热传导性成形体的制作方法

文档序号:3660952阅读:212来源:国知局
专利名称:热传导性成形体的制作方法
技术领域
本发明涉及热传导性成形体,该热传导性成形体贴附在发热电子部件上,用作对所述发热电子部件进行散热或冷却的热对策构件。
背景技术
在低粘度的液态聚合物中混合大量热传导性填充材料形成液态混合组合物,通过将该液态混合组合物硬化为预定形状,可以得到热传导性很高的热传导性成形体。尽管优选使用液态硅酮(silicone)作为这种液态聚合物,但是由于可能会由于低分子硅氧烷(siloxane)诱发接触不良等等,要求更替为非硅酮系的液态聚合物的市场需求变得强烈起来。针对这样的需求,JP特开2006-312708号公报(专利文献I)中记载 了使用聚α_烯烃合成油(poly-a-olefin)系树脂作为非硅酮系的液态聚合物的范例。然而,尽管为了提高热传导率而大量使用热传导性填充材料是必要的,但是大量填充了热传导性填充材料的液态聚合物粘度升高,使制造变得困难。而另一方面,如果为了降低粘度而大量添加增塑剂,会存在发生渗油的问题。另外,如果选择低粘度增塑剂,在低燃点的热传导性成形体的情形中,还会存在阻燃性低下的问题。专利文献IJP特开2006-312708号公报

发明内容
为此,本发明的目的是提供热传导性成形体,其能够降低构成热传导性成形体原料的、在液态聚合物中含有热传导性填充材料的液态混合组合物的粘度,并且防止渗油。另夕卜,本发明的目的在于提供具有更优异阻燃性的热传导性成形体。为实现上述目的,本发明具有以下构成。一种热传导性成形体,其是含有高分子基材、增塑剂、和热传导性填充材料的热传导性成形体,其特征在于高分子基材是烯烃系液态树脂的硬化体,增塑剂含有碳酸二烷基和燃点为250°C以上的非硅酮油,相对于碳酸二烷基和非硅酮油的总量,碳酸二烷基的重量比率为O. 05以上且不足O. 85,而且相对于100重量份的上述高分子基材,碳酸二烷基的含量不足100重量份。由于增塑剂中含有碳酸二烷基和燃点为250°C以上的非硅酮油,并且相对于碳酸二烷基和燃点为250°C以上的非硅酮油的总量,碳酸二烷基的重量比率为O. 05以上且不足O. 85,因此能够实现一种阻燃性优越、渗油很少、并可允许大量填充热传导性填充材料的热传导性成形体。通过混合碳酸二烷基,即使增塑剂的含量很少,仍能够降低液态混合组合物的粘度。因此能够在可防止渗油的程度下减少增塑剂的含量。另外,容易在制造热传导性成形体时去除气泡,并可以容易地制造高品质的热传导性成形体。换言之,与只使用燃点为250°c以上的非硅酮油作为增塑剂的情形相比,在可以制造的范围内最大程度设定液态混合组合物的粘度的情况中,能够大量填充热传导性填充材料,因而能够提高热传导性成形体的热传导率。另外,由于相对于100重量份的高分子基材而将碳酸二烷基的含量设为不足100重量份,所以能够获得阻燃性优异的热传导性成形体。如果碳酸二烷基的含量超过了 100重量份,热传导性成形体的阻燃性就有下降的可能。相对于100重量份的高分子基材,碳酸二烷基和非硅酮油的总含量可以在121重量份到257重量份之间。如果比121重量份少的话,将无法大量填充热传导性填充材料,无法充分提高热传导性成形体的热传导率。另一方面,如果超过257重量份,则可能会发生渗油情况。热传导性填充材料中可含有金属氢氧化合物。换言之,可在一部分热传导性填充材料中含有金属氢氧化合物,也可在全部热传导性填充材料中含有金属氢氧化合物。因为在热传导性填充材料中使用了金属氢氧化合物,因此能够提高热传导性成形体的阻燃性,另外,还能够相对地提高热传导性填充材料在热传导性成形体中所占的量。 另外,优选使用聚异丁烯作为高分子基材的主要成分。这是因为聚异丁烯在烯烃系液态树脂之中耐热性相对较高,机械强度也很高。因此,能够获得适宜在高温下使用、长期使用的热传导性成形体。另外,可使用石蜡油作为燃点为250°C以上的非硅酮油。由于石蜡油和碳酸二烷基组合而成的增塑剂具有实现了比这两种材料的单独粘度的平均值还要低的低粘度的协同效果,因此可以防止降低阻燃性,还可以有效降低粘度。而且,通过采用这样的组合,能够更高地调配热传导性,得到作业性能良好的液态混合组合物,并能够得到制造容易、防止增塑剂渗油的高阻燃性的热传导性成形体。根据本发明的热传导性成形体是即使大量填充热传导性填充材料仍能够获得作业性优良的液态混合组合物、制造容易、可防止渗油的热传导性成形体并且是具有优异阻燃性的热传导性成形体。本发明的内容并不受到以上说明的限制,可参照附图并根据以下说明,更加明了本发明的目的、优点、特征以及用途。另外,应当理解,在不脱离本发明主旨的范围内的适宜的变更,全部包含在在本发明的范围内。


