导热片材、其制造方法以及使用了该导热片材的散热装置的制作方法

专利名称：导热片材、其制造方法以及使用了该导热片材的散热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及导热片材、其制造方法以及使用了该导热片材的散热装置。
背景技术：
近年来，多层电路板及半导体封装中的配线密度、电子部件的搭载密度提高，而且半导体元件在不断高集成化，这种发热体的每单位面积的发热量正在逐渐变大。因此，期望可以提高从发热体放散热的效率的技术。作为放热、散热的一般的方法，采用如下方法在半导体封装那样的发热体与由铝或铜形成的散热体之间夹有导热润滑脂或导热片材而使它们粘附，从而向外部传导热。从组装散热装置时的操作性的观点来看，导热片材比导热润滑脂更优异。因此，面向导热片材研究了各种开发。例如，为了提高导热性，提出了在基体材料中配合了导热性的无机粒子的各种导热性复合材料组合物及其成型加工品。作为导热性的无机粒子而使用的物质大致分为碳、 银及铜等具有电传导性的物质和氧化铝、二氧化硅、氮化铝及氮化硼等电绝缘性的物质。但是，由于电传导性的物质在将它们用于配线附近时有可能使电路发生短路，所以很多情况下使用电绝缘性的物质。作为由在基体材料中配合这样的具有电绝缘性和导热性的无机粒子而得到的导热性复合材料组合物构成的片材，例如专利文献1中公开了由在硅橡胶中配合了粒子厚度超过1. 4 μ m、且比表面积低于2. 6m2/g的氮化硼粉末而得到的组合物形成的绝缘散热片材。此外，专利文献2中公开了一种由填充了氮化硼粉末的高分子组合物形成的导热性片材，其是将氮化硼粉末沿一定方向进行了磁场取向而得到的导热性片材。进而，专利文献3中公开了一种导热性片材，其是通过将包含热塑性树脂的粘合剂树脂与无机填充材的粒子的混炼物成型而得到的多片一次片材层叠，并将该得到的层叠体沿着相对于层叠面垂直的方向进行切割而得到的。近年来，导热片材被应用于各种散热装置中，不仅要求高导热性，还产生了对导热片材追加凹凸的吸收及应力松弛等性能的必要性。例如，在应用于从显示面板那样的大面积的发热体的散热时，对于导热片材，要求吸收发热体及散热体的各表面的应变或凹凸、松弛因热膨胀率的不同而产生的热应力的功能。此外，以某种程度的厚膜构成时，还要求能够导热的高导热性、以及能够粘附在发热体及散热体的各表面的高柔软性。但是，对于以往的导热片材而言，由于难以高水平地兼顾柔软性和导热性，所以需要进一步的开发。现有技术文献专利文献专利文献1 日本专利第3209839号公报专利文献2 日本特开2002-080617号公报专利文献3 日本特开2002-(^6202号公报

发明内容
发明所要解决的问题例如，对于专利文献1中公开的散热传导片材而言，仅通过在基体材料中配合导热性的无机粒子的手段来提高导热率。因此，为了通过这种手段来达到高的导热率，必须增大导热性的无机粒子的配合量直到接近最密填充的量来形成充分的导热通路。但是，随着无机粒子的配合量的提高，导热片材的柔软性丧失，其结果是，存在凹凸的吸收、热应力松弛的功能受损的倾向。与此相对，对于专利文献2中公开的导热性片材而言，由于除了上述的方法以外， 还采用了使氮化硼粉末沿着一定方向进行磁场取向的方法，所以有可能能够以导热性的无机粒子的较少的配合量达到高的导热性。但是，对于片材制造时的生产率、成本、能量转换效率等，存在改善的余地。此外，对于专利文献3中公开的导热性片材而言，与上述的方法相比，在片材制造时的生产率、成本、能量转换效率等方面更有优势，但有关柔软性的考虑未必是充分的。特别是对于在片材制造时将柔软的片材层叠体进行切割的方面欠缺考虑，采用了之后含浸增塑剂等效率不佳的生产方法，因而存在改善的余地。如上所述，面向导热片材进行了各种研究，但从不仅要求高导热性、而且简便且可靠地对片材追加柔软性及应力松弛等特性的观点来看，任一种方法都不能令人满意。本发明鉴于这样的状况，目的在于提供一种维持高导热性、并且具有柔软性等追加特性的电绝缘性的导热片材。此外，目的在于提供一种简便且可靠地制造这种导热片材的方法，以及使用了这种导热片材、具有高散热能力、且使附近的电路发生短路的危险少的散热装置。用于解决问题的手段本发明人等为了解决上述课题而重复进行了深入研究，结果发现，通过使导热片材中特定大小的板状氮化硼粒子按照以其长轴方向沿着片材的厚度方向的方式取向的方式分散到特定的粘合剂树脂中，从而可以获得不仅具有高导热性、而且具有柔软性及应力松弛等特性的导热片材。S卩，本发明如下所述。(1) 一种导热片材，所述导热片材由组合物形成，其特征在于，上述组合物含有平均粒径超过10 μ m且为60 μ m以下的板状氮化硼粒子(A)和具有50°C以下的玻璃化转变温度(Tg)的有机高分子化合物(B)，上述板状氮化硼粒子(A)在上述组合物中的含量为45 75体积％的范围，且以其长轴方向沿着片材的厚度方向的方式取向。(2)根据上述(1)所述的导热片材，其特征在于，上述有机高分子化合物(B)为聚 (甲基)丙烯酸酯系高分子化合物。(3)根据上述(1)或( 所述的导热片材，其特征在于，其进一步含有含量在组合物的5 50体积％的范围的阻燃剂(C)。(4)根据上述(3)所述的导热片材，其特征在于，上述阻燃剂(C)为磷酸酯系阻燃剂。