TWI500752B - A heat-conductive sheet, a method of manufacturing the same, and a heat-dissipating device using the same - Google Patents

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Description

導熱薄片，其製造方法及使用其之散熱裝置
本發明係關於導熱薄片，其製造方法及使用其之散熱裝置。
近年來，多層電路板及半導體封裝中電路密度或電子零件之搭載密度提高，且半導體元件進展為高積體化，導致該發熱體每單位面積之發熱量變大。因此，期望提高自發熱體之散熱效率之技術。
作為散熱之一般方法，係採用在如半導體封裝之發熱體與由鋁或銅所構成之散熱體之間挾持並密著導熱油脂或導熱薄片，將熱傳導至外部之方法。就組裝散熱裝置時之作業性之觀點而言，導熱薄片比導熱油脂優異。因此，已對於導熱薄片之各種開發進行探討。
例如，為了提高導熱性，已提出於基質材料中調配導熱性之無機粒子之各種導熱性複合材料組成物及其成形加工品。作為導熱性無機粒子所使用之物質大致上分成碳、銀及銅等具有導電性之物質，及氧化鋁、氧化矽、氮化鋁及氮化硼等電絕緣性物質。然而，導電性之物質由於若在電路附近使用會有使電路短路之可能性，因此多數情況下係使用電絕緣性物質。
至於由將該等電絕緣性之導熱性無機粒子調配於基質材料中而成之導熱性複合材料組成物構成之薄片，例如於專利文獻1，揭示由將粒子厚度超過1.4μm，且比表面積未達2.6m2 /g之氮化硼粉末調配於矽氧橡膠中而成之組成物所構成之絕緣散熱薄片。
又，於專利文獻2，揭示由充填有氮化硼粉末而成之高分子組成物所構成之導熱薄片，且氮化硼粉末以一定方向磁場配向之導熱性薄片。
進而，於專利文獻3，揭示將由熱可塑性樹脂所構成之結合劑樹脂與無機填充材之粒子之混練物成形而成之複數片之一次薄片予以層合，使所得層合體相對於層合面垂直之方向切割，藉此獲得導熱性薄片。
近年來，由於導熱性薄片適用於各種散熱裝置，因此不僅需要高的導熱性，且亦有必要對導熱薄片追加凹凸吸收及應力緩和等之性能。例如，使用於自如顯示器面板之大面積發熱體散熱時，對導熱薄片要求有對發熱體及散熱體之各表面歪斜或凹凸之吸收、因熱膨脹率不同產生之熱應力加以緩和之功能。此外，作為某種程度之膜厚而構成時，亦要求有可傳熱之高導熱性，且亦要求可於發熱體及散熱體之各表面上密著之高柔軟性。然而，以往之導熱薄片由於以高程度並存柔軟性及導熱性有其困難，因此需要進一步開發。
先前文獻 專利文獻
專利文獻1：專利第3209839號公報
專利文獻2：特開2002-080617號公報
專利文獻3：特開2002-026202號公報
例如，專利文獻1中揭示之散熱導熱薄片僅以在基質材料中調配導熱性無機粒子之手段提高導熱率。因此，為了以此等手段達到高導熱率，必須將導熱性無機粒子之調配量增多至接近最密充填之量以形成充分的導熱通路。然而提高無機粒子之調配量會喪失導熱薄片之柔軟性，其結果，有損及凹凸的吸收、熱應力緩和之功能之傾向。
相對於此，專利文獻2中揭示之導熱性薄片，除上述手段以外，由於另採用使氮化硼粉末以一定方向磁場配向之手段，故有在較少之導熱性無機粒子調配量下達到高的導熱性之可能性。然而，對於薄片製造時之生產性、成本、能量效率等尚有改善的空間。
又，專利文獻3中揭示之導熱性薄片，與上述手段相較，薄片製造時之生產性、成本、能量效率等方面均較優異，但與柔軟性有關之考慮未必充分。尤其，於薄片製造時切割柔軟之薄片層合體方面欠缺考慮，採用之後含浸可塑劑等之無效率生產方法，尚有改善之空間。
如上述，雖已對導熱薄片進行各種探討，但不僅於高導熱性之觀點，就簡便且確實地追加薄片之柔軟性及應力緩和等特性之觀點而言，任一種方法均非令人滿意者。
本發明係鑑於該等狀況而完成，因此本發明之目的係提供一種一方面維持高的導熱性，另一方面具有柔軟性等追加特性之電絕緣性導熱薄片。又，本發明之目的為提供簡易且確實地製造該等導熱薄片之方法，進而提供使用該等導熱薄片，具有高的散熱能力，且使附近電路短路之風險少之散熱裝置。
本發明者等為解決上述課題而再三積極檢討之結果，發現使導熱薄片中特定大小之板狀氮化硼粒子以其長軸方向相對於薄片之厚度方向配向，藉分散於特定之結合劑樹脂中，可獲得不僅具有高導熱性，且具有柔軟性及應力緩和等特性之導熱薄片。
亦即本發明為以下所述者。
(1)一種導熱薄片，其為由組成物所構成之導熱薄片，其特徵為前述組成物含有平均粒徑超過10μm且60μm以下之板狀氮化硼粒子(A)，及具有50℃以下之玻璃轉移溫度(Tg)之有機高分子化合物(B)，前述板狀氮化硼粒子(A)於前述組成物中之含量在45~75體積%之範圍，且以其長軸方向相對於薄片之厚度方向配向。
(2)如上述(1)所述之導熱薄片，其中前述有機高分子化合物(B)為聚(甲基)丙烯酸酯系高分子化合物。
(3)如上述(1)或(2)所述之導熱薄片，其中進而以組成物之5~50體積%範圍含有難燃劑(C)。
(4)如上述(3)所述之導熱薄片，其中前述難燃劑(C)為磷酸酯系難燃劑。
(5)一種導熱薄片之製造方法，其係板狀氮化硼粒子以其長軸方向相對於薄片之厚度方向配向之導熱薄片之製造方法，其特徵為具有下列步驟：調製包含45~75體積%之平均粒徑超過10μm且60μm以下之板狀氮化硼粒子(A)、及具有50℃以下之玻璃轉移溫度(Tg)之有機高分子化合物(B)之組成物之步驟，使用前述組成物，形成以前述板狀氮化硼粒子相對於主面幾乎成平行之方向配向之一次薄片之步驟，層合前述一次薄片形成具有多層構造之成形體之步驟，及以相對於前述成形體之主面伸出之法線為0度~30度之角度對前述成形體進行切割之步驟。
