ES2958244T3 - Lámina termoconductora - Google Patents

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Taku Sasaki
Kana Hattori
Kazuyuki Yahara
Yasunari Kusaka
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Abstract

Esta lámina térmicamente conductora 10 contiene una matriz polimérica 12 y una carga anisotrópica 13, en la que la carga anisotrópica 13 está orientada en la dirección del espesor. Cerca de las superficies 10A, 10B de la lámina térmicamente conductora 10, el relleno anisotrópico 13 está dispuesto para colapsar en una proporción del 1 al 45%. Esta invención hace posible proporcionar una lámina térmicamente conductora que puede mejorar suficientemente la conductividad térmica en la dirección del espesor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Lámina termoconductora
Campo técnico
La presente invención se refiere a una lámina termoconductora y se refiere, por ejemplo, a una lámina termoconductora a ser usada estando dispuesta entre un elemento de generación de calor y un elemento de disipación de calor.
Antecedentes de la técnica
En dispositivos electrónicos, tales como un ordenador, una pieza de automóvil y un teléfono celular, generalmente se usa un elemento de disipación de calor, tal como un disipador de calor, para disipar el calor que se genera a partir de un elemento de generación de calor, tal como un elemento semiconductor o una pieza mecánica. Es conocido que una lámina termoconductora se dispone entre un elemento de generación de calor y un elemento de disipación de calor con el propósito de mejorar la eficiencia de la transferencia de calor al elemento de disipación de calor. Una lámina termoconductora se usa generalmente estando comprimida cuando se dispone en el interior de un dispositivo electrónico, y se requiere una alta flexibilidad en la lámina termoconductora. Por consiguiente, una lámina termoconductora se forma mezclando una carga que tiene propiedades de conducción térmica en una matriz de polímero que tiene alta flexibilidad, tal como caucho o gel. Es ampliamente conocido que una carga que tiene anisotropía, tal como una fibra de carbono, se orienta en la dirección del espesor en una lámina termoconductora con el fin de mejorar las propiedades de conducción térmica en la dirección del espesor (véanse, por ejemplo, las PTL 1 y 2). Además, también se describe un método para producir una lámina termoconductora interponiendo la lámina termoconductora entre dos láminas de películas de tereftalato de polietileno (PET) (véase, por ejemplo, la PTL 3).
Lista de citas
Bibliografía de patentes
PTL1: JP 2018-056315 A
PTL2: JP 2018-014534 A
PTL3: JP 2011-231242 A
La técnica anterior también se describe en los documentos JP2010-254766 A, US2007/0284366 A1, WO2017/179318 A1, JP2014-027144 A y JP2006-335958 A.
Compendio de la invención
Problema técnico
Con el funcionamiento sofisticado de los dispositivos eléctricos, también se han aumentado las necesidades de mejorar las propiedades de una lámina termoconductora y se ha deseado en los últimos años una mejora adicional de la conductividad térmica en la dirección del espesor. No obstante, como se describe en las PTL 1 y 2, existe una limitación en la mejora de la conductividad térmica solamente orientando una carga en la dirección del espesor, y se han deseado mejoras adicionales. Además, ha resultado que en algunos casos una carga en la superficie de una lámina termoconductora es difícil de orientar en la dirección del espesor en el método de producción, tal como el de la PTL 3.
La presente invención se ha completado en vista de los problemas anteriores, y un objeto de la presente invención es proporcionar una lámina termoconductora capaz de mejorar suficientemente las propiedades de conducción térmica en la dirección del espesor.
Solución al problema
Los presentes inventores han realizado estudios diligentes para encontrar que disponiendo una carga anisotrópica en una superficie de una lámina, la superficie observada con un microscopio óptico, de tal forma que caiga en una proporción predeterminada, se pueden resolver los problemas y, por ello, completar la presente invención. La presente invención proporciona los siguientes [1] a [14].
[1] Una lámina termoconductora que comprende:
una matriz de polímero; y
una carga anisotrópica, la carga anisotrópica orientada en una dirección del espesor,
la carga anisotrópica que se dispone de tal forma que caiga en una proporción del 1 al 45% en una superficie de la lámina termoconductora, la superficie observada con un microscopio óptico.
[2] La lámina termoconductora según [1], en donde la carga anisotrópica no se expone en la superficie de la lámina termoconductora.
[3] La lámina termoconductora según [1] o [2], en donde la carga anisotrópica es un material de fibra.
[4] La lámina termoconductora según [3], en donde el material de fibra es una fibra de carbono.
[5] La lámina termoconductora según [3] o [4], en donde el material de fibra tiene una longitud de fibra media de 50 a 500 |jm.
[6] La lámina termoconductora según cualquiera de [1] a [5], que comprende además una carga no anisotrópica.
[7] La lámina termoconductora según [6], en donde la carga no anisotrópica es al menos una seleccionada del grupo que consiste en alúmina, aluminio, óxido de zinc, nitruro de boro y nitruro de aluminio.
[8] La lámina termoconductora según [6] o [7], en donde una relación entre una relación de relleno en volumen de la carga no anisotrópica y una relación de relleno en volumen de la carga anisotrópica es de 2 a 5.
[9] La lámina termoconductora según cualquiera de [1] a [8], en donde al menos parte de la carga anisotrópica que se dispone de tal forma que caiga en la superficie se dispone de tal forma que se incline con respecto a la superficie.
[10] La lámina termoconductora según cualquiera de [1] a [9], en donde la matriz de polímero es silicona del tipo curable por reacción de adición.
[11] La lámina termoconductora según cualquiera de [1] a [10], en donde la lámina termoconductora tiene un espesor de 0,1 a 5 mm.
[12] La lámina termoconductora según cualquiera de [1] a [11], en donde la lámina termoconductora tiene una conductividad térmica en una dirección de espesor de 6 w/mK o más.
[13] La lámina termoconductora según [4], en donde la fibra de carbono está cubierta con una capa aislante.
[14] La lámina termoconductora según [13], en donde la capa aislante comprende dióxido de silicio.
Efectos ventajosos de la invención
Según la presente invención, se puede proporcionar una lámina termoconductora capaz de mejorar suficientemente las propiedades de conducción térmica en la dirección del espesor.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 es una vista esquemática en sección que muestra una lámina termoconductora de la primera realización. La Fig. 2 es una vista esquemática en sección que muestra una lámina termoconductora de la segunda realización. La Fig. 3 es un diagrama general de una máquina de medición de resistencia térmica.
La Fig. 4 es un diagrama que muestra esquemáticamente una imagen de observación obtenida observando una superficie de una lámina termoconductora del Ejemplo 1 con un microscopio óptico.
Descripción de realizaciones
De aquí en adelante, se describirá en detalle una lámina termoconductora según realizaciones de la presente invención.
[Primera realización]
La Fig. 1 muestra una lámina termoconductora de la primera realización. En la Fig. 1, se muestra representativamente un ejemplo de un caso en el que una carga anisotrópica es un material de fibra. La lámina termoconductora 10 según la primera realización comprende una matriz de polímero 12 y una carga anisotrópica 13, y la carga anisotrópica 13 está orientada en la dirección del espesor. Parte de la carga anisotrópica 13 se dispone de tal forma que caiga en las inmediaciones de la superficie de cada superficie 10A, 10B de la lámina termoconductora 10. Las inmediaciones de la superficie significa una superficie que se mencionará más adelante y que se observa con un microscopio óptico.
En la lámina termoconductora 10 de la presente realización, la carga anisotrópica 13 es difícil de disponer en las superficies 10A, 10B, como se describe en el método de producción, que se mencionará más adelante. Por lo tanto, la carga anisotrópica 13 no existe en las superficies 10A, 10B, o si existe la carga anisotrópica 13, la cantidad de la misma es pequeña y es suficientemente menor que la proporción de la existencia de la carga anisotrópica 13, por ejemplo, en la posición central en la dirección del espesor. Por ello, la carga anisotrópica 13 está en un estado de estar incrustada en el interior de la lámina en las superficies 10A, 10B y no está expuesta en cada superficie 10A, 10B de la lámina termoconductora 10. Se ha de señalar que no estar expuesta significa un estado de manera que la carga anisotrópica existente en la superficie de una lámina termoconductora esté cubierta sustancialmente con la matriz de polímero 12. Además, estar cubierta en la presente memoria no se limita necesariamente a que el 100% de la carga anisotrópica 13 esté cubierta con la matriz de polímero 12.
