KR20100133449A - 열적으로 향상된 전기절연 접착용 페이스트 - Google Patents
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Abstract
열 계면 재료는 대형 정합성의 열전도성 입자들 및 결합제에 소형 세라믹 열전도성 입자들을 포함한다. 상기 결합제는 열가소성 (및 선택적으로는 열경화성) 입자들 및 서로 실질적으로 불용성인 휘발성(fugitive) 액체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 결합제는 액체 에폭시를 포함할 수 있다. 상기 대형 열전도성 입자들의 각각은 그 자체가 응집성이지만 정합성인 판상 입자들의 덩어리이다.
Description
본 발명은 열 계면 재료에 관한 것이다.
본 발명은 기판에 고밀도 마이크로회로 전자 성분을 결합시키는데 특히 적합한 열적으로 향상된 접착용 페이스트에 관한 것이다.
세라믹 박판상의 실리콘 다이(die)와 같이 기판상으로 고밀도 마이크로회로 성분을 접합시키는 것은 수년 동안 전자 업계의 중요한 양상이 되었다. 일반적으로, 다이와 기판 사이에 침착하는 다이 부착 페이스트를 사용하는 것으로 알려져 있다. 통상적으로, 상기 다이 부착 페이스트는 충진제, 접착제 및 담체를 포함한다. 충진제는 최종 접합층에 소기의 전도성, 저항성 또는 유전체 특성을 부여하도록 선택된다. 접착제는 다이와 기판 사이에 강한 접합이 일어나도록 선택된다. 담체는 페이스트가 다이-기판 계면에 용이하게 도포되도록 하는 균일한 혼합물인 유체내에서 모든 성분들을 유지한다. 또한, 담체는 적당한 휘발성을 가져 조립체(assembly)를 열적으로 처리한 이후 상기 다이와 기판 사이로부터 이동하게 된다. 페이스트가 침착되고 다이 및 기판이 결합된 이후에, 상기 결합체는 통상적으로 가열되어 접착제를 용해시키고 담체를 방사한다. 냉각시, 다이는 기판체 단단하게 부착된다.
활성 성분들의 분말 밀도는 계속 상승하여, 이러한 성분들을 부착하는데 더 높은 열전도성 접착제에 대한 수요를 증가시켰다. 이러한 수요는 이전에는 미국 특허 번호 제6,111,005호 및 제6,140,402호를 포함하는 선행 기술에 기재된 기술들에 의하여 충족되었다. 이 특허들은 고도의 열전도성 충진제와 함께 비-용매에 현탁된 분말 유기 중합체 수지의 사용을 포함하는 기술을 기재하고 있다. 분말 수지의 유형은 응용에 따라 다양하였다. 또한, 기판과의 열팽창계수(CTE) 부정합(mismatch)이 큰 대면적 성분 부착에 대하여, 낮은 계수의 열가소성 중합체들이 혼입되어 접착제의 접합선에서 발생되는 전단응력을 처리하였다. 기판과의 팽창 부정합이 더 낮은 소면적 성분에 대하여, 열경화성 또는 열가소성 및 열경화성 중합체 분말 조합이 충진제를 갖는 접착제 조성물에 채용되었다. 또한, 더 높은 계수의 중합체를 사용하면 열전도성을 증가시켰다.
미국 특허 번호 제6,265,471호는 휘발성(fugitive) 용매에 용해된 액체 에폭시 수지에 고도로 전도성이 있는 충진제가 현탁되어 있는 더 높은 열전도성 기술을 기재하고 있다. 이 기술은 미국 특허 번호 제6,111,005호 및 제6,140,402호에 기재된 선행 기술보다 열전도성을 더 상승시켰다. 불행하게도, 열경화성 액체 수지계의 탄성 계수는 경화되거나 교차결합되는 경우에 상대적으로 높았다. 결국, 이 기술의 응용은 소면적 성분 부착 및/또는 주로 반도체 다이인 성분과 CTE에 있어서 밀접하게 정합된 기판에 한정되었다. 상술한 기술에 기재된 선행 기술은 접착제의 계수 및 열전도성과의 직선 관계를 보여준다. 미국 특허 번호 제6,111,005호 및 제6,140,402호에 기재된 낮은 계수 접착제는 열전도성에 있어서 더 낮았던 반면에, 미국 특허 번호 제6,265,471호에 기재된 더 높은 계수의 접착제는 열전도성에 있어서 더 높았다. 고도의 기능성 반도체가 크기 및 전원에 있어서 증가함에 따라, 높은 열전도성과 낮은 계수를 모두 갖는 접착제에 대한 수요도 증가하였다. 그러한 접착제는 다이와 높은 팽창률과 높은 열전도성 기판 사이의 열적 팽창 부정합에 의하여 유발된 접합(bondline) 전단응력을 흡수하는데 필요하였다. 시장에서 통용되는 한가지 큰 응용은 대면적 플립칩 마이크로프로세서 장치와 높은 팽창율의 높은 열전도성 열 분산기(heat spreader)와의 부착이다. 높은 전도성 및 낮은 계수 특성은 이 응용에 필요하다. 여기서부터, 미국 특허 번호 제6,111,005호, 제6,140,402호 및 제6,265,471호에 기재된 접착제들은 이러한 응용에 사용되었다. 그러나, 마이크로프로세서 장치는 전원 밀도에서 증가하여 낮은 탄성 계수의 더 양호한 열적 특성을 갖는 접착제에 대한 수요가 증가하였다.
