电磁波抑制和散热用合成物及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及电磁波抑制和散热用合成物及其制造方法。更具体地说,本发明涉及不但能抑制从例如电器内发出的电磁波而且还能有效地实现散热的电磁波抑制和散热用合成物及其制造方法。
背景技术
迄今开发出了具有各种用途的电器,近年来,这些电器的尺寸趋于变小。然而,即使电器变小了,仍需应对各种用途,因此电器所使用的电能(发热值)并未改变多少。因此,近年来,电器内的散热测量倍受关注。
作为电器内的散热措施(热措施),广泛使用了多种散热构件,例如散热板、导热管、或散热器等,它们均由例如铜、铝等热传导系数高的金属材料制成。这种热传导性优异的散热构件通常设置在电器内的发热部(高温区域),或者在电器内设置成使发热部(高温区域)与低温区域彼此联接。在该情况下,散热构件与发热部等通过热传导性高的填充物(例如散热片等)彼此相连接。迄今,均是以这样的方法来实现电器内的散热或温度缓和。
然而,由于这种散热构件是由金属材料形成的,所以作为副作用存在这样的问题,即电器内的电信号的谐波分量传播穿过散热构件,从而从散热构件辐射出不必要的电磁波。图9示出了这样的情况。
如图9所示,当发热部1与例如散热器等金属制散热构件4之间设置有散热片(热传导片)3时,发热部1生成的热量6通过散热片3转移到散热构件4中并辐射出去。然而,电器内的发热部(高温区域)1主要是由电流密度高的半导体元件(半导体封装)等构造的。也就是说,电流密度高的发热部1是可能引起不必要的电磁波辐射的电场强度或磁场强度大的区域。因此,当散热构件4设置在发热部1附近时,从发热部1发出的磁场2与散热构件4彼此耦合,从而在散热构件4中生成电动势,并生成谐波噪音分量5。因此,不但热量6而且电信号的谐波噪音分量5均传播到散热构件4中。也就是说,散热构件4变成了谐波噪音分量5的转移途径。这时,由于散热构件4是由金属制成的,所以会发生散热构件4起天线的作用将传播的谐波噪音分量5作为电磁波辐射向外部的现象。
为了减少这种不必要的电磁波辐射现象,迄今人们已经提出了使用电磁波抑制片或具有散热性的电磁波抑制片来代替散热片以切断发热部1与散热构件4之间的磁场耦合的技术(见例如JP-A-2006-196747、JP-A-2003-209010、JP-A-2003-332113和JP-A-2002-371138)。
在JP-A-2006-196747、JP-A-2003-209010和JP-A-2003-332113中提出了电磁波抑制片。这种电磁波抑制片由例如树脂或橡胶等片状基体和填充于该基体内部的例如铁素体等导磁率高的磁性微粒构成。在该电磁波抑制片中,通过这种磁性微粒将例如发热部所生成的磁场吸收,从而抑制不必要的电磁波辐射。
此外,在JP-A-2002-371138中提出了具有散热性的电磁波抑制片(以下称为“电磁波抑制散热片”)。通常,电磁波抑制散热片是通过将例如氧化铝或氮化铝等热传导系数高的散热用粉末和例如铁素体等导磁率高的磁性粉末与例如硅基或丙烯酸聚合物材料(例如树脂或橡胶)混合而制成的。也就是说,在电磁波抑制散热片中,通过向基体中填充散热用粉末(散热填充物)和磁性粉末(磁性填充物),能够以单块片来实现散热作用与电磁波抑制作用(磁场的解耦作用)的兼容。
图10示出了在将上述电磁波抑制散热片设置于发热部1与散热构件4之间的情况下热量和谐波噪音信号的传播情况。在该情况下,发热部1所生成的磁场2被电磁波抑制散热片7吸收,并且散热构件4中生成的谐波噪音分量5也减少了。
电磁波抑制散热片的散热效果和电磁波抑制效果不但受能够给予各种效果的材料(以下称为“目标材料”)的物理性质,而且还受包含在基体中的目标材料的填充量的大幅影响。通常,当目标材料的填充量增多时,目标材料所获得的效果变大。