La carga anisotrópica 13 en las inmediaciones de la superficie de cada superficie 10A, 10B se dispone de tal forma que caiga en una proporción del 1 al 45%. En la lámina termoconductora 10 de la presente realización, la proporción de la carga anisotrópica 13 que se dispone de tal forma que caiga es del 1% o más. Esto se debe a que es difícil en un uso práctico ajustar la proporción de la carga anisotrópica 13 que se dispone de tal forma que caiga a menos del 1%. Es decir, esta proporción de la carga anisotrópica 13 que se dispone de tal forma que caiga del 1% se considera que es un valor mínimo de la proporción de la carga anisotrópica 13 que se dispone de tal forma que caiga de la relación con el límite de un aumento en la cantidad de carga anisotrópica 13 que se orienta en la dirección del espesor cerca de la superficie.
Además, cuando la proporción de la carga anisotrópica 13 que se dispone de tal forma que caiga excede el 45%, la cantidad de carga anisotrópica que se orienta en la dirección del espesor cerca de la superficie se hace pequeña, dificultando mejorar la conductividad térmica en la dirección del espesor.
Cuando la carga anisotrópica 13 en las inmediaciones de la superficie de cada superficie 10A, 10B no se expone en la superficie y se dispone de tal forma que caiga en una proporción del 1 al 45% en las inmediaciones de la superficie, se hace por ello la lámina termoconductora 10 excelente en propiedades de conducción térmica y que también teniendo adhesividad.
La proporción de la carga anisotrópica que se dispone de tal forma que caiga es preferiblemente del 1 al 25%, más preferiblemente del 1 al 10%, y aún más preferiblemente del 1 al 5% desde el punto de vista de mejorar la conductividad térmica en la dirección del espesor.
La proporción de la carga anisotrópica que se dispone de tal forma que caiga en las inmediaciones de la superficie se puede calcular determinando la proporción del número de cargas anisotrópicas dispuestas de tal forma que caiga hasta el número total de las cargas anisotrópicas observadas en una imagen de observación observada con un microscopio óptico. Observando la superficie de la lámina termoconductora 10 usando un microscopio óptico en las condiciones que se mencionarán más adelante, se puede observar la carga anisotrópica que no se expone en la superficie de la lámina termoconductora 10 y existe en las inmediaciones de la superficie.
La carga anisotrópica 13 dispuesta de tal forma que caiga en la presente memoria es una carga caída en tal extensión que una parte distinta de una superficie extrema 13A de la carga anisotrópica 13 en la imagen de observación se observa sustancialmente en la imagen de observación. La extensión de ser observada sustancialmente significa que la parte distinta de la superficie extrema 13A se observa en un área (área proyectada) dos veces la de la superficie extrema 13A o más. Por consiguiente, cuando la carga anisotrópica 13 es un material de fibra, un material de fibra con una superficie periférica exterior 13B del material de fibra que tiene un área dos veces la de la superficie extrema 13A del material de fibra o más en una imagen de observación se considera como la carga anisotrópica dispuesta de tal forma que caiga.
Con respecto a un método de análisis de imágenes, la imagen de observación se puede observar visualmente. Además, el método de análisis no está limitado siempre que la proporción del número de cargas anisotrópicas dispuestas de tal forma que caigan se pueda calcular mediante el estándar descrito anteriormente, y el cálculo se puede realizar usando software de procesamiento de imágenes. Por ejemplo, la visualización se puede realizar a través de procesamiento usando software de procesamiento de imágenes de propósito general (por ejemplo, “WINROOF” fabricado por Mitani Corporation).
La observación de la superficie de una lámina con un microscopio óptico se realiza con un microscopio digital VHX1000 (fabricado por KEYENCE CORPORATION) con un aumento de 200 en un entorno de una iluminancia de 2000 lx medida usando un iluminómetro basado en el documento Z9110 del JIS.
La carga anisotrópica 13 dispuesta de tal forma que caiga en las inmediaciones de la superficie de cada superficie 10A, 10B se puede disponer de tal forma que quede en cada superficie 10A, 10B en las inmediaciones de las superficies 10A, 10B de la lámina termoconductora, o se puede disponer de tal forma que se incline con respecto a cada superficie 10A, 10B en las inmediaciones de las superficies 10A, 10B. Además, la carga anisotrópica 13 dispuesta de tal forma que caiga tiene preferiblemente un ángulo de inclinación con respecto a la dirección del espesor de alrededor de 45 a alrededor de 90°. Cuando el ángulo de inclinación hecho con respecto a la dirección del espesor excede los 90°, el ángulo suplementario se define como el ángulo de inclinación.
La carga anisotrópica 13 que se dispone de tal forma que quede en las inmediaciones de la superficie de la lámina termoconductora es una carga anisotrópica que se dispone sustancialmente a lo largo de la superficie 10A (o 10B). Tal carga anisotrópica se muestra como una carga anisotrópica 13X en la Fig. 1.
Además, la carga anisotrópica que se inclina con respecto a la superficie es una carga anisotrópica que se inclina de tal forma que una superficie extrema 13A de la carga anisotrópica 13 se separe de la superficie 10A (o 10B). Tal carga anisotrópica se muestra como una carga anisotrópica 13Y en la Fig. 1.
La carga anisotrópica 13 dispuesta de tal forma que caiga en las inmediaciones de cada superficie 10A, 10B comprende preferiblemente la carga anisotrópica 13Y que está dispuesta de tal forma que se incline con respecto a la superficie. La carga anisotrópica 13Y que se dispone de tal forma que se incline entra en contacto fácilmente con la carga anisotrópica 13 que se orienta en la dirección del espesor, facilitando la mejora de las propiedades de conducción térmica en la dirección del espesor.
En la presente realización, la lámina termoconductora 10 comprende además una carga no anisotrópica 14. La lámina termoconductora 10, cuando comprende además la carga no anisotrópica 14, hace las propiedades de conducción térmica mucho mejores.
<Matriz de polímero>
La matriz de polímero 12 que se usa en la lámina termoconductora 10 es un compuesto de polímero, tal como un elastómero o un caucho, y se puede usar preferiblemente un producto formado curando una composición de polímero (composición de polímero curable) en forma líquida, la composición de polímero que comprende un sistema mezclado tal como el que comprende un agente principal y un agente de curado. Por ejemplo, la composición de polímero curable puede ser una composición que comprende un caucho no reticulado y un agente reticulante, o una composición que comprende: un monómero, un prepolímero o similar; y un agente de curado o similar. La reacción de curado puede ser curado en frío o curado por calor.
Ejemplos de la matriz de polímero que se forma a partir de la composición de polímero curable incluyen caucho de silicona. En el caso del caucho de silicona, se usa preferiblemente silicona del tipo curable por reacción de adición como la matriz de polímero (composición de polímero curable). Más específicamente, una composición de polímero curable que comprende organopolisiloxano que contiene un grupo alquenilo y organopolisiloxano de hidrógeno se pueden usar como composición de polímero curable.
Se pueden usar como el caucho diversos cauchos sintéticos distintos del caucho descrito anteriormente, y ejemplos específicos de los mismos incluyen caucho acrílico, caucho de nitrilo, caucho de isopreno, caucho de uretano, caucho de etileno propileno, caucho de estireno/butadieno, caucho de butadieno, caucho fluorado y caucho de butilo. Cuando se usa cualquiera de estos cauchos, el caucho sintético puede estar reticulado o dejarse sin reticular (es decir, sin curar) en la lámina termoconductora 10.
Cuando el caucho sintético está reticulado (es decir, está curado), la matriz de polímero puede ser, como se describió anteriormente, un producto obtenido curando una composición de polímero curable que comprende: un caucho no reticulado que comprende cualquiera de estos cauchos sintéticos; y un agente reticulante.
Como el elastómero, se puede usar un elastómero termoplástico, tal como un elastómero termoplástico a base de poliéster o un elastómero termoplástico a base de poliuretano, o un elastómero de tipo curable por calor que se forma curando una composición de polímero en forma líquida de un sistema mezclado que comprende un agente principal y un agente de curado. Ejemplos del elastómero incluyen un elastómero a base de poliuretano que se forma curando una composición de polímero que comprende: un polímero que tiene un grupo hidroxi; e isocianato. Entre los descritos anteriormente, se usa preferiblemente caucho de silicona, o particularmente silicona del tipo curable por reacción de adición desde el punto de vista de que, por ejemplo, la matriz de polímero después del curado es particularmente flexible y las propiedades de relleno de una carga termoconductora son buenas.
