CN106663473A - 具有混合纵横比颗粒分散体的热界面材料 - Google Patents

具有混合纵横比颗粒分散体的热界面材料 Download PDF

Info

Publication number
CN106663473A
CN106663473A CN201580037686.4A CN201580037686A CN106663473A CN 106663473 A CN106663473 A CN 106663473A CN 201580037686 A CN201580037686 A CN 201580037686A CN 106663473 A CN106663473 A CN 106663473A
Authority
CN
China
Prior art keywords
particle
sheet
interfacial material
thermal interfacial
thermal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201580037686.4A
Other languages
English (en)
Inventor
J·蒂默曼
S·米斯拉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Henkel IP and Holding GmbH
Original Assignee
Henkel IP and Holding GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Henkel IP and Holding GmbH filed Critical Henkel IP and Holding GmbH
Publication of CN106663473A publication Critical patent/CN106663473A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/14—Solid materials, e.g. powdery or granular
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C08K3/042—Graphene or derivatives, e.g. graphene oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/38—Boron-containing compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3737—Organic materials with or without a thermoconductive filler
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/209—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C08K2003/2227—Oxides; Hydroxides of metals of aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/38—Boron-containing compounds
    • C08K2003/382—Boron-containing compounds and nitrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/38—Boron-containing compounds
    • C08K2003/382—Boron-containing compounds and nitrogen
    • C08K2003/385—Binary compounds of nitrogen with boron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/001—Conductive additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/016—Additives defined by their aspect ratio
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/16—Solid spheres
    • C08K7/18—Solid spheres inorganic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

电子封装件包括在电子组件和散热部件之间的界面部件。所述界面部件在传输热能和/或抑制电磁辐射方面是高度有效的，其中颗粒填料分散体包括在分散属性范围内的大致球形的颗粒和大致片状的颗粒的组合。

