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TW201336910A - 導熱性片材 - Google Patents

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TW201336910A
TW201336910A TW102105415A TW102105415A TW201336910A TW 201336910 A TW201336910 A TW 201336910A TW 102105415 A TW102105415 A TW 102105415A TW 102105415 A TW102105415 A TW 102105415A TW 201336910 A TW201336910 A TW 201336910A
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conductive sheet
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mass
thermal conductive
thermally conductive
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TW102105415A
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富山義治
藤川憲一
山口美穗
山本沙織
泉谷誠治
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日東電工股份有限公司
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Abstract

本發明之導熱性片材係由含有板狀之氮化硼粒子2及橡膠成分之導熱性組合物所形成之導熱性片材1,並且氮化硼粒子2之含有比率為35體積%以上,導熱性片材1之相對於面方向PD之正交方向上之導熱率為4W/m.K以上。

Description

導熱性片材
本發明係關於一種導熱性片材,詳細而言係關於一種可適宜地用於電力電子技術之導熱性片材。
近年來,於高亮度LED(Light Emitting Diode,發光二極體)器件、電磁感應加熱器件等中採用藉由半導體元件而轉換、控制電力之電力電子技術。於電力電子技術中,為了將大電流轉化為熱等,對配置於半導體元件上之材料要求高散熱性(高導熱性)。
例如提出有含有氮化硼填料及環氧樹脂之導熱性片材(例如參照專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1:日本專利特開2008-189818號公報
根據用途及目的,亦存在要求導熱性片材在與厚度方向正交之正交方向(面方向)上之高導熱性。
又,存在如下不良情況:若以被覆半導體元件等電子零件之方式配置專利文獻1之導熱性片材,則於導熱性片材中片材之柔軟性較低,故而與半導體元件之角部對應之部分易產生裂紋(龜裂)等損傷。
本發明之目的在於提供一種面方向之導熱性及柔軟性優異之導 熱性片材。
為了達成上述目的,本發明包括下述第1發明群~第6發明群。
(第1發明群)
一種導熱性片材,其特徵在於:其係由含有板狀之氮化硼粒子及橡膠成分之導熱性組合物而形成者,並且上述導熱性片材中之上述氮化硼粒子之含有比率為35體積%以上,上述導熱性片材之相對於厚度方向之正交方向上之導熱率為4 W/m.K以上。
又,導熱性片材較佳為於拉伸試驗中之上述正交方向上之最大伸長率為101.7%以上。
又,導熱性片材較佳為於頻率1 Hz及升溫速度2℃/min之條件下使由自上述導熱性組合物中除去上述氮化硼粒子之含橡膠組合物所形成之含橡膠片材進行升溫時之儲存剪切彈性模數於20~150℃之溫度範圍內之至少任一溫度下為5.6×103~2×105 Pa。
又,導熱性片材較佳為於將上述導熱性片材接著於銅箔上之後,對上述銅箔以90度、速度10 mm/min加以剝離時之90度剝離接著力為2 N/10 mm以上。
又,導熱性片材較佳為上述導熱性組合物進而含有環氧樹脂組合物。
(第2發明群)
一種導熱性片材,其特徵在於:其係由含有板狀之氮化硼粒子、環氧樹脂、硬化劑及硬化促進劑中之至少一種、及橡膠成分之導熱性組合物而形成者,並且上述導熱性片材中之上述氮化硼粒子之含有比率為35體積%以上,上述導熱性片材之相對於厚度方向之正交方向上之導熱率為4 W/m.K以上,於頻率1 Hz及升溫速度2℃/min之條件下使由自上述導熱性組合物中除去上述氮化硼粒子之含橡膠組合物所 形成之含橡膠片材進行升溫時之儲存剪切彈性模數於50~80℃之溫度範圍內之至少任一溫度下為5.5×103~7.0×104 Pa。
又,於導熱性片材中,較佳為上述環氧樹脂含有常溫液狀環氧樹脂及常溫固體環氧樹脂。
又,於導熱性片材中,較佳為上述硬化劑為酚樹脂。
又,於導熱性片材中,較佳為上述硬化促進劑為咪唑化合物。
又,導熱性片材較佳為於室溫下保存30天後之環氧基反應率未達40%。
又,導熱性片材較佳為在40~100℃之溫度範圍內保存1天後之環氧基反應率為40%以上。
(第3發明群)
一種導熱性片材,其特徵在於:其含有板狀之氮化硼粒子及樹脂成分,上述氮化硼粒子之含有比率為60質量%以上,面方向之導熱率為4 W/m.K以上,於40℃以上之溫度區域具有成為350 g/直徑2 cm以上之黏著力。
又,導熱性片材較佳為於90℃以下之溫度區域具有成為1200 g/直徑2 cm以上之黏著力。
又,導熱性片材較佳為於60℃以下之溫度區域具有成為50 g/直徑2 cm以上之黏著力。
又,導熱性片材較佳為於25℃以下之溫度區域具有成為50 g/直徑2 cm以下之黏著力。
又,導熱性片材較佳為上述樹脂成分含有環氧樹脂。
又,導熱性片材較佳為上述樹脂成分含有橡膠。
又,一種導熱性片材形成用粒子集合物粉體,其特徵在於:其含有具有氮化硼粒子與被覆上述氮化硼粒子表面之樹脂成分的樹脂被覆氮化硼粒子,藉由TOF-SIMS(Time of Flight-Secondary Ion Mass Spectrometry,飛行時間二次離子質量分析法)分析獲得之樹脂助益離子種/氮化硼助益離子種比率為0.4以上。
又,一種導熱性片材形成用粒子集合物粉體之製造方法,其特徵在於包括如下步驟:被覆步驟,其係藉由一面使板狀之氮化硼粒子滯留於空中一面對上述氮化硼粒子霧狀噴灑樹脂成分,而獲得含有具有上述氮化硼粒子與被覆上述氮化硼粒子表面之上述樹脂成分的樹脂被覆氮化硼粒子的粒子集合物粉體。
又,一種導熱性片材之製造方法,其特徵在於包括如下步驟:被覆步驟,其係藉由一面使板狀之氮化硼粒子滯留於空中一面對上述氮化硼粒子霧狀噴灑樹脂成分,而獲得含有具有上述氮化硼粒子與被覆上述氮化硼粒子表面之上述樹脂成分的樹脂被覆氮化硼粒子的粒子集合物粉體;及成形步驟,其係藉由對上述粒子集合物粉體一面加熱一面進行壓製而成形為導熱性片材。
(第4發明群)
一種導熱性片材,其特徵在於:其於面方向之導熱率為4 W/m.K以上,於40℃以上之溫度區域具有成為125%以上之面方向之斷裂應變。
又,於導熱性片材中,較佳為於未達40℃之溫度區域具有成為未達125%之斷裂應變。
又,於導熱性片材中,較佳為於25℃以下之溫度區域之面方向之斷裂應變未達125%,於40℃以上、未達100℃之溫度區域具有成為125%以上之面方向之斷裂應變。
又,於導熱性片材中,較佳為於60℃以上、未達70℃之溫度區域之面方向之斷裂應變為125%以上。
又,導熱性片材較佳為含有板狀之氮化硼粒子。
又,導熱性片材較佳為含有橡膠。
又,導熱性片材較佳為含有環氧樹脂及酚樹脂。
又,導熱性片材較佳為含有常溫液狀環氧樹脂、常溫固體環氧樹脂及酚樹脂。
又,導熱性片材較佳為進而含有硬化促進劑。
又,導熱性片材較佳為可於100℃以下進行硬化。
又,於導熱性片材中,較佳為絕緣破壞電壓為10 kV/mm以上。
(第5發明群)
一種導熱性片材,其特徵在於:其具備含有板狀之氮化硼粒子及橡膠成分且相對於厚度方向之正交方向上之導熱率為4 W/m.K以上的導熱層、與積層於上述導熱層之至少一面的接著劑層。
又,於導熱性片材中,較佳為上述接著劑層係於0度以上之溫度區域具有650 g/(直徑1 cm)以上之黏著力,可進行感壓接著之黏接著劑層。
又,於導熱性片材中,較佳為上述接著劑層含有橡膠成分。
又,於導熱性片材中,較佳為上述導熱層及上述接著劑層中所含有之橡膠成分含有丙烯酸系橡膠。
又,於導熱性片材中,較佳為上述接著劑層進而含有環氧樹脂、硬化劑、及硬化促進劑。
又,於導熱性片材中,較佳為上述導熱層進而含有環氧樹脂、硬化劑、及硬化促進劑。
又,於導熱性片材中,較佳為上述接著劑層之厚度為50 μm以下。
(第6發明群)
一種導熱性片材,其特徵在於:具備含有板狀之氮化硼粒子及橡膠成分且相對於厚度方向之正交方向上之導熱率為4 W/m.K以上的導熱層、與積層於上述導熱層之至少一面的黏著劑層。
又,於導熱性片材中,較佳為上述黏著劑層含有丙烯酸系黏著劑。
又,於導熱性片材中,較佳為上述丙烯酸系黏著劑包含藉由將含有(甲基)丙烯酸烷基酯之單體原料進行聚合所獲得之丙烯酸系聚合物。
又,於導熱性片材中,較佳為上述黏著劑層具備:基材膜、與積層於上述基材膜之厚度方向之一面及另一面之第1黏著劑層及第2黏著劑層。
又,於導熱性片材中,較佳為上述黏著劑層之厚度為100 μm以下。
又,於導熱性片材中,較佳為上述導熱層進而含有環氧樹脂、硬化劑、及硬化促進劑。
本發明之導熱性片材由於相對於厚度方向之正交方向上之導熱率為4 W/m.K以上,故而相對於厚度方向之正交方向上之導熱性優異。因此,作為正交方向之導熱性優異之導熱性片材可用於各種散熱用途。
又,本發明之導熱性片材含有橡膠成分。因此,導熱性片材之柔軟性優異,即便以被覆半導體元件等電子零件之方式配置,亦可抑制龜裂等損傷。結果可確實地被覆散熱對象,可利用氮化硼粒子更確實地傳導散熱對象所產生之熱。
1‧‧‧導熱性片材
1A‧‧‧壓製片材
1B‧‧‧分割片材
1C‧‧‧積層片材
1a‧‧‧導熱層
2‧‧‧氮化硼粒子
3‧‧‧聚合物基質
3a‧‧‧液狀組合物
4‧‧‧脫模膜
5‧‧‧接著劑層
6‧‧‧黏著劑層
6a‧‧‧第1黏著劑層
6b‧‧‧第2黏著劑層
7‧‧‧基底基材
8‧‧‧附基材之接著劑層
9‧‧‧基材膜
10‧‧‧試驗裝置
11‧‧‧第1平板
12‧‧‧第2平板
13‧‧‧芯軸
14‧‧‧止動部
20‧‧‧基板
21(a)‧‧‧電子零件
21(b)‧‧‧電子零件
21(c)‧‧‧電子零件
21(d)‧‧‧電子零件
21(e)‧‧‧電子零件
22‧‧‧模擬安裝基板
23‧‧‧下模具
24‧‧‧上模具
25‧‧‧海綿
30‧‧‧轉動流動塗佈裝置
31‧‧‧滯留部
32‧‧‧供給部
33‧‧‧攪拌翼
35‧‧‧泵
36‧‧‧原料槽
37‧‧‧噴霧口
42‧‧‧腔室
43‧‧‧纖維織物過濾器
45‧‧‧網
46‧‧‧氣體
47‧‧‧連接管
LD‧‧‧長度方向
PD‧‧‧面方向
TD‧‧‧厚度方向
α‧‧‧配向角度
圖1係表示本發明之導熱性片材之第1實施形態的立體圖。
圖2係表示用以說明圖1所示之導熱性片材之製造方法的步驟圖。
圖3係用以說明本發明之導熱性片材之另一實施形態之製造方法 的步驟圖,圖3A係表示將壓製片材分割成複數個之步驟,圖3B係表示將分割片材加以積層之步驟。
圖4係表示耐彎曲性試驗之I型試驗裝置(耐彎曲性試驗前)的立體圖。
圖5係表示耐彎曲性試驗之I型試驗裝置(耐彎曲性試驗中途)的立體圖。
圖6表示針對實施例42~44及比較例6,將藉由拉伸試驗所獲得之導熱性片材之面方向上之最大伸長率A(%)相對於氮化硼粒子在導熱性片材中所占之體積比例X(%)進行繪圖,並藉由最小平方法由繪出之點算出之直線及其斜率。
圖7係表示凹凸追隨性試驗中所使用之安裝有電子零件之安裝基板的模式圖。
圖8係表示對凹凸追隨性試驗中之試驗方法進行說明的剖面圖。
圖9係表示對製造本發明之導熱性片材之第3實施形態之方法中之被覆步驟進行說明的模式圖。
圖10係表示本發明之導熱性片材之第5實施形態的立體圖。
圖11係說明本發明之導熱性片材之另一實施形態的剖面圖。
圖11A係表示於導熱層之厚度方向之一面及另一面積層有接著劑層的實施形態。
圖11B係表示於基底基材之厚度方向之一面及另一面積層有接著劑層的附基材之接著劑層的實施形態。
圖12係表示本發明之導熱性片材之第6實施形態的立體圖。
圖13係說明本發明之導熱性片材之另一實施形態的剖面圖。
圖13A係表示於導熱層之厚度方向之一面及另一面積層有黏著劑層的實施形態。
圖13B係表示黏著劑層具備基材膜、與積層於基材膜之厚度方向 之一面及另一面之第1黏著劑層及第2黏著劑層的實施形態。
以下,於第1實施形態~第6實施形態中具體說明本發明。
(第1實施形態)
第1實施形態之導熱性片材含有氮化硼粒子及橡膠成分。
具體而言,導熱性片材係由含有氮化硼(BN)粒子、與作為聚合物基質之橡膠成分之導熱性組合物所形成。
氮化硼粒子係形成為板狀(或鱗片狀)。又,板狀只要至少包含具有縱橫比之平板狀之形狀即可,自板之厚度方向觀察包含圓板狀、及六角形平板狀。又,板狀亦可積層為多層,於進行積層之情形時,包含將大小不同之板狀構造積層成為階梯狀之形狀、及端面劈開之形狀。又,板狀包含自板之與厚度方向正交之方向(面方向)觀察呈直線形狀(參照圖1)、進而直線形狀之中途稍有彎曲之形狀。氮化硼粒子(參照圖1之符號2)於導熱性片材中以沿著面方向(下述)配向之形態分散於聚合物基質(參照圖1之符號3)中。
氮化硼粒子中以體積比計占60%以上之粒子之長邊方向長度(相對於板之厚度方向之正交方向上之最大長度)之平均值例如為1 μm以上,較佳為5 μm以上,更佳為10 μm以上,進而較佳為20 μm以上,尤佳為30 μm以上,最佳為40 μm以上,又,例如通常為800 μm以下。
又,氮化硼粒子之以體積比計占60%以上之粒子之厚度(板之厚度方向長度,即粒子之短邊方向長度)之平均值例如為0.01 μm以上,較佳為0.1 μm以上,又,例如為20 μm以下,較佳為15 μm以下。
又,氮化硼粒子之以體積比計占60%以上之粒子之縱橫比(長邊方向長度/厚度)例如為2以上,較佳為3以上,更佳為4以上,又,例如為10,000以下,較佳為5,000以下,更佳為2,000以下。
氮化硼粒子之形態、厚度、長邊方向之長度及縱橫比係藉由圖像解析方法而測定及算出。例如可藉由SEM(Scanning Electron Microscope,掃描式電子顯微鏡)、X射線CT(Computed Tomography,電腦斷層攝影)、粒度分佈圖像解析法等求出。
並且,氮化硼粒子藉由雷射繞射-散射法(雷射繞射式-粒度分佈測定裝置(SALD-2100,SHIMADZU))而測得之體積平均粒徑例如為1 μm以上,較佳為5 μm以上,更佳為10 μm以上,進而較佳為20 μm以上,尤佳為30 μm以上,最佳為40 μm以上,又,例如為1000 μm以下,較佳為500 μm以下,更佳為100 μm以下。
氮化硼粒子之體積平均粒徑滿足上述範圍之情形與以相同體積%混合體積平均粒徑超出上述範圍之氮化硼粒子之情形相比,導熱率變得更良好。
又,氮化硼粒子之鬆密度(JIS K5101,視密度)例如為0.1 g/cm3以上,較佳為0.15 g/cm3以上,更佳為0.2 g/cm3以上,又,例如為2.3 g/cm3以下,較佳為2.0 g/cm3以下,更佳為1.8 g/cm3以下,尤佳為1.5 g/cm3以下。
又,氮化硼粒子可使用市售品或對其進行加工之加工品。作為氮化硼粒子之市售品,例如可列舉:Momentive Performance Materials Japan公司製造之「PT」系列(例如「PT-110」、「PT-120」等)、電氣化學工業公司製造之BN(例如「SPG」等)、昭和電工公司製造之「SHO BN-UHP」系列(例如「SHO BN-UHP-1」等)、水島合金鐵公司製造之「HP-40」等。
又,導熱性片材(即導熱性組合物)除上述氮化硼粒子以外,亦可包含其他無機微粒子。關於其他無機微粒子,作為無機材料,例如可列舉:碳化物、氮化物(氮化硼除外)、氧化物、氫氧化物、金屬、碳系材料等。
作為碳化物,例如可列舉:碳化矽、碳化硼、碳化鋁、碳化鈦、碳化鎢等。
作為氮化物(氮化硼除外),例如可列舉:氮化矽、氮化鋁、氮化鎵、氮化鉻、氮化鎢、氮化鎂、氮化鉬、氮化鋰等。
作為氧化物,例如可列舉:氧化矽(silica)、氧化鋁(alumina)、氧化鎂(magnesia)、氧化鋅、氧化鈦、氧化鈰等。進而,作為氧化物,可列舉摻雜有金屬離子之例如氧化銦錫、氧化銻錫等。
作為氫氧化物,例如可列舉:氫氧化鋁、氫氧化鎂、氫氧化鋅等。
作為金屬,例如可列舉:銅、銀、金、鎳、錫、鐵、或該等之合金。進而,作為金屬,亦可列舉上述金屬之碳化物、氮化物、氧化物等。
作為碳系材料,例如可列舉:碳黑、石墨、金剛石、富勒烯、奈米碳管、奈米碳纖維、碳奈米角、微螺旋碳纖維、螺旋奈米碳纖維等。
其他無機粒子亦可為具有例如阻燃性能、蓄冷性能、抗靜電性能、磁性、折射率調節性能、介電常數調節性能等之功能性粒子。
該等其他無機微粒子可以適當之比例單獨使用或併用2種以上。
又,導熱性片材亦可包含例如上述氮化硼粒子中未含之微細之氮化硼或異形狀之氮化硼粒子。
聚合物基質係可使氮化硼粒子分散者,即,使氮化硼粒子分散之分散介質,含有橡膠成分。
橡膠成分係表現出橡膠彈性之聚合物,例如包括彈性體,具體而言可列舉:胺基甲酸酯橡膠、丙烯酸系橡膠、聚矽氧橡膠、乙烯基烷基醚橡膠、聚乙烯醇橡膠、聚乙烯吡咯啶酮橡膠、聚丙烯醯胺橡膠、纖維素橡膠、天然橡膠、丁二烯橡膠、氯丁二烯橡膠、苯乙烯- 丁二烯橡膠(SBR,Styrene Butadiene Rubber)、丙烯腈-丁二烯橡膠(NBR,Acrylonitrile Butadiene Rubber)、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯橡膠、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯橡膠、苯乙烯-異丁烯橡膠、異戊二烯橡膠、聚異丁烯橡膠、丁基橡膠等。再者,橡膠成分含有藉由其後之反應而表現出橡膠彈性之預聚物。
作為橡膠成分,較佳可列舉:胺基甲酸酯橡膠、丁二烯橡膠、SBR、NBR、苯乙烯-異丁烯橡膠、丙烯酸系橡膠。
胺基甲酸酯橡膠係包含利用胺基甲酸酯鍵連結之主鏈的胺基甲酸酯低聚物。又,胺基甲酸酯橡膠含有包含鍵結於主鏈之末端或中間之反應性基的反應性胺基甲酸酯聚合物。
作為反應性基,例如可列舉:丙烯醯基、甲基丙烯醯基等含有乙烯基(聚合性基)之乙烯基含有基,例如可列舉:環氧基(縮水甘油基)、羧基、胺基、羥基等。作為胺基甲酸酯橡膠所含之反應性基,較佳可列舉乙烯基含有基,更佳可列舉丙烯醯基。
胺基甲酸酯橡膠可包含1種或2種以上之反應性基。
於包含2種反應性基之情形時,作為第1種反應性基,例如可列舉丙烯醯基,作為第2種反應性基,例如可列舉羧基。
具體而言,作為胺基甲酸酯橡膠,例如可列舉:丙烯酸酯改性胺基甲酸酯橡膠、甲基丙烯酸酯改性胺基甲酸酯橡膠、環氧改性胺基甲酸酯橡膠等,較佳可列舉丙烯酸酯改性胺基甲酸酯橡膠。
關於反應性胺基甲酸酯聚合物中之平均反應性基數,具體而言,平均乙烯基數例如為1~10。
關於反應性胺基甲酸酯聚合物中之反應性基當量,具體而言,乙烯基當量例如為100 g/eq.以上,較佳為200 g/eq.以上,更佳為500 g/eq.以上,又,例如為50,000 g/eq.以下,較佳為20,000 g/eq.以下,更佳為10,000 g/eq.以下。
胺基甲酸酯橡膠之重量平均分子量例如為1,000以上,較佳為2,000以上,更佳為2,000以上,進而較佳為2,500以上,又,例如為2,000,000以下,較佳為1,000,000以下,更佳為500,000以下,進而較佳為50,000以下,尤佳為10,000以下。胺基甲酸酯橡膠之重量平均分子量(標準聚苯乙烯換算值)係藉由GPC(Gel Permeation Chromatography,凝膠滲透層析儀)而算出。
丁二烯橡膠含有包含聚丁二烯之主鏈。又,丁二烯橡膠含有包含鍵結於主鏈之末端或中間之上述反應性基的反應性聚丁二烯。
作為反應性聚丁二烯所含之反應性基,較佳可列舉環氧基。
具體而言,作為反應性丁二烯,例如可列舉:丙烯酸酯改性聚丁二烯、甲基丙烯酸酯改性聚丁二烯、環氧改性聚丁二烯等,較佳可列舉環氧改性聚丁二烯。
環氧改性聚丁二烯之環氧當量例如為100 g/eq.以上,較佳為130 g/eq.以上,更佳為150 g/eq.以上,又,例如為30,000 g/eq.以下,較佳為20,000 g/eq.以下,更佳為10,000 g/eq.以下。
丁二烯橡膠之數量平均分子量例如為500 g/eq.以上,較佳為1,000 g/eq.以上,更佳為2,000以上,又,例如為3,000,000以下,較佳為2,000,000 g/eq.以下,更佳為1,000,000以下。丁二烯橡膠之數量平均分子量(標準聚苯乙烯換算值)係藉由GPC而算出。
SBR係藉由苯乙烯與丁二烯之共聚合而獲得之合成橡膠,例如可列舉:苯乙烯-丁二烯無規共聚物、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物等。又,SBR包含含有上述反應性基之改性SBR、利用硫或金屬氧化物等進行部分交聯之交聯SBR等。
作為SBR,較佳為改性SBR,具體而言,可列舉環氧改性SBR。
環氧改性SBR之環氧當量例如為100 g/eq.以上,較佳為200 g/eq.以上,更佳為250 g/eq.以上,又,例如為30,000 g/eq.以下,較佳為 20,000 g/eq.以下,更佳為10,000 g/eq.以下。
SBR之苯乙烯含量例如為10質量%以上,較佳為15質量%以上,更佳為20質量%以上,又,例如為60質量%以下,較佳為55質量%以下,更佳為50質量%以下。
NBR係藉由丙烯腈與丁二烯之共聚合而獲得之合成橡膠,例如可列舉:丙烯腈-丁二烯無規共聚物、丙烯腈-丁二烯嵌段共聚物等。
又,NBR亦包含例如含有上述反應性基之改性NBR、或利用硫或金屬氧化物等進行部分交聯之交聯NBR等。
作為NBR,較佳可列舉羧基改性NBR。
苯乙烯-異丁烯橡膠係藉由苯乙烯與異丁烯之共聚合而獲得之合成橡膠,例如可列舉:苯乙烯-異丁烯無規共聚物、苯乙烯-異丁烯嵌段共聚物等,較佳可列舉苯乙烯-異丁烯嵌段共聚物。
又,作為苯乙烯-異丁烯嵌段共聚物,具體而言,可列舉苯乙烯-異丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIBS,Styrene Isobutylene Styrene)。
苯乙烯-異丁烯橡膠之苯乙烯含量例如為5質量%以上,較佳為10質量%以上,更佳為15質量%以上,又,例如為50質量%以下,較佳為45質量%以下,更佳為40質量%以下。
又,苯乙烯-異丁烯橡膠之重量平均分子量例如為1,000以上,較佳為5,000以上,更佳為10,000以上,又,例如為2,000,000以下,較佳為1,000,000以下,更佳為500,000以下。苯乙烯-異丁烯橡膠之重量平均分子量(標準聚苯乙烯換算值)係藉由GPC而算出。
丙烯酸系橡膠係藉由包含(甲基)丙烯酸烷基酯之單體之聚合而獲得之合成橡膠。
(甲基)丙烯酸烷基酯係甲基丙烯酸烷基酯及/或丙烯酸烷基酯,例如可列舉:(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸壬 酯等烷基部分為碳數1~10之直鏈狀或支鏈狀之(甲基)丙烯酸烷基酯,較佳可列舉烷基部分為碳數2~8之直鏈狀之(甲基)丙烯酸烷基酯。
(甲基)丙烯酸烷基酯之調配比例相對於單體,例如為50質量%以上,較佳為75質量%以上,又,例如為99質量%以下。
單體亦可包含可與(甲基)丙烯酸烷基酯聚合之共聚合性單體。
共聚合性單體含有乙烯基,可列舉例如(甲基)丙烯腈等含氰基之乙烯基單體,例如苯乙烯等芳香族乙烯基單體等。
共聚合性單體之調配比例相對於單體,例如為50質量%以下,較佳為25質量%以下,又,例如為1質量%以上。
