CN112771662A - 用于热界面的耐磨涂层 - Google Patents

用于热界面的耐磨涂层 Download PDF

Info

Publication number
CN112771662A
CN112771662A CN201980063409.9A CN201980063409A CN112771662A CN 112771662 A CN112771662 A CN 112771662A CN 201980063409 A CN201980063409 A CN 201980063409A CN 112771662 A CN112771662 A CN 112771662A
Authority
CN
China
Prior art keywords
conductive film
thermally conductive
heat sink
thermal resistance
heat
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
CN201980063409.9A
Other languages
English (en)
Inventor
P·戈利
J·科尔比
R·J·切斯特菲尔德
P·A·佩德森
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 AG and Co KGaA
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 CN112771662A publication Critical patent/CN112771662A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/14—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to metal, e.g. car bodies
    • 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
    • C08K3/28—Nitrogen-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L83/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L83/04—Polysiloxanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/82—After-treatment
    • C23C22/83—Chemical after-treatment
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4266—Thermal aspects, temperature control or temperature monitoring
    • G02B6/4268—Cooling
    • G02B6/4269—Cooling with heat sinks or radiation fins
    • 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
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3672—Foil-like cooling fins or heat sinks
    • 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
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
    • H05K1/0203—Cooling of mounted components
    • H05K1/0204—Cooling of mounted components using means for thermal conduction connection in the thickness direction of the substrate
    • 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
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20436—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing
    • H05K7/20445—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing the coupling element being an additional piece, e.g. thermal standoff
    • H05K7/20472—Sheet interfaces
    • H05K7/20481—Sheet interfaces characterised by the material composition exhibiting specific thermal properties
    • 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
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20509—Multiple-component heat spreaders; Multi-component heat-conducting support plates; Multi-component non-closed heat-conducting structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2202/00—Metallic substrate
    • B05D2202/20—Metallic substrate based on light metals
    • B05D2202/25—Metallic substrate based on light metals based on Al
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2202/00—Metallic substrate
    • B05D2202/40—Metallic substrate based on other transition elements
    • B05D2202/45—Metallic substrate based on other transition elements based on Cu
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2350/00—Pretreatment of the substrate
    • B05D2350/60—Adding a layer before coating
    • B05D2350/65—Adding a layer before coating metal layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2518/00—Other type of polymers
    • B05D2518/10—Silicon-containing polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2601/00—Inorganic fillers
    • B05D2601/20—Inorganic fillers used for non-pigmentation effect
    • 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
    • C08K3/28—Nitrogen-containing compounds
    • C08K2003/282—Binary compounds of nitrogen with 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
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/002—Physical properties
    • C08K2201/005—Additives being defined by their particle size in general
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4256—Details of housings
    • G02B6/426—Details of housings mounting, engaging or coupling of the package to a board, a frame or a panel
    • G02B6/4261—Packages with mounting structures to be pluggable or detachable, e.g. having latches or rails

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

具有可移除电子部件的系统采用耐磨导热膜作为可移除电子部件与热沉之间的热界面。当反复在主机装置中的腔室安装和移除可移除电子部件时，所述耐磨膜减小了可移除电子部件与热沉之间的热阻。所述耐磨膜包含由含硅树脂形成的聚合物和无机颗粒填料，所述膜还可以在热沉处与防腐蚀层互锁。提供一种形成热沉的方法，所述方法使热阻的增加最小化。

