專(zhuān)利名稱(chēng)：散熱部件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于散發(fā)由半導(dǎo)體裝置和電子部件所產(chǎn)生的熱量的散熱部件，和該散熱部件的制造方法。
背景技術(shù)：
到目前為止，在電子設(shè)備中，將由諸如安裝在電路板上的半導(dǎo)體裝置和電子零件等發(fā)熱部件產(chǎn)生的熱量傳送至諸如散熱器或冷卻風(fēng)扇等冷卻部件以進(jìn)行散熱。為此，在這些發(fā)熱部件和冷卻部件間的界面處使用包含導(dǎo)熱填料、導(dǎo)熱油脂、導(dǎo)熱粘合劑或?qū)嵯嘧儾牧系娜彳浀膶?dǎo)熱片。隨著最終產(chǎn)品的復(fù)雜的功能、更高的性能、小型化和薄型化的實(shí)現(xiàn)，在設(shè)備中用于安裝其上包括發(fā)熱部件的基材的空間變得更加狹窄。因而，在近年，為了在有限的狹窄空間中有效地?cái)U(kuò)散所產(chǎn)生的熱量，使用由石墨或金屬制成的散熱片以沿其表面散發(fā)熱量變得更為普遍。
然而，由石墨或金屬制成的散熱片與發(fā)熱部件間無(wú)法以令人滿意的粘合性而直接接觸，其原因是由于石墨片或金屬片的高硬度而使其與發(fā)熱部件的隨附性很差。因而，不能獲得有關(guān)片材的優(yōu)異的導(dǎo)熱性質(zhì)的預(yù)期效果。因而，提出了一種包含由導(dǎo)熱聚合物材料制成的柔軟片材的散熱部件，該片材形成于具有高硬度的諸如石墨片或金屬片等散熱片的至少一側(cè)上。
特開(kāi)2003-168882號(hào)公報(bào)和特開(kāi)2005-57088號(hào)公報(bào)都披露了包括形成于石墨片等片材的至少一側(cè)上的柔軟導(dǎo)熱層的雙層的或三層的導(dǎo)熱片。特開(kāi)2004-243650號(hào)公報(bào)披露了包括通過(guò)特定的聚合物層而形成于石墨片上的導(dǎo)熱硅酮彈性體層的導(dǎo)熱片從而改善了膠粘性、粘合性和可修理性。特開(kāi)平11-340673號(hào)公報(bào)披露了具有電磁屏蔽性質(zhì)的相似的導(dǎo)熱電磁屏蔽片。
同時(shí)，在發(fā)熱量日益增大的最近的電子設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域中，即使當(dāng)使用上述散熱部件時(shí)，接觸性熱阻的減少也不能令人滿意。因而，特開(kāi)2003-158393號(hào)公報(bào)提出了包括形成于石墨片上的特定相變導(dǎo)熱材料層的放熱結(jié)構(gòu)體，其中所述層在高溫下軟化或熔化。然而，在由相變材料制成的導(dǎo)熱材料層中，與由彈性體類(lèi)材料制成的傳統(tǒng)固體導(dǎo)熱材料層相比其實(shí)際使用時(shí)的易處理性不能令人滿意。此外，因?yàn)楫?dāng)暴露在高溫下時(shí)由相變材料制成的導(dǎo)熱材料層會(huì)軟化或熔化，因此導(dǎo)熱層會(huì)相對(duì)于發(fā)熱部件而收縮和錯(cuò)位。這會(huì)降低該層的導(dǎo)熱性。另外，由相變材料制成的導(dǎo)熱材料軟化或熔化從而與發(fā)熱部件粘合。因而，由相變材料制成的導(dǎo)熱材料的可修理性很差。此處，術(shù)語(yǔ)“可修理性”是指能夠從發(fā)熱部件上拆下并重新布置以校正錯(cuò)位/失位的性質(zhì)。因而，該導(dǎo)熱層的應(yīng)用領(lǐng)域被限制在很窄的范圍內(nèi)。因此，非常需要這樣的散熱部件，該散熱部件能夠有效地將來(lái)自半導(dǎo)體裝置和電子部件的熱量傳導(dǎo)至散熱片，并且在安裝時(shí)具有優(yōu)異的易操作性，以及高的可修理性和散熱部件與發(fā)熱部件之間足夠的粘合性以防止彼此之間的錯(cuò)位。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問(wèn)題而作出了本發(fā)明。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用于有效傳導(dǎo)和擴(kuò)散來(lái)自安裝在電子設(shè)備上的發(fā)熱部件的熱量的散熱部件，和該散熱部件的制造方法。
在一個(gè)方面中，本發(fā)明提供包括散熱片和設(shè)置在散熱片的至少一個(gè)部分上的導(dǎo)熱聚合物層的散熱部件。導(dǎo)熱聚合物層在層厚度方向上的熱導(dǎo)率比導(dǎo)熱聚合物層在與該層表面平行方向上的熱導(dǎo)率高。
本發(fā)明還提供了制造散熱部件的方法，該散熱部件包括散熱片和設(shè)置在散熱片的至少一個(gè)部分上的導(dǎo)熱聚合物層。在一個(gè)方面中，該方法包括下述步驟由包含導(dǎo)熱填料的導(dǎo)熱聚合物組合物在片材中獨(dú)立地形成導(dǎo)熱層，其中該層中的導(dǎo)熱填料以特定方向取向，以使導(dǎo)熱聚合物層在層厚度方向上的熱導(dǎo)率變得比導(dǎo)熱聚合物層在與該層表面平行的方向上的熱導(dǎo)率更高；并將所形成的導(dǎo)熱層接合在散熱片的至少一個(gè)部分上。
在另一方面中，所述方法包括下述步驟將包含導(dǎo)熱填料的導(dǎo)熱聚合物組合物放置在散熱片的至少一個(gè)部分上；使導(dǎo)熱填料以特定方向取向，從而使所得導(dǎo)熱聚合物層在層厚度方向上的熱導(dǎo)率變得比導(dǎo)熱聚合物層在與該層表面平行的方向上的熱導(dǎo)率更高；固化該導(dǎo)熱聚合物組合物，同時(shí)保持導(dǎo)熱填料的取向，從而在散熱片上形成導(dǎo)熱層。
由以下說(shuō)明，結(jié)合有關(guān)附圖，并通過(guò)本發(fā)明的原理的實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。


參考對(duì)本優(yōu)選實(shí)施方式的說(shuō)明并結(jié)合附圖，可以更好地理解本發(fā)明及其目的和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是根據(jù)第一實(shí)施方式的散熱部件的透視圖；圖2是第一實(shí)施方式的散熱部件的導(dǎo)熱聚合物層2的截面圖；圖3是根據(jù)第二實(shí)施方式的散熱部件的透視圖；圖4是第二實(shí)施方式的散熱部件的導(dǎo)熱聚合物層2的截面圖；和圖5是用于散發(fā)來(lái)自安裝在印刷電路板上的發(fā)熱部件的熱量的本發(fā)明的散熱部件的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。
