(57)【要約】      （修正有）【課題】熱放散係数が高く、曲げることができる、熱放散基板を提供する。【解決手段】熱放散基板の材料は、（１）約１５〜４０重量％の、融点が１５０℃より高いフッ素含有結晶性ポリマー、（２）約６０〜８５重量％の、フッ素含有結晶性ポリマー内に分散された熱伝導性フィラー及び（３）重量で熱伝導性フィラーの０.５〜３％の、化学式が：2008294429.tif 000007の結合剤を含む。ここで、Ｒ1，Ｒ2及びＲ3はａ≧１のアルキル基ＣａＨ２ａ＋１であり、Ｘ及びＹは水素、フッ素、塩素及びアルキル基から選ばれ、ｎは正の整数である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導率が１.０Ｗ/ｍ-Ｋより大きい熱放散材料において、
融点が１５０℃より高いフッ素含有結晶性ポリマー、
前記フッ素含有結晶性ポリマー内に分散された熱伝導性フィラー、及び
化学式が：
【化１】
2008294429.tif 000005
の結合剤、ここで、
Ｒ1，Ｒ2及びＲ3はアルキル基ＣａＨ２ａ＋１（ａ≧１）であり、
Ｘ及びＹは、水素、フッ素、塩素及びアルキル基から選ばれ、
ｎは正の整数である、
を含むことを特徴とする熱放散材料。
【請求項２】
前記フッ素含有結晶性ポリマーの重量％が１５〜４０％であり、前記熱伝導性フィラーの重量％が６０〜８５％であり、前記結合剤が重量で前記熱伝導性フィラーの０.５〜３％であることを特徴とする請求項１に記載の熱放散材料。
【請求項３】
前記フッ素含有結晶性ポリマーが、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）及びポリエチレンテトラフルオロエチレン（ＰＥＴＦＥ）からなる群から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の熱放散材料。
【請求項４】
前記フッ素含有結晶性ポリマーが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレンコポリマー（ＦＥＰ）、エチレン-テトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシ変性テトラフルオロエチレン（ＰＦＡ）、ポリ（クロロ-トリ-フルオロテトラフルオロエチレン）（ＰＣＴＦＥ）、フッ化ビニリデン-テトラフルオロエチレンコポリマー（ＶＦ-２-ＴＦＥ）、ポリ（フッ化ビニリデン）、テトラフルオロエチレン-ペルフルオロジオキソールコポリマー、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレンターポリマー及びテトラフルオロエチレン-ペルフルオロメチルビニルエーテル＋キュアサイトモノマーターポリマーからなる群から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の熱放散材料。
【請求項５】
前記結合剤が重量で前記熱伝導性フィラーの０.７５〜１.５％であることを特徴とする請求項１に記載の熱放散材料。
【請求項６】
前記熱伝導性フィラーが酸化物または窒化物から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の熱放散材料。
【請求項７】
前記酸化物が、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化亜鉛及び二酸化チタンからなる群から選ばれることを特徴とする請求項６に記載の熱放散材料。
【請求項８】
前記窒化物が、窒化ジルコニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム及び窒化ケイ素からなる群から選ばれることを特徴とする請求項６に記載の熱放散材料。
【請求項９】
熱放散基板において、
第１の金属箔、
第２の金属箔、及び
前記第１の金属箔と前記第２の金属箔の間に物理的接触によって積層された熱放散材料層、
を有し、前記熱放散材料層の熱伝導率は１Ｗ/ｍ-Ｋより大きく、前記熱放散材料層の厚さは０.５ｍｍより薄く、前記熱放散材料層が、
融点が１５０℃より高いフッ素含有結晶性ポリマー、
前記フッ素含有結晶性ポリマー内に分散された熱伝導性フィラー、及び
化学式が：
【化２】
2008294429.tif 000006
の結合剤、ここで、
Ｒ1，Ｒ2及びＲ3はアルキル基ＣａＨ２ａ＋１（ａ≧１）であり、
Ｘ及びＹは、水素、フッ素、塩素及びアルキル基から選ばれ、
ｎは正の整数である、
を含む、
ことを特徴とする熱放散基板。
【請求項１０】
