CN114599709A - 三维可图案化的热界面 - Google Patents

三维可图案化的热界面 Download PDF

Info

Publication number
CN114599709A
CN114599709A CN202080074716.XA CN202080074716A CN114599709A CN 114599709 A CN114599709 A CN 114599709A CN 202080074716 A CN202080074716 A CN 202080074716A CN 114599709 A CN114599709 A CN 114599709A
Authority
CN
China
Prior art keywords
curable resin
resin precursor
thermal interface
viscosity
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
CN202080074716.XA
Other languages
English (en)
Inventor
P·戈利
R·J·切斯特菲尔德
M·布伦
K·奥尔森
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 AG and Co KGaA
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 AG and Co KGaA filed Critical Henkel AG and Co KGaA
Publication of CN114599709A publication Critical patent/CN114599709A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20436Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing
    • H05K7/20445Inner 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
    • H05K7/20472Sheet interfaces
    • H05K7/20481Sheet interfaces characterised by the material composition exhibiting specific thermal properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/04Polysiloxanes
    • C08G77/12Polysiloxanes containing silicon bound to hydrogen
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/112Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using individual droplets, e.g. from jetting heads
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205Means for applying layers
    • B29C64/209Heads; Nozzles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/307Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B29C64/321Feeding
    • B29C64/336Feeding of two or more materials
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00Materials specially adapted for additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00Products made by additive manufacturing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/04Polysiloxanes
    • C08G77/20Polysiloxanes containing silicon bound to unsaturated aliphatic groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L83/00Compositions 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
    • C08L83/04Polysiloxanes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00Heat-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
    • C09K5/08Materials not undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/14Solid materials, e.g. powdery or granular
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2083/00Use of polymers having silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only, in the main chain, as moulding material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/0094Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped having particular viscosity
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/24Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped crosslinked or vulcanised
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2995/00Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
    • B29K2995/0012Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds having particular thermal properties
    • B29K2995/0013Conductive
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2995/00Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
    • B29K2995/0037Other properties
    • B29K2995/0094Geometrical properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29LINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00Other particular articles
    • B29L2031/34Electrical apparatus, e.g. sparking plugs or parts thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2205/00Polymer mixtures characterised by other features
    • C08L2205/02Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group
    • C08L2205/025Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group containing two or more polymers of the same hierarchy C08L, and differing only in parameters such as density, comonomer content, molecular weight, structure

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

热界面体的三维几何形状可以被定制以基本上填充电子组件中沿着散热路径的不规则间隙。所述热界面体通过增材沉积过程制造,其中热界面材料的连续图案被连贯地连接到热界面材料的其他沉积图案。

