TWI604037B - Fluororesin sheet and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本發明係關於一種氟樹脂薄片,特別是多摻混有熱傳導性填料的氟樹脂薄片及其製造方法。
半導體製品係有使用中發熱,且因該熱而使此等半導體製品之性能降低的情況。因此,於發熱的半導體製品中,係夾著散熱材料並藉由散熱片(Heat Sink)等之散熱器而冷卻。
此外,近年來,發展電力電子化,當然,上述半導體製品即使作為模組,發熱量亦龐大,因而對於前述半導體製品及直接接觸於模組的散熱材料,要求更高的耐熱性與熱傳導性。
該散熱材料,已知有使用如同氟樹脂般之耐熱性優異的高分子材料。接著,此外,為了改善散熱性,亦嚐試有藉由於作為原料之高分子材料中多添加熱傳導性填料,而改善原料本身之熱傳導性,並且使材料的厚度減薄,而縮小熱阻抗。然而,若於高分子材料中多添加填料,則熱傳導性得以改善,但有失去柔軟性而變硬,且導
致加工性或耐久性降低之無法使材料的厚度減薄之問題。
於專利文獻1中,只不過是提出藉由於橡膠材料中添加作為高熱傳導性填料之氮化硼,而減低填料添加量,防止原料變硬的方案,謀求更高的熱傳導率,而添加更多高熱傳導性填料一事,目前仍殘留極為困難的問題。
此外,於專利文獻2中,係提案有藉由於耐熱性佳的氟樹脂中,添加作為高熱傳導性填料之氮化硼之填料,而提昇熱傳導率。然而,此發明係由於在氟樹脂中直接添加作為氮化硼之填料,因此添加作業困難,此外,氟樹脂亦難以熔融,因此薄片加工難,難以得到薄的薄片。也就是說,於氟樹脂中,係存在有在多量添加填料以前,添加填料一事本身為困難的問題,與即使添加填料亦難以加工成薄片的問題。此外,亦存在若將所得到的薄片進行彎曲加工,則由於容易在彎曲部產生破裂,因此難以得到不同形狀之薄片的問題。
進而,作為藉由將氟樹脂的厚度減薄而縮小熱阻抗之嘗試的例子,已知有如專利文獻3所記載般,以對於氟樹脂的塊體庖削的方式,削減表層而製造薄的薄片之削片(skiving)法。然而,此方法所能適用者,僅限於未添加填料的氟樹脂,或者裝入與氟樹脂相同程度之柔軟的石墨填料者。關於金屬或陶瓷等之硬的填料,會產生刃的磨耗或針孔,故削片法較不適用。也就是說,事實上添加填料的氟樹脂且薄的薄片,例如30μm厚度左右的薄
片本身,目前並不存在。
另一方面,將前述氟樹脂薄片夾入半導體製品或模組與散熱片之間進行使用時,需要使氟樹脂薄片密著於對象材料來固定。此外,於專利文獻4中,係揭示有使用黏著劑作為進行密著固定的手段,由於在氟樹脂薄片塗佈該黏著劑時,難以直接塗佈,因此必須進行底漆塗佈、電暈處理等之前處理。
[專利文獻1]日本特開2005-343728號公報
[專利文獻2]日本特開2010-137562號公報
[專利文獻3]日本特開平6-287540號公報
[專利文獻4]日本特開2012-122024號公報
本發明所欲解決的課題,係提供一種即使多添加填料或強化材,亦不損及柔軟性,能夠從90°至180°自由地彎曲加工,且具有高的耐熱性與熱傳導性的氟樹脂薄片及其製造方法。
本發明之氟樹脂薄片,係具有將加熱熔融性氟樹脂作為主要基質(main matrix),且含有熱傳導性填料或此填料與補強材者,薄片中之填料含量為7體積%以上,厚度為300μm以下,熱傳導率為1.5W/m‧K以上之值,並且具有前述之彎曲性。
本發明之薄片,其耐熱性、機械性強度、彎曲性等之基本特性,雖由氟樹脂本身獲得,但只要不喪失其特性,則能夠添加摻混其他的高分子有機物,而在此定義下將本發明之構成基材設為將氟樹脂作為主要基質者。
於本發明之加熱熔融性氟樹脂材料,係意味著除聚四氟乙烯(PTFE)及聚氟乙烯(PVF)以外之能夠加熱熔融的氟樹脂(以下,簡稱為「氟樹脂材料」)。
於本發明中所能夠使用的氟樹脂材料,具體而言為全氟烷氧基烷烴(PFA)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、乙烯-氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)、四氟乙烯-全氟二甲基間二氧雜環戊烯共聚物(TFE/PDD)等,除此之外只要是除PTFE及PVF以外之能夠加熱熔融的氟樹脂即可,亦可為此等之1種或2種以上之混合物,進而,亦可為於上述氟樹脂材料或者將氟樹脂材料作為主體之混合物中,混合此等氟樹脂材料以外之具有耐熱性的高分子材料。
本發明之氟樹脂薄片所含有的填料,係由熱傳導性之金屬氧化物、氮化物、碳化物、金屬粉、碳、奈
米碳管、石墨、碳纖維所成之群中所選出的粒子狀物或纖維狀,並可分散於薄片中。