(第一實(shí)施方式)下面將參考附圖對(duì)根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的散熱部件進(jìn)行描述。圖1顯示了根據(jù)第一實(shí)施方式的散熱部件10的透視圖。散熱部件10包括散熱片1和形成于散熱片1部分頂面上的導(dǎo)熱聚合物層2。優(yōu)選地，導(dǎo)熱聚合物層2選擇性地形成于散熱片1上與使用時(shí)產(chǎn)生熱量的發(fā)熱部件相對(duì)應(yīng)的位置處。在該實(shí)施方式中，散熱片1優(yōu)選是石墨片。
圖2顯示了導(dǎo)熱聚合物層2的截面圖。導(dǎo)熱聚合物層2包含作為基質(zhì)的聚合物材料5和作為導(dǎo)熱填料的碳纖維3。在導(dǎo)熱聚合物層2中，碳纖維3以如此的方式取向以使纖維的縱軸沿著導(dǎo)熱聚合物層2的厚度方向排列，即圖2中所示的Z軸方向。因而，碳纖維3的縱軸基本與散熱片1垂直。碳纖維3在縱軸方向上的熱導(dǎo)率比纖維徑向上的熱導(dǎo)率更高。因而，將導(dǎo)熱聚合物層2在厚度方向的熱導(dǎo)率設(shè)置得比該層在與其表面平行方向上的熱導(dǎo)率更高。碳纖維3的取向優(yōu)選通過(guò)對(duì)其施加磁場(chǎng)來(lái)進(jìn)行。
圖5顯示了將散熱部件10安裝在具有諸如半導(dǎo)體封裝的發(fā)熱部件7的印刷電路板6上。將散熱部件10以這樣的方式布置在印刷電路板6上以使導(dǎo)熱聚合物層2與發(fā)熱部件7緊密接觸。結(jié)果，將發(fā)熱部件7所產(chǎn)生的熱量通過(guò)導(dǎo)熱聚合物層2有效地傳導(dǎo)至散熱片1，在與散熱片表面平行的方向上擴(kuò)散進(jìn)入散熱片1，并進(jìn)一步從散熱片1的周邊和表面散發(fā)至散熱片外。
在第一實(shí)施方式中，導(dǎo)熱聚合物層2在厚度方向上的熱導(dǎo)率比該層在與其表面平行方向上的熱導(dǎo)率更高。當(dāng)布置導(dǎo)熱聚合物層2使其與所用的發(fā)熱部件7接觸時(shí)，來(lái)自發(fā)熱部件7的熱量的傳導(dǎo)方向與導(dǎo)熱聚合物層2的厚度方向相一致。因而，導(dǎo)熱聚合物層2能夠快速有效地將來(lái)自發(fā)熱部件7的熱量傳導(dǎo)至散熱片1。
在第一實(shí)施方式中，使用在縱軸方向比在纖維的徑向具有更高熱導(dǎo)率的碳纖維3作為導(dǎo)熱填料。由于碳纖維3具有磁各向異性，因而使得其取向易于通過(guò)對(duì)其施加磁場(chǎng)而進(jìn)行控制，因此碳纖維3能夠以這樣的方式高度取向碳纖維3的縱軸沿著導(dǎo)熱聚合物層2的厚度方向排列。結(jié)果，導(dǎo)熱聚合物層2在厚度方向上的熱導(dǎo)率得到顯著改善。在該情況中，與使用相同的但未取向的碳纖維3時(shí)相比，導(dǎo)熱聚合物層2的熱特性通過(guò)使用經(jīng)取向的碳纖維3而得到明顯改善。結(jié)果，能夠以低材料成本獲得優(yōu)異的散熱部件。
在第一實(shí)施方式中可以使用石墨片作為散熱片1。在該情況中，該散熱片1能夠在與表面平行的方向上比在厚度方向上更快地散熱，其原因是石墨片在與表面平行的方向上具有比片的厚度方向上高得多的熱導(dǎo)率(100W/m·K～800W/m·K)。因而，由石墨片制成的散熱片1能夠更有效地沿著散熱片放散由導(dǎo)熱聚合物層2傳導(dǎo)的熱量。
(第二實(shí)施方式)下面將參考圖3～圖5對(duì)根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的散熱部件進(jìn)行描述。圖3中所示的散熱部件20包括散熱片1和形成于散熱片1上的導(dǎo)熱聚合物層2。優(yōu)選將導(dǎo)熱聚合物層2選擇性地形成在散熱片1上至少與使用時(shí)產(chǎn)生熱量的發(fā)熱部件相對(duì)應(yīng)的位置處。在該實(shí)施方式中，散熱片1優(yōu)選是由石墨片1b和形成在石墨片1b整個(gè)兩側(cè)上的鋁箔1a和1c組成的復(fù)合片。圖4顯示了導(dǎo)熱聚合物層2的截面圖。在該實(shí)施方式中，導(dǎo)熱聚合物層2包括作為基質(zhì)的聚合物材料5和作為導(dǎo)熱填料的鱗片狀的六邊形氮化硼粉末4。如圖4所示，在導(dǎo)熱聚合物層2中，鱗片狀六邊形氮化硼粉末4以如此的方式取向沿各鱗片表面的方向(即，基本與鱗片表面平行的方向)與導(dǎo)熱聚合物層2的厚度方向相一致。因而，與各鱗片表面平行的方向基本與散熱片1的表面垂直。鱗片狀六邊形氮化硼粉末在與表面平行的方向上具有比在各鱗片的厚度方向上更高的熱導(dǎo)率。更具體地，在鱗片狀六邊形氮化硼粉末中，六邊形氮化硼晶體通常在特定方向上有規(guī)律地取向。當(dāng)將六邊形晶體結(jié)構(gòu)視為六方柱時(shí)，與鱗片表面平行的方向和與六方柱的橫截面平行的方向一致。六邊形氮化硼晶體在六方柱的橫截面方向上具有更優(yōu)異的導(dǎo)熱性質(zhì)。因而，如圖4中所示，在鱗片狀六邊形氮化硼以這樣方式取向，即沿各鱗片表面的方向與導(dǎo)熱聚合物層2的厚度方向相一致的情況中，將導(dǎo)熱聚合物層2在厚度方向的熱導(dǎo)率設(shè)置得比在與該層表面平行的方向上的熱導(dǎo)率更高。六邊形氮化硼粉末4的取向優(yōu)選通過(guò)對(duì)其施加磁場(chǎng)而進(jìn)行。
將第二實(shí)施方式的散熱部件20以如此的方式安裝在印刷電路板6上以使導(dǎo)熱聚合物層2與發(fā)熱部件7緊密接觸，如第一實(shí)施方式中的圖5所示。結(jié)果，發(fā)熱部件7所產(chǎn)生的熱量通過(guò)導(dǎo)熱聚合物層2傳導(dǎo)至散熱片1并有效地沿散熱片1擴(kuò)散。
根據(jù)第二實(shí)施方式的散熱部件20除了上述第一實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)之外還具有下述優(yōu)點(diǎn)。