La composición de polímero para formar la matriz de polímero puede ser una composición de polímero que comprende una única sustancia de un compuesto de polímero, o puede ser una composición de polímero que comprende un compuesto de polímero y un plastificante. El plastificante se usa adecuadamente cuando se usa un caucho sintético, y cuando el plastificante está contenido, se puede mejorar por ello la flexibilidad de la matriz de polímero no reticulada.
Se usa el plastificante que tiene compatibilidad con el compuesto de polímero y, específicamente, el plastificante es preferiblemente un plastificante a base de éster o aceite de silicona. Ejemplos específicos del plastificante a base de éster incluyen un éster de ácido ftálico, un éster de ácido adípico, un éster de ácido trimelítico, un éster de ácido fosfórico, un éster de ácido sebácico, un éster de ácido azelaico, un éster de ácido maleico y un éster de ácido benzoico. Ejemplos de aceite de silicona incluyen polidimetilsiloxano.
El contenido del plastificante respecto al compuesto de polímero es preferiblemente de 20/80 a 60/40, y más preferiblemente de 30/70 a 55/45 en términos de una relación en masa de plastificante/compuesto de polímero.
Establecer la relación de masa de plastificante/compuesto de polímero a 60/40 o menos facilita la retención de la carga por el compuesto de polímero. Establecer la relación de masa en 20/80 o más hace que la flexibilidad de la matriz de polímero sea suficiente.
El contenido de la matriz de polímero, cuando se expresa mediante una relación de relleno en una base del volumen (relación de relleno en volumen), es preferiblemente del 20 al 50% en volumen, y más preferiblemente del 25 al 45% en volumen en base a la cantidad total de la lámina termoconductora.
(Aditivo)
En la lámina termoconductora 10, se pueden mezclar además diversos aditivos en la matriz de polímero 12 en un rango en el que la función como lámina termoconductora 10 no se vea perjudicada. Ejemplos del aditivo incluyen al menos uno o más seleccionados entre un dispersante, un agente de acoplamiento, un adhesivo sensible a la presión, un retardante de fuego, un antioxidante, un agente colorante, un agente antisedimentación y similares. Cuando la composición de polímero curable se somete a reticulación, curado o similar, como se describió anteriormente, se puede mezclar como aditivo un acelerador reticulante, un acelerador de curado o similar que acelere la reticulación o el curado.
<Carga anisotrópica>
La carga anisotrópica 13 que se mezcla en la matriz de polímero 12 es una carga que tiene anisotropía en la forma y es una carga que se puede orientar. La carga anisotrópica 13 es una carga conductora de calor. Ejemplos de la carga anisotrópica 13 incluyen un material de fibra y un material en forma de escamas. La carga anisotrópica 13 es una carga que tiene una relación de aspecto alta y es específicamente una carga que tiene una relación de aspecto que excede 2, y la relación de aspecto es preferiblemente 5 o más. Establecer la relación de aspecto en mayor que 2 facilita orientar la carga anisotrópica 13 en la dirección del espesor, de modo que las propiedades de conducción térmica de la lámina termoconductora 10 se mejoren fácilmente.
El límite superior de la relación de aspecto no está particularmente limitado, pero es 100 en un uso práctico.
La relación de aspecto se refiere a una relación de la longitud en la dirección del eje principal a la longitud en la dirección del eje menor de la carga anisotrópica 13, y significa longitud de fibra/diámetro de fibra en un material de fibra, y longitud en la dirección del eje principal del material en forma de escamas/espesor en un material en forma de escamas.
La carga anisotrópica 13 es preferiblemente un material de fibra desde el punto de vista de mejorar las propiedades de conducción térmica y desde el punto de vista de disponer fácilmente la carga anisotrópica 13 de tal forma que caiga en las superficies 10A, 10B.
El contenido de la carga anisotrópica 13 en la lámina termoconductora es preferiblemente de 30 a 300 partes en masa, y más preferiblemente de 50 a 270 partes en masa en base a 100 partes en masa de la matriz de polímero. El contenido de la carga anisotrópica 13, cuando se expresa mediante una relación de relleno sobre una base del volumen (relación de relleno en volumen), es preferiblemente del 5 al 35% en volumen, y más preferiblemente del 8 al 30% en volumen en base a la cantidad total de la lámina termoconductora.
Establecer el contenido de la carga anisotrópica de 13 en 30 partes en masa o más facilita mejorar las propiedades de conducción térmica, y establecer el contenido en 300 partes en masa o menos fácilmente hace adecuada la viscosidad de la composición mezclada, que se mencionará más adelante, haciendo por ello que sea buena la orientación de la carga anisotrópica 13.
Cuando la carga anisotrópica 13 es un material de fibra, la longitud de fibra media es preferiblemente de 50 a 500 |jm, y más preferiblemente de 70 a 350 jm. Cuando la longitud de fibra media se establece en 50 jm o más, las cargas anisotrópicas entran en contacto adecuadamente en el interior de la lámina termoconductora 10, de modo que se aseguren los caminos de transmisión de calor. Además, cuando la longitud de fibra media de la carga anisotrópica 13 es larga, la carga anisotrópica se dispone fácilmente de tal forma que caiga en las inmediaciones de la superficie, pero mediante el método de producción particular que se mencionará más adelante, la carga anisotrópica se puede orientar en una proporción elevada en la dirección del espesor también en las inmediaciones de la superficie.
Por otra parte, cuando la longitud de fibra media se establece en 500 jm o menos, el volumen de la carga anisotrópica se reduce, de modo que la carga anisotrópica se pueda rellenar en gran medida en la matriz de polímero.
La longitud de fibra media descrita anteriormente se puede calcular observando la carga anisotrópica con un microscopio. Más específicamente, las longitudes de fibras de cargas anisotrópicas arbitrarias 50 se miden usando, por ejemplo, un microscopio electrónico o un microscopio óptico, y el valor medio (valor medio aritmético) se puede adoptar como la longitud de fibra media.
La longitud de fibra media del material de fibra es preferiblemente más corta que el espesor de la lámina termoconductora 10. Cuando la longitud de fibra media es más corta que el espesor, es poco probable por ello que el material de fibra sobresalga de las superficies 10A, 10B de la lámina termoconductora 10.
Cuando la carga anisotrópica 13 es un material en forma de escamas, el diámetro de partícula medio es preferiblemente de 10 a 400 μm, y más preferiblemente de 15 a 200 μm. El diámetro de partícula medio es particularmente preferiblemente de 15 a 130 μm. Establecer el diámetro de partícula medio en 10 μm o más facilita que las cargas anisotrópicas 13 entren en contacto en la lámina termoconductora 10, de modo que se aseguren los caminos de transmisión de calor. Además, la carga anisotrópica 13 se dispone fácilmente de tal forma que caiga en la superficie de la lámina termoconductora 10, pero mediante el método de producción particular que se mencionará más adelante, la carga anisotrópica se puede orientar en una alta proporción en la dirección del espesor también en las inmediaciones de la superficie, haciendo que sean buenas las propiedades de conducción térmica de la lámina termoconductora 10. Por otra parte, cuando el diámetro de partícula medio se establece en 400 μm o menos, el volumen de la lámina termoconductora 10 se reduce, permitiendo que la carga anisotrópica 13 esté altamente rellena en la matriz de polímero 12.
El diámetro de partícula medio del material en forma de escamas se puede calcular observando la carga anisotrópica con un microscopio y suponiendo el eje principal como el diámetro. Más específicamente, los ejes principales de cargas anisotrópicas arbitrarias 50 se miden usando, por ejemplo, un microscopio electrónico o un microscopio óptico, y el valor medio (valor medio aritmético) se puede adoptar como el diámetro de partícula medio. Se puede usar un material conocido que tenga propiedades de conducción térmica como la carga anisotrópica 13, pero como se mencionará más adelante, la carga anisotrópica 13 tiene preferiblemente diamagnetismo de tal forma que la carga anisotrópica se pueda orientar mediante un campo magnético.
