导热性片材的制作方法_2

文档序号:9621131阅读:来源:国知局
性弹性体等。对于这些热塑性弹性体,可以单独使用一种,也可以组合两种以上使用。
[0069] 作为热固化性聚合物,例如可以举例出交联橡胶、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、双马 来酰亚胺树脂、苯并环丁烯树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯、邻苯二甲酸二烯丙酯(diallyl phthalate)树脂、有机硅树脂、聚氨酯、聚酰亚胺硅氧烷、热固化型聚苯醚、热固化型改性聚 苯醚等。对于这些热固化性聚合物,可以单独使用一种,也可以组合两种以上使用。
[0070] 作为交联橡胶,例如可以举例出天然橡胶、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、腈橡胶 (nitrile rubber)、氢化臆橡胶(hydrogenated nitrile rubber)、氯丁橡胶(chloroprene rubber)、乙丙橡胶、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、氟橡胶、聚氨酯 橡胶、丙烯酸橡胶、聚异丁烯橡胶、硅橡胶等。对于这些交联橡胶,可以单独使用一种,也可 以组合两种以上使用。
[0071] 固化性树脂组合物的固化方法没有特殊限制,能够根据导热性片材所要求的性能 进行适当选择,例如能够使用固化剂混合型、溶剂挥发型、加热固化型、加热熔融型、紫外线 固化型等。
[0072] 在本实施方式中,从加工成型性、耐气候性优异并且相对于电子元件的贴合性和 追随性的观点来看,优选使用固化剂混合型的有机硅树脂。作为有机硅树脂,没有特殊限 制,能够根据目的进行适当选择,例如可以举例出加成反应型液状硅橡胶、用过氧化物硫化 的热硫化混炼型硅橡胶等。其中,作为电子设备的散热部件,由于要求电子元件的发热面与 散热片表面之间的贴合性,因此,尤其优选加成反应型液状硅橡胶。
[0073] 作为固化性树脂组合物,在使用有机硅主剂与固化剂的二液性加成反应型液状有 机硅树脂的情况下,通过将有机硅主剂与固化剂的配比(有机硅主剂:固化剂)设为5 :5至 6 :4,能够使导热性片材的压缩率大于等于40%。
[0074] 导热性片材中的固化性树脂组合物的含量,没有特殊限制,例如能够设为大于等 于25体积%且小于等于45体积%。
[0075] [导热性纤维]
[0076] 作为导热性纤维,例如能够使用碳纤维。作为碳纤维,例如能够使用沥青类、PAN 类、由电弧放电法、激光蒸发法、CVD法(化学气相沉积法)、CCVD方法(催化化学气相沉 积法)等合成的碳纤维。其中,从导热性的观点来看,特别优选将沥青类碳纤维、聚吲哚 (polybenzazole)石墨化而形成的碳纤维。
[0077] 沥青类的碳纤维以沥青为主要原料,是在熔融纺丝、不熔化以及碳化等各处理工 序之后,在2000至3000°C或者超过3000°C的高温下进行热处理从而石墨化而形成的。原 料沥青分为光学无序性的未显示取向的各向同性沥青、和构成分子呈液晶状排列并显示出 光学各向异性的各向异性沥青(中间相沥青,mesophase pitch)。与由各向同性沥青制备 出的碳纤维相比,由各向异性沥青制备出的碳纤维在机械性能方面更优异,且电以及热的 传导性会变高。因此,优选使用中间相沥青类的石墨化碳纤维。
[0078] 根据需要,能够对碳纤维的一部分或者全部进行表面处理。作为所述表面处理,例 如可以举例出氧化处理、氮化处理、硝化、磺化、或者通过这些处理使导入表面的官能团附 着或结合、或者使金属、金属化合物、有机化合物等附着或结合在碳纤维的表面的处理。作 为官能团,例如可以举例出羟基、羧基、羰基、硝基、氨基等。
[0079] 导热性纤维的平均纤维长度优选大于等于50 μ m且小于等于250 μ m,更加优选大 于等于100 μ m且小于等于250 μ m。通过使导热性纤维的平均纤维长度大于等于50 μ m且 小于等于250 μ m,能够使导热性纤维之间容易交缠,能够使导热性片材厚度方向的导热性 更加良好。另外,在导热性片材压缩的状态下,能够获得优异的导热率峰值。另外,为了调整 平均纤维长度,也可以混合不同平均纤维长度的碳纤维。此外,例如能够通过粒度分布计、 显微镜、扫描型电子显微镜(SEM)等测定导热性纤维的平均纤维长度。另外,导热性纤维的 平均直径优选大于等于5 μ m且小于等于20 μ m。