該等共聚合性單體可單獨使用或併用2種以上。
丙烯酸系橡膠為了增大接著力,亦可包含鍵結於主鏈之末端或中間之官能基。作為官能基,例如可列舉:羧基、羥基、環氧基、醯胺基等,較佳可列舉羧基、環氧基。
於官能基為羧基之情形時,丙烯酸系橡膠為(甲基)丙烯酸烷基酯之烷基部分之一部分經羧基取代的羧基改性丙烯酸系橡膠。羧基改性丙烯酸系橡膠之酸值例如為5 mgKOH/g以上,較佳為10 mgKOH/g以上,又,例如為100 mgKOH/g以下,較佳為50 mgKOH/g以下。
於官能基為環氧基之情形時,丙烯酸系橡膠為自側鏈導入環氧基之環氧改性丙烯酸系橡膠。環氧改性丙烯酸系橡膠之環氧當量例如為50 eq./g以上,較佳為100 eq./g以上,又,例如為1,000 eq./g以下,較佳為500 eq./g以下。
丙烯酸系橡膠之重量平均分子量例如為10,000以上,較佳為50,000以上,更佳為100,000以上,又,例如為10,000,000以下,較佳為5,000,000以下,更佳為3,000,000以下,進而較佳為1,000,000以下。丙烯酸系橡膠之重量平均分子量(標準聚苯乙烯換算值)係藉由GPC而算出。
丙烯酸系橡膠之玻璃轉移溫度例如為-100℃以上,較佳為-80℃以上,更佳為-50℃以上,進而較佳為-40℃以上,又,例如為200℃以下,較佳為100℃以下,更佳為50℃以下,進而較佳為40℃以下。丙烯酸系橡膠之玻璃轉移溫度係基於例如JIS K7121-1987進行測定之熱處理後之中間點玻璃轉移溫度或藉由理論上之計算值而算出。於基於JIS K7121-1987進行測定之情形時,玻璃轉移溫度具體而言係於示差掃描熱量測定(熱流速DSC)中以升溫速度10℃/min而算出。
丙烯酸系橡膠之分解溫度例如為200℃以上,較佳為250℃以上,又,例如為500℃以下,較佳為450℃以下。
丙烯酸系橡膠之比重例如為0.5以上,較佳為0.8以上,又,例如為1.5以下,較佳為1.4以下。
該等橡膠成分可單獨使用或併用2種以上。
再者,橡膠成分可視需要而調製成利用溶劑溶解而成之橡膠成分溶液而使用。
作為溶劑,可列舉例如丙酮、甲基乙基酮(MEK,Methyl Ethyl Ketone)等酮,例如甲苯、二甲苯、乙基苯等芳香族烴,例如乙酸乙酯等酯,例如N,N-二甲基甲醯胺等醯胺等有機溶劑等。
該等溶劑可單獨使用或併用2種以上。
於將橡膠成分調製成橡膠成分溶液之情形時,橡膠成分之含有比率相對於橡膠成分溶液,例如為1質量%以上,較佳為2質量%以上,更佳為5質量%以上,又,例如為99質量%以下,較佳為90質量%以下,更佳為80質量%以下。
又,橡膠成分亦可與聚合起始劑併用而調製成含有橡膠成分及聚合起始劑之橡膠組合物。
聚合起始劑較佳為於橡膠成分含有聚合性基之情形時調配於橡膠成分中。
藉此,可使橡膠成分之聚合性基彼此進行聚合反應而使橡膠成分確實地表現出橡膠彈性。
作為聚合起始劑,例如可列舉光聚合起始劑、熱聚合起始劑等自由基聚合起始劑。
作為光聚合起始劑,例如可列舉:安息香醚化合物、苯乙酮化合物、α-酮醇化合物、芳香族磺醯氯化合物、光活性肟化合物、安息香化合物、苯偶醯化合物、二苯甲酮化合物、9-氧硫化合物、α-胺基酮化合物等。
具體而言,作為安息香醚化合物,例如可列舉:安息香甲醚、安息香乙醚、安息香丙醚、安息香異丙醚、安息香異丁醚、2,2-二甲氧基-1,2-二苯基乙烷-1-酮、大茴香醚甲醚等。
作為苯乙酮化合物,例如可列舉:2,2-二乙氧基苯乙酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、1-羥基環己基苯基酮、4-苯氧基二氯苯乙酮、4-(第三丁基)二氯苯乙酮等。
作為α-酮醇化合物,例如可列舉:2-甲基-2-羥基苯丙酮、1-[4-(2-羥基乙基)苯基]-2-甲基丙烷-1-酮等。作為芳香族磺醯氯化合物,例如可列舉2-萘磺醯氯等。作為光活性肟化合物,例如可列舉1-苯基-1,1-丙二酮-2-(O-乙氧基羰基)-肟等。
又,作為安息香化合物,例如可列舉安息香等,作為苯偶醯化合物,例如可列舉苯偶醯等,作為二苯甲酮化合物,例如可列舉二苯甲酮、苯甲醯苯甲酸、3,3'-二甲基-4-甲氧基二苯甲酮、聚乙烯基二苯甲酮、α-羥基環己基苯基酮等。
作為9-氧硫化合物,例如可列舉:9-氧硫、2-氯-9-氧硫、2-甲基-9-氧硫、2,4-二甲基-9-氧硫、異丙基-9-氧硫 、2,4-二異丙基-9-氧硫、十二烷基-9-氧硫等。
作為α-胺基酮化合物,可列舉:2-甲基-1-苯基-2-嗎啉基丙烷-1- 酮、2-甲基-1-[4-(己基)苯基]-2-嗎啉基丙烷-1-酮、2-乙基-2-二甲基胺基-1-(4-嗎啉基苯基)-丁酮-1、2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-嗎啉基丙烷-1-酮等。
作為光聚合起始劑,較佳可列舉:9-氧硫化合物、α-胺基酮化合物。
作為熱聚合起始劑,可列舉例如過氧化二苯甲醯、過氧化二第三丁基、氫過氧化異丙苯、過氧化二月桂醯等有機過氧化物,例如2,2'-偶氮雙異丁腈(AIBN,2,2'-azobisisobutyronitrile)、偶氮雙異戊腈等偶氮化合物等。
作為熱聚合起始劑,較佳可列舉偶氮化合物。
該等聚合起始劑可單獨使用或併用2種以上。
聚合起始劑之調配比例相對於橡膠成分100質量份,例如為0.01質量份以上,較佳為0.1質量份以上,又,例如為20質量份以下,較佳為10質量份以下。
又,橡膠成分之調配比例相對於聚合物基質,例如為0.1質量%以上,較佳為1質量%以上,更佳為5質量%以上,又,例如為100質量%以下,較佳為99.9質量%以下,更佳為99質量%以下。
橡膠組合物之調配比例相對於聚合物基質,例如為0.1質量%以上,較佳為1質量%以上,更佳為5質量%以上,又,例如為100質量%以下,較佳為99質量%以下,更佳為95質量%以下。
又,聚合物基質除橡膠成分以外,亦可含有環氧樹脂組合物。
環氧樹脂組合物為熱硬化性樹脂組合物,較佳為含有環氧樹脂,進而視需要含有硬化劑及/或硬化促進劑。
環氧樹脂於常溫下為常溫液體、常溫半固體及常溫固體之任一形態。
具體而言,作為環氧樹脂,可列舉例如雙酚型環氧樹脂(例如雙 酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、雙酚S型環氧樹脂、氫化雙酚A型環氧樹脂、二聚酸改性雙酚型環氧樹脂等)、酚醛清漆型環氧樹脂(例如苯酚酚醛清漆型環氧樹脂、甲酚酚醛清漆型環氧樹脂、聯苯型環氧樹脂等)、萘型環氧樹脂、茀型環氧樹脂(例如雙芳基茀型環氧樹脂等)、三苯基甲烷型環氧樹脂(例如三羥基苯基甲烷型環氧樹脂等)等芳香族系環氧樹脂,例如異氰尿酸三環氧丙酯(異氰尿酸三縮水甘油酯)、乙內醯脲環氧樹脂等含氮環之環氧樹脂,例如脂肪族系環氧樹脂,例如脂環式環氧樹脂(例如二環戊二烯型環氧樹脂等二環型環氧樹脂等),例如縮水甘油醚型環氧樹脂,例如縮水甘油胺型環氧樹脂等。
較佳可列舉芳香族系環氧樹脂,更佳可列舉雙酚型環氧樹脂、茀型環氧樹脂、三苯基甲烷型環氧樹脂。又,較佳可列舉脂環式環氧樹脂,更佳可列舉二環型環氧樹脂。
又,環氧樹脂可於其分子結構中包含形成液晶性結構、結晶結構等之分子結構。作為上述分子結構,具體而言,可列舉液晶原基等。
該等環氧樹脂可單獨使用或併用2種以上。
又,環氧樹脂之環氧當量例如為100 g/eq.以上,較佳為130 g/eq.以上,更佳為150 g/eq.以上,又,例如為10,000 g/eq.以下,較佳為9,000 g/eq.以下,更佳為8,000 g/eq.以下,進而較佳為5,000 g/eq.以下,尤佳為1,000 g/eq.以下,最佳為500 g/eq.以下。
又,於環氧樹脂為常溫固體之情形時,軟化點例如為20℃以上,較佳為40℃以上,又,例如為130℃以下,較佳為90℃以下。又,熔點例如為20℃以上,較佳為40℃以上,又,為130℃以下,較佳為90℃以下。
於環氧樹脂為常溫液體之情形時,黏度(25℃)例如為100 mPa.s以 上,較佳為200 mPa.s以上,更佳為500 mPa.s以上,又,例如為1,000,000 mPa.s以下,較佳為800,000 mPa.s以下,更佳為500,000 mPa‧s以下。
又,於環氧樹脂為半固體之情形時,150℃下之黏度例如為1 mPa‧s以上,較佳為5 mPa.s以上,更佳為10 mPa.s以上,又,例如為10,000 mPa‧s以下,較佳為5,000 mPa.s以下,更佳為1,000 mPa.s以下。
環氧樹脂之調配比例相對於環氧樹脂組合物,例如為100質量%以下,較佳為99質量%以下,更佳為95質量%以下,又,例如為10質量%以上。
環氧樹脂相對於橡膠成分之體積調配比(環氧樹脂之體積份數/橡膠成分之體積份數)例如為0以上,較佳為0.01以上,更佳為0.1以上,尤佳為0.2以上,又,例如為99以下,較佳為90以下,更佳為19以下,尤佳為8.5以下。
硬化劑係例如可藉由加熱使環氧樹脂硬化之硬化劑(環氧樹脂硬化劑),例如可列舉:酚樹脂、胺化合物、酸酐化合物、醯胺化合物、醯肼化合物等。
作為酚樹脂,例如可列舉於酸性觸媒下使苯酚、甲酚、間苯二酚、鄰苯二酚、雙酚A、雙酚F、苯基苯酚、胺基苯酚等苯酚化合物及/或α-萘酚、β-萘酚、二羥基萘等萘酚化合物,與甲醛、苯甲醛、柳醛等具有醛基之化合物縮合或共縮合而獲得之酚醛清漆型酚樹脂;例如由苯酚化合物及/或萘酚化合物與二甲氧基對二甲苯或雙(甲氧基甲基)聯苯所合成之苯酚-芳烷基樹脂;例如伸聯苯基型苯酚-芳烷基樹脂、萘酚-芳烷基樹脂等芳烷基型酚樹脂;例如藉由苯酚化合物及/或萘酚化合物與二環戊二烯之共聚合而合成之二環戊二烯型苯酚酚醛清漆樹脂;例如二環戊二烯型萘酚酚醛清漆樹脂等二環戊二烯型酚樹 脂;例如三苯基甲烷型酚樹脂;例如萜烯改性酚樹脂;例如對二甲苯及/或間二甲苯改性酚樹脂;例如三聚氰胺改性酚樹脂等。較佳可列舉苯酚-芳烷基樹脂。
酚樹脂之羥基當量例如為80 g/eq.以上,較佳為90 g/eq.以上,100 g/eq.以上,又,例如為2,000 g/eq.以下,較佳為1,000 g/eq.以下,更佳為500 g/eq.以下。
作為胺化合物,例如可列舉:乙二胺、丙二胺、二乙三胺、三乙四胺等多胺、或該等之胺加成物等,例如可列舉:間苯二胺、二胺基二苯基甲烷、二胺基二苯基碸等。
作為酸酐化合物,例如可列舉:鄰苯二甲酸酐、順丁烯二酸酐、四氫鄰苯二甲酸酐、六氫鄰苯二甲酸酐、4-甲基-六氫鄰苯二甲酸酐、甲基耐地酸酐、均苯四甲酸二酐、十二烯基琥珀酸酐、二氯琥珀酸酐、二苯甲酮四甲酸二酐、氯茵酸酐等。
作為醯胺化合物,例如可列舉:雙氰胺、聚醯胺等。
作為醯肼化合物,例如可列舉己二酸二醯肼等。
該等硬化劑可單獨使用或併用2種以上。
作為硬化劑,較佳可列舉酚樹脂。
硬化促進劑係例如可藉由加熱而促進環氧樹脂之硬化的硬化促進劑(環氧樹脂硬化促進劑),例如發揮作為觸媒之作用。具體而言,例如可列舉:咪唑化合物、咪唑啉化合物、有機膦化合物、脲化合物等。較佳可列舉:咪唑化合物、咪唑啉化合物,更佳可列舉咪唑化合物。
作為咪唑化合物,可列舉例如2-苯基咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、2-苯基-4-甲基-5-羥基甲基咪唑等咪唑,例如2,4-二胺基-6-[2'-甲基咪唑基-(1')]-乙基-均三異三聚氰酸加成物、2,4-二胺基-6-[2'-甲基咪唑基-(1')]-乙基-均三異三聚氰酸加 成物、2-苯基咪唑異三聚氰酸加成物等異三聚氰酸加成物等。
作為咪唑啉化合物,例如可列舉:甲基咪唑啉、2-乙基-4-甲基咪唑啉、乙基咪唑啉、異丙基咪唑啉、2,4-二甲基咪唑啉、苯基咪唑啉、十一烷基咪唑啉、十七烷基咪唑啉、2-苯基-4-甲基咪唑啉等。
硬化劑及/或硬化促進劑之調配比例相對於環氧樹脂100質量份,例如為0.1質量份以上,較佳為0.2質量份以上,更佳為0.5質量份以上,尤佳為1質量份以上,又,例如為500質量份以下,較佳為400質量份以下,更佳為300質量份以下,尤佳為200質量份以下。
再者,硬化劑及/或硬化促進劑可視需要調製成利用溶劑溶解及/或分散而成之溶劑溶液及/或溶劑分散液而使用。
作為溶劑,可列舉例如丙酮、甲基乙基酮等酮,例如乙酸乙酯等酯,例如N,N-二甲基甲醯胺等醯胺等有機溶劑等。又,作為溶劑,可列舉例如水,例如甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇等醇等水系溶劑。作為溶劑,較佳可列舉有機溶劑,更佳可列舉酮。
聚合物基質之調配比例相對於氮化硼粒子100質量份,例如為2質量份以上,較佳為5質量份以上,更佳為10質量份以上,又,例如為200質量份以下,較佳為100質量份以下。
聚合物基質之調配比例相對於氮化硼粒子及聚合物基質(即導熱性組合物)之總量,例如為3質量%以上,較佳為5質量%以上,更佳為10質量%以上,又,例如為60質量%以下,較佳為40質量%以下,更佳為35質量%以下。
又,氮化硼粒子之質量基準之含有比率例如為40質量%以上,較佳為50質量%以上,更佳為60質量%以上,進而較佳為65質量%以上,又,例如為98質量%以下,較佳為96質量%以下,更佳為94質量%以下,進而較佳為93質量份%以下。
再者,聚合物基質亦可含有分散劑等添加劑。
分散劑係為了防止氮化硼粒子之凝集或沈澱、提高分散性而視需要調配於聚合物基質中。
作為分散劑,例如可列舉:聚胺基醯胺鹽、聚酯等。
分散劑可單獨使用或併用,其調配比例相對於氮化硼粒子100質量份,例如為0.01質量份以上,較佳為0.1質量份以上,又,例如為20質量份以下,較佳為10質量份以下。
其次,參照圖1及圖2說明製造第1實施形態之導熱性片材之一實施形態的方法。
於該方法中,首先以上述調配比例調配上述各成分,進行攪拌混合,藉此調製導熱性組合物。
於攪拌混合中,為了效率良好地混合各成分,例如將溶劑與上述各成分一併調配。
作為溶劑,可列舉與上述相同之有機溶劑。又,於將上述導熱性組合物調製成溶劑溶液及/或溶劑分散液之情形時,於攪拌混合中可不追加溶劑而直接將溶劑溶液及/或溶劑分散液之溶劑供給作用以攪拌混合之混合溶劑。或者亦可於攪拌混合中進一步追加溶劑作為混合溶劑。
再者,於攪拌混合中,視需要亦可使用混合攪拌機、三一馬達等攪拌裝置。
於使用溶劑進行攪拌混合之情形時,攪拌混合後,例如於室溫下放置1~48小時,藉此除去溶劑。此時如有必要例如亦可藉由送風等使之乾燥。又,例如亦可藉由於室溫及5分鐘~48小時等條件下進行真空乾燥而除去溶劑。又,亦可利用塗佈機將含有導熱性組合物及溶劑之清漆塗佈於分隔件上,於乾燥器內使該清漆乾燥。
其後,視需要為了成型為片材形狀,藉由將導熱性組合物粉碎而獲得粉末(導熱性組合物粉末)。
繼而,於該方法中,對所獲得之導熱性組合物(包含導熱性組合物粉末、片材,以下相同)進行熱壓。
具體而言,如圖2所示,例如視需要經由2片脫模膜4對導熱性組合物進行熱壓。
熱壓之條件係溫度例如為30℃以上,較佳為40℃以上,又,例如為170℃以下,較佳為150℃以下。壓力例如為0.5 MPa以上,較佳為1 MPa以上,又,例如為100 MPa以下,較佳為75 MPa以下。時間例如為0.1分鐘以上,較佳為1分鐘以上,又,例如為100分鐘以下,較佳為30分鐘以下。
更佳為對導熱性組合物進行真空熱壓。真空熱壓之真空度例如為100 Pa以下,較佳為50 Pa以下,又,例如為1 Pa以上,較佳為5 Pa以上。溫度、壓力及時間與上述熱壓之該等相同。
再者,於熱壓中,將導熱性組合物載置於脫模膜4上之後,視需要將所需厚度之間隔件(於圖2中未作圖式)於導熱性組合物之周圍配置成框狀,藉此可獲得厚度實質上與間隔件相同之導熱性片材1。
又,亦可於熱壓前,利用雙輥等對導熱性組合物進行壓延而將其製成片材狀(壓製片材)。該情形時之壓延條件例如為壓力0.1~8 MPa、輥溫度60~150℃、輥之轉速0.5~10 rpm或0.1~50 m/min。再者,輥亦可設為多段。
藉此,可獲得導熱性片材1。
於聚合物基質3含有環氧樹脂組合物或包含環氧基之橡膠成分之情形時,導熱性片材1係藉由上述熱壓而以半硬化狀態(B階狀態)之片材之形態獲得。
進而,於橡膠組合物含有熱聚合起始劑、橡膠成分含有聚合性基之情形時,利用熱聚合起始劑,橡膠成分之聚合性基進行反應,藉此橡膠成分進行交聯反應。
又,若橡膠成分含有羧基改性NBR,則藉由加熱,藉由羧基彼此之脫水反應而進行交聯反應。
進而,於橡膠成分含有環氧改性聚丁二烯橡膠及/或環氧改性SBR、進而聚合物基質含有環氧樹脂組合物之情形時,藉由加熱,環氧改性聚丁二烯橡膠及/或環氧改性SBR之環氧基與環氧樹脂之環氧基一併藉由硬化劑進行交聯反應。
另一方面,於橡膠組合物含有光聚合起始劑、橡膠成分含有聚合性基之情形時,對導熱性片材1照射例如紫外線等能量射線。能量射線之線量例如為100 J/m2以上,較佳為200 J/m2以上,更佳為500 J/m2以上,又,例如為10,000 J/m2以下,較佳為8,000 J/m2以下,更佳為5,000 J/m2以下。繼而,基於能量射線之照射,藉由光聚合起始劑,橡膠成分之聚合性基進行反應,藉此橡膠成分進行交聯反應。
繼而,亦可施加熱而促進反應。例如亦可藉由放入50~70℃(具體而言,60℃)之乾燥機中進行例如0.5~2小時(具體而言,1小時)之處理而促進反應。
再者,於頻率1 Hz及升溫速度2℃/min之條件下使由自導熱性組合物除去氮化硼粒子之含橡膠組合物(即聚合物基質)所形成之含橡膠片材進行升溫時的儲存剪切彈性模數G'於20~150℃之溫度範圍內之至少任一溫度下(尤佳為於80℃下)例如為5.6×103 Pa以上,較佳為1×104 Pa以上,更佳為3×104 Pa以上,又,例如為2×105 Pa以下,較佳為1×105 Pa以下,更佳為5×104 Pa以下。
藉由將儲存剪切彈性模數設為5.6×103 Pa以上,於將由在含橡膠組合物中添加氮化硼粒子所獲得之導熱性組合物所形成的導熱性片材加熱接著於安裝基板上之情形時,對安裝基板之凹凸追隨性提高,又,可減低導熱性片材上產生之裂紋。另一方面,若將儲存剪切彈性模數設為2×105 Pa以下,則對安裝基板之接著性變得更良好。
該含橡膠片材之損耗剪切彈性模數G"(測定條件與儲存剪切彈性模數相同)於20~150℃之溫度範圍內之至少任一溫度下(尤佳為於80℃下)例如為1×103 Pa以上,較佳為5×103 Pa以上,更佳為1×104 Pa以上,又,例如為1×106 Pa以下,較佳為1×105 Pa以下,更佳為5×104 Pa以下。
該含橡膠片材之複剪切黏度(complex shear viscosity)η*(測定條件與儲存剪切彈性模數相同)於20~150℃之溫度範圍內之至少任一溫度下(尤佳為於80℃下)例如為9×105 mPa.s以上,較佳為1×106 mPa.s以上,更佳為5×106 mPa.s以上,又,例如為1×108 mPa.s以下,較佳為1×107 mPa.s以下,更佳為7×106 mPa.s以下。
儲存剪切彈性模數、損耗剪切彈性模數及複剪切黏度係使用黏度-黏彈性測定裝置(商品名HAAKE Rheo Stress 600,英弘精機公司製造),依據JIS K7244-10「塑膠-動態機械特性之試驗方法-第10部:利用平行板振盪流變儀測得之複剪切黏度」進行測定。
再者,第1實施形態之導熱性片材亦可藉由如下方式形成:調配上述聚合物基質及視需要之溶劑而調製上述範圍之彈性模數之含橡膠組合物,繼而,進而於該含橡膠組合物中調配氮化硼粒子而調製導熱性組合物,由該導熱性組合物形成導熱性片材。
如此而獲得之導熱性片材之厚度例如為2000 μm以下,較佳為1000 μm以下,更佳為800 μm以下,又,通常例如為50 μm以上,較佳為100 μm以上,更佳為150 μm以上,尤佳為200 μm以上。
又,導熱性片材中之氮化硼粒子之體積基準之含有比率(氮化硼粒子相對於固形物成分、即聚合物基質及氮化硼粒子之總體積的體積百分率)如上所述,為35體積%以上(較佳為50體積%以上,更佳為60體積%以上,進而較佳為65體積%以上,尤佳為68體積%以上,最佳為75體積%以上),又,通常為95體積%以下(較佳為90體積%以下,更 佳為85體積%以下,進而較佳為80體積%以下)。導熱性片材中之氮化硼粒子之質量基準之調配比例例如為40質量%以上,較佳為50質量%以上,更佳為60質量%以上,進而較佳為65質量%以上,尤佳為75質量%以上,又,例如為98質量%以下,較佳為96質量%以下,更佳為94質量%以下,進而較佳為93質量%以下。
於氮化硼粒子之含有比率未滿足上述範圍之情形時,存在因未形成氮化硼粒子彼此之導熱通道而導致於導熱性片材中面方向PD之導熱性降低的情況。又,於氮化硼粒子之含有比率超過上述範圍之情形時,存在導熱性片材變脆而使操作性、階差追隨性等降低之情況。
並且,於如此而獲得之導熱性片材1中,如圖1及其局部放大模式圖所示,氮化硼粒子2之長邊方向LD沿著導熱性片材1之與厚度方向TD交叉(正交)之面方向PD進行配向。
又,氮化硼粒子2之長邊方向LD於導熱性片材1之面方向PD上所成之角度之算術平均之絕對值(氮化硼粒子2相對於導熱性片材1之配向角度α)例如為30度以下,較佳為25度以下,更佳為20度以下,又,通常為0度以上。
再者,氮化硼粒子2相對於導熱性片材1之配向角度α係藉由下述方式算出:利用截面拋光儀(CP,Cross Section Polisher)沿著厚度方向對導熱性片材1進行切割加工,針對由此露出之剖面,利用掃描型電子顯微鏡(SEM)、以可觀察到200個以上之氮化硼粒子2之視野之倍率拍攝照片,由所獲得之SEM照片,取得氮化硼粒子2之長邊方向LD相對於導熱性片材1之面方向PD(與厚度方向TD正交之方向)的傾斜角α,算出其平均值。
藉此,導熱性片材之面方向PD之導熱率為4 W/m.K以上,較佳為5 W/m.K以上,更佳為10 W/m.K以上,進而較佳為15 W/m‧K以上,尤佳為20 W/m.K以上,最佳為25 W/m.K以上,又,通常為200 W/m.K 以下。
又,於聚合物基質含有環氧樹脂之情形時,導熱性片材之面方向PD之導熱率於下述熱硬化(完全硬化)之前後實質上相同。
若導熱性片材之面方向PD之導熱率未滿足上述範圍,則面方向PD之導熱性並不充分,因此存在無法用於上述要求面方向PD之導熱性之散熱用途的情況。
再者,導熱性片材之面方向PD之導熱率係藉由脈衝加熱法進行測定。於脈衝加熱法中,使用氙燈閃光法導熱分析儀「LFA-447型」(NETZSCH公司製造)。
又,導熱性片材之厚度方向TD之導熱率例如為0.3 W/m.K以上,較佳為0.5 W/m.K以上,更佳為0.8 W/m.K以上,進而較佳為1 W/m.K以上,尤佳為1.2 W/m.K以上,又,例如為20 W/m.K以下,較佳為15 W/m.K以下,更佳為12 W/m.K以下,進而較佳為10 W/m.K以下。
再者,導熱性片材之厚度方向TD之導熱率係藉由脈衝加熱法、雷射閃光法或TWA(溫度波分析,temperature wave analysis)法進行測定。於脈衝加熱法中,使用與上述相同者,於雷射閃光法中,使用「TC-9000」(ULVAC理工公司製造),於TWA法中,使用「ai-Phase mobile」(ai-Phase公司製造)。
藉此,導熱性片材1之面方向PD之導熱率相對於導熱性片材1之厚度方向TD之導熱率的比(面方向PD之導熱率/厚度方向TD之導熱率)例如為1.5以上,較佳為1.8以上,更佳為2以上,尤佳為3以上,又,通常為100以下,較佳為50以下。
並且,導熱性片材1之面方向PD之最大伸長率較佳為101.7%以上,更佳為101.9%以上,進而較佳為102.0%以上,尤佳為102.2%以上,又,例如為1000%以下。
若導熱性片材1之面方向PD之最大伸長率處於上述範圍內,則於 配置於半導體元件上時,可有效地防止損傷。
導熱性片材1之面方向PD之最大伸長率(藉由下述方法進行實測所得之實測值)係以如下方式進行測定。
即,將B階狀態之導熱性片材1切割成短條片,將其設置於拉伸試驗機上,測定以速度5 mm/min沿著短條片之長邊方向進行拉伸時之最大伸長率(%)作為實測值(拉伸試驗)。