附图中,图I是示出增塑剂调配量与粘度的关系的图。图2是说明等粘度曲线说明图。图3是说明试验材料I到试验材料11的点图和等粘度曲线的图。图4是说明碳酸二烷基的量为不足100重量份的范围的图。图5是说明渗出界限值的图。图6是说明最佳碳酸二烷基的比例范围的图。图7是热阻评估装置的说明图。符号说明24 基板25发热元件26散热元件
27试验片28 重物29测量器
具体实施例方式本发明的热传导性成形体是由烯烃(olefin)系液态树脂构成的高分子基材、含特定比例的碳酸二烷基(Dialkyl)和燃点250°C以上的非硅酮系油的增塑剂、和热传导性填充材料组成的液态混合组合物硬化之后形成的硬化体。下面说明上述材料的成分。高分子基材高分子基材中使用了烯烃系液态树脂。因为烯烃系液态树脂是非硅酮系高分子,因此不会发生由低分子硅氧烷引起的接触故障等。另外,烯烃系液态树脂即使在将热传导性填充材料混合到非硅酮类高分子中的制造过程中脱泡性性能也十分良好,能 够调整混合使用期比较长的硬化系材料。而且,还能够具有作为热传导性成形体所必需的耐热性能。由于使用了分子内具有反应性官能基的液态树脂,因此能够使液态混合组合物硬化,以形成热传导性成形体。具体来说,可使用具有烯丙基、乙烯基等的烯烃系液态树脂,而考虑到反应性能和混合使用期的平衡性,优选是使用烯丙基的液态树脂。液态树脂的数均分子量的优选范围是1000到20000,更优选范围是5000到7000。如果数均分子量不足1000,则硬化后无法得到充分的架桥构造,热传导性成形体的机械强度会很低,会变得很脆。而另一方面,如果数均分子量超过20000,则粘度会变高,难以大量填充热传导性填充材料。作为这类烯烃系液态树脂,可列举出聚异丁烯(Polyisobutylene)、乙烯-丙烯(Ethylene-Propylene)系聚合物。热传导件填充材料:具有高热传导性的金属、金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属氢氧化物、碳质填充物等都可用作热传导性填充材料。具体来讲,可列举出氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化硼、氮化铝、碳化钙、氢氧化铝、氢氧化镁、碳素纤维、石墨等等。在这些热传导性填充材料中,对于要求电绝缘性的用途而言,优选使用金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属氢氧化物等,另外再从提高阻燃性的角度来看,这些材料中优选使用金属氢氧化物很适合。而另一方面,从提高热传导性的角度来看,优选使用碳素纤维。而且,碳素纤维是抗磁性体,可以很容易地通过磁场使其沿着任意方向均匀取向。在通过磁场使热传导性填充材料取向的情况中,具体来讲,可以使用永磁铁或者电磁铁、超导磁铁等作为磁场产生装置。尽管也可以单独使用一种热传导性填充材料,但是通过混合使用多种热传导性填充材料,可以非常平衡地提高热传导性和阻燃性。而且,还可以使用为了提供绝缘性或者为了提高填充性以及抑制老化而进行表面处理过的热传导性填充材料。相对于100重量份的高分子基材,热传导性填充材料的含量优选在150重量份到5400重量份的范围内。如果少于150重量份,则无法提高热传导性成形体的热传导性,而如果多于5400重量份,则可能会导致粘度增加而使得成形体恶化,并且会导致硬度增加而提高接触热阻,从而使热特性恶化。对于形状也没有特别的限制,举例来说,可以使用鳞片状、针状、颗粒状的热传导性填充材料。在这些形状当中,优选是易于在高分子基材中大量填充的颗粒状,或者是能够通过磁场或电场、或者是流场或切变场向,而取向为任意方向的纤维状。热传导性填充材料的粒径优选在O. Ιμπι ΙΟΟμπι之间,更优选的范围是在
