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CN105378914B - 导热性片材 - Google Patents

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CN105378914B
CN105378914B CN201480039657.7A CN201480039657A CN105378914B CN 105378914 B CN105378914 B CN 105378914B CN 201480039657 A CN201480039657 A CN 201480039657A CN 105378914 B CN105378914 B CN 105378914B
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Abstract

本发明提供一种柔韧性优异且厚度方向导热性良好的导热性片材。该导热性片材含有固化性树脂组合物、导热性纤维和导热性粒子，并具有大于等于40％的压缩率。另外，导热性粒子的填充量小于等于70体积％。通过填补各种热源与散热部件之间的落差从而提高贴合性，能够改善片材厚度方向的导热性。另外，在高温环境下长时间使用导热性片材时，由于贴合性提升，因此能够降低热阻。

Description

导热性片材
技术领域
本发明涉及促进发热性电子元件等散热的导热性片材。本申请以2013年7月10日在日本申请的日本专利申请2013-145035号、以及2014年4月18日申请的日本专利申请2014-086432号为基础，并要求优先权，通过参考该申请而引用在本申请中。
背景技术
随着电子设备的更高性能化，半导体元件的高密度化、高实装化也在进展。与此相伴地，使构成电子设备的电子元件所产生的热更有效地散热就变得尤为重要。为了更有效地散热，借助导热性片材将半导体安装在散热扇、散热板等散热片上。作为导热性片材，广泛使用将无机填料等填充材料分散含在有机硅中的片材。
在这种散热部件中，需求更进一步地提高导热率。以高导热性为目的，一般通过提高基质内混合的无机填料的填充率来进行应对。然而，如果提高无机填料的填充率，则有可能会损害柔韧性，或者由于无机填料填充率较高而产生粉化现象，因此，提高无机填料的填充率是有限的。
作为无机填料，例如可以举例出氧化铝(alumina)、氮化铝、氢氧化铝等。另外，以高导热率为目的，存在向基质内填充氮化硼、石墨等鳞片状粒子、碳纤维等做法。这是基于鳞片状粒子等所具有的导热率的各向异性。例如，在碳纤维的情况中，在纤维方向上具有约600至1200W/mK的导热率。在氮化硼的情况中，已知在面方向中具有约110W/mK的导热率，而在相对于面方向垂直的方向上具有约2W/mK左右的导热率，即具有各向异性。
这样使碳纤维、鳞片状粒子的面方向与作为热传导方向的片材的厚度方向相同。即，通过使碳纤维、鳞片状粒子在片材的厚度方向进行取向，能够飞跃性地提高热传导。然而，如果在成型后固化的固化物切片时未能均一厚度地进行切片，则片材表面的凹凸部会变大，从而使空气包入凹凸部中，会有无法有效利用优异的热传导的问题。
为了解决该问题，例如，在专利文献1中，提出了一种通过在相对于片材纵向垂直的方向上以等间隔排列的刀片来进行冲压、切片而形成的导热橡胶片材。另外，在专利文献2中，提出了一种使用具有圆形旋转刀片的切割装置对反复涂布和固化而层叠形成的层叠体进行切片以获得规定厚度的导热性片材的方法。另外，在专利文献3中，提出了一种使用金属锯切割层叠两层以上含有各向异性石墨粒子的石墨层而形成的层叠体以获得相对于沿片材厚度方向以0°取向(以相对于层叠面90°的角度)的膨胀石墨片材的方法。然而，在这些提出的切割方法中，切割面的表面粗糙度变大，导致在界面的热阻变大，会有厚度方向的热传导降低的问题。
近年来，期待夹在各种热源(例如LSI、CPU、晶体管、LED等各种设备)与散热部件之间使用的导热性片材。期望这种导热性片材是可压缩的柔软片材，以便填补各种热源与散热部件之间的落差而贴合。
导热性片材一般通过大量填充导热性无机填料来提高片材的导热率(例如参照专利文献4、5)，然而，如果增多无机填料的填充量则片材会变硬变脆。另外，例如，当将大量填充了无机填料的有机硅类导热性片材长时间置于高温环境下时，会有导热性片材变硬且厚度变厚的现象，导致施加负载时的导热性片材的热阻上升。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-56299号公报
专利文献2：日本特开2010-50240号公报
专利文献3：日本特开2009-55021号公报
专利文献4：日本特开2007-277406号公报
专利文献5：日本特开2007-277405号公报
发明内容
本发明所要解决的技术问题
本发明是鉴于上述情况而提出的，目的在于提供一种柔韧性优异且厚度方向的导热性良好的导热性片材。
用于解决技术问题的技术方案
为了解决上述问题，本发明涉及的导热性片材的特征在于，含有固化性树脂组合物、导热性纤维和导热性粒子，并具有大于等于40％的压缩率。
另外，本发明涉及的导热性片材的特征在于，含有固化性树脂组合物、导热性纤维和导热性粒子，并且所述导热性粒子以及所述导热性纤维的填充量小于等于70体积％。
另外，本发明涉及的装置的特征在于，通过将导热性片材夹在热源与散热部件之间而形成。
本发明的有益效果
本发明的导热性片材由于具有优异的柔韧性，因此能够填补各种热源与散热部件之间的落差而使贴合性提升，能够改善片材厚度方向的导热性。另外，在高温环境下长时间使用导热性片材时，由于贴合性提升，因此能够降低热阻。
附图说明
图1是用于说明本发明所涉及的导热性片材的制备方法的一例的流程图。
图2是示出在本发明所涉及的导热性片材的制备方法的切割工序中所使用的超声波切割机的一例的外观图。
图3是示出切片装置的一例的外观图。
图4是用于说明本发明所涉及的导热性片材的其他制备方法中的排列工序的一例的流程图。
图5是用于说明本发明所涉及的导热性片材的制备方法中的半成型工序、排列工序以及最终成型工序的一例的模式图。
图6是示出在本发明所涉及的导热性片材的制备方法中的排列工序中获得的层叠体的一例的立体图。
图7的(A)是表示未压制的最终成型品的一例的立体图，(B)是表示压制后的最终成型品的一例的立体图。
图8是示出碳纤维长度为50μm时导热性片材的导热率相对于压缩率的曲线图。
图9是示出碳纤维长度为100μm时导热性片材的导热率相对于压缩率的曲线图。
图10是示出碳纤维长度为150μm时导热性片材的导热率相对于压缩率的曲线图。
图11是示出碳纤维长度为180μm时导热性片材的导热率相对于压缩率的曲线图。
图12是示出碳纤维长度为250μm时导热性片材的导热率相对于压缩率的曲线图。
图13是示出有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为6：4时导热性片材的导热率相对于压缩率的曲线图。
图14是示出有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为55：45时导热性片材的导热率相对于压缩率的曲线图。
图15是示出有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为5：5时导热性片材的导热率相对于压缩率的曲线图。
图16是示出有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为3：7时导热性片材的导热率相对于压缩率的曲线图。
图17是示出将实施例17的导热性片材夹在热源与散热部件之间的状态下热阻相对于所经过时间的曲线图。
图18是示出有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为55：45时导热性片材的导热率相对于负载的曲线图。
图19是示出有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为55：45时导热性片材的导热率相对于压缩率的曲线图。
图20是示出有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为55：45时导热性片材的热阻相对于负载的曲线图。
图21是示出有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为55：45时导热性片材的热阻相对于压缩率的曲线图。
图22是示出有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为60：40时导热性片材的导热率相对于负载的曲线图。
图23是示出有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为60：40时的导热性片材的压缩率对导热率的曲线图。
