絕緣導(dǎo)熱片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及具有電絕緣性且高的熱各向異性的絕緣導(dǎo)熱片。更詳細(xì)而言，涉及可 以確保絕緣可靠性、且自電子基板、半導(dǎo)體芯片、光源等放熱體以特定方向選擇性地傳遞熱 的絕緣導(dǎo)熱片。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著電子設(shè)備的輕薄短小化、高功率化的放熱密度的增加，散熱對策的重 要性提高。為了減輕電子設(shè)備的熱故障，重要的是，以對周邊構(gòu)件不造成不良影響的方式將 在設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生的熱迅速地釋放到冷卻材料、殼體等放熱體，要求能夠向特定方向?qū)岬臉?gòu) 件。作為將自半導(dǎo)體、LED等散熱體產(chǎn)生的熱進(jìn)行散熱的方法，一般來說安裝鋁、銅等金屬制 的散熱體。然而，一般來說，金屬為導(dǎo)電性，因此，為了防止對冷卻材料、殼體的漏電所導(dǎo)致 的不良情況，大多情況下，導(dǎo)熱構(gòu)件也要求電絕緣性。需要電絕緣性的情況下，在放熱體和 散熱體之間插入氧化金屬、樹脂等絕緣材料。特別是，從成型性、密合性的觀點(diǎn)出發(fā)，最近， 樹脂材料的優(yōu)選的殼體增加。此處成為大的問題的是，一般樹脂材料的導(dǎo)熱性低，散熱特性 降低。因此，以往提出了，通過在樹脂材料中填充氧化金屬微粒等絕緣導(dǎo)熱性填料，兼顧了 導(dǎo)熱性的導(dǎo)熱構(gòu)件的制造技術(shù)。進(jìn)而，導(dǎo)熱構(gòu)件主要在熱源和冷卻材料之間以夾持的方式 而使用，因此，片的情況下，厚度方向要求高的導(dǎo)熱性。為了在厚度方向體現(xiàn)熱各向異性，必 須使導(dǎo)熱填料的導(dǎo)熱方向沿厚度方向取向。
[0003] 作為這樣的技術(shù)，專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2中，通過靜電植絨或磁場使兼顧電絕緣 性和導(dǎo)熱性的有機(jī)纖維或金屬氮化物在粘結(jié)劑樹脂中取向。然而，進(jìn)行磁場取向的情況下， 如果添加的導(dǎo)熱填料量多，則樹脂粘度增加而難以取向。另外，靜電植絨的情況下，由于纖 維彼此的靜電和物理回彈而片中的植絨纖維的體積率為6 %左右，無法得到充分的熱各向 異性。另一方面，專利文獻(xiàn)3記載了，利用通常的靜電植絨技術(shù)，植絨單位面積重量一般變 為100~150g/m2而不取決于植絨短纖維的粗細(xì)、長度，這相當(dāng)于在使用例如密度為1. 2g/ cm3、纖維長度為0. 4mm的短纖維時(shí)，纖維體積率相對于片總體積為30%。然而，以往的靜電 植絨一般作為用于衣服、地毯、絕熱材料等的起毛材料的制造技術(shù)而加以利用，不要求纖維 的極度的直立性，含有大量大幅傾斜的纖維。因此，利用現(xiàn)有的靜電植絨技術(shù)制造絕緣導(dǎo)熱 片時(shí)，由于傾斜的纖維無法貫穿片的厚度方向，因此無法獲得高的貫穿密度、即高的熱各向 異性。
[0004] 進(jìn)而，專利文獻(xiàn)4中記載了，通過在靜電植絨后使植絨片收縮從而提高植絨密度 的方法，但實(shí)際上，如上述那樣，由于包含大量大幅傾斜的纖維，因此使其收縮時(shí)由纖維彼 此的碰撞而導(dǎo)致片中產(chǎn)生褶皺、撓曲，無法獲得高的植絨密度。
