CN105980512A - 可压缩热界面材料 - Google Patents

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刘亚群
J.常
B.张
丁喆
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Abstract

提供了可压缩热界面材料，其包含聚合物、导热填料和相变材料。还提供了用于形成可压缩热界面材料的配制品和包括可压缩热界面材料的电子组件。

Description

可压缩热界面材料
相关申请的交叉引用
本申请要求根据35 U.S.C. § 119(e)的2014年2月13日提交的美国临时专利申请序列61/939,412的权益，其公开内容通过引用以其全部并入本文。
发明领域
本公开内容大体上涉及热界面材料，并且更具体地涉及可压缩热界面材料。
相关技术描述
热界面材料广泛用于从电子组件，例如中央处理单元、视频图形阵列、服务器、游戏机、智能手机、LED板等中散热。热界面材料通常用于将过量的热从电子组件传递至热扩散器（heat spreader）如散热器（heat sink）。
热界面材料包括热油脂、油脂状材料、弹性体带和相变材料。传统热界面材料包括组件如间隙垫片和热垫片。
示例性热界面材料在下列专利和申请中公开，其公开内容通过引用以其全部并入本文：U.S. 6,238,596、U.S. 6,451,422、U.S. 6,605,238、U.S. 6,673,434、U.S. 6,706,219、U.S. 6,797,382、U.S. 6,811,725、U.S. 7,172,711、U.S. 7,244,491、U.S. 7,867,609、U.S. 2007/0051773、U.S. 2008/0044670、U.S. 2009/0111925、U.S. 2010/0129648和U.S. 2011/0308782。
期望热界面材料具有优异的热性能和压缩率。
发明概述
本公开内容提供了可用于从发热电子器件，例如计算机芯片传热至散热结构，例如热扩散器和散热器的可压缩热界面材料。
在一个示例性实施方案中，提供了可压缩热界面材料。所述可压缩TIM包含聚合物、导热填料和相变材料。所述相变材料包含具有如通过ASTM D1321测定的至少50的针头刺入度值的蜡。在一个更特别的实施方案中，可压缩热界面材料具有在40 psi压力下至少5%的压缩率。在另一个更特别的实施方案中，可压缩热界面材料具有50%或更小的回弹比。在还另一个更特别的实施方案中，所述相变材料包含第二蜡，所述第二蜡具有如通过ASTMD1321测定的小于50的针头刺入度值。在另一个更特别的实施方案中，所述相变材料包含选自聚乙烯蜡、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物蜡和氧化聚乙烯蜡的蜡。在任何以上实施方案的一个更特别的实施方案中，所述导热填料包含铝。在另一个更特别的实施方案中，所述导热填料占可压缩热界面材料的总重量的10 wt.%至95 wt.%。在任何以上实施方案的一个更特别的实施方案中，所述聚合物选自二元乙丙橡胶（EPR）、三元乙丙橡胶（EPDM）、聚乙烯-丁烯和聚乙烯-丁烯-苯乙烯、聚丁二烯、氢化聚丁二烯一元醇、氢化聚丙二烯一元醇、氢化聚戊二烯一元醇、聚丁二烯二醇、氢化聚丙二烯二醇和氢化聚戊二烯二醇。在一个甚至更特别的实施方案中，所述聚合物是氢化聚丁二烯。在任何以上实施方案的一个更特别的实施方案中，所述可压缩TIM进一步包含偶联剂、抗氧化剂和交联剂。
在任何以上实施方案的一个更特别的实施方案中，所述可压缩TIM进一步包含硅酮凝胶。
在任何以上实施方案的另一个更特别的实施方案中，所述可压缩TIM包括中间层、第一表面层和第二表面层，所述中间层包含聚合物、导热填料和具有如通过ASTM D1321测定的至少50的针头刺入度值的蜡，所述第一表面层包含至少一种相变材料和至少一种导热填料，所述第二表面层包含至少一种相变材料和至少一种导热填料。在一个更特别的实施方案中，中间层中的导热填料的重量百分比含量小于或等于第一和第二表面层的至少一个中的导热填料的重量百分比含量。在另一个更特别的实施方案中，第一和第二表面层的每个中的导热填料的重量百分比独立地为约70 wt.%至约99 wt.%。
在另一个实施方案中，提供了用于形成可压缩热界面材料的配制品。所述配制品包含溶剂、聚合物、导热填料和相变材料，其中所述相变材料包含具有如通过ASTM D1321测定的至少50的针头刺入度值的蜡。在一个更特别的实施方案中，所述配制品具有1,000厘泊至100,000,000厘泊的粘度。
在另一个实施方案中，提供了电子组件。所述电子组件包括散热器、电子芯片和置于所述散热器和电子芯片之间的可压缩热界面材料，所述可压缩热界面材料包含聚合物、导热填料和具有如通过ASTM D1321测定的至少50的针头刺入度值的蜡。在一个更特别的实施方案中，可压缩热界面材料的第一表面与电子芯片的表面接触并且可压缩热界面材料的第二表面与散热器接触。在另一个更特别的实施方案中，所述电子组件包括置于散热器和电子芯片之间的热扩散器，其中可压缩热界面材料的第一表面与电子芯片的表面接触并且可压缩热界面材料的第二表面与热扩散器接触。在还另一个更特别的实施方案中，所述电子组件包括置于散热器和电子芯片之间的热扩散器，其中可压缩热界面材料的第一表面与热扩散器的表面接触并且可压缩热界面材料的第二表面与散热器接触。
附图简述
通过结合附图参考以下本发明的实施方案的描述，本公开内容的上述和其它特征和优点以及获得它们的方式将变得更明显并且将更好地理解本发明本身，其中：
图1A示意地图示说明了电子芯片、热扩散器、散热器和第一和第二热界面材料；
图1B示意地图示说明了置于电子芯片和散热器之间的示例性热界面材料；
图1C示意地图示说明了置于热扩散器和散热器之间的示例性热界面材料；
图1D示意地图示说明了置于电子芯片和热扩散器之间的示例性热界面材料；
