本发明涉及一种热传导片及使用其的电子装置。尤其本发明涉及一种由多片石墨(graphite)片所构成的热传导片。
背景技术:
石墨片是将作为碳的同素异形体(allotrope)的石墨、即黑铅加工成片状而成。热传导率高为其特征,次于金刚石且超过金·银·铜等。由于显示出此种优异的热传导性,因此被广泛地用作热传导体。
近年的电子装置伴随着高性能化、高功能化而发热量逐渐增大,因此对于所述装置,要求使用放热特性优异的热传导体。关于此种热传导体,揭示有如下主旨:使用以接着剂将石墨片与金属板接着而成的层叠体(专利文献1)。
然而,石墨片是通过高热处理使氢、氧、氮自特定的高分子(聚酰亚胺等)片中脱离,对残留的碳原子进行退火而获得,因此在原料的高分子片厚的情形时,难以通过高热处理而使在内部产生的氢气、氧气、氮气脱离至片外,难以制造厚且密度高的石墨片。另外,石墨片由于为所述制法,故市售的片的大小(面积)存在极限。
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本专利特开2013-157599号公报
技术实现要素:
发明要解决的课题
本发明是鉴于此种问题而成,其目的在于为了获得由多片石墨片所构成的热传导片,而提供一种热在石墨片间也高效地移动、热传导性优异的热传导片。通过使用多片石墨片,可获得更厚或面积更大的热传导片。
解决问题的技术手段
本发明者等人为了解决所述课题而进行了潜心研究,结果发现,通过适当配置多片石墨片,并在石墨片间使用适当的接着层,可使热在石墨片间也高效地移动,从而完成了本发明。
如图1所示,本发明的第1形态的热传导片是由多片石墨片所构成,并且所述热传导片具备:第1石墨片4a;在第1石墨片上整体重叠而配置的第2石墨片、在第1石墨片上局部重叠而错离配置的第2石墨片4a’、或将与第1石墨片的间隔设为小于5mm而并排配置的第2石墨片中的任一第2石墨片;将所配置的第1石墨片4a与第2石墨片4a’的相向面(第1石墨片与第2石墨片重叠的情形)接着的第1接着层3a;以自上下将所配置的第1石墨片4a及第2石墨片4a’夹持的方式层叠的金属层2;以及将所配置的第1石墨片4a及第2石墨片4a’、与金属层2的相向面接着的第2接着层3b。
若如此构成,则在将第1石墨片与第2石墨片整体重叠或局部重叠而配置的情形时,热可在石墨片的层叠方向上移动。在将第1石墨片与第2石墨片空开间隔而配置的情形时,通过石墨片而来的热暂且通过金属层,又回到石墨片中,由此热可在石墨片间移动。因此,可使用多片石墨片构成热传导性优异的热传导片。进而,即便在发热体内的热不均匀的情形时,石墨片越厚,热越可更快地均匀移动,石墨片的面积越大,热越可在更广范围内均匀移动。
本发明的第2形态的热传导片根据所述本发明的第1形态的热传导片,其中第1接着层3a含有聚乙烯基缩醛树脂或丙烯酸系树脂,第2接着层3b含有聚乙烯基缩醛树脂。
若如此构成,则在将第1石墨片与第2石墨片整体重叠或局部重叠而配置的情形时,可形成非常薄的接着层3a而减小热阻,故热可在石墨片的层叠方向上高效地移动。在将第1石墨片与第2石墨片空开间隔而配置的情形时,可形成非常薄的接着层3b而可减小热阻,故通过石墨片而来的热暂且通过金属层,又回到石墨片中,由此热可在石墨片间高效地移动。
进而,聚乙烯基缩醛树脂的韧性、耐热性及耐冲击性优异,即便厚度薄,接着性也优异,故优选。
本发明的第3形态的热传导片根据所述本发明的第1形态的热传导片,其中第1接着层3a含有聚乙烯基缩醛树脂,第2接着层3b含有丙烯酸系树脂。
若如此构成,则在将第1石墨片与第2石墨片整体重叠或局部重叠而配置的情形时,可形成非常薄的接着层3a而减小热阻,故热可在石墨片的层叠方向上高效地移动。在将第1石墨片与第2石墨片空开间隔而配置的情形时,可形成非常薄的接着层3b而减小热阻,因此通过石墨片而来的热暂且通过金属层,又回到石墨片中,由此热可在石墨片间高效地移动。
进而,聚乙烯基缩醛树脂的韧性、耐热性及耐冲击性优异,即便厚度薄,接着性也优异,故优选。
如图2所示,本发明的第4形态的热传导片根据所述本发明的第1形态至第3形态中任一形态,还具备第3石墨片4a″,所述第3石墨片4a″是在将间隔设为小于5mm而并排配置的第1石墨片4a及第2石墨片4a’的各自上局部重叠而配置;第1石墨片4a与第3石墨片4a″的相向面、及第2石墨片4a’与第3石墨片4a″的相向面分别是由第1接着层3a所接着。
若如此构成,则可形成非常薄的接着层3a而减小热阻,因此例如通过第1石墨片而来的热暂且通过第3石墨片而移动至第2石墨片,由此热可在石墨片间高效地移动。
本发明的第5形态的热传导片根据所述本发明的第2形态~第4形态中任一形态的热传导片,其中聚乙烯基缩醛树脂含有下述结构单元a、结构单元b及结构单元c,结构单元a中,r独立地为氢或碳数1~5的烷基。
[化1]
若如此构成,则可获得耐化学品性、可挠性、耐磨损性及机械强度优异且在溶媒中的溶解性及接着性优异的接着层3a、接着层3b。
本发明的第6形态的热传导片根据所述本发明的第5形态的热传导片,其中聚乙烯基缩醛树脂还含有下述结构单元d,结构单元d中,r1独立地为氢或碳数1~5的烷基。
[化2]
若如此构成,则可获得接着性更优异的接着层3a、接着层3b。
本发明的第7形态的热传导片根据所述本发明的第1形态至第6形态中任一形态的热传导片,其中接着层3a、接着层3b还含有热传导性填料。
若如此构成,则可提高接着层3a、接着层3b的热传导率。
本发明的第8形态的热传导片根据所述本发明的第1形态至第7形态中任一形态的热传导片,其中第1石墨片及第2石墨片的厚度分别为10μm~300μm。
若如此构成,则可使热传导片整体的厚度更薄。
本发明的第9形态的热传导片根据所述本发明的第1形态至第8形态中任一形态的热传导片,其中金属层的厚度为第1石墨片或第2石墨片的厚度的0.01倍~10倍。
若如此构成,则可获得放热特性及机械强度优异的热传导片。
本发明的第10形态的热传导片根据所述本发明的第1形态至第9形态中任一形态的热传导片,其中金属层含有选自由银、铜、铝、镍及含有这些至少一种金属的合金所组成的组群中的至少一种金属。
若如此构成,则可获得热传导性特别良好的热传导片。
如图5所示,本发明的第11形态的电子装置具备:所述本发明的第1形态至第10形态中任一形态的热传导片1;以及具有发热体10的电子元件;并且热传导片1是以与发热体10接触的方式配置于电子元件上。
若如此构成,则可使用热传导片高效地释放发热体所产生的热。
本发明的第12形态的热传导片是由多片石墨片所构成,并且所述热传导片具备:第1石墨片;在第1石墨片上整体重叠而配置的第2石墨片、在第1石墨片上局部重叠而错离配置的第2石墨片、或将与第1石墨片的间隔设为小于5mm而并排配置的第2石墨片中的任一第2石墨片;以及将所配置的第1石墨片与第2石墨片的相向面接着的第1接着层;并且第1接着层含有聚乙烯基缩醛树脂。