Description

具有混合纵横比颗粒分散体的热界面材料
技术领域
本发明总体上涉及热界面材料，更具体地涉及用于与发热电气装置和散热结构相连的传导性界面产品，其中界面产品还用于抑制通过它的电磁辐射的传播。本发明还涉及通过使用混合纵横比颗粒分散体获得增强的功能性质的界面材料。
背景技术
导热界面材料广泛地用于电子工业中，用于可操作地将产生热量的电子组件耦合到散热结构。最典型地，这种导热界面材料与产生热量的电子组件诸如集成电路(IC)、中央处理单元(CPU)和包含相对高密度的导电线路和电阻器元件的其他电子组件结合使用。特别地，热界面材料通常用于将这种产生热量的电子组件可操作地耦合到散热结构，例如翅片式散热结构。以这种方式，由电子组件产生的过量热能可以经由热界面材料被排出到散热结构。
除了产生过多的热能之外，某些电子装置还产生多种频率的电磁辐射。这种辐射可以具有对其他电子装置产生电磁干扰(EMI)的效果，所述其他电子装置对接收的电磁波形式敏感和/或调谐(tuned)。对电磁干扰敏感的装置包括：例如便携式电话、便携式无线电、笔记本电脑等。
随着对电磁干扰敏感的便携式电子装置的普及度提高，这种装置的内部电子组件的制造商已经将电磁辐射吸收物质结合到与产生电磁辐射的装置相邻设置的导热界面材料中。因此，在热界面材料中实现具有吸收、反射或以其他方式抑制电磁辐射穿过界面的透射的操作特性的结构。结果，这种热界面材料结构起到提供散热路径的作用，同时抑制来自热界面材料所针对的相应电子组件的电磁辐射的透射。
然而，迄今提出的用于提供这种特性的热界面材料结构利用热界面材料主要基质内的导热和抑制辐射颗粒的均匀或准均匀分散体。所得组合物，特别是在总填料充填体积分数较低时(例如≤50体积％)，具有有限的导热性和电磁干扰抑制能力。在这样的总填料充填体积分数(其通常是实现所需机械性能所必需的)下，难以同时实现高导热性和电磁辐射抑制。随着电子组件的功率增加以及封装密度的增加，出现增强热界面材料内的热传递和电磁抑制能力的需求。
因此，本发明的目的是提供具有优于传统可实现的导热性和电磁干扰抑制性质的界面产品。
发明内容
通过本发明，与包含等量的颗粒填料充填体积分数的常规界面材料相比，可以改进适形界面材料的导热性和/或电磁抑制。其结果是，本发明的界面材料适当地保持适形，以便最小化电子组件和/或散热部件界面处的热能传递阻抗。
在一个实施方案中，本发明的热界面材料可设置在热源附近用于从热源散热并用于屏蔽电磁干扰。热界面材料包括聚合物基质与以30-50体积％分散在聚合物基质内的导热颗粒填料。颗粒填料包括具有0.8-1.2之间的纵横比和球形颗粒体积的大致球形的颗粒。颗粒填料进一步包括具有长度、宽度和厚度以及片状颗粒体积的片状颗粒。片状颗粒的长度和宽度各自远大于片状颗粒的厚度，从而使得片状颗粒具有至少10的纵横比。片状颗粒与球形颗粒的体积充填比在0.1:1和1:1之间。片状粒径与球形粒径的粒径比在1:1和20:1之间。热界面材料表现出至少0.5W/m·K的导热系数。
在一些实施方案中，电子封装件可以设置有电子组件和散热部件，其中，热界面材料设置在电子组件和散热部件之间并与之接触。
附图说明
图1是本发明的电子封装件的示意图；
图2是图1所示的电子封装件的界面部分的分离图；
图3是大致球形颗粒的图示；
图4是大致片状颗粒的图示；
图5是描述多种氮化硼/氧化铝颗粒共混物的导热性随着总颗粒填料充填浓度和相对粒径比变化的图；
图6是描述氮化硼/氧化铝颗粒共混物的导热性随着相对粒径比和相对体积充填比变化的图；
图7是描述石墨烯/氧化铝颗粒共混物的导热性随着总颗粒填料充填浓度和相对粒径比变化的图；
图8是描述石墨烯/氧化铝颗粒共混物的导热性随着总颗粒填料充填浓度和相对粒径比变化的图；
图9是描述石墨烯/氧化铝颗粒共混物的电磁辐射吸收随着总颗粒填料充填浓度和相对粒径比变化的图；
图10是描述石墨烯/氧化铝颗粒共混物的电磁辐射吸收随着总颗粒填料充填浓度和相对粒径比变化的图；
图11是描述石墨烯/氧化铝颗粒共混物的导热性随着总颗粒填料充填浓度和相对体积充填比变化的图；并且
图12是描述石墨烯/氧化铝颗粒共混物的电磁辐射吸收随着总颗粒填料充填浓度和相对体积充填比变化的图。
具体的优选实施方案
现在，上文列举的目的和优点以及由本发明提出的其他目的、特征和改进将参照附图描述以详细的实施方案给出。本发明的其他实施方案和方面被认为是在本领域普通技术人员所掌握的范围之内。