Description

三维可图案化的热界面
技术领域
本发明总体上涉及热界面,并且更具体地涉及用于基本上填充电子元件和散热器之间的间隙的可定制的热界面体。所述热界面体通过增材沉积形成,以实现可定制的几何形状。
背景技术
热传输材料被广泛用作例如发热电子元件和散热器之间的界面,以允许将多余的热能从电子元件传递到热耦合散热器。已经实施了用于这种热界面的多种设计和材料,当基本上避免热界面和相应的传热表面之间的间隙时,获得最高性能。因此,热界面材料优选地与相应部件的稍微不平坦的传热表面相顺应。
示例的顺应性热界面材料包括形成基质的硅酮聚合物,该基质填充有导热颗粒,例如氧化铝和氮化硼。无论是在室温下还是在高温下,这些材料通常具有足够的柔韧性以顺应界面表面的不规则性。硅脂或硅蜡往往不是形态稳定的,特别是在升高的操作温度下,因此随着时间的推移容易从界面位置渗出。为了应对这一挑战,一些热界面材料被封装为需要专门的安装技术和工具的薄膜、片材、条带或衬垫。通常,这种热界面材料形式表现出相对较高的体积模量值,这抑制全面的顺应性(conformability)。
一些热界面材料在低粘度条件下进行分配,随后固化成高粘度状态。这些原位形成材料可以克服其他热界面材料形式的一些挑战,但仍有其自身的局限性。例如,已证明难以在常规热界面材料中实现相对较细的键合线(bond line),例如小于100微米。组件中的键合线是指热表面之间的间隙,热界面希望安装在该间隙中以减轻表面之间的热障。三维预固化热界面结构,例如条带、衬垫和薄膜,在小于100微米的厚度下通常缺乏足够的坚固性和可操作性。常规地粘性填缝剂受到安装到细键合线中所需的高组装力的限制。传统的油脂类材料具有长期可靠性问题,并且不表现出可接受的机械模量和介电强度用作细键合线应用中的介电涂层。
细键合线带来的另一个挑战是热表面轮廓对热界面材料的有效性产生的相对显著的影响。表面不规则性和轮廓原本可能代表大键合线系统中热表面之间的总热路径的一小部分,反而可能对细键合线应用中的预期热性能产生巨大影响。因此,期望将热界面材料定制为不规则几何形状,从而沿着散热路径与相应热表面更紧密地配合。具有低分配粘度的原位形成热界面材料能够使配方在固化之前渗透到细间隙中。采用原位形成组合物定制热界面材料的三维几何形状可以优化传热性能。
发明内容
通过本发明,可图案化热界面体可以被构造成更紧密地匹配热表面之间的间隙几何形状,例如电子元件和散热器之间的间隙几何形状。可图案化热界面体可以用多种分配设备来构造,这些分配设备被编程以在增材过程中施加可流动热界面材料。
一种用于形成热界面体的方法,包括以多个离散体积的第一图案将第一可固化树脂前体施加到表面上,其中所述第一可固化树脂前体包括硅酮并且表现出第一初始粘度和至少0.2W/m*K的热导率。该方法还包括以与第一图案接触的离散体积的第二图案施加第一可固化树脂前体和第二材料中的至少之一。所述第二材料可以包括第二可固化树脂前体,其表现出不同于所述第一初始粘度的第二初始粘度和至少0.2W/m*K的热导率。
为了实现所需的热导率,至少所述第一可固化树脂前体可以包括第一负载浓度的导热颗粒。在一些实施方案中,所述第二可固化树脂前体也可以包括导热颗粒及第二负载浓度。导热颗粒的第一负载浓度可以不同于第二负载浓度。第一和第二可固化树脂前体中的每一个都可以包括具有不同粒径的导热颗粒。最大粒径可以是最小粒径的至少1.3倍。
用于形成热界面体的方法还可以包括将所述第一和第二可固化树脂前体中的一种或多种固化到与各自的初始粘度不同的固化粘度。所述固化粘度可以显著地大于各自的初始粘度。至少第一可固化树脂前体可以包括溶剂、反应催化剂和有效地化学干扰所述反应催化剂的反应抑制剂,其中所述反应抑制剂表现出比所述溶剂低的蒸气压。在一个实施方案中,第一和第二可固化树脂前体各自包括含乙烯基的硅酮聚合物和含氢化物的硅酮聚合物。第一可固化树脂前体可包括过量的含乙烯基的硅酮聚合物和含氢化物的硅酮聚合物中的一种,而第二可固化树脂前体包括过量的含乙烯基的硅酮聚合物和含氢化物的硅酮聚合物中的另一种。
一种用于形成热界面体的方法可包括以多个离散体积的第一图案将第一可固化树脂前体分配到表面上,以及以多个离散体积的第二图案将所述第一可固化树脂前体和第二材料中的至少之一分配到所述表面和离散体积的第一图案中的至少之一上。在分配之后,该方法包括固化第一可固化树脂前体以调节其粘度。热界面体可表现出至少0.2W/m*K的热导率。
