專利名稱：導(dǎo)熱組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導(dǎo)熱組合物，更具體的是，涉及用于與中央處理器(CPU)以及其他發(fā)熱電子元件緊密接觸并將這些元件的熱量散發(fā)出去的導(dǎo)熱組合物。
背景在某些領(lǐng)域中，使發(fā)熱體散熱十分重要。例如，除去電子設(shè)備、個(gè)人電腦以及其它各種設(shè)備中含有的電子元件(例如集成電路(IC)芯片)以及其它元件(一般稱為“發(fā)熱元件”)上的熱量十分重要，因?yàn)殡S著發(fā)熱元件溫度的升高，元件發(fā)生故障的概率就會(huì)呈指數(shù)上升。另外，電子元件尺寸減小、處理速度提高又提高了對(duì)電子發(fā)熱元件的要求。
目前，為了使發(fā)熱元件上的熱量散發(fā)出去，經(jīng)常在發(fā)熱元件上連接散熱器例如散熱片、散熱風(fēng)扇以及金屬散熱器。另外，也可以使用各種導(dǎo)熱材料或?qū)崞鳛榘l(fā)熱元件與散熱器之間的傳熱隔片，從而使它們起到傳熱媒介的作用。
已經(jīng)提出使用潤滑脂作為導(dǎo)熱材料。雖然硅基潤滑脂具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性，但它是一種液體。因此很難將有機(jī)硅潤滑脂放置在發(fā)熱元件與散熱器之間。美國專利No.4,299,715(‘715專利)中說明了一種導(dǎo)熱材料，這種導(dǎo)熱材料含有蠟和凡士林。該材料在室溫下是半固體，可以形成各種形狀。由于這種組合物強(qiáng)度不夠，因此要使其形成與本發(fā)明類似的形狀，就必須將它涂覆在載體上。然而，載體的存在會(huì)降低散熱性。
日本未審查專利公報(bào)2000-336279說明了一種導(dǎo)熱組合物，該組合物含有蠟和導(dǎo)熱填料，并制成片材。當(dāng)將該組合物制成片材時(shí)，就必須將組合物涂覆在玻璃布或載膜這類載體上。就像前述‘715專利的組合物一樣，載體影響了組合物提供良好散熱性的能力。
日本未審查國際專利公報(bào)2000-509209說明了一種使用蠟的導(dǎo)熱組合物，蠟由微晶組分以及無定形組分的復(fù)合體組成。雖然實(shí)例中提出了一種形式，該形式不使用載體從而避免了降低散熱性，但是由于組合物中晶體組分含量低，組合物本身極脆，因此即使不使用載體形成片材，得到的片材也沒有良好的強(qiáng)度或襯墊分離性(liner separation)。
日本未審查專利公開2001-89756說明了一種導(dǎo)熱組合物，該組合物含有聚合物組分、蠟以及導(dǎo)熱填料。雖然這種組合物是具有足夠強(qiáng)度的帶狀制品，但由于它使用了彈性體作為聚合物組分，因此存在內(nèi)部散熱問題。彈性體組分在熔融時(shí)會(huì)降低流動(dòng)性。
本發(fā)明的目的是提供一種能解決上述問題的導(dǎo)熱組合物，該組合物是一種片材，并具有較高的導(dǎo)熱性以及足夠的強(qiáng)度。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種導(dǎo)熱組合物，其含有(a)100重量份的蠟，(b)10至1,000重量份的化合物，其分子式是下述提及的分子式(I) 其中R1以及R2各自代表含有1至3個(gè)碳原子的烷基，n的值為100到100,000，(c)10至2,000重量份的導(dǎo)熱填料，和(d)0至1,000重量份的軟化劑。
另一方面，本發(fā)明提供了一種制品，該制品含有(a)發(fā)熱元件；(b)散熱器；和(c)放置在發(fā)熱組分以及散熱器之間的前述導(dǎo)熱組合物。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明本發(fā)明的導(dǎo)熱組合物是將10至1,000重量份分子式為(I)的化合物，與10至2,000重量份的導(dǎo)熱填料；0至1,000重量份的軟化劑以及100重量份的蠟混合而構(gòu)成的。
其中R1以及R2各自代表含有1至3個(gè)碳原子的烷基，n的值為100到100,000。
對(duì)于蠟沒有特殊的要求，天然蠟、合成蠟、混合蠟等都可以使用。天然蠟的例子包括植物蠟，例如candelilla蠟，巴西棕櫚石蠟，米蠟、濁蠟以及hohoba油；動(dòng)物蠟有蜂蠟、羊毛脂蠟以及鯨蠟；地蠟有褐煤蠟、天然地蠟以及純地蠟；石油蠟有石蠟、微晶蠟以及礦脂。合成蠟的例子包括合成烴，例如Fischer-Tropsch蠟以及聚乙烯蠟；變性蠟例如montax蠟衍生物、石蠟衍生物以及微晶蠟衍生物；加氫蠟如固化蓖麻油以及固化蓖麻油衍生物；以及脂肪酸，酰胺化合物，脂，酮以及其他如1，2-羥基硬脂酸，硬脂酰胺，無水鄰苯二甲酰亞胺以及氯代烴。這種蠟的熔點(diǎn)優(yōu)選30至150℃，更佳的則是40至80℃。
