TW200523348A - Thermal interface material - Google Patents

Description

200523348 五、發明說明 A7 B7

[發明所屬之技術領域] 本發明係關於-種熱導性材料，其係將熱從產轨的電 子裝置轉送至吸收以及發散此轉移熱之冷槽。、 [先前技術] 5 發明背景 10 15 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 20 25 ....... Tf予裝置，一般在操 期間會產生顯著含量的熱。為了冷卻半導體，—般是以 =方式在裝置内置放冷槽。在❹時產生之熱是從半 導體轉移至冷槽’在冷槽中以無害的方式散熱。為了極 =從半導體至冷槽之熱傳遞，於是彻熱導性熱介面 材枓。理想的熱介面材料可提供冷槽與半導體間之緊密 f觸介以協助熱傳遞。通常利用，軟膏形熱導性材料(例 或類薄片的熱導性材料(例如辦膠)作為熱 目前類軟膏以及類薄片的熱導性材料之缺點是造成使 障礙。例如，—些類軟t材料供應低熱抗性，彼 用純體或者半固態，因此需要控制製程以最 用途。除了增強製造期間之控制外，操作類軟膏 用現存材料之困難，包含重新施用軟 料之再，。統二=3 較高的熱抗心因1之：有相較於軟膏-般有 之熱介面材料，亦提供 [發明内容] 製 200523348 A7 B7 五、發明說明 本發明概要 本發明提供產熱、内含半導體的裝置乍為熱介面材 料之組成物。此組成物包含混合之腈橡膠以及綾基_終止 的丁二烯、羧基-終止的丁二烯腈或其混合物，以及熱導 5 性顆粒。 … 本發明之另一特色提供内含產熱的元件、冷槽以及依 據上述描述之熱介面材料的電子裝置。 [實施方式] 較佳具體實施例的詳細說明 10 本發明之熱介面材料可用於實際上任何的產熱元件以 進行散熱。特定言之，此熱介面材料是用於從半導體器 件内的產熱元件之輔助散熱。在該裝置中，熱介面材料 I 在產熱的元件與冷槽之間形成薄層以及將熱移轉至冷槽 散熱。 15 此熱介面材料包含腈橡膠以及羧基-終止的丁二稀橡 膠（nCTB”）、羧基-終止的丁二烯腈橡膠（"CTBN”)之混合 物，或CTB以及CTBN、熱導性粒子以及增加熱運送過 橡膠調配物之其它添加劑之混合物。取決於組成物它可 經由熱溶化擠壓令人滿意的形成薄膜。較佳之材料是摻 20 合物，該橡膠成份保持其高顆粒負荷之撓曲性在以及在 加速的壓力測試下保留它的材料性質。 該組成物之橡膠成份不是作為橡膠常用之衝擊修改 劑’而是作為形成薄膜的組成物。此橡膠能和極性化學 物相容共存以及對反應基質和填充劑有良好的親和性。 25在統傳的橡膠組成物中，橡膠聚合物可經過氧化物或硫 -4- 200523348 A7 B7 五、發明說明（3) 化劑硫化。在此描述之組成物中，橡膠是不硬化以及適 當選擇的基本聚合物具有形成薄膜以及溼化之性質。 腈橡膠對組成物提供高分子量形成薄膜的成分。腈橡 膠提供組成物良好操作以及撓曲性的有利性質。腈橡膠 5以及CTBN有相似的化學性質，然而腈橡膠之羧基官能 基是沿著分子主鏈併入，而CTBN之羧基官能基是位置 分子之端點。二者間之差異產生不同之反應動力學，腈 橡膠提供組成物優越的強度。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 CTB成分是液體修飾劑以及是組成物之低黏度成 10 分。TDS 指出之 Brookfield 黏度是 60,000 cps @ 27°c。 例如，Nipoll072x28材料是經Mooney黏度定義，數值介 於35以及55之間，而1072CG具有之Mooney黏度介 於 22 以及 35 之間（ASTMD1646，100°C，ML(l+4))。若 此熱介面材料是熱塑性塑膠，則液體修飾劑之流動是良 15 好效能的關鍵。混合物之低黏度成分在材料加熱及/或加 壓下提供良好的表面溼化性質。當低黏度成分在加熱及/ 或加壓下保守一致時，則此熱介面材料之效能相似於相 變材料。較佳者，低黏度成分將允許熱介面材料向具有 相似於液體之溼化能力。然而，不同於相變或液體材 20 料，熱介面材料保留它物理的本質直到較高的使用溫度 為止。 CTBN成分是高黏度成分，允許薄膜的形成在’而低 黏度CTB之修飾劑由於它的低黏度所以不是薄膜形成的 樹脂。由於其化學性質類似，當使用CTB混合物，CTB 25 與CTBN間之相容性是非常良好。取決於分子量以及丙 本紙張尺度適用t國國家標準(CNS)A4規格（210x297公釐） 200523348 A7 --B7 五、發明說明（4) 烯腈含量，市售之CTBN是液體或者半固體形式。 问低黏度橡膠之組合將產生在室溫下具有充分完整性 之固體材料以及低黏度性質之材料。因此，產生的材料 將適用作為膠帶或者薄膜以及將提供良好的表面溼化 5性。該材料是能以高表面能溼化底物，例如金屬，以及 以低表面能溼化底物，例如塑膠。進一步的，由於二種 橡膠之組合，產生的材料是可再次加工的以及在施用後 可容易地自基質移除，而不必使用溶劑或加熱。當相較 於其它低熱抗性之熱介面材料，此性質是獨一無二的。 10本發明之熱介面材料亦是獨一無二的，彼可提供薄膜和 低熱抗性。相反的，油脂熱介面材料提供低熱抗性，但 需要分發或絲網印刷/孔版印刷。本發明之熱介面材料進 一步的利益是可再次加工的而不須加熱或溶劑，如此允 許在任何位置再次加工。一般，使用此材料需要外部的 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 15 支持物’例如夾具。最後，本發明熱介面材料之薄膜形 式將不會流向任何施用基質時不希望流向的區域。此 外，可施用壓力敏感性粘合劑至薄膜以在施用時提供足 夠的黏性固定薄膜。視需要，此材料亦可為軟膏的形 式。 2〇 熱介面材料可用許多的習知的材料為硬化，包括過氧 化物以及胺類。硬化之方法包含壓力硬化以及高壓爸硬 化。廣泛的硬化條件是取決於硬化施用的時間、溫度以 及壓力。其它影響硬化行程之成份是聚合物混合物、硬 化系統、酸接受體、填充劑系統以及部份構型。 25 除了橡膠混合物之外，熱介面材料進一步的包含熱導 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） 200523348 A7 B7 五、發明說明（5) 10 15 粒 性粒子。此類顆粒可為導性或非導性顆粒。軾德之材料 包含約20至約95 wt °/。之導性顆粒以及最佳|介於約50 至約95 wt %之導性顆粒。 導性顆粒可包含任何適當的熱導性材料，包栝：銀、 金、鎳、銅、金屬氧化物、氮化爛、氧化銘、麟氧化 物、氧化鋅、鋁、鋁氧化物、氮化鋁、銀-塗詹的有機粒 子、銀塗層的鎳、銀塗層的鋼、銀塗層的鋁、#塗層的 玻璃、銀薄片、碳黑、石墨、氮化硼塗層的賴雜及以上 之混合物。較佳之導性顆粒是氮化硼。 本發明之熱介面材料較佳者包含約1〇_85雜積％之腈 橡膠、約2至約80體積％之CTB及/或約2奚約80體積 %之CTBN。本發明之熱介面材料最佳者包含約25-50體 積％之腈橡膠、約5-30體積％之CTB及/或約5-30體積 %之CTBN。較佳之材料包含2〇至約95重量％之導性顆 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 25 除了導性顆粒外，調配物内可包括提供所要求性質的 添加劑。添加劑提供之最有利的性質是改良操作性。特 定言之，在室溫下是固體之材料，例如··酚甲醛、酚樹 脂、蠟、環氧基、熱塑性塑膠以及丙烯酸類可有利的提 供改良操作性。各式各樣不同的添加劑可包括··表面活 f生劑界面活性劑、稀釋劑、溼化劑、抗氧化劑、觸變 劑、補強材料、矽烷官能的全氟醚、磷酸鹽官能的全氟 醚、矽烷、鈦酸鹽、蠟、酚甲醛、環氧基以及其它提供 表面親和性與聚合物相容性之低分子量聚合物。 本發明是經下列非限制的實施例進一步的說明： 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規袼（210x297公釐） 200523348