图2A示意地图示说明了示例性多层热界面材料；
图2B示意地图示说明了包含EMI屏蔽的示例性多层热界面材料；
图3涉及比较例1并且是显示各种压力下的压缩率的图；
图4A涉及比较例2并且是显示各种压力下的压缩率的图；
图4B涉及比较例2并且是显示各种压力下的热阻抗的图；
图5A涉及实施例1并且是显示各种压力下的压缩率的图；
图5B涉及实施例1并且是显示各种压力下的热阻抗的图；
图6A涉及实施例2并且是显示各种压力下的压缩率的图；
图6B涉及实施例2并且是显示各种压力下的热阻抗的图；
图7A涉及实施例3并且是显示各种压力下的压缩率的图；和
图7B涉及实施例3并且是显示各种压力下的热阻抗的图。
图8A涉及实施例2并且是显示材料的回弹的图。
图8B是显示Laird 360垫片的回弹的图。
相应参考符号表示所有几个视图的相应部分。本文阐述的实例举例说明本发明的示例性实施方案，并且这样的实例不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。
详细描述
本发明涉及可用于将热从电子组件传递走的热界面材料。
图1A示意地图示说明了电子芯片34、热扩散器36和散热器32，其中第一热界面材料（TIM）10A连接散热器32和热扩散器36并且第二热界面材料10B连接热扩散器36和电子芯片34。热界面材料10A、10B其中之一或两者可以是如下所述的可压缩热界面材料。图1B图示说明作为置于电子芯片34和散热器32之间的指定为TIM 1.5的热界面层的示例性热界面材料10，使得TIM 10的第一表面与电子芯片34的表面接触并且TIM 10的第二表面与散热器32的表面接触。图1C图示说明作为置于热扩散器36和散热器32之间的指定为TIM 2的热界面材料的示例性热界面材料10，使得TIM 10的第一表面与热扩散器36的表面接触并且TIM 10的第二表面与散热器32的表面接触。图1D图示说明作为置于电子芯片34和热扩散器36之间的指定为TIM 1的热界面材料的示例性热界面材料10，使得TIM 10的第一表面与电子芯片34的表面接触并且TIM 10的第二表面与热扩散器36的表面接触。
尽管在图1中将TIM 10图示说明为单个连续层，但在其它实施方案中，TIM 10可以由多于1个层组成（参见图2A），其中每个层可以由相同或不同的材料组成。
在一些示例性实施方案中，TIM 10进一步包含热片材。在一些示例性实施方案中，TIM 10进一步包含介电层。在一些示例性实施方案中，TIM 10进一步包含热箔。
在一些示例性实施方案中，热界面材料10用于智能手机、平板电脑、手提电脑、台式电脑、游戏机、服务器、通讯基站、无线路由器或其它组件、发光二极管（LED）、电源模块、自动电子装置或绝缘栅双极晶体管（IGBT）。
A. 可压缩热界面材料
在一个示例性实施方案中，TIM 10是可压缩热界面材料。在一些示例性实施方案中，可压缩TIM 10包含一种或多种聚合物、一种或多种相变材料、一种或多种导热填料和任选的添加剂。在一些示例性实施方案中，TIM 10包含容纳一种或多种导热填料的一种或多种弹性体。
a. 导热填料
在一些示例性实施方案中，TIM 10包含一种或多种导热填料。示例性导热填料包括金属、合金、非金属、金属氧化物和陶瓷及其组合。示例性金属包括但不限于铝、铜、银、锌、镍、锡、铟和铅。示例性非金属包括但不限于碳、石墨、碳纳米管、碳纤维、石墨烯和氮化硅。示例性金属氧化物和陶瓷包括但不限于氧化铝、氮化铝、氮化硼、氧化锌和氧化锡。
TIM 10可以以如下的量包含一种或多种导热填料：少至10 wt.%、20 wt.%、25wt.%、50 wt.%，多至75 wt.%、80 wt.%、85 wt.%、90 wt.%、95 wt.%，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内，基于TIM 10的总重量。
b. 聚合物基体
在一些示例性实施方案中，TIM 10进一步包含聚合物，例如弹性体。示例性聚合物包括硅酮弹性体、硅酮橡胶、乙烯共聚物，例如二元乙丙橡胶（EPR）、三元乙丙橡胶（EPDM）、聚乙烯-丁烯和聚乙烯-丁烯-苯乙烯，聚二烯，例如聚丁二烯，和氢化聚合物，例如氢化聚二烯一元醇（包括氢化聚丁二烯一元醇、氢化聚丙二烯一元醇和氢化聚戊二烯一元醇）和氢化聚二烯二醇（包括氢化聚丁二烯二醇、氢化聚丙二烯二醇和氢化聚戊二烯二醇）。
在一些示例性实施方案中，TIM 10包含一种或多种硅酮凝胶。在一些实施方案中，TIM 10可以以如下的量包含一种或多种硅酮凝胶：少至0.1 wt.%、0.5 wt.%、1 wt.% 1.5wt.%、2 wt.%，多至5 wt.%、10wt.%、15 wt.%，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内，基于中心层12的总重量。
c. 相变材料
在一些示例性实施方案中，TIM 10包含一种或多种相变材料。相变材料是具有等于或低于待使用TIM 10的电子器件的部分的操作温度的熔点或熔点范围的材料。示例性相变材料是蜡。其它示例性相变材料包括低熔点合金，例如Wood金属、Field金属或熔点为约20℃至90℃的金属或合金。
在一些实施方案中，相变材料具有如下的相变温度：低至20℃、30℃、40℃、45℃、50℃，高至60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内。在一些更特别的实施方案中，相变材料具有如下的相变温度：低至30℃、40℃、45℃，高至50℃、60℃、70℃，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内。
蜡的硬度可以由针头刺入度值，例如根据ASTM D1321（其公开内容通过引用以其全部并入本文）在25℃下测定的针头刺入度值表征。
