CN1962807A - 热界面材料混合方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热界面材料混合方法，其包括：由底部向一混合容器内鼓吹气体；向该混合容器内通入粉末状导热颗粒，使其随所述鼓入气体分散；通过喷料头向该鼓入的气体喷射液状基体材料，使得该基体材料与所述导热颗粒充分接触；自该混合容器的出料口排出经过充分接触的基体材料与导热颗粒，即获得热界面材料。另，本发明还提供使用上述热界面材料混合方法的混合系统。

Description

热界面材料混合方法及系统
【技术领域】
本发明是关于一种混合方法及系统，特别是关于一种热界面材料的混合方法及系统。
【背景技术】
近年来，随着半导体元件集成工艺快速发展，半导体元件的集成化程度越来越高，而元件体积逐渐减小，其散热成为一个越来越重要的问题，其对散热的要求逐渐变高。为满足这些需要，各种散热方式被大量运用，如利用风扇散热、水冷辅助散热及热管散热等方式，并取得一定散热效果，但由于散热器与半导体元件的接触界面并不平整，一般相互接触只有不到2％的面积，没有理想的接触界面，从根本上极大地影响了半导体元件向散热器进行热传递的效果，因此在散热器与半导体元件的接触界面间增加一导热系数较高的热界面材料来增加界面的接触程度就显得十分必要。
为获得较佳的导热性能，传统的热界面材料将一些导热系数较高的微粒，如石墨、氮化硼、氧化硅、氧化铝、银等材料的微粒，与聚合物材料混合，以形成复合热界面材料。
传统复合热界面材料混合系统包括一混合容器、及一与该混合容器相配合的搅拌装置。所述搅拌装置的搅拌端通常采用多个搅拌叶片。使用时，将基体材料和导热颗粒置于所述混合容器中，通过搅拌装置的多个搅拌叶片的旋转搅拌所述基体材料和导热颗粒，使其混合以形成热界面材料。由此形成的热界面材料的导热性能在很大程度上取决于基体材料的性质。其中，以油脂、相变材料为基体的复合材料因其使用时为液态而能与热源表面浸润，故接触热阻较小，而以硅胶与橡胶为基体的复合材料的接触热阻就比较大。这些材料的普遍缺陷是整体材料导热系数比较小，典型值在1瓦/米·开尔文(W/m·K)，已经愈来愈不能适应半导体集成化程度的提高对散热的需求，而增加基体材料中导热颗粒的含量使颗粒与颗粒尽量相互接触可以增加整体复合材料的导热系数，如某些特殊热界面材料因此可达到4～8W/m·K。
但是，使用上述热界面材料混合装置进行较高比例的导热颗粒和基体材料混合时，则会造成整体热界面材料的粘度过高，搅拌困难，甚至导热颗粒和基体材料的混合物全部粘附在搅拌转子上，使所述热界面材料混合系统无法正常使用，导致热界面材料无法混合均匀，传热性能大大降低。
有鉴于此，提供一种可将较高比例的导热颗粒和基体材料均匀混合的热界面材料混合方法及系统实为必要。
【发明内容】
以下，将以实施例说明一种可将较高比例的导热颗粒和基体材料均匀混合的热界面材料混合方法及系统。
一种热界面材料混合方法，其包括：由底部向一混合容器内鼓吹气体；向该混合容器内通入粉末状导热颗粒，使其随所述气体分散；通过喷料头向该混合容器内喷射液状基体材料，使该基体材料与所述导热颗粒充分接触；自该混合容器的出料口排出经过充分接触的基体材料与导热颗粒，即获得热界面材料。
以及，一种热界面材料混合系统，其包括：一混合容器，具有一漏斗状底部；一进气口，设在所述混合容器的漏斗状底部，用于向该混合容器内鼓入气体；一进料口，设在所述混合容器侧壁；至少一喷料头，用于向所述鼓入的气体喷料；一出料口，设在所述混合容器侧壁，以排出混合后的产物。
与现有技术相比较，所述热界面材料混合方法中通过气流带动导热颗粒分散，再通过喷料头使基体材料呈雾状分散，以与导热颗粒充分接触，可均匀混合较高比例的导热颗粒与基体材料，形成导热性能优良的热界面材料，避免现有技术中进行较高比例的导热颗粒和基体材料混合时难以搅拌而导致该二者分布不均的现象。
