TW201425563A - 複合物、包含該複合物之熱界面材料及其製法與用途 - Google Patents

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Nick Evan Shephard
Dorab Edul Bhagwagar
Shengqing Xu
Zuchen Lin
G M Fazley Elahee
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Dow Corning
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Abstract

本發明係關於一種複合物，其包括導熱金屬基質及分散於其中之聚矽氧顆粒。該複合物可用於在一電子裝置中形成一熱界面材料。該複合物可用於TIM1應用與TIM2應用。

Description

複合物、包含該複合物之熱界面材料及其製法與用途
本申請案主張2007年9月11日申請之美國臨時申請案第60/971,297號之權利。美國臨時申請案第60/971,297號以引用的方式併入本文中。
諸如半導體、電晶體、積體電路(IC)、分立裝置、發光二極體(LED)及在此項技術中已知之其他組件之發熱電子組件經設計以在正常運轉溫度下或在正常運轉溫度範圍(正常運轉溫度)內運轉。然而，若在運轉期間未充分移除熱，則電子組件將在顯著高於其正常運轉溫度之溫度下運轉。過高之溫度可不利地影響電子組件之效能及與之相關之電子裝置的運轉且負面地影響平均故障時間(mean time between failure)。
為避免此等問題，熱可藉由使其自電子組件傳導至散熱片來移除。隨後可藉由諸如對流或輻射技術之任何適宜方法冷卻散熱片。在熱傳導期間，可藉由在電子組件與散熱片之間之表面接觸或藉由電子組件及散熱片與熱界面材料(TIM)之接觸將熱自電子組件轉移至散熱片。介質之熱阻抗越低，熱自電子組件向散熱片之流動越顯著。
電子組件及散熱片之表面通常並非完全光滑的，因此，難以達 成表面之間之完全接觸。作為不良熱導體之氣隙出現於表面之間且增加阻抗。可藉由在表面之間插入TIM來填充此等空隙。
一些市售之TIM具有聚合物或彈性體之基質及分散於其中之導熱填充劑。然而，彈性體基質遭受使其可能難於以非固化狀態應用及若在應用之前固化則其不能與表面完全黏著或嚙合之缺點。聚合物基質遭受在應用之後其可流出空隙之缺點。由於隨著電子裝置變得越來越小，電子組件在較小區域產熱更多或由於隨著開發出以碳化矽(SiC)為主之電子裝置，SiC電子組件具有比上文所論述之電子組件高之正常運轉溫度，所以此等TIM亦可遭受缺乏足夠熱傳導性之缺點。
亦已提議將焊料材料作為TIM。然而，熔點低於正常運轉溫度之焊料可遭受需要用彈性體或障礙封裝以防止焊料在應用之後流出空隙之缺點。熔融溫度高於正常運轉溫度之焊料材料通常以顯著厚於習知TIM之厚度應用。由於較多之焊料材料用於形成較厚之黏合層，因此造成成本增加之缺點。對於一些TIM應用，含有諸如氧化鋁、氧化鋅及石墨之低熱膨脹係數(CTE)材料之焊料材料可缺乏足夠之延性或熱傳導性或兩者。此等TIM亦可由於原料成本而相當昂貴。
一種複合物包含導熱金屬及聚矽氧顆粒。
100‧‧‧熱界面材料/TIM
101‧‧‧基板
102‧‧‧複合物
103‧‧‧釋放襯墊
200‧‧‧電子裝置
201‧‧‧IC晶片/電子組件
202‧‧‧基板
203‧‧‧晶粒黏著層
204‧‧‧間隔物
205‧‧‧焊球
206‧‧‧襯墊
207‧‧‧熱界面材料1/TIM1
208‧‧‧金屬覆蓋層
209‧‧‧散熱片
210‧‧‧熱界面材料2/TIM2
211‧‧‧熱路徑
300‧‧‧熱界面材料/TIM
301‧‧‧導熱金屬
302‧‧‧複合物
圖1為熱界面材料之橫截面。
圖2為電子裝置之橫截面。
圖3為替代熱界面材料之橫截面。
圖4為作為粒徑之函數之熱阻抗的曲線圖。
一種複合物包含a)導熱金屬及b)在該導熱金屬中之聚矽氧顆粒。或者，一種層狀結構可包含： I)複合物，其包含a)導熱金屬；及b)在該導熱金屬中之聚矽氧顆粒；及II)在該複合物表面上之導熱材料。
導熱材料II)可為第二導熱金屬或導熱化合物，諸如導熱油脂。第二導熱金屬II)可具有低於導熱金屬a)熔點之熔點。或者，導熱材料II)可為導熱化合物。
或者，複合物I)可形成具有第一相對表面及第二相對表面之薄膜。該薄膜可在第一相對表面上具有II)導熱材料。該薄膜可視情況進一步在第二相對表面上包含III)第二導熱材料。導熱材料II)與III)可相同或不同。舉例而言，導熱材料II)與III)可為導熱金屬或導熱化合物，諸如導熱油脂。
上文所述之複合物、層狀結構及在其相對表面上具有第一導熱材料及第二導熱材料之薄膜各自適用作電子裝置中之TIM。複合物、層狀結構及薄膜均適用於TIM1應用與TIM2應用。或者，複合物、層狀結構及薄膜可用於TIM1應用。包含上文所述之複合物而在複合物表面上無另外導熱材料層之TIM適用於商業TIM應用。或者，在一側上具有第一導熱金屬層(且視情況在另一側上具有第二導熱金屬層)之複合物可用於各種電子裝置中之商業TIM應用。或者，複合物可具有作為導熱材料之導熱化合物。合適之導熱化合物可購自Midland,Michigan USA之Dow Corning Corporation，諸如Dow Corning® SC 102及Dow Corning®導熱化合物，諸如CN-8878、TC-5020、TC-5021、TC-5022、TC-5025、TC-5026、TC-5121、TC-5600及TC-5688。導熱化合物可為包含不可固化聚二有機矽氧烷及導熱填充劑之導熱油脂。當諸如導熱油脂之導熱化合物在複合物表面上時，其可適用於測試積體電路晶片之測試媒劑應用。
基質
