热软化性导热性部件的制作方法

专利名称：热软化性导热性部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及为了冷却电子部件而插装在发热性电子部件和散热片或金属筐体等散热部件间的热界面的传热材料。特别是涉及在电子部件工作温度范围内的温度下，粘度下降、软化或熔融，从而提高对热界面的密合性，改善从发热性电子部件向散热部件的热传递的传热材料。另外，本发明以聚硅氧烷树脂作为基材，与原有产品相比，具有优良的耐热性及阻燃性。
背景技术：
电视机、录相机、计算机、医疗器具、办公设备、通讯装置等现代电子仪器的电路设计复杂性增加，已经能够制造内含数十万个晶体管的集成电路。伴随着电子仪器的小型化、高性能化，在更加小的面积上安装的这些电子部件个数增加，同时，电子部件本身的形状也在继续小型化。因此，各电子部件产生的热量在增加，因该热而引起故障或性能不全，所以，有效散热的安装技术变得重要。
在个人计算机、数字录像盘、手提电话等电器中使用的CPU、驱动IC、存储器等电子部件中，为了除去伴随着集成度的提高而产生的热，有方案提出多种散热方法及该法中使用的散热部件。
以前，为了抑制电器等中电子部件的温度上升，采用通过铝、铜、黄铜等导热率高的金属散热片进行直接传热的方法。该散热片传送由电子部件产生的热，利用和外部气体的温差使该热从表面散出。为了使电子部件产生的热高效地传至散热片，散热片和电子部件必须无空隙地进行密合，把具有柔软性的低硬度导热片或导热性润滑脂(ゲリ一ス)插装在电子部件和散热片之间。

发明内容
然而，虽然低硬度导热片的处理作业性优良，但难以制得很薄，另外，由于不能跟随电子部件或散热片表面的细微凹凸，所以，接触热阻加大，存在不能有效传热的问题。
另一方面，由于导热性润滑脂的厚度薄，可以减小电子部件和散热片之间的距离，还填埋表面的细微凹凸，由此可以大幅降低热阻。然而，导热性润滑脂的处理性能不好，污染周围环境，热循环导致油分分离(泵出)，存在热性能下降的问题。
近几年来，作为具有低硬度导热片的处理性和导热性润滑脂的低热阻化两方面特性的导热性部件，有多种方案提出在室温下为处理性好的固体状，而电子部件产生的热使其软化或熔融的热软化性材料。
特表2000-509209号公报提出了由丙烯酸类压敏粘合剂和α-烯烃类热增塑剂以及导热性填充剂构成的导热性材料，或石蜡和导热性填充剂构成的导热性材料(特许文献1)。
特开2000-336279号公报提出由热塑性树脂、蜡、导热性填料构成的导热性组合物(特许文献2)。
特开2001-89756号公报提出由丙烯酸等的聚合物、碳原子数为12～16的醇、石油蜡等熔点成分和导热性填充剂构成的热中间材料(特许文献3)。
特开2002-121332号公报提出由聚烯烃和导热性填充剂构成的热软化性散热片(特许文献4)。
然而，上述这些都是以有机物为基材，而不是阻燃性材料。另外，在汽车等上安装这些材料时，担心因高温引起劣化。
另一方面，作为耐热性、耐候性、阻燃性优良的材料，已知有聚硅氧烷，有很多方案提出以聚硅氧烷为基材的同样的热软化性材料。
特开2000-327917号公报提出由热塑性聚硅氧烷树脂和蜡状改性聚硅氧烷树脂以及导热性填料构成的组合物(特许文献5)。
特开2001-291807号公报提出由聚硅氧烷凝胶等粘合性树脂和蜡以及导热性填充材料构成的导热性薄片(特许文献6)。
特开2002-234952号公报提出由聚硅氧烷等高分子凝胶和改性聚硅氧烷、蜡等受热时变成液体的化合物以及导热性填料构成的热软化性散热片(特许文献7)。
然而，这些方案除聚硅氧烷以外，由于采用蜡等有机物或将聚硅氧烷改性的蜡，因此其缺点是与单独的聚硅氧烷相比，阻燃性、耐热性差。