Description

用于热界面的耐磨涂层
技术领域
本发明涉及作为发热装置与热沉(heat sink)之间的热界面的导热膜。更具体地，本发明涉及一种耐磨的导热膜，该导热膜减小了发热装置与热沉之间的热阻，从而允许反复安装和移除发热装置。
背景技术
电子系统越来越依赖于较小的封装中的更快的速度和更大的容量。此外，电子系统继续采用越来越复杂的电子装置阵列，该电子装置阵列包括可与各种可替换部件一起操作的模块化阵列。可替换部件的实例包括可安装在模块化系统中或从模块化系统中移除的光收发器诸如C型可插拔(C-form-factor pluggable(CFP))光收发器以及小型可插拔(small form-factor pluggable(SFP))光收发器。这样的光收发器是“可插拔的”，因为它们可以在不切断主机装置或系统的电源的情况下插入主机装置或系统和从主机装置或系统中移除。可插拔收发器通常被接收在由主机系统的各个框架限定的腔室或端口处。
为了防止热量在可插拔电子部件中积聚，可以在接收腔室处和/或接收腔室周围使用散热装置，以帮助将产生的热量从可插拔电子部件消散。在典型的实施方案中，当安装在腔室中时，散热装置接触可插拔电子部件，使得热量可以从可插拔电子部件中以传导方式消散。从可插拔电子部件到散热装置的传导性传热的效率在很大程度上受到可插拔电子部件与散热装置之间的界面的热阻的限制。通常，在一部分界面中的非接触会阻碍传热，使得通过传导进行的传热仅限于可插拔电子装置和散热装置接触的各表面的那部分接触区域。通常，接触表面是不平坦的金属。不平坦的表面与表面刚度相结合，阻止了表面之间广泛的物理接触。
一种减小金属表面之间的界面处的热阻的方法是用诸如糊膏、凝胶、膜等的顺应性或适形性热界面材料涂布金属表面中的至少一个。这种可适形的热界面材料虽然在可插拔电子部件和相关联的散热装置的静态应用中有效，但不能承受在动态设置中产生的摩擦力，该动态设置诸如可插拔电子部件，其中该可插拔电子部件反复地滑入和滑出与散热装置摩擦性接触的腔室。结果，由于重复安装和移除该可插拔电子部件，经过一段时间这些可适形的热界面材料会崩解。热界面材料的降解导致从可插拔电子部件到散热装置的传热的热阻增加。
因此，需要一种施用于可插拔电子部件与散热装置之间的界面的热界面材料，该界面材料不但足够适形从而降低界面的热阻，而且具有耐磨性以承受从与散热装置接触的主机装置反复进行的可插拔电子部件的安装和移除。理想的是，这种耐磨性包括热界面材料的内聚力和热界面材料对相应表面诸如散热装置的表面的粘附力二者。
发明内容
本文公开了一种系统，其包括：框架，所述框架限定腔室；热沉；和可移除电子部件，所述可移除电子部件可移除地插入腔室中以与热沉的传热区域热接触。所述热沉包括金属基材，所述金属基材具有限定其间厚度的第一表面和第二表面，所述金属基材具有基材热阻；导热膜，该导热膜布置在第一表面或第二表面中的至少一个的至少一部分上，所述导热膜限定传热区域，所述导热膜包含(1)由含硅树脂形成的聚合物和(2)无机颗粒填料。在Taber磨耗测试之前定义通过传热区域跨过厚度的初始热阻，在Taber磨耗测试完成之后定义通过传热区域跨过金属基材厚度的磨耗热阻，其中磨耗热阻比初始热阻大超过约50％。
另一个实施方案公开了一种系统，其包括：主机装置，所述主机装置包括限定腔室的框架；可移除模块，所述可移除模块产生热量，所述热量传递到模块的第一表面，所述模块经由腔室可移除地安装在主机装置中；和热沉，所述热沉与框架相关联以消散来自第一表面的热量。热沉包括第二表面，在第二表面上施用导热膜以限定热沉的传热区域，并且其中在第一表面或第二表面的至少一部分上施用导热膜以限定热沉的传热区域，并且其中当将模块安装在装置中时，导热膜与第一表面或第二表面直接接触以允许从第一表面接收热量。所述系统表现出在Taber磨耗测试之前的通过传热区域的初始热阻和在Taber磨耗测试完成之后的通过传热区域的磨耗热阻，所述磨耗热阻比所述初始热阻大不超过约50％。
在又一个实施方案中，公开了一种系统，其中所述系统包括主机装置，所述主机装置包括限定腔室的框架；可移除模块，所述可移除模块产生热量，所述热量传递到模块的第一表面，所述模块经由腔室可移除地安装在主机装置中；热沉，其与框架相关联以消散来自第一表面的热量。热沉包括包括第二表面，和施用于第一表面或第二表面的导热膜。当将模块安装在装置中时，导热膜与第一表面直接接触以允许从第一表面接收热量，第二表面包括腐蚀保护层，并且导热膜包含与腐蚀保护层互锁的含硅聚合物。
在又一个实施方案中，提供了一种用于形成热沉的方法，所述方法包括：提供具有第一表面的金属基材，用转化剂处理第一表面以形成腐蚀保护层，制备具有含硅树脂和无机颗粒填料的前体，将前体涂布在腐蚀保护层上并原位固化以使前体聚合。由树脂形成的含硅聚合物与腐蚀保护层互锁。
附图说明
图1描绘了本发明的系统的示意性截面图，其中可移除模块安装在主机装置中。
图2描绘了本发明的系统的示意性截面图，其中可移除模块安装在主机装置中。