然而,实际上,在制备电磁波抑制散热片时,存在以下问题,即如果只是单纯地向由例如树脂或橡胶等组成的基体中混入任意的散热用粉末和/或任意的磁性粉末(目标粉末),则目标填充量有限。下面具体描述该问题。
在目前可通过购买等途径获得的散热片中,球形散热用粉末或破碎的散热用粉末等被用作与基体混合的散热用粉末(热传导性粉末)。此外,在目前可通过购买等途径获得的电磁波抑制片中,例如扁平状的磁性粉末(见例如JP-A-2003-209010和JP-A-2003-332113)或破碎的磁性粉末等被用作磁性粉末。这里,考虑将这些目标粉末与由例如树脂或橡胶等组成的基体混合来制备电磁波抑制散热片情况。
例如,在将球形散热用粉末和扁平磁性粉末与基体混合的情况下,这些目标粉末的形状彼此不同。因此,难以通过只将基体与目标粉末捏合的简单混合工艺来实现这些目标材料在片中的最密实填充。此外,在将破碎的散热用粉末和破碎的磁性粉末与基体混合的情况下,由于这些破碎的目标粉末具有多种多样的凹凸形状,所以难以实现这些目标材料在片中的最密实填充。因为这些原因,所以在只是通过将散热用粉末和磁性粉末与基体简单捏合的简单混合工艺来制备电磁波抑制散热片的情况下,能够填充在片中的热传导性材料和磁性材料的量均有限。此外,即使在只向基体中填充磁性粉末的情况下,由于粉末具有多种多样的形状,所以也会发生同样的问题。
【发明内容】
因此,希望提供一种电磁波抑制和散热用合成物,其通过向基体中填充更大量的目标材料而在电磁波抑制效果和散热效果两方面均具有优异的特性。
根据本发明一实施例的电磁波抑制和散热用合成物由基体和磁性微粒构成,所述基体由高分子材料或低分子材料组成,所述磁性微粒通过将具有关系{振实密度/密度}≥0.58的磁性粉末与所述基体混合而填充在所述基体中。
根据本发明一实施例的电磁波抑制和散热用合成物的制造方法由以下步骤来进行。首先,制备具有关系{振实密度/密度}≥0.58的磁性粉末。然后将所述磁性粉末与由高分子材料或低分子材料组成的基体混合。
如上所述,在根据本发明的实施例中,具有关系{振实密度/密度}≥0.58的磁性粉末与基体混合,从而制成电磁波抑制和散热用合成物。因此,与现有技术相比,能够向基体中填充更大量的磁性微粒。
本说明书中所称的“电磁波抑制和散热用合成物”不但包括基体中填充有磁性微粒和热传导性微粒的合成物,而且还包括基体中只填充有磁性微粒的合成物。这是因为,如后所述,即使在只向基体中填充磁性微粒的情况下,与例如现有技术的电磁波抑制片等相比,在根据本发明的实施例中散热效果得到了增强。
此外,在本说明书中,与基体混合前的磁性材料称为“磁性粉末”,而与基体混合后的磁性材料称为“磁性微粒”。相似地,与基体混合前的散热促进用热传导性材料称为“热传导性粉末(散热用粉末)”,而与基体混合后的热传导性材料称为“热传导性微粒(散热用微粒)”。
根据本发明的实施例,与现有技术相比,能够向基体内填充更大量的磁性微粒,所以能够提供在散热效果和电磁波抑制效果两方面均表现优异的电磁波抑制和散热用合成物。
【附图说明】
图1是本发明的实例1的电磁波抑制散热片的概略构成图;
图2是实例1的电磁波抑制散热片的制备过程的流程图;
图3是实例1的电磁波抑制散热片使用的基体中所含的聚烷基链烯基硅氧烷的化学式;
图4是实例1的电磁波抑制散热片使用的基体中所含的聚烷基氢硅氧烷的化学式;
图5是实例1和比较例的电磁波抑制散热片中磁性粉末的{振实密度/密度}比与磁性微粒的最大填充量之间的关系图;
图6是片中目标微粒的填充量与整个片的热传导系数之间的关系图;