上述金屬氧化物係有氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氧化鈦、氧化矽等,氮化物係有氮化硼、氮化鋁、氮化矽等,碳化物係有碳化矽、碳化硼等,進而,金屬粉係有銀、金、銅、鋁等,亦可使用此等當中之1種或2種以上之混合物。另外,上述材質當中,亦兼賦予電傳導性者係金屬粉、碳、石墨、碳纖維,於添加時,亦可作為此等當中之1種或2種以上之混合物。
用以提高添加於前述氟樹脂材料中的熱傳導性之填料的形狀,係可為粒狀或纖維狀任一者,為粒狀時,平均粒徑為0.02至200μm之範圍。此外,熱傳導性填料的形狀為纖維狀時,纖維長分布為0.01至1500μm之範圍,平均纖維長較佳為0.05至300μm之範圍,此時之平均纖維徑較佳為0.01至15μm之範圍。
另外,熱傳導性填料的形狀,並非限定於粒狀或纖維狀,可將此等組合,亦可因應此時之平均粒徑所需,而將2種以上組合使用。
此外,薄片之補強材,係以埋入氟樹脂薄片中的狀態內藏,藉此而可增加薄片之彎曲強度,或拉伸強度,可使用由織布、不織布、或者薄膜所構成的面狀品等。
使用面狀品時,係浸漬於加熱熔融性氟樹脂材料之分散性溶液中,於此等面狀品的表面,被覆分散性
溶液,並且於面狀品的空隙,填充分散性溶液,將埋入有面狀品的薄片予以成形,將此乾燥,以熔融溫度以上於薄片的厚度方向進行加壓成形,藉此而可得到熱傳導性優異的氟樹脂薄片。可藉由使用面狀品而絲毫不損及柔軟性地,得到熱導性優異的氟樹脂薄片。
於面狀品的情況中,所添加的填料之體積分率,亦與前述粒狀的情況相同,上限較佳為92%。此時之混合係可使用球磨機、行星式混合機、雙輥式研磨機、三輥式研磨機等周知的裝置。進而,於用以成為薄片之成形中,係有壓延成形、網版印刷、加壓成形、塗佈等各種方式,可使用任一種。
所使用的織布,係有平織、斜紋織等,雖可使用任一者,但尤其以平織為佳。此等之織布、不織布、耐熱薄膜的厚度較佳為2至100μm之範圍,更佳的厚度為4至50μm之範圍。進而,使用織布、不織布作為填料時,就提昇電絕緣性的觀點而言,較佳為埋入此等所存在的針跡(stitch)、空隙者。此等埋入針跡、空隙的作業,係可在事前將分散性溶液單獨或者填料添加之分散性溶液的化合物以溶劑稀釋來製作塗料,將織布、不織布浸漬於此塗料中,刮取多餘的塗料之後,使其乾燥硬化。
主要提高電絕緣性之物雖有織布、不織布、耐熱薄膜等,但此等之材料的耐熱溫度,雖以與氟樹脂相同程度的耐熱性最為理想,但只要因應使用的條件而適當選擇即可。例如,可適合使用玻璃纖維、聚苯硫醚、聚醯
胺、聚醯亞胺、四氟乙烯等。
氟樹脂材料中所添加的填料、織布、不織布、及耐熱薄膜,係可進行表面改質,用以表面改質之表面改質劑係可例示:矽烷偶合劑、鈦系偶合劑(titanium coupling agent)、鋁系偶合劑、氟系偶合劑、高級醇、含氟高級醇、高級脂肪酸、含氟高級脂肪酸、含氟苯甲酸、含氟苯甲酸衍生物、聚二甲基矽氧烷等。此等表面改質劑之濃度,相對於填料等為0.1至5質量%之範圍。另外,表面改質劑係可變更成各填料的種類,其處理方法係可使用乾式法、濕式法、累積法(integral method)等周知的方法。
本發明之氟樹脂薄片,係可藉由將於加熱熔融性氟樹脂材料的分散性溶液之起始原料中分散或浸漬有填料或補強材的液狀組成物成形為薄片狀並經乾燥後,將此氟樹脂材料加熱至熔融溫度以上,於此薄片的厚度方向進行加壓成形而得到。
本發明之氟樹脂薄片之製造時的起始原料,係可使用經分散於分散性溶液中之氟樹脂粒子。此起始原料,係藉由使填料混合、分散於分散性溶液中而進行調製,該分散性溶液係由氟樹脂材料之粒子與水或者與水與不會對氟樹脂之分散造成影響的量之醇、醚等有機溶劑所構成。此外,亦可藉由於分散性溶液中浸漬補強材,並緊密埋入補強材之針跡、空隙,而將補強材埋入氟樹脂薄片之矩陣中。
為了賦予所得到的薄片氟樹脂本身之特性,分散性溶液中之氟樹脂的濃度必須為10質量%,此外,若超過90質量%則浸漬補強材時,會變得無法緊密埋入補強材之針跡、空隙,因此必須為10至90質量%之範圍,更佳為40至70質量%之範圍。
製造薄片時所添加的填料或補強材之量,相對於氟樹脂,換算成體積分率為7%以上。低於7%時,將前述液狀組成物成形為薄片狀而進行乾燥時,會在成形體上發生龜裂或捲曲。另外,填料或補強材的體積%之上限值,係以在熔融溫度以上之厚度方向加壓成形能夠進行薄片製造的填料之添加量為上限值。
於本發明中,藉由將填料或填料及補強材添加於氟樹脂粉末分散的分散性溶液中,而能夠於氟樹脂中多量混練填料或補強材。接著,於混練有填料或補強材的氟樹脂之分散性溶液中成形後,進行乾燥,並組合以熔融溫度以上在厚度方向進行加壓成形之一連串的步驟,藉此,首次變得能夠多量含有填料卻不喪失柔軟性,而製造富熱傳導性之氟樹脂薄片。
本發明之氟樹脂薄片,係在該製造過程中,於將分散或浸漬有填料或補強材的液狀組成物成形為薄片狀時,可任意自由改變其厚度。藉此,可自由地改變熔融加壓成形後之薄片厚度。
