CN102229795B - 含有热逆变凝胶的热界面材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含有热逆变凝胶的热界面材料，所述热界面材料含有或基于热逆变凝胶，例如热逆变凝胶状流体、油凝胶和溶剂凝胶树脂。在一个示例性实施方式中，热界面材料在热逆变凝胶中含有至少一种导热填充物。

Description

含有热逆变凝胶的热界面材料
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年2月23日提交的申请号为12/710,538的美国专利申请的优先权。在此通过引用并入上述申请的全部内容。
技术领域
本发明大体上涉及含有或基于热逆变凝胶的热界面材料，所述热逆变凝胶例如为热逆变凝胶状流体、油凝胶和溶剂凝胶树脂。
背景技术
本部分提供了与本发明有关的背景信息，其未必是现有技术。
电气元件如半导体、集成电路封装、晶体管等通常具有预设温度，在此温度下该电气元件可最佳运行。理想的是，预设温度接近周围空气的温度。但是电气元件的运行产生热量。如果不除去热量，则电气元件随后可能在明显高于其正常或理想的运行温度的温度下运行。这种过高的温度可能对电气元件的运行特性和相关器件的运行产生不利影响。
为了避免或至少减少因发热引起的不利的运行特性，应当例如通过将热量从运行的电气元件传导至散热器而除去热量。然后可以通过传统的对流和/或辐射技术来冷却散热器。传导时，可以通过电气元件和散热器之间的直接表面接触和/或通过电气元件和散热器经由中间介质或热界面材料的接触来使热量从运行的电气元件传导至散热器。可使用热界面材料来填充传热表面间的间隙，从而与具有填充有空气(其为相对较差的热导体)的间隙相比，使得热传输效率增大。最为特别的是在相变膏和导热膏的情况下，不需要很明显的间隙并且热界面材料的目的可能仅仅是用来填充接触表面之间的表面不匀。在一些器件中，电绝缘体也可以放置在电气元件和散热器之间，在许多情况下该电绝缘体是热界面材料本身。
发明内容
本部分提供了本发明的总体上的发明内容，而并不是对其全部范围或全部特征的详尽公开。
本发明的热界面材料含有或基于热逆变凝胶。在示例性实施方式中，热界面材料在热逆变凝胶中可以含有至少一种导热填充物。
在另一示例性实施方式中，热界面材料包含至少一种热塑性弹性体并且在石蜡油中含有至少一种导热填充物。
在另一示例性实施方式中，导热间隙垫在油凝胶中含有至少一种导热填充物。所述油凝胶含有二嵌段(di-block)苯乙烯共聚物、三嵌段(tri-block)苯乙烯共聚物和油。
其它方面提供了与热界面材料有关，例如使用和/或制造热界面材料的方法。在一个示例性实施方式中，制造含有热逆变凝胶的热界面材料的方法大致包括以下的一种或两种：将可胶凝流体和胶凝剂混合以生成热逆变凝胶，和/或将至少一种导热填充物添加到热逆变凝胶中。
另一示例性实施方式提供了一种与从一个或多个发热元件中散热有关的方法。此实例中的方法大致包括相对于所述一个或多个发热元件来安置热界面材料，从而在该一个或多个发热组件到该热界面材料之间限定出导热性热路径。所述热界面材料在热逆变凝胶中含有至少一种导热填充物。
更多的应用领域将通过本文提供的记载而变得更加明显。本发明内容中的记载和特定实例仅仅出于说明的目的而并非旨在限制本发明的范围。
具体而言，本发明涉及了以下方面的技术方案。
<1>一种热界面材料，所述热界面材料在热逆变凝胶中包含至少一种导热填充物。
<2>如第<1>方面所述的热界面材料，其中，所述热逆变凝胶包含油和/或溶剂以及胶凝剂。
<3>如第<2>方面所述的热界面材料，其中：所述油和/或溶剂包含石蜡油和/或溶剂；和/或
所述胶凝剂包含热塑性材料。
<4>如第<3>方面所述的热界面材料，其中，所述热塑性材料包含苯乙烯嵌段共聚物。
<5>如第<1>方面所述的热界面材料，其中，所述热逆变凝胶是油凝胶。
<6>如第<5>方面所述的热界面材料，其中，所述油凝胶含有石蜡油以及二嵌段和三嵌段苯乙烯共聚物。
<7>如第<1>方面所述的热界面材料，其中，所述热逆变凝胶包含凝胶状流体。
<8>如前述任一方面中所述的热界面材料，其中，所述至少一种导热填充物含有氮化硼、氧化铝和氧化锌中的一种或多种。
<9>如第<1>～<7>方面中任一方面所述的热界面材料，其中：
所述热界面材料包括顺应性导热间隙垫、导热膏、导热油灰、导热性可分配材料、相变材料，和/或
所述热界面材料的硬度小于或等于约100shore A硬度。
<10>如第<1>～<7>方面中任一方面所述的热界面材料，其中，所述热界面材料完全或基本上不含有机硅。
<11>如第<1>～<7>方面中任一方面所述的热界面材料，其中，所述热界面材料含有不少于5重量％并且不多于98重量％的至少一种导热填充物。
<12>如第<1>～<7>方面中任一方面所述的热界面材料，其中，所述热界面材料被构造成能够用于提供至少部分电磁界面屏蔽。
<13>一种EMI屏蔽组件，所述EMI屏蔽组件含有第<1>～<7>方面中任一方面所述的热界面材料。
<14>一种热界面材料，所述热界面材料包含至少一种热塑性弹性体并且在石蜡油中包含至少一种导热填充物。
