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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein wärmeleitendes
Schichtmaterial mit einer leitenden Folie, das durch Druckverbinden
bzw. Pressverbinden einer wärmeleitenden
Schicht und einer leitenden Folie über eine Grundschicht hergestellt
wird.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein
wärmeleitendes
Schichtmaterial wurde bisher vorwiegend durch Kneten und Bilden
eines Materials, wie z.B. Silikon-Kautschuk und EPDM, mit einem wärmeleitenden
Füllmaterial
hergestellt. Ein derartiges wärmeleitendes
Schichtmaterial ist z.B. zwischen einem wärmeerzeugenden elektronischen
Bauteil und einer Wärmesenke,
wie z.B. einer Wärmezerstreuungsplatte
oder einer Metallgehäusetafel,
innerhalb eines elektrischen/elektronischen Geräts angeordnet, um die von dem
elektronischen Bauteil erzeugte Wärme wirkungsvoll abzustrahlen.
Es besteht daher ein Bedarf an einem derartigen wärmeleitenden
Schichtmaterial, das als wesentlich betrachtet wird, um z.B. die
Geschwindigkeit von CPUs zu erhöhen.
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Zusätzlich können bei
elektrischen/elektronischen Geräten äussere elektromagnetische
Wellen den Eingabe/Ausgabe-Signalen
des elektronischen Bauteils, wie z.B. einer CPU, als Rauschen überlagert
werden, oder durch das elektronische Bauteil selbst erzeugte elektromagnetische
Wellen können
den anderen Signalen als Rauschen überlagert werden. Um das elektronische
Bauteil gegenüber
dem Einfluss der äuße ren elektromagnetischen
Wellen zu schützen
und um die durch das elektronische Bauteil erzeugten elektromagnetischen
Wellen zu beeinflussen, kann eine leitende Folie an einer Seite
des obigen wärmeleitenden
Schichtmaterials zur Wärmesenke
hin angeklebt werden. Da die leitende Folie im allgemeinen aus einem
Metall mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit
besteht, wird durch das Vorhandensein der leitenden Folie zwischen
dem wärmeleitenden
Schichtmaterial und der Wärmesenke
die Strahlung des wärmeleitenden
Schichtmaterials nicht gehemmt.
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Ein
wärmeleitendes
Schichtmaterial ist aus der
EP-A-0987757 bekannt
und umfasst eine wärmeleitende
Schicht sowie eine Klebeschicht, die mit wärmeleitenden Partikeln gefüllt ist.
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Während des
Bildens des wärmeleitenden
Schichtmaterials wird jedoch eine Hautschicht auf der Oberfläche des
wärmeleitenden
Schichtmaterials gebildet, und es besteht die Möglichkeit, dass diese Hautschicht
die Wärmeleitung
von dem wärmeleitenden
Schichtmaterial zu der leitenden Folie unterbricht. Obwohl die Hautschicht
durch eine Vorabverarbeitung entfernt werden kann, wird eine unebene
Oberfläche
des wärmeleitenden
Schichtmaterials erzeugt. Folglich tritt eine geringe Haftung zwischen
dem wärmeleitenden Schichtmaterial
und der leitenden Folie auf, wodurch eine Verringerung der Wärmeleitfähigkeit
verursacht wird. Wenn die leitende Folie an dem wärmeleitenden
Schichtmaterial haftet, ist es bei dem herkömmlichen Verfahren außerdem üblich, eine
Grundschicht zwischen ihnen vorzusehen, um die Haftung zu verbessern.
In diesem Fall kann jedoch auch die Grundschicht die Wärmeleitung
von dem wärmeleitenden
Schichtmaterial zu der leitenden Folie unterbrechen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Bei
dem wärmeleitenden
Schichtmaterial mit einer leitenden Folie, die durch Druckverbinden
bzw. Pressverbinden des wärmeleitenden
Schichtmaterials und der leitenden Folie über eine Grundschicht hergestellt
wird, besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die
Wärmeleitung
von dem wärmeleitenden Schichtmaterial
zu der leitenden Folie zu verbessern und somit die Wärmestrahlung
des wärmeleitenden Schichtmaterials
mit der leitenden Folie zu verbessern.
