CN102985510A - 完全固化的热或电-传导性原地形成间隙填料 - Google Patents

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Abstract

施用热和/或电传导性复合物，以填充第一和第二表面之间的热和/或EMI屏蔽间隙。提供作为固化的聚合物凝胶组分和粒状填料组分的混合物的流动的形式稳定的复合物的供应。由喷嘴、筛、模版或其他孔在施加的压力下将一定量的复合物分配到表面(当对置时形成间隙)之一上或分配到在表面之间形成的间隙内。所述间隙被至少一部分所分配的复合物至少部分填充。

Description

完全固化的热或电-传导性原地形成间隙填料
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年8月12日提交的美国临时申请序列号61/233,186的权益，该临时申请的公开内容通过全文引用结合到本文中。
发明领域
本发明宽泛地涉及热和/或电-传导性复合物，所述复合物可用作例如在一个电子元件和另一个构件(比如散热器或电路板)的表面之间的间隙填料或填缝，用于它们的传导性冷却和/或电磁干扰(EMI)屏蔽。这种复合物以固化的聚合物凝胶组分形式提供，该固化的聚合物凝胶组分与可固化的树脂组分共混并填充有热和/或电-传导性颗粒。本发明进一步涉及比如通过喷嘴或其他开口(比如印刷筛或模版)将这种复合物施用于这样的表面之一或介于这样的表面之间的间隙内。
发明背景
用于现代电子设备(比如电视、收音机、计算机、医疗仪器、商务机器、通讯设备等)的电路设计变得日益复杂。例如，已制造集成电路用于含有相当于几十万个晶体管的这些和其他设备。尽管设计的复杂性提高了，但是设备的尺寸随着制造较小的电子元件并将更多的这些元件包装在甚至更小的面积中的能力提高而持续缩小。
由于电子元件已变得较小并且更密集地在集成板和芯片上包装，设计者和制造者现在面临的挑战是，如何散发这些元件通过电阻或以另外的方式产生的热量。实际上，众所周知许多电子元件，尤其是功率半导体元件比如晶体管和微处理器在高温下更容易失效或发生故障。因此，散热能力通常是元件性能的限制性因素。
在集成电路内的电子元件在传统上经由在装置的外壳内强制性或对流循环空气进行冷却。关于这一点，作为元件包装的组成部分或作为其单独的附件提供冷却翅片，以增加暴露于通过对流-形成的空气流的包装的表面积。另外已采用电扇来提高在外壳内循环的空气的体积。然而，对于当前电子设计典型的高功率电路和较小但是更密集包装的电路，通常发现简单的空气循环不足以充分冷却电路元件。
通过将电子元件直接安装到散热构件比如“冷板”或其他散热器或热散布器，可实现超过通过简单的空气循环可达到的散热。消散构件可为专用的热-传导性陶瓷或金属板或有翅片的结构，或者简单地为装置的底盘或电路板。然而，超过介于电子元件和消散构件之间的正常的温度梯度，在主体之间的界面处，发展适当的温度梯度作为热界面阻抗或接触电阻。
也就是说，并且如美国专利号4,869,954所述，将元件的热界面表面与散热器接合通常在显著的或微观的规模上是不规则的。当界面表面配合时，在之间形成小袋或空隙空间，在其中空气可被截留。这些小袋降低界面内的总表面积接触，进而降低传热面积和通过界面的总传热效率。此外，众所周知空气为相对差的热导体，在界面内存在空气小袋降低通过界面的传热速率。
为了改进通过界面的传热效率，通常将热-传导性、电-绝缘材料的垫或其他层置于散热器和电子元件之间，以填充任何不规则表面和消除空气小袋。对于该目的，开始时采用的材料比如填充有热-传导性填料(比如氧化铝)的硅脂或蜡。如在美国专利号5,250,209；5,167,851；4,764,845；4,473,113；4,473,113；4,466,483；和4,299,715中进一步描述的，这种材料在正常的室温下通常为半液体或固体，但是在升高的温度下可液化或软化，以流动和更好地符合不规则的界面表面。
然而，迄今为止本领域已知的前述类型的油脂和蜡在室温下通常不能自支撑或以其他方式形式稳定，并被认为施用于散热器或电子元件的界面表面有麻烦。为了提供通常出于容易处理而优选的膜形式的这些材料，必须提供基材、网或其他载体，引入在之中或之间可形成另外的空气小袋的另一个界面层。此外，使用这种材料通常涉及通过电子学装配器手动施用或铺叠，这增加了制造成本。
或者，另一种方法为使用固化的片材样材料来代替硅脂或蜡。可将这种材料混配成为含有一种或多种在聚合粘合剂内分散的热-传导性粒状填料，并且可以固化的片材、带、垫或膜形式提供。典型的粘合剂材料包括硅酮、氨基甲酸酯、热塑性橡胶和其他弹性体，典型的填料包括氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化硼和氮化铝。
