專利名稱：導(dǎo)熱片材及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在例如放熱電子元件的熱輻射/冷卻結(jié)構(gòu)中使用的導(dǎo)熱片材，以及制造這種導(dǎo)熱片材的方法。
從放熱電子元件中放出的熱量隨著元件的性能提高和尺寸減小而增加。特別是很難冷卻密封電子設(shè)備中的元件。另外，導(dǎo)熱的環(huán)氧粘結(jié)劑等以糊劑的形式使用，并且具有高的粘度，這就引起裝配的許多問題，例如不良的可操作性和固化需要的時(shí)間長。此外，常規(guī)材料又不足以抵抗從放熱電子元件中放出的熱。
本發(fā)明的導(dǎo)熱片材包括與導(dǎo)熱填料混合的聚烯烴彈性體。從導(dǎo)熱片材上產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)氣體的量不超過每單位表面積1000μg/cm2。從導(dǎo)熱片材上產(chǎn)生的揮發(fā)性腐蝕氣體的量不超過每單位表面積10μg/cm2。導(dǎo)熱片材具有0.5到20W/m·K的熱導(dǎo)率以及撓性。
制造本發(fā)明導(dǎo)熱片材的方法包括將聚烯烴彈性體與導(dǎo)熱填料混合，并且在制造導(dǎo)熱片材期間或之前通過蒸餾或減壓抽吸除去聚烯烴彈性體中所含的揮發(fā)性組分，包括殘余溶劑和未反應(yīng)的殘余材料。從導(dǎo)熱片材上產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)氣體的量不超過每單位表面積1000μg/cm2。從導(dǎo)熱片材上產(chǎn)生的揮發(fā)性腐蝕氣體的量不超過每單位表面積10μg/cm2。導(dǎo)熱片材具有0.5到20W/m·K的熱導(dǎo)率以及撓性。
圖2是本發(fā)明實(shí)施方案的每單位的導(dǎo)熱片材的截面圖。
從商業(yè)上可以獲得許多種聚烯烴彈性體，在本發(fā)明中可以使用通過在聚異丁烯的兩端引入烯丙基而得到的彈性體。這種基于聚合物的聚烯烴彈性體在市場上稱作“EP200A”，由Kaneka Corporation制造。
本發(fā)明的導(dǎo)熱片材可以進(jìn)一步具有吸收電磁波的特性，表現(xiàn)為在10到1000MHz的頻率范圍內(nèi)電壓衰減不低于4dB，并且優(yōu)選不低于10dB。這就可能有效地抑制某些放熱電子元件剝離出的有害電磁波。吸收電磁波的特性可以通過包含至少一種選自以下組中的磁性金屬粉末提供鐵酸鹽粉、鎳粉、羰基鐵粉、鋁粉、銀粉和無定形合金粉。優(yōu)選100重量份的聚烯烴彈性體與100到2000重量份的磁性金屬粉混合。
在本說明書中，“100重量份聚烯烴彈性體”僅用來作為測定其他復(fù)合物的參比重量。
優(yōu)選地，導(dǎo)熱片材具有彈性，并且當(dāng)在ASTM D2240標(biāo)準(zhǔn)下用Type A硬度計(jì)測量時(shí)，硬度為5到95，或者在SRIS 0101標(biāo)準(zhǔn)下用Asker C硬度計(jì)測量時(shí)，硬度不高于95。
與聚烯烴彈性體混合的導(dǎo)熱填料可選自以下組中金屬氧化物、金屬氮化物和金屬碳化物。優(yōu)選地，填料的純度與聚烯烴彈性體的組分一樣高。金屬氧化物對填料是特別適合的。
優(yōu)選地，導(dǎo)熱填料選自以下組中氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氧化鉀、氮化鋁、氮化硼、氮化硅、碳化硅和碳化硼。導(dǎo)熱填料的量優(yōu)選相對于100重量份的聚烯烴彈性體為50到3000重量份，并且更優(yōu)選地含400到2200重量份。
