TW201525125A - 具有基質及經密封相變材料分散於其中之組合物及以其組裝之電子裝置 - Google Patents

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Abstract

本文提供由基質及分散於其中之經密封相變材料顆粒製成之組合物及以其組裝之電子裝置。

Description

具有基質及經密封相變材料分散於其中之組合物及以其組裝之電子裝置
本文提供由基質及分散於其中之經密封相變材料顆粒製成之組合物，以及以其組裝之電子裝置組裝。
用於耗散電路所產生熱量之熱管理材料已為人所熟知，且置於電子裝置內之策略性位置處之風扇亦自電路或熱模組吸走熱量。過多熱量自半導體封裝離開轉向至具有熱介面材料(「TIM」)之散熱器或熱模組，該熱介面材料常常佈置於半導體封裝與散熱器或熱模組之間。
然而，該等管理所產生熱量之策略已產生新問題，此乃因引導熱空氣自半導體封裝之直接環境離開至裝置之殼體內部。
更具體而言，在習用膝上型或筆記型電腦(展示於圖2中)中，在殼體下存在位於鍵盤下方之組件(展示於圖3中)。該等組件包含散熱器、熱管(佈置在CPU晶片上方)、風扇、PCMIA卡之插槽、硬碟機、電池及DVD驅動機機架。硬碟機佈置於左側置腕區下且電池佈置於右側置腕區下。硬碟機常常在高溫下操作，使得儘管使用冷卻組件來耗散此熱量，仍產生令人不適的置腕區觸摸溫度。在使用裝置時，此可 因在裝置外部某些部分達到之高溫而引起終端使用消費者不適。
一種降低終端使用者在置腕區位置觀察到之高使用溫度之解決方案係(例如)使用佈置在策略性位置之天然石墨均熱器。據報告，該等均熱器可平均分佈熱量同時經由材料之厚度提供熱隔絕。一種該石墨材料可係可自美國俄亥俄州克裡夫蘭市之GrafTech公司購得之eGraf® SpreaderShieldTM。[參見M.Smalc等人之「Thermal Performance Of Natural Graphite Heat Spreaders」(Proc.IPACK2005，Interpack 2005-73073(2005年7月))；亦參見美國專利第6,482,520號。]
業內期望替代性熱管理解決方案且其將係有利的，此乃因市場愈來愈需要管理電子裝置中所用該等半導體封裝產生之熱量以使終端使用消費者不會因使用該等電子裝置時所產生之熱量而感到不適之方法。對半導體晶片之設計者將繼續減小半導體晶片與半導體封裝之大小及幾何形狀而增加其計算能力之認識來平衡此需要。減小大小與增加計算能力之具有競爭力之利益使得電子裝置對消費者具有吸引力，但如此做致使半導體晶片與半導體封裝繼續在高溫條件下且實際上在增加之高溫條件下操作。因此，使用替代性技術滿足此不斷增長之需要可有利於鼓勵設計並研發甚至更強大之消費性電子裝置，該等裝置在操作中具有降低之「皮膚溫度」且如此則觸摸時不熱。
本文提供一種包含複數個經密封相變材料顆粒分散於其內之基質之組合物。該組合物能夠吸收熱量。因而，在使用中，其可佈置至由傳導性材料構造之熱擴散裝置(諸如金屬或經金屬塗佈聚合物基板，或石墨或經金屬塗佈石墨，其實例包含Cu、Al及石墨，以及經Cu或Al塗佈石墨)之表面之至少一部分。
組合物之基質可係基於樹脂之基質，諸如壓敏型黏合劑 (「PSA」)(如通常如此稱謂之彼等黏合劑)，或丙烯酸乳劑。
在基質係PSA之情況下，可將組合物佈置至熱擴散裝置之表面之至少一部分以提供EMI屏蔽及增強此裝置之熱效能兩者。
該組合物亦可用作供以傳送帶形式使用之吸熱器膜，使得可將該組合物施加至裝置上需要冷卻之任何位置(諸如，EMI屏蔽件內部)。所要的係，在此使用中，將經密封相變材料塗佈於具有金屬塗層之裝置之表面之至少一部分上。
在基質係丙烯酸乳劑之情況下，可同樣地如此分散該組合物。然而，在將該組合物放置於操作條件下之前將乳液之載液蒸發掉。
可將該組合物佈置至基板上或兩個基板之間。(若干)基板可充當支撐件或可充當均熱器，在此情形中，該支撐件可由傳導性材料構造，其係金屬或經金屬塗佈聚合物基板，或石墨或經金屬塗佈石墨。
該組合物可與諸如電源(如電池模組)之物件一起使用以耗散電源在操作期間產生之熱量。彼操作溫度可高達約40℃。在此實施例中，在該物件上方及/或繞該物件且在該物件之面向內部之表面上提供包括具有內部表面及外部表面之至少一個基板之殼體，且包括分散於佈置於基板(該基板如上所述可充當支撐件或提供導熱性以協助擴散所產生之熱量)上之基質內的複數個經密封相變材料顆粒之組合物佈置於至少一個基板之內部表面之至少一部分上。在一項態樣中，該等經密封相變材料顆粒可具有佈置於該等顆粒之表面之至少一部分上之傳導性材料層。傳導性塗層應係金屬的(諸如，Ag、Cu或Ni)，以便提供EMI屏蔽效應。
供在一種消費性電子製造物件中使用之實施例中，提供殼體，其包括具有內部表面及外部表面之至少一個基板；提供組合物，其包括分散於佈置於基板上之基質內的複數個經密封相變材料顆粒，該基板如上所述可充當支撐件或提供導熱性以協助擴散所產生之熱量，該 層佈置於該至少一個基板之該內部表面之至少一部分上；以及提供至少一個半導體封裝，其包括包含以下各項中之至少一者之總成
I.