在一些示例性实施方案中，TIM 10包含一种或多种具有如下的ASTM D1321针头刺入度值的蜡：低至40、50、60，高至70、80、90、100或更大，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内。在一些示例性实施方案中，TIM 10包含一种或多种具有至少50的ASTM D1321针头刺入度值的蜡。在一些示例性实施方案中，TIM 10包含一种或多种具有至少60的ASTMD1321针头刺入度值的蜡。在一些示例性实施方案中，TIM 10包含一种或多种具有至少70的ASTM D1321针头刺入度值的蜡。
具有大于70的ASTM D1321针头刺入度值的示例性蜡包括AC-1702（聚乙烯蜡）、AC-430（乙烯-乙酸乙烯酯共聚物蜡）和AC-6702（氧化聚乙烯蜡），每种可自HoneywellInternational Inc.获得。
在一些示例性实施方案中，中心层12包含至少两种蜡，其中第一蜡比第二蜡更硬。在一些示例性实施方案中，基于蜡的总重量的更软的蜡的重量比为少至10%、25%、50%，多至75%、95%、99%，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内。
在一些示例性实施方案中，第一蜡具有小于70的ASTM D1321针头刺入度值并且第二蜡具有至少70或更大的ASTM D1321针头刺入度值。在一些示例性实施方案中，第一蜡和第二蜡的至少一种包含与聚四氟乙烯共混的聚乙烯蜡。示例性聚四氟乙烯-聚乙烯蜡混合物是PEW-0602F蜡，其可自Nanjing Tianshi New Material Technologies获得。
具有小于70的ASTM D1321针头刺入度值的示例性蜡包括TAC蜡（其可自TheInternational Group, Inc.获得）和RT44HC（其可自Hangzhou Ruhr Tech获得）。
d. 添加剂
在一些示例性实施方案中，TIM 10包含一种或多种添加剂。示例性添加剂包括抗氧化剂、交联剂和偶联剂，包括钛酸盐偶联剂。在一些示例性实施方案中，TIM 10可以以如下的量包含一种或多种添加剂：少至0.1 wt.%、0.5 wt.%、1 wt.%，多至1.5 wt.%、2 wt.%、5wt.%、10 wt.%，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内，基于中心层的总重量。
B. 多层热界面材料
在一些实施方案中，TIM是多层热界面材料（“TIM”）10'。首先参考图2A，图示说明了示例性多层10'。多层TIM 10'包括中心层12、第一表面层14和第二表面层16。
尽管在下文例示了作为中心层12、第一表面层14和/或第二表面层16的一部分的某些组分，但在一些实施方案中，每种组分可以存在于中心层12、第一表面层14和第二表面层16的任一种中。
1. 中心层
如图2A中图示说明的，中心层12置于第一表面层14和第二表面层16之间。在一些实施方案中，中心层12与第一表面层14和第二表面层16直接接触。尽管在图2A中将中心层12图示说明为单个连续层，但在其它实施方案中，中心层12'可以由多于1个层组成，其中每个层可以由相同或不同材料组成（参见图2B）。
在一些示例性实施方案中，中心层12具有类似于如上所述的TIM 10的组成。在一些示例性实施方案中，中心层12包含一种或多种聚合物、一种或多种相变材料、一种或多种导热填料和任选的添加剂，如以上关于TIM 10所述的。在一些示例性实施方案中，中心层12包含容纳一种或多种导热填料的一种或多种弹性体。在一些示例性实施方案中，中心层12包含可压缩材料。在一些实施方案中，当经历40 psi的压力时，中心层12具有如下的压缩率：小至至少5%、至少10%、至少15%、至少20%、至少30%，和大至至少40%、至少50%、至少60%、至少70%、至少80%，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内。在一些示例性实施方案中，中心层在释放压力后恢复至其初始厚度。在其它示例性实施方案中，中心层在释放压力后不恢复至其初始厚度。
然后参考图2B，在一些示例性实施方案中，中心层12'包含间隙垫片18、相变材料20和电磁干扰屏蔽片22。用于电磁屏蔽的典型材料包括金属片、金属屏、金属泡沫和包含纳米或亚微米尺寸的金属颗粒，例如铜或镍的涂层。在一些示例性实施方案中，中心层12进一步包含热片材。在一些示例性实施方案中，中心层12进一步包含介电层。在一些示例性实施方案中，中心层12进一步包含热箔。
a. 导热填料
在一些示例性实施方案中，中心层12包含一种或多种导热填料。在一些示例性实施方案中，导热填料在中心层12中的重量百分比小于或等于导热填料在第一表面层14或第二表面层16中的重量百分比。在一些示例性实施方案中，中心层12具有小于或等于第一和第二表面层两者的热导率的热导率。中心层12可以以如下的量包含一种或多种导热填料：少至10 wt.%、20 wt.%、25 wt.%、50 wt.%，多至75 wt.%、80 wt.%、85 wt.%、90 wt.%、95 wt.%，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内，基于中心层12的总重量。
b. 聚合物基体
在一些示例性实施方案中，中心层12进一步包含聚合物，例如弹性体。在一些示例性实施方案中，中心层包含一种或多种硅酮凝胶。在一些实施方案中，中心层12可以以如下的量包含一种或多种硅酮凝胶：少至0.1 wt.%、0.5 wt.%、1 wt.%、1.5 wt.%、2 wt.%，多至5wt.%、10wt.%、15 wt.%，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内，基于中心层12的总重量。
c. 相变材料