본 발명은 정합성(conformable)인 제 1 유형의 열전도성 입자로서, 상기 제 1 유형의 열전도성 입자 각각은 더 작은 판상 입자들의 자가-응집성(self-cohesive) 덩어리인 제 1 유형의 열전도성 입자, (2) 제 2 유형의 열전도성 입자 및 (3) 결합제를 포함하는 열 계면 재료를 제공한다.
특정 실시예에 따라, 상기 결합제는 휘발성 액체에서 상기 제 1 유형의 세라믹 입자들 및 상기 제 2 유형의 세라믹 입자들과 혼합되어 페이스트를 형성하되, 이 페이스트에서 열가소성 입자들이 상기 휘발성 액체에 실질적으로 불용성인 고운 수지 입자들을 포함한다. 상기 휘발성 액체는 점도개질제(viscosity modifier)를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 상기 결합제는 액체 에폭시와 같은 액체 열경화성 수지이다.
특정 실시예에 따라, 상기 제 1 열전도성 입자들로 구성된 물질의 벌크 열전도성은 200 W/mK를 초과한다.
특정 실시예에 따라, 상기 제 2 열전도성 입자들로 구성된 물질의 벌크 열전도성은 10 W/mK를 초과한다.
특정 실시예에 따라, 상기 제 1 유형의 세라믹 입자는 질화붕소를 포함한다.
특정 실시예에 따라, 상기 제 2 유형의 열전도성 입자는 알루미나이다.
질화붕소 및 알루미나는 양쪽 모두 세라믹 입자들이다.
특정 실시예에 따라, 상기 열전도성 입자들은 약 0.5 내지 2.5 gm/cc의 탭밀도(tap density)를 갖는다.
특정 실시예에 따라, 두 유형의 입자들의 형상은 당업자에 의하여 구상(spheroidal)이라는 용어로 불려지는 것이다. 본 설명에 사용된 바와 같이, 구상이라는 용어는 특별한 케이스의 구형을 포함한다. 이러한 용어들의 용례는 입자들의 형상이 수학적으로 정의된 이상적인 형상들에 정확히 맞는다는 것을 의미하는 것은 아니다.
특정 실시예에 따라, 상기 열전도성 입자들의 크기 분포는 이정점(bimodal)이다. 예를 들면, 상기 제 1 유형의 대형 입자들은 상기 제 2 유형의 더 작은 입자들과 혼합하여 사용될 수 있다. 그 결과, 상기 제 2 유형의 열전도성 입자들은 상기 제 1 유형의 열전도성 입자들 사이의 간극들을 차지할 것이다.
특정 실시예에 따라, 상기 열 계면 재료는 소결 조제(sintering aid)를 더 포함한다.
특정 실시예에 따라, 상기 열 계면 재료는 다이 부착 페이스트로 사용된다.
주로 열가소성 결합제를 포함하는 실시예는 강하지만 충분한 탄성이 있어 더 팽창할 수 있는 기판들에 대면적 실리콘 다이를 응력을 과도하게 유도하지 않고 접합시키지만, 선행 기술보다 현저히 더 높은 열적 특성 및 전기 절연성을 제공하는 다이 부착 페이스트들을 제공한다.
액체 에폭시 결합제를 포함하는 실시예는 경화된 접착제의 계수가 더 높고 전기 절연성이 요구되는 더 작은 성분들의 부착을 위해 향상된 열적 특성을 제공한다.