图24是示出有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为60：40时导热性片材的热阻相对于负载的曲线图。
图25是示出有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为60：40时导热性片材的热阻相对于压缩率的曲线图。
具体实施方式
下面，参照附图，按照以下顺序对本发明的实施方式(在下面的说明中称作本实施方式)进行详细说明。
1、导热性片材
2、导热性片材的制备方法
3、导热性片材的其他制备方法
4、实施例
<1.导热性片材>
下面，对构成本实施方式所涉及的导热性片材的固化性树脂组合物、导热性纤维、导热性粒子等进行说明。
本实施方式所涉及的导热性片材含有固化性树脂组合物、导热性纤维和导热性粒子，并具有大于等于40％的压缩率。
另外，本实施方式所涉及的导热性片材含有固化性树脂组合物、导热性纤维和导热性粒子，并且，导热性粒子以及导热性纤维的填充量小于等于70体积％。
具体地，将导热性粒子以及导热性纤维的填充量设为小于等于70体积％，作为固化性树脂组合物，在使用有机硅主剂与固化剂的二液性加成反应型液状有机硅树脂的情况下，通过将有机硅主剂与固化剂的配比(有机硅主剂：固化剂)设为5：5至6：4，能够使导热性片材的压缩率大于等于40％。
通过使导热性片材的压缩率大于等于40％，能够填补各种热源与散热部件之间的落差而使贴合性提升，能够改善片材厚度方向的导热性。另外，在高温环境下长时间使用导热性片材时，由于贴合性提升，因此能够降低热阻。
另外，在压缩率小于等于40％的情况下，导热性片材优选具有大于等于15W/mK的导热率峰值，更加优选具有大于等于20W/mK的导热率峰值。由此，在导热性片材施加负载的压缩状态下，能够获得优异的导热性。
另外，优选地，导热性片材的热阻在大于等于0.5kgf/cm2且小于等于3kgf/cm2的负载范围下具有极小值。即，在大于等于0.5kgf/cm2且小于等于3kgf/cm2的负载范围下，导热性片材的热阻随着负载的施加而变小，并在达到最小值后变大。由此，当将导热性片材与散热部件一起设置在例如基板上的电子元件等发热体上时，能够以较小的负载使发热体与散热部件贴合，从而能够获得优异的导热性。另外，由于以较小的负载设置在基板上，因此能够降低基板损坏等风险。
另外，优选地，导热性片材厚度小于等于3.0mm，并且当以小于等于25mm/min的速度压缩40％时的最大压缩应力小于等于1000N。由于最大压缩应力较小，设置时对基板的负载降低，因此能够降低基板损坏等风险。此外，如果导热性片材厚度较厚，压缩速度较小，则最大压缩应力会变小。
另外，优选地，导热性片材厚度小于等于3.0mm，并且当以小于等于25mm/min的速度压缩40％、并在压缩了40％的状态下保持10分钟后的残余应力小于等于220N。由于残余应力较小，从而能够降低长期利用时对基板所施加的应力。
[固化性树脂组合物]
固化性树脂组合物没有特殊限制，能够根据导热性片材所要求的性能进行适当选择，例如能够使用热塑性聚合物或者热固化性聚合物。
作为热塑性聚合物，可以举例出热塑性树脂、热塑性弹性体或者它们的聚合物合金等。
作为热塑性树脂，没有特殊限制，能够根据目的进行适当选择，例如可以举例出聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物等乙烯-α-烯烃共聚物、聚甲基戊烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇、聚缩醛、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯等氟类树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸二乙醇酯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)树脂、聚苯醚、改性聚苯醚、脂族聚酰胺、芳族聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺、聚甲基丙烯酸或其酯、聚丙烯酸或其酯、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚醚腈(polyether nitrile)、聚醚酮、聚酮、液晶聚合物、有机硅树脂、离子交联聚合物(ionomer)等。对于这些热塑性树脂，可以单独使用一种，也可以组合两种以上使用。
作为热塑性弹性体，例如可以举例出苯乙烯-丁二烯共聚物或其氢化聚合物、苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物或其氢化聚合物等苯乙烯类热塑性弹性体、烯烃类热塑性弹性体、氯乙烯类热塑性弹性体、聚酯类热塑性弹性体、聚氨酯类热塑性弹性体、聚酰胺类热塑性弹性体等。对于这些热塑性弹性体，可以单独使用一种，也可以组合两种以上使用。
作为热固化性聚合物，例如可以举例出交联橡胶、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂、苯并环丁烯树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯、邻苯二甲酸二烯丙酯(diallylphthalate)树脂、有机硅树脂、聚氨酯、聚酰亚胺硅氧烷、热固化型聚苯醚、热固化型改性聚苯醚等。对于这些热固化性聚合物，可以单独使用一种，也可以组合两种以上使用。
作为交联橡胶，例如可以举例出天然橡胶、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、腈橡胶(nitrile rubber)、氢化腈橡胶(hydrogenated nitrile rubber)、氯丁橡胶(chloroprenerubber)、乙丙橡胶、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶、丙烯酸橡胶、聚异丁烯橡胶、硅橡胶等。对于这些交联橡胶，可以单独使用一种，也可以组合两种以上使用。
固化性树脂组合物的固化方法没有特殊限制，能够根据导热性片材所要求的性能进行适当选择，例如能够使用固化剂混合型、溶剂挥发型、加热固化型、加热熔融型、紫外线固化型等。
在本实施方式中，从加工成型性、耐气候性优异并且相对于电子元件的贴合性和追随性的观点来看，优选使用固化剂混合型的有机硅树脂。作为有机硅树脂，没有特殊限制，能够根据目的进行适当选择，例如可以举例出加成反应型液状硅橡胶、用过氧化物硫化的热硫化混炼型硅橡胶等。其中，作为电子设备的散热部件，由于要求电子元件的发热面与散热片表面之间的贴合性，因此，尤其优选加成反应型液状硅橡胶。
作为固化性树脂组合物，在使用有机硅主剂与固化剂的二液性加成反应型液状有机硅树脂的情况下，通过将有机硅主剂与固化剂的配比(有机硅主剂：固化剂)设为5：5至6：4，能够使导热性片材的压缩率大于等于40％。
导热性片材中的固化性树脂组合物的含量，没有特殊限制，例如能够设为大于等于25体积％且小于等于45体积％。
[导热性纤维]
作为导热性纤维，例如能够使用碳纤维。作为碳纤维，例如能够使用沥青类、PAN类、由电弧放电法、激光蒸发法、CVD法(化学气相沉积法)、CCVD方法(催化化学气相沉积法)等合成的碳纤维。其中，从导热性的观点来看，特别优选将沥青类碳纤维、聚吲哚(polybenzazole)石墨化而形成的碳纤维。
沥青类的碳纤维以沥青为主要原料，是在熔融纺丝、不熔化以及碳化等各处理工序之后，在2000至3000℃或者超过3000℃的高温下进行热处理从而石墨化而形成的。原料沥青分为光学无序性的未显示取向的各向同性沥青、和构成分子呈液晶状排列并显示出光学各向异性的各向异性沥青(中间相沥青，mesophase pitch)。与由各向同性沥青制备出的碳纤维相比，由各向异性沥青制备出的碳纤维在机械性能方面更优异，且电以及热的传导性会变高。因此，优选使用中间相沥青类的石墨化碳纤维。
根据需要，能够对碳纤维的一部分或者全部进行表面处理。作为所述表面处理，例如可以举例出氧化处理、氮化处理、硝化、磺化、或者通过这些处理使导入表面的官能团附着或结合、或者使金属、金属化合物、有机化合物等附着或结合在碳纤维的表面的处理。作为官能团，例如可以举例出羟基、羧基、羰基、硝基、氨基等。
导热性纤维的平均纤维长度优选大于等于50μm且小于等于250μm，更加优选大于等于100μm且小于等于250μm。通过使导热性纤维的平均纤维长度大于等于50μm且小于等于250μm，能够使导热性纤维之间容易交缠，能够使导热性片材厚度方向的导热性更加良好。另外，在导热性片材压缩的状态下，能够获得优异的导热率峰值。另外，为了调整平均纤维长度，也可以混合不同平均纤维长度的碳纤维。此外，例如能够通过粒度分布计、显微镜、扫描型电子显微镜(SEM)等测定导热性纤维的平均纤维长度。另外，导热性纤维的平均直径优选大于等于5μm且小于等于20μm。
