热传导性复合片材 【技术领域】
本发明涉及作为发热性电子零部件的散热用的合适的热传导性复合片材。
背景技术
近几年，消除来自发热体中的热在各个领域中都成为问题。特别在电子仪器以及个人电脑等电子设备上消除来自发热性电子零部件中的热成为了一个重要课题。这些发热性电子零部件在工作时发热，温度显著上升。伴随着温度的上升，因为由发热性电子零部件中产生的热而导致错误操作，发热性电子零部件的特性降低，也成为机器故障的一个原因。
以往针对这些发热性电子零部件的散热，多采用在发热性电子零部件安装散热器和散热模块等来传热和散热。由于发热性电子零部件和散热器或散热模块的接触面为金属间的接触或者是塑料和金属的接触，以补充接触面间的密着性为目的，在发热性电子零部件和散热器或散热模块(thermal block)间，在硅橡胶、硅油上配合了热传导性填充材料的散热片材或散热润滑脂、相变型片材在各种领域中使用(例如特开2002-329989号公报)。
发热性电子零部件的发热量近几年逐渐增大，对在硅橡胶、硅油中配合热传导性填充材料的以往的散热片材、散热润滑脂或相变型片材等正在寻求热传导性更高的物质。并且将散热片材、散热润滑脂或相变型片材等装在发热性电子零部件和散热器或散热模块之间后，由于通电产生热地原因它们相互牢固贴合，当从发热性电子零部件取出散热器或散热模块时需要很大的力气，经常发生发热性电子零部件偏离基板，或者变形或者损坏的问题。
【发明内容】
本发明的目的是为了解决上述课题，提供一种将发热性电子零部件和散热器或散热模块装好后，可以容易地从发热性电子零部件中取出散热器和散热模块，并且有效地将从发热性电子零部件中产生的热量向散热器和散热模块进行传导的热传导性复合片材。
本发明的热传导性复合片材是在具有粘合剂的树脂薄膜的粘合面上粘合固定金属箔，在其表面上将由原料聚合物中添加有热传导性填充物而成的热传导性混合物成形为薄膜状。
【附图说明】
图1是表示本发明的一个实施例的具有金属箔的热传导性混合物片材的制造方法的截面图。
图2是表示本发明的一个实施例的具有金属箔的热传导性混合物片材的使用状态的截面图。
1：具有粘合性的树脂薄膜，
2：金属箔，
3：热传导性混合物片材，
3’：热传导性混合物化合物，
4：涂布刮板，
5：CPU的面板部分，
6：热传导性粘合剂，
7：散热器，
10：热传导性复合片材。
【具体实施方式】
本发明的热传导性复合片材由于含有热传导性填充物，所以热阻值低，并且在金属箔的部分形成界面破坏，所以实际安装之后，也很容易从发热性电子零部件中取出散热器或散热模块。
在金属箔上将热传导性混合物成形为膜状时所使用的粘合固定用的具有粘合性的树脂薄膜的粘合力6gf/25mm或以下为优选。具有粘合性的树脂薄膜的粘合力如果过强，当把热传导复合片材从具有粘合性的树脂薄上膜剥离时，就会在金属箔中产生皱褶和断裂，不能干净利落地剥离。另外，具有粘合性的树脂薄膜的粘合力如果过弱，在将产品截断加工后，热传导性复合片材和具有粘合性的树脂薄膜就会成为分散的单个状态，所以进行粘合力的管理是必要的。
作为具有粘合性的树脂薄膜的基本材料的树脂薄膜的材质有聚丙烯、聚酯等，虽然可以使用市面上销售的，但考虑到耐热性，优选聚对苯二甲酸乙二酯等聚酯。
为了在树脂薄膜的表面粘合固定金属箔所涂布的粘合剂，可以使用市场上销售的丙烯酸酯系列、聚硅氧烷系列的任何一种。进一步优选的是聚硅氧烷系列。
金属箔的厚度优选为8μm～80μm，进一步优选的是10μm～40μm。金属箔的材质为铜，优选铝等比较软质的金属。金属箔在不满8μm时，在轧制加工时由于热传导性混合物在金属箔上流动时的力量使金属箔发生破裂，或在表面上出现很大的皱褶等操作性不良。另外金属箔过厚，由于对于发热性电子零部件，散热器或散热模块表面的凹凸缺乏柔软性和随动性，从而造成发热性电子零部件和散热器或散热模块的接触状态不良，热传导性能降低。
在将金属箔粘接在具有粘合性的树脂薄膜上时，一定要注意不要在树脂薄膜和金属箔之间的层间中让空气存留或者有褶皱发生而充分地进行粘合是有必要的。优选用层压法进行彼此的粘合。