若如此构成,则由于第1接着层含有聚乙烯基缩醛树脂,故接着层的接着性优异,且可形成得非常薄而可减小热阻,因此即便在不存在金属层的情形时,也可构成石墨间的热传导性优异的热传导片。另外,与接着层中使用其他材料的情形相比较,可使热传导片整体的厚度更薄。
发明的效果
对于本发明的热传导片而言,热在石墨片间也高效地移动,故可由多片石墨片构成更厚或面积更大的热传导性优异的热传导片。
附图说明
图1为表示将两片石墨片4a、石墨片4a’局部重合的热传导片1的剖面概略图。
图2为表示将三片石墨片4a、石墨片4a’、石墨片4a″重合的热传导片1的剖面概略图。
图3为表示将两片石墨片4a、石墨片4a’不空开间隔而配置的热传导片1的剖面概略图。
图4为表示将两片石墨片4a、石墨片4a’空开间隔而配置的热传导片1的剖面概略图。
图5为表示含有热传导片1的电子元件的一例的剖面概略图。
图6为表示设有孔的石墨片4b的一例的概略图。
图7为表示设有狭缝的石墨片4c的一例的概略图。
图8为表示由多片石墨片所形成的热传导片的剖面概略图。
图9为表示含有热传导片1的电子元件的一例的剖面概略图。
图10为表示含有放热构件(热传导片1)的发光二极管(lightemittingdiode,led)照明的一例的剖面概略图。
图11为<放热特性的评价>中所用的装置的构成图。
具体实施方式
本申请是基于2014年11月5日在日本提出申请的日本专利申请案2014-225537号,将其内容作为本申请的内容而形成其一部分。本发明可根据以下的详细说明而更完全地理解。本发明的进一步的应用范围将由以下的详细说明所表明。然而,详细说明及特定的实例为本发明的理想实施形态,仅是以说明为目的而记载。其原因在于:本领域技术人员应明确,根据所述详细说明的各种变更、改变属于本发明的精神与范围内。本申请人无意将所记载的实施形态均呈现于公众,其改变、代替案中在文句上可能未包含在权利要求内者也被视为均等论下的发明的一部分。
以下,参照附图对本发明的实施形态加以说明。再者,附图中对彼此相同或相当的部分标注相同或类似的符号,省略重复说明。另外,本发明不受以下的实施形态的限制。
[热传导片的层构成]
如图5所示的热传导片1,本发明的第1实施形态的热传导片是由石墨层4、以自上下夹持石墨层4的方式层叠的金属层2、以及将金属层2与石墨层4接着的接着层3b所构成。本发明中,通过使用多片石墨片来构成石墨层4,而实现热传导性优异的热传导片1。例如,将本发明的热传导片1的层构成示于图1~图4中。然而,石墨片的片数不限于此。本发明的热传导片只要根据石墨层所必需的厚度或面积来适当决定石墨片的片数即可。
图1表示具备以下部分的热传导片1:第1石墨片4a;在第1石墨片上局部重叠而错离配置的第2石墨片4a’;将第1石墨片4a与第2石墨片4a’的相向面接着的第1接着层3a;以自上下夹持第1石墨片4a及第2石墨片4a’的方式层叠的金属层2;以及将第1石墨片4a及第2石墨片4a’、与金属层2的相向面接着的第2接着层3b。在图1的层构成中,可增大石墨层4的面积,故可获得面积更大的热传导片。
图2表示具备以下部分的热传导片1:第1石墨片4a;与第1石墨片4a不空开间隔而并排配置的第2石墨片4a’;在第1石墨片4a及第2石墨片4a’的各自上局部重叠而配置的第3石墨片4a″;将第1石墨片4a与第3石墨片4a″的相向面、及第2石墨片4a’与第3石墨片4a″的相向面分别接着的第1接着层3a;以自上下夹持第1石墨片4a、第2石墨片4a’及第3石墨片4a″的方式层叠的金属层2;以及将第1石墨片4a、第2石墨片4a’及第3石墨片4a″与金属层2的相向面接着的第2接着层3b。在图2的层构成中,热可经由第3石墨片而在第1石墨片与第2石墨片间移动,从而可获得面积更大的热传导片。
图3中示出具备以下部分的热传导片1:第1石墨片4a;与第1石墨片不空开间隔而并排配置的第2石墨片4a’;以自上下夹持第1石墨片4a及第2石墨片4a’的方式层叠的金属层2;以及将第1石墨片4a及第2石墨片4a’与金属层2的相向面接着的第2接着层3b。在图3的层构成中,可增大石墨层4的面积,故可获得面积更大的热传导片。另外,因石墨片不重叠,故可使最外层的表面平滑。
图4中示出具备以下部分的热传导片1:第1石墨片4a;与第1石墨片空开小于5mm的间隔而并排配置的第2石墨片4a’;以自上下夹持第1石墨片4a及第2石墨片4a’的方式层叠的金属层2;以及将第1石墨片4a及第2石墨片4a’与金属层2的相向面接着的第2接着层3b。在图4的层构成中,通过石墨片4a而来的热可暂且通过金属层2而移动至另一石墨片4a’中,从而可获得面积更大的热传导片。另外,即便石墨片间存在若干间隙(间隔),热传导性也不降低,故容易制造热传导片。
再者,图3、图4中,第1石墨片与第2石墨片的间隔为0mm~小于5mm,优选为0mm~3mm,尤其优选为0mm~1mm。
[石墨片]
构成石墨层的石墨片具有大的热传导率、轻且富有柔软性。通过将此种石墨片使用多片,可获得放热特性优异的热传导片,所述热传导片为具备更厚的石墨层或面积更大的石墨层的放热构件。
石墨片只要为包含石墨的片,则并无特别限制,例如可使用利用日本专利特开昭61-275117号公报及日本专利特开平11-21117号公报中记载的方法所制造的石墨片,也可使用市售品。
关于市售品,由合成树脂片所制造的人工石墨片(商品名)可列举:衣葛孚-斯普来西德(egrafspreadershield)ss-1500(葛孚特国际(graftechinternational)制造)、格拉付尼地(graphinity)(钟渊(kaneka)(股)制造)、pgs石墨片(松下(panasonic)(股)制造)等,由天然石墨所制造的天然石墨片(商品名)可列举衣葛孚-斯普来西德(egrafspreadershield)ss-500(葛孚特国际(graftechinternational)制造)等。
关于石墨片,相对于层叠时的层叠方向而大致垂直的方向的热传导率优选为250w/m·k~2000w/m·k,更优选为500w/m·k~2000w/m·k。通过石墨片的热传导率在所述范围内,可获得放热特性及均热性等优异的热传导片。
石墨片的相对于层叠时的层叠方向而大致垂直的方向的热传导率可通过以下方式而算出:利用激光闪光(laserflash)或氙气闪光(xenonflash)热扩散率测定装置、示差扫描热析仪(differentialscanningcalorimeter,dsc)及阿基米德法(archimedesmethod),分别测定热扩散率、比热及密度,并将这些值相乘。