導熱金屬在此項技術中已知且為市售的。導熱金屬可為如下金屬，諸如銀(Ag)、鉍(Bi)、鎵(Ga)、銦(In)、錫(Sn)、鉛(Pb)或其合金；或者，導熱金屬可包含In、Sn、Bi、Ag或其合金。Ag、Bi、Ga、In或Sn之合金可進一步包含鋁(Al)、金(Au)、鎘(Cd)、銅(Cu)、鎳(Ni)、銻(Sb)、鋅(Zn)或其組合。合適合金之實例包括Sn-Ag合金、In-Ag合金、In-Bi合金、Sn-Pb合金、Bi-Sn合金、Ga-In-Sn合金、In-Bi-Sn合金、Sn-In-Zn合金、Sn-In-Ag合金、Sn-Ag-Bi合金、Sn-Bi-Cu-Ag合金、Sn-Ag-Cu-Sb合金、Sn-Ag-Cu合金、Sn-Ag合金、Sn-Ag-Cu-Zn合金及其組合。合適合金之實例包括Bi95Sn5、Ga95In5、In97Ag3、In53Sn47、In52Sn48(可以In 52購自Cranston,Rhode Island,USA之AIM)、Bi58Sn42(可以Bi 58購自AIM)、In66.3Bi33.7、In95Bi5、In60Sn40(可購自AIM)、Sn85Pb15、Sn42Bi58、Bi14Pb43Sn43(可以Bi 14購自AIM)、Bi52Pb30Sn18、In51Bi32.5Sn16.5、Sn42Bi57Ag1、SnAg2.5Cu.8Sb.5(可以CASTIN®購自AIM)、SnAg3.0Cu0.5(可以SAC305購自AIM)、Sn42Bi58(可購自AIM)、In80Pb15Ag4(可以In 80購自AIM)、SnAg3.8Cu0.5(可以SAC387購自AIM)、SnAg4.0Cu0.5(可以SAC405購自AIM)、Sn95Ag5、SN 100C(可購自AIM)、Sn99.3Cu0.7、Sn97Sb3、Sn36Bi52Zn12、Sn17Bi57Zn26、Bi50Pb27Sn10Cd13及Bi49Zn21Pb18Sn12。或者，合金可為上文所述之不含鉛之任何合金。不含鉛意謂合金含有少於0.01重量%之Pb。或者，合金可為上文所述之包含銦之任何合金。或者，合金可為上文所述之不含銦之任何合金。不含銦意謂合金含有少於0.01重量%之In。或者，合金可為具有寬廣熔點範圍之非共熔合金。
導熱金屬之確切熔點可藉由此項技術中之一般技術者視包括複合物最終用途之各種因素來選擇。舉例而言，當複合物用於TIM應用 時，導熱金屬可具有高於其中將使用TIM之電子裝置的正常運轉溫度之熔點。而且，複合物可具有低於其中將使用TIM之電子裝置的製造溫度之熔點。舉例而言，複合物可具有高於電子裝置正常運轉溫度至少5℃之熔點。或者，當電子裝置含有諸如半導體、電晶體、IC或分立裝置之習知發熱電子組件時，導熱金屬可具有在50℃至300℃，或者60℃至250℃，又或者150℃至300℃範圍內之熔點。或者，當複合物將用於具有LED之TIM應用時，導熱金屬可具有在80℃至300℃，或者100℃至300℃範圍內之熔點。或者，當複合物將用於具有SiC發熱電子組件之TIM應用時，電子裝置之正常運轉溫度可高於使用習知發熱電子組件時之正常運轉溫度。在此TIM應用中，導熱金屬可具有在150℃至300℃，或者200℃至300℃範圍內之熔點。
當層狀結構存在且包含I)包含a)第一導熱金屬及b)在該導熱金屬中之顆粒之複合物及II)在該複合物之表面上之第二導熱金屬(第一導熱金屬與第二導熱金屬均可選自上文給出之實例)時，其限制條件為II)第二導熱金屬具有低於a)第一導熱金屬之熔點至少5℃，或者至少30℃之熔點。或者，II)第二導熱金屬之熔點可低於a)第一導熱金屬之熔點5℃至50℃。在層狀結構中，II)第二導熱金屬之熔點可高於電子裝置之正常運轉溫度並低於該裝置之製造溫度至少5℃，且a)第一導熱金屬之熔點可高於或低於電子裝置之製造溫度(或者高於其至少5℃)。
導熱金屬在複合物中之量視包括所選金屬或合金及所選聚矽氧顆粒類型之各種因素而定，然而，該量足以使導熱金屬以連續相存在於複合物中。或者，導熱金屬之量可在複合物之50體積%至99體積%，或者60體積%至90體積%，又或者55體積%至60體積%之範圍內。
聚矽氧顆粒
複合物進一步包含聚矽氧顆粒。聚矽氧顆粒可減輕機械應力。 出於此應用之目的，聚矽氧意謂具有由一種以上有機官能性SiO單元構成之主鏈之聚合物。聚矽氧顆粒可經受彈性變形或塑性變形。聚矽氧顆粒可具有低於導熱金屬彈性模數之彈性模數。聚矽氧顆粒可以在複合物之1體積%至50體積%，或者10體積%至40體積%，或者40體積%至45體積%，又或者10體積%至30體積%範圍內之量存在。
聚矽氧顆粒之形狀並非關鍵性。舉例而言，聚矽氧顆粒可為例如球形、纖維樣或其組合。或者，聚矽氧顆粒可為球形或不規則的。聚矽氧顆粒之形狀可視其製造方法而定。舉例而言，球形聚矽氧顆粒可藉由下文所述之乳化聚合製程得到。熟習此項技術者應認識到當聚矽氧顆粒為球形時，本文所述之平均粒徑表示球形聚矽氧顆粒之平均顆粒直徑。不規則形狀之聚矽氧顆粒可藉由包含低溫壓碎聚矽氧橡膠之方法來製備。聚矽氧顆粒可例如藉由下文所述之乳化聚合製程固化。或者，聚矽氧顆粒為未固化的，例如高分子量聚合物。聚矽氧顆粒可為彈性體或樹脂或其組合。或者，聚矽氧顆粒可包含顆粒之聚集塊(聚集體)。聚矽氧顆粒在複合物中可為離散的且聚矽氧顆粒可形成不連續相。
聚矽氧顆粒可具有至少15微米，或者至少50微米之平均粒徑。或者，聚矽氧顆粒可具有在15微米至150微米，或者50微米至100微米，或者15微米至70微米又或者50微米至70微米範圍內之平均粒徑。
在不希望受限於理論之情況下，認為當複合物用作TIM時，例如具有5微米或小於5微米之平均粒徑之精細顆粒可能不適合用於本發明中。精細顆粒可能具有不足以使其在TIM應用中用作間隔物之粒徑。精細顆粒可能不提供如本文所述之聚矽氧顆粒般之較高熱傳導性或較高柔度。在不希望受限於理論之情況下，認為在相同體積負載下本文所述之聚矽氧顆粒將提供優於精細顆粒之蠕變鬆弛(creep relaxation)。
此外，由於精細顆粒始終不能以與聚矽氧顆粒相同之大體積併入，因此精細顆粒相比本文所述之聚矽氧顆粒可能更難以併入金屬基質中。因為由於彈性體性質及小粒徑而使精細顆粒聚結，所以在生產精細顆粒之製程中經由過濾始終不能可靠地回收精細顆粒。此等精細顆粒生產中之回收步驟藉由例如冷凍乾燥或噴霧乾燥進行，其在表面上留下不能完全移除之不合需要的界面活性劑。