为了本发明的目的，术语“电磁辐射”、“电磁干扰”和“EMI”旨在表示能够干扰诸如处理器、发射器、接收器等的电子组件的正常操作的辐射。这种辐射通常可能在1-10GHz的范围内。上文列出的术语以及其他类似术语旨在表示在该频率范围内的辐射，并且因此可能可互换地使用，以限定由本发明的材料影响(吸收、反射、包含等)的辐射传输。
现在参考附图，首先参考图1，电子封装件10包括电子组件12、散热部件14和设置在电子组件12和散热部件14之间并与它们接触的热界面16。在其他实施方案中，界面16可能不与电子组件12和散热部件14中的一个或两个发生物理接触，但是仍然是沿着从电子组件12到散热部件14的散热路径的。界面16优选地适于有效地传导热能，并抑制电磁辐射的传播。EMI的抑制可以通过电磁辐射的吸收和反射的组合来实现。界面16可以沿着轴线18设置在电子组件12和散热部件14之间，轴线18限定从热源(电子组件12)到散热部件14的耗散方向20。
优选地，界面16的形式是分散在热塑性或热固性聚合物基质24内的颗粒填料22。颗粒填料22包括一种或多种分散在聚合物基质24内的导热和抑制EMI的材料，其分散程度足以提供所需的导热性以及EMI抑制性质。颗粒填料22可以包含一种或多种材料，但是在其形态上是不均匀的。特别地，已经发现，在单独使用其中任何一种颗粒填料形状的相等充填体积分数相比，由球形和片状的颗粒的组合组成的非均相颗粒填料形态产生了导热性和/或EMI屏蔽的非加和性改进。因此，在大多数实施方案中，颗粒填料22可以包括两种或更多种不同的颗粒材料，形成非均相填料形态。只要实现本发明的非均相填料形态，很多种材料可以用于制备颗粒填料22。为了本发明的目的，术语“形态”是指构成颗粒填料22的颗粒的形状，其中，“非均相形态”是指具有不同物理形状的颗粒，“均相形态”是指具有基本相似的物理形状的颗粒。关于本发明，考虑包括球形颗粒和片状颗粒的非均相形态。可以用于吸收在宽频率范围内的电磁辐射的实例材料包括磁性金属粉末，例如镍或镍合金，以及铁或铁合金。其他磁性金属、磁性金属氧化物陶瓷和铁氧体、石墨/碳粉、金属合金和非金属填料也可以用作电磁干扰抑制材料。EMI抑制材料的具体示例性实例包括：Nn-Zn、Ni-Zn、Fe-Ni、Fe-Si、Fe-Al、Fe-Co、铁和导电金属和非金属的合金颗粒，例如银、铜、碳和石墨，以及氮化硼、聚丙烯腈、石墨和磁性陶瓷。上述材料仅是示例性的，并且并非旨在限制本领域已知的多种EMI抑制材料的使用。
除了EMI抑制性质之外，颗粒填料22包括有助于通过界面16传递热能的导热填料材料。导热颗粒填料是本领域公知的，并且包括：例如氧化铝、氮化铝、氢氧化铝、氮化硼、氮化锌和碳化硅。本发明预期其他导热颗粒填料材料可以用于颗粒填料22，并且能够以足以提供沿耗散方向20具有至少0.5W/m·K的导热系数的界面16的浓度分散在聚合物基质24内。
在致力于实现比常规组合物更高的导热性和/或电磁屏蔽性能方面，申请人已经出乎意料地发现，分散在聚合物基质内的球形和片状颗粒的组合的特定的非均相颗粒填料形态显示出非加和性的性能增强，其中非均相颗粒填料的给定充填浓度表现出比在聚合物基质内相等充填体积分数的单独的球形或片状颗粒的均相颗粒填料形态显著更好的导热性和/或电磁屏蔽。然而，这种效果出乎意料地仅在组合属性的特定框架内观察到，包括总填料充填浓度、颗粒纵横比、球形和片状颗粒之间的相对充填比，以及球形和片状颗粒之间的相对颗粒尺寸比。特别地，已经发现只有这些属性的特定数量范围的组合才导致观察到的有益性能增强，并且只有在组合中存在每种属性的每个这样的数量范围内才导致观察到的有益性能增强。因此，本发明的出乎意料的发现源于一致起作用的特定属性的组合。相比之下，已知的组合物仅仅说明本发明的关键属性中的一些，因此没有实现本发明组合的意想不到的结果。
本发明的颗粒填料22包括大致球形的颗粒32和大致片状的颗粒34的组合。为了本发明的目的，球形颗粒被认为具有0.8-1.2之间的纵横比，其中颗粒纵横比的测定如下：
A＝D大/D小
其中，
A＝纵横比
D大＝沿颗粒的长度轴或宽度轴所测得的最长尺寸
D小＝沿着颗粒的厚度轴所测得的尺寸
图3中说明了示例性的大致球形的颗粒32，其中长度轴“L”、宽度轴“W”和厚度轴“T”在颗粒32的中心原点“O”处垂直相交。因此，大致球形的颗粒32的纵横比“A”被定义为：沿长度轴“L”或宽度轴“W”的较大通长(through dimension)除以沿厚度轴“T”的通长。因此，在完美球体的情况下，通长是沿着相应轴线测得的直径尺寸，其将导致1.0的纵横比“A”。