石墨片的厚度并无特别限制,为了获得薄且放热特性优异的热传导片,优选为薄层,更优选为1μm~600μm,进而优选为5μm~500μm,尤其优选为10μm~300μm。
[金属层]
金属层优选为与接着层接触的面经粗化处理。
金属层优选为热传导率高、容易加工、在热传导片(以下也称为放热构件)的使用条件下稳定、且容易获取的箔或板状。以下,也将金属板及金属箔等一并称为“金属板等”。
为了获得具有充分的热传导性能的热传导片,金属层的热传导率优选为10w/m·k以上,更优选为70w/m·k~500w/m·k。
金属层优选为以金属层的热传导率成为所述范围的方式选择金属所得的层,就可获得热传导性良好的热传导片等方面而言,优选为含有选自由银、铜、铝、镍、镁、钛及含有这些至少任一种金属的合金所组成的组群中的至少一种金属的层。
就容易加工及获取、且在热传导片的通常的使用条件下稳定的方面而言,优选为含有铜、铝或镍的层,更优选为包含铜、铝或镍的层,就容易制备或获取经表面粗化处理的金属板等方面而言,尤其优选为包含铜或铝的层。
另外,就热传导率稍逊于铝但重量轻的方面而言,优选为包含镁的层。就耐蚀性非常高且重量轻的方面而言,优选为包含钛的层、例如钛箔。
合金具体可列举:磷青铜、铜镍、杜拉铝(duralumin)、镁合金(az31)等。
表面经粗化处理的金属层可使用利用现有众所周知的方法对金属板等进行表面粗化处理所得的金属层,也可使用经粗化处理的市售品。
对金属层进行表面粗化处理的方法并无特别限制,例如可自以下方法中适当选择、组合:对市售的金属板等使用放电加工机使电流值等条件变动而进行粗化处理的方法、利用铣床进行加工的方法、或进行研磨加工的方法等。
再者,金属层只要至少与接着层接触的面经粗化处理即可,也可对与接着层接触的面及与所述面为相反侧的面进行粗化处理。
金属层的粗化面的表面粗度可由十点平均粗糙度(rz)来表示,就调整或金属板等的获取良好等方面而言,rz优选为0.5μm~5.0μm,就可获得接着性与放热特性的平衡良好的优异的热传导片等方面而言,更优选为1.0μm~3.0μm,尤其优选为1.5μm~3.0μm。
表面粗度的测定例如可使用面粗糙度测定装置、原子力显微镜(atomicforcemicroscope,afm)等来进行。具体而言,通常可根据日本工业标准(japaneseindustrialstandards,jis)b0651来测定。再者,也可使用jisb0652-1973中记载的光波干涉式表面粗糙度测定器来测定。
金属层的厚度并无特别限制,只要考虑所得的热传导片的用途、重量、热传导性等而适当选择即可,从获取的容易程度等方面而言,优选为5μm~1000μm,更优选为10μm~50μm,尤其优选为12μm~40μm。另外,就可获得放热特性及机械强度优异的热传导片等方面而言,优选为石墨片的0.01倍~100倍的厚度,更优选为0.1倍~10倍的厚度。
关于金属层的厚度,可测定每单位面积的重量,根据所测定的重量、与形成金属层的金属等成分的比重而算出。
[接着层]
第1接着层3a只要为可将石墨片间接着的层,则并无特别限制,优选为将含有树脂的组合物涂布贴合于石墨片上,视需要进行干燥、硬化所得的层。
第2接着层3b只要为可将金属层与石墨片接着的层,则并无特别限制,优选为将含有树脂的组合物涂布于金属层或石墨片上,视需要进行干燥、硬化所得的层。
接着层可使用天然系接着层、合成系接着层的任一种,就可获得稳定的特性的方面而言,优选为合成系接着层。
合成系接着层优选为使用含有以下物质中的一种或两种以上的层、或由含有这些物质中的一种或两种以上的组合物所形成的层:丙烯酸系树脂、聚烯烃树脂、氨基甲酸酯树脂、醚系纤维素、乙烯·乙酸乙烯酯树脂、环氧树脂、聚氯乙烯、氯丁二烯橡胶、乙酸乙烯酯树脂、聚氰基丙烯酸酯、硅酮系树脂、苯乙烯-丁二烯树脂、聚乙烯基缩醛树脂、腈橡胶、硝基纤维素、酚树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、间苯二酚树脂等。
就可获得石墨片间的接着强度优异、可弯折并且放热特性、韧性、柔软性、耐热性及耐冲击性等优异的热传导片等方面而言,第1接着层3a优选为由含有聚乙烯基缩醛树脂的组合物所形成的层,且就可获得金属层与石墨片的接着强度优异、可弯折并且放热特性、韧性、柔软性、耐热性及耐冲击性等优异的热传导片等方面而言,第2接着层3b优选为由含有聚乙烯基缩醛树脂的组合物所形成的层。所述组合物除了聚乙烯基缩醛树脂以外,也可根据金属层的种类等,在不损及本发明效果的范围内还含有添加剂、热传导性填料及溶剂等。
[聚乙烯基缩醛树脂]
聚乙烯基缩醛树脂并无特别限制,就可获得韧性、耐热性及耐冲击性优异,且即便厚度薄石墨片间及金属层与石墨片的接着性也优异的接着层等方面而言,优选为含有下述结构单元a、结构单元b及结构单元c的树脂。
[化3]
结构单元a为具有缩醛部位的结构单元,且例如可通过连续的聚乙烯醇链单元与醛(r-cho)的反应而形成。
结构单元a中的r独立地为氢或烷基。若r为大体积的基团(例如碳数多的烃基),则有聚乙烯基缩醛树脂的软化点降低的倾向。另外,r为大体积基团的聚乙烯基缩醛树脂虽然在溶媒中的溶解性变高,但另一方面有时耐化学品性差。因此,r优选为氢或碳数1~5的烷基,就所得的接着层的韧性等方面而言,更优选为氢或碳数1~3的烷基,进而优选为氢或丙基,就耐热性等方面而言尤其优选为氢。
[化4]
[化5]
聚乙烯基缩醛树脂除了结构单元a~结构单元c以外,可含有下述结构单元d。结构单元d中,r1独立地为氢或碳数1~5的烷基,优选为氢或碳数1~3的烷基,更优选为氢。
[化6]
相对于聚乙烯基缩醛树脂的所有结构单元,所述树脂中的结构单元a、结构单元b、结构单元c及结构单元d的总含有率优选为80mol%~100mol%。
聚乙烯基缩醛树脂中,结构单元a~结构单元d可具有规则性而排列(嵌段共聚物、交替共聚物等),也可无规地排列(无规共聚物),优选为无规地排列。
聚乙烯基缩醛树脂中的各结构单元优选为相对于所述树脂的所有结构单元,结构单元a的含有率为49.9mol%~80mol%,结构单元b的含有率为0.1mol%~49.9mol%,结构单元c的含有率为0.1mol%~49.9mol%,结构单元d的含有率为0mol%~49.9mol%。更优选为相对于聚乙烯基缩醛树脂的所有结构单元,结构单元a的含有率为49.9mol%~80mol%,结构单元b的含有率为1mol%~30mol%,结构单元c的含有率为1mol%~30mol%,结构单元d的含有率为1mol%~30mol%。
就获得耐化学品性、可挠性、耐磨损性及机械强度优异的聚乙烯基缩醛树脂等方面而言,结构单元a的含有率优选为49.9mol%以上。