[0005] 鑒于這些情況，專利文獻(xiàn)5中提出了如下方法：通過拉伸取向，使高導(dǎo)熱性的填料 結(jié)晶面沿片平面方向取向，將片層疊，然后沿厚度方向進(jìn)行切割。然而，由于存在于填料之 間的基質(zhì)樹脂層而導(dǎo)熱被抑制，按填充率來看也無法獲得高的熱各向異性。
[0006] 另外，一般來說，纖維狀導(dǎo)熱材料通過沿纖維軸方向提高分子的取向性從而得到 高的導(dǎo)熱性，可以得到這樣的取向的高分子多的情況下，不具有剛直性高的分子鏈且與其 他物質(zhì)產(chǎn)生相互作用的官能團(tuán)，與粘結(jié)劑樹脂的潤濕性缺乏。因此，在實(shí)際使用環(huán)境中，由 于暴露于高溫、反復(fù)的溫度變化中，而有時(shí)產(chǎn)生導(dǎo)熱材料與粘結(jié)劑樹脂的界面剝離，絕緣擊 穿強(qiáng)度降低。絕緣擊穿強(qiáng)度降低時(shí)，與容易產(chǎn)生絕緣擊穿的設(shè)備的故障有關(guān)。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2002-88171號公報(bào)
[0010] 專利文獻(xiàn)2 :日本專利第4521937號公報(bào)
[0011] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開平8-299890號公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)4 :日本特開昭61-179382號公報(bào)
[0013] 專利文獻(xiàn)5 :日本特開2011-184663號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 發(fā)明要解決的問題
[0015] 本發(fā)明是以上述現(xiàn)有技術(shù)的問題為背景而作出的。即，本發(fā)明的目的在于，提供電 絕緣性的可靠性優(yōu)異且具有高的導(dǎo)熱性的絕緣導(dǎo)熱片。
[0016] 用于解決問題的方案
[0017] 本發(fā)明人等進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過以下所示的手段可以解決上述問題， 從而完成了本發(fā)明。
[0018] S卩，本發(fā)明包括以下方案。
[0019] 1. -種絕緣導(dǎo)熱片，其特征在于，含有貫穿了厚度方向的絕緣高導(dǎo)熱纖維和粘結(jié) 劑樹脂，該貫穿了厚度方向的絕緣高導(dǎo)熱纖維的貫穿密度為6%以上，厚度方向相對于平面 方向的導(dǎo)熱比為2以上，且初始的絕緣擊穿強(qiáng)度為20kV/mm以上。
[0020] 2.根據(jù)1所述的絕緣導(dǎo)熱片，其特征在于，前述絕緣導(dǎo)熱片中，以150°C保持3000 小時(shí)后的絕緣擊穿強(qiáng)度相對于初始的絕緣擊穿強(qiáng)度為30%以上。
[0021] 3.根據(jù)1或2所述的絕緣導(dǎo)熱片，其特征在于，前述絕緣導(dǎo)熱片的厚度方向相對于 平面方向的導(dǎo)熱率之比的平均值為2以上且50以下。
[0022] 4.根據(jù)1~3中的任一項(xiàng)所述的絕緣導(dǎo)熱片，其特征在于，前述貫穿了厚度方向的 絕緣導(dǎo)熱纖維相對于片表面的傾斜度的平均值為60°以上且90°以下。