본 발명은 큰 변화 없이 업계에 현재 사용되는 장비 및 공정들에 의하여 적용될 수 있는 다이 부착 페이스트로서, 이에 의하여 처리되는 경우 강한 열전도성 접합선을 생성하는 다이 부착 페이스트를 제공한다. 본 발명의 실시예는 점착력에 대한 산업 표준을 통과한 성분과 기판 사이의 충분한 점착력을 제공한다. 또한, 열가소성 수지는 반복적으로 용융되고 고화되기 때문에, 열가소성 수지를 사용하는 이러한 실시예들은 재현가능하며 다중-칩 모듈 기술 또는 고휘도 발광 다이오드(HBLED) 어레이에 적합하다.
도 1은 기판에 접합된 본 발명의 일 실시예에 따른 열 계면 재료 단면의 제 1 전자 현미경 사진이다;
도 2는 기판과 실리콘 다이 사이에 본 발명의 일 실시예에 따른 열 계면 재료 단면의 제 2 전자 현미경 사진이다; 그리고
도 3은 상기 열 계면 재료에 사용된 질화붕소 입자들을 확대한 제 3 전자 현미경 사진이다.
도 2는 기판과 실리콘 다이 사이에 본 발명의 일 실시예에 따른 열 계면 재료 단면의 제 2 전자 현미경 사진이다; 그리고
도 3은 상기 열 계면 재료에 사용된 질화붕소 입자들을 확대한 제 3 전자 현미경 사진이다.
미국 특허 번호 제6,111,005호는 본 발명에 사용될 수 있는 열가소성 결합제 조성물을 개시한다. 미국 특허 번호 제6,265,471호는 본 발명에 사용될 수 있는 액체 에폭시 결합제를 개시한다. 미국 특허 번호 제6,111,005호 및 제6,265,471호는 본 명세서에 참고로 포함된다. 상기 제6,265,471호 및 제6,111,005호 특허에 개시된 은 충진제를 상술한 세라믹 입자들로 대체하면 고도의 소결된 밀도가 더 큰 구조를 배출하게 된다. 이는 열전도성에 있어서 예상치 않은 증가 및 열저항에 있어서 감소를 발생시킨다. 또한, 본 명세서에 교지된 페이스트들은 열전도성을 더 증가시키는 수지 내용물의 감소(더 높은 충진제 대 수지 비율)를 있게 하는 응력 증가를 제공한다.
본 발명의 접착용 페이스트에 사용된 세라믹 충진제는 특정한 형태로 존재한다. 상기 충진제 입자들의 적어도 약 80% 및 바람직하게는 실질적으로 모든 상기 충진제 입자들은 둥근 모서리로 특징되며 실질적으로 평평한 표면이 없다. 판상 입자들과는 반대되는 구상이 특히 바람직하다. 본 명세서에 사용된 "구상"이라는 용어는 수학적으로 정확한 형상에 한정되지 않는다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 업계에서 사용되는 용례와 일치하는 "구상"이라는 용어는 두께가 가로(예컨대, 지름) 수치보다 훨씬 작은 판상 입자의 경우와 반대되며, 비교할 만한 길이 폭 및 높이 수치를 갖는 입자를 의미한다.
본 발명에 사용될 수 있는 세라믹 충진제 입자들 중에 대표적인 것으로는 PCTH3MHF의 파(par) 번호하의 세인트-고베인(Saint-Gobain) 질화붕소(BN)로부터 이용가능한 것들이 있다. 사용가능한 대표적인 세라믹 충진제는 일본 덴카사(Denka Corp.)로부터 구입할 수 있는 구형 산화알루미늄(Al2O3)이다. 본 명세서에 사용된 "정합성"이라는 용어는 압력을 받거나 경화중에서 압축되는 입자들을 지칭한다.
일부 실시예들에 따라, 상기 열전도성 입자들, 즉, 질화붕소의 적어도 약 50%는 단분산되고 적어도 약 50 마이크론의 입자 크기를 가지며, 나머지 열전도성 입자들, 즉, 알루미나는 약 10 마이크론 미만의 입자 크기를 갖는다. 상기 실시예들에서, 상기 알루미나는 상기 BN 입자들 사이의 간극들을 차지할 것이다.