本發明之氟樹脂薄片,係在該製造過程中,於將分散或浸漬有填料或補強材的液狀組成物成形為薄片
狀時,可任意自由改變其厚度。藉此,可自由地改變熔融加壓成形後之薄片厚度。
也就是說,依據本發明,將填料或補強材的量換算成體積分率,於含有7%以上之薄片的情況中,即使換算成體積分率,在含有7%以上範圍的狀態下,亦可得到所得之最薄且薄片厚度30μm者。
於本發明之氟樹脂薄片的製造過程中,以熔融溫度以上在薄片的厚度方向進行加壓成形的步驟係為重要。若不經過以此熔融溫度以上在薄片的厚度方向進行加壓成形的步驟,而將使填料分散於氟樹脂材料的分散性溶液中而成之液狀組成物成形為薄片狀,進行乾燥,其後,直接進行加熱、熔融、彎曲加工,則薄片會在彎曲部產生破斷。相對於此,一度以熔融溫度以上,在薄片的厚度方向進行加壓成形所得到的薄片,再度進行加熱、熔融、彎曲加工所得到的薄片,係變得能夠自由地彎曲而加工成不同形狀。
依據本發明所得到的氟樹脂薄片之彎曲加工,若使填料之含有體積%成為87%以下,則在90°以下之彎曲角度,能夠進行彎曲加工。此外,若使填料的體積%成為75%以下,則在180°以下之彎曲角度,能夠進行彎曲加工。
本發明之氟樹脂薄片,係於填料或補強材的體積%為15%以上之薄片時,無須進行底漆塗佈、電暈處理等之耗費工夫與成本之前處理,而可於氟樹脂薄片表
面直接塗著黏著劑。
氟樹脂係由於難浸潤性,因此,雖無法直接使黏著劑黏著於未添加填料或補強材的氟樹脂薄片之表面,但若於氟樹脂薄片添加填料或補強材,增加其添加量,使添加量成為5%,則表現黏著性。進而,若增加添加量,則15%時表現實用性的黏著力。
填料或補強材的材質、形狀並未特別限定,可為陶瓷系、金屬系、或者因應需要為黏著劑所能夠黏著的樹脂材料之材質。雖若填料或補強材的添加量增加則黏著性產生之明確理由尚不明確,但推測出若填料或補強材的添加量增加,則填料或補強材表面的一部分會稍微地從薄片表面探出,黏著劑並不會黏著於此部分。
另外,此處實用性的黏著力,係指使黏著劑塗著於40×50mm尺寸的氟樹脂薄片,並接著與此氟樹脂薄片相同為40×50mm尺寸的鋁板,持有氟樹脂薄片的端面從鋁板拉出時,黏著劑不附著於鋁板而剝離時,也就是說,對於氟樹脂薄片之黏著力大於對於鋁板之黏著力時,判斷為相對於氟樹脂薄片具有實用性的黏著性。
對於本發明所適用的黏著劑並無特別限制,氟樹脂系黏著劑當然適用,亦可適當選擇矽酮系黏著劑、或者其他黏著劑。此處之黏著劑,係指包含所有對於填料及補強材具有接著力者。
本發明之薄片係具有以下的特性。
1.本發明之薄片,係謀求熱傳導率的改善,成為散熱性優異,耐熱性或耐久性亦為良好,且富柔軟性,薄的薄片。
2.可直接將黏著劑塗著於氟樹脂薄片。
3.適合作為使用於電腦(CPU)、電晶體、發光二極體(LED)、閘流電晶體等之半導體製品的熱傳導用零件、耐熱用零件、電絕緣用零件用、電傳導用零件之構件。
4.此外,適合利用於在如同使電漿化後的原子核碰撞靶材並使彈回的原子或分子附著在基盤上的濺鍍一般之成膜技術中之靶材的固定。
此外,藉由本發明之製造法而達成以下的效果。
1.可於能夠加熱熔融的氟樹脂中,大量且容易地添加具有各種特性的填料,且可將所添加的填料之特性表面化。
2.雖多量含有填料,但仍可自由彎曲成不同形狀。
3.可自由地製造薄的薄片乃至於厚的薄片。
1‧‧‧氟樹脂薄片
1A‧‧‧氟樹脂薄片
2‧‧‧半導體製品
3‧‧‧鋁板
4、4A‧‧‧散熱片
5‧‧‧LED元件
6‧‧‧金屬基板
[第1圖]係顯示本發明之熱傳導性組成物的利用形態之正面圖。
[第2圖]係顯示本發明之熱傳導性組成物的利用形態之側面圖。
[第3圖]係顯示將本發明之熱傳導性薄片適用於LED燈泡的狀態之側面圖。
[第4圖]係於各形狀之熱傳導性氟組成物塗佈有黏著劑的側面圖。
[第5圖]係薄片之彎曲加工用模具的說明圖。
以下,根據第1圖至第4圖所示的圖式來說明適用本發明之氟樹脂薄片時的狀況。
本發明氟樹脂薄片1、1A,例如,如第1圖、第2圖所示般,以密著的狀態介在於半導體製品2與鋁板3之間,進而,於鋁板3的下方設置有散熱片4,使半導體製品2與鋁板3之間電絕緣,並且將來自半導體製品2的熱傳導至鋁板3,藉由散熱片4進行散熱。
此外,於LED燈泡的情況中,例如,如第3圖所示般,於鋪設於LED元件5的下方之金屬基板6的下方,進一步鋪設有熱傳導性薄片1A,進而,於其下方鋪設有散熱片4A,使金屬基板6與散熱片4A之間電絕緣,並且將來自LED元件5的熱傳導至金屬基板6,藉由散熱片4A進行散射。於氟樹脂薄片1的兩面塗著有黏著劑,其中一面貼著於半導體製品,另一面貼附有鋁板。
第4圖係顯示將黏著劑塗著於氟樹脂薄片1