半導體晶片；均熱器；及其間之熱介面材料(亦稱作TIM1應用)
II.
均熱器；散熱器；及其間之熱介面材料(亦稱作TIM2應用)。
同樣，本文提供製造此一消費性電子裝置之方法。
1‧‧‧表面安裝黏合劑
2‧‧‧熱介面材料
3‧‧‧低壓模製材料
4‧‧‧板上覆晶底填充
5‧‧‧液體密封劑球形頂部
6‧‧‧聚矽氧密封劑
7‧‧‧墊片化合物/平板電腦
8‧‧‧晶片尺寸封裝/球柵陣列底填充
9‧‧‧覆晶空氣封裝底填充
10‧‧‧塗覆粉末
11‧‧‧機械模製化合物
12‧‧‧灌注化合物
13‧‧‧光電器件
14‧‧‧晶粒附著
15‧‧‧保形塗層
16‧‧‧光子組件及組裝材料
17‧‧‧半導體模製化合物
18‧‧‧焊料
61‧‧‧經密封相變材料顆粒
62‧‧‧傳導性支撐件
63‧‧‧經金屬塗佈經密封相變材料顆粒
64‧‧‧傳導性支撐件
71‧‧‧電源模組
72‧‧‧電腦處理單元
100‧‧‧電子裝置
101‧‧‧殼體
101a‧‧‧第一殼體組件
101b‧‧‧第二殼體組件
102‧‧‧處理器
103‧‧‧空腔
104‧‧‧記憶體
106‧‧‧電源供應器
108-1‧‧‧通信電路
109‧‧‧匯流排
110‧‧‧輸入組件
112‧‧‧輸出組件
118‧‧‧冷卻組件
120‧‧‧壁
151‧‧‧殼體開口
A‧‧‧電路板
圖1繪示電路板之剖視圖，在該電路板上佈置複數個半導體封裝及電路，以及封裝自身之組裝中及將封裝組裝至板上通常使用之電子材料。元件符號1至18係指某些用於封裝及組裝半導體及印刷電路板之電子材料。
圖2繪示位於打開位置之膝上型個人電腦。
圖3繪示膝上型個人電腦在其鍵盤及置腕區下方之內容物之俯視圖。
圖4繪示電子裝置之一般示意圖。
圖5繪示平板電腦中皮膚溫度量測位置之平面視圖。
圖6展示吸熱膜之組合物層之表示，其中(A)包含複數個經密封相變材料顆粒(61)分散於其內之基質之組合物放置成與傳導性支撐件(62)接觸，且(B)包含複數個經金屬塗佈經密封相變材料顆粒(63)分散於其內之基質之組合物放置成與傳導性支撐件(64)接觸，以形成EMI屏蔽吸熱膜。
圖7繪示在平板電腦之殼體內發明性組合物(未展示)佈置於電源模組下方之俯視圖。
如上所述，本文提供包含複數個經密封相變材料顆粒分散於其內之基質之組合物。該組合物可佈置至基板上或兩個基板之間。(若干)基板可充當支撐件或可充當均熱器，在此情形中，該支撐件可由傳導性材料構造，其係金屬或經金屬塗佈聚合物基板，或石墨或經金屬塗佈石墨。
該組合物包括經密封PCM分散於其中之基質(諸如，PSA或丙烯酸乳劑)。視情況，該組合物亦可包含隔熱元素。在一項實施例中，金屬或石墨基板可用作其上佈置該組合物之支撐件。以此方式，該金屬或石墨基板可擔當均熱器以進一步耗散熱量。
該組合物(亦即，經密封PCM分散於其中之PSA，諸如金屬(如，Cu或Al)、石墨，或經金屬塗佈石墨)可塗佈於熱擴散裝置上以增強此裝置之熱效能。
該組合物可塗佈於熱擴散裝置上以亦提供EMI屏蔽以及增強此裝置之熱效能。
依傳送帶形式，作為吸熱器膜之該組合物可施加至需要冷卻之任何位置(諸如，EMI屏蔽件內部)。參見(例如)圖6。
該組合物可與諸如電源(如電池模組)之物件一起使用以耗散電源在操作期間產生之熱量。彼操作溫度可高達約40℃。在此實施例中，在該物件上方及/或繞該物件且在該物件之面向內部之表面上提供包括至少一個具有內部表面及外部表面之基板之殼體，包括分散於佈置於基板(該基板如上所述可充當支撐件或提供導熱性以協助擴散所產生之熱量)上之基質內的複數個經密封相變材料顆粒之組合物佈置於至少一個基板之內部表面之至少一部分上。在一項態樣中，該等經密 封相變材料顆粒可具有佈置於該等顆粒之表面之至少一部分上之傳導性材料層。傳導性塗層應係金屬的(諸如，Ag、Cu或Ni)，以便提供EMI屏蔽效應。
供在一種消費性電子製造物件中使用之實施例中，提供殼體，其包括至少一個具有內部表面及外部表面之基板；提供組合物，其包括分散於佈置於基板上之基質內的複數個經密封相變材料顆粒，該基板如上所述可充當支撐件或提供導熱性以協助擴散所產生之熱量，該層佈置於至少一個基板之內部表面之至少一部分上；以及提供至少一個半導體封裝，其包括一總成，該總成包括以下各項中之至少一者