바람직하게는, 세라믹 충진제는 적어도 하나의 소결 조제, 즉, 상기 충진제의 소결을 향상시키는 임의의 첨가제와 혼합되어 사용된다. 대표적인 소결 조제는 금속 알콕사이드류(metal alkoxides), 저융점 염류(low melting point salts), 유기 무기 혼성 복합체들(organic inorganic hybrid composites)을 포함한다. 상기 소결 조제는 일반적으로 경화 재료들의 약 0.1 내지 0.5 중량 퍼센트의 농도로 존재한다.
열 특성에서 예상치 못한 증가는 충분히 이해되지 않지만, 이런 유형의 열 계면 재료에서 이전에 사용된 박편(flakes)의 기하학적인 형태와 비교하여 구형들의 더 나은 밀집 및 점 접촉으로 인한 것으로 간주된다. 또한, BN과 같은 구형 정합성 충진제의 존재도 현저한 것으로 간주된다.
열가소성 분말 및 휘발성 액체를 사용하는 실시예에서, 상기 두 가지는 바람직하게는 20%를 초과하지 않는 정도로 서로 가용성이며, 더 바람직하게는 10%를 초과하지 않는 정도로 서로 가용성이다. 또한, 입자들은 바람직하게는 지름이 40 마이크론 미만이다.
사용될 수 있는 열가소성 입자들의 예로는 폴리에스테르, 코폴리에스테르(copolyester), 폴리아미드, 코폴리아미드(copolyamide), 폴리우레탄, 폴리부틸렌 테라프탈레이트(polybutylene teraphthalate), 폴리올레핀, 아크릴릭(acrylic), 실리콘 및 액체 결정질 중합체류(liquid crystalline polymers)를 포함한다.
상기 휘발성 액체의 예로는 테르페놀(Terpenol), 노르파르(Norpar)(노말 파라핀류), 린파르(Linpar), 헥산, 알코올류를 포함한다.
휘발성 액체를 사용하는 실시예에서, 점도개질제는 상기 휘발성 액체에 첨가될 수 있다. 상기 점도개질제는 접착용 페이스트의 0.05 내지 5 볼륨(volume) %에 이르는 양으로 적절히 존재한다. 점도 개질제들의 예로는 스타이렌-부타디엔-스타이렌(styrenebutadiene-styrene), 스타이렌-이소프렌-스타이렌(styrene-isoprene-styrene), 스타이렌 에틸렌/부틸렌-스타이렌(styrene ethylene/butylene-styrene), 스타이렌-에틸렌/프로필렌-스타이렌(styreneethylene/propylene-styrene), 스타이렌-부타디엔(styrene-butadiene), 스타이렌-부타디엔-스타이렌(styrene-butadiene-styrene), 스타이레닉 블록 공중합체류(styrenic block copolymers) 및 폴리이소부틸렌(polyisobutylene)을 포함한다.
사용될 수 있는 열경화성 결합제들의 예로는 에폭시류, 실리콘류, 반응성 폴리에스테르류, 폴리우레탄류 및 폴리이미드류를 포함한다.
선행 기술 열 계면 재료에서 접합된 결합체가 가열되는 경우, 수지 분말은 용융되고 다른 입자들과 유착하며 접합선 계면쪽으로 이동하게 된다. 이러한 분말들의 용융으로 인하여 이하 "본드 드랍 아웃(bond drop out)" (BOD)라고 지칭되는 접합선에서의 공극을 남겨 놓는다. 본 명세서에 기재된 열 계면 재료를 사용하면, BOD들이 관찰되지 않았다. 본 명세서에 기재된 열 계면 재료들의 혼합으로 인하여 BOD를 유발시키지 않으면서 열전도성 세라믹 입자들을 매우 고도로 장약(loading)하게 된다는 것을 알게 되었다. 75%를 초과하여, 예컨대, 85 wt%의 열전도성 세라믹 입자들의 백분율(경화된 생성물에서 총 고체 중량에 대하여)은 BOD가 없으면서 다이 부착 응용에 대하여 충분한 접착 강도를 얻으면서 달성되었다. 상기 총 고체 중량은 열전도성 세라믹 입자들 및 경화 결합제를 포함한다. 또한, 대형 및 소형 충진제들이 혼합된 혼합물의 경우, 고운 것(들)은 큰 것들의 간극 충진제가 된다.