五、發明說明（6) 調製六種熱介面材料以及對照組材料，如表 -接 5 ^器置於空氣驅動之混合器下將材料混合^分鐘將= 20 者’將材料去除氣體以及以5ft/分鐘之速度塗到_處 理的載體基紅。塗㈣料之後，薄 分鐘去除溶劑。 Γ把原 10表1熱介斤調配物 調配物 A B C D E 腈橡膠1 9.0 8.2 6.3 4.5 6.3 CTB2 2.7 4.5 CTBN3 2.7 S104 0.2 F105 0.6 Ag 91.0 91.0 91.0 91.0 91.0 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 腈橡膠：Nipol 1072CG，購自 Zeon Chemical 2 CTB : Hycar 2000x162，羧基·終止的丁二烯聚合物購 自 Noveon 15 3 CTBN : Hycar 1300x13，羧基-終止的丁二烯丙烯腈共 聚物構自Noveon 4 S10 :矽烷官能基的全氟醚購自Ausimont 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） 200523348 Δ7 A / ____ B7 五、發明說明（7) 5F10··磷酸鹽官能基的全氟醚購自Ausim〇nt 表1之調配物是經由恆定狀態熱分析測試以及測試之 結果示於表2。 5 10 調配物 A B C D E 厚度，mil 3.6 4.1 3.5 3.6 —--—-- 3.8 抗性，mm2K/W 第一次 28 24 22 28 ---—-_ 27 第二次 26 24 21 26 26 再次加工 良好 良好 良好 良好 良好 實施例2 :改良熱介面材料之薄膜操作性質，可使用增 強有機添加劑。表3闡明許多展現改良操作以及絕佳^ 熱效此之调配物的實施例。將描述於表3之材料以實施 例1相同之步驟塗覆。 4 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 表3熱介面調配物