作为阻燃性、耐热性优良的材料，本发明人在WO 02/91465 A1中提出由热塑性聚硅氧烷树脂和导热性填充材料构成的散热部件(特许文献8)。
特表2000-509209号公报[特许文献2]特开2000-336279号公报[特许文献3]特开2001-89756号公报[特许文献4]特开2002-121332号公报[特许文献5]特开2000-327917号公报[特许文献6]特开2001-291807号公报[特许文献7]特开2002-234952号公报[特许文献8]WO 02/91465 A1本发明人鉴于上述问题进行悉心研究，结果发现了下述热软化性导热性材料，该材料在常温为固态，可成型为片材等所需的形状，在电子部件或散热片上安装、拆卸容易，通过电子部件工作时产生的热而软化、接触热阻降低，从而具有优良的传热性能，同时，阻燃性、耐热性、耐候性也优良，并且处理性也优良。
即，从耐热性优良的聚硅氧烷树脂中选择室温下为固体、在一定的温度范围内发生热软化、低粘度化或熔化的成分，往其中组合填充铝粉和氧化锌粉作为导热性填充剂，成型为片状的导热性部件，将该导热性部件配置在电子部件和散热部件之间，由此达到所希望的热去除，另外，该导热性部件与原来的相比，传热性、处理性优良。
本发明在发热性电子部件和散热部件之间配置的、在电子部件工作前的温度下无流动性，通过电子部件工作时的发热在40～100℃的温度下发生低粘度化、软化或熔化，由此实质性地填充到电子部件和散热部件的界面的热软化性导热性部件中，提供下列(1)～(5)的热软化性导热性部件(1)一种热软化性导热性部件，其特征在于，把包含下列(A)～(C)成分的组合物成型为片状(A)热塑性聚硅氧烷树脂100质量份；(B)平均粒径为1～50μm的铝粉；(C)平均粒径为0.1～5.0μm的氧化锌粉；(B)成分和(C)成分合计为400～1200质量份(B)成分和(C)成分的质量比为(B)成分/(C)成分＝1～10的范围内。
(2)一种热软化性导热性部件，其特征在于，(A)成分的热塑性聚硅氧烷树脂是包含R1SiO3/2单元(T单元)和R12SiO2/2单元(D单元)(式中，R1是碳原子数为1～10的未取代或取代的一价烃)。
(3)一种热软化性导热性部件，其特征在于，用25℃时的粘度为0.2Pa·s或0.2Pa·s以上的硅油或聚硅氧烷生橡胶0～45质量份代替(A)成分热塑性聚硅氧烷树脂的一部分。
(4)一种热软化性导热性部件，其特征在于，在包含上述(A)～(C)成分的组合物中，还含有通式(1)表示的烷氧基硅烷R2aR3bSi(OR4)4-a-b(1) 0～20质量份(式中，R2表示碳原子数为6～15的烷基，R3表示碳原子数为1～8的一价烃基，R4表示碳原子数为1～6的烷基，a为1～3的整数，b为0～2的整数，a+b为1～3的整数)。
(5)一种热软化性导热性部件，其特征在于，该热软化性导热性部件是厚度为0.01～2mm的薄片，在与该片的剥离力满足下列关系的连续带状隔离膜(セパレ一タ一フイルム)1和切成一定形状大小的隔离膜2之间，把切成与隔离膜2同样形状的薄片连续配置，通过把粘贴在隔离膜2上的拉带(プルタブテ一プ)拉起，该薄片从隔离膜1上剥离并移向隔离膜2一侧，再把该薄片面粘贴在发热性电子部件或散热部件上后，拉起拉带，把隔离膜2剥离，由此把薄片设置在规定的场所。
隔离膜1的剥离力小于隔离膜2的剥离力。


图1是表示本发明热软化性导热性部件产品形态的图符号说明1 剥离力稍轻的隔离膜2 剥离力稍重的隔离膜3 热软化性导热性部件4 拉带具体实施方式
下面对本发明加以详细说明。
作为本发明热软化性导热性部件的介质(基质)的热塑性聚硅氧烷树脂，只要导热性部件实质上在室温为固体(非流动性)，优选在40℃或40℃以上至发热性电子部件发热导致的最高温度以下，具体的是40～100℃左右的温度范围内，发生热软化、低粘度化或熔化，达到流动。该介质是引起热软化的因素之一，但对赋予导热性的导热性填充剂还具有作为提供加工性及作业性的粘合剂的作用。
