CN1970679A

CN1970679A - 热介面材料制备方法及装置

Info

Publication number: CN1970679A
Application number: CN 200510101777
Authority: CN
Inventors: 何纪壮; 萧博元
Original assignee: Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2007-05-30

Abstract

一种热介面材料制备装置，其包括：一混合容器，具有一漏斗状底部；一进气口，设于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，设于所述混合容器侧壁，用于向该混合容器内通入粉末状导热颗粒；至少一喷料头，用于向所述鼓入气体喷射液状基体材料；一出料口，设于所述混合容器侧壁；一传送装置，用于传送由所述出料口输出的混合物；一上压件及一与该上压件相配合以辗压所述混合物的下压件；一刮取装置，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。另外，本发明还提供使用上述热界面材料制备装置制备热界面材料的方法。

Description

热介面材料制备方法及装置

【技术领域】

本发明涉及一种制备方法及装置，尤其涉及一种热介面材料的制备方法及装置。

【背景技术】

近年来，随着半导体器件集成工艺快速发展，半导体器件的集成化程度越来越高，器件体积却变得越来越小，其散热成为一个越来越重要的问题，其对散热的要求亦愈来愈高。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、水冷辅助散热和热管散热等方式，并取得一定散热效果，但由于散热器与半导体集成器件的接触介面并不平整，一般相互接触只有不到2％面积，没有理想的接触介面，从根本上极大地影响了半导体器件向散热器进行热传递的效果，因此在散热器与半导体器件的接触介面间增加一热传导系数较高的热介面材料来增加介面的接触程度就显得十分必要。

为获得较佳的导热性能，传统的热介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，以形成复合热介面材料。

请参阅图1，为现有技术的复合热介面材料制备装置。该制备装置30包括一混合容器31以及一与所述混合容器31相配合的搅拌装置32。使用时，将待混合的材料33，即基体材料与导热颗粒，置于所述混合容器31中，通过搅拌装置32旋转搅拌所述材料33，使其充分混合，形成热介面材料。由此形成的热介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个材料导热系数比较小，典型值在1瓦/米开尔文(W/mK)，这已经越来越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个复合材料的导热系数，如某些特殊热介面材料因此可达到4-8W/mK。

然而，若基体材料中导热颗粒含量的比例太高，则会造成整个热介面材料的粘度过高，使基体材料失去所需的性能，如油脂会变硬，从而浸润效果会变差，橡胶也会变硬，从而失去柔韧性。上述热介面材料制备装置进行较高比例的导热颗粒及基体材料混合时，搅拌困难，甚至混合材料全部粘附于搅拌转子上，所述热介面材料制备装置无法正常使用，导致热介面材料无法混合均匀，性能大大降低。

因此，提供一种制备较高比例的导热颗粒与基体材料均匀混合的热介面材料的方法及制备装置实为必要。

【发明内容】

以下，将以实施例说明一种制备较高比例的导热颗粒与基体材料均匀混合的热介面材料的方法及装置。

一种热介面材料制备方法，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；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充分接触的基体材料与导热颗粒的混合物；将获得的基体材料与导热颗粒的混合物通过一辗压装置辗压，即获得热介面材料。

一种热介面材料制备装置，其包括：一混合容器，具有一漏斗状底部；一进气口，设于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，设于所述混合容器侧壁，用于向该混合容器内通入粉末状导热颗粒；至少一喷料头，用于向所述鼓入气体喷射液状基体材料；一出料口，设于所述混合容器侧壁；一传送装置，用于传送由所述出料口输出的混合物；一上压件及一与该上压件相配合以辗压所述混合物的下压件；一刮取装置，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。

与现有技术相比较，所述热介面材料制备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成雾状分散，使得集体材料与导热颗粒能充分接触，可均匀混合较高比例的导热颗粒与基体材料，再经过辗压形成导热性能优良的热介面材料，避免现有技术中进行较高比例的导热颗粒及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是现有技术热介面材料制备装置的截面示意图。

图2是本发明较佳实施例热介面材料制备装置示意图。

图3是本发明较佳实施例热介面材料制备方法流程图。

图4是本发明较佳实施例热介面材料承受辗压时的受力示意图。

图5是本发明较佳实施例热介面材料辗压后结构示意图。

【具体实施例】

下面将结合附图和多个实施例对本发明的热介面材料制备方法及装置作进一步的详细说明。

请参阅图2，本发明较佳实施例的热介面材料制备装置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设置于所述混合容器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介面材料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设为圆锥状。

所述喷料头14包括一个或一个以上，可选择性设置于所述混合容器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，便于出料。