<15>如第<14>方面所述的热界面材料，其中，所述至少一种热塑性弹性体含有第一和第二热塑性弹性体。
<16>如第<15>方面所述的热界面材料，其中，所述第一和第二热塑性弹性体含有苯乙烯嵌段共聚物。
<17>如第<15>方面所述的热界面材料，其中，所述第一和第二热塑性弹性体含有二嵌段和三嵌段共聚物。
<18>如第<14>～<17>方面中任一方面所述的热界面材料，其中，所述至少一种导热填充物含有氮化硼、氧化铝和氧化锌中的一种或多种。
<19>如第<14>～<17>方面中任一方面所述的热界面材料，其中：
所述热界面材料的热导率为约3.0瓦/米-开尔文；和/或
所述热界面材料完全或基本上不含有机硅；和/或
所述热界面材料包括顺应性导热间隙垫、导热膏、导热油灰、导热性可分配材料、相变材料，和/或
所述热界面材料的硬度小于或等于约100shore A硬度。
<20>一种导热间隙垫，所述导热间隙垫包含：
油凝胶，所述油凝胶含有二嵌段苯乙烯共聚物、三嵌段苯乙烯共聚物和油；
在所述油凝胶中含有至少一种导热填充物。
<21>如第<20>方面所述的导热间隙垫，其中：
所述至少一种导热填充物含有氮化硼、氧化铝和氧化锌中的一种或多种；和/或
所述油包含石蜡油；和/或
所述导热间隙垫完全或基本上不含有机硅。
<22>一种制造含有热逆变凝胶的热界面材料的方法，所述方法包括：
将可胶凝流体与胶凝剂混合以生成所述热逆变凝胶；和/或
将至少一种导热填充物添加到所述热逆变凝胶中。
<23>如第<22>方面所述的方法，其中，所述方法包括：
使石蜡油、二嵌段苯乙烯共聚物、三嵌段苯乙烯共聚物、颜料和抗氧化剂混合；
加热混合物来使所述二嵌段苯乙烯共聚物和三嵌段苯乙烯共聚物的聚苯乙烯链段软化；
使所述混合物在高温保持一段时间；以及
将氮化硼添加到所述混合物中。
<24>如第<22>或<23>方面所述的方法，所述方法还包括对所述热界面材料重新加热以使得所述热界面材料能够再利用、再成型和/或再循环。
<25>一种涉及从一个或多个发热元件中散热的方法，所述方法包括相对一个或多个发热元件来安置热界面材料，从而在一个或多个发热元件到所述热界面材料之间限定出导热性热路径，其中，所述热界面材料在热逆变凝胶中含有至少一种导热填充物。
具体实施方式
现在将参照附图来更全面地描述示例性实施方式。
许多热界面材料，尤其是间隙垫，均基于有机硅树脂体系。但是在一些应用中，例如对于纤维光学应用、汽车模块、磁盘驱动器、等离子体显示面板、液晶显示面板等而言，需要不含有机硅的间隙填充物(或间隙垫)。理想地，不含有机硅的热界面材料将不仅仅是不含有机硅，并且其也将会非常柔软、有弹性、成本合理、温度和气压稳定、并且不存在明显的树脂迁移。但是不含有机硅的间隙垫通常基于丙烯酸类、聚氨酯、聚烯烃等树脂系体系，这会遇到以下问题：这些树脂生成相对较硬的弹性体，而形成非顺应性的垫。认识到上述问题后，本发明的发明人已经开发出并在此公开多种示例性实施方式的不含有机硅的顺应性热界面材料，所述热界面材料含有或基于热逆变凝胶，例如热逆变凝胶状流体、油凝胶和溶剂凝胶树脂。此外，本发明的发明人还已经开发出并在此公开其它示例性实施方式的含有或基于热逆变凝胶的热界面材料，所述热逆变凝胶中的一些可以是有机硅类凝胶。因而，虽然在此公开的一些示例性实施方式完全或基本上不含有有机硅，但是其它示例性实施方式可以含有有机硅。在基本不含有机硅的实施方式中，热界面材料可以含有极少量或微量的有机硅，其中有机硅的量足够少以至于不会对热界面材料的最终应用产生不利影响，不然所述最终应用可能因存在多于微量的有机硅而受到不利影响。一些实施方式的热界面材料基于油凝胶树脂体系并且不含有机硅(例如，完全不含有机硅，基本不含有机硅)、非常柔软、有弹性、成本合理、温度和气压稳定并且不存在明显的树脂迁移。
作为背景技术的形式，本文使用的术语“凝胶”通常是指固体与液体或气体的半刚性胶状分散体，例如果冻、胶等。“凝胶”通常为固体、果冻状材料，其性质可以从柔软和脆弱变化为坚硬和坚韧。本文使用的“凝胶”可以限定为基本上稀释的弹性体或胶束网络，其在稳态时表现为不流动。按重量计，凝胶可主要是液体，但是由于在液体内的三维网络而使其表现得像固体。正是液体内的网络赋予了凝胶其构造(硬度)。对于凝胶，固态三维网络通常贯穿在液体介质的体积内。作为进一步的背景技术的形式，本文使用的“热逆变凝胶”是指如下的凝胶：其可以被反复加热成液态和冷却成凝胶，使得该热逆变凝胶通过重新将凝胶加热成液体和冷却回凝胶而由此可以再利用、再成型、再循环等。一些情况中，热逆变凝胶从基本为液态变成凝胶的这种转变温度可以低于室温。
如本发明人所认识到的，热逆变凝胶如热逆变凝胶状流体、油凝胶和溶剂凝胶树脂，非常适合用作热界面材料用基体。因而，本发明人已经在本文中公开了新型热界面材料和制造这种新型热界面材料的方法的示例性实施方式，所述热界面材料含有或基于热逆变凝胶，例如热逆变凝胶状流体、油凝胶和溶剂凝胶树脂。所述热界面材料也可以在该热逆变凝胶中含有至少一种导热填充物。