(6)一種導熱薄片之製造方法，其為板狀氮化硼粒子以其長軸方向相對於薄片之厚度方向配向之導熱薄片之製造方法，其特徵為具有下列步驟：調製包含45~75體積%之平均粒徑超過10μm且60μm以下之板狀氮化硼粒子(A)、及具有50℃以下之玻璃轉移溫度(Tg)之有機高分子化合物(B)之組成物之步驟，使用前述組成物，形成以前述板狀氮化硼粒子相對於 主面幾乎成平行之方向配向之一次薄片之步驟，將前述一次薄片以前述板狀氮化硼粒子之配向方向為軸予以捲繞而形成具有多層構造之成形體之步驟，及以相對於前述成形體之主面伸出之法線為0度~30度之角度對前述成形體進行切割之步驟。
(7)如上述(5)或(6)所述之導熱薄片之製造方法，其中前述形成一次薄片之步驟係使用選自由壓延、壓製、擠出及塗佈所組成群組之至少一種成形方法進行。
(8)如上述(6)所述之導熱薄片之製造方法，其中前述形成一次薄片之步驟係至少使用壓延或壓製之任一種成形方法進行。
(9)如上述(5)至(8)中任一項所述之導熱薄片，其中前述切割步驟係在有機高分子(B)之Tg+50℃(比玻璃轉移溫度高50℃之溫度)至Tg-20℃(比玻璃轉移溫度低20℃之溫度)之溫度範圍內進行。
(10)一種散熱裝置，其特徵為具有在發熱體與散熱體之間介隔有上述(1)至(4)中任一項所述之導熱薄片之構造。
本發明之導熱薄片兼具有高的導熱性與高的柔軟性，且為電絕緣性，且由於可依據需要容易地追加難燃性、耐水性等性能，故該等適用於例如電氣‧電子電路附近之散熱用途中，可實現自發熱部分效率良好地散熱。
又，依據本發明之導熱薄片之製造方法，可提供相較於過去之方法，在生產性、成本、能量效率以及確實性方面有利，且同時具有高導熱性與高柔軟性之導熱薄片。
再者，依據本發明之散熱裝置，在電路附近引起短路之可能性極低，且可實現完全且效率良好的散熱。
本申請案之揭示與2008年10月21日申請之特願2008-270849號所述之主題以及2009年3月3號申請之特願2009-049334號有關，該等揭示之內容以引用援用於本文中。
以下對本發明加以詳細說明。
<導熱薄片>
本發明之導熱薄片係由組成物所構成，前述組成物含有平均粒徑超過10μm且60μm以下之板狀氮化硼粒子(A)，及具有50℃以下之玻璃轉移溫度(Tg)之有機高分子化合物(B)，前述板狀氮化硼粒子(A)於前述組成物中含有45~75體積%之範圍，且以其長軸方向相對於薄片之厚度方向配向。
本發明中，板狀氮化硼粒子(A)之平均粒徑為超過10μm且在60μm以下之範圍，且較好為15~50μm。平均粒徑若大於10μm，則可防止薄片變脆，若在60μm以下則對於薄片之平滑性及密著性有充分效果。
本發明中，只要含有該範圍之平均粒徑之板狀氮化硼粒子(A)，則亦可依據需要添加平均粒徑在該範圍以外之氮化硼粒子。
板狀氮化硼粒子之平均粒徑為藉由雷射繞射‧散射法測定時之D50之值。
又，關於粒子形狀，亦可依據需要添加板狀以外之氮化硼粒子。
再者，本發明中所謂的「板狀」意指具有層狀之六方晶之結晶構造，粒子形狀為如板狀之形狀即可。具體而言，層之平行方向(a軸方向)與層之垂直方向(c軸方向)之各邊比率(a/c)為1.5以上者稱為本發明中之「板狀」。
至於「板狀以外」之氮化硼粒子之形狀，舉例為使板狀凝聚而成之球塊狀、不定形凝聚體、使六方晶氮化硼粉碎成之顆粒狀等。具體而言，「板狀以外」之氮化硼粒子之結晶構造除六方晶系(h-BN)以外，亦有立方晶系(t-BN)、纖鋅礦系(w-BN)、菱面體晶系(r-BN)、亂層構造系(t-BN)等，亦可使用具有該等結晶構造之氮化硼。
板狀氮化硼粒子(A)之調配量，以組成物之體積為基準，為45~75體積%之範圍。調配量為45體積%以上時，可充分獲得導熱性率，調配量為75體積%以下時，可容易地形成組成物之凝聚力優異之薄片。
本發明中之板狀氮化硼粒子(A)之調配量(體積%)係以下式求得之值。
板狀氮化硼粒子(A)之含量(體積%)= (Aw/Ad)/((Aw/Ad)+(Bw/Bd)+(Cw/Cd)+...)×100
Aw：板狀氮化硼粒子(A)之質量組成(質量%)
Bw：有機高分子化合物(B)之質量組成(質量%)
Cw：其他任意成份(C)之質量組成(質量%)
Ad：板狀氮化硼粒子(A)之比重(本發明中之Ad係以2.3計算)
Bd；有機高分子化合物(B)之比重
Cd：其他任意成份(C)之比重
本發明中所謂「以長軸方向(a軸方向)相對於薄片之厚度方向配向」意指使用SEM(掃描型電子顯微鏡)對薄片剖面任意觀察50個粒子時，板狀氮化硼粒子之長軸方向(a軸方向)對於薄片表面之角度(成為90度以上時採用補角)之平均值成為70度~90度之範圍之狀態。構成本發明之導熱薄片之組成物中可使用之板狀氮化硼粒子(A)具有配向有利之形狀(板狀)。板狀氮化硼粒子係以板狀氮化硼粒子之長軸方向(a軸方向)相對於薄片厚度配向。
又，所謂「長軸方向」係與層平行方向(a軸方向)。
本發明中，若板狀氮化硼粒子(A)必須顯示如上述之配向，否則無法獲得充分的導熱性。為了顯示如上述之 配向，藉由本發明之導熱薄片之製造方法製作即可。詳述於後。
雖然並沒有特別限定，但本發明之板狀氮化硼粒子(A)之具體例舉例為「PT-110(商品名)」(Momentive Performance Materials Japan LLC製造，平均粒徑45μm)、「HP-1CAW(商品名)」(Mizushima Ferroalloy Co.,Ltd.(水島合金鐵股份有限公司)製造，平均粒徑16μm)、「PT-110Plus(商品名)」(Momentive Performance Materials Japan LLC製造，平均粒徑45μm)、「HP-1CA(商品名)」(Mizushima Ferroalloy Co.,Ltd.製造，平均粒徑16μm)等。