【附图说明】
图1是本发明较佳实施例热界面材料混合系统的示意图。
图2是本发明较佳实施例热界面材料混合方法流程图。
图3是本发明较佳实施例热界面材料承受辗压时的受力示意图。
图4是本发明较佳实施例热界面材料辗压后结构示意图。
【具体实施方式】
下面将结合附图对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1，本发明较佳实施例的热界面材料混合系统1包括：一混合容器15，具有一漏斗状底部151；该漏斗状底部151开设一用于通入气流的进气口17，该进气口17由进气口阀门171控制；该混合容器15侧壁设置一进料口13，该进料口13由进料口阀门131控制；至少一喷料头14，该喷料头14设置在所述混合容器15顶端；所述混合容器15侧壁设置一出料口16，用于排出均匀混合后的热界面材料10。
所述混合容器15的漏斗状底部151可为正圆锥状、斜圆锥状、正棱锥状或斜棱锥状等，使得混合容器15内物料沉落时由其倾斜的侧壁滑向进气口17，本实施例中，漏斗状底部151设为正圆锥状。
所述喷料头14包括一个或一个以上，可选择性设置在所述混合容器15顶端、侧壁或漏斗状底部151。
优选的，该出料口16轴线倾斜向下，以便于出料。
优选的，热界面材料混合系统1进一步包括一辗压装置2，该辗压装置2包括：一传送装置，如传送带22，用于传送由出料口161输出的热界面材料10；一上压件，如上滚轮20；及一与该上滚轮20相配合辗压的下压件，如下滚轮21；一括取装置，如括刀23，用于刮取经上述两滚轮20、21辗压成片而附着在传送带22上表面的片状热界面材料10’；一收集器24，用于收集刮刀23刮取的片状热界面材料10’成品。
请同时参阅图1和图2，使用上述热界面材料混合系统1混合作为热界面材料原料的基体材料18和导热颗粒19时，可采用以下操作步骤：
步骤101，由底部向混合容器15内鼓吹气体11。具体的，由进气口17向混合容器15内吹入气体11，由于该气体11从进气口17高速吹入混合容器15，该高速气体11具有一向上速度且以直线上升，直至该气体11在自身重力作用下，其向上速度逐渐减小为零，再向四周分散，并逐渐向压力较低的下方流动，最终形成一循环气流。
步骤102，由进料口13向混合容器15内通入粉末状导热颗粒19，使其随所述气体11分散。此时，粉末状导热颗粒19在上述循环气流带动下，在混合容器15内循环流动而达成分散状态。
步骤103，通过喷料头14向该鼓入气体11内喷射液状基体材料18，使该基体材料18与所述导热颗粒19充分接触。通过喷料头14向鼓入气体11喷射基体材料18，使基体材料18在混合容器15内以雾状均匀分散。循环流动而分散的粉末状导热颗粒19与雾状均匀分散的基体材料18在混合容器15内充分接触，从而达成该二者均匀混合。
步骤104，充分接触后的基体材料18与导热颗粒19自该混合容器15的出料口16排出，即获得热界面材料10。基体材料18和导热颗粒19的混合物在上述循环气流作用下，有些自出料口16排出，即获得基体材料18与导热颗粒19混合均匀的热界面材料10，未由出料口16排出的混合物，随上述循环气流进入下一次循环。
优选的，还可使用辗压装置2对热界面材料10进行一辗压操作，以获得片状热界面材料10’成品，该辗压操作具体包括下列步骤：
首先，自出料口16排出的热界面材料10在自身重力的作用下，落至循环传送的传送带22上，当该传送带22将热界面材料10传送至滚轮20、21处时，在滚轮20、21相配合的机械辗压作用下，如图3所示，热界面材料10分别承受上滚轮20的向下作用力F1和下滚轮21的向上作用力F2，在此二力作用下，均匀混合在基体材料18内的导热颗粒19将以更密集的方式均匀分布在基体材料18内，且原本露出基体材料18外的导热颗粒19将被完全包覆在基体材料18内，从而，经过该辗压过程后，导热颗粒19将以高密度、高均匀性分布在基体材料18，形成片状热界面材料10’成品(如图4所示)。
