導(dǎo)熱性片材的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及促進(jìn)發(fā)熱性電子元件等散熱的導(dǎo)熱性片材。本申請(qǐng)以2013年7月10 日在日本申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)2013-145035號(hào)、以及2014年4月18日申請(qǐng)的日本專利申 請(qǐng)2014-086432號(hào)為基礎(chǔ)，并要求優(yōu)先權(quán)，通過參考該申請(qǐng)而引用在本申請(qǐng)中。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電子設(shè)備的更高性能化，半導(dǎo)體元件的高密度化、高實(shí)裝化也在進(jìn)展。與此相 伴地，使構(gòu)成電子設(shè)備的電子元件所產(chǎn)生的熱更有效地散熱就變得尤為重要。為了更有效 地散熱，借助導(dǎo)熱性片材將半導(dǎo)體安裝在散熱扇、散熱板等散熱片上。作為導(dǎo)熱性片材，廣 泛使用將無機(jī)填料等填充材料分散含在有機(jī)硅中的片材。
[0003] 在這種散熱部件中，需求更進(jìn)一步地提高導(dǎo)熱率。以高導(dǎo)熱性為目的，一般通過提 高基質(zhì)內(nèi)混合的無機(jī)填料的填充率來進(jìn)行應(yīng)對(duì)。然而，如果提高無機(jī)填料的填充率，則有可 能會(huì)損害柔韌性，或者由于無機(jī)填料填充率較高而產(chǎn)生粉化現(xiàn)象，因此，提高無機(jī)填料的填 充率是有限的。
[0004] 作為無機(jī)填料，例如可以舉例出氧化鋁（alumina)、氮化鋁、氫氧化鋁等。另外，以 高導(dǎo)熱率為目的，存在向基質(zhì)內(nèi)填充氮化硼、石墨等鱗片狀粒子、碳纖維等做法。這是基于 鱗片狀粒子等所具有的導(dǎo)熱率的各向異性。例如，在碳纖維的情況中，在纖維方向上具有約 600至1200W/mK的導(dǎo)熱率。在氮化硼的情況中，已知在面方向中具有約110W/mK的導(dǎo)熱率， 而在相對(duì)于面方向垂直的方向上具有約2W/mK左右的導(dǎo)熱率，即具有各向異性。
[0005] 這樣使碳纖維、鱗片狀粒子的面方向與作為熱傳導(dǎo)方向的片材的厚度方向相同。 即，通過使碳纖維、鱗片狀粒子在片材的厚度方向進(jìn)行取向，能夠飛躍性地提高熱傳導(dǎo)。然 而，如果在成型后固化的固化物切片時(shí)未能均一厚度地進(jìn)行切片，則片材表面的凹凸部會(huì) 變大，從而使空氣包入凹凸部中，會(huì)有無法有效利用優(yōu)異的熱傳導(dǎo)的問題。
[0006] 為了解決該問題，例如，在專利文獻(xiàn)1中，提出了一種通過在相對(duì)于片材縱向垂直 的方向上以等間隔排列的刀片來進(jìn)行沖壓、切片而形成的導(dǎo)熱橡膠片材。另外，在專利文獻(xiàn) 2中，提出了一種使用具有圓形旋轉(zhuǎn)刀片的切割裝置對(duì)反復(fù)涂布和固化而層疊形成的層疊 體進(jìn)行切片以獲得規(guī)定厚度的導(dǎo)熱性片材的方法。另外，在專利文獻(xiàn)3中，提出了一種使用 金屬鋸切割層疊兩層以上含有各向異性石墨粒子的石墨層而形成的層疊體以獲得相對(duì)于 沿片材厚度方向以〇°取向（以相對(duì)于層疊面90°的角度）的膨脹石墨片材的方法。然而， 在這些提出的切割方法中，切割面的表面粗糙度變大，導(dǎo)致在界面的熱阻變大，會(huì)有厚度方 向的熱傳導(dǎo)降低的問題。
[0007] 近年來，期待夾在各種熱源（例如LSI、CPU、晶體管、LED等各種設(shè)備）與散熱部件 之間使用的導(dǎo)熱性片材。期望這種導(dǎo)熱性片材是可壓縮的柔軟片材，以便填補(bǔ)各種熱源與 散熱部件之間的落差而貼合。
[0008] 導(dǎo)熱性片材一般通過大量填充導(dǎo)熱性無機(jī)填料來提高片材的導(dǎo)熱率（例如參照 專利文獻(xiàn)4、5)，然而，如果增多無機(jī)填料的填充量則片材會(huì)變硬變脆。另外，例如，當(dāng)將大量 填充了無機(jī)填料的有機(jī)硅類導(dǎo)熱性片材長(zhǎng)時(shí)間置于高溫環(huán)境下時(shí)，會(huì)有導(dǎo)熱性片材變硬且 厚度變厚的現(xiàn)象，導(dǎo)致施加負(fù)載時(shí)的導(dǎo)熱性片材的熱阻上升。