若结构单元b的含有率为0.1mol%以上,则聚乙烯基缩醛树脂在溶媒中的溶解性变良好,故优选。另外,若结构单元b的含有率为49.9mol%以下,则聚乙烯基缩醛树脂的耐化学品性、可挠性、耐磨损性及机械强度不易降低,故优选。
就聚乙烯基缩醛树脂在溶媒中的溶解性、或所得的接着层与金属层或石墨片的接着性等方面而言,结构单元c优选为含有率为49.9mol%以下。另外,在聚乙烯基缩醛树脂的制造中,在将聚乙烯基醇链加以缩醛化时,结构单元b与结构单元c成为平衡关系,故结构单元c的含有率优选为0.1mol%以上。
就可获得与金属层或石墨片的接着强度优异的接着层等方面而言,结构单元d的含有率优选为在所述范围内。
聚乙烯基缩醛树脂中的结构单元a~结构单元c各自的含有率可依据jisk6728或jisk6729来测定。
聚乙烯基缩醛树脂中的结构单元d的含有率可利用下述方法进行测定。
在1mol/1氢氧化钠水溶液中,将聚乙烯基缩醛树脂在80℃下加温2小时。通过所述操作而在羧基上加成钠,获得具有-coona的聚合物。自所述聚合物中提取过剩的氢氧化钠后,进行脱水干燥。然后,使其碳化并进行原子吸光分析,求出钠的加成量而进行定量。
再者,在分析结构单元b(乙酸乙烯酯链)的含有率时,由于结构单元d是以乙酸乙烯酯链的形式而定量,因此自依据jisk6728或jisk6729所测定的结构单元b的含有率中减去经定量的结构单元d的含有率,修正结构单元b的含有率。
聚乙烯基缩醛树脂的重量平均分子量优选为5000~300000,更优选为10000~150000。若使用重量平均分子量在所述范围内的聚乙烯基缩醛树脂,则可容易地制造热传导片,可获得成形加工性或弯曲强度优异的热传导片,故优选。
本发明中,聚乙烯基缩醛树脂的重量平均分子量可利用凝胶渗透色谱(gelpermeationchromatography,gpc)法来测定。具体的测定条件如下。
检测器:830-ri(日本分光(股)制造)
烘箱:西尾工业(股)制造的nfl-700m
分离管柱:shodexkf-805l×2根
泵:pu-980(日本分光(股)制造)
温度:30℃
载体:四氢呋喃
标准试样:聚苯乙烯
聚乙烯基缩醛树脂的奥氏(ostwald)粘度优选为1mpa·s~100mpa·s。若使用奥氏粘度在所述范围内的聚乙烯基缩醛树脂,则可容易地制造热传导片,可获得韧性优异的热传导片,因此优选。
奥氏粘度可使用将5g聚乙烯基缩醛树脂溶解于100ml二氯乙烷中所得的溶液,在20℃下使用奥士华-坎农芬斯克粘度计(ostwald-cannonfenskeviscometer)进行测定。
聚乙烯基缩醛树脂具体可列举:聚乙烯基缩丁醛、聚乙烯基缩甲醛、聚乙烯基乙酰乙缩醛及这些的衍生物等,就与石墨片的接着性、及接着层的耐热性等方面而言,优选为聚乙烯基缩甲醛。
聚乙烯基缩醛树脂可单独使用所述树脂,也可将结构单元的键结顺序或键结数等不同的树脂并用两种以上。
聚乙烯基缩醛树脂可合成而获得,也可为市售品。
含有结构单元a、结构单元b及结构单元c的树脂的合成方法并无特别限制,例如可列举日本专利特开2009-298833号公报中记载的方法。另外,含有结构单元a、结构单元b、结构单元c及结构单元d的树脂的合成方法并无特别限制,例如可列举日本专利特开2010-202862号公报中记载的方法。
关于聚乙烯基缩醛树脂的市售品,聚乙烯基缩甲醛可列举维尼莱克(vinylec)c、维尼莱克(vinylec)k(商品名,捷恩智(jnc)(股)制造)等,聚乙烯基缩丁醛可列举电化缩丁醛(denkabutyral)3000-k(商品名,电气化学工业(股)制造)等。
[添加剂]
含有聚乙烯基缩醛树脂的组合物中,可在通常可使用的范围内添加稳定剂、改性剂等添加剂。此种添加剂可使用市售的添加剂。另外,含有聚乙烯基缩醛树脂的组合物中,也可在不损及聚乙烯基缩醛树脂的特性的范围内添加其他树脂。
这些添加剂可分别单独使用,也可并用两种以上。
关于添加剂,例如在形成接着层的树脂因与金属的接触而劣化的情形时,优选为添加日本专利特开平5-48265号公报中列举的铜毒抑制剂或金属钝化剂,在组合物含有热传导性填料的情形时,为了使所述热传导性填料与聚乙烯基缩醛树脂的密接性提高,优选为添加硅烷偶合剂,为了提高接着层的耐热性(玻璃化温度),优选为添加环氧树脂。
硅烷偶合剂优选为捷恩智(jnc)(股)制造的硅烷偶合剂(商品名;s330、s510、s520、s530)等。
就可提高与金属层的接着性等方面而言,相对于接着层所含的树脂的总量100重量份,硅烷偶合剂的添加量优选为1重量份~10重量份。
环氧树脂(商品名)优选为三菱化学(股)制造的jer828、jer827、jer806、jer807、jer4004p、jer152、jer154;大赛璐(daicel)(股)制造的赛罗西德(celloxide)2021p、赛罗西德(celloxide)3000;新日铁化学(股)制造的yh-434;日本化药(股)制造的eppn-201、eocn-102s、eocn-103s、eocn-104s、eocn-1020、eocn-1025、eocn-1027、dppn-503、dppn-502h、dppn-501h、nc6000、eppn-202;艾迪科(adeka)(股)制造的dd-503;新日本理化(股)制造的理化树脂(rikaresin)w-100等。
就可提高接着层的玻璃化温度等方面而言,相对于接着层所含的树脂的总量100重量%,环氧树脂的添加量优选为1重量%~49重量%。
在添加环氧树脂时,优选为进而添加硬化剂。所述硬化剂优选为胺系硬化剂、酚系硬化剂、苯酚酚醛清漆系硬化剂、咪唑系硬化剂等。
在高温多湿环境下使用热传导片等情形时,也可在接着层中添加铜毒抑制剂或金属钝化剂。
聚乙烯基缩醛树脂为一直以来被用于漆包线(enamelwire)等,且为不易因与金属接触而劣化或使金属劣化的树脂,但在高温多湿环境下使用热传导片的情形等时,也可添加铜毒抑制剂或金属钝化剂。
铜毒抑制剂(商品名)优选为艾迪科(adeka)(股)制造的马克(mark)zs-27、马克(mark)cda-16;三光化学工业(股)制造的三光-艾波克林(sanko-epoclean);巴斯夫(basf)公司制造的艳佳诺(irganox)md1024等。
就可防止接着层的与金属接触的部分的树脂劣化等方面而言,相对于接着层所含的树脂的总量100重量份,铜毒抑制剂的添加量优选为0.1重量份~3重量份。
[热传导性填料]
第1接着层、第2接着层也可为了提高热传导率而含有少量的热传导性填料,但热传导性填料的添加有使接着性能降低或使接着层增厚的倾向,故必须在添加时留意添加量与接着性能或粒径的平衡。另外,视金属层的粗化面的形状不同,有时热传导性填料的添加也促进孔隙(空隙)的形成,故使用填料的情形时必须留意。