另外，若具有不限於上述之「板狀」之形狀，且平均粒徑超過10μm且在60μm以下之氮化硼粒子則可使用。例如，亦可藉由使如凝聚體(板狀以複數個凝聚而成之形狀)者粉碎‧解碎等成為板狀之粒子。又，平均粒徑在超過10μm旦在60μm以下之範圍外之情況下，可以粉碎、過篩等去除過大的粒子或過小的粒子，調整成特定之平均粒徑之範圍。
另一方面，有機高分子化合物(B)只要是玻璃轉移溫度(Tg)在50℃以下之有機高分子化合物，即可沒有特別限制地使用。有機高分子化合物(B)之具體例舉例為以丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯等作為主要原料成分之聚(甲基)丙烯酸酯系高分子化合物(所謂丙烯酸橡膠)、主構造中具有聚二甲基矽氧烷構造之高分子化合物( 所謂的矽氧樹脂)、主構造中具有聚異戊二烯構造之高分子化合物(所謂的異戊二烯橡膠，天然橡膠)、以氯丁二烯作為主要原料之高分子化合物(聚氯丁二烯，所謂的氯丁(neoprene)橡膠)、主構造中具有聚丁二烯構造之高分子化合物(所謂的丁二烯橡膠)等，一般通稱為「橡膠」之柔軟有機高分子化合物。該等中，尤其是以丙烯酸丁酯、或丙烯酸2-乙基己酯等作為主要原料之聚(甲基)丙烯酸酯系高分子化合物，由於容易獲得高柔軟性，且化學安定性及加工性優異，進而黏著性容易控制，且比較便宜故而較佳。
玻璃轉移溫度(Tg)可以利用動態黏彈性測定裝置(DMA)測定。至於動態黏彈性測定裝置(DMA)可使用例如德州儀器公司製造之ARES-2KSTD。測定條件為升溫速度：5℃/分鐘，測定頻率：1.0Hz。
聚(甲基)丙烯酸酯系高分子化合物較好為具有將丙烯酸、丙烯腈、丙烯酸羥基乙酯等共聚合至選自丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸2-乙基己酯等之單體之共聚物(均聚物)中，而導入-COOH基、-CN基、-OH基等之極性基之構造，且Tg成為-30℃以下之共聚物。
本發明中之有機高分子化合物(B)之重量平均分子量較好為1萬~10萬。重量平均分子量可以凝膠滲透層析儀，使用標準聚苯乙烯校正曲線測定。
本發明中可使用之化合物雖並沒有特別限制，但可舉例為例如Nagase ChemteX(Corporation)製造之丙烯酸 酯共聚合樹脂「HTR-811DR(商品名)」(丙烯酸丁酯/丙烯酸乙酯/丙烯酸2-乙基己酯共聚物，Mw：42萬，Tg：-43℃，固態)、Nagase ChemteX(Corporation)製造之丙烯酸酯共聚合樹脂「HTR-280DR(商品名)」(丙烯酸丁酯/丙烯腈/丙烯酸共聚物，Mw：90萬，Tg：-37℃，30質量%甲苯/乙酸乙酯=1：1溶液)等。
本發明之導熱薄片中之有機高分子化合物(B)之調配量以10~40體積%較佳。10體積%以上時，有獲得充分薄片強度之傾向。若在40體積%以下，則可含有足量之氮化硼粒子，有獲得充分導熱性之傾向。
構成本發明導熱薄片之組成物係以上述板狀氮化硼粒子(A)與有機高分子化合物(B)作為成分，但依據需要亦可追加各種添加劑。本發明之較佳形態中，為了提高導熱薄片之難燃性，除上述二成份(A)及(B)以外，較好使用難燃劑(C)。雖然並沒有特別限制，但由含有磷酸酯系難燃劑之組成物所構成之薄片，不僅難燃性及柔軟性之觀點有利，在生產性及成本面方面亦有利。
難燃劑(C)之含量較好成為組成物之5~50體積%之範圍，更好為10~40體積%之範圍。難燃劑(C)之含量若為5體積%以上，則可使導熱薄片獲得充分難燃性。若為50體積%以下，則可防止薄片強度降低。
此外，構成本發明導熱薄片之組成物亦可依據需要添加胺酯丙烯酸酯等韌性改良劑、矽烷偶合劑、鈦偶合劑及酸酐等接著力提高劑，非離子系界面活性劑及氟系界面活 性劑等潤濕提高劑，矽氧油等消泡劑，以及無機離子交換體等離子捕集劑等各種添加劑。
本發明之導熱薄片之形狀，在可達到先前說明之所需板狀氮化硼粒子之配向之範圍內，可成形成依據導熱薄片使用之各種用途之形狀。雖然沒有特別限制，但本發明以由具有多層構造之成形體形成導熱薄片較佳。藉由自多層構造之成形體形成導熱薄片，對於板狀氮化硼粒子之配向有利，且藉由提高板狀氮化硼粒子之密度而可提高導熱效率。本發明之導熱薄片之製造方法敘述於後。
由上述組成物構成之薄片由於含有玻璃轉移溫度(Tg)為50℃以下之有機高分子，故多數具有黏著力。因此，在使用本發明之導熱薄片之前，較好先將黏著面保護住。黏著面之保護為例如在使用上述組成物形成薄片時，藉由於該黏著面上設置保護薄膜而進行。
保護薄膜之材質舉例為例如聚乙烯、聚酯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚醚萘二甲酸酯、甲基戊烯膜等之樹脂、塗佈紙、塗佈布、鋁等金屬。該等保護薄膜可使用由兩種以上之薄膜構成之多層薄膜，亦可較好地使用以矽氧系、氧化矽系等脫模劑處理薄膜表面而成者。
<導熱薄片之製造方法>
關於上述導熱薄片之製造方法亦屬本發明之範圍內。
板狀氮化硼粒子以其長軸方向相對於薄片之厚度方向 配向之本發明導熱薄片之製造方法包含下列步驟：(a)調製包含45~75體積%之平均粒徑超過10μm且60μm以下之板狀氮化硼粒子(A)、及具有50℃以下之玻璃轉移溫度(Tg)之有機高分子化合物(B)之組成物之步驟，(b)使用前述組成物，形成以前述板狀氮化硼粒子相對於主面幾乎成平行之方向配向之一次薄片之步驟，(c1)層合前述一次薄片形成具有多層構造之成形體之步驟，及(d)以相對於自前述成形體之主面伸出之法線為0度~30度之角度對前述成形體進行切割之步驟。