的單面之狀況者。氟樹脂薄片係有以平板本身進行使用的情況(1)、將單側彎曲的情況(2)、將兩側彎曲的情況(3)。任一種情況,黏著劑皆塗著於薄片的底面。
第5圖係說明薄片之彎曲用的模具之圖式。於同圖中,(1)係左右彎曲的模具、(2)單側彎曲的模具。
以下,將本發明之薄片的特性之檢查法作為實施例進行說明。
此實施例,係改變填料的添加量而調查與薄片之成形性的關係者。
於全氟乙烯-丙烯共聚物(FEP)成分為56質量%之分散性溶液(Dupont-Mitsui Polychemicals股份有限公司製)(以下,僅稱「56%FEP分散性溶液」)中,添加溶劑、矽烷偶合劑、氧化鋁(AA-3住友化學公司製),以球磨機進行混練,製成塗材。將此塗材塗佈於醯亞胺薄膜,在室溫下風乾1小時,進而,在120℃、1小時的條件下以乾燥機使其乾燥。接著,以醯亞胺薄膜上下挾持,利用熱壓著裝置,以300℃、50kg/cm2的壓力進行熱壓著1分鐘,得到0.1mm厚度的熱傳導性薄片。以使熱壓著後之熱傳導性薄片中的氧化鋁填料之體積%成為0%、5
%、7%、10%、30%、60%、80%、92%、95%的方式,改變氧化鋁、溶劑、矽烷偶合劑的摻混,製作出9種類的塗材。
針對各塗材,針對以乾燥器乾燥後之成形薄片的龜裂發生狀況、及熱壓著後之薄片的龜裂發生狀況進行調查。
將結果顯示於表1。
依據表1的結果可知,於換算成體積分率,填料量低於7%之薄片中,在乾燥後,於成形體發生龜裂或捲曲。此外,於超過上限92%之薄片,係確認出加壓後,發生龜裂。
改變填料的添加量,調查出與薄片之彎曲性的關係。
於全氟乙烯-丙烯共聚物(FEP)成分為56質量%之分散性溶液(Dupont-Mitsui Polychemicals股份有限公司製)(以下,僅稱「56%FEP分散性溶液」)中,添加溶劑、矽烷偶合劑、氧化鋁(AA-3住友化學公司製),以球磨機進行混練,製成塗材。將此塗材塗佈於醯亞胺薄膜,在室溫下風乾1小時,進而,在120℃、1小時的條件下以乾燥機使其乾燥。接著,以醯亞胺薄膜上下挾持,利用熱壓著裝置,以300℃、50kg/cm2的壓力進行熱壓著1分鐘,得到0.2mm厚度的熱傳導性薄片。以使熱壓著後之熱傳導性薄片中的氧化鋁填料之體積%成為7%、30%、60%、70%、75%、78%、80%、85%、87%、89%、95%的方式,改變氧化鋁、溶劑、矽烷偶合劑的摻混,製作出11種類的塗材。針對各塗材,按照前述步驟,製作出11種類之熱壓著薄片。
使用第5圖所示的薄片彎曲加工用模具來進行。
試驗方法
將以醯亞胺薄片挾持的氟樹脂薄片載置於預先加熱至150℃的模具,以第5圖之模具的上模加壓而進行彎曲加工。
將薄片折成二個,以使彼此不接著的方式,將醯亞胺薄片挾持於其間,進一步,於上下面亦使用醯亞胺薄片,以150℃施加熱加壓。
彎曲試驗的評估係以經彎曲之薄片的彎曲部有無龜裂來進行判斷。將結果顯示於表2。
於彎曲角度為90°的情況中,換算為體積分率,若超過87%,則於薄片的彎曲部發生了龜裂。
於彎曲角度為180°的情況中,換算為體積分率,若超過75%,則於薄片的彎曲部發生了龜裂化。
因而,於彎曲角度為90°以下的情況中,填料的添加量,以體積分率計必須為87%以下。可知於彎曲角度為180°的情況中,換算成體積分率,必須為75%以下。
改變填料的添加量,調查出填料之體積分率
與黏著性的關係。
於全氟乙烯-丙烯共聚物(FEP)成分為56質量%之分散性溶液(Dupont-Mitsui Polychemicals股份有限公司製)(以下,僅稱「56%FEP分散性溶液」)中,添加溶劑、矽烷偶合劑、氧化鋁(AA-3住友化學公司製),以球磨機進行混練,製成塗材。將此塗材塗佈於醯亞胺薄膜,在室溫下風乾1小時,進而,在120℃、1小時的條件下以乾燥機使其乾燥。接著,以醯亞胺薄膜上下挾持,利用熱壓著裝置,以300℃、50kg/cm2的壓力進行熱壓著1分鐘,得到0.2mm厚度的熱傳導性薄片。以使熱壓著後之熱傳導性薄片中的氧化鋁填料之體積%成為0%、3%、5%、10%、15%、20%、50%、80%、90%的方式,改變氧化鋁、溶劑、矽烷偶合劑的摻混,製作出9種類的塗材。
針對各塗材,按照前述步驟,製作出9種類之熱壓著薄片。
對於前述9種類之熱壓著薄片黏著氟樹脂系黏著劑、矽酮系黏著劑之2種類的黏著劑,進行黏著力的測試。
所使用的黏著劑係如下所述。
對於液狀氟橡膠(SIFEL8470信越化學工業)100質量份,添加甲苯溶劑100質量份進行攪拌而製成塗液。
藉由網版印刷將此塗佈於熱傳導性氟樹脂薄片,在使空氣循環的通風(設備)內在室溫下乾燥10分鐘,以150℃×1小時使其硬化,且貼合脫模紙作為保護罩,得到附黏著劑之熱傳導性氟樹脂薄片。
對於矽酮黏著劑(XR37-B6722,Momentive Performance Materials Japan聯合公司)100質量份,添加TC-12質量份、甲苯溶劑30質量份進行攪拌,而製成塗液。