Ejemplos específicos de la carga anisotrópica 13 incluyen un material a base de carbono representado por una fibra de carbono o un polvo de carbono en forma de escamas, un material metálico representado por una fibra metálica, un óxido metálico, nitruro de boro, un nitruro metálico, un carburo metálico y un hidróxido metálico. Un material a base de carbono entre estos tiene una gravedad específica pequeña y buena dispersabilidad en la matriz de polímero 12 y, por lo tanto, es preferible y, entre otros, la carga anisotrópica es más preferiblemente un material de carbono grafitizado que tiene una alta conductividad térmica. Un material de carbono grafitizado, cuando se tienen planos de grafito que se orientan uniformemente en una dirección predeterminada, tiene diamagnetismo. Además, el nitruro de boro o similar, cuando tiene planos cristalinos que se orientan uniformemente en una dirección predeterminada, también tiene diamagnetismo. Además, la carga anisotrópica 13 es particularmente preferiblemente una fibra de carbono.
La carga anisotrópica 13 tiene una conductividad térmica de, aunque no se limita a, generalmente 60 W/m K o más, y preferiblemente 400 W/m K o más a lo largo de una dirección que tiene anisotropía (es decir, dirección del eje principal). La carga anisotrópica 13 tiene una conductividad térmica de, por ejemplo, 2000 W/mK o menos, aunque el límite superior no está particularmente limitado. El método de medición de la conductividad térmica es el método de destello láser.
La carga anisotrópica 13 se puede usar sola, o se pueden usar juntas dos o más cargas anisotrópicas 13. Por ejemplo, se pueden usar como la carga anisotrópica 13 al menos dos cargas anisotrópicas 13, cada una que tiene un diámetro de partícula medio o longitud de fibra media diferente. Se considera que cuando se usan las cargas anisotrópicas que tienen cada una un tamaño diferente, una carga anisotrópica más pequeña se pone entre medias de cargas anisotrópicas relativamente más grandes y, por ello, las cargas anisotrópicas se pueden rellenar hasta una alta densidad en la matriz de polímero y se puede mejorar la eficiencia de conducción de calor.
La fibra de carbono que se usa como la carga anisotrópica 13 es preferiblemente una fibra de carbono grafitizada. El polvo de carbono en forma de escamas es preferiblemente un polvo de grafito en forma de escamas. Entre éstos, la carga anisotrópica 13 es más preferiblemente una fibra de carbono grafitizada.
Una fibra de carbono grafitizada tiene una alta conductividad térmica en su dirección del eje de fibra porque los planos cristalinos de grafito discurren en la dirección del eje de la fibra. Por lo tanto, permitiendo que las direcciones de los ejes de fibra de la fibra de carbono grafitada se orienten uniformemente en una dirección predeterminada, se puede mejorar la conductividad térmica en una dirección particular. El polvo de grafito en forma de escamas tiene una alta conductividad térmica en su dirección dentro del plano porque los planos cristalinos de grafito discurren en la dirección dentro del plano del plano de escamas. Por lo tanto, permitiendo que los planos de escamas del polvo de grafito en forma de escamas se orienten uniformemente en una dirección predeterminada, se puede mejorar la conductividad térmica en una dirección particular. Son preferibles la fibra de carbono grafitizada y el polvo de grafito en forma de escamas, cada uno que tiene un alto grado de grafitización.
Como los materiales de carbono grafitizado descritos anteriormente, tales como la fibra de carbono grafitizada y el polvo de grafito en forma de escamas, se pueden usar productos obtenidos grafitizando las siguientes materias primas. Ejemplos de las mismas incluyen un compuesto de hidrocarburo policíclico condensado, tal como naftaleno, y un compuesto heterocíclico condensado, tal como PAN (poliacrilonitrilo) o brea, y se usa preferiblemente en particular brea de mesofase grafitizada que tiene un alto grado de grafitización, poliimida o polibenzazol. Por ejemplo, usando brea de mesofase, la brea se orienta en la dirección del eje de fibra debido a su anisotropía en el paso de hilatura que se mencionará más adelante, de modo que se pueda obtener una fibra de carbono grafitizada que tenga excelentes propiedades de conducción térmica en la dirección del eje de fibra.
El aspecto de uso de la brea de mesofase en la fibra de carbono grafitizada es no está particularmente limitado siempre que se pueda realizar el hilado, y la brea de mesofase se pueda usar sola; o se pueda usar en combinación con otra materia prima. No obstante, la brea de mesofase se usa más preferiblemente sola, es decir, una fibra de carbono grafitizada que tenga un contenido de brea de mesofase del 100% es más preferible desde el punto de vista de la mejora de las propiedades de conducción térmica; capacidad de hilado; y estabilidad en la calidad del producto.
Se puede usar la fibra de carbono grafitizada obtenida de manera que los tratamientos de hilado, infusibilización y carbonización se realicen en secuencia, y la pulverización o corte se realice hasta un diámetro de partícula predeterminado, y a partir de entonces se realice la grafitización, o la fibra de carbono grafitizada de manera que se realice la carbonización, se realice luego la pulverización o el corte y, a partir de entonces se realice la grafitización. Cuando se realiza la pulverización o el corte antes de la grafitización, una polimerización por condensación y una reacción de ciclación progresan fácilmente en una superficie recién expuesta debido a la pulverización durante el tratamiento de grafitización y, por lo tanto, se puede obtener una fibra de carbono grafitizada que tiene propiedades de conducción térmica mejoradas aún más aumentando el grado de grafitización. Cuando, por otra parte, la pulverización se realiza después de grafitizar una fibra de carbono hilada, la fibra de carbono después de la grafitización es rígida y por lo tanto se pulveriza fácilmente, de modo que se pueda obtener mediante una breve pulverización un polvo de fibra de carbono que tiene una distribución de longitud de fibra relativamente estrecha. La longitud de fibra media de la fibra de carbono grafitizada es preferiblemente de 50 a 500 μm, y más preferiblemente de 70 a 350 μm, como se describió anteriormente. La relación de aspecto de la fibra de carbono grafitizada excede 2, y más preferiblemente 5 o más, como se describió anteriormente. La conductividad térmica de la fibra de carbono grafitizada no está particularmente limitada, pero la conductividad térmica en la dirección del eje de fibra es preferiblemente 400 W/mK o más, y más preferiblemente 800 W/mK o más.
La fibra de carbono que se usa como la carga anisotrópica 13 está cubierta preferiblemente con una capa aislante. Usando la fibra de carbono cubierta con la capa aislante, se mejora el aislamiento eléctrico de la lámina termoconductora. El espesor de la capa aislante no está particularmente limitado, pero es preferiblemente de 100 a 400 nm, y más preferiblemente de 100 a 200 nm. La capa aislante comprende dióxido de silicio como sustancia que presenta aislamiento eléctrico. La capa aislante puede ser una capa aislante que comprende solamente dióxido de silicio, pero puede comprender además óxido de aluminio, nitruro de boro, nitruro de silicio y similares además al dióxido de silicio.
La carga anisotrópica 13 está orientada en la dirección del espesor como se describió anteriormente, pero la dirección del eje principal no necesariamente necesita ser estrictamente paralela a la dirección del espesor, y si la dirección del eje principal se inclina algo en la dirección del espesor, se supone que la carga anisotrópica se orienta en la dirección del espesor. Específicamente, una carga anisotrópica cuya dirección del eje principal se inclina con respecto a la dirección del espesor en alrededor de menos de 20° se supone que es la carga anisotrópica 13 que se orienta en la dirección del espesor, y cuando tal carga anisotrópica 13 es mayoritaria (por ejemplo, excediendo el 60%, y preferiblemente excediendo el 80% en base al número total de cargas anisotrópicas) en la lámina termoconductora 10, la carga anisotrópica se orienta en la dirección del espesor.
<Carga no anisotrópica>
La carga no anisotrópica 14 es una carga termoconductora contenida en la lámina termoconductora 10 por separado de la carga anisotrópica 13 y es un material que, junto con la carga anisotrópica 13, imparte propiedades de conducción térmica a la lámina termoconductora 10. En la presente realización, rellenando la carga no anisotrópica 14, se suprime un aumento en la viscosidad, haciendo que la dispersabilidad sea buena en la etapa antes del curado en una lámina. Además, en las cargas anisotrópicas 13, cuando, por ejemplo, la longitud de fibra es grande, es difícil aumentar el área de contacto entre las cargas, pero cuando la carga no anisotrópica 14 rellena el espacio entre las cargas anisotrópicas, se pueden formar por ello caminos de transferencia de calor, de modo que se obtenga la lámina termoconductora 10 que tiene una alta conductividad térmica.