I.
半導體晶片；均熱器；及其間之熱介面材料(亦稱作TIM1應用)
II.
均熱器；散熱器；及其間之熱介面材料(亦稱作TIM2應用)。
該組合物可用於消費性電子製造物件之總成中。此製造物件(或「裝置」)可選自筆記型個人電腦、平板型個人電腦或手持裝置，例如，音樂播放器、視訊播放器、靜態影像播放器、遊戲機、其他媒體播放器、音樂記錄器、視訊記錄器、相機、其他媒體記錄器、無線電、醫療設備、家用電器、運輸載具儀器、樂器、計算器、行動電話、其他無線通信裝置、個人數位助理、遙控器、頁調器、監視器、電視、立體音響設備、機上盒(set up box)、轉頻器、音樂盒、數據機、路由器、鍵盤、滑鼠、揚聲器、印刷機及其組合。
該裝置亦可包含通氣元件以自裝置分散除去半導體總成產生之 熱量。
當然，消費性電子裝置提供有電源以為半導體封裝供能。
半導體封裝可用佈置於半導體晶片與電路板之間以將晶片牢固附著至板之黏晶材料來形成。線接合在晶片與板之間形成電互連。此黏晶材料常常係具有熱固性樹脂基質之高填充材料。基質可由環氧樹脂、馬來醯亞胺、衣康醯亞胺(itaconimide)、納特醯亞胺(nadimide)及/或(甲基)丙烯酸酯組成。填充劑可係傳導性或非傳導性。在某些例項中，黏晶材料導熱，在此情形中，其亦有助於自半導體封裝耗散除去熱量。該等黏晶材料之代表性市售實例包含來自Henkel公司之QMI519HT。
另一選擇係，半導體封裝可用以半導體晶片與電路板之間之空間中之焊料互連電連接至電路板之半導體晶片來形成。在該空間中可佈置底部填充密封劑。底部填充密封劑亦將具有熱固性基質樹脂，其與黏晶材料類似，可由環氧樹脂、馬來醯亞胺、衣康醯亞胺、納特醯亞胺及/或(甲基)丙烯酸酯組成。一般亦填充底部填充密封劑。然而，填充劑通常係非傳導性且用於調節半導體晶粒與電路板之熱膨脹係數差異之目的。此等底部填充密封劑之代表性市售實例包含來自Henkel公司之HYSOL FP4549HT。
一旦已將半導體封裝定位至電路板上且通常藉由表面安裝黏合劑、晶片接合劑或晶片尺寸封裝底部填充密封劑附接至電路板，便可用模製化合物包覆式模製封裝以保護封裝免受(尤其)環境污染物。模製化合物常常係基於環氧樹脂的，但亦可含有苯并惡嗪及/或其他熱固性樹脂。GR750係環氧樹脂模製化合物之實例，其可自Henkel公司購得，且經設計以改良半導體裝置中之熱管理。
在電路板上之不同部分使用焊料膏來以電互連方式附接半導體封裝與總成。一種該焊料膏可自Henkel公司以商品名MULTICORE Bi58LM100購得。此無鉛焊料膏經設計用於需要熱管理之應用。
為有效管理半導體晶片及半導體封裝產生之熱量，可將熱介面材料與任何需要熱耗散之生熱組件一起使用，且具體而言用於半導體裝置中之生熱組件。在該等裝置中，熱介面材料在生熱組件與散熱器之間形成層且將欲耗散熱量轉移至散熱器。熱介面材料亦可用於含有均熱器之裝置。在此一裝置中，將熱介面材料層置於生熱組件與均熱器之間，且將第二層熱介面材料置於均熱器與散熱器之間。
熱介面材料可係相變材料，諸如一種可自Henkel公司以商品名POWERSTRATE EXTREME、PowerstrateXtreme或PSX購得者。作為兩個離型襯墊之間之獨立膜來封裝且作為晶粒切割平臺來供應以匹配眾多種應用，此熱介面材料係適用於(例如)散熱器與多種熱耗散組件之間之可重加工相變材料。該材料在相變溫度下流動，從而與組件之表面特徵保形。熱介面材料在呈相變材料形式時具有大約51℃或60℃之熔點。
在流動時，自介面逐出空氣，從而降低熱阻抗，且表現為高效熱轉移材料。
熱介面材料可自以下來構造：(a)60重量%至90重量%之石蠟；(b)0重量%至5重量%之樹脂；及(c)10重量%至40重量%之金屬顆粒，例如導電填充劑。導電填充劑一般係一種選自石墨、金剛石、銀及銅者。或者，導電填充劑可係鋁，例如球狀氧化鋁。
適用於熱介面材料之金屬顆粒可係易熔金屬顆粒，通常係用作焊料之低熔點金屬或金屬合金。該等金屬之實例包含鉍、錫及銦，且亦可包含銀、鋅、銅、銻及經銀塗佈氮化硼。在一項實施例中，金屬顆粒選自錫、鉍或二者。在另一實施例中，亦將存在銦。亦可使用上述金屬之合金。