图7是实例1和比较例的电磁波抑制散热片中磁性微粒的最大填充量与电磁波抑制和散热效果之间的关系图;
图8是实例1和2的电磁波抑制散热片以及可购买的电磁波抑制散热片中复数相对导磁率的虚部与热传导系数之间的关系图;
图9示出了在发热部与散热构件之间设置散热片的情况下热量和噪音的转移情况;
图10示出了在发热部与散热构件之间设置电磁波抑制散热片的情况下热量和噪音的转移情况。
【具体实施方式】
下面将以下列顺序来描述本发明实施例的电磁波抑制和散热用合成物及其制造方法。但是,不能理解为本发明仅局限于此。
1、电磁波抑制和散热用合成物的基本构成例
2、实例1:含有磁性微粒的电磁波抑制散热片
3、实例2:含有磁性微粒和热传导性微粒的电磁波抑制散热片
<1、电磁波抑制和散热用合成物的基本构成例>
本发明一实施例的电磁波抑制和散热用合成物是通过将由高分子材料或低分子材料组成的基体与具有关系{振实密度(tap density)/密度}≥0.58的磁性粉末混合而制成的。这里,首先描述磁性粉末的参数{振实密度/密度}。
[磁性粉末的{振实密度/密度}]
根据本发明的实施例,在电磁波抑制和散热用合成物中,为了通过增加磁性微粒的填充量来提高包括散热效果和电磁波抑制效果在内的效果,应该注意与基体混合的磁性粉末的粉末形状。例如,在通过揉捏基体和磁性粉末的简单混合工艺中,为了增加磁性微粒的填充量,优选使磁性粉末的形状更靠近球形。然而,实际上,很难测量磁性粉末中各粉末的形状。此外,在与电磁波抑制和散热用合成物有关的领域中,迄今为止还未讨论过磁性粉末的球度(球形程度)或球形的最佳程度。
于是,在根据本发明的实施例中,使用磁性粉末的{振实密度/密度}的比值作为表达磁性粉末的球形程度的参数。振实密度是在例如将粉末填充到某一容器中并振动容器或敲打容器后的粉末密度。因此,随着粉末形状变得更靠近球形,填充到容器中的粉末的填充量增加,并且振实密度增大。也就是说,粉末的球形程度越大,粉末的{振实密度/密度}比就越大。
本发明人通过对磁性粉末的{振实密度/密度}比进行多种改变来制备电磁波抑制散热片,并研究了各个片的热传导率以及电磁波抑制和散热特性。其详情将在后述的实例1和2中描述。作为结果,可知通过将磁性粉末的{振实密度/密度}比调控为大于等于0.58,能得到散热效果和电磁波抑制效果均优异的特性。也就是说,在根据本发明的实施例中,通过将与基体混合的磁性粉末的{振实密度/密度}比调控为0.58或更大,能解决上述热问题和EMC(电磁兼容性)问题两者。
此外,根据本发明实施例的制备电磁波抑制和散热用合成物的方法是简单的技术,因为只是将具有{振实密度/密度}≥0.58这个关系的磁性粉末与基体混合。此外,粉末的准备也比较容易,因为只需在制备粉末时指定磁性粉末的{振实密度/密度}比就足够了。因此,在根据本发明的实施例中,能够通过比较简单的方法来制备在散热作用和电磁波抑制作用两方面均表现优异的电磁波抑制和散热用合成物。
磁性粉末的参数{振实密度/密度}的上限值理论上为1。然而,例如,考虑到现在的粉末制造技术等,在现有条件下,{振实密度/密度}比的上限值约为0.8~0.9。
在根据本发明的实施例的电磁波抑制和散热用合成物中,与基体混合的粉末可只为磁性粉末(见后述实例1)。即使在只有磁性粉末与基体混合的情况下,在根据本发明的实施例中,当满足关系{振实密度/密度}≥0.58时,能向基体中填充较大量的磁性微粒。因此,与只含有磁性微粒的现有技术电磁波抑制片相比,散热效果得到了增强。
此外,在根据本发明的实施例中,为了进一步增加电磁波抑制和散热用合成物的热传导率系数,可将用于促进散热的热传导性粉末(散热用粉末)与磁性粉末一起与基体混合(见后述实例2)。此时,优选使用满足关系{振实密度/密度}≥0.58的热传导性粉末。通过将热传导性粉末与基体混合以满足该关系,能够增加热传导性微粒的填充量,并且能够进一步增强电磁波抑制和散热用合成物的散热效果。
