Die vorliegende Erfindung betrifft einen wärmeleitenden Körper und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Ein derartiger wärmeleitender Körper ist in einer elektronischen Vorrichtung zwischen einem elektronischen Teil und einem Kühlelement, wie einem Radiator oder einer metallischen Wärmeübertragungsplatte, angeordnet und überträgt von dem elektronischen Teil generierte Wärme.

In den letzten Jahren stieg der Energieverbrauch von elektronischen Elementen mit der steigenden Leistungsfähigkeit von elektronischen Elementen, welche durch einen Prozessor eines Computers repräsentiert werden, wobei gleichzeitig auch die durch elektronische Elemente generierte Wärmemenge anstieg. Da die Verarbeitungsfähigkeit elektronischer Elemente aufgrund von Wärme sinkt, ist es notwendig Wärmestaus in elektronischen Elementen zu vermeiden. Das Kühlen von elektronischen Elementen wird daher zu einem entscheidenden Problem zur Aufrechterhaltung der Leistungsfähigkeit von elektronischen Elementen.

Deswegen ist für einen derartigen wärmeleitenden Körper, der zwischen einem elektronischen Teil und einem Kühlelement (einer Kühlrippe oder ähnlichem) angeordnet ist und der von dem elektronischen Teil generierte Wärme an das Kühlelement überträgt, eine hohe Wärmeleitfähigkeit erforderlich. Beispielsweise offenbart die japanische Offenlegungsschrift Nr. 63-20340 einen wärmeleitenden Körper, der aus einer Zusammensetzung, in der ein wärmeleitender Füllstoff in ein polymeres Matrixmaterial integriert ist, ausgebildet ist. Es ist bekannt, dass herkömmlicherweise bei einem derartigen wärmeleitenden Körper, der wärmeleitende Körper eine desto höhere Wärmeleitfähigkeit aufweisen wird, je höher der Gehalt an einem wärmeleitenden Füllstoff in dem wärmeleitenden Körper ist. Jedoch steigt die Viskosität einer solchen Zusammensetzung im Allgemeinen an, wenn die Menge an wärmeleitendem Füllstoff steigt. Demzufolge verschlechtert sich die Bearbeitbarkeit und Verarbeitbarkeit, wie die Formbarkeit, der Zusammensetzung. Aus diesem Grund sollte der Gehalt des wärmeleitenden Füllstoffs in der Zusammensetzung eine bestimmte Höhe unterschreiten. Daher kann eine hohe Wärmeleitfähigkeit eines aus einer derartigen Zusammensetzung ausgebildeten wärmeleitenden Körpers nicht erzielt werden.

In den japanischen Offenlegungsschriften Nr. 9-283955, 11-279406, 2002-97372 und 11-302545 werden wärmeleitende Zusammensetzungen und Körper offenbart, in die Kohlenstofffasern als wärmeleitender Füllstoff integriert sind. In den in diesen Veröffentlichungen beschriebenen wärmeleitenden Zusammensetzungen und Körper steigt die Viskosität der Zusammensetzung auf Grund der Integration von Kohlenstofffasern an, wobei die Fluidität der Zusammensetzung sinkt. Deswegen setzt das Einmischen von Luft in die Zusammensetzungen die Verarbeitbarkeit der Zusammensetzungen herab. Wenn Kohlenstofffasern in eine Richtung orientiert werden um die Wärmeleitfähigkeit in diese Richtung zu erhöhen, verhindert eine derartig hohe Viskosität und niedrige Fluidität der Zusammensetzungen, dass die Kohlenstofffasern hochgradig ausgerichtet werden. Dementsprechend kann ein resultierender wärmeleitender Körper keine ausreichend hohe Wärmeleitfähigkeit erlangen.

Die vorliegende Erfindung geht die oben genannten herkömmlichen Probleme an. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, einen wärmeleitenden Körper, der im Stande ist eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufzuweisen, und ein Verfahren zu dessen Herstellung zur Verfügung zu stellen.

Die vorliegende Erfindung stellt einen aus einer wärmeleitenden Zusammensetzung ausgebildeten wärmeleitenden Körper zu Verfügung. Die wärmeleitende Zusammensetzung umfasst ein polymeres Matrixmaterial; wärmeleitende Fasern, wobei der durchschnittliche Faserdurchmesser der wärmeleitenden Fasern in einem Bereich von 5 bis 15 &mgr;m liegt und die durchschnittliche Faserlänge der wärmeleitenden Fasern in einem Bereich von 70 bis 130 &mgr;m liegt, und wobei die wärmeleitenden Fasern nicht mehr als 20 Prozent der Gesamtmenge der wärmeleitenden Fasern an feinen Fasern, die eine Länge von 20 &mgr;m oder weniger aufweisen, umfassen; und einen nicht-faserförmigen wärmeleitenden Füllstoff. Darüber hinaus weisen die wärmeleitenden Fasern diamagnetische Eigenschaften auf und die wärmeleitenden Fasern sind in dem wärmeleitenden Körper richtungsorientiert.

Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung eines wärmeleitenden Körpers umfassend ein polymeres Matrixmaterial, wärmeleitende Fasern und einen nicht-faserförmigen wärmeleitenden Füllstoff, zur Verfügung. Der durchschnittliche Faserdurchmesser der wärmeleitenden Fasern liegt in einem Bereich von 5 bis 15 &mgr;m und die durchschnittliche Faserlänge der wärmeleitenden Fasern liegt in einem Bereich von 70 bis 130 &mgr;m. Die wärmeleitenden Fasern umfassen nicht mehr als 20 Prozent der Gesamtmenge der wärmeleitenden Fasern an feinen Fasern, die eine Länge von 20 &mgr;m oder weniger aufweisen. Die wärmeleitenden Fasern weisen darüber hinaus diamagnetische Eigenschaften auf. Das Verfahren ist durch die Schritte: Bereitstellen einer wärmeleitenden Zusammensetzung durch Verteilen der wärmeleitenden Fasern und des nicht-faserförmigen wärmeleitenden Füllstoffs in dem polymeren Matrixmaterial, Anwenden einer magnetischen Kraft auf die wärmeleitende Zusammensetzung, und Verfestigen oder Härten des polymeren Matrixmaterials, gekennzeichnet.

Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung deutlich werden.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden näher erläutert.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein wärmeleitender Körper aus einer wärmeleitenden Zusammensetzung ausgebildet, die ein polymeres Matrixmaterial, wärmeleitende Fasern und einen nicht-faserförmigen wärmeleitenden Füllstoff umfasst.

Der durchschnittliche Faserdurchmesser der wärmeleitenden Fasern liegt in einem Bereich von 5 bis 15 &mgr;m, während die durchschnittliche Faserlänge der wärmeleitenden Fasern in einem Bereich von 70 bis 130 &mgr;m liegt.

Die wärmeleitenden Fasern umfassen nicht mehr als 20 Prozent der Gesamtmenge (Anzahl) der wärmeleitenden Fasern an feine Fasern, die eine Faserlänge von 25 &mgr;m oder weniger aufweisen. Darüber hinaus weisen die wärmeleitenden Fasern diamagnetische Eigenschaften auf und derartige wärmeleitende Fasern sind in dem wärmeleitenden Körper in einer festgelegten Richtung ausgerichtet.

Das polymere Matrixmaterial kann entsprechend der benötigten Funktion, wie mechanische Stärke, Wärmebeständigkeit und Haltbarkeit, ausgewählt werden und dessen chemische Zusammensetzung und Verfestigungsverfahren sind nicht speziell eingeschränkt. Beispiele für die polymeren Matrixmaterialien umfassen thermoplastische Harze oder Reaktionsharze, wie Epoxyharze und Urethanharze, Gummimaterialien umfassend synthetische Gummis, wie Silikonkautschuk und Fluorkohlenwasserstoffgummis, und verschiedene Arten von thermoplastischen Elastomeren. Das polymere Matrixmaterial kann auch nicht-ausgehärtete Materialien umfassen, die eine Polymermatrix durch eine Aushärtungsreaktion erzeugen können. Diese polymeren Matrixmaterialien können in die Zusammensetzung allein oder als eine Kombination von zwei oder mehr gemischt werden.

Unter den polymeren Matrixmaterialien wird ein Silikonkautschuk bevorzugt, da dieser eine hervorragende Wärmebeständigkeit und eine gute Adhäsion und Konformität mit elektronischen Teilen aufweist. Der Silikonkautschuk kann durch Aushärten von Polyorganosiloxan, das dessen Rohmaterial ist, erhalten werden. Physikalische Zustände von Silikonkautschuk umfassen einen gelatinösen Zustand und geschäumte Zustände sowie einen elastomeren Zustand. Das Verfahren zum Aushärten des Silikonkautschuks ist nicht speziell eingeschränkt und kann eine Radikalreaktion eines organischen Peroxids, eine Additionsreaktion in der ein eine Vinylgruppe umfassendes Polydimethylsiloxan und ein Polyorganosiloxan mit einem an ein Silikonatom gebunden Wasserstoffatom in Gegenwart eines Katalysators auf Platinbasis umgesetzt werden, und einer Kondensationsreaktion, die ein Kondensationsprodukt während des Aushärtens erzeugt, verwenden. Der Einkomponententyp und der Zweikomponententyp können als die Arten von Silikonkautschuk genannt werden.

Unter den Silikonkautschuken wird ein Silikonkautschuk, der durch Aushärten eines flüssigen Polyorganosiloxans des Additionsreaktionstyps erzeugt wird, als polymeres Matrixmaterial bevorzugt. Da flüssiges Polyorganosiloxan des Additionsreaktionstyps eine niedrige Viskosität aufweist, weist es hervorragende Beladungseigenschaften für wärmeleitende Fasern und einen nicht-faserförmigen wärmeleitenden Füllstoff auf. Das heißt, die Verwendung von flüssigem Polyorganosiloxan des Additionsreaktionstyps kann die Menge an wärmeleitenden Fasern und nicht-faserförmigem wärmeleitendem Füllstoff, die in die Zusammensetzung gemischt werden sollen, erhöhen. Flüssiges Polyorganosiloxan des Additionsreaktionstyps, das einen Polymerisationsgrad von um 100 bis 2000 und eine niedrige Viskosität aufweist, weist eine hervorragende Formbarkeit auf und kann einem resultierenden wärmeleitenden Körper eine hervorragende Flexibilität verleihen.

Vom Standpunkt einer guten Formbarkeit aus, beträgt die Viskosität eines Silikonkautschukmaterials (bei 25 °C) vorzugsweise 1000 mPa·s oder weniger, und besonders bevorzugt 500 mPa·s oder weniger. Wenn diese Viskosität 1000 mPa·s überschreitet, können leicht Luftblasen in eine wärmeleitende Zusammensetzung gemischt werden, wobei das Entfernen derartiger Blasen schwierig ist.

Wärmeleitende Fasern haben diamagnetische Eigenschaften. Wenn eine magnetische Kraft auf derartige wärmeleitende Fasern angewendet wird, können die wärmeleitenden Fasern parallel zu der Linie der magnetischen Kraft oder senkrecht dazu ausgerichtet werden. Beispiele für wärmeleitende Fasern umfassen eine Polyethylenfaser, eine Polypropylenfaser, eine Polyesterfaser, eine Polyallylsulfidfaser, eine Aramidfaser, eine Polyamidfaser, und eine Kohlenstofffaser. Die wärmeleitenden Fasern können als ein Whisker, eine Spirale oder ein Rohr ausgebildet sein. Diese wärmeleitenden Fasern können allein oder als eine Kombination von zwei oder mehr Arten verwendet werden. Unter den wärmeleitenden Fasern werden eine Kohlenstofffaser, insbesondere eine Kohlenstofffaser mit einer Wärmeleitfähigkeit von 100 W/m·K oder mehr in mindestens eine Richtung (vorzugsweise in der Richtung der Faserachse), aufgrund ihrer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit als wärmeleitende Fasern bevorzugt. Konkrete Beispiele von Kohlenstofffasern umfassen eine Pech-basierte Kohlenstofffaser, eine Polyacrylonitrile-basierte Kohlenstofffaser, und eine Reyon(Kunstseide)-basierte Kohlenstofffaser. Eine Kohlenstofffaser wird durch Carbonisierung oder Graphitierung von geschmolzenem gesponnenem Faserpech hergestellt. Unter den Kohlenstofffasern wird eine Kohlenstofffaser, die ein Mesophasenpech als deren Rohmaterial verwendet, als wärmeleitende Faser bevorzugt, da diese eine hohe Wärmeleitfähigkeit in der Richtung der Faserlänge aufweist. Darüber hinaus wird, auf Grund der hohen Wärmeleitfähigkeiten, bevorzugt eine Kohlenstofffaser verwendet, die einer Carbonisierungsbehandlung bei nicht weniger als 1000 °C, besonderes bevorzugt einer Graphitierungsbehandlung bei nicht weniger als 2000 °C, unterworfen wurde.