亦可使用錫及鉍粉之共熔合金(熔點138℃，錫對鉍之重量比為 Sn48Bi52)，尤其與銦粉組合(熔點158℃)，其中銦與Sn：Bi合金以1：1之重量比存在。
金屬顆粒及/或合金應以佔熱介面材料50重量%至95重量%之範圍存於組合物中。
熱介面材料亦可係熱油脂，諸如一種可自Henkel公司以商標TG100、COT20232-36I1或COT20232-36E1購得者。TG100係經設計用於高溫熱轉移之熱油脂。在使用中，將TG100置於生熱裝置與安裝該等生熱裝置之表面或其他熱耗散表面之間。此產品傳遞極佳熱阻，提供高導熱性且實際上在寬操作溫度範圍內不蒸發。另外，COT20232-36E1及COT20232-36I1係TIM1型材料，其在此情況下經設計用於高功率覆晶應用。此等產品含有軟凝膠聚合物或可固化基質，其在固化後形成其內具有低熔點合金之互穿網路。低熔點合金可係易熔金屬焊料顆粒(尤其係彼等實質上不添加鉛者)，其包括元素焊料粉末及視情況焊料合金。
所用熱介面材料之熱阻抗應小於0.2(℃ cm2/瓦特)。
殼體包括至少兩個基板且常常包括複數個基板。該等基板經定尺寸及佈置以彼此嚙合。為管理可自消費性電子裝置之內部散發之熱量，並且控制所謂之「皮膚溫度」，常常需要將熱管理解決方案放置於殼體與產生熱量之半導體裝置之間。
此處，彼解決方案係吸熱及/或隔熱組合物，更具體而言係已密封於外殼內、分散於基質(諸如，壓敏型黏合劑)內之相變材料(「PCM」)。對於經密封PCM之一般綜述，參見(例如)Pramod B.Salunkhe等人之「A review on effect of phase change material encapsulation on the thermal performance of a system」(Renewable and Sustainable Energy Reviews，16，5603-16，(2012))。
PCM可由有機或無機材料組成。例如，用於PCM中之有機材料 包含石蠟、脂肪酸、酯、乙醇、乙二醇或有機共晶體。且亦可使用礦脂、蜂蠟、棕櫚蠟、礦物蠟、甘油及/或某些植物油。用於PCM中之無機材料包含鹽水化物及低熔點金屬共晶體。石蠟可係標準市售級別且應包含具有低於約40℃之熔點之固體石蠟。使用此固體石蠟容許基質在低於約37℃之溫度下自其固態至液態之轉變。除了如上所述之石蠟，礦脂、蜂蠟、棕櫚蠟、礦物蠟、甘油及/或某些植物油亦可用於形成PCM。例如，石蠟及礦脂組分可混合在一起以使得此等組分(亦即，石蠟對礦脂)之比率介於大約1.0：0重量%至3.0：1重量%之間。就此而言，由於相對於石蠟組分增加礦脂組分，因此應增加PCM之柔軟度。
市售之代表性PCM包含MPCM-32、MPCM-37、MPCM-52及經銀塗佈MPCM-37，其中數字表示PCM自固態至液態相變所處之溫度。 供應商包含其PCM以商品名Puretemp出售之美國馬薩諸塞州普利茅斯市之Entropy Solutions公司，以及美國俄亥俄州代頓市之Microtek Laboratories公司。Microtek將經密封PCM闡述為由具高熔融熱量之經密封物質組成。相變材料吸收並釋放熱能量以便維持產品(諸如，紡織品、建築材料、封裝及電子元件)內之經調節溫度。膠囊壁或外殼為PCM提供微觀容器。即使在芯處於液態時，膠囊仍保持固態，阻止PCM「熔融」。
PCM本身應使得自固態或不可流動性至液態或可流動性之相變在給定溫度範圍內發生。
為選擇用於特定應用之PCM，應將裝置之操作溫度匹配至PCM之轉變溫度。供本文使用之PCM應具有在約30℃至約100℃之範圍內之熔融範圍，以及在彼範圍內之所有2℃及5℃增量。當PCM與電源模組一起使用時，低於約40℃之熔融溫度係所要的，此乃因彼熔融溫度係電源模組正常操作所處之溫度周圍範圍。當PCM與電腦處理單元 (「CPU」)一起使用時，在約50℃至約90℃之範圍內之熔融溫度係所要的，此乃因彼熔融溫度係CPU正常操作所處之溫度範圍。