上述界面材料的实例为填充有氧化铝或氮化硼的硅酮或氨基甲酸酯弹性体，它们以CHO-THERM和THERM-A-GAPTM名称由Chomerics Division of Parker-Hannifin Corp.，77Dragon Court，Woburn，MA 01801销售。此外，美国专利号4,869,954公开了一种用于传递热能的固化的、形式稳定的、片材样的热-传导性材料。该材料由氨基甲酸酯粘合剂、固化剂和一种或多种热传导性填料形成。填料(可包括氧化铝、氮化铝、氮化硼、氧化镁或氧化锌)粒径在约1-50微米(0.05-2密耳)范围内。类似的材料可描述于美国专利号5,679,457；5,545,473；5,533,256；5,510,174；5,471,027；5,359,768；5,321,582；5,309,320；5,298,791；5,213,868；5,194,480；5,151,777；5,137,959；5,060,114；4,979,074；4,974,119；4,965,699；4,869,954；4,842,911；4,782,893；4,685,987；4,654,754；4,606,962；4,602,678，以及WO 96/37915。其他材料，如可描述于美国专利号6,031,025；5,929,138；5,741,877；5,665,809；5,467,251；5,079,300；4,852,646；以及WO 96/05602、WO 00/63968；和EP 643,551的，可使用凝胶或凝胶样材料作为填料的粘合剂或载体。
上述类型的片材、垫和带已通常可接受在传导性冷却电子元件组件(比如半导体芯片，即，在美国专利号5,359,768中所描述的冲模)中用作界面材料。然而，在某些应用中，需要重的固定元件(比如弹簧、夹子等)施用足够的力来使这些材料符合界面表面，以得到足够的表面用于有效传热。实际上，对于一些应用，由于在相对低的夹紧压力下能更好地符合界面表面，持续优选在升高的温度下液化、熔融或软化的材料，比如油脂和蜡。
近来，已为了容易处理而引入相变材料，其在室温下自支撑和形式稳定，但是在电子元件的运行温度范围内的温度下液化或以其他方式软化，以形成更好地符合界面表面的粘稠的触变相。这些相变材料可作为独立的膜或作为在基材表面上印刷的加热的筛(heated screen)供应，有利地在约5psi(35kPa)的相对低的夹紧压力下、元件的运行温度内共形地流动方面很像油脂和蜡地起作用。这种材料进一步描述于共同转让的1998年12月15日提交的并且题为“Method of Applyinga Phase Change Interface Material(施用相变界面材料的方法)”的美国专利号6,054,198和美国序列号09/212,111，并且在名称THERMFLOW
Figure BPA00001545297400041
T310、T443、T705、T710、T725和A725下由ChomericsDivision of Parker-Hannifin Corp.销售。其他相变材料有由BergquistCompany(Minneapolis，MN)销售的商品名“HI-FLOWTM”，由Thermagon，Inc.(Cleveland，OH)销售的商品名“T-PCMTM”和由Orcus，Inc.(Stilwell，KS)销售的商品名“THERMAPHASE”。相变材料/金属箔层压材料有由Thermagon，Inc.销售的商品名“T-MATETM”。
对于典型的工业应用，热界面材料可以带或片材形式供应，其包括内和外隔离衬垫和热复合物的夹层。除非热复合物固有地发粘，否则复合物层的一侧可涂布一薄层压敏粘合剂(PSA)，用于将复合物施用于散热器的传热表面。为了促进自动化分配和施用，可将带或片材的外隔离衬垫和复合物夹层冲切，以形成一系列单个的预定大小的垫。因此，可将每个垫从内隔离衬垫移除，并在常规的“剥和粘(peeland stick)”应用中使用粘合剂层与散热器粘合，这可由散热器制造商进行。
当垫粘附于散热构件(比如散热器或热散布器)的传热表面，以及当外衬垫原地形成复合物层的外表面的保护性覆盖时，消散构件和垫可作为集成组件提供。在安装组件之前，将外隔离衬垫从复合物层移除，将垫安置在电子元件上。夹子可用于将组件原地紧固。
其他材料，如在美国专利号5,467,251和共同转让的美国专利号7,208,192和5,781,412中举例说明的，以及由Chomerics Division ofParker-Hannifin Corp以名称“THERM-A-FORMTM”销售的，通常称为热界面复合物、填缝、原地形成材料或密封剂。通常以装入一个或多个管、容器等内的方式供应这些材料，最通常，作为单组分或双组分液体或以其他方式流动的填充的反应性系统，其在室温或升高的温度下固化，以在施用复合物的间隙或元件内原地形成。施用可为套筒或管枪或其他分配系统。