在一些示例性实施方案中，中心层12包含一种或多种相变材料。在一些示例性实施方案中，中心层12包含一种或多种具有如下的ASTM D1321针头刺入度值的蜡：低至40、50、60，高至70、80、90、100或更大，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内。在一些示例性实施方案中，中心层12包含一种或多种具有至少50的ASTM D1321针头刺入度值的蜡。在一些示例性实施方案中，中心层12包含一种或多种具有至少60的ASTM D1321针头刺入度值的蜡。在一些示例性实施方案中，中心层12包含一种或多种具有至少70的ASTM D1321针头刺入度值的蜡。
d.添加剂
在一些示例性实施方案中，中心层12包含一种或多种添加剂。在一些示例性实施方案中，中心层12可以以如下的量包含一种或多种添加剂：少至0.1 wt.%、0.5 wt.%、1 wt.%，多至1.5 wt.%、2 wt.%、5 wt.%、10 wt.%，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内，基于中心层的总重量。
2．表面层
在一些示例性实施方案中，第一表面层14由与第二表面层16相同的材料组成。在其它示例性实施方案中，第一表面层14由与第二表面层16不同的材料组成。可以用作第一表面层14和/或第二表面层16的示例性材料公开在以下专利和申请中，其公开内容通过引用以其全部并入本文：U.S. 6,451,422、U.S. 6,605,238、U.S. 6,673,434、U.S. 7,867,609、U.S. 6,797,382、U.S. 6,908,669、U.S. 7,244,491、U.S. 2007/0051773、U.S. 2011/0308782和U.S. 2011/0038124。
可以由其形成第一表面层14和/或第二表面层16的示例性材料包括PCM、LTM和/或PTM系列材料，其可自Honeywell International Inc.获得。一种示例性PCM材料是PCM45F，其是包含聚合物、相变材料和导热填料的基本不可压缩材料。另一种示例性PCM材料是PCM45F-SP，其是包含聚合物、相变材料和导热填料的PCM45F的可丝网印刷版本。一种示例性PTM材料是PMT 3180，其是包含聚合物、相变材料和导热填料的基本不可压缩材料。另一种示例性材料是TS 27，其是包含聚合物、硬蜡和软蜡和导热填料的可压缩热界面材料。另一种示例性材料是TC 5026，其是包含导热填料的热油脂，可自Dow Corning, MidlandMichigan获得。
在一些示例性实施方案中，第一和第二表面层14、16各自是硬的或基本不可压缩的。在一些示例性实施方案中，当经历40 psi的压力时，第一和第二表面层14、16各自具有小于中心层12的压缩率。在一些实施方案中，当经历40 psi的压力时，第一和第二表面层14、16各自具有如下的压缩率：小至0%、1%、2%，大至3%、5%，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内。在一些实施方案中，当经历40 psi的压力时，第一和第二表面层14、16各自具有5%或更小的压缩率。在其它示例性实施方案中，第一和第二表面层14、16各自是可压缩的。在一些实施方案中，当经历40 psi的压力时，第一和第二表面层14、16各自具有如下的压缩率：小至5%、10%、20%、25%，大至50%、75%、80%，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内。
在一些示例性实施方案中，第一和第二表面层14、16各自具有如下的根据ASTMD2240（其公开内容通过引用以其全部并入本文）的肖氏A硬度：小至30、40、50，高至60、70、80或更大，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内。在一些示例性实施方案中，第一和第二表面层14、16各自独立地小于中心层12的厚度。在一些示例性实施方案中，第一和第二表面层14、16各自具有如下的厚度：小至0.05 mm、0.1 mm、0.25 mm、0.5 mm，大至1 mm、2mm、5 mm，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内。在一些示例性实施方案中，第一和第二表面层14、16各自具有小于5 mm的厚度、小于1 mm的厚度、小于0.5 mm的厚度、小于0.25 mm的厚度或小于0.1 mm的厚度。
在一些示例性实施方案中，第一和第二表面层14、16各自包含一种或多种导热填料、聚合物基体、至少一种蜡和任选的添加剂。
a. 导热填料
在一些实施方案中，表面层14、16各自包含一种或多种导热填料。表面层14、16可以各自独立地以如下的量包含一种或多种导热填料：少至70 wt.%、75 wt.%、80 wt.%、85 wt.%，多至90 wt.%、95 wt.%、99 wt.%，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内，基于表面层14、16各自的总重量。在一个更特别的实施方案中，导热填料在第一表面层14和第二表面层16的每个中的重量百分比独立地为85 wt.%至99 wt.%，基于表面层14、16各自的总重量。
b. 聚合物基体
在一些示例性实施方案中，表面层14、16各自进一步包含聚合物。在一些实施方案中，所述聚合物是聚乙烯-丁烯一元醇。表面层14、16可以各自独立地以如下的量包含一种或多种聚合物：少至0.1 wt.%、0.5 wt.%、1 wt.%、5 wt.%，多至8 wt.%、10 wt.%、20 wt.%，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内，基于表面层14、16各自的总重量。
c. 相变材料