上述热软化、低粘度化或熔化的温度是作为散热部件的温度，也可以是聚硅氧烷树脂本身具有的低于40℃的熔点温度。作为引起热软化的介质，从上述聚硅氧烷树脂中选择的任何一种均可，但为了在室温保持非流动性，可以举出含R1SiO3/2单元(下面称作T单元)及/或SiO2单元(下面称作Q单元)的聚合物、以及它们和R12SiO2/2单元(下面称作D单元)的共聚物等。另外，添加由D单元构成的硅油或聚硅氧烷生橡胶也可。其中，含T单元和D单元的聚硅氧烷树脂、以及含T单元的聚硅氧烷树脂和25℃时的粘度为0.2Pa·s或0.2Pa·s以上的硅油或聚硅氧烷生橡胶的组合是优选的。聚硅氧烷树脂的末端也可用R13SiO1/2单元(M单元)封闭。
上述R1是碳原子数为1～10、优选1～6的未取代或取代的一价烃基。该R1的具体例子可以举出甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基、己基、环己基、辛基、壬基、癸基等烷基；苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等芳基；苄基、苯基乙基、苯基丙基等芳烷基；乙烯基、烯丙基、丙烯基、异丙烯基、丁烯基、己烯基、环己烯基、辛烯基等烯基以及这些基团中部分或全部氢原子被氟、溴、氯等卤原子、氰基等取代的基团，例如，氯甲基、氯丙基、溴乙基、三氟丙基、氰乙基等。其中，特别优选甲基、苯基和乙烯基。
对聚硅氧烷树脂加以更具体的说明。本发明中使用的聚硅氧烷树脂是含有T单元及/或Q单元的聚硅氧烷树脂，用M单元和T单元、或M单元和Q单元进行设计。特别是为了改善固体时的脆性，防止处理时的破损等而使韧性优良，导入T单元是有效的，更优选采用D单元。在这里，作为T单元的取代基(R1)，优选甲基和苯基，作为D单元的取代基，优选甲基、苯基和乙烯基。另外，上述T单元和D单元的比例优选10∶90～90∶10，特别优选20∶80～80∶20。
可以是从通常使用的M单元和T单元、或M单元和Q单元合成的聚硅氧烷树脂，往其中混合主要由D单元构成的、末端为M单元、粘度为0.2Pa·s或0.2Pa·s以上的硅油或聚硅氧烷生橡胶，由此改良脆性。因此，热软化的聚硅氧烷树脂含有T单元、不含D单元时，如果添加以D单元作为主成分的上述硅油或聚硅氧烷生橡胶等，则可得到处理性能优良的材料。此时，硅油或聚硅氧烷生橡胶的添加量是对聚硅氧烷树脂100质量份取代其中0～45质量份的量，特别优选取代5～40质量份的量。在未添加时，处理性变差，而当大于45质量份时，即使在室温也产生流动性，该成分有从组合物中分离的危险。
如上所述，热软化性聚硅氧烷树脂，既可以是软化时粘度有某种程度降低，也可以作为填充剂的粘合剂。该聚硅氧烷树脂的分子量优选500～20000，特别优选1000～10000。
当聚硅氧烷树脂的分子量低于500时，热软化时的粘度过低，有热循环导致泵出的危险，而当高于20000时，热软化时的粘度过高，与电子部件和散热部件的密合性有降低的危险。
另外，作为本发明中使用的聚硅氧烷树脂，适合的是赋予本发明导热性部件柔软性及粘合性的树脂。此时，既可以使用单一分子量的聚合物，也可以把分子量不同的2种或2种以上聚合物等加以混合后使用。
导热性填充剂导热性填充剂是把铝粉和氧化锌粉加以组合配合在聚硅氧烷树脂中，在本发明中赋予导热性的物质。
(B)成分的铝粉平均粒径在1～50μm的范围内，优选在1～30μm的范围内。当粒径小于1μm时，难以高度填充到聚硅氧烷树脂中，导热性得不到提高，同时，热软化时的材料流动性变差。另一方面，当粒径大于50μm时，所得到的材料变得不均匀，即使热软化时加压，由于厚度不变薄，因此导热性下降。