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Um
diese Aufgabe zu lösen,
wird eine wärmeleitendes
Schichtmaterial mit einer leitenden Folie der vorliegenden Erfindung
durch Druckverbinden bzw. Pressverbinden einer wärmeleitenden Schicht und einer leitenden
Folie über
eine Grundschicht hergestellt, in welche ein wärmeleitendes Füllmaterial
in Form von Pulver, Schnipseln, Haaren oder Fasern gemischt wird.
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Als
Basismaterial der Grundschicht kann eine Silanverbindung, eine Titanatverbindung,
eine Aluminatverbindung, eine Karbonsäureverbindung und eine Phosphatverbindung
verwendet werden.
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Da
die Grundschicht der vorliegenden Erfindung das wärmeleitende
Füllmaterial
beigemischt hat, unterbricht sie nicht die Wärmeleitung von dem wärmeleitenden
Schichtmaterial zu der leitenden Folie. Das wärmeleitende Füllmaterial
liegt in Form von Pulver, Schnipseln, Haaren oder Fasern vor, und
das wärmeleitende Schichtmaterial
und die leitende Folie sind über
die Grundschicht druckverbunden, in welcher das wärmeleitende
Füllmaterial
beigemischt ist. Somit erfolgt durch das wärmeleitende Füllmaterial
zum Zeitpunkt des Druckverbindens eine mechanische Zerstörung einer
Hautschicht auf der Oberfläche
der wärmeleitenden Schicht.
Daher wird die Wärmeleitung
von der wärmeleitenden
Schicht zu der leitenden Folie durch die Hautschicht überhaupt
nicht gestört.
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Das
wärmeleitende
Schichtmaterial mit der leitenden Folie der vorliegenden Erfindung
verbessert die Wärmeleitung
von der wärmeleitenden
Schicht zu der leitenden Folie, wodurch die negative Wirkung der
Hautschicht und der Grundschicht beseitigt wird und somit die Wärmestrahlung
des wärmeleitenden
Schichtmaterials mit der leitenden Folie verbessert wird. Da die
wärmeleitende
Schicht und die leitende Folie über
die Grundschicht druckverbunden sind, hat das wärmeleitende Schichtmaterial
der leitenden Folie der vorliegenden Erfindung darüber hinaus
eine bessere Festigkeit.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird eine magnetische Folie als leitende
Folie verwendet. Somit wird die Wirkung der Abschirmung elektromagnetischer
Wellen bei der leitenden Folie weiter verbessert. Zusätzlich zu
den zuvor erwähnten
Vorteilen verhindert daher das wärmeleitende
Schichtmaterial mit der leitenden Folie der vorliegenden Erfindung
wirkungsvoll die Überlagerung äußerer elektromagnetischer
Wellen auf die Eingabe/Ausgabe-Signale des elektronischen Bauteils
und verhindert auch, dass durch das elektronische Bauteil erzeugte
elektromagnetische Wellen den anderen Signalen überlagert werden.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Die
Erfindung wird nun beispielhaft anhand der begleitenden Zeichnung
beschrieben, wobei:
eine einzige Figur eine erklärende Ansicht
ist, welche einen schematischen Aufbau des wärmeleitenden Schichtmaterials
mit der leitenden Folie gemäss
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Zunächst wird
ein wärmeleitendes
Schichtmaterial als eine wärmeleitende
Schicht der vorliegenden Erfindung folgendermaßen hergestellt.
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Durch
Mischen eines fluidförmigen
Basismaterials, eines wärmeleitenden
Füllmaterials
und eines Öls wird
das wärmeleitende
Füllmaterial
in dem Basismaterial dispergiert. Es können Paraffin oder Polyethylen-Kautschuk
oder Harz als Basismaterial mit Thermoplastizität verwendet werden, und Silikon-Kautschuk oder
ein anderer synthetischer Kautschuk können als Basismaterial mit
wärmeaushärtenden
Eigenschaften verwendet werden. Als wärmeleitendes Füllmaterial
können
Aluminiumoxid, Siliziumkarbid, Bornitrid, Metalloxid und Metallpulver
und dergleichen verwendet werden.