在第二實(shí)施方式中，使用鱗片狀六邊形氮化硼粉末4作為導(dǎo)熱填料。由于鱗片狀六邊形氮化硼粉末4具有磁各向異性，使得其取向易于通過(guò)施加磁場(chǎng)而進(jìn)行控制。因此鱗片狀六邊形氮化硼粉末4能夠以如此的方式高度取向與六邊形氮化硼粉末4的鱗片的表面平行的方向與導(dǎo)熱聚合物層2的厚度方向相一致。結(jié)果，導(dǎo)熱聚合物層2在該層厚度方向上的熱導(dǎo)率可以得到顯著提高。在該情況中，與使用相同的但未取向的六邊形氮化硼粉末4相比，導(dǎo)熱聚合物層2的熱特性通過(guò)使用經(jīng)取向的六邊形氮化硼粉末4而得到明顯改善。結(jié)果，能夠以低材料成本獲得優(yōu)異的散熱部件。此外，使用鱗片狀六邊形氮化硼粉末4作為導(dǎo)熱填料使得導(dǎo)熱聚合物層2具有電絕緣性。因而，第二實(shí)施方式的散熱部件在導(dǎo)熱聚合物層2要求電絕緣性的任何應(yīng)用中都極為有用，例如，在導(dǎo)熱聚合物層2與諸如半導(dǎo)體裝置等的發(fā)熱部件的電氣終端緊密接觸的情況中。
在第二實(shí)施方式中，使用包括形成于石墨片1b兩側(cè)上的鋁箔1a和1c的復(fù)合片作為散熱片1。鋁箔1a和1c具有優(yōu)異的各向同性的導(dǎo)熱性質(zhì)。即，它們不僅在與表面平行的方向上具有很高的熱導(dǎo)率而且在其厚度方向上也具有很高的熱導(dǎo)率。因而，與導(dǎo)熱聚合物層2緊密接觸的鋁箔1a將來(lái)自導(dǎo)熱聚合物層2的熱量有效地傳導(dǎo)至石墨片1b，并且石墨片1b將來(lái)自導(dǎo)熱聚合物層2的熱量在與其表面平行的方向上進(jìn)行擴(kuò)散。另外，形成于石墨片1b的與鋁箔1a相對(duì)一側(cè)的鋁箔1c能夠?qū)?lái)自石墨片1b的熱量更有效地由其表面散發(fā)至外側(cè)。與僅使用石墨片相比，散熱片的機(jī)械強(qiáng)度和形狀保持性可以通過(guò)在石墨片上形成鋁箔層而得到改善。在該實(shí)施方式中，由于石墨片的整個(gè)表面都覆蓋有鋁箔層，因此能夠防止由于任何外力而使石墨碎片從石墨片的表面脫落。
下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的散熱部件的各構(gòu)成要素。
<散熱片>
散熱片1在與表面平行的方向擴(kuò)散熱量并進(jìn)一步由片的周邊和表面向外部環(huán)境散發(fā)熱量。為確保散熱功能，散熱片1優(yōu)選在與片表面平行的方向上具有150W/m·K～900W/m·K的熱導(dǎo)率?？梢允褂糜墒?、金剛石、諸如鋁、銅或銀等金屬或任何合金等制成的片材作為散熱片1。其中，優(yōu)選使用石墨片、鋁片或其至少兩層的層壓片作為散熱片1，這是因?yàn)檫@些片在與片表面平行的方向上具有高熱導(dǎo)率。
僅由諸如銅或鋁等金屬制成的片材具有相對(duì)較高的熱導(dǎo)率(銅約為400W/m·K，鋁180W/m·K～200W/m·K)。然而，該類(lèi)片材的導(dǎo)熱性質(zhì)是各向同性的。如圖5所示，當(dāng)將包括僅由金屬制成的散熱片的散熱部件安裝在發(fā)熱部件7的對(duì)側(cè)時(shí)，例如，散熱片將發(fā)熱部件7產(chǎn)生的熱量在與表面平行的方向上擴(kuò)散，而且還能夠有效地在與發(fā)熱部件7相對(duì)的部分在厚度方向上傳導(dǎo)熱量。結(jié)果，與各發(fā)熱部件7相對(duì)的各部分的溫度局部升高，由此產(chǎn)生所謂的熱斑(heat spot)。
相反，石墨片在與片表面平行的方向上與厚度方向相比具有極高的熱導(dǎo)率(100W/m·K～800W/m·K)。因而，石墨片特別優(yōu)選用作散熱片1，其原因是石墨片在與表面平行的方向上能夠比厚度方向上更快速地傳導(dǎo)熱量以擴(kuò)散熱量，由此防止熱斑的產(chǎn)生。作為散熱片1，也可以有利地使用包括在與片的表面平行的方向上具有更高熱導(dǎo)率的石墨片和具有優(yōu)異的各向同性的熱導(dǎo)率的鋁箔層的復(fù)合片。在該情況中，鋁箔層可以形成在石墨片的一側(cè)上或兩側(cè)上。鋁箔層可以形成在石墨片的整個(gè)表面上或石墨片的一部分表面上。如圖3所示，形成于石墨片1b與導(dǎo)熱聚合物層2之間的鋁箔1a有助于將熱量由導(dǎo)熱聚合物層2傳導(dǎo)至石墨片。形成于石墨片1b的與導(dǎo)熱聚合物層2相對(duì)一側(cè)的鋁箔1c能夠?qū)?lái)自石墨片1b的熱量通過(guò)其表面散發(fā)至外部。
對(duì)散熱片1的厚度不作具體限定，優(yōu)選為5μm～500μm。當(dāng)散熱片1的厚度小于5μm時(shí)，散熱片1變脆，容易破裂，并且不利地具有較小的熱容量。當(dāng)散熱片1的厚度大于500μm時(shí)，片的硬度變高，因此降低了加工效率。這從經(jīng)濟(jì)角度考慮是不優(yōu)選的。散熱片1的厚度優(yōu)選為10μm～400μm，更優(yōu)選為25μm～200μm。
<導(dǎo)熱聚合物層>
在導(dǎo)熱聚合物層2中，將該層在厚度方向的熱導(dǎo)率設(shè)置得比在與該層表面平行方向的熱導(dǎo)率更高。在與現(xiàn)有技術(shù)相似的散熱部件中所包含的導(dǎo)熱聚合物層中，在該層厚度方向上的熱導(dǎo)率等于或小于與表面平行方向上的熱導(dǎo)率。因而，現(xiàn)有技術(shù)的散熱部件的熱傳導(dǎo)性和熱擴(kuò)散性不能令人滿意。在本發(fā)明的散熱部件中，將導(dǎo)熱聚合物層2在厚度方向上的熱導(dǎo)率設(shè)置得比在與該層表面平行方向上的熱導(dǎo)率更高。這使得導(dǎo)熱聚合物層2能夠有效地將熱量傳導(dǎo)至散熱片1。導(dǎo)熱聚合物層2在厚度方向上的熱導(dǎo)率優(yōu)選設(shè)置得比散熱片1在厚度方向上的熱導(dǎo)率更高。這使得導(dǎo)熱聚合物層2能夠快速地將熱量傳導(dǎo)至散熱片1并降低產(chǎn)生上述熱斑的危險(xiǎn)。導(dǎo)熱聚合物層2可以為固態(tài)，其中用作基質(zhì)的聚合物材料5已經(jīng)完全硬化或固化。作為選擇，導(dǎo)熱聚合物層2也可以是未固化的半固化態(tài)，其中聚合物材料5仍未固化或部分固化(也稱(chēng)為“B階段態(tài)”)。
在導(dǎo)熱聚合物層2是未固化或半固化的情況中，聚合物材料5優(yōu)選是粘合性樹(shù)脂。此處使用的粘合性樹(shù)脂是指當(dāng)處于未固化或半固化態(tài)時(shí)能夠與發(fā)熱部件粘合的樹(shù)脂。在安裝過(guò)程中，將包含粘合性樹(shù)脂作為聚合物材料5的導(dǎo)熱聚合物層2放置于發(fā)熱部件上以使其粘合，然后進(jìn)行充分固化。因而，在安裝過(guò)程中將這些導(dǎo)熱聚合物層2與發(fā)熱部件牢固地粘合而不會(huì)發(fā)生任何錯(cuò)位，由此能夠提供優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性。