热传导性填料并无特别限制,可列举:作为金属粉、金属氧化物粉、金属氮化物粉、金属氢氧化物粉、金属氮氧化物粉、及金属碳化物粉等含有碳材料的粉体的金属、或含金属化合物的填料,以及含有碳材料的填料等。
这些热传导性填料可单独使用,也可并用两种以上。
热传导性填料可直接使用平均径或形状在所需范围内的市售品,也可使用以平均径或形状成为所需范围的方式将市售品粉碎、分级、加热等所得的物品。
再者,热传导性填料的平均径或形状有时在本发明的热传导片的制造过程中变化,但只要为在含有聚乙烯基缩醛树脂的组合物中调配具有所述平均径或形状的填料的形态即可。
相对于组合物100重量%,热传导性填料的优选调配量为1重量%~20重量%。
[溶剂]
溶剂只要可溶解聚乙烯基缩醛树脂,则并无特别限制,优选为可使热传导性填料分散的溶剂,可列举:甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇、正辛醇、二丙酮醇、苄醇等醇系溶媒;甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂等溶纤剂系溶媒;丙酮、甲基乙基酮、环戊酮、环己酮、异佛尔酮等酮系溶媒;n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮等酰胺系溶媒;乙酸甲酯、乙酸乙酯等酯系溶媒;二噁烷、四氢呋喃等醚系溶媒;二氯甲烷、氯仿等氯化烃系溶媒;甲苯、吡啶等芳香族系溶媒;二甲基亚砜;乙酸;萜品醇;丁基卡必醇;丁基卡必醇乙酸酯等。
这些溶剂可单独使用,也可并用两种以上。
就热传导片的制造容易性及放热特性等方面而言,溶剂优选为以含有聚乙烯基缩醛树脂的组合物中的树脂浓度成为优选为3重量%~30重量%、更优选为5重量%~20重量%的量而使用。
[接着层的物性等]
接着层在经层叠的情形的层叠方向的热传导率优选为0.05w/m·k~50w/m·k,更优选为0.1w/m·k~20w/m·k。若接着层的热传导率在所述范围内,则可获得放热特性及接着性优异的热传导片。
若接着层的热传导率为所述范围的上限以下,则金属层与石墨片的接着力、及石墨片间的接着力高,可获得机械强度及耐久性优异的热传导片,故优选。另一方面,若接着层的热传导率为所述范围的下限以上,则可获得放热特性优异的热传导片,故优选。
接着层的层叠方向的热传导率可根据由激光闪光或氙气闪光热扩散率测定装置所得的热扩散率、由示差扫描热量测定装置(dsc)所得的比热、由阿基米德法所得的密度而算出。
在本发明的热传导片具有金属层的情形时,因具有与金属层的表面粗度(rz)为大致相同厚度的第2接着层3b,故接着性及层叠方向的热传导性的平衡良好且优异。金属层的表面粗度优选为0.5μm~5.0μm,更优选为1.0μm~3.0μm,因此第2接着层3b的厚度也优选为0.5μm~5.0μm,更优选为1.0μm~3.0μm。
将石墨片彼此接着的第1接着层3a的厚度优选为0.05μm~20μm,更优选为0.05μm~5μm,进而优选为0.05μm~2μm。
就可获得接着性及热传导性的平衡良好的优异的热传导片等方面而言,由第2接着层3b的厚度(t)减去金属层的与接着层接触的面的表面粗度(rz)所得的差(t-rz)优选为-0.5μm以上且小于1.0μm,更优选为就可获得接着性及热传导率的平衡良好的优异的热传导片等方面而言,rz与t的差的绝对值(|rz-t|)更优选为0.5μm以下,尤其优选为0.2μm以下。再者,|rz-t|的下限也可为0μm。
另外,就可获得接着性特别优异的热传导片等方面而言,rz及t优选为满足所述关系,且rz<t。
在金属层的与接着层接触的面的表面粗度(rz)与接着层的厚度(t)的关系在所述范围内的情形时,可谓接着层的厚度与金属层的表面粗度同等。
在由第2接着层的厚度(t)减去金属层的与接着层接触的面的表面粗度(rz)所得的差(t-rz)小于-0.5μm的情形时,接着层并未成为可将金属层与石墨片层接着的厚度,所得的热传导片有接着强度差的倾向。
所谓本发明的厚度薄的第1接着层、第2接着层,可列举厚度为例如3μm以下的接着层。
接着层的厚度例如可通过对将含有聚乙烯基缩醛树脂的组合物涂布于金属层或石墨片上时的条件进行各种变更而调整。可变更的条件为涂布方式、固体成分浓度、涂敷速度等。
再者,所谓接着层的厚度,是指一层接着层的单面上接触的金属层或石墨片、与所述接着层的和与金属层或石墨片接触的面相反的面上接触的金属层或石墨片之间的厚度。其中,即便在使用图6或图7所示的石墨片的情形时,也是指金属层及/或石墨片间的厚度,不包括可填充至所述石墨片的孔5或狭缝部6中的接着层的厚度。
金属层或接着层可含有的热传导性填料存在刺入至石墨片中的情形等,即便在所述情形时,接着层的厚度也不考虑刺入至石墨片中的部分,而是指金属层及/或石墨片间的厚度。
具体而言,第2接着层3b的厚度是指对经表面粗化处理的金属层的表面上形成的粗糙度曲线作平均线时的所述平均线与石墨片的距离。
接着层的厚度具体可由未涂敷部分的由膜厚计所得的厚度(因粗化处理而存在与rz相应的不均一)的平均值、与已涂敷有接着层形成成分的部分的厚度的平均值的差而算出。未涂敷部分的平均厚度为自所述平均线至非粗化处理端为止的距离。
已涂敷有接着层形成成分的部分的厚度例如可根据形成有接着层的金属层的厚度与未形成接着层的金属层的厚度的差使用阶差计来测定。
[热传导片的构成等]
本发明的热传导片只要含有具有金属层、接着层、包含多片石墨片的石墨层的层叠体,则并无特别限制,也可为金属层及石墨层在所述层叠体的石墨层上经由接着层交替层叠多层而成的层叠体、或经由接着层将金属层及/或石墨层以任意的顺序层叠多层而成的层叠体。
在使用多层金属层、石墨层或接着层的情形时,这些层分别可为相同的层,也可为不同的层,优选为使用相同的层。
另外,这些层的厚度可相同也可不同。
在使用多层金属层的情形时,优选为使用与第2接着层3b接触的面经粗化处理的金属层。
层叠的顺序只要根据所需的用途而适当选择即可,具体而言,只要考虑所需的放热特性等而选择即可。另外,层叠数只要根据所需的用途而适当选择即可,具体而言,只要考虑热传导片的大小或放热特性等而选择即可。
就可获得机械强度及加工性优异的热传导片等方面而言,本发明的热传导片优选为其最外层为金属层。
另外,在将本发明的热传导片以图5所示的形态使用的情形时,通过将距发热体10最远的层(图1中上部的金属层2)的不与第2接着层3b接触的侧的形状设定为表面积增大的形状、例如剑山状或蛇腹状,可使距发热体10最远的层的与外部气体接触的面的面积增大。
本发明的热传导片就放热特性、机械强度、轻量性及制造容易性等优异的方面而言,优选为如图5所示的将金属层2、接着层3b、石墨层4、接着层3b及金属层2依序层叠而成的层叠体1。