[0023] 5.根據(jù)1~4中的任一項(xiàng)所述的絕緣導(dǎo)熱片，其中，至少一側(cè)的片表面的表面粗糙 度為15μπι以下。
[0024] 6.根據(jù)1~5中的任一項(xiàng)所述的絕緣導(dǎo)熱片，其硬度計(jì)硬度為肖氏Α硬度80以下 且肖氏E硬度5以上。
[0025] 7.根據(jù)1~6中的任一項(xiàng)所述的絕緣導(dǎo)熱片，其UL94阻燃性試驗(yàn)中的評價(jià)為V-0。
[0026] 8.根據(jù)1~7中的任一項(xiàng)所述的絕緣導(dǎo)熱片，其特征在于，前述貫穿了厚度方向的 絕緣高導(dǎo)熱纖維為氮化硼纖維、高強(qiáng)度聚乙烯纖維、聚苯并唑類纖維中的任意者。
[0027] 9.根據(jù)1~8中的任一項(xiàng)所述的絕緣導(dǎo)熱片，其特征在于，前述粘結(jié)劑樹脂為有機(jī) 硅類樹脂、丙烯酸類樹脂、聚氨酯類樹脂、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物類樹脂、聚碳酸酯類 樹脂中的任意者。
[0028] 10.根據(jù)1~9中的任一項(xiàng)所述的絕緣導(dǎo)熱片，其特征在于，前述貫穿了厚度方向 的絕緣高導(dǎo)熱纖維的貫穿密度為6%以上且50%以下。
[0029] 11. -種絕緣導(dǎo)熱片，其含有貫穿了厚度方向的絕緣高導(dǎo)熱纖維和粘結(jié)劑樹脂，且 厚度方向相對于平面方向的導(dǎo)熱率之比超過12且50以下，該貫穿了厚度方向的絕緣高導(dǎo) 熱纖維的貫穿密度為6%以上，且體積固有電阻率為1012Ω·cm以上。
[0030] 12.根據(jù)11所述的絕緣導(dǎo)熱片，其中，前述貫穿了厚度方向的絕緣高導(dǎo)熱纖維的 貫穿密度為30%以上且70%以下。
[0031] 13.根據(jù)11或12所述的絕緣導(dǎo)熱片，其特征在于，前述貫穿了厚度方向的絕緣高 導(dǎo)熱纖維相對于片表面的傾斜度的平均值為60°以上且90°以下。
[0032] 14.根據(jù)11~13中任一項(xiàng)所述的絕緣導(dǎo)熱片，其中，至少一側(cè)的表面的表面粗糙 度為15μπι以下。
[0033] 15.根據(jù)11~14中任一項(xiàng)所述的絕緣導(dǎo)熱片，其UL94阻燃性試驗(yàn)中的評價(jià)為 V-0〇
[0034] 16.根據(jù)11~15中任一項(xiàng)所述的絕緣導(dǎo)熱片，其特征在于，前述貫穿了厚度方向 的絕緣高導(dǎo)熱纖維為氮化硼纖維、高強(qiáng)度聚乙烯纖維、聚苯并唑類纖維中的任意者。
[0035] 17.根據(jù)11~16中任一項(xiàng)所述的絕緣導(dǎo)熱片，其特征在于，前述粘結(jié)劑樹脂為有 機(jī)硅類樹脂、丙烯酸類樹脂、聚氨酯類樹脂、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物類樹脂、聚碳酸酯 類樹脂中的任意者。
[0036] 18. -種絕緣導(dǎo)熱片的制造方法，其特征在于，包括如下工序：
[0037] 對絕緣高導(dǎo)熱纖維進(jìn)行易粘接處理的工序；
[0038] 將絕緣高導(dǎo)熱纖維切斷成任意的長度的工序；
[0039] 在涂布有粘接劑的基材上通過靜電植絨使絕緣高導(dǎo)熱短纖維直立的工序；
[0040] 通過加熱將直立的絕緣高導(dǎo)熱短纖維粘接固定、優(yōu)選在粘接固定的同時(shí)或粘接固 定后使基材收縮的工序；