又,根據下述式(1)及(2),任意之氮化硼粒子2之體積比例X%下之導熱性片材1中之聚合物基質3之最大伸長率Z%可以推算值之形式簡便地推算出。根據式(1)及(2)所推算出之最大伸長率Z%例如為100.1%以上,較佳為100.5%以上,更佳為100.8%以上,進而較佳為101%以上,又,例如為2000%以下。
Y(%)=M(%)×eX×k (1)
Z(%)=Y(%)+100(%) (2)
k:常數
M:當氮化硼粒子2於導熱性片材1中所占之體積比例為0%時,導熱性片材1之面方向PD之最大伸長率相對於拉伸試驗前之導熱性片材1之面方向PD之長度100的比率(以下稱為最大伸長率之比率),即聚合物基質3於導熱性片材1中所占之體積比例為100%時之最大伸長率A(%)-100
A:導熱性片材1之面方向PD之最大伸長率(實測值)(%)
X:氮化硼粒子2於導熱性片材1中所占之體積比例(%)
Y:導熱性片材1之面方向PD之最大伸長部分比率(%),即最大伸長量相對於拉伸試驗前之導熱性片材1的百分率
Z:根據計算求出之導熱性片材1之面方向PD之最大伸長率(推算值)(%)
若最大伸長率(推算值)Z%處於上述範圍內,則於配置於半導體 元件上時,可有效地防止損傷。
參照圖6,常數k係將藉由上述拉伸試驗所獲得之導熱性片材1之面方向PD之最大伸長率(實測值)之比例、即最大伸長率A(%)-100相對於氮化硼粒子2於導熱性片材1中所占之體積比例X(%)進行繪圖,以藉由最小平方法由所繪出之點所算出之直線之斜率之形式獲得。
常數k例如為-0.1以上,較佳為-0.09以上,更佳為-0.08以上,尤佳為-0.07以上,又,例如為-0.001以下,較佳為-0.005以下,更佳為-0.008以下,尤佳為-0.01以下。
常數k若處於上述範圍內,則於配置於半導體元件上時,可有效地防止損傷。
又,導熱性片材1之斷裂時伸長率C(%)係於上述拉伸試驗中以實測值之形式測定,具體而言,例如為101.9%以上,較佳為102.0%以上,更佳為103.0%以上,又,例如為1000%以下。
又,根據下述式(3)及(4),任意之氮化硼粒子2之體積比例X%下之導熱性片材1中之聚合物基質3之斷裂時伸長率W%可以推算值之形式簡便地推算出。根據式(3)及(4)所推算出之斷裂時伸長率W%例如為101%以上,較佳為101.3%以上,更佳為101.7%以上,又,例如為3000%以下。
V(%)=N(%)×eX×L (3)
W(%)=V(%)+100(%) (4)
L:常數
N:當氮化硼粒子2於導熱性片材1中所占之體積比例為0%時,導熱性片材1之面方向PD之斷裂時伸長率相對於拉伸試驗前之導熱性片材1之面方向PD之長度100的比例(以下稱為斷裂時伸長率之比率)、即聚合物基質3於導熱性片材1中所占之體積比例為100%時之斷裂時伸長率C(%)-100
C:導熱性片材1之面方向PD之斷裂時伸長率(實測值)(%)
X:氮化硼粒子2於導熱性片材1中所占之體積比例(%)
V:導熱性片材1之面方向PD之斷裂時伸長部分比率(%)、即斷裂時伸長量相對於拉伸試驗前之導熱性片材1的百分率
W:由計算所求出之導熱性片材1之面方向PD之斷裂時伸長率(推算值)(%)
若斷裂時伸長率(推算值)W%處於上述範圍內,則於配置於半導體元件上時,可有效地防止損傷。
常數L係將藉由上述拉伸試驗所獲得之導熱性片材1之面方向PD之斷裂時伸長率(實測值)之比例、即斷裂時伸長率C(%)-100相對於氮化硼粒子2於導熱性片材1中所占之體積比例X(%)進行繪圖,以藉由最小平方法由所繪出之點所算出之直線之斜率之形式獲得。
常數L例如為-0.1以上,較佳為-0.09以上,更佳為-0.08以上,尤佳為-0.07以上,又,例如為-0.001以下,較佳為-0.005以下,更佳為-0.01以下,尤佳為-0.03以下。
若常數L處於上述範圍內,則於配置於半導體元件上時,可有效地防止損傷。
導熱性片材1之拉伸彈性模數例如為5 N/mm2以上,較佳為10 N/mm2以上,更佳為15 N/mm2以上,進而較佳為30 N/mm2以上,又,例如為3000 N/mm2以下。
若導熱性片材1之拉伸彈性模數處於上述範圍內,則於配置於半導體元件上時,可有效地防止損傷。
導熱性片材1之拉伸彈性模數係藉由上述拉伸試驗進行測定。
又,導熱性片材1於依據JIS K5600-5-1之圓筒形芯軸法之耐彎曲性試驗中,於下述試驗條件下進行評價時,例如未觀察到斷裂。
試驗條件
試驗裝置:I型
芯軸:直徑10 mm、或直徑5 mm
彎曲角度:90度以上
導熱性片材1之厚度:0.3 mm
圖4表示耐彎曲性試驗之I型試驗裝置(耐彎曲性試驗前)之立體圖,圖5表示耐彎曲性試驗之I型試驗裝置(耐彎曲性試驗中途)之立體圖。
再者,將I型試驗裝置之立體圖示於圖4及圖5,以下說明I型試驗裝置。
於圖4及圖5中,I型試驗裝置10具備第1平板11、與第1平板11並列配置之第2平板12、及用以使第1平板11及第2平板12相對旋動而設置之芯軸(旋轉軸)13。
第1平板11係形成為大致矩形平板狀。又,於第1平板11之一端部(遊端部)設置有止動部14。止動部14係以沿著第1平板11之一端部進行延伸之方式形成於第1平板11之表面。
第2平板12係形成為大致矩形平板狀,以其1邊與第1平板11之1邊(與設置有止動部14之一端部相反之側之另一端部(基端部)之1邊)鄰接之方式配置。
芯軸13係以沿著相互鄰接之第1平板11及第2平板12之1邊進行延伸之方式形成。
該I型試驗裝置10如圖4所示,於開始耐彎曲性試驗之前,使第1平板11之表面與第2平板12之面成為一面。
並且,於實施耐彎曲性試驗時,將導熱性片材1載置於第1平板11之表面與第2平板12之表面。再者,導熱性片材1係以其1邊抵接於止動部14之方式進行載置。
繼而,如圖5所示,使第1平板11及第2平板12相對旋動。具體而 言,使第1平板11之遊端部與第2平板12之遊端部以芯軸13為中心僅旋動特定之角度。詳細而言,使第1平板11及第2平板12以該等之遊端部之表面接近(對向)之方式旋動。
藉此,導熱性片材1一面追隨第1平板11及第2平板12之旋動一面以芯軸13為中心而彎曲。
較佳為導熱性片材1即便於上述試驗條件下使用直徑5 mm之芯軸13時亦未觀察到斷裂。
於在上述使用直徑5 mm之芯軸13之耐彎曲性試驗中於導熱性片材1上觀察到斷裂的情形時,存在無法對導熱性片材1賦予優異之柔軟性之情況。
再者,耐彎曲性試驗係使用B階狀態之導熱性片材1。
又,該導熱性片材1於依據JIS K7171(2008年)之三點彎曲試驗中,於下述試驗條件下進行評價時,例如未觀察到斷裂。
試驗條件
試驗片:尺寸20 mm×15 mm
支點間距離:5 mm
試驗速度:20 mm/min(壓頭之下壓速度)
彎曲角度:120度
評價方法:以目視觀察於上述試驗條件下進行試驗時試驗片之中央部有無龜裂等斷裂。
再者,三點彎曲試驗係使用半硬化狀態之導熱性片材1。
因此,該導熱性片材1由於在上述三點彎曲試驗中未觀察到斷裂,故而階差追隨性優異。再者,所謂階差追隨性係指將導熱性片材1設置於存在階差之設置對象上時,以沿著該階差進行密接之方式追隨的特性。
再者,於聚合物基質含有環氧樹脂組合物之情形時,貼著後, 藉由加熱使導熱性片材1熱硬化(稱為C階狀態),藉此使之接著於作為散熱對象之半導體元件上。
為了使導熱性片材1熱硬化,於例如40℃以上、較佳為60℃以上、更佳為90℃以上、進而較佳為150℃以上、且例如250℃以下、較佳為200℃以下之溫度下,以例如10秒以上、較佳為1分鐘以上、更佳為5分鐘以上、進而較佳為10分鐘以上、且例如10天以下、較佳為7天以下、更佳為3天以下、進而較佳為2天以下、尤佳為10小時以下之時間,對導熱性片材1進行加熱。
並且,導熱性片材1之對銅箔之90度剝離接著力例如為2 N/10 mm以上,較佳為2.2 N/10 mm以上,更佳為2.4 N/10 mm以上,尤佳為2.6 N/10 mm以上,又,通常為30 N/10 mm以下。
若導熱性片材1之對銅箔之90度剝離接著力未滿足上述範圍,則存在對被接著體之接著力降低之情況。
導熱性片材1之對銅箔之90度剝離接著力係以如下方式測定。
即,首先將B階狀態之導熱性片材1切割成適當之尺寸,將其以接觸銅箔之粗糙面之方式與銅箔疊合,藉此製作銅箔積層片材。
再者,銅箔係於厚度方向一側具有粗糙面,於厚度方向另一側具有平坦面,粗糙面之表面粗糙度Rz(依據JIS B0601-1994之十點平均粗糙度)為5~20 μm。又,銅箔之厚度例如為10~200 μm,具體而言,為70 μm。
繼而,將所製作之銅箔積層片材配置於真空熱壓機中,例如於壓力20~60 MPa下進行1~10分鐘之熱壓。繼而,於保持壓力之狀態下,例如升溫至80~180℃,保持1~60分鐘。藉此,促進導熱性片材1自B階向C階之反應。
其後,將銅箔積層片材放入例如80~180℃之乾燥機中,靜置0.5~24小時,使導熱性片材接著於銅箔上。
繼而,將銅箔積層片材切割成短條片,將該短條片設置於拉伸試驗機上,繼而測定相對於銅箔以90度之角度、速度10 mm/min沿著短條片之長邊方向剝離導熱性片材時之90度剝離接著力。
並且,由於該導熱性片材1之面方向PD之導熱率為4 W/m‧K以上,故而面方向PD之導熱性優異。因此,面方向PD之導熱性優異之導熱性片材1可用於各種散熱用途。
又,該導熱性片材1由於含有橡膠成分,故而柔軟性優異。因此,即便將導熱性片材1以被覆半導體元件之方式進行配置,亦可防止裂紋等損傷。
又,該導熱性片材1由於拉伸試驗中之面方向PD之最大伸長率為101.7%以上,故而柔軟性更優異。因此,即便將導熱性片材1以被覆半導體元件之方式進行配置,亦可防止裂紋等損傷。結果可確實地被覆散熱對象,可藉由氮化硼粒子2確實地傳導散熱對象所產生之熱。
又,該導熱性片材1係由導熱性組合物所形成,該導熱性組合物係於形成20~150℃之溫度範圍內之至少任一溫度下(尤其是於80℃下)之儲存剪切彈性模數為5.6×103~2×105 Pa之含橡膠片材的含橡膠組合物中添加氮化硼粒子而獲得。因此,於加熱接著於安裝有電子零件而表面存在凹凸之安裝基板上之情形時,導熱性片材具有適度之柔軟性而可延伸。結果可減少導熱性片材上之裂紋之產生,並且可藉由導熱性片材1追隨其凹凸之表面而被覆安裝基板。因此,可增大安裝基板與導熱性片材之接觸面積,可利用氮化硼粒子更有效率地傳導安裝基板所產生之熱。
作為貼著或被覆導熱性片材1之散熱對象,可列舉:電子零件、於基板上安裝有電子零件之安裝基板等。
作為電子零件,例如可列舉:半導體元件(IC(積體電路,Integrated Circuit)晶片等)、電容器、線圈、電阻器、發光二極體等電 子元件。進而,亦可列舉:閘流體(整流器)、馬達零件、逆變器(inverter)、送電用零件等電力電子學所採用之電子零件等。作為基板,例如可列舉:玻璃環氧基板、玻璃基板、PET(聚對苯二甲酸乙二酯,Polyethylene Terephthalate)基板、鐵氟龍基板、陶瓷基板、聚醯亞胺基板等。
又,作為散熱對象,例如亦可列舉:LED散熱基板、電池用散熱材。
又,導熱性片材1亦可用作例如用以安裝電子零件之基板。
導熱性片材1亦可於厚度方向之一面或兩面積層黏著劑層、接著劑層、脫模膜等。
散熱對象之表面之凹凸之階差(例如電子零件之高度)例如為10 μm以上,較佳為50 μm以上,更佳為100 μm以上,進而較佳為200 μm以上,又,例如為10 mm以下,較佳為5 mm以下,更佳為2 mm以下,進而較佳為1 mm以下。
例如於被覆安裝有高度為200~900 μm之電子零件之安裝基板之情形時,較佳為使用例如厚度100 μm以上(較佳為150 μm以上,更佳為200 μm以上,又,例如為1000 μm以下)之導熱性片材進行被覆。藉由設為該範圍,於將導熱性片材被覆於安裝基板上時,可減少導熱性片材之裂紋之產生。
再者,於上述第1實施形態中,視需要於熱壓後實施能量射線之照射,其實施時期並無特別限定,例如亦可於熱壓前實施。
圖3係用以說明導熱性片材之另一實施形態之製造方法的步驟圖,圖3A表示將壓製片材分割成複數個之步驟,圖3B表示將分割片材進行積層之步驟。
於上述圖2之實施形態中,對導熱性組合物進行1次熱壓而獲得導熱性片材1,但亦可如例如圖2、圖3A及圖3B所示般實施複數次熱 壓。
具體而言,如圖2所示,首先將對導熱性組合物進行1次熱壓所獲得之導熱性片材1設為壓製片材1A,繼而如圖3A所示,分割成複數個(例如4個),獲得分割片材1B(分割步驟)。於壓製片材1A之分割中,以於厚度方向上投影時分割成複數個之方式沿著其厚度方向切割壓製片材1A。
繼而,如圖3B所示,沿著厚度方向積層各分割片材1B,獲得積層片材1C(積層步驟)。
其後,如圖2所示,對積層片材1C進行熱壓(較佳為真空熱壓)(熱壓步驟)。熱壓之條件與上述導熱性組合物之熱壓之條件相同。
其後,重複實施上述分割步驟(圖3A)、積層步驟(圖3B)及熱壓步驟(圖2)之一系列步驟。重複次數並無特別限定,可根據氮化硼粒子之分散狀態而適宜設定,例如為1次以上,較佳為2次以上,又,例如為10次以下,較佳為7次以下。
根據該方法,於導熱性片材1中可使氮化硼粒子2於聚合物基質3中有效率地沿著面方向PD進行配向。
(第2實施態樣)
第2實施形態之導熱性片材係第1實施形態之導熱性片材所含之實施形態,第2實施形態之導熱性片材係由含有板狀之氮化硼粒子、橡膠成分、環氧樹脂、及硬化劑與硬化促進劑中之至少1種的導熱性組合物所形成。即,形成第2實施形態之導熱性片材之導熱性組合物含有氮化硼粒子、與聚合物基質,該聚合物基質含有橡膠成分、環氧樹脂、及硬化劑與硬化促進劑中之至少1種。
氮化硼粒子可列舉與上述第1實施形態中所說明之氮化硼粒子相同者。氮化硼粒子之調配比例亦與第1實施形態相同。
橡膠成分可列舉與上述第1實施形態中所說明之橡膠成分相同 者,較佳可列舉:丙烯酸系橡膠、胺基甲酸酯橡膠、丁二烯橡膠、SBR、NBR、苯乙烯-異丁烯橡膠,更佳可列舉丙烯酸系橡膠。
橡膠成分之調配比例相對於氮化硼粒子100質量份,例如為0.1質量份以上,較佳為1質量份以上,更佳為3質量份以上,尤佳為5質量份以上,又,例如為100質量份以下,較佳為80質量份以下,更佳為50質量份以下,尤佳為30質量份以下。
環氧樹脂可列舉與上述第1實施形態中所說明之環氧樹脂相同者。
環氧樹脂之調配比例相對於氮化硼粒子100質量份,例如為0.1質量份以上,較佳為1質量份以上,更佳為3質量份以上,又,例如為150質量份以下,較佳為80質量份以下,更佳為50質量份以下,進而較佳為30質量份以下,尤佳為12質量份以下。
環氧樹脂相對於橡膠成分之體積調配比(環氧樹脂之體積份數/橡膠成分之體積份數)例如為0.01以上,較佳為0.1以上,更佳為0.2以上,又,例如為99以下,較佳為90以下,更佳為20以下。
環氧樹脂較佳為含有常溫液狀環氧樹脂及常溫固體環氧樹脂。
於含有常溫液狀環氧樹脂及常溫固體環氧樹脂之情形時,該等之調配比例為常溫液體環氧樹脂相對於常溫固體環氧樹脂100重量份,例如為10質量份以上,較佳為20質量份以上,更佳為40質量份以上,又,例如為500質量份以下,較佳為300質量份以下,更佳為200質量份以下。藉由設為10質量份以上,於暫時接著性方面良好。另一方面,藉由設為500質量份以下,於耐龜裂性方面良好。
於導熱性組合物含有常溫液狀環氧樹脂及常溫固體環氧樹脂之情形時,常溫液狀環氧樹脂較佳為芳香族系環氧樹脂(更佳為雙酚系環氧樹脂),常溫固體環氧樹脂較佳為脂環式環氧樹脂(更佳為二環型環氧樹脂)。
硬化劑可列舉與上述第1實施形態中所說明之硬化劑相同者。於導熱性組合物含有硬化劑之情形時,硬化劑之調配比例相對於環氧樹脂100質量份,例如為0.1質量份以上,較佳為1質量份以上,更佳為10質量份以上,進而較佳為30質量份以上,尤佳為100質量份以上,又,例如為1000質量份以下,較佳為500質量份以下,更佳為300質量份以下,進而較佳為200質量份以下。藉由調配硬化劑,可使環氧基之反應率於在低溫加熱(例如40~100℃)下保存導熱性片材1天之情形時成為40%以上。
又,硬化劑相對於環氧樹脂之環氧基的當量例如為0.5以上,較佳為1.3以上,更佳為1.5以上,進而較佳為2以上,又,例如為10以下。藉由將硬化劑當量設為0.5以上,於硬化速度方面良好。另一方面,藉由設為10以下,於保存穩定性方面良好。
硬化促進劑可列舉與上述第1實施形態中所說明之硬化促進劑相同者,較佳可列舉咪唑化合物,更佳可列舉異三聚氰酸加成物。
於導熱性組合物含有硬化促進劑之情形時,硬化促進劑之調配比例相對於環氧樹脂100質量份,例如為0.1質量份以上,較佳為0.5質量份以上,更佳為1質量份以上,又,例如為100質量份以下,較佳為50質量份以下,更佳為30質量份以下。
第2實施形態中之導熱性組合物較佳為含有硬化劑及硬化促進劑兩者。
上述所記載之調配比例以外之各種材料之調配比例與第1實施形態之各種材料之調配比例相同。
第2實施形態之導熱性片材之製造方法係以上述材料及調配比例,與上述第1實施形態中所說明之製造方法同樣地實施。
尤其是於第2實施形態之導熱性片材中,較佳為首先調配上述成分中之除氮化硼粒子以外之成分(即聚合物基質,具體而言為環氧樹 脂、硬化劑、硬化促進劑、橡膠成分等),繼而添加溶劑,藉此形成含橡膠組合物。此時之含橡膠組合物之固形物成分量例如為5質量%以上,較佳為10質量%以上,又,例如為90質量%以下,較佳為80質量%以下。
並且,於該含橡膠組合物中,於頻率1 Hz及升溫速度2℃/min之條件下使將含橡膠組合物所含之溶劑揮發而形成之含橡膠片材進行升溫時之儲存剪切彈性模數G',於貼附溫度(例如50~80℃,較佳為60~80℃,更佳為70~80℃,尤佳為80℃)之溫度範圍內之至少任一溫度下為5.5×103 Pa以上,較佳為1×104 Pa以上,更佳為2×104 Pa以上,進而較佳為3×104 Pa以上,又,例如為7.0×104 Pa以下,較佳為6×104 Pa以下,更佳為5×104 Pa以下,進而較佳為4×104 Pa以下。
若貼附溫度下之儲存剪切彈性模數未達5.5×103 Pa,則於將由在含橡膠組合物中添加氮化硼粒子所獲得之導熱性組合物所形成之導熱性片材加熱接著於安裝基板上之情形時,存在導熱性片材過於柔軟而於導熱性片材上產生龜裂之情況。另一方面,若貼附溫度下之儲存剪切彈性模數超過7.0×104 Pa,則存在導熱性片材變脆而產生龜裂之情況。
再者,貼附壓力例如為0.05 kN以上,較佳為0.1 kN以上,又,例如為5 kN以下,較佳為1 kN以下。
繼而,於上述含橡膠組合物中以成為上述比例之方式調配氮化硼粒子,獲得導熱性組合物,使用該導熱性組合物,以與上述相同之方法製造第2實施形態之導熱性片材。
又,第2實施形態之導熱性片材中之氮化硼粒子之體積基準之含有比率(氮化硼粒子於固形物成分、即自導熱性組合物中除去溶劑所得之成分中所占之含有比率)為35體積%以上,較佳為50體積%以上,更佳為60體積%以上,進而較佳為65體積%以上,又,例如為95體積 %以下,較佳為90體積%以下。又,例如為40質量%以上(較佳為50質量%以上,更佳為65質量%以上),又,例如為98質量%以下(較佳為96質量%以下,更佳為93質量份%以下)。
第2實施形態之導熱性片材由於含有環氧樹脂,故而藉由上述熱壓以半硬化狀態(B階狀態)之片材之形式獲得。
並且,於如此而獲得之導熱性片材1中,如圖1及其局部放大模式圖所示,氮化硼粒子2之長邊方向LD沿著導熱性片材1之與厚度方向TD交叉(正交)之面方向PD進行配向。配向度α與第1實施形態之導熱性片材相同。
藉此,導熱性片材1之面方向PD之導熱率為4 W/m.K以上,較佳為5 W/m.K以上,更佳為10 W/m.K以上,尤佳為15 W/m.K以上,最佳為20 W/m.K以上,又,通常為200 W/m.K以下。若導熱性片材1之面方向PD之導熱率未滿足上述範圍,則面方向PD之導熱性不充分,因此存在無法用於上述要求面方向PD之導熱性之散熱用途的情況。
又,導熱性片材1之厚度方向TD之導熱率例如為0.3 W/m.K以上,較佳為0.5 W/m.K以上,更佳為0.8 W/m.K以上,進而較佳為1 W/m.K以上,尤佳為1.2 W/m.K以上,又,例如為20 W/m.K以下。
又,將導熱性片材1於室溫(例如30℃)下保存30天後之環氧基反應率例如為未達40%,較佳為未達30%,更佳為未達25%,又,例如為0.1%以上。
又,將導熱性片材1於40~100℃(更具體而言,90℃)下保存1天後之環氧基反應率例如為40%以上,較佳為60%以上,更佳為80%以上,尤佳為90%以上,又,例如為100%以下。
又,將導熱性片材1於40~100℃(更具體而言,90℃)下保存1小時後之環氧基反應率例如為5%以上,較佳為10%以上,更佳為20%以上,又,例如為60%以下。
導熱性片材1之環氧基反應率可以如下方式求出:藉由於氮氣環境下以10℃/min之速度使導熱性片材自0℃升溫至250℃,獲得DSC曲線,根據由所獲得之DSC曲線所算出之產熱量求出反應率。更詳細之情況於實施例中加以說明。
所獲得之導熱性片材1之絕緣破壞電壓(測定方法於下文說明)例如為10 kV/mm以上,較佳為20 kV/mm以上,更佳為30 kV/mm以上,進而較佳為40 kV/mm以上,又,例如為100 kV/mm以下。
繼而,藉由加熱使該導熱性片材1接著於被覆對象(例如下述電子零件、安裝有電子零件之安裝基板等)上。被覆對象可列舉與第1實施形態中所列舉之被覆對象(散熱對象)相同者。
加熱溫度例如為70℃以上,較佳為90℃以上,又,例如為250℃以下,較佳為200℃以下,更佳為150℃以下。藉此,導熱性片材1內部之環氧樹脂等進行反應,可使導熱性片材1與被覆對象牢固地密接。此時,導熱性片材1成為硬化狀態(C階狀態)之片材。
視需要,接著可一面加熱推壓導熱性片材1及/或被覆對象一面實施。
加熱溫度例如為50℃以上,較佳為60℃以上,又,例如為150℃以下,較佳為120℃以下。
又,壓力例如為0.01 MPa以上,較佳為0.02 MPa以上,又,例如為50 MPa以下,較佳為10 MPa以下。
於被覆對象之表面存在凹凸等階差之情形時,該被覆對象之階差之高度例如為10 μm以上,較佳為50 μm以上,更佳為100 μm以上,進而較佳為200 μm以上,又,例如為1 cm以下,較佳為5 mm以下,更佳為2 mm以下,尤佳為1 mm以下。
於將導熱性片材1之厚度設為A、被覆對象之階差之高度設為B之情形時,B與A之比率(B/A)例如為50以下,較佳為25以下,更佳為10 以下,又,例如為0.005以上。藉由設為50以下,於使導熱性片材1密接於被覆對象上之情形時,可抑制龜裂之產生。
並且,該導熱性片材1由於導熱性片材1之面方向PD之導熱率為4 W/m‧K以上,故而面方向PD之導熱性優異。因此,面方向PD之導熱性優異之導熱性片材1可用於各種散熱用途。
又,該導熱性片材1係由含有氮化硼粒子、環氧樹脂、硬化劑、硬化促進劑及橡膠成分之導熱性組合物所形成。因此,可於更低之溫度下、例如100℃以下接著於安裝基板上。結果可減低對安裝基板之熱負荷。
又,該導熱性片材1係由導熱性組合物所形成,該導熱性組合物係於形成貼附溫度下之儲存剪切彈性模數為5.5×103~7.0×104 Pa之含橡膠片材之含橡膠組合物中添加氮化硼粒子而獲得。因此,於將導熱性片材1被覆於表面存在凹凸之被覆對象上之情形時,導熱性片材1具有適度之柔軟性而可延伸。結果可減少導熱性片材1上裂紋之產生,並且可利用導熱性片材1追隨其凹凸之表面而被覆被覆對象。因此,可增大被覆對象與導熱性片材1之接觸面積,可利用氮化硼粒子更有效率地傳導被覆對象所產生之熱。
又,該導熱性片材1係由含有常溫液狀環氧樹脂及常溫固體環氧樹脂之導熱性組合物所形成,因此可撓性優異。
又,該導熱性片材1係由含有酚樹脂作為硬化劑之導熱性組合物所形成,因此低溫接著性優異。
又,該導熱性片材1係由含有咪唑化合物作為硬化促進劑之導熱性組合物所形成,因此低溫接著性及保存穩定性優異。
又,該導熱性片材1係由向形成室溫下保存30天後之環氧基反應率未達30%之含橡膠片材的含橡膠組合物中調配有氮化硼粒子的導熱性組合物所形成,因此導熱性片材1之保存穩定性優異。