在图4中说明了具有各自的长度轴、宽度轴和厚度轴的大致片状的颗粒34。为了本发明的目的，认为片状颗粒沿其长度轴“L”和宽度轴“W”具有类似的尺寸，但沿其厚度轴“T”具有显著较小的尺寸，以便产生大于10的纵横比。在一些实施方案中，片状颗粒34表现出至少100的纵横比。
已经发现，在本发明的分散体内的球形和片状颗粒尺寸，重要的是它们的相对尺寸，是实现观察到的导热性和EMI抑制性质的重要方面。因此，可以使用“等效球体”的概念来表示各自的粒径。在这种情况下，粒径由具有与实际颗粒相同性质(例如体积)的等效球体的直径来定义。为了本申请的目的，粒径被认为是使用激光衍射仪器以及用于解释结果的Mie理论测量的体积等效球体的中值直径。还应当理解，球形颗粒32和片状颗粒34可以不是单分散的，而是可以显示不同尺寸的大致球形颗粒和大致片状颗粒的颗粒尺寸分布。这种分布可以用体积加权分布表示，其中每个颗粒在分布中的贡献与该颗粒的体积有关。对于例如通过激光衍射测量的那些体积加权粒度分布，基于样品的给定百分比体积的最大颗粒尺寸来报告参数是方便的。百分位数可以定义为：
Dab
其中，
D＝直径
a＝分布权重(v表示体积)
b＝低于该颗粒尺寸的样品的百分比
例如，Dv50值是存在50％低于其的样品体积的最大粒径；也称为体积中值颗粒尺寸(直径)。本发明的典型颗粒尺寸分布包括中值直径的大约40-100％的Dv10值，以及中值直径的大约100-160％的Dv90值。通过激光衍射测量的颗粒尺寸分布可以通过直接的电子显微镜检查来确认。
申请人已经确定，颗粒填料22优选以30-50体积％的充填浓度，更优选以40-50体积％的充填浓度分散在聚合物基质24内。如上所述，期望界面16维持具有相对低的体积压缩模量的“适形”特性。超过50体积％的颗粒填料22的充填浓度可能不期望地提高界面16的体积压缩模量。因此，每单位体积的颗粒填料的增强的导热性和电磁辐射衰减的本发明发现允许用相对低的颗粒填料22的总充填浓度的分散体，以保持界面16的低体积压缩模量值，同时保持高导热性和/或EMI衰减值。
申请人已经发现，在上述颗粒填料22的总充填浓度内，片状颗粒34和球形颗粒32之间的充填比实现了观察到的功能益处。为了本发明的目的，术语“体积充填比”是指片状颗粒34与球形颗粒32的体积浓度比。在本发明的分散体中，0.1:1和1:1之间的片状颗粒34与球形颗粒32的体积充填比是优选的。
已经进一步确定，在本发明的分散体的制备中，一个因素是片状颗粒34和球形颗粒32之间的粒径比。“粒径比”比较该分散体的片状颗粒和球形颗粒的中值粒径，中值粒径如上文所定义。已经发现，中值片状粒径与中值球形粒径的粒径比在1:1和20:1之间。在该范围之外的粒径比下，基本上消除了本发明的出乎意料的功能益处。
优选地，聚合物基质24给界面16提供了整体柔软和柔韧的特性。具体地，界面16优选显示小于大约5MPa的总体压缩模量，更优选小于1MPa的体积压缩模量，以及在大约10Shore 00和50Shore A之间的体积硬度，更优选体积硬度在10Shore 00和70Shore 00之间，均在20℃的室温下。在具体实施方案中，界面16可以在20℃下表现出在15Shore 00和30Shore 00之间的硬度。这种柔韧性和柔软性使得能够将界面16应用于电子组件12和散热部件14的不平坦表面，而不会形成间隙。由于其低模量和硬度值而引起的界面16的适形性(conformability)方面对于确保导热界面16和封装件10的相关组件之间的连续接触面积是重要的，以便使传热效率最大化，以及使在电子封装件10的组装中损坏电子组件12的风险最小化。
如此的源自聚合物基质24的界面16的体积压缩模量和体积硬度性质允许界面16的可处理性。换言之，期望界面16具有在可工作范围内的柔软度，其提供上述的适形和柔韧性益处，以及足够的硬度，以便在处理和组装中尺寸相对稳定。申请人已经发现，包括在10-70Shore 00之间的上述硬度范围在辐射屏蔽和热传递以及其易于处理(包括通过自动化设备)中实现有用的平衡。在一些实施方案中，界面16可以是在室温下相对尺寸稳定的自支撑体，或者可以是较不粘稠的，包括对于就地形成应用可液体分配的。上述硬度和模量范围旨在应用于在室温下安装的本界面16。在操作条件下，在升高的温度下，本界面16的硬度值可以降低，特别是在相变材料用于本界面16的聚合物基质24内的情况下。