鉴于在热管理中使用的材料和应用的多样性，如在前面举例说明的，预期在热管理材料中对这种材料和应用的持续改进是电子设备制造商完全接受的。
发明概述
本发明涉及一种热和/或电-传导性复合物，所述复合物在施加的压力下可作为珠粒、块、图案或其他形式分配，由喷嘴发出或通过筛或模版中的开口印刷，或者可通过孔以其他方式分配。可装在管、套筒或其他容器中的一定量的复合物可在表面上分配，该表面与相对的、接合、配合的或以其他方式邻接的表面形成间隙，或者直接分配在邻接表面之间形成的间隙内。当施用时，复合物“原地”(即，原位)形成材料的珠粒或块。在间隙内，原地形成的复合物的珠粒或块用作共形界面材料，以至少部分填充间隙，从而在表面之间提供热和/或电-传导性路径。
然而，与更常规的“原地形成”材料不同，本发明的复合物包括实质上完全交联的或以其他方式固化的凝胶组分作为主要组分，比如更充分描述于共同转让的美国专利号7,208,192的。然而，通过将可固化的树脂组分与凝胶组分组合，可配制复合物，以保持可分配和柔软，以用作凝胶垫或其他界面材料，但是在分配和变形(deflect)之后进一步固化，以限制在电子装置内的元件之间或其他应用中迁移。此外，可固化的树脂和凝胶组分的组合使得在变形之前或之后，复合物的珠粒、垫或其他分配形式在开始时形成固化的外层或外皮，以用作“树脂堤”，用于在相对厚或深的间隙和接头中容纳复合物。
装在管、套筒或其他容器内或以其他方式供应的本发明的复合物可在室温下储存，并且不需要冷冻的或其他专门的储存。具有在施加的压力下可分配的流动的粘度的同时，复合物通常还具有粘弹性，并在填充时不呈现明显的填料沉降。这种复合物还有效地具有无限的储存期限和工作时间，并且可作为单组分系统提供，不需要在分配之前由使用者混合或在分配之后进行固化安排。无论以珠粒、块或其他形式施用，分配的复合物通常为形式稳定的，从而可与常规的模塑或挤出的条、垫、片材或其他预制品类似地处理以用于组件。此外，虽然分配的珠粒或块是形式稳定的，但是也极软并且是共形的，在变形时需要小的力或实质上不需要力。可使用自动化分配设备施用复合物，或使用气动或手动-操作的涂布器枪以其他方式施用。
在示例性实施方案中，将复合物配制为在施加的压力下是流动的，但是当施用于表面或间隙内时形式稳定，作为以下物质的共混物或其他混合物：(I)聚合物凝胶组分；(II)可固化的树脂组分；和(III)可为热和/或电-传导性颗粒或它们的共混物的填料。凝胶组分可例如为热塑性凝胶或硅酮凝胶(其可为有机聚硅氧烷)。可固化的树脂组分可为室温硫化(RTV)可潮气固化的硅酮树脂。有利地，可将复合物填充至比如介于总重量的约20-90％之间的负载水平，以呈现至少约0.5W/m-K的热导率，这与当前的模塑或原地形成材料呈现的热导率类似，但是同时仍可使用常规的设备分配。
因此，本发明包括在随后的详细公开中举例说明的结构、元件的组合和/或部件和步骤的排列。本发明的优点包括实质上完全-固化的热或电复合物，其可分配用于原地形成施用，但是允许“进一步”原地固化的另外的安全边缘。其他优点包括软的和共形复合物，其在装配期间具有快速形式稳定的分配速率、低-力变形，以及在稳健的震动和颤动吸热或电组件的应用中进一步固化。基于本文所含的公开，这些和其他优点对于本领域技术人员是显而易见的。
附图简述
为了更充分地理解本发明的性质和目标，结合附图参考以下详细说明，附图中：
图1为当在表面上分配时本发明的热和/或电-传导性复合物的代表性施用的略微示意的透视图；
图2为显示表面(比如图1的表面)的截面图，该表面与配合表面相对设置以在之间形成界面间隙，其中施用的本发明复合物的珠粒、块或其他形式显示在表面之间可贴合以至少部分填充间隙；和
图3为显示本发明复合物作为填缝的一个供选应用的截面图。
结合以下发明详述来进一步描述各附图。
发明详述
为了方便而非任何限制性目的，在以下描述中可采用某些术语。例如，术语“向前”、“向后”、“右”、“左”、“上”和“下”在所涉及的附图中指定方向，其中术语“向内”、“内部”、“内”或“内侧”以及“向外”、“外部”、“外”、“外侧”分别指朝向和远离涉及的元件的中心的方向，并且术语“径向”或“水平”以及“轴向”或“垂直”分别指与涉及元件的中心纵向轴垂直和平行的方向、轴、平面。不是以上具体提及的语言的类似的输入的术语同样应看作是为了方便的目的，而不是任何限制性含义。另外，术语“EMI屏蔽”应理解为包括，并且与以下术语可互换使用：电磁相容性(EMC)、电传导和/或接地、电晕屏蔽、射频干扰(RFI)屏蔽和抗静电即静电放电(ESD)保护。
在附图中，具有字母数字指定的元件可在本文中共同提及，或者在供选中，如上下文显而易见的，仅通过指定的数字部分来提及。此外，在附图中不同元件的组成部分可用单独的标记来指定，这应理解为是指元件的该组成部分而不是整个元件。可用箭头指定一般提及以及对空间、表面、尺寸和程度的提及。