图3描绘了用导热膜涂布金属基材的各步骤的流程图。
图4图示了在Taber磨耗试验之后膜从其各自的金属基材的绝对质量损失。
图5图示了在Taber磨耗测试之后膜从其各自的金属基材的相对质量损失。
图6图示了在Taber磨耗测试之后膜从其各自的金属基材的绝对质量损失。
图7图示了在Taber磨耗测试之后膜从其各自的金属基材的相对质量损失。
具体实施方式
本发明涉及当安装在主机装置时适于与主机装置相互作用的可移除电子部件。可移除电子部件通过与热沉的可滑动接合和脱离而安装在主机装置中以及从主机装置上卸下。热沉通常位于主机装置的腔室/接收器中，使得可移除电子部件的安装使可移除电子部件与热沉热接触。通过可移除电子部件与热沉之间的热界面建立热接触。热界面至少部分地被本发明的热界面构件(member)填充。热界面构件可以优选地是膜或涂层形式的耐磨且内聚的主体。可以将热界面构件粘附到可以是热沉的一部分或与热沉热联接的传热表面。将可移除电子部件安装到主机装置的腔室/接收器中，使可移除电子部件的传热表面与本身与热沉连接的热界面主体热接触。
如本文所用，术语“主机装置”旨在表示计算机或计算装置、网络装置、信号发送器、信号接收器、交换机、数据存储装置、子系统、印刷电路板、集成电路、微处理器等。
图1和2描绘了本发明的示例性系统10的示意性截面图。在图1中示出了可移除模块12，该可移除模块12被示出为沿着方向箭头13安装到主机装置16的腔室14中。图2示出了系统10，该系统10具有安装在主机装置16处的可移除模块12。可移除模块12可以具有第一表面12a，可移除模块12产生的热量传递到第一表面12a。可以想到，除了第一表面12a之外，由可移除模块12产生的热量还可以传递到可移除模块12的各部分，但是出于本描述的目的，通过第一表面12a将散热引导至主机装置16。可移除模块12例如可以是可插拔光收发器。
系统10包括热沉20，热沉20用于通过第一表面12a消散来自可移除模块12的热量。热沉20可以与主机装置16的框架15相关联(associate)。热沉20通常由高导热性的材料(诸如金属、金属合金等)构成，并且可以包括一个或多个有效消散由可移除模块12产生的热量的散热装置。在图1所示的实施方案中，热沉20可以包括板部分22和从板部分22延伸并热联接到板部分22的散热翅片24。散热翅片24提供了增加的表面积以增强热向与散热翅片24接触的冷却介质诸如例如环境空气(未示出)的传递。热沉20可以由多种导热材料制成，其实例包括但不限于铝和铜。热沉20的板部分22包括用于接收来自可移除模块12的热量的热接收表面26。
优选地，将导热膜30施用于热接收表面26以限定传热区域“A”，其中来自可移除模块12的热量通过导热膜30最有效地传递到热沉20。这样的传热面积“A”减小了到达热沉20的热阻。传热面积“A”可以是任何尺寸，优选地为约0.5-1.5cm2，更优选地为约1.0cm2。
限定热接收表面26与散热表面28之间的厚度“T”。如图1所示，当如图2所示安装可移除模块12时，热沉20和导热膜30可以引起与模块12的第一表面12a接触的方式安装到框架15。该接触允许热沉20接收可移除模块12产生的热量并以合适的方式散热。
当将模块12安装在主机装置16的腔室14中时，导热膜30热联接至模块12的第一表面12a，优选与模块12的第一表面12a直接接触。因此，导热膜30位于模块12与热沉20之间的热界面处。以此方式，模块12经由导热膜30与热沉20热联接。
导热膜30是适形的(conformable)、可变形的和/或柔性的，以填充可移除模块12的第一表面12a与热接收表面26之间的间隙。因此，导热膜30用于填充可移除模块12的第一表面12a与热沉20的热接收表面26之间的间隙空间，否则该间隙会显著地阻碍传热。结果，导热膜30形成可移除模块12与散热表面28/散热翅片24之间的传热路径的一部分。建立了传热路径，通过从第一表面12a经由导热膜30的传导，将热量传递到热接收表面26。
为了有效地填充可移除模块12与热沉20之间的界面处的间隙空间，导热膜30优选地表现出相对较低的弹性/杨氏模量以及相对较低的挠曲模量。在一些实施方案中，导热膜30的弹性/杨氏模量小于约10MPa，更优选地小于约1MPa，根据ASWTM-D395在压缩之后回弹大于约95％。可以通过改变其形状或厚度来调节导热膜30的柔韧性/变形性。在一些特别有用的实施方案中，导热膜30以小于约75μm、例如约10-50μm的大致均匀的厚度(“Tf”)施用。
导热膜30是导热的、适形的并且耐磨的，使得导热膜30在如上所述的可移除模块12重复地从主机装置16的腔室14安装和移除的应用中是耐用的。可移除模块12通常以与导热膜30滑动物理接触的方式安装和重新安装。因此，由于这种反复的安装和移除而导致的导热膜30的破坏会显著增加模块12的第一表面12a与热沉20的热接收表面26之间的界面处的热阻。因此，重要的是，由于模块12与导热膜30之间的滑动接触，导热膜30也必须耐磨耗。在一些实施方案中，导热膜30可表现出至少约0.1W/m·K的导热率，并且更优选至少约0.5W/m·K，该导热率通过导热膜30的厚度Tf测量。