前記フッ素含有結晶性ポリマーの重量％が１５〜４０％であり、前記熱伝導性フィラーの重量％が６０〜８５％であり、前記結合剤が重量で前記熱伝導性フィラーの０.５〜３％であることを特徴とする請求項９に記載の熱放散基板。
【請求項１１】
前記フッ素含有結晶性ポリマーが、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）及びポリエチレンテトラフルオロエチレン（ＰＥＴＦＥ）からなる群から選ばれることを特徴とする請求項９に記載の熱放散基板。
【請求項１２】
前記フッ素含有結晶性ポリマーが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレンコポリマー（ＦＥＰ）、エチレン-テトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシ変性テトラフルオロエチレン（ＰＦＡ）、ポリ（クロロ-トリ-フルオロテトラフルオロエチレン）（ＰＣＴＦＥ）、フッ化ビニリデン-テトラフルオロエチレンコポリマー（ＶＦ-２-ＴＦＥ）、ポリ（フッ化ビニリデン）、テトラフルオロエチレン-ペルフルオロジオキソールコポリマー、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレンターポリマー及びテトラフルオロエチレン-ペルフルオロメチルビニルエーテル＋キュアサイトモノマーターポリマーからなる群から選ばれることを特徴とする請求項９に記載の熱放散基板。
【請求項１３】
前記熱伝導性フィラーが、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化亜鉛、二酸化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム及び窒化ケイ素からなる群から選ばれることを特徴とする請求項９に記載の熱放散基板。
【請求項１４】
前記熱放散基板が、前記熱放散基板の幅が１ｃｍであり、前記第２の金属箔が除去されており、前記第１の金属箔の厚さが０.２ｍｍより薄い場合に、破断をおこすかまたは前記放熱基板の表面に亀裂を生じることなく、１０ｍｍの円に曲げ得ることを特徴とする請求項９に記載の熱放散基板。
【請求項１５】
前記熱放散基板が、２気圧（２.０２６×１０５Ｐａ）及び１２１℃で飽和水蒸気に２４時間さらされた後に、２ｋＶ/０.２ｍｍより高い電圧に耐え得ることを特徴とする請求項９に記載の熱放散基板。
【請求項１６】
前記第１の金属箔及び前記第２の金属箔が銅箔であることを特徴とする請求項９に記載の熱放散基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱放散基板及びその熱放散材料に関し、さらに詳しくは、電子デバイスに適用される熱放散基板及びその熱放散材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
デバイス動作のために実エネルギー消費とは別に、動作中の電子デバイスによって消費される電気エネルギーの大半は熱に変えられて、放散される。電子デバイスによって発生される熱は電子デバイスの内部温度を急速に高める。熱を効率的に放散できなければ、電子デバイスは過熱によってさらに高温になり、あるいは能力を失うであろう。したがってそのような電子デバイスの信頼性は低下するであろう。
【０００３】
表面実装技術（ＳＭＴ）によって電子デバイスを一層高密度でプリント回路基板（ＰＣＢ）に配置することが可能になり、この結果、有効熱放散領域の大きさが減少する。その結果のデバイス温度の上昇はデバイスの信頼性に深刻な影響を与えるであろう。広く世間の注目を集めている、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）の高熱はＬＥＤデバイスの発光強度及び耐久性に悪影響を与えるであろう。したがって、熱放散設計が非常に重要になる。
【０００４】
多数のＬＥＤデバイスが、モニタのバックライト及び普通の照明装置だけでなく、回路基板にも普通に使用されている。回路基板は、ＬＥＤモジュールキャリアとしてはたらくだけでなく、熱放散機能も提供する。
【０００５】
銅箔をその上にもつファイバガラスＦＲ４からなる既知のプリント回路基板の熱放散係数は約０.３Ｗ/ｍ-Ｋであり、これは現在の要求を満たさない。さらに、ＦＲ４を用いる熱放散基板は曲げることが困難であり、折畳み式製品用途には不適になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、熱放散係数が高く、曲げることできる、熱放散基板及び熱放散材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、優れた熱放散能力、高電圧に耐える絶縁挙動及び可曲げ性を有する熱放散基板を提供する。すなわち、本基板は基板上に配置された電子デバイス、例えば大パワーＬＥＤデバイスの熱放散のためのＰＣＢとしてはたらくことができる。