上述(c1)步驟亦可以下述步驟代替：(c2)將前述一次薄片以前述板狀氮化硼粒子之配向方向為軸予以捲繞而形成具有多層構造之成形體之步驟。
以下針對各步驟加以說明。
上述(a)步驟中，構成導熱薄片之組成物之調製，只要可將特定之板狀氮化硼粒子(A)與特定之有機高分子化合物(B)均勻混合，則可使用任何方法實施。該方法並沒有特別限定，但例如可預先將有機高分子化合物(B)溶解於溶劑中形成溶液，將前述板狀氮化硼粒子(A)及難燃劑(C)等其他添加劑添加於該溶液中，使該等混合、攪拌後經乾燥之方法，或使用輥輪混練機、捏合機、布拉本德機(Bravender)或擠出機混合各成分之方法等，可調製組成物。
溶解有機高分子化合物(B)所用之溶劑只要是可於混合、攪拌後乾燥去除者即無特別限制，舉例為例如丙酮、甲基乙基酮、甲基丁基酮、己烷、環己烷、乙酸乙酯、乙酸丁酯、苯、甲苯、二甲苯等。
上述(b)之形成一次薄片之步驟可使用慣用之成膜技術，但以使用選自壓延、壓製、擠出及塗佈所組成群組之至少一種成形方法進行較佳。藉由至少選擇壓延及壓製之任一種作為成形方法，可更確實地以板狀氮化硼粒子相對於主面幾乎成平行之方向配向。又，選擇該等方法時，藉由於薄片成形時施加壓力，可使板狀氮化硼粒子彼此之間更容易接觸，而有容易實現高導熱性之傾向。又，成形之各薄片之厚度就導熱性之觀點而言，較薄者愈好。薄片之厚度若較厚則粒子之配向不充分，導致最終獲得之導熱薄片之導熱性有變差之傾向。
又，所謂「以前述板狀氮化硼粒子(A)相對於薄片之主面幾乎成平行之方向配向之狀態」係指前述板狀氮化硼粒子(A)係以平躺在薄片之主面上配向之狀態。薄片面內之板狀氮化硼粒子(A)之方向，係在上述組成物成形時，藉由調整組成物之流動方向而加以控制。亦即，調整組成物通過壓延輥輪之方向、組成物壓製之方向、組成物擠出之方向、組成物塗佈之方向，而控制板狀氮化硼粒子(A)之方向。
前述板狀氮化硼粒子(A)由於基本上為具有各向異性之粒子，因此藉由將組成物壓延成形、壓製成形、擠出 成形或塗佈成形，通常可整齊地配置板狀氮化硼粒子(A)之方向。
「前述板狀氮化硼粒子(A)相對於薄片之主面幾乎成平行之方向配向之狀態」之確認，係與前述之「以長軸方向(a方向)相對於薄片之厚度方向配向」之確認方法相同，藉由使用SEM，對薄片剖面觀察任意50個粒子而進行。具體而言，使用SEM觀察一次薄片之剖面，對任意50個粒子，確認板狀氮化硼粒子之長軸方向(a方向)相對於一次薄片表面之角度(90度以上時採用補角)之平均值成為0~20度之範圍。
上述(c1)之形成具有多層構造之成形體之步驟可藉由層合先前步驟獲得之一次薄片而實施。層合形態並無特別限制，例如，只要將獨立的複數薄片依序重疊之形態即可，亦可為將一片薄片其端部不切斷而折疊之形態。
又，上述(c1)步驟中層合之另一種形態，舉例有(c2)步驟。具體而言，作為形成具有多層構造之成形體之方法，係以前述板狀氮化硼粒子之配向方向為軸，將前述一次薄片捲繞，形成具有多層構造之成形體。
捲繞之型態並不限制成形體之形狀成為圓筒形者，亦可為角筒形等其他形態者。成形體之形狀只要於後述之(d)步驟，相對於主面之法線以0度~30度之角度將成形體切割時不會產生缺陷，則可為任何形狀。例如，亦可為使各薄片形狀成形為圓形時，藉由使該等層合而製備圓柱狀成形體，於隨後之(d)步驟中之切割以如「沿長軸薄切 去皮」之方法進行。
上述(c1)步驟或上述(c2)步驟中層合時之壓力或捲繞時之拉伸張力，較好調整至在後續實施之(d)切割步驟中，弱至使成形體之切割面崩潰但不使板狀氮化硼粒子之配向崩解之程度，且強至使成形體中之各薄片彼此之間適度接著程度。通常，藉由調整成形體成形時之拉伸張力，可獲得各薄片間之充分接著。然而，各薄片間之接著力不足時，亦可將溶劑或接著劑等薄薄地塗佈於薄片表面上之後進行層合或捲繞。
上述(d)之切割成形體之步驟為以相對於自成形體之主面延伸出之法線為0度~30度之角度且薄片具有特定厚度之方式，對成形體進行切割。切割時使用之切斷工具並沒有特別限制，但較好使用具備銳利刀刃之切割刀或刨子等。藉由使用具備銳利刀刃之切斷工具，不易使切割後所得薄片之表面附近之粒子配向變亂，且可容易地製作厚度薄的薄片。
上述切割之角度為30度以下時，所得導熱薄片之導熱率良好。上述成形體為層合體時，只要可與一次薄片之層合方向垂直或幾乎成垂直(在上述角度之範圍內)之方式切割即可。又，前述成形體為捲繞體時，只要以相對於捲繞之軸為垂直或幾乎垂直(在上述角度範圍之內)之方式切割即可。如上述，將圓形狀之一次薄片層合成圓柱狀之成形體時，亦可在上述角度範圍之內如沿長軸薄切去皮般切割。
(d)切割步驟較好在比構成導熱薄片之組成物之玻璃轉移溫度(Tg)高50℃之溫度(Tg+50℃)至比Tg低20℃之溫度(Tg-20℃)之範圍內進行。切割時之溫度在Tg+50℃以下時，不僅可避免由於成形體柔軟而造成之難以進行切割，亦可避免導熱薄片內之粒子配向之混亂。另一方面，切割時之溫度在Tg-20℃以上時，亦不會因為成形體固化變脆而難以進行切割，且亦容易避免剛切割後之導熱薄片割裂。實施切割更好之溫度為Tg+40℃~Tg-10℃之溫度範圍。
又，較佳之薄片厚度為所含氮化硼粒子之平均粒徑以上，平均粒徑之200倍以下(較好為100倍以下)。為平均粒徑以上時，認為可避免氮化硼粒子自薄片之脫落。為平均粒徑之200倍以下時，由於透過氮化硼粒子之通道數量變少，因此導熱性良好。
<散熱裝置>
本發明之範圍亦包含散熱裝置。本發明之散熱裝置為具有介隔在發熱體與散熱體之間之本發明導熱薄片之構造。