在一些实施方案中，表面层14、16各自独立地包含一种或多种相变材料，例如蜡。在一些示例性实施方案中，表面层14、16可以各自以如下的量包含一种或多种相变材料：少至0.1 wt.%、0.5 wt.%、1 wt.%，多至2 wt.%、3 wt.%、5 wt.%、10 wt.%，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内，基于第一表面层14或第二表面层16的总重量。在一些实施方案中，表面层14、16各自以如下的量包含针头刺入度值不小于70的软蜡和硅酮凝胶的总软化剂（softener）含量：少至0.1 wt.%、0.5 wt.%、1 wt.%，多至2 wt.%、3 wt.%、5 wt.%，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内，基于第一表面层14或第二表面层16的总重量。
d. 添加剂
在一些示例性实施方案中，第一表面层14和第二表面层16独立地包含一种或多种添加剂。在一些示例性实施方案中，中心层12可以以如下的量包含一种或多种添加剂：少至0.1wt.%、0.5 wt.%、1 wt.%，多至1.5 wt.%、2 wt.%、5 wt.%、10 wt.%，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内，基于第一表面层14或第二表面层16的总重量。
B. 形成可压缩热界面材料的方法
在一些实施方案中，由包含一种或多种聚合物、一种或多种相变材料、一种或多种导热填料、一种或多种溶剂和任选的一种或多种添加剂的可分配配制品形成TIM 10。可分配材料通常是基于糊剂的材料。在一个典型实施方案中，可分配材料具有如下的粘度，使得当对材料施加合适的压力或力时，将一部分材料通过相对窄的孔（分配头）推出容器。在一些示例性实施方案中，将TIM材料填充在注射器中，并且可以将填充的TIM从注射器头或针推出至热扩散器、芯片和/或散热器的表面上。在一些实施方案中，将TIM在所需压力下分散在定制图案的表面上。典型的可分配参数可以包括但不限于挤压力、分配头尺寸、分配速度和平均图案厚度。
示例性溶剂描述在美国专利申请公布2007/0517733中，其公开内容通过引用以其全部并入本文。合适的溶剂包含纯溶剂或在所需温度，例如临界温度下挥发，或可以有利于任何上述设计目标或需要并且与相变材料相容（因为它们将与相变材料相互作用以实现前述目标）的有机或无机溶剂的混合物。在一些实施方案中，溶剂、溶剂混合物或其组合将使相变材料溶剂化，使得其可以通过印刷技术施加。在一些示例性实施方案中，溶剂或两种或更多种溶剂的混合物选自烃族溶剂。烃溶剂包含碳和氢。大多数烃溶剂是非极性的，但是存在一些被认为是极性的烃溶剂。
通常将烃溶剂分成三类：脂族、环状和芳族。脂族烃溶剂包括直链化合物和支化和可能交联的化合物两者，然而，通常不认为脂族烃溶剂是环状的。环状烃溶剂是包含定位在环结构中的至少三个碳原子，性质类似于脂族烃溶剂的那些溶剂。芳族烃溶剂是通常包含三个或更多个不饱和键，单个环或多个环通过共同的键连接和/或多个环稠合在一起的那些溶剂。在一些示例性实施方案中，溶剂或两种或更多种溶剂的混合物选自不被认为是烃族溶剂化合物的一部分的溶剂，例如酮、醇、酯、醚和胺。在其它考虑的实施方案中，溶剂或溶剂混合物可以包括本文提及的任何溶剂的组合。
示例性烃溶剂包括甲苯、二甲苯、对二甲苯、间二甲苯、均三甲苯、溶剂石脑油H、溶剂石脑油A、Isopar H和其它石蜡油和异链烷流体、烷烃，例如戊烷、己烷、异己烷、庚烷、壬烷、辛烷、十二烷、2-甲基丁烷、十六烷、十三烷、十五烷、环戊烷、2,2,4-三甲基戊烷，石油醚、卤代烃，例如氯代烃，硝化烃、苯、1,2-二甲基苯、1,2,4-三甲基苯、溶剂油（mineralspirits）、煤油、异丁基苯、甲基萘、乙基甲苯、挥发油、示例性酮溶剂包括丙酮、二乙基酮、甲乙酮等。
在一个示例性实施方案中，所述溶剂包含一种或多种选自以下的溶剂：戊烷、己烷、庚烷、环己烷、石蜡油、异链烷流体、苯、甲苯、二甲苯及其混合物或组合。示例性异链烷流体包括Isopar H、Isopar L和Isopar M，其可自Exxon Mobile Chemical获得。在一些示例性实施方案中，配制品可以以如下的量包含一种或多种溶剂：少至0.1 wt.%、0.5 wt.%、1wt.%，多至5 wt.%、10 wt.%、20 wt. %、25 wt.%，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内，基于配制品的总重量。
在一些示例性实施方案中，当在室温下使用粘度计根据DIN 53018（其公开内容通过引用以其全部并入本文）测试时，配制品具有如下的粘度：小至500厘泊、1,000厘泊、5,000厘泊、10,000厘泊，大至150,000厘泊、1,000,000厘泊、100,000,000厘泊，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内。
在一些示例性实施方案中，提供了形成TIM 10的方法。在一些示例性实施方案中，形成TIM 10包括例如烘烤和干燥TIM 10的过程。
在一些示例性实施方案中，烘烤TIM 10包括在如下的温度下烘烤：低至25℃、50℃、75℃、80℃，高至100℃、125℃、150℃、170℃，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内。在一些示例性实施方案中，将TIM 10烘烤少至0.5分钟、1分钟、30分钟、1小时、2小时，长至8小时、12小时、24小时、36小时、48小时，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内。
C. 热界面材料性质
在一个示例性实施方案中，TIM 10是可压缩热界面材料。通过对材料施加预定压力并测定材料的厚度变化测量压缩率。压缩率典型地报告为初始厚度的百分比。
