、及導熱性材料(C)所成群之導 熱材料粉末，該導熱性材料粉末藉由雷射繞射式粒度分佈法所測定之粒度分佈中，於2.0~10 μm、1.0~1.9 μm、及0.1~0.9 μm之範圍內具有頻度極大值，且表面張力於25℃下含有25~40dyn/cm之基油所成之潤滑脂。

(2)其特徵為含有平均粒徑2.0~1.0 μm之導熱性材料(A)與平均粒徑1.0~1.9 μm之導熱性材料(B)與平均粒徑0.1~0.9 μm之導熱性材料(C)，以及表面張力於25℃下為25~40dyn/cm之基油所成之潤滑脂。

(3)導熱性材料(A)、(B)或(C)為1種或2種以上選自金屬鋁、氮化鋁及氧化鋅所成群之上述(1)或(2)所載之潤滑脂。

(4)導熱性材料(A)為金屬鋁，導熱性材料(B)為氮化鋁，且導熱性材料(C)為氧化鋅之該(1)或(2)所載之潤滑脂。

(5)基油之黏度為300~1000 mPa．s之該(1)至(4)中任一項之潤滑脂。

(6)基油係被烷基所改性之聚矽氧油之該(1)至(5)中任一項之潤滑脂。

(7)導熱性材料(A)、(B)、及(C)之含量為60~80體積%之該(1)至(6)中任一項之潤滑脂。

(8)全導熱性材料中，導熱性材料(A)為50~70體積%、導熱性材料(B)為30~20體積%，且導熱性材料(C)為20~10體積%之該(1)至(7)中任一項所載之潤滑脂。

(9)更含有矽烷偶合劑所成之該(1)至(8)中任一項之潤滑脂。

(10)熱電阻為0.2℃/W以下之該(1)至(9)中任一項之潤滑脂。

本發明係對於由電子零件所產生之熱等，提供一種適於導熱性之潤滑脂。顯示低熱電阻，經由熱循環可改善劣化之潤滑脂。

[發明實施之最佳形態]

含於本發明潤滑脂之導熱性材料(A)、(B)或(C)係1種或2種以上選自金屬鋁、氮化鋁、及氧化鋅之群。導熱性材料(A)、(B)、或(C)亦可含有如：金屬錫、金屬銀、金屬銅、碳化矽、氧化鋁、氮化矽、氮化硼粉末等之導熱性粉末，而金屬鋁、氮化鋁及氧化鋅之合計量最大以5體積%為宜，特別變更為3體積%為最佳使用者。

本發明潤滑脂其所含導熱性材料之粉末藉由雷射繞射式粒度分佈法所測定之粒度分佈中，於2.0~10 μm、1.0 ~1.9μm、及0.1~0.9 μm之範圍內具有頻度極大值後，可提昇導熱性材料間之接觸點數。其結果，可提昇作為潤滑脂之導熱性。作為具有此頻度極大值之導熱性材料粉末之粒度分佈之手段之一者，有：具有不同粒度分佈的混合導熱性材料之方法。

藉由不同平均粒徑之混合導熱性材料(A)、(B) 、及(C)3種導熱性材料後，可提昇導熱性材料之填充性。亦即，藉由混合平均粒徑2.0~10 μm之導熱性材料(A)與平均粒徑1.0~1.9 μm之導熱性材料(B)、及平均粒徑0.1~0.9 μm之導熱性材料(C)後，可提昇導熱性材料之填充性。其結果可提昇作為潤滑脂之導熱性。更藉由含有平均粒徑為0.1~10 μm之小粒徑材料，更佳者為0.3~6 μm所成之導熱性材料後，可使填充其導熱性材料之潤滑脂薄膜化，熱電阻(導熱容易度)變小。藉由此，可製造極易導熱之潤滑脂。

本發明所使用之平均粒徑為2.0~10 μm之導熱性材料(A)其平均粒徑務必為2.0~10 μm，平均粒徑為3~6 μm者更佳。當平均粒徑大於10 μm時，則潤滑脂不易薄膜化，有提昇潤滑脂熱電阻之傾向。相反的，平均粒徑小於2.0 μm則作為導熱性材料(A)者以金屬鋁為宜。

本發明所使用之平均粒徑為1.0~1.9 μm之導熱性材料(B)其平均粒徑務必為1.0~1.9 μm，其平均粒徑為1.3~1.7 μm為更佳。當平均粒徑大於1.9 μm時，則與平均粒徑2.0~10 μm之導熱性材料粒子之粒徑相近，將使填充性變差，提昇熱電阻。反之，平均粒徑小於1 μm，則近於平均粒徑0.1~0.9 μm之導熱性材料之粒子，粒子變小導致導熱性材料之填充性變差，提昇熱電阻。作為導熱性材料(B)者以氮化鋁為宜。