金屬粉、鐵酸鹽粉等可以用于提供電磁波屏蔽作用，并且可以根據(jù)應(yīng)該阻斷的電磁波頻率來適當(dāng)?shù)剡x擇。填料的類型不限于一種，可以加入一種以上的填料。
附在手上的汗或油性物質(zhì)可能會(huì)引起漏氣。因此，應(yīng)該小心不要直接用手觸摸導(dǎo)熱片材。優(yōu)選地，導(dǎo)熱片材具有能直接用手把握的接頭。
更優(yōu)選地是導(dǎo)熱片材能以其自身的粘附力而臨時(shí)粘貼在想要的位置，然后剝離剝離膜。
聚烯烴彈性體優(yōu)選地是無溶劑和液體的。在許多情況下，液體聚烯烴彈性體在石油溶劑中制造，使得最終的產(chǎn)品中總是包含殘余的溶劑。
不僅是殘余的溶劑，而且低分子量的未反應(yīng)殘余材料也會(huì)引起漏氣。
因此，優(yōu)選地殘余溶劑和殘余材料應(yīng)該通過蒸餾或減壓抽吸來除去。
有機(jī)氣體優(yōu)選地以這樣的方式來測量加熱測試樣品產(chǎn)生的氣體由氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)來定量且定性地評估。腐蝕性氣體優(yōu)選地以以下方式測量超純水提取的液體用離子色譜定量且定性地評估。
聚烯烴彈性體在本發(fā)明中使用時(shí)應(yīng)該被固化。因此，優(yōu)選聚烯烴彈性體在末端等處包含用于固化的官能團(tuán)。官能團(tuán)可以是乙烯基、羥基等，并且交聯(lián)劑包含能與這些官能團(tuán)反應(yīng)的官能團(tuán)。
可以加入增塑劑來降低化合物的粘度。作為主體材料，聚烯烴彈性體應(yīng)該適合于增塑劑。能與聚烯烴彈性體(主體材料)反應(yīng)以在其間建立化學(xué)鍵的材料可以更優(yōu)選地用作增塑劑。但是，也可以使用不與聚烯烴彈性體反應(yīng)的增塑劑。優(yōu)選地，增塑劑應(yīng)盡可能地減少已經(jīng)用于制造增塑劑的溶劑或者已經(jīng)用于形成欲得聚合物的材料。
金屬氧化物對于待添加填料是適合的。金屬氧化物的典型實(shí)施例包括氧化鋁、氧化鎂和氧化鋅，而且可以使用它們中的任何一種。另外，這些材料也可以組合使用。
填料可以被進(jìn)行表面處理，如使用硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸鹽偶聯(lián)劑或者鋁偶聯(lián)劑。但是在此情況下，偶聯(lián)劑應(yīng)該用溶劑等洗滌，因?yàn)槲捶磻?yīng)的偶聯(lián)劑會(huì)引起漏氣。
可以使用公知的阻燃劑，并且最適合的材料是由氫氧化鎂或氫氧化鋁代表的金屬氫氧化物。阻燃一般通過產(chǎn)生阻斷氧氣的不可燃?xì)怏w來實(shí)現(xiàn)。但是，不應(yīng)該使用這類阻燃劑，因?yàn)闀?huì)造成漏氣或產(chǎn)生腐蝕性氣體。
可以使用公知的抗氧化劑，并且最適合的材料是受阻酚。受阻酚很容易被添加的填料分解，并且產(chǎn)生漏氣或腐蝕性氣體。因此，添加填料應(yīng)該足夠少，從而達(dá)成抗氧化的作用。
可以使用導(dǎo)電橡膠來抑制靜電。添加的填料可以包含導(dǎo)電材料，并且碳或石墨是適合的。
優(yōu)選剝離薄膜用氟化合物涂布。但是，不應(yīng)該使用常規(guī)的硅氧烷化合物，因?yàn)樵谶@些硅氧烷化合物中所含的低分子量硅氧烷會(huì)造成漏氣。也不應(yīng)該使用用氟硅氧烷(phlorosilicone)化合物涂布的薄膜。
優(yōu)選地導(dǎo)熱片材在無溶劑的情況下加工。這是因?yàn)槿軇?huì)引起漏氣。
加工方法的實(shí)例包括壓延、壓模及擠出成形，以及可以使用它們中的任何一種。