在一些示例性实施方案中，TIM 10是可压缩的，同时保持良好的热性质。在一些示例性实施方案中，使用可压缩TIM 10允许改进与电子组件和散热组件，例如电子组件30或散热器32（参见图1A-1D）的接触。在一些示例性实施方案中，使用可压缩TIM 10提供接触热阻的降低，这是通过提供电子组件的表面与散热组件之间，例如电子组件30或散热器32（参见图1A-1D）的更好的接触。在一些示例性实施方案中，使用可压缩TIM 10允许电子组件和散热组件，例如电子组件30或散热器32（图1A-1D）的耐受性或平整度方面的更大的变化。在一些示例性实施方案中，使用可压缩TIM 10允许优异的传热性能，即使在组件由于高温扭曲或弯曲之后。
在一个示例性实施方案中，通过将1.3 cm×1.3 cm的样品放置在两个1.3 cm×1.3 cm的铜板之间测定压缩率。通过用铜-样品-铜复合体的初始厚度减去铜板的厚度测定样品的初始厚度。将铜-样品-铜复合体递送至预定的压力2分钟。2分钟后，再次测量铜-样品-铜复合体的厚度。通过用铜-样品-铜复合体的经压缩初始厚度减去铜板的厚度测定样品的经压缩厚度。样品的压缩率计算为（初始样品厚度-经压缩样品厚度）/初始样品厚度*100%。
在一些实施方案中，当经历40 psi的压力时，TIM 10具有如下的压缩率：小至至少5%、至少10%、至少15%、至少20%、至少30%，和高至至少40%、至少50%、至少60%、至少70%、至少80%，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内。在一些示例性实施方案中，TIM在释放压力后恢复至其初始厚度。在其它示例性实施方案中，TIM在释放压力后不恢复至其初始厚度。
可以使用回弹比测定TIM 10恢复至其初始厚度的程度。在一个示例性实施方案中，通过对样品施加预定压力，例如2 psi第一预定时间段，例如10分钟来测定回弹比。在第一预定时间段后，释放压力，并且使样品静止第二预定时间段，例如20分钟。通过下式测定回弹比：（第二时间段后样品厚度-第一时间段后样品厚度）/（初始样品厚度-第一时间段后样品厚度）* 100%。
在一些实施方案中，期望低回弹比。在一些实施方案中，TIM 10具有如下的回弹比：小于50%、小于40%、小于30%、小于25%、小于20%、小于10%、小于5%或0，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内。
在一些示例性实施方案中，TIM 10具有如下的热阻抗：小至0.05℃ cm2/W、0.1℃cm2/W、0.5℃ cm2/W、0.75℃ cm2/W，高至1℃ cm2/W、1.5 ℃ cm2/W、2℃ cm2/W、2.5 ℃ cm2/W，或在任何两个上述值之间限定的任何范围内。
在一些示例性实施方案中，TIM 10在130℃的温度和85%的相对湿度下调理96小时之后具有大于TIM 10在所述调理之前的热阻抗的不超过20%、不超过10%、不超过5%或不大于TIM 10在所述调理之前的热阻抗的热阻抗。
在一些示例性实施方案中，TIM 10在150℃的温度下调理200小时之后具有大于TIM 10在所述调理之前的热阻抗的不超过20%、不超过10%、不超过5%或不大于TIM 10在所述调理之前的热阻抗的热阻抗。
实施例
A. 可压缩热界面材料
表1：配制品
产品 比较例1 比较例2 实施例1 实施例2 实施例3
聚合物 - Kraton L-1203 17.2 g 16 g 15 g 17.2 g 17.2 g
相变材料 – TAC Wax 0.5 g 0.4 g 0.4 g
相变材料 – AC 1702 6.2 g 4 g 4 g
相变材料 – PEW 0602F 0.5 g 1.8 g 1.8 g
添加剂 – LICA 38 1.34 g 1.34 g 3 g
添加剂 – TTS 3 g 3 g
添加剂 – Irganox 1076 0.4 g 1.0 g 1 g 0.4 g 0.4 g
添加剂 – Cymel 1156 1.2 g 1.2 g 1.2 g
导热填料 – 铝粉 172 g 181.66 g 181.66 g 172 g 172 g
Kraton L-1203是氢化聚丁二烯聚合物，可自Kurary Co., Ltd.获得。TAC蜡可自The International Group, Inc.获得。AC-1702是聚乙烯蜡，可自HoneywellInternational Inc.获得。PEW-0602F蜡是聚四氟乙烯-聚乙烯蜡混合物，可自NanjingTianshi New Material Technologies获得。LICA 38是偶联剂添加剂，可自KenrichPetrochemical获得。TTS是偶联剂添加剂，可自Kenrich Petrochemical获得。Irganox1076是抗氧化剂添加剂，可自BASF获得。Cymel 1156是交联剂添加剂，可自CYTEC获得。导热填料是铝颗粒，其直径为约0.1微米至50微米。
1. 比较例1
将相变材料（AC 1702）、聚合物（Kraton L-1203）、添加剂（Irganox 1076、Cymel 1156和TTS）和导热填料（铝粉）以表1中所列的量添加至反应器。在100℃下搅拌混合物直至形成均匀分散体。
将比较例1在100℃下涂覆在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）膜的两个层之间。比较例1的压缩率呈现在图3中。
2. 比较例2
将聚合物（Kraton L-1203）、添加剂（Irganox 1076和LICA 38）和导热填料（铝粉）以表1中所列的量添加至反应器。在150℃下搅拌混合物直至形成均匀分散体。
将比较例2在80℃下涂覆在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）膜的两个层之间。比较例2的压缩率呈现在图4A中。比较例2的热阻抗呈现在图4B中。
比较例2的热导率测定为3.64W/m-K。