La carga no anisotrópica 14 es una carga cuya forma está sustancialmente libre de anisotropía, y es una carga de manera que incluso en un entorno donde la carga anisotrópica 13 se orienta en una dirección predeterminada, tal como un entorno, que se mencionará más adelante, donde se generan líneas de fuerza magnética o se aplica una fuerza de cizallamiento, la carga no anisotrópica 14 no se orienta en la dirección predeterminada.
La carga no anisotrópica 14 tiene una relación de aspecto de 2 o menos, y preferiblemente de 1,5 o menos. En la presente realización, cuando se contiene la carga no anisotrópica 14 que tiene una relación de aspecto tan baja, la carga que tiene propiedades de conducción térmica se interpone por ello correctamente en el espacio entre las cargas anisotrópicas 13, de modo que se obtenga la lámina termoconductora 10 que tiene una alta conductividad térmica. Además, estableciendo la relación de aspecto en 2 o menos, se evita un aumento en la viscosidad de la composición mezclada que se mencionará más adelante, permitiendo que la lámina termoconductora esté altamente rellena.
Ejemplos específicos de la carga no anisotrópica 14 incluyen un metal, un óxido metálico, un nitruro metálico, un hidróxido metálico, un material de carbono y un óxido, un nitruro y un carburo distintos del óxido metálico, el nitruro metálico y un carburo metálico. Ejemplos de la forma de la carga no anisotrópica 14 incluyen una forma esférica y un polvo de forma indefinida.
En la carga no anisotrópica 14, ejemplos del metal incluyen aluminio, cobre y níquel, los ejemplos del óxido metálico incluyen óxido de aluminio representado por alúmina, óxido de magnesio y óxido de zinc, y ejemplos del nitruro metálico incluyen nitruro de aluminio. Ejemplos del hidróxido metálico incluyen hidróxido de aluminio. Ejemplos de material de carbono incluyen grafito esferoidal. Ejemplos del óxido, nitruro y carburo distintos del óxido metálico, el nitruro metálico y el carburo metálico incluyen cuarzo, nitruro de boro y carburo de silicio.
La carga no anisotrópica 14 se selecciona preferiblemente del grupo que consiste en alúmina, aluminio, óxido de zinc, nitruro de boro y nitruro de aluminio, y la alúmina en particular es preferible desde el punto de vista de las propiedades de relleno y la conductividad térmica.
Como la carga no anisotrópica 14, se pueden usar los descritos anteriormente solos, o se pueden usar juntos dos o más de los descritos anteriormente.
El diámetro de partícula medio de la carga no anisotrópica 14 es preferiblemente de 0,1 a 50 μm, y más preferiblemente de 0,5 a 35 μm. El diámetro de partícula medio es, particularmente, preferiblemente de 1 a 15 μm. Estableciendo el diámetro de partícula medio en 50 μm o menos, es poco probable que ocurra un defecto tal como perturbar la orientación de la carga anisotrópica 13 o similar. Estableciendo el diámetro de partícula medio en 0,1 μm o más, el área de superficie específica de la carga no anisotrópica 14 no se hace más grande de lo necesario, haciendo poco probable que la viscosidad de la composición mezclada aumente incluso cuando se mezcla una gran cantidad y facilitando rellenar en gran medida la carga no anisotrópica 14.
Con respecto a la carga no anisotrópica 14, por ejemplo, al menos dos cargas no anisotrópicas 14, cada una que tiene un diámetro de partícula medio diferente, se pueden usar como la carga no anisotrópica 14.
El diámetro de partícula medio de la carga no anisotrópica 14 se puede medir mediante observación con un microscopio electrónico o similar. Más específicamente, los diámetros de partículas de cargas no anisotrópicas arbitrarias 50 se miden usando, por ejemplo, un microscopio electrónico o un microscopio óptico, y el valor medio (valor medio aritmético) se puede adoptar como el diámetro de partícula medio.
El contenido de la carga no anisotrópica 14 está preferiblemente en un rango de 200 a 800 partes en masa, y más preferiblemente en un rango de 300 a 700 partes en masa en base a 100 partes en masa de la matriz de polímero. El contenido de la carga no anisotrópica 14, cuando se expresa mediante una relación de relleno sobre una base en volumen (relación de relleno en volumen), es preferiblemente del 30 al 60% en volumen, y más preferiblemente del 40 al 55% en volumen en base a la cantidad total de la lámina termoconductora.
Estableciendo el contenido de la carga no anisotrópica 14 en 200 partes en masa o más, la cantidad de la carga no anisotrópica 14 interpuesta en el espacio entre la carga anisotrópica 13 se hace suficiente, haciendo que sean buenas las propiedades de conducción térmica. Por otra parte, estableciendo el contenido en 800 partes en masa o menos, se puede obtener un efecto de mejora de las propiedades de conducción térmica correspondientes al contenido, y la conducción de calor debida a la carga anisotrópica 13 no se inhibe por la carga no anisotrópica 14. Además, estableciendo el contenido dentro del intervalo de 300 a 700 partes en masa, las propiedades de conducción térmica de la lámina termoconductora 10 se hacen excelentes y la viscosidad de la composición mezclada se hace adecuada.
La relación de la relación de relleno en volumen de la carga no anisotrópica 14 a la relación de relleno en volumen de la carga anisotrópica 13 es preferiblemente de 2 a 5, y más preferiblemente de 2 a 3. Estableciendo el rango de la relación de las relaciones de relleno en volumen en el rango descrito anteriormente, la carga no anisotrópica 14 se rellena moderadamente entre las cargas anisotrópicas 13, de modo que se puedan formar caminos de transferencia de calor eficientes y, por lo tanto, se puedan mejorar las propiedades de conducción térmica de la lámina termoconductora 10.
<Lámina termoconductora>
La conductividad térmica en la dirección del espesor de la lámina termoconductora 10 se establece preferiblemente en 6 W/m K o más, más preferiblemente 8 W/m K o más, y aún más preferiblemente 13 W/m K o más. Estableciendo la conductividad térmica en la dirección del espesor a estos valores límite inferiores o más, las propiedades de conducción térmica en la dirección del espesor de la lámina termoconductora 10 se pueden hacer excelentes. El límite superior no está particularmente establecido, la conductividad térmica en la dirección del espesor de la lámina termoconductora 10 es, por ejemplo, 50 W/mK o menos. La conductividad térmica se mide mediante un método de acuerdo con el documento D5470-06 de ASTM.
El valor de resistencia térmica en la dirección del espesor de la lámina de la lámina termoconductora 10 es preferiblemente menor que 3,0°C/W, más preferiblemente 2,5°C/W o menos, y aún más preferiblemente 2,0°C/W o menos. Establecer el valor de resistencia térmica a un cierto valor o menos de esta forma facilita que la lámina termoconductora 10 transmita calor desde un elemento de generación de calor a un elemento de disipación de calor. El valor de resistencia térmica es mejor cuando es más pequeño, pero normalmente es de 0,1°C/W o más. El valor de la resistencia térmica se puede medir mediante el método descrito en los Ejemplos.
Se considera que el espesor de la lámina termoconductora se usa en un rango de 0,1 a 5 mm, pero no necesita estar limitarlo al rango de espesor. Esto se debe a que el espesor de la lámina termoconductora se cambia apropiadamente según la forma y el uso previsto de un dispositivo electrónico en el que se carga la lámina termoconductora.
La lámina termoconductora 10 se usa en el interior de un dispositivo electrónico o similar. Específicamente, la lámina termoconductora 10 se interpone entre un elemento de generación de calor y un elemento de disipación de calor, transfiere el calor generado en el elemento de generación de calor a un elemento de disipación de calor mediante conducción de calor, y disipa calor del elemento de disipación de calor. Ejemplos del elemento de generación de calor en la presente memoria incluyen diversas piezas electrónicas, tales como una CPU, un amplificador de potencia y una fuente de energía, que se usan en el interior de un dispositivo electrónico. Ejemplos del elemento de disipación de calor incluyen un disipador de calor, una bomba de calor y una carcasa metálica de un dispositivo electrónico. La lámina termoconductora 10 se usa de tal forma que las superficies 10A, 10B se adhieran estrechamente a un elemento de generación de calor y un elemento de disipación de calor, respectivamente, y la lámina termoconductora se comprime.