本發明之散熱裝置中可使用之發熱體為至少其表面溫度超過200℃者，本發明導熱薄片可適當使用之溫度為-10℃~120℃之範圍。發熱體之表面超過200℃之可能性高，例如，於噴射引擎之噴嘴附近、窯陶釜內四周、熔礦爐內部四周、原子爐內部四周、太空船外殼等之散熱裝置之使 用，有薄片內之有機高分子化合物分解的可能性高而不適用之傾向。適於本發明之散熱裝置之發熱體舉例有例如半導體封裝、顯示器、LED、電燈等。
另一方面，可使用於本發明之散熱裝置之散熱體並未特別限定，可為適用於散熱裝置所代表者。例如，利用鋁或銅製之鰭(fin)或板等之散熱片、與加熱管連接之鋁或銅製之區塊、於內部以泵使冷卻液體循環之鋁或銅製之區塊、帕耳帖元件(peltier element)及具備其之鋁或銅製之區塊等。
代替鋁或銅，亦較好為利用導熱率20W/mk以上之材料例如銀、鐵、銦等之金屬、石墨、鑽石、氮化鋁、氮化硼、氮化矽、碳化矽、氧化鋁等之材料者。
本發明之散熱裝置，可藉由在上述發熱體與散熱體之間放置本發明之導熱薄片，使各面接觸並固定而成立。導熱薄片之固定只要可使各接處面充分密著之狀態加以固定之方法則無特別限制，可使用任何方法。其中，由使各接觸面充分密著連接之觀點而言，較好為持續施以抵壓力之方法。可舉例為例如使用彈簧螺旋固定之方法、使用夾具夾持之方法。依據本發明之散熱裝置，可達成高的散熱效率，且使附近之電路短路之危險性少。
實施例
以下列舉實施例對本發明更具體說明。但本發明不限於以下實施例者。
又，各實施例中作為熱傳導性指標之導熱率係以下列方法求得。
(導熱率之測定)
以切割機將所測定之導熱薄片切割成1cm×1cm大小，以使該切割片之一面接觸電晶體(2SC2233)，另一面接觸鋁散熱區塊之方式配置，製備試驗樣品。接著，邊抵壓電晶體，邊使電流通過試驗樣品，測定電晶體溫度(T1，單位℃)及散熱區塊之溫度(T2，單位℃)，由測定值及施加電力(W，單位W)，依據下式測定熱阻抗(X，單位℃/W)。
[數1]X=(T1‧T2)/W
自所得熱阻抗(X)、切割面之膜厚(d，單位μm)及導熱率之已知試料之修正係數C，依據下式計算出導熱率(Tc，單位W/mK)。
[數2]Tc=C*d/X
(實施例1)
藉由將15.00克之(A)板狀氮化硼粒子「PT-110(商品名)」(Momentive Performance Materials Japan LLC，平均粒徑45μm)、1.96克之(B)丙烯酸酯共聚合樹脂 「HTR-811DR(商品名)」(Nagase ChemteX(Corporation)製造，丙烯酸丁酯/丙烯酸乙酯/甲基丙烯酸2-羥基乙酯共聚物，Mw：42萬，Tg：-29.4℃)及1.40克(C)磷酸酯系難燃劑「CR-741(商品名)」(大八化學製造)加熱至120℃並混練，調製組成物。
由原料之比重計算之組成物之調配比為(A)板狀氮化硼粒子70體積%，(B)丙烯酸酯共聚合樹脂17.5體積%，及(C)磷酸酯系難燃劑12.5體積%。
以經脫模處理之PET薄膜挾持住1克先前調製之組成物，使用具有5cm×10cm之壓印(tool)面之壓製機，在壓印壓力10MPa，壓印溫度120℃之條件下藉由壓製10秒鐘，獲得厚度0.3mm之一次薄片。重複該操作，製備多片之一次薄片。
又，如下述般進行一次薄片之「板狀氮化硼粒子(A)相對於於薄片之主面幾乎成平行之方向配向之狀態」之確認。
使用SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察所得一次薄片之剖面，且對任意50個板狀氮化硼粒子，自觀察方向測定板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於一次薄片表面之角度，求得其平均值為5度，確認板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於一次薄片之主面幾乎成平行之方向配向。
以切割機將所得各一次薄片切割成2cm×2cm尺寸，且層合其37層，以手輕壓使各一次薄片之層間接著，藉此獲得厚度1.1cm之成形體。以乾冰使該成形體冷卻後， 在-10℃之溫度下，以刨子切削1.1cm×2cm之層合剖面(以相對於自一次薄片之面伸出之法線成5度角切割)，獲得尺寸1.1cm×2cm×0.51mm之實施例1之導熱薄片。
使用SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察所得導熱薄片之剖面，且對任意50個板狀氮化硼粒子，自觀察方向測定板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於導熱薄片表面之角度，求得其平均值為85度，確認板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於導熱薄片之厚度方向配向。
所得導熱薄片之密著性良好，且評價導熱率後顯示25.9W/mK之良好之值。
(實施例2)
除使用13.08克(60體積%)之(A)板狀氮化硼粒子、2.56克(22.5體積%)之(B)丙烯酸酯共聚合樹脂及1.99克(17.5體積%)之(C)磷酸酯系難燃劑之量作為原料以外，餘以與實施例1相同之條件，獲得實施例2之導熱薄片。
使用SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察所得一次薄片之剖面，且對任意50個板狀氮化硼粒子，自觀察方向測定板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於一次薄片表面之角度，求得其平均值為3度，確認板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於一次薄片之主面幾乎成平行之方向配向。