(C)成分的氧化锌粉末的平均粒径在0.1～5μm的范围内，优选0.2～4μm的范围内。当粒径小于0.1μm时，热软化时的材料流动性变差，当粒径大于5μm时，与铝粉的组合的填充效率变差。即，当铝粉和氧化锌粉的平均粒径比(B)/(C)在3或3以上，优选10或10以上时，填充效率提高。
另外，铝粉和氧化锌粉的形状为球状、不定形状的任何一种均可，但作为主成分的铝粉形状愈近似球状，愈可能高度填充，软化时的流动性提高。
导热率在铝粉和氧化锌粉时分别为约237W/mK、约20W/mK，单独使用铝粉时对获得高导热性有利，但当单独使用铝粉时，所得组合物的处理性稍有降低，而接触热阻变大。各种研究的结果发现，通过并用氧化锌可以解决该问题。当其配合比例(质量比)铝粉/氧化锌粉小于1时，所得到的组合物导热率差，当大于10时，不能解决先前的问题，所以，在1～10的范围，优选2～8的范围。这些铝粉和氧化锌粉的合计配合量在400～1200质量份，优选500～1100质量份的范围。当配合量少于400质量份时，所得到的组合物导热性差，当大于1200质量份时，处理性下降，热软化时的流动性下降。
其他添加剂在本发明组合物中，作为提高导热性填充剂和热塑性聚硅氧烷树脂的润湿性的成分，采用通式(1)表示的烷氧基硅烷更有效R2aR3bSi(OR4)4-a-b(1)在通式(1)中，R2表示碳原子数为6～15的烷基，具体例子可以举出己基、辛基、壬基、癸基、十二烷基、十四烷基等。当碳原子数小于6时，与导热性填充剂的润湿性不足，而当大于15时，在常温下固化，因此处理不方便，并且组合物的耐热性及阻燃性下降。a为1、2或3，特别优选1。另外，R3是碳原子数为1～8的饱和或不饱和一价烃基，作为具体例子，可以举出甲基、乙基、丙基、己基、辛基等烷基；环戊基、环己基等环烷基；乙烯基、烯丙基等链烯基；苯基、甲苯基等芳基；2-苯基乙基、2-甲基-2-苯基乙基等芳烷基；3，3，3-三氟丙基、2-(九氟丁基)乙基、2-(十七氟辛基)乙基、对-氯苯基等卤代烃基，特别优选甲基、乙基。R4是碳原子数为1～6的烷基，可以举出甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基等，特别优选甲基、乙基。
作为用上述通式表示的烷氧基硅烷的具体例子，可以举出下列物质[化1]C6H13Si(OCH3)3[化2]C10H21Si(OCH3)3 C12H25Si(OCH3)3[化4]C12H25Si(OC2H5)3[化5]C10H21Si(CH3)(OCH3)2[化6]C10H21Si(C6H5)(OCH3)2[化7]C10H21Si(CH3)(OC2H5)2[化8]C10H21Si(CH＝CH2)(OCH3)2[化9]C10H21Si(CH2CH2CF3)(OCH3)2对热塑性聚硅氧烷树脂100质量份，其添加量在0.01～20质量份范围内，更优选在0.1～10质量份范围内。当该有机硅烷的添加量低于0.1质量份时，导热性填充剂的润湿性变差，作业性降低，而当高于20质量份时，效果未增大，成本上不利。
在本发明的热软化性导热性部件中，还可以把通常在合成橡胶中使用的添加剂或填充剂等，作为任意成分在不损害本发明目的范围内使用。具体的是，作为脱模剂的氟改性聚硅氧烷表面活性剂；作为着色剂的炭黑、二氧化钛、氧化铁红等；作为阻燃性赋予剂的铂催化剂、氧化铁、氧化钛、氧化铈等金属氧化物或金属氢氧化物；作为加工性提高剂的加工油、反应性硅烷或硅氧烷等。另外，作为高温时的分离防止剂，还可以任意添加沉降性二氧化硅或热解二氧化硅等二氧化硅粉末、触变性提高剂等。
本发明的热软化性导热性部件可以通过把上述各种成分用捏合机(ドウミキサ一)(捏和机)、门式混合机(ゲ一トミキサ一)、行星式混合机等混合机，在热塑性聚硅氧烷树脂的软化温度以上的温度进行配合混炼容易地制造。