또한, 염류, 저융점 유리, 혼합 산화물류 및 세라믹 입자들에 저융점 점 코팅류와 같은 첨가제들은 본 발명에 사용될 수 있다. 이러한 성분들은 충진제 입자들을 고체 덩어리로 함께 "소결"하도록 하여 열전도성을 더 향상시킬 수 있다. 이러한 첨가제들은 세라믹 충진제 입자들을 위한 소결 조제로 작용할 수 있다.
도 1 및 도 2는 기판(104)에 실리콘 다이(204)를 접합시키는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 계면 재료(102)의 두 개의 전자 현미경 사진이다. 상기 실리콘 다이는 도 2에서만 관찰될 수 있다는 것을 주목하라. 도 1 및 2는 상기 실리콘 다이(204) 및 기판(104)의 접합된 결합체를 구획하여 얻어진 단면들이다. BN이라고 라벨링된 대형 질화붕소 입자들 및 Al2O3라고 라벨링된 더 작은 구형 알루미나 입자들은 이 경우 폴리에스테르 수지인 결합제 물질의 매트릭스에 침지된다. 특정 실시예에 따라, 상기 BN 입자들의 평균 크기는 사용된 Al2O3 입자들의 평균 크기보다 적어도 5 배 더 크다. 상기 접합 제조 과정에서, 상기 BN 입자들은 상기 실리콘 다이가 분배된 양의 상기 열 계면 재료상으로 압착되는 경우 다른 형상들로 정합될 수 있는 것으로 간주된다.
도 3은 도 1 및 2에 도시된 상기 열 계면 재료에 사용된 질화붕소 입자들을 확대한 것이다. 상기 질화붕소 입자들의 각각은 더 작은 판상 형상의 질화붕소 박편의 정합, 응집성 덩어리이다.
하기 실시예들 및 비교예들에서, 충진제, 수지 및 휘발성 액체의 조합은 혼합되어 페이스트를 형성하였다. 주 성분들로부터 접착제의 제조 및 그 응용 및 사용 방법은 다양한 방법들을 이용하고 업계에 공지된 장비를 채용한다. 상기 주 성분들은 페이스트 제조를 위해 업계에 공지된 장비에 혼합될 수 있다.
유리하게는, 본 발명의 열 계면 재료는 기판에 마이크로회로 전자 성분(반도체 다이)를 부착하는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 이는 상기 열 계면 재료에서 접착용 페이스트를 제조하는 단계; 기판 표면에 상기 페이스트를 도포하여 접합선을 형성하고 상기 페이스트가 상기 전자 성분 및 상기 기판 사이에 있도록 상기 접합선상에 상기 전자 성분을 놓는 단계; 이후 조립체를 충분히 높은 온도로 충분한 시간 동안 가열시켜 유기 열가소성 수지가 연화되고 유체가 되지만 열화되지 않으며, 상기 휘발성 액체가 상기 페이스트로부터 액화되는 단계; 이후 상기 열 처리된 결합체를 열가소성 중합체가 고체가 되는 온도 이하로 냉각시켜, 이에 의하여 상기 마이크로회로 전자 성분이 공극이 없는 접합선에 의하여 상기 기판에 접합되는 단계를 포함한다. 상기 열경화성 수지가 입자라기보다는 유기 중합체의 일부 또는 전체로서 사용되는 경우, 상기 처리 온도는 상기 수지를 교차결합시킬 수 있을 만큼 충분히 높아야 한다.
본 발명을 예증하는 목적을 위하여, 습식 접착제는 다이가 상기 습식 접착제상에 놓이기 전에 세라믹 기판상에 침착하게 된다. 모든 경화는 200℃ 정점에서 30 분 동안 수행되었다. 경화 이후에, 상기 다이 측면에 수직인 힘이 상기 다이가 전단 변형을 받아 기판으로부터 이탈될 때까지 가해졌다. 이 힘은 시험되는 특정 조성물에 대한 점착력 값으로서 1 입방 인치당 파운드(PSI)로 기록되었다. 열전도성 측정은 크기가 1/2 인치이고 두께가 약 1/8 인치인 펠릿에 대하여 공지된 레이저 플래쉬 방법에 의하여 수행되었다. 이 측정 기법은 ASTM E 1461인 "플래쉬 방법에 의한 열 확산도에 대한 표준 시험 방법"에 더 자세히 기재되어 있다.
본 발명은 달리 지시되지 않으면 모든 부분, 비율 및 백분율이 중량비로 되어 있는 이의 특정한 대표적인 실시예들의 예들에 의하여 예시된다. 상기 실시예들은 예시적인 의도일 뿐이며, 본 발명의 변경 및 균등물은 당업자에게 명백할 것이다.