相比而言，本文中使用之聚矽氧顆粒可藉由相轉換製程來製備，且此等聚矽氧顆粒可藉由過濾回收。界面活性劑可完全移除且視情況可將不同塗層及/或表面處理劑塗覆於聚矽氧顆粒上。舉例而言，適用於本文之聚矽氧顆粒可藉由包含水性乳化聚合之相轉換製程來製備。在此製程中，提供聚矽氧連續相(油相)且向此聚矽氧連續相中添加界面活性劑與水之混合物。視情況可再添加水。在不希望受限於理論之情況下，認為可調整界面活性劑與水之比率以控制粒徑。聚矽氧連續相在鉑基金屬觸媒存在下可包含具有聚有機氫矽氧烷之烯基官能性聚有機矽氧烷。在聚合之後，可洗滌且過濾所得聚矽氧顆粒以移除界面活性劑。或者，可將熱穩定劑添加至製程中以提供具有改良熱穩定性之聚矽氧顆粒。合適熱穩定劑之實例包括金屬氧化物，諸如氧化鐵、四氧化三鐵、氫氧化鐵、氧化鈰、氫氧化鈰、氧化鑭、煙霧狀二氧化鈦或其組合。當複合物將用作用於SiC電子組件之TIM時，此為尤其適用的。當添加穩定劑時，其可以在複合物之0.5重量%至5重量%範圍內之量存在。
或者，SiH官能性聚矽氧顆粒可用於基質中。在不希望受限於理論之情況下，認為SiH官能基可改良聚矽氧顆粒在包含銦之基質中之分散。合適SiH官能性聚矽氧顆粒描述於下文第[0028]至[0031]段中。
製造聚矽氧顆粒之方法
可藉由修改例如在美國專利第4,742,142號、美國專利第 4,743,670號及美國專利第5,387,624號中所述之製程來得到製備此等聚矽氧顆粒之例示性製程。此項技術中之一般技術者可使界面活性劑與水之比率不同於美國專利第4,742,142號、美國專利第4,743,670號及美國專利第5,387,624號之揭示內容以生產他或她所要尺寸之聚矽氧顆粒。在此方法中，聚矽氧顆粒可藉由在具有一或多種在反應性聚矽氧組合物之0.1重量%至10重量%範圍內之界面活性劑的水中乳化反應性聚矽氧組合物來製造。以反應性聚矽氧組合物重量計，所用水之量可在5重量%至95重量%範圍內或者為50重量%。可以一個步驟中或以多次添加來添加水。
聚矽氧顆粒可視情況在其表面上具有金屬或金屬氧化物。該金屬可與上文所述之導熱金屬相同或不同。該金屬可包含Ag、Al、Au、Bi、鈷(Co)、Cu、In、鐵(Fe)、Ni、鈀(Pd)、鉑(Pt)、Sb、Sn、Zn或其合金。或者，在聚矽氧顆粒上之金屬可為Ag。金屬氧化物可為任何上述金屬之氧化物。金屬或金屬氧化物可藉由各種技術提供於聚矽氧顆粒表面上。舉例而言，當藉由水性乳化聚合製備聚矽氧顆粒時，在水性乳化聚合之後，可藉由濕式金屬化原位塗佈聚矽氧顆粒。或者，例如藉由過濾回收聚矽氧顆粒且隨後可藉由諸如物理氣相沈積(PVD)、化學氣相沈積(CVD)、無電極沈積、浸漬或噴霧法之方法塗佈聚矽氧顆粒。在不希望受限於理論之情況下，認為金屬或金屬氧化物對於上文所述之導熱金屬可具有親和力且在聚矽氧顆粒上之金屬或金屬氧化物可提供改良之導熱金屬對聚矽氧顆粒之濕化。認為在複合物中，在聚矽氧顆粒表面上之金屬或金屬氧化物可提供增加之熱傳導性、改良之穩定性、改良之機械特性、改良之CTE或其組合的益處。
或者，可諸如藉由製備具有樹脂狀(支鏈)或直鏈聚合結構之聚矽氧氫化物(SiH)官能性膠體及在其製備期間或之後金屬化聚矽氧顆粒來製備且視情況用金屬塗佈聚矽氧顆粒。製備此等膠體之方法包含在 陰離子界面活性劑/諸如十二烷基苯磺酸(DBSA)之酸觸媒存在下使用諸如R(SiOMe)3、R2Si(OMe)2之矽烷進行乳化聚合，其中各R為單價烴基或氟化單價烴基，諸如Me、Et、Pr、Ph、F3(CH2)2或C4F9(CH2)2(其中Me表示甲基、Et表示乙基，Pr表示丙基且Ph表示苯基)。例示性不含SiH之矽烷為MeSi(OMe)3，其導致產生膠狀T樹脂。MQ型樹脂亦可藉由乳化聚合Si(OEt)4(TEOS)及六甲基二矽氧烷或Me3SiOMe來製備。膠狀MQ樹脂之例示性起始物質為TEOS及六甲基二矽氧烷。可藉由將組合物之pH值升高至大於4來終止乳化聚合。熟習此項技術者應認識到M、D、T及Q係指下列各式之矽氧烷單元： 、、及，其中R如上文所述。
可藉由使SiH官能性矽烷或低分子量SiH官能性矽氧烷與上文所述之矽烷共聚合來引入SiH官能基。例示性SiH官能性矽烷為(MeO)2SiMeH。例示性SiH官能性矽氧烷為(Me3SiO)2SiMeH及(HMe2Si)2O。所用之SiH官能性矽烷或SiH官能性矽氧烷之量可自0.001%至100%變化。
亦可進行SiH化合物之添加以製備結構化膠狀顆粒。舉例而言，可在聚合之較後部分期間添加SiH化合物使得聚矽氧顆粒在接近顆粒外部處比顆粒內部具有更高之SiH含量。藉由改變SiH化合物之含量與添加次數，此項技術中之一般技術者應能夠製備多種負載SiH官能基之膠狀組合物。
本文所述之SiH官能性膠體可構成反應性分散液或乳液。SiH部分可在膠體處於其分散狀態時經歷反應或其可在移除水後以其聚結狀 態經歷反應。
製備金屬塗佈之聚矽氧顆粒之方法包含用金屬鹽溶液處理含SiH之聚合物乳液或膠體。SiH部分充當使某些金屬離子還原為其元素形式之還原劑。該等反應發生於室溫下且可在數小時後完成。膠體及彈性體乳液可例如用Ag、Au、Cu及Pt之鹽處理。
或者，可使用低溫壓碎製程製備聚矽氧顆粒。該等製程在此項技術中已知且描述於例如美國專利第3,232,543號、美國專利第4,383,650號及美國專利第5,588,600號中。
無論聚矽氧顆粒在其表面上是否具有金屬及/或金屬氧化物，聚矽氧顆粒均可視情況具有表面處理。舉例而言，表面處理可為表面處理劑、物理處理(例如電漿)或表面化學反應(原位聚合)。表面處理劑在此項技術中已知且為市售的。合適表面處理劑包括(但不限於)烷氧基矽烷，諸如己基三甲氧基矽烷、辛基三乙氧基矽烷、癸基三甲氧基矽烷、十二烷基三甲氧基矽烷、十四基三甲氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯基乙基三甲氧基矽烷、十八基三甲氧基矽烷、十八基三乙氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷及甲基三甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基三甲氧基矽烷及其組合；烷氧基官能性寡矽氧烷；硫醇及烷基硫醇，諸如十八基硫醇；聚硫化物，諸如硫離子基-矽烷；脂肪酸，諸如油酸、硬脂酸；及醇，諸如十四烷基醇、十六烷基醇、硬脂醯醇或其組合；官能性烷基聚矽氧烷，其中該官能基可為烷氧基矽烷基、矽氮烷基、環氧基、醯氧基、肟醯基或其組合。舉例而言，表面處理劑可為(環氧基丙氧基丙基)甲基矽氧烷/二甲基矽氧烷共聚物、在一端具有式Si(OR')3基團且在另一端具有式SiR"3基團之二甲基矽氧烷聚合物，其中各R'獨立地表示單價烴基，諸如烷基且各R"獨立地表示單價烴基，諸如烷基或烯基。或者，表面處理劑可為胺基官能性聚二甲基 矽氧烷聚合物或醣-矽氧烷聚合物。