导热膜30优选地由一种或多种形成聚合物的树脂和一种或多种无机颗粒填料形成。在一些实施方案中，形成聚合物的树脂是含硅的热固性树脂。预期用于导热膜30的示例性热固性树脂组合物包括环氧化合物、丙烯酸酯和聚氨酯。在本发明的导热膜30中有用的形成聚合物的树脂的其他实例在美国专利号5,028,984和3,908,040中有描述，其全部内容通过引用并入本文。
在一个示例性实施方案中，由双组分型铂催化加成固化的有机硅聚合物形成交联的聚合物网络，该有机硅聚合物使用与甲基氢硅氧烷-二甲基硅氧烷、三甲基甲硅烷氧基封端的共聚物反应的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷。
导热膜30中还包括无机颗粒填料。在一些实施方案中，无机颗粒填料选自氧化铝、金刚石、粘土、铝硅酸盐(aluminosilicate)、氮化铝、氮化硼、氧化铝、氮化铝、氧化镁、氧化锌、碳化硅、二氧化硅、铍氧化物、锑氧化物及它们的组合。在一个特别有用的实施方案中，无机颗粒填料是氮化铝。在另一个实施方案中，填料选自碳纳米管、石墨烯、富勒烯和石墨。
无机颗粒填料可以小于约300(phr)份/100份树脂、更优选地小于约150phr的浓度添加到形成聚合物的树脂中。令人意外地确定，无机颗粒填料的浓度小于或等于50phr提供了增强导热膜30的耐磨性的益处。如下面更详细地描述，加载到导热膜30的无机颗粒填料的减少降低了在磨耗测试之后导热膜的降解，并且因此使磨耗测试之后在传热区域“A”处热阻的增加最小化。相信较低的颗粒填料浓度降低了聚合物基质对金属基材的粘附的干扰。结果，较低的颗粒填料浓度可以允许表现出增强的耐磨性的“更韧的”交联聚合物。即使在导热膜30中存在较少的无机填料，这种增强的耐磨性在耐磨性测试之后仍保持较低的热阻。令人意外的是，与由于较高的无机颗粒填料浓度水平其本身可能具有更高导热性的膜相比，在保持低热阻的同时耐磨性和聚合物基质连续性的保持有更好的表现。
在一些实施方案中，无机颗粒填料的最大粒度可以小于约50μm，更优选小于约25μm。在示例性实施方案中，无机颗粒填料的平均粒度可为约1-5μm，更优选约3μm。
可以形成包括导热膜30的热沉，做法是：将前体施用于板部分22的热接收表面26，并在热接收表面26处原位固化该前体。在一个有用的实施方案中，板部分22包括具有第一表面的金属基材，第一表面诸如铝或铜板部分22的热接收表面26。本发明考虑了其他金属或金属合金，包括热接收表面26处的金属涂层。在一些实施方案中，可用转化剂处理金属基材的第一表面以形成腐蚀保护层。转化剂可以是六价铬、三价铬、锡、钛氧化物、氧化镁、不含铬的Alodine、和锌中的至少一种。
施用于金属基材的经转化处理的第一表面上的前体可以包含含硅树脂和无机颗粒填料，其中所述含硅树脂可以是形成聚合物的树脂。这样的前体可以小于75μm、优选地以10-50μm的厚度涂布在腐蚀保护层上。可以通过丝网印刷、狭缝涂布、浸涂、选择性印刷、幕涂、狭缝模头分配或其他合适的涂布技术将前体涂布在腐蚀保护层上。前体材料可以是液态、糊状、凝胶状、脂状或已知为预固化状态的其他形式。在一个实施方案中，前体可以是在一种或多种溶剂中的溶液。可以通过适当的固化机制原位固化涂布的前体以使前体聚合，其中由树脂形成的含硅聚合物与腐蚀保护层互锁。预期用于本文的固化机制包括但不限于紫外线辐射、热辐射、超声处理、化学固化等。
在本文中术语“互锁”旨在表示含硅聚合物与腐蚀保护层之间的连接，该连接至少部分地涉及如在“Chemical Adhesion of Silicone Elastomers on Primed MetalSurfaces:A Comprehensive Survey of Open and Patent Literatures”,Progress inOrganic Coatings,Loic Picard等人,第80卷(2015)120-141页中所述的机械互锁，该文献的内容在此引入作为参考。这种连接的一个实例是将有机硅弹性体联接到涂有底漆的金属表面。
现在参考图3的流程图来描述用于形成结合有导热膜30的热沉20的一个示例性方法。为了提供所需的耐磨性，导热膜表现出高的内聚力，以及高水平的对金属热接收表面26的粘附力。为了有助于这种粘附力，可以对热接收表面26进行处理以增强与聚合物膜的连接。可以钝化金属表面以形成腐蚀保护层，该腐蚀保护层还起到与导热膜的聚合物互锁的作用。可以采用各种金属表面处理来钝化金属表面，包括但不限于阳极氧化(anodization)、铬酸盐转化、镀锡和镀锌。有用的金属表面处理的一个实例是使用三价(1型)或六价(2型)铬(可从Henkel Corporation,Madison Heights,MI以商标Bonderite或Alodine购得)的铬酸盐转化涂布。