一种用于填充电子元件和散热器之间的间隙的方法包括提供分配器,该分配器通信连接到处理器并且将间隙的第一宽度、第二宽度和厚度尺寸定义为输入参数。输入参数被提供给处理器,使得基于输入参数,分配器将第一层的第一可固化树脂前体增材施加到与电子元件和散热器中的至少一个相关联的表面上。所述第一层优选地表现出至少0.2W/m*K的热导率。然后分配器增材施加第二层的第一可固化树脂前体或第二组合物以与第一层接触。第一层可包括第一可固化树脂前体的多个离散体积的第一图案,并且第二层可包括多个离散体积的第二图案。
该方法包括由至少第一和第二图案增材构建热界面体以具有第一宽度、第二宽度和厚度尺寸,其中所述厚度尺寸可以是不均匀的。在一些实施方案中,整个间隙的厚度尺寸可以小于100微米。
通过该方法施加的第二层可以在导热颗粒负载浓度、固化粘度、初始预固化粘度、平均导热颗粒粒径、导热颗粒粒径分布、固化速率和厚度尺寸中的至少一个上不同于第一层。
本发明的电子组件(electronic package)包括电子元件、散热器、以及介于电子元件和散热器之间并与电子元件和散热器热接触的热界面体。所述热界面体由多个沉积层形成,每层以可固化树脂前体的多个离散体积的阵列沉积,并随后固化。热界面体表现出至少0.2W/m*K的热导率。在一些实施方案中,热界面体的第一层的第一组合物不同于第二层的第二组合物。
附图说明
图1是根据本发明用于形成热界面体的系统的示意图。
图2是电子元件或散热器的热表面的放大截面图。
图3是本发明的热界面体的放大截面图,其具有与热表面相顺应的几何形状。
图4是本发明的电子组件的截面图。
图5示出了示例的增材沉积过程。
图6示出了示例的增材沉积过程。
图7示出了示例的增材沉积过程。
图8示出了示例的增材沉积过程。
图8示出了示例的增材沉积过程。
图10示出了示例的增材沉积过程。
具体实施方式
现在将根据参照附图描述的详细实施方案来呈现上文列举的目的和优点以及本发明所代表的其他目的、特征和进步。本发明的其他实施方案和方面被认为在本领域普通技术人员的掌握之内。
图1中提供了增材沉积系统10的示意图,其具有分配器头12,从储存器16向分配器头12供应用于沉积到表面14上的材料。从分配器头12的孔口18分配材料20。可包括处理器24和信号发生器26的控制器22可被编程,以控制分配器头12在表面14上以预定图案分配一种或多种材料20。控制器22可被编程以通过增材沉积过程产生三维热界面体,其中一个或多个分配器头12可被控制以协调的方式分别分配一种或多种材料20,以增材构建三维热界面体。因此,应当理解,分配器头12可以代表形成增材沉积系统10的一部分的不同分配器头阵列中的一个或多个,其中分配器头12和表面14中的一个或多个可以相对于彼此移动,以实现由表面14支撑的预定图案的材料20沉积。
增材沉积系统10可包括能够进行增材沉积过程的多种沉积设备中的一种或多种。示例性有用的分配器包括喷嘴打印机、液滴分配器、线分配器(line dispenser)、计量喷头、文丘里打印机等。
增材沉积系统10还可包括固化装置30用于提供用于固化可固化材料20的输入。示例性固化装置包括加热装置例如烘箱或红外线灯、紫外线辐射源例如紫外线灯、用于施加到材料20的化学固化剂源和/或用于固化可固化材料20的其他已知装置。出于此处的目的,术语“固化”是指通过化学反应,包括通过缩合或加成,在有或没有压力的情况下改变树脂的性质。
增材沉积系统10可适于通过一个或多个分配器头12分配一种或多种材料20。在一些实施方案中,单个分配器头12可适于同时地或顺序地分配多种不同材料20。在其他实施方案中,增材沉积系统10可包括多个分配器头12,其可适于同时地或顺序地分配单一材料20,或同时地或顺序地分配多种材料20。