藉由網版印刷將此塗佈於熱傳導性氟薄片,在使空氣循環的通風(設備)內在室溫下乾燥10分鐘,以120℃×20分鐘使其硬化,且貼合脫模紙作為保護罩,得到附黏著劑之熱傳導性氟樹脂薄片。
即使些微,在黏著性表現於氟樹脂薄片之處亦評估為黏著表現。實用性的黏著表現之基準,係使黏著劑塗著於40×50mm尺寸的氟樹脂薄片,並接著與此氟樹脂薄片相同為40×50mm尺寸的鋁板,持有氟樹脂薄片的端面從鋁板拉出時,黏著劑不附著於鋁板而剝離時,也就是說,對於氟樹脂薄片之黏著力大於對於鋁板之黏著力時,判斷為對於氟樹脂薄片具有實用性的黏著性。
將結果顯示於表3。
於本發明氟樹脂薄片中,即使為氟樹脂系黏著劑、矽酮系黏著劑,任一者之黏著劑,皆在填料的體積分率5%以上時表現黏著性,在15%以上時發生實用性的黏著性。
改變填料的添加量,調查出能夠製造的臨界最小厚度。
於全氟乙烯-丙烯共聚物(FEP)成分為56質量%之分散性溶液(Dupont-Mitsui Polychemicals股份有限公司製)(以下,僅稱「56%FEP分散性溶液」)中,添加溶劑、矽烷偶合劑、氧化鋁(AA-3住友化學公司製),以球磨機進行混練,製作填料的體積%不同的8種類之塗
材。填料的體積%,係以使熱壓著後之熱傳導性薄片中的氧化鋁填料之體積%成為0%、5%、7%、10%、30%、60%、90%的方式,改變氧化鋁、溶劑、矽烷偶合劑的摻混而製作。
將此塗材塗佈於醯亞胺薄膜,在室溫下風乾1小時,進而,在120℃、1小時的條件下以乾燥機使其乾燥。接著,以醯亞胺薄膜上下挾持,利用熱壓著裝置,以300℃、50kg/cm2的壓力進行熱壓著1分鐘,得到厚度不同的5種類之氟樹脂薄片。
以使熱壓著後的厚度成為0.02mm、0.03mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm的方式,改變塗材的塗佈厚度而製作。將結果顯示於表4。
本發明氟樹脂薄片係可製作薄達0.03mm(30μm)的薄片,即使是30μm以上之厚的薄片亦可自由地製造。接著,完成填料以體積%計為7~90%之薄片。02mm之厚度者,係發生難以使薄膜厚度均勻,且難以使填料均勻分散,所完成的薄片破裂等之問題,而無法實質製品化。
接著,驗證本發明之熱傳導性薄片及將黏著劑塗著於此之熱傳導性薄片的優勢。
於全氟乙烯-丙烯共聚物(FEP)成分為56質量%之分散性溶液(Dupont-Mitsui Polychemicals股份有
限公司製)(以下,僅稱「56%FEP分散性溶液」)178.5質量份中,添加氧化鋁(AA-3住友化學公司製)(以下,僅稱為「氧化鋁」)250質量份,溶劑800質量份,以球磨機進行混練,製成塗材。將此塗材塗佈於醯亞胺薄膜,在室溫下風乾1小時,進而,在120℃、1小時的條件下以乾燥機使其乾燥。接著,以醯亞胺薄膜上下挾持,利用熱壓著裝置,以300℃、50kg/cm2的壓力進行熱壓著1分鐘,得到0.2mm厚度的熱傳導性薄片。
於56%FEP分散性溶液178.5質量份中,添加氧化鋁500質量份、溶劑1000質量份,以球磨機進行混練,製成塗材。使用此塗材,以與實施例1相同的方法,得到0.2mm厚度的熱傳導性薄片。
於56%FEP分散性溶液178.5質量份中,添加氧化鋁250質量份、矽烷偶合劑(KBM-3063)(以下,僅稱為「矽烷偶合劑」)2.5質量份、溶劑800質量份,以球磨機進行混練,製成塗材。使用此塗材,以與實施例1相同的方法,得到0.2mm厚度的熱傳導性薄片。
於56%FEP分散性溶液178.5質量份中,添
加氧化鋁500質量份、矽烷偶合劑5.0質量份、溶劑1000質量份,以球磨機進行混練,製成塗材。使用此塗材,以與實施例1相同的方法,得到0.2mm厚度的熱傳導性薄片。
於56%FEP分散性溶液178.5質量份中,添加氮化硼(HP-40、水島合金股份有限公司製)(以下,僅稱為「氮化硼」)56質量份、溶劑150質量份,以球磨機進行混練,製成塗材。使用此塗材,以與實施例1相同的方法,得到0.2mm厚度的熱傳導性薄片。
於56%FEP分散性溶液178.5質量份中,添加氮化硼85質量份、溶劑200質量份,以球磨機進行混練,製成塗材。使用此塗材,以與實施例1相同的方法,得到0.2mm厚度的熱傳導性薄片。
於56%FEP分散性溶液178.5質量份中,添加石墨粉(CGC-50、日本黑鉛工業股份有限公司製)(以下,僅稱為「石墨粉」)230質量份、增黏劑溶液(外割(outer)2%CMC溶液、羧甲基纖維素銨粉末、和光純藥工業股份有限公司製)(以下,僅稱為「增黏劑溶液」)12質量份、溶劑580質量份,以球磨機進行混