其他有用的金属表面处理包括可从Henkel Corporation以商品名EC2获得并如美国专利申请公开号2017/0121841所述的电陶瓷涂层，以及美国专利号6,946,401；6,361,833；4,162,947；和3,434,943以及美国专利申请公开号2010/0038254中描述金属表面处理，其每个文献的全部内容结合于此。
然后将经处理的金属热沉浸没在诸如异丙醇、丙酮、烷烃或水的溶剂中超声处理2-10分钟。将金属热沉从超声浴中移出，并使用电离空气枪(诸如获自Simco-Ion的“TopGun Static Elimination Gun”)进行干燥以减少或消除金属表面的静电荷和颗粒。
在电离空气干燥步骤之后，用紫外线辐射和臭氧化来处理金属热沉以清洁溶剂残留物、硅油或助熔剂(flux)。
制备具有含硅树脂和无机颗粒填料的前体并将其分配到如上所述制备的腐蚀保护层上。可以通过丝网印刷或其他小体积分配程序(诸如狭缝涂布、浸涂或选择性印刷)将前体分配在钝化金属表面的腐蚀保护层上。然后将经涂布的热沉在25-200℃的烤箱中烘烤1-240分钟以原位固化/聚合前体。
根据本发明的导热膜组合物可任选地进一步包含一种或多种流动添加剂、粘附促进剂、流变改性剂、增韧剂、助熔剂、反应速率调节剂等及它们的组合。反应速率调节剂的实例是四乙烯基四甲基环四硅氧烷。用于改善膜对金属热沉的粘附力的实例或表面偶联剂/粘附促进剂包括环氧官能的三甲氧基硅烷、乙烯基官能的三甲氧基硅烷和甲基丙烯酸酯官能的三甲氧基硅烷。丁醇钛(IV)可用于催化硅烷偶联剂与目标基材的缩合。增韧剂的实例可以包括经六甲基二硅氮烷处理的热解法二氧化硅。
膜组合物
以下组合物仅旨在是示例性的并且表示可以包括在本发明的膜组合物中的某些组分。
实施例材料1(用于铝金属基材)
Figure BDA0002993752510000091
实施例材料2(用于铜金属基材)
Figure BDA0002993752510000092
耐磨性测试
对涂布有本发明的导热膜的热沉的耐磨性和热性能进行测试。本文中使用的称为“Taber磨耗测试”的测试方法包括来自ASTM标准G133、F732、F2025、F2496和D4060的概念，以便评估涂层的耐磨性。因为本发明的膜的成功取决于其在与主机装置的重复安装和移除过程中的耐磨性，所以Taber磨耗测试试图定量评估膜的性能。与ASTM F732和F 2496中给出的方法类似，耐磨性的定量测定是磨耗测试过程中涂膜损失的体积百分比。与ASTM G133和D4060相似，可以通过计算磨耗后的质量损失来以重量分析的方式确定体积损失。涂膜的原始质量和损失质量允许比较具有不同密度的涂层。
往复式研磨器可从Taber Industries以型号5900获得。Taber往复研磨器装配有来自3M Company的
Figure BDA0002993752510000101
通用清洁垫作为研磨表面。使用能够测量到最接近0.1mg的分析天平来确定加载膜的质量以及磨耗测试之后的质量损失。
程序
通过找到涂布的基材的质量与涂布的金属基材的皮重(tare weight)之差来确定膜质量。将要研磨的样品放入往复式研磨器的固定装置中并牢固地固定在适当的位置。然后将面积为1平方英寸的研磨垫与膜接触，并施加5N的力。接合往复式研磨器，并以每分钟60次循环的速率线性往复运动持续所需的循环数。本文中使用的往复式“循环”包括两次跨过膜表面的通过，其中每次通过覆盖80mm的行程长度。在参考图3描述的程序中，每个样品包括施用于1英寸x 4英寸的铝圈(lap)的实施例材料1或实施例材料2的膜。
往复循环完成之后，将样品从固定装置中取出，并用35psi的压缩空气除去所有松散的材料/碎屑，并用浸有异丙醇的无绒抹布擦拭干净。然后将研磨后的样品干燥，并称重以确定膜的质量损失。当暴露于往复式研磨器的400个循环中时，超过20％的任何膜质量损失都被认为膜的耐用性不合格。分别在50、100、200和400次通过之后将样品称重。
结果
使用Taber磨耗测试技术对涂布有实施例材料1但颗粒填料浓度不同的铝基材样品进行实验。图5-8显示了对掺有25、50、150或250phr氮化铝填料的样品进行的Taber磨耗测试的结果。图5-8示出了对包含小于或等于50phr的无机填料的膜的耐磨性的令人意外的益处。结果在“相对质量损失”图表中具体说明，该图表解释了Taber磨耗测试后的相对质量损失，而不是仅仅是可受膜涂层的初始质量影响的绝对质量损失。
热性能测试
还通过热性能测试了耐磨性和耐用性，比较了Taber磨耗测试之前和之后的热阻。根据测试方法MET BASA#MET-5.4-01-1900-Test 2.1在约1.0cm2的面积上测试热阻。认为Taber磨耗测试之后热阻增加50％是不合格的。
实施例
在Taber磨耗测试之后测试了以下样品的耐磨性和热性能：
Figure BDA0002993752510000111
Figure BDA0002993752510000121