Der durchschnittliche Durchmesser der wärmeleitenden Fasern liegt in einem Bereich von 5 bis 15 &mgr;m, und vorzugsweise von 7 bis 12 &mgr;m. Wenn dieser durchschnittliche Durchmesser der Fasern weniger als 5 &mgr;m beträgt, wird die Stärke der wärmeleitenden Fasern unzureichend. Demzufolge können wärmeleitende Fasern, wenn die Fasern in dem polymeren Matrixmaterial dispergiert werden, leicht in feine Pulver zerbrochen werden, wobei die Viskosität der wärmeleitenden Zusammensetzung steigt. Andererseits, wird es, wenn der durchschnittliche Durchmesser der wärmeleitenden Fasern 15 &mgr;m übersteigt, schwierig derartige Fasern in eine Richtung in der Zusammensetzung auszurichten. Die durchschnittliche Länge der wärmeleitenden Fasern liegt in einem Bereich von 70 bis 130 &mgr;m, vorzugsweise von 80 bis 120 &mgr;m, und besonders bevorzugt von 83 bis 110 &mgr;m. Wenn diese durchschnittliche Länge der Fasern geringer als 70 &mgr;m ist, kann die Viskosität einer wärmeleitenden Zusammensetzung steigen. Andererseits, wenn die durchschnittliche Länge der wärmeleitenden Fasern 130 &mgr;m übersteigt, kann eine Verflechtung der Fasern die Viskosität einer wärmeleitenden Zusammensetzung steigern und das Ausrichten der wärmeleitenden Fasern erschweren.

Die Gegenwart von pulvrigen feinen Fasern in den wärmeleitenden Fasern bewirkt, dass eine wärmeleitende Zusammensetzung eine hohe Viskosität hat. Eine geeignete wärmeleitende Zusammensetzung weist wärmeleitenden Fasern auf, die nicht mehr als 20 Prozent, vorzugsweise nicht mehr als 15 Prozent, und besonders bevorzugt nicht mehr als 12 Prozent, der Gesamtmenge (Anzahl) der wärmeleitenden Fasern an feinen Fasern mit einer Faserlänge von 25 &mgr;m oder weniger umfassen. Wenn die Menge dieser feinen Fasern 20 Prozent der Gesamtmenge der wärmeleitenden Fasern übersteigt, kann dies die Viskosität der wärmeleitenden Zusammensetzung steigern. Dementsprechend wird es schwierig die wärmeleitenden Fasern in der Zusammensetzung auszurichten, und der resultierende wärmeleitende Körper kann daher keine hohe Wärmeleitfähigkeit zeigen. Die Faserlänge und der Prozentsatz der Menge an feinen Fasern kann beispielsweise unter Verwendung eines Bildanalysators (LUZEX^®, hergestellt von der NIREKO Corporation) bestimmt werden.

Wärmeleitende Fasern können durch das Zermahlen von Fasern unter Anwendung von verschiedenen Verfahren während oder nach der Herstellung der wärmeleitenden Fasern erhalten werden. Als Mahlverfahren können eine Hammermühle, eine Kugelmühle, eine Vibrationskugelmühle, eine Schneidmühle, eine Strahlmühle, eine Luftwirbelmühle, eine Mischmühle, und ein Henschelmischer verwendet werden. Kohlenstofffasern werden als wärmeleitende Fasern bevorzugt, da die gewünschten wärmeleitenden Fasern wie bereits erläutert leicht, vornehmlich durch Zermahlen von Fasern in zerkleinerte Fasern mit einer Schneidemaschine während oder nach der Herstellung der wärmeleitenden Fasern, und durch zusätzliches Zermahlen der zerkleinerten Fasern unter Anwendung der genannten Mahlverfahren, erhalten werden können.

Die Menge an wärmeleitenden Fasern in einer wärmeleitenden Zusammensetzung liegt vorzugsweise in einem Bereich von 50 bis 150 Gewichtsteilen, und besonders bevorzugt von 60 bis 140 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile eines polymeren Matrixmaterials. Wenn die Menge an wärmeleitenden Fasern in der wärmeleitenden Zusammensetzung weniger als 50 Gewichtsteile beträgt, kann keine hervorragende Wärmeleitfähigkeit in einem resultierenden wärmeleitenden Körper erzielt werden. Andererseits steigt die Viskosität der wärmeleitenden Zusammensetzung übermäßig an, wenn die Menge an wärmeleitenden Fasern 150 Gewichtsteile überschreitet.