本發明所使用之氧化鋅粉末其平均粒徑為0.1~0.9 μm之導熱性材料(C)務必為平均粒徑0.1~0.9 μm，更佳 者為平均粒徑0.3~0.7 μm。當平均粒徑大於0.9 μm時，則接近平均粒徑為1.0~1.9 μm之導熱性材料粒子之粒徑，將使填充性變差，提昇熱電阻。當平均粒徑小於0.1 μm則整體導熱性材料之填充性將變差，熱電阻上昇。作為導熱性材料(C)者以氧化鋅為宜。

潤滑脂中之導熱性材料(A)、(B)、及(C)之含量為60~80體積%者宜，更佳者為65~75體積%。當導熱性材料之含量超出80體積%時，則潤滑脂將變硬，熱電阻變大。反之，導熱性材料之含量低於60體積%，則導熱性材料之填充量小，不易導熱，熱電阻變大。

3種不同平均粒徑之導熱性材料的配合比例其導熱性材料(A)為50~70體積%者宜，特別以55~65體積%為最佳，導熱性材料(B)為30~20體積%者宜，特別以27~25體積%為最佳，而導熱性材料(C)為20~10體積%者宜，特別以17~13體積%為最佳。當導熱性材料(A)之含有比例小於50體積%則潤滑脂變硬，熱電阻變大。反之，大於70體積%則導熱性材料之填充性變差，熱電阻變大。

本發明之平均粒徑係利用島津製作所製「雷射衍射式粒度分佈測定裝置SALD－200」進行測定之。評定樣本係於燒杯中添加50cc純水與5g所測定之導熱性粉末，利用刮刀進行攪拌，之後，於超音波洗淨機進行10分鐘分散處理，利用滴管將分散處理之導熱性材料之粉末溶液1滴滴加入裝置之採樣器中，等待穩定至可測定吸光度為止。如此 測定吸光度呈穩定時。於雷射繞射式粒度分佈測定裝置中，以感應器由經由檢出粒子之繞射/散射光之光強度分佈數據計算粒度分佈。平均粒徑係於所測定粒徑之值加上相對粒子量(差分%)，以相對粒子量之合計(100%)除後求出。又，平均粒徑為粒子之平均直徑。

本發明所使用之基油其表面張力於25℃下為25~40dyn/cm者宜，特別以30~35dyn/cm為最佳。當表面張力小於25dyn/cm時，則對於潤滑脂重覆熱循環後，容易引起基油分離，藉此導致潤滑脂變硬，進而使導熱性變差。又，表面張力大於40dyn/cm則作成潤滑脂時之濕潤度不良，不易使潤滑脂散開，導熱性變差。

表面張力為具有儘可能縮小表面之液體性質，因此為界面張力之一種。液體與氣體接觸時液體具有僅可能縮小表面積之性質。相較於液體內之分子由周邊被引力拉引，而表面上之分子僅於液體未接觸部份，不受液體分子之引力影響。僅有該部份，表面上之分子具多餘的能量，此乃表面張力之強度。該表面張力變強顯示大值，由潤滑脂之基油變得不易分離。

本發明中，作為表面張力之測定方法者，為Wilhelmy法者宜。Wilhelmy法係對於液面呈垂直浸漬平板(主為鉑板)後，提昇液濕潤度，而此時出現減低增加液面之面積傾向，運作表面張力。該力以平板之周圍長度(寬度與厚度合計之2倍)除後，作成長度之力(dyn/cm)被算出。藉此求出表面張力，表面張力之測定裝置係使用協和界面 化學製「自動表面張力計」等。

基油之表面張力即使對於表面張力小之基油添加表面張力大之添加劑，仍可進行調整。如：表面張力小之二甲基聚矽氧油等藉由添加具有烷基之矽烷偶合劑後，可調整表面張力。

基油之黏度為300~1000mPa．s者宜，特別以500m~700mPa．s為最佳。基油之黏度若未達300mPa．s時，則進行加熱循環後，將易產生潤滑脂之基油與導熱性材料之分離，熱電阻變高之傾向。基油黏度若超出1000mPa．s時，則不易進行導熱性材料之高填充，潤滑脂之導熱性變差。

基油之黏度係利用布魯克菲爾製「數字黏度計DV－I」所測定。利用RV主軸設置，使用圓筒No.1，放入該圓筒，使用可置入至基準線為止之基油之容器。將圓筒浸漬於基油中，進行評定旋輥數10rpm之黏度值。