为了说明以下公开的目的，结合热-传导性制剂来主要描述本文涉及的本发明的热和/或电-传导性复合物。这种制剂可作为热界面材料在热管理组件内使用，在施加的压力下可作为珠粒、块、图案或其他形式分配，由喷嘴发出或通过筛或模版中的开口印刷，或者可通过在散热构件(比如散热器)的传热表面上的孔以其他方式分配，用于与电子元件的配合传热表面进行传热接触。因此，这种组件和热界面材料在别处描述于美国专利号6,096,414；6,054,198；5,798,171；5,766,740；5,679,457；5,545,473；5,533,256；5,510,174；5,471,027；5,359,768；5,321,582；5,309,320；5,298,791；5,250,209；5,213,868；5,194,480；5,137,959；5,167,851；5,151,777；5,060,114；4,979,074；4,974,119；4,965,699；4,869,954；4,842,911；4,782,893；4,764,845；4,685,987；4,654,754；4,606,962；4,602,678；4,473,113；4,466,483；4,299,715；和3,928,907。然而，应理解的是，本发明的各方面可用于其他热管理应用，和以其他形式比如填缝使用。由于另外或备选地配制成电传导性的，本发明的复合物还可用作原地形成EMI屏蔽材料。因此，这种用途和应用应看作是明显在本发明的范围内。
根据本发明的规则，提供流动的复合物，其在总的形态方面呈现连续的凝胶相和在连续相中分散的粒状填料的非连续相。流动的和粘稠的或粘弹性的这种复合物特别适合用作原地形成(FIP)热界面或EMI屏蔽垫圈材料，作为通常非坍塌或以其他方式形式稳定的珠粒、块或其他形式可分配，由喷嘴发出或通过筛或模版中的开口印刷，或者通过在基材(比如散热器或电子元件)的表面上的孔以其他方式分配。这样分配的珠粒、块、图案或其他形式是共形的，因此能填充在电子装置和电设备的电路元件、电路板和外壳的邻接表面之间或在其他邻接表面(比如可在建筑结构等中存在)之间的间隙。
在一个示例性制剂中，将本发明的复合物配制成以下组分的流动的混合物：(a)固化的聚合物凝胶组分；(b)可固化的树脂组分；和(c)填料组分。“流动的”是指混合的组合物呈现代表性流体流动特性，使其能在压力下通过分配喷嘴、针或其他孔(比如印刷筛或模版)以给定的流动速度挤出。例如，可观察到在约90psi(620kPa)的施加的压力下，通过0.047英寸(1mm)孔的流动速率为约2g/分钟。此外，提供复合物为足够粘稠的或粘弹性的，例如，在约正常的室温(即，约25-30℃)下，约15,000,000cps，使得组合物可由或通过喷嘴、针、筛或其他孔分配，作为通常形式稳定的珠粒、块、图案或其他形式。“形式稳定的”是指施用于基材的组合物的量至少在正常的室温范围内的温度下在稳态下实质上没有明显的(即，25％以下)坍塌、垂挂、流延或其他流动。“固化的”是指凝胶组分，并且除非含有反应性助剂或稀释剂，除了当老化后可正常地发展以外，复合物本身不呈现进一步明显的聚合、交联、硫化、硬化、干燥等化学或物理改变，比如从其流动的凝胶形式变为固体或半固体形式或相。“可固化的”是指树脂组分在分配之后和在变形之前或之后进行进一步明显的聚合、交联、硫化、硬化、干燥等化学或物理改变，比如从其流动的粘稠的或粘弹性形式变为固体或半固体形式或相。
可用作聚合物凝胶组分(a)的凝胶包括基于硅酮(即，聚硅氧烷，比如聚有机硅氧烷)的系统，以及基于其他聚合物的系统，其可为热塑性或热固性的，比如聚氨酯、聚脲、含氟聚合物、氯磺酸酯、聚丁二烯、丁基橡胶(butyls)、氯丁橡胶、腈、聚异戊二烯和丁腈橡胶，共聚物，比如乙烯-丙烯(EPR)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、乙烯-丙烯-二烯单体(EPDM)、腈-丁二烯(NBR)、苯乙烯-乙烯-丁二烯(SEB)和苯乙烯-丁二烯(SBR)，和它们的共混物，比如乙烯或丙烯-EPDM、EPR或NBR。本文使用的术语“聚合物凝胶”在一种含义上归属于其流体-增量的聚合物系统的常规含义，该系统可包括可化学(例如，离子或共价)或物理交联的连续的聚合相或网络，和油，比如硅酮或其他油、增塑剂、未反应的单体或溶胀或以其他方式填充网络的空隙的其他流体增量剂。可控制这种网络的交联密度和增量剂的比例，以改变模量(即，柔软度)和凝胶的其他性质。术语“聚合物(或视情况为硅酮)凝胶”还应理解为包括备选地可宽泛地分类为具有与凝胶类似的粘弹性性质的假凝胶或凝胶样的材料，比如具有由相对长的交联链形成的“松散的”交联网络，但是例如缺少流体-增量剂。