增材沉积系统10可以在增材沉积过程中使用一种或多种材料20,以形成热界面体。材料20可以是热塑性或热固性聚合物,可以选自多种聚合物,例如硅酮、氟硅酮、丙烯酸树脂、热塑性弹性体、环氧树脂、聚酯、聚烯烃、聚醚醚酮、聚酰胺、尼龙、聚酰亚胺、聚氨酯及其组合。硅树脂例如聚硅氧烷/聚有机硅氧烷具有有用于本发明的热界面体的顺应性和其他特性。在一些实施方案中,材料20可以在可固化条件下从分配器头12分配,在该条件下基质聚合物树脂可以交联或进一步交联。交联活性可自发引发或在有效暴露于固化剂时引发。出于此处的目的,“可固化树脂前体”包括可在分配之前根据其条件进行进一步的聚合、交联、硫化、硬化、干燥或其他化学或物理变化的可分配材料。这样的材料可以被称为原位形成,其中分配的材料在放置于热通路表面之后被固化。预期本发明可以采用原位形成材料和预固化材料的组合。在一些实施方案中,材料20中的每一种都有助于原位形成组合物和结构。应当理解,本文使用的术语“树脂”旨在包括树脂、低聚物、预聚物、弹性体和其他聚合物。
本发明的热界面体优选是导热的,表现出至少0.2W/m*K的热导率。因为顺应性聚合物的热导率相对较低,所以可以将导热填料添加到聚合物基质中。填充的热界面材料的热导率取决于多种因素,包括填料的热导率和填料在聚合物基质中的负载浓度,这可能受填料粒径和分布的影响。导热填料可包括粒径均匀的颗粒,或具有粒径分布范围的颗粒。导热颗粒可以是电绝缘的,以维持热界面体的电阻特性。适用于本发明的示例性电绝缘导热颗粒包括氮化硼、氧化铝、氮化铝、氧化镁、氧化锌、碳化硅、氧化铍、三水合铝及其组合。在一些实施方案中,热界面体可以优选地屏蔽电磁干扰(EMI),并且因此可采用导电和导热的颗粒填料。示例性导电颗粒填料包括金属,例如铝铜、金、镍、银及其组合。导热填料颗粒的形状没有特别限制,可以包括单一导热填料或两种或更多种导热填料的组合,这些导热填料在至少一种性能上有所不同,例如颗粒形状、平均粒径、粒径分布和填料类型。颗粒类型、粒径、粒径分布、负载浓度和掺合物可能影响热传递、EMI屏蔽和粘度特性。
额外的填料和添加剂可以包括在材料20中,以获得特定的化学和/或物理性能益处,包括增塑剂、颜料、表面活性剂、稳定剂、氧化剂、阻燃剂和隔离剂(spacer)。
申请人已经确定,应用热界面体的部件表面通常可能有点不平坦,呈现出可能偏离基准面100微米或更多的峰和谷。表面的标准材料粗糙度可能出现约5-25微米范围内的进一步偏差。图2示出了例如电子元件或散热器的表面14的假设的放大视图。第一偏差尺寸“a”定义在表面14的基准平面15和主峰40之间,而第二偏差尺寸“b”定义在表面14的基准平面15和主谷42之间。在一些实施方案中,第一和第二偏差尺寸a、b中的每一个可以高达100微米,并且在一些情况下甚至更大。另外,表面14的粗糙度44可以包括次级峰46和次级谷48。表面粗糙度44可表示高达25微米或更大的偏差。为了优化从表面14到热界面体的热传递,期望应用尽可能紧密地顺应表面14的热界面体,包括通过顺应其偏差。图3示意性地示出了与表面14紧密顺应的理想的热界面体50。该增材构造的热界面体50可以形成为允许增强对不平坦表面14的顺应性的三维几何形状。
图4中示出了示例性电子组件80,其具有带有第一热表面14a的发热电子元件60和带有第二热表面14b的散热器70。热界面体50插入在第一和第二热表面14a、14b之间并与其热接触。热界面体50可以具有不规则的几何形状,以最好地顺应波状且粗糙的第一和第二热表面14a、14b。热界面体50在电子元件60的工作温度下以及在低于这种工作温度的温度下,包括在室温下,可以表现出不规则的几何形状。在一些实施方案中,热界面体50可以原位形成为不规则几何形状,该不规则几何形状基本上填充电子元件60和散热器70之间的间隙。这种不规则几何形状可以通过本发明的增材沉积过程来专门地制造。
电子元件60和散热器70之间的间隙“G”可以通过包括三维光学表面分析的各种方法来限定。来自这种测量的信息,例如宽度和厚度尺寸,可以作为输入参数提供给控制器22。控制器22可被编程以解析输入参数用于生成控制输出指令,从而以间隙“G”的三维形状来增材构造热界面体50的方式驱动增材沉积系统10。
热界面体50的三维几何形状可以通过在多个应用道次中增材地施加热界面材料来定制。在一个或多个分配器头12的任何给定道次中施加的热界面材料在物理和/或化学性质上可以相同、相似或不同。在每个道次中分配的热界面材料优选地能够结合到在另一道次中分配的热界面材料,从而可以通过增材沉积工艺最终构造粘合的热界面体50。在增材沉积过程中不同道次中施加的热界面材料之间的差异包括平均导热颗粒粒径、导热颗粒粒径分布、导热颗粒负载浓度、固化粘度、预固化粘度、固化速率、厚度以及过量和受限的反应物组成。本发明还考虑了给定热界面体50的热界面材料沉积物之间的其他化学和物理差异。