聚合物基质24可以由热塑性或热固性聚合物形成。可用于聚合物基质24内的热塑性和热固性树脂的实例包括：例如硅氧烷、丙烯酸类、聚氨酯类、环氧树脂、多硫化物、聚异丁烯和聚乙烯基或聚烯烃基聚合物。从这种热塑性或热固性树脂开发的聚合物基质提供相对柔软和柔韧的基底，其中颗粒填料22能够以大约30-50体积％的浓度分散。
除了上述的导热性质之外，界面16还可以提供电磁辐射抑制。因此，从例如电子组件12发出的电磁辐射可以在很大程度上被界面16吸收或反射，而不透射过厚度“T”。优选地，至少大约10％的电磁辐射被吸收或反射回例如电子组件12处的源。在一些实施方案中，小于约90％的电磁辐射被允许透射过本发明的界面16。通过本发明的界面16，可以实现在2.4GHz下的至少1dB/in，更优选地至少10dB/in的电磁辐射吸收。电磁吸收效率的这种量度可以通过以下关系式来测量：
其中，
A＝电磁吸收(dB/in)
S11＝电磁反射系数
S21＝电磁透射系数
T＝界面垫的厚度(in)
实施例
制备多组热界面垫，以测试多种总颗粒填料充填浓度、片状颗粒和球形颗粒之间的体积充填比以及片状颗粒和球形颗粒之间的粒径比下的导热性和电磁辐射吸收。将界面垫制备成大约1mm的厚度，用于测试。
实施例1
使用购自Denka的大致球形的氧化铝颗粒和购自Momentive的氮化硼(BN)片状颗粒制备第一组界面垫样品。制备乙烯基官能的硅氧烷和氢化物官能的硅氧烷与铂催化剂和马来酸酯抑制剂的共混物作为界面垫的聚合物基质的基础树脂。使用100g批料，在FlackTek高速混合器中，将树脂材料与氧化铝和氮化硼填料颗粒在2,200rpm下混合30秒。混合后，使材料冷却至25℃，然后在2,200rpm下再混合十五秒。
实施例2
使用购自Denka的大致球形的氧化铝颗粒和购自Cabot的片状石墨烯颗粒制备另一组界面垫。聚合物基质由市售的RTV两部分缩合固化模制硅氧烷制备。将硅氧烷A部分与石墨烯和氧化铝颗粒在2,200rpm下混合30秒。将材料冷却至25℃，然后加入硅氧烷B部分，并在2,200rpm下再混合15秒。
图5-12用图形描述在多种片状/球形体积充填比和颗粒尺寸比以及总颗粒填料充填浓度下共混的上述示例界面垫的导热性和电磁辐射吸收。实验数据的图形表示证明了在特定属性范围内的所需性能性质，即在聚合物基质中30-50体积％的总颗粒填料充填浓度、在0.1:1和1:1之间的片状颗粒与球形颗粒的体积充填比以及在1:1和20:1之间的片状粒径与球形粒径的粒径比。
图5描述了多种氮化硼/氧化铝颗粒共混物的导热性随着总颗粒填料充填浓度和相对颗粒尺寸比的变化。该图清楚地表明，含有球形颗粒和片状颗粒的颗粒填料分散体在相等的总充填浓度下明显优于仅具有球形颗粒或片状颗粒的颗粒填料分散体。这表明“非加和性”效应，其中球形颗粒和片状颗粒的组合的性能远远超过在该负载浓度下的预期性能。
图6显示了氮化硼/氧化铝颗粒分散体共混物的导热性随着相对粒径比和相对体积充填比的变化。从图6可以看出，片状:球形的粒径比超出20:1时，本发明分散体的出乎意料的非加和性的益处显著地减少。
图7显示了在片状颗粒与球形颗粒的体积充填比是0.1:1时，石墨烯/氧化铝共混物的导热性随着总颗粒填料充填浓度和相对粒径比的变化。同样地，图8显示了在片状颗粒与球状颗粒的体积充填比是0.2:1时，石墨烯/氧化铝共混物的导热性随着总颗粒填料充填浓度和相对粒径比的变化。
图9显示了在片状颗粒与球形颗粒的体积充填比是0.1:1时，石墨烯/氧化铝颗粒共混物的电磁辐射吸收随着总颗粒填料充填浓度和相对粒径比的变化。类似地，图10显示在片状颗粒与球形颗粒的体积充填比是0.2:1时，石墨烯/氧化铝颗粒共混物的电磁辐射吸收随着总颗粒填料充填浓度和相对粒径比的变化。图7-10中的每一个均展示了本分散体在其各自的属性范围内的非加和性益处。
图11和12显示石墨烯/氧化铝颗粒分散体共混物在总颗粒填料充填浓度和片状颗粒与球形颗粒的相对体积充填比下的导热性和电磁辐射吸收数据。
本文已经相当详细地描述了本发明，以符合专利法规，并且为本领域技术人员提供应用新颖性原则以及根据需要构造和使用本发明的实施方案所需的信息。然而，应当理解，在不脱离本发明本身的范围的情况下，可以进行多种修改。