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Zum
Mischen des Basismaterials und des Füllmaterials können eine
Extrusionsmaschine, eine Zweiwalzen-Maschine, ein Kneter und ein
Planetenmischer verwendet werden. Ein derartiges Basismaterial in
fester Form, das mit dem wärmeleitenden
Füllmaterial
geknetet wird, wird zu einer Folie geformt, und man erhält das wärmeleitende
Schichtmaterial. Eine Kalanderwalze, eine Extrusionsmaschine, eine
Pressmaschine, eine Beschichtungsmaschine und dergleichen können für das Pressformen
verwendet werden.
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Unter
Verwendung des oben beschriebenen wärmeleitenden Schichtmaterials
als wärmeleitende Schicht,
wird nun das wärmeleitende
Schichtmaterial mit leitender Folie der vorliegenden Erfindung erzeugt. Eine
einzige Figur zeigt eine erklärende
Ansicht, die einen schematischen Aufbau eines wärmeleitenden Schichtmaterials
mit leitender Folie der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie man in
der Figur sieht, erhält
man das wärmeleitende
Schichtmaterial 1 mit leitender Folie gemäss dem Ausführungsbeispiel
durch Druckverbinden einer magnetischen Folie 5, die eine
leitende Folie aus einer magnetischen Metallfolie ist, mit der wärmeleitenden Schicht 3,
die wie oben über
eine Grundschicht hergestellt ist. Als Basismaterialien können Silanverbindungen,
Titanatverbindungen, Aluminatverbindungen, Karboxylsäureverbindungen
und Phosphatverbindungen verwendet werden. Eine Silanverbindung
ist z.B. ein Silan-Kopplungsmaterial, wie z.B. γ-Methacryloxypropyl-Trimethoxysilan, γ-Aminopropyl-Triethoxysilan und
Polyethoxy-Dimethylsiloxan. Die Grundschicht 7 besteht
aus einem Gemisch der oben erwähnten
Verbindungen und einem Lösungsmittel,
wie z.B. Xylen, Zyklohexan und Ethylazetat. Vor dem Druckverbinden
wird die Grundschicht 7 mit demselben wärmeleitenden Füllmaterial 9 geknetet,
das auch in der wärmeleitenden
Schicht 3 verwendet wurde, und es wird an die magnetische
Folie 5 geklebt. Nach dem Druckverbinden wird die wärmeleitende
Schicht 3 derart vulkanisiert, dass das Basismaterial einen
elastomeren Zustand einnimmt. Somit wird das wärmeleitende Schichtmaterial 1 mit der
leitenden Folie der vorliegenden Erfindung gewonnen.
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Die
Grundschicht 7 des wärmeleitenden
Schichtmaterials 1 mit der leitenden Folie hat das dispergierte wärmeleitende
Schichtmaterial 9. Daher hat die Grundschicht 7 eine
hohe Wärmeleitfähigkeit
und unterbricht nicht die Wärmeleitung
von der wärmeleitenden
Schicht 3 zu der magnetischen Folie 5. Das wärmeleitende Füllmaterial 9 liegt
in Form eines Pulvers, Schnipseln, Haaren oder Fasern vor, und über die
Grundschicht 7, welche das wärmeleitende Füllmaterial 9 enthält, werden
die wärmeleitende
Schicht 3 und die magnetische Folie 5 druckverbunden.
Deshalb zerstört
das wärmeleitende
Füllmaterial 9 nach
dem Druckverbinden spontan eine Hautschicht auf der Oberfläche der
wärmeleitenden
Schicht 3.
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Mit
anderen Worten wird die Hautschicht mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit
auf der Oberfläche
der wärmeleitenden
Schicht 3 gebildet, wenn die wärmeleitende Schicht 3 zu
ei nem Schichtmaterial geformt wird. Dennoch unterbricht die Hautschicht
nicht die Wärmeleitung
von der wärmeleitenden
Schicht 3 zu der magnetischen Folie 5, da die
Hautschicht des wärmeleitenden
Schichtmaterials 1 mit der leitenden Folie zerstört wird. Daher
verbessert das wärmeleitende
Schichtmaterial mit der leitenden Folie der vorliegenden Erfindung
die Wärmeleitung
von der wärmeleitenden
Schicht zu der leitenden Folie, wodurch ungünstige Wirkungen der Hautschicht
und der Grundschicht beseitigt werden, wodurch die Wärmestrahlung
des wärmeleitenden Schichtmaterials
mit der leitenden Folie verbessert wird. Da die wärmeleitende
Schicht und die leitende Folie über
die Grundschicht druckverbunden sind, hat das wärmeleitende Schichtmaterial
mit der leitenden Folie gemäss
der vorliegenden Erfindung ausserdem eine bessere Festigkeit.