練,製成塗材。使用此塗材,以與實施例1相同的方法,得到0.2mm厚度的熱傳導性薄片。
於56%FEP分散性溶液178.5質量份中,添加石墨粉400質量份、增黏劑溶液12質量份、溶劑1000質量份,以球磨機進行混練,製成塗材。使用此塗材,以與實施例1相同的方法,得到0.2mm厚度的熱傳導性薄片。
對於56%FEP分散性溶液(Dupont-Mitsui Polychemicals股份有限公司製)178.5質量份,添加氧化鋅150質量份(氧化鋅1種 堺化學工業股份有限公司製)、球狀氧化鋅600質量份(LPZINC-11 堺化學工業股份有限公司製)、矽烷偶合劑2.5質量份(KBM-3063)、溶劑1000質量份,以球磨機進行混練,製成塗材。
將此塗材塗佈於醯亞胺薄膜,在室溫下風乾1小時,進而,在120℃、1小時的條件下以乾燥機使其乾燥。進一步,以醯亞胺薄膜上下挾持,利用熱壓著裝置,以300℃、加壓50kg/cm2進行熱壓著1分鐘,得到厚度0.2mm的熱傳導性薄片。
對於56%FEP分散性溶液(Dupont-Mitsui Polychemicals股份有限公司製)178.5質量份,添加氧化鋅300質量份(氧化鋅1種 堺化學工業股份有限公司製)、球狀氧化鋅1200質量份(LPZINC-11 堺化學工業股份有限公司製)、矽烷偶合劑5.0質量份(KBM-3063)、溶劑1200質量份,以球磨機進行混練,製成塗材。
將此塗材塗佈於醯亞胺薄膜,在室溫下風乾1小時,進而,在120℃×1小時的條件下以乾燥機使其乾燥。進一步,以醯亞胺薄膜上下挾持,利用熱壓著裝置,以溫度300℃、加壓50kg/cm2進行熱壓著1分鐘,得到厚度0.2mm的熱傳導性薄片。
針對以上之實施例所得到的薄片及組成物,利用以下的方法測量出熱傳導率、彎曲特性、耐熱性。
(1)熱傳導率依據ASTM D5470進行測量。
(2)彎曲特性
◎:於使用1之針規(pin gage)熱傳導性薄片不會破裂的情況
○:於使用1.1至2之針規(pin gage)熱傳導性薄片不會破裂的情況
△:於使用2.1至3之針規(pin gage)熱傳導性薄片不會破裂的情況
×:於使用3.1以上之針規(pin gage)熱傳導性薄
片破裂的情況
(3)耐熱性
利用熱風循環式烘箱將熱傳導性薄片暴露於300℃×24小時。首先,探查暴露前之熱傳導性薄片不破裂的最小徑之針規。接著,探查暴露後之熱傳導性薄片不破裂的最小徑之針規。然後,藉由暴露前後之針規的徑差而判斷耐熱性。
◎:針規徑差為0至1.0的情況
○:針規徑差為1.1至2的情況
△:針規徑差為2.1至3的情況
×:針規徑差為3.1以上的情況
將結果顯示於表5。
於矽酮橡膠(SE1183U、Dow Corning Toray股份有限公司製)(以下,僅稱為「矽酮橡膠」)100質量份中,添加氧化鋁250質量份、加硫劑(RC-1 Dow Corning Toray公司製)(以下,僅稱為「加硫劑」)4質量份、二甲苯100質量份,以行星式混合機進行混練,製成塗材。將此塗材塗佈於聚酯薄膜,在室溫下風乾24小時,進而,在100℃×30分鐘的條件下以熱風循環式烘箱使其硬化。剝離聚酯薄膜,得到0.2mm厚度之熱傳導性薄片。
於矽酮橡膠100質量份中,添加氧化鋁250質量份、加硫劑6質量份、二甲苯100質量份,以行星式混合機進行混練,製成塗材。使用此塗材,以與比較例1相同的方法,得到0.2mm厚度的熱傳導性薄片。
於矽酮橡膠100質量份中,添加氧化鋁250質量份、矽烷偶合劑2.5質量份、加硫劑4質量份、二甲苯100質量份,以行星式混合機進行混練,製成塗材。使用此塗材,以與比較例1相同的方法,得到0.2mm厚度的熱傳導性薄片。
於矽酮橡膠100質量份中,添加氧化鋁500質量份、矽烷偶合劑5.0質量份、加硫劑6質量份、二甲苯100質量份,以行星式混合機進行混練,製成塗材。使用此塗材,以與比較例1相同的方法,得到0.2mm厚度的熱傳導性薄片。
於矽酮橡膠100質量份中,添加氮化硼56質量份、加硫劑4質量份、溶劑100質量份,以行星式混合機進行混練,製成塗材。將此塗材塗佈於聚酯薄膜,在室溫下風乾24小時,進而,在100℃×30分鐘的條件下以熱風循環式烘箱使其硬化。剝離聚酯薄膜,進一步,進行200℃×4小時之二次加硫,得到0.2mm厚度之熱傳導性薄片。
於矽酮橡膠100質量份中,添加氮化硼85質量份、加硫劑6質量份、溶劑100質量份,以行星式混合機進行混練,製成塗材。使用此塗材,以與比較例5相同的方法,得到0.2mm厚度的熱傳導性薄片。
於矽酮橡膠100質量份中,添加石墨粉230
質量份、加硫劑4質量份、溶劑100質量份,以行星式混合機進行混練,製成塗材。將此塗材塗佈於聚酯薄膜,在室溫下風乾24小時之後,被覆另1片聚酯薄膜,在100℃×30分鐘的條件下藉由加壓加工使其硬化。剝離聚酯薄膜,進一步,進行200℃×4小時之二次加硫,得到0.2mm厚度之熱傳導性薄片。