热界面体50的可定制的构造也可以通过以预定图案分配指定的体积来控制,其中热界面材料的多个离散体积的第一图案的至少一部分可以与沉积的热界面材料的第二图案的至少一部分接触,该沉积的热界面材料可以与以离散体积的第一图案沉积的热界面材料相同、相似或不同。在一些实施方案中,沉积的热界面材料20可以表现出预定的流变参数,以在增材构造热界面体50中最好地满足流动性要求。
实施例
以下实施例代表了构建定制几何热界面体的特定增材沉积方法。然而,预期在本发明的范围内可以使用许多其他的增材沉积方法。
实施例1
第一和第二可固化树脂前体可以具有不同的预固化粘度,以控制固化和流动模式。较低粘度的树脂前体能够在表面14上润湿,而较高粘度的树脂有助于在固化之前将沉积的热界面材料保持在适当的位置。图5图示了多道次沉积方法,其中第一可固化树脂前体以多个离散体积的第一图案施加到表面上,其中在施加第二可固化树脂前体以与第一图案接触之前,沉积的体积的图案润湿表面以融合成粘结层。在一些实施方案中,第二道次可以由第二分配器头执行并且可以替代地分配固化材料以与第一可固化树脂前体接触。进一步可选择地,可在施加第二材料的第二道次之前固化第一可固化树脂前体的至少一部分。
实施例2
第一和第二可固化树脂前体可以在一个或多个分配器头的多个道次中施加,其中第一和第二可固化树脂前体表现出至少不同的固化杨氏模量值。图6图示了示例性增材沉积工艺,其中以多个离散体积的第一图案将第一材料分配到表面上,随后以离散体积的第二图案施加第二材料以与第一材料接触。第一和第二材料可以在沉积之前或之后固化。图示的实施方案描绘了在可固化条件下分配并在沉积之后固化的可固化树脂前体。第一材料可以在增材沉积第二材料以与第一材料接触的第二道次之前或之后固化。在一些实施方案中,第一材料表现出相对低的杨氏模量,而第二材料表现出相对高的杨氏模量,其中第一材料形成易与传热表面相顺应的第一可压缩层,而第二层在第一层上方形成耐用的壳层。
实施例3
第一和第二材料以多个离散体积的相应图案分配,其中第一和第二材料包括不同的导热颗粒粒径分布。可以以离散体积的第一图案施加相对大的粒径分布的材料,以更好地填充适用表面的主谷。可以进行填料填充优化以满足热导率要求。
实施例4
图7图示了具有不同导热填料负载浓度的多种热界面材料的应用。在一些实施方案中,该方法可以包括在增材沉积工艺中以不同图案施加的第一和第二可固化树脂前体。
实施例5
第一和第二可固化树脂前体可以具有不同的树脂组合物用于不同的物理性能,例如粘合力、杨氏模量和分配粘度。图8图示了以多个离散体积的第一图案沉积在表面上的第一可固化树脂材料,随后以离散体积的第二图案施加第二可固化树脂前体,以与第一材料接触。第一可固化树脂前体可以在施加第二图案以与第一材料接触之前或之后固化。类似地,第二可固化树脂前体可以在固化之前或之后施加以与第一材料接触。所示实施方案展示了一种方法,其中在将离散体积的第二图案施加以与第一材料接触之后固化第一和第二可固化树脂前体。
实施例6
可以用一个或多个分配器头以多个离散体积的顺序图案施加热界面材料,其中用于各分配道次和/或在每次分配道次期间的分配参数可以不同。可能的变化包括分配器头速度、通过分配器头的分配孔口的体积分配速率以及影响沉积流速的不同材料粘度。图9图示了使用在增材沉积过程中采用的一个或多个分配器头的不同速度的示例增材沉积过程。
实施例7
可以使用两个分配器头,以基本上沿着相互垂直的平面分配导热材料。图10图示了基本上沿着相互垂直的平面施加多个离散体积的第一和第二图案。
应当理解,可以采用各种图案以适应特定应用。例如,特定表面14的形貌可以通过已知测量方法例如三维光学扫描来研究,从而可以绘制适当的热界面体几何形状地图。热界面体的形成可能需要分配器头的一个或多个道次,包括增材沉积以与热界面材料的一个或多个图案接触的一层或多层热界面材料。应进一步理解,不同的图案或图案组不需要占据相似的面积、体积或几何形状。相反,热界面材料的特定图案可施加于热界面体的选定区域中。在施加另一热界面材料图案之前或之后仅固化一部分所施加的热界面材料图案也是可能的。
已在本文中对本发明进行了相当详细的描述,以向本领域技术人员提供应用新颖原理以及根据需要构建和使用本发明的实施方案所需的信息。然而,应当理解,可以在不脱离本发明本身的范围的情况下进行各种修改。