실시예
1 내지 4 및
비교예
A([표 1])
| H987 | MP8-109-3 | MP8-118-1 | MP8-114-2 | MP8-123-1w/리포틴(Lipotin) | |
| 충진제 | AIN/BN 비 구형 |
Al2O3/BN/ ZnO 구형 |
Al2O3/BN/ ZnO 구형 |
Al2O3/BN/ ZnO 구형 |
Al2O3/BN/ ZnO 구형 |
| 충진제 비율 | 50/50 | 35/55/10 | 35/55/10 | 35/55/10 | 35/55/10 |
| 충진제 양 | 50% | 52% | 75% | 82% | 82% |
| 수지 | 액체 에폭시 | 액체 에폭시 | 액체 에폭시 | 액체 에폭시 | 액체 에폭시 |
| BLT 밀(마이크론) | 1.6 (40.6) | 1.7 (43.18) | 1.9 (48.26) | 2.7 (68.58) | 2.0 (50.8) |
| 전단 점착력 psi (bar) | 4178 (288) | 5476 (378) | 1061 (73) | 511 (35) | 737 (51) |
구형 충진제는 점착력을 향상시킨다; 충진제 장약에서 증가로 인하여 점착력을 감소시키지만 리포틴은 점착력을 증가시킨다. 리포틴은 독일 에센주 골드쉬미트스트라세 100·D-45127 Tego Chemie Service GmbH로부터 구입한 콩 레시틴이다.
실시예
5 내지 8 및
비교예
B([표 2])
| DM4140k-2 | PCz1-61-2 | MP8-109-2 | MP8-109-1 | MP8-118-2 리포틴 |
|
| 충진제 | AIN/BN 비구형 |
Al2O3/BN/ ZnO 구형 |
Al2O3/BN/ ZnO 구형 |
Al2O3/BN/ ZnO 구형 |
Al2O3/BN/ ZnO 구형 |
| 충진제 비율 | 50/50 | 35/55/10 | 35/55/10 | 35/55/10 | 35/55/10 |
| 충진제 양 | 76% | 75% | 75% | 75% | 75% |
| 수지 | 코폴리에스테르 수지/반응성 폴리에스테르 (6/4) | 코폴리에스테르 수지 | 코폴리에스테르 수지 (-635)/반응성 폴리에스테르 (6/4) | 코폴리에스테르 수지 (-635) | 코폴리에스테르 수지 (-635) |
| BLT 밀(마이크론) | 1.6 (41) | 4-7 (102-178) | 2.7 (68.5) | 2.5 (64) | 2.3 (58) |
| 점착력 psi (bar) |
811 (56) | 930 (64) | 811 (56) | 254 (18) | 821 (57) |
| R번째 k㎠/W |
0.776 | 0.962 | 0.645 | 0.535 | |
| K (W/mk) | 2 | 5.23 |
대부분의 입자들이 지름이 20 마이크론 미만인 고운 입자 수지(-635 메쉬)는 접합 두께(BLT)를 감소시킨다. 열가소성 수지에 열경화제(0004)를 첨가하면 점착력을 향상시킨다. 리포틴은 점착력을 향상시키고 R번째 (계면 열 저항)을 감소시킨다. 매사추세츠 주 미들턴 소재 Bostik 사로부터 구입한 코폴리에스테르 수지 및 일본 도쿄의 Tomogawa가 제조한 반응성 폴리에스테르를 사용하였다.
| 충진제 | PCz1-69-1 | PCz1-63-3 | PCz1-45-1 | PCz1-61-2 |
| DAW3 (Al2O3) | 10.5 | 11 | 42.5 | 26 |
| PCTH3MHF (BN) | 52.5 | 56 | 42.5 | 41.5 |
| Kadox 930 (ZnO) | 7 | 8 | 7.5 | |
| 코폴리에스테르 | 30 | 25 | 25 | 25 |
| % 다공도 | 15 | 32.8 | 8.2 | 10.9 |
| K (W/mK) | 4.05 | 3.4 | 4.25 | 5.25 |
| 점착력 psi (bar) | 903 (62) | 457 (32) | 546 (38) | 929 (64) |
상기 실시예들은 다공도 감소로 인하여 % 수지가 증가하는 경우에도 열전도성을 증가시킨다는 것을 예시한다. 또한, ZnO를 첨가하면 열전도성을 증가시킨다.