表面處理劑之量視包括聚矽氧顆粒之類型及量之各種因素而定，然而，該量可在以聚矽氧顆粒重量計之0.1%至5%範圍內。複合物可視情況進一步包含一或多種其他添加劑。舉例而言，可添加諸如蠟之其他添加劑以改良加工。
可藉由使導熱金屬與聚矽氧顆粒經由任何適宜方法組合來製備複合物，諸如包含下列步驟之方法：1)將導熱金屬加熱至高於其熔點，及2)將聚矽氧顆粒與熔融導熱金屬混合。或者，可藉由包含下列步驟之方法製備複合物：1)混合導熱金屬顆粒與聚矽氧顆粒，及此後2)加熱步驟1)之產物以回焊導熱金屬。或者，該方法可包含1)將聚矽氧顆粒包裹於導熱金屬薄片或箔中，及此後2)回焊導熱金屬。此等方法可視情況進一步包含3)例如藉由壓縮視情況同時加熱將步驟2)之產物製造成所要之厚度。或者，可使用擠壓或輥壓將複合物製造成所要之厚度。此等方法可視情況進一步包含4)使複合物形成所要之形狀。可例如藉由將步驟2)或步驟3)之產物切割成所要之形狀(諸如TIM)來進行步驟4)。或者，可藉由模製複合物來使其形成所要之形狀。或者，方法可包含1)將聚矽氧顆粒及導熱金屬顆粒施加於基板上，及此後2)在使用或不使用焊藥之情況下回焊導熱金屬。製造期間所用之確切壓力及溫度視包括所選導熱金屬之熔點及所得複合物之所要厚度的各種因素而定，然而，溫度可在環境溫度至恰好低於導熱金屬熔點之範圍內，或者在60℃至120℃範圍內。
當複合物具有層狀結構時，該方法可進一步包含將另外導熱金屬之層壓在複合物表面上。該方法可進一步包含在擠壓期間加熱。舉例而言，在製造層狀結構期間所用之確切壓力及溫度視包括所選導熱金屬之熔點及所得層狀結構之所要厚度而定，然而，壓力可在30psi至45psi範圍內且溫度可在40℃至130℃範圍內。或者，當複合物具有 層狀結構時，該方法可進一步包含在複合物表面上展布導熱金屬化合物，諸如導熱油脂。可藉由諸如刷塗或機器人分配之任何適宜方法進行展布。
熱界面材料
上文所述之複合物、層狀結構及薄膜適用於TIM應用。當複合物用作TIM時，導熱金屬a)(其中具有聚矽氧顆粒)可具有高於電子裝置正常運轉溫度之熔點。可製造具有厚度之TIM例如作為襯墊。聚矽氧顆粒可具有在TIM厚度之10%至100%範圍內之平均粒徑。舉例而言，當平均粒徑為厚度之100%時，聚矽氧顆粒可用作TIM中之間隔物。聚矽氧顆粒之平均粒徑視包括熱界面材料之黏合層厚度及TIM在其製造期間或之後是否壓縮之各種因素而定。然而，聚矽氧顆粒可具有至少15微米之平均粒徑。或者，聚矽氧顆粒可具有在15微米至150微米，或者50微米至100微米，或者15微米至70微米，又或者50微米至70微米範圍內之平均粒徑。熟習此項技術者應認識到若在製造期間或之後壓縮TIM，則可改變粒徑。舉例而言，若藉由乳化聚合製備球形聚矽氧彈性體顆粒，則在壓縮之後顆粒形狀將改變成圓盤形且粒徑亦將改變。或者，若使用聚矽氧樹脂顆粒，則聚矽氧樹脂顆粒可充當TIM中之間隔物。
圖1展示用上文所述之複合物製造之TIM的橫截面。在圖1中，TIM 100包含一基板101及形成基板101之相對側上之上文所述複合物102之層。釋放襯墊103施加於複合物102之暴露表面上。
圖3展示如上文所述製造之替代TIM之橫截面。在圖3中，TIM 300為包含一複合物302之層狀薄膜，在該複合物之相對表面上具有導熱金屬301之第一層及第二層。導熱金屬301具有低於複合物302之導熱金屬之熔點的熔點。導熱金屬301可不含聚矽氧顆粒。"不含聚矽氧顆粒"意謂導熱金屬301不具有分散於其中之聚矽氧顆粒或具有相比複 合物302之導熱金屬少之分散於其中之聚矽氧顆粒。TIM 300可藉由任何適宜方法來製備，例如藉由將導熱金屬301壓於複合物302之相對表面上來製備。導熱金屬301可具有高於電子裝置正常運轉溫度並低於電子裝置製造溫度之熔點。
電子裝置
電子裝置可包含上文所述之TIM。該電子裝置包含：i)一第一電子組件，ii)一第二電子組件，iii)上文所述之TIM，其中該TIM插入第一電子組件與第二電子組件之間。第一電子組件可為半導體晶片且第二電子組件可為散熱片。或者，第一電子組件可為半導體晶片且第二電子組件可為散熱器(TIM1應用)。或者，第一電子組件可為散熱器且第二電子組件可為散熱片(TIM2應用)。在電子裝置中，TIM1與TIM2可為相同或不同之複合物。
電子裝置可藉由包含使上文所述之TIM與第一電子組件之第一表面接觸且將TIM加熱至高於導熱金屬熔點之溫度之方法來製造。該方法視情況可進一步包含在加熱之前使TIM與第二電子組件之第二表面接觸。導熱金屬可經選擇以具有高於電子裝置之正常運轉溫度並低於該裝置之製造溫度的熔點，從而當電子裝置運轉時使得TIM為固體。在不希望受限於理論之情況下，認為此製造方法提供在TIM與電子組件之間形成接合而在正常運轉期間TIM不流出界面之益處。為促進此接合形成，當接觸電子組件表面及加熱時可視情況使用焊藥。視情況可使電子組件之表面金屬化，例如用Au塗佈以進一步改良黏附。當裝置運轉時，熱自第一電子組件擴散至第二電子組件。
或者，上文所述電子裝置中之TIM可為包含下列材料之複合物：具有第一熔點之第一導熱金屬及在第一導熱金屬中之聚矽氧顆粒，且 其進一步包含在複合物表面上之具有第二熔點之第二導熱金屬的層，其中第一熔點大於第二熔點。或者，TIM可包含製造成具有第一相對表面及第二相對表面之薄膜的上文所述複合物，其中第一相對表面於其上具有具備第二熔點之第二導熱金屬的層，且第二相對表面於其上具有具備第三熔點之第三導熱金屬的層。
圖2展示例示性電子裝置200之橫截面。裝置200包含一經由含有間隔物204之晶粒黏著層203安裝至一基板202之電子組件(展示為IC晶片)201。基板202具有經由襯墊206附接於其上之焊球205。由上文所述複合物製成之第一熱界面材料(TIM1)207插入IC晶片201與金屬覆蓋層208之間。金屬覆蓋層208充當散熱器。由上文所述複合物製成之第二熱界面材料(TIM2)210插入金屬覆蓋層208與散熱片209之間。當裝置運轉時，熱沿由箭頭211所表示之熱路徑移動。