使用SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察所得導熱薄片之剖面，且對任意50個板狀氮化硼粒子，自觀察方向測定 板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於導熱薄片表面之角度，求得其平均值為88度，確認板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於導熱薄片之厚度方向配向。
所得導熱薄片之密著性良好，且評價導熱率後顯示26.9W/mK之良好之值。
(實施例3)
除使用11.25克(50體積%)之(A)板狀氮化硼粒子、3.24克(27.5體積%)之(B)丙烯酸酯共聚合樹脂及2.64克(22.5體積%)之(C)磷酸酯系難燃劑作為原料以外，餘以與實施例1相同之條件，獲得實施例3之導熱薄片。
使用SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察所得一次薄片之剖面，且對任意50個板狀氮化硼粒子，自觀察方向測定板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於一次薄片表面之角度，求得其平均值為10度，確認板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於一次薄片之主面幾乎成平行之方向配向。
使用SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察所得導熱薄片之剖面，且對任意50個板狀氮化硼粒子，自觀察方向測定板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於導熱薄片表面之角度，求得其平均值為82度，確認板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於導熱薄片之厚度方向配向。
所得導熱薄片之密著性良好，且評價導熱率後顯示15.8W/mK之良好之值。
(實施例4)
除使用10.86克(45體積%)之(A)板狀氮化硼粒子、3.78克(30.0體積%)之(B)丙烯酸酯共聚合樹脂及3.15克(25.90體積%)之(C)磷酸酯系難燃劑作為原料以外，餘以與實施例1相同之條件，獲得實施例4之導熱薄片。
使用SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察所得一次薄片之剖面，且對任意50個板狀氮化硼粒子，自觀察方向測定板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於一次薄片表面之角度，求得其平均值為16度，確認板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於一次薄片之主面幾乎成平行之方向配向。
使用SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察所得導熱薄片之剖面，且對任意50個板狀氮化硼粒子，自觀察方向測定板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於導熱薄片表面之角度，求得其平均值為72度，確認板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於導熱薄片之厚度方向配向。
所得導熱薄片之密著性良好，且評價導熱率後顯示10.7W/mK之算是良好之值。
(實施例5)
除原料之(A)板狀氮化硼粒子使用板狀氮化硼粒子「HP-1CAW(商品名)」(Mizushima Ferroalloy Co.,Ltd製造，平均粒徑16μm)以外，餘以與實施例3相同之條 件，獲得實施例5之導熱薄片。
使用SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察所得一次薄片之剖面，且對任意50個板狀氮化硼粒子，自觀察方向測定板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於一次薄片表面之角度，求得其平均值為14度，確認板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於一次薄片之主面幾乎成平行之方向配向。
使用SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察所得導熱薄片之剖面，且對任意50個板狀氮化硼粒子，自觀察方向測定板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於導熱薄片表面之角度，求得其平均值為78度，確認板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於導熱薄片之厚度方向配向。
所得導熱薄片之密著性良好，且評價導熱率後顯示14.4W/mK之良好之值。
(實施例6)
除原料之(A)板狀氮化硼粒子使用板狀氮化硼粒子「HP-1CAW(商品名)」(Mizushima Ferroalloy Co.,Ltd製造，平均粒徑16μm)以外，餘以與實施例2相同之條件，獲得實施例6之導熱薄片。
使用SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察所得一次薄片之剖面，且對任意50個板狀氮化硼粒子，自觀察方向測定板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於一次薄片表面之角度，求得其平均值為14度，確認板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於一次薄片之主面幾乎成平行之方向配向。