导热性片材中的导热性纤维的含量优选大于等于15体积％且小于等于40体积％。通过将导热性纤维的含量设为大于等于15体积％，能够更加有效地降低热阻，因此能够使导热性片材厚度方向的导热性更加良好。另外，通过将导热性纤维的含量设为小于等于40体积％，能够防止在例如通过挤出机挤出导热性组合物时发生难以挤出的现象。
[导热性粒子]
由于导热性粒子以及导热性组合物中的导热性纤维的流速不同，从而易于使导热性纤维排列在规定的方向上，即，容易使导热性纤维沿着挤出导热性纤维的方向取向。另外，导热性粒子也用于维持导热性片材的形状。
作为导热性粒子，例如能够使用氧化铝(alumina)、氮化铝、氢氧化铝、二氧化硅(silica)、氮化硼、二氧化钛、玻璃、氧化锌、碳化硅、硅(silicon)、氧化硅、氧化铝(aluminum oxide)、金属粒子等。对于这些导热性粒子，可以单独使用一种，也可以组合两种以上使用。其中，优选使用氧化铝、氮化铝和氢氧化铝中的至少一种且至少包含氧化铝。
氮化铝在其分子内具有氮原子，该氮原子会阻碍固化性树脂组合物的反应，从而抑制导热性组合物粘度的上升。因此，与仅使用氧化铝粒子作为导热性粒子时相比，通过使用氮化铝，能够更有效地使导热性纤维沿着导热性片材的厚度方向取向，从而能够使导热性片材厚度方向导热性良好。
另外，优选为，例如通过硅烷偶联剂对导热性粒子进行表面处理。通过对导热性粒子进行表面处理，能够提高分散性，提高导热性片材的柔韧性。另外，能够使通过切片而获得的表面粗糙度更小。
导热性粒子的平均粒径优选大于等于0.5μm且小于等于10μm。如果平均粒径小于0.5μm，则会成为导致固化不佳的原因，如果超过10μm，则会出现导热性片材的柔韧性下降从而使固化物的导热率降低的情况。
另外，通过使用不同粒径的两种以上的导热性粒子，能够更加有效地使导热性纤维易于沿着导热性片材的厚度方向取向，能够使导热性片材厚度方向的导热性更加良好。作为导热性粒子，在使用不同粒径的两种以上的粒子的情况下，优选使较大的球状粒子大于等于3μm且小于等于10μm，并使较小的球状粒子大于等于0.3μm且小于等于3μm。由此，能够更加有效地使导热性纤维易于沿着导热性片材的厚度方向取向，能够使导热性片材厚度方向的导热性更加良好。此外，能够通过例如粒度分布计、扫描型电子显微镜(SEM)测定导热性粒子的平均粒径。
导热性片材中的导热性粒子的含量优选小于等于70体积％，更加优选大于等于20体积％且小于等于60％。通过使导热性粒子的含量小于等于70体积％，能够获得优异的柔韧性，从而能够使导热性片材厚度方向的导热性更加良好。
另外，在上述导热性组合物中，根据需要还可以混合其他成份，例如，溶剂、触变性赋予剂、分散剂、固化剂、固化促进剂、缓凝剂、微增粘剂、增塑剂、阻燃剂、抗氧化剂、稳定剂、着色剂等。
另外，导热性片材的厚度优选大于等于0.1mm。如果导热性片材的厚度小于0.1mm，则根据固化物的硬度的不同，会出现在进行切片时难以维持形状的情况。还能够在所获得的片材的外周以点状、线状形成粘合层。
优选将这种导热性片材夹持在热源与散热部件之间。作为热源，例如可以举例出LSI、CPU、晶体管、LED等，优选用于将导热性片材夹持在通信用LSI与散热部件之间的通信设备、以及将导热性片材夹持在计算机用CPU与散热部件之间的计算机等中。
本实施方式所涉及的导热性片材由于具有优异的柔韧性，并且随着时间的推移贴合性提升，因此，能够使夹持在热源与散热部件之间的导热性片材的热阻比初始值降低3％以上。
<2.导热性片材的制备方法>
接下来，对上述导热性片材的制备方法进行说明。如图1所示，本实施方式所涉及的导热性片材的制备方法具有导热性组合物制作工序S1、成型工序S2和切割工序S3。
[导热性组合物制作工序S1]
在导热性组合物制作工序S1中，通过使用搅拌器等混合固化性树脂组合物、导热性纤维、导热性粒子来调制上述导热性组合物。导热性片材形成用导热性组合物中的导热性纤维以及导热性粒子的混合量，例如分别为16体积％至40体积％和30体积％至60体积％，导热性纤维优选平均直径为5至20μm以及平均纤维长度为50至250μm的碳纤维。
[成型工序S2]
在成型工序S2中，使用泵、挤出机等，将在导热性组合物制作工序S1中制作的导热性组合物挤出成型在模具中，获得柱状固化物。作为模具，对形状、大小、材质等没有特殊限制，能够根据目的进行适当选择，作为形状，可以举例出中空圆柱状、中空棱柱状。作为大小，能够根据制作的导热性片材的大小适当选定。作为材质，例如可以举例出不锈钢等。
根据所使用的树脂，通过适宜的固化反应使挤出成型的成型品形成固化物。作为挤出成型品的固化方法，没有特殊限制，能够根据目的进行适当选择。例如，在使用有机硅树脂等热固化性树脂作为固化性树脂组合物的情况下，优选通过加热来进行固化。
作为用于加热的装置，例如可以举例出远红外线炉、热风炉等。作为加热温度，没有特殊限制，能够根据目的进行适当选择，但是优选例如在40℃至150℃下进行。对固化物的柔韧性没有特殊限制，能够根据目的进行适当选择，例如，能够根据有机硅的交联密度、导热性填料的填充量等进行调整。
由此，例如如图2所示，能够形成导热性纤维在柱状的长度方向L上取向的柱状导热性组合物。在导热性组合物通过挤出机等穿过模具的过程中，导热性纤维、导热性粒子等向导热性组合物的中心方向聚集，形成导热性纤维的密度在表面与中心不相同的状态。即，在已通过挤出机的导热性组合物(成型品)的表面，由于导热性纤维未从表面突出，因此导热性组合物(成型品)固化后的固化物的表面部(导热性片材的外周部)具备良好的微粘合性，向被粘合体(半导体装置等)粘合的粘合性良好。另一方面，与热源或者散热侧接触的面由于导热性纤维露出，因此微粘合性降低。
在此，所述微粘合性是指，具有随着时间的推移和湿热的变化粘合力上升较少的再剥离性，并且具有当粘贴在被粘合体上时不会轻易发生位置偏移的程度的粘合性。
此外，在成型工序S2中，例如，也可以将在导热性组合物制作工序S1中制作的导热性组合物涂布在已涂布有脱模剂的聚酯膜上，从而形成如图2所示的柱状导热性组合物。
[切割工序S3]
切割工序S3是将柱状固化物沿着与柱的长度方向大致垂直的方向切割成规定厚度的工序。例如如图2和图3所示，使用超声波切割机3，沿着与柱状导热性组合物2的长度方向L正交的方向V，通过超声波裁刀(cutter)4将柱状导热性组合物2切片，从而能够以保持导热性纤维的取向的状态形成导热性片材1。因此，能够获得导热性纤维的取向被维持在厚度方向上且导热特性良好的导热性片材1。
在该切割工序S3中，优选切割成规定厚度，以使以小于等于25mm/min的速度压缩40％时的最大压缩应力小于等于1000N。另外，在切割工序S3中，优选割成规定厚度，以使以小于等于25mm/min的速度压缩40％、并在压缩了40％的状态下保持10分钟后的残余应力小于等于220N。另外，在切割工序S3中，优选切割成规定厚度，以使在大于等于0.5kgf/cm2且小于等于7.5kgf/cm2的负载范围下热阻小于等于2.0K·cm2/W。另外，在切割工序S3中，优选切割成小于等于3.0mm的厚度。由此，能够获得具有优异的柔韧性、排斥力也小、且对设置位置的追随性优异的导热性片材。
如图3所示，超声波切割机3具备：工作台5，用于载置柱状导热性组合物2；以及超声波裁刀4，用于一边施加超声波振动，一边对工作台5上的柱状导热性组合物2进行切片。
工作台5在金属制的移动台6上配设有硅橡胶7。移动台6能够通过移动机构8向规定的方向移动，并向超声波裁刀4的下部依次送入柱状导热性组合物2。硅橡胶7具有足以承受超声波裁刀4的刃尖的厚度。当柱状导热性组合物2被载置到硅橡胶7上时，工作台5根据超声波裁刀4的切片操作向规定的方向移动移动台，从而将柱状导热性组合物2依次送到超声波裁刀4的下部。
超声波裁刀4具有：刀片9，用于对柱状导热性组合物2进行切片；超声波振动机构10，用于向刀片9赋予超声波振动；以及升降机构11，用于对刀片9进行升降操作。
刀片9的刃尖对着工作台5，并通过升降机构11的升降操作对工作台5上载置的柱状导热性组合物2进行切片。刀片9能够使用可进行超声波振动的单刀刃或者双刀刃。如果对着成型品将双刀刃垂直落下，则切片形成的片材的厚度会在面内倾斜，因此，需要倾斜双刀刃，以使双刀刃的刃尖垂直于成型品。倾斜度为双刀刃的刃尖角度的一半。刀片9的尺寸和材质取决于柱状导热性组合物2的大小和组成等，例如，刀片9由宽度为40mm、厚度为1.5mm、刃尖角度为10°的钢构成。接着，使所获得的成型品固化之后，相对于固化物，刀刃以垂直切入的方式进行切割，从而能够切成均匀的厚度，能够使切割面的表面粗糙度较小，因此在界面处的热阻较低，能够制作出片材厚度方向的热传导较高的导热性片材。此外，能够通过例如激光显微镜来测定表面粗糙度Ra。
超声波振动机构10用于在柱状导热性组合物2的切片方向上对刀片9赋予超声波振动，振荡频率优选在10kHz至100kHz范围内进行调节，振幅优选在10μm至100μm范围内进行调节。