另外，本发明人也认识到热逆变凝胶如油凝胶，可以具体地配制成在给定的温度下软化。进而，与基于有机硅体系的一些热界面材料相比，这使得本发明人的示例性实施方式中的基于油凝胶树脂体系的一些热界面材料能够进行更多定制。例如，本发明人的一些示例性实施方式提供了基于油凝胶树脂体系的热界面材料，其中对所述油凝胶进行选择或配制，使得该热界面材料在大约150℃的温度开始软化。在其它实施方式中，热界面材料可以含有油凝胶树脂体系，其中将油凝胶配制成在高于或低于150℃的温度、例如在从约5℃～约200℃的温度内软化。
在多种示例性实施方式中，将导热填充物添加到油(或其它可胶凝的流体)和胶凝剂中来制造导热膏、相变垫、油灰垫、和/或间隙垫。通过使用油凝胶(或其它合适的热逆变凝胶)作为热界面材料用基体，本发明的发明人发现，可以制造出物理性能可与传统有机硅类间隙垫相媲美的间隙垫，而由于在配制中不存在有机硅而不会发生有机硅迁移或挥发。
热逆变凝胶通常是一种或多种油和/或溶剂与一种或多种胶凝剂的混合物。大部分混合物通常含有(多种)油和/或(多种)溶剂。本发明的示例性实施方式中可使用的合适的热逆变凝胶用油或其它材料包括环烷基油、石蜡油、异石蜡油、烃油、芳香油、石蜡溶剂、异石蜡溶剂(例如Isopar)、环烃基溶剂、有机硅油等，矿物油、天然油(例如大豆油、椰子油和酯油)和合成产品(例如聚丁烯或聚异丁烯)。本发明的示例性实施方式中可使用的合适的胶凝剂包括蜡、气相二氧化硅、脂肪酸皂、热塑性材料(例如热塑性弹性体等)和聚合物(例如嵌段共聚物等)。油凝胶一般用于空气清新剂、蜡烛、电缆填料、密封剂、润滑膏、可剥离涂层、防腐剂等。然而油凝胶尚未用作热界面材料用基体。本发明的示例性实施方式可以改变热界面材料中含有的热逆变凝胶的类型和数量。作为实例的形式，本文公开的热界面材料可以含有宽范围的不同类型和数量的具有二嵌段和/或三嵌段共聚物(例如二嵌段苯乙烯共聚物、三嵌段苯乙烯共聚物等)的热逆变凝胶，混合有弹性体(例如热塑性弹性体等)的油和/或溶剂，胶凝剂等。对于本发明的多种示例性实施方式，可以选择一种或多种这些上面列出的材料并随后进行改变，从而对于给定的热界面材料制造出具有不同特性的特定凝胶(例如热逆变凝胶状流体，油凝胶和溶剂凝胶树脂等)。
例如，根据特定的组分和配方，生成的油凝胶可以从粘性高弹连续橡胶网络变成弱凝胶、膏体。因而，本发明的热界面材料可以含有任何宽范围的热逆变凝胶，从而被构造成提供一种或多种导热间隙垫、导热凝胶、导热油灰、导热性可分配材料、和导热膏。在多种示例性实施方式中，热界面材料的硬度可小于或等于约100Shore A。此外，一些基于油凝胶的热界面材料还可以配制成在给定温度(例如在150℃等)下软化，并起到相变材料的作用等。
在本发明其中热界面材料含有油凝胶的示例性实施方式中，油凝胶可以包含处理油和胶凝剂。处理油通常是其一个或多个关键性能得到报道和控制的油。在制造中通常使用处理油和/或溶剂来改变制品的性能，改善制品的性能，和/或赋予成品所需的性能。
本发明示例性实施方式的热界面材料可以包括环烃油和溶剂和/或石蜡油和溶剂(例如Isopar等)。当选择油/溶剂用于本发明的热界面材料时，油和/或溶剂的温度稳定性是要考虑的一个实例特性。因为热界面材料可以暴露于不同的，并且相对较高的温度，所以在一些实施方式中高温稳定的油和/或溶剂可能是理想的。
本发明的热界面材料可以使用热塑性材料(例如热塑性弹性体等)来用于油凝胶的胶凝剂。合适的热塑性材料包括嵌段共聚物，例如二嵌段和三嵌段聚合物(例如二嵌段和三嵌段苯乙烯聚合物等)。一些示例性实施方式的热界面材料含有包含聚苯乙烯链段(segment)和橡胶链段的嵌段聚合物。对于二嵌段聚合物，聚苯乙烯链段连接到橡胶链段，而三嵌段聚合物在橡胶链段的两端含有聚苯乙烯链段。在由三嵌段苯乙烯聚合物制造的油凝胶中，苯乙烯链段起到与橡胶物理交联的作用以形成高弹性连续橡胶网络。然而，二嵌段聚合物不形成这种物理交联，并且由二嵌段聚合物制造的油凝胶易于与膏体相似而非固态橡胶。根据所需的特性，可将二嵌段和三嵌段聚合物单独或以多种比例一起用于将要含有该聚合物的热界面材料。橡胶是这种聚合物的弹性部分，并且橡胶例如可以是饱和烯烃橡胶(例如聚乙烯/丁烯、聚乙烯/丙烯等)。一些适合用于本发明的热界面材料中的示例性热塑性材料包括可从美国德克萨斯州休斯敦的KRATON Polymers U.S.LLC购买得到的KRATONTM G聚合物。
在处理中添加一种或多种导热填充物以生成导热界面材料，其中一种或多种导热填充物可悬浮在热逆变凝胶中、添加到热逆变凝胶中、混合进热逆变凝胶中等。例如，在可凝胶流体和胶凝剂已经胶凝或形成热逆变凝胶前，可以将至少一种导热填充物添加到含有可凝胶流体和胶凝剂的混合物中。作为另一实例，可以将至少一种导热填充物添加到可凝胶流体中，然后可以将胶凝剂添加到含有可凝胶流体和导热填充物的混合物中。在又一实例中，可以将至少一种导热填充物添加到胶凝剂中，然后可以将可凝胶流体添加到含有胶凝剂和导热填充物的混合物中。作为进一步的实例的形式，可以在可凝胶流体和胶凝剂已经胶凝之后添加至少一种导热填充物。例如，当凝胶已经冷却并且形成松散的网络以便能够添加填充物时，可以向凝胶中添加至少一种导热填充物。热逆变凝胶中的导热填充物的数量在不同实施方式中可以不同。作为实例的形式，一些示例性实施方式的热界面材料可以含有不少于5重量％且不多于98重量％的至少一种导热填充物。