Claims (37)

1.一种形成热界面体的方法,所述方法包括:
以多个离散体积的第一图案将包括第一可固化树脂前体的第一材料施加到表面上,其中所述第一可固化树脂前体包括硅酮并且表现出第一初始粘度和至少0.2W/m*K的热导率;以及
以离散体积的第二图案施加所述第一可固化树脂前体和第二材料中的至少之一,以与所述第一材料接触,其中所述第二材料表现出不同于所述第一粘度的第二粘度和至少0.2W/m*K的热导率。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述施加是通过增材可图案化分配器进行的。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一可固化树脂前体包括第一负载浓度的导热颗粒,并且所述第二材料包括第二负载浓度的导热颗粒,其中所述第一负载浓度不同于所述第二负载浓度。
4.根据权利要求3所述的方法,其中所述第一可固化树脂前体包括具有不同粒径的导热颗粒,其中最大粒径是最小粒径的至少1.3倍。
5.根据权利要求1所述的方法,其包括以间隔开的离散体积施加至少所述第一或第二图案。
6.根据权利要求5所述的方法,其中至少一些所述离散体积在施加之后融合在一起。
7.根据权利要求1所述的方法,其中所述第二材料包括硅酮。
8.根据权利要求1所述的方法,其包括将所述第一可固化树脂前体固化至显著大于所述第一初始粘度的固化粘度。
9.根据权利要求8所述的方法,其中所述第一初始粘度为小于200,000cP。
10.根据权利要求9所述的方法,其包括将所述第二材料固化至显著大于所述第二初始粘度的第二固化粘度模量。
11.根据权利要求10所述的方法,其中所述第二初始粘度为小于200,000cP。
12.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一可固化树脂前体包括溶剂、反应催化剂和有效地化学干扰所述反应催化剂的反应抑制剂,所述反应抑制剂具有比所述溶剂低的蒸气压,并且所述第二材料包括第二可固化树脂前体。
13.根据权利要求12所述的方法,其中所述第一和第二可固化树脂前体各自包括含乙烯基的硅酮聚合物和含氢化物的硅酮聚合物。
14.根据权利要求13所述的方法,其中所述第一可固化树脂前体包括过量的所述含乙烯基的硅酮聚合物和含氢化物的硅酮聚合物中的一种,而所述第二可固化树脂前体包括过量的所述含乙烯基的硅酮聚合物和含氢化物的硅酮聚合物中的另一种。
15.根据权利要求12所述的方法,其包括在打印所述第二图案之前去除所述第一图案中的所述第一可固化树脂前体中的溶剂的至少80%。
16.根据权利要求1所述的方法,其中所述表面是电子元件的散热表面。
17.根据权利要求16所述的方法,其中所述电子元件是可插拔光学模块。
18.一种形成热界面体的方法,所述方法包括:
以多个离散体积的第一图案将第一可固化树脂前体分配到表面上;
以多个离散体积的第二图案将所述第一可固化树脂前体和第二可固化树脂前体中的至少之一分配到所述表面和所述离散体积的第一图案中的至少之一上;
在分配之后,固化所述第一可固化树脂前体以调节其粘度,
其中所述热界面体表现出至少0.2W/m*K的热导率。
19.根据权利要求18所述的方法,其包括在通过交联固化之前,干燥所述第一可固化树脂前体以将其粘度增加到至少106cP。
20.一种用于填充电子元件和散热器之间的间隙的方法,所述方法包括:
提供与处理器通信连接的分配器;
定义输入参数,所述输入参数包括所述间隙的第一宽度、第二宽度和厚度尺寸中的一个或多个;
将所述输入参数提供给所述处理器;以及
基于所述输入参数,采用所述分配器增材施加:
(i)在与所述电子元件和所述散热器中的至少一个相关联的表面上的第一层的第一可固化树脂前体,所述第一层具有至少0.2W/m*K的热导率;以及
(ii)第二层的所述第一可固化树脂前体或第二组合物,以与所述第一层接触。
21.根据权利要求20所述的方法,其中所述第一层包括所述第一可固化树脂前体的多个离散体积的第一图案。
22.根据权利要求21所述的方法,其中所述第二层包括多个离散体积的第二图案。
23.根据权利要求22所述的方法,其中所述第二组合物包括具有至少0.2W/m*K的热导率的第二可固化树脂前体。
24.根据权利要求20所述的方法,其中所述分配器是增材可图案化分配器。
25.根据权利要求20所述的方法,其包括由至少所述第一和第二图案增材构建热界面体以具有所述第一宽度、第二宽度和厚度尺寸。
26.根据权利要求25所述的方法,其中所述厚度尺寸是不均匀的。
27.根据权利要求26所述的方法,其中在整个所述间隙中,所述厚度尺寸小于100微米。
28.根据权利要求25所述的方法,其中所述热界面体具有至少0.2W/m*K的热导率。
29.根据权利要求20所述的方法,其中所述第一层和所述第二层中的每一个都包括导热颗粒。
30.根据权利要求29所述的方法,其中所述第一层和第二层中的每一个都表现出初始的预固化粘度以及大于所述预固化粘度的固化粘度。
31.根据权利要求30所述的方法,其中所述第二层与所述第一层在以下中的至少一个上不同:导热颗粒负载浓度、固化粘度、初始预固化粘度、平均导热颗粒粒径、导热颗粒粒径的分布、固化速率和厚度尺寸。
32.根据权利要求20所述的方法,其包括利用光学表面分析定义所述第一宽度、第二宽度和厚度尺寸。
33.一种电子组件,其包含:
电子元件;
散热器;以及
插入在所述电子元件和所述散热器之间并与它们热接触的热界面体,所述热界面体由多个分配层形成,其中每层以可固化树脂前体的多个离散体积的阵列分配,且随后固化,所述热界面体表现出至少0.2W/m*K的热导率。
34.根据权利要求33所述的电子组件,其中所述层中的至少一层包括硅酮基质和分散在其中的导热颗粒。
35.根据权利要求34所述的电子组件,其中第一打印层的第一组合物不同于第二层的第二组合物。
36.根据权利要求35所述的电子组件,其中所述第一组合物表现出比所述第二组合物更高的杨氏模量。
37.根据权利要求33所述的电子组件,其中所述电子元件包括电池。
CN202080074716.XA 2019-10-25 2020-10-26 三维可图案化的热界面 Pending CN114599709A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962926109P 2019-10-25 2019-10-25
US62/926,109 2019-10-25
PCT/US2020/057279 WO2021081474A1 (en) 2019-10-25 2020-10-26 Three-dimensionally patternable thermal interface