通过超声波切割机3一边施加超声波振动一边切片，由此切片形成的导热性片材1与不施加超声波振动而切片形成的导热性片材相比，热阻被抑制得更低。由于超声波切割机3对超声波裁刀4施以朝向切片方向的超声波振动，因而界面热阻较低，沿着导热性片材1的厚度方向取向的导热性纤维不易因刀片9而发生横倒。另一方面，在不施加超声波振动而切片形成的导热性片材中，导热性纤维的取向因刀片的摩擦阻力而变得紊乱，较少向切割面露出，从而导致热阻上升。因此，通过使用超声波切割机3，能够获得导热性能优异的导热性片材1。
将这样固化反应完毕的成型品沿着挤出方向的垂直方向切割成规定的厚度，从而能够获得导热性纤维在导热性片材的厚度方向上取向(垂直取向)的导热性片材。导热性片材的厚度优选为大于等于0.1mm。如果所述厚度小于0.1mm，根据固化物的硬度不同，会出现在进行切片时难以维持形状的情况。另外，进行切片时，也可以一边对成型品进行冷却或加温等温度调节，一边进行切片。另外，也可以一边对刀刃进行冷却一边进行切片。
另外，进一步具有压制工序，对沿大致垂直方向切割形成的导热性片材进行压制，优选，在压制工序中进行压制，以使在大于等于0.5kgf/cm2且小于等于7.5kgf/cm2的负载范围下，热阻小于等于2.0K·cm2/W。另外，优选，在压制工序中，以大于等于0.1MPa且小于等于30MPa的压力进行压制。另外，优选，在压制工序中，在室温以上且140℃以下的温度下进行压制。虽然认为对导热性片材压制的情况下，因压缩而使密度增加从而变硬，因此最大压缩应力会变大，但是，通过在上述的压制条件下进行压制，能够使最大压缩应力变小。这是因为通过压制使得导热性片材中的油成分渗出片材表面而使滑性变好，因而最大压缩应力变小。
<3.导热性片材的其他制备方法>
也可以通过下面的制备方法来制作导热性片材1。即，如图4所述，也可以在上述导热性片材的制备方法的成型工序S2中具有半成型工序S21、排列工序S22和最终成型工序S23。此外，在下面的说明中，对于上述导热性组合物制作工序S1以及切割工序S3，省略其详细说明。
[半成型工序S21]
如图5(A)所示，在半成型工序S21中，通过挤出机13，将在导热性组合物制作工序S1中制作的导热性组合物12挤出，形成使导热性纤维沿着挤出方向取向的细长柱状的半成型品14(以下称为半成型品14)。
优选为，如图5(A)所示，挤出机13例如构成为细长状的筒形，使排出导热性组合物12的一侧的关口部12B的口径W2缩径，以小于本体部12A的内径W1。另外，在挤出机13中，可以使本体部12a的内径W1从长度方向的规定位置向挤出方向锥状缩径，并使关口部12B的口径W2缩径成小于本体部12A的内径W1。通过这样的挤出机13将导热性组合物12挤出，并使导热性组合物12通过挤出机13内比本体部12A的内径W1小的部分，从而使导热性纤维容易沿着挤出方向。由此，能够更加可靠地使导热性纤维沿半成型品14的长度方向取向。
例如，当导热性组合物12中的导热性纤维含量大于等于15体积％且小于等于25体积％时，优选将挤出机13的关口部12B的口径W2设为1.5至9.5mm左右。在这种情况下，通过将关口部12B的口径W2设为1.5mm以上，在通过挤出机13挤出导热性组合物12时，能够防止发生挤出困难的情况。另外，通过将关口部12B的口径W2设为9.5mm以下，导热性纤维的取向不易被打乱，因而能够使导热性片材1厚度方向的导热性更加良好。
在挤出机13中，能够将关口部12B的截面形状设为例如圆形、三角形状、矩形状、正方形状，优选设为矩形状或者正方形状。通过将关口部12B的形状设为矩形状或者正方形状，半成型品14会形成为棱柱状。因此，在排列工序S22中，当将多个半成型品14以在与长度方向正交的方向上邻接的方式排列，从而获得使排列后的多个半成型品14配设在与排列方向大致垂直的方向上的层叠体14A(以下称为层叠体14A)时，在层叠体14A之间中不易产生缝隙。由此，在层叠体14A中不易含有气泡，因此，在最终成型工序S23中，能够获得难燃性更加优异的最终成型品16。
半成型品14的导热性纤维沿着押出机13的挤出方向取向，半成型品14为细长柱状的形状，例如为细长的四角柱状、细长的三角柱状、细长的圆柱状。
[排列工序S22]
例如图5(B)、图5(C)、图6所示，在排列工序S22中，将在半成型工序S21中成型的多个半成型品14以在与长度方向正交的方向上邻接的方式排列，从而获得层叠体14A。例如，在排列工序S22中，使半成型品14排列在规定的框体15内，从而获得使半成型品14配设为长方体状或正方体状的层叠体14A。在最终成型工序S23中形成最终成型品16时，框体15被用作固定层叠体14A的固定单元，防止层叠体14A发生较大变形。框体15例如由金属形成。
[最终成型工序S23]
例如如图5的(D)所示，在最终成型工序S23中，使在排列工序S22中获得的层叠体14A固化，从而如图5(E)和图7(A)、(B)所示的那样成型出使构成层叠体14A的半成型品14一体化而形成的最终成型品16。作为使层叠体14A固化的方法，例如可以举例出通过加热装置对层叠体14A进行加热的方法，或者通过加热加压装置对层叠体14A进行加热加压的方法。另外，在使用丙烯酸树脂作为构成导热性组合物12的固化性树脂组合物时，例如使导热性组合物12中包含异氰酸酯化合物，从而能够使层叠体14A在常温下固化。
作为使这些层叠体14A固化的方法，优选通过加热加压装置对层叠体14A进行加热加压的方法，即，在使层叠体14A固化时，优选沿着与构成层叠体14A的多个半成型品14的长度方向正交的方向(垂直方向)压制。通过这种方式对层叠体14A压制，能够更可靠地从层叠体14A中除去气泡，因此，能够在最终成型工序S23中获得难燃性更加优异的最终成型品16。
这样，使多个柱状半成型品在长度方向上排列，成型出使多个半成型品一体化而形成的最终成型品，并沿着与最终成型品的长度方向大致正交的方向进行切割，由此能够使导热性片材1厚度方向的导热性更加良好。
<4.实施例>
下面，对本发明的实施例进行说明。在本实施例中，对含有导热性纤维和导热性粒子的有机硅树脂组合物进行调整，并评价了相对于由有机硅树脂组合物得到的导热性片材的压缩率的导热性片材厚度方向的导热率。另外，评价了保持导热性片材压缩状态时的热阻。在本实施例中，导热性纤维的平均纤维长度是通过显微镜(HIROX Co Ltd生产，KH7700)对各导热性纤维进行测定而得到的计算值，导热性粒子的平均粒径是通过粒度分布计测定的值。此外，本发明并不限定于这些实施例。
<相对于导热性片材压缩率的厚度方向的导热率>
[实施例1]
在实施例1中，如表1所示，将作为导热性粒子的20.4体积％的经硅烷偶联剂偶联处理后的平均粒径为5μm的氧化铝粒子、24体积％的平均粒径为1μm的氮化铝粒子、以及作为导热性纤维的22.3体积％的平均纤维长度为50μm的沥青类碳纤维，混合在二液性加成反应型液状有机硅树脂中，调制出有机硅树脂组合物。
使用以有机聚硅氧烷为主要成分的二液性加成反应型液状有机硅树脂，并使有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为6：4进行混合。
将所获得的有机硅树脂组合物在中空四角柱状的金属模具(35mm×35mm)中挤出成型，形成35mm□的有机硅成型品。将有机硅成型品在烘箱中以100℃加热6个小时，形成有机硅固化物。使用超声波裁刀将有机硅固化物切割成2.0mm的厚度，从而得到导热性片材。
[实施例2]
在实施例2中，如表1所示，除了使用有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为55：45进行混合而形成的二液性加成反应型液状有机硅树脂之外，以与实施例1相同的方式制得导热性片材。
[实施例3]
在实施例3中，如表1所示，除了使用有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为5：5进行混合而形成的二液性加成反应型液状有机硅树脂之外，以与实施例1相同的方式制得导热性片材。
[比较例1]
在比较例1中，如表1所示，除了使用有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为3：7进行混合而形成的二液性加成反应型液状有机硅树脂之外，以与实施例1相同的方式制得导热性片材。
[实施例4]
在实施例4中，如表1所示，除了作为导热性纤维使用了平均纤维长度为100μm的沥青类碳纤维之外，以与实施例1相同的方式制得导热性片材。
[实施例5]
在实施例5中，如表1所示，除了使用有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为55：45进行混合而形成的二液性加成反应型液状有机硅树脂之外，以与实施例4相同的方式制得导热性片材。
[实施例6]
在实施例6中，如表1所示，除了使用有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为5：5进行混合而形成的二液性加成反应型液状有机硅树脂之外，以与实施例4相同的方式制得导热性片材。