作为在具有粘合性的树脂薄膜上粘合固定的金属箔的一面上装载热传导性混合物的方法，有压延辊的压延法、涂布法、层压法、挤压法等各种方法。考虑到批量生产性，优选用涂布法或者层压法将热传导性混合物在金属箔上成形为膜状。
热传导性混合物是以在树脂、橡胶、油等高分子原材料中添加热传导性填充物的物质为佳。相对于100质量份的高分子原材料如果添加100质量份的热传导性填充物，热传导率就会达到0.5w/m·k左右。热传导性填充物的优选上限为3000质量份。
热传导性混合物以未硫化的腻子(パテ)状混合物为优选。未硫化状态包括在中途有意识地停止硫化的部分。金属箔上的热传导性混合物的厚度以0.05mm～3.0mm为优选。
高分子原材料如下：乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物、环氧等合成树脂，橡胶中有硅橡胶、丁基橡胶、苯乙烯-异戊二烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物，油中有硅油等。
但是，从耐热性的观点考虑，优选以聚硅氧烷系列化合物作为高分子原材料。
在热传导性混合物中添加的热传导性填充物有金属氧化物、氮化物、炭化物、铁酸盐等，可以将它们的1种、2种或以上混合使用。并且可以将热传导性填充物的表面用众所周知的技术进行表面处理。
在热传导性混合物中添加的抗氧剂、阻燃剂的物质可以使用周知的物质，热传导性混合物的粘合附加剂可以使用周知的物质。
以提高热传导性混合物和金属箔之间的粘合性为目的，在金属箔的表面也可以进行底涂处理。可以根据放在金属箔上的热传导性混合物选择使用适宜的底涂处理。
以下使用附图进行说明。图1是表示本发明的一个实施例的具有金属箔的热传导性混合物片材的制造方法的截面图。在可以粘合树脂薄膜1上贴合金属箔2，在它上面放置由在硅油等原料树脂中混合有热传导性填充物而成的热传导性混合物胶料3’，通过刮板4进行涂布(图1A-B)。这样得到的复合片材10为图1C。也就是说，在具有粘合性的树脂薄膜1上贴合金属箔2，在它上面层压了热传导性混合物片材3。
图2是表示使用状态的截面图。在CPU的面板部分5的表面通过热传导性粘合剂6贴合金属箔2和热传导性混合物片材3，在它上面一体化有散热器7。在去除散热器7时，如果向箭头8方向拉伸，在金属箔2的部分容易引起表面破坏，从而可以去除。
以下使用实施例进一步具体地说明本发明。在如下实施例中的测量方法如下：
(1)热阻值：根据ASTM D5470，负荷为5Psi(34.5kPa)下进行测量。
(2)实际装载后的取出试验：将表面大小为31mm×31mm的CPU插入插槽后通电后提高散热器，测量和CPU的分离性。
在以下实施例中使用的热传导片材上使用的材料如下：
(1)具有粘合性的树脂薄膜
具有粘合性的树脂薄膜如下进行制备。在100质量份的SD4560(東レ·ダウコ一ニングシリコ一ン公司)中添加0.9质量份的SR×212(東レ·ダウコ一ニングシリコ一ン公司制造)，加入100质量份的二甲苯搅拌后得到粘合剂溶液。
(2)粘合剂
接着，将粘合剂溶液用刮板涂布法均匀地涂布在厚度为100μm的聚酯薄膜上，在加热炉为120℃下进行15分钟的加热固化，得到粘合剂层厚度为3μm的具有粘合性的树脂薄膜。
粘合剂层的厚度为3μm的具有粘合性的树脂薄膜的粘合力根据JIS-Z-0238进行测量，其结果是对于不锈钢板SUS304的表面的粘合力为3gf/25mm。
(3)金属箔
金属箔为铝箔厚度为30μm的硬质材料(住友轻金属工业公司制造)，铜箔厚为35μm的硬质材料(日本制箔公司制造)。无论哪种金属箔，为了在表面均匀地容易成形为薄膜状，都使用了用异丙醇脱脂脱脂和清洗的金属箔。
(4)金属箔和具有粘合性的树脂薄膜的贴合
金属箔和可以粘合树脂薄膜进行相互贴合的方法是层压法进行。
(5)热传导性混合物的表面处理
接着，如下进行热传导性混合物的制备。在实施例中使用的对氧化铝付与1质量％的六甲基二硅醚硅氧烷(TSL8802 GE·東芝シリコ一ン公司)进行表面处理。
(6)热传导性混合物A