於矽酮橡膠100質量份中,添加石墨粉400質量份、加硫劑4質量份、溶劑100質量份,以行星式混合機進行混練,製成塗材。使用此塗材,以與比較例7相同的方法,得到0.2mm厚度的熱傳導性薄片。
對於矽酮橡膠(SE1183U Dow Corning Toray股份有限公司製)100質量份,添加氧化鋅150質量份(氧化鋅1種 堺化學工業股份有限公司製)、球狀氧化鋅600質量份(LPZINC-11 堺化學工業股份有限公司製)、矽烷偶合劑2.5質量份(KBM-3063)、溶劑100質量份,以行星式之混合機進行混練,製成塗材。
將此塗材塗佈於聚酯薄膜,在室溫下風乾24小時,進而,在100℃×30分鐘的條件下以熱風循環式烘箱使其硬化。剝離聚酯薄膜,進一步,進行200℃×4小時之二次加硫,得到厚度0.2mm之熱傳導性組成物。
對於矽酮橡膠(SE1183U Dow Corning Toray股份有限公司製)100質量份,添加氧化鋅300質量份(氧化鋅1種 堺化學工業股份有限公司製)、球狀氧化鋅1200質量份(LPZINC-11 堺化學工業股份有限公司製)、矽烷偶合劑5.0質量份(KBM-3063)、溶劑100質量份,以行星式之混合機進行混練,製成塗材。
將此塗材塗佈於聚酯薄膜,在室溫下風乾24小時,進而,在100℃×30分鐘的條件下以熱風循環式烘箱使其硬化。剝離聚酯薄膜,進一步,進行200℃×4小時之二次加硫,得到厚度0.2mm之熱傳導性組成物。
以下,揭示使用聚四氟乙烯(PTFE)的情況之比較例。
雖於聚四氟乙烯(PTFE)粉末物100質量份中,添加氧化鋁250質量份,在320℃的條件下以雙軸混練裝置嘗試混練,但無法進行混練,而無法得到0.2mm厚度之熱傳導性薄片。
對於聚四氟乙烯(PTFE)粉末物56質量份,加入2-丙醇44質量份進行攪拌,製作出相當於實施例1
之56%FEP分散性溶液的56%PTFE分散性溶液。於此56%PTFE分散性溶液178.5質量份中,添加氧化鋁250質量份、溶劑800質量份,以球磨機進行混練,製成塗材。將此塗材塗佈於醯亞胺薄膜,在室溫下風乾1小時,進而,在120℃、1小時的條件下以乾燥機使其乾燥。接著,雖以醯亞胺薄膜上下挾持,利用熱壓著裝置,在300℃、50kg/cm2的壓力下進行熱壓著1分鐘,但於此情況中,亦無法得到0.2mm厚度之熱傳導性薄片。
以與上述實施例相同的測量方法評估利用以上的方法所得到的薄片及組成物,並將其結果顯示於表6。
如依據實施例5~14與比較例1~10之結果的對比得以理解般,可知除本發明之實施例所示之PTFE及PVF以外之能夠加熱熔融的所謂「氟樹脂材料」,若添加與比較例之矽酮橡膠同量的填料,則相較於比較例,本發明之彎曲特性較為良好。
此外,如實施例7、8般,若使用經表面處理的填料,則相較於未進行表面處理的實施例5、6,其彎曲特性較為良好。
此乃顯示經表面處理的填料與氟樹脂材料之親和性提昇。
比較例11,雖於PTFE直接混入填料,但無法混入。因而,無法評估物性。
比較例12,雖製成相當於實施例4之56%FEP分散性溶液的56%PTFE分散性溶液,但即使可暫時填充填料,但若進行乾燥溶劑消失,則無法保持薄片狀,而無法進行熱壓著作業。
因而,無法評估物性。
接著,針對將氟橡膠系黏著劑塗佈於氟樹脂薄片的實施例進行描述。
於全氟乙烯-丙烯共聚物(FEP)成分為56質量%之
分散性溶液(Dupont-Mitsui Polychemicals股份有限公司製)(以下,僅稱為「56%FEP分散性溶液」)178.5質量份中,添加氧化鋁(AA-3住友化學公司製)(以下,僅稱為「氧化鋁」)250質量份,溶劑800質量份,以球磨機進行混練,製成塗材。
將此塗材塗佈於醯亞胺薄膜,在室溫下風乾1小時,進而,在120℃、1小時的條件下,以乾燥機使其乾燥。接著,以醯亞胺薄膜上下挾持,利用熱壓著裝置,以300℃、在50kg/cm2的壓力下進行熱壓著1分鐘,得到0.2mm厚度的熱傳導性氟樹脂薄片。
測量熱傳導率的結果為1.5W/m‧K。
將液狀氟橡膠(SIFEL8370A信越化學工業)50質量份、與液狀氟橡膠(SIFEL8370B信越化學工業)50質量份進行混合,對於100質量份之混合液狀氟橡膠,添加甲苯溶劑100質量份進行攪拌,製成塗液。
藉由網版印刷將此塗佈於熱傳導性氟樹脂薄片,在使空氣循環的通風(設備)內在室溫下乾燥10分鐘,以120℃×1小時使其硬化,且貼合脫模紙作為保護罩,得到附黏著劑之熱傳導性氟薄片。
對於液狀氟橡膠(SIFEL8470信越化學工業)100質量份,添加氧化鋅2種(HakusuiTech公司製)30質量份、甲苯溶劑100質量份進行攪拌,製成塗液。