【０００８】
本発明は熱放散材料及び熱放散基板を開示する。熱放散基板は第１の金属箔、第２の金属箔及び熱放散材料層を有する。熱放散材料層は物理的接触により第１の金属箔と第２の金属箔の間に積層される。熱放散材料層の熱放散係数は１.０Ｗ/ｍ-Ｋより大きく、厚さは０.５ｍｍより薄い。熱放散材料層の材料は、（１）融点が１５０℃より高い約１５〜４０重量％のフッ素含有結晶性ポリマー、（２）フッ素含有結晶性ポリマー内に分散された約６０〜８５重量％の熱伝導性フィラー及び（３）重量で熱伝導性フィラーの０.５〜３％の、化学式が：
【化１】
2008294429.tif 000002
【０００９】
の結合剤を含む。ここで、
Ｒ1，Ｒ2及びＲ3はアルキル基ＣａＨ２ａ＋１（ａ≧１）であり、
Ｘ及びＹは水素、フッ素、塩素及びアルキル基（ＣａＨ２ａ＋１）から選ばれ、
ｎは正の整数である。
【００１０】
フッ素含有結晶性ポリマーはポリエチレンテトラフルオロエチレン（ＰＥＴＦＥ）またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とし得ることが好ましい。ＰＥＴＦＥの融点は２２０℃より高く、ＰＶＤＦの融点は１５０℃より高い。これらはいずれも高融点を有し、難燃性であり得る。言い換えれば、これらはいずれも高温に耐え、火がつかず、したがって安全の観点から有益である。熱伝導性フィラーには、酸化物または窒化物のような、熱伝導性セラミック材料を使用することができる。
【００１１】
優れた熱伝導性及び電気絶縁性に加えて、第１の金属箔及び第２の金属箔の厚さが０.１ｍｍ及び０.２ｍｍより薄く、熱放散層の厚さが０.５ｍｍ（好ましくは０.３ｍｍ）より薄ければ、幅が１ｃｍの基板は、破断しないかまたは基板の表面に亀裂を生じずに試験基板が直径１０ｍｍの円に曲げられる、曲げ試験に合格できる。したがって、本基板は折畳み式製品に適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の熱放散材料は、フッ素含有結晶性ポリマー、熱伝導性フィラー及び結合剤を含む。成分、百分率及び製造方法が以下に開示される。
【００１３】
熱放散材料は熱放散基板を形成するために金属箔をともなうことができ、製造方法の例は以下に示される。（１）分量が２４％のフッ素含有結晶性ポリマー及び分量が７６％の熱伝導性フィラー及び結合剤をボール粉砕ミルに入れて、１００ｒｐｍの条件で１２時間混合する。言い換えれば、フッ素含有結晶性ポリマーと熱伝導性フィラーの重量比は２４：７６である。（２）予備混合した材料を油温が２４０℃のニーダー混練機に入れて４５ｒｐｍで混練する。材料が溶融して均一になった後、約２７０℃で混練が完了する。（３）ニーダー混練機内の溶融材料を切断機に通して、３００℃で小片に切断する。（４）小片を２軸スクリュー押出機に入れて２８０℃でラミネートを形成し、次いでラミネートに銅箔のような金属箔をプレス機で圧着して、図１に示されるような熱放散基板１０を形成する。金属箔を含む基板１０の厚さは約０.２７ｍｍである。
【００１４】
熱放散基板１０は、第１の金属箔１１，第２の金属箔１２及び第１の金属箔１１と第２の金属箔１２の間に積層された熱放散材料層１３を含む。熱放散材料層１３は上述した熱放散材料を含む。第１の金属箔１１及び第２の金属箔１２は熱放散材料層１３と物理的に接触しており、熱放散材料層１３と接触している金属箔１１及び１２は熱放散材料層１３との接合強度を高めるノジュールを有することができる。
【００１５】
フッ素含有結晶性ポリマーにはＰＥＴＦＥまたはＰＶＤＦを含めることができる。一実施形態において、ＰＥＴＦＥには、ダウ・ケミカル（Dow Chemical）社のＱ３-９０３０またはテフゼル（Tefzel）（商標）が用いられる。熱伝導性フィラーは酸化物または窒化物とすることができる。結合剤は、重量で熱伝導性フィラーの０.５〜３％であり、化学式は：
【化２】
2008294429.tif 000003
【００１６】
である。ここで、
Ｒ1，Ｒ2及びＲ3はアルキル基ＣａＨ２ａ＋１（ａ≧１）であり、
Ｘ及びＹは、水素（Ｈ）、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）及びアルキル基（ＣａＨ２ａ＋１）から選ばれ、