[0009] 在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)
[0011] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2010-56299號(hào)公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2010-50240號(hào)公報(bào)
[0013] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2009-55021號(hào)公報(bào)
[0014] 專利文獻(xiàn)4 :日本特開2007-277406號(hào)公報(bào)
[0015] 專利文獻(xiàn)5 :日本特開2007-277405號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0017] 本發(fā)明是鑒于上述情況而提出的，目的在于提供一種柔韌性優(yōu)異且厚度方向的導(dǎo) 熱性良好的導(dǎo)熱性片材。
[0018] 用于解決技術(shù)問題的技術(shù)方案
[0019] 為了解決上述問題，本發(fā)明涉及的導(dǎo)熱性片材的特征在于，含有固化性樹脂組合 物、導(dǎo)熱性纖維和導(dǎo)熱性粒子，并具有大于等于40%的壓縮率。
[0020] 另外，本發(fā)明涉及的導(dǎo)熱性片材的特征在于，含有固化性樹脂組合物、導(dǎo)熱性纖維 和導(dǎo)熱性粒子，并且所述導(dǎo)熱性粒子以及所述導(dǎo)熱性纖維的填充量小于等于70體積％。
[0021] 另外，本發(fā)明涉及的裝置的特征在于，通過將導(dǎo)熱性片材夾在熱源與散熱部件之 間而形成。
[0022] 本發(fā)明的有益效果
[0023] 本發(fā)明的導(dǎo)熱性片材由于具有優(yōu)異的柔韌性，因此能夠填補(bǔ)各種熱源與散熱部件 之間的落差而使貼合性提升，能夠改善片材厚度方向的導(dǎo)熱性。另外，在高溫環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間 使用導(dǎo)熱性片材時(shí)，由于貼合性提升，因此能夠降低熱阻。
【附圖說明】
[0024] 圖1是用于說明本發(fā)明所涉及的導(dǎo)熱性片材的制備方法的一例的流程圖。
[0025] 圖2是示出在本發(fā)明所涉及的導(dǎo)熱性片材的制備方法的切割工序中所使用的超 聲波切割機(jī)的一例的外觀圖。
[0026] 圖3是示出切片裝置的一例的外觀圖。
[0027] 圖4是用于說明本發(fā)明所涉及的導(dǎo)熱性片材的其他制備方法中的排列工序的一 例的流程圖。
[0028] 圖5是用于說明本發(fā)明所涉及的導(dǎo)熱性片材的制備方法中的半成型工序、排列工 序以及最終成型工序的一例的模式圖。
[0029] 圖6是示出在本發(fā)明所涉及的導(dǎo)熱性片材的制備方法中的排列工序中獲得的層 疊體的一例的立體圖。
[0030] 圖7的（A)是表示未壓制的最終成型品的一例的立體圖，（B)是表示壓制后的最 終成型品的一例的立體圖。
[0031] 圖8是示出碳纖維長(zhǎng)度為50 μπι時(shí)導(dǎo)熱性片材的導(dǎo)熱率相對(duì)于壓縮率的曲線圖。
[0032] 圖9是示出碳纖維長(zhǎng)度為100 μ m時(shí)導(dǎo)熱性片材的導(dǎo)熱率相對(duì)于壓縮率的曲線圖。
[0033] 圖10是示出碳纖維長(zhǎng)度為150 μm時(shí)導(dǎo)熱性片材的導(dǎo)熱率相對(duì)于壓縮率的曲線 圖。
[0034] 圖11是示出碳纖維長(zhǎng)度為180 μm時(shí)導(dǎo)熱性片材的導(dǎo)熱率相對(duì)于壓縮率的曲線 圖。
[0035] 圖12是示出碳纖維長(zhǎng)度為250 μm時(shí)導(dǎo)熱性片材的導(dǎo)熱率相對(duì)于壓縮率的曲線 圖。
[0036] 圖13是示出有機(jī)硅主劑A與固化劑B的配比（有機(jī)硅主劑A :固化劑B)為6 :4 時(shí)導(dǎo)熱性片材的導(dǎo)熱率相對(duì)于壓縮率的曲線圖。