再者,例如在制造含有图5所示的层叠体1的热传导片、且根据所需用途而尤其欲制造介隔石墨层4的金属层2彼此的接着强度高的层叠体的情形时,也可使两个接着层3b直接接触。此种例子可列举:使用图6所示的设有孔5的石墨片4b、或使用图7所示的设有狭缝6的石墨片4c的方法。
另外,通过使用小于金属层2的大小(板的纵向及横向的长度)的石墨层4,且使两个接着层3b直接接触,可制造机械强度高的热传导片。
石墨片的孔或狭缝的形状、数量或大小只要根据热传导片的机械强度及放热特性等方面而适当选择即可。
在使用设有孔或狭缝的石墨片的情形时,例如与不存在所述孔或狭缝的情形相比,通过在金属层2上形成厚的接着层3b,并将贴合时的温度设定得高,可在加热压接时等使接着层形成成分流入至孔或狭缝中,使所述接着层形成成分填充至孔或狭缝部中。另外,也可预先利用分配器等而厚厚地形成金属层上的接触石墨片的狭缝或孔的部分的接着层。
另外,在第1接着层3a是由含有聚乙烯基缩醛树脂的组合物所形成的情形时,本发明的热传导片也可不具有金属层而由多片石墨片所构成。若由含有聚乙烯基缩醛树脂的组合物来形成第1接着层3a,则接着层的接着性优异,且可形成得非常薄而可减小热阻,因此即便在不存在金属层的情形时,也可构成石墨间的热传导性优异的热传导片。
如图8所示,可由多片石墨片4a、石墨片4a’、及作为接着层3a的含有聚乙烯基缩醛树脂的层,来形成具有石墨的厚度且面积大的热传导片。
为了防止氧化或提高设计性,本发明的热传导片也可在其最外层的与和接着层接触的面为相反侧的一个或两个面上具有树脂层。即,本发明的热传导片也可具有树脂层作为其最外层。所述树脂层可直接形成在金属层或石墨层上,也可经由适当的接着层而形成在金属层或石墨层上。
[热传导片的制造方法]
本发明的热传导片例如可通过以下方式制造:将含有聚乙烯基缩醛树脂的组合物涂布于形成金属层的金属板等或形成石墨层的石墨层上,视需要进行预干燥后,以夹持所述组合物的方式配置金属板等及石墨层,一面施加压力一面进行加热。另外,在制造热传导片时,就可获得金属层与石墨层的接着强度高的热传导片等方面而言,优选为在金属板等与石墨层两者上涂布所述组合物。
在涂布含有聚乙烯基缩醛树脂的组合物之前,就可获得金属层与石墨层的接着强度高的热传导片等方面而言,金属层优选为将涂布所述组合物的面的氧化层去除,或进行脱脂清洗,石墨层也可利用氧等离子体装置或强酸处理等对涂布所述组合物的面进行易接着处理。
将含有聚乙烯基缩醛树脂的组合物涂布于金属板等或石墨层上的方法并无特别限制,优选为使用可均匀地涂布组合物的湿式涂布法。湿式涂布法中,在形成膜厚薄的接着层的情形时,优选为可简便地形成均质的膜的旋涂法。在重视生产性的情形时,优选为凹版涂布法、模涂法、棒涂(barcoat)法、反向涂布法、辊涂法、狭缝涂布法、喷雾涂布法、吻合式涂布法、反向吻合式涂布法、气刀涂布法、帘幕式涂布法、杆式涂布(rodcoat)法等。
预干燥并无特别限制,在使用含有溶媒的组合物的情形时,只要根据所述溶媒等而适当选择即可,可通过在室温下静置1天~7天左右而进行,优选为使用加热板或干燥炉等在40℃~120℃左右的温度下加热1分钟~10分钟左右。
另外,预干燥只要在大气中进行即可,视需要也可在氮气或稀有气体等惰性气体环境下进行,也可在减压下进行。尤其在高温下在短时间内干燥的情形时,优选为在惰性气体环境下进行。
一面施加压力一面进行加热的方法并无特别限制,只要根据形成接着层的成分等而适当选择即可,压力优选为0.1mpa~30mpa,加热温度优选为200℃~250℃,加热加压时间优选为1分钟~1小时。另外,加热只要在大气中进行即可,视需要也可在氮气或稀有气体等惰性气体环境下进行,也可在减压下进行。尤其在高温下在短时间内加热的情形时,优选为在惰性气体环境下或减压下进行。
在最外层的与和接着层接触的面为相反侧的一个或两个面的上具有树脂层的热传导片可通过以下方式制造:在热传导片的最外层即金属层或石墨层的与和接着层接触的面为相反侧的一个或两个面上,涂布含有树脂的涂料,视需要进行干燥,其后使所述涂料硬化。另外,也可通过以下方式来制造:预先形成树脂制膜,在热传导片的最外层即金属层或石墨层的与和接着层接触的面为相反侧的一个或两个面上,涂布可形成接着层的组合物,视需要进行预干燥后,使树脂制膜与所述涂布面接触,视需要施加压力或进行加热等。
树脂层只要为含有树脂的层,则并无特别限制,所述树脂例如可列举:被广泛用作涂料的丙烯酸系树脂、环氧树脂、醇酸树脂、氨基甲酸酯树脂,这些树脂中,理想的是具有耐热性的树脂。
含有所述树脂的涂料的市售品可列举耐热涂料(奥绮斯摩(okitsumo)(股):商品名,耐热涂料旺塔基(onetouch))等。
[热传导片的用途]
本发明的热传导片具有石墨片间的接着强度及金属层与石墨层的接着强度优异、且厚度薄的接着层。本发明的热传导片在层叠方向及相对于层叠方向而大致垂直的方向上的热传导率高,即便整体的厚度薄,也具有与现有的厚度厚的放热板同等或更高的放热特性。另外,切断、开孔、冲裁等的加工性优异,金属层与石墨层的接着力强而可弯折。因此,本发明的热传导片可用于各种用途中,特别可优选地用于电子元件或电池。
另外,本发明的热传导片也适合作为用以防止液晶显示器或有机电致发光照明的颜色不均匀的均热板。
关于将本发明的热传导片用于电子元件等中的使用例,可列举如图5或图9所示,以使本发明的热传导片1与电子元件中的发热体10接触的方式配置而使用。
图5为表示将本发明的热传导片1以所述层叠体的层叠方向与发热体10的面大致垂直的方式配置的电子元件的一例的剖面概略图。另外,图9为表示使图5所示的热传导片1旋转90°,以与发热体10接触的方式配置的电子元件的一例的剖面概略图。通过如此配置本发明的热传导片1,可使热在热传导片的层叠方向及相对于层叠方向而大致垂直的方向(纵向)上扩散,缓和热源附近的温度上升。
再者,在如图9所示配置本发明的热传导片的情形时,也可使用将热传导片在热传导片的层叠方向上切断所得的物品。在如图9配置本发明的热传导片的情形时,可使由发热体10所产生的热迅速释放(例如移动至冷却装置),因此可有效地抑制发热体10的温度上升。
[电子元件]
电子元件例如可列举:图像处理或电视、音频(audio)等中使用的特定应用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit,asic)等的芯片,个人计算机(personalcomputer)、智能手机(smartphone)等的中央处理器(centralprocessingunit,cpu),发光二极管(lightemittingdiode,led)照明、有机电致发光(electroluminescence,el)照明等。