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114599709A true CN114599709A (zh) 2022-06-07

Family

ID=75620335

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080074716.XA Pending CN114599709A (zh) 2019-10-25 2020-10-26 三维可图案化的热界面

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20220369516A1 (zh)
EP (1) EP4048516A4 (zh)
JP (1) JP2022553984A (zh)
KR (1) KR20220089696A (zh)
CN (1) CN114599709A (zh)
TW (1) TW202134045A (zh)
WO (1) WO2021081474A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117261227B (zh) * 2023-08-21 2024-05-28 贵州大学 一种基于3d打印骨架的热界面材料的制备方法及热界面材料

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101003725A (zh) * 2006-01-21 2007-07-25 富准精密工业(深圳)有限公司 热界面材料及其制作方法
CN101088697A (zh) * 2001-05-07 2007-12-19 霍尼韦尔国际公司 界面材料及其生产方法和用途
CN101835830A (zh) * 2007-08-31 2010-09-15 卡伯特公司 热界面材料
US20100233926A1 (en) * 2007-10-30 2010-09-16 Ju-Young Shin Thermally conductive adhesives and adhesive tape using the same
US20110038124A1 (en) * 2008-04-21 2011-02-17 Honeywell International Inc. Thermal interconnect and interface materials, methods of production and uses thereof
CN104254229A (zh) * 2013-06-25 2014-12-31 贝格斯公司 热传导介电界面
CN104497574A (zh) * 2014-12-10 2015-04-08 深圳市博恩实业有限公司 多功能有机硅热界面材料
CN108136662A (zh) * 2015-09-03 2018-06-08 美国陶氏有机硅公司 使用可热固化有机硅组合物的3d印刷方法
CN109417061A (zh) * 2016-07-26 2019-03-01 霍尼韦尔国际公司 凝胶型热界面材料
CN109627781A (zh) * 2018-12-10 2019-04-16 深圳先进技术研究院 一种有机硅石墨复合热界面材料及其制备方法和应用