[比较例2]
在比较例2中，如表1所示，除了使用有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为3：7进行混合而形成的二液性加成反应型液状有机硅树脂之外，以与实施例4相同的方式制得导热性片材。
[实施例7]
在实施例7中，如表1所示，除了作为导热性纤维使用了平均纤维长度为150μm的沥青类碳纤维之外，以与实施例1相同的方式制得导热性片材。
[实施例8]
在实施例8中，如表1所示，除了使用有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为55：45进行混合而形成的二液性加成反应型液状有机硅树脂之外，以与实施例7相同的方式制得导热性片材。
[实施例9]
在实施例9中，如表1所示，除了使用有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为5：5进行混合而形成的二液性加成反应型液状有机硅树脂之外，以与实施例7相同的方式制得导热性片材。
[比较例3]
在比较例3中，如表1所示，除了使用有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为3：7进行混合而形成的二液性加成反应型液状有机硅树脂之外，以与实施例7相同的方式制得导热性片材。
[实施例10]
在实施例10中，如表1所示，除了作为导热性纤维使用了平均纤维长度为180μm的沥青类碳纤维之外，以与实施例1相同的方式制得导热性片材。
[实施例11]
在实施例11中，如表1所示，除了使用有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为55：45进行混合而形成的二液性加成反应型液状有机硅树脂之外，以与实施例10相同的方式制得导热性片材。
[实施例12]
在实施例12中，如表1所示，除了使用有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为5：5进行混合而形成的二液性加成反应型液状有机硅树脂之外，以与实施例10相同的方式制得导热性片材。
[比较例4]
在比较例4中，如表1所示，除了使用有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为3：7进行混合而形成的二液性加成反应型液状有机硅树脂之外，以与实施例10相同的方式制得导热性片材。
[实施例13]
在实施例13中，如表1所示，除了作为导热性纤维使用了平均纤维长度为250μm的沥青类碳纤维之外，以与实施例1相同的方式制得导热性片材。
[实施例14]
在实施例14中，如表1所示，除了使用有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为55：45进行混合而形成的二液性加成反应型液状有机硅树脂之外，以与实施例13相同的方式制得导热性片材。
[实施例15]
在实施例15中，如表1所示，除了使用有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为5：5进行混合而形成的二液性加成反应型液状有机硅树脂之外，以与实施例13相同的方式制得导热性片材。
[比较例5]
在比较例5中，如表1所示，除了使用有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为3：7进行混合而形成的二液性加成反应型液状有机硅树脂之外，以与实施例13相同的方式制得导热性片材。
[表1]
[导热率的测定]
通过以ASTM-D5470为标准的测定方法，对实施例1至实施例15以及比较例1至比较例5的导热性片材施加负载(0.5、1、1.5、2、3、4、5、6、7.5kgf/cm2)，测定了导热率。另外，施加负载时导热性片材的压缩率设为以初始厚度2.0mm为100％时的变化比例。
图8至图12分别示出碳纤维长度为50μm、100μm、150μm、180μm以及250μm时导热性片材的导热率相对于压缩率的曲线图。另外，图13至图16分别示出有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为6：4、55：45、5：5以及3：7时导热性片材的导热率相对于压缩率的曲线图。在有机硅主剂A：固化剂B为5：5的等量的情况下，因未固化成分而具有流动性，但是，在有机硅主剂A：固化剂B为3：7的情况下，由于完全固化而失去流动性，导致压缩性恶化。
从图8至图16可知，由于具有大于等于40％的压缩率，从而可填补热源与散热部件之间的落差，提升了贴合性，能够获得优异的导热性。另外可知，通过使有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为5：5至6：4，能够获得具有大于等于40％压缩率的导热性片材。另外可知，通过使导热性纤维的平均纤维长度大于等于100μm且小于等于250μm，在压缩率小于等于40％的情况下，能够获得大于等于20W/mK的优异的导热率峰值。
<保持导热性片材压缩状态时的热阻>
[实施例16]
在实施例16中，将作为导热性粒子的21体积％的经硅烷偶联剂偶联处理后的平均粒径为5μm的氧化铝粒子、22体积％的平均粒径为1μm的氮化铝粒子、以及作为导热性纤维的25体积％的平均纤维长度为150μm的沥青类碳纤维混合在二液性加成反应型液状有机硅树脂中，调制出有机硅树脂组合物。
使用以有机聚硅氧烷为主要成分的二液性加成反应型液状有机硅树脂，并使有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为55：45进行混合。
将所获得的有机硅树脂组合物在中空四角柱状的金属模具(35mm×35mm)中挤出成型，形成35mm□的有机硅成型品。将有机硅成型品在烘箱中以100℃加热6个小时，形成有机硅固化物。使用超声波裁刀将有机硅固化物切割成3.5mm的厚度，从而得到导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。
将导热性片材夹在热源与散热部件之间，施加0.5kgf/cm2的负载使厚度恒定的状态下，测定了初始热阻。初始热阻为1.29K·cm2/W。之后，将导热性片材以夹在热源与散热部件之间的状态下放入85℃的恒温箱中，经过1000小时后取出，并测定了热阻。1000小时后的热阻为1.20K·cm2/W。因此，初始与1000小时后的热阻的变化率为－7％。将这些测定结果示出于表2中。
[实施例17]
在实施例17中，除了使用超声波裁刀切割成2.0mm的厚度之外，以与实施例16相同的方式制得导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。
将导热性片材夹在热源与散热部件之间，施加2.0kgf/cm2的负载使厚度恒定的状态下，测定了初始热阻。初始热阻为1.04K·cm2/W。之后，将导热性片材以夹在热源与散热部件之间的状态下放入85℃的恒温箱中，经过1000小时后取出，并测定了热阻。1000小时后的热阻为0.79K·cm2/W。因此，初始与1000小时后的热阻的变化率为－25％。将这些测定结果示出于表2中。
[实施例18]
在实施例18中，将作为导热性粒子的31体积％的经硅烷偶联剂偶联处理后的平均粒径为5μm的氧化铝粒子、22体积％的平均粒径为1μm的氮化铝粒子、以及作为导热性纤维的16体积％的平均纤维长度为150μm的沥青类碳纤维混合在二液性加成反应型液状有机硅树脂中，调制出有机硅树脂组合物。
使用以有机聚硅氧烷为主要成分的二液性加成反应型液状有机硅树脂，并使有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为55：45进行混合。
将所获得的有机硅树脂组合物在中空四角柱状的金属模具(35mm×35mm)中挤出成型，形成35mm□的有机硅成型品。将有机硅成型品在烘箱中以100℃加热6个小时，形成有机硅固化物。使用超声波裁刀将有机硅固化物切割成3.0mm的厚度，从而得到导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。
将导热性片材夹在热源与散热部件之间，施加2.0kgf/cm2的负载使厚度恒定的状态下，测定了初始热阻。初始热阻为2.23K·cm2/W。之后，将导热性片材以夹在热源与散热部件之间的状态下放入85℃的恒温箱中，经过1000小时后取出，并测定了热阻。1000小时后的热阻为2.16K·cm2/W。因此，初始与1000小时后的热阻的变化率为－3％。将这些测定结果示出于表2中。
[参考例1]