[0037] 圖14是示出有機(jī)硅主劑A與固化劑B的配比（有機(jī)硅主劑A :固化劑B)為55 :45 時(shí)導(dǎo)熱性片材的導(dǎo)熱率相對(duì)于壓縮率的曲線圖。
[0038] 圖15是示出有機(jī)硅主劑A與固化劑B的配比（有機(jī)硅主劑A :固化劑B)為5 :5 時(shí)導(dǎo)熱性片材的導(dǎo)熱率相對(duì)于壓縮率的曲線圖。
[0039] 圖16是示出有機(jī)硅主劑A與固化劑B的配比（有機(jī)硅主劑A :固化劑B)為3 :7 時(shí)導(dǎo)熱性片材的導(dǎo)熱率相對(duì)于壓縮率的曲線圖。
[0040] 圖17是示出將實(shí)施例17的導(dǎo)熱性片材夾在熱源與散熱部件之間的狀態(tài)下熱阻相 對(duì)于所經(jīng)過時(shí)間的曲線圖。
[0041] 圖18是示出有機(jī)硅主劑A與固化劑B的配比（有機(jī)硅主劑A :固化劑B)為55 :45 時(shí)導(dǎo)熱性片材的導(dǎo)熱率相對(duì)于負(fù)載的曲線圖。
[0042] 圖19是示出有機(jī)硅主劑A與固化劑B的配比（有機(jī)硅主劑A :固化劑B)為55 :45 時(shí)導(dǎo)熱性片材的導(dǎo)熱率相對(duì)于壓縮率的曲線圖。
[0043] 圖20是示出有機(jī)硅主劑A與固化劑B的配比（有機(jī)硅主劑A :固化劑B)為55 :45 時(shí)導(dǎo)熱性片材的熱阻相對(duì)于負(fù)載的曲線圖。
[0044] 圖21是示出有機(jī)硅主劑A與固化劑B的配比（有機(jī)硅主劑A :固化劑B)為55 :45 時(shí)導(dǎo)熱性片材的熱阻相對(duì)于壓縮率的曲線圖。
[0045] 圖22是示出有機(jī)硅主劑A與固化劑B的配比（有機(jī)硅主劑A :固化劑B)為60 :40 時(shí)導(dǎo)熱性片材的導(dǎo)熱率相對(duì)于負(fù)載的曲線圖。
[0046] 圖23是示出有機(jī)硅主劑A與固化劑B的配比（有機(jī)硅主劑A :固化劑B)為60 :40 時(shí)的導(dǎo)熱性片材的壓縮率對(duì)導(dǎo)熱率的曲線圖。
[0047] 圖24是示出有機(jī)硅主劑A與固化劑B的配比（有機(jī)硅主劑A :固化劑B)為60 :40 時(shí)導(dǎo)熱性片材的熱阻相對(duì)于負(fù)載的曲線圖。
[0048] 圖25是示出有機(jī)硅主劑A與固化劑B的配比（有機(jī)硅主劑A :固化劑B)為60 :40 時(shí)導(dǎo)熱性片材的熱阻相對(duì)于壓縮率的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049] 下面，參照附圖，按照以下順序?qū)Ρ景l(fā)明的實(shí)施方式（在下面的說明中稱作本實(shí) 施方式）進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0050] 1、導(dǎo)熱性片材
[0051] 2、導(dǎo)熱性片材的制備方法
[0052] 3、導(dǎo)熱性片材的其他制備方法
[0053] 4、實(shí)施例
[0054] 〈1.導(dǎo)熱性片材〉
[0055] 下面，對(duì)構(gòu)成本實(shí)施方式所涉及的導(dǎo)熱性片材的固化性樹脂組合物、導(dǎo)熱性纖維、 導(dǎo)熱性粒子等進(jìn)行說明。
[0056] 本實(shí)施方式所涉及的導(dǎo)熱性片材含有固化性樹脂組合物、導(dǎo)熱性纖維和導(dǎo)熱性粒 子，并具有大于等于40%的壓縮率。
[0057] 另外，本實(shí)施方式所涉及的導(dǎo)熱性片材含有固化性樹脂組合物、導(dǎo)熱性纖維和導(dǎo) 熱性粒子，并且，導(dǎo)熱性粒子以及導(dǎo)熱性纖維的填充量小于等于70體積％。
[0058] 具體地，將導(dǎo)熱性粒子以及導(dǎo)熱性纖維的填充量設(shè)為小于等于70體積％，作為固 化性樹脂組合物，在使用有機(jī)硅主劑與固化劑的二液性加成反應(yīng)型液狀有機(jī)硅樹脂的情況 下，通過將有機(jī)硅主劑與固化劑的配比（有機(jī)硅主劑：固化劑）設(shè)為5 :5至6 :4,能夠使導(dǎo) 熱性片材的壓縮率大于等于40%。