[电磁波抑制和散热用合成物的构成材料]
作为根据本发明的实施例的电磁波抑制和散热用合成物的基体,例如可使用硅基、丙烯酸基或环氧基高分子材料或低分子材料(例如树脂、橡胶等)。
此外,作为根据本发明的实施例的电磁波抑制和散热用合成物的磁性粉末,可使用任意材料,只有这些材料具有大的磁特性(导磁特性)并且能够满足关系{振实密度/密度}≥0.58。具体说,例如,可使用添加有硼(B)或碳(C)的磁性金属非晶态粉末、结晶的金属粉末、金属合金粉末、铁素体粉末等作为磁性粉末。
作为磁性金属非晶态粉末,例如,可使用Fe-Si-B基、Fe-Si-B-C基或Co-Si-B基粉末。
作为结晶金属粉末,例如,可使用Fe基、Co基或Ni基粉末。此外,作为金属合金粉末,例如,可使用Fe-Ni基、Fe-Co基、Fe-Al基、Fe-Si基或Fe-Si-Al基粉末。这些粉末可单独使用,也可组合使用。
此外,作为铁素体粉末,例如,可使用诸如Mn-Zn基铁素体、Ni-Zn基铁素体、Cu-Zn基铁素体、Cu-Mg-Zn基铁素体、Mn-Mg-Al基铁素体、YIG基铁素体或Ba基铁素体等铁基氧化物的粉末。然而,不能认为能够用于本发明的磁性粉末仅仅局限于上述材料。
此外,在进一步混合散热用粉末(热传导性粉末)的情况下,例如,可使用诸如氧化铝、氮化硼、氮化硅、氮化铝或碳化硅等高热传导性陶瓷的粉末作为散热用粉末。此外,还可使用例如铜、铝等的金属粉末,以及例如铜、铝等金属粉末的涂覆有绝缘材料的粉末等作为散热用粉末。这些粉末可单独使用,也可组合使用。此外,优选使用热传导系数大于等于10W/mK的材料作为散热用粉末。然而,不能认为能够用于本发明的散热用粉末仅仅局限于上述材料。
[电磁波抑制和散热用合成物的使用形式]
作为电磁波抑制和散热用合成物的使用形式,可使用膏状、凝胶状等形式。此外,电磁波抑制和散热用合成物还可形成为模制品(molded article),例如片体等。这些形态能通过根据电磁波抑制和散热用合成物的用途适当地选择基体的材料来实现。
在电磁波抑制和散热用合成物的使用形式为膏状的情况下,电磁波抑制和散热用合成物能通过注入固体构件之间,例如电器的半导体封装与散热构件(例如散热板等)之间,而得以使用。在该情况下,电磁波抑制和散热用合成物也可用作例如倒装芯片(flip chip)等的密封材料。
此外,在电磁波抑制和散热用合成物的使用形式为凝胶状的情况下,电磁波抑制和散热用合成物可应用于例如电器内需要减震性的区域。
此外,在电磁波抑制和散热用合成物的使用形式为模制品的情况下,电磁波抑制和散热用合成物可在被加工成任意形状的状态下使用。例如,在电磁波抑制和散热用合成物被模制为片状的情况下,片可在直接贴附至半导体封装或基材等的情况下使用。在本发明的电磁波抑制和散热用合成物构造为片状的情况下,还能获得以下效果。
如上所述,例如,在目前可购买到的电磁波抑制散热片中,可将例如扁平的磁性粉末或破碎的磁性粉末等用作与基体混合的磁性粉末。此外,可将例如球形热传导性粉末或破碎的热传导性粉末等用作热传导性粉末。因此,在将这些粉末与基体混合来制备片的情况下,当这些目标微粒的填充量大时,片的内部变成各种凹凸形状的微粒彼此紧密接触的状态,因此变得难以获得片的足够柔性。