(5) 一种导热片材的制造方法，其是板状氮化硼粒子以其长轴方向沿着片材的厚度方向的方式取向的导热片材的制造方法，其具有下述工序调制含有45 75体积％的平均粒径超过10 μ m且为60 μ m以下的板状氮化硼粒子(A)和具有50°C以下的玻璃化转变温度(Tg)的有机高分子化合物(B)的组合物的工序；使用上述组合物来形成上述板状氮化硼粒子沿着相对于主表面大致平行的方向取向的一次片材的工序；将上述一次片材层叠而形成具有多层结构的成型体的工序；和将上述成型体以相对于从其主表面延伸出来的法线成0度 30度的角度切割的工序。(6) 一种导热片材的制造方法，其是板状氮化硼粒子以其长轴方向沿着片材的厚度方向的方式取向的导热片材的制造方法，其具有下述工序调制含有45 75体积％的平均粒径超过10 μ m且为60 μ m以下的板状氮化硼粒子(A)和具有50°C以下的玻璃化转变温度(Tg)的有机高分子化合物(B)的组合物的工序；使用上述组合物来形成上述板状氮化硼粒子沿着相对于主表面大致平行的方向取向的一次片材的工序；将上述一次片材以上述板状氮化硼粒子的取向方向为轴进行卷绕而形成具有多层结构的成型体的工序；和将上述成型体以相对于从其主表面延伸出来的法线成0度 30度的角度切割的工序。(7)根据上述( 或(6)所述的导热片材的制造方法，其特征在于，形成上述一次片材的工序采用由压延、压制、挤出及涂覆组成的组中选择的至少1种成型方法来实施。(8)根据上述(6)所述的导热片材的制造方法，其特征在于，形成上述一次片材的工序至少采用压延或压制中的任一种成型方法来实施。(9)根据上述( (8)中任一项所述的导热片材的制造方法，其特征在于，上述切割的工序在有机高分子化合物(B)的Tg+50°C (比玻璃化转变温度高50°C的温度) Tg-20°C (比玻璃化转变温度低20°C的温度)的温度范围内实施。(10) 一种散热装置，其特征在于，其具有在发热体与散热体之间存在有上述 (1) 中任一项所述的导热片材的结构。发明的效果本发明的导热片材由于兼具高导热性和高柔软性，且为电绝缘性，且根据需要能够容易地追加阻燃性、耐水性等性能，所以将它们应用于例如电气、电子电路附近的散热用途中时能够实现从发热部有效地散热。此外，根据本发明的导热片材的制造方法，与以往方法相比，在生产率、成本、能量转换效率及可靠性的方面是有利的，能够提供兼具高导热性和高柔软性的导热片材。进而，根据本发明的散热装置，在电路附近引起短路的可能性非常低，能够实现完全且效率良好的散热。本申请的公开与2008年10月21日提出申请的日本特愿2008-270849号中记载的主题及2009年3月3日提出申请的日本特愿2009-049334号相关联，它们的公开内容通过引用而援引于此。
具体实施例方式以下，对本发明进行详细说明。<导热片材>本发明的导热片材的特征在于，其由组合物形成，上述组合物含有平均粒径超过 10 μ m且为60 μ m以下的板状氮化硼粒子(A)和具有50°C以下的玻璃化转变温度(Tg)的有机高分子化合物(B)，上述板状氮化硼粒子(A)在上述组合物中以45 75体积％的范围含有，且以其长轴方向沿着片材的厚度方向的方式取向。本发明中，板状氮化硼粒子㈧的平均粒径超过ΙΟμπι且为60μπι以下的范围，优选为15 50 μ m。平均粒径如果大于10 μ m,则能够防止片材变脆，如果为60 μ m以下，则在片材的平滑性及粘附性方面具有充分的效果。本发明中，只要含有平均粒径在该范围的板状氮化硼粒子(A)即可，根据需要也可以添加平均粒径在该范围之外的氮化硼粒子。板状氮化硼粒子的平均粒径是通过激光衍射散射法测定时的D50的值。此外，关于粒子形状，也可以根据需要添加除板状以外的氮化硼粒子。另外，本发明中所谓的“板状”是指为层状且具有六方晶的晶体结构、粒子形状为板那样的形状。具体而言，本发明中将与层平行的方向(a轴方向)和与层垂直的方向(c 轴方向)的各边的比率(a/c)为1. 5以上的形状作为“板状”。作为“除板状以外”的氮化硼粒子的形状，可列举出将板状凝聚而得到的球块状、 无定型凝聚体、将六方晶氮化硼粉碎而得到的颗粒状等。具体而言，作为“除板状以外”的氮化硼粒子的晶体结构，除了六方晶系(h-BN)以外，还有立方晶系(c-BN)、纤锌矿系(w-BN)、 菱形晶系(r-BN)、乱层结构系(t-BN)等，也可以使用具有这些晶体结构的氮化硼。以组合物的体积为基准，板状氮化硼粒子㈧的配合量为45 75体积％的范围。 配合量为45体积％以上时，可以充分得到导热性率，配合量为75体积％以下时，由于组合物的凝聚力优异，所以容易形成片材。本发明中板状氮化硼粒子(A)的配合量(体积％ )是通过下式求出的值。板状氮化硼粒子㈧的含量(体积％ )=(Aw/Ad) / ((Aw/Ad) + (Bw/Bd) + (Cw/Cd) +...) X 100Aw 板状氮化硼粒子㈧的质量组成(质量％ )Bw 有机高分子化合物(B)的质量组成(质量％ )Cw 其他的任意成分(C)的质量组成(质量％ )Ad 板状氮化硼粒子㈧的比重(本发明中Ad以2. 3计算。)Bd:有机高分子化合物(B)的比重Cd:其他的任意成分(C)的比重本发明中“以长轴方向(a轴方向)沿着片材的厚度方向的方式取向”意味着如下状态对于片材的剖面，用SEM(扫描型电子显微镜)观察任意的50个粒子时，板状氮化硼粒子的长轴方向(a轴方向)相对于片材表面所成的角度(达到90度以上时采用补角)的平均值为70度 90度的范围。构成本发明的导热片材的组合物中能够使用的板状氮化硼粒子(A)具有有利于取向的形状(板状)。