[0059] 通過使導(dǎo)熱性片材的壓縮率大于等于40%，能夠填補(bǔ)各種熱源與散熱部件之間的 落差而使貼合性提升，能夠改善片材厚度方向的導(dǎo)熱性。另外，在高溫環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間使用導(dǎo) 熱性片材時(shí)，由于貼合性提升，因此能夠降低熱阻。
[0060] 另外，在壓縮率小于等于40%的情況下，導(dǎo)熱性片材優(yōu)選具有大于等于15W/mK的 導(dǎo)熱率峰值，更加優(yōu)選具有大于等于20W/mK的導(dǎo)熱率峰值。由此，在導(dǎo)熱性片材施加負(fù)載 的壓縮狀態(tài)下，能夠獲得優(yōu)異的導(dǎo)熱性。
[0061] 另外，優(yōu)選地，導(dǎo)熱性片材的熱阻在大于等于0. 5kgf/cm2且小于等于3kgf/cm2的 負(fù)載范圍下具有極小值。即，在大于等于0. 5kgf/cm2且小于等于3kgf/cm2的負(fù)載范圍下， 導(dǎo)熱性片材的熱阻隨著負(fù)載的施加而變小，并在達(dá)到最小值后變大。由此，當(dāng)將導(dǎo)熱性片材 與散熱部件一起設(shè)置在例如基板上的電子元件等發(fā)熱體上時(shí)，能夠以較小的負(fù)載使發(fā)熱體 與散熱部件貼合，從而能夠獲得優(yōu)異的導(dǎo)熱性。另外，由于以較小的負(fù)載設(shè)置在基板上，因 此能夠降低基板損壞等風(fēng)險(xiǎn)。
[0062] 另外，優(yōu)選地，導(dǎo)熱性片材厚度小于等于3. 0mm，并且當(dāng)以小于等于25mm/min的速 度壓縮40%時(shí)的最大壓縮應(yīng)力小于等于1000N。由于最大壓縮應(yīng)力較小，設(shè)置時(shí)對(duì)基板的 負(fù)載降低，因此能夠降低基板損壞等風(fēng)險(xiǎn)。此外，如果導(dǎo)熱性片材厚度較厚，壓縮速度較小， 則最大壓縮應(yīng)力會(huì)變小。
[0063] 另外，優(yōu)選地，導(dǎo)熱性片材厚度小于等于3. 0mm，并且當(dāng)以小于等于25mm/min的速 度壓縮40%、并在壓縮了 40%的狀態(tài)下保持10分鐘后的殘余應(yīng)力小于等于220N。由于殘 余應(yīng)力較小，從而能夠降低長(zhǎng)期利用時(shí)對(duì)基板所施加的應(yīng)力。
[0064] [固化性樹脂組合物]
[0065] 固化性樹脂組合物沒有特殊限制，能夠根據(jù)導(dǎo)熱性片材所要求的性能進(jìn)行適當(dāng)選 擇，例如能夠使用熱塑性聚合物或者熱固化性聚合物。
[0066] 作為熱塑性聚合物，可以舉例出熱塑性樹脂、熱塑性彈性體或者它們的聚合物合 金等。
[0067] 作為熱塑性樹脂，沒有特殊限制，能夠根據(jù)目的進(jìn)行適當(dāng)選擇，例如可以舉例出聚 乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物等乙烯-α-烯烴共聚物、聚甲基戊烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙 烯、聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇、聚縮醛、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙 烯等氟類樹脂、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸二乙醇酯、聚 苯乙烯、聚丙烯腈、苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS)樹脂、聚 苯醚、改性聚苯醚、脂族聚酰胺、芳族聚酰胺、聚酰胺-酰亞胺、聚甲基丙烯酸或其酯、聚丙 稀酸或其酯、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚醚腈（polyether nitrile)、聚醚酮、聚 酮、液晶聚合物、有機(jī)硅樹脂、離子交聯(lián)聚合物（ionomer)等。對(duì)于這些熱塑性樹脂，可以單 獨(dú)使用一種，也可以組合兩種以上使用。
[0068] 作為熱塑性彈性體，例如可以舉例出苯乙烯-丁二烯共聚物或其氫化聚合物、苯 乙烯-異戊二烯嵌段共聚物或其氫化聚合物等苯乙烯類熱塑性彈性體、烯烴類熱塑性彈性 體、氯乙烯類熱塑性彈性體、聚酯類熱塑性彈性體、聚氨酯類熱塑性彈性體、聚酰胺類熱塑