[0080] 导热性片材中的导热性纤维的含量优选大于等于15体积%且小于等于40体 积%。通过将导热性纤维的含量设为大于等于15体积%,能够更加有效地降低热阻,因此 能够使导热性片材厚度方向的导热性更加良好。另外,通过将导热性纤维的含量设为小于 等于40体积%,能够防止在例如通过挤出机挤出导热性组合物时发生难以挤出的现象。
[0081] [导热性粒子]
[0082] 由于导热性粒子以及导热性组合物中的导热性纤维的流速不同,从而易于使导热 性纤维排列在规定的方向上,即,容易使导热性纤维沿着挤出导热性纤维的方向取向。另 外,导热性粒子也用于维持导热性片材的形状。
[0083] 作为导热性粒子,例如能够使用氧化铝(alumina)、氮化铝、氢氧化铝、二氧化 娃(silica)、氮化硼、二氧化钛、玻璃、氧化锌、碳化娃、娃(silicon)、氧化娃、氧化错 (aluminum oxide)、金属粒子等。对于这些导热性粒子,可以单独使用一种,也可以组合两 种以上使用。其中,优选使用氧化铝、氮化铝和氢氧化铝中的至少一种且至少包含氧化铝。 [0084] 氮化铝在其分子内具有氮原子,该氮原子会阻碍固化性树脂组合物的反应,从而 抑制导热性组合物粘度的上升。因此,与仅使用氧化铝粒子作为导热性粒子时相比,通过使 用氮化铝,能够更有效地使导热性纤维沿着导热性片材的厚度方向取向,从而能够使导热 性片材厚度方向导热性良好。
[0085] 另外,优选为,例如通过硅烷偶联剂对导热性粒子进行表面处理。通过对导热性粒 子进行表面处理,能够提高分散性,提高导热性片材的柔韧性。另外,能够使通过切片而获 得的表面粗糙度更小。
[0086] 导热性粒子的平均粒径优选大于等于0. 5 μ m且小于等于10 μ m。如果平均粒径小 于0.5 μπ?,则会成为导致固化不佳的原因,如果超过10 μπ?,则会出现导热性片材的柔韧性 下降从而使固化物的导热率降低的情况。
[0087] 另外,通过使用不同粒径的两种以上的导热性粒子,能够更加有效地使导热性纤 维易于沿着导热性片材的厚度方向取向,能够使导热性片材厚度方向的导热性更加良好。 作为导热性粒子,在使用不同粒径的两种以上的粒子的情况下,优选使较大的球状粒子大 于等于3 μ m且小于等于10 μ m,并使较小的球状粒子大于等于0. 3 μ m且小于等于3 μ m。由 此,能够更加有效地使导热性纤维易于沿着导热性片材的厚度方向取向,能够使导热性片 材厚度方向的导热性更加良好。此外,能够通过例如粒度分布计、扫描型电子显微镜(SEM) 测定导热性粒子的平均粒径。
[0088] 导热性片材中的导热性粒子的含量优选小于等于70体积%,更加优选大于等于 20体积%且小于等于60%。通过使导热性粒子的含量小于等于70体积%,能够获得优异 的柔韧性,从而能够使导热性片材厚度方向的导热性更加良好。
[0089] 另外,在上述导热性组合物中,根据需要还可以混合其他成份,例如,溶剂、触变性 赋予剂、分散剂、固化剂、固化促进剂、缓凝剂、微增粘剂、增塑剂、阻燃剂、抗氧化剂、稳定 剂、着色剂等。
[0090] 另外,导热性片材的厚度优选大于等于o.lmm。如果导热性片材的厚度小于 0. 1mm,则根据固化物的硬度的不同,会出现在进行切片时难以维持形状的情况。还能够在 所获得的片材的外周以点状、线状形成粘合层。
[0091] 优选将这种导热性片材夹持在热源与散热部件之间。作为热源,例如可以举例出 LSI、CPU、晶体管、LED等,优选用于将导热性片材夹持在通信用LSI与散热部件之间的通信 设备、以及将导热性片材夹持在计算机用CPU与散热部件之间的计算机等中。
[0092] 本实施方式所涉及的导热性片材由于具有优异的柔韧性,并且随着时间的推移贴 合性提升,因此,能够使夹持在热源与散热部件之间的导热性片材的热阻比初始值降低3% 以上。
[0093] 〈2.导热性片材的制备方法〉
[0094] 接下来,对上述导热性片材的制备方法进行说明。如图1所示,本实施方式所涉及 的导热性片材的制备方法具有导热性组合物制作工序S1、成型工序S2和切割工序S3。
[0095] [导热性组合物制作工序S1]
[0096] 在导热性组合物制作工序S1中,通过使用搅拌器等混合固化性树脂组合物、导热 性纤维、导热性粒子来调制上述导热性组合物。导热性片材形成用导热性组合物中的导热 性纤维以及导热性粒子的混合量,例如分别为16体积%至40体积%和30体积%至60体 积%,导热性纤维优选平均直径为5至20 μ m以及平均纤维长度为50至250 μ m的碳纤维。