<Método para producir una lámina termoconductora>
La lámina termoconductora de la presente realización se puede producir, por ejemplo, mediante un método que comprende los siguientes pasos (A) y (B), aunque el método no se limita particularmente a los mismos.
Paso (A): un paso de mantener una composición mezclada con dos láminas de materiales de liberación para obtener un cuerpo laminado
Paso (B): un paso de orientar una carga anisotrópica a lo largo de una dirección para que sea una dirección del espesor en la lámina termoconductora.
De aquí en adelante, cada paso se describirá con más detalle.
[Paso (A)]
El paso (A) es un paso de mantener una composición mezclada con dos láminas de materiales de liberación para obtener un cuerpo laminado. La composición mezclada comprende: una carga anisotrópica; una carga no anisotrópica; y una composición de polímero curable que es una materia prima para una matriz de polímero, y se puede obtener mezclando estos componentes. En esta ocasión, si es necesario, se pueden mezclar diversos aditivos, tales como un retardante de fuego. Para el mezclado se pueden usar medios de mezclado conocidos, tales como, por ejemplo, una mezcladora, un rodillo amasador, una amasadora o una máquina de moldeo por extrusión. La composición mezclada normalmente es en forma de suspensión, y se puede usar un solvente orgánico con el fin de ajustar la viscosidad.
A continuación, se aplica la composición mezclada resultante en el material de liberación. Preferiblemente se usa un método de rasqueta o un método de recubrimiento de troquel desde el punto de vista de aplicar uniformemente la composición mezclada en el material de liberación. Después de que se aplique la composición mezclada, el otro material de liberación se coloca sobre la composición mezclada.
Posteriormente, la composición mezclada se comprime en el estado de ser mantenida entre las dos láminas de materiales de liberación usando una prensa de presión o similar hasta que la composición mezclada tenga un espesor deseado, obteniendo por ello un cuerpo laminado. La cantidad de composición mezclada a ser aplicada y la presión de compresión se pueden establecer apropiadamente en vista del tamaño, espesor y similares de una lámina termoconductora resultante.
El material de liberación no está particularmente limitado, pero es preferiblemente un material de liberación de resina y, entre otros, el material de liberación es más preferiblemente una película de tereftalato de polietileno (PET), y aún más preferiblemente una película de PET tratada para liberación con una resina fluorada.
La composición de polímero curable en la composición mezclada mantenida entre las dos láminas de materiales de liberación migra fácilmente en los lados superficiales de los materiales de liberación sobre una base de prioridad debido a la tensión superficial de los materiales de liberación y, a la inversa, es poco probable que la carga anisotrópica se disponga en las inmediaciones de los materiales de liberación. Se considera que la lámina termoconductora resultante se fabrica por ello de manera que la carga anisotrópica no se exponga en las superficies.
En el paso (A), la carga anisotrópica se dispersa aleatoriamente en la composición mezclada mantenida entre los materiales de liberación.
[Paso B]
El paso (B) es un paso de orientar la carga anisotrópica a lo largo de una dirección para ser la dirección del espesor en la lámina termoconductora. Como el método de orientación de la carga anisotrópica se aplica preferiblemente un método de producción mediante orientación de campo magnético. En el método de producción por orientación de campo magnético, el cuerpo laminado obtenido en el paso (A) se coloca en un campo magnéti
carga anisotrópica a lo largo del campo magnético, y a partir de entonces se cura la composición de polímero curable.
Ejemplos de una fuente para generar líneas de fuerza magnética, la fuente para aplicar las líneas de fuerza magnética, en el método de producción por orientación de campo magnético incluyen un imán superconductor, un imán permanente y un electroimán, y es preferible un imán superconductor desde el punto de vista que se pueda generar un campo magnético con una alta densidad de flujo magnético. La densidad de flujo magnético del campo magnético que se genera a partir de estas fuentes para generar líneas de fuerza magnética es preferiblemente de 1 a 30 teslas. Establecer la densidad de flujo magnético en 1 tesla o más permite que la carga anisotrópica descrita anteriormente que comprende un material de carbono y similares se oriente fácilmente. Establecer la densidad de flujo magnético en 30 teslas o menos permite una producción práctica.
La viscosidad de la composición mezclada se establece preferiblemente en 450 Pas o menos y preferiblemente se establece en 300 Pa s o menos desde el punto de vista de facilitar ajustar la proporción de la carga anisotrópica que se dispone de tal forma que caiga en un rango deseado aplicando el método de producción por orientación de campo magnético. La viscosidad de la composición mezclada se establece preferiblemente en 10 Pa s o más. Por ello, se hace poco probable que se sedimenten la carga anisotrópica y la carga no anisotrópica. La viscosidad se refiere a la viscosidad medida usando un viscosímetro rotacional (viscosímetro Brookfield DV-E, husillo SC4-14) a una velocidad de rotación de 10 rpm a 25°C. No obstante, cuando se usan una carga anisotrópica y una carga no anisotrópica que es poco probable que se sedimenten, o se combina un aditivo, tal como un agente antisedimentación, la viscosidad de la composición mezclada se puede establecer en menos de 10 Pa s.
Colocando el cuerpo laminado en el campo magnético, la carga anisotrópica se orienta en la dirección del espesor, pero cerca de la interfaz entre la composición mezclada y el material de liberación, es decir, en una parte que es finalmente la superficie de la lámina termoconductora, la carga anisotrópica es difícil de orientar en la dirección del espesor en el cuerpo laminado debido a la existencia del material de liberación, de modo que existe una tendencia a que la cantidad de carga anisotrópica que se dispone de tal forma que caiga se haga grande. Por consiguiente, preferiblemente se da una vibración al cuerpo laminado desde el exterior desde el punto de vista de permitir que la proporción de la carga anisotrópica que se dispone de tal forma que caiga, caiga dentro de un rango deseado para mejorar la conductividad térmica de una lámina termoconductora resultante. La vibración se da a la carga anisotrópica a través de la composición de polímero curable y la carga no anisotrópica. Como resultado, la carga anisotrópica se hace fácil de orientar en una dirección del espesor, de modo que la proporción de la carga anisotrópica que se dispone de tal forma que caiga se pueda establecer en un rango deseado.
En la presente solicitud, ajustando el tiempo, la frecuencia, la aceleración, la amplitud y similares para dar una vibración, se puede cambiar la intensidad de la vibración y se puede ajustar la proporción de la carga anisotrópica que se dispone en tal forma que caiga. Cuando la vibración que se da es fuerte, la proporción de la carga anisotrópica que se orienta en la dirección del espesor aumenta y la proporción de la carga anisotrópica que se dispone de tal forma que caiga disminuye. Por el contrario, cuando la vibración que se da es débil, la proporción de la carga anisotrópica que se orienta en la dirección del espesor disminuye y la proporción de la carga anisotrópica que se dispone de tal forma que caiga aumenta.
La vibración se puede dar simultáneamente con la aplicación del método de producción por orientación de campo magnético, o antes y después del método de producción por orientación de campo magnético, pero preferiblemente se da simultáneamente con la aplicación del método de producción por orientación de campo magnético desde el punto de vista de establecer la proporción de la carga anisotrópica que se dispone de tal forma que caiga hasta un rango deseado. Un método de dar una vibración no está particularmente limitado y, por ejemplo, se puede usar un aparato de vibración que da una vibración utilizando aire comprimido o similar.
La viscosidad de la composición mezclada se establece preferiblemente en 450 Pa s o menos, y preferiblemente se establece en 300 Pa s o menos desde el punto de vista de establecer la proporción de la carga anisotrópica que se dispone de tal forma que caiga a un rango deseado mediante el método de producción mediante orientación de campo magnético y la vibración. Estableciendo la viscosidad en un cierto valor o menos de esta forma, se hace buena la fluidez, se hace fácil de orientar la carga anisotrópica en la dirección del espesor mediante el método de producción mediante orientación de campo magnético, y la vibración, y no ocurre un defecto tal como que lleve demasiado tiempo para su orientación. La viscosidad de la composición mezclada se establece preferiblemente en 10 Pas o más. Por ello, se hace poco probable que se sedimenten la carga anisotrópica y la carga no anisotrópica. No obstante, cuando se usan una carga anisotrópica y una carga no anisotrópica que es poco probable que se sedimenten, o se combina un aditivo, tal como un agente antisedimentación, la viscosidad de la composición mezclada se puede establecer en menos de 10 Pa s.