實例
包括此等實例以向此項技術中之一般技術者說明本發明且不應將該等實例理解為限制申請專利範圍中所闡述之本發明的範疇。根據本發明之揭示內容，熟習此項技術者應瞭解可在不偏離申請專利範圍中所闡述之本發明的精神及範疇之情況下在所揭示之特定實施例中做出許多改動且仍得到相同或相似之結果。
參考實例1-製備聚矽氧顆粒
藉由稱取50g具有107厘司(centistoke)之運動黏度、100之近似聚合度及0.083%之氫含量的甲基氫/二甲基聚矽氧烷流體置於100g最大杯中來製備用於實例8中之聚矽氧顆粒。此後稱取1.87g己二烯及兩滴對應於近似0.2g於乙烯基官能性矽氧烷中之由Pt二乙烯基四甲基二矽氧烷錯合物組成之可溶性Pt觸媒(該觸媒組合物含有0.5%元素Pt)置於該杯中。將混合物在SpeedMixer® DAC-150中旋轉10秒。添加1.3g於水中72%之十二烷基醇(20)乙氧化物(Brij® 35L)，繼而添加8.0g DI水 (初始水)。將該杯在DAC-150 SpeedMixer®中以最大速度旋轉20秒。檢查杯中內容物且觀察混合物以使其轉化為油/水(o/w)乳液。
將該杯以最大速度再旋轉20秒，之後添加10g稀釋水。將該杯以最大速度之近似1/2旋轉15秒。此後再添加15g稀釋水且以最大速度之1/2旋轉15秒。進行水之最後添加使得已添加稀釋水之總量為35g。將該杯置於50℃烘箱中歷時2小時。使該杯冷卻且使用Malvern Mastersizer® S測定所得聚矽氧橡膠分散液之粒徑。藉由使用裝備有標準實驗室濾紙之布赫納(Buchner)漏斗過濾獲得顆粒。在過濾期間，再使用100ml DI水洗滌所得之由聚矽氧橡膠顆粒組成之濾餅。自布赫納漏斗移出濾餅且將其置於玻璃烤碟中且使其在環境實驗室條件下空氣乾燥隔夜(~20小時)，繼而在50℃烘箱中再乾燥2小時。用一張紙將乾燥之顆粒轉移至用於儲存之玻璃瓶中。自光散射儀器得到之粒徑結果如下：Dv50=15微米；Dv90=25微米。
參考實例2-製備聚矽氧橡膠顆粒
藉由下列方法製備用於實例7之顆粒。根據參考實例1之方法製備球形聚矽氧橡膠顆粒之分散液。替代過濾，將分散液倒入玻璃烤碟中且使其在環境實驗室條件下蒸發隔夜(22小時)。用刮勺及裝備有螺帽之倒置小廣口玻璃瓶破碎所得塊狀物。將聚矽氧顆粒在50℃烘箱中進一步乾燥2小時。將聚矽氧顆粒轉移至用於儲存之玻璃瓶中。此等顆粒由含有界面活性劑(Brij® 35L)之聚矽氧橡膠顆粒組成。
參考實例3-製備Ag處理之顆粒
藉由下列方法製備用於實例2之聚矽氧顆粒。稱取50g具有135厘司之運動黏度、120之近似聚合度及0.114%之氫含量的甲基氫/二甲基聚矽氧烷流體置於100g最大杯中。此後稱取1.87g己二烯及兩滴對應於近似0.2g於乙烯基矽氧烷中之主要由Pt二乙烯基四甲基二矽氧烷錯合物組成之可溶性Pt觸媒(觸媒組合物中有0.5%元素Pt)。將混合物在 SpeedMixer® DAC-150中旋轉10秒。添加0.82g於水中60%之第二烷基磺酸鹽界面活性劑(Hostapur® SAS 60)，繼而添加6.0g DI水(初始水)。將該杯在DAC-150 SpeedMixer®中以最大速度旋轉20秒。檢查該杯之內容物且觀察混合物以使其轉化為o/w乳液。
將該杯以最大速度再旋轉20秒，繼而添加10g稀釋水。將該杯以最大速度之近似1/2旋轉15秒。此後再添加15g稀釋水且以最大速度之1/2旋轉15秒。進行水之最後添加使得已添加稀釋水之總量為35g。將杯之內容物轉移至250ml瓶中且將帶帽瓶置於50℃烘箱歷時2小時。將瓶冷卻至室溫且使用Malvern Mastersizer® S測定所得聚矽氧橡膠分散液之粒徑。將10g 3重量%之AgNO3水溶液添加至瓶中所含之乳液中且用手將瓶搖動數分鐘。使該瓶在環境實驗室溫度下保持靜止近似24小時。
乳液顏色自乳白色轉變為極深之黑褐色。藉由使用真空濾瓶及裝備有普通實驗室濾紙之布赫納漏斗過濾得到經處理之聚矽氧彈性體顆粒。用DI水洗滌濾餅且使其在環境溫度下乾燥48小時。藉由用倒置之2盎司廣口瓶輕輕地壓碎聚結物來破碎乾燥之產物。顆粒之顏色為淺褐色。藉由X射線螢光確定Ag之存在且發現其為0.1重量%。在乾燥之前藉由光散射測定之水性乳液之平均粒徑為30微米。
實例1-聚矽氧橡膠顆粒
藉由在作為觸媒之鉑存在下自聚(乙烯基矽氧烷)及聚(氫矽氧烷)水性乳化聚合製備聚矽氧顆粒。平均顆粒直徑為50微米(D90直徑為85微米)。將26.5體積%之量之此等聚矽氧顆粒與In51Bi32.5Sn16.5(熔點60℃)混合。將混合物加熱至70℃且用力攪拌5分鐘。在冷卻至室溫後，在60℃下將所得到之混合物壓縮成薄膜。將薄膜切割成較小尺寸之塊用於導熱量測，其可根據針對導熱電絕緣材料之熱傳輸特性之ASTM D5470標準測試方法藉由防刻熱板法來進行。在36.2psi之負載 壓力下具有0.185mm厚度之薄膜具有0.252℃．cm2/W之熱阻抗及7.373W/mK之視熱傳導率(apparent thermal conductivity)。視熱傳導率意謂厚度除以熱阻抗，對於單位差異進行校正。
實例2-銀塗佈之聚矽氧橡膠顆粒
如參考實例3中所述製備聚矽氧顆粒。平均顆粒直徑為25微米(D90直徑為45微米)且銀係以用聚矽氧顆粒之重量計之0.18%的量存在。將20.6體積%之量之此等聚矽氧顆粒與7.4體積%(環氧基丙氧基丙基)甲基矽氧烷/二甲基矽氧烷共聚物(其可以EMS-622自Morristown,PA,USA之Gelest,Inc.購得)一起作為表面處理劑與In51Bi32.5Sn16.5混合。將混合物加熱至70℃且用力攪拌2分鐘。冷卻至室溫後，在60℃下將所得到之混合物壓縮成薄膜。將薄膜切割成較小尺寸之塊用於導熱量測。在36.2psi負載壓力下一具有0.087mm厚度之薄膜具有0.188℃．cm2/W之熱阻抗及4.413W/mK之視熱傳導率。
比較實例3-無顆粒
在60℃下將In51Bi32.5Sn16.5壓縮成薄膜。將薄膜切割成較小尺寸之塊用於導熱量測。在36.2psi之負載壓力下具有0.185mm之薄膜厚度之薄膜具有1.932℃．cm2/W的熱阻抗且具有0.087mm之薄膜厚度之薄膜具有0.499℃．cm2/W的熱阻抗。厚度為0.185mm之薄膜之視熱傳導率為0.958W/mK且厚度為0.087mm之薄膜具有1.743W/mK之熱傳導率。