有利地，用於PCM中之成分之熔點經選擇以低於裝置操作所處之溫度。就此而言，其中使用石蠟組件之PCM在消費性電子裝置之操作期間且僅在裝置在此高溫下操作之此時間期間假定液態。因此，跨越其中放置本發明之消費性電子裝置之操作溫度範圍在液態與固態之間分別地調變熱吸收及熱釋放。此有助於調變消費性電子裝置之「皮膚」溫度，以便最小化消費性電子裝置在使用中時終端使用者經歷之溫度。
在PCM基質經受其自固態至液態之相轉變時，該基質吸收熱量，直至基質轉變成液態，在此情形中，消費性電子裝置之操作溫度下通常係膠狀狀態。
隨著PCM基質自液態改變至固態，液態釋放被吸收熱量，直至基質轉變成固態。
PCM基質之熔融溫度應在消費性電子裝置之所要操作溫度內。
PCM基質亦應具有高擴散潛熱。
PCM基質不應在多次冷凍-熔融循環之後降級。
PCM分散於可係壓敏型黏合劑(「PSA」)或丙烯酸乳劑之基質中。PSA通常由丙烯酸聚合物製成，該丙烯酸聚合物諸如具有以下各項組合物者或可藉由聚合以下各項製備者：(i)化學式為CH2=CH(R1)(COOR2)之丙烯酸或甲基丙烯酸衍生物(例如，甲基丙烯酸酯)之丙烯酸單體，其中R1係H或CH3且R2係C1-20、較佳地C1-8烷基鏈；及(ii)具有本文在以下更詳細地闡述之側接反應性官能基之單體，且單體(ii)之量係每100g丙烯酸聚合物約0.001至約0.015當量。參見(例如)C.Houtman等人之「Properties of Water-based Acrylic Pressure Sensitive Adhesive Films in Aqueous Environments」 (2000TAPPI Recycling Symposium，Washington，DC(2000年3月5至8日))。
對於聚合程序，組分(i)及(ii)之單體(在適當情況下)藉由自由基聚合轉換成丙烯酸聚合物。單體經選擇使得所得之聚合物可用於根據D.Satas之「Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology」(van Nostrand,NY(1989))製備PSA。
用作單體混合物(i)之組分之丙烯酸酯及/或甲基丙烯酸酯之實例包含丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸正戊酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸正庚基酯及丙烯酸正辛酯、丙烯酸正壬酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸環己酯及分支鏈(甲基)丙烯酸異構體，諸如丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸十八烷基酯及丙烯酸異辛基酯。
例示性丙烯酸單體混合物(i)具有小於0℃之Tg值及自約10,000g/mol至約2,000,000g/mol(諸如在50,000g/mol與1,000,000g/mol之間以及所要地在100,000g/mol與700,000g/mol之間)之加權平均分子量。混合物(i)可係假若其具有小於0℃之均聚合物Tg之單個單體。
適合單體(ii)之實例係能夠提供至黏合膜之生坯強度者，包含脂環族環氧單體M100及A400(Daicel)、氧雜環丁烷單體OXE-10(可自Kowa公司購得)、甲基丙烯酸雙環戊二烯酯環氧化物(CD535，可自美國賓夕法尼亞州埃克斯頓之Sartomer公司購得)，以及4-乙烯基-1-環己烯-1,2-環氧化物(可自Dow得)。
丙烯酸聚合物能夠經受紫外線後陽離子活化之反應且因此提供至黏合膜之高溫固持強度。丙烯酸聚合物係具有以下各項組合物者或可藉由聚合以下各項製備者：(i)係化學式為CH2=CH(R1)(COOR2)之丙烯酸或甲基丙烯酸衍生物，其中R1係H或CH3且R2係C1-20烷基鏈；及 (ii)具有選自以下兩者之側接反應性官能基之組合之單體：(1)環脂族環氧物、氧雜環丁烷、二苯甲酮或其混合物，以及(2)經單取代環氧乙烷。單體(ii)之量係每100g丙烯酸聚合物約0.001至約0.015當量。 丙烯酸聚合物本質上無多(甲基)丙烯酸、多元醇或OH官能基且該聚合物在聚合之後保持實質上直鏈的。在更佳實施例中，單體(ii)之量係每100g丙烯酸聚合物約0.002至約0.01當量。