在参考例1中，使用了与实施例1相同组成的导热性片材。未将导热性片材夹在热源与散热部件之间，但对导热性片材施加0.5kgf/cm2的负载测定了初始热阻。初始热阻为1.31K·cm2/W。之后，将导热性片材放入85℃的恒温箱中，经过1000小时后取出，并测定了热阻。1000小时后的热阻为1.43K·cm2/W。因此，初始与1000小时后的热阻的变化率为9.2％。将这些测定结果示出于表2中。
[参考例2]
在参考例2中，使用了与实施例2相同组成的导热性片材。未将导热性片材夹在热源与散热部件之间，但对导热性片材施加2.0kgf/cm2的负载测定了初始热阻。初始热阻为1.0K·cm2/W。之后，将导热性片材放入85℃的恒温箱中，经过1000小时后取出，并测定了热阻。1000小时后的热阻为1.02K·cm2/W。因此，初始与1000小时后的热阻的变化率为2％。将这些测定结果示出于表2中。
[表2]
另外，图17是示出将实施例17的导热性片材夹在热源与散热部件之间的状态下热阻相对于所经过时间的曲线图。以将导热性片材夹在热源与散热部件之间并施加了2.0kgf/cm2的负载的状态下放入85℃的恒温箱中，100小时后、300小时后、500小时后以及750小时后取出，并分别测定了热阻。从图17所示的曲线图可知，与刚施加负载之后相比，保持变位恒定或者恒定负载状态的热阻变小。另外可以看出，经过800小时后，热阻变得基本恒定。
如表2及图17所示，通过使导热性粒子以及导热性纤维填料的填充量小于等于70体积％，能够获得具有大于等于40％压缩率的优异的柔韧性，因此，随着时间的推移，热源与散热部件的贴合性提升，从而能够降低热阻。
<关于导热性片材厚度的影响>
接着，制作出规定厚度的导热性片材，并对导热率和热阻进行了测定。
[导热率的测定]
通过以ASTM-D5470为标准的测定方法，对导热性片材施加负载(kgf/cm2)，测定了导热率。另外，将施加了负载时的导热性片材的压缩率设为以初始厚度为100％时的变化比例。
[热阻的测定]
使用热阻测定装置(迪睿合公司生产)，将的样品导热性片材夹在热源与散热部件之间，在施加了负载(kgf/cm2)的状态下，测定了热阻(K·cm2/W)。另外，将施加了负载时的导热性片材的压缩率设为以初始厚度为100％时的变化比例。
[实施例19]
在实施例19中，将作为导热性粒子的20.4体积％的经硅烷偶联剂偶联处理后的平均粒径为5μm的氧化铝粒子、24.0体积％的平均粒径为1μm的氮化铝粒子、以及作为导热性纤维的22.3体积％的平均纤维长度为150μm的沥青类碳纤维混合在二液性加成反应型液状有机硅树脂中，调制出有机硅树脂组合物。
使用以有机聚硅氧烷为主要成分的二液性加成反应型液状有机硅树脂，并使有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为55：45进行混合。
将所获得的有机硅树脂组合物在中空四角柱状的金属模具(35mm×35mm)中挤出成型，形成35mm□的有机硅成型品。将有机硅成型品在烘箱中以100℃加热6个小时，形成有机硅固化物。使用超声波裁刀将有机硅固化物切割成3.0mm的厚度，从而得到导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。图18至图21及表3示出施加了0.5kgf/cm2(压缩率4.893％)、1.0kgf/cm2(压缩率10.071％)、1.5kgf/cm2(压缩率20.158％)、2.0kgf/cm2(压缩率26.036％)、3.0kgf/cm2(压缩率46.728％)负载时的导热率或者热阻。
[表3]
[实施例20]
在实施例20中，除了使用超声波裁刀将有机硅固化物切割为2.5mm的厚度之外，以与实施例19相同的方式制得导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。图18至图21及表4示出施加了0.5kgf/cm2(压缩率5.771％)、1.0kgf/cm2(压缩率10.795％)、1.5kgf/cm2(压缩率19.755％)、2.0kgf/cm2(压缩率36.586％)、3.0kgf/cm2(压缩率52.079％)负载时的导热率或者热阻。
[表4]
[实施例21]
在实施例21中，除了使用超声波裁刀将有机硅固化物切割为2.0mm的厚度之外，以与实施例19相同的方式制得导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。图18至图21及表5示出施加了0.5kgf/cm2(压缩率5.680％)、1.0kgf/cm2(压缩率8.295％)、1.5kgf/cm2(压缩率15.470％)、2.0kgf/cm2(压缩率25.480％)、3.0kgf/cm2(压缩率43.961％)负载时的导热率或者热阻。
[表5]
[实施例22]
在实施例22中，除了使用超声波裁刀将有机硅固化物切割为1.5mm的厚度之外，以与实施例19相同的方式制得导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。图18至图21及表6示出施加了0.5kgf/cm2(压缩率6.501％)、1.0kgf/cm2(压缩率8.603％)、1.5kgf/cm2(压缩率15.055％)、2.0kgf/cm2(压缩率23.978％)、3.0kgf/cm2(压缩率39.808％)、4.0kgf/cm2(压缩率50.901％)负载时的导热率或者热阻。
[表6]
[实施例23]
在实施例23中，除了使用超声波裁刀将有机硅固化物切割为1.0mm的厚度之外，以与实施例19相同的方式制得导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。图18至图21及表7示出施加了0.5kgf/cm2(压缩率4.269％)、1.0kgf/cm2(压缩率7.649％)、1.5kgf/cm2(压缩率11.679％)、2.0kgf/cm2(压缩率20.420％)、3.0kgf/cm2(压缩率38.141％)、4.0kgf/cm2(压缩率47.330％)负载时的导热率或者热阻。
[表7]
[实施例24]
在实施例24中，除了使用超声波裁刀将有机硅固化物切割为0.5mm的厚度之外，以与实施例19相同的方式制得导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。图18至图21及表8示出施加了0.5kgf/cm2(压缩率5.671％)、1.0kgf/cm2(压缩率7.860％)、1.5kgf/cm2(压缩率8.648％)、2.0kgf/cm2(压缩率10.667％)、3.0kgf/cm2(压缩率15.892％)、4.0kgf/cm2(压缩率21.753％)、5.3kgf/cm2(压缩率29.821％)、6.0kgf/cm2(压缩率36.038％)、7.5kgf/cm2(压缩率44.279％)负载时的导热率或者热阻。
[表8]
[实施例25]
在实施例25中，将作为导热性粒子的20.4体积％的经硅烷偶联剂偶联处理后的平均粒径为5μm的氧化铝粒子、24.0体积％的平均粒径为1μm的氮化铝粒子、以及作为导热性纤维的22.3体积％的平均纤维长度为150μm的沥青类碳纤维混合在二液性加成反应型液状有机硅树脂中，调制出有机硅树脂组合物。
使用以有机聚硅氧烷为主要成分的二液性加成反应型液状有机硅树脂，并使有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为60：40进行混合。
将所获得的有机硅树脂组合物在中空四角柱状的金属模具(35mm×35mm)中挤出成型，形成35mm□的有机硅成型品。将有机硅成型品在烘箱中以100℃加热6个小时，形成有机硅固化物。使用超声波裁刀将有机硅固化物切割成3.0mm的厚度，从而得到导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。图22至图25及表9示出施加了0.5kgf/cm2(压缩率5.522％)、1.0kgf/cm2(压缩率12.867％)、1.5kgf/cm2(压缩率33.780％)、2.0kgf/cm2(压缩率46.857％)、3.0kgf/cm2(压缩率59.113％)、4.0kgf/cm2(压缩率66.573％)、5.3kgf/cm2(压缩率72.782％)、6.0kgf/cm2(压缩率75.367％)、7.5kgf/cm2(压缩率77.601％)负载时的导热率或者热阻。
[表9]
[实施例26]
在实施例26中，除了使用超声波裁刀将有机硅固化物切割成2.5mm的厚度之外，以与实施例25相同的方式制得导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。图22至图25及表10示出施加了0.5kgf/cm2(压缩率6.042％)、1.0kgf/cm2(压缩率12.571％)、1.5kgf/cm2(压缩率31.371％)、2.0kgf/cm2(压缩率43.307％)、3.0kgf/cm2(压缩率53.652％)、4.0kgf/cm2(压缩率59.514％)、5.3kgf/cm2(压缩率66.962％)、6.0kgf/cm2(压缩率70.629％)、7.5kgf/cm2(压缩率74.061％)负载时的导热率或者热阻。