[0097] [成型工序S2]
[0098] 在成型工序S2中,使用栗、挤出机等,将在导热性组合物制作工序S1中制作的导 热性组合物挤出成型在模具中,获得柱状固化物。作为模具,对形状、大小、材质等没有特殊 限制,能够根据目的进行适当选择,作为形状,可以举例出中空圆柱状、中空棱柱状。作为大 小,能够根据制作的导热性片材的大小适当选定。作为材质,例如可以举例出不锈钢等。
[0099] 根据所使用的树脂,通过适宜的固化反应使挤出成型的成型品形成固化物。作为 挤出成型品的固化方法,没有特殊限制,能够根据目的进行适当选择。例如,在使用有机硅 树脂等热固化性树脂作为固化性树脂组合物的情况下,优选通过加热来进行固化。
[0100] 作为用于加热的装置,例如可以举例出远红外线炉、热风炉等。作为加热温度,没 有特殊限制,能够根据目的进行适当选择,但是优选例如在40°C至150°C下进行。对固化物 的柔韧性没有特殊限制,能够根据目的进行适当选择,例如,能够根据有机硅的交联密度、 导热性填料的填充量等进行调整。
[0101] 由此,例如如图2所示,能够形成导热性纤维在柱状的长度方向L上取向的柱状导 热性组合物。在导热性组合物通过挤出机等穿过模具的过程中,导热性纤维、导热性粒子等 向导热性组合物的中心方向聚集,形成导热性纤维的密度在表面与中心不相同的状态。即, 在已通过挤出机的导热性组合物(成型品)的表面,由于导热性纤维未从表面突出,因此导 热性组合物(成型品)固化后的固化物的表面部(导热性片材的外周部)具备良好的微粘 合性,向被粘合体(半导体装置等)粘合的粘合性良好。另一方面,与热源或者散热侧接触 的面由于导热性纤维露出,因此微粘合性降低。
[0102] 在此,所述微粘合性是指,具有随着时间的推移和湿热的变化粘合力上升较少的 再剥离性,并且具有当粘贴在被粘合体上时不会轻易发生位置偏移的程度的粘合性。
[0103] 此外,在成型工序S2中,例如,也可以将在导热性组合物制作工序S1中制作的导 热性组合物涂布在已涂布有脱模剂的聚酯膜上,从而形成如图2所示的柱状导热性组合 物。
[0104] [切割工序S3]
[0105] 切割工序S3是将柱状固化物沿着与柱的长度方向大致垂直的方向切割成规定厚 度的工序。例如如图2和图3所示,使用超声波切割机3,沿着与柱状导热性组合物2的长 度方向L正交的方向V,通过超声波裁刀(cutter) 4将柱状导热性组合物2切片,从而能够 以保持导热性纤维的取向的状态形成导热性片材1。因此,能够获得导热性纤维的取向被维 持在厚度方向上且导热特性良好的导热性片材1。
[0106] 在该切割工序S3中,优选切割成规定厚度,以使以小于等于25mm/min的速度压缩 40%时的最大压缩应力小于等于1000N。另外,在切割工序S3中,优选割成规定厚度,以使 以小于等于25mm/min的速度压缩40%、并在压缩了 40%的状态下保持10分钟后的残余应 力小于等于220N。另外,在切割工序S3中,优选切割成规定厚度,以使在大于等于0. 5kgf/ cm2且小于等于7. 5kgf/cm2的负载范围下热阻小于等于2. OK ?cm2/W。另外,在切割工序S3 中,优选切割成小于等于3. 0_的厚度。由此,能够获得具有优异的柔韧性、排斥力也小、且 对设置位置的追随性优异的导热性片材。
[0107] 如图3所示,超声波切割机3具备:工作台5,用于载置柱状导热性组合物2 ;以及 超声波裁刀4,用于一边施加超声波振动,一边对工作台5上的柱状导热性组合物2进行切 片。
[0108] 工作台5在金属制的移动台6上配设有硅橡胶7。移动台6能够通过移动机构8 向规定的方向移动,并向超声波裁刀4的下部依次送入柱状导热性组合物2。硅橡胶7具有 足以承受超声波裁刀4的刃尖的厚度。当柱状导热性组合物2被载置到硅橡胶7上时,工 作台5根据超声波裁刀4的切片操作向规定的方向移动移动台,从而将柱状导热性组合物 2依次送到超声波裁刀4的下部。
[0109] 超声波裁刀4具有:刀片9,用于对柱状导热性组合物2进行切片;超声波振动机 构10,用于向刀片9赋予超声波振动;以及升降机构11,用于对刀片9进行升降操作。
[0110] 刀片9的刃尖对着工作台5,并通过升降机构11的升降操作对工作台5上载置的 柱
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