Iμ m 50 μ m之间。如果比O. I μ m更小,则液态混合组合物的粘度上升,难以形成薄板。如果大于100 μ m,则可能会增大热传导性成形体的硬度。关于粒径,可以使用均匀的粒径,不过为了大量填充或者为了软化热传导性成形体的硬度,优选的是对具有两种以上不同平均粒径的热传导性填充材料进行混合。
增塑剂增塑剂首先是为了降低在液态树脂中含有热传导性填充材料的液态混合组合物的粘度的成分。其次,是用于软化热传导性成形体硬度的成分。在这样的增塑剂中,含有碳酸二烷基以及燃点250°C以上的非硅酮系油。燃点250°C以上的非硅酮系油的动粘度范围优选在70mm2/s 400mm2/s之间,可以使液态混合组合物具有低粘度。而且,不容易使热传导性成形体的阻燃性恶化,即使假设在100重量份的高分子基材中添加300重量份的非硅酮油,仍可以比较容易地得到高阻燃性(UL94V-0)。作为这样的非硅酮油,可举的例子有烷烃系工艺油、芳香族系工艺油、环烷烃系工艺油、乙烯和α-烯烃的低聚物或其混合物等。碳酸二烷基的动粘度优选为10mm2/s 40mm2/s,这是比较低的粘度,通过少量添加这种碳酸二烷基,可以使液态混合组合物具有低粘度。在低于IOmmVs的情况下,尽管低粘度的效果得到优化,但是因为挥发性提高,热传导性成形体有可能在经过一段时间后会变硬。而另一方面,在高于40mm2/s的情况下,低粘度化的效果会降低。作为碳酸二烷基,优选为ROCCOR (R是碳数在10至18的烃基)。碳酸二烷基与非硅酮油相比,能够更有效地降低粘度,举例来说,相对于100重量份的高分子基材,添加了 150重量份碳酸二烷基的液态混合组合物比前述添加了 300重量份非硅酮油的液态混合组合物的粘度低。相对于碳酸二烷基与燃点在250°C的非硅酮油的总和,碳酸二烷基的重量比率为
O.05以上且不足O. 85。通过在这样的范围里调配,能够得到液态混合物组合物的粘度很低、而且能防止阻燃性恶化的热传导性组合物。如果碳酸二烷基的重量比率不足O. 05,则增塑剂未达到防止渗出的含量,而且也无法充分地使液态混合组合物低粘度化。在O. 85以上的时候,则容易降低阻燃性,使适度的粘度和阻燃性并存变得困难。碳酸二烷基的含量是相对于100重量份的高分子基材,不足100重量份。这是因为,如果碳酸二烷基的含量超过了 100重量份,则有可能降低热传导性成形体的阻燃性。而且,虽然碳酸二烷基的含量是相对于100重量份的高分子基材不足100重量份,但因为碳酸二烷基是必需的成分,所以含量要超过O重量份。碳酸二烷基和非硅酮油的总含量可以相对于100重量份的高分子基材,设为121重量份到257重量份。不足121重量份的话,热传导性填充材料不能实现大量填充,从而无法提高热传导性成形体的热传导性。而另一方面,如果超过257重量份,则增塑剂的渗出现象会增多。而且,作为增塑剂,一般优选粘度比较低的增塑剂,而且优选硬化后不易变硬的非反应性增塑剂。不过,低粘度的增塑剂燃点低,与高分子基材混合的话,会产生容易降低耐燃点的问题,而且大量添加非反应性增塑剂的话,可能会引起从热传导性成形体渗出的问题。特别是,为了提高热传导性,必须提高热传导性填充材料的填充量,随之而来的是同样需要加大增塑剂的添加量,因此必须解决这样的问题。碳酸二烷基作为低粘度的增塑剂虽然也有可能会降低阻燃性的缺点,不过虽然原理不明,但是与同等粘度的其他增塑剂比较,通过少量添加碳酸二烷基,明显提高了使液态混合组合物粘度降低的效果。因此,通过利用这种性质,按照上述规定比例组合碳酸二烷基和非硅酮油,便可以解决这些问题。其他成分为了提高热传导性成形体的阻燃性,优选添加阻燃剂。作为阻燃剂,可以使用磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、金属氢氧化物等,可以组合使用适当的阻燃剂。而且,为了提高热传导性填充材料的分散性,可以混合分散剂和耦合剂。而且,为了提高耐候性,可以添加抗氧化剂或抗老化剂。