板状氮化硼粒子沿着片材的厚度以板状氮化硼粒子的长轴方向(a轴方向)取向。另外，“长轴方向”是与层平行的方向(a轴方向)。本发明中，板状氮化硼粒子(A)如果不显示上述那样的取向，则无法获得充分的导热性。为了显示上述那样的取向，只要通过本发明的导热片材的制造方法来制作即可。详细内容在后面叙述。虽然没有特别限定，但作为本发明的板状氮化硼粒子(A)的具体例子，可列举出 "PT-110(商品名)”(Momentive Performance Materials Japan 合同会社制造、平均粒径为45 μ m)、“HP-1CAW(商品名)”(水岛合金铁制造、平均粒径为16 μ m) ,"PT-IIOPlus (商品名)”(Momentive PerformanceMaterials Japan 合同会社制造、平均粒径为 45 μ m)、 “HP-1CA(商品名)”(水岛合金铁制造、平均粒径为16 μ m)等。此外，并不限定于上述氮化硼粒子，只要是具有“板状”的形状、平均粒径超过 10 μ m且为60 μ m以下的板状氮化硼粒子即可以使用。例如，也可以通过粉碎、破碎等将凝聚体(多个板状凝聚而成的形状)那样的氮化硼制成板状的粒子而获得。此外，在平均粒径为超过10 μ m且为60 μ m以下的范围外的情况下，通过利用粉碎、筛分等除去过大的粒子和过小的粒子，也能够将平均粒径调整至特定的范围内。另一方面，有机高分子化合物(B)只要是玻璃化转变温度(Tg)为50°C以下的有机高分子化合物，则可以没有特别限定地使用。作为有机高分子化合物(B)的具体例子，可列举出以丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯等作为主要原料成分的聚(甲基)丙烯酸酯系高分子化合物(所谓的丙烯酸橡胶)、主结构中具有聚二甲基硅氧烷结构的高分子化合物(所谓的硅酮树脂)、主结构中具有聚异戊二烯结构的高分子化合物(所谓的异戊二烯橡胶、天然橡胶)、以氯丁二烯作为主要原料成分的高分子化合物(聚氯丁二烯、所谓的氯丁橡胶)、主结构中具有聚丁二烯结构的高分子化合物(所谓的丁二烯橡胶)等通常总称为“橡胶”的柔软的有机高分子化合物。其中，特别是以丙烯酸丁酯、或丙烯酸2-乙基己酯等作为主要原料成分的聚(甲基)丙烯酸酯系高分子化合物由于容易获得高柔软性，化学稳定性及加工性优异，而且容易控制粘着性，比较廉价，所以优选。玻璃化转变温度(Tg)可以通过动态粘弹性测定装置(DMA)来测定。作为动态粘弹性测定装置(DMA)，例如可以使用TA Instruments公司制造的ARES-ISTD。作为测定条件，将升温速度设定为5°C /分钟，测定频率设定为1. OHz0作为聚(甲基)丙烯酸酯系高分子化合物，更优选具有将丙烯酸、丙烯腈、丙烯酸羟基乙酯等与选自丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸2-乙基己酯等中的单体的共聚物(均聚物)共聚而导入了 -COOH基、-CN基、-OH基等极性基团的结构且Tg为-30°C以下的共聚物。本发明中有机高分子化合物(B)的重均分子量优选为1万 100万。重均分子量可以通过凝胶渗透色谱法使用标准聚苯乙烯的校正曲线进行测定。虽然没有特别限定，但作为本发明中可以适合使用的化合物，例如可列举出 Nagase ChemteX株式会社制造的丙烯酸酯共聚树脂“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 42万、Tg :-43°C固体)、NagaSe ChemteX株式会社制造的丙烯酸酯共聚树脂“ HTRjSODR (商品名)”(丙烯酸丁酯/丙烯腈/丙烯酸共聚物、Mw:90万、Tg:-37°C、30质量％甲苯/醋酸乙酯=1 1溶液)等。
本发明的导热片材中的有机高分子化合物(B)的配合量优选为10 40体积％。 配合量为10体积％以上时，存在可获得充分的片材强度的倾向。如果配合量为40体积％ 以下，则存在能够含有充分量的氮化硼粒子、可获得充分的导热性的倾向。构成本发明的导热片材的组合物以上述的板状氮化硼粒子(A)和有机高分子化合物(B)为成分，但根据需要也可以追加各种添加剂。在本发明的优选方式中，为了提高导热片材的阻燃性，除了上述的两种成分(A)及(B)以外，优选使用阻燃剂(C)。虽然没有特别限定，但由含有磷酸酯系阻燃剂的组合物构成的片材不仅从阻燃性及柔软性的观点来看是有利的，在生产率及成本方面也有利。阻燃剂(C)的含量优选设定为组合物的5 50体积％的范围，更优选设定为10 40体积％的范围。阻燃剂(C)的含量如果为5体积％以上，则导热片材中能够获得充分的阻燃性。如果为50体积％以下，则能够防止片材的强度降低。此外，构成本发明的导热片材的组合物中，根据需要还可以添加丙烯酸氨基甲酸酯等韧性改良剂；硅烷偶联剂、钛偶联剂及酸酐等粘接力提高剂；非离子系表面活性剂及氟系表面活性剂等润湿提高剂；硅油等消泡剂；以及无机离子交换体等离子捕获剂之类的各种添加剂。关于本发明的导热片材的形状，在能够达到之前说明的所希望的板状氮化硼粒子的取向的范围内，可以成型为与适用导热片材的各种用途相应的形状。虽然没有特别限定， 但本发明中，优选由具有多层结构的成型体形成导热片材。通过由多层结构的成型体形成导热片材，对于板状氮化硼粒子的取向是有利的，此外通过提高板状氮化硼粒子的密度，能够提高导热效率。