在上式(I)的化合物中，R1與R2均優(yōu)選甲基。也就是說，分子式為(I)的化合物優(yōu)選聚異丁烯。重復(fù)單元數(shù)n優(yōu)選100至100,000，分子量優(yōu)選1,000至1,000,000，更佳的則是30,000至60,000。導(dǎo)熱組合物中相對(duì)于100重量份的蠟，分子式為(I)的化合物的含量為10至1,000重量份，優(yōu)選20至100重量份。
已發(fā)現(xiàn)，按照J(rèn)ISK 2269定義，當(dāng)分子式為(I)的化合物是一種流動(dòng)溫度在室溫以上的液體聚合物時(shí)，含有這種化合物的導(dǎo)熱組合物具有獨(dú)特的效果。在本文中，“液體”是指施加一定量應(yīng)力時(shí)具有最大應(yīng)變的材料。前述組合物中，只含有蠟作為粘結(jié)劑組分的組合物片材強(qiáng)度差，并且一般很難處理。含有如橡膠、丙烯酸酯類、有機(jī)硅等彈性體以及蠟作為粘結(jié)劑組分的組合物具有良好的片材強(qiáng)度，但由于彈性體組分在熔融時(shí)會(huì)降低流動(dòng)性，因此組合物的散熱性較差。另外，含有低分子量樹脂如增稠劑或者含有流動(dòng)溫度在室溫以上的液體聚合物例如液體聚丁烯以及蠟作為粘結(jié)劑組分的組合物很難處理，其原因是片材的粘性太高或者是片材的粘著性降低。另一方面，本發(fā)明的含有蠟以及分子式為(I)的化合物作為粘結(jié)劑組分的組合物熔融時(shí)具有良好的流動(dòng)性，因?yàn)樗缓瑥椥泽w成分并具有良好的散熱性。而且，本發(fā)明的導(dǎo)熱組合物不會(huì)導(dǎo)致粘性過大。然而，它確實(shí)會(huì)降低片材的脆性并具有良好的片材強(qiáng)度，因此具有良好的加工性能。
對(duì)于導(dǎo)熱填料沒有特別的要求，只要它能在形成片材時(shí)均勻分散于其中，并能使導(dǎo)熱片材達(dá)到規(guī)定的導(dǎo)熱系數(shù)。在現(xiàn)有技術(shù)中，生產(chǎn)導(dǎo)熱片材時(shí)用作填料的各種填料都可以使用。合適的導(dǎo)熱填料的例子包括氧化物顆粒，例如氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦、云母、鈦酸鉀、氧化鐵以及滑石；氮化物顆粒如氮化硼、氮化硅以及氮化鋁；碳顆粒如碳化硅；金屬顆粒如銅及鋁。導(dǎo)熱填料可以單獨(dú)使用，也可以以兩種或多種填料的混合物使用。本發(fā)明中使用的導(dǎo)熱填料的平均粒度優(yōu)選0.1至100μm，更佳的則是1至20μm。相對(duì)于100重量份的蠟，導(dǎo)熱填料的量為10至2,000重量份，優(yōu)選20至200重量份。如果導(dǎo)熱填料的量小于10重量份，則很難獲得足夠的導(dǎo)熱性，相反的，如果填料的量超過2,000重量份，就很難實(shí)現(xiàn)均勻分散導(dǎo)熱填料，蠟的流動(dòng)性也會(huì)降低，從而形成片材也會(huì)十分困難。
雖然沒有必要添加軟化劑，但加入軟化劑能提高導(dǎo)熱組合物的流動(dòng)性，改善發(fā)熱元件與散熱器之間緊密接觸，這樣就有可能進(jìn)一步提高導(dǎo)熱性。另外，連接到發(fā)熱元件或散熱器時(shí)，加入軟化劑的導(dǎo)熱組合物能具有所需的粘性?？梢允褂玫能浕瘎┑睦影ㄖ参锘浕瘎?、礦物油基軟化劑以及與蠟相容的合成增塑劑?？梢允褂玫闹参锘浕瘎┑睦影拮延?、亞麻子油以及油菜籽油。礦物油基軟化劑的例子包括石蠟油、環(huán)烷油以及芳香油?？梢允褂玫暮铣稍鏊軇┑睦影ㄠ彵蕉姿岫刘?、鄰苯二甲酸二丁酯、己二酸二辛酯、己二酸異癸酯、癸二酸二辛酯以及癸二酸二丁酯。這些軟化劑中，特別優(yōu)選環(huán)烷油與石蠟油。相對(duì)于100重量份的蠟，本發(fā)明的組合物中軟化劑的混合量為0至1,000重量份，優(yōu)選0至10重量份。