產(chǎn)品的模塑、切割和包裝優(yōu)選地在潔凈的房間中進(jìn)行，從而防止灰塵的附著。
蒸餾一般由減壓加熱來進(jìn)行。優(yōu)選地，蒸餾在蒸餾材料形成薄膜時(shí)進(jìn)行。用于這種方法的裝置從商業(yè)上可以得到。
優(yōu)選地，本發(fā)明的導(dǎo)熱片材被配置在基底薄膜和覆蓋薄膜之間，并且基底薄膜和覆蓋薄膜具有可剝離性，使基底薄膜的可剝離性高于覆蓋薄膜的可剝離性。此外，優(yōu)選地覆蓋薄膜具有刻痕，以至于導(dǎo)熱片材能夠剝離每個(gè)單元，并且覆蓋薄膜的面積大于導(dǎo)熱片材的每單位面積。在這種配置下，工人們可以很容易地將導(dǎo)熱片材粘貼在電子元件等上，而不用直接接觸它。


圖1A是本發(fā)明實(shí)施方案導(dǎo)熱片材的平面圖。如圖1A所示，導(dǎo)熱片材1被粘貼到基底薄膜2上，以至于它們能被每片材地剝離。圖1B是圖1A的截面圖。如圖1B所示，帶有刻痕4的覆蓋薄膜3被配置在導(dǎo)熱片材1上?；妆∧?和覆蓋薄膜3具有可剝離性，使基底薄膜2的可剝離性高于覆蓋薄膜3的可剝離性。覆蓋薄膜3的面積大于導(dǎo)熱片材1的每單位面積。
圖2是每單位導(dǎo)熱片材1的截面圖。除去覆蓋薄膜3后，導(dǎo)熱片材1從基底薄膜2上剝離，并且粘貼到覆蓋薄膜3上。因?yàn)楦采w薄膜3大于導(dǎo)熱片材1，所以工人們可把持覆蓋薄膜3的端部，并且將導(dǎo)熱片材1粘貼到想要粘貼的電子元件的位置上。
基于本發(fā)明導(dǎo)熱片材的聚烯烴彈性體能夠?qū)⒚繂挝槐砻娣e產(chǎn)生的有機(jī)氣體量降低到1000μg/cm2或更低，并且將每單位表面積產(chǎn)生的腐蝕性氣體的量降低到10μg/cm2或更低。另外，它實(shí)現(xiàn)了0.5到20W/m·K的熱導(dǎo)率。每單位表面積產(chǎn)生的有機(jī)氣體量優(yōu)選為1-1000μg/cm2。
基于聚合物的聚烯烴彈性體(Kaneka Corporation制造的“EP200A”)是在不純物除去對照的情況下制造的，并且可以用于制造本發(fā)明的產(chǎn)物而不用減壓抽吸(實(shí)施例1到3)。實(shí)施例4和5的產(chǎn)物可以通過進(jìn)一步降低有機(jī)氣體和腐蝕性氣體的產(chǎn)生而改善。
向100重量份基于聚合物的聚烯烴彈性體(Kaneka Corporation制造的“EP200A”)中加入300重量份的氧化鋁(Showa Denko制造的“AL30”，平均粒徑為2μm)、100重量份的氫氧化鋁(Showa Denko制造的“H321”)、4重量份的交聯(lián)劑(Kaneka Corporation制造的“CR-100”)、2重量份的鐵黑(平均粒徑為2μm)、25μl的固化劑、25μl的阻聚劑和抗氧化劑(Sumitono Chemical Co.，Ltd.制造的“Sumilizer BP-101”)。該混合物被捏和為復(fù)合物。
該復(fù)合物被夾于薄膜之間，每片薄膜用氟涂布以獲得可剝離性，然后在100℃壓模30分鐘，得到0.5mm厚的片材。由Type A硬度計(jì)測量的片材硬度為10。
該復(fù)合物被夾于薄膜之間，每片薄膜用氟涂布以獲得可剝離性，然后在100℃壓模30分鐘，得到0.5mm厚的片材。由Type A硬度計(jì)測量的片材硬度為15。
該復(fù)合物被夾于薄膜之間，每片薄膜用氟涂布以獲得可剝離性，然后在100℃壓模30分鐘，得到0.5mm厚的片材。由Type A硬度計(jì)測量的片材硬度為40。比較例1向100重量份聚氨酯樹脂(Nihon Gosei Co.Ltd.制造的“U-217A/B”，每種含50重量份)中加入300重量份的氧化鋁(ShowaDenko制造的“AL30”)、100重量份的氫氧化鋁(Showa Denko制造的“H321”)、2重量份的鐵黑和抗氧化劑(Sumitono Chemical Co.Ltd.制造的“Sumilizer BP-101”)。該混合物被捏和為復(fù)合物。