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Beispiel
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand eines Beispiels speziell beschrieben.
Das wärmeleitende Schichtmaterial
1 mit
der leitenden Folie wird tatsächlich
hergestellt, und die Differenz der Eigenschaften, die sich aus der
Menge des wärmeleitenden
Füllmaterials
9 ergeben,
wird untersucht. Zunächst
werden EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer) als Basismaterial
und Siliziumkarbid als wärmeleitendes
Füllmaterial
geknetet und mittels einer Pressmaschine (oder einer Kalanderwalze)
geformt, um die wärmeleitende
Schicht
3 zu gewinnen. Durch Druckverbinden des wärmeleitenden
Schichtmaterials
3 und der magnetischen Folie
5 über die
Grundschicht
7, welche unterschiedliche Mengen an Aluminiumoxid-Pulver enthält, wird
dann das wärmeleitende
Schichtmaterial
1 mit der leitenden Folie hergestellt.
Die Grundschicht
7 des vorliegenden Beispiels umfasst eine
Mischung aus γ-Methacryloxypropyl-Trimethoxy-Silan
und Xylen. Was die magnetische Folie
5 anbelangt, können ein
flachgewalztes magnetisches Material, wie z.B. Fe-Si, Fe-Cr, Fe-Si-Al,
Fe, Fe-Ni, ein Nanokristall auf Fe-Basis oder auf amorpher Basis
verwendet werden. Zum Vergleich werden zusätzlich das wärmeleitende
Schichtmaterial
1 und die magnetische Folie
5 über die
Grundschicht
7 druckverbunden, die kein Aluminiumoxid-Pulver
enthält,
und es wird ein anderes wärmeleitendes
Schichtmaterial mit leitender Folie hergestellt. Die Wärmeleitfähigkeit
jedes hergestellten wärmeleitfähigen Schichtmaterials
ist in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
| Menge
von Aluminiumoxid-Pulver in Grundschicht (Gew.%) | Wärmeleitfähigkeit
(W/m·k) |
| 0 | 1,71 |
| 10 | 1,77 |
| 20 | 1,88 |
| 30 | 1,84 |
| 50 | 1,82 |
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Tabelle
1 zeigt, dass ein wärmeleitendes
Schichtmaterial mit einer leitenden Folie, welche die Grundschicht 7 mit
Aluminiumoxid-Pulver hat, eine höhere
Wärmeleitfähigkeit
als diejenige ohne Aluminiumoxid-Pulver hat. Man nimmt an, dass
der Grund hierfür
darin liegt, dass beim Druckverbinden der wärmeleitenden Schicht 3 und
der magnetischen Folie 5 über die Grundschicht 7 die
Hautschicht an der Oberfläche
der wärmeleitenden
Schicht 3 durch Aluminiumoxid-Pulver in der Grundschicht 7 spontan
zerstört
wird. Zusätzlich zeigt
Tabelle 1, dass trotz Erhöhung
der Wärmeleitfähigkeit
in Übereinstimmung
mit der Erhöhung
des in der Grundschicht 7 enthaltenen Aluminiumoxid-Pulvers
eine Abnahme eintritt, nachdem die Spitze bei ungefähr 20 Gew.%
Aluminiumoxid-Pulver
erreicht wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel
beschränkt,
und es sind andere Abwandlungen und Veränderungen im Rahmen der vorliegenden
Erfindung möglich.
So kann z.B. Aluminiumhydroxid für
das wärmeleitende
Füllmaterial
in der Grundschicht ersetzt werden. Eine durch Dampfabscheidung
(PVD oder CVD) hergestellte Folie kann als magnetische Folie verwendet
werden. Eine Aluminiumfolie, Eisenfolie oder Kupferfolie sind unter
metallischer Folie ebenfalls enthalten (eine Form einer leitenden
Folie). Die Kombination von Materialien, die für die wärmeleitende Schicht, die leitende
Folie, die Grundschicht und das wärmeleitende Füllmaterial
in der Grundschicht verwendet werden können, lässt sich aus den zuvor erwähnten Materialien
frei auswählen.