向100质量份的硅油(SH200 CV 300cs東レ·ダウコ一ニングシリコ一ン公司制造)均匀地混炼900质量份氧化铝(AS30昭和電工公司制造)和4质量份的铁黑作为热传导性混合物A。
实施例1
在具有粘合性的树脂薄膜的粘合面粘合固定厚度为30μm的铝箔后，在铝箔面用压延法将热传导性混合物A成形为厚度是170μm的片材，得到铝箔和热传导性混合物A的总厚度为0.2mm的热传导性复合片材。
实施例2
在具有粘合剂的树脂薄膜的粘合面粘合固定厚度为35μm的铜箔后，在铜箔上面用压延法放置厚度为165μm的热传导性混合物A，形成铜箔和热传导性混合物A总厚度为0.2mm的热传导性复合片材。
比较例1
在厚度为30μm的铝箔上用压延法将热传导性混合物A直接放在铝箔的单个表面上，得到铝箔和热传导性混合物A的总厚度为0.2mm的热传导性复合片材。在这种情况下没有使用具有粘合性的树脂薄膜。
比较例2
在厚度为35μm的铜箔上用压延法将热传导性混合物A直接放在铜箔的单个表面上，得到铜箔和热传导性混合物A的总厚度为0.2mm的热传导性复合片材。在这种情况下没有使用具有粘合性的树脂薄膜。
以实施例1和实施例2，及比较例1和比较例2制成的各种热传导性复合片材切成30×30mm，测量热阻值。其结果示于表1中。
表1 实施例1 实施例2 比较例1 比较例2 用具有粘合性的树脂薄膜有无进行箔 的固定 有 有 无 无 金属箔的种类 铝 铜 铝 铜 金属箔的厚度(μm) 30 35 30 35 热传导性混合物的种类 A A A A 试样的加工方法 压延法 压延法 压延法 压延法 热阻值(℃·cm2/W) 0.40 0.45 0.45 0.46 有无皱褶和破损 无 无 有 有
(备注)热阻值的测量方法依照ASTM D5470进行。
在本发明的实施例1～2中，将铝和铜箔分别粘合固定在具有粘合性的树脂薄膜上后，通过将热传导性混合物用压延法和刮板涂布法在金属箔上形成薄膜状，可以在金属箔表面上均匀地放置传导性混合物并且无褶皱和破损地得到热传导性复合片材。
与此相对，在比较例1～2中，不把铝箔及铜箔分别粘合固定在具有粘合性的树脂薄膜上，当将热传导性混合物用压延法和刮板涂布法在金属箔上成形薄膜状时，在金属箔上出现褶皱和破损，不能得到所期望的热传导性复合片材。
接着就在金属箔的两面上将热传导性混合物形成薄膜状而得到热传导性复合片材进行了研究。以实施例3和实施例4对本发明进行具体地说明。
将具有粘合性的树脂薄膜按如下进行了制造。在100质量份的SD4560(東レ·ダウコ一ニングシリコ一ン公司)中加入0.9质量份的SD4560(東レ·ダウコ一ニングシリコ一ン公司)中加入0.9质量份的SR×212(東レ·ダウコ一ニングシリコ一ン公司)和100质量份的二甲苯进行搅拌，得到粘合剂溶液。
接着，将粘合剂溶液通过刮板涂布法均匀地涂布成100μm的聚酯薄膜，在加热炉为120℃进行15分钟使其加热固化，得到粘合剂层厚度为3μm的具有粘合性的树脂薄膜。
粘合剂层厚度为3μm的具有粘合性的树脂薄膜的粘合力依照JIS-Z-0238进行测量，其结果是对于SUS304板的表面的粘合力为3gf/25mm。
金属箔为铝箔的厚度为30μm的硬质材料(住友轻金属工业公司制造)，铜箔厚度为35μm的硬质材料(日本制箔公司制造)，每一个金属箔为了在表面将热传导性混合物均匀地成形为薄膜状，使用了用异丙醇进行脱脂和清洗的金属箔。
金属箔和具有粘合性的树脂相互贴合的方法是以层压法进行。
接着如下所述制造热传导性混合物。实施例中使用的氧化铝是赋予1质量％的六甲基二硅醚硅氧烷(TSL8802 GE·東芝シリコ一ン公司)而进行了表面处理。
(热传导性混合物A)
向100质量份的硅油(SH200CV 300cs東芝ダウコ一ニングシリコ一ン公司)中均匀地混炼900质量份的氧化铝(AS30昭和電工公司制造)和4质量份的铁黑，作为热传导性混合物A。
(热传导性混合物C)
在100质量份(TSE3033 GE·東芝シリコ一ン公司)中添加了450质量份的氧化铝(AL43L昭和電工公司)的混合物质中添加100质量份的二甲苯作为热传导性混合物C的分散体。
实施例3