El curado de la composición de polímero curable se puede realizar mediante calentamiento, y se puede realizar a una temperatura de, por ejemplo, alrededor de 50 a alrededor de 150°C. El tiempo de calentamiento es, por ejemplo, de alrededor de 10 minutos a alrededor de 3 horas.
Realizando el curado, se puede obtener la lámina termoconductora mantenida entre dos láminas de materiales de liberación.
En la descripción anterior, se muestra un aspecto de manera que la carga anisotrópica 13 no se exponga en cada superficie 10A, 10B de la lámina termoconductora 10. No obstante, en la presente invención, la lámina termoconductora 10 puede ser de manera que la carga anisotrópica 13 se exponga en una o ambas de las superficies 10A, 10B descritas anteriormente.
Un método distinto del método de producción descrito anteriormente, por ejemplo, un método de producción por orientación de flujo, en el que se aplica una fuerza de cizallamiento a la composición mezclada para orientar la carga anisotrópica, se puede aplicar con el fin de obtener tal lámina termoconductora.
No obstante, la lámina termoconductora 10 de manera que la carga anisotrópica no se exponga en la superficie de la lámina termoconductora es preferible porque la lámina termoconductora 10 puede mejorar la conductividad térmica en la dirección del espesor y hacer que la adhesividad en la superficie sea buena, y es excelente en equilibrio de propiedades físicas.
[Segunda realización]
A continuación, una lámina termoconductora de la segunda realización de la presente invención se describirá con referencia a la Fig. 2.
En la primera realización, la carga no anisotrópica 14 está contenida como la carga además de la carga anisotrópica 13 en la lámina termoconductora 10, pero no está contenida una carga no anisotrópica en una lámina termoconductora 20 de la presente realización, como se muestra en la Fig. 2. Es decir, en la lámina termoconductora de la segunda realización, solamente se puede usar, por ejemplo, solamente una fibra de carbono como carga. La otra constitución de la lámina termoconductora 20 de la segunda realización es la misma que la de la lámina termoconductora 10 descrita anteriormente de la primera realización, excepto que la carga no anisotrópica no está contenida y, por lo tanto, se omite la descripción.
También, en la presente realización, la carga anisotrópica 13 en la superficie se dispone de tal forma que la carga anisotrópica caiga en una proporción predeterminada de la misma manera que en la primera realización, y se pueden mejorar por ello las propiedades de conducción térmica en la dirección del espesor.
Ejemplos
De aquí en adelante, la presente invención se describirá con referencia a Ejemplos con más detalle, pero la presente invención no está limitada en absoluto por estos Ejemplos.
En los presentes Ejemplos, las propiedades físicas de las láminas termoconductoras se evaluaron mediante los siguientes métodos.
[Conductividad térmica]
La conductividad térmica en la dirección del espesor de láminas termoconductoras se midió mediante el método de acuerdo con el documento D5470-06 de ASTM.
[Proporción de carga anisotrópica que se dispone de tal forma que caiga]
Se obtuvo una imagen de observación observando una superficie de cada lámina termoconductora usando un microscopio óptico “Microscopio Digital VHX2000” (fabricado por KEYENCE CORPORATION) con un aumento de 200 en una iluminancia de 2000 lx en base al estándar de iluminancia del documento Z9110 del JIS. En la imagen de observación, el número total de cargas anisotrópicas (A) y el número de cargas anisotrópicas dispuestas de tal forma que caigan (B) en la región medida correspondiente a 600 a 800 mm x 800 a 1000 mm de la lámina termoconductora se contaron visualmente mediante el método descrito en la especificación, calculando por ello B/A x 100. Esta operación se repitió 100 veces de tal forma que cada operación se realizó en una región de medición diferente en una superficie de la lámina termoconductora, y se determinó que el valor medio sea usado como la proporción de la carga anisotrópica dispuesta de tal forma que caiga.
[Valor de resistencia térmica]
El valor de resistencia térmica se midió usando una máquina de medición de resistencia térmica como se muestra en la Fig. 3 mediante el método descrito a continuación. Específicamente, una pieza de prueba S que tiene un tamaño de 30 mm x 30 mm para la presente prueba se preparó para cada muestra. Cada pieza de prueba S se pegó sobre un bloque de cobre 22 de manera que una cara de medición tenga un tamaño de 25,4 mm x 25,4 mm y las caras laterales estén cubiertas con un aislante térmico 21, y se mantuvo entre el bloque de cobre y un bloque de cobre superior 23, y se aplicó carga con una celda de carga 26 para establecer el espesor de tal forma que llegase a ser el 90,0% del espesor original. El bloque de cobre inferior 22 está en contacto con un calentador 24. El bloque de cobre superior 23 está cubierto con el aislante térmico 21 y está conectado a un disipador de calor 25 con un ventilador. Posteriormente, el calentador 24 se calentó con un poder calorífico de 25 W, y 10 minutos más tarde, cuando la temperatura alcanzó un estado casi estacionario, la temperatura del bloque de cobre superior 23 (θj0), la temperatura del bloque de cobre inferior 22 (θji), y se midió el poder calorífico del calentador (Q) para determinar el valor de resistencia térmica de cada muestra a partir de la siguiente expresión (1).
Resistencia térmica = (θj1- θj0)/Q...... Expresión (1)
en donde θj1representa la temperatura del bloque de cobre inferior 22, θj0representa la temperatura del bloque de cobre superior 23 y Q representa el poder calorífico.
[Prueba de adherencia de bola inclinada]
La lámina termoconductora producida en cada uno de los Ejemplos y el Ejemplo Comparativo se ajustó a un tamaño de 20 a 25 mm de ancho y 50 mm de largo para hacer una pieza de prueba. Se preparó una placa plana (placa de aluminio) que es suficientemente mayor que la pieza de prueba, y la pieza de prueba se pegó a la placa plana de tal forma que una cara que es objeto de la prueba de adherencia de bola sea una superficie frontal y no ocurrió una diferencia grande de nivel. La placa plana a la que se pegó la pieza de prueba se configuró de tal forma que tuviera un ángulo de inclinación de 30°.
Posteriormente, se configuró una bola de acero en la parte más superior de la pieza de prueba, y el tiempo hasta que la bola de acero alcanzó la parte más inferior de la pieza de prueba (es decir, el tiempo requerido para que la bola de acero se mueva una longitud de la pieza de prueba de 50 mm) se midió para realizar una evaluación de cinco grados de la adherencia como se describe a continuación. Una bola de acero cuyo material es acero con alto contenido de cromo en carbono SUJ2 especificado en el documento G 4805 del JIS, la bola de acero que tiene un tamaño de 5,4 a 5,5 de peso, se usó como la bola de acero.
(Evaluación)
1: La bola de acero pasa sin parar.
2: El tiempo de llegada está dentro de 1 segundo, pero hay un momento en el que el movimiento se detiene en el momento cuando comienza o finaliza la prueba.
3: El tiempo de llegada excede 1 segundo y está dentro de 5 segundos.
4: El tiempo de llegada excede 5 segundos y está dentro de 13 segundos.
5: El tiempo de llegada excede 13 segundos.
Ejemplo 1
Se obtuvo una composición mezclada mezclando: organopolisiloxano que contiene un grupo alquenilo y un organopolisiloxano de hidrógeno (100 partes en masa en total, relación de relleno en volumen del 30% en volumen) como la matriz de polímero (composición de polímero); 130 partes en masa (relación de relleno en volumen del 18% en volumen) de una fibra de carbono grafitizada (longitud de fibra media de 100 μm, relación de aspecto de 10, conductividad térmica de 500 W/m K) como la carga anisotrópica; y 250 partes en masa (relación de relleno en volumen del 20% en volumen) de un polvo de óxido de aluminio (diámetro de partícula medio esférico de 10 μm, relación de aspecto de 1,0) y 250 partes en masa (relación de relleno en volumen del 32% en volumen) de un polvo de hidróxido de aluminio (forma indefinida, diámetro de partícula medio de 8 μm) como la carga no anisotrópica. La composición mezclada tenía una viscosidad de 40 Pas.