本發明中，作為基油之表面張力為25~40dyn/cm，且黏度為300~1000mPa．s之二甲基聚矽氧油之甲基為碳數3以上者宜，特別以8~12之烷基進行改性後，表面張力為27~37dyn/cm，且黏度為400~800mPa．s之聚矽氧油使用者宜。以烷基進行改性之聚矽氧油其表面張力變大，作成潤滑脂時，可抑制經由加熱循環後熱電阻之劣化。

本發明之潤滑脂中，含有矽烷偶合劑，作為表面改質劑者，可進行填料之疏水化、及分散性提昇，其他有機樹脂之改質等。作為理想之矽烷偶合劑者，如：具有碳數8~10之烷基的烷基矽之例。理想之矽烷偶合劑之例如：n －辛基三甲氧基矽烷、n－辛基三乙氧基矽烷、n－癸基三甲氧基矽烷等例。

另外，本發明之潤滑脂除上述各成份之外，必要時亦可配合抗氧化劑、抗金屬腐蝕劑等。

本發明之潤滑脂可使上述材料以萬能混合攪拌器、捏合器、混種混合器等進行混煉後製造之。

作為潤滑脂之熱電阻測定方法者，於埋入加熱器之垂直體之銅製機架其頂端為1cm² (1cm×1cm)，與於裝置冷卻散熱片之垂直體之銅製機架其頂端為1cm² (1cm×1cm)之間，挾住潤滑脂，每1平方公分荷重4kg，將試料與銅製機架密合之。試料之量作成埋入整體密合面之狀態。加熱器中加入電力20W，維持30分鐘，測定銅製機架相互之溫度差(℃)，以式：熱電阻(℃/W)＝{溫度差(℃)/電力(W)}算取之。

作為本發明潤滑脂之熱電阻者，考量其潤滑脂之導熱性，以0.2℃/W以下者宜，特別以0.1℃/W以下為最佳。

針對本發明潤滑脂之分離狀態，於厚度1mm、10000mm² (100mm×100mm)之面積的透明玻璃板相互之間，進行塗佈厚度100 μm、900mm² (30mm×30mm)之潤滑脂，該狀態下，－40℃、30分鐘、130℃、30分鐘之條件下，進行加熱循環試驗，評定之。循環數為100循環。測定由導熱性潤滑脂所分離基油之重量，評定分離狀態。

[實施例] (實施例1~24、比較例1~8)

將表1所示之導熱性材料(A)、(B)、(C)，表2所示之基油(D)，表3所示之矽烷偶合劑(E)，以表4~6之比例進行配合，利用Synchi製「脫泡練太郎AR－250」，進行5分鐘混合，製造潤滑脂。表4顯示評定所得潤滑脂之熱電阻與分離狀態之結果。又，評定結果中，熱電阻為超出0.2℃/W之導熱性潤滑脂，作為熱特性者，不易有效將熱由發熱部導入冷卻部，因此作成比較例。

本發明之潤滑脂顯示低熱電阻，經由加熱循環之劣化少，可有效將熱由發熱性電子零件導入散熱片、框體等之冷卻部。

[產業上可利用性]

本發明之導熱性潤滑脂適用於各種領域，而特別藉由存在於發熱性電子零件與散熱片等之間，可有效導熱，因此被用於發熱之電子零件的冷卻等。

又，其中引用2006年10月17日所申請之日本專利申請2006－282457號之明細書，申請專利範圍及摘要之總內容，作成本發明說明書之揭示，採用者。

Claims (5)

1. 一種潤滑脂，其特徵為含有平均粒徑2.0~10μm之金屬鋁之導熱性材料(A)與平均粒徑1.0~1.9μm之氮化鋁之導熱性材料(B)與平均粒徑0.1~0.9μm之氧化鋅之導熱性材料(C)，以及表面張力於25℃下為25~40dyn/cm之基油，其中，全導熱性材料中，導熱性材料(A)為50~70體積%、導熱性材料(B)為30~20體積%，且導熱性材料(C)為20~10體積%，進而潤滑脂中之導熱性材料(A)、(B)及(C)之含量為60~80體積%。
2. 如申請專利範圍第1項之潤滑脂，其中基油之黏度為300~1000mPa‧s。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項之潤滑脂，其中基油係被烷基所改性之聚矽氧油。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項之潤滑脂，其中更含有矽烷偶合劑而成。
5. 如申請專利範圍第1項或第2項之潤滑脂，其中熱電阻為0.2℃/W以下。