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10457001B2 (en) * 2017-04-13 2019-10-29 Infineon Technologies Ag Method for forming a matrix composite layer and workpiece with a matrix composite layer
KR20200042930A (ko) * 2017-09-29 2020-04-24 와커 헤미 아게 하나보다 많은 종류의 실리콘 재료로 제조된 3d 인쇄 성형 부품

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101088697A (zh) * 2001-05-07 2007-12-19 霍尼韦尔国际公司 界面材料及其生产方法和用途
CN101003725A (zh) * 2006-01-21 2007-07-25 富准精密工业(深圳)有限公司 热界面材料及其制作方法
CN101835830A (zh) * 2007-08-31 2010-09-15 卡伯特公司 热界面材料
US20100233926A1 (en) * 2007-10-30 2010-09-16 Ju-Young Shin Thermally conductive adhesives and adhesive tape using the same
US20110038124A1 (en) * 2008-04-21 2011-02-17 Honeywell International Inc. Thermal interconnect and interface materials, methods of production and uses thereof
CN104254229A (zh) * 2013-06-25 2014-12-31 贝格斯公司 热传导介电界面
CN104497574A (zh) * 2014-12-10 2015-04-08 深圳市博恩实业有限公司 多功能有机硅热界面材料
CN108136662A (zh) * 2015-09-03 2018-06-08 美国陶氏有机硅公司 使用可热固化有机硅组合物的3d印刷方法
CN109417061A (zh) * 2016-07-26 2019-03-01 霍尼韦尔国际公司 凝胶型热界面材料
CN109627781A (zh) * 2018-12-10 2019-04-16 深圳先进技术研究院 一种有机硅石墨复合热界面材料及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
TW202134045A (zh) 2021-09-16
US20220369516A1 (en) 2022-11-17
JP2022553984A (ja) 2022-12-27
EP4048516A4 (en) 2023-11-15
KR20220089696A (ko) 2022-06-28
WO2021081474A1 (en) 2021-04-29
EP4048516A1 (en) 2022-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3533837B1 (en) One-pack curable type thermally conductive silicone grease composition and electronic/electrical component
US20080158298A1 (en) Printhead wirebond encapsulation
Gu et al. Aerosol‐jet printed fillets for well‐formed electrical connections between different leveled surfaces
EP3412733B1 (en) Thermally conductive molded resin article
CN105829450B (zh) 固化型导热油脂、散热结构及散热结构的制造方法
US20220369516A1 (en) Three-dimensionally patternable thermal interface
KR20190087443A (ko) 필러 함유 필름
TW201931477A (zh) 用於封裝半導體晶片之設備及方法
JP2009531526A (ja) 施用可能な硬化樹脂
JP4237505B2 (ja) インターフェース材料、ならびにその製造方法および使用方法
CN105705336B (zh) 以低轮廓封装体封装键合线的方法
US11183437B2 (en) Circuit package
CN110462855A (zh) 包括固体半导体管芯的电子装置
JP2021193670A (ja) 異方性導電フィルム
KR101630769B1 (ko) 방열 반도체 칩 패키지 및 그 제조 방법
JP5162441B2 (ja) 物の取り扱い
WO2024057475A1 (ja) 樹脂積層体形成装置、および樹脂積層体形成方法
KR102172003B1 (ko) 접착제 대체 기판 제조 방법
KR100790461B1 (ko) 전자 패키지 제조방법
TWI423416B (zh) 針對低剖面線接合之積體電路支撐物
CN108702844B (zh) 用于安装发光装置的多层构造
KR20220100592A (ko) 열 계면 재료 및 적용 방법
CN118742608A (zh) 导热硅酮组合物及使用该组合物生产导热固化产品的方法
JP2018531507A6 (ja) 回路パッケージ
KR20240144382A (ko) 열전도성 실리콘 조성물 및 상기 조성물을 사용하는 열전도성 경화물의 제조 방법

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