Claims (9)

1.热界面材料，其可设置在热源附近用于从所述热源散热并用于屏蔽电磁干扰，所述热界面材料包含：
聚合物基质；以及
以30-50体积％分散在所述聚合物基质内的导热颗粒填料，所述颗粒填料包括具有0.8-1.2之间的纵横比和球形粒径的大致球形的颗粒，以及具有长度、宽度和厚度以及片状粒径的片状颗粒，其中所述长度和所述宽度各自远大于所述厚度，所述片状颗粒具有至少10的纵横比，所述片状颗粒与所述球形颗粒的体积充填比在0.1:1和1:1之间，并且所述片状粒径与所述球形粒径的粒径比在1:1和20:1之间，
其中所述热界面材料表现出至少0.5W/m·K的导热系数。
2.如权利要求1所述的热界面材料，其在2.4GHz下表现出至少10dB/in的电磁辐射吸收。
3.如权利要求1所述的热界面材料，其中所述颗粒填料以40-50体积％分散在所述聚合物基质中。
4.如权利要求1所述的热界面材料，其中所述片状颗粒具有至少100的纵横比。
5.如权利要求4所述的热界面材料，其中所述片状颗粒的所述长度和所述宽度大致相等。
6.如权利要求1所述的热界面材料，其中所述球形颗粒包括氧化铝，并且所述片状颗粒选自由氮化硼、石墨烯及其组合组成的组。
7.如权利要求6所述的热界面材料，其中所述聚合物基质是热塑性弹性体。
8.如权利要求1所述的热界面材料，其在20℃下表现出小于5MPa的压缩模量。
9.电子封装件，其包括：
电子组件；
散热部件；以及
权利要求1所述的热界面材料，其设置在所述电子组件和所述散热部件之间并与之接触。
CN201580037686.4A 2014-07-11 2015-06-24 具有混合纵横比颗粒分散体的热界面材料 Pending CN106663473A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/328,834 US9611414B2 (en) 2014-07-11 2014-07-11 Thermal interface material with mixed aspect ratio particle dispersions
US14/328,834 2014-07-11
PCT/US2015/037336 WO2016007287A1 (en) 2014-07-11 2015-06-24 Thermal interface material with mixed aspect ratio particle dispersions