其次，本发明通常成型为片状后使用。作为成型为片状的方法，系把热软化导热性材料加以挤出成型、压延成型(カレング一ロ一ル成形)、冲压成型、或通过溶于有机溶剂的材料的涂布等进行成型。该片的厚度为0.01～2mm，特别优选0.02～0.5mm的范围。在低于0.01mm时，不能填埋发热性电子部件及放热部件表面的细微凹凸，接触热阻变大，当高于2mm时，传热性能变差。
另外，本发明以图1的形态使用时，可以提高处理作业性。即，在连续带状的剥离力稍轻的隔离膜1和切成一定形状大小的剥离力稍大的隔离膜2之间，把本发明的热软化性导热性部件3切成与隔离膜2同样的形状连续配置的形态。作为使用的方法，通过把隔离膜2上粘贴的拉带4拉起，热软化性导热性部件从隔离膜1剥离，移至隔离膜2一侧，另外，把该热软化性导热性部件的面粘贴在发热性电子部件或散热部件上后，拉起拉带4剥离隔离膜2，由此可以容易地在规定的地方设置热软化性导热性部件。
实施例实施例1～6及比较例1～5下面通过实施例更详细地说明本发明，但本发明不受它们的限定。
首先，准备构成本发明的热软化性导热性部件的下列各种成分(A)成分 热塑性聚硅氧烷树脂A-1D25TΦ55Dvi20(分子量3300，软化点40～50℃)A-2M15D12DΦ222TΦ51(分子量9000，软化点90～100℃)式中，D为Me2SiO2/2、TΦ为PhSiO3/2、Dvi为ViMeSiO2/2、M为Me3SiO1/2、DΦ2为Ph2SiO2/2，Me为甲基、Ph为苯基、Vi为乙烯基。另外，各种比例均为摩尔％。
(B))成分 铝粉B-1平均粒径为7.0μm的铝粉；B-2平均粒径为22μm的铝粉；B-3平均粒径为1.5μm的铝粉；B-4平均粒径为75μm的铝粉。
(C)成分 氧化锌粉
C-1平均粒径为0.5μm的氧化锌粉。
(D)成分其它添加剂D-125℃时的粘度为0.4Pa·s的含苯基硅油KF-54(商品名，信越化学工业株式会社制)D-2用下列组成表示的烷氧基硅烷C10H21Si(OCH3)3KBM3103(商品名，信越化学工业株式会社制)。
热软化性导热性部件的制作方法把(A)成分的热塑性聚硅氧烷树脂和(D)成分的其他添加剂以及甲苯20质量份按表1进行混合，投入行星式混合机，于室温搅拌混合20分钟制成均匀溶液。然后，按表1的配比投入(B)成分的铝粉和(C)成分的氧化锌粉，于室温搅拌混合1小时。把得到的组合物溶液进一步用甲苯250质量份进行稀释后，用コンマ涂布机在涂布了剥离力稍大的脱模剂的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)制成的隔离膜2上进行涂布。然后，通过温度为80℃的干燥炉5分钟，挥发除去甲苯后，把其上涂布了剥离力稍轻的脱模剂的PET制隔离膜1用温度90℃的热辊压粘。加工后的热软化性导热性部件厚度为100μm。
把采用上述工序得到的两面夹在剥离力稍轻的隔离膜1和剥离力稍重的隔离膜2之间的热软化性导热性部件3，以宽25mm进行切膜(スリツト)加工成带状后，在剥离力稍重的隔离膜2上粘贴拉带4，同时在长度25mm的位置切割拉带、隔离膜2和热软化性导热性部件，剥离力稍轻的隔离膜1以带状原样残留，制成图1的产品形态。
评价方法(1)厚度及热阻用2块标准铝板夹住上述热软化性导热性部件，施加约0.14MPa的压力，同时在100℃加热10分钟。然后，测定每2块标准铝板的厚度，扣除厚度已知的标准铝板的厚度，测定实际的薄片厚度。测定厚度时，采用测微计(株式会社ミツトヨ制，型号M820-25VA)。另外，热软化性导热部件的热阻用微型闪光(マイクロフラツシコ)测定机(ネツチゲレイテバウ社制造)进行测定。