除了上述組分以外，導(dǎo)熱組合物中還可以添加聚合物化學(xué)領(lǐng)域中常用的各種添加劑。例如，可以添加增粘劑或增塑劑等調(diào)節(jié)所形成片材的粘性，或者也可以添加阻燃劑或抗氧化劑提高耐熱性?？梢蕴砑拥钠渌砑觿┑睦影ǜ男詣?、熱穩(wěn)定劑以及著色劑。另外，上述導(dǎo)熱填料也可以使用表面處理劑如硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行處理。
本發(fā)明的導(dǎo)熱組合物可以通過將指定量的上述各組分混合制備。導(dǎo)熱組合物可以根據(jù)相關(guān)領(lǐng)域已知的方法制成片材或薄膜。例如，可以在熱的混合器中將蠟、分子式為(I)的化合物、導(dǎo)熱填料以及指定的軟化劑捏合，接著通過熱融涂覆法涂覆到襯墊上將混合物制成片材?；蛘呖蓪⑸鲜霾牧先芙庠诤线m的溶劑中，用混合器混合并通過溶劑澆鑄涂覆到襯墊上形成片材。
由本發(fā)明的導(dǎo)熱組合物制備的片材根據(jù)其使用目的及應(yīng)用場(chǎng)合可以制成各種厚度，但一般來說，片材要盡可能薄，優(yōu)選厚度為0.02至2.0mm，更佳的是0.1至0.5mm。若厚度小于0.02mm，發(fā)熱元件與散熱器就很難獲得緊密接觸，因而就不可能獲得足夠的散熱性。另一方面，若厚度超過2.0mm，從發(fā)熱元件與散熱器的連接表面突出的部分就會(huì)增加，因而會(huì)導(dǎo)致與周圍元件不必要的附著。
如果需要的話，通過這種方式形成的導(dǎo)熱片材可以直接用作傳熱媒介。然而，若有需要，這種片材也可以與合適的基材組合使用。合適基材的例子包括塑料薄膜、織造織物、無紡布以及金屬箔?？椩炜椢镆约盁o紡布的例子包括由玻璃、聚酯、聚烯烴、尼龍、碳、陶瓷等纖維等以及上述提及的涂覆金屬的纖維制備的織造織物及無紡布?？梢詫⒒姆胖迷谄牡谋砻婊蜃鳛橹虚g層。
導(dǎo)熱片材在室溫下是固體，可以通過將其插在發(fā)熱元件和散熱器之間使用。與使用液體潤滑油相比，導(dǎo)熱片材具有優(yōu)異的加工性。所插的導(dǎo)熱片材被正在工作的發(fā)熱元件所散發(fā)出來的熱量軟化，從而填充發(fā)熱元件與散熱器之間的縫隙。另外，由于發(fā)熱元件與散熱器之間的空隙很小，因而可以大大減小導(dǎo)熱片材的熱阻值。因此，組成導(dǎo)熱片材的導(dǎo)熱組合物的軟化點(diǎn)優(yōu)選30至150℃，更佳的則是40至100℃?？梢愿鶕?jù)使用的組分的類型和數(shù)量來任意設(shè)置軟化點(diǎn)。
另外，由于本發(fā)明的導(dǎo)熱組合物中含有指定量的分子式為(I)的化合物，因此與使用蠟的傳統(tǒng)片材相比，由本發(fā)明得到的導(dǎo)熱片材具有優(yōu)異的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等，并且使用時(shí)不會(huì)發(fā)生諸如撕開或破裂問題。
實(shí)施例實(shí)施例1將75重量份的熔融溫度為54℃的石蠟、25重量份的重均分子量為40,000的聚異丁烯以及50重量份的平均粒度為10μm的氮化硼邊加熱邊捏合，接著將其涂覆到襯墊上得到厚度為0.2mm的片材。
實(shí)施例2將69重量份的熔融溫度為54℃的石蠟、23重量份的重均分子量為40,000的聚異丁烯、8重量份的重均分子量為300的環(huán)烷油以及50重量份的平均粒度為10μm的氮化硼邊加熱邊捏合，接著將其涂覆到襯墊上得到厚度為0.2mm的片材。
對(duì)比例1將100重量份的熔融溫度為54℃的石蠟以及50重量份的平均粒度為10μm的氮化硼邊加熱邊捏合，接著將其涂覆到襯墊上得到厚度為0.2mm的片材。
對(duì)比例2將75重量份的熔融溫度為54℃的石蠟、25重量份的苯乙烯-異丁烯共聚物(從Shell獲得，商品牌號(hào)為“Kraton G1651”)以及50重量份的平均粒度為10μm的氮化硼溶解在300重量份的甲苯中，接著將其涂覆到襯墊上，干燥得到厚度為0.2mm的片材。
對(duì)比例3將90重量份的熔融溫度為54℃的石蠟、10重量份的合成石油樹脂基增粘劑(從Goodyear獲得，商品牌號(hào)為“Wingtack Plus”)以及50重量份的平均粒度為10μm的氮化硼溶解在300重量份的甲苯中，接著將其涂覆到襯墊上，干燥得到厚度為0.2mm的片材。
導(dǎo)熱片材的評(píng)價(jià)特性將按照上述方法制備的導(dǎo)熱片材切割成10mm×11mm的尺寸并從襯墊上剝落。將片材插在發(fā)熱電阻器以及冷卻鋁板之間，接著對(duì)發(fā)熱電阻器施加4.8V電源。5分鐘后，測(cè)試發(fā)熱電阻器(T1)以及鋁板(T2)的溫度。熱阻值根據(jù)下列式子計(jì)算。