Der nicht-faserförmige wärmeleitende Füllstoff ist kein durch das Zermahlen von Fasern erhaltener Füllstoff und weist Partikel sphärischer und anderer unregelmäßiger Gestalt auf. Vorzugsweise ist die Form des nicht-faserförmigen wärmeleitenden Füllstoffs sphärisch, da sekundär Aggregation mit den daraus resultierenden Mängeln, wie Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche eines wärmeleitenden Körpers, selten auftreten. Auf Grund seiner hervorragenden Wärmeleitfähigkeit, wird der nicht-faserförmige wärmeleitende Füllstoff vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid, Bornitrid, Aluminiumnitrid, Siliciumcarbid und Siliciumdioxid. Die durchschnittliche Partikelgröße des nicht-faserförmigen wärmeleitenden Füllstoffs liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 100 &mgr;m, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 50 &mgr;m. Wenn diese durchschnittliche Partikelgröße weniger als 0,1 &mgr;m beträgt, steigt die spezifische Oberfläche des nicht-faserförmigen wärmeleitenden Füllstoffs. Dies kann die Viskosität der wärmeleitenden Zusammensetzung übermäßig erhöhen. Andererseits, wenn die durchschnittliche Partikelgröße des nicht-faserförmigen wärmeleitenden Füllstoffs 100 &mgr;m überschreitet, kann sich der Zustand der Oberfläche eines wärmeleitenden Körpers, beispielsweise auf Grund der Bildung von Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche des wärmeleitenden Körpers, verschlechtern.

Die Menge des nicht-faserförmigen wärmeleitenden Füllstoffs in einer wärmeleitenden Zusammensetzung liegt vorzugsweise in einem Bereich von 300 bis 600 Gewichtsteilen, besonders bevorzugt von 400 bis 600 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile eines polymeren Matrixmaterials. Wenn diese Menge weniger als 300 Gewichtsteile beträgt, kann der wärmeleitenden Körper nicht mit einer ausreichenden Wärmeleitfähigkeit ausgestattet werden. Andererseits, wenn die Menge 600 Gewichtsteile überschreitet, kann dies die Viskosität der wärmeleitenden Zusammensetzung übermäßig steigern. Aus diesem Grund umfasst die wärmeleitende Zusammensetzung vorzugsweise 50 bis 150 Gewichtsteile an wärmeleitenden Fasern und 300 bis 600 Gewichtsteile an nicht-faserförmigen wärmeleitendem Füllstoff, bezogen auf 100 Gewichtsteile eines polymeren Matrixmaterials.

Die wärmeleitende Zusammensetzung kann weiterhin andere Zusatzstoffe, wie einen Weichmacher, ein Klebemittel, ein Verstärkungsmittel, ein Färbemittel, ein Mittel zur Verbesserung der Wärmebeständigkeit und dergleichen, umfassen.

Die Viskosität der wärmeleitenden Zusammensetzung (bei 25 °C) beträgt vorzugsweise 80000 mPa·s oder weniger, und besonders bevorzugt 75000 mPa·s oder weniger. Wenn die Viskosität 80000 mPa·s übersteigt, wird es schwierig die wärmeleitenden Fasern in eine Richtung in der wärmeleitenden Zusammensetzung auszurichten. Darüber hinaus kann das Einstellen der Viskosität der wärmeleitenden Zusammensetzung, welche die wärmeleitenden Fasern und den nicht-faserförmigen wärmeleitenden Füllstoff umfasst, auf 80000 mPa·s oder weniger Luftblasen, die durch das Hineinmischen in die wärmeleitende Zusammensetzung entstehen, verhindern und dafür sorgen, dass die wärmeleitenden Faser in der Zusammensetzung hochgradig ausgerichtet sind.

Die Form des wärmeleitenden Körpers ist beispielsweise ein Block oder eine Platte. Vorzugsweise ist die Form eines wärmeleitenden Körpers eine Platte, da derartige als Platte ausgebildete Körper zwischen einem elektronischen Teil und einem Kühlelement angeordnet werden können und die von dem elektronischen Teil generierte Wärme effizient abführen können. Wenn ein wärmeleitender Körper in Form einer Platte ausgebildet ist, beträgt die Dicke der Platte vorzugsweise 0,1 bis 5 mm. Wenn die Plattendicke weniger als 0,1 mm beträgt, kann sich die Leistungsfähigkeit und Verarbeitbarkeit während des Befestigens verschlechtern. Andererseits, wenn die Plattendicke 5 mm übersteigt, kann die Wärmebeständigkeit der Platte steigen, wobei sich deren Kosten erhöhen können.

Die Wärmeleitfähigkeit des wärmeleitenden Körpers beträgt vorzugsweise 14 W/m·K oder mehr, und besonders bevorzugt 15 W/m·K oder mehr. Wenn diese Wärmeleitfähigkeit weniger als 14 W/m·K beträgt, kann der wärmeleitende Körper keine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit zeigen. Vorzugsweise beträgt die Härte eines wärmeleitenden Körpers 50 oder weniger, gemessen mit einem Typ E Härtemesser (in Übereinstimmung mit ISO 7619). Wenn diese Härte 50 übersteigt, ist ein wärmeleitender Körper in der Formkonformität mit einem elektronischen Teil minderwertig und kann untauglich sein elektronische Teile ausreichend zu schützen.

Wärmeleitende Fasern sind entlang einer Richtung in einem wärmeleitenden Körper ausgerichtet. Dies verbessert die Wärmeleitfähigkeit des wärmeleitenden Körpers in diese Richtung. Beispielsweise sind im Fall eines in Form einer Platte ausgebildeten wärmeleitenden Körpers die wärmeleitenden Fasern in eine Richtung, wie die Richtung entlang der Oberfläche der Platte oder der Richtung der Dicke der Platte, ausgerichtet. Dadurch kann die Wärmeleitfähigkeit des wärmeleitenden Körpers in der Richtung entlang der Oberfläche oder der Richtung der Dicke verbessert werden.

Um eine wärmeleitende Zusammensetzung herzustellen werden wärmeleitende Fasern und ein nicht-faserförmiger wärmeleitender Füllstoff in ein polymeres Matrixmaterial gemischt. Anschließend wird die Mischung gerührt oder geknetet bis die wärmeleitenden Fasern und der nicht-faserförmige wärmeleitende Füllstoff fast gleichmäßig verteilt sind. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Anstieg der Viskosität der wärmeleitenden Zusammensetzung infolge der feinen Fasern, durch Regulieren Prozentsatzes der Menge an in den wärmeleitenden Fasern, innerhalb des oben genannten Bereiches, enthaltenen feinen Fasern mit einer Faserlänge von 25 &mgr;m oder weniger, unterdrückt. Folglich ist es möglich die Menge an wärmeleitenden Fasern und nicht-faserförmigem wärmeleitendem Füllstoff, die in die Zusammensetzung gemischt werden kann, im Bezug auf das polymere Matrixmaterial zu steigern.