藉由網版印刷將此塗佈於熱傳導性氟薄片,在使空氣循環的通風(設備)內在室溫下乾燥10分鐘,以150℃×1小時使其硬化,且貼合脫模紙作為保護罩,得到附黏著劑之熱傳導性氟薄片。
對於矽酮黏著劑(XR37-B6722,Momentive Performance Materials Japan聯合公司)100質量份,添加TC-1 2質量份、甲苯溶劑30質量份進行攪拌,而製成塗液。
藉由網版印刷將此塗佈於熱傳導性氟薄片,在使空氣循環的通風(設備)內在室溫下乾燥10分鐘,以120℃×20分鐘使其硬化,且貼合脫模紙作為保護罩,得到附黏著劑之熱傳導性氟薄片。
對於矽酮黏著劑(XR37-B6722,Momentive Performance Materials Japan聯合公司)100質量份,添加氧化鋅2種(HakusuiTech公司製)30質量份、TC-1 2質量份、甲苯溶劑30質量份進行攪拌,製成塗液。
藉由網版印刷將此塗佈於熱傳導性氟薄片,在使空氣
循環的通風(設備)內在室溫下乾燥10分鐘,以120℃×20分鐘使其硬化,且貼合脫模紙作為保護罩,得到附黏著劑之熱傳導性氟薄片。
使前述4種類之黏著劑分別黏著於厚度0.2mm之氟樹脂薄片,使其黏著面露出,以熱風循環式烘箱在220℃×3日暴露之後,貼附於鋁板而製成黏著試驗片。
本試驗,係用以證明即使暴露於220℃ 3日黏著力亦不會消失的試驗。
於鋁板,貼附□30之黏著試驗片,5分鐘後剝離黏著試驗片,目視確認出黏著部分是否殘留於鋁板。
將於鋁板不殘留黏著部分者視為重工性良好。
將實施例的結果顯示於表7。
依據表7的結果判斷出,液狀氟橡膠即使暴露於220℃ 3日黏著力亦不會消失,可維持良好的黏著材。此外,亦判斷出剝離時,可從黏著對象材完整地剝離。
此乃,由於是氟系材料薄片,且與液狀氟橡膠之黏著材親和性佳,而對象材為鋁等,非為氟系材料時,係判斷出重工性成為良好。
判斷出本發明係對於永久固定與暫時固定雙方皆有效益。
判斷比較例之矽酮黏著劑,暴露於220℃ 3日黏著性已消失。
以上,雖說明本發明之實施例,但具體的構造並不限定於此,應理解在不脫離本發明的要旨之範圍內可進一步適當變更。
本發明之熱傳導性氟樹脂薄片、及將其彎曲加工後之熱傳導性薄片係於容易製造,熱傳導率理當改善,耐熱性為良好,並且,富柔軟性,得到薄的薄片之情況中,其利用可能性極高。此外,亦可適當自由加工成不同形狀等之平面以外的形狀。且亦能夠賦予黏著,隨著半導體的安裝密度之高性能化或小型化,顧客之操作性亦佳,其利用可能性極高。此外,由於可將其厚度減薄達
30μm,而可縮小薄片之熱阻抗,亦可在高的熱傳導度之同時,實現低的熱阻抗,可對於電力電子用途貢獻良多。
Claims (13)
- 一種氟樹脂薄片,其係將含有熱傳導性填料或填料及補強材的加熱熔融性氟樹脂作為主要基質(main matrix)之氟樹脂薄片,其特徵為,前述薄片中之填料含量為7體積%以上,厚度為300μm以下,且,熱傳導率為1.5W/m‧K以上。
- 如請求項1所記載之氟樹脂薄片,其中前述填料為粒子或纖維狀,且被分散於前述氟樹脂薄片中。
- 如請求項1所記載之氟樹脂薄片,其中前述填料(與補強材)的材質係由金屬氧化物、氮化物、碳化物、金屬粉、碳、奈米碳管、石墨、碳纖維所成之群中所選出的任一種。
- 如請求項1所記載之氟樹脂薄片,其中前述補強材係由織布、不織布、耐熱薄膜所成之群中所選出的任一種,且內藏於氟樹脂薄片中而成。
- 如請求項1所記載之氟樹脂薄片,其中前述氟樹脂薄片中之填料的體積分率為75%以下時之彎曲加工的彎曲角度為180°以下。
- 如請求項5所記載之氟樹脂薄片,其中前述彎曲加工的彎曲角度為90°以下,且前述氟樹脂薄片中之填料的體積分率為87%以下。
- 如請求項1所記載之氟樹脂薄片,其係將含有填料的黏著劑塗佈於表面而成,且前述黏著劑中之填料的體積分率為黏著劑總量的15%以上。
- 如請求項1所記載之氟樹脂薄片,其中前述填料與補強材係被表面改質而成。
- 如請求項1所記載之氟樹脂薄片,其係作為半導體製品之熱傳導用、耐熱用、絕緣用及傳導用構件使用。
- 如請求項1所記載之氟樹脂薄片,其係被使用於以濺鍍所進行之薄膜製造所需的靶材之固定。
- 一種氟樹脂薄片之製造方法,其係將於加熱熔融性氟樹脂材料的分散性溶液中分散有填料或填料及補強材之液狀組成物成形為薄片狀後,經乾燥之後,將前述加熱熔融性氟樹脂材料,以其熔融溫度以上,於薄片的厚度方向進行加壓成形。
- 如請求項11所記載之氟樹脂薄片之製造方法,其中前述氟樹脂材料之分散性溶液中的氟樹脂濃度為10~90質量%。
- 如請求項11所記載之氟樹脂薄片之製造方法,其係再度進行加熱、彎曲加工而製造。
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