| 충진제 | PCz1-65-2 75% 충진제 |
PCz1-60-2 75% |
PCz1-66-3 75% 충진제 |
PCz1-61-1 75% |
PCz1-61-2 75% |
| DAW 3 | 0.86 | 1.974 | 2.713 | 1.726 | |
| DAW 45 | 0.86 | ||||
| DAW 10 | 1.726 | ||||
| PCTH3MHF | 2.713 | 1.974 | 2.713 | 1.726 | 2.713 |
| Kadox 930 | 0.49 | 0.984 | 0.49 | 0.49 | 0.49 |
| 코폴리에스테르 | 1.64 | 1.64 | 1.64 | 1.64 | 1.64 |
| % 다공도 | 13.2 | 0.2 | 11.3 | 21.0 | 10.9 |
| k (W/mK) | 5.06 | 4.49 | 5.13 | 3.09 | 5.25 |
| 전단 점착력 psi (bar) | 796 (55) |
1025 (71) |
933 (64) |
1008 (69) |
929 (64) |
DAW 3 - 3 마이크론 알루미나; DAW 10 - 10 마이크론 알루미나; DAW 45 - 45 마이크론 알루미나; PCTH3MHF - 3 밀 BN. Kadox 930은 펜실바니아 주 모나카 소재 Horshead 사가 판매하는 ZnO 분말이다. DAW는 일본 Denka 사로부터 구입한 알루미나 분말이다.
상기 실시예들은 전체 충진제 중 BN을 50% 가까이 가진 중요성을 보여준다; 또한 크기가 큰 충진제일수록 더 큰 열적 특성을 제공한다.
비교예 C 내지 F([표 5])
하기 비교예들은 AlN과 같은 높은 전도성을 갖는 간극 충진제를 첨가하면 복합제의 모든 열전도성에 걸쳐서 향상되지 않는다는 것을 예시한다.
| 충진제 | PCz1-48-3 85% 충진제 |
PCz1-36-1 (85% 충진제) |
PCz1-38-3 (90% 충진제) |
PCz1-49-2 85% 충진제 |
| DAW 3 | 5.04 | 3.9 | 4.12 | |
| DAW 5 | 5.04 | |||
| HC Starck A | 0.58 | 1.7 | 1.77 | 0.58 |
| 코폴리에스테르 | 0.98 | 0.98 | 0.65 | 0.98 |
| % 다공도 | 7.6 | 14.9 | 28.9 | 4.2 |
| k (W/mK) | 2.11 | 2.43 | 1.68 | 2.09 |
| 전단 점착력 psi (bar) | 1393 (96) |
1032 (71) |
494 (34) |
932 (64) |
HC Starck A는 HC Starck 사가 제공하는 AlN 분말이다; DAW 5 - 5 마이크론 알루미나;
벌크 열전도성 표([표 6])
| 물질 | 열전도성 (W/mK) |
| Al2O3 | 20-30 |
| BN | 250-300 |
| AlN | 180-280 |
| ZnO | 40 |
실시예
18 및
비교예
G([표 7])
실시예 1 내지 4의 일반 절차는 분말 수지에 상기 충진제의 장약이 중량비 75%인 것을 제외하고는 반복되었다. 실시예 18에서, 둥근 모서리로 특징되는 충진제가 사용되었다. 비교예 G에서, 박편 충진제가 사용되었다. 이렇게 생성된 페이스트들이 이전과 같이 시험되었으며, 그 결과는 하기 표에 정리되어 있다.
| Al2O3/BN/ZnO 25/55/20 |
Al2O3/BN/AlN 25/55/20 |
|
| % 다공도 | 13.6 | 17.3 |
| k (W/mK) | 4.44 | 3.27 |
앞선 명세서에서, 본 발명의 특이적인 실시예들이 기재되었다. 그러나, 당업자는 하기 청구범위에서 설명된 바와 같이 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 수정 및 변경이 있을 수 있음을 알 것이다. 따라서, 상기 명세서 및 도면은 제한적 의미라기보다는 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 그러한 모든 수정은 본 발명의 범위 내에 포함되어야 할 목적을 가진다. 임의의 이익, 장점 또는 해결책이 발생하거나 더 표명될 수 있도록 할 수 있는 이익, 장점, 문제에 대한 해결책 및 임의의 요소(들)은 임의의 또는 모든 청구항의 중요, 필수 또는 핵심 특징 또는 요소로 해석되어서는 안 될 것이다. 본 발명은 본 출원의 계류 중에 이루어진 임의의 증보 및 공개된 청구항의 모든 균등물들을 포함하여 첨부된 청구항들에 의해서만 정의된다.