Claims (25)

1.系统，其包括：
a.框架，所述框架限定腔室；和
b.热沉，所述热沉包括：
金属基材，所述金属基材具有限定其间厚度的第一表面和第二表面，所述金属基材具有基材热阻；
导热膜，所述导热膜布置在第一表面或第二表面中的至少一个的至少一部分上，所述导热膜限定传热区域，所述导热膜包含(1)由含硅树脂形成的聚合物和(2)无机颗粒填料，
其中在Taber磨耗测试之前定义通过传热区域跨过厚度的初始热阻，在Taber磨耗测试完成之后定义通过传热区域跨过金属基材厚度的磨耗热阻，其中磨耗热阻比初始热阻大超过约50％；和
电子部件，所述电子部件可移除地插入所述腔室中以与所述热沉的传热区域热接触。
2.根据权利要求1所述的系统，其中初始热阻和磨耗热阻中的每一个均小于基材热阻。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述磨耗热阻小于约1.8℃/W。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述无机颗粒填料以小于或等于约50phr的浓度存在于所述膜中。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述无机颗粒填料的最大粒度小于约50μm。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述无机颗粒填料的平均粒度为约3μm。
7.根据权利要求4所述的系统，其中所述无机颗粒填料选自氧化铝、氧化锌、氧化镁、氮化铝、氮化硼、二氧化硅、金刚石、粘土、铝硅酸盐及它们的组合。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述基材的厚度为约10-100μm。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述导热膜的厚度小于约25μm。
10.系统，其包括：
主机装置，所述主机装置包括限定腔室的框架；
可移除模块，所述可移除模块产生热量，所述热量传递到所述模块的第一表面，所述模块经由腔室可移除地安装在主机装置中；
热沉，所述热沉与框架相关联以消散来自第一表面的热量，其中所述热沉包括第二表面；
在第一表面或第二表面的至少一部分上施用导热膜以限定热沉的传热区域，并且其中当将模块安装在装置中时，导热膜与第一表面或第二表面直接接触以允许从第一表面接收热量，
其中所述系统表现出在Taber磨耗测试之前的通过传热区域的初始热阻和在Taber磨耗测试完成之后的通过传热区域的磨耗热阻，磨耗热阻比初始热阻大不超过约50％。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述导热膜减小热沉与第一表面之间的接触区域的热阻。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述导热膜包含由含硅树脂形成的聚合物和无机颗粒填料。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述无机颗粒填料以小于或等于约50phr的浓度存在于导热膜中。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述无机颗粒填料的最大粒度小于约50μm。
15.根据权利要求10所述的系统，其中所述导热膜的厚度小于约25μm。
16.系统，其包括：
主机装置，所述主机装置包括限定腔室的框架；
可移除模块，所述可移除模块产生热量，所述热量传递到所述模块的第一表面，所述模块经由腔室可移除地安装在主机装置中；
热沉，所述热沉与框架相关联以消散来自第一表面的热量，其中所述热沉包括第二表面且将导热膜施用于第一表面或第二表面，并且其中当将模块安装在装置中时，使导热膜与第一表面直接接触以允许从第一表面接收热量，第二表面包括腐蚀保护层，且所述导热膜包括与腐蚀保护层互锁的含硅聚合物。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述腐蚀保护层包括多孔氧化物层、硅烷和甲基丙烯酸酯中的至少一种。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述导热膜包括无机颗粒填料，并且所述含硅聚合物由含硅树脂形成。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述无机颗粒填料以小于或等于约50phr的浓度存在于膜中。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述导热膜减小热沉与第一表面之间的接触区域的热阻。
21.用于形成热沉的方法，其包括：
提供具有第一表面的金属基材；
用转化剂处理第一表面以形成腐蚀保护层；
制备具有含硅树脂和无机颗粒填料的前体；
将前体涂布在腐蚀保护层上并原位固化以使前体聚合，
其中由树脂形成的含硅聚合物与腐蚀保护层互锁。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述转化剂包括六价铬、三价铬、锡、钛氧化物、氧化镁、不含铬的Alodine和锌中的至少一种。
23.根据权利要求21所述的方法，其包括通过丝网印刷、狭缝涂布、浸涂、选择性印刷或它们的组合将前体涂布在腐蚀保护层上。
24.根据权利要求22所述的方法，其中所述含硅聚合物的厚度小于约25μm。
25.根据权利要求21所述的方法，其中所述无机颗粒填料以小于或等于50phr的浓度存在。
CN201980063409.9A 2018-09-27 2019-09-27 用于热界面的耐磨涂层 Pending CN112771662A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862737437P 2018-09-27 2018-09-27
US62/737,437 2018-09-27
PCT/US2019/053342 WO2020131188A2 (en) 2018-09-27 2019-09-27 Abrasion-resistant coatings for thermal interfaces