本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210x297公釐) ' ------- 200523348 Α7 Β7 —---- 3.0 1.4 67.0 67.0 67.0 67.0 67.0 85.0 5 五、發明說明（0 1001 F4 ΒΝ5 67.0 氧化鋁 1 腈橡膠：Nipol 1072，購自 Ze〇n Chemical SP25 ·齡甲駿’構自 Schenectady International 7006 ·氟聯結壤，購自Ausimont 4l001F:固態環氧樹脂購自 Resolution Performance BN ·氮化硼填充劑，購自cari)〇nmdum 表3之调配物是經由雷射快速方法測試以及測試結果 展示於表4。 10 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 表4熱介面調^果 調配物 —*—Γ" F C 厚度，mil 4.5 3 抗性， mm2K/W _ —-----^. 15 2 再次加工 ---- 良好^ 操作 尚可Θ Η I J Κ ----π L 4.5 4.5 4.5 10 -—— 4.5 27 30 34 27 ——-43 良好 良好 良好 良好 ~~—— 良好 良好 良好 良好 良好 ----— 良好 -10- —--—1 度 尺 張 紙 本 適用中國國家標準(_Α4^^；2 _ A7 B7 200523348 五、發明說明（9 ) 如展示於表4,内含固態添加劑之調配物可改良操作 性質。 對熟悉此技藝的專業人士而言，本發明有許多修飾以 及變異而不脫離本發明之精髓以及範圍。在此描述之特 5 定具體實施例是僅作範例，以及本發明僅受附加的申請 專利範圍限制，連同相當者均屬於申請專利範圍之範 圍0 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 200523348 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種從熱產生元件轉移熱至冷槽的熱導性組成物，包 含：腈橡膠、熱導性粒子以及一種或多種之羧基-終止的 丁二烯、羧基-終止的丁二烯腈及以上之混合物。 5 2·如申凊專利範圍第1項之組成物，其中經由熱熔化擠 壓形成組成物。 3·如申請專利範圍第1項之組成物，其中組成物包含約 5體積％至約30體積％之羧基'終止的丁二烯。 10 4. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中組成物包含約 5體積％至約30體積％之羧基-終止的丁二烯腈。 5. 如申请專利範圍第1項之組成物，其中組成物包含約 15 20體積A至約85體積％之腈橡膠。 6. 如申請專利範圍第7項之組成物，其中組成物包含約 25體積％至約50體積％之腈橡膠。 20 7 ·如申请專利範圍第1項之組成物，其中導性顆粒包 含：銀、金、鎳、鋼、金屬氧化物、氮化硼、氧化鋁、 鎂氧化物、氧化鋅 '鋁、鋁氧化物、氮化鋁、銀^塗層的 有機粒子、銀塗層的鎳、銀塗層的銅、銀塗層的鋁、銀 塗層的玻璃、銀薄片、碳黑、石墨、氮化硼塗層的顆粒 25 及以上之混合物。 -12 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） tf 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 200523348 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 8.如申請專利範圍第9項之組成物，其中熱導性組成物包含 約20 wt %至約95 wt %之導性顆粒。 5 9.如申請專利範圍第1項之組成物，其中進一步的包含一種 或多種添加劑。 10. 如申請專利範圍第9項之組成物，其中添加劑係選自：表 _ 面活性劑、抗氧化劑、界面活性劑、稀釋劑、渔化劑、觸變 韓 10 劑、補強材料、矽烷官能的全氟醚、磷酸鹽官能的全氟醚、 矽烷、鈦酸鹽、蠟、酚曱醛、環氧基、丙烯酸基、提供表面 親和性與聚合物相容性之低分子量聚合物，及其混合物。 訂 11. 如申請專利範圍第1項之組成物，.其中組成物是軟膏、支 15 撐或獨立薄膜的形式。 12. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中進一步的包含壓力 敏感性枯合劑。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 13. —種電子裝置，包含產熱的元件，冷槽以及如申請專利 範圍第1項之熱介面材料。 -13 -本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） 200523348

   (二）、本代表圖之元件代表符號簡單說明： 無