[发明专利]具有优异导热性的可熔融加工的含氟聚合物组合物、由该组合物制造的模制品及其制造方法

说明书

本发明涉及一种聚合物组合物，其含有：30至60体积％的可熔融加工的含氟聚合物；以及40至70体积％的氮化硼颗粒；其中所述氮化硼颗粒由颗粒(A)和颗粒(B)制成，所述颗粒(A)是平均粒径为55μm至100μm、且纵横比为1至2的球形聚集体颗粒，所述颗粒(B)是平均粒径为8μm至55μm的颗粒，并且所述颗粒(A)与所述氮化硼总量的体积比为80至99体积％。所述聚合物组合物具有优异的可塑性、绝缘特性、导热性和耐热性，并且适合作为强度足够大的模制品(诸如薄膜)的原料。

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求2014年11月20日提交的日本专利申请No.2014-235955的优先权，该专利申请全文以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及具有优异导热性、电特性和可塑性的可熔融加工的含氟聚合物组合物。

背景技术

热量会随着半导体小型化和集成程度增加而增加，因此，必须使用具有高导热性和高绝缘特性的散热材料作为配置半导体的材料。特别地，用于功率控制的功率半导体和包括功率半导体元件的功率模块产生的热量更多，因此，需要可以有效散热的散热材料。为了有效散热，散热材料不仅需要具有高导热性，还需要无缝接触发热体。特别地，散热材料优选地具有柔韧性，因此在高振动环境下不会产生裂纹和缺陷。

陶瓷片在实际中被用作具有高导热性和高绝缘特性的散热材料，但是陶瓷片的加工性较差且柔韧性不佳，可能会因断裂产生缺陷。尤其是在强振动或温度大幅变化的环境中，该问题更严重。此外，另一个缺点是其重量很重，具体取决于应用。此外，在陶瓷片和冷却目标之间必须应用导热性润滑脂以使陶瓷片与冷却目标接触，而这会造成成本增加的问题。由聚合物和导热性填料制成的导热性聚合物组合物也被提出，但热导性仍然不足。此外，如果使用热固性聚合物作为聚合物，则存在固化后聚合物不具有柔韧性的缺点。此外，经常在实际中被用作热固性聚合物的有机硅聚合物或环氧聚合物不具有足够的绝缘特性，如果在高温下长时间使用，聚合物会劣化并且其物理特性会变得难以保持。因此，在强振动或温度大幅变化的环境中，可能会发生断裂或聚合物可能劣化，长时间使用时依然存在问题。

如果物体的导热面积大并且物体之间的距离小，则具有温差的物体间的热传递量将更大。因此，为了提高功率半导体的冷却效率，散热材料优选地为薄片形式，并且如果片材的厚度较薄，则冷却性能将会改善。然而，如果片材过薄，其绝缘特性和强度往往会降低，这是不优选的。换句话讲，具有诸如高导热性、薄的厚度、柔韧性、强度和高绝缘特性等特性的散热材料对于功率半导体的冷却应用而言是优选的。

另一方面，与其他聚合物相比，含氟聚合物具有优异的耐热性、电绝缘特性、低介电常数和优异的耐化学性，因此被用于所有类型的电工材料，诸如用于电路的材料。特别地，分子链中的氢完全被氟取代的全氟聚合物具有尤为优异的特性(优异的耐热性、电绝缘特性、低介电常数和优异的耐化学性)。然而，大多数全氟聚合物不溶于溶剂，因此，干混、熔融混合或类似的处理对于混合填料而言是必需的。对于诸如可溶性聚合物或者有机硅或环氧聚合物等热固性聚合物，通过使前体溶液中的填料在交联之前分散，然后再干燥和固化方法获得填料在其中轻易充分分散的聚合物或聚合物组合物。与可以使用清漆方法混合的聚合物相比，将填料分散在全氟聚合物中具有以下问题。

(1)进行熔融混合时，由于熔融粘度高，填料难以分散。(2)进行熔融混合时，由于熔融粘度高且会对填料施加应力，填料容易被破坏。(3)进行熔融混合时，由于熔融粘度高且容易形成空隙，填料间隙中会残留空气。(4)特别地，当加入精细填料时，组合物的熔融粘度增加，(1)至(3)中提到的问题(填料不容易分散、填料被压力破坏、形成空隙)更容易发生。换句话讲，具有高热导性、薄的厚度和柔韧性，且具有高强度性能和高绝缘特性的散热材料对于功率半导体的冷却应用而言是优选的。