再者,作為自先前以來之課題,存在根據用途及目的而對導熱性片材要求與厚度方向正交之正交方向(面方向)上之高導熱性之情況。又,若於將導熱性片材被覆於安裝有凹凸之高度或形狀不同之電子零件(例如IC晶片、電容器、線圈、電阻器等電子元件)之安裝基板上之情形時,藉由使導熱性片材沿著該電子零件之上表面或側面及基板表面之形狀並於未產生龜裂(破裂)之情況下密接而增大導熱性片材與電子零件或基板之接觸面積,則可更有效率地使由電子零件或基板所產生之熱發散。因此,對導熱性片材要求於不產生龜裂之情況下追隨安裝基板之凹凸(電子零件等)之表面或側面的性能(凹凸追隨性)。又,使導熱性片材密接於安裝基板上之後,可藉由加熱使之與安裝基板接著。然而,由於電子零件不耐熱,故而對導熱性片材要求可於更低溫度(例如100℃以下)下接著之低溫接著性能。
因此,第2實施形態之導熱性片材如上所述,可解決該課題。即,第2實施形態係導熱性優異,抑制龜裂並且對安裝基板之凹凸追隨性及低溫接著性良好之導熱性片材。
(第3實施形態)
第3實施形態之導熱性片材係一部分包含第1實施形態之導熱性片材者,第3實施形態之導熱性片材含有氮化硼粒子、與作為聚合物基質之樹脂成分。
氮化硼粒子可列舉與上述第1實施形態中所說明之氮化硼粒子相同者。氮化硼粒子之調配比例亦與第1實施形態相同。
樹脂成分亦可含有例如熱硬化性樹脂及熱塑性樹脂中之任一者,較佳為含有熱硬化性樹脂。
作為熱硬化性樹脂,例如可列舉:環氧樹脂、熱硬化性聚醯亞胺、脲樹脂、三聚氰胺樹脂、不飽和聚酯樹脂、鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂、聚矽氧樹脂、熱硬化性胺基甲酸酯樹脂等。較佳可列舉環氧樹 脂。藉由使樹脂成分含有環氧樹脂,初期密接性優異。
該等熱硬化性樹脂可單獨使用或併用2種以上。
作為環氧樹脂,可列舉與上述第1實施形態所說明之環氧樹脂相同者,較佳可列舉芳香族系環氧樹脂,更佳可列舉雙酚型環氧樹脂。又,亦較佳可列舉脂環式環氧樹脂,更佳可列舉二環型環氧樹脂。
該等環氧樹脂可單獨使用或併用2種以上。較佳為將常溫液狀環氧樹脂與常溫固態環氧樹脂併用。
於將常溫液狀環氧樹脂與常溫固態環氧樹脂併用之情形時,其調配比例為常溫固態環氧樹脂相對於常溫液狀環氧樹脂100質量份,例如為10質量份以上,較佳為30質量份以上,更佳為50質量份以上,又,例如為1000質量份以下,較佳為500質量份以下,更佳為300質量份以下,進而較佳為200質量份以下。
於將常溫液狀環氧樹脂與常溫固體環氧樹脂併用之情形時,常溫液狀環氧樹脂較佳為芳香族系環氧樹脂(更佳為雙酚型環氧樹脂),常溫固體環氧樹脂較佳為脂環式環氧樹脂(更佳為二環型環氧樹脂)。
樹脂成分較佳為一併含有環氧樹脂與硬化劑。
作為硬化劑,可列舉與上述硬化劑相同者。
硬化劑之調配比例相對於環氧樹脂100質量份,例如為0.1質量份以上,較佳為1質量份以上,更佳為10質量份以上,進而較佳為30質量份以上,又,例如為1000質量份以下,較佳為500質量份以下,更佳為300質量份以下,進而較佳為200質量份以下。
樹脂成分亦可一併含有硬化劑與硬化促進劑。
作為硬化促進劑,可列舉與上述硬化促進劑相同者。
硬化促進劑之調配比例相對於環氧樹脂100質量份,例如為0.1質量份以上,較佳為0.5質量份以上,更佳為1質量份以上,又,為100質量份以下,較佳為50質量份以下,更佳為30質量份以下。
樹脂成分較佳為含有橡膠。
作為橡膠,可列舉與上述橡膠相同者,較佳可列舉:丙烯酸系橡膠、胺基甲酸酯橡膠、丁二烯橡膠、SBR、NBR、苯乙烯-異丁烯橡膠,更佳可列舉丙烯酸系橡膠。藉由使樹脂成分含有上述橡膠,凹凸追隨性優異。
再者,於以橡膠溶液之形式調製橡膠之情形時,橡膠之含有比率(固形物成分比例)相對於橡膠溶液,例如為1質量%以上,較佳為5質量%以上,更佳為10質量%以上,又,例如為90質量%以下,較佳為50質量%以下,更佳為30質量%以下。
橡膠之調配比例相對於例如環氧樹脂100質量份,例如為10質量份以上,較佳為25質量份以上,更佳為50質量份以上,進而較佳為100質量份以上,又,例如為1000質量份以下,較佳為500質量份以下,更佳為300質量份以下。
上述所記載之調配比例以外之各種材料之調配比例與第1實施形態之各種材料之調配比例相同。
繼而,說明製造第3實施形態之導熱性片材之方法的一實施形態。
第3實施形態之導熱性片材係藉由與第1實施形態中所列舉之製造方法相同之製造方法而獲得,較佳為藉由如下步驟獲得:被覆步驟,其係製造含有具備氮化硼粒子、與被覆上述氮化硼粒子之表面之樹脂成分的樹脂被覆氮化硼粒子的粒子集合物粉體;及成形步驟,其係將該所製造之粒子集合物粉體成形為片材狀。
粒子集合物粉體之製造方法例如可列舉:真空乾燥法、真空攪拌乾燥法、噴霧乾燥法等。作為真空攪拌乾燥法,例如可列舉使用諾塔(Nauta)混合機(Hosokawa Micron公司)等之方法。作為噴霧乾燥法,可列舉使用噴霧乾燥機(Nihon-Buchi公司)、 Agromaster(Hosokawa Micron公司)、轉動流動塗佈裝置(Powrex公司)等之方法。於第3實施形態中,較佳可列舉噴霧乾燥法,更佳可列舉使用轉動流動塗佈裝置之方法(轉動流動層造粒法)。藉由採用該轉動流動層造粒法製造粒子集合物粉體,可獲得樹脂成分均勻地被覆於氮化硼粒子上之粒子集合物粉體。又,亦可更確實地獲得可製造具有所需黏著力之導熱性片材之粒子集合物粉體。
以下,參照圖9,採用轉動流動層造粒法,說明第3實施形態之粒子集合物粉體之製造方法。
於轉動流動層造粒法中,藉由一面使板狀之氮化硼粒子2滯留於空中,一面對氮化硼粒子2以霧狀噴灑樹脂成分,而獲得含有樹脂成分被覆於氮化硼粒子2之表面之樹脂被覆氮化硼粒子的粒子集合物粉體。
樹脂成分(聚合物基質3)較佳為以利用溶劑分散或溶解而成之液狀組合物3a(清漆)之形式使用。即,較佳為一面使氮化硼粒子2滯留於空中一面對氮化硼粒子2以霧狀噴灑液狀組合物3a。
作為溶劑,例如可列舉與上述相同之有機溶劑等。較佳可列舉芳香族烴,更佳可列舉酮。該等溶劑可單獨使用或併用2種以上。
液狀組合物3a之固形物成分量(固形物成分濃度)例如為1質量%以上,較佳為5質量%以上,更佳為8質量%以上,進而較佳為10質量%以上,尤佳為12質量%以上,又,為90質量%以下,較佳為70質量%以下,更佳為50質量%以下,進而較佳為30質量%以下,尤佳為20質量%以下。
於該步驟中,使用例如圖9所示之轉動流動塗佈裝置。
轉動流動塗佈裝置30具備滯留部31與供給部32。
滯留部31具備腔室42、與收納於腔室42內之攪拌翼33。
腔室42係形成為沿上下方向延伸並將上端及下端封閉之大致圓 筒形狀。
腔室42係以下述方式構成:於腔室42之上端設置有用以使氮化硼粒子2滯留於腔室42內之纖維織物過濾器(fabric filter)43。又,於腔室42之下端安裝有用以不使腔室42內之氮化硼粒子2通過而使自腔室42之下方送來之氣體46通過的網45。使氣體46自下方朝向上方通過網45而送至腔室42內,藉此氮化硼粒子2藉由該氣體46而滯留(轉動流動)於空氣中。再者,轉動流動塗佈裝置30為批次式,氮化硼粒子2之投入係將腔室42打開而實施。
腔室42上設置有用以自腔室42取出粒子集合物粉體之取出口(未作圖式)。
攪拌翼33係設置於腔室42之下部,係以旋轉軸與腔室42之軸線共通之方式可旋轉地設置。
供給部32具備儲存液狀組合物3a而配置於腔室42之外側之原料槽36、噴霧口37、及設置於該等之中途之泵35。
噴霧口37係設置於腔室42內之下部。噴霧口37係以如下方式構成:其與壓縮空氣送風機(未作圖式)連接,藉由壓縮空氣而可將液狀組合物3a以霧狀噴灑至腔室42之內部。噴霧口37經由連接管47而與原料槽36連接。
泵35係設置於連接管47之中途。驅動泵35以將原料槽36內之液狀組合物3a供給至噴霧口37。
繼而,使用該轉動流動塗佈裝置30,實施被覆步驟。於實施被覆步驟時,首先於腔室42之內部投入板狀之氮化硼粒子。
繼而,使加熱或冷卻至所需之溫度之氣體46自下方通過網45而送至腔室42之內部。藉此,使氮化硼粒子2滯留於空中。
氣體46之溫度(給氣溫度)例如為0℃以上,較佳為5℃以上,更佳為10℃以上,進而較佳為20℃以上,又,例如為150℃以下,較佳為 100℃以下,更佳為60℃以下,進而較佳為40℃以下。
繼而,藉由驅動泵35而將液狀組合物3a自原料槽36經由連接管47供給至噴霧口37,自噴霧口37將液狀組合物3a以霧狀噴灑至腔室42內。相對於氮化硼粒子100質量份,將液狀組合物3a相對於氮化硼粒子2之噴霧量設為例如10質量份以上,較佳為30質量份以上,更佳為50質量份以上,又,設為例如500質量份以下,較佳為300質量份以下,更佳為200質量份以下。
藉此,使液狀組合物3a附著於氮化硼粒子2並加以乾燥。並且獲得包含氮化硼粒子2之表面經樹脂成分被覆之樹脂被覆氮化硼粒子的粒子集合物粉體。即,樹脂被覆氮化硼粒子具備板狀之氮化硼粒子2、與被覆氮化硼粒子2之表面之樹脂成分。
於如此而獲得之粒子集合物粉體中,藉由TOF-SIMS分析之樹脂助益離子種(C7H7 +)與氮化硼助益離子種(B+)之比率(C7H7 +/B+)例如為0.4以上,較佳為1.0以上,更佳為2.0以上,又,例如為10以下。藉由設為該範圍,可製造黏著力優異之導熱性片材。
再者,藉由TOF-SIMS之分析係使用TOF-SIMS(ION-TOF公司製造)作為裝置,於一次離子:Bi3 2+、壓製電壓:25 kV、測定面積:200 μm見方之條件下進行測定。
作為粒子集合物粉體中之樹脂成分相對於氮化硼粒子2之被覆量(質量比例),例如樹脂成分相對於氮化硼粒子100質量份,例如為1質量份以上,較佳為5質量份以上,更佳為7質量份以上,進而較佳為10質量份以上,又,例如為100質量份以下,較佳為50質量份以下,更佳為30質量份以下,進而較佳為25質量份以下。
再者,藉由該製造方法所製造之粒子集合物粉體可含有氮化硼粒子2之整個表面均經樹脂成分被覆之完全被覆氮化硼粒子。又,亦可含有氮化硼粒子2之表面之一部分經樹脂成分被覆、殘留部分自樹 脂成分露出之一部分被覆氮化硼粒子。
於該製造方法中,處理時可於腔室42之內部以適當之比例調配公知之添加劑。又,亦可於液狀組合物3a中以適當之比例調配公知之添加劑。
再者,藉由於所獲得之粒子集合物粉體中以適當之比例調配公知之添加劑,亦可獲得含有粒子集合物粉體之粒子組合物。粒子組合物中之粒子集合物粉體之含有比率例如為80質量%以上,較佳為85質量%以上,更佳為90質量%以上,又,低於100質量%。
作為公知之添加劑,例如可列舉:阻燃劑、分散劑、黏著賦予劑、矽烷偶合劑、氟系界面活性劑、抗老化劑、著色劑、潤滑劑、觸媒,例如可列舉除氮化硼粒子以外之無機粒子等。
該等粒子集合物粉體及粒子組合物可用於各種用途,例如可用於片材成形用途。更佳為用於使導熱性片材成形之用途,即可用作導熱性片材成形用粒子集合物粉體、及導熱性片材成形用組合物。
繼而,於該方法中,對所獲得之粒子集合物粉體進行熱壓。
具體而言,藉由壓製機對粒子集合物粉體(於對粒子集合物粉體進行輥壓延處理之情形時,為壓製片材)進行熱壓。再者,熱壓機係以如下方式構成:具備可加熱及移動之底座、與於底座之上方空開間隔而對向配置之頂板,於壓製時底座可移動至頂板。
繼而,視需要於2片脫模膜之間夾持粒子集合物粉體,將該粒子集合物粉體載置於經加熱之底座上,繼而,使底座向上方移動,藉此藉由底座與頂板壓縮粒子集合物粉體。
熱壓之條件係加熱溫度例如為30℃以上,較佳為40℃以上,又,例如為170℃以下,較佳為150℃以下。壓力例如為0.5 MPa以上,較佳為1 MPa以上,更佳為5 MPa以上,又,例如為100 MPa以下,較佳為75 MPa以下,更佳為50 MPa以下。壓製時間例如為0.1分鐘以上, 較佳為1分鐘以上,又,例如為200分鐘以下,較佳為100分鐘以下,更佳為30分鐘以下,進而較佳為15分鐘以下。
更佳為對粒子集合物粉體進行真空熱壓。真空熱壓之真空度例如為1 Pa以上,較佳為5 Pa以上,又,例如為100 Pa以下,較佳為50 Pa以下,溫度、壓力及時間與上述熱壓之該等相同。
作為構成脫模膜之材料,例如可列舉聚酯膜(聚對苯二甲酸乙二酯膜等),例如可列舉包含氟系聚合物(例如聚四氟乙烯、聚氯三氟乙烯、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、氯氟乙烯-偏二氟乙烯共聚物等)之氟系膜,例如可列舉包含烯烴系樹脂(聚乙烯、聚丙烯等)之烯烴系樹脂膜,例如可列舉聚氯乙烯膜、聚醯亞胺膜、聚醯胺膜(尼龍膜)、嫘縈膜等塑膠系基材膜(合成樹脂膜),例如可列舉道林紙、和紙、牛皮紙、玻璃紙、合成紙、面塗紙等紙類,例如可列舉使該等複層化而成之複合體等。
脫模膜之厚度例如為1 μm以上,較佳為10 μm以上,又,例如為300 μm以下,較佳為500 μm以下。
再者,於熱壓中,視需要將所需厚度之間隔件於粒子集合物粉體之周圍配置成框狀,藉此可獲得厚度實質上與間隔件相同之導熱性片材。
再者,於第3實施形態之製造方法中,較佳為於熱壓前利用雙輥等對粒子集合物粉體進行壓延而使之成為片材狀(壓製片材)(輥壓延步驟)。
輥壓延步驟中之壓延條件係輥之加熱溫度為40℃以上,較佳為50℃以上,又,例如為150℃以下,較佳為100℃以下,更佳為80℃以下。輥之轉速例如為0.1 rpm以上,較佳為0.5 rpm以上,又,例如為10 rpm以下,較佳為5 rpm以下。
輥壓延步驟可重複實施。即,可藉由輥壓延步驟(第1次)使粒子 集合物粉體成形為壓製片材,繼而,對該壓製片材實施第2次以後之輥壓延步驟。輥壓延步驟之次數例如為1次以上,較佳為2次以上,又,例如為10次以下,較佳為5次以下。藉由調整輥壓延步驟之次數,可調整導熱性片材之黏著力或導熱率。
再者,於雙輥中,兩根輥係以空開間隔(例如10~1000 μm)、各輥之軸平行之方式配置。再者,於各輥之上游側分別設置有用以將粒子集合物粉體導引至上述間隔間之板狀導軌。各導軌係相互空開間隔(例如1~50 cm)地配置。
又,亦可於上述各輥之間隔間以夾持粒子集合物粉體之方式設置2片脫模膜。
藉此,可獲得導熱性片材1。再者,於第3實施形態中,使用粒子集合物粉體製造導熱性片材,於使用粒子組合物之情形時亦可於相同之條件下進行製造。
於樹脂成分含有環氧樹脂或包含環氧基之橡膠之情形時,導熱性片材1藉由上述熱壓而以半硬化狀態(B階狀態)之片材之形態獲得。
並且,於如此而獲得之導熱性片材1中,氮化硼粒子2之長邊方向LD沿著導熱性片材1之與厚度方向TD交叉(正交)之面方向PD進行配向。氮化硼粒子2之配向角度α與第1實施形態之導熱性片材相同。
氮化硼粒子2之長邊方向LD於導熱性片材1之面方向PD上所成之角度之算術平均之絕對值(相對於導熱性片材1)例如為30度以下,較佳為25度以下,更佳為20度以下,又,通常為0度以上。
藉此,導熱性片材1之面方向PD之導熱率為4 W/m.K以上,較佳為5 W/m.K以上,更佳為10 W/m.K以上,進而較佳為15 W/m.K以上,尤佳為20 W/m.K以上,最佳為25 W/m.K以上,又,通常為200 W/m‧K以下。
若導熱性片材1之面方向PD之導熱率未滿足上述範圍,則面方向 PD之導熱性並不充分,因此存在無法用於上述要求面方向PD之導熱性之散熱用途的情況。
又,導熱性片材1之厚度方向TD之導熱率例如為0.3 W/m.K,較佳為0.5 W/m.K,更佳為0.8 W/m.K以上,進而較佳為1 W/m.K以上,尤佳為1.2 W/m.K以上,又,例如為20 W/m.K以下。
導熱性片材1對於玻璃環氧基板,於40℃以上(較佳為60℃以上,更佳為70℃以上,進而較佳為80℃以上)之溫度區域中,具有350 g/(直徑2 cm)以上、較佳為650 g/(直徑2 cm)以上、更佳為1000 g/(直徑2 cm)以上、進而較佳為1300 g/(直徑2 cm)以上、尤佳為1500 g/(直徑2 cm)以上、最佳為2000 g/(直徑2 cm)以上、且例如為50000 g/(直徑2 cm)以下之黏著力。藉由40℃以上之黏著力為上述範圍,導熱性片材1之初期密接性優異。
又,導熱性片材1於例如90℃之溫度區域中,具有500 g/(直徑2 cm)以上、較佳為1200 g/(直徑2 cm)以上、更佳為1300 g/(直徑2 cm)以上、進而較佳為1500 g/(直徑2 cm)以上、尤佳為2000 g/(直徑2 cm)以上、且例如50000 g/(直徑2 cm)以下之黏著力。繼而,於例如60℃以下之溫度區域中,具有50 g/(直徑2 cm)以上、較佳為60 g/(直徑2 cm)以上、更佳為100 g/(直徑2 cm)以上、進而較佳為200 g/(直徑2 cm)以上、尤佳為650 g/(直徑2 cm)以上之黏著力。進而,於例如25℃以下之溫度區域中,具有50 g/(直徑2 cm)以下、較佳為30 g/(直徑2 cm)以下、更佳為20 g/(直徑2 cm)以下、進而較佳為10 g/(直徑2 cm)以下之黏著力。藉由具備上述範圍內之黏著力,導熱性片材1於常溫下之操作性優異,藉由加熱或壓製可進行初期密接,因此其後利用硬化處理之接著性更優異。
黏著力係藉由如下方式所獲得:使用質構分析儀(壓縮-拉伸試驗,商品名:質構分析儀(TA.XTPL/5),英弘精機股份有限公司製 造),使導熱性片材之一面與短針之前端(直徑20 mm)接著,並另一面與玻璃環氧板接著,繼而,測定將熱電性片材與玻璃環氧基板剝離時之最大荷重。更詳細內容於下述實施例中加以說明。
導熱性片材1之厚度例如為1000 μm以下,較佳為800 μm以下,更佳為500 μm以下,又,例如為10 μm以上,較佳為50 μm以上,更佳為100 μm以上。
導熱性片材1中之氮化硼粒子2之質量基準之調配比例相對於導熱性片材,為60質量%以上,較佳為70質量%以上,更佳為75質量%以上,進而較佳為80質量%以上,又,例如為95質量%以下,較佳為93質量%以下,更佳為90質量%以下。
於氮化硼粒子2之含有比率未滿足上述範圍之情形時,存在因未形成氮化硼粒子彼此之導熱通道而導致於導熱性片材1中面方向PD之導熱性降低的情況。又,於氮化硼粒子2之含有比率超過上述範圍之情形時,存在導熱性片材1之成形性降低之情況。
並且,該導熱性片材1含有板狀之氮化硼粒子,氮化硼粒子玻璃之含有比率為60質量%以上,面方向之導熱率為4 W/m.K以上。因此,面方向之導熱性優異。因此,面方向之導熱性優異之導熱性片材1可用於各種散熱用途。被覆對象可列舉與第1實施形態中所列舉之被覆對象(散熱對象)相同者。
又,於該導熱性片材1中,於40℃以上之溫度區域中具有350 g/直徑2 cm以上之黏著力,因此初期接著性優異。
又,該導熱性片材含有環氧樹脂。因此,對被接著體之初期接著性變得更良好。
又,該導熱性片材含有橡膠。因此,凹凸追隨性優異。
又,用以成形導熱性片材之粒子集合物粉體含有具備氮化硼粒子、與被覆上述氮化硼粒子之表面之樹脂成分的樹脂被覆氮化硼粒 子,藉由TOF-SIMS分析之樹脂助益離子種/氮化硼助益離子種比率為0.4以上。因此,可更確實地製造初期接著力優異之導熱性片材。
又,該粒子集合物粉體係藉由一面使板狀之氮化硼粒子滯留於空中一面對氮化硼粒子以霧狀噴灑樹脂成分而製造。因此,可確實地製造可形成初期接著力優異之導熱性片材之粒子集合物粉體。
又,該導熱性片材係藉由如下方式製造:藉由一面使板狀之氮化硼粒子滯留於空中一面對上述氮化硼粒子以霧狀噴灑樹脂成分,而獲得粒子集合物粉體,繼而,對該粒子集合物粉體一面進行加熱一面進行壓製。因此,可獲得初期接著力優異之導熱性片材。
再者,作為自先前以來之課題,為了進一步提高導熱性片材之導熱性,有效之方法為增加氮化硼粒子之含有比率,但於利用先前之製造方法所獲得之導熱性片材中,若增加氮化硼粒子之含有比率,則導熱性片材之表面所存在之樹脂(例如環氧樹脂)之比例降低。因此,存在於將導熱性片材貼著於電子零件等被接著物之初期,導熱性片材難以與被著物接著之不良情況。
並且,第3實施形態之導熱性片材如上所述,可解決該課題。即,第3實施形態為初期接著性優異之導熱性片材。
(第4實施形態)
第3實施形態之導熱性片材係一部分包含第1實施形態之導熱性片材者,第4實施形態之導熱性片材例如含有導熱性粒子與作為聚合物基質之樹脂成分。
導熱性粒子係將導熱性材料形成為粒子狀,作為上述導熱性材料,例如可列舉無機材料。
作為無機材料,例如可列舉:碳化物、氮化物、氧化物、氫氧化物、金屬、碳系材料等。該等無機材料可列舉與上述第1實施形態中所說明之其他無機粒子(其中亦可包含氮化硼粒子)相同者。
該等無機材料之中,就導熱性之觀點而言,較佳可列舉包含氮化硼之氮化物,更佳可列舉氮化硼。
導熱性粒子之形狀只要為粒子狀(粉末狀)則並無特別限定,例如可為塊狀、針形狀、板形狀(或鱗片狀)。較佳為板狀。
作為板狀之氮化硼,可列舉與第1實施形態相同者。
樹脂成分亦可含有例如熱硬化性樹脂及熱塑性樹脂中之任一者,較佳為含有熱硬化性樹脂。作為熱硬化性樹脂,可列舉與上述第3實施形態中所說明之熱硬化性樹脂相同者。
樹脂成分較佳為一併含有環氧樹脂與硬化劑。
硬化劑可列舉與第1實施形態中所列舉之硬化劑相同者。
硬化劑之調配比例相對於環氧樹脂100質量份,例如為0.1質量份以上,較佳為1質量份以上,更佳為10質量份以上,進而較佳為30質量份以上,又,例如為1000質量份以下,較佳為500質量份以下,更佳為300質量份以下,進而較佳為200質量份以下。
又,作為環氧樹脂與硬化劑之組合,較佳為環氧樹脂與酚樹脂之組合,更佳為常溫液狀環氧樹脂及常溫固體樹脂與酚樹脂之組合,進而較佳為芳香族系環氧樹脂及脂環式環氧樹脂與酚樹脂,尤佳為雙酚型環氧樹脂及二環型環氧樹脂與苯酚-芳烷基樹脂之組合。藉此,導熱性片材於40℃以上之溫度區域中更確實地具備125%以上之斷裂應變,更佳地抑制龜裂,且凹凸追隨性優異。
樹脂成分亦可一併含有硬化劑與硬化促進劑。藉由使樹脂成分含有硬化促進劑(較佳為咪唑化合物),可更確實地實現低溫硬化。
作為硬化促進劑,可列舉與上述第1實施形態中所說明之硬化促進劑相同者。
硬化促進劑之調配比例相對於環氧樹脂100質量份,例如為0.1質量份以上,較佳為0.5質量份以上,更佳為1質量份以上,又,例如為 100質量份以下,較佳為50質量份以下,更佳為30質量份以下。
樹脂成分除熱硬化性樹脂及熱塑性樹脂以外,就導熱性片材之凹凸追隨性之觀點而言,較佳為含有橡膠。
作為橡膠,可列舉與上述第1實施形態中所說明之橡膠相同者,較佳可列舉:丙烯酸系橡膠、胺基甲酸酯橡膠、丁二烯橡膠、SBR、NBR、苯乙烯-異丁烯橡膠,更佳可列舉丙烯酸系橡膠。
於以橡膠溶液之形式調製橡膠之情形時,橡膠之調配比例(固形物成分比例)相對於橡膠溶液,例如為1質量%以上,較佳為5質量%以上,更佳為10質量%以上,又,例如為90質量%以下,較佳為50質量%以下,更佳為30質量%以下。
橡膠之調配比例相對於例如環氧樹脂100質量份,例如為10質量份以上,較佳為25質量份以上,更佳為50質量份以上,進而較佳為100質量份以上,又,例如為1000質量份以下,較佳為500質量份以下,更佳為300質量份以下。
又,樹脂成分亦可以適當之比例含有例如阻燃劑、分散劑、黏著賦予劑、矽烷偶合劑、氟系界面活性劑、塑化劑、抗老化劑、著色劑等公知之添加劑。
樹脂成分之調配比例相對於導熱性粒子100質量份,例如為1質量份以上,較佳為5質量份以上,更佳為7質量份以上,進而較佳為10質量份以上,又,例如為100質量份以下,較佳為50質量份以下,更佳為30質量份以下,進而較佳為25質量份以下。
上述所記載之調配比例以外之各種材料之調配比例與第1實施形態之各種材料之調配比例相同。
繼而,說明製造第4實施形態之導熱性片材之一實施形態之方法。
第4實施形態之導熱性片材之製造方法可列舉與上述第1實施形 態中所說明者相同之製造方法。
再者,於第4實施形態中,亦可藉由轉動流動造粒法調製導熱性組合物。
具體而言,藉由一面使導熱性粒子(較佳為板狀之氮化硼粒子)滯留於空中,一面對導熱性粒子以霧狀噴灑樹脂成分,而獲得含有導熱性粒子之表面被覆有樹脂成分之樹脂被覆導熱性粒子的導熱性組合物。藉由上述轉動流動造粒法調製導熱性組合物,藉此使粉末之表面經樹脂成分被覆,因此易表現出樹脂之特性,具體而言,導熱性片材之加熱時之伸長率變得良好,因此凹凸追隨性變得良好。