本发明示例性实施方式的热界面材料中可以使用多种不同的导热填充物。一些优选实施方式中，导热填充物的热导率为至少1W/mk(瓦特每米-开尔文)以上，例如热导率高达几百W/mk的铜填充物等。合适的导热填充物包括，例如，氧化锌、氮化硼、氧化铝、铝、石墨、陶瓷及其组合(例如氧化铝和氧化锌等)。此外，示例性实施方式的热界面材料也可以包括不同品级(例如不同尺寸，不同纯度，不同形状等)的同一(或不同)导热填充物。例如热界面材料可以含有两个不同尺寸的氮化硼。通过改变导热填充物的类型和品级，可以根据需要改变热界面材料的最终特性(例如热导率、成本、硬度等)。
也可以将其它合适的填充物和/或添加剂添加到热界面材料以获得多种所需的结果。其它可以添加的填充物的实例包括颜料、增塑剂、处理助剂、阻燃剂、增量剂、电磁界面(EMI)或微波吸收剂、导电填料、磁性粒子等。例如，可以添加增粘剂等来增加热界面材料的粘着性等。
作为另一实例，可以添加EMI或微波吸收剂、导电填料、和/或磁性粒子，使得热界面材料能够作为EMI和/或RFI屏蔽材料运行或使用。可以向示例性实施方式的热界面材料添加多种材料，例如羰基铁、硅化铁、铁颗粒、铁铬复合物(compound)、金属银、羰基铁粉末、SENDUST(含有85％铁、9.5％硅和5.5％铝的合金)、坡莫合金(含有约20％铁和80％镍的合金)、铁氧体、磁性合金、磁性粉末、磁性薄片、磁性颗粒、镍基合金和粉末、铬合金、及其任意组合。其它实施方式可以含有由一种或多种上述材料形成的一种或多种EMI吸收剂，其中EMI吸收剂包含一种或多种微粒、球状体、微球体、椭球体、不规则球状体、线、薄片、粉末、和/或这些形状的任意或全部组合。因而，一些示例性实施方式可以由此包含含有或基于热逆变凝胶的热界面材料，其中热界面材料也被构造成(例如含有或负载有EMI或微波吸收剂、导电填料和/或磁性颗粒等)提供屏蔽。
作为背景技术的形式，EMI吸收剂通过一种通常称作损耗(loss)的方法将电磁能转化成另一种形式的能量。电损耗机理包括电导损耗、介电损耗和磁化损耗。电导损耗是指由电磁能转化为热能而引起的EMI降低。电磁能会诱发在电导率有限的EMI吸收剂内流动的电流。该有限的电导率导致一部分诱发电流通过电阻产生热量。介电损耗是指由电磁能在相对介电常数不均一的EMI吸收剂内转化为分子的机械位移而引起的EMI降低。磁化损耗是指由电磁能在EMI吸收剂内转化为磁矩重排而引起的EMI降低。
在一些示例性实施方式中，热界面材料可以含有粘合层。粘合层可以是导热性粘合剂以保持整体导热性。粘合层可以用来将热界面材料固定到电子元件、散热器、EMI屏蔽体等。可以使用压敏、导热粘合剂形成粘合层。压敏粘合剂(PSA)通常基于含有丙烯酸、有机硅、橡胶及其组合的复合物。例如，通过含有陶瓷粉末来增强导热性。
在一些示例性实施方式中，含有热逆变凝胶的热界面材料可以粘附或固定(例如以粘合方式结合)到EMI屏蔽体的一个或多个部分上，例如粘附或固定到单件EMI屏蔽体上和/或多件式屏蔽体的罩、盖、框架或其它部分上，以及分立的EMI屏蔽壁上等。例如，还可使用诸如机械紧固件等替代性的固定方法。在一些实施方式中，可将含有热逆变凝胶的热界面材料粘附到多件式EMI屏蔽体的可去除的盖或罩上。例如，可将含有热逆变凝胶的热界面材料设置在罩或盖的内表面上，使得热界面材料得以压缩地夹在EMI屏蔽体和其上设置EMI屏蔽体的电子元件之间。作为另一种方式，例如可将含有热逆变凝胶的热界面材料设置在罩或盖的外表面上，使得热界面材料得以压缩地夹在EMI屏蔽体和散热器之间。可将含有热逆变凝胶的热界面材料设置在罩或盖的整个表面上或设置在小于整个表面上。可将含有热逆变凝胶的热界面材料施加在理应具有EMI吸收剂的几乎任何位置上。
将通过以下实施例进一步说明本发明的各方面。以下实施例仅仅是说明性的，并且不能以任何方式将本发明限定成特定形式。
实施例
实施例1
在此实施例中，包括本发明的一个或多个方面的热界面材料(具体为间隙垫)大致由二嵌段和三嵌段苯乙烯共聚物、石蜡油和导热填充物形成。
在此实施例的热界面材料中，油占间隙垫的约14.1重量％，二嵌段苯乙烯共聚物占间隙垫的约4.2重量％，三嵌段苯乙烯共聚物占间隙垫的约1.1重量％，并且导热填充物占间隙垫的约80.2重量％。间隙垫还含有占间隙垫约0.1重量％的抗氧化剂和占间隙垫约0.4重量％的颜料。
此实施例制剂中使用的三嵌段苯乙烯共聚物含有作为弹性体(或橡胶)部的聚乙烯/丁烯。结构主要是三嵌段并且苯乙烯与橡胶的比例是29∶71。该共聚物的分子量适中，且玻璃化转变温度为-55℃。该共聚物可以以商标名Kraton G-1650作为由美国德克萨斯州休斯敦的KRATON Polymers U.S.LLC出售的粉末而商购得到。
此实施例制剂中使用的二嵌段苯乙烯共聚物含有作为弹性体(或橡胶)部的聚乙烯/丙烯。结构主要是二嵌段并且苯乙烯与橡胶的比例是37∶63。该共聚物的分子量较高，且玻璃化转变温度为-55℃。该共聚物可以以商标名Kraton G-1701作为由美国德克萨斯州休斯敦的KRATON Polymers U.S.LLC出售的粉末而商购得到。