[0041] 使粘結(jié)劑樹脂浸漬到直立固定于基材的絕緣高導(dǎo)熱短纖維中并使粘結(jié)劑樹脂固 化的工序；以及
[0042] 在從基材剝離后對兩表面進(jìn)行研磨或不從基材剝離而直接對兩表面進(jìn)行研磨的 工序。
[0043]19.-種絕緣導(dǎo)熱片的制造方法，其特征在于，包括如下工序：
[0044] 在涂布有粘接劑的基材上通過靜電植絨使絕緣高導(dǎo)熱短纖維相對于片表面以 60°~90°的傾斜度直立的工序；
[0045] 將直立的絕緣高導(dǎo)熱短纖維進(jìn)行除電的工序；
[0046] 通過加熱在粘接固定的同時(shí)或粘接固定后，以貫穿密度成為70%以下的收縮率使 基材收縮的工序；
[0047] 使粘結(jié)劑樹脂浸漬到直立固定于基材的絕緣高導(dǎo)熱短纖維中并使粘結(jié)劑樹脂固 化的工序；以及
[0048] 在從基材剝離后對兩表面進(jìn)行研磨或不從基材剝離而直接對兩表面進(jìn)行研磨的 工序。
[0049] 發(fā)明的效果
[0050] 根據(jù)本發(fā)明，可以確保絕緣可靠性，且自半導(dǎo)體、LED等放熱體向散熱體迅速地傳 遞熱，結(jié)果，可以降低周邊構(gòu)件的由熱所導(dǎo)致的損傷。
【附圖說明】
[0051] 圖1為本發(fā)明中的絕緣導(dǎo)熱片的制造方法的例子
[0052] 圖2為本發(fā)明中的靜電植絨條件與飽和植絨密度的關(guān)系
[0053] 圖3為本發(fā)明中的E與貫穿密度的標(biāo)準(zhǔn)曲線的例子
[0054] 圖4為本發(fā)明中的短纖維投入量與植絨密度的關(guān)系
【具體實(shí)施方式】
[0055] 以下，詳述本發(fā)明。本申請第一發(fā)明為一種絕緣導(dǎo)熱片，其特征在于，含有貫穿了 厚度方向的絕緣高導(dǎo)熱纖維和粘結(jié)劑樹脂，該貫穿了厚度方向的絕緣高導(dǎo)熱纖維的貫穿 密度為6%以上，厚度方向相對于平面方向的導(dǎo)熱比為2以上，且初始的絕緣擊穿強(qiáng)度為 20kV/mm以上。
[0056] 本申請第二發(fā)明為一種絕緣導(dǎo)熱片，其含有貫穿了厚度方向的絕緣高導(dǎo)熱纖維和 粘結(jié)劑樹脂，且厚度方向相對于平面方向的導(dǎo)熱率之比超過12且50以下，該貫穿了厚度方 向的絕緣高導(dǎo)熱纖維的貫穿密度為6%以上，且體積固有電阻率為1012Ω·cm以上。
[0057] 以下，在沒有特別說明記載的情況下，示出本申請第一發(fā)明和本申請第二發(fā)明共 通的特征。
[0058] 對于本發(fā)明中的絕緣導(dǎo)熱片，貫穿了厚度方向的纖維狀的絕緣高導(dǎo)熱性填料必須 以高密度取向并貫穿，必須含有粘結(jié)劑樹脂。由此，可以形成電絕緣性且能夠沿厚度方向選 擇性地導(dǎo)熱的片，貫穿了厚度方向的絕緣高導(dǎo)熱纖維使自放熱體產(chǎn)生的熱向片的相反面移 動(dòng)，向冷卻材料或殼體傳熱。
[0059] 另外，對于本發(fā)明中的絕緣導(dǎo)熱片，片的至少一個(gè)表面上，片表面必須為平滑。通 過為平滑，絕緣高導(dǎo)熱纖維與放熱面密合，可以有效地傳導(dǎo)熱。另外，在平滑面的相反面上 設(shè)置冷卻材料或殼體時(shí)，為了與它們密合且有效地傳導(dǎo)熱，相反面也必須為平滑。
[0060] 本發(fā)明的絕緣導(dǎo)熱片的厚度方向相對于平面方向的導(dǎo)熱率之比為2以上，優(yōu)選為 6以上，