樹脂成分較佳為以經溶劑分散或溶解之液狀組合物(清漆)之形式使用。即,較佳為一面使導熱性粒子滯留於空中,一面對導熱性粒子以霧狀噴灑液狀組合物。
溶劑或液狀組合物可列舉與上述第3實施形態中所說明之溶劑或液狀組合物相同者。
轉動流動造粒法之裝置(圖9所示之轉動流動塗佈裝置)及條件等與第3實施形態中所列舉之裝置或條件相同。
繼而,於該方法中,對藉由轉動流動造粒法所獲得之導熱性組合物進行熱壓。熱壓之裝置或條件等與第3實施形態中所列舉之裝置或條件相同。
並且,較佳為於熱壓前利用雙輥等對粒子集合物粉體進行壓延而使之成為片材狀(壓製片材)(輥壓延步驟)。
輥壓延步驟係與第3實施形態中所說明之上述輥壓延步驟相同者。藉由調整輥壓延步驟之次數,可調整導熱性片材之斷裂應變或導熱率。
藉此,如圖1所示,可獲得導熱性片材1。
於樹脂成分含有環氧樹脂或包含環氧基之橡膠之情形時,導熱 性片材1藉由上述熱壓而以半硬化狀態(B階狀態)之片材之形態獲得。
並且,於如此而獲得之導熱性片材1中,較佳為導熱性粒子(較佳為板狀之氮化硼粒子2)之長邊方向LD沿著導熱性片材1之與厚度方向TD交叉(正交)之面方向PD進行配向。導熱性粒子之配向角度α與第1實施形態之氮化硼粒子2之調配角度α相同。
導熱性片材1之面方向PD之導熱率為4 W/m.K以上,較佳為5 W/m.K以上,更佳為10 W/m.K以上,進而較佳為15 W/m.K以上,尤佳為20 W/m.K以上,最佳為25 W/m.K以上,又,通常為200 W/m.K以下。
若導熱性片材1之面方向PD之導熱率未滿足上述範圍,則面方向PD之導熱性並不充分,因此存在無法用於上述要求面方向PD之導熱性之散熱用途的情況。
又,導熱性片材1之厚度方向TD之導熱率例如為0.3 W/m‧K以上,較佳為0.5 W/m‧K以上,更佳為0.8 W/m.K以上,進而較佳為1 W/m.K以上,尤佳為1.2 W/m.K以上,又,通常為20 W/m.K以下。
又,如此而獲得之導熱性片材1於40℃以上(較佳為40℃以上且未達100℃,更佳為50℃以上且未達80℃,尤佳為60℃以上且未達70℃)之溫度區域中,具有125%以上之導熱性片材1之面方向PD(與厚度方向正交之方向)之斷裂應變。具有較佳為140%以上、更佳為150%以上、進而較佳為160%以上、尤佳為170℃以上、最佳為180%以上,且例如為1000%以下之面方向PD之斷裂應變。於面方向PD之斷裂應變於40℃以上之至少任一溫度範圍內滿足上述範圍之情形時,導熱性片材1可充分地延伸,因此凹凸追隨性優異。
較佳為於上述溫度區域整個範圍內,面方向PD之斷裂應變均為125%以上。即,於40℃以上(較佳為40℃以上且未達100℃,更佳為50℃以上且未達80℃,尤佳為60℃以上且未達70℃)之溫度區域中之面 方向PD之斷裂應變較佳為125%以上,更佳為140%以上,進而較佳為150%以上,尤佳為160%以上,尤佳為170℃以上,最佳為180%以上。又,例如為1000%以下。藉由設為該範圍,可確實地提高凹凸追隨性。
又,導熱性片材1於未達40℃(較佳為0℃以上且未達40℃,更佳為0℃以上且25℃以下)之溫度區域中,較佳為具有未達125%之面方向PD之斷裂應變。較佳為未達120%,更佳為未達110%,進而較佳為未達115%,又,例如為100%以上。於面方向PD之斷裂應變於未達40℃之至少任一溫度範圍內滿足上述範圍之情形時,可確實地維持常溫下之導熱性片材之厚度,因此常溫下之導熱性片材1之操作性優異。
進而,於25℃以下(較佳為0℃以上且25℃以下)之溫度區域中之面方向PD之斷裂應變較佳為未達125%,更佳為未達120%,進而較佳為未達110%,尤佳為未達115%,又,例如為100%以上。於面方向PD之斷裂應變滿足上述範圍之情形時,即,於導熱性片材1於上述溫度區域整個範圍內不具有125%以上之面方向PD之斷裂應變之情形時,導熱性片材1之操作性進一步提高。
再者,導熱性片材1之面方向PD之斷裂應變可藉由附恆溫槽之萬能拉伸壓縮試驗(TG-10 kN,Minebea公司製造,荷重元TT3D-1 kN)進行測定。更詳細內容於下述實施例中加以說明。
導熱性片材1於40℃以上(較佳為40℃以上且未達100℃,更佳為50℃以上且未達80℃,進而較佳為60℃以上且未達70℃)之溫度區域中,較佳為具有400 N/mm2以下之面方向PD之彈性模數。具有較佳為300 N/mm2以下、更佳為200 N/mm2以下、進而較佳為180 N/mm2以下、尤佳為120 N/mm2以下、最佳為70 N/mm2以下、且例如為1 N/mm2以上之面方向PD之彈性模數。於面方向PD之彈性模數於40℃以上之至少任一溫度範圍內滿足上述範圍之情形時,片材具有充分延 伸之適度之硬度,因此凹凸追隨性優異。
沿著面方向拉伸導熱性片材1之情形時之面方向PD之彈性模數尤佳為於上述溫度區域整個範圍內均為400 N/mm2以下。即,於40℃以上(較佳為40℃以上且未達100℃,更佳為50℃以上且未達80℃,進而較佳為60℃以上且未達70℃)之整個溫度區域中之面方向PD之彈性模數較佳為300 N/mm2以下,更佳為200 N/mm2以下,進而較佳為180 N/mm2以下,尤佳為120 N/mm2以下,最佳為70 N/mm2以下。又,例如為1 N/mm2以上。藉由設為該範圍,可確實地提高凹凸追隨性。
於導熱性片材1中,於25℃以下(較佳為0℃以上且25℃以下)之溫度區域中之面方向PD之彈性模數較佳為500 N/mm2以上,更佳為700 N/mm2以上,進而較佳為800 N/mm2以上,尤佳為1000 N/mm2以上,又,例如為100000 N/mm2以下。於面方向PD之彈性模數滿足上述範圍之情形時,可確實地維持常溫(例如25℃)下之導熱性片材之厚度,因此常溫下之導熱性片材1之操作性優異。
再者,導熱性片材1之面方向PD之彈性模數可藉由附恆溫槽之萬能拉伸壓縮試驗(TG-10 kN,Minebea公司製造,荷重元TT3D-1 kN)進行測定。
又,導熱性片材1於40℃以上(較佳為40℃以上且未達100℃,更佳為50℃以上且未達80℃,尤佳為60℃以上且未達70℃)之溫度區域中,具有1.5 mm/(200 μm)以上之導熱性片材1之厚度方向TD之伸長率。具有較佳為1.6 mm/(200 μm)以上、更佳為1.7 mm/(200 μm)以上、進而較佳為1.8 mm/(200 μm)以上、尤佳為1.9 mm/(200 μm)以上、最佳為2.0 mm/(200 μm)以上、且例如為5.0 mm/(200 μm)以下之厚度方向TD之伸長率。於厚度方向TD之伸長率於40℃以上之至少任一溫度範圍內滿足上述範圍之情形時,導熱性片材1可充分地延伸,因此凹凸追隨性優異。
較佳為於上述溫度區域整個範圍內,厚度方向TD之伸長率均為1.0 mm/(200 μm)以上。即,於40℃以上(較佳為40℃以上且未達100℃,更佳為50℃以上且未達100℃,進而較佳為60℃以上且未達90℃,尤佳為70℃以上且未達90℃)之溫度區域中之厚度方向TD之伸長率較佳為1.0 mm/(200 μm)以上,更佳為1.4 mm/(200 μm)以上,進而較佳為1.5 mm/(200 μm)以上,尤佳為1.6 mm/(200 μm)以上,尤佳為1.7 mm/(200 μm)以上,最佳為2.0 mm/(200 μm)以上。又,例如為5.0 mm/(200 μm)以下。藉由設為該範圍,可確實地提高凹凸追隨性。
又,導熱性片材1於未達40℃(較佳為0℃以上且未達40℃,更佳為0℃以上且25℃以下)之溫度區域中,較佳為具有未達1.6 mm/(200 μm)之厚度方向TD之伸長率。較佳為未達1.3 mm/(200 μm),更佳為未達1.1 mm/(200 μm),進而較佳為未達1.01 mm/(200 μm),又,例如為0.01 mm/(200 μm)以上。於厚度方向TD之伸長率於未達40℃之至少任一溫度範圍內滿足上述範圍之情形時,可確實地維持常溫下之導熱性片材之厚度,因此常溫下之導熱性片材1之操作性優異。
進而,於25℃以下(較佳為0℃以上且25℃以下)之溫度區域中之厚度方向TD之伸長率較佳為未達1.5 mm/(200 μm),更佳為未達1.3 mm/(200 μm),進而較佳為未達1.1 mm/(200 μm),尤佳為未達1.01 mm/(200 μm),又,例如為0.01 mm/(200 μm)以上。於厚度方向TD之伸長率滿足上述範圍之情形時,即,導熱性片材1於上述溫度區域整個範圍內不具有1.5 mm/(200 μm)以上之厚度方向TD之伸長率之情形時,導熱性片材1之操作性進一步提高。
再者,導熱性片材1之厚度方向TD之伸長率可藉由質構分析儀(壓縮-拉伸試驗,商品名:質構分析儀(TA.XTPL/5),英弘精機股份有限公司製造)進行測定。更詳細內容於實施例中加以說明。
又,導熱性片材1於40℃以上(較佳為40℃以上且未達100℃,更 佳為50℃以上且未達100℃,進而較佳為60℃以上且未達100℃,尤佳為70℃以上且未達90℃)之溫度區域中,較佳為具有11 MPa以下之厚度方向TD之彈性模數。具有較佳為5 MPa以下、更佳為2 MPa以下、進而較佳為1.5 MPa以下、尤佳為1.0 MPa以下、且例如為0.3 MPa以上之厚度方向TD之彈性模數。於厚度方向TD之彈性模數於40℃以上之至少任一溫度範圍內滿足上述範圍之情形時,片材具有充分延伸之適度之硬度,因此凹凸追隨性優異。
於使用短針沿著厚度方向刺紮導熱性片材1之情形時之厚度方向TD之彈性模數尤佳為於上述溫度區域整個範圍內均為11 MPa以下。即,於40℃以上(較佳為40℃以上且未達100℃,更佳為50℃以上且未達100℃,進而較佳為60℃以上且未達100℃,尤佳為70℃以上且未達90℃)之整個溫度區域中之厚度方向TD之彈性模數較佳為9 MPa以下,更佳為7 MPa以下,進而較佳為3 MPa以下,尤佳為2 MPa以下,最佳為1.1 MPa以下。又,例如為0.3 MPa以上。藉由設為該範圍,可確實地提高凹凸追隨性。
於導熱性片材1中,於25℃以下(較佳為0℃以上且25℃以下)之溫度區域中之厚度方向TD之彈性模數較佳為4 MPa以上,更佳為7 MPa以上,進而較佳為8 MPa以上,尤佳為10 MPa以上,又,例如為100 MPa以下。於厚度方向TD之彈性模數滿足上述範圍之情形時,可確實地維持常溫(例如25℃)下之導熱性片材之厚度,因此常溫下之導熱性片材1之操作性優異。
再者,沿著導熱性片材1之厚度方向刺紮短針之情形時之厚度方向TD之彈性模數可藉由質構分析儀(壓縮-拉伸試驗,商品名:質構分析儀(TA.XTPL/5),英弘精機股份有限公司製造)進行測定。
導熱性片材1較佳為可於低溫下硬化。即,導熱性片材1藉由於低溫度下加熱而成為完全硬化狀態(C階狀態)。可硬化之溫度例如為 120℃以下,較佳為100℃以下,更佳為90℃以下,又,例如為50℃以上,較佳為70℃以上,更佳為80℃以上。加熱時間例如為3分鐘以上,較佳為5分鐘以上,又,例如為100小時以下,較佳為80小時以下,更佳為50小時以下,進而較佳為25小時以下。藉由使導熱性片材可於低溫下硬化,而於將導熱性片材1被覆於被覆對象上並使導熱性片材1熱硬化之情形時,抑制對被覆對象之熱負荷。
導熱性片材1之厚度例如為1000 μm以下,較佳為800 μm以下,更佳為500 μm以下,又,通常例如為50 μm以上,較佳為100 μm以上。
又,導熱性片材1中之導熱性粒子之質量基準之調配比例相對於導熱性片材1,例如為60質量%以上,較佳為70質量%以上,更佳為75質量%以上,進而較佳為80質量%以上,又,例如為98質量%以下,較佳為95質量%以下,更佳為90質量%以下。
於導熱性粒子之調配比例滿足上述範圍之情形時,由於進一步形成導熱性粒子彼此之導熱通道,故而於導熱性片材1中面方向PD之導熱性變得良好。又,導熱性片材1之成形性亦變得良好。
導熱性片材1之絕緣破壞電壓(測定方法於下文說明)例如為10 kV/mm以上,較佳為20 kV/mm以上,更佳為30 kV/mm以上,進而較佳為40 kV/mm以上,又,例如為200 kV/mm以下。
並且,由於該導熱性片材1之面方向之導熱率為4 W/m‧K以上,故而面方向之導熱性優異。因此,面方向之導熱性優異之導熱性片材1可用於各種散熱用途。
又,於該導熱性片材1中,於40℃以上之溫度區域中具有125%以上之斷裂應變,因此凹凸追隨性優異。
該導熱性片材1所貼著或被覆之對象可列舉與第1實施形態中所列舉之被覆對象(散熱對象)相同者。
再者,作為自先前以來之課題,亦存在根據用途及目的而對導熱性片材要求面方向之高導熱性之情況。又,導熱性片材係用於表面存在凹凸(電子零件)之安裝基板,於該情形時,要求於導熱性片材之表面未產生龜裂(裂紋)之情況下追隨凹凸之表面或側面的性能(凹凸追隨性)。
並且,第4實施形態之導熱性片材如上所述,可解決該課題。即第4實施形態為面方向之導熱性及凹凸追隨性優異之導熱性片材。
(第5實施形態)
第5實施形態之導熱性片材係一部分包括第1實施形態之導熱性片材者,且第5實施形態之導熱性片材包含:導熱層(參照圖10之符號1a)、及積層於該導熱層之至少一面之接著劑層(參照圖10之符號5)。
導熱層成形為片狀,且含有氮化硼粒子及橡膠成分。導熱層例如可列舉與第1實施形態中說明之導熱層相同者。
作為氮化硼粒子,可列舉與第1實施形態中說明之氮化硼粒子相同者。
作為橡膠成分,可列舉與第1實施形態中說明之橡膠成分相同者,較佳可列舉:丙烯酸系橡膠、胺基甲酸酯橡膠、丁二烯橡膠、SBR、NBR、苯乙烯-異丁烯橡膠,更佳為列舉丙烯酸系橡膠。
橡膠成分之調配比例相對於氮化硼粒子100質量份,例如為0.1質量份以上,較佳為1質量份以上,更佳為2質量份以上,又,例如為50質量份以下,較佳為20質量份以下,更佳為15質量份以下。
導熱層中亦可含有樹脂,較佳為含有環氧樹脂。
作為環氧樹脂,可列舉與第1實施形態中說明之環氧樹脂相同者,較佳可列舉芳香族系環氧樹脂,更佳可列舉:雙酚型環氧樹脂、茀型環氧樹脂、三苯甲烷型環氧樹脂,尤佳可列舉雙酚型環氧樹脂。又,亦較佳可列舉脂環式環氧樹脂,更佳可列舉二環型環氧樹脂。
環氧樹脂之調配比例相對於氮化硼粒子100質量份,例如為0.1質量份以上,較佳為1質量份以上,更佳為2質量份以上,又,例如為50質量份以下,較佳為20質量份以下,更佳為10質量份以下。
環氧樹脂相對於橡膠成分之體積調配比(環氧樹脂之體積份數/橡膠成分之體積份數)例如為0.01以上,較佳為0.1以上,更佳為0.2以上,又,例如為99以下,較佳為90以下,更佳為19以下。
導熱層中亦可一併含有環氧樹脂與硬化劑。
作為硬化劑,可列舉與第1實施形態中說明之硬化劑相同者,較佳可列舉咪唑化合物,更佳可列舉異三聚氰酸加成物。
硬化促進劑之調配比例相對於環氧樹脂100質量份,例如為0.1質量份以上,較佳為0.5質量份以上,更佳為1質量份以上,又,為100質量份以下,較佳為50質量份以下,更佳為20質量份以下。
除上述記載之調配比例以外之各種材料之調配比例與第1實施形態之各種材料之調配比例相同。
導熱層之製造方法可列舉與第1實施形態中說明之製造方法相同之方法。
並且,於如此而獲得之導熱層1a中,如圖10及其局部放大模式圖所示,氮化硼粒子2之長邊方向LD係沿導熱層1a(即導熱性片材1)之與厚度方向TD交叉(正交)之面方向PD進行配向。氮化硼粒子之配向角度α與第1實施形態相同。
藉此,導熱層1a之面方向PD之導熱率為4 W/m.K以上,較佳為5 W/m.K以上,更佳為10 W/m.K以上,尤佳為15 W/m.K以上,最佳為20 W/m.K以上,通常為200 W/m.K以下。若導熱層1a之面方向PD之導熱率不滿足上述範圍,則面方向PD之導熱性不充分,因此,存在無法使用於要求此種面方向PD之導熱性之散熱用途之情形。
又,導熱層1a之厚度方向TD之導熱率例如為0.5 W/m.K,較佳為 0.8 W/m.K以上,更佳為1 W/m.K以上,又,例如為15 W/m.K以下,較佳為12 W/m.K以下,更佳為10 W/m.K以下。
所獲得之導熱層1a之厚度例如為2000 μm以下,較佳為800 μm以下,更佳為600 μm以下,尤佳為400 μm以下,又,例如為50 μm以上,較佳為100 μm以上。
如圖1所示,接著劑層5形成於導熱層1a之整個下表面。
接著劑層5係藉由加熱而硬化接著劑層內之成分,藉此,提高接著劑層及與其接觸之被覆對象之接著力的層。又,例如上述接著劑層於常溫下具有附著力而可進行暫時固定,又,即便於常溫下無附著力,亦可藉由加熱而暫時熔融接著劑層,表現出附著力。
接著劑層5例如含有橡膠成分。藉由含有橡膠成分,可提高接著劑層5之對被覆對象之凹凸追隨性。
橡膠成分可列舉與導熱層1a之橡膠成分相同者。較佳可列舉:丙烯酸系橡膠、胺基甲酸酯橡膠、丁二烯橡膠、SBR、NBR、苯乙烯-異丁烯橡膠,更佳可列舉丙烯酸系橡膠、NBR。
尤其是該等橡膠成分亦可與導熱層1a之橡膠成分同樣地含有官能基。作為官能基,例如可列舉:羧基、羥基、環氧基、醯胺基等,較佳可列舉羧基、環氧基,更佳可列舉羧基。藉由黏著劑層6含有此種橡膠成分,而於常溫(25℃)下之暫時固定性等成為良好。
接著劑層5中之橡膠成分之調配比例例如為10質量%以上,較佳為20質量%以上,更佳為30質量%以上,進而較佳為40質量%以上,又,例如為80質量%以下,較佳為70質量%以下,更佳為60質量%以下。
接著劑層5中視需要可含有樹脂成分(較佳為環氧樹脂)。進而亦可含有硬化劑及/或硬化促進劑。較佳為含有環氧樹脂、硬化劑及硬化促進劑。藉由含有該等,例如可於常溫下暫時固定於被覆對象上, 並且可於低溫(例如於100℃以下之加熱)下接著至被覆對象上。
環氧樹脂可列舉與導熱層1a之環氧樹脂相同者,較佳可列舉:芳香族系環氧樹脂、脂環式環氧樹脂,更佳可列舉:雙酚型環氧樹脂、二環型環氧樹脂。
接著劑層5中之環氧樹脂之調配比例例如為10質量%以上,較佳為15質量%以上,更佳為20質量%以上,又,例如為98質量%以下,較佳為50質量%以下,更佳為40質量%以下,進而較佳為30質量%以下。
作為硬化劑,可列舉與導熱層1a之硬化劑相同者,較佳可列舉:苯酚-芳烷基樹脂。
接著劑層5中之硬化劑之調配比例相對於環氧樹脂100質量份,例如為1質量份以上,較佳為10質量份以上,更佳為20質量份以上,又,例如為300質量份以下,較佳為200質量份以下,更佳為100質量份以下。
作為硬化促進劑,可列舉與導熱層1a之硬化促進劑相同者,較佳可列舉咪唑化合物,更佳可列舉異三聚氰酸加成物。
接著劑層5中之硬化促進劑之調配比例相對於環氧樹脂100質量份,例如為0.1質量份以上,較佳為1質量份以上,又,例如為20質量份以下,較佳為10質量份以下。
接著劑層5另外亦可含有導熱層1a中視需要所添加之聚合起始劑、分散劑、阻燃賦予劑、調平劑、黏著賦予劑、無機粒子等添加劑。
其次,對形成接著劑層5之方法進行說明。
於該方法中,首先以上述調配比例調配上述各成分並進行攪拌混合,藉此,調製接著劑組合物。
攪拌混合中,為了效率良好地混合各成分,例如將溶劑與上述 各成分一併進行調配。
作為溶劑,可列舉與上述相同之有機溶劑。又,於以溶劑溶液及/或溶劑分散液之形式調製上述硬化劑之情形時,無需於攪拌混合時追加溶劑,可將溶劑溶液及/或溶劑分散液之溶劑直接供作用以攪拌混合之混合溶劑。或者亦可於攪拌混合時進而追加溶劑作為混合溶劑。
該接著劑組合物之固形物成分量例如為1質量%以上,較佳為5質量%以上,更佳為10質量%以上,又,例如為80質量%以下,較佳為60質量%以下,更佳為40質量%以下。
繼而,藉由敷料器等,將接著劑組合物塗佈於脫模膜上。
於塗佈時之接著劑層之厚度(乾燥前)例如為1 μm以上,較佳為5 μm以上,更佳為10 μm以上,又,例如為1000 μm以下,較佳為500 μm以下。
繼而,藉由利用乾燥機去除溶劑,而可獲得積層於脫模膜上之接著劑層。
乾燥溫度例如為常溫以上,較佳為40℃以上,又,例如為150℃以下,較佳為100℃以下。
乾燥時間例如為1分鐘以上,較佳為2分鐘以上,又,例如為5小時以下,較佳為2小時以下。
藉此,可獲得形成於脫模膜上之接著劑層5。
如此而獲得之接著劑層5之厚度例如為500 μm以下,較佳為100 μm以下,更佳為50 μm以下,進而較佳為30 μm以下,又,例如為100 nm以上,較佳為1 μm以上。
接著劑層5較佳為在與被覆對象接觸之初期具有可藉由感壓而接著之感壓性之黏著性的接著劑層(黏接著劑層)。
並且,為了獲得導熱性片材1,準備導熱層1a及接著劑層5,並於 導熱層1a之表面積層接著劑層5。
更具體而言,例如以在俯視下成為一體之方式疊合接著劑層5與導熱層1a,並藉由手壓輥等沿著厚度方向內側均勻施壓製力。
再者,此時較佳為一面加熱一面進行積層。例如加熱溫度例如為40℃以上,較佳為60℃以上,又,例如為150℃以下,較佳為120℃以下。
藉此,可獲得導熱性片材1。
導熱性片材1包含積層於表面之接著劑層5,較佳為在與被覆對象接觸初期具有可藉由感壓而接著之感壓性之黏著性。
具體而言,導熱性片材1之接著劑層5之暫時固定時之剝離接著力,例如對於環氧玻璃板,例如在0℃以上、較佳在0℃~50℃、更佳在10℃~40℃、進而較佳在20℃~30℃、尤佳在25℃之溫度區域具有100 g/(直徑1 cm)以上、較佳為300 g/(直徑1 cm)以上、更佳為500 g/(直徑1 cm)以上、進而較佳為具有650 g/(直徑1 cm)以上,又,例如為20000 g/(直徑1 cm)以下、更佳為10000 g/(直徑1 cm)以下的黏著力。藉由於0℃~50℃下之黏著力為100 g/(直徑1 cm)以上,導熱性片材1之接著劑層5變得難以相對於被覆對象適度滑動,變得易進行暫時固定。另一方面,藉由設為20000 g/(直徑1 cm)以下,而可易將接著劑層5與被覆對象剝離。
進而,導熱性片材1對於環氧玻璃板,在0℃以上(較佳為20℃以上,更佳為40℃以上,進而較佳為60℃以上)之溫度區域具有650 g/(直徑1 cm)以上、較佳為900 g/(直徑1 cm)以上、更佳為1000 g/(直徑1 cm)以上、進而較佳為1200 g/(直徑1 cm)以上、尤佳為1500 g/(直徑1 cm)以上,又,例如為20000 g/(直徑1 cm)以下、更佳為10000 g/(直徑1 cm)以下的黏著力。藉由於0℃以上之黏著力在上述範圍內,而使導熱性片材1之暫時接著性優異。
又,導熱性片材1例如對於環氧玻璃板,在70℃之溫度區域具有650 g/(直徑1 cm)以上、較佳為1000 g/(直徑1 cm)以上、更佳為1500 g/(直徑1 cm)以上,又,例如為20000 g/(直徑1 cm)以下、更佳為10000 g/(直徑1 cm)以下的黏著力。藉由於70℃下之黏著力在上述範圍內,而使導熱性片材1之暫時接著性優異。
由於導熱性片材1之暫時接著性優異,故而不存在於經暫時接著後將零件運送至其他位置時之振動、或與其他零件之接觸亦剝離之情況,可暫時接著於被接著體對象上。
再者,黏著力可藉由如下方式獲得:使用質構分析儀(壓縮-拉伸試驗,商品名質構分析儀(TA.XTPL/5),英弘精機股份有限公司製造),於該短針之前端(直徑10 mm)固定導熱性片材1之導熱層1a側,使接著劑層5下壓接觸玻璃環氧板,繼而,將導熱性片材1之接著劑層5與環氧玻璃板剝離,測定此時之最大荷重而獲得。更詳細內容於實施例中加以說明。
導熱性片材1之絕緣破壞電壓(以下說明測定方法)例如為10 kV/mm以上,較佳為30 kV/mm以上,更佳為50 kV/mm以上,進而較佳為60 kV/mm以上,又,例如為200 kV/mm以下。若使用具有在此種範圍內之絕緣破壞電壓之導熱性片材1,則可跨越電子零件之配線而使用。
以接著劑層5與被覆對象之表面接觸之方式,使導熱性片材1與被覆對象接觸,藉由加熱而將接著劑層5熱硬化(設為C階狀態),藉此,可將導熱性片材1與被覆對象接著。
為了對接著劑層5進行熱硬化,例如在40℃以上、較佳為60℃以上、更佳為60℃以上、進而較佳為80℃以上,又,例如250℃以下、較佳為200℃以下、更佳為150℃以下、進而較佳為120℃以下之溫度下,例如以10秒以上、較佳為1分鐘以上、進而較佳為5分鐘以上, 又,例如10天以下、較佳為7天以下、進而較佳為3天以下之時間,對導熱性片材進行加熱。