在導(dǎo)熱聚合物層2是固體物的情況中，導(dǎo)熱聚合物層2的硬度優(yōu)選為小于或等于60。在本發(fā)明的應(yīng)用中，硬度是由A型硬度計(jì)根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(“JIS”)K6253(對(duì)應(yīng)于ISO 7619-1)測(cè)量的值。當(dāng)導(dǎo)熱聚合物層2的硬度在上述范圍內(nèi)時(shí)，導(dǎo)熱聚合物層2具有足夠高的柔軟性。該導(dǎo)熱聚合物層2在安裝過(guò)程中具有優(yōu)異的操作性能并具有相對(duì)于發(fā)熱部件能夠重新進(jìn)行安置的可修理性。此外，由于該柔軟的導(dǎo)熱聚合物層2與發(fā)熱部件具有良好的粘合性，因此能夠提供優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性。硬度大于60的導(dǎo)熱聚合物層2與發(fā)熱部件的粘合性很差。導(dǎo)熱聚合物層2的硬度更優(yōu)選小于或等于40，更進(jìn)一步優(yōu)選小于或等于25。
當(dāng)導(dǎo)熱聚合物層2未固化或被半固化時(shí)，即，聚合物材料5是粘合性樹(shù)脂時(shí)，對(duì)導(dǎo)熱聚合物層2的硬度不作具體限定。
<導(dǎo)熱聚合物層中的導(dǎo)熱填料>
導(dǎo)熱聚合物層2中包含的導(dǎo)熱填料優(yōu)選是選自碳纖維、碳納米管、金屬氮化物、金屬氧化物、金屬碳化物和金屬氫氧化物中的至少一種。那些導(dǎo)熱填料優(yōu)選具有各向異性的熱傳導(dǎo)性質(zhì)。例如，碳纖維在軸向上的熱傳導(dǎo)性能比在纖維徑向上的熱傳導(dǎo)性能更高。
用于碳纖維的原料包括稠合的多環(huán)烴類(lèi)化合物例如萘和菲，以及稠合的雜環(huán)化合物例如石油類(lèi)瀝青和煤類(lèi)瀝青。在這些原料中，優(yōu)選石油類(lèi)瀝青和煤類(lèi)瀝青，優(yōu)選為光學(xué)上各向異性的瀝青，即，特別優(yōu)選為中間相瀝青。這些原料可以單獨(dú)使用或兩種或兩種以上組合使用。最優(yōu)選單獨(dú)使用中間相瀝青，即，碳纖維所含有的中間相瀝青的含量為100％。本發(fā)明中使用的碳纖維可以是纖維(包括維持纖維狀的粉碎產(chǎn)品或切割產(chǎn)品)、晶須狀、螺旋或納米管的形式，但并不局限于此。碳纖維的纖維直徑優(yōu)選為5μm～20μm，更優(yōu)選為5μm～15μm，特別優(yōu)選為8μm～12μm。當(dāng)纖維直徑小于5μm或大于20μm時(shí)，碳纖維的生產(chǎn)性不利地下降。碳纖維的平均長(zhǎng)度優(yōu)選為5μm～500μm，更優(yōu)選為15μm～100μm，特別優(yōu)選為15μm～45μm。當(dāng)平均長(zhǎng)度小于5μm時(shí)，碳纖維之間的接觸減少，不能在導(dǎo)熱聚合物層2中提供足夠的傳熱通道，由此使導(dǎo)熱聚合物層2的熱導(dǎo)率減小。當(dāng)平均長(zhǎng)度大于500μm時(shí)，碳纖維的變得蓬松，很難以高濃度將其裝入聚合物材料5中。碳纖維的平均長(zhǎng)度值根據(jù)粒徑分布通過(guò)激光衍射方式進(jìn)行計(jì)算。
對(duì)碳纖維的熱導(dǎo)率不作具體限定。然而，碳纖維縱向上的熱導(dǎo)率優(yōu)選為大于或等于400W/m·K，更優(yōu)選大于或等于800W/m·K，特別優(yōu)選大于或等于1,000W/m·K?？梢酝ㄟ^(guò)諸如電解氧化等的氧化反應(yīng)或用偶聯(lián)劑或施膠劑(seizing agent)進(jìn)行處理而對(duì)碳纖維進(jìn)行表面改性。該表面改性能夠改善對(duì)聚合物材料5的濕潤(rùn)性，或增大能夠混合至聚合物材料5中的碳纖維的極限量或增強(qiáng)與聚合物材料5的界面處的剝離強(qiáng)度。也可以使用表面覆蓋有金屬或陶瓷的碳纖維。涂布可以通過(guò)例如非電解電鍍、電解電鍍、真空沉積、濺射或離子鍍等物理沉積、化學(xué)沉積或諸如涂布、浸漬或?qū)ξ⒘５臋C(jī)械固定等機(jī)械化學(xué)方法進(jìn)行。
金屬氮化物的例子包括氮化硅和氮化鋁，金屬氧化物的例子包括氧化鋁、氧化硅、氧化鋅和氧化鎂。金屬碳化物的例子包括碳化硅，金屬氫氧化物的例子包括氫氧化鋁和氫氧化鎂。特別優(yōu)選使用鱗片狀六邊形氮化硼作為導(dǎo)熱填料，這是因?yàn)樗谂c鱗片表面平行方向上的熱導(dǎo)率比在鱗片厚度方向上的熱導(dǎo)率更高。
<導(dǎo)熱聚合物層中的聚合物材料>
下面描述導(dǎo)熱聚合物層2中包含的作為基質(zhì)的聚合物材料5。聚合物材料5的例子包括形成固體導(dǎo)熱聚合物層2的熱塑性彈性體、交聯(lián)橡膠、熱塑性樹(shù)脂和形成粘合性(即處于未固化或半固化態(tài))導(dǎo)熱聚合物層2的粘合性樹(shù)脂。
熱塑性彈性體的例子包括苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-異戊二烯嵌段共聚物、其氫化產(chǎn)物、苯乙烯類(lèi)熱塑性彈性體、烯烴類(lèi)熱塑性彈性體、氯乙烯類(lèi)熱塑性彈性體、聚酯類(lèi)熱塑性彈性體、聚氨酯類(lèi)熱塑性彈性體和聚酰胺類(lèi)熱塑性彈性體。
交聯(lián)橡膠的例子包括天然橡膠、丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、苯乙烯-丁二烯共聚橡膠、丁腈橡膠、氫化丁腈橡膠、氯丁二烯橡膠、乙烯-丙烯共聚橡膠、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、丁基橡膠、鹵化丁基橡膠、氟橡膠、氨基甲酸酯橡膠和硅橡膠。