关于本发明的导热片材的制造方法在后面叙述。由上述的组合物构成的片材由于含有玻璃化转变温度(Tg)为50°C以下的有机高分子，所以很多都具有粘着力。因此，本发明中优选在导热片材的使用之前对粘着面预先进行保护。例如在使用上述的组合物来形成片材时，通过在其粘着面设置保护膜而实施粘着面的保护。作为保护膜的材质，例如可列举出聚乙烯、聚酯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、 聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚萘二甲酸酯、甲基戊烯膜等树脂；涂布纸；涂布布；铝等金属。 这些保护膜可以是由2种以上的膜构成的多层膜，优选使用膜的表面用硅酮系、二氧化硅系等脱模剂等处理过的膜。〈导热片材的制造方法〉关于上述的导热片材的制造方法，也在本发明的范围内。板状氮化硼粒子以其长轴方向沿着片材的厚度方向的方式取向的本发明的导热片材的制造方法包括下述工序。(a)调制含有45 75体积％的平均粒径超过10 μ m且为60 μ m以下的板状氮化硼粒子(A)和具有50°C以下的玻璃化转变温度(Tg)的有机高分子化合物(B)的组合物的
工序；(b)使用上述组合物来形成上述板状氮化硼粒子沿着相对于主表面大致平行的方向取向的一次片材的工序；(cl)将上述一次片材层叠而形成具有多层结构的成型体的工序；和(d)将上述成型体以相对于从其主表面延伸出来的法线成0度 30度的角度切割的工序。代替上述(Cl)工序，也可以采用(c2)将上述一次片材以上述板状氮化硼粒子的取向方向为轴进行卷绕而形成具有多层结构的成型体的工序。以下，对各工序进行说明。上述(a)工序中，构成导热片材的组合物的调制只要能够将规定的板状氮化硼粒子(A)与规定的有机高分子化合物(B)均勻地混合，则可以采用任意方法来实施。虽然没有特别限定，但例如可以通过以下方法来调制组合物预先将有机高分子化合物(B) 溶解到溶剂中而形成溶液，向该溶液中加入上述板状氮化硼粒子(A)及阻燃剂(C)等其他的添加剂，将它们混合、搅拌后进行干燥的方法；或者使用辊混炼、捏合机、布拉本德机 (Brabender)或挤出机将各成分混合的方法等。作为用于溶解有机高分子化合物(B)的溶剂，只要在混合、搅拌后能够通过干燥而除去，则没有特别限制，例如可列举出丙酮、甲基乙基酮、甲基丁基酮、己烷、环己烷、醋酸乙酯、醋酸丁酯、苯、甲苯、二甲苯等。上述(b)的形成一次片材的工序中可以适用惯用的成膜技术，但优选由压延、压制、挤出及涂覆组成的组中选择的至少1种成型方法来实施。作为成型方法，通过至少选择压延及压制中的任一种，能够更可靠地使板状氮化硼粒子沿着相对于主表面大致平行的方向取向。此外，在选择这些方法的情况下，通过在片材成型时施加压力，从而存在板状氮化硼粒子彼此容易接触、容易表现出高导热性的倾向。另外，从导热性的观点出发，所成型的各片材的厚度优选更薄。片材的厚度增厚时，存在粒子的取向变得不充分、最终获得的导热片材的导热性变差的倾向。另外，所谓的“上述板状氮化硼粒子(A)沿着相对于片材的主表面大致平行的方向取向的状态”，是指上述板状氮化硼粒子(A)以沿着片材的主表面横卧的方式取向的状态。在将上述组合物成型时，在片材面内的板状氮化硼粒子(A)的取向可以通过调整组合物的流动方向来控制。即，通过调整组合物通过压延辊的方向、压制组合物的方向、挤出组合物的方向、涂覆组合物的方向，可以控制板状氮化硼粒子(A)的取向。上述板状氮化硼粒子(A)由于基本上是具有各向异性的粒子，所以通过将组合物压延成型、压制成型、挤出成型或涂覆，通常能够将板状氮化硼粒子(A)的取向一致地配置。关于“上述板状氮化硼粒子(A)沿着相对于片材的主表面大致平行的方向取向的状态”的确认，与上述的“以长轴方向(a方向)沿着片材的厚度方向的方式取向”的确认方法同样，通过对片材的剖面用SEM观察任意的50个粒子来进行。具体而言，用SEM观察一次片材的剖面，对于任意的50个粒子，确认板状氮化硼粒子的长轴方向(a方向)相对于一次片材的表面所成的角度(达到90度以上时采用补角)的平均值是否达到0 20度的范围。上述(Cl)的形成具有多层结构的成型体的工序可以通过将之前的工序中得到的一次片材进行层叠来实施。层叠的方式没有特别限定，例如并不限于依次重合独立的多个片材的方式，也可以是将一片片材在不切断其端部的情况下折叠的方式。此外，作为上述(Cl)工序中的层叠的其他方式，可列举出(c2)工序。具体而言，作为形成具有多层结构的成型体的方法，将上述一次片材以上述板状氮化硼粒子的取向方向为轴进行卷绕而形成具有多层结构的成型体。卷绕的方式并不限定于成型体的形状成为圆筒形的方式，也可以是成为方筒形等其他形状的方式。关于成型体的形状，只要在之后的(d)工序中以相对于从主表面延伸出来的法线成0度 30度的角度将成型体切割时不会产生不良情况，则可以是任意形状。例如，也可以将各片材的形状成型为圆形，并将它们层叠，从而制作圆柱状的成型体，并通过 “旋成薄片”那样的方法来实施之后的(d)工序中的切割。在之后实施的(d)切割工序中，期望将上述(Cl)工序或上述(c2)工序中的层叠时的压力或卷绕时的拉伸力按下述方式调整使其弱到不会发生成型体的切割面被压坏而板状氮化硼粒子的取向被打乱的程度，且使其强到成型体中的各片材彼此适度地粘接的程度。