下面详细描述上述柔性问题。现在,考虑例如将用于形成基体的树脂与扁平的磁性粉末混合来制备电磁波抑制散热片的情况。在该情况下,首先,树脂中的扁平微粒变成在片平面内对齐的状态。然后,施加一定程度的压力以挤压树脂和扁平粉末的混合物,从而使混合物形成片状。根据该制造方法,当磁性微粒(扁平微粒)的填充量大时,能获得扁平微粒沿片的面内方向布置成层状的电磁波抑制散热片,并且能增强片的磁特性(导磁率)。然而,具有这种构造的电磁波抑制散热片为树脂和磁性微粒叠覆为层状的结构,因此降低了片的柔性。此外,在具有这种层结构的电磁波抑制散热片中,热传导系数低的树脂在片的厚度方向上作为一个层而存在,因此片的厚度方向上的热阻变大。
相反,在根据本发明的实施例中,由于形状大致相同(球形形状)的磁性粉末或磁性粉末和热传导性粉末与基体混合,所以在电磁波抑制散热片内部不形成树脂和磁性微粒的层。因此,在根据本发明的实施例的电磁波抑制散热片中,与现有技术相比,能增强片的厚度方向上的柔性和热传导性。此外,在根据本发明的实施例中,由于不必像现有技术那样对磁性微粒进行对齐处理,所以能以更简单的方法制备电磁波抑制散热片。
<2、实例1>
下面描述实际制备的电磁波抑制和散热用合成物的例子(实例1)。在实例1中,如例如图10所示,制备了设置于发热部1与散热构件4之间的电磁波抑制散热片。
图1示出了实例1的电磁波抑制散热片的示意构造。电磁波抑制散热片10构造成包括片状基体11(基体),片状基体11内部填充有大致为球形的磁性微粒12。在实例1中,描述的是只有磁性微粒12填充于片状基体11中的例子。
[电磁波抑制散热片的制备方法]
参考图2来描述实例1的电磁波抑制散热片10的制备方法。图2是实例1的电磁波抑制散热片10的制备过程的流程图。
首先,将硅基树脂制备为基体(步骤S1),所述硅基树脂是聚烷基链烯基硅氧烷(polyalkylalkenylsiloxane)、聚烷基氢硅氧烷(polyalkyl hydrogensiloxane)和铂化合物(platinum compound)的混合物。这里,图3和4分别示出了聚烷基链烯基硅氧烷和聚烷基氢硅氧烷的化学式。
然后,制备具有关系{振实密度/密度}≥0.58的磁性粉末(步骤S2)。在实例1中,使用了密度(真密度)为7g/cm
3且振实密度为4.4g/cm
3,即{振实密度/密度}比约为0.63的磁性金属非晶态粉末。此外,磁性粉末的平均微粒尺寸约为10μm。
然后,使用真空搅拌器使基体与磁性粉末混合(步骤S3)。然后,将该混合材料模制为具有预定厚度的片(步骤S4)。
步骤S4的具体处理如下。首先,通过辊使基体和磁性粉末的混合材料形成为具有预定厚度的片。然后,在约100℃加热使片状混合材料硬化。对于实例1,电磁波抑制散热片10就如此得以制成。
[电磁波抑制散热片的特性评价]
(1)磁性微粒的最大填充量的评价:
在实例1中,在对磁性粉末量做多种改变的同时,根据上述制备方法制备多种电磁波抑制散热片,并检查磁性微粒的最大填充量。基体的量调控为固定量。
通过以下方式测量磁性微粒的最大填充量。首先,确认在电磁波抑制散热片的制备工艺时在真空搅拌(图2的步骤S3)后是否残留有未与基体混合的磁性粉末。或者,确认在通过辊模制片状混合材料(图2中的步骤S4)时,混合材料是否变成碎片(是否能形成为片)。然后,如果步骤S3后有磁性粉末残留,或者步骤S4后混合材料变成碎片,则判定基体和磁性粉末不能混合。然后,将能够混合(能够形成片)的最大磁性粉末量定义为磁性微粒的最大填充量。
上述测量的结果是,实例1的电磁波抑制散热片的磁性微粒的最大填充量为约70.9(体积)%。例如,考虑到使具有均匀尺寸的球体达到最密填充时理论填充率为n/(3.2
1/2)(≈0.74)这一事实,可知该实例1的电磁波抑制散热片获得了足够高的磁性微粒填充量。