而且,为了提高生产性、耐候性、以及耐热性等,还可以在液态混合组合物中含有催化剂、硬化延迟剂、抗劣化剂等。除此之外,在不有损本发明目的的范围内,可以包括为提高各种性能而使用的各种添加剂。热传导性成形体的制造方法将作为热传导性成形体原料的烯烃类液态树脂、增塑剂、热传导性填充材料混合、分散后,得到液态混合组合物。然后,可以使用将该液态混合组合物注入金属模具之后进行硬化、以形成热传导性成形体的方法。而且,可列举的例子还 有在树脂膜或金属板等基材上流延液态混合组合物并硬化的方法等。实施例样品的制作:对作为本发明的实施例或比较例制成的样品I至样品11进行说明。但是,省略了关于各样品说明的重复部分。表I展示了样品I到样品11的组成。样品I在作为高分子基材的67重量份的末端具有烯丙基的聚异丁烯(数均分子量=5000)中,调配作为增塑剂的33重量份的碳酸二烷基(C14H29OCOOC14H29, 40°C时的动粘度为17. 6mm2/s,燃点210°C ),作为热传导性填充材料的240重量份的平均粒径为10 μ m的氢氧化铝、10重量份的平均粒径I μ m的氢氧化铝、再加上55重量份的平均纤维长度100 μ m的浙青系碳素纤维,2. 5重量份的硬化剂(CR300,KANEKA株式会社制作),O. 2重量份的白金催化剂(PT-CS-3. 2cS, Ferro公司(美国)制作),以及作为阻燃剂的10重量份的红磷(Novared 120UF、磷化学工业株式会社制作),并通过震动搅拌器对它们进行混合,调制成液态混合组合物。在热传导性填充材料中使用了通过钛酸酯耦合剂进行表面处理过的物质。另外,相对于对高分子基材和增塑剂的总量,添加了一定量的热传导性填充材料或其他添加剂。使所述液态混合组合物真空脱泡后,注入具有片状腔体的金属模具,施加磁束密度为8特斯拉的磁场电压,以使得上述碳素纤维沿着厚度方向取向。然后在130°C的环境下加热一小时,使上述液态混合组合物硬化,得到片状热传导性成形体。样品2、样品3在该样品中,相对样品I改变了碳酸二烷基添加量。样品4至样品8在该样品中,作为增塑剂,除了上述碳酸二烷基里之外,还混合了燃点为250°C以上、作为非硅酮油的石蜡油(PW-90,出光与产株式会社制作,40°C时的动粘度为90mm2/s,燃点为 272 °C )。样品9至样品11在该样品中,只使用了非硅酮油作为增塑剂。
表I

权利要求
1.一种热传导性成形体,其是含有高分子基材、增塑剂、热传导性填充材料的热传导性成形体,其特征在于 高分子基材是烯烃系液态树脂的硬化体; 增塑剂含有碳酸二烷基和燃点为250°c以上的非硅酮油; 相对于碳酸二烷基和非硅酮油的总量,碳酸二烷基的重量比率为O. 05以上且不足O.85,而且相对于100重量份的上述高分子基材,碳酸二烷基的含量不足100重量份。
2.如权利要求I所述的热传导性成形体,其特征在于相对于100重量份的上述高分子基材,上述碳酸二烷基和非硅酮油的总含量是121重量份到257重量份。
3.如权利要求I所述的热传导性成形体,其特征在于上述热传导性填充材料是含有金属氢氧化合物的热传导性填充材料。
4.如权利要求I所述的热传导性成形体,其特征在于上述高分子基材是以聚异丁烯为主要成分的高分子基材。
5.根据权利要求I所述的热传导性成形体,其特征在于上述非硅酮油是石蜡油。
全文摘要
本发明涉及一种含有高分子基材、增塑剂、热传导性填充材料的热传导成形体,能够降低作为所述热传导性成形体原料的液态混合组合物的粘度,并提供了抑制渗油的热传导性成形体。高分子基材是烯烃系液态树脂的硬化体,增塑剂含有碳酸二烷基和燃点250℃以上的非硅酮油,相对于碳酸二烷基和非硅酮油的总量,碳酸二烷基的重量比率为0.05以上且不足0.85,而且相对于100重量份的上述高分子基材,碳酸二烷基的含量不足100重量份。
文档编号C08L23/00GK102888033SQ20121024108
公开日2013年1月23日 申请日期2012年7月11日 优先权日2011年7月21日
发明者石垣司 申请人:保力马科技株式会社
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