所製備之丙烯酸聚合物通常具有自10,000g/mol至2,000,000g/mol(諸如，在50,000g/mol與1,000,000g/mol之間，類似地在100,000g/mol與700,000g/mol之間)之經加權平均之平均分子量(Mw)。Mw係藉由凝膠滲透層析法或基質協助雷射解吸/離子化質譜分析法而判定。
用作單體(ii)之經單取代環氧乙烷之實例包含甲基丙烯酸縮水甘油酯、1,2-環氧-5-己烯、4-丙烯酸羥丁基縮水甘油醚、環脂族環氧單體M100及A400、OXE-10、CD535環氧化物以及4-乙烯基-1-環己烯-1,2-環氧化物。
PSA亦可包括各種其他添加劑，諸如增塑劑、增黏劑以及填充劑，其全部習用地用於製備PSA。低分子量丙烯酸聚合物、鄰苯二甲酸酯、苯甲酸酯、己二酸酯或增塑劑樹脂具有些許可能性作為將添加之增塑劑。有可能使用在文獻中闡述之任何已知增黏性樹脂作為將添加之增黏劑或增黏性樹脂。非限制性實例包含蒎烯樹脂、聚茚樹脂以及其經歧化、氫化、聚合化及酯化衍生物及鹽類、脂肪族及芳烴樹脂、萜烯樹脂、萜烯酚樹脂、C5樹脂、C9樹脂，以及其他烴類樹脂。 可使用此等或其他樹脂之任何所要組合，以便根據所要最終性質調整所得之黏合劑之性質。
PSA可進一步與一或多個添加劑(諸如，防老劑、抗氧化劑、光穩定劑、複合劑及/或加速劑)混合。
適合PSA之市售代表性實例包含可自Henkel公司以商品名DUROTAK購得者。
發明性組合物包含：基質，諸如以10體積%至80體積%之量；及經密封PCM，諸如以20體積%至90體積%之量；及視情況，隔熱元素。
可需要將隔熱元素包含至含經密封PCM基質中。此等隔熱器之代表性市售實例包括空心球狀容器，諸如彼等由Henkel公司以商品名DUALITE出售者或由Akzo Nobel以商品名EXPANCEL出售者，諸如DUALITE E。DUALITE E經改進以降低將其用作成本降低組件或減重組件之最終產品之導熱性。據報告，使用DUALITE E可將穩定、空心、閉孔式空隙引入最終產品中。
另外，其中佈置氣體之具有多孔性或空隙之固體材料可用作空心球狀容器之替代物或與其組合使用。就此而言，隔熱元素可包括佈置於實質上實心球狀顆粒之空隙內之氣體。此等隔熱元素之代表性市售實例包含由Degussa公司以商品名AEROGEL NANOGEL出售者。其被製造商闡述為由具有微細孔之玻璃絲束之格形網路組成(由高達5%固體及95%空氣組成)之輕重量隔絕性矽石材料。據報告，此結構形成優異隔絕性、透光性及斥水性性質。矽石材料係具有20奈米之平均孔徑之奈米孔隙矽石。小孔徑及結構截獲空氣流以防止熱損失及太陽輻射熱增量。
當使用時，隔熱元素以在基質中佔25體積%至99體積%之濃度佈置於基質中以形成吸熱及/或隔熱組合物。
該發明性組合物可佈置為基板之表面之至少一部分上之層或塗層。由此形成之塗層厚至足以幫助產生阻止半導體封裝在使用中產生之熱量穿過基板之熱傳輸障壁，但未厚至妨礙消費性電子裝置之組裝 及/或操作。
該發明性組合物應佈置於包括殼體之至少一個基板之內部表面之至少一部分上，該至少一個基板之互補外部表面在使用時與終端使用者接觸。因此，參考圖2，在膝上型或筆記型個人電腦中，置腕區可係此位置之良好實例。