該復(fù)合物被夾于薄膜之間，每片薄膜用氟涂布以獲得可剝離性，然后在70℃壓模10分鐘，得到0.5mm厚的片材。由Type A硬度計(jì)測量的片材硬度為20。比較例2向100重量份聚氨酯樹脂(Nihon Gosei Co.Ltd.制造的“U-217A/B”，每種含50重量份)中加入300重量份的氧化鎂(KyowaChemical Co.Ltd.制造的“PYROKISUMA 5301K”)、100重量份的氫氧化鋁(Showa Denko制造的“H321”)、2重量份的鐵黑和抗氧化劑(Sumitono Chemical Co.Ltd.制造的“Sumilizer BP-101”)。該混合物被捏和為復(fù)合物。
該復(fù)合物被夾于薄膜之間，每片薄膜用氟涂布以獲得可剝離性，然后在70℃壓模10分鐘，得到0.5mm厚的片材。由Type A硬度計(jì)測量的片材硬度為25。比較例3向100重量份硅氧烷凝膠(Toray Dow Corning Silicone Co.Ltd.制造的“SE1885”)中加入300重量份的氧化鋁(Showa Denko制造的“AL30”)、100重量份的氫氧化鋁(Showa Denko制造的“H321”)和2重量份的鐵黑。該混合物被捏和為復(fù)合物。
該復(fù)合物被夾于薄膜之間，每片薄膜用氟涂布以獲得可剝離性，然后在100℃壓模10分鐘，得到0.5mm厚的片材。由Type A硬度計(jì)測量的片材硬度不超過5。
表1表示了實(shí)施例1至3和比較例1至3中每種片材的單位表面積剝離的有機(jī)氣體和腐蝕性氣體量、熱性能和電磁波特性。電磁波特性由介電常數(shù)來評價(jià)。腐蝕性氣體包括無機(jī)和有機(jī)物質(zhì)。無機(jī)物質(zhì)以負(fù)離子來定量，而有機(jī)物質(zhì)由它們自身來定量。
表1

注硅氧烷中的D表示聚合度表1(續(xù))

注硅氧烷中的D表示聚合度從表1中可以看出，有機(jī)氣體和腐蝕性氣體的產(chǎn)生在使用聚烯烴彈性體的導(dǎo)熱片材中降低了。
另外，還進(jìn)行了下面的實(shí)驗(yàn)。實(shí)施例4基于聚合物的聚烯烴彈性體(Kaneka Corporation制造的“EP200A”)在減壓為0.4mmHg的壓力下于80℃抽吸24小時(shí)。向100重量份基于聚合物的聚烯烴彈性體中加入300重量份的氧化鋁(Showa Denko制造的“AL30”)、100重量份的氫氧化鋁(Showa Denko制造的“H321”)、4重量份的交聯(lián)劑(Kaneka Corporation制造的“CR-100”)、2重量份的鐵黑、25μl的固化劑、25μl的阻聚劑和抗氧化劑(Sumitono Chemical Co.Ltd.制造的“Sumilizer BP-101”)。該混合物被捏和為復(fù)合物。
該復(fù)合物被夾于薄膜之間，每片薄膜用氟涂布以獲得可剝離性，然后在100℃模制30分鐘，得到0.5mm厚的片材。由Type A硬度計(jì)測量的片材硬度為10。
在該實(shí)施例中，在70℃的熱水中攪拌5小時(shí)后加入洗過的氧化鋁，然后在振蕩干燥裝置中于110℃干燥2小時(shí)。由Type A硬度計(jì)測量的片材硬度為10。
表2表示了實(shí)施例4和5中每種片材的單位表面積剝離有機(jī)氣體和腐蝕性氣體量、熱性能和電磁波特性。電磁波特性由介電常數(shù)來評價(jià)。腐蝕性氣體包括無機(jī)和有機(jī)物質(zhì)。無機(jī)物質(zhì)以負(fù)離子來定量，而有機(jī)物質(zhì)由它們自身來定量。