此实施例制剂中使用的油是可作为从美国德克萨斯州休斯敦的ExxonMobilChemical Company商购得到的ElevastTM R170而商购得到的石蜡油。作为其它选择的制剂可以含有不同的油，例如可以以名称为Sunpar 2280从美国新泽西州特伦顿的R.E.Carroll，Inc.的商购得到的石蜡油，或可以以名称为ConoPureTM 12P从美国得克萨斯州休斯敦的ConocoPhillips Company商购得到的石蜡油。
对于此实施例的制剂，导热填充物含有两种不同品级的氧化铝。第一品级氧化铝是平均粒径为2微米并且约占间隙垫15.6重量％的研磨氧化铝。第二品级氧化铝是平均粒径为30微米并且约占间隙垫64.3重量％的大致球形氧化铝。
此实施例的间隙垫表现出的热导率为0.9W/mK(根据Hot Disk方法测量)。间隙垫表现出的硬度为约48Shore 00(三秒，根据ASTM标准D2240-00测量)。
现在将描述一种示例性方法，其可以用于制备与此实施例1相符的间隙垫。然而，也可以采用替代性方法来制造间隙垫。在此实施例中，油、二嵌段苯乙烯共聚物、三嵌段苯乙烯共聚物、颜料和抗氧化剂可以混合在一起以得到均质混合物。然后可以加热混合物以使二嵌段苯乙烯共聚物和三嵌段苯乙烯共聚物的聚苯乙烯链段软化，使其游离并剪切地移动。然后可将混合物在约150℃下保持2～3小时进行混合直到混合物获得平滑的稠度。然后可以将导热填充物添加到混合物中，产生具有湿砂稠度的混合物。然后将混合物冷却至橡胶稠度。相比于立即添加导热填充物，还可以稍后添加导热填充物。例如，可以在添加任何导热填充物之前冷却并储藏均质混合物或树脂。一段时间后，可以重新加热该均质混合物或树脂，然后添加导热填充物。此后，将含有导热填充物的混合物冷却至橡胶稠度。
在将其中具有导热填充物的混合物冷却至橡胶稠度后并在温热时，可以随后对混合物进行处理以用作间隙垫。在此实施例1中，温热的混合物可形成为具有离型衬(release liner)(例如用于所形成的间隙垫在切割、运输等中的保护)的薄片材料，其中所述离型衬添加在最终分配用薄片的两侧面上。作为另一选择，应当认识到在添加填充物后可使得温热的混合物能够(通过适当的冷却操作)冷却，贮存用于后续使用，并且然后得以再次温热以将其加工成间隙垫。通过对两衬片之间的混合物进行轧光可以将混合物形成为间隙垫片。位于一系列加热辊之间的辊隙(或间隙)可以设置成最终间隙垫所需的厚度。然后可使混合物通过所述辊以形成厚度由辊之间的间隙所确定的衬垫。同时，可使衬片在混合物/间隙垫的任一侧面上通过所述辊，从而产生最终的间隙垫，其在间隙垫的两侧面上含有离型衬。离型衬可以是任何合适的离型衬，例如Mylar衬。作为另一种选择，离型衬可仅位于间隙垫的一侧上，或没有施加在间隙垫上的离型衬。
在一些其它示例性实施方式中，例如其中热逆变凝胶在室温下(或冷却状态下)硬度极低或呈膏体状的那些实施方式中，可能不必加热凝胶来添加填充物。作为替换，室温或冷却凝胶可以具有足够低的粘性使得凝胶不需要通过加热来液化以添加填充物。凝胶可以在室温下或甚至处于冷却状态下基本上是液态以能够将一种或多种填充物添加到凝胶中。
间隙垫还可以例如通过注射成型来进行成型，从而代替轧光。注入成型能够生成三维形状的间隙垫。
在已经对间隙垫片进行轧光后，可进行使用或进一步处理。可以用类似于其它间隙垫的方式对完成的间隙垫片进行进一步处理。例如间隙垫片可以切割成较小的片，模切成特定的间隙垫形状，进行激光切割等。
与例如各种公知的未基于热逆变凝胶的热界面材料不同，本发明的热界面材料可以通过重新加热材料而得到再使用/再成型/再循环等。因而，由基于热逆变凝胶的热界面材料形成的间隙垫可以通过上述方式进行重新加热和再处理(例如重新成型、调整大小等)。
实施例2
在此实施例中，包括本发明的一个或多个方面的热界面材料(具体为间隙垫)大致由二嵌段苯乙烯共聚物、二嵌段和三嵌段苯乙烯共聚物混合物、石蜡油和导热填充物形成。
在此实施例的热界面材料中，油占间隙垫的约13.5重量％，二嵌段苯乙烯共聚物占间隙垫的约1.7重量％，二嵌段/三嵌段共聚物混合物占间隙垫的约3.4重量％，并且导热填充物占间隙垫的约81重量％。间隙垫还含有占间隙垫的约0.1重量％的抗氧化剂和占间隙垫约0.3重量％的颜料。
此实施例的制剂中使用的二嵌段苯乙烯共聚物含有作为弹性体(或橡胶)部的聚乙烯/丙烯。结构主要是二嵌段并且苯乙烯与橡胶的比例是37∶63。该共聚物的分子量较高，且玻璃化转变温度为-55℃。该共聚物可以以商标名Kraton G-1701作为由美国德克萨斯州休斯敦的KRATON Polymers U.S.LLC出售的粉末而商购得到。
此实施例的制剂中使用的二嵌段/三嵌段苯乙烯共聚物混合物含有作为弹性体(或橡胶)部的聚乙烯/丁烯。混合物具有30％的三嵌段和70％的二嵌段并且苯乙烯与橡胶的比例为30∶70。该共聚物混合物的分子量较低，且玻璃化转变温度为-55℃。丸粒状的共聚物可以以名称Kraton G-1726从美国德克萨斯州休斯敦的KRATONPolymers U.S.LLC商购得到。