(2)软化点采用JIS K7206维卡软化温度试验方法进行测定。
(3)处理性采用图1的产品形态，通过手工作业评价对散热片的安装性。
◎非常好○良好△稍好×不好上述评价结果示于表1。
表1

比较例用表2中的各种成分代替表1中的各种成分，采用与实施例1～6同样的方法，制得热软化性导热性部件。对其与实施例1～6同样进行评价，结果示于表2。
表2

从表1和表2的结果可知，本发明的热软化性导热性部件具有优良的传热性及处理性。
发明效果本发明的热软化性导热性部件导热性良好，与发热性电子部件及散热部件的密合性良好，通过将其插在两者之间，可使发热性电子部件产生的热高效地传至散热部件，大幅改善发热性电子部件及采用该电子部件等的电子仪器的寿命。
权利要求
1.一种热软化性导热性部件，其特征在于，其配置在发热性电子部件和散热部件之间，在电子部件工作前的温度下没有流动性，在电子部件工作时发热导致的40～100℃的温度下发生低粘度化、软化或熔融，由此实质性地填充到电子部件和散热部件的界面，在该热软化性导热性部件中，把包含下述(A)～(C)成分的组合物成型为片状(A)热塑性聚硅氧烷树脂100质量份；(B)平均粒径为1～50μm的铝粉；(C)平均粒径为0.1～5μm的氧化锌粉；(B)成分和(C)成分合计为400～1200质量份；(B)成分和(C)成分的质量比(B)成分/(C)成分在1～10的范围。
2.权利要求1所述的热软化性导热性部件，其特征在于，(A)成分的热塑性聚硅氧烷树脂包括R1SiO3/2单元(T单元)和R12SiO2/2单元(D单元)(式中R1是碳原子数为1～10的未取代或取代的一价烃)。
3.权利要求1和2所述的热软化性导热性部件，其特征在于，(A)成分热塑性聚硅氧烷树脂的一部分用25℃时的粘度为0.2Pa·s或0.2Pa·s以上的硅油或聚硅氧烷生橡胶0～45质量份取代。
4.权利要求1～3所述的热软化性导热性部件，其特征在于，在包含(A)～(C)成分的组合物中还含有通式(1)的烷氧基硅烷R2aR3bSi(OR4)4-a-b(1)0～20质量份(式中，R2是碳原子数为6～15的烷基，R3是碳原子数为1～8的一价烃基，R4是碳原子数为1～6的烷基，a为1～3的整数，b为0～2的整数，a+b为1～3的整数)。
5.权利要求1～4所述的热软化性导热性部件，其特征在于，热软化性导热性部件是厚度为0.01～2mm的薄片，在与该薄片的剥离力满足下列关系的连续带状隔离膜1和切成一定形状大小的隔离膜2之间，连续配置切成与隔离膜2同样形状的所述薄片，通过拉起粘贴在隔离膜2上的拉带，该薄片从隔离膜1上剥离，移至隔离膜2一侧，然后把该薄片面粘贴在发热性电子部件或散热部件上后，拉起拉带剥离隔离膜2，由此可以把该薄片设置在规定的地方，其中隔离膜1的剥离力小于隔离膜2的剥离力。
全文摘要
本发明提供一种在一般电源、电器等中使用的导热性片及个人计算机、数字录像盘等电器的LSU、CPU等集成电路元件的散热所用的导热性部件中，可以有效地把发热性电子部件产生的热向散热部件散发，大幅改善发热性电子部件或采用它的电器等的寿命。本发明热软化性导热性部件的特征在于，把由下列(A)～(C)成分构成的组合物成型为片状(A)热塑性聚硅氧烷树脂100质量份；(B)平均粒径为1～50μm的铝粉；(C)平均粒径为0.1～5μm的氧化锌粉；(B)成分和(C)成分合计为400～1200质量份；(B)成分和(C)成分的质量比为(B)成分/(C)成分＝1～10的范围。
文档编号C09K5/00GK1590500SQ20041005667
公开日2005年3月9日 申请日期2004年8月12日 优先权日2003年8月14日
发明者青木良隆, 中野昭生, 手塚裕昭, 美田邦彦, 米山勉 申请人:信越化学工业株式会社