ｎは正の整数である。
【００１７】
結合剤の影響を明瞭に理解するため、対照試料を、ボール粉砕ミルでの混合時間が２０分に変更され、結合剤が導入されていないことを除いて、同じプロセスで作成した。結合剤の百分率が様々な実験試料及び対照試料の耐圧試験及び曲げ試験の結果が表１に示される。
【００１８】
耐圧試験は、試料が２気圧（２.０１６×１０５Ｐａ）及び１２１℃の飽和水蒸気に２４時間さらされるプレッシャークッカー試験（ＰＣＴ：高温高湿加圧試験）として行われる。試料が十分に中実ではない場合、蒸気の介在が耐圧性能を低下させるであろう。曲げ試験については、幅１ｃｍの試料から第２の金属箔が除去される。すなわち、試料は銅箔を一方しか有していない。次いで、試料を円に曲げ、試料の破断がおこらない最小の直径が記録される。
【表１】
2008294429.tif 000004
【００１９】
表１に示されるように、結合剤をもたない対照試料の耐圧は、初期状態に比較して、高温高湿加圧試験後にかなり低下し、結合剤をもつ実験試料１〜実験試料５では高温高湿加圧試験後も高電圧（＞２ｋＶ）に耐えることができ、結合剤及び熱伝導性フィラーの重量比は、より優れた耐圧性能が得られる、０.７５〜１.５％であることが好ましい。さらに、全ての実験試料は、曲げ試験における試料破断直径が１０ｍｍより小さく、（試料破断直径が１０ｍｍより大きい）結合剤をもたない試料よりも結合剤をもつ試料の曲げ試験性能がかなり優れているから、結合剤の百分率を高めることによって曲げ性能をかなり向上させることができる。言い換えれば、結合剤を多くするほど試料をより一層柔軟にすることができ、よってより優れた曲げ性能を得ることができる。
【００２０】
フッ素含有結晶性ポリマー及び熱伝導性フィラーの百分率は、同じ性能を維持できる限り、調節することができる。好ましくは、フッ素含有結晶性ポリマーの重量％は１５〜４０％であり、熱伝導性フィラーの重量％は６０〜８５％である。結合剤は重量で熱伝導性フィラーの０.５〜３％である。
【００２１】
さらに、熱伝導性ポリマーは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレンコポリマー（ＦＥＰ）、エチレン-テトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシ変性テトラフルオロエチレン（ＰＦＡ）、ポリ（クロロ-トリ-フルオロテトラフルオロエチレン）（ＰＣＴＦＥ）、フッ化ビニリデン-テトラフルオロエチレンコポリマー（ＶＦ-２-ＴＦＥ）、ポリ（フッ化ビニリデン）、テトラフルオロエチレン-ペルフルオロジオキソールコポリマー、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレンターポリマー及びテトラフルオロエチレン-ペルフルオロメチルビニルエーテル＋キュアサイトモノマーターポリマーからなる群から選ぶことができる。
【００２２】
熱伝導性フィラーは酸化物または窒化物とすることができる。窒化物は、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）及び窒化ケイ素（ＳｉＮ）からなる群から選ぶことができる。酸化物は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び二酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる群から選ぶことができる。
【００２３】
熱放散材料の熱伝導率は、１.０Ｗ/ｍ-Ｋまたは１.５Ｗ/ｍ-Ｋより大きく、これはＦＲ４のような従来のファイバガラスと比較してかなり高い熱放散効率を表す。
【００２４】
本発明の熱放散材料は高熱伝導効率及び高耐圧を有し、曲げ性能が優れた熱放散基板が本熱放散材料でつくられる。したがって、本熱放散材料は、プリント回路基板に、あるいは照明ＬＥＤモジュールの熱放散のために、またはノートブックコンピュータまたはセル式携帯電話のような折畳み式製品の熱放散のために、適用することができる。
【００２５】
上述した本発明の実施形態は例示が目的とされているに過ぎない。当業者であれば添付される特許請求の範囲を逸脱しない数多くの別の実施形態を案出できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態にしたがう熱放散基板を示す
【符号の説明】
【００２７】
１０    熱放散基板
１１，１２    金属箔
１３    熱放散材料層
【図１】
2008294429.tif 000008