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112771662A true CN112771662A (zh) 2021-05-07

Family

ID=71102771

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980063409.9A Pending CN112771662A (zh) 2018-09-27 2019-09-27 用于热界面的耐磨涂层

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20210212241A1 (zh)
EP (1) EP3857597A4 (zh)
JP (1) JP2022502857A (zh)
KR (1) KR20210050492A (zh)
CN (1) CN112771662A (zh)
WO (1) WO2020131188A2 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI833063B (zh) * 2021-01-27 2024-02-21 大陸商河南烯力新材料科技有限公司 導熱結構與電子裝置

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5028984A (en) * 1988-11-04 1991-07-02 International Business Machines Corporation Epoxy composition and use thereof
US6432497B2 (en) * 1997-07-28 2002-08-13 Parker-Hannifin Corporation Double-side thermally conductive adhesive tape for plastic-packaged electronic components
US6472742B1 (en) * 1999-09-30 2002-10-29 Intel Corporation Thermal gap control
US6844374B2 (en) * 2001-10-03 2005-01-18 Lord Corporation Enhanced scratch resistant coatings using inorganic fillers
US7210227B2 (en) * 2002-11-26 2007-05-01 Intel Corporation Decreasing thermal contact resistance at a material interface
JP2005064118A (ja) * 2003-08-08 2005-03-10 Renesas Technology Corp 半導体装置およびその製造方法
KR101233291B1 (ko) * 2006-05-29 2013-02-15 오탁스 컴퍼니 리미티드 카드 슬롯장치 및 이를 구비하는 전자기기
SE530138C2 (sv) * 2006-05-30 2008-03-11 Symcel Ab Anordning och metod för mätning av värmeflöde från åtminstone ett prov samt kärlenhet för placering i nämnda anordning
JP4906523B2 (ja) * 2007-01-25 2012-03-28 富士通コンポーネント株式会社 カード用コネクタ
JP4915342B2 (ja) * 2007-12-21 2012-04-11 住友電気工業株式会社 光トランシーバの放熱装置
US8535787B1 (en) * 2009-06-29 2013-09-17 Juniper Networks, Inc. Heat sinks having a thermal interface for cooling electronic devices
US8223498B2 (en) * 2009-11-11 2012-07-17 Juniper Networks, Inc. Thermal interface members for removable electronic devices
MX2013008785A (es) * 2011-02-08 2014-01-24 Cambridge Nanolitic Ltd Revestimiento no metalico y metodo para su produccion.
SG185829A1 (en) * 2011-05-06 2012-12-28 Choon Sen Soon Apparatus lens and back support plate for cooling solar energy collectors and method of fabrication thereof
US8817469B2 (en) * 2011-09-23 2014-08-26 Infinera Corporation Heat transfer using a durable low-friction interface
JP5783128B2 (ja) * 2012-04-24 2015-09-24 信越化学工業株式会社 加熱硬化型熱伝導性シリコーングリース組成物
US9474188B2 (en) * 2013-04-30 2016-10-18 Lumentum Operations Llc Sliding thermal contact for pluggable optic modules
US9693481B2 (en) * 2013-06-25 2017-06-27 Henkel IP & Holding GmbH Thermally conductive dielectric interface
US9912107B2 (en) * 2014-04-01 2018-03-06 Te Connectivity Corporation Plug and receptacle assembly having a thermally conductive interface
US9611414B2 (en) * 2014-07-11 2017-04-04 Henkel IP & Holding GmbH Thermal interface material with mixed aspect ratio particle dispersions
US10765032B2 (en) * 2015-11-09 2020-09-01 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Floating liquid cooled heat transfer solution
KR102554661B1 (ko) * 2016-03-08 2023-07-13 허니웰 인터내셔널 인코포레이티드 상 변화 물질
JP6625004B2 (ja) * 2016-04-14 2019-12-25 キヤノン株式会社 カード型記録装置およびスロット装置
US10398050B2 (en) * 2016-10-25 2019-08-27 Te Connectivity Corporation Pluggable transceiver assembly and communication system having the same
US10178804B2 (en) * 2017-04-25 2019-01-08 Te Connectivity Corporation Heat spreader for an electrical connector assembly
CN207747489U (zh) * 2017-07-26 2018-08-21 江苏昱能材料科技有限公司 一种用于光模块的高耐磨热界面贴膜
CN107611213B (zh) * 2017-09-12 2024-02-23 天津莱尔德电子材料有限公司 光电转换装置
US10555439B2 (en) * 2017-11-02 2020-02-04 Laird Technologies, Inc. Thermal interface materials with reinforcement for abrasion resistance and/or suitable for use between sliding components
CN207692252U (zh) * 2017-11-20 2018-08-03 东莞市鸿艺电子有限公司 一种耐磨擦低热阻导热衬垫
CN108184316A (zh) * 2017-11-21 2018-06-19 上海阿莱德实业股份有限公司 耐磨擦的高导热片及其应用
US10534146B2 (en) * 2018-03-01 2020-01-14 DustPhotonics Ltd. Device and method for heat dissipation
US11520311B2 (en) * 2019-07-25 2022-12-06 Microsoft Technology Licensing, Llc High performance removable storage devices