此实施例的制剂中使用的油是可作为来自美国德克萨斯州休斯敦的ConocoPhillips Company的ConoPureTM 12P而商购得到的石蜡油。作为其它选择的制剂可以含有不同的油，例如可从美国得克萨斯州休斯敦的ExxonMobil ChemicalCompany商购得到的ElevastTM R170而商购得到的石蜡油，或以名称为Sunpar 2280从美国新泽西州特伦顿R.E.Carroll，Inc.商购得到的石蜡油等。
对于此实施例的制剂，导热填充物含有两种不同的导热填充物。第一导热填充物是平均粒径为20微米的研磨氧化铝三水合物(ATH)并且占间隙垫的约72.5重量％。第二导热填充物是平均粒径为0.3微米的精细氧化锌(ZnO)并且占间隙垫的约8.5重量％。
此实施例的间隙垫可以如上实施例1所述进行制备和处理。
此实施例的间隙垫表现出的热导率为1.53W/mK(根据Hot Disk方法测量)。该间隙垫表现出的硬度为约75Shore 00(三秒，根据ASTM标准D2240-00测量)。
实施例3
在此实施例中，包括本发明的一个或多个方面的热界面材料(具体为间隙垫)大致由二嵌段苯乙烯共聚物、三嵌段苯乙烯共聚物、石蜡油和导热填充物形成。
在此实施例的热界面材料中，油占间隙垫的约43.2重量％，二嵌段苯乙烯共聚物占间隙垫的约2.9重量％，三嵌段苯乙烯共聚物占间隙垫的约6.7重量％，并且导热填充物占间隙垫的约46.1重量％。间隙垫还含有占间隙垫约0.2重量％的抗氧化剂和占间隙垫的约1重量％的颜料。
此实施例的制剂中使用的三嵌段苯乙烯共聚物包含作为弹性体(或橡胶)部的聚乙烯/丁烯。结构主要是三嵌段并且苯乙烯与橡胶的比例是29∶71。该共聚物的分子量适中，且玻璃化转变温度为-55℃。该共聚物可以以商标名Kraton G-1650作为由美国德克萨斯州休斯敦的KRATON Polymers U.S.LLC出售的粉末而商购得到。
此实施例的制剂中使用的二嵌段苯乙烯共聚物含有作为弹性体(或橡胶)部的聚乙烯/丙烯。结构主要是二嵌段并且苯乙烯与橡胶的比例是37∶63。该共聚物的分子量较高，且玻璃化转变温度为-55℃。该共聚物可以以商标名Kraton G-1701作为由美国德克萨斯州休斯敦的KRATON Polymers U.S.LLC出售的粉末而商购得到。
此实施例的制剂中使用的油是可以以名称Sunpar 2280从美国新泽西州特伦顿R.E.Carroll，Inc.商购得到的石蜡油。作为其它选择的制剂可以含有不同的油，例如作为ElevastTM R170从美国德克萨斯州休斯敦的ExxonMobil Chemical Company商购得到的石蜡油，或作为ConoPureTM 12P从美国得克萨斯州休斯敦的ConocoPhillipsCompany商购得到的石蜡油。
对于该实施例的制剂，导热填充物含有平均粒径为125微米的氮化硼。
此实施例的间隙垫可以如上实施例1所述来进行制备和处理。
此实施例的间隙垫表现出的热导率为2.7W/mK(根据Hot Disk方法测量)。该间隙垫表现出的硬度为约80Shore 00(三秒，根据ASTM标准D2240-00测量)。
实施例4
在此实施例中，包括本发明的一个或多个方面的热界面材料(具体为导热膏)大致由二嵌段苯乙烯共聚物、石蜡油和氮化硼填充物形成。
在此实施例的热界面材料中，油占导热膏的约51.3重量％，二嵌段苯乙烯共聚物占导热膏的约33.3重量％，并且导热填充物占导热膏的约15.4重量％。
此实施例的制剂中使用的二嵌段苯乙烯共聚物含有作为弹性体(或橡胶)部的聚乙烯/丙烯。结构主要是二嵌段并且苯乙烯与橡胶的比例是37∶63。该共聚物的分子量较高，且玻璃化转变温度为-55℃。该共聚物可以以商标名Kraton G-1701作为由美国德克萨斯州休斯敦的KRATON Polymers U.S.LLC出售的粉末而商购得到。
此实施例的制剂中使用的石蜡油是可从美国得克萨斯州休斯敦的ConocoPhillipsCompany商购得到的ConoPureTM 12P。作为其它选择的制剂可以含有不同的油，例如作为ElevastTM R170可从美国德克萨斯州休斯敦的ExxonMobil Chemical Company商购得到的石蜡油，或可以以名称为Sunpar2280从美国新泽西州特伦顿R.E.Carroll，Inc.商购得到的石蜡油。
对于此实施例的制剂，导热填充物含有平均粒径为210微米的氮化硼。
此实施例的导热膏表现出的热导率为0.8W/mK(根据Hot Disk方法测量)。由于此实施例的热界面材料是膏体，因此其没有可测量的硬度。
实施例5
在此实施例中，包括本发明的一个或多个方面的热界面材料(具体为间隙垫)大致由二嵌段苯乙烯共聚物、三嵌段苯乙烯共聚物、石蜡油和氮化硼填充物形成。
在此实施例的热界面材料中，油占间隙垫的约42.4重量％，二嵌段苯乙烯共聚物占间隙垫的约2.8重量％，三嵌段共聚物占间隙垫的约6.6重量％，并且导热填充物占间隙垫的约47.1重量％。间隙垫还含有占间隙垫约0.2重量％的抗氧化剂和占间隙垫约0.9重量％的颜料。