熱塑性樹(shù)脂的例子包括聚乙烯、聚丙烯、諸如乙烯-丙烯共聚物等乙烯-α-烯烴共聚物、聚甲基戊烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇、聚縮醛、諸如聚偏二氟乙烯或聚四氟乙烯等氟樹(shù)脂、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)樹(shù)脂、聚苯醚(PPE)樹(shù)脂、改性PPE樹(shù)脂、脂肪族聚酰胺、芳香族聚酰胺、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、諸如聚甲基丙烯酸酯(如聚甲基丙烯酸甲酯)等聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚醚腈、聚醚酮、聚酮、液晶聚合物和離聚物。
粘合性樹(shù)脂的例子包括環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、雙馬來(lái)酰亞胺、苯并環(huán)丁烯、酚醛樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂、二烯丙基鄰苯二甲酸酯、硅樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、聚酰亞胺硅樹(shù)脂、熱固型PPE樹(shù)脂和熱固型改性PPE樹(shù)脂。
從確保固化產(chǎn)物的硬度為小于或等于60的柔軟性、諸如耐熱性等基本性質(zhì)、溫度特性和電學(xué)可靠性的觀點(diǎn)考慮，固體導(dǎo)熱聚合物層2優(yōu)選由選自硅橡膠、丙烯酸橡膠、諸如聚異丁烯等烯烴類(lèi)橡膠和聚氨酯中的至少一種材料形成。這些聚合物材料可以單獨(dú)使用或兩種或兩種以上組合使用。也可以使用兩種或兩種以上聚合物材料的聚合物合金。對(duì)聚合物材料5的交聯(lián)結(jié)構(gòu)的有無(wú)不作具體限定，可以采用諸如熱固化、光固化和濕氣固化等的已知交聯(lián)方法。
<散熱部件的制造方法>
用于制造本發(fā)明的散熱部件的第一方法的特征在于將單獨(dú)形成的導(dǎo)熱聚合物層2接合在散熱片1的至少一個(gè)部分上。導(dǎo)熱聚合物層2包括預(yù)先以特定方向取向以使其在厚度方向上的熱導(dǎo)率比與表面平行方向上的熱導(dǎo)率更高的導(dǎo)熱填料。更具體地，為制造導(dǎo)熱聚合物層2，首先制備包含聚合物材料5和導(dǎo)熱填料(例如，碳纖維3或六邊形氮化硼粉末4)的導(dǎo)熱聚合物組合物。將導(dǎo)熱聚合物組合物獨(dú)立成型為片材后，使導(dǎo)熱填料以特定方向取向，以使所獲得的導(dǎo)熱聚合物層2在厚度方向上的熱導(dǎo)率比與表面平行方向上的熱導(dǎo)率更高。在維持導(dǎo)熱填料取向狀態(tài)的同時(shí)，將導(dǎo)熱聚合物組合物硬化或固化以獲得導(dǎo)熱聚合物層2。將所獲得的許多導(dǎo)熱聚合物層2通過(guò)包括但不限于壓力粘合或熱熔合的任何方法與散熱片接合。這樣，可以容易地制造本發(fā)明的散熱部件。
在用于制造本發(fā)明的散熱部件的第二方法中，將包含導(dǎo)熱填料的導(dǎo)熱聚合物組合物放置在散熱片1的至少一個(gè)部分上。然后，將導(dǎo)熱聚合物組合物中所包含的導(dǎo)熱填料以特定方向取向，在保持取向的同時(shí)使導(dǎo)熱聚合物組合物固化。結(jié)果，可以形成在厚度方向上的熱導(dǎo)率比與表面平行方向上的熱導(dǎo)率更高的導(dǎo)熱聚合物層2。
根據(jù)第二方法，易于制造具有處于未固化或半固化狀態(tài)(B階段狀態(tài))的導(dǎo)熱聚合物層2的散熱部件，以及具有固態(tài)導(dǎo)熱聚合物層2的散熱部件。根據(jù)第二方法，散熱片1與導(dǎo)熱聚合物層2之間的粘合除了采用壓力粘合和熱熔合之外，還可以通過(guò)固化粘合來(lái)進(jìn)行，通過(guò)該固化粘合使未固化或半固化的導(dǎo)熱聚合物層充分固化。
在第一和第二方法中，導(dǎo)熱填料在導(dǎo)熱聚合物層2中的取向可以通過(guò)使用流場(chǎng)、切變場(chǎng)、磁場(chǎng)或電場(chǎng)進(jìn)行。在導(dǎo)熱填料是由選自碳纖維、碳納米管、金屬氮化物、金屬氧化物、金屬碳化物和金屬氫氧化物中的至少一種材料形成的情況中，特別優(yōu)選導(dǎo)熱填料的取向通過(guò)對(duì)其施加磁場(chǎng)或電場(chǎng)進(jìn)行。在該情況中，由于這些導(dǎo)熱填料各自所固有的磁各向異性，通過(guò)對(duì)導(dǎo)熱聚合物組合物外加磁場(chǎng)或電場(chǎng)易于使導(dǎo)熱填料在與磁力線平行或垂直的方向上高度取向。根據(jù)使用磁場(chǎng)或電場(chǎng)的方法，可以將導(dǎo)熱填料的取向方向控制到任何所需方向。
根據(jù)本發(fā)明的散熱部件，導(dǎo)熱聚合物層2有效地將熱量由發(fā)熱部件傳送至散熱片1，并且散熱片1快速地在與其表面平行的方向擴(kuò)散熱量，由此有效地散發(fā)熱量。此外，根據(jù)本發(fā)明的散熱部件的制造方法，可以容易地獲得上述散熱部件。
對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是本發(fā)明能夠以任何其他特定的形式實(shí)施而不會(huì)脫離本發(fā)明的精神或范圍。特別是，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明能夠以下述形式實(shí)施。
在第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式中，導(dǎo)熱聚合物層2可以形成在散熱片1的整個(gè)表面上。
在第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式中，可以在導(dǎo)熱聚合物層2與散熱片1之間形成粘合層或壓敏粘合層。導(dǎo)熱聚合物層2與散熱片1之間的粘合也可以通過(guò)預(yù)先處理散熱片的表面(例如，電暈處理、紫外線處理和以偶聯(lián)劑進(jìn)行處理)而得到改善。