表2

注硅氧烷中的D表示聚合度從表2中可以看出，通過洗滌所加的填料(填料在實(shí)施例4中洗滌，但是在實(shí)施例1中沒有洗滌)，降低了腐蝕性氣體的產(chǎn)生。通過在減壓下加熱聚烯烴彈性體降低了有機(jī)氣體的產(chǎn)生。實(shí)施例6以下面的方式加工實(shí)施例1中產(chǎn)生的片材。使用Thomason沖床切割片材至想要的尺寸，并且在其另一邊保留薄膜。除去毛邊后，向片材的切口中插入刀刃以切去殘留的膜。然后，制備50μm厚的另一薄膜。該薄膜的可剝離性低于片材中所提供的薄膜。帶有較低可剝離性的薄膜被粘貼到片材的粘貼面，并且拉伸，從而使導(dǎo)熱片材與較高可剝離性的薄膜脫離。隨后，將片材放于一剝離板上，得到帶有可用作把持片材拉片的薄膜的片材。使用時(shí)，通過拉薄膜(拉片)就可以從剝離板上分開導(dǎo)熱片材，并且在剝離薄膜后粘貼到想要的物體上。按這種方式使用片材，不需要接觸彈性體復(fù)合物。
切割過程并不限于上述方法，可以使用任何方法來切割，只要使導(dǎo)熱片材帶有拉片等，并且在應(yīng)用時(shí)不需要接觸彈性體復(fù)合物就行。
本發(fā)明可以通過其它不背離本發(fā)明精神或本質(zhì)特性的形式來實(shí)現(xiàn)。本申請中公開的實(shí)施方案在所有方面都被認(rèn)為是示例性的而并沒有受到限制。本發(fā)明的范圍由附加的權(quán)利要求而不是由前面的描述來表明，而且在權(quán)利要求的意義和等價(jià)范圍內(nèi)的所有改變都被包括在其中。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)熱片材，其包括與導(dǎo)熱填料混合的聚烯烴彈性體，其中從該導(dǎo)熱片材上產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)氣體的量不超過每單位表面積1000μg/cm2。從該導(dǎo)熱片材上產(chǎn)生的揮發(fā)性腐蝕氣體的量不超過每單位表面積10μg/cm2，并且該導(dǎo)熱片材具有0.5到20W/m·K的熱導(dǎo)率。
2.如權(quán)利要求1的導(dǎo)熱片材，其中所述聚烯烴彈性體為通過在聚異丁烯兩端引入烯丙基而得到的聚合物。
3.如權(quán)利要求1的導(dǎo)熱片材，其還具有電磁波吸收特性，表現(xiàn)為在10至1000MHz的頻率范圍內(nèi)電壓衰減不低于4dB。
4.如權(quán)利要求3的導(dǎo)熱片材，其中所述電磁波吸收特性可以通過包含至少一種選自以下組中的磁性金屬粉提供鐵酸鹽粉、鎳粉、羰基鐵粉、鋁粉、鐵粉、銀粉和無定形合金粉。
5.如權(quán)利要求4的導(dǎo)熱片材，其中100重量份的聚烯烴彈性體與100至2000重量份的磁性金屬粉混合。
6.如權(quán)利要求1的導(dǎo)熱片材，其中所述導(dǎo)熱片材具有撓性，并且在ASTM D2240標(biāo)準(zhǔn)下用Type A硬度計(jì)測量的硬度為5至95。
7.如權(quán)利要求1的導(dǎo)熱片材，其中所述聚烯烴彈性體與至少一種選自以下組中的導(dǎo)熱填料混合金屬氧化物、金屬氮化物及金屬碳化物。
8.如權(quán)利要求7的導(dǎo)熱片材，其中所述導(dǎo)熱填料至少為一種選自以下組中的物質(zhì)氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氧化鉀、氮化鋁、氮化硼、氮化硅、碳化硅及碳化硼。
9.如權(quán)利要求1的導(dǎo)熱片材，其中100重量份的聚烯烴彈性體與50至3000重量份的導(dǎo)熱填料混合。