Claims (28)
- 열 계면 재료에 있어서,
정합성(conformable)인 제 1 유형의 열전도성 입자(상기 제 1 유형의 열전도성 입자 각각은 더 작은 판상 입자들의 자가-응집성(self-cohesive) 덩어리 그 자체임);
제 2 유형의 열전도성 입자;
수지 입자들; 및
휘발성 액체(상기 휘발성 액체 및 상기 수지 입자들은 20% 미만으로 서로 용해가능함)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 1 항에 있어서,
상기 수지 입자들은 열가소성 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 2 항에 있어서,
상기 수지 입자들은 열경화성 입자들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 1 항에 있어서,
상기 수지 입자들은 열경화성 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 유형의 열전도성 입자는 질화붕소를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 유형의 열전도성 입자는 구상(spheroidal)인 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 2 유형의 열전도성 입자는 질화알루미늄인 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 5 항에 있어서,
상기 질화붕소 입자들은 상기 제 2 유형의 열전도성 입자들의 평균 크기의 적어도 5 배인 평균 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 8 항에 있어서,
상기 열전도성 입자들 및 상기 수지 입자들의 총 질량의 백분율로서 상기 열전도성 입자들의 질량은 적어도 75%인 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 2 유형의 열전도성 입자는 알루미나인 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 10 항에 있어서,
상기 질화붕소는 단분산되고 상기 질화붕소 및 알루미나의 총 질량의 질량비 적어도 50%를 포함하며, 상기 질화붕소 입자들의 평균 크기는 상기 알루미나의 평균 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 10 항에 있어서,
산화아연으로 필수적으로 이루어진 제 3 유형의 열전도성 입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 2 유형의 열전도성 입자는 구상인 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 10 항에 있어서,
소결 조제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 14 항에 있어서,
상기 소결 조제는 금속 알콕사이드류, 저융점 염류 및 유기 무기 혼성 복합체들로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 11 항에 있어서,
상기 수지 입자들은 폴리에스테르, 코폴리에스테르(copolyester), 폴리아미드, 코폴리아미드(copolyamide), 폴리우레탄, 폴리부틸렌 테라프탈레이트(polybutylene teraphthalate), 폴리올레핀, 아크릴릭(acrylic), 실리콘 및 액체 결정질 중합체류로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 열 계면 재료에 있어서,
정합성인 제 1 유형의 열전도성 입자(상기 제 1 유형의 열전도성 입자 각각은 더 작은 판상 입자들의 자가-응집성 덩어리 그 자체임);
제 2 유형의 열전도성 입자; 및
액체 에폭시 결합제를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 17 항에 있어서,
상기 제 1 유형의 열전도성 입자는 질화붕소를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 18 항에 있어서,
상기 제 1 유형의 열전도성 입자는 구상인 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 18 항에 있어서,
상기 제 2 유형의 열전도성 입자는 질화알루미늄인 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 18 항에 있어서,
상기 질화붕소 입자들은 상기 제 2 유형의 열전도성 입자들의 평균 크기의 적어도 5 배인 평균 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 18 항에 있어서,
상기 제 2 유형의 열전도성 입자는 알루미나인 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 10 항에 있어서,
상기 질화붕소는 단분산되고 상기 질화붕소 및 알루미나의 총 질량의 질량비 적어도 50%를 포함하며, 상기 질화붕소 입자들의 평균 크기는 상기 알루미나의 평균 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 22 항에 있어서,
산화아연으로 필수적으로 이루어진 제 3 유형의 열전도성 입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 22 항에 있어서,
상기 제 2 유형의 열전도성 입자는 구상인 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 22 항에 있어서,
소결 조제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 25 항에 있어서,
상기 소결 조제는 금속 알콕사이드류, 저융점 염류 및 유기 무기 혼성 복합체들로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 계면 재료. - 제 23 항에 있어서,
상기 수지 입자들은 폴리에스테르, 코폴리에스테르, 폴리아미드, 코폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리부틸렌 테라프탈레이트, 폴리올레핀, 아크릴릭, 실리콘 및 액체 결정질 중합체류로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 계면 재료.
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