[led照明]
参照图10对led照明加以说明。再者,图10为表示于led本体的背面上以隔着热传导垫而接触的方式配置本发明的热传导片作为放热构件的led照明的一例的剖面概略图。尤其在使用超高亮度led等发热量非常大的led作为所述led本体的情形时,本发明的热传导片的使用有效。
将电能转换为光能的led本体伴随着点灯而产生热,必须将所述热排出至led本体外。所述热是自led本体经由热传导垫而传至本发明的热传导片,由所述热传导片释放。
[电池]
电池可列举:汽车或移动电话等中所使用的锂离子二次电池、锂离子电容器、镍氢电池等。
锂离子电容器也可为将锂离子电容器单元多个串联或并联连接而成的模块。
在所述情形时,本发明的热传导片能以与模块整体的外表面的一部分接触、或覆盖模块整体的方式而配置,也能以与各锂离子电容器单元的外表面的一部分接触、或覆盖各单元的方式配置。
对放热构件要求热传导性能高。另外判明,接着层越薄,越可获得热传导性能高的放热构件。然而,接着层通常作为隔热层而发挥功能,因此现有的接着层若厚度薄,则无法确保充分的接着强度。然而,本发明的热传导片中,可充分地维持接着层的接着强度,且可使厚度变薄。尤其在可在石墨片间充分维持接着层的接着强度、且可使厚度变薄的方面有利。
另外,本发明的热传导片可用作电子装置及马达(motor)类等的放热构件品。电子装置及马达类有时是在振动条件下使用,因此作为层叠体的放热构件理想的是在各层间具有充分的接着强度。在不具有充分的接着强度的情形时,有在使用环境下剥离而损及电子装置、马达类的性能的担忧。然而,本发明的热传导片于在各层间具有充分的接着强度的方面有利。
[实施例]
以下,使用实施例对本发明加以详细说明。然而,本发明不限定于以下的实施例中记载的内容。
本发明的实施例中所用的材料如下。
<接着用树脂>
·pvf-k:聚乙烯基缩甲醛树脂,捷恩智(jnc)(股)制造,维尼莱克(vinylec)k(商品名)
·尼奥菲斯(neofix)10:丙烯酸系树脂,日荣化工(股)制造
<溶剂>
·环戊酮:和光纯药工业(股)制造,和光一级
<石墨片>
·石墨片(人工石墨):葛孚特国际(graftechinternational)制造,ss-1500(商品名),厚度0.025mm,(片的面方向的热传导率:1500w/m·k)
<金属板>
·带接着涂膜的电解铜箔:古河电气化学工业(股)制造,电解铜箔f2-ws(商品名),厚度12μm
[实施例1]
首先,使用设计美工刀(designknife)将人工石墨片切割成(i)55mm×50mm、(ii)50mm×50mm。将(i)石墨的端部5mm×50mm设为抹浆糊部,在所述抹浆糊部上使用通常的涂装用笔(田宫(tamiya)(股)制造,平笔,小),以干燥后的厚度成为约2μm的方式涂布固体成分浓度13wt%的pvf-k溶液(溶媒:环戊酮)。在溶媒干燥之前,将涂布有pvf-k的抹浆糊部、与未涂布pvf-k的石墨片的端部以重叠5mm宽的方式进行重合(图6)。通过在溶媒干燥之前将石墨彼此贴合,恰好成为石墨彼此经糊接合的状态,以金属箔夹持时的对位等变简便。另一方面,通过在使用加热板或干燥炉使溶媒充分干燥后重合,可制作金属箔内部的气体产生少的放热构件。这些条件的选择可根据使用放热构件的温度而适当选择,在高温下使用的情形时,经预干燥的情况下内部产生气体的担忧少。
继而,利用两片带接着涂膜的铜箔(100mm×50mm)以接着涂膜位于内侧而夹持所述进行了贴合的石墨片。为了使铜箔不因自铜箔渗出的pvf-k而固着于热板上,由卡普顿(kapton)(注册商标)膜(厚度100μm)夹持所述样品,并在小型加热压制(东洋精机制作所(股)制造:迷你测试压制(minitestpress)-10小型加热手动压制)的热板(220℃)上静置2分钟进行预加热。预加热后,一面注意两片铜箔与石墨片不偏离,一面将加压与减压重复几次,由此进行铜箔与石墨之间的脱气,在以10mpa加压的状态下保持5分钟。然后,载置于其他压制机(东洋精机制作所(股)制造:迷你测试压制(minitestpress)-10小型冷却手动压制)的冷却板(25℃)上,在以10mpa加压的状态下保持2分钟进行冷却。冷却后,解除压力而获得热传导片(以下称为放热构件)。
再者,带接着涂膜的铜箔是利用日本专利特开2013-157599号公报中记载的方法,以pvf-k的厚度成为约2μm的方式制作。另外,pvf-k的厚度是通过以下方式求出:使用尼康(nikon)(股)制造的数字测厚计(digimicro)mf-501+计数器(counter)tc-101,由涂布后的厚度减去涂布前的厚度。
在所得的放热构件的单面上贴附双面胶带(日荣化工(股)制造的尼奥菲斯(neofix)10或尼奥菲斯(neofix)5),在放热构件的背面上贴附绝缘胶带(日荣化工(股)制造的gl-10b),制成放热特性评价用的样品。
<放热特性的评价>
将实施例1中所得的放热特性评价用样品以20mm×80mm的短条状切出。如图11所示,使用所述双面胶带将t0220封装的晶体管(东芝(股)制造的2sd2013)安装于所切出的放热构件的长度方向端部。在晶体管的背面安装有k热电偶(理化工业(股)制造的st-50),可使用数据记录器(datalogger)(日图(graphtec)(股)制造的gl220)将其温度记录于个人计算机中。另外,在贴附有晶体管的放热构件的长度方向的相反侧贴合金属制的散热座(heatsink)。将所述安装有热电偶及散热座的晶体管静置于经设定为40℃的恒温槽中央,确认晶体管的温度为40℃而达到一定值后,使用直流稳定电源对晶体管施加1.24v,测定表面的温度变化。晶体管若施加相同的瓦特数则产生一定的热量,因此所安装的放热构件的放热效果越高则温度越降低。即,晶体管的温度越低的放热构件可谓放热效果越高。
<接着性的评价>
关于实施例1~实施例12、比较例1中所得的放热构件的金属板与石墨片的接着强度,由于石墨片具有解理(在石墨层内剥离)的特性,因此难以由剥离时的拉伸负重等数值来求出。因此,将实施例中所制作的放热构件的金属部分剥离,目测观察金属层内侧表面的状态,由此进行评价。将所剥离的金属层的整个表面经解理的石墨覆盖的情形评价为◎,将稍许出现金属层或接着层的情况评价为○,将整个表面的1/4以上出现金属层或接着层的情况评价为△,将石墨几乎或完全未残留的情况评价为×。
[实施例2~实施例8]
在实施例1中,如表1所示变更将石墨片彼此接着的贴合宽度及接着层的种类,除此以外,与实施例1同样地进行操作而获得放热构件。
[实施例9、实施例10]
使用三片石墨片,如图2进行贴合,除此以外,与实施例1同样地进行操作而获得放热构件。
[比较例1]