关于硅酮凝胶，特别优选柔软的硅酮凝胶，比如由NuSilTechnology(Carpinteria，CA)以名称“GEL-8100”销售的。比如根据ASTM D217，这种凝胶在其固化条件下的渗透值为约100×10-1mm。其他柔软硅酮凝胶有由Dow Corning(Midland，MI)以名称“3-6636”销售的。
可用作可固化的树脂组分(b)的树脂包括可潮气固化的室温-硫化(RTV)硅酮，比如在美国专利号6,096,413和5,910,524中所描述的。这种硅酮可为肟或其他缩合固化聚合物。可固化的树脂组分(b)和固化的凝胶组分(a)的共混物可包含基于组分(a)和(b)的总重量约5-50％重量的可固化的树脂组分(b)。
根据本发明的一方面，聚合物凝胶和可固化的树脂组分的共混物通过其负载填料组分(c)而赋予热-传导性，填料组分(c)可包含一种或多种热-传导性粒状填料。关于这一点，聚合物凝胶组分通常形成粘合剂，热-传导性填料在该粘合剂中分散。所包含的填料的比例足以提供预期的应用所需的热导率，并且通常负载介于复合物总重量的约20-90％之间。就本发明的目的而言，填料的尺寸和形状不是关键的。关于这一点，填料可具有任何通常的形状，宽泛地称为“颗粒”，包括实心或空心球体或微球体、薄片、片状体、不规则的或纤维质的，比如斩碎的或研磨的纤维或细丝，但是优选为粉末，以确保均匀的分散的和均质的机械和热性质。填料的粒径或分布典型地介于约0.01-10密耳(0.25-250μm)范围内，其可为直径、输入直径、长度或颗粒的其他尺寸，但是可进一步根据待填充的间隙的厚度而变。如果期望，填料可选择为非电传导性的，使得复合物可为介电的或电-绝缘的和热-传导性的。或者，在不需要电绝缘的应用中，填料可为电-传导性的。
合适的热-传导性填料通常包括氧化物、氮化物、碳化物、二硼化物、石墨和金属颗粒，和它们的混合物，更特别是氮化硼、二硼化钛、氮化铝、碳化硅、石墨、金属比如银、铝和铜、金属氧化物比如氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化铍和氧化锑，和它们的混合物。这种填料的特有地呈现介于约20-50W/m-K之间的热导率。出于经济的原因，可使用铝氧化物，即，氧化铝，而出于改进热导率的原因，更优选考虑氮化硼。负载热-传导性填料，根据ASTM D5470，复合物典型地可呈现至少约0.5W/m-K的热导率，并且根据ASTM D5470，可呈现小于约1℃-in2/W(6℃-cm2/W)的热阻抗，但是可根据复合物层的厚度而变。
根据本发明的另一方面，聚合物凝胶组分(a)和可固化的树脂组分(b)的共混物通过其负载电-传导性填料而赋予电-传导性，除了热-传导性填料以外可提供(即，共混物)，或者代替热-传导性填料。另外，根据所选的填料，这种填料可用作热和电-传导性填料。
合适的电-传导性填料包括：贵金属和非贵金属，比如镍、铜、锡、铝和镍；镀贵金属的贵金属或非贵金属，比如镀银的铜、镍、铝、锡或金；镀非贵金属的贵金属和非贵金属，比如镀镍的铜或银；和镀贵金属或非贵金属的非金属，比如镀银或镀镍的石墨、玻璃、陶瓷、塑料、弹性体或云母；和它们的混合物。填料还可宽泛地分类为“颗粒”形式，但是认为这种形式的具体形状对于本发明不是关键的，并且可包括本文涉及的类型的传导性材料的制造或制剂中常规涉及的任何形状，包括空心或实心微球体、弹性体气球、薄片、片状体、纤维、棒、不规则-形状的颗粒，或它们的混合物。同样认为填料的粒径不是关键的，并且可为或窄或宽的分布或范围，但是通常介于约0.250-250μm之间。
填料在组合物中的负载比例足以提供预期的应用所期望的间隙内的电传导率和EMI屏蔽效率的水平。对于大多数应用，在约10MHz-10GHz的频率范围内，至少10dB的EMI屏蔽效率认为是可接受的，并且通常为至少20dB，并优选至少约60dB或更高。这种效率转化为通常视情况基于复合物总体积或重量的介于约10-90％体积或50-90％重量的填料比例，和不大于约1Ω-cm的本体或体积电阻率，但是已知通过使用EMI吸收性或“有损失的”填料比如铁素体或涂布镍的石墨，在较低的传导率水平下可实现可比的EMI屏蔽效率。还如所已知的，构件32的最终的屏蔽效率将基于电-传导性或其他填料材料的量和膜厚度而变。
根据预期的具体应用的要求，另外的填料和添加剂可包含在复合物的制剂中。这种填料和添加剂可包括常规的润湿剂或表面活性剂、颜料、染料和其他着色剂、遮光剂、消泡剂、抗静电剂、偶联剂比如钛酸盐、扩链油、增粘剂、颜料、润滑剂、稳定剂、乳化剂、抗氧化剂、增稠剂、和/或阻燃剂比如三水合铝、三氧化锑、金属氧化物和盐、插入的石墨颗粒、磷酸酯、十溴联苯氧化物、硼酸盐、磷酸盐、卤代复合物、玻璃、可为热解法或结晶的二氧化硅、硅酸盐、云母、和玻璃或聚合微球体。典型地，将这些填料和添加剂与制剂共混或以其他方式混合，并且可包含介于其总体积的约0.05-90％或更多。