然后，用括刀23刮取经上述两滚轮20、21辗压成片而附着在传送带22上表面的热界面材料10’，再用收集器24收集经刮刀23刮取的热界面材料10’片状成品。
上述向混合容器15内通入粉末状导热颗粒19的步骤，与向该混合容器15内喷射液状基体材料18的步骤，也可同时或反序进行。
对上述热界面材料混合装置1，当持续由进料口13通入粉末状导热颗粒19、由喷料头14喷射雾状基体材料18，并不断由进气口17鼓入气体11时，即可实现片状热界面材料10’成品的连续生产。
对所述吹入的气体11，仅需满足其不与热界面材料混合系统1的材质、基体材料18及导热颗粒19反应的气体即可适用，例如空气、氮气、氖气或氩气等气体。
所述基体材料18与导热颗粒19的质量比可为1∶3至1∶5，可通过对基体材料18与导热颗粒19的进料流量的控制而达成所述质量比。
所述基体材料18选自硅油(Silicone Oil)或聚乙二醇(PEG，PolyethyleneGlycol)等材料。
所述导热颗粒19的材料选自银(Ag)、氮化硼(BN)或氧化铝(Al2O3)等。
另，本领域所属技术人员应明白，以上所述仅为本发明的较佳实施例，自不能以此限制本案之申请专利范围。所有依据本案之创作精神所作的等效修饰或变化，皆应涵盖在本案申请专利范围内。

Claims (10)

1.一种热界面材料混合方法，其特征在于，包括：
由底部向一混合容器内鼓吹气体；
向该混合容器内通入粉末状导热颗粒，使其随所述气体分散；
通过至少一喷料头向所述鼓入气体喷射液状基体材料，使该基体材料与所述导热颗粒充分接触；
自该混合容器的出料口排出经充分接触的基体材料与导热颗粒，即获得热界面材料。
2.如权利要求1所述的热界面材料混合方法，其特征在于，所述热界面材料混合方法还包括使用一辗压装置对所述排出的热界面材料进行辗压的步骤。
3.如权利要求1或2所述的热界面材料混合方法，其特征在于，所述向该混合容器内通入粉末状导热颗粒的步骤与所述通过喷料头向该混合容器内喷射液状基体材料的步骤同时或反序进行。
4.如权利要求1或2所述的热界面材料混合方法，其特征在于，所述吹入的气体采用与所述热界面材料混合系统的材质、基体材料及导热颗粒反应表现惰性的气体。
5.如权利要求1或2所述的热界面材料混合方法，其特征在于，所述吹入气体为空气、氮气、氖气或氩气。
6.如权利要求1或2所述的热界面材料混合方法，其特征在于，所述基体材料和导热颗粒的质量比可为1∶3至1∶5。
7.一种热界面材料混合系统，其特征在于，包括：
一混合容器，具有一漏斗状底部；
一进气口，设在所述混合容器的漏斗状底部，用于向该混合容器内鼓入气体；
一进料口，设在所述混合容器侧壁；
至少一喷料头，用于向所述鼓入气体喷料；
一出料口，设在所述混合容器侧壁，以排出混合后的产物。
8.如权利要求7所述的热界面材料混合系统，其特征在于，所述热界面材料混合系统进一步包括一辗压装置。
9.如权利要求8所述的热界面材料混合系统，其特征在于，所述辗压装置包括：
一传送装置，用于传送由所述出料口输出的混合物；
一上压件；
一与该上压件相配合以辗压所述混合物的下压件；
一括取装置，用于刮取经所述两压件辗压成片的混合物；
一收集器，用于收集所述刮取装置刮取的混合物片状成品。
10.如权利要求7、8或9所述的热界面材料混合系统，其特征在于，所述喷料头设在所述混合系统顶端、侧壁或漏斗状底部。
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