这里,为了与实例1进行比较,使用能够通过购买等途径获得的三种现有磁性粉末(比较例:样品A~C)以相同于实例1的方式制备电磁波抑制散热片,并测量使用每种磁性粉末时的最大填充量。对于样品A~C的磁性粉末的{振实密度/密度}比,使用了平均微粒尺寸与实例1相同即约10μm的粉末。此外,使用了与实例1相同的基体。结果是,样品A~C的最大填充量分别为约60.2(体积)%、约63.1(体积)%和约62.2(体积)%。
实例1和比较例中所使用的各磁性粉末的密度、振实密度和{振实密度/密度}比,以及实例1和比较例中所使用的各磁性微粒的最大填充量总结于下表1中。表1中的样品D就是实例1的磁性粉末。
表1
样品 密度 [g/cm3] 振实密度 [g/cm3] 振实密度/密度 最大填充量 [体积%]
A (比较) 8.2 4.5 0.549 60.2
B (比较) 7.1 4.0 0.563 63.1
C (比较) 7.6 4.3 0.566 62.2
D (实例1) 7.0 4.3 0.629 70.9
此外,图5示出了表示上表1中的参数{振实密度/密度}与最大填充量之间的关系的特征图。图5所示特性图的横轴是{振实密度/密度}比,而纵轴是最大填充量。从上表1和图5可以看出,随着磁性粉末的{振实密度/密度}比的增加,磁性微粒的最大填充量线性增加。
(2)散热效果的评价:
下面描述磁性微粒的最大填充量与散热效果(热传导系数)之间的关系。
通常,含有热传导性材料的片的散热效果受到热传导性材料(实例1中对应于磁性微粒)的填充率的影响。根据Bruggeman表达式,片内的热传导性材料的填充量与整个片的热传导系数之间的关系表示如下:
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在上述表达式(1)中,λ代表整个片的热传导系数,λ
d代表热传导性材料的热传导系数,λ
c代表基体的热传导系数,而
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代表热传导性材料对整个片的体积分数。
这里,在将热传导性材料的热传导系数分别设定为10、30、50和70W/mK的情况下,根据上述表达式(1)计算热传导性材料的填充量
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与整个片的热传导系数λ之间的关系。将高分子材料用作形成基体的材料,其热传导系数λ
c设定为0.2W/mK。
图6示出了计算结果。图6所示特性的横轴为热传导性材料在片中的填充量
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,而纵轴为整个片的热传导系数λ。从图6可以看出,与热传导性材料的热传导系数(种类)无关,整个片的热传导系数随填充量的增加而增加,特别是在填充率大于等于约65(体积)%时,整个片的热传导系数激增。
当基于图6的计算结果评价实例1的电磁波抑制散热片的散热效果时,在实例1中,磁性微粒的最大填充量约为70.9(体积)%,超过了热传导系数开始激增的65(体积)%。因此,从图6的结果可知,实例1的电磁波抑制散热片具有优异的散热效果。
此外,考虑图6的结果,使用图5确定本发明中磁性粉末的{振实密度/密度}比的优选范围。当通过图5中的粗短划线确定散热效果开始激增时的最大填充量即约65(体积)%处的{振实密度/密度}比时,可得其值约为0.58。因此,从图5和6的评价结果可知,对于实例1的电磁波抑制散热片,当磁性微粒的{振实密度/密度}比大于等于约0.58时,片的热传导系数(散热效果)激增。
(3)电磁波抑制效果和散热效果的综合评价:
如上所述,可将上述整个片的热传导系数λ用作评价电磁波抑制散热片的散热效果的指标。另一方面,通常将片的复数相对导磁率(complexrelative magnetic permeability)μ
r(=μ