提供以下的實(shí)施例和比較例是為進(jìn)一步描述本發(fā)明而并不限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例(實(shí)施例1)首先，將作為導(dǎo)熱填料的70重量份石墨化碳纖維(Nippon GraphiteFiber Corporation生產(chǎn)，平均纖維直徑9μm，平均纖維長(zhǎng)度100μm)和150重量份氧化鋁粉末(Showa Denko K.K.生產(chǎn)，球形，平均粒徑3.5μm)與100重量份作為聚合物材料5的液體硅橡膠(GE Toshiba SiliconeCo.，Ltd.生產(chǎn))混合。將所得混合物進(jìn)行真空消泡以制備導(dǎo)熱聚合物組合物。然后，將該導(dǎo)熱聚合物組合物注入具有與預(yù)定片材相對(duì)應(yīng)形狀的模具的空腔中。以如此的方式施加磁場(chǎng)(磁通密度為10特斯拉)以使空腔中磁力線與導(dǎo)熱聚合物組合物的厚度方向相一致。由此，使成型為片材的導(dǎo)熱聚合物組合物中的石墨化碳纖維在厚度方向上取向。在保持該石墨化碳纖維取向的同時(shí)，將導(dǎo)熱組合物進(jìn)行熱固化以在片中獲得厚度為0.15mm、長(zhǎng)度為10mm、寬度為10mm(硬度為40)的導(dǎo)熱聚合物層2。包含在所得到的導(dǎo)熱聚合物層2中的石墨化碳纖維以如此的方式取向以使其纖維軸基本排列在該層的厚度方向上。導(dǎo)熱聚合物層2的熱導(dǎo)率根據(jù)激光閃光法由熱常數(shù)測(cè)量?jī)x器(Rigaku Corporation生產(chǎn)的LF/TCM-FA8510B)測(cè)定。導(dǎo)熱聚合物層2在厚度方向和與其表面平行方向上的熱導(dǎo)率分別為5.7W/m·K和2.2W/m·K。通過(guò)壓力粘合將該導(dǎo)熱聚合物層2粘接在散熱片1上以制造散熱部件10。所使用的散熱片1是厚度為0.13mm、長(zhǎng)為30mm、寬為60mm的石墨片(GrafTech InternationalLtd.生產(chǎn))且其厚度方向上的熱導(dǎo)率為7W/m·K，與表面平行方向上的熱導(dǎo)率為240W/m·K。
將所得到的散熱部件10以如此的方式放置在作為發(fā)熱部件的陶瓷加熱器(SAKAGUCHI E.H VOC CORP.生產(chǎn)的微陶瓷加熱器MS-3，熱值9W)上以使導(dǎo)熱聚合物層2與陶瓷加熱器接觸。然后接通陶瓷加熱器的電源。10分鐘后，測(cè)定陶瓷加熱器頂面(10mm×10mm)中心部分的溫度t1和散熱部件的散熱片1的周邊部分的溫度t2(溫度t1和t2的測(cè)量位置的間隔40mm)。溫度t1為65.2℃，溫度t2為35.1℃。所得到的散熱部件在安裝時(shí)柔軟并易于處理而且具有優(yōu)異的可修理性。
(實(shí)施例2)首先，將作為導(dǎo)熱填料的120重量份石墨化碳纖維(Nippon GraphiteFiber Corporation生產(chǎn)，平均纖維直徑9μm，平均纖維長(zhǎng)度100μm)和100重量份氧化鋁粉末(Showa Denko K.K.生產(chǎn)，球形，平均粒徑3.5μm)與100重量份作為聚合物材料5的液體硅橡膠(GE Toshiba SiliconeCo.，Ltd.生產(chǎn))混合。將所得混合物進(jìn)行真空消泡以制備導(dǎo)熱聚合物組合物。然后，將該導(dǎo)熱聚合物組合物注入具有與預(yù)定片材相對(duì)應(yīng)形狀的模具的空腔中。以如此的方式施加磁場(chǎng)(磁通密度為10特斯拉)以使空腔中磁力線與導(dǎo)熱聚合物組合物的厚度方向相一致。由此，使成型為片材的導(dǎo)熱聚合物組合物中的石墨化碳纖維在厚度方向上取向。在保持該石墨化碳纖維取向的同時(shí)，將導(dǎo)熱組合物進(jìn)行熱固化以在片中獲得厚度為0.15mm、長(zhǎng)度為10mm、寬度為10mm(硬度為35)的導(dǎo)熱聚合物層2。包含在所得到的導(dǎo)熱聚合物層2中的石墨化碳纖維以如此的方式取向以使其纖維軸基本排列在該層的厚度方向上。導(dǎo)熱聚合物層2的熱導(dǎo)率以與實(shí)施例1中相同的方式進(jìn)行測(cè)量。導(dǎo)熱聚合物層2在厚度方向和與其表面平行方向上的熱導(dǎo)率分別為11.2W/m·K和3.1W/m·K。通過(guò)壓力粘合將該片狀導(dǎo)熱聚合物層2粘接在作為散熱片1的石墨片(GrafTechInternational Ltd.生產(chǎn))上以制造散熱部件10。所述石墨片厚度為0.13mm、長(zhǎng)為30mm、寬為60mm并且其厚度方向上的熱導(dǎo)率為7W/m·K，與表面平行方向上的熱導(dǎo)率為240W/m·K。
與實(shí)施例1相似，將所得到的散熱部件10以如此的方式放置在作為發(fā)熱部件的陶瓷加熱器(SAKAGUCHI E.H VOC CORP.生產(chǎn)的微陶瓷加熱器MS-3，熱值9W)上以使導(dǎo)熱聚合物層2與陶瓷加熱器接觸。然后接通陶瓷加熱器的電源。10分鐘后，測(cè)定陶瓷加熱器頂面(10mm×10mm)中心部分的溫度t1和散熱部件的散熱片1的周邊部分的溫度t2(溫度t1和t2的測(cè)量位置的間隔40mm)。溫度t1為51.4℃，溫度t2為48.1℃。所得到的散熱部件在安裝時(shí)柔軟并易于處理而且具有優(yōu)異的可修理性。
(比較例1)制備與實(shí)施例2中使用的導(dǎo)熱組合物相同的導(dǎo)熱組合物。使用該組合物，除了在固化導(dǎo)熱聚合物組合物時(shí)不施加磁場(chǎng)之外以與實(shí)施例2相同的方式制造片狀導(dǎo)熱聚合物層。導(dǎo)熱聚合物層中所包含的石墨化碳纖維未作取向。該導(dǎo)熱聚合物層在厚度方向和與其表面平行方向上的熱導(dǎo)率以與實(shí)施例1相同的方式測(cè)量。導(dǎo)熱聚合物層2在厚度方向和與其表面平行方向上的熱導(dǎo)率分別為2.4W/m·K和3.5W/m·K。通過(guò)壓力粘合將該片狀導(dǎo)熱聚合物層粘接在作為散熱片1的石墨片(GrafTech InternationalLtd.生產(chǎn))上以制造散熱部件。所述石墨片厚度為0.13mm、長(zhǎng)為30mm、寬為60mm并且其厚度方向上的熱導(dǎo)率為7W/m·K，與表面平行方向上的熱導(dǎo)率為240W/m·K。
與實(shí)施例1相似，將所得到的散熱部件以如此的方式放置在作為發(fā)熱部件的陶瓷加熱器(SAKAGUCHI E.H VOC CORP.生產(chǎn)的微陶瓷加熱器MS-3，熱值9W)上以使導(dǎo)熱聚合物層與陶瓷加熱器接觸。然后接通陶瓷加熱器的電源。10分鐘后，測(cè)定陶瓷加熱器頂面(10mm×10mm)中心部分的溫度t1和散熱部件的散熱片1的周邊部分的溫度t2(溫度t1和t2的測(cè)量位置的間隔40mm)。溫度t1為77.5℃，溫度t2為28.7℃。