Ein Verfahren zur Herstellung eines wärmeleitenden Körpers umfasst einen Schritt des Bereitstellens einer wärmeleitenden Zusammensetzung durch bereits erläutertes Verteilen von wärmeleitenden Fasern und eines nicht-faserförmigen wärmeleitenden Füllstoffs in einem polymeren Matrixmaterial, einen Schritt des Formens der wärmeleitenden Zusammensetzung durch verschiedene Formverfahren, einen Schritt des Anwendens einer magnetischen Kraft auf die wärmeleitende Zusammensetzung um die wärmeleitenden Fasern in der wärmeleitenden Zusammensetzung in eine bestimmte Richtung auszurichten, und einen Schritt des Verfestigens oder Härtens des polymeren Matrixmaterials, während die Ausrichtung der wärmeleitenden Fasern aufrechterhalten wird.

Wenn eine wärmeleitende Zusammensetzung eine hohe Viskosität in dem Schritt des Anwendens der magnetischen Kraft zum Ausrichten der wärmeleitenden Fasern aufweist, wird die Bewegung der wärmeleitenden Fasern erschwert. Dementsprechend fällt es schwer die wärmeleitenden Fasern in eine bestimmt Richtung hochgradig auszurichten. Da die wärmeleitende Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung wie bereits erläutert die wärmeleitenden Fasern und der nicht-faserförmige wärmeleitende Füllstoff umfasst, wird ein Anstieg der Viskosität der wärmeleitenden Zusammensetzung unterdrückt. Deshalb wird die Bewegung der wärmeleitenden Fasern in der wärmeleitenden Zusammensetzung nicht behindert. Darüber hinaus tritt die Verflechtung der wärmeleitenden Fasern in der wärmeleitenden Zusammensetzung nicht einfach auf, da der durchschnittliche Faserdurchmesser und die durchschnittliche Faserlänge der wärmeleitenden Fasern auf bestimmte, bereits erläuterte Bereiche eingestellt werden. Infolgedessen, kann dadurch ein Anstieg der Viskosität der Zusammensetzung und eine Abnahme des Ausrichtungsgrads der wärmeleitenden Fasern infolge von Faserverflechtung verhindert werden.

Bei dem Herstellungsverfahren umfasst eine Magnetkraftquelle zum Anwenden einer magnetischen Kraft einen supraleitenden Magneten, einen Permanentmagneten, einen Elektromagneten, eine Spule und dergleichen. Unter den Magnetkraftquellen wird ein supraleitender Magnet bevorzugt, da dieser magnetische Felder mit einer hohen magnetischen Flussdichte generieren kann. Die magnetische Flussdichte des von diesen Magnetkraftquellen generierten magnetischen Feldes liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 30 Tesla.

Wenn diese magnetische Flussdichte weniger als 1 Tesla beträgt, kann es schwer fallen die wärmeleitenden Fasern in der wärmeleitenden Zusammensetzung hochgradig auszurichten. Andererseits ist es praktisch schwierig Flussdichten, die 30 Tesla überschreiten, zu erzielen.

Ein Verfahren des Formens der wärmeleitenden Zusammensetzung umfasst ein Stabrakelstreichmaschinenverfahren, ein Streichmesserverfahren, ein Strangpressenverfahren (T-Pressformverfahren und so weiter), ein Kalandrierverfahren, ein Formpressverfahren und ein Gießformverfahren.

Bei der Verwendung wird der erhaltene wärmeleitende Körper beispielsweise zwischen einem elektronischen Teil und einem Wärmeabgabeelement angeordnet.

Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden beschreiben.

In einem wärmeleitenden Körper dieser Ausführungsform, sind wie bereits erläutert wärmeleitende Fasern und ein nicht-faserförmiger wärmeleitender Füllstoff in ein polymeres Matrixmaterial integriert. Diese Konfiguration kann verhindern, dass die Viskosität einer wärmeleitenden Zusammensetzung steigt. Aus diesem Grund ist es möglich die Menge an wärmeleitenden Faser und einem nicht-faserförmigen wärmeleitenden Füllstoff in einer wärmeleitenden Zusammensetzung zu erhöhen. Gleichzeitig ist es möglich die wärmeleitenden Fasern in der Zusammensetzung hochgradig auszurichten. Darüber hinaus wird das Einmischen von Luftblasen in die wärmeleitende Zusammensetzung verringert; und selbst wenn Luftblasen in die Zusammensetzung eingemischt sind, können diese leicht entfernt werden. Dementsprechend ist es möglich die Verschlechterung der Wärmeleitfähigkeit eines wärmeleitenden Körpers infolge der Anwesenheit von Luftblasen in dem Körper zu minimieren. Folglich ist es möglich einen wärmeleitenden Körper zu erhalten, der im Stande ist eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufzuweisen. Auch haben die wärmeleitenden Fasern diamagnetische Eigenschaften und sind in dem Körper richtungsorientiert.

Demzufolge kann der wärmeleitende Körper mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit ausgestattet sein.

Darüber hinaus ist es nicht notwendig spezielle Materialien als die wärmeleitenden Fasern und den nicht-faserförmigen wärmeleitenden Füllstoff zu verwenden. Daher ist es möglich einen wärmeleitenden Körper mit einer hohen praktischen Anwendbarkeit zur Verfügung zu stellen. Ferner erlaubt das Verhindern einer gesteigerten Viskosität der wärmeleitenden Zusammensetzung eine bessere Formbarkeit der wärmeleitenden Zusammensetzung, die eine einfache Herstellung eines wärmeleitenden Körpers zur Folge hat. Darüber hinaus ist es möglich die wärmeleitenden Fasern durch Anwenden einer magnetischen Kraft in der wärmeleitenden Zusammensetzung in eine Richtung zu orientieren, da die wärmeleitenden Fasern diamagnetische Eigenschaften aufweisen.