使用高度加速应力测试（HAST测试）测试比较例2，其中将样品在由ESPEC供应的环境舱中在130℃的温度和85%的相对湿度下调理96小时。在样品调理之前或之后测定样品的热阻抗。小于20%的热阻抗增加表示通过的HAST结果，而20%或更大的增加表示失败的HAST结果。
还使用烘烤测试测试比较例2，其中将样品在由ESPEC供应的环境舱中在150℃的温度下调理200小时。在样品调理之前或之后测定样品的热阻抗。小于20%的热阻抗增加表示通过的烘烤测试结果，而20%或更大的增加表示失败的烘烤测试结果。
比较例2通过HAST测试但未通过烘烤测试。
3. 实施例1
将相变材料（TAC蜡、PEW-0602F）、聚合物（Kraton L-1203）、添加剂（Irganox 1076和LICA 38）和导热填料（铝粉）以表1中所列的量添加至反应器。在150℃下搅拌混合物直至形成均匀分散体。
将实施例1在80℃下涂覆在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）膜的两个层之间。实施例1的压缩率呈现在图5A中。实施例1的热阻抗呈现在图5B中。
实施例1的热导率测定为4.41W /m-K。实施例1通过HAST测试。
4. 实施例2
将相变材料（TAC蜡、AC 1702、PEW-0602F）、聚合物（Kraton L-1203）、添加剂（Irganox1076、Cymel 1156、LICA 38和TTS）和导热填料（铝粉）以表1中所列的量添加至反应器。在100℃下搅拌混合物直至形成均匀分散体。
将实施例2在100℃下涂覆在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）膜的两个层之间。实施例2的压缩率呈现在图6A中。实施例2的热阻抗呈现在图6B中。
实施例2的热导率测定为2.94W /m-K。实施例2未通过HAST测试和烘烤测试。
6. 实施例3
将相变材料（TAC蜡、AC 1702、PEW-0602F）、聚合物（Kraton L-1203）、添加剂（Irganox1076、Cymel 1156、LICA 38和TTS）和导热填料（铝粉）以表1中所列的量添加至反应器。在150℃下搅拌混合物直至形成均匀分散体。
将实施例3在100℃下涂覆在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）膜的两个层之间。实施例3的压缩率呈现在图7A中。实施例3的热阻抗呈现在图7B中。
实施例3的热导率测定为2.72W /m-K。实施例2通过HAST测试但未通过烘烤测试。
7. 回弹测试
将实施例2、GP3000S30腻子垫片（可自Bergquist Company, Chanhassen, Minnesota,USA获得）和TFLEX 360间隙垫片（可自Laird Technologies, Laird PLC, London,England, United Kingdom获得）的样品各自在2 psi下压缩。10分钟后，压缩率测定为初始厚度的百分比并释放应变。20分钟后，回弹测定为初始高度的百分比。通过用%回弹除以%压缩比测定回弹比。实施例2的测试结果示于图8A，并且Laird垫片的测试结果示于图8B，并且总结在下表2中。
表2：回弹测试结果
产品 实施例2 GP3000S30 TFLEX 360
2 psi下的压缩率 14.68% 6.03% 22.26%
除去力后的回弹 4.93% 2.00% 16.83%
回弹比 (%) 33.6 33.2 75.6
B. 硅酮凝胶
将可自Honeywell International Inc.获得的PTM3180，200 g物体（bulk）放在油温度为100℃的Ross混合物中约30分钟。在物体PTM3180完全熔化后，将由Momentive供应的3 gTSE3051ST硅酮凝胶添加至混合器。将PTM3180和硅酮凝胶在20 rpm下混合30分钟。
将含有硅酮凝胶材料的PTM3180的压缩率和热阻抗与PTM3180相比。结果呈现在表3中。
表3：硅酮凝胶结果
压缩率 (%) 热阻抗(℃.cm2/w) 热导率(w/(m.k))
1.5%凝胶 + PTM3180 33% 0.089 3.16
PTM3180 0% 0.083 4.4
包含凝胶的复合材料的压缩率在40 psi下为约33%，相比于PTM3180材料的接近0%。根据ASTMD5470测试硅酮凝胶复合材料的热导率和热阻抗并且发现热导率为3.16 W/mK，并且发现热阻抗为0.089℃ cm2/W。如表4中所示，硅酮凝胶复合材料也通过HAST测试。
表4：硅酮凝胶HAST测试结果
C. 多层热界面材料
1. 比较例
在70℃下使用来自Longwin 9091IR的热阻抗测试仪按照ASTM D5470（其公开内容通过引用以其全部并入本文）测定1 mm厚TFLEX 640间隙垫片（可自Laird Technolgoes, LairdPLC, London, England, United Kingdom获得）和1.5 mm厚TFLEX 380间隙垫片（也可自Laird Technologies获得）的热阻抗。
每个垫片的热阻抗提供在表5中。
2. PCM45F表面层
选择间隙垫片TFLEX 640作为中心层TIM的基体，并将其切成25 x 25 mm的尺寸。将PCM45F的25 x 25 mm块（可自Honeywell International Inc., Morristown NJ获得）分别施加至TFLEX 640垫片的顶侧和底侧。使用热阻抗测试仪按照ASTM D5470测定多层TIM的热阻抗。
选择间隙垫片TFLEX 380作为中心层TIM的基体，并将其切成25 x 25 mm的尺寸。将PCM45F的25 x 25 mm块（可自Honeywell International Inc., Morristown NJ获得）分别施加至TFLEX 380垫片的顶侧和底侧。使用热阻抗测试仪按照ASTM D5470测定多层TIM的热阻抗。