优选的，热介面材料制备装置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，即传送带22，用于传送由出料口161输出的热介面材料10；一上压件，即上滚轮20；及一与该上滚轮20相配合辗压的下压件，即下滚轮21；一刮取装置，即刮刀23，用于刮取经上述两滚轮20、21辗压成片而附着于传送带22上表面的片状热介面材料10’；一收集器24，用于收集刮刀23刮取的片状热介面材料10’成品。

请一并参阅图2与图3，使用上述热介面材料制备装置1混合作为热介面材料原料的基体材料18及导热颗粒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由进气口17高速吹入混合容器15，该高速气体11具有一向上速度而以直线上升，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，该气体11再向四周分散，并逐渐向压力较低的下方流动，最终形成循环气流。

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，即获得热介面材料10。基体材料18及导热颗粒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混合均匀的热介面材料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，还可通过辗压装置2对热介面材料10进行一辗压操作，以获得片状热介面材料10’成品，该辗压操作具体包括下列步骤：

首先，自出料口16排出的热介面材料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将热介面材料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4所示，热介面材料10分别承受上滚轮20的向下作用力F1及下滚轮21的向上作用力F2，在此二力作用下，均匀混合于基体材料18内的导热颗粒19将以更密集的方式均匀分布于基体材料18内，且原本露出基体材料18外的导热颗粒19将被完全包覆于基体材料18内，从而，经过该辗压过程后，导热颗粒19将以高密度、高均匀性分布于基体材料18，形成片状热介面材料10’成品(如图5所示)。

然后，用刮刀23刮取经上述两滚轮20、21辗压成片而附着于传送带22上表面的热介面材料10’，再用收集器24收集刮刀23刮取的热介面材料10’片状成品。

上述向混合容器15内通入粉末状导热颗粒19，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。

当持续由进料口13输入粉末状导热颗粒19、及由喷料头14喷射雾状基体材料18，并不断由进气口17鼓入气体11时，即可实现片状热介面材料10’成品的连续生产。

对所述吹入的气体11，仅需满足不与热介面材料制备装置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。

所述导热颗粒19的质量可占热介面材料整体质量的50～90％。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可为聚乙酸乙烯、聚乙烯、硅油、硅氧烷、聚氯乙烯、氨基环氧、聚酯、丙烯酸脂、聚丙烯、环氧树脂、聚甲醛、聚缩醛、聚乙烯醇、烯烃树脂中的一种或几种的混合物。

所述导热颗粒19可为银、金、铜、镍、铝、氧化铝、氧化锌、氮化硼、铝矾土、氮化铝、石墨、碳黑中的一种或几种的混合物。

本技术领域技术人员应明白，本发明热介面材料制备装置1的混合容器15也可采用其它结构，只需确保其通入气流容易于混合容器15底部形成涡流现象，以有利于基体材料与导热颗粒均匀混合形成热介面材料。

另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围的内。

Claims

1.一种热介面材料制备方法，其包括以下步骤：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；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的混合物；将获得的基体材料与导热颗粒的混合物通过一辗压装置辗压，即获得热介面材料。

2.如权利要求1所述的热介面材料制备方法，其特征在于进一步包括使用至少一喷料头喷射液状基体材料。

3.如权利要求1所述的热介面材料制备方法，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所述的热介面材料制备方法，其特征在于所述吹入的气体采用与所述热介面材料混合容器的材质、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所述的热介面材料制备方法，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所述的热介面材料制备方法，其特征在于所述导热颗粒的质量占热介面材料整体质量的50～90％。

7.如权利要求1所述的热介面材料制备方法，其特征在于所述基体材料包括聚乙酸乙烯、聚乙烯、硅油、硅氧烷、聚氯乙烯、氨基环氧、聚酯、丙烯酸脂、聚丙烯、环氧树脂、聚甲醛、聚缩醛、聚乙烯醇、烯烃树脂中的一种或几种的混合物。

8.如权利要求1所述的热介面材料制备方法，其特征在于所述导热颗粒材料包括银、金、铜、镍、铝、氧化铝、氧化锌、氮化硼、铝矾土、氮化铝、石墨、碳黑中的一种或几种的混合物。

9.一种热介面材料制备装置，其特征在于包括：一混合容器，具有一漏斗状底部；一进气口，设于所述混合容器的漏斗状底部；一进料口，设于所述混合容器侧壁；至少一喷料头；一出料口，设于所述混合容器侧壁；一传送装置，用于传送由所述出料口输出的混合物；一上压件及一与该上压件相配合以辗压所述混合物的下压件；一刮取装置，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9所述的热介面材料制备装置，其特征在于所述混合容器的漏斗状底部外形可为正圆锥状、斜圆锥状、正棱锥状或斜棱锥状。

11.如权利要求9所述的热介面材料制备装置，其特征在所述喷料头设于所述制备装置顶端、侧壁或漏斗状底部。

12.如权利要求9所述的热介面材料制备装置，其特征在所述出料口轴线倾斜向下。