例如，可在开炼机或其他常规的混合设备中制备复合物，作为一种或多种树脂或其他聚合物的混合物，其他聚合物还可为低聚物或预聚物，任选地，根据系统，为交联剂、催化剂和增量剂、填料组分和任选的添加剂组分。在混合之前，可将聚合物凝胶组分(a)经受聚合物进一步聚合或以其他方式将树脂、低聚物或预聚物固化或转化为流体或非流体增量的聚合物凝胶组分的条件。关于这一点，可将混合物加热，比如在热加聚(即，硫化或交联)系统的情况下。或者，化学或物理凝胶化反应可在大气水分即水解、暴露于紫外(UV)辐射或其他固化机理如厌氧固化的影响下进行。
根据采用的聚合物凝胶系统，可将无机或有机溶剂或其他稀释剂或流变剂加入到复合物的混合物中，以控制最终的复合物的粘度，可调节粘度用于待使用的施用设备或工艺。如所提及的，最终的复合物在约25-30℃下的粘度典型地可为约15,000,000cps。在混合之前或之后，还可使复合物发泡，比如在物理起泡剂(比如氮气、二氧化碳或其他气体)或化学起泡剂(其可为有机复合物或无机复合物比如分解或挥发而产生气体的水)控制下。混合后，可将复合物装入单个的管、套筒或容器中，并储存以在之后例如使用手持的施用器枪或注射器，或者备选地使用自动化计量和分配设备比如机器人施用器来施用。
现在参考附图，其中贯穿数张图，相应的附图标记用于指定相应的元件，其中相同的元件用首要的或连续的字母数字指定来参考，已混合和固化的本发明复合物的示例性分配的施用概括地在图1中10处显示。在图1中，显示在施加的压力下(用箭头14说明)下将一定量12的复合物分配到涂底漆的或未涂底漆的表面16上，该表面可为例如散热器、冷板、电路板、外壳部件或电子元件的塑料、金属或陶瓷表面。关于这一点，显示复合物的供应(参考18)作为单组分系统装入流体连通连接的套筒、管或其他容器20，可使用具有孔24的喷嘴22如所示的直接供应或通过与头连接的软管或其他导管供应。将量12的复合物分配所通过的孔备选地可为筛或模版中的开口，比如在印刷型分配施用中。
在可使用枪或注射器手动施加或通过空气或无空气计量设备(比如配料圆筒或泵)产生的施加压力14下，计量量的复合物可作为垫或其他从喷嘴22发出并到表面16上。当施用时，量12可实质上自粘附于表面16，比如通过表面张力、固有粘性或其他内聚力。与油脂等不同，量12在正常的室温下可有利地为形式稳定的，使得将其施用于的部件或元件可被处理用于组件或相反。此外，与可粘附于表面的常规的原地形成复合物不同，本发明的复合物可容易从表面16清洁或以其他方式除去以修复或重做。
现在参考图2，显示组件图，其中具有施用量12的表面16与同样可为散热器、冷板、电路板、外壳部件或电子元件的表面的配合表面30相对或以其他热邻接设置，以在之间限定间隙(参考32)，间隙可例如从约2密耳(0.05mm)或以下到约100密耳(2.5mm)或以上的范围。在间隙32内，可看到复合物(现在提及为层34)符合表面16和30，并且至少部分填充间隙32。有利地，可在相对低的力或实质上没有力的条件下实现层34的共形变形，也就是，例如，在约0.3psi(2kPa)下约25％的压缩或力变形，以及在约1psi(6kPa)或更低下约50％的压缩或力变形。在采用这种变形之前，由于可固化的树脂组分(b)的潮气固化或其他固化，实质上不剥落的外层或外皮(用36表示)开始时可在层34的边缘(参考38)周围形成。由于可固化的树脂组分(b)的初始固化，可形成这种外皮36，其可例如在施用后约5-10分钟和在潮气固化树脂的情况下暴露于大气水分时形成。在可固化的组分(b)进一步固化和因此提高复合物的总粘度之前，外皮36可用作“树脂堤”，以减轻层34从表面16和30之间迁移。
或者，可将形成层34的复合物直接注射至间隙32内，比如经由通过表面16或30之一形成的开孔(在剖面图中参考40)。另外，并且现在参考图3，在邻接表面44和46之间的间隙内，可改为作为珠粒40施用复合物，比如沿着接缝42。在这种施用中，在可固化的树脂组分(b)进一步固化之前，可在珠粒40的外部表面或其他边缘(参考50)之上形成初始外皮(用48表示)。这种外皮48类似地用作“树脂堤”，以在接缝42内容纳珠粒40。
由于预期在不偏离本文涉及的规则下，可对本发明进行某些改变，故旨在在前述说明中所包含的所有内容应解释为说明性的而不是限制性含义。所有参考文献(包括本文引用的任何优先权文件)通过引用明确地结合到本文中。

Claims (40)

1.一种填充第一和第二表面之间的空间以形成组件的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供流动的形式稳定的复合物的供应，所述复合物包含以下组分的混合物：(I)固化的聚合物凝胶组分；(II)可固化的树脂组分；和(III)粒状填料组分；