實例4-氧化鋁顆粒
將22.8%體積分率之氧化鋁粉末與In51Bi32.5Sn16.5混合。將混合物加熱至70℃且用力攪拌2分鐘。冷卻至室溫後，在60℃下將所得到之混合物壓縮成薄膜。將薄膜切割成較小尺寸之塊用於導熱量測。在36.2psi之負載壓力下具有0.182mm厚度之薄膜具有0.951℃．cm2/W之熱阻抗及1.892W/mK之視熱傳導率。本發明者令人驚奇地發現使用 實例1中未塗佈之聚矽氧橡膠顆粒產生相比該含氧化鋁顆粒之TIM具有更低熱阻抗及更高熱傳導率之TIM。
實例5-具有5微米之平均直徑之精細聚矽氧橡膠顆粒
將27.7體積%之量之具有5.15微米之平均顆粒直徑及1.40之多分散指數(PDI)的聚矽氧橡膠顆粒(DOW CORNING® 9506)與In51Bi32.5Sn16.5混合。將混合物加熱至70℃且用力攪拌2分鐘。冷卻至室溫後，在60℃下將所得到之混合物壓縮成薄膜。將薄膜切割成較小尺寸之塊用於熱傳導率量測。在36.2psi之負載壓力下一具有0.185mm厚度之薄膜具有0.454℃．cm2/W之熱阻抗及4.065W/mK之視熱傳導率。
實例6-具有2微米之平均直徑之精細聚矽氧橡膠顆粒
將23.4體積%之量之具有1.39微米之平均顆粒直徑及1.14之多分散指數(PDI)的聚矽氧橡膠顆粒(DOW CORNING® EP-2100)與In51Bi32.5Sn16.5混合。將混合物加熱至70℃且用力攪拌2分鐘。冷卻至室溫後，在60℃下將所得到之混合物壓縮成薄膜。將薄膜切割成較小尺寸之塊用於熱傳導率量測。在36.2psi之負載壓力下一具有0.184mm厚度之薄膜具有1.095℃．cm2/W之熱阻抗及1.677W/mK之視熱傳導率。
實例7-具有16微米之平均直徑及界面活性劑之聚矽氧橡膠顆粒
如參考實例2中所述來製備聚矽氧顆粒。平均顆粒直徑及PDI分別為16.7微米與1.28。將28.7體積%之量之此等聚矽氧顆粒與In51Bi32.5Sn16.5(熔點60℃)混合。將混合物加熱至70℃且用力攪拌5分鐘。冷卻至室溫後，在60℃下將所得到之混合物壓縮成薄膜。在36.2psi之負載壓力下具有0.145mm厚度之薄膜具有0.471℃．cm2/W之熱阻抗及3.081W/mK之視熱傳導率。
實例8-具有15微米之平均直徑而無界面活性劑之聚矽氧橡膠顆粒
如參考實例1中所述來製備聚矽氧顆粒。如上文參考實例1中所展示平均顆粒直徑為15微米。將28.7體積%之量之此等聚矽氧顆粒與In51Bi32.5Sn16.5(熔點60℃)混合。將混合物加熱至70℃且用力攪拌5分鐘。冷卻至室溫後，在60℃下將所得到之混合物壓縮成薄膜。在36.2psi之負載壓力下具有0.143mm厚度之薄膜具有0.559℃．cm2/W之熱阻抗及2.556W/mK之視熱傳導率。
實例9-聚矽氧橡膠顆粒體積對低熔點合金之複合物之熱傳導率的影響
將不同量之具有0.77微米之平均顆粒直徑及1.26之多分散指數(PDI)之聚矽氧橡膠顆粒(Dow Corning Trefill E-601)與In51Bi32.5Sn16.5混合。將混合物加熱至70℃且用力攪拌2分鐘。冷卻至室溫後，在60℃下將所得到之混合物壓縮成薄膜。將薄膜切割成較小尺寸之塊用於導熱量測。在36.2psi之負載壓力下，對於具有24.2體積%之此等聚矽氧顆粒之樣品，複合物薄膜之視熱傳導率為3.307W/mK，且對於具有32.3體積%之此等聚矽氧顆粒之樣品，複合物薄膜之視熱傳導率為1.865W/mK。
實例10-低熔點之軟金屬中之具有界面活性劑之聚矽氧橡膠顆粒
藉由在作為觸媒之鉑存在下自聚(乙烯基矽氧烷)及聚(氫矽氧烷)水性乳化聚合製備聚矽氧顆粒。如上文中參考實例1中所展示平均顆粒直徑為25微米。將28.1體積%之量之此等聚矽氧顆粒與軟銦(熔點156.6℃)混合。將混合物加熱至160℃且與銦超音波混合5分鐘。冷卻至室溫後，在120℃下將所得到之混合物壓縮成薄膜。在40psi負載壓力下具有0.225mm厚度之薄膜具有0.309℃．cm2/W之熱阻抗及7.282W/mK之視熱傳導率。
實例11-聚矽氧橡膠顆粒大小對低熔點金屬之複合物之熱傳導率的影響
如上文參考實例1中所展示，藉由在作為觸媒之鉑存在下自聚(乙烯基矽氧烷)及聚(氫矽氧烷)水性乳化聚合製備具有不同平均顆粒直徑之聚矽氧橡膠顆粒。將含有28.8體積%之聚矽氧橡膠顆粒之混合物加熱至160℃且與銦超音波混合5分鐘。冷卻至室溫後，在120℃下將所得到之混合物壓縮成薄膜。將薄膜切割成較小尺寸之塊用於導熱量測。在40psi負載壓力下具有0.397mm-0.425mm厚度之複合物薄膜之熱阻抗展示於圖4中。
實例12-在用導熱聚矽氧油脂塗佈之銦薄膜中之聚矽氧橡膠顆粒
根據上文實例10中展示之方法製備在具有0.190mm厚度之銦薄膜中之含量為28.8體積%之聚矽氧橡膠顆粒且將導熱油脂DOW CORNING® SC 102(其可購自Midland,Michigan,U.S.A之Dow Corning Corporation)塗佈於銦複合物薄膜之頂部與底部。在40psi負載壓力下該薄膜具有0.181℃．cm2/W之熱阻抗及10.755W/mK之視熱傳導率。此薄膜可適用於測試媒劑中。
實例13-用具有低熔點金屬合金分層之銦薄膜中之聚矽氧橡膠顆粒
藉由如上文實例10中展示之相同方法製備具有0.263mm厚度之銦複合物薄膜。將經由在100℃下擠壓製備之兩塊Sn42Bi58金屬合金(熔點138.5℃)薄膜堆疊在銦複合物薄膜兩側上且經由在50℃下擠壓使其形成層狀薄膜。在40psi負載壓力下總厚度為0.313mm之層狀薄膜具有3.558℃．cm2/W之熱阻抗及0.880W/mK之視熱傳導率。在不希望受限於理論之情況下，認為Sn42Bi58之剛性在此測試方法中不利地影響傳導率及電阻率。
比較實例14-無顆粒
在132℃下將金屬合金Sn42Bi58壓縮成薄膜。將薄膜切割成較小尺寸之塊用於導熱量測。在40psi負載壓力下具有0.310mm薄膜厚度之薄膜具有4.671℃．cm2/W之熱阻抗且金屬薄膜之視熱傳導率為0.664 W/mK。此比較實例、實例13及實例10展示當不使用顆粒及使用較硬合金時不利地影響視熱傳導率與熱電阻率。