通常，通过调整形成成型体时的拉伸力，可以获得各片材间的充分的粘接。但是，各片材间的粘接力不足时，也可以将溶剂或粘接剂等薄薄地涂布在片材表面后实施层叠或卷绕。上述(d)切割成型体的工序通过将成型体以相对于从其主表面延伸出来的法线成0度 30度的角度、并按照片材具有规定的厚度的方式进行切割来实施。切割时可以使用的切断工具没有特别限定，但优选使用具备锐利的刀刃的切片机及刨机等。通过使用具备锐利的刀刃的切断工具，从而切割后得到的片材的表面附近的粒子取向不易打乱，且能够容易地制作厚度较薄的片材。上述切割的角度为30度以下时，所得到的导热片材的导热率良好。上述成型体为层叠体时，只要以与一次片材的层叠方向垂直或者大致垂直的方式(上述角度的范围内) 进行切割即可。此外，上述成型体为卷绕体时，只要以与卷绕的轴垂直或者大致垂直的方式 (上述角度的范围内)进行切割即可。如上所述，在将圆形状的一次片材层叠而得到的圆柱状的成型体的情况下，也可以在上述角度的范围内以旋成薄片那样的方式进行切割。(d)切割工序优选在比构成导热片材的组合物的玻璃化转变温度(Tg)高50°C的温度(Tg+50°C) 比Tg低20°C的温度(Tg-20°C)的范围内实施。切割时的温度为Tg+50°C 以下时，不仅可以防止成型体变得柔软而难以实施切割，还可以防止导热片材内的粒子的取向被打乱。另一方面，切割时的温度为Tg-20°C以上时，成型体不会变硬且脆而难以实施切割，容易避免刚切割后导热片材开裂。实施切割的更优选的温度是Tg+40°C Tg-10°C的温度范围。另外，作为优选的片材厚度，为所含的氮化硼粒子的平均粒径以上且为平均粒径的200倍以下(优选为100倍以下)。为平均粒径以上时，认为能够防止氮化硼粒子从片材脱落。为平均粒径的200倍以下时，由于介由氮化硼粒子形成的通路数变少，所以导热性良好。〈散热装置〉本发明的散热装置也在范围内。本发明的散热装置具有在发热体与散热体之间存在有本发明的导热片材的结构。作为本发明的散热装置中可以使用的发热体，是至少其表面温度不超过200°C的发热体，可以适合使用本发明的导热片材的温度是-10°C 120°C的范围。在向发热体的表面超过200°C的可能性高的例如喷气式发动机的喷嘴附近、陶瓷窑炉内部周边、熔矿炉内部周边、原子炉内部周边、宇宙飞船外壳等中的散热装置中应用时，由于片材内的有机高分子化合物分解的可能性高，因此存在不适合的倾向。作为适合本发明的散热装置的发热体，例如可列举出半导体封装、显示器、LED、电灯等。另一方面，本发明的散热装置中可以使用的散热体没有特别限定，可以是适用于散热装置的代表性散热体。例如可列举出利用了铝或铜制的翅片或板等的散热器、与热导管连接的铝或铜制的块(block)、内部以泵循环着冷却液体的铝或铜制的块、珀耳帖 (Peltier)元件及具备珀耳帖元件的铝或铜制的块等。代替铝或铜，优选利用了导热率为20W/mK以上的材料、例如银、铁、铟等金属、石墨、金刚石、氮化铝、氮化硼、氮化硅、碳化硅、氧化铝等材料的散热体。本发明的散热装置通过在上述的发热体与散热体之间设置本发明的导热片材并使各个面接触且固定而构成。导热片材的固定只要是能够以使各接触面充分粘附的状态进行固定的方法，则没有特别限定，可以采用任意方法。但是，从使各接触面的充分的粘附持续的观点出发，优选按压力持续存在的方法。例如，可列举出用弹簧拧紧的方法、用夹子夹住的方法。根据本发明的散热装置，能够达到高散热效率，并且使附近的电路发生短路的风险小。实施例以下，列举出实施例对本发明进行更具体的说明。但是，本发明并不限定于以下的实施例。另外，各实施例中作为导热性的指标的导热率通过以下的方法求得。(导热率的测定)将测定的导热片材用切断机切断成IcmXlcm的大小，将该切断片材按照一面与晶体管(2SC223； )接触、另一面与铝散热块接触的方式配置，从而制作了试验样品。接着， 一边按压晶体管，一边对试验样品通电流，测定晶体管的温度(Tl、单位。C )及散热块的温度(T2、单位。C )，由测定值及施加电力(W、单位W)按照下式测定热阻(X、单位。C /W)。X = (Tl-T2)/ff由所得到的热阻(X)、切断片材的膜厚(d、单位μπι)及利用导热率已知的试样得到的修正系数C按照下式估算出导热率(Tc、单位W/mK)。Tc = C*d/X(实施例1)将15. OOg(A)板状的氮化硼粒子“PT-110(商品名)”(MomentivePerformance Materials Japan合同会社制造、平均粒径为45 μ m)、1. 96g⑶丙烯酸酯共聚树脂 “HTR_811DR(商品名)” (Nagase ChemteX制造、丙烯酸丁酯/丙烯酸乙酯/甲基丙烯酸 2-羟基乙酯共聚物、Mw 42万、Tg :-29. 4°C )、及1. 40g (C)磷酸酯系阻燃剂"CR-741 (商品名)”(大八化学制造)加热到120°C并进行混炼，由此调制了组合物。由原料的比重计算得到的组合物的配合比为(A)板状的氮化硼粒子为70体积％、(B)丙烯酸酯共聚树脂为17. 5体积％、及(C)磷酸酯系阻燃剂为12. 5体积％。将之前调制的组合物Ig用经脱模处理的PET膜夹住，使用具有5cmX IOcm的机器表面(tool surface)的压力机，在机器压力(tool pressure)为lOMPa、机器温度为120°C 的条件下压制10秒钟，从而得到厚度为0.3mm的一次片材。通过重复该操作，从而制作了多片的一次片材。