並且,由於該導熱性片材1在導熱層1a之面方向PD之導熱率為4 W/m.K以上,故而面方向PD之導熱性優異。因此,面方向PD之導熱性優異之導熱性片材1可用於各種散熱用途。
又,導熱性片材1含有氮化硼粒子及橡膠成分。因此,於將導熱性片材1被覆於表面具有凹凸之被覆對象上之情形,追隨該凹凸之表面,導熱性片材1及接著劑層5均延伸,藉此,可利用接著劑層5包埋無法利用導熱性片材1所完全覆蓋之間隙,故而可確實地被覆作為被覆對象之散熱對象,並可藉由氮化硼粒子更確實地傳導散熱對象所產生之熱。
又,由於導熱性片材1包含接著劑層5,故而於表面之凹凸高度不同之散熱對象上被覆導熱性片材1後,亦難以剝離散熱對象與導熱性片材1。結果可抑制因剝離所產生之熱之傳導性能之劣化。
又,由於接著劑層5為黏接著劑層,故而可暫時固定於被覆對象上。因此,可定位導熱性片材1與被覆對象之位置,可於暫時固定後進行再剝離而重新定位。結果二次加工性優異。
又,由於接著劑層5含有橡膠成分,故而可更確實地追隨被覆對象之凹凸而進行被覆。
又,由於接著劑層5含有環氧樹脂、硬化劑及硬化促進劑,故而於藉由加熱而將導熱性片材與被覆對象接著時,可於更低之溫度下進行接著。因此,可降低因熱對被覆對象所致之損傷。
該導熱性片材1所貼合或被覆之對象可列舉與第1實施形態中所舉出之被覆對象(散熱對象)相同者。
再者,第5實施形態係於導熱層1a之厚度方向之一面積層接著劑層5,但如參照圖11A,亦可將接著劑層5積層於導熱層1a之厚度方向 之一面及另一面。
又,如參照圖11B,亦可將接著劑層5變更為於基底基材7之厚度方向之一面及另一面積層有接著劑層5之附基材之接著劑層8。藉此,可提高導熱性片材之強度。
基底基材7例如係其表面未經脫模處理之平板狀之片材。
基底基材7之材料例如可列舉與PET等脫模膜之基材相同者。
基底基材7之膜厚例如為1 μm以上,較佳為2 μm以上,更佳為5 μm以上,又,例如為20 μm以下,較佳為15 μm以下。
又,雖於圖1及圖3A、圖3B中未圖示,但亦可於導熱性片材之最表面之至少一面上積層脫模膜。
再者,作為自先前以來之課題,亦存在根據用途及目的,要求導熱性片材在與厚度方向正交之正交方向(面方向)上之高導熱性之情況。又,若於將導熱性片材被覆於安裝有凹凸高度或形狀不同之電子零件(例如IC晶片、電容器、線圈、電阻器等電子元件)之安裝基板上之情形時,藉由使導熱性片材沿著該電子零件之上表面或側面、及基板表面之形狀無間隙地密接,而增大導熱性片材與電子零件或與基板之接觸面積,則可更有效率地使由電子零件或基板所產生之熱發散。因此,對導熱性片材要求追隨安裝基板之凹凸(電子零件等)表面或側面之性能(凹凸追隨性)。進而,表面具有凹凸之安裝基板會產生即便導熱性片材密接於安裝基板上而亦易剝離之不良情況。
並且,如上所述,第5實施形態之導熱性片材可解決該課題。即,第5實施形態係如下導熱性片材:其導熱性優異並且對安裝基板之凹凸追隨性優異,難以剝離。
(第6實施形態)
第6實施形態之導熱性片材係一部分包括第1實施形態之導熱性片材者,且第6實施形態之導熱性片材包含導熱層(參照圖12之符號 1a)與積層於該導熱層之至少一面之黏著劑層(參照圖12之符號6)。
導熱層成形為片狀,且含有氮化硼粒子及橡膠成分。導熱層例如可列舉與第1實施形態中說明之導熱層相同者,更佳可列舉與第5實施形態中說明之相同者。
導熱層之製造方法可列舉與第1實施形態中說明之製造方法相同之方法。
如圖12所示,黏著劑層6形成於導熱層1a之整個下表面。
黏著劑層6係在與被覆對象接觸初期可藉由感壓而接著之感壓接著劑層,且具有黏性(黏著性)。
黏著劑層6較佳為含有丙烯酸系黏著劑。丙烯酸系黏著劑包含例如藉由將含有(甲基)丙烯酸烷基酯之單體原料聚合所獲得之丙烯酸系聚合物。
作為(甲基)丙烯酸烷基酯,更具體而言,例如可列舉:(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸異丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸異丁酯、(甲基)丙烯酸第二丁酯、(甲基)丙烯酸第三丁酯、(甲基)丙烯酸戊酯、(甲基)丙烯酸新戊酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸庚酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸異辛酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸壬酯、(甲基)丙烯酸異壬酯、(甲基)丙烯酸癸酯、(甲基)丙烯酸異癸酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸基酯、(甲基)丙烯酸異基酯、(甲基)丙烯酸肉豆蔻酯、(甲基)丙烯酸十五烷基酯、(甲基)丙烯酸硬脂酯等烷基部分為碳數1~20之直鏈狀或支鏈狀之(甲基)丙烯酸烷基酯,較佳可列舉烷基部分為碳數2~10之直鏈狀或支鏈狀之(甲基)丙烯酸烷基酯。
該等(甲基)丙烯酸烷基酯可適宜單獨使用或併用。
於併用之情形時,例如可列舉烷基部分為碳數2~5之丙烯酸烷基 酯與碳數6~10之丙烯酸烷基酯之組合。
又,該等(甲基)丙烯酸烷基酯相對於單體原料,例如含有80質量%以上、較佳為含有85質量%以上,又,例如含有100質量%以下、較佳為含有99.5質量%以下。
又,除(甲基)丙烯酸烷基酯以外,於單體原料中可含有能夠與(甲基)丙烯酸烷基酯進行共聚合之單體。
作為此種可共聚合之單體,例如可列舉含有官能基之含官能基單體等。
作為含官能基單體,可列舉:例如丙烯酸、甲基丙烯酸、伊康酸、順丁烯二酸、丁烯酸、順丁烯二酸酐等含羧基單體或其酸酐;例如(甲基)丙烯酸-2-羥基乙酯、(甲基)丙烯酸-2-羥基丙酯、(甲基)丙烯酸-2-羥基丁酯等含羥基單體;例如(甲基)丙烯醯胺、N,N-二甲基(甲基)丙烯醯胺、N-羥甲基(甲基)丙烯醯胺、N-甲氧基甲基(甲基)丙烯醯胺、N-丁氧基甲基(甲基)丙烯醯胺等含醯胺基單體;例如(甲基)丙烯酸二甲胺基乙酯、(甲基)丙烯酸第三丁胺基乙酯等含胺基單體;例如(甲基)丙烯酸縮水甘油酯等含縮水甘油基單體;另外可列舉(甲基)丙烯腈、N-(甲基)丙烯醯嗎啉、N-乙烯基-2-吡咯啶酮等。
該等含官能基單體可適宜單獨使用或併用。又,該等含官能基單體之含有比率相對於單體原料,例如為20質量%以下,較佳為15質量%以下。
丙烯酸系聚合物之重量平均分子量例如為50,000以上,較佳為100,000以上,又,例如為5,000,000以下,較佳為3,000,000以下。重量平均分子量可藉由GPC(標準聚苯乙烯換算)算出。
丙烯酸系聚合物例如可藉由公知之自由基聚合進行聚合。
於自由基聚合中所使用之聚合起始劑例如可列舉:2,2'-偶氮雙異丁腈、2,2'-偶氮雙(2-甲基丙脒)二硫酸鹽、2,2'-偶氮雙(2-脒基丙烷)二 鹽酸鹽、2,2'-偶氮雙[2-(5-甲基-2-咪唑啉-2-基)丙烷]二鹽酸鹽、2,2'-偶氮雙(N,N'-二甲基異丁基脒酸鹽)、2,2'-偶氮雙[N-(2-羧基乙基)-2-甲基丙脒]水合物等偶氮系起始劑;例如過硫酸鉀、過硫酸銨等過硫酸鹽系起始劑;例如過氧化苯甲醯、氫過氧化第三丁基、過氧化氫等過氧化物系起始劑;例如苯基取代乙烷等取代乙烷系起始劑;例如芳香族羰基化合物等羰基系起始劑;例如過硫酸鹽與亞硫酸氫鈉之組合、過氧化物與抗壞血酸鈉之組合等氧化還原系起始劑等。
該等聚合起始劑可適宜單獨使用或併用。又,該等聚合起始劑之調配比例相對於單體原料100質量份,例如為0.005~1質量份。
於丙烯酸系聚合物之聚合中,視需要可適宜調配鏈轉移劑或交聯劑等添加劑。
黏著劑層6中之丙烯酸系黏著劑之含有比率,例如為30質量%以上,較佳為50質量%以上,更佳為70質量%以上,進而較佳為80質量%以上,尤佳為95質量%以上,又,例如通常為100質量%以下。
黏著劑層亦可含有填料。
作為填料,例如可列舉:球狀、板狀、鱗狀、針狀等無機粒子。
作為無機粒子,可列舉:碳化矽等碳化物;例如氮化矽等氮化物(除氮化硼以外);例如氧化矽(二氧化矽)、氧化鋁(alumina)等氧化物;例如銅、銀等金屬;例如碳黑等碳系粒子。較佳為二氧化矽。
該等無機微粒子可單獨使用或併用2種以上。
黏著劑層6中之填料之含有比率,例如為99質量%以下,較佳為90質量%以下,又,例如為0質量%以上,較佳為10質量%以上。
除上述以外,黏著劑層6亦可含有分散劑、黏著賦予劑、矽烷偶合劑、氟系界面活性劑、塑化劑、填充材、抗老化劑、著色劑等公知之添加劑。
針對黏著劑層6之製造方法進行說明。
首先,將丙烯酸系黏著劑調配並溶解於有機溶劑中,藉此調製黏著劑組合物(清漆),並視需要進而添加填料、添加劑等。藉由敷料器等,將該黏著劑組合物塗佈於脫模膜之表面,其後,藉由常壓乾燥或真空(減壓)乾燥而蒸餾去除溶劑,藉此,可獲得黏著劑層。
作為有機溶劑,可列舉與導熱層1a之製造方法中之有機溶劑相同者。
該黏著劑組合物之固形物成分量例如為10質量%以上,較佳為20質量%以上,又,例如為90質量%以下,較佳為80質量%以下。
乾燥溫度例如為常溫以上,較佳為40℃以上,又,例如為150℃以下,較佳為100℃以下。
乾燥時間例如為1分鐘以上,較佳為5分鐘以上,又,例如為5小時以下,較佳為2小時以下。
藉此,可獲得形成於脫模膜上之黏著劑層6。
如此而獲得之黏著劑層6之厚度例如為500 μm以下,較佳為100 μm以下,進而較佳為10 μm以下,又,例如為1 μm以上。
並且,以在俯視下成為一體之方式疊合黏著劑層6與導熱層1a,並藉由手壓輥等沿著厚度方向內側均勻施壓製力。
藉此,可獲得導熱性片材1。
導熱性片材1之絕緣破壞電壓(以下說明測定方法)例如為10 kv/mm以上,較佳為20 kv/mm以上,更佳為30 kv/mm以上,進而較佳為40 kv/mm以上,尤佳為50 kv/mm以上,又,例如為100 kv/mm以下。
導熱層1a之厚度與黏著劑層6之厚度比,例如導熱層/黏著劑層為2/1~500/1(較佳為5/1~50/1)。
並且,由於該導熱性片材1在導熱層1a之面方向PD之導熱率為4 W/m.K以上,故而面方向PD之導熱性優異。因此,面方向PD之導熱性優異之導熱性片材1可用於各種散熱用途。
又,導熱性片材1含有氮氮化硼粒子及橡膠成分。因此,於將導熱性片材1被覆於表面具有凹凸之被覆對象上之情形,追隨該凹凸之表面,導熱性片材1延伸,可降低導熱性片材1上之裂紋(龜裂)之產生。結果可確實地被覆作為被覆對象之散熱對象,可藉由氮化硼粒子而更確實地傳導散熱對象所產生之熱。
又,由於導熱性片材1包含接著劑層6,故而對安裝基板之接著性優異。因此,導熱性片材難以自安裝基板剝離。又,二次加工性亦良好。
又,由於黏著劑層6為丙烯酸系黏著劑層,且尤其是包含藉由將含有(甲基)丙烯酸烷基酯之單體原料進行聚合所獲得之丙烯酸系聚合物,故而導熱性片材1之接著性更優異。
尤其是導熱性片材1含有橡膠成分,且包含黏著劑層6,故而在將導熱性片材1被覆於表面具有凹凸之散熱對象上時,例如於60~100℃之溫度下確實地提高凹凸追隨性之同時,進而提高密接性,而牢固地接著導熱性片材與散熱對象。
該導熱性片材1所貼合或被覆之對象,可列舉與第1實施形態中所舉出之被覆對象(散熱對象)相同者。
再者,上述實施形態係於導熱層1a之厚度方向之一面積層黏著劑層6,但如參照圖13A,亦可將黏著劑層6積層於導熱層1a之厚度方向之一面及另一面。
又,如參照圖13B,黏著劑層6亦可包含基材膜9、及積層於基材膜9之厚度方向之一面及另一面(兩面)之第1黏著劑層6a及第2黏著劑層6b。藉此,可使導熱性片材1之強度提高。
第1黏著劑層6a及第2黏著劑層6b之成分係與上述黏著劑層6相同 之成分,較佳為含有丙烯酸系黏著劑。丙烯酸系黏著劑較佳為包含藉由將含有(甲基)丙烯酸烷基酯之單體原料進行聚合所獲得之丙烯酸系聚合物。
基材膜9例如係其表面未經脫模處理之平板狀之片材。
基材膜9之材料可列舉與脫模膜之材料相同者。
基材膜9之膜厚例如為10 μm以下,較佳為1 μm以下,又,例如為0.01 μm以上,較佳為0.1 μm以上。
第1黏著劑層及第2黏著劑層之各膜厚例如為100 μm以下,較佳為10 μm以下,又,例如為0.01 μm以上,較佳為0.1 μm以上。
於基材膜9之兩面積層有第1黏著劑層6a及第2黏著劑層6b之情形時之膜厚合計例如為0.1 μm以上,較佳為1 μm以上,又,例如為100 μm以下,較佳為20 μm以下。
又,雖於圖1及圖3A、圖3B中未圖示,但亦可於導熱性片材之最表面之至少一面積層有脫模膜。
再者,作為自先前以來之課題,亦存在根據用途及目的,要求導熱性片材在與厚度方向正交之正交方向(面方向)上之高導熱性之情況。又,若於將導熱性片材被覆於安裝有凹凸高度或形狀不同之電子零件(例如IC晶片、電容器、線圈、電阻器等電子元件)之安裝基板上之情形時,藉由使導熱性片材於片材表面未產生龜裂(裂紋)之情況下沿著該電子零件之上表面或側面、及基板表面之形狀密接,而增大導熱性片材與電子零件或與基板之接觸面積,則可更有效率地使由電子零件或基板所產生之熱發散。因此,對導熱性片材要求追隨安裝基板之凹凸(電子零件等)之表面或側面之性能(凹凸追隨性)。進而,表面具有凹凸之安裝基板會產生即便導熱性片材密接於安裝基板上而亦易剝離之不良情況。
因此,如上所述,第6實施形態之導熱性片材可解決該課題。 即,第6實施形態係如下導熱性片材:其導熱性優異並且一面抑制龜裂一面對安裝基板之凹凸追隨性優異,難以剝離。
[實施例]
以下揭示實施例、參考例及比較例,進一步具體說明本發明,但本發明並不限定於任何實施例、參考例及比較例。
以下所示之實施例之數值可替代為上述實施形態中所記載之數值(即上限或下限值)。
其次,作為與第1實施形態對應之實施例及比較例,列舉實施例1~65及比較例1~10進行說明。
實施例1及2
根據表1之調配配方,調配氮化硼粒子及聚合物基質並進行攪拌,調製固形物成分之混合物(導熱性組合物)。
繼而,利用粉碎機將所獲得之混合物粉碎10秒,獲得經微細化之混合物粉末(導熱性組合物粉末)。
繼而,將所獲得之混合物粉末置於真空加熱壓製機上。
具體而言,首先於真空加熱壓製機之熱板上配置表面經矽酮處理之脫模膜,於該脫模膜上盛取混合物粉末1 g。繼而,於脫模膜上以包圍混合物粉末之方式將厚度200 μm之黃銅製之間隔件配置為框狀。繼而,於該間隔件及混合物粉末上配置表面經矽酮處理之脫模膜。藉此,將混合物粉末沿著厚度方向夾持在兩個脫模膜之間,置於真空加熱壓製機上。
繼而,藉由於10 Pa之真空環境下,於60 MPa、80℃下熱壓15分鐘,獲得厚度200 μm之導熱性片材(參照圖2)。
繼而,對所熱壓之導熱性片材以3,000 mJ/cm2之線量照射紫外線。
藉此,獲得B階狀態之導熱性片材。再者,所獲得之導熱性片材 具有橡膠彈性。
繼而,藉由將B階狀態之導熱性片材放入150℃之乾燥機中並加熱60分鐘而熱硬化。藉此,獲得C階狀態之導熱性片材。
實施例3~10、14~21、24~26、29~32及37~57、以及比較例1~9
依據表1~10之調配配方,變更氮化硼粒子及聚合物基質之調配量,且未對所熱壓之導熱性片材照射紫外線,除此以外,利用與實施例1及2相同之方法,獲得B階狀態之導熱性片材。
繼而,藉由將B階狀態之導熱性片材放入150℃之乾燥機中並加熱60分鐘而熱硬化。藉此,獲得C階狀態之導熱性片材。
實施例11~13、22、23、27、28及33~36
依據表2、表4、表5及表6之調配配方,變更氮化硼粒子及聚合物基質之調配量,且未對所熱壓之導熱性片材照射紫外線,除此以外,利用與實施例1及2相同之方法,獲得導熱性片材。再者,所獲得之導熱性片材具有橡膠彈性。
繼而,將導熱性片材放入150℃之乾燥機中,並加熱60分鐘。
實施例58~61
依據表11之調配配方,混合各成分並進行攪拌,繼而,進行真空乾燥,藉此,獲得混合物。
準備兩根輥,於輥間設置經單面處理之分隔件,將輥之旋轉速度調整為1.0 rpm,利用兩根輥對上述所獲得之混合物進行壓延,藉此,獲得預片材。
繼而,藉由利用熱壓機,於10 Pa之真空環境下、於60 MPa、70℃下對所獲得之預片材熱壓10分鐘,而獲得實施例58~61之導熱性片材。所獲得之導熱性片材為B階狀態,且具有橡膠彈性。導熱性片材之厚度於實施例58中為266 μm,於實施例59中為269 μm,實施例60中為273 μm,實施例61中為309 μm。
實施例62~63
依據表11之調配配方,混合各成分並進行攪拌,繼而,進行真空乾燥,藉此,獲得混合物。
繼而,藉由利用熱壓機,於10 Pa之真空環境下、於60 MPa、70℃下對所獲得之混合物之預片材熱壓15分鐘,而獲得實施例62~63之導熱性片材。所獲得之導熱性片材為B階狀態,且具有橡膠彈性。導熱性片材之厚度於實施例62中為289 μm,實施例63中為355 μm。
實施例64
依據表12之調配配方,首先調配環氧樹脂及橡膠成分。向其中添加MEK,並利用超音波清洗機使其溶解。繼而,依據表12之調配配方,進而添加硬化劑及氮化硼粒子,藉此,獲得固形物成分70質量%之混合物(導熱性組合物)。
繼而,將脫模膜置於塗佈台上,於脫模膜之兩端間隔特定距離地設置厚度800 μm之間隔件,於間隔件之上表面黏貼遮蔽帶而固定間隔件與塗佈台。其次,向混合物中添加MEK,調節混合物之黏度,利用敷料器於脫模膜上塗佈經黏度調節之混合物。塗佈後放入乾燥機中,於70℃下加熱10分鐘後,再次放入乾燥機中,於80℃下加熱10分鐘,獲得厚度480 μm之導熱性片材。
繼而,將所獲得之導熱性片材切割為10 cm×10 cm。在載置於SUS(Steel Use Stainless,不鏽鋼)板上之脫模膜上,間隔特定距離地設置厚度200 μm之間隔件。將所切割之導熱性片材置於該脫模膜上,繼而,於該導熱性片材上進一步依序載置其他脫模膜及SUS板,利用一對脫模膜及SUS板夾持導熱性片材。
其後,將該導熱性片材放入設定為80℃之真空壓製機中,並抽真空5分鐘,其後,於60 MPa下壓製10分鐘後放置至成為室溫。
藉此,獲得厚度220 μm之導熱性片材。再者,所獲得之導熱性 片材為B階狀態,且具有橡膠彈性。
實施例65
依據表12之調配配方,變更氮化硼粒子及聚合物基質之調配量,除此以外,以與實施例64相同之方式,獲得實施例65之厚度210 μm之導熱性片材。再者,所獲得之導熱性片材為B階狀態,且具有橡膠彈性。
比較例10
依據表12之調配配方,變更氮化硼粒子及聚合物基質之調配量,除此以外,以與實施例64相同之方式,獲得厚度230 μm之導熱性片材。
(評價) (1)導熱率測定
針對所製作之導熱性片材(關於含有環氧基之混合物(及實施例23)為B階狀態)(關於實施例11~13、22、27、28及33~36係於80℃下進行加熱後),測定導熱率。
即,藉由使用氙燈閃光法導熱分析儀「LFA-447型」(NETZSCH公司製造)之脈衝加熱法,測定厚度方向(TD)之導熱率、及面方向(SD)之導熱率。
A.厚度方向之導熱率(TC1)
將各實施例及各比較例中所獲得之導熱性片材切割為1 cm×1 cm之正方形而獲得切片,於切片之正面(厚度方向上之一面)塗佈碳噴劑(碳之醇分散溶液)並進行乾燥,將該部分設為受光部,於背面(厚度方向另一面)塗佈碳噴劑,並將其設為檢測部。
繼而,藉由氙閃光燈對受光部照射能量射線,對檢測部之溫度進行檢測,藉此,測定厚度方向之散熱率(D1)。由所獲得之散熱率(D1),根據下述式求出導熱性片材之厚度方向之導熱率(TC1)。
TC1=D1×ρ×Cp
ρ:導熱性片材於25℃下之密度
Cp:導熱性片材之比熱(實質上為0.9)
B.面方向之導熱率(TC2)
將各實施例及各比較例中所獲得之導熱性片材切割為直徑2.5 cm之圓形,對所得之切片遮蔽後,塗佈碳噴劑並進行乾燥,將該部分設為受光部。又,背面亦同樣地進行遮蔽後,於(厚度方向另一面)塗佈碳噴劑並進行乾燥,將該部分設為檢測部。
繼而,藉由氙閃光燈對受光部照射能量射線,對檢測部之溫度進行檢測,藉此,測定面方向之散熱率(D2)。由所獲得之散熱率(D2),根據下述式求出導熱性片材之面方向之導熱率(TC2)。
TC2=D2×ρ×Cp
ρ:導熱性片材於25℃下之密度
Cp:導熱性片材之比熱(實質上為0.9)
將該結果示於表1~表12。
(2)拉伸試驗
將所製作之導熱性片材(關於含有環氧基之混合物(及實施例23)為B階狀態)(關於實施例11~13、22、27、28及33~36係於80℃下進行加熱後)切割為1×4 cm之短條片,將該短條片置於拉伸試驗機上。繼而,分別對以速度5 mm/min將短條片沿著短條片之長邊方向進行拉伸時之拉伸彈性模數N/mm2、最大伸長率A%及斷裂時伸長率C%進行測定,以實測值之形式獲得。
將該結果示於表1~表12。
又,由下述式(1)及(2),任意之氮化硼粒子2之體積比例X%下之導熱性片材中之聚合物基質之最大伸長率Z%可以推算值之形式簡便地推算。
Y(%)=M(%)×eX×k (1)
Z(%)=Y(%)+100(%) (2)
k:常數
M:於氮化硼粒子在導熱性片材中所占之體積比例為0%時之導熱性片材之面方向之最大伸長部分比率(%)
X:氮化硼粒子於導熱性片材中所占之體積比例(%)
Y:導熱性片材之面方向之最大伸長部分比率(%)
Z:由計算求出之導熱性片材之面方向之最大伸長率(推算值)(%)
常數k係相對於氮化硼粒子在導熱性片材中所占之體積比例X(%),繪製出上述藉由拉伸試驗所獲得之導熱性片材之面方向之最大伸長率A(%)的圖,以利用最小平方法由繪出之點所算出之直線之斜率之形式獲得。
將該結果示於表8~表10。
針對於實施例42~44及比較例6,進行上述繪圖,並將利用最小平方法由繪出之點所算出之直線及其斜率示於圖6。
又,由下述式(3)及(4),任意之氮化硼粒子2之體積比例X%下之導熱性片材中之聚合物基質之斷裂時伸長率W%可以推算值之形式簡便地推算。
V(%)=N(%)×eX×L (3)
W(%)=V(%)+100(%) (4)
L:常數
N:於氮化硼粒子在導熱性片材中所占之體積比例為0%時之導熱性片材之面方向之斷裂時伸長部分比率(%)
X:氮化硼粒子於導熱性片材中所占之體積比例(%)
V:導熱性片材之面方向之斷裂時伸長部分比率(%)
W:由計算求出之導熱性片材之面方向之斷裂時伸長率(推算 值)(%)
常數L係相對於氮化硼粒子在導熱性片材中所占之體積比例X(%),繪製出上述藉由拉伸試驗所獲得之導熱性片材之面方向上之斷裂時伸長率C(%)的圖,以利用最小平方法由繪出之點所算出之直線之斜率之形式獲得。
將該結果示於表8~表10。
(3)耐彎曲性(柔軟性)試驗
針對所製作之導熱性片材(關於含有環氧樹脂之混合物為B階狀態之導熱性片材),實施依據JIS K5600-5-1耐彎曲性(圓柱形芯軸法)之耐彎曲性試驗。
具體而言,於下述試驗條件下,對各導熱性片材之耐彎曲性(柔軟性)進行評價。
試驗條件
試驗裝置:I型
芯軸:直徑10 mm或直徑5 mm
並且,以超過0度且180度以下之彎曲角度彎曲B階狀態之各導熱性片材,根據導熱性片材產生斷裂(損傷)之試驗裝置之芯軸之直徑,以如下方式進行評價。
將該結果示於表1~表12。
◎:即使於直徑5 mm之芯軸處彎曲而亦未產生斷裂。
○:即使於直徑10 mm之芯軸處彎曲而亦未產生斷裂,但若於直徑5 mm之芯軸處彎曲,則產生斷裂。
×:若於直徑10 mm之芯軸處彎曲,則產生斷裂。
(4)階差追隨性(三點彎曲)試驗
針對所製作之導熱性片材(關於含有環氧樹脂之混合物為B階狀態之導熱性片材),依據JIS K7171(2008年),實施於下述試驗條件下 之三點彎曲試驗,藉此,依據下述評價基準,評價階差追隨性。
將該結果示於表1~表12。
試驗條件
試驗片:尺寸20 mm×15 mm
支點間距離:5 mm
試驗速度:20 mm/min(壓頭之下壓速度)
彎曲角度:120度
(評價基準)
◎:未觀察到斷裂。
×:觀察到斷裂。
(5)90度剝離接著力試驗