[表10]
[实施例27]
在实施例27中，除了使用超声波裁刀将有机硅固化物切割成2.0mm的厚度之外，以与实施例25相同的方式制得导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。图22至图25及表10示出施加了0.5kgf/cm2(压缩率4.800％)、1.0kgf/cm2(压缩率10.710％)、1.5kgf/cm2(压缩率19.467％)、2.0kgf/cm2(压缩率43.161％)、3.0kgf/cm2(压缩率53.111％)、4.0kgf/cm2(压缩率59.107％)、5.3kgf/cm2(压缩率68.042％)、6.0kgf/cm2(压缩率71.279％)、7.5kgf/cm2(压缩率73.934％)负载时的导热率或者热阻。
[表11]
[实施例28]
在实施例28中，除了使用超声波裁刀将有机硅固化物切割成1.5mm的厚度之外，以与实施例25相同的方式制得导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。图22至图25及表12示出施加了0.5kgf/cm2(压缩率5.777％)、1.0kgf/cm2(压缩率12.835％)、1.5kgf/cm2(压缩率20.523％)、2.0kgf/cm2(压缩率34.738％)、3.0kgf/cm2(压缩率48.046％)、4.0kgf/cm2(压缩率57.129％)、5.3kgf/cm2(压缩率63.879％)、6.0kgf/cm2(压缩率66.955％)、7.5kgf/cm2(压缩率71.815％)负载时的导热率或者热阻。
[表12]
[实施例29]
在实施例29中，除了使用超声波裁刀将有机硅固化物切割成1.0mm的厚度之外，以与实施例25相同的方式制得导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。图22至图25及表13施加了0.5kgf/cm2(压缩率5.588％)、1.0kgf/cm2(压缩率10.313％)、1.5kgf/cm2(压缩率15.619％)、2.0kgf/cm2(压缩率36.487％)、3.0kgf/cm2(压缩率50.618％)、4.0kgf/cm2(压缩率58.540％)、5.3kgf/cm2(压缩率55.963％)、6.0kgf/cm2(压缩率59.207％)、7.5kgf/cm2(压缩率64.443％)负载时的导热率或者热阻。
[表13]
如图18至图25所示，在小于等于3.0mm的厚度下，能够获得压缩率大于等于40％、并且热阻在大于等于0.5kgf/cm2且小于等于3kgf/cm2的负载范围内具有极小值的导热性片材。这样地，在大于等于0.5kgf/cm2且小于等于3kgf/cm2的负载范围下，导热性片材的热阻值随着负载的施加而变小，并在达到最小值后变大，由此，当将导热性片材与散热部件一起设置在例如基板上的电子元件等发热体上时，能够以较小的负载使发热体与散热部件贴合，从而能够获得优异的导热性。另外，由于以较小的负载设置在基板上，因此能够降低基板损坏等风险。
<关于导热性片材的最大压缩应力及残余应力>
接下来，将有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)以规定比进行混合，对规定厚度的导热性片材的最大压缩应力及残余应力进行了测定。
[最大压缩应力及残余应力的测定]
使用拉压试验机(A&D公司生产的TENSILON RTG1225)测定了将25mm×25mm的实验片材以25.4mm/min的速度压缩40％时的最大压缩应力。另外，测定了在压缩40％的状态下保持10分钟后的残余应力。此外，以慢于25.4mm/min的速度进行压缩的情况，与以25.4mm/min的速度进行压缩时相比，最大压缩应力变小。
实验片材：25mm×25mm
压缩率：40％
试验速度：25.4mm/min
试验机称重传感器(load cell)：2.5KN
压缩板：金属
[实施例30]
在实施例30中，将作为导热性粒子的20.4体积％的经硅烷偶联剂偶联处理后的平均粒径为5μm的氧化铝粒子、24.0体积％的平均粒径为1μm的氮化铝粒子、以及作为导热性纤维的22.3体积％的平均纤维长度为150μm的沥青类碳纤维混合在二液性加成反应型液状有机硅树脂中，调制出有机硅树脂组合物。
使用以有机聚硅氧烷为主要成分的二液性加成反应型液状有机硅树脂，并使有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为50：50进行混合。
将所获得的有机硅树脂组合物在中空四角柱状的金属模具(35mm×35mm)中挤出成型，形成35mm□的有机硅成型品。将有机硅成型品在烘箱中以100℃加热6个小时，形成有机硅固化物。使用超声波裁刀将有机硅固化物切割成1.0mm的厚度，从而得到导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。另外，如表14所示，最大压缩应力为1000N，10分钟后的残余应力为220N。
[实施例31]
在实施例31中，除了使用超声波裁刀将有机硅固化物切割成1.5mm的厚度之外，以与实施例30相同的方式制得导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。另外，如表14所示，最大压缩应力为780N，10分钟后的残余应力为204N。
[实施例32]
在实施例32中，除了使用超声波裁刀将有机硅固化物切割成2.0mm的厚度之外，以与实施例30相同的方式制得导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。另外，如表14所示，最大压缩应力为700N，10分钟后的残余应力为197N。
[实施例33]
在实施例33中，除了使用超声波裁刀将有机硅固化物切割成3.0mm的厚度之外，以与实施例30相同的方式制得导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。另外，如表14所示，最大压缩应力为660N，10分钟后的残余应力为178N。
[实施例34]
在实施例34中，将作为导热性粒子的20.4体积％的经硅烷偶联剂偶联处理后的平均粒径为5μm的氧化铝粒子、24.0体积％的平均粒径为1μm的氮化铝粒子、以及作为导热性纤维的22.3体积％的平均纤维长度为150μm的沥青类碳纤维混合在二液性加成反应型液状有机硅树脂中，调制出有机硅树脂组合物。
使用以有机聚硅氧烷为主要成分的二液性加成反应型液状有机硅树脂，并使有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为55：45进行混合。
将所获得的有机硅树脂组合物在中空四角柱状的金属模具(35mm×35mm)中挤出成型，形成35mm□的有机硅成型品。将有机硅成型品在烘箱中以100℃加热6个小时，形成有机硅固化物。使用超声波裁刀将有机硅固化物切割成1.0mm的厚度，从而得到导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。另外，如表14所示，最大压缩应力为980N，10分钟后的残余应力为198N。
[实施例35]
在实施例35中，除了使用超声波裁刀将有机硅固化物切割成1.5mm的厚度之外，以与实施例34相同的方式制得导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。另外，如表14所示，最大压缩应力为756N，10分钟后的残余应力为188N。
[实施例36]
在实施例36中，除了使用超声波裁刀将有机硅固化物切割成2.0mm的厚度之外，以与实施例34相同的方式制得导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。另外，如表14所示，最大压缩应力为680N，10分钟后的残余应力为133N。
[实施例37]
在实施例37中，除了使用超声波裁刀将有机硅固化物切割成3.0mm的厚度之外，以与实施例34相同的方式制得导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。另外，如表14所示，最大压缩应力为610N，10分钟后的残余应力为124N。
[实施例38]
在实施例38中，将作为导热性粒子的20.4体积％的经硅烷偶联剂偶联处理后的平均粒径为5μm的氧化铝粒子、24.0体积％的平均粒径为1μm的氮化铝粒子、以及作为导热性纤维的22.3体积％的平均纤维长度为150μm的沥青类碳纤维混合在二液性加成反应型液状有机硅树脂中，调制出有机硅树脂组合物。