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另外，一次片材中，“板状氮化硼粒子(A)沿着与片材的主表面大致平行的方向取向的状态”的确认如下所述进行。用SEM(扫描型电子显微镜)观察所得到的一次片材的剖面，对任意的50个板状氮化硼粒子从可见的方向测定板状氮化硼粒子的长轴方向相对于一次片材表面所成的角度，求出其平均值，结果为5度，可以确认板状氮化硼粒子的长轴方向沿着与一次片材的主表面大致平行的方向取向。将所得到的各一次片材用切断机切出2cmX 2cm的尺寸，将其37片层叠，用手轻压使各一次片材的层间粘接，从而得到厚度为1. Icm的成型体。将该成型体用干冰冷却后， 在-10°C的温度下，用刨机对1. IcmX 2cm的层叠剖面进行切割(以相对于从一次片材表面延伸出来的法线成5度的角度进行切割)，得到尺寸为1. lcmX2cmX0. 51mm的实施例1的导热片材。使用SEM(扫描型电子显微镜)观察所得到的导热片材的剖面，对任意的50个的板状氮化硼粒子从可见的方向测定板状氮化硼粒子的长轴方向相对于导热片材表面所成的角度，求出其平均值，结果为85度，可以确认板状氮化硼粒子的长轴方向沿着导热片材的厚度方向取向。所得到的导热片材的粘附性良好，评价了导热率，结果显示为良好的值，即为 25. 9W/mK。(实施例2)除了以(A)板状的氮化硼粒子为13. 08g(60体积％ )、(B)丙烯酸酯共聚树脂为 2.568(22.5体积％)、及(C)磷酸酯系阻燃剂为1.99g(17.5体积％ )的量使用原料以外， 通过与实施例1同样的条件，得到实施例2的导热片材。用SEM(扫描型电子显微镜)观察所得到的一次片材的剖面，对任意的50个的板状氮化硼粒子从可见的方向测定板状氮化硼粒子的长轴方向相对于一次片材表面所成的角度，求出其平均值，结果为3度，可以确认板状氮化硼粒子的长轴方向沿着与一次片材的主表面大致平行的方向取向。用SEM(扫描型电子显微镜)观察所得到的导热片材的剖面，对任意的50个的板状氮化硼粒子从可见的方向测定板状氮化硼粒子的长轴方向相对于导热片材表面所成的角度，求出其平均值，结果为88度，可以确认板状氮化硼粒子的长轴方向沿着导热片材的厚度方向取向。所得到的导热片材的粘附性良好，评价了导热率，结果显示为良好的值，即为 26.9W/mK。(实施例3)除了以(A)板状的氮化硼粒子为11. 25g(50体积％ )、(B)丙烯酸酯共聚树脂为 3. 24g(27. 5体积％ )、及(C)磷酸酯系阻燃剂为2. 64g(22. 5体积％ )的量使用原料以外， 通过与实施例1同样的条件，得到实施例3的导热片材。用SEM(扫描型电子显微镜)观察所得到的一次片材的剖面，对任意的50个的板状氮化硼粒子从可见的方向测定板状氮化硼粒子的长轴方向相对于一次片材表面所成的角度，求出其平均值，结果为10度，可以确认板状氮化硼粒子的长轴方向沿着与一次片材的主表面大致平行的方向取向。
用SEM(扫描型电子显微镜)观察所得到的导热片材的剖面，对任意的50个的板状氮化硼粒子从可见的方向测定板状氮化硼粒子的长轴方向相对于导热片材表面所成的角度，求出其平均值，结果为82度，可以确认板状氮化硼粒子的长轴方向沿着导热片材的厚度方向取向。所得到的导热片材的粘附性良好，评价了导热率，结果显示为良好的值，即为 15.8W/mK。(实施例4)除了以(A)板状的氮化硼粒子为10. 86g(45体积％ )、(B)丙烯酸酯共聚树脂为 3. 78g(30. 0体积％ )、及(C)磷酸酯系阻燃剂为3. 15g(25. 0体积％ )的量使用原料以外， 通过与实施例1同样的条件，得到实施例4的导热片材。用SEM(扫描型电子显微镜)观察所得到的一次片材的剖面，对任意的50个的板状氮化硼粒子从可见的方向测定板状氮化硼粒子的长轴方向相对于一次片材表面所成的角度，求出其平均值，结果为16度，可以确认板状氮化硼粒子的长轴方向沿着与一次片材的主表面大致平行的方向取向。用SEM(扫描型电子显微镜)观察所得到的导热片材的剖面，对任意的50个的板状氮化硼粒子从可见的方向测定板状氮化硼粒子的长轴方向相对于导热片材表面所成的角度，求出其平均值，结果为72度，可以确认板状氮化硼粒子的长轴方向沿着导热片材的厚度方向取向。所得到的导热片材的粘附性良好，评价了导热率，结果显示为还算良好的值，即为 10.7W/mK。(实施例5)除了使用板状氮化硼粒子“HP_1CAW(商品名)”(水岛合金铁制造、平均粒径为 16 μ m)作为原料(A)板状的氮化硼粒子以外，通过与实施例3同样的条件，得到实施例5的导热片材。用SEM(扫描型电子显微镜)观察所得到的一次片材的剖面，对任意的50个的板状氮化硼粒子从可见的方向测定板状氮化硼粒子的长轴方向相对于一次片材表面所成的角度，求出其平均值，结果为14度，可以确认板状氮化硼粒子的长轴方向沿着与一次片材的主表面大致平行的方向取向。用SEM(扫描型电子显微镜)观察所得到的导热片材的剖面，对任意的50个的板状氮化硼粒子从可见的方向测定板状氮化硼粒子的长轴方向相对于导热片材表面所成的角度，求出其平均值，结果为78度，可以确认板状氮化硼粒子的长轴方向沿着导热片材的厚度方向取向。所得到的导热片材的粘附性良好，评价了导热率，结果显示为良好的值，即为 14. 