實例15-在用具有低熔點之金屬合金分層之銦薄膜中之聚矽氧橡膠顆粒-2
藉由如上文實例10中展示之相同方法製備具有0.263mm厚度之銦複合物薄膜。將經由在50℃下擠壓製備之兩塊Bi50Pb27Sn10Cd13金屬合金(具有70℃之熔點)薄膜堆疊在銦複合物薄膜兩側上且經由在50℃下擠壓使其形成層狀薄膜。在40psi負載壓力下總厚度為0.378mm之層狀薄膜具有0.694℃．cm2/W之熱阻抗及5.454W/mK之視熱傳導率。
實例16-在用具有低熔點金屬分層之銦薄膜中之聚矽氧橡膠顆粒
藉由如上文實例10中展示之相同方法製備具有0.185mm厚度之銦複合物薄膜。將經由在100℃下擠壓製備之兩塊銦薄膜堆疊在銦複合物薄膜兩側上且經由在50℃下擠壓使其形成層狀薄膜。在40psi負載壓力下總厚度為0.235mm之層狀薄膜具有0.322℃．cm2/W之熱阻抗及7.271W/mK之視熱傳導率。
實例17-銦複合物薄膜中之石墨顆粒
將來自Graphite 3626(Anthracite Industries,PA)顆粒之膨脹石墨以19.3%之體積分率與銦混合。將混合物加熱至170℃且與銦超音波混合3分鐘。冷卻至室溫後，在100℃下將所得到之混合物壓縮成薄膜。將薄膜切割成較小尺寸之塊用於導熱量測。在40psi負載壓力下具有0.330mm厚度之薄膜具有1.405℃．cm2/W之熱阻抗及2.335W/mK之視熱傳導率。使用實例10中之聚矽氧橡膠顆粒生產出相比此含石墨顆粒之TIM具有更低熱阻抗及更高熱傳導率之TIM。令人驚奇地發現含有傳導性(例如石墨)顆粒之複合物相比含有實例10中之聚矽氧顆粒之複合物具有更高之熱阻抗及更低之熱傳導率。
實例18-在銦薄膜中之經氧化鋁改質之聚矽氧橡膠顆粒
用0.8重量%之藉由使用異丙氧化鋁作為反應前驅物之溶膠-凝膠化學製備之氧化鋁改質藉由如實例1中展示之相同方法製備之聚矽氧橡膠顆粒。將經改質之聚矽氧顆粒與銦之混合物加熱至170℃且超音波混合3分鐘。冷卻至室溫後，在100℃下將所得到之混合物壓縮成薄膜。將薄膜切割成較小尺寸之塊用於導熱量測。在40psi負載壓力下具有0.130mm厚度之薄膜具有0.410℃．cm2/W之熱阻抗及3.248W/mK之視熱傳導率。
實例19-在銦薄膜中之經聚合物改質之聚矽氧橡膠顆粒
藉由溶液摻合用16.2重量%之聚(二甲基矽氧烷)醚醯亞胺改質藉由如實例1中展示之相同方法製備之聚矽氧橡膠顆粒。將經改質之聚矽氧顆粒與銦之混合物加熱至170℃且超音波混合3分鐘。冷卻至室溫後，在100℃下將所得到之混合物壓縮成薄膜。將薄膜切割成較小尺寸之塊用於導熱量測。在40psi負載壓力下具有0.440mm厚度之薄膜具有1.023℃．cm2/W之熱阻抗及4.300W/mK之視熱傳導率。
實例20-在銦薄膜中之經聚合物改質之聚矽氧橡膠顆粒-2
藉由溶液摻合用9.3重量%之聚(雙酚A碳酸酯)改質藉由如實例1中展示之相同方法製備之聚矽氧橡膠顆粒。將經改質之聚矽氧顆粒與銦之混合物加熱至170℃且超音波混合3分鐘。冷卻至室溫後，在100℃下將所得到之混合物壓縮成薄膜。將薄膜切割成較小尺寸之塊用於導熱量測。在40psi負載壓力下具有0.420mm厚度之薄膜具有0.576℃．cm2/W之熱阻抗及7.296W/mK之視熱傳導率。
實例21-在銦薄膜中之經聚合物改質之聚矽氧橡膠顆粒-3
藉由溶液摻合用9.2重量%之熱塑性聚胺基甲酸酯(Estane 58238，聚酯聚胺基甲酸酯-75A,Neveon Inc,OH)改質藉由如上文實例1中展示之相同方法製備之聚矽氧橡膠顆粒。將經改質之聚矽氧顆粒與銦之混合物加熱至170℃且超音波混合3分鐘。冷卻至室溫後，在100℃下將 所得到之混合物壓縮成薄膜。將薄膜切割成較小尺寸之塊用於導熱量測。在40psi負載壓力下具有0.323mm厚度之薄膜具有0.622℃．cm2/W之熱阻抗及5.224W/mK之視熱傳導率。
實例22-在銦薄膜中之經聚合物改質之聚矽氧橡膠顆粒-4
藉由溶液摻合用9.4重量%之具有52℃之Tg之聚[磺化二(乙二醇)/環己烷二甲醇-交替-間苯二甲酸](458716,Aldrich)改質藉由如實例1中展示之相同方法製備之聚矽氧橡膠顆粒。將經改質之聚矽氧顆粒與銦之混合物加熱至170℃且超音波混合3分鐘。冷卻至室溫後，在100℃下將所得到之混合物壓縮成薄膜。將薄膜切割成較小尺寸之塊用於導熱量測。在40psi負載壓力下具有0.443mm厚度之薄膜具有0.717C．cm2/W之熱阻抗及6.181W/mK之視熱傳導率。
比較實例23-在銦複合物薄膜中之矽膠顆粒
將來自Merck Grade 9385之230-400目之40-63微米之顆粒直徑的矽膠以19.3%之體積分率與銦混合。將混合物加熱至170℃且超音波混合3分鐘。冷卻至室溫後，在100℃下將所得到之混合物壓縮成薄膜。將薄膜切割成較小尺寸之塊用於導熱量測。在40psi負載壓力下具有0.553mm厚度之薄膜具有1.763℃．cm2/W之熱阻抗及3.136W/mK之視熱傳導率。使用實例10中之聚矽氧橡膠顆粒生產出相比此含矽膠顆粒之TIM具有更低熱阻抗及更高熱傳導率之TIM。
實例24-低熔點合金之複合物中之經電漿改質之聚矽氧橡膠顆粒
在表面上用CO2電漿改質具有6.23微米之顆粒直徑D(v,0.5)之聚矽氧橡膠顆粒Dow Corning DY33-719且將其與In51Bi32.5Sn16.5混合。將混合物加熱至70℃且用力攪拌2分鐘。冷卻至室溫後，在60℃下將所得到之混合物壓縮成薄膜。將薄膜切割成較小尺寸之塊用於導熱量測。在36.2psi負載壓力下，對於具有0.200mm厚度及29.7體積%之此等聚矽氧顆粒之樣品，複合物薄膜的視熱傳導率資料為2.173 W/mK。對於具有0.172mm厚度及29.7體積%之此等聚矽氧顆粒之樣品，具有未經任何表面改質之聚矽氧顆粒的複合物薄膜具有1.158W/mK之視熱傳導率。
實例25-低熔點合金之複合物中之經電漿改質之聚矽氧橡膠顆粒-2