r′-jμ
r″)的虚部μ
r″用于评价电磁波抑制效果。复数相对导磁率μ
r的虚部μ
r″是与磁能损失量有关的参数。当虚部μ
r″增加时,片中的磁能损失量(吸收量)增加。也就是说,随着片的复数相对导磁率μ
r的虚部μ
r″的增加,电磁波抑制效果变大。
通常,电磁波抑制散热片的复数相对导磁率受到磁性材料在片中的填充量的影响,两者间根据Lichtenecker表达式存在例如以下关系:
log(μ
r)=v
1×log(μ
r1)+v
2×log(μ
r2)……(2)
v
1+v
2=1
在上述表达式(2)中,μ
r代表整个片的复数相对导磁率,μ
r1代表磁性材料的复数相对导磁率,μ
r2代表片状基体的复数相对导磁率,v
1代表磁性材料的体积分数,而v
2代表片状基体的体积分数。
于是,在本实例1中,参数(μ
r″×λ)用作评价电磁波抑制效果和散热效果两者(以下称为“电磁波抑制和散热效果”)的指标。在本实例1中,将频率为500MHz时的虚部μ
r″的值用作复数相对导磁率μ
r的虚部μ
r″。该频率500MHz是从例如电器内的半导体封装等发出的磁场的典型频率之一。此外,参数λ是片的热传导系数。
在实例1(样品D)的电磁波抑制散热片中,复数相对导磁率μ
r在频率为500MHz时的虚部μ
r″为6.94,而热传导系数λ为2.2(W/mK)。也就是说,在实例1的电磁波抑制散热片中,参数(μ
r″×λ)等于15.268。另一方面,比较例(样品A~C)的电磁波抑制散热片参数(μ
r″×λ)分别为11.143、13.066和9.877,均比实例1的小。
此外,图7示出了详细表示实例1(样品D)和比较例(样品A~C)的各磁性微粒的最大填充量与电磁波抑制和散热效果之间的关系的特性图。图7所示特性图的横轴为磁性微粒的最大填充量,而纵轴为表示电磁波抑制和散热效果的参数(μ
r″×λ)。从图7可知,在电磁波抑制散热片中,电磁波抑制和散热效果(μ
r″×λ)随磁性微粒的最大填充量的增加而增强。
这里,从不同于上述电磁波抑制和散热效果(参数(μ
r″×λ))的观点来看,还对电磁波抑制效果和散热效果这两种效果进行了综合评价。
实际上,在制备电磁波抑制散热片时,经常根据使用用途或使用场所等因素,在考虑应该以电磁波抑制效果和散热效果中哪一个为重点的情况下,改变磁性粉末和散热用粉末的混合比。在该情况下,两种效果之间的平衡根据混合比而变化。这里,对电磁波抑制效果与散热效果之间的平衡进行评价,在该评价中,也对本发明与现有技术相比能够获得具有优异特性的电磁波抑制散热片的情况进行描述。
图8是在实例1和2中制备的电磁波抑制散热片与目前能够通过在市场上购买等途径获得的电磁波抑制散热片(以下也称为“可购买片”)之间的特性比较图。图8涉及表示电磁波抑制散热片中电磁波抑制效果与散热效果之间的关系的特性,图8的横轴为片的复数相对导磁率在频率为500MHz时的虚部μ
r″,而纵轴为片的热传导系数λ。也就是说,图8横轴是表示电磁波抑制效果的指标,而纵轴是表示散热效果的指标。图8中的黑点示出了实例1的特性,白圆示出了后述实例2的特性,而黑色方块示出了各个可购买片的特性。然而,在图8中的可购买片的特性中,为了作为参考,还示出了不含磁性材料的散热片的特性(图8中虚部μ
r″=0的数据)。
从图8可知,在电磁波抑制散热片中,随着复数相对导磁率的虚部μ
r″(电磁波抑制效果)的增加,热传导系数λ(散热效果)降低。相反,也可得知,随着热传导系数λ(散热效果)的增加,复数相对导磁率的虚部μ
r″(电磁波抑制效果)降低。这主要是由于片中的磁性微粒填充量和散热用微粒的填充量的比例发生变化引起的。