使用SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察所得導熱薄片之剖面，且對任意50個板狀氮化硼粒子，自觀察方向測定板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於導熱薄片表面之角度，求得其平均值為78度，確認板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於導熱薄片之厚度方向配向。
所得導熱薄片之密著性堪稱良好，且評價導熱率後顯示11.9W/mK之良好之值。
(比較例1)
除使用10.49克(40體積%)之(A)板狀氮化硼粒子、4.44克(32.5體積%)之(B)丙烯酸酯共聚合樹脂及3.76克(27.5體積%)之(C)磷酸酯系難燃劑之量作為原料以外，餘以與實施例1相同之條件，獲得比較例1之導熱薄片。
使用SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察所得一次薄片之剖面，且對任意50個板狀氮化硼粒子，自觀察方向測定板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於一次薄片表面之角度，求得其平均值為30度，確認板狀氮化硼粒子之長軸方向並未以相對於一次薄片之主面幾乎成平行之方向配向。
使用SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察所得導熱薄片之剖面，且對任意50個板狀氮化硼粒子，自觀察方向測定板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於導熱薄片表面之角度，求得其平均值為66度，確認板狀氮化硼粒子之長軸方向略相對於導熱薄片之厚度方向配向。
所得導熱薄片之密著性雖良好，但評價導熱率後顯示無法稱為良好之8.1W/mK之值。
(比較例2)
除使用7.83克(30體積%)之(A)板狀氮化硼粒子、5.10克(37.5體積%)之(B)丙烯酸酯共聚合樹脂及4.42克(32.5體積%)之(C)磷酸酯系難燃劑之量作為原料以外，餘以與實施例1相同之條件，獲得比較例2之導熱薄片。
使用SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察所得一次薄片之剖面，且對任意50個板狀氮化硼粒子，自觀察方向測定板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於一次薄片表面之角度，求得其平均值為41度，確認板狀氮化硼粒子之長軸方向並未以相對於一次薄片之主面幾乎成平行之方向配向。
使用SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察所得導熱薄片之剖面，且對任意50個板狀氮化硼粒子，自觀察方向測定板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於導熱薄片表面之角度，求得其平均值為52度，板狀氮化硼粒子之長軸方向略相對於導熱薄片之厚度方向配向。
所得導熱薄片之密著性雖良好，但評價導熱率後顯示無法稱為良好之7.2W/mK之值。
(比較例3)
使用15.35克(80體積%)之(A)板狀氮化硼粒子 、1.25克(12.5體積%)之(B)丙烯酸酯共聚合樹脂及0.75克(7.5體積%)之(C)磷酸酯系難燃劑之量作為原料，為了調製與實施例1相同之組成物，在120℃下加熱混練，但由於組成物缺乏凝聚性，且無法成為薄片狀，因而無法獲得比較例3之導熱薄片。
(比較例4)
除原料之(A)板狀氮化硼粒子使用「HP-1CAW(商品名)」(Mizushima Ferroalloy Co.,Ltd製造，平均粒徑16μm)以外，餘以與比較例2相同之條件，獲得比較例4之導熱薄片。
使用SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察所得一次薄片之剖面，且對任意50個板狀氮化硼粒子，自觀察方向測定板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於一次薄片表面之角度，求得其平均值為39度，確認板狀氮化硼粒子之長軸方向並未以相對於一次薄片之主面幾乎成平行之方向配向。
使用SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察所得導熱薄片之剖面，且對任意50個板狀氮化硼粒子，自觀察方向測定板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於導熱薄片表面之角度，求得其平均值為55度，板狀氮化硼粒子之長軸方向略相對於導熱薄片之厚度方向配向。
所得導熱薄片之密著性雖良好，但評價導熱率後顯示無法稱為良好之8.7W/mK之值。
(比較例5)
使用板狀氮化硼粒子「HP-1(商品名)」(Mizushima Ferroalloy Co.,Ltd製造，平均粒徑10μm)取代原料之(A)板狀氮化硼粒子，為調製與實施例3相同之組成物，在120℃下加熱混練，但由於組成物缺乏凝聚性，無法成為薄片狀，因而無法獲得比較例5之導熱薄片。
(比較例6)
使用球狀氮化硼粒子「FS-3(商品名)」(Mizushima Ferroalloy Co.,Ltd製造，平均粒徑50μm)取代原料之(A)板狀氮化硼粒子，為調製與實施例2相同之組成物，在120℃下加熱混練，但由於組成物缺乏凝聚性，無法成為薄片狀，因而無法獲得比較例6之導熱薄片。