在表面上用正矽酸四乙酯(TEOS)電漿改質具有6.23微米之顆粒直徑D(v,0.5)之聚矽氧橡膠顆粒Dow Corning DY33-719，且將其與In51Bi32.5Sn16.5混合。將混合物加熱至70℃且用力攪拌2分鐘。冷卻至室溫後，在60℃下將所得到之混合物壓縮成薄膜。將薄膜切割成較小尺寸之塊用於導熱量測。在36.2psi負載壓力下，對於具有0.168mm厚度及28.7體積%之此等聚矽氧顆粒之樣品，複合物薄膜之視熱傳導率資料為1.724W/mK。
工業應用
本文所述之複合物適用於TIM1應用與TIM2應用。複合物可提供降低用於TIM應用中之導熱金屬之成本的益處。適用作導熱金屬之合金可能較為昂貴，尤其彼等含銦者。在不希望受限於理論之情況下，認為與不含聚矽氧顆粒或含有柔性較差材料之顆粒(諸如氧化鋁顆粒)之導熱金屬相比聚矽氧顆粒亦可改良柔度及延性。改良柔度及延性可降低或消除對合金中銦之需求且可降低黏合層厚度。此外，增加之柔度及延性可降低對焊劑或焊料回焊或兩者之需求。因此，可以若干方法來達成成本降低，亦即：藉由降低黏合層厚度及用聚矽氧顆粒替代某些合金首先減少所需合金量、藉由改變合金之組成以包括較廉價之元素及亦藉由降低加工期間對焊劑及/或焊料回焊步驟之需求來達成成本降低。此外，增加之柔度及延性亦可改良複合物之熱傳導性。
在不希望受限於理論之情況下，亦認為本發明之複合物可改良由複合物製成之TIM之機械耐久性。在不希望受限於理論之情況下， 認為增加視熱傳導率意謂TIM之柔度亦增加。在不希望受限於理論之情況下，與含有精細顆粒之複合物相比，聚矽氧顆粒可改良複合物之柔度且從而改良界面接觸。
在不希望受限於理論之情況下，認為與接觸基板之具有較高熔點導熱金屬之TIM相比，圖3中展示之TIM可提供在TIM接觸之基板上改良間隙填充之更多益處。
200‧‧‧電子裝置
201‧‧‧IC晶片/電子組件
202‧‧‧基板
203‧‧‧晶粒黏著層
204‧‧‧間隔物
205‧‧‧焊球
206‧‧‧襯墊
207‧‧‧熱界面材料1/TIM1
208‧‧‧金屬覆蓋層
209‧‧‧散熱片
210‧‧‧熱界面材料2/TIM2
211‧‧‧熱路徑

Claims (24)

  1. 一種複合物，其包含：a)導熱金屬，及b)在該導熱金屬中之聚矽氧顆粒，其中該等聚矽氧顆粒具有至少15微米之平均直徑。
  2. 如請求項1之複合物，其中該導熱金屬不含銦。
  3. 如請求項1之複合物，其中該導熱金屬係選自由銀、鉍、鎵、銦、錫、鉛及其合金組成之群。
  4. 如請求項1之複合物，其中該等聚矽氧顆粒係以在該複合物之1體積%至50體積%之範圍內的量存在。
  5. 如請求項1之複合物，其中該等聚矽氧顆粒具有提供於該等聚矽氧顆粒表面上之金屬或金屬氧化物。
  6. 如請求項1之複合物，其中該等聚矽氧顆粒具有表面處理。
  7. 如請求項1之複合物，其中該等聚矽氧顆粒具有SiH官能基。
  8. 一種熱界面材料，其包含：a)導熱金屬，b)在該導熱金屬中之聚矽氧顆粒，其中該等聚矽氧顆粒具有至少15微米之平均直徑；其中該導熱金屬具有高於一電子裝置之正常運轉溫度之熔點。
  9. 如請求項8之熱界面材料，其中該熱界面材料具有厚度，且該等聚矽氧顆粒具有在該熱界面材料之該厚度之10%至100%範圍內之平均直徑。
  10. 一種電子裝置，其包含i)一第一電子組件， ii)一第二電子組件，iii)一插入該第一電子組件與該第二電子組件之間之熱界面材料，其中該熱界面材料包含a)導熱金屬，及b)在該導熱金屬中之聚矽氧顆粒，其中該等聚矽氧顆粒具有至少15微米之平均直徑。
  11. 如請求項10之裝置，其中該第一電子組件為一半導體晶片且該第二電子組件為一散熱片。
  12. 如請求項10之裝置，其中該第一電子組件為一半導體晶片且該第二電子組件為一散熱器。
  13. 如請求項10之裝置，其中該第一電子組件為一散熱器且該第二電子組件為一散熱片。
  14. 一種製造一電子裝置之方法，其包含：i)使一熱界面材料與一第一電子組件之一第一表面接觸，其中該熱界面材料包含a)導熱金屬，b)在該導熱金屬中之聚矽氧顆粒，其中該等聚矽氧顆粒具有至少15微米之平均直徑；及ii)將該熱界面材料加熱至高於該導熱金屬之熔點之溫度。
  15. 如請求項14之方法，其中一焊藥層使用於該熱界面材料與該第一電子組件及該第二電子組件之間。
  16. 如請求項14之方法，其進一步包含在步驟ii)之前使該熱界面材料與一第二電子組件之一第二表面接觸。
  17. 一種方法，其包含：i)將一熱界面材料沿一熱路徑插入一包含一第一電子組件及一第二電子組件之電子裝置中，其中該熱界面材料包含 a)導熱金屬，b)在該導熱金屬中之聚矽氧顆粒，其中該等聚矽氧顆粒具有至少15微米之平均直徑；及ii)運轉該電子裝置，從而使熱自該第一電子組件擴散至該第二電子組件。
  18. 一種方法，其包含：1)將導熱金屬與聚矽氧顆粒組合，從而形成一於該導熱金屬中包含該等聚矽氧顆粒之複合物，其中該等聚矽氧顆粒具有至少15微米之平均直徑，及視情況2)將該複合物製造成所要之厚度，及視情況3)使該複合物形成所要之形狀。
  19. 如請求項18之方法，其中步驟1)係藉由包含下列步驟之製程來進行：i)將導熱金屬顆粒與該等聚矽氧顆粒混合，及此後ii)將該等導熱金屬顆粒加熱至高於其熔點。
  20. 如請求項18之方法，其中步驟1)係藉由包含下列步驟之製程來進行：i)將該導熱金屬加熱至高於其熔點，及ii)將該等聚矽氧顆粒與步驟1)之產物混合。
  21. 如請求項18之方法，其中步驟1)係藉由包含下列步驟之製程來進行：i)將該等聚矽氧顆粒包裹於該導熱金屬之一薄片或箔中，及此後ii)回焊該導熱金屬。
  22. 如請求項18之方法，其中步驟1)係藉由包含下列步驟之製程來進行：i)將該等聚矽氧顆粒及導熱金屬顆粒施加於一基板上，及 此後ii)回焊該導熱金屬。
  23. 如請求項18之方法，其中存在步驟2)，且步驟2)係藉由選自下列步驟之製程來進行：a)壓縮，視情況同時加熱；b)擠壓；或c)輥壓。
  24. 如請求項18之方法，其中存在步驟3)，且步驟3)係藉由選自下列步驟之製程來進行：a)將步驟1)或步驟2)之產物切割成該所要之形狀；或b)將步驟1)之產物模製成該所要之形狀。
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