(c)分配一定量的复合物；
(d)在步骤(c)之前或之后，在第一和第二表面之间形成空间，所述空间被至少一部分在步骤(c)中分配的复合物至少部分填充；和
(e)固化所述可固化的树脂组分，以在所述空间中形成共形层。
2.权利要求1的方法，其中：
将在步骤(c)中分配的复合物分配到第一和第二表面中的一个上；和
在步骤(d)之后通过将第一和第二表面中的一个设置为邻接第一和第二表面中的另一个而形成步骤(d)的空间，其中将在步骤(c)中分配的复合物在之间变形，以至少部分填充所述空间。
3.权利要求1的方法，其中：
在步骤(d)之前形成步骤(d)的空间；和
将在步骤(c)中分配的复合物分配到所述空间中。
4.权利要求1的方法，其中所述复合物包含为组分(I)、(II)和(III)总重量的约20-90％的填料组分。
5.权利要求1的方法，其中所述复合物包含为组分(I)和(II)总重量的约5-50％的组分(II)。
6.权利要求1的方法，其中所述填料组分的平均粒径为约0.01-10密耳(0.25-250μm)。
7.权利要求1的方法，其中在步骤(d)中形成的空间的厚度为约2-100密耳(0.05-2.5mm)。
8.权利要求1的方法，其中：
所述空间为热空间；和
所述填料组分为热-传导性的。
9.权利要求8的方法，其中所述填料组分的热导率为至少约20W/m-K。
10.权利要求8的方法，其中所述填料组分选自氧化物、氮化物、碳化物、二硼化物、石墨和金属颗粒以及它们的混合物。
11.权利要求8的方法，其中所述复合物的热导率为至少约0.5W/m-K。
12.权利要求1的方法，其中所述复合物在约25-30℃下的粘度为约15,000,000cps。
13.权利要求2的方法，其中所述复合物实质上自粘附于第一和第二表面中的至少一个上，在步骤(c)中分配所述复合物到所述至少一个上。
14.权利要求1的方法，其中：
所述空间为EMI屏蔽空间；和
所述填料组分为电-传导性的。
15.权利要求14的方法，其中所述复合物的电体积电阻率不大于约1Ω-cm。
16.权利要求14的方法，其中所述复合物实质上在约10MHz-约10GHz的频率范围内呈现至少约60dB的EMI屏蔽效率。
17.权利要求1的方法，其中所述聚合物凝胶组分包含硅酮聚合物。
18.权利要求1的方法，其中所述树脂组分包含硅酮树脂。
19.权利要求18的方法，其中所述硅酮树脂为可潮气固化的。
20.权利要求1的方法，所述方法还包括在步骤(c)之前的另外的步骤：
提供与所述复合物的供应以流体连通方式连接的孔，其中
在施加的压力下，由所述孔在步骤(c)中分配所述复合物。
21.权利要求20的方法，其中在步骤(a)中以装入容器中的方式提供所述复合物的供应。
22.权利要求1的方法，其中：
以具有边缘的形式在步骤(c)中分配所述复合物；和
所述树脂组分首先在步骤(c)中固化，以在所述形式的边缘周围形成外皮。
23.权利要求22的方法，其中所述形式为垫或珠粒。
24.权利要求22的方法，其中所述外皮在所述边缘周围形成堤。
25.组件，所述组件通过前述权利要求中任一项的方法形成。
26.一种用于填充第一和第二表面之间的空间的流动的形式稳定的复合物，所述复合物包含以下组分的混合物：
(a)固化的凝胶组分；
(b)可固化的树脂组分；和
(b)粒状填料组分；
由此所述复合物可通过孔分配。
27.权利要求26的复合物，其中所述复合物包含为组分(a)、(b)和(c)总重量的约20-90％的填料组分。
28.权利要求26的复合物，其中所述复合物包含为组分(a)和(b)总重量的约5-50％的组分(b)。
29.权利要求26的复合物，其中所述填料组分的平均粒径为约0.01-10密耳(0.25-250μm)。
30.权利要求26的复合物，其中所述填料组分的热导率为至少约20W/m-K。
31.权利要求26的复合物，其中所述填料组分选自氧化物、氮化物、碳化物、二硼化物、石墨和金属颗粒以及它们的混合物。
32.权利要求26的复合物，其中所述复合物的热导率为至少约0.5W/m-K。
33.权利要求26的复合物，其中所述复合物在约25-30℃下的粘度为约15,000,000cps。
34.权利要求26的复合物，其中将所述复合物装入与所述孔以流体连通方式连接的容器中。
35.权利要求26的复合物，其中所述复合物实质上自粘附于第一和第二表面中的至少一个上。
36.权利要求26的复合物，其中所述复合物的电体积电阻率不大于约1Ω-cm。
37.权利要求26的复合物，其中所述复合物实质上在约10MHz-约10GHz的频率范围内呈现至少约60dB的EMI屏蔽效率。
38.权利要求26的复合物，其中所述凝胶组分包含硅酮聚合物。
39.权利要求26的复合物，其中所述树脂组分包含硅酮树脂。