4ff/mKo(实施例6)除了使用板状氮化硼粒子“HP_1CAW(商品名)”(水岛合金铁制造、平均粒径为 16 μ m)作为原料(A)板状的氮化硼粒子以外，通过与实施例2同样的条件，得到实施例6的导热片材。用SEM(扫描型电子显微镜)观察所得到的一次片材的剖面，对任意的50个的板状氮化硼粒子从可见的方向测定板状氮化硼粒子的长轴方向相对于一次片材表面所成的角度，求出其平均值，结果为14度，可以确认板状氮化硼粒子的长轴方向沿着与一次片材的主表面大致平行的方向取向。用SEM(扫描型电子显微镜)观察所得到的导热片材的剖面，对任意的50个的板状氮化硼粒子从可见的方向测定板状氮化硼粒子的长轴方向相对于导热片材表面所成的角度，求出其平均值，结果为78度，可以确认板状氮化硼粒子的长轴方向沿着导热片材的厚度方向取向。所得到的导热片材的粘附性大体上良好，评价了导热率，结果显示为良好的值，即为 11. 9W/mK。(比较例1)除了以(A)板状的氮化硼粒子为10. 49g(40体积％ )、⑶丙烯酸酯共聚树脂为
4.44g(32. 5体积％ )、及(C)磷酸酯系阻燃剂为3. 76g(27. 5体积％ )的量作为原料使用以外，通过与实施例1同样的条件，得到比较例1的导热片材。用SEM(扫描型电子显微镜)观察所得到的一次片材的剖面，对任意的50个的板状氮化硼粒子从可见的方向测定板状氮化硼粒子的长轴方向相对于一次片材表面所成的角度，求出其平均值，结果为30度，可以确认板状氮化硼粒子的长轴方向没有沿着与一次片材的主表面大致平行的方向取向。用SEM(扫描型电子显微镜)观察所得到的导热片材的剖面，对任意的50个的板状氮化硼粒子从可见的方向测定板状氮化硼粒子的长轴方向相对于导热片材表面所成的角度，求出其平均值，结果为66度，板状氮化硼粒子的长轴方向稍微沿着导热片材的厚度方向取向。所得到的导热片材的粘附性良好，但评价了导热率，结果显示为不能说是良好的值，即为8. lW/mK。(比较例2)除了以(A)板状的氮化硼粒子为7. 83g(30体积％ )、(B)丙烯酸酯共聚树脂为
5.IOg (37. 5体积％ )、及(C)磷酸酯系阻燃剂为4. 42g(32. 5体积％ )的量作为原料使用以外，通过与实施例1同样的条件，得到比较例2的导热片材。用SEM(扫描型电子显微镜)观察所得到的一次片材的剖面，对任意的50个的板状氮化硼粒子从可见的方向测定板状氮化硼粒子的长轴方向相对于一次片材表面所成的角度，求出其平均值，结果为41度，可以确认板状氮化硼粒子的长轴方向没有沿着与一次片材的主表面大致平行的方向取向。用SEM(扫描型电子显微镜)观察所得到的导热片材的剖面，对任意的50个的板状氮化硼粒子从可见的方向测定板状氮化硼粒子的长轴方向相对于导热片材表面所成的角度，求出其平均值，结果为52度，板状氮化硼粒子的长轴方向稍微沿着导热片材的厚度方向取向。所得到的导热片材的粘附性良好，但评价了导热率，结果显示为不能说是良好的值，即为7. 2W/mK。(比较例3)以(A)板状的氮化硼粒子为15.35g(80体积％ )、⑶丙烯酸酯共聚树脂为1. 25g(12. 5体积％ )、及(C)磷酸酯系阻燃剂为0. 75g(7. 5体积％ )的量作为原料使用，为了调制与实施例1同样的组合物，加热到120°C并进行了混炼，但由于组合物缺乏凝聚性， 无法形成片材状，所以无法得到比较例3的导热片材。(比较例4)除了使用“HP_1CAW(商品名)，，(水岛合金铁制造、平均粒径为16 μ m)作为原料 (A)板状的氮化硼粒子以外，通过与比较例2同样的条件，得到比较例4的导热片材。用SEM(扫描型电子显微镜)观察所得到的一次片材的剖面，对任意的50个的板状氮化硼粒子从可见的方向测定板状氮化硼粒子的长轴方向相对于一次片材表面所成的角度，求出其平均值，结果为39度，可以确认板状氮化硼粒子的长轴方向没有沿着与一次片材的主表面大致平行的方向取向。用SEM(扫描型电子显微镜)观察所得到的导热片材的剖面，对任意的50个的板状氮化硼粒子从可见的方向测定板状氮化硼粒子的长轴方向相对于导热片材表面所成的角度，求出其平均值，结果为阳度，板状氮化硼粒子的长轴方向稍微沿着导热片材的厚度方向取向。所得到的导热片材的粘附性良好，但评价了导热率，结果显示为不能说是良好的值，即为8. 7W/mK。(比较例5)代替原料(A)板状的氮化硼粒子，而使用板状的氮化硼粒子“HP-1(商品名)”(水岛合金铁制造、平均粒径为ΙΟμπι)，为了调制与实施例3同样的组合物，加热到120°C并进行了混炼，但由于组合物缺乏凝聚性，无法形成片材状，所以无法得到比较例5的导热片材。(比较例6)代替原料㈧板状的氮化硼粒子，而使用球状的氮化硼粒子“FS_3(商品名)”(水岛合金铁制造、平均粒径为50μπι)，为了调制与实施例2同样的组合物，加热到120°C并进行了混炼，但由于组合物缺乏凝聚性，无法形成片材状，所以无法得到比较例6的导热片材。之前记载的各实施例及各比较例的要点如表1及表2所示。(比较例7)代替原料㈧板状的氮化硼粒子，而使用板状的氮化硼粒子“HP_40(商品名)，，(水岛合金铁制造、平均粒径为6. 9 μ m)，为了调制与实施例3同样的组合物，加热到 120°C并进行了混炼，但由于组合物缺乏凝聚性，无法形成片材状，所以无法得到比较例7 的导热片材。(比较例8)代替原料㈧板状的氮化硼粒子，而使用板状的氮化硼粒子“HP_40(商品名)”(水岛合金铁制造、平均粒径为6. 9 μ m)，通过与比较例1同样的条件，得到比较例4 的导热片材。