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106663473A true CN106663473A (zh) 2017-05-10

Family

ID=55064681

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580037686.4A Pending CN106663473A (zh) 2014-07-11 2015-06-24 具有混合纵横比颗粒分散体的热界面材料

Country Status (9)

Country Link
US (3) US9611414B2 (zh)
EP (1) EP3172734B1 (zh)
JP (1) JP6727187B2 (zh)
KR (1) KR102496868B1 (zh)
CN (1) CN106663473A (zh)
ES (1) ES2856408T3 (zh)
PL (1) PL3172734T3 (zh)
TW (1) TWI668261B (zh)
WO (1) WO2016007287A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109651799A (zh) * 2018-12-19 2019-04-19 航天科工武汉磁电有限责任公司 吸波贴片、其制备方法及其应用
CN110546758A (zh) * 2017-06-23 2019-12-06 积水化学工业株式会社 散热片、散热片的制造方法以及叠层体
CN112424880A (zh) * 2018-07-20 2021-02-26 超级电力研究所有限公司 包含微米级无机填料混合物的电绝缘材料及制造方法

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11229147B2 (en) 2015-02-06 2022-01-18 Laird Technologies, Inc. Thermally-conductive electromagnetic interference (EMI) absorbers with silicon carbide
DE102015118245A1 (de) * 2015-10-26 2017-04-27 Infineon Technologies Austria Ag Thermisches Schnittstellenmaterial mit definierten thermischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften
WO2018111921A1 (en) 2016-12-12 2018-06-21 Energous Corporation Methods of selectively activating antenna zones of a near-field charging pad to maximize wireless power delivered
JP6886175B2 (ja) * 2017-03-08 2021-06-16 河合石灰工業株式会社 ポーラス生石灰およびその製造方法
GB2571791B (en) * 2018-03-09 2022-07-13 Graphitene Ltd Heat-sink formulation and method of manufacture thereof
KR20210050492A (ko) * 2018-09-27 2021-05-07 헨켈 아이피 앤드 홀딩 게엠베하 열 계면을 위한 내마모성 코팅
CN114731061A (zh) 2019-09-20 2022-07-08 艾诺格思公司 使用无线功率发射系统中的功率放大器控制器集成电路来分类和检测异物
JP2021051905A (ja) * 2019-09-25 2021-04-01 富士高分子工業株式会社 シーリング材用熱伝導シート及びこれを組み込んだ発熱性電気・電子部品
EP4189031A1 (en) * 2020-07-28 2023-06-07 3M Innovative Properties Company Thermal filler particle, thermally conductive composition, and assembly including the same
KR102542423B1 (ko) 2020-09-23 2023-06-12 라이르드 테크놀로지스, 아이엔씨 열전도성 전자파 장해(emi) 흡수체
JP2024507083A (ja) * 2021-12-22 2024-02-16 コリア インスティテュート オブ セラミック エンジニアリング アンド テクノロジー 放熱素材、これを含む組成物、及びその製造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1333801A (zh) * 1999-01-29 2002-01-30 酷选择股份有限公司 导热复合材料
US20040125565A1 (en) * 2002-12-31 2004-07-01 Ga-Lane Chen Thermal interface material
CN102112575A (zh) * 2008-11-12 2011-06-29 日东电工株式会社 热传导性组合物及其制造方法
CN102985510A (zh) * 2009-08-12 2013-03-20 帕克-汉尼芬公司 完全固化的热或电-传导性原地形成间隙填料
TW201329221A (zh) * 2011-09-14 2013-07-16 Nippon Catalytic Chem Ind 熱傳導性材料

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1334475C (en) 1986-09-04 1995-02-21 E.I. Du Pont De Nemours And Company High purity aluminum nitride of controlled morphology
US4970098A (en) 1990-04-18 1990-11-13 International Business Machines Corporation Coatings for hot roll fusers
JP3524634B2 (ja) 1995-05-25 2004-05-10 東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社 熱伝導性シリコーンゴム組成物
US6114429A (en) 1997-08-06 2000-09-05 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Thermally conductive silicone composition
JP2002121393A (ja) * 2000-10-12 2002-04-23 Sekisui Chem Co Ltd 熱伝導性樹脂組成物及び熱伝導性シート
JP2002155110A (ja) * 2000-11-22 2002-05-28 Sekisui Chem Co Ltd 重合性組成物及び熱伝導性シート
US20030201427A1 (en) 2001-01-24 2003-10-30 Kaken Tech Co., Ltd. Conductiv powder and conductive composition
US6582871B2 (en) 2001-06-12 2003-06-24 Heidelberger Druckmaschinen Ag Toner fusing system and process for electrostatographic reproduction, fuser member for toner fusing system and process, and composition for fuser member surface layer
JP3807995B2 (ja) * 2002-03-05 2006-08-09 ポリマテック株式会社 熱伝導性シート
US20030220432A1 (en) * 2002-04-15 2003-11-27 James Miller Thermoplastic thermally-conductive interface articles
JP2004327690A (ja) * 2003-04-24 2004-11-18 Fuji Xerox Co Ltd プリント配線基板
JP2005146057A (ja) * 2003-11-12 2005-06-09 Polymatech Co Ltd 高熱伝導性成形体及びその製造方法
US7459203B2 (en) 2005-11-17 2008-12-02 Eastman Kodak Company Fuser member
JP2008010897A (ja) 2007-09-28 2008-01-17 Mitsubishi Electric Corp 絶縁シートおよびこれを用いたパワーモジュール
ATE447476T1 (de) 2007-11-30 2009-11-15 Eckart Gmbh Verwendung einer mischung mit sphärischen metallpartikeln und metallflakes als lasermarkierungs- oder laserschweissbarkeitsmittel sowie lasermarkierbarer und/oder laserschweissbarer kunststoff
CN102958986B (zh) 2010-06-28 2016-05-04 帝斯曼知识产权资产管理有限公司 导热性聚合物组合物
CN102482485B (zh) * 2010-07-21 2013-08-21 三菱工程塑胶株式会社 高热传导性聚碳酸酯系树脂组合物和成型体
US20120164570A1 (en) 2010-12-22 2012-06-28 Jerry Alan Pickering Thermally conductive fuser coating
DE102011101579B4 (de) 2011-05-12 2015-03-05 Otto Bock Healthcare Gmbh Verwendung eines leitfähigen Polymermaterials für medizinische und orthopädietechnische Anwendungen
JP2013234275A (ja) 2012-05-10 2013-11-21 Kisco Ltd 放熱性樹脂組成物、成形体、ならびに照明装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1333801A (zh) * 1999-01-29 2002-01-30 酷选择股份有限公司 导热复合材料
US20040125565A1 (en) * 2002-12-31 2004-07-01 Ga-Lane Chen Thermal interface material
CN102112575A (zh) * 2008-11-12 2011-06-29 日东电工株式会社 热传导性组合物及其制造方法
CN102985510A (zh) * 2009-08-12 2013-03-20 帕克-汉尼芬公司 完全固化的热或电-传导性原地形成间隙填料
TW201329221A (zh) * 2011-09-14 2013-07-16 Nippon Catalytic Chem Ind 熱傳導性材料