In einem wärmeleitenden Körper dieser Ausführungsform werden die Kohlenstofffasern, die in mindestens eine Richtung eine Wärmeleitfähigkeit auf von 100 W/m·K oder mehr aufweisen, vorzugsweise als wärmeleitende Fasern integriert. Dies erlaubt es einem wärmeleitenden Körper eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufzuweisen.

In einem wärmeleitenden Körper dieser Ausführungsform werden vorzugsweise 50 bis 150 Gewichtsteile an wärmeleitenden Fasern und 300 bis 600 Gewichtsteile eines nicht-faserförmigen wärmeleitenden Füllstoffs, bezogen auf 100 Gewichtsteile eines polymeren Matrixmaterials, integriert. Wenn ein wärmeleitender Körper derart gestaltet ist, ist es möglich einen Anstieg der Viskosität einer wärmeleitenden Zusammensetzung zu verhindern und einen wärmeleitenden Körper mit einer ausgezeichneten Wärmeleitfähigkeit zu erhalten.

In einem Verfahren zur Herstellung eines wärmeleitenden Körpers dieser Ausführungsform werden die wärmeleitenden Faser in einer festgelegten Richtung durch Anwenden einer magnetischen Kraft auf die wärmeleitende Zusammensetzung ausgerichtet.

Dieses Herstellungsverfahren kann die wärmeleitenden Fasern, durch Nutzen der diamagnetischen Eigenschaften der wärmeleitenden Fasern, hochgradig ausrichten.

Es sollte für den Fachmann offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung in vielen anderen speziellen Ausgestaltungen verkörpert werden kann, ohne dabei vom Sinn und Umfang der Erfindung abzuweichen. Insbesondere soll verstanden werden, dass die Erfindung in den folgenden Ausgestaltungen verkörpert werden kann.

Die wärmeleitenden Fasern und der nicht-faserförmige wärmeleitender Füllstoff können verschiedenen Oberflächenbehandlungen unterworfen werden. Beispielsweise, wenn die wärmeleitenden Fasern und/oder der nicht-faserförmige wärmeleitende Füllstoff einer Oberflächenbehandlung durch ein Kopplungsmittel, wie ein Silane-Kopplungsmittel oder ein Titanat-Kopplungsmittel, unterworfen wird, ist es möglich deren Adhäsion an der Polymermatrix zu verbessern. Außerdem ist es durch Auftragen einer isolierenden Beschichtung auf die wärmeleitenden Fasern und/oder den nicht-faserförmigen Füllstoff möglich eine Isolierung zwischen einem wärmeleitenden Körper und einem elektronischen Teil zu gewährleisten.

Ein Film, eine Platte, ein nicht-gewobener Stoff oder ein Gewebe können auf den wärmeleitenden Körper laminiert oder in das Innere davon eingebettet werden. In diesem Fall ist es möglich die Verarbeitungseigenschaften während der Montage zu verbessern oder den wärmeleitenden Körper zu verstärken. Außerdem kann eine isolierende Schicht auf die Oberfläche des wärmeleitenden Körpers laminiert werden um die Isolierung zwischen dem wärmeleitenden Körper und einem elektronischen Teil zu gewährleisten. Darüber hinaus kann eine selbstklebende Schicht oder ein Haftvermittler auf die Oberfläche des wärmeleitenden Körpers laminiert werden, um Selbstklebkraft oder Haftfähigkeit an einem elektronischen Teil oder einem Wärmeabgabeelement zu verleihen.

Als nächstes werden die bereits erläuterten Ausführungsformen konkreter durch die angegebenen Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben.

Ein Polyorganosiloxan des Additionsreaktionstypen (flüssiges Silikon, Viskosität [bei 25 °C]: 400 mPa·s, spezifisches Gewicht: 1,0, WACKER ASAHIKASEI SILICONE CO., LTD.) wurde als ein polymeres Matrixmaterial mit Kohlenstofffasern (durchschnittlicher Faserdurchmesser: 10 &mgr;m, durchschnittliche Faserlänge: 110 &mgr;m, Prozentsatz der Menge an feinen Fasern mit einer Faserlänge von ≤ 25 &mgr;m: 9,3 %) als wärmeleitende Fasern und sphärischem Aluminiumoxid (durchschnittliche Partikelgröße: 3,2 &mgr;m) als nicht-faserförmiger wärmeleitender Füllstoff in den in Tabelle 1 angegebenen Verhältnissen gemischt. Diese Mischung wurde solange gerührt bis sie nahezu einheitlich wurde. Die Mischung wurde dann entschäumt um eine wärmeleitende Zusammensetzung herzustellen. Anschließend wurde diese wärmeleitende Zusammensetzung in eine Platte geformt. Dann wurde die geformte wärmeleitende Zusammensetzung in einem magnetischen Feld eines supraleitenden Magneten von 8 Tesla für 10 Minuten stehen gelassen. Zu diesem Zeitpunkt waren der supraleitende Magnet und die wärmeleitende Zusammensetzung derart angeordnet, dass die Linien der magnetischen Kraft des supraleitenden Magneten parallel zu der Richtung der Dicke der wärmeleitenden Zusammensetzung verliefen. Dann wurde die wärmeleitende Zusammensetzung für 30 Minuten auf 120 °C erhitzt um eine wärmeleitende Platte (Dicke 0,5 mm) zu erhalten. Als diese wärmeleitende Platte unter einem Mikroskop untersucht wurde, stellte sich heraus, dass die Kohlenstofffasern in Richtung der Dicke der Platte ausgerichtet waren.

Eine wärmeleitende Platte (Dicke: 0,5 mm) wurde unter Verwendung der gleichen Zusammensetzung und des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass andere Kohlenstofffasern (durchschnittlicher Faserdurchmesser: 10 &mgr;m, durchschnittliche Faserlänge: 83 &mgr;m, Prozentsatz der Menge an feinen Fasern mit einer Faserlänge von ≤ 25 &mgr;m: 20,0 %) als wärmeleitende Fasern verwendet wurden, erhalten. Als diese wärmeleitende Platte unter einem Mikroskop untersucht wurde, stellte sich heraus, dass die Kohlenstofffasern in der Richtung der Dicke der Platte ausgerichtet waren.