每个复合TIM的热阻抗提供在表5中。
3. PCM45F-SP表面层
选择间隙垫片TFLEX 640作为中心层TIM的基体，并将其切成25 x 25 mm的尺寸。将PCM45-SP（可自Honeywell International Inc., Morristown NJ获得）分别印刷至TFLEX640垫片的顶侧和底侧上，然后在80℃下烘烤30分钟用于溶剂干燥。使用热阻抗测试仪按照ASTM D5470测定多层TIM的热阻抗。
复合TIM的热阻抗提供在表5中。
4. 热油脂表面层
选择间隙垫片TFLEX 640作为中心层TIM的基体，并将其切成25 x 25 mm的尺寸。将热油脂TC5026（可自Dow Corning, Midland MI获得）分别印刷至TFLEX 640垫片的顶侧和底侧上。使用热阻抗测试仪按照ASTM D5470测定多层TIM的热阻抗。
复合TIM的热阻抗提供在表5中。
5. 具有凝胶表面层的PTM3180
选择间隙垫片TFLEX 640作为中心层TIM的基体，并将其切成25 x 25 mm的尺寸。将具有凝胶的PTM3180的25 x 25 mm块（可自Honeywell International Inc., Morristown NJ获得）分别施加至TFLEX 640垫片的顶侧和底侧。使用热阻抗测试仪按照ASTM D5470测定多层TIM的热阻抗。
复合TIM的热阻抗提供在表5中。
6. PCM45F和PTM3180表面层
选择间隙垫片TFLEX 640作为中心层TIM的基体，并将其切成25 x 25 mm的尺寸。将PCM45F的25 x 25 mm块（可自Honeywell International Inc., Morristown NJ获得）施加至TFLEX 640垫片的一侧。将PTM3180的25 x 25 mm块（可自Honeywell InternationalInc., Morristown NJ获得）施加至TFLEX 640垫片的相对侧。使用热阻抗测试仪按照ASTMD5470测定多层TIM的热阻抗。
复合TIM的热阻抗提供在表5中。
7. TS27表面层
选择间隙垫片TFLEX 640作为中心层TIM的基体，并将其切成25 x 25 mm的尺寸。将包含聚合物、硬蜡和软蜡和导热填料的可压缩热界面材料TS27的的25 x 25 mm块分别施加至TFLEX 640垫片的顶侧和底侧。使用热阻抗测试仪按照ASTM D5470测定多层TIM的热阻抗。
复合TIM的热阻抗提供在表5中。
表5：多层TIM的热阻抗
产品 初始厚度(mm) 热阻抗(℃.cm2/W)
TFLEX 640 1 2.77
TFLEX 380 1.5 7.2
PCM45F + TFLEX 640 + PCM45F 1.5 1.8
PCM45F + TFLEX 380 + PCM45F 2 2.4
PCM45F-SP + TFLEX 640 + PCM45-SP 1.5 1.8
TC5026 + TFLEX 640 + TC5026 1.5 1.515
PCM45F + TFLEX 640 + PTM3180 1.5 1.1
具有凝胶的PTM3180 + TFLEX 640 + 具有凝胶的PTM3180 1.5 0.74
TS27 + TFLEX 640 + TS27 1.5 1.061
尽管已经作为示例性设计描述了本发明，但可以在本公开内容的精神和范围内进一步修改本发明。因此本申请意在使用本发明的一般原则涵盖本发明的任何变体、用途或修改。此外，本申请意在涵盖这样的与本公开内容的偏离，其在本发明从属的技术领域的已知或常规实践以内并且落入所附权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.可压缩热界面材料，其包含：
至少一种聚合物；
至少一种导热填料；和
至少一种相变材料，其中所述至少一种相变材料包含具有如通过ASTM D1321测定的至少50的针头刺入度值的蜡。
2. 权利要求1的可压缩热界面材料，其中所述可压缩热界面材料在40 psi的施加的接触压力下具有至少5%的压缩率。
3.权利要求1的可压缩热界面材料，其中所述可压缩热界面材料具有50%或更小的回弹比。
4. 权利要求1的可压缩热界面材料，其中所述至少一种相变材料包含第二蜡，所述第二蜡具有如通过ASTM D1321测定的小于50的针头刺入度值。
5.权利要求1的可压缩热界面材料，其中所述至少一种相变材料包含选自聚乙烯蜡、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物蜡和氧化聚乙烯蜡的蜡。
6.权利要求1的可压缩热界面材料，其中所述至少一种导热填料包括选自金属、合金、非金属、金属氧化物、陶瓷及其组合的填料。
7.权利要求1的可压缩热界面材料，其进一步包含至少一种偶联剂、至少一种抗氧化剂和至少一种交联剂。
8.权利要求1的可压缩热界面材料，其进一步包括：
中间层，其包含至少一种聚合物、至少一种导热填料和具有如通过ASTM D1321测定的至少50的针头刺入度值的蜡；
第一表面层，其包含至少一种相变材料和至少一种导热填料，所述第一表面层与中间层的第一表面接触；和
第二表面层，其包含至少一种相变材料和至少一种导热填料，所述第二表面层与中间层的第二表面接触。
9.用于形成可压缩热界面材料的配制品，其包含：
至少一种溶剂；
至少一种聚合物；
至少一种导热填料；和
至少一种相变材料，其中所述至少一种相变材料包含具有如通过ASTM D1321测定的至少50的针头刺入度值的蜡。
10.电子组件，其包括：
散热器；
电子芯片；
置于所述散热器和电子芯片之间的可压缩热界面材料，所述可压缩热界面材料包含：至少一种聚合物，至少一种导热填料和至少一种具有如通过ASTM D1321测定的至少50的针头刺入度值的蜡。
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