利用2個脫模膜夾入各實施例及各比較例之混合物粉末1 g,並置於真空加熱壓製機上。再者,脫模膜係一表面經矽酮處理,並利用經矽酮處理之面夾入混合物粉末而設置。
繼而,於10 Pa之真空環境下、於60 MPa、80℃下熱壓10分鐘,對混合物粉末進行壓延。
繼而,自導熱性片材之表面剝離兩面之脫模膜,以與表面粗糙度Rz:12 μm、厚度70 μm之銅箔(GTS-MP,古河電工公司製造)之粗糙面(依據JIS B0601(1994年))接觸之方式與導熱性片材之表面疊合,藉此,製作利用銅箔夾持之銅箔積層片材。將所製作之銅箔積層片材置於真空加熱壓製機上。
繼而,藉由於30 MPa下,升溫至150℃並壓製9分鐘,而一面使導熱性片材壓延密接一面進而於30 MPa下保持10分鐘,從而促進導熱性片材自B階向C階之反應。(關於實施例11~13、22、27、28、及33~36,不含環氧基而不存在源自環氧基之反應性。又,實施例23為B階之狀態)其後,自真空加熱壓製機中取出導熱性片材,並放入 150℃之乾燥機中靜置1小時,使導熱性片材接著於銅箔。
繼而,將所獲得之導熱性片材切割為1×4 cm之短條片,將該短條片置於拉伸試驗機上。繼而,分別測定對於銅箔以90度之角度、速度10 mm/min,沿著短條片之長邊方向剝離短條片時之90度剝離接著力。
將該結果示於表1~表12。
(6)凹凸追隨性試驗(安裝基板)
如參照圖7,準備於基板20(環氧玻璃板,Top Line公司製造)上安裝有下述電子零件21(電子零件a~e)之模擬安裝基板22。
電子零件a:縱7 mm、橫7 mm、高900 μm
電子零件b:縱1.8 mm、橫3.3 mm、高300 μm
電子零件c:縱0.15 mm、橫0.15 mm、高200 μm
電子零件d:縱3 mm、橫3 mm、高700 μm
電子零件e:縱5 mm、橫5 mm、高800 μm
再者,電子零件b係將串聯並列3個電阻器(縱0.5 m,橫1.0 mm)之串聯電路並聯地並列3列的鏈式電路(電阻器合計為9個,各電阻器之間距為0.15 mm)。又,電子零件d係4個小型電子零件相互間隔距離地排列之零件。
如參照圖8,於內部溫度為70℃之乾燥機內,放入有底圓柱形狀之下模具23及上模具24(底面面積12.56 cm2),並放置片刻。其後,將厚度5 mm之海綿25(矽酮橡膠海綿片材,Ohyo公司製造)設置於下模具23之內底面,並放置片刻,將下模具23、上模具24及海綿25加熱至70℃。進而,於70℃之加熱板或恆溫槽內之底面配置剝離紙,於其上配置各實施例及各比較例之導熱性片材1並接觸30秒,藉此,將導熱性片材1加熱至70℃。繼而,於該海綿25上,設置各實施例或各比較例之導熱性片材1(切割為2 cm×2 cm),於該導熱性片材1上以電子零 件21成為下表面之方式(即以電子零件21與導熱性片材1接觸之方式)設置安裝基板22。其後,於該安裝基板22上,靜置所加熱之上模具24、及於上模具24上靜置2~4 kg之鉛垂。1~5分鐘後,自乾燥機中取出該等,並卸除鉛垂及上模具24,自下模具23取出使導熱性片材1追隨電子零件21之凹凸之安裝基板22。
針對於該安裝基板22,將使導熱性片材1與安裝基板22之零件a和零件b之間(距離1.75 mm)之基板表面接觸,並且無法確認出導熱性片材1上龜裂之產生之情形評價為○,將未使導熱性片材1與安裝基板22之零件a和零件b之間之基板表面接觸之情形、或雖使導熱性片材1與安裝基板22之零件a和零件b之間之基板表面接觸但確認出於導熱性片材1上龜裂之產生之情形評價為×。
又,對導熱性片材1上所產生之龜裂個數進行測定。再者,導熱性片材1之龜裂個數係計數每1根條紋(龜裂),於該縱條紋及橫條紋連續之情形時各自獨立地計數。即,於為L字形之龜裂之情形時計數為2,於為字形之龜裂之情形時計數為3。
將該等結果示於表12。
(7)彈性模數試驗
表12之調配配方中調配除氮化硼粒子以外之成分(即環氧樹脂、橡膠成分、及硬化劑)而調製含橡膠組合物後,於該含橡膠組合物中進而添加MEK,調製實施例64中之彈性模數測定用組合物(固形物成分30質量%)。
針對實施例65亦以相同之方式調製實施例65中之彈性模數測定用組合物(固形物成分30質量%)。
針對比較例10亦以相同之方式調製比較例10中之彈性模數測定用組合物(固形物成分30質量%)(其中,不含橡膠成分)。
將彈性模數測定用組合物(清漆)滴至脫模膜A上,使用敷料器進 行塗佈。其次,將塗佈有該組合物之脫模膜A放入乾燥機內部,並於80℃下乾燥10分鐘,藉此,獲得形成有表面經乾燥之乾燥塗膜的片材。進而,於乾燥塗膜上積層脫模膜B,並利用滾筒進行推壓,藉此,將脫模膜B貼附於乾燥塗膜上。繼而,自乾燥塗膜上剝離脫模膜A,並再次將乾燥塗膜放入乾燥機內部,於80℃下乾燥10分鐘,藉此,獲得乾燥塗膜片材。
將該片材切割成複數片,將所切下之片材之乾燥塗膜彼此疊合,繼而,使用真空壓製機與厚度250 μm之間隔件進行壓延,藉此,獲得厚度250 μm之積層有乾燥塗膜之含橡膠片材(彈性模數測定用片材)。
將各實施例及各比較例用之各彈性模數測定用片材設置於黏度-彈性模數測定裝置(流變儀,商品名HAAKE Rheo Stress 600,英弘精機公司製造)內部,於測定範圍20~150℃、升溫速度2.0℃/min及頻率1 Hz之條件下,依據JISK 7244可塑-動態機械特性之試驗方法之方法進行測定。
將此時之80℃下之儲存剪切彈性模數G'、損耗剪切彈性模數G"及複剪切黏度η*之結果示於表12。
其次,作為與第2實施形態對應之實施例,列舉實施例1a~5a、參考例1a及比較例2a~4a進行說明。
(實施例1a)
根據表13之調配配方(清漆成分),調配各成分,並利用混合攪拌器攪拌10分鐘,調製實施例1a之白濁分散狀態之固形物成分25質量%之清漆(含橡膠組合物)。
繼而,以固形物成分量計成為70體積%之方式向所獲得之清漆中添加氮化硼粒子,進行攪拌後,藉由真空乾燥揮發出MEK,獲得導熱性組合物粉末。
繼而,利用雙輥(加熱溫度70℃,旋轉速度1.0 rpm)並使用聚酯膜(商品名「SG-2」,PANAC公司製造)作為脫模膜,對所獲得之導熱性組合物粉末進行壓延,形成預片材。
利用真空加熱壓製機,於70℃、50 Pa以下對預片材真空乾燥5分鐘,繼而,於60 MPa下實施壓製壓製10分鐘後進行洩壓,並放置冷卻至室溫,藉此,獲得實施例1a之導熱性片材。厚度為256 μm。又,為B階狀態。
(實施例2a~5a)
將清漆之調配配方變更為表13所示之調配配方,除此以外,以與實施例1a相同之方式調製實施例2a~5a之各清漆。使用該清漆,以表13及表14所示之調配比例調配氮化硼粒子,除此以外,以與實施例1a相同之方式,獲得導熱性片材。
(參考例1a及比較例2a~4a)
將清漆之調配配方變更為表14所示之調配配方,除此以外,以與實施例1a相同之方式調製參考例1a及比較例2a~4a之各清漆。使用該清漆,以表14所示之調配比例調配氮化硼粒子,除此以外,以與實施例1a相同之方式,獲得導熱性片材。
(評價) (1a)導熱率測定
依據與上述(1)導熱性率測定相同之方法,測定實施例1a~5a、參考例1a及比較例2a~4a之導熱性片材之導熱率。
將該結果示於表13及表14。
(2a)彈性模數測定(儲存剪切彈性模數G')
向實施例1a~5a、參考例1a及比較例2a~4a所調製之清漆中,視需要進而添加MEK,調製固形物成分25質量%之彈性模數測定用之清漆。
使用該彈性模數測定用之清漆(固形物成分25質量%),除此以外,依據與上述(7)彈性模數測定相同之方法,獲得厚度250 μm之含橡膠片材(彈性模數測定用片材),測定該含橡膠片材之儲存剪切彈性模數G'。(再者,關於比較例2a及3a之清漆,為不含橡膠之片材)
將此時之各貼附溫度(50~80℃)下之儲存剪切彈性模數G'之結果示於表13及表14。
(3a)室溫保存時之環氧基反應率測定(保存安定性)
針對於實施例1a~5a、參考例1a及比較例2a~4a中所製作之導熱性片材,將該製作當天之導熱性片材設為試樣(當天)。又,針對於各實施例及各參考例中所製作之導熱性片材,將於30℃下保存30天之導熱性片材設為試樣(室溫保存後)。針對於該等各試樣(當天)及試樣(室溫保存後),藉由DSC測定,分析反應熱。
具體而言,將各試樣5~15 mg收容於DSC(「Q-2000:TA」Instruments公司製造)之鋁製容器內而使其捲曲。繼而,藉由於氮氣環境下以10℃/min之速度自0℃升溫至250℃,獲得DSC曲線。並且,根據由該DSC曲線所算出之產熱量求出環氧基反應率。即,藉由於DSC曲線中,將試樣(當天)之產熱峰面積與試樣(室溫保存後)之產熱 峰面積進行比較計算,算出環氧基反應率。
將實施例1a~5a、參考例1a及比較例2a~4a之試樣(室溫保存後)之環氧基反應率未達40%之情形評價為○,將為40%以上之情形評價為×。
將該結果示於表13及表14。
(4a)90℃保存時之環氧基反應率測定(硬化性)
針對於實施例1a~5a、參考例1a及比較例2a~4a中所製作之導熱性片材,將於90℃下保存1天之導熱性片材設為試樣(90℃保存後)。
針對於各試樣(當天)之反應率及試樣(90℃保存後)之反應率,以與上述(3a)室溫保存時之環氧基反應率測定相同之方式實施DSC測定,算出環氧基反應率。
將該結果示於表13及表14。
(5a)絕緣破壞電壓測定
針對於實施例1a~5a、參考例1a及比較例2a~4a中所製作之導熱性片材,依據JIS C2110,利用下述方法測定絕緣破壞電壓。
藉由將實施例1a~5a、參考例1a及比較例2a~4a之導熱性片材切下10 cm見方,並利用150℃之乾燥器保存2小時而硬化,將C階狀態之導熱性片材設為試樣。於空氣中、常溫之條件下對試樣測定該絕緣破壞電壓。具體而言,使試樣之上下部接觸球體電極,並施加500 g之荷重,進而,使升壓速度以0.5 kv/sec之速度進行升壓,測定試樣破裂時刻之電壓作為絕緣破壞電壓。以1 mm之厚度換算測定結果,並以下述方式進行評價。
若絕緣破壞電壓為40 kV/mm以上,則設為○,若為40 kV/mm以下,則設為×。
將該結果示於表13及表14。
(6a)凹凸追隨性試驗
準備與上述(6)相同之安裝基板22(參照圖7)。
於將盤面溫度加熱至特定之貼附溫度(記載於表13及表14)之精密加熱壓製裝置中,以電子零件成為上表面之方式設置安裝基板22,於該安裝基板22上,設置(即以電子零件22與導熱性片材1接觸之方式)實施例1a~5a、參考例1a及比較例2a~4a之導熱性片材1,進而於其上設置厚度5 mm之海綿25(商品名矽酮橡膠海綿片材,Ohyo公司製造),並放置片刻。其後,藉由以特定之壓力(記載於表13及表14)壓製1分鐘,而於安裝基板22上貼附導熱性片材1。
針對於該貼合有導熱性片材1之安裝基板22,將導熱性片材1與安裝基板22之基板20表面接觸且亦接觸電子零件21之側面之情形評價為◎,將導熱性片材1雖與安裝基板22之基板20表面接觸但未接觸電子零件21之側面之情形評價為○,將導熱性片材1雖與安裝基板22之電子零件21接觸但未接觸基板20之情形評價為×。
又,對有無於導熱性片材1上產生之龜裂進行判定。將無龜裂之情形設為○,將有裂紋之情形設為△,將有片材之斷裂之情形設為×。
將該等結果示於表13及表14。
(7a)低溫接著性試驗
對於上述(6a)凹凸追隨性試驗中所獲得之密接有導熱性片材之安裝基板進而於90℃下加熱1小時,使導熱性片材接著於安裝基板上。
於自安裝基板剝離導熱性片材1時,若未進行切削則無法剝離之情形評價為◎,將藉由切割導熱性片材1而剝離之情形評價為○,將導熱性片材1於保持形狀之狀態下剝離之情形評價為×。
將該結果示於表13及表14。
其次,作為與第3實施形態對應之實施例及比較例,列舉實施例1b~8b及比較例1b進行說明。
實施例1b ‧被覆步驟
根據表15中所記載之調配配方,調配各成分並進行攪拌,藉此,調製液狀組合物3a(清漆)。
將圖9之轉動流動塗佈裝置(「MP-01」,Powrex公司製造)之供氣溫度調整為25℃後,自投入口向腔室42之內部投入氮化硼粒子600 g。藉由自腔室42之下方朝上方吹送(供氣)空氣46,使攪拌翼33進行旋轉,而一面使氮化硼粒子2轉動流動一面自噴霧口37霧狀噴出所調製之液狀組合物3a(1143 g)。以液速度6~8 g/min向腔室42之內部歷時163分鐘供給液狀組合物3a(1143 g),使氮化硼粒子2附著液狀組合物3a。進而,於25℃下吹送空氣10分鐘,藉此,對附著於氮化硼粒子2上之液狀組合物3a進行乾燥。其後,自取出口取出氮化硼粒子2。
藉此,獲得包含於氮化硼粒子2之表面被覆有樹脂成分之樹脂被覆氮化硼粒子的粒子集合物粉體(平均粒徑294 μm)。
氮化硼粒子2與樹脂成分之質量比例為氮化硼粒子/樹脂成分=82/18。
‧成形步驟
準備兩根輥,並將兩根輥之間距設定為450 μm,將各輥之溫度升溫至70℃,將各導軌之間距調節為12 cm。繼而,於輥間設置經單面處理之分隔件(聚酯膜,商品名「Pana-peel TP-03」,PANAC公司製造,厚度188 μm),將輥之旋轉速度調整為1.0 rpm,將上述所獲得之粒子集合物粉體投至兩根輥之夾持部分,並實施壓延(輥壓延步驟),藉此,獲得預片材(厚度225 μm)。
繼而,將所獲得之預片材設置於加熱壓製機上。
具體而言,首先於真空加熱壓製機之底座(加熱至70℃)上配置矽酮橡膠。繼而,於矽酮橡膠上配置脫模膜(聚酯膜,商品名「SG2」,PANAC公司製造,50 μm),於該脫模膜上配置上述預片材。繼而,於預片材上進而依序配置脫模膜及矽酮橡膠。
繼而,使推壓板向下方移動,於10 Pa之真空環境下,於60 MPa、70℃下對預片材熱壓10分鐘,藉此,獲得厚度207 μm之導熱性片材1。所獲得之導熱性片材1為B階狀態。
實施例2b~5b
以表15中所記載之調配比例調製液狀組合物,除此以外,以與實施例1b相同之方式獲得導熱性片材1。
實施例6b
以與實施例1b相同之方式,獲得粒子集合物粉體。
準備兩根輥,並將兩根輥之間距設定為450 μm,將各輥之溫度升溫至70℃,將各導軌之間距調節為12 cm。繼而,於輥間設置經單面處理之分隔件(聚酯膜,商品名「Pana-peel TP-03」,PANAC公司製造,厚度188 μm),將輥之旋轉速度調整為1.0 rpm,將上述所獲得之粒子集合物粉體投至兩根輥之夾持部分,並實施輥壓延步驟,藉此,形成預片材A。
繼而,將該預片材A疊合2片,並將該預片材A再次投至兩根輥(加熱溫度70℃,旋轉速度1.0 rpm)之間,並實施輥壓延步驟。藉由重複進行對該預片材A之輥壓延步驟合計4次,而形成預片材B。
繼而,將該預片材B切下10 cm見方,在與實施例1b相同之條件下設置於真空加熱壓製機上並進行熱壓,藉此,獲得導熱性片材1。所獲得之導熱性片材1為B階狀態。
實施例7b
以與實施例5b相同之方式獲得粒子集合物粉體。使用所獲得之 粒子集合物粉體,除此以外,以與實施例6b相同之方式,獲得導熱性片材1。所獲得之導熱性片材1為B階狀態。
實施例8b
根據表15中所記載之調配配方,調配各成分並進行攪拌,進行真空乾燥,藉此,獲得粒子集合物粉體。
使用該粒子集合物粉體,除此以外,以與實施例1b相同之方式獲得導熱性片材1。所獲得之導熱性片材1為B階狀態。
比較例1b
設為表15中所記載之調配配方,除此以外,以與實施例8b相同之方式獲得導熱性片材1。所獲得之導熱性片材1為B階狀態。
(評價) (1b)面方向之導熱率
依據與上述(1)導熱性率測定相同之方法,測定實施例1b~8b及比較例1b之導熱性片材之導熱率。
將該結果示於表16。
(2b)黏著力測定試驗
對導熱性片材1之黏著力進行測定。
將實施例1b~8b及比較例1b中所獲得之導熱性片材1切割成直徑25 mm之圓形,獲得切片。將該切片貼附於質構分析儀(壓縮-拉伸試驗,商品名 質構分析儀(TA.XTPL/5),英弘精機股份有限公司製造)之短針之前端(直徑20 mm)。藉由質構分析儀之附恆溫裝置,將環境溫度設定為任意溫度。另一方面,於短針之降落位置固定環氧玻璃板(Top Line公司製造)。
繼而,使短針緩慢下落,以4 kg之荷重使環氧玻璃板與導熱性片材1接觸10秒。其後,以10 mm/s提起短針,而將導熱性片材1與環氧玻璃板剝離。測定此時所需之最大荷重。
將該結果示於表16。
(3b)TOF-SIMS分析
針對於實施例2b~4b及實施例8b中所獲得之粒子集合物粉體,實施根據TOF-SIMS之分析,對樹脂助益離子種(C7H7 +)與氮化硼助益離子種(B+)之比率(C7H7 +/B+)進行測定。
再者,作為裝置,使用的是TOF-SIMS(ION-TOF公司製造),於一次離子:Bi3 2+、壓製電壓:25 kV、測定面積:200 μm見方之條件下進行測定。
將該結果示於表16。
(4b)凹凸追隨性試驗
針對於實施例1b~8b及比較例1b中所獲得之導熱性片材1,於60~90℃下實施凹凸追隨性試驗。
具體而言,將乾燥機(參照圖8)內部之溫度設定為60~90℃,並將導熱性片材1之加熱溫度變更為60~90℃,除此以外,以與上述(6)凹凸追隨性試驗相同之方式,自下模具23取出使導熱性片材1追隨電子零件21之凹凸之安裝基板22(參照圖7)。
針對於該安裝基板22,將於上述試驗中所實施之溫度條件下,導熱性片材1接觸安裝基板22之零件a與零件b之間(距離1.75 mm)之基板表面,並且無法於導熱性片材1之外觀確認出龜裂或破損之情形評價為○。又,將導熱性片材1未接觸安裝基板22之零件a與零件b之間之基板表面之情形、或即便係導熱性片材1接觸安裝基板22之零件a與零件b之間之基板表面之情形而於導熱性片材1之外觀確認出龜裂或破損之情形評價為×。
將該結果示於表16。
(5b)初期接著性試驗
重複進行10次使上述凹凸追隨性試驗中所獲得之使導熱性片材1追隨凹凸表面之安裝基板22自30 cm之高度下落之試驗,並以下述方式進行評價。
評價:○導熱性片材未自安裝基板上剝離。
評價:△於4次~10次之下落試驗中導熱性片材未自安裝基板上剝離。
評價:×於1~3次之下落試驗中導熱性片材自安裝基板上剝離。
(6b)加熱接著性試驗
進而於150℃下對上述凹凸追隨性試驗中所獲得之使導熱性片材1追隨凹凸表面之安裝基板22加熱2小時,使導熱性片材1加熱接著於安裝基板22上。
繼而,實施10次使所加熱接著之安裝基板22自30 cm之高度下落之試驗,並將導熱性片材1未自安裝基板22上剝離之情形評價為○,將剝離之情形評價為×。
將該結果示於表16。
(7b)90度剝離試驗
藉由以與表面粗糙度Rz:12 μm、厚度70 μm之銅箔(GTS-MP,古河電工公司製造)之粗糙面(依據JIS B0601(1994年))接觸之方式與實施例1b~8b及比較例1b之導熱性片材之表面疊合,製作利用銅箔夾持之銅箔積層片材。將所製作之銅箔積層片材設置於真空加熱壓製機上。
繼而,對實施例1b~7b之導熱性片材進行抽真空後,於90℃、30 MPa下壓製5分鐘,而壓延密接導熱性片材。藉由於壓延密接後,將銅箔積層片材於90℃下保持24小時、或於150℃下保持1小時,而促進導熱性片材1自B階向C階之反應,使導熱性片材1接著於銅箔。
另一方面,對實施例8b及比較例1b之導熱性片材,一面於30 MPa下歷時9分鐘升溫至150℃一面進行壓製,而壓延密接導熱性片材之同時,進而於30 MPa下保持10分鐘,藉此,促進導熱性片材自B階向C階之反應。其後,自真空加熱壓製機中取出導熱性片材,並放入150℃之乾燥機中靜置1小時,使導熱性片材接著於銅箔。
繼而,將上述所獲得之銅箔積層片材切割為1 cm×4 cm之短條片,將該短條片設置於拉伸試驗機(SHIMAZU公司製造,商品名AGS-J)中上。繼而,分別測定對於銅箔以90度之角度、速度10 mm/min,沿著短條片之長度方向剝離短條片時之90度剝離接著力。
將該結果示於表16。
其次,作為與第4實施形態對應之實施例及比較例,列舉實施例1c~8c及1c進行說明。
實施例1c
根據表17中所記載之調配配方,調配各成分並進行攪拌,繼而,進行真空乾燥,藉此,獲得導熱性組合物。
準備兩根輥,並將兩根輥之間距設定為450 μm,將各輥之溫度升溫至70℃,將導軌之間距調節為12 cm。繼而,於輥間設置經單面處理之分隔件(聚酯膜,商品名「Pana-peel TP-03」,厚度188 μm,PANAC公司製造),將輥之旋轉速度調整為1.0 rpm,將上述所獲得之導熱性組合物投至兩根輥之夾持部分,並實施壓延(輥壓延步驟),藉此,獲得預片材(厚度225 μm)。
繼而,將所獲得之預片材設置於加熱壓製機上。
具體而言,首先於真空加熱壓製機之底座(加熱至70℃)上配置矽酮橡膠。繼而,於矽酮橡膠上配置脫模膜(聚酯膜,商品名「SG2」,PANAC公司製造,50 μm),於該脫模膜上配置上述預片材。繼而,於預片材上進而依序配置脫模膜及矽酮橡膠。
繼而,使底座朝上方移動,於10 Pa之真空環境下,於60 MPa、70℃下對預片材熱壓15分鐘,藉此,獲得導熱性片材1。
所獲得之導熱性片材1為B階狀態。
實施例2c~8c
準備上述實施例1b~7b中所獲得之導熱性片材作為各實施例2c~8c之導熱性片材。
比較例1c
以表17中所記載之調配比例調製液狀組合物,除此以外,以與實施例2c相同之方式獲得比較例1c之導熱性片材1。所獲得之導熱性片材1為B階狀態。
(評價) (1c)導熱率測定
依據與上述(1)導熱性率測定相同之方法,測定實施例1c~8c及比較例1c之導熱性片材之導熱率。
將該結果示於表18。
(2c)面方向PD之斷裂應變
根據下述方法,對實施例1c~8c及比較例1c之導熱性片材於各溫度下之斷裂應變進行測定。
具體而言,藉由將萬能拉伸壓縮試驗器(TG-10kN,Minebea公司製造,荷重元TT3D-1kN)之恆溫槽內之溫度設定為特定溫度(記載於表19)並放置30分鐘,而使恆溫槽內之溫度穩定在上述特定之溫度內。其次,將所製作之導熱性片材切割為1×4 cm之短條片,並於夾頭部夾入紙而將該短條片設置於拉伸試驗機中。繼而,於設置試樣後,放置5分鐘直至穩定在上述特定之溫度內。
繼而,對以速度5 mm/min沿著短條片之長邊方向拉伸短條片時之斷裂應變進行測定。
將該結果示於表19。
(3c)面方向PD之彈性模數
藉由與上述(2c)斷裂應變相同之方法,對實施例1c~8c及比較例1c之導熱性片材於各溫度下之彈性模數進行測定。
將該結果示於表20。
(4c)凹凸追隨性/耐龜裂性
針對於實施例1c~8c及比較例1c之導熱性片材1,於表18中所記載之溫度下,實施凹凸追隨性試驗。
即,將乾燥機(參照圖8)內部之溫度設定為60℃或70℃,並將導 熱性片材1之加熱溫度變更為60℃或70℃,除此以外,以與上述(6)凹凸追隨性試驗相同之方式,自下模具23取出使導熱性片材1追隨電子零件21之凹凸之安裝基板22(參照圖7)。
針對於該安裝基板22,將導熱性片材1與安裝基板22之零件a和零件b之間(距離1.75 mm)之基板表面接觸,並且導熱性片材1之外觀未產生龜裂或破損之情形評價為○,將導熱性片材1未與安裝基板22之零件a和零件b之間之基板表面接觸之情形、或雖確認出導熱性片材1與安裝基板22之零件a和零件b之間之基板表面之接觸但導熱性片材1之外觀產生龜裂或破損之情形評價為×。
將該結果示於表18。
(5c)針紮試驗
利用下述方法實施針紮試驗。
將實施例1c~8c及比較例1c之導熱性片材切割為3 cm×3 cm之正方形,獲得切片。將該切片安裝於質構分析儀(壓縮-拉伸試驗,商品名 質構分析儀(TA.XTPL/5),英弘精機股份有限公司製造)之針紮試驗用台上。藉由質構分析儀之附恆溫裝置而將環境溫度設定為任意溫度。
繼而,對使圓柱形狀(直徑5 mm)之短針以10 mm/s下落,刺紮導熱性片材而破裂時之斷裂時之片材之厚度方向TD上之伸長率(mm)進行測定,以片材之每厚度200 μm之厚度方向TD上之伸長率(mm/片材之厚度200 μm)之形式算出。又,亦對刺紮導熱性片材而破裂時之斷裂時之厚度方向TD上之彈性模數(MPa)進行測定。
將該結果分別示於表21及表22。
(6c)絕緣破壞電壓測定
利用與(5a)絕緣破壞電壓測定相同之方法測定實施例1c~8c及比較例1c之導熱性片材之絕緣破壞電壓,以下述方式進行評價。
×:未達10 kV/mm