參考圖1，展示電路板之剖視圖。在電路板上佈置複數個半導體封裝及電路，以及封裝自身之組裝中及將封裝組裝至板上通常使用之電子材料，及欲使用該電路板之電子裝置之殼體之一部分。在圖1中，1係指表面安裝黏合劑(諸如，LOCTITE 3609及3619)；2係指熱介面材料，如本文更詳細地闡述；3係指低壓模製材料(諸如，MM6208)；4係指板上覆晶底填充(諸如，HYSOL FP4531)；5係指液體密封劑球形頂部(glob top)(諸如，HYSOL E01016及E01072)；6係指聚矽氧密封劑(例如LOCTITE 5210)；7係指墊片化合物(諸如，LOCTITE 5089)；8係指晶片尺寸封裝/球柵陣列底填充(諸如，HYSOL UF3808及E1216)；9係指覆晶空氣封裝底填充(諸如，HYSOL FP4549 HT)；10係指塗覆粉末(諸如，HYSOL DK7-0953M)；11係指機械模製化合物(諸如，HYSOL LL-1000-3NP及GR2310)；12係指灌注化合物(諸如，E&C 2850FT)；13係指光電器件(諸如，Ablestik AA50T)；14係指晶粒附著(諸如，Ablestick 0084-1LM1SR4、8290及HYSOL OMI529HT)；15係指保形塗層(諸如，LOCTITE 5293及PC40-UMF)；16係指光子組件及組裝材料(諸如，STYLAST 2017M4及HYSOL OTO149-3)；17係指半導體模製化合物；且18係指焊料(諸如，Multicore BI58LM100AAS90V及97SCLF318AGS88.5)。該等產品中之每一者皆商業上自美國加州爾灣之Henkel公司出售。
圖1之電路板A佈置在電子裝置(未顯示)之殼體內部。在包括電子裝置殼體之基板之面向內的表面之至少一部分上塗佈隔熱元素層(未 顯示)。
如在圖4中所展示，電子裝置100可包括殼體101、處理器102、記憶體104、電源供應器106、通信電路108-1、匯流排109、輸入組件110、輸出組件112及冷卻組件118。匯流排109可包含一或多個有線或無線連結，其提供向電子裝置100之各種組件或自該等組件或在該等組件之間傳輸資料及/或電力之路徑，電子裝置100包含(舉例而言)處理器102、記憶體104、電源供應器106、通信電路108-1、輸入組件110、輸出組件112及冷卻組件118。
記憶體104可包含一或多種儲存媒體，包含(但不限於)硬碟機、快閃記憶體、永久記憶體(諸如，唯讀記憶體(「ROM」)、半永久記憶體(諸如，隨機存取記憶體(「RAM」)、任何其他適宜類型之儲存組件及其任何組合。記憶體104可包含快取記憶體，其可係一或多種不同類型之記憶體，在電子裝置應用中用於暫時儲存資料。
電源供應器106可藉由一或多個電池或自天然來源(例如使用太陽能電池之太陽能)向電子裝置100之電子組件供電。
可提供一或多個輸入組件110以允許使用者藉助(諸如)以下各項與裝置100相互作用或介接：電子裝置輸入板(pad)、撥號盤、點按式選盤(click wheel)、滾輪(scroll wheel)、觸控螢幕、一或多個按鍵(例如，鍵盤)、滑鼠、操縱桿、軌跡球、麥克風、相機、視訊記錄器及其任何組合。
可提供一或多個輸出組件112以藉助(諸如)以下各項向裝置100之使用者呈現資訊(例如，文本、圖形、聽覺及/或觸覺資訊)：音訊揚聲器、耳機、輸出信號線(signal line-out)、視覺顯示器、天線、紅外線埠、低音喇叭(rumbler)、振動器及其任何組合。
可提供一或多個冷卻組件118以幫助耗散電子裝置100之各種電子組件產生之熱量。該等冷卻組件118可呈各種形式，諸如風扇、散 熱器、均熱器、熱管、通氣孔或電子裝置100之殼體101之開口及其任何組合。
裝置100之處理器102可控制裝置100之多種功能及其他電路之操作。舉例而言，處理器102可自輸入組件110接收輸入信號及/或經由輸出組件112驅動輸出信號。
殼體101應向操作電子裝置100之各種電子組件中之一或多者提供至少部分殼體。殼體100保護電子組件免受裝置100外部之碎屑及其他降級力(degrading force)。殼體101可包含一或多個界定空腔103之壁120，在該空腔內可佈置裝置100之各種電子組件。殼體開口151亦可允許將某些流體(例如，空氣)吸入電子裝置100之空腔103並自其排出，以幫助管理裝置100之內部溫度。殼體101可自多種材料(諸如，金屬(例如，鋼、銅、鈦、鋁及各種金屬合金)、陶瓷、塑膠及其任何組合)來構造。