此实施例的制剂中使用的三嵌段苯乙烯共聚物含有作为弹性体(或橡胶)部的聚乙烯/丁烯。结构主要是三嵌段并且苯乙烯与橡胶的比例是29∶71。该共聚物的分子量适中，且玻璃化转变温度为-55℃。该共聚物可以以商标名Kraton G-1650作为由美国德克萨斯州休斯敦的KRATON Polymers U.S.LLC出售的粉末而商购得到。
此实施例的制剂中使用的二嵌段苯乙烯共聚物含有作为弹性体(或橡胶)部的聚乙烯/丙烯。结构主要是二嵌段并且苯乙烯与橡胶的比例是37∶63。该共聚物的分子量较高，且玻璃化转变温度为-55℃。该共聚物可以以商标名Kraton G-1701作为由美国德克萨斯州休斯敦的KRATON Polymers U.S.LLC公司出售的粉末而商购得到。
此实施例的制剂中使用的油是可以以名称Sunpar 2280从美国新泽西州特伦顿R.E.Carroll，Inc.商购得到的石蜡油等。作为其它选择的制剂可以含有不同的油，例如作为ElevastTM R170从美国德克萨斯州休斯敦的ExxonMobil Chemical Company商购得到的石蜡油，或可以以名称ConoPureTM 12P从美国得克萨斯州休斯敦的ConocoPhillips Company商购得到的石蜡油。
对于该实施例的制剂，导热填充物含有平均粒径为125微米的氮化硼。
此实施例的间隙垫可以如上实施例1中所述来进行制备和处理。
此实施例的间隙垫表现出的热导率为3.37W/mK(根据Hot Disk方法测量)。该间隙垫表现出的硬度为约88Shore 00(三秒，根据ASTM标准D2240-00测量)。
实施例6
在此实施例中，包括本发明的一个或多个方面的热界面材料(具体为间隙垫)大致由二嵌段苯乙烯共聚物、三嵌段/二嵌段苯乙烯共聚物混合物、石蜡油和导热填充物形成。
在此实施例的热界面材料中，油占间隙垫的约42.5重量％，二嵌段苯乙烯共聚物占间隙垫的约5.3重量％，二嵌段/三嵌段共聚物混合物占间隙垫的约10.6重量％，并且导热填充物占间隙垫的约40.3重量％。间隙垫还含有占间隙垫约0.2重量％的抗氧化剂和占间隙垫约1.1重量％的颜料。
此实施例的制剂中使用的二嵌段苯乙烯共聚物含有作为弹性体(或橡胶)部的聚乙烯/丙烯。结构主要是二嵌段并且苯乙烯与橡胶的比例是37∶63。该共聚物的分子量较高，且玻璃化转变温度为-55℃。该共聚物可以以商标名Kraton G-1701作为由美国德克萨斯州休斯敦的KRATON Polymers U.S.LLC出售的粉末而商购得到。
此实施例的制剂中使用的二嵌段/三嵌段苯乙烯共聚物混合物含有作为弹性体(或橡胶)部的聚乙烯/丁烯。混合物具有30％的三嵌段和70％的二嵌段并且苯乙烯与橡胶的比例为30∶70。该共聚物混合物的分子量较低，且玻璃化转变温度为-55℃。丸粒状的共聚物可以以名称Kraton G-1726从美国德克萨斯州休斯敦的KRATONPolymers U.S.LLC商购得到。
此实施例的制剂中使用的石蜡油是从美国德克萨斯州休斯敦的ConocoPhillipsCompany商购得到的ConoPureTM 12P。作为其它选择的制剂可以含有不同的油，例如作为ElevastTM R170可从美国得克萨斯州休斯敦的ExxonMobil Chemical Company商购得到的石蜡油，或可以以名称Sunpar 2280从美国新泽西州特伦顿R.E.Carroll，Inc.商购得到的石蜡油。
对于此实施例的制剂，导热填充物含有两种不同的导热填充物。第一导热填充物是平均粒径为5微米的铝(Al)并且占间隙垫约27.6重量％。第二导热填充物是平均粒径为0.3微米的氧化锌(ZnO)并且占间隙垫约重量12.7％。
此实施例的间隙垫可以如上实施例1所述来进行制备和处理。
此实施例的间隙垫表现出的热导率为0.3W/mK(根据Hot Disk方法测量)。该间隙垫表现出的硬度为约28Shore 00(三秒，根据ASTM标准D2240-00测量)。
上述实施例的制剂描述了基于热逆变凝胶的热界面材料的可变性和适应性。上述实施例的制剂描述了那些实施例的热界面材料表现出宽范围的特性。例如，最终热界面材料的硬度可以从膏体(实施例4)变化到88Shore 00(实施例5)的硬度。热导率可从0.3W/mK(实施例6)变化至3.37W/mK(实施例5)。可以看出，通过改变油、胶凝剂和/或填充物的类型和百分比，可以生成具有不同特性(例如较高或较低的热导率、较高或较低的硬度等级等)的多种热界面材料。应意识到，这些实施例中和本发明中提供的多个数值和特定制剂仅仅是出于阐释性目的。提供的特定数值和制剂并非旨在限制本发明的范围。
提供了示例性实施方式，使得本发明公开详尽，并使本领域技术人员全面地了解其范围。对多个具体细节例如具体的元件、器件、和方法的实例进行了说明以提供本发明的实施方式的详尽理解。对本领域的技术人员明显的是不需要使用具体细节，可以以多种不同的形式实施示例性实施方式，而且这些示例性实施方式均不应解释为限制本发明的范围。在一些示例性实施方式中，没有详细地描述公知的方法、公知的器件结构以及公知的技术。