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110546758A (zh) * 2017-06-23 2019-12-06 积水化学工业株式会社 散热片、散热片的制造方法以及叠层体
CN110546758B (zh) * 2017-06-23 2023-09-19 积水化学工业株式会社 散热片、散热片的制造方法以及叠层体
CN112424880A (zh) * 2018-07-20 2021-02-26 超级电力研究所有限公司 包含微米级无机填料混合物的电绝缘材料及制造方法
CN109651799A (zh) * 2018-12-19 2019-04-19 航天科工武汉磁电有限责任公司 吸波贴片、其制备方法及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
EP3172734A1 (en) 2017-05-31
ES2856408T3 (es) 2021-09-27
US9611414B2 (en) 2017-04-04
JP2017519888A (ja) 2017-07-20
US20160009975A1 (en) 2016-01-14
EP3172734A4 (en) 2018-05-09
PL3172734T3 (pl) 2021-07-05
US20190322918A1 (en) 2019-10-24
TWI668261B (zh) 2019-08-11
JP6727187B2 (ja) 2020-07-22
WO2016007287A1 (en) 2016-01-14
KR20170032278A (ko) 2017-03-22
TW201615716A (zh) 2016-05-01
US20170158936A1 (en) 2017-06-08
US11447677B2 (en) 2022-09-20
KR102496868B1 (ko) 2023-02-07
EP3172734B1 (en) 2021-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106663473A (zh) 具有混合纵横比颗粒分散体的热界面材料
US11678470B2 (en) Thermally-conductive electromagnetic interference (EMI) absorbers with silicon carbide
KR102167531B1 (ko) 반도체 장치
US8465663B2 (en) Composition for electromagnetic wave suppression and heat radiation and method for manufacturing composition for electromagnetic wave suppression and heat radiation
CN114105529B (zh) 一种高导热吸波复合材料及其制备方法及吸波导热垫片
JP2020167667A (ja) ５ｇ通信用アンテナアレイ、アンテナ構造、ノイズ抑制熱伝導シート及び熱伝導シート
CN108641373A (zh) 一种高频段导热吸波绝缘材料
CN105542469A (zh) 一种电磁屏蔽导热组合物及电磁屏蔽导热垫片
KR102432180B1 (ko) 반도체 장치 및 반도체 장치의 제조 방법
JP2008001757A (ja) 半導体封止用樹脂組成物及び樹脂封止型半導体装置
JP2014239236A (ja) 熱伝導性シート
JP2010186856A (ja) 熱伝導性シート
JP2003105108A (ja) 熱伝導性シート
KR102445111B1 (ko) 반도체 장치 및 반도체 장치의 제조 방법
JP2021034637A (ja) 電波吸収材料
TWI482940B (zh) Thermally conductive
WO2011101989A1 (ja) 熱伝導性シート
WO2010004996A1 (ja) 熱伝導性ノイズ抑制シート
US11864366B2 (en) Thermally-conductive electromagnetic interference (EMI) absorbers including aluminum powder
JP2024039712A (ja) 電磁波吸収放熱シート

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170510