使用以有机聚硅氧烷为主要成分的二液性加成反应型液状有机硅树脂，并使有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为57：43进行混合。
将所获得的有机硅树脂组合物在中空四角柱状的金属模具(35mm×35mm)中挤出成型，形成35mm□的有机硅成型品。将有机硅成型品在烘箱中以100℃加热6个小时，形成有机硅固化物。使用超声波裁刀将有机硅固化物切割成1.0mm的厚度，从而得到导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。另外，如表14所示，最大压缩应力为932N，10分钟后的残余应力为172N。
[实施例39]
在实施例39中，除了使用超声波裁刀将有机硅固化物切割成1.5mm的厚度之外，以与实施例38相同的方式制得导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。另外，如表14所示，最大压缩应力为712N，10分钟后的残余应力为156N。
[实施例40]
在实施例40中，除了使用超声波裁刀将有机硅固化物切割成2.0mm的厚度之外，以与实施例38相同的方式制得导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。另外，如表14所示，最大压缩应力为645N，10分钟后的残余应力为120N。
[实施例41]
在实施例41中，除了使用超声波裁刀将有机硅固化物切割成3.0mm的厚度之外，以与实施例38相同的方式制得导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。另外，如表14所示，最大压缩应力为570N，10分钟后的残余应力为111N。
[实施例42]
在实施例42中，将作为导热性粒子的20.4体积％的经硅烷偶联剂偶联处理后的平均粒径为5μm的氧化铝粒子、24.0体积％的平均粒径为1μm的氮化铝粒子、以及作为导热性纤维的22.3体积％的平均纤维长度为150μm的沥青类碳纤维混合在二液性加成反应型液状有机硅树脂中，调制出有机硅树脂组合物。
使用以有机聚硅氧烷为主要成分的二液性加成反应型液状有机硅树脂，并使有机硅主剂A与固化剂B的配比(有机硅主剂A：固化剂B)为60：40进行混合。
将所获得的有机硅树脂组合物在中空四角柱状的金属模具(35mm×35mm)中挤出成型，形成35mm□的有机硅成型品。将有机硅成型品在烘箱中以100℃加热6个小时，形成有机硅固化物。使用超声波裁刀将有机硅固化物切割成1.0mm的厚度，从而得到导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。另外，如表14所示，最大压缩应力为910N，10分钟后的残余应力为154N。
[实施例43]
在实施例43中，除了使用超声波裁刀将有机硅固化物切割成1.5mm的厚度之外，以与实施例42相同的方式制得导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。另外，如表14所示，最大压缩应力为690N，10分钟后的残余应力为147N。
[实施例44]
在实施例44中，除了使用超声波裁刀将有机硅固化物切割成2.0mm的厚度之外，以与实施例42相同的方式制得导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。另外，如表14所示，最大压缩应力为590N，10分钟后的残余应力为90N。
[实施例45]
在实施例45中，除了使用超声波裁刀将有机硅固化物切割成3.0mm的厚度之外，以与实施例42相同的方式制得导热性片材。该导热性片材具有大于等于40％的压缩率。另外，如表14所示，最大压缩应力为543N，10分钟后的残余应力为85N。
[表14]
如表14所示可知，在小于等于3.0mm的厚度下，以小于等于25mm/min的速度压缩40％时的最大压缩应力小于等于1000N，以小于等于25mm/min的速度压缩40％、并在压缩了40％的状态下保持10分钟后的残余应力小于等于220N。这样，由于以小于等于25mm/min的速度压缩40％时的最大压缩应力小于等于1000N，因而设置时对基板的负载降低，从而能够降低基板损坏等风险。另外，由于以小于等于25mm/min的速度压缩40％、并在压缩了40％的状态下保持10分钟后的残余应力小于等于220N，从而能够降低长期利用时对基板所施加的应力。
附图标记说明
1：导热性片材
2：柱状导热性组合物
3：超声波切割机
4：超声波裁刀
5：工作台
6：移动台
7：硅橡胶
8：移动机构
9：刀片
10：超声波振动机构
11：升降机构
12：导热性组合物
13：挤出机
14：半成型品
14A：层叠体
15：框体
16：最终成型品

Claims (19)

1.一种导热性片材，其含有固化性树脂组合物、导热性纤维和导热性粒子，
并且厚度大于1.5mm且小于等于3mm，
压缩率大于等于40％，在大于等于0.5kgf/cm2且小于等于3kgf/cm2的负载范围下，热阻具有极小值，
在压缩率小于等于20％的情况下，具有大于等于15W/mk的导热率峰值。
2.根据权利要求1所述的导热性片材，其中，
以小于等于25mm/min的速度压缩40％时的最大压缩应力小于780N。
3.根据权利要求1所述的导热性片材，其中，
以小于等于25mm/min的速度压缩40％、并在压缩了40％的状态下保持10分钟后的残余应力小于204N。
4.根据权利要求1所述的导热性片材，其中，
所述固化性树脂组合物为，有机硅主剂与固化剂的二液性加成反应型液状有机硅树脂；
所述有机硅主剂与所述固化剂的配比(有机硅主剂：固化剂)为5：5至6：4。
5.根据权利要求1所述的导热性片材，其中，
所述导热性纤维的平均纤维长度大于等于50μm且小于等于250μm。
6.根据权利要求1所述的导热性片材，其中，
在压缩率小于等于20％的情况下，具有大于等于20W/mk的导热率峰值。
7.根据权利要求1所述的导热性片材，其中，
所述导热性粒子以及所述导热性纤维的含量小于等于70体积％。
8.根据权利要求1所述的导热性片材，其中，
该导热性片材是通过将柱状固化物沿着与柱的长度方向大致垂直的方向进行切割而形成的，其中，所述柱状固化物是将含有所述固化性树脂组合物、所述导热性纤维和所述导热性粒子的导热性组合物挤出成型而制得的。
9.一种装置，该装置是通过将权利要求1至权利要求8中任一项所述的导热性片材夹持在热源与散热部件之间而形成。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，
所述导热性片材的热阻，与被夹持在所述热源与所述散热部件之间时的初始值相比，降低3％以上。
11.一种导热性片材的制备方法，包括如下工序：
成型工序，对含有固化性树脂组合物、导热性纤维和导热性粒子的导热性组合物进行挤出成型；以及
切割工序，将所述挤出成型的柱状固化物沿着与柱的长度方向大致垂直的方向进行切割，从而获得导热性片材，
在所述切割工序中切割成大于1.5mm且小于等于3mm的规定厚度，以使压缩率大于等于40％，在大于等于0.5kgf/cm2且小于等于3kgf/cm2的负载范围下，热阻具有极小值，并使以小于等于25mm/min的速度压缩40％时的最大压缩应力小于780N，且在压缩率小于等于20％的情况下，具有大于等于15W/mk的导热率峰值。
12.根据权利要求11所述的导热性片材的制备方法，其中，
在所述切割工序中切割成规定厚度，以使以小于等于25mm/min的速度压缩40％、并在压缩了40％的状态下保持10分钟后的残余应力小于204N。
13.根据权利要求11所述的导热性片材的制备方法，其中，
在所述切割工序中切割成规定厚度，以使在大于等于0.5kgf/cm2且小于等于7.5kgf/cm2的负载范围下，热阻小于等于2.0K·cm2/W。
14.根据权利要求11所述的导热性片材的制备方法，还包括：
压制工序，对沿所述大致垂直方向进行切割而形成的导热性片材进行压制，
在所述压制工序中压制成，在大于等于0.5kgf/cm2且小于等于7.5kgf/cm2的负载范围下，热阻小于等于2.0K·cm2/W。
15.根据权利要求14所述的导热性片材的制备方法，其中，
在所述压制工序中，以大于等于0.1MPa且小于等于30MPa的压力进行压制。
16.根据权利要求14所述的导热性片材的制备方法，其中，
在所述压制工序中，在室温以上且140℃以下的温度下进行压制。
17.一种导热性片材，该导热性片材是通过权利要求11至权利要求16中任一项所述的导热性片材的制备方法而制得。
18.一种装置，该装置是通过将权利要求17所述的导热性片材夹持在热源与散热部件之间而形成。
19.根据权利要求18所述的装置，其中，
所述导热性片材的热阻，与被夹持在所述热源与所述散热部件之间时的初始值相比，降低3％以上。
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