△:10 kV/mm以上、未達40 kV/mm
○:40 kV/mm以上、未達50 kV/mm
◎:50 kV/mm以上
將該結果示於表18。
(7c)低溫硬化試驗
針對於實施例1c~8c及比較例1c之導熱性片材,將該製作時刻之導熱性片材設為試樣(硬化前)。又,針對於實施例1c~8c及比較例1c中所製作之導熱性片材,將於90℃溫度下保存24小時之導熱性片材設為試樣(硬化後)。藉由DSC測定,對該等各試樣(硬化前)及試樣(硬化後)分析反應熱。
具體而言,將各試樣10~20 mg收容於DSC(「Q-2000:TA」Instruments公司製造)之鋁製容器內而使其捲曲。繼而,藉由於氮氣環境下以5℃/min之速度自0℃升溫至250℃,獲得DSC曲線。並且,根據由該DSC曲線所算出之產熱量求出環氧基反應率。即,藉由於DSC曲線中,將試樣(硬化前)於80~200℃下之產熱峰面積與試樣(硬化後)之產熱峰面積進行比較計算,算出環氧基反應率。
若試樣(硬化後)之反應率為90%以上,則評價為○,若未達90%未達,則評價為×。
將該結果示於表18。
其次,作為與第5實施形態對應之實施例及比較例,列舉實施例1d~7d及比較例1d~3d進行說明。
(導熱層之作製)
根據表23所示之調配配方,調配各成分並進行攪拌,進行真空乾燥,藉此,調製導熱性組合物之混合物。
繼而,利用粉碎機將所獲得之混合物粉碎10秒,獲得經微細化之混合物粉末。
繼而,將所獲得之混合物粉末置於雙輥間。
具體而言,首先將雙輥之輥加熱至70℃。繼而,於輥間以脫模處理面成為內側之方式插入分隔件(聚酯膜,商品名「Pana-peel TP- 03」,PANAC公司製造),將上述所獲得之導熱性組合物之混合物粉末置於分隔件間。藉由以0.3m/min之速度進行處理,獲得預片材。
繼而,將所得之預片材切割為10 cm見方,並置於真空加熱壓製機上。
具體而言,首先於真空加熱壓製機之熱板上配置厚度1mm之矽酮橡膠。進而,配置表面經矽酮處理之脫模膜,於該脫模膜上配置上述所製作之預片材。繼而,於脫模膜上以包圍預片材之方式將厚度200 μm之黃銅製之間隔件配置成框狀。繼而,於該間隔件及預片材上配置表面經矽酮處理之脫模膜,進而配置厚度1mm之矽酮橡膠。藉此,將預片材沿著厚度方向夾持在兩個脫模膜之間,置於真空加熱壓製機上。
繼而,於10 Pa之真空環境下,於60 MPa、70℃下熱壓10分鐘,藉此,獲得兩面被脫模膜夾持之厚度176 μm之導熱層。
再者,所獲得之導熱層為B階狀態,且具有橡膠彈性。
又,藉由視所需之情況,將B階狀態之導熱層放入150℃之乾燥機中並加熱60分鐘加熱,而進行熱硬化。藉此,獲得C階狀態之導熱層。
(接著劑層之製作)
將表23所示之調配配方之混合物添加於丙酮及MEK之混合溶劑中,調製固形物成分15質量%之混合液。
繼而,利用敷料器,於脫模膜上以膜厚(乾燥前)成為50~100 μm之方式進行塗佈。其後,利用乾燥機於50℃下乾燥10分鐘,進而於70℃下乾燥10分鐘而去除溶劑,獲得積層於脫模膜上之接著劑層(膜厚9 μm)。
所獲得之接著劑層為B階狀態,且常溫下具有黏著感。
(實施例1d)
將上述所獲得之接著劑層切割為12 cm見方。繼而,剝離導熱層之一面之脫模膜,將導熱層之表面(剝離面)與接著劑層之表面(與積層有脫模膜之面相反側之面)配置於加熱至70℃之加熱板上並靜置10秒,利用手壓輥進行貼合併推壓,藉此,獲得兩面被脫模膜夾持之實施例1d之導熱性片材。
(實施例2d~7d)
將導熱層及接著劑層之調配配方設為表23中所記載之調配配方,除此以外,以相同之方式獲得實施例2d~7d之導熱性片材。
(比較例1d)
將導熱層之調配配方設為表23中所記載之調配配方,除此以外,以相同之方式獲得導熱層。將其設為比較例1d之導熱性片材。
(比較例2d)
將導熱層之調配配方設為表23中所記載之調配配方,除此以外,以相同之方式獲得導熱層。將其設為比較例2d之導熱性片材。
(比較例3d)
將導熱層及接著劑層之調配配方設為表23中所記載之調配配方,除此以外,以相同之方式獲得導熱性片材。將其設為比較例3d之導熱性片材。
(評價) (1d)導熱率測定
依據與上述(1)導熱性率測定相同之方法,測定實施例1d~7d及比較例1d~3d中所製作之導熱性層(B階狀態)之導熱率。
將該結果示於表23。
(2d)黏著力測定試驗
對導熱性片材1之黏著力進行測定。
將實施例1d~7d及比較例1d~3d中所獲得之導熱性片材1切割為直 徑10 mm之圓形。於質構分析儀(壓縮-拉伸試驗,商品名「質構分析儀(TA.XTPL/5)」,英弘精機股份有限公司製造)之短針之前端(直徑10 mm)以接著劑層5成為下側之方式固定所切割之導熱性片材1之導熱層1a側。另一方面,於短針之降落位置(質構分析儀之底座)固定環氧玻璃板(Top Line公司製造)。再者,該等固定使用的是雙面接著膠帶(日東電工公司製造,「No.500」)。
藉由質構分析儀之附恆溫裝置而將環境溫度設定為任意溫度(25℃,70℃)。繼而,使短針緩慢下落,以1 kg之荷重使環氧玻璃板與導熱性片材1之接著劑層5接觸10秒。其後,以10 mm/s提起短針,而將導熱性片材1與環氧玻璃板剝離。測定此時所需之最大荷重。
將該結果示於表23。
(3d)凹凸追隨性/耐龜裂性試驗
對實施例1d~7b及比較例1d~3d中所獲得之導熱性片材1,於60及70℃下實施凹凸追隨性試驗。
具體而言,將乾燥機(參照圖8)內部之溫度設定為60及70℃,並將導熱性片材1之加熱溫度變更為60及70℃,除此以外,以與上述(6)凹凸追隨性試驗相同之方式,自下模具23取出使導熱性片材1追隨電子零件21之凹凸之安裝基板22(參照圖7)。再者,導熱性片材1係以該接著劑層5與電子零件21接觸之方式設置於乾燥機內。
針對於該安裝基板22,將於上述試驗中所實施之任一溫度條件下,導熱性片材1接觸安裝基板22之零件a和零件b之間(距離1.75 mm)之基板表面,並且導熱性片材1之外觀無龜裂或破損之情形評價為○。又,將導熱性片材未接觸安裝基板22之零件a和零件b之間之基板表面之情形、或即便係導熱性片材1與安裝基板22之零件a和零件b之間之基板表面接觸之情形而於導熱性片材1之外觀亦有龜裂或破損之情形評價為×。
將該結果示於表23。
(4d)暫時接著性試驗
將凹凸追隨性試驗中所獲得之實施例1d~7d及比較例1d~3d之密接有導熱性片材1之安裝基板22恢復至室溫,對圖7之安裝基板22之電子零件21(a)之頂棚部、及與環氧玻璃板20密接之導熱性片材1於2 mm見方內以井形切入切口,自高度30 cm處使安裝基板22下落。
將於凹凸追隨性/耐龜裂性試驗中評價為○,並且片材或以井形切入切口之片材部位未剝離之情形評價為○,將僅電子零件21(a)之頂棚部以井形切入切口之片材剝離之情形評價為△,將片材或以井形切入切口之片材部位剝離之情形評價為×,將於凹凸追隨性/耐龜裂性試驗中評價為×,並且片材或以井形切入切口之片材部位未剝離之情形評價為×△。
將該結果示於表23。
(5d)接著性試驗
對凹凸追隨性試驗中所獲得之實施例1d~7d及比較例1d~3d之密接有導熱性片材1之安裝基板22,進而於90℃下加熱1天,使導熱性片材與安裝基板接著。
將於凹凸追隨性/耐龜裂性試驗中評價為○,並且片材或以井形切入切口之片材部位未剝離之情形評價為○,將僅電子零件21(a)之頂棚部以井形切入切口之片材剝離之情形評價為△,將片材或以井形切入切口之片材部位剝離之情形評價為×,將於凹凸追隨性/耐龜裂性試驗中評價為×,並且片材或以井形切入切口之片材部位未剝離之情形評價為×△。
將該結果示於表23。
(6d)滑落試驗/下落試驗
藉由於常溫或70℃下使實施例1d~7d及比較例1d~3d之導熱性片 材1之接著劑層5表面接觸環氧玻璃板,而嘗試暫時固定。
具體而言,於環氧玻璃板(Top Line公司製造)上配置2 cm見方之導熱性片材1,於常溫下以1 kg之荷重進行壓接,實施暫時固定。將於將該常溫下所暫時固定之環氧玻璃板上下反轉時,導熱性片材1未自環氧玻璃板滑落之情形評價為○。
針對於上述常溫下之暫時固定時自環氧玻璃板滑落之導熱性片材1,自常溫變更至70℃並再次實施暫時固定後,使環氧玻璃板自1 m之高度下落3次。此時,將導熱性片材1未自環氧玻璃板剝離之情形評價為△,將剝離之情形評價為×。
將該結果示於表23。
(7d)絕緣破壞電壓測定
利用與(5a)絕緣破壞電壓測定相同之方法,測定實施例1d~7d及比較例1d~3d之導熱性片材之絕緣破壞電壓,以下述方式進行評價。
×:未達30 kv/mm
○:30 kv/mm以上、未達50 kv/mm
◎:50 kv/mm以上
將該結果示於表23。
其次,作為與第6實施形態對應之實施例、參考例及比較例,列舉實施例1e~7e、參考例1e及比較例2e進行說明。
(實施例1e)
以成為表24所示之調配量之方式,首先稱量環氧樹脂及丙烯酸系橡膠15質量%MEK溶液,向其中添加MEK,利用超音波清洗機使該等相溶。其後,依序混合硬化劑、硬化促進劑及氮化硼粒子,藉由減壓乾燥而揮發出MEK,利用粉碎機進行粉碎,藉此,獲得導熱性組合物粉末。
繼而,利用雙輥(加熱溫度70℃,旋轉速度1.0 rpm)並使用聚酯膜(商品名「SG-2」,PANAC公司製造)作為脫模膜,對所獲得之導熱性組合物粉末進行壓延,形成預片材。
利用真空加熱壓製機,於70℃下對預片材真空乾燥5分鐘,繼而,於60 MPa下實施壓製壓製10分鐘後進行洩壓,並放置冷卻至室溫,藉此,獲得導熱層。厚度為200 μm。
再者,所獲得之導熱層為B階狀態,且具有橡膠彈性。
繼而,準備於脫模膜(厚度75 μm,聚酯膜)上依序積層有丙烯酸系黏著劑層(厚度2 μm,(甲基)丙烯酸烷基酯)、基材膜(厚度1 μm,聚酯膜)、及丙烯酸系黏著劑層(厚度2 μm,(甲基)丙烯酸烷基酯)作為黏著劑層之黏著劑層片材(極薄雙面接著膠帶No.5600,日東電工公司製造,除去脫模膜之層厚為5 μm,導熱率0.10 W/m.k)。藉由使用滾筒,使上述所獲得之導熱層貼合於該丙烯酸系黏著劑層片材上,獲得實施例1e之導熱性片材。
(實施例2e)
關於黏著劑層片材,準備於脫模膜(厚度75 μm,聚酯膜)上依序積層有丙烯酸系黏著劑層(厚度4.5 μm,(甲基)丙烯酸烷基酯)、基材膜(厚度1 μm,聚酯膜)、及丙烯酸系黏著劑層(厚度4.5 μm,(甲基)丙 烯酸烷基酯)之黏著劑層片材(極薄雙面接著膠帶No.5601,日東電工公司製造,除去脫模膜之層厚為10 μm,導熱率0.10 W/m.k)代替黏著劑層片材(極薄雙面接著膠帶,No.5600,日東電工公司製造,除去脫模膜之層厚為5 μm),除此以外,以與實施例1相同之方式製作實施例2之導熱性片材。
(實施例3e)
關於黏著劑層片材,準備於脫模膜(厚度75 μm,聚酯膜)上依序積層有丙烯酸系黏著劑層(厚度14.5 μm,(甲基)丙烯酸烷基酯)、基材膜(厚度1 μm,聚酯膜)、及丙烯酸系黏著劑層(厚度14.5 μm,(甲基)丙烯酸烷基酯)之黏著劑層片材(極薄雙面接著膠帶No.5603,日東電工公司製造,除去脫模膜之層厚為30 μm,導熱率0.10 W/m.k)代替黏著劑層片材(極薄雙面接著膠帶,No.5600,日東電工公司製造,除去脫模膜之層厚為5 μm),除此以外,以與實施例1e相同之方式製作實施例3e之導熱性片材。
(實施例4e)
將導熱性組合物變更為表24所示之調配配方,除此以外,以與實施例1e相同之方式製作實施例4e之導熱性片材。
(實施例5e)
關於黏著劑層片材,準備黏著劑層片材(極薄雙面接著膠帶No.5601,日東電工公司製造,除去脫模膜之層厚為10 μm)代替黏著劑層片材(極薄雙面接著膠帶,No.5600,日東電工公司製造,除去脫模膜之層厚為5 μm),除此以外,以與實施例4e相同之方式製作實施例5e之導熱性片材。
(實施例6e)
關於黏著劑層片材,準備黏著劑層片材(極薄雙面接著膠帶No.5603,日東電工公司製造,除去脫模膜之層厚為30 μm)代替黏著 劑層片材(極薄雙面接著膠帶,No.5600,日東電工公司製造,除去脫模膜之層厚為5 μm),除此以外,以與實施例4e相同之方式製作實施例6e之導熱性片材。
(實施例7e)
關於黏著劑層片材,準備丙烯酸系黏著劑層(厚度5 μm,(甲基)丙烯酸烷基酯)代替黏著劑層片材(極薄雙面接著膠帶,No.5600,日東電工公司製造,除去脫模膜之層厚為5 μm),除此以外,以與實施例1e相同之方式製作實施例7e之導熱性片材。
(參考例1e)
不貼合黏著劑層片材,除此以外,以與實施例1e相同之方式製作參考例1e之導熱性片材。即,僅將實施例1e中所製作之導熱層設為參考例1e之導熱性片材。
(比較例2e)
將導熱性組合物變更為表24所示之調配配方,除此以外,以與實施例1e相同之方式製作比較例2e之導熱性片材。
(評價) (1e)導熱率測定
依據與上述(1)導熱性率測定相同之方法,測定實施例1e~7e、參考例1e及比較例2e之導熱層之導熱率。
將該結果示於表24。
(2e)凹凸追隨性試驗(80℃)
對實施例1e~7e、參考例1e及比較例2e中所獲得之導熱性片材1,於80℃下實施凹凸追隨性試驗。
具體而言,將乾燥機(參照圖8)內部之溫度設定為80℃,將導熱性片材1之加熱溫度變更為80℃,將導熱性片材1於乾燥機內部之靜置時間變更為60分鐘,除此以外,以與上述(6)凹凸追隨性試驗相同之 方式,自下模具23取出導熱性片材1與電子零件21之凹凸貼合之安裝基板22(參照圖7)。再者,導熱性片材1係以該黏著劑層6與電子零件21接觸之方式設置於乾燥機內。
關於該安裝基板22,將導熱性片材1接觸安裝基板22之零件a與零件b之間(距離1.75 mm)之基板表面,並且未於導熱性片材1上確認出龜裂產生之情形設為合格。另一方面,將導熱性片材1與安裝基板22之表面(零件a與零件b之間)產生間隙之情形、或導熱性片材1雖與安裝基板22之表面(零件a與零件b之間)接觸但於導熱性片材1上除與零件a之角接觸之1個部位以外亦確認出龜裂產生之情形設為不合格。
準備實施例1e~7eb、參考例1e及比較例2e之導熱性片材1各3片,並實施3次該凹凸追隨性試驗,將3次結果均合格之情形評價為○,將2次合格之情形評價為△,將3次均不合格之情形評價為×。
將該等結果示於表24。
(3e)剝離強度試驗(80℃)
針對於上述(2e)之凹凸追隨性試驗(80℃)中所獲得之貼合有導熱性片材之安裝基板,使用微小部切割裝置(SAICAS,Daipla Wintes公司製造),測定剝離強度。首先,將貼合有導熱性片材之安裝基板設置於SAICAS中,將厚度1 mm之金剛石刀尖之刀刃抵壓至未與電子零件密接之部位之(即並未直接與基板密接之部位之)導熱性片材上,以特定之水平/垂直成分速度(水平=10 μm.s-1,垂直=1 μm.s-1)斜向切入片材內部(斜向切入階段),自黏著劑層片材與基板之界面附近水平切入(水平方向切入階段)。利用荷重元對刀刃所施加之水平/垂直方向之力進行檢測,同時利用位移感測器對試樣表面與刀刃之垂直方向位置之高低差進行檢測,以切入深度進行測定。
根據測定,將於水平方向切入階段確認出導熱性片材與基板之剝離之情形評價為○,將於斜向切入階段確認出導熱性片材與基板之 剝離之情形評價為△,於剛將刀刃抵壓至導熱性片材後確認出導熱性片材與基板之剝離之情形評價為×。
將該等結果示於表24。
(4e)絕緣破壞電壓測定
利用與(5a)絕緣破壞電壓測定相同之方法,測定實施例1e~7e、參考例1e及比較例2e所製作之導熱性片材之絕緣破壞電壓,以下述方式進行評價。
×:未達10 kV/mm
△:10 kV/mm以上、未達40 kV/mm
○:40 kV/mm以上
將該等結果示於表24。
表1~12及表15~24之各成分中之數值於無特別記載之情形時,表示g數。表13及表14之各成分中之數值表示質量份。
又,表中,關於各成分之簡稱,以下記載詳細說明。
.PT-110:商品名,板狀之氮化硼粒子,平均粒徑(雷射繞射-散射法)45 μm,Momentive Performance Materials-Japan公司製造
.MGZ-3:商品名,氫氧化鎂,平均粒徑0.1 μm,堺化學工業公司製造
.EXA-4850-1000:商品名「EPICLON EXA-4850-1000」,雙酚A型環氧樹脂,環氧當量310~370 g/eq.,常溫液體,黏度(25℃)100,000 mPa.s,DIC公司製造
.EXA-4850-150:商品名,雙酚A型環氧樹脂,環氧當量410~470 g/eq.,常溫液體,黏度(25℃)15,000 mPa.s,DIC公司製造
.EG-200:商品名「OGSOL EG-200」,茀型環氧樹脂,環氧當量292 g/eq.,常溫半固形,大阪Gas Chemicals公司製造
.YSLV-80XY:商品名,雙酚F型環氧樹脂,環氧當量180~210 g/eq.,常溫固體,熔點75~85℃,新日鐵化學公司製造
.EPPN:商品名「EPPN-501HY」,三苯甲烷型環氧樹脂,環氧當量163~175 g/eq.,常溫固體,軟化點57~63℃,日本化藥公司製造
.HP-7200:商品名「EPICLO NHP-7200」,二環戊二烯型環氧樹脂,環氧當量254~264g/eq.,常溫固體,軟化點56~66℃,DIC公司製造
.1002:商品名「JER1002」,雙酚A型環氧樹脂,環氧當量600~700 g/eq.,常溫固體,軟化點78℃,三菱化學公司製造
.1256:商品名「JER1256」,雙酚A型環氧樹脂,環氧當量7500~8500 g/eq.,常溫固體,軟化點85℃,三菱化學公司製造
.MEH-7800-S:商品名,苯酚-芳烷基樹脂,硬化劑,羥基當量 173~177 g/eq.,明和化成公司製造
.MEH-7800-SS:商品名,苯酚-芳烷基樹脂,硬化劑,羥基當量173~177 g/eq.,明和化成公司製造
.2P4MHZ-PW:商品名「Curezol 2P4MHZ-PW」,2-苯基-4-甲基-5-羥基甲基咪唑,咪唑化合物,硬化促進劑,四國化成公司製造
.2MAOK-PW:商品名,2,4-二胺基-6-[2'-甲基咪唑基-(1')]-乙基-均三異三聚氰酸加成物,硬化促進劑,四國化成公司製造,分解點(熔點)260℃
.Sylgard 184:商品名,矽酮樹脂,Dow Corning Toray公司製造
.Art-333 MEK75%溶液:商品名「Artresin UN-333」,丙烯酸酯改性胺基甲酸酯橡膠,溶劑:甲基乙基酮,橡膠組合物之含有比率75質量%,平均乙烯基數:2,乙烯基當量2500 g/eq.,重量平均分子量5,000,根上工業公司製造
.Art-5507 MEK70.6%溶液:商品名「Artresin UN-5507」,丙烯酸酯改性胺基甲酸酯橡膠,溶劑:甲基乙基酮,橡膠組合物之含有比率70.6質量%,平均乙烯基數:2,乙烯基當量1100 g/eq.,重量平均分子量17,000,根上工業公司製造
.XER-32C:商品名,羧基改性NBR,JSR公司製造
.1072J:商品名「Nipol 1072J」,羧基改性NBR,Nippon Zeon公司製造
.DN631:商品名「Nipol DN631」,羧基改性NBR,Nippon Zeon公司製造
.SIBSTAR:商品名「SIBSTAR 072T」,苯乙烯-異丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIBS),Kaneka公司製造
.BR-1220:商品名「Nipol BR-1220」,改性聚丁二烯橡膠,Nippon Zeon公司製造
.PB3600:商品名「Epolead PB3600」,環氧改性聚丁二烯,數量平均分子量5900,Daicel化學工業公司製造
.AT501:商品名「Epofriend AT501」,環氧改性SBR,苯乙烯含量40質量%,Daicel化學工業公司製造
.SG-P3 MEK15%溶液:商品名「TeisanResin SG-P3」,經環氧基改性之丙烯酸乙酯-丙烯酸丁酯-丙烯腈共聚物,溶劑:甲基乙基酮,橡膠組合物之含有比率15質量%,重量平均分子量850,000,環氧當量210 eq./g,理論玻璃転移溫度12℃,Nagase chemteX公司製造
.SG-280TEA甲苯/乙酸乙酯15%溶液:商品名「TeisanResin SG-280TEA」,溶劑:甲苯/乙酸乙酯,橡膠組合物之含有比率15質量%,經羧基改性之丙烯酸丁基-丙烯腈共聚物,重量平均分子量900,000,酸值30 mgKOH/g,理論玻璃轉移溫度-29℃,Nagase chemteX公司製造
.SG-80H MEK18%溶液:商品名「TeisanResin SG-80H」,經環氧基改性之丙烯酸乙酯-丙烯酸丁酯-丙烯腈共聚物,溶劑:甲基乙基酮,橡膠組合物之含有比率18質量%,重量平均分子量350,000,環氧當量0.07 eq./kg,理論玻璃轉移溫度11℃,Nagase chemteX公司製造
.LA2140e:商品名「Clarity LA2140e」,甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸正丁酯-甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物,Kuraray公司製造
.LA2250:商品名「Clarity LA2250」,甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸正丁酯-甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物,Kuraray公司製造
.AR31:商品名「Nipol AR31」,丙烯酸系橡膠,玻璃轉移溫度-15℃,分解溫度300℃,慕尼黏度40ML1+4(100℃),比重1.10,Nippon Zeon公司製造
.Irgacure 907:商品名,2-甲基-1[4-(甲硫基)苯基]-2-嗎啉基丙烷-1-酮,α-胺基酮系化合物,光聚合起始劑,長瀨產業公司製造
.DETX-S:商品名「kayacure DETX-S」,2,4-二甲硫基,9-氧硫化合物,光聚合起始劑,長瀨產業公司製造
.AIBN:2,2'-偶氮雙異丁腈,偶氮化合物,熱聚合起始劑
.STN:商品名Lucentite STN,合成膨潤石,Coopchemical公司製造
.BYK-2095:商品名「DISPER BYK-2095」,聚胺基醯胺鹽及聚酯之混合物,分散劑,BYK-Chemie-Japan公司製造
再者,上述發明係以本發明之例示之實施形態之形式提供,但其僅不過為例示,不作限定性地解釋。對於該技術領域之從業人員而言明確之本發明之變化例包含於下述申請專利範圍內。
[產業上之利用領域]
本發明之導熱性片材可應用於各種工業製品,例如可列舉貼合或被覆於電子零件、基板上安裝有電子零件之安裝基板等上之散熱片材等。
1‧‧‧導熱性片材
2‧‧‧氮化硼粒子
3‧‧‧聚合物基質
LD‧‧‧長度方向
PD‧‧‧面方向
TD‧‧‧厚度方向
α‧‧‧配向角度

Claims (5)

  1. 一種導熱性片材,其特徵在於:其係由含有板狀之氮化硼粒子及橡膠成分之導熱性組合物而形成者,並且上述導熱性片材中之上述氮化硼粒子之含有比率為35體積%以上,上述導熱性片材之相對於厚度方向之正交方向上之導熱率為4 W/m.K以上。
  2. 如請求項1之導熱性片材,其中於拉伸試驗中之上述正交方向上之最大伸長率為101.7%以上。
  3. 如請求項1之導熱性片材,其中於頻率1 Hz及升溫速度2℃/min之條件下使由自上述導熱性組合物中除去上述氮化硼粒子之含橡膠組合物所形成之含橡膠片材進行升溫時之儲存剪切彈性模數於20~150℃之溫度範圍內之至少任一溫度下為5.6×103~2×105 Pa。
  4. 如請求項1之導熱性片材,其中於將上述導熱性片材接著於銅箔上之後,對上述銅箔以90度、速度10 mm/min加以剝離時之90度剝離接著力為2 N/10 mm以上。
  5. 如請求項1之導熱性片材,其中上述導熱性組合物進而含有環氧樹脂組合物。
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