本文使用的术语仅仅是出于描述具体示例性实施方式的目的，并非旨在进行限制。如本文所使用的，术语“和/或”包括有关联的所列项目中的一个或多个的任一和全部组合。还如本文所使用的，单数形式的“a”、“an”以及“该(the)”意为也包括复数形式，除非上下文另外清楚地指出。术语“包含”、“含有”、“包括”和“具有”意为包含，因而虽然指出了所提及的特征、整体、步骤、操作、要素和/或元件的存在，但是并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、要素、元件及其组合的存在或增加。本文描述的方法步骤、过程、和操作不能理解为必须要求以所讨论或说明的特定顺序进行，除非具体地确定为按一个顺序进行。还应当理解可以采用额外的或替代性的步骤。
当一个要素或层描述为在另一个要素或层“之上”、或与另一要素或层“接合”、“连接”、“耦合”时，其可以直接位于另外的要素或层上、或与另外的要素或层接合、连接或耦合，或者可以存在中间的要素或层。相反地，当一个要素描述为“直接在”另一要素或层“之上”、或与另一要素或层“直接接合”、“直接连接”或“直接耦合”时，则不会存在中间要素或层。用来描述要素之间的关系的其它用语应当以类似的形式解释(例如“在...之间”与“直接在...之间”、“邻近”与“直接邻近”等)。如本文所使用的，术语“和/或”包括有关联的所列项目的一个或多个的任一和全部组合。
虽然术语第一，第二、第三等可以在本文中用来描述不同的要素、元件、区域、层和/或部分，但是这些要素、元件、区域、层和/或部分应不受这些术语的限制。这些术语仅仅用来将一个要素、元件、区域、层和/或部分与其它区域、层、或部分区分开。术语如“第一”、“第二”和其它数字术语“下一个”等在本文使用时，并非意味着次序或顺序，除非上下文清楚地指出。因而，在不背离示例性实施方式的教导的情况下，以下讨论的第一要素、元件、区域、层或部分可以称为第二要素、元件、区域、层或部分。
与空间有关的术语如“在...内部”、“在...外部”、“在...下方(beneath)”、“在...之下(below)”、“下面(lower)”、“在...之上(above)”或、“上面(upper)”等可在本文中使用从而方便描述附图中所描绘的一个要素或特征与另一要素或特征的关系。与空间有关的术语可以意为除在附图中所描述的方位外，还包含器件在使用或操作时的不同方位。例如，如果附图中的器件翻转，则描述为在其它要素或特征“下方”或“之下”的要素可随后定位成在其它要素或特征“之上”。因而，示例性术语“在...之下”可包含之上和之下两个方位。器件可以其它方式定位(旋转90度或其它方位)而且本文使用的与空间有关的描述相应地进行解释。
本文公开的对于给定参数的具体数值和具体数值范围并不排除可以在本文公开的一个或多个实例中使用的其它数值和数值范围。此外，可以想象到，对于本文说明的特定参数的任何两个具体的值均可以限定适于该给定参数的数值范围的端点(也就是对给定参数公开的第一数值和第二数值可以解释为公开的位于第一数值和第二数值之间的任何数值也可以用于该给定的参数)。类似地，可以想象到，对一个参数所公开的两个以上的数值范围(无论该范围是否存在嵌套、重叠或不同)包含了可能主张采用所公开的范围端点的数值范围的所有可能组合。
出于说明和描述的目的而已经提供了所述实施方式的前述说明。这并不意味着穷尽地公开或限制本发明。特定实施方式中的各个要素或特征通常不限于该特定实施方式，但是，该要素或特征在合适时可以互换并且用在所选实施方式中，即使没有作出具体说明或描述。该要素或特征还可以许多方式进行变形。这种变形不能理解为背离了本发明，并且所有的这种改进意为包含在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种热界面材料，所述热界面材料在热逆变凝胶中包含至少一种导热填充物，所述热逆变凝胶包含二嵌段苯乙烯共聚物，其特征在于：
所述至少一种导热填充物包括氮化硼、氧化铝、铝、石墨及其组合；和/或
所述热界面材料包括顺应性导热间隙垫，所述导热间隙垫用来填充传热表面间的间隙，并使热量从运行的电气元件传导经过所述导热间隙垫。
2.如权利要求1所述的热界面材料，其中，所述热逆变凝胶包含油和/或溶剂。
3.如权利要求2所述的热界面材料，其中：
所述油和/或溶剂包含石蜡油和/或溶剂。
4.如权利要求1所述的热界面材料，其中，所述热界面材料基于油凝胶树脂体系，其中对所述油凝胶进行配制，使得所述热界面材料在150℃的温度开始软化。
5.如权利要求1所述的热界面材料，其中，所述热逆变凝胶是油凝胶。
6.如权利要求5所述的热界面材料，其中，所述油凝胶含有石蜡油以及二嵌段和三嵌段苯乙烯共聚物。
7.如权利要求1所述的热界面材料，其中，所述热逆变凝胶包含凝胶状流体。
8.如权利要求1～7中任一项所述的热界面材料，其中，所述热界面材料完全不含有机硅。
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