将在具有粘合性的树脂薄膜的粘合面上粘合固定厚度为30μm的铝箔面上用层压法放置热传导性混合物A，得到铝箔和热传导性混合物A的总厚度为0.2mm的片材。
接着，将热传导性混合物A成形为薄膜状的表面暂且固定在压花薄膜上后，剥离具有粘合性的树脂薄膜使铝箔面露出。
接着，在露出的铝箔面上用刮板涂布法放置热传导性混合物C的分散体后，干燥硫化，在铝箔的一面放置厚度为10μm的热传导性混合物C，形成0.21mm的热传导性复合片材。
夹住铝箔，得到在一面载有热传导性混合物A和另一面载有硫化了的热传导性混合物C的热传导性复合片材。
实施例4
在具有粘合性的树脂薄膜的粘合面粘合固定了35μm的铜箔的铜箔面上用层压法放置热传导性混合物A，得到铜箔和热传导性混合物A的总厚度为0.2mm的片材。
接着，将热传导性混合物成形为薄膜状的面临时固定在压花薄膜上后，剥离具有粘合性的树脂薄膜而露出铜箔面。
接着对露出的铜箔面用刮板涂布法放置热传导性混合物C的分散体后，干燥硫化，在铜箔的一面上放置厚度为10μm的热传导性混合物C，得到厚度为0.21mm的热传导性复合片材。夹住铜箔，得到在一面载有热传导性混合物A，在另一面载有硫化的热传导性混合物C的热传导性复合片材。
比较例3
在具有粘合性的树脂薄膜的粘合面上粘合固定的30μm的铝箔上用层压法将热传导性混合物A直接放在铝箔面的一面，得到铝箔和热传导性混合物A的总厚度为0.2mm的热传导性复合片材。
比较例4
在具有粘合性的树脂薄膜的粘合面上粘合固定35μm的铜箔上用层压法将热传导性混合物A直接放在铜箔面的一面，得到铜箔和热传导性混合物A的总厚度为0.2mm的热传导性复合片材。
比较例5
将热传导性混合物A夹在上下两片聚丙烯薄膜上，用层压法得到厚度为0.2mm的热传导性复合物A的片材。
将用实施例3～实施例4以及比较例3～比较例5制作成的所有热传导性复合片材切成30mm×30mm，测定其热阻值，研究结果示于图2中。
表2 实施例3 实施例4 比较例3 比较例4 比较例5 金属箔的种类 铝 铜 铝 铜 无金属箔的厚度(μm) 30 35 30 35 -热传导性混合物的种类 A和C A和C A A A热阻值(℃·cm2/W) 0.35 0.41 0.45 0.50 0.25 实装后的取出 容易 容易 容易 容易 不可
(备注)热阻值的测量方法是依照ASTM D5470进行的。
如同在上述结果所了解到的，在本发明的实施例中，金属箔和一体化的热传导性复合片材实装后可以容易地取出。并且，在装载有热传导性混合物A的金属箔的反面装载有热传导性混合物C的热传导性复合片材的发热性电子零部件和散热器或散热模块的接触状态得到改善，并且可以进一步降低热阻值。
与此相对，比较例3～4的片材是没有厚度为10μm的热传导性混合物，由于金属箔面露出，所以接触面的接触热阻升高而不理想。由于实施例3以及4中的10μm的金属箔面上具有热传导性混合物C的层，所以接触面的接触热阻降低，从而可以使散热片材整体的热阻下降。
另外，比较例5的片材使发热性电子零部件和散热器或散热模块的密着性提高，实装后不能容易地从发热性电子零部件中取出散热器和散热模块。
如上述阐述，通过将在本发明的实施例1～4中得到的热传导性复合片材是通过将金属箔贴合固定载具有粘合性的树脂薄膜上，而可以无褶皱、破损、凹凸地将热传导性混合物在金属箔上以薄且均匀的厚度成形。这样得到的热传导性复合片材热阻值低，并且在实装上述的热传导性复合片材后，可以容易地从发热性电子零部件中取出散热器或散热模块而可以充分地达成目标。另外从实施例3～4得到的热传导性复合片材和实施例1～2相比较，发热性电子零部件和散热器或散热模块的接触热阻更加降低，并且可以容易地取出上述热传导性复合片材的散热器或散热模块从而可以充分得到目的。
作为发热性电子零部件(例如CPU等)的冷却对策，以前大多以润滑剂、腻子作为散热材料使用。借助发热材料通过密着力和真空效果从发热性电子零部件取出散热器或散热模块需要花费很大功夫，本发明将机械强度小并且薄的金属箔粘合固定在具有粘合性的树脂薄膜上后，通过均匀无凹凸地和热传导性混合物一体化，使之成为容易取卸的散热片材。