熱阻值(℃cm2/W)＝(T1-T2)(℃)×樣品表面積(cm2)/電功率(W)另外，將片材從襯墊上剝落后，對(duì)片材進(jìn)行伸長性、彎曲性以及從襯墊上剝落的容易程度進(jìn)行功能性評(píng)價(jià)。也就是說，伸長性是通過用手在左右方向拉伸片材觀察撕開的困難程度來評(píng)價(jià)的。彎曲性是通過用手彎曲片材觀察形成裂縫的困難程度來評(píng)價(jià)的。從襯墊上剝落的容易程度是通過觀察片材是否容易從襯墊上剝落來評(píng)價(jià)的。上述評(píng)價(jià)的結(jié)果如表1所示。而且，將液體潤滑油(從Toray-DowCorning Silicone Co.獲得，商品牌號(hào)為“SE4490CV”)作為對(duì)比例4。
表1

從上述結(jié)論可以清楚地看到，使用本發(fā)明的組合物形成的導(dǎo)熱片材具有與對(duì)比例的導(dǎo)熱片材幾乎相同的導(dǎo)熱性，而且可拉伸性以及其他物理性能也得到很大提高。同時(shí)，對(duì)比例的導(dǎo)熱片材用手拉伸或彎曲很容易撕開或裂開，而本發(fā)明的導(dǎo)熱片材很難撕開并具有優(yōu)異的可加工性。
由于含導(dǎo)熱填料的組合物除蠟之外還使用前述的分子式為(I)的化合物，優(yōu)選聚異丁烯作為其粘結(jié)劑組分，由該組合物形成的導(dǎo)熱片材能在不影響片材的導(dǎo)熱性的情況下提高拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等，因而其加工性能也得到了提高。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)熱組合物，其含有(a)100重量份的蠟，(b)10至1,000重量份下面通式(I)的化合物 其中R1以及R2各自代表含有1至3個(gè)碳原子的烷基，n的值為100到100,000，(c)10至2,000重量份的導(dǎo)熱填料和(d)0至1,000重量份的軟化劑。
2.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于通式(I)的化合物是聚異丁烯。
3.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，組合物熔融溫度為30至150℃。
4.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，組合物以片材形式制成。
5.如權(quán)利要求4所述的組合物，其特征在于，所述片材的厚度為0.02至2.0mm。
6.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述蠟的熔點(diǎn)為30至150℃。
7.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述蠟是石蠟。
8.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述軟化劑是環(huán)烷油或石蠟油。
9.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述導(dǎo)熱填料是氮化硼。
10.如權(quán)利要求4所述的組合物，其特征在于，所述片材還含有基材。
11.一種制品，其含有(a)發(fā)熱元件；(b)散熱器；和(c)放置在發(fā)熱組分以及散熱器之間的如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱組合物。
12.如權(quán)利要求11所述的制品，其特征在于，所述發(fā)熱元件是電子元件。
13.如權(quán)利要求12所述的制品，其特征在于，所述電子元件是中央處理器。
14.如權(quán)利要求11所述的制品，其特征在于，所述散熱器選自散熱片、散熱風(fēng)扇以及金屬散熱器。
全文摘要
說明了一種導(dǎo)熱組合物，該組合物含有(a)100重量份的蠟，(b)10至1,000重量份的化合物，該化合物的分子式(I)如下其中R
文檔編號(hào)C08L23/02GK1522290SQ02813448
公開日2004年8月18日 申請(qǐng)日期2002年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月2日
發(fā)明者山崎好直, 岡田充彥, 丹澤智彌, 彌, 彥 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司