Also Published As

Publication number Publication date
TW202020076A (zh) 2020-06-01
WO2020131188A2 (en) 2020-06-25
KR20210050492A (ko) 2021-05-07
EP3857597A2 (en) 2021-08-04
WO2020131188A3 (en) 2020-08-27
US20210212241A1 (en) 2021-07-08
JP2022502857A (ja) 2022-01-11
EP3857597A4 (en) 2022-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3533837B1 (en) One-pack curable type thermally conductive silicone grease composition and electronic/electrical component
JP4459470B2 (ja) 電子部品の放熱構造体及びそれに用いる放熱シート
EP1535988B1 (en) Heat-dissipating silicone grease composition
CN1120311C (zh) 用于制动装置的带涂层摩擦垫及制动装置
KR101260492B1 (ko) 방열 도료 조성물 및 이를 이용한 방열시트
US7566500B2 (en) Surface modified corundum and resin composition
CN110291848B (zh) 电路基板用树脂组合物及使用其的金属基底电路基板
JP6307774B2 (ja) 硬化型熱伝導性グリス、放熱構造および放熱構造の製造方法
US20170043553A1 (en) Heat-storage, thermally conductive sheet
US20210212241A1 (en) Abrasion-resistant coatings for thermal interfaces
WO2017112037A1 (en) Coated probe tips for plunger pins of an integrated circuit package test system
TWI841603B (zh) 用於熱介面之耐磨塗層
KR20160056628A (ko) 방열 도료 및 이를 이용한 방열 코팅막 형성방법
CN113881295A (zh) 一种水性石墨烯散热涂料及其制备、喷涂方法
KR20060027210A (ko) 열전도성이 우수한 점착 방열시트 및 그 제조방법
CN209964365U (zh) 一种电子组件的防水功能性预涂结构
CN109563330A (zh) 热耗散树脂组合物、其固化产物及其使用方法
JPWO2020189445A1 (ja) 熱伝導性組成物および半導体装置
JP3178805B2 (ja) 放熱スペーサー
JP4914284B2 (ja) 回路基板用組成物とそれを用いた回路基板
JP6950848B2 (ja) 半導体パッケージに用いる熱伝導性組成物
CN107399115B (zh) 导热性复合片材
JP7144645B2 (ja) 熱伝導性樹脂組成物及び電子機器
KR102111071B1 (ko) 열방사 조성물, 이를 이용한 열방사 시트 제조방법, 열방사 시트 및 상기 열방사 시트를 포함하는디바이스
CN105086119A (zh) 热辐射性树脂组合物以及使用了该组合物的部件、电子设备

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
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20220728

Address after: Dusseldorf

Applicant after: HENKEL AG & Co.KGaA

Address before: Dusseldorf

Applicant before: HENKEL IP & HOLDING GmbH