Eine wärmeleitende Platte (Dicke: 0,5 mm) wurde unter Verwendung der gleichen Zusammensetzung und des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass andere Kohlenstofffasern (durchschnittlicher Faserdurchmesser: 10 &mgr;m, durchschnittliche Faserlänge: 103 &mgr;m, Prozentsatz der Menge an feinen Fasern mit einer Faserlänge von ≤ 25 &mgr;m: 15,0 %) als wärmeleitende Fasern verwendet wurden, erhalten. Als diese wärmeleitende Platte unter einem Mikroskop untersucht wurde, stellte sich heraus, dass die Kohlenstofffasern in der Richtung der Dicke der Platte ausgerichtet waren.

Eine wärmeleitende Platte (Dicke: 0,5 mm) wurde unter Verwendung des gleichen Polyorganosiloxans des Additionsreaktionstypen (flüssiges Silikon, Viskosität [bei 25 °C]: 400 mPa·s, spezifisches Gewicht: 1,0, WACKER ASAHIKASEI SILICONE CO., LTD.) und sphärischen Aluminiumoxids (durchschnittliche Partikelgröße: 3,2 &mgr;m) wie in Beispiel 1 und anderer Kohlenstofffasern (durchschnittlicher Faserdurchmesser: 7 &mgr;m, durchschnittliche Faserlänge: 80 &mgr;m, Prozentsatz der Menge an feinen Fasern mit einer Faserlänge von ≤ &mgr;m: 20,0 %) als wärmeleitende Fasern in den in Tabelle 1 gezeigten Verhältnissen auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten. Als diese wärmeleitende Platte unter einem Mikroskop untersucht wurde, stellte sich heraus, dass die Kohlenstofffasern in der Richtung der Dicke der Platte ausgerichtet waren.

Eine wärmeleitende Platte (Dicke: 0,5 mm) wurde unter Verwendung des gleichen Polyorganosiloxans des Additionsreaktionstypen (flüssiges Silikon, Viskosität [bei 25 °C]: 400 mPa·s, spezifisches Gewicht: 1,0, WACKER ASAHIKASEI SILICONE CO., LTD.) und sphärischen Aluminiumoxids (durchschnittliche Partikelgröße: 3,2 &mgr;m) wie in Beispiel 1 und anderer Kohlenstofffasern (durchschnittlicher Faserdurchmesser: 7 &mgr;m, durchschnittliche Faserlänge: 120 &mgr;m, Prozentsatz der Menge an feinen Fasern mit einer Faserlänge von ≤ 25 &mgr;m: 9,0 %) als wärmeleitende Fasern in den in Tabelle 1 gezeigten Verhältnissen auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten. Als diese wärmeleitende Platte unter einem Mikroskop untersucht wurde, stellte sich heraus, dass die Kohlenstofffasern in der Richtung der Dicke der Platte ausgerichtet waren.

Eine wärmeleitende Platte (Dicke: 0,5 mm) wurde unter Verwendung des gleichen Polyorganosiloxans des Additionsreaktionstypen (flüssiges Silikon, Viskosität [bei 25 °C]: 400 mPa·s, spezifisches Gewicht: 1,0, WACKER ASAHIKASEI SILICONE CO., LTD.) und sphärischen Aluminiumoxids (durchschnittliche Partikelgröße: 3,2 &mgr;m) wie in Beispiel 1 und anderer Kohlenstofffasern (durchschnittlicher Faserdurchmesser: 12 &mgr;m, durchschnittliche Faserlänge: 120 &mgr;m, Prozentsatz der Menge an feinen Fasern mit einer Faserlänge von ≤ 25 &mgr;m: 9,5 %) als wärmeleitende Fasern in den in Tabelle 1 gezeigten Verhältnissen auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten. Als diese wärmeleitende Platte unter einem Mikroskop untersucht wurde, stellte sich heraus, dass die Kohlenstofffasern in der Richtung der Dicke der Platte ausgerichtet waren.

Eine wärmeleitende Platte (Dicke: 0,5 mm) wurde aus der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 1 durch Erhitzen auf 120 °C für 30 Minuten ohne Anwenden eines magnetischen Feldes erhalten. Als diese wärmeleitende Platte unter einem Mikroskop untersucht wurde, stellte sich heraus, dass die Kohlenstofffasern in der Platte in zufällige Richtungen verteilt vorlagen.

Eine wärmeleitende Zusammensetzung wurde unter Verwendung der gleichen Zusammensetzung und des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass andere Kohlenstofffasern (durchschnittlicher Faserdurchmesser: 10 &mgr;m, durchschnittliche Faserlänge: 75 &mgr;m, Menge an feinen Fasern mit einer Faserlänge von ≤ 25 &mgr;m: 29,3 %) als wärmeleitende Fasern verwendet wurden, hergestellt. Die erhaltene Zusammensetzung wies jedoch eine sehr hohe Viskosität auf und konnte nicht geformt werden.

Eine wärmeleitende Platte (Dicke: 0,5 mm) wurde unter Verwendung der gleichen Zusammensetzung und des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass andere Kohlenstofffasern (durchschnittlicher Faserdurchmesser: 10 &mgr;m, durchschnittliche Faserlänge: 138 &mgr;m, Prozentsatz der Anzahl an feinen Fasern: 15,0 %) als wärmeleitende Fasern verwendet wurden, erhalten. Als diese wärmeleitende Platte unter einem Mikroskop untersucht wurde, stellte sich heraus, dass die Kohlenstofffasern in der Platte in unbestimmte Richtungen verteilt vorlagen.

Eine wärmeleitende Platte (Dicke: 0,5 mm) wurde unter Verwendung der gleichen Zusammensetzung und des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 3, mit der Ausnahme, dass die Menge an Fasern reduziert wurde, erhalten. Als diese wärmeleitende Platte unter einem Mikroskop untersucht wurde, stellte sich heraus, dass die Ausrichtung der Kohlenstofffasern teilweise erzielt wurde, der Grad der Ausrichtung war jedoch, verglichen mit den Beispielen 1 bis 3, infolge der Verflechtung von Kohlenstofffasern, niedriger.