用SEM(扫描型电子显微镜)观察所得到的一次片材的剖面，对任意的50个的板状氮化硼粒子从可见的方向测定板状氮化硼粒子的长轴方向相对于一次片材表面所成的角度，求出其平均值，结果为37度，可以确认板状氮化硼粒子的长轴方向没有沿着与一次片材的主表面大致平行的方向取向。用SEM(扫描型电子显微镜)观察所得到的导热片材的剖面，对任意的50个的板状氮化硼粒子从可见的方向测定板状氮化硼粒子的长轴方向相对于导热片材表面所成的角度，求出其平均值，结果为57度，板状氮化硼粒子的长轴方向稍微沿着导热片材的厚度方向取向。所得到的导热片材的粘附性良好，但评价了导热率，结果显示为不能说是良好的值，即为7. OW/mK。(比较例9)使用板状氮化硼粒子“HP_1CAW(商品名)，，(水岛合金铁制造、平均粒径为16 μ m) 作为原料(A)板状的氮化硼粒子，并以(A)板状的氮化硼粒子粉末为15. 35g(80体积％ )、 (B)丙烯酸酯共聚树脂为1.25g(12.5体积％ )、及(C)磷酸酯系阻燃剂为0. 75g(7.5体积％)的量使用，为了调制与实施例1同样的组合物，加热到120°C并进行了混炼，但由于组合物缺乏凝聚性，无法形成片材状，所以无法得到比较例9的导热片材。[表1]
实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6氮化硼粒子(A)PT-IlO 板状PT-IlO 板状PT-IlO 板状PT-IlO 板状HP-ICAW 板状HP-ICAW 板状(A)的配合体积 (%)706050455060(A)的平均粒径 (μπι)454545451616导热片材化OOOOOO所得到的片材的导热率(W/mK)25.926.915.810.714.411.9氮化硼(A)相对于片材厚度的取向角度(° )858882727878 [表 2]
权利要求
1.一种导热片材，所述导热片材由组合物形成，其特征在于，所述组合物含有平均粒径超过10 μ m且为60 μ m以下的板状氮化硼粒子㈧和具有50°C以下的玻璃化转变温度Tg 的有机高分子化合物(B)，所述板状氮化硼粒子(A)在所述组合物中的含量为45 75体积％的范围，且以其长轴方向沿着片材的厚度方向的方式取向。
2.根据权利要求1所述的导热片材，其特征在于，所述有机高分子化合物(B)为聚(甲基)丙烯酸酯系高分子化合物。
3.根据权利要求1或2所述的导热片材，其特征在于，其进一步含有含量在组合物的 5 50体积％的范围的阻燃剂(C)。
4.根据权利要求3所述的导热片材，其特征在于，所述阻燃剂(C)为磷酸酯系阻燃剂。
5.一种导热片材的制造方法，其是板状氮化硼粒子以其长轴方向沿着片材的厚度方向的方式取向的导热片材的制造方法，其具有下述工序调制含有45 75体积％的平均粒径超过10 μ m且为60 μ m以下的板状氮化硼粒子 (A)和具有50°C以下的玻璃化转变温度Tg的有机高分子化合物(B)的组合物的工序；使用所述组合物来形成所述板状氮化硼粒子沿着相对于主表面大致平行的方向取向的一次片材的工序；将所述一次片材层叠而形成具有多层结构的成型体的工序；和将所述成型体以相对于从其主表面延伸出来的法线成0度 30度的角度切割的工序。
6.一种导热片材的制造方法，其是板状氮化硼粒子以其长轴方向沿着片材的厚度方向的方式取向的导热片材的制造方法，其具有下述工序调制含有45 75体积％的平均粒径超过10 μ m且为60 μ m以下的板状氮化硼粒子 (A)和具有50°C以下的玻璃化转变温度Tg的有机高分子化合物(B)的组合物的工序；使用所述组合物来形成所述板状氮化硼粒子沿着相对于主表面大致平行的方向取向的一次片材的工序；将所述一次片材以所述板状氮化硼粒子的取向方向为轴进行卷绕而形成具有多层结构的成型体的工序；和将所述成型体以相对于从其主表面延伸出来的法线成0度 30度的角度切割的工序。
7.根据权利要求5或6所述的导热片材的制造方法，其特征在于，形成所述一次片材的工序采用由压延、压制、挤出及涂覆组成的组中选择的至少1种成型方法来实施。
8.根据权利要求6所述的导热片材的制造方法，其特征在于，形成所述一次片材的工序至少采用压延或压制中的任一种成型方法来实施。
9.根据权利要求5 8中任一项所述的导热片材的制造方法，其特征在于，所述切割的工序在有机高分子化合物(B)的Tg+50°C Tg-20°C的温度范围内实施，其中所述Tg+50°C 是指比玻璃化转变温度高50°C的温度，所述Tg-20°C是指比玻璃化转变温度低20°C的温度。
10.一种散热装置，其特征在于，其具有在发热体与散热体之间存在有权利要求1 4 中任一项所述的导热片材的结构。
全文摘要
本发明提供一种导热片材，所述导热片材由组合物形成，上述组合物含有平均粒径超过10μm且为60μm以下的板状氮化硼粒子(A)和具有50℃以下的玻璃化转变温度(Tg)的有机高分子化合物(B)，上述板状氮化硼粒子(A)在上述组合物中的含量为45～75体积％的范围，且沿着片材的厚度方向以其长轴方向取向。由此，提供维持高导热性、并且具有柔软性等追加特性的电绝缘性的导热片材。
文档编号C08J5/18GK102197069SQ20098014175
公开日2011年9月21日 申请日期2009年10月16日 优先权日2008年10月21日
发明者吉川彻, 铃木雅彦 申请人:日立化成工业株式会社