A continuación, se prepararon dos láminas de materiales de liberación, cada una que consistía en una película de PET tratada para liberación con una resina fluorada, y después de que se aplicó la composición mezclada sobre un material de liberación, el otro material de liberación se presiona hacia la composición mezclada para comprimir la composición mezclada hasta que el espesor alcanzó los 2 mm, obteniendo por ello un cuerpo laminado.
Posteriormente, se aplicó un campo magnético de 8 teslas al cuerpo laminado en la dirección del espesor y, simultáneamente, se añadió una vibración (la intensidad de vibración era “ultra débil”) con aire comprimido desde un aparato de vibración, orientando por ello la fibra de carbono grafitizada en la dirección del espesor, y a partir de entonces la matriz se curó calentando a 80°C durante 60 minutos, obteniendo por ello una lámina termoconductora mantenida entre las dos láminas de materiales de liberación. Posteriormente, se liberaron las dos láminas de materiales de liberación para obtener una lámina termoconductora de manera que la fibra de carbono grafitizada no se exponga en la superficie. Cada superficie de la lámina termoconductora tenía adhesividad.
La Fig. 4 muestra un diagrama esquemático de una imagen obtenida observando la superficie de la lámina termoconductora obtenida en el Ejemplo 1 con un microscopio óptico. Con el microscopio óptico, la fibra de carbono que queda a lo largo de las inmediaciones de la superficie se observa en una longitud igual a la longitud de fibra real, y se observa en una longitud más corta que la de la longitud de fibra real a medida que el grado de inclinación con respecto a la superficie llega a ser más grande. Como se muestra en la Fig. 4, entre las fibras de carbono 33 sobre la superficie de la lámina termoconductora, había muchas fibras de carbono 33A que se orientaron en la dirección del espesor y sustancialmente solamente se veían las superficies extremas de las fibras, pero algunas partes de las fibras de carbono eran fibras de carbono 33X que se dispusieron de tal forma que quedaran a lo largo de la superficie o fibras de carbono 33Y que se inclinan con respecto a la superficie y, por lo tanto, se dispusieron de tal forma que caigan. Con respecto a estas fibras de carbono 33, solamente se muestran en la figura las fibras de carbono lineales, pero, por supuesto, una fibra de carbono que esté algo doblada no importa. Los resultados de la evaluación se muestran en la Tabla 1.
Ejemplo 2
Una lámina termoconductora de manera que la fibra de carbono grafitizada no se exponga en la superficie se obtuvo de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que la intensidad de la vibración que se añadió al cuerpo laminado se hizo más fuerte que en el Ejemplo 1 para establecer la intensidad de la vibración en “Débil”. Cada superficie de la lámina termoconductora tenía adhesividad. Los resultados de la evaluación se muestran en la Tabla 1.
Ejemplo 3
Una lámina termoconductora de manera que la fibra de carbono grafitizada no se exponga en la superficie se obtuvo de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que la intensidad de la vibración que se añadió al cuerpo laminado se hizo más fuerte que en el Ejemplo 2 para establecer la intensidad de la vibración en “Media”. Cada superficie de la lámina termoconductora tenía adhesividad. Los resultados de la evaluación se muestran en la Tabla 1.
Ejemplo 4
Una lámina termoconductora de manera que la fibra de carbono grafitizada no se exponga en la superficie se obtuvo de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que la intensidad de la vibración que se añadió al cuerpo laminado se hizo más fuerte que en el Ejemplo 3 para establecer la intensidad de la vibración en “Fuerte”. Cada superficie de la lámina termoconductora tenía adhesividad. Los resultados de la evaluación se muestran en la Tabla 1.
Ejemplo 5
Una lámina termoconductora de manera que la fibra de carbono grafitizada no se exponga en la superficie se obtuvo de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que la intensidad de la vibración que se añadió al cuerpo laminado se hizo más fuerte que en el Ejemplo 4 para establecer la intensidad de la vibración en “Súper Fuerte”. Cada superficie de la lámina termoconductora tenía adhesividad. Los resultados de la evaluación se muestran en la Tabla 1.
Ejemplo 6
Una lámina termoconductora de manera que la fibra de carbono grafitizada no se exponga en la superficie se obtuvo de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que la vibración no se añadió al cuerpo laminado. Cada superficie de la lámina termoconductora tenía adhesividad. Los resultados de la evaluación se muestran en la Tabla 1.
Ejemplo comparativo 1
Una lámina termoconductora de manera que la fibra de carbono grafitizada no se exponga en la superficie se obtuvo de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que no se aplicó el campo magnético al cuerpo laminado, y no se añadió la vibración al cuerpo laminado. Los resultados de la evaluación se muestran en la Tabla 1.
Como está claro a partir de los resultados de los Ejemplos, cuando la carga anisotrópica se dispone de tal forma que caiga en una proporción predeterminada en las inmediaciones de la superficie de la lámina termoconductora, se pueden obtener, por ello, un valor de resistencia térmica deseado y una conductividad térmica deseada, de modo que se puedan mejorar las propiedades de conducción térmica en la dirección del espesor. Por otra parte, como se muestra en el Ejemplo Comparativo, cuando la cantidad de carga anisotrópica que se dispone de tal forma que caiga es grande, no se pueden obtener un valor de resistencia térmica deseado y una conductividad térmica deseada, de modo que las propiedades de conducción térmica en la dirección del espesor no se puedan mejorar suficientemente.
Lista de signos de referencia
10, 20 Lámina termoconductora
10A, 10B, 20A, 20B Superficie
12 Matriz de polímero
13A Superficie extrema
13B Superficie periférica exterior
13, 13X, 13Y Carga anisotrópica
14 Carga no anisotrópica
21 Aislante térmico
22 Bloque de cobre inferior
23 Bloque de cobre superior
24 Calentador
25 Disipador de calor
26 Celda de carga
S Pieza de prueba
θj0Temperatura del bloque de cobre superior
θj1Temperatura del bloque de cobre inferior

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Una lámina termoconductora (10) que comprende:
una matriz de polímero (12); y
una carga anisotrópica (13), la carga anisotrópica (13) orientada en una dirección de espesor caracterizada por que la carga anisotrópica (13) se dispone de tal forma que caiga en una proporción del 1 al 45% en una superficie de la lámina termoconductora (10), la superficie observada con un microscopio óptico.
2. La lámina termoconductora según la reivindicación 1, en donde la carga anisotrópica no está expuesta en la superficie de la lámina termoconductora.
3. La lámina termoconductora según la reivindicación 1 o 2, en donde la carga anisotrópica es un material de fibra.
4. La lámina termoconductora según la reivindicación 3, en donde el material de fibra es una fibra de carbono.
5. La lámina termoconductora según la reivindicación 3 o 4, en donde el material de fibra tiene una longitud de fibra media de 50 a 500 μm.
6. La lámina termoconductora según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende además una carga no anisotrópica.
7. La lámina termoconductora según la reivindicación 6, en donde la carga no anisotrópica es al menos una seleccionada del grupo que consiste en alúmina, aluminio, óxido de zinc, nitruro de boro y nitruro de aluminio.
8. La lámina termoconductora según la reivindicación 6 o 7, en donde una relación de una relación de relleno en volumen de la carga no anisotrópica a una relación de relleno en volumen de la carga anisotrópica es de 2 a 5.
9. La lámina termoconductora según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde al menos parte de la carga anisotrópica que se dispone de tal forma que caiga en la superficie se dispone de tal forma que se incline con respecto a la superficie.
10. La lámina termoconductora según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde la matriz de polímero es silicona del tipo curable por reacción de adición.
11. La lámina termoconductora según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde la lámina termoconductora tiene un espesor de 0,1 a 5 mm.
12. La lámina termoconductora según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde la lámina termoconductora tiene una conductividad térmica en una dirección de espesor de 6 w/mK o más.
13. La lámina termoconductora según la reivindicación 4, en donde la fibra de carbono está cubierta con una capa aislante.
14. La lámina termoconductora según la reivindicación 13, en donde la capa aislante comprende dióxido de silicio.
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