10.如權(quán)利要求9的導(dǎo)熱片材，其中100重量份的聚烯烴彈性體與400至2200重量份的導(dǎo)熱填料混合。
11.如權(quán)利要求1的導(dǎo)熱片材，其中所述導(dǎo)熱片材被配置在基底薄膜與覆蓋薄膜之間，并且該基底薄膜和該覆蓋薄膜具有可剝離性，使基底薄膜的可剝離性高于覆蓋薄膜的可剝離性。
12.如權(quán)利要求11的導(dǎo)熱片材，其中所述覆蓋薄膜具有刻痕，使得導(dǎo)熱片材被每個(gè)單位地剝離，并且該覆蓋薄膜的面積大于每單位導(dǎo)熱片材的面積。
13.如權(quán)利要求11的導(dǎo)熱片材，其中由所述導(dǎo)熱片材產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)氣體的量為每單位表面積1-1000μg/cm2。
14.一種制造包括與導(dǎo)熱填料混合的聚烯烴彈性體的導(dǎo)熱片材的方法，該方法包括將聚烯烴彈性體與導(dǎo)熱填料混合；在制造導(dǎo)熱片材期間或之前通過蒸餾或減壓抽吸除去聚烯烴彈性體中所含的揮發(fā)性組分，包括殘余溶劑和未反應(yīng)的殘余材料；其中從導(dǎo)熱片材上產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)氣體的量為每單位表面積不超過1000μg/cm2，從導(dǎo)熱片材上產(chǎn)生的揮發(fā)性腐蝕氣體的量不超過每單位表面積10μg/cm2，并且該導(dǎo)熱片材具有0.5到20W/m·K的熱導(dǎo)率。
15.如權(quán)利要求14的方法，其中所述聚烯烴彈性體包括聚異丁烯。
16.如權(quán)利要求14的方法，其中所述聚烯烴彈性體與至少一種選自以下組中的磁性金屬粉混合鐵酸鹽粉、鎳粉、羰基鐵粉、鋁粉、鐵粉、銀粉及無定形合金粉，以便提供電磁波吸收特性。
17.如權(quán)利要求14的方法，其中100重量份的聚烯烴彈性體與100至2000重量份的磁性金屬粉混合。
18.如權(quán)利要求14的方法，其中所述聚烯烴彈性體與至少一種選自以下組中的導(dǎo)熱填料混合金屬氧化物、金屬氮化物及金屬碳化物。
19.如權(quán)利要求18的方法，其中所述導(dǎo)熱填料為至少一種選自于以下組中的物質(zhì)氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氧化鉀、氮化鋁、氮化硼、氮化硅、碳化硅及碳化硼。
20.如權(quán)利要求14的方法，其中100重量份的聚烯烴彈性體與50至3000重量份的導(dǎo)熱填料混合。
21.如權(quán)利要求20的方法，其中100重量份的聚烯烴彈性體與400至2200重量份的導(dǎo)熱填料混合。
22.如權(quán)利要求14的方法，其中由所述導(dǎo)熱片材產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)氣體的量為每單位表面積1-1000μg/cm2。
全文摘要
導(dǎo)熱片材包含與導(dǎo)熱填料混合的聚烯烴彈性體。從導(dǎo)熱片材上產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)氣體的量不超過每單位表面積1000μg/cm
文檔編號(hào)H01L23/373GK1467833SQ0313729
公開日2004年1月14日 申請日期2003年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月6日
發(fā)明者山田俊介, 舟橋一, 鹽見淳三, 三 申請人:富士高分子工業(yè)株式會(huì)社