仅使用一片石墨片来制成石墨层,如图5进行贴合,除此以外,与实施例1同样地进行操作而获得放热构件。
[实施例11]
使用两片石墨片,如图3以未形成两片石墨的间隙的方式与铜箔层叠,除此以外,与实施例1同样地进行操作而获得放热构件。
[实施例12]
使用两片石墨片,如图4将两片石墨片空开1mm而与铜箔层叠,除此以外,与实施例1同样地进行操作而获得放热构件。
[参考例1]
使用两片石墨片,且如图4将两片石墨片空开5mm而与铜箔层叠,除此以外,与实施例1同样地进行操作而获得放热构件。
[比较例2]
不与铜箔层叠而将石墨片自身作为放热构件。除此以外,与实施例1同样地在石墨片的单面上贴附热传导双面胶带(尼奥菲斯(neofix)10),在其背面上贴附绝缘胶带(尼奥菲斯(neofix)10bl),制成放热特性评价用的样品。
[比较例3]
不与铜箔层叠而使用两片石墨片,将两片石墨片空开1mm,将所得的物品作为放热构件。除此以外除此以外,与实施例1同样地在石墨片的单面上贴附热传导双面胶带(尼奥菲斯(neofix)10),在其背面上贴附绝缘胶带(gl-10b),制成放热特性评价用的样品。
[贴合面积的研究]
若对在将石墨片彼此接着的接着层中使用pvf-k的实施例1~实施例4、实施例9的试样的1800秒后的晶体管的温度进行比较,则得知随着贴合面积的增加,晶体管的温度降低。可认为其原因在于,石墨片变厚,由此在放热构件中流通的热的量增大。
在将石墨片彼此接着的接着层中使用尼奥菲斯(neofix)10的实施例5~实施例8、实施例10的试样也有同样的倾向。
[接着层的研究]
若对在将石墨片彼此接着的接着层中使用pvf-k的实施例1~实施例4、实施例9与在将石墨片彼此接着的接着层中使用尼奥菲斯(neofix)10的实施例5~实施例8、实施例10进行比较,则在相同的贴合面积下,使用pvf-k作为接着层的试样的晶体管温度均降低。可认为其原因在于,pvf-k的厚度薄至2μm,故厚度方向的热传导率变高。另外,无论哪一放热构件均为石墨片解理以上的接着强度。在使用pvf-k作为接着层的树脂的种类的情形时,即便使接着层的厚度变薄也可保持接着强度,故关于所得的放热构件的层叠方向的热传导率,使用pvf-k作为接着层的树脂的种类的情形最高。因此得知,通过在将石墨片彼此接着时使用pvf-k,与使用市售的双面胶带的情形相比,可制作高性能且整体的厚度更薄的放热构件。另外,与由一片石墨片所形成的比较例1相比,实施例1~实施例8的晶体管温度均降低。
[石墨片的使用片数的研究]
若对实施例2、实施例9与实施例6、实施例10进行比较,则晶体管温度并未因石墨片的使用片数而存在大的差异。可认为相较于石墨片的使用片数,放热特性更依存于贴合面积。
在对比较例1与实施例11进行比较的情形时,一片石墨的放热构件与以不形成两片石墨的间隙的方式制成的放热构件中,晶体管温度并无大的差异。另一方面,如实施例12使两片石墨远离的放热构件的晶体管温度稍许上升。然而,实施例11及实施例12具有与比较例1相同程度的放热特性,与比较例1相比在可实现大面积化的方面有利。
再者,若对不使用铜箔的比较例2与比较例3进行比较,则可见因将石墨片远离配置所致的比较例3的放热特性的明显降低。在进行石墨的贴合时,若稍许偏离则放热特性降低,故必须注意。
进而若查看参考例1,则即便为图4的结构,若石墨片的间隙过大则晶体管温度也变高。其原因在于,石墨中断而仅为铜箔的部分在热的流动方面成为瓶颈(bottleneck),若其距离过长,则由铜箔夹持的效果也变弱。
<在多层石墨片中的应用的研究>
得知若利用本发明的方法将石墨片贴合,则石墨间的热阻较以前更低。因此,进行是否可应用于石墨片彼此的接着的实验。
[实施例13]
在经切割为50mm×50mm的石墨片上旋涂与实施例1相同的pvf-k溶液,形成1μm的接着层。将所述带接着层的石墨片、与不具有接着层的石墨片以接着层位于内侧的方式重合,在与实施例相同的条件下压制。与实施例1同样地由绝缘层及粘着层来夹持所得的样品,进行评价。
[参考例2]
为了进行比较,对两片经切割为50mm×50mm的石墨片利用5μm厚的双面胶带(尼奥菲斯(neofix)5),以不混入气泡的方式一面注意一面贴合。与实施例1同样地由绝缘层及粘着层夹持所得的样品,进行评价。
若将实施例13与参考例2相比,则实施例13的晶体管的温度稍低。然而,实施例13的样品的厚度为50μm,参考例2的样品的厚度为56μm。实施例13的样品中也对接着层使用1μm厚的pvf,但利用操作电子显微镜进行观察的结果为,在热压接时pvf流入至石墨的凹部中,凸部间几乎接触,距离大致为0μm。另一方面,在以双面粘着片贴合的情形时,在石墨的凹部与粘着层的界面上出现间隙等,即便贴合也不变薄。近年的电子元件推进薄型化,薄5μm的情况下也可使制品的厚度变薄,因此优选,本发明的方法也可应用于薄且高性能的石墨多层片。
[表1]
表1:测定结果
关于包括本说明书中引用的出版物、专利申请案及专利的所有文献,以分别具体示出各文献并以参照的方式并入,另外与本文中描述其所有内容相同程度地,以参照的方式并入至本文中。
关于与本发明的说明相关(尤其与以下的权利要求相关)而使用的名词及同样的指示语的使用,只要本说明书中未特别指出,或不与文意明显矛盾,则应解释为包含单数及复数两者。语句“具备”、“具有”、“含有”及“包含”只要未特别说明,则应解释为开放式用语(openendterm)(即,“含有~但不限定”的含意)。关于本说明书中的数值范围的具体描述,只要本说明书中未特别指出,则是指仅发挥作为用以分别提及相当于所述范围内的各值的简记法的作用,各值是如本说明书中分别列举并入至说明书中。关于本说明书中说明的所有方法,只要本说明书中未特别指出,或不与文意明显矛盾,则可依所有适当的顺序来进行。关于本说明书中使用的所有例子或例示性的说法(例如“等”),只要未特别主张,则仅是指更优选地说明本发明,并非对本发明的范围设置限制。说明书中的所有说法也不应解释为本发明的实施不可或缺的、表示权利要求未记载的要素者。
本说明书中,包括本发明者为了实施本发明而已知的最优选形态,对本发明的优选实施形态进行说明。对于本领域技术人员而言,阅读所述说明后应明白这些优选实施形态的变形。本发明者预计熟练者适当应用此种变形,预测利用本说明书中具体说明以外的方法来实施本发明。因此,本发明如基准法所允许,包含随附于本说明书的权利要求所记载的内容的所有变更及均等物。进而,只要本说明书中未特别指出,或不与文意明显矛盾,则所有变形中的所述要素的任意组合也包含在本发明中。
[符号的说明]
1:热传导片
2:金属层
3a:第1接着层
3b:第2接着层
4:石墨层
4a:石墨片
4a’:石墨片
4a″:石墨片
4b:石墨片
4c:石墨片
5:孔
6:狭缝
10:发热体