此外,从图8还能看出,可购买片的特性存在于散热效果或电磁波抑制效果低于边界线B的区域Rc(与图8中虚线所示的边界线B相比位于左下侧的区域)中。该边界线B表示目前可购买的电磁波抑制散热片所获得的特性的上限水平,目前可购买的电磁波抑制散热片的特性存在于区域Rc中。
相反,在图8中,与边界线B相比位于右上侧的区域Rn是散热效果和/或电磁波抑制效果大于现有片的区域,而且考虑到这些效果的平衡,还是与现有技术相比能够获得高性能的特性的区域。因此,从图8可知,在综合评价电磁波抑制效果和散热效果的情况下,与现有技术相比,实例1的具有位于区域Rn内的特性的电磁波抑制散热片是高性能的电磁波抑制散热片。
<3、实例2>
在实例2中,为了进一步增强散热效果,通过不但将磁性粉末与基体混合而且还将散热用粉末与基体混合,来制备电磁波抑制散热片。在本实例2中,电磁波抑制散热片的制备方式与实例1的相同,不同之处在于还混合了散热用粉末。
在本实例2中,将平均微粒尺寸约为1μm的氮化铝粉末和平均微粒尺寸约为0.2μm的氧化铝粉末用作散热用粉末。
此外,与实例1相似,将{振实密度/密度}比约为0.63且平均微粒尺寸约为10μm的磁性粉末(磁性金属非晶态粉末)用作磁性粉末。此外,与实例1相似,将由聚烷基链烯基硅氧烷、聚烷基氢硅氧烷和铂化合物的混合物组成的硅基树脂用作基体。
在本实例2中,由于混合散热用粉末的主要目的是增加热传导系数,所以磁性微粒的填充量达不到实例1中的最大填充量。此外,在本实例2中,在研究由不同材料制成且微粒尺寸不同的三种粉末的最佳混合比的同时,制备电磁波抑制散热片。
作为结果,在本实例2中,可将三种目标微粒的填充量总和(最大填充量)调控成约为80(体积)%。更具体地说,例如,磁性微粒、氮化铝和氧化铝微粒的填充量可分别为约60(体积)%、约16(体积)%和约4(体积)%。如上所述,考虑到使具有均匀尺寸的球体达到最密填充时理论填充率为0.74这一事实,可知在本实例2的电磁波抑制散热片中目标微粒的填充量非常高。
此外,在以上述混合比混合三种粉末的情况下,片的复数相对导磁率μ
r在频率为500MHz时的虚部μ
r″为3.0,而片的热传导系数λ为4.0(W/mK)。也就是说,在本实例2中,能获得比实例1中的热传导系数大的热传导系数λ。
此外,从图8所示的表示电磁波抑制散热片中的电磁波抑制效果与散热效果之间的关系的特性可以看出,实例2的电磁波抑制散热片的特性存在于图8中的区域Rn中。因此,可知在综合评价电磁波抑制效果和散热效果的情况下,与现有技术相比,实例2的电磁波抑制散热片也是具有高性能的电磁波抑制散热片。
在上述实例1和2中,虽然描述的是使用磁性金属非晶态粉末作为磁性粉末的例子,但不应该理解为本发明仅局限于此。根据本发明人所做的验证实验,即使使用结晶的金属粉末、金属合金粉末或铁素体粉末等作为磁性粉末,在这种粉末的{振实密度/密度}比约大于等于0.58的情况下,也能得到相同结果。在该情况下,可将与上述实例1和2相同的基体用作基体。
鉴于上述情况,当本发明的电磁波抑制和散热用合成物通过将具有关系{振实密度/密度}≥0.58的磁性粉末或者将这种磁性粉末和热传导性粉末与基体混合而制成时,能获得电磁波抑制作用和散热作用均优异的特性。
此外,在根据本发明的实施例中,通过调控磁性粉末与热传导性粉末的混合比,能轻松地调控电磁波抑制作用与散热作用之间的平衡。因此,本发明的电磁波抑制和散热用合成物能应用于所有用途。
本申请包含2009年2月9日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-027744所涉及的主题,其全部内容通过引用并入本文。
本领域的技术人员应该了解的是,在权利要求或其等同方案的范围内,可根据设计要求和其它因素做出各种修改、组合、子组合和变更。