40.权利要求39的复合物，其中所述硅酮树脂为可潮气固化的。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106663473A (zh) * 2014-07-11 2017-05-10 汉高知识产权控股有限责任公司 具有混合纵横比颗粒分散体的热界面材料
US10306817B2 (en) 2015-07-13 2019-05-28 Laird Technologies, Inc. Thermal management and/or EMI mitigation materials with custom colored exterior surfaces
CN110313056A (zh) * 2017-01-17 2019-10-08 莱尔德技术股份有限公司 可压缩发泡热界面材料及其制备方法
US11678470B2 (en) 2015-02-06 2023-06-13 Laird Technologies, Inc. Thermally-conductive electromagnetic interference (EMI) absorbers with silicon carbide

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0643552A1 (en) * 1993-09-10 1995-03-15 Parker-Hannifin Corporation Form-in-place EMI gaskets
US6017587A (en) * 1998-07-09 2000-01-25 Dow Corning Corporation Electrically conductive silicone compositions
US20030222249A1 (en) * 2002-05-31 2003-12-04 Bunyan Michael H. Thermally or electrically-conductive form-in-place gap filter
CN101351755A (zh) * 2006-03-28 2009-01-21 派克汉尼芬公司 可分配固化树脂

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0643552A1 (en) * 1993-09-10 1995-03-15 Parker-Hannifin Corporation Form-in-place EMI gaskets
US6017587A (en) * 1998-07-09 2000-01-25 Dow Corning Corporation Electrically conductive silicone compositions
US20030222249A1 (en) * 2002-05-31 2003-12-04 Bunyan Michael H. Thermally or electrically-conductive form-in-place gap filter
CN101351755A (zh) * 2006-03-28 2009-01-21 派克汉尼芬公司 可分配固化树脂

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106663473A (zh) * 2014-07-11 2017-05-10 汉高知识产权控股有限责任公司 具有混合纵横比颗粒分散体的热界面材料
US11678470B2 (en) 2015-02-06 2023-06-13 Laird Technologies, Inc. Thermally-conductive electromagnetic interference (EMI) absorbers with silicon carbide
US10306817B2 (en) 2015-07-13 2019-05-28 Laird Technologies, Inc. Thermal management and/or EMI mitigation materials with custom colored exterior surfaces
CN110313056A (zh) * 2017-01-17 2019-10-08 莱尔德技术股份有限公司 可压缩发泡热界面材料及其制备方法
CN110313056B (zh) * 2017-01-17 2024-02-20 莱尔德技术股份有限公司 可压缩发泡热界面材料及其制备方法和使用方法

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