Eine wärmeleitende Zusammensetzung wurde unter Verwendung des gleichen Polyorganosiloxans des Additionsreaktionstypen (flüssiges Silikon, Viskosität [bei 25 °C]: 400 mPa·s, spezifisches Gewicht: 1,0, WACKER ASAHIKASEI SILICONE CO., LTD.) und sphärischen Aluminiumoxids (durchschnittliche Partikelgröße: 3,2 &mgr;m) wie in Beispiel 1 und anderer Kohlenstofffasern (durchschnittlicher Faserdurchmesser: 3 &mgr;m, durchschnittliche Faserlänge: 50 &mgr;m, Prozentsatz der Menge an feinen Fasern mit einer Faserlänge von ≤ 25 &mgr;m: 80,5 %) als wärmeleitende Fasern in den in Tabelle 1 gezeigten Verhältnissen auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten. Die erhaltene Zusammensetzung wies jedoch eine sehr hohe Viskosität auf und konnte nicht geformt werden.

Eine wärmeleitende Platte (Dicke: 0,5 mm) wurde unter Verwendung des gleichen Polyorganosiloxans des Additionsreaktionstypen (flüssiges Silikon, Viskosität [bei 25 °C]: 400 mPa·s, spezifisches Gewicht: 1,0, WACKER ASAHIKASEI SILICONE CO., LTD.) und sphärischen Aluminiumoxids (durchschnittliche Partikelgröße: 3,2 &mgr;m) wie in Beispiel 1 und anderer Kohlenstofffasern (durchschnittlicher Faserdurchmesser: 20 &mgr;m, durchschnittliche Faserlänge: 150 &mgr;m, Prozentsatz der Menge an feinen Fasern mit einer Faserlänge von ≤ 25 &mgr;m: 8,0 %) als wärmeleitende Fasern in den in Tabelle 1 gezeigten Verhältnissen auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten. Als diese wärmeleitende Platte unter einem Mikroskop untersucht wurde, stellte sich heraus, dass Ausrichtung der Kohlenstofffasern teilweise erzielt wurde, der Grad der Ausrichtung war jedoch, verglichen mit den Beispielen 1 bis 6, infolge der Verflechtung von Kohlenstofffasern, niedriger.

Die Viskosität der wärmeleitenden Zusammensetzung jedes Beispiels und Vergleichsbeispiels wurde bei 25 °C mit einem Drehviskosimeter gemessen. Außerdem wurde die Wärmeleitfähigkeit der in jedem Beispiel und Vergleichsbeispiel erhaltenen wärmeleitenden Platten gemäß ASTM D5470 (Probengröße: 10 × 10 × 2 mm, angewendete Wärmemenge: 4 W) gemessen. Es sei angemerkt, dass die Wärmeleitfähigkeit jeder wärmeleitenden Platte um die Streuung der Messungen zu verringern in Richtung der Dicke gemessen wurde, während die Platte um 50 % in ihrer Dicke komprimiert war. Die Ergebnisse der Auswertung der Beispiele und Vergleichsbeispiele werden auch durch Tabelle 1 wiedergegeben.

Wie Tabelle 1 zeigt, weist die Viskosität der wärmeleitenden Zusammensetzungen in den Beispielen 1 bis 6 Werte von 80000 Pa·s oder weniger auf. Es ist daher offensichtlich, dass ein Anstieg der Viskosität infolge des Vermischens mit wärmeleitenden Fasern unterdrückt wird. Die wärmeleitenden Platten der Beispiele 1 bis 6 haben, wie in Tabelle 1 gezeigt, eine hohe Wärmeleitfähigkeit von 14 W/m·K oder mehr. Entsprechend können diese wärmeleitenden Platten eine hohe Wärmeleitfähigkeit zeigen.

Im Gegensatz dazu hat die wärmeleitende Platte des Vergleichsbeispiels 1 einen niedrigeren Wärmeleitfähigkeitswert als diejenige von Beispiel 1. da die wärmeleitenden Fasern in Vergleichsbeispiel 1 nicht in der Richtung der Plattendicke ausgerichtet sind. In Vergleichsbeispiel 2 ist die Viskosität der Zusammensetzung verglichen mit den Beispielen und den anderen Vergleichsbeispielen sehr hoch, da die Menge an feinen Fasern in den verwendeten wärmeleitenden Fasern 20 Prozent der Menge überschreitet. Daher konnte die Zusammensetzung des Vergleichsbeispiels 2 nicht geformt werden. Selbst wenn die Zusammensetzung von Vergleichsbeispiel 2 zum Aushärten erhitzt wird, kann die Aushärtungsreaktion des flüssigen Silikons durch die feinen Fasern gehemmt werden, so dass diese Zusammensetzung nicht aushärten wird. Daher ist diese Zusammensetzung nicht praktikabel. In den Vergleichsbeispielen 3 und 4 überschreitet die durchschnittliche Faserlänge der Kohlenstofffasern 130 &mgr;m und infolgedessen verringert sich der Grad der Ausrichtung der Kohlenstofffasern infolge von Faserverflechtung. Dementsprechend weisen die Wärmeleitfähigkeiten der Platten der Vergleichsbeispiele 3 und 4 niedrigere Werte als die in Beispiel 3 auf. In Vergleichsbeispiel 5 steigert die Verwendung von kurzen Kohlenstofffasern (durchschnittliche Faserlänge: 50 &mgr;m) die Viskosität der wärmeleitenden Zusammensetzung deutlich. Die resultierende Zusammensetzung konnte daher nicht geformt werden. In Vergleichsbeispiel 6 wurden dickere und längere Kohlenstofffasern (durchschnittlicher Faserdurchmesser: 20 &mgr;m, durchschnittliche Faserlänge: 150 &mgr;m) als wärmeleitenden Fasern verwendet. Derartige Fasern können nicht leicht ausgerichtet werden, daher war die Wärmeleitfähigkeit der Platte niedriger als in den Beispielen.