先前所述各實施例及各比較例之要點列於表1及表2中。
(比較例7)
使用板狀氮化硼粒子「HP-40(商品名)」(Mizushima Ferroalloy Co.,Ltd製造，平均粒徑6.9μm)取代原料之(A)板狀氮化硼粒子，為調製與實施例3相同之組成物，在120℃下加熱混練，但由於組成物缺乏凝聚性，無法成為薄片狀，因而無法獲得比較例7之導熱薄片 。
(比較例8)
使用板狀氮化硼粒子「HP-40(商品名)」(Mizushima Ferroalloy Co.,Ltd製造，平均粒徑6.9μm)取代原料之(A)板狀氮化硼粒子，以與比較例1相同之條件，獲得比較例8之導熱薄片。
使用SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察所得一次薄片之剖面，且對任意50個板狀氮化硼粒子，自觀察方向測定板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於一次薄片表面之角度，求得其平均值為37度，確認板狀氮化硼粒子之長軸方向並未以相對於一次薄片之主面幾乎成平行之方向配向。
使用SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察所得導熱薄片之剖面，且對任意50個板狀氮化硼粒子，自觀察方向測定板狀氮化硼粒子之長軸方向相對於導熱薄片表面之角度，求得其平均值為57度、板狀氮化硼粒子之長軸方向略相對於導熱薄片之厚度方向配向。
所得導熱薄片之密著性雖良好，但評價導熱率後顯示無法稱為良好之7.0W/mK之值。
(比較例9)
原料之(A)板狀氮化硼粒子使用板狀氮化硼粒子「HP-1CAW(商品名)」(Mizushima Ferroalloy Co.,Ltd製造，平均粒徑16μm)，使用15.35克(80體積%)之(A )板狀氮化硼粒子、1.25克(12.5體積%)之(B)丙烯酸酯共聚合樹脂及0.75克(7.5體積%)之(C)磷酸酯系難燃劑之量，為調製與實施例1相同之組成物，在120℃下加熱混練，但由於組成物缺乏凝聚性，且無法成為薄片狀，因而無法獲得比較例9之導熱薄片。
[產業上利用之可能性]
本發明之導熱薄片兼具有高導熱性與高柔軟性，且為電絕緣性，可依據需要容易地追加難燃性、耐水性等性能。因此，使用該等於例如電氣‧電子電路附近之散熱用途時，可實現自發熱部效率良好地散熱。又，依據本發明之導熱薄片之製造方法，可提供相較於過去之方法，在生產性、成本、能量效率以及確實性方面有利，且同時具有高導熱性與高柔軟性之導熱薄片。
再者，依據本發明之散熱裝置在電路附近引起短路之可能性極低，可展現完全且效率良好的散熱。

Claims (10)

  1. 一種導熱薄片，其為由組成物所構成之導熱薄片，其特徵為前述組成物含有平均粒徑超過10μm且60μm以下之板狀氮化硼粒子(A)，及具有50℃以下之玻璃轉移溫度(Tg)之有機高分子化合物(B)，前述板狀氮化硼粒子(A)於前述組成物中之含量在45~75體積%之範圍，且以其長軸方向相對於薄片之厚度方向配向。
  2. 如申請專利範圍第1項之導熱薄片，其中前述有機高分子化合物(B)為聚(甲基)丙烯酸酯系高分子化合物。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之導熱薄片，其中進而以組成物之5~50體積%範圍含有難燃劑(C)。
  4. 如申請專利範圍第3項之導熱薄片，其中前述難燃劑(C)為磷酸酯系難燃劑。
  5. 一種導熱薄片之製造方法，其係板狀氮化硼粒子以其長軸方向相對於薄片之厚度方向配向之導熱薄片之製造方法，其特徵為具有下列步驟：調製包含45~75體積%之平均粒徑超過10μm且60μm以下之板狀氮化硼粒子(A)、及具有50℃以下之玻璃轉移溫度(Tg)之有機高分子化合物(B)之組成物之步驟，使用前述組成物，形成以前述板狀氮化硼粒子相對於主面幾乎成平行之方向配向之一次薄片之步驟， 層合前述一次薄片形成具有多層構造之成形體之步驟，及以相對於前述成形體之主面伸出之法線為0度~30度之角度對前述成形體進行切割之步驟。
  6. 一種導熱薄片之製造方法，其為板狀氮化硼粒子以其長軸方向相對於薄片之厚度方向配向之導熱薄片之製造方法，其特徵為具有下列步驟：調製包含45~75體積%之平均粒徑超過10μm且60μm以下之板狀氮化硼粒子(A)、及具有50℃以下之玻璃轉移溫度(Tg)之有機高分子化合物(B)之組成物之步驟，使用前述組成物，形成以前述板狀氮化硼粒子相對於主面幾乎成平行之方向配向之一次薄片之步驟，將前述一次薄片以前述板狀氮化硼粒子之配向方向為軸予以捲繞而形成具有多層構造之成形體之步驟，及以相對於前述成形體之主面伸出之法線為0度~30度之角度對前述成形體進行切割之步驟。
  7. 如申請專利範圍第5或6項之導熱薄片之製造方法，其中前述形成一次薄片之步驟係使用選自由壓延、壓製、擠出及塗佈所組成群組之至少一種成形方法進行。
  8. 如申請專利範圍第6項之導熱薄片之製造方法，其中前述形成一次薄片之步驟係至少使用壓延或壓製之任一種成形方法進行。
  9. 如申請專利範圍第5或6項之導熱薄片之製造方 法，其中前述切割步驟係在有機高分子化合物(B)之Tg+50℃(比玻璃轉移溫度高50℃之溫度)至Tg-20℃(比玻璃轉移溫度低20℃之溫度)之溫度範圍內進行。
  10. 一種散熱裝置，其特徵為具有在發熱體與散熱體之間介隔有申請專利範圍第1至4項中任一項之導熱薄片之構造。
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