(實(shí)施例3)首先，將作為導(dǎo)熱填料的140重量份鱗片狀六邊形氮化硼粉末(得自GE Specialty Materials Japan Co.，Ltd.，平均粒徑7μm～10μm，表面積13m2/g)和80重量份氧化鋁粉末(Showa Denko K.K生產(chǎn)，球形，平均粒徑3.5μm)與100重量份作為聚合物材料5的液體硅橡膠(GE ToshibaSilicone Co.，Ltd生產(chǎn))混合。將所得混合物進(jìn)行真空消泡以制備導(dǎo)熱聚合物組合物。然后，將具有與所需導(dǎo)熱聚合物層的形狀相對(duì)應(yīng)的空腔的結(jié)構(gòu)形式的模具安置在厚度為0.13mm、長(zhǎng)為30mm、寬為60mm且兩側(cè)覆蓋有16μm厚的鋁箔的作為散熱片1的石墨片(GrafTech InternationalLtd.生產(chǎn))上。所述石墨片在厚度方向上的熱導(dǎo)率為7W/m·K，與表面平行方向上的熱導(dǎo)率為240W/m·K，并在表面上形成6μm厚的丙烯酸壓敏粘合層。將導(dǎo)熱聚合物組合物注入排列在石墨片上的空腔中。以如此的方式施加磁場(chǎng)(磁通密度為10特斯拉)以使磁力線的方向與成型為片狀的導(dǎo)熱聚合物組合物的厚度方向相一致，從而在導(dǎo)熱聚合物組合物中使六邊形氮化硼粉末進(jìn)行取向。在保持該六邊形氮化硼粉末的取向的同時(shí)，將導(dǎo)熱聚合物組合物熱固化以獲得包括形成于石墨片上的厚度為0.15mm、長(zhǎng)為10mm、寬為10mm的導(dǎo)熱聚合物層2(JIS A型硬度36)的散熱部件20。在所得的導(dǎo)熱聚合物層2中所包含的六邊形氮化硼粉末以如此的方式取向以使每一個(gè)鱗片狀顆粒的表面沿片的厚度方向排列。導(dǎo)熱聚合物層2的熱導(dǎo)率以與實(shí)施例1相同的方式測(cè)量。導(dǎo)熱聚合物層2在厚度方向和與其表面平行方向上的熱導(dǎo)率分別為2.7W/m·K和1.6W/m·K。
與實(shí)施例1相似，將所得到的散熱部件10以如此的方式放置在作為發(fā)熱部件的陶瓷加熱器(SAKAGUCHI E.H VOC CORP.生產(chǎn)的微陶瓷加熱器MS-3，熱值9W)上以使導(dǎo)熱聚合物層2與陶瓷加熱器接觸。然后接通陶瓷加熱器的電源。10分鐘后，測(cè)定陶瓷加熱器頂面(10mm×10mm)中心部分的溫度t1和散熱部件的散熱片1的周邊部分的溫度t2(溫度t1和t2的測(cè)量位置的間隔40mm)。溫度t1為70.5℃，溫度t2為29.6℃。所得到的散熱部件柔軟，并在安裝時(shí)易于處理，而且具有優(yōu)異的可修理性。
(比較例2)制備與實(shí)施例3中相同的導(dǎo)熱組合物，從而除了在固化導(dǎo)熱聚合物組合物時(shí)不施加磁場(chǎng)之外以與實(shí)施例3相同的方式制造散熱部件。該導(dǎo)熱聚合物層中所包含的六邊形氮化硼粉末未作取向。該導(dǎo)熱聚合物層的熱導(dǎo)率以與實(shí)施例1相同的方式測(cè)量。導(dǎo)熱聚合物層2在厚度方向和與其表面平行方向上的熱導(dǎo)率分別為1.8W/m·K和2.4W/m·K。
與實(shí)施例3相似，將所得到的散熱部件以如此的方式放置在作為發(fā)熱部件的陶瓷加熱器(SAKAGUCHI E.H VOC CORP.生產(chǎn)的微陶瓷加熱器MS-3，熱值9W)上以使導(dǎo)熱聚合物層與陶瓷加熱器接觸。然后接通陶瓷加熱器的電源。10分鐘后，測(cè)定陶瓷加熱器頂面(10mm×10mm)中心部分的溫度t1和散熱部件的散熱片1的周邊部分的溫度t2(溫度t1和t2的測(cè)量位置的間隔40mm)。溫度t1為81.7℃，溫度t2為24.3℃。
(實(shí)施例4)首先，將作為導(dǎo)熱填料的40重量份石墨化碳纖維(Nippon GraphiteFiber Corporation生產(chǎn)，平均纖維直徑9μm，平均纖維長(zhǎng)度100μm)、80重量份氧化鋁粉末(Showa Denko K.K.生產(chǎn)，球形，平均粒徑10μm)和20重量份單晶氧化鋁粉末(Showa Denko K.K生產(chǎn)，平均粒徑2μm)與100重量份作為粘合性樹(shù)脂的環(huán)氧樹(shù)脂(Three Bond Co.，Ltd.生產(chǎn))混合。將所得混合物進(jìn)行真空消泡以制備導(dǎo)熱聚合物組合物。然后，將具有與所需導(dǎo)熱聚合物層的形狀相對(duì)應(yīng)的空腔的結(jié)構(gòu)形式的模具安置在散熱片1上。所使用的散熱片1是厚度為0.13mm、長(zhǎng)為30mm、寬為60mm且完全覆蓋有16μm厚鋁箔的石墨片(GrafTech International Ltd.生產(chǎn)，厚度方向的熱導(dǎo)率7W/m·K，與表面平行方向的熱導(dǎo)率240W/m·K，并在表面上形成6μm厚的丙烯酸壓敏粘合層)。將導(dǎo)熱聚合物組合物注入布置在石墨片上的空腔中。
以如此的方式施加磁場(chǎng)(磁通密度為10特斯拉)以使磁力線的方向與成型為片材的導(dǎo)熱聚合物組合物的厚度方向相一致，從而排列導(dǎo)熱聚合物組合物中所包含的石墨化碳纖維，以使其纖維軸基本與片材的厚度方向平行排列。在保持該石墨化碳纖維取向的同時(shí)，加熱導(dǎo)熱組合物至半固化以進(jìn)入B階段狀態(tài)從而獲得包括層疊在石墨片上的粘合性導(dǎo)熱聚合物層2的散熱部件。包含在所獲得的導(dǎo)熱聚合物層2中的石墨化碳纖維在厚度方向上取向。以與實(shí)施例1相同的方式測(cè)量導(dǎo)熱聚合物層2的熱導(dǎo)率。導(dǎo)熱聚合物層2在厚度方向和與其表面平行方向上的熱導(dǎo)率分別為6.5W/m·K和2.3W/m·K。
將所得到的散熱部件10以如此的方式放置在作為發(fā)熱部件的陶瓷加熱器(SAKAGUCHI E.H VOC CORP.生產(chǎn)的微陶瓷加熱器MS-3，熱值9W)上以使導(dǎo)熱聚合物層2與陶瓷加熱器接觸。然后通過(guò)加熱使得導(dǎo)熱聚合物層2完全固化并隨后冷卻至室溫。之后，接通陶瓷加熱器的電源。10分鐘后，測(cè)定陶瓷加熱器頂面(10mm×10mm)中心部分的溫度t1和散熱部件的散熱片1的周邊部分的溫度t2(溫度t1和t2的測(cè)量位置的間隔40mm)。溫度t1為63.7℃，溫度t2為31.3℃。在將導(dǎo)熱聚合物層2完全固化在發(fā)熱部件上期間所得的散熱部件相對(duì)于發(fā)熱部件(陶瓷加熱器)未發(fā)生錯(cuò)位。此外，充分固化后，導(dǎo)熱聚合物層2與石墨片具有優(yōu)異的粘合性。
(比較例3)制備與實(shí)施例4相同的導(dǎo)熱組合物。除了在固化導(dǎo)熱聚合物組合物時(shí)不施加磁場(chǎng)之外，以與實(shí)施例4相同的方式制造散熱部件。該導(dǎo)熱聚合物層中所包含的石墨化碳纖維未作取向。該導(dǎo)熱聚合物層的熱導(dǎo)率以與實(shí)施例1相同的方式測(cè)量。導(dǎo)熱聚合物層2在厚度方向和與其表面平行方向上的熱導(dǎo)率分別為1.9W/m·K和2.5W/m·K。
將所得到的散熱部件以如此的方式放置在作為發(fā)熱部件的陶瓷加熱器(SAKAGUCHI E.H VOC CORP.生產(chǎn)的微陶瓷加熱器MS-3，熱值9W)上以使導(dǎo)熱聚合物層2與陶瓷加熱器接觸。然后通過(guò)加熱使得導(dǎo)熱聚合物層2完全固化并隨后冷卻至室溫。之后，接通陶瓷加熱器的電源。10分鐘后，測(cè)定陶瓷加熱器頂面(10mm×10mm)中心部分的溫度t1和散熱部件的散熱片1的周邊部分的溫度t2(溫度t1和t2的測(cè)量位置的間隔40mm)。溫度t1為81.2℃，溫度t2為24.5℃。
本發(fā)明的實(shí)施例和實(shí)施方式應(yīng)當(dāng)被理解為是描述性的而非限制性的，并且本發(fā)明不限于這里所提供的詳細(xì)描述，而是可以在所附權(quán)利要求的范圍和等同范圍內(nèi)進(jìn)行改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種散熱部件(10，20)，其特征在于，所述散熱部件(10，20)具有散熱片(1)；和設(shè)置于所述散熱片(1)的至少一個(gè)部分上的導(dǎo)熱聚合物層(2)，其中所述導(dǎo)熱聚合物層(2)在所述層(2)的厚度方向上的熱導(dǎo)率比所述導(dǎo)熱聚合物層(2)在與所述層(2)的表面平行方向上的熱導(dǎo)率更高。
2.如權(quán)利要求1所述的散熱部件(10，20)，其特征在于所述導(dǎo)熱聚合物層(2)在所述層(2)的厚度方向上的熱導(dǎo)率比所述散熱片(1)在該片厚度方向上的熱導(dǎo)率更高。
3.如權(quán)利要求1所述的散熱部件(10，20)，其特征在于所述導(dǎo)熱聚合物層(2)包含聚合物材料(5)和選自碳纖維、碳納米管、金屬氮化物、金屬氧化物、金屬碳化物和金屬氫氧化物中的至少一種導(dǎo)熱填料(3，4)；其中所述導(dǎo)熱填料(3，4)在所述導(dǎo)熱聚合物層(2)中以特定方向取向。
4.如權(quán)利要求3所述的散熱部件(10，20)，其特征在于所述導(dǎo)熱填料(3，4)包含碳纖維。
5.如權(quán)利要求3所述的散熱部件(10，20)，其特征在于所述導(dǎo)熱填料(3，4)包含六邊形氮化硼粉末。
6.如權(quán)利要求1所述的散熱部件(10，20)，其特征在于所述導(dǎo)熱聚合物層(2)的硬度小于或等于60。
7.如權(quán)利要求3所述的散熱部件(10，20)，其特征在于所述導(dǎo)熱聚合物層(2)中的所述聚合物材料(5)已經(jīng)完全固化。
8.如權(quán)利要求3所述的散熱部件(10，20)，其特征在于所述導(dǎo)熱聚合物層(2)中的所述聚合物材料(5)已經(jīng)半固化。
9.如權(quán)利要求8所述的散熱部件(10，20)，其特征在于所述導(dǎo)熱聚合物層(2)中的所述聚合物材料(5)包含粘合性樹(shù)脂。
10.如權(quán)利要求1～9任一項(xiàng)所述的散熱部件(10，20)，其特征在于所述散熱片(1)是石墨片和包含石墨片(1b)及設(shè)置于所述石墨片上的鋁箔(1a，1c)的復(fù)合片中的一種散熱片。
11.一種散熱部件(10，20)的制造方法，所述散熱部件(10，20)包含散熱片(1)和設(shè)置于所述散熱片(1)的至少一個(gè)部分上的導(dǎo)熱聚合物層(2)，其特征在于在片中由包含導(dǎo)熱填料(3，4)的導(dǎo)熱聚合物組合物獨(dú)立形成導(dǎo)熱聚合物層(2)，其中所述層(2)中的所述導(dǎo)熱填料(3，4)以特定方向取向，以使所述導(dǎo)熱聚合物層(2)在所述層(2)的厚度方向上的熱導(dǎo)率比所述導(dǎo)熱聚合物層(2)在與所述層(2)的表面平行方向上的熱導(dǎo)率更高；和將所形成的導(dǎo)熱聚合物層(2)接合到所述散熱片(1)的至少一個(gè)部分上。
12.一種散熱部件(10，20)的制造方法，所述散熱部件(10，20)包含散熱片(1)和設(shè)置于所述散熱片(1)的至少一個(gè)部分上的導(dǎo)熱聚合物層(2)，其特征在于將包含導(dǎo)熱填料(3，4)的導(dǎo)熱聚合物組合物放置在所述散熱片(1)的至少一個(gè)部分上；使所述導(dǎo)熱填料(3，4)以特定方向取向，以使所獲得的所述導(dǎo)熱聚合物層(2)在所述層(2)的厚度方向上的熱導(dǎo)率比所述導(dǎo)熱聚合物層(2)在與所述層(2)的表面平行方向上的熱導(dǎo)率更高；和在保持所述導(dǎo)熱填料(3，4)的取向的同時(shí)，固化所述導(dǎo)熱聚合物組合物，以在所述散熱片(1)上形成所述導(dǎo)熱聚合物層(2)。
13.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于所述導(dǎo)熱填料(3，4)的取向通過(guò)施加電場(chǎng)或磁場(chǎng)來(lái)進(jìn)行。
全文摘要
一種散熱部件(10，20)，其中包含散熱片(1)；以及設(shè)置于至少部分散熱片(1)上的導(dǎo)熱聚合物層(2)。導(dǎo)熱聚合物層(2)在所述層(2)的厚度方向上的熱導(dǎo)率比導(dǎo)熱聚合物層(2)在與所述層(2)的表面平行方向上的熱導(dǎo)率更高。所述散熱部件(10，20)是通過(guò)將獨(dú)立形成的包含導(dǎo)熱填料(3，4)的導(dǎo)熱聚合物層(2)接合到散熱片(1)上而形成的。導(dǎo)熱填料(3，4)以特定方向取向。作為選擇，也可以通過(guò)將包含導(dǎo)熱填料(3，4)的導(dǎo)熱聚合物組合物放置在散熱片(1)上，使導(dǎo)熱填料(3，4)以特定方向取向，并在保持取向的同時(shí)固化導(dǎo)熱聚合物組合物，從而形成散熱部件(10，20)。
文檔編號(hào)H01L23/373GK1893803SQ20061009434
公開(kāi)日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
發(fā)明者太田充, 山崎潤(rùn), 飛田雅之 申請(qǐng)人:保力馬科技株式會(huì)社