除了作為單個殼體來提供，殼體101亦可作為兩個或兩個以上殼體組件來提供。例如，處理器102、記憶體104、電源供應器106、通信電路108-1、輸入組件110及冷卻組件118可至少部分含於第一殼體組件101a內，同時輸出組件112可至少部分含於第二殼體組件101b內。
對於電源模組總成，該組合物可佈置於電源模組之表面上。例如，提供一種電源模組總成，其包括：電源模組，其具有至少兩個表面；及組合物，其包括分散於佈置於該等表面中之一者之至少一部分上之基質內之複數個經密封相變材料顆粒。
實例
將下文表1中列出之成分放置於容器中，經攪拌以形成混合物。
$ COVINAX 331-00可自富蘭克林黏合劑及聚合物(Franklin Adhesives and Polymers)公司購得且被闡述為經開發用於需要高黏性及剝離強度之永久性壓敏型應用之經表面活性劑穩定化丙烯酸共聚物。根據製造商，COVINAX 331-00展現至波狀板、聚烯烴膜及大部分類型之泡沫體之卓越黏著力；在室溫或冷凍器溫度下形成永久性接合；以及其寬黏著範圍允許其用於各種不同應用中，包含所有溫度等級標誌。
√ GELVA GME 3011係基於溶液橡膠之PSA且可自Henkel公司購得。
# DUROTAK 151A係經設計用於需要快速浸透性及低能表面上之高黏性之溶液丙烯酸壓敏型黏合劑。經報告之物理性質包含：黏性(in ozf/in)(81)；在20分鐘(85)、24小時(96)、在室溫(96)下一星期、在158℉(115)下一星期及在95℉/95% RH(105)下一星期之後自不銹鋼，以及在20分鐘(45)之後及在24小時(47)之後自HDPE之剝離強度(in ozf/in)；及在72℉下1小時(10)(4.4psi)之後之剪切強度。
* DUROTAK 1068係經設計用於通用傳送膜及高熱量應用之溶液 丙烯酸壓敏型黏接劑。經報告之物理性質包含：黏性(in ozf/in)(45)；在20分鐘(60)、24小時(78)、在室溫(94)下一星期、在158℉(145)下一星期及在95℉/95% RH(110)下一星期之後自不銹鋼，以及在20分鐘(13)之後及在24小時(20)之後自HDPE之剝離強度(in ozf/in)；及在72℉下1小時(11)(8.8psi)之後之剪切強度。
MPCM材料購自Microtek實驗室。該等材料具有在給定溫度(以℃為單位)下熔融之一種或若干種材料之芯。例如，MPCM-32係特定混合物，而MPCM-37係正二十烷。經銀塗佈MPCM-37具有約1um厚之銀塗層。
攪拌每一混合物達60分鐘之一段時間以分散經密封相變材料並形成經編號樣本。
將每一樣本之0.03mm塗層塗佈在25um厚石墨膜上，如在圖6中所圖解說明。將複合樣本放置在測試晶粒上，並曝露於50℃之溫度以產生6℃至8℃之溫度降。以類似方式製備但無經密封相變材料之組合物同樣地放置於測試晶粒上，產生約2℃至3℃之溫度降。
在下文表2中，將第1至8號樣本放置在於圖7中之平板電腦上展示之CPU位置之頂部處，且記錄隨後量測之性質並列在最左邊欄中。 參考圖7，其展示此一電源模組71在平板電腦7之內部內且CPU 72在近接電源模組71處。所展示之值係CPU溫度及最高皮膚溫度。呈現第1至8號樣本之值。
一組對照物使用石墨均熱器且另一組對照物直接佈置在平板電腦處理單元上。
兩個控制(石墨及直接施加)中之每一者之CPU溫度分別量測為在74℃及78℃下。直接自平板電腦本身取得量測。因此，可實現高達約11%之顯著降低。
針對兩個對照物(石墨及無任何施加)中之每一者量測之皮膚溫度係42℃及45℃。執行之第1至8號樣本中之每一者優於對照石墨均熱器，與根本無均熱器的情況相比此要好大約10%。
1‧‧‧表面安裝黏合劑
2‧‧‧熱介面材料
3‧‧‧低壓模製材料
4‧‧‧板上覆晶底填充
5‧‧‧液體密封劑球形頂部
6‧‧‧聚矽氧密封劑
7‧‧‧墊片化合物
8‧‧‧晶片尺寸封裝/球柵陣列底填充
9‧‧‧覆晶空氣封裝底填充
10‧‧‧塗覆粉末
11‧‧‧機械模製化合物
12‧‧‧灌注化合物
13‧‧‧光電器件
14‧‧‧晶粒附著
15‧‧‧保形塗層
16‧‧‧光子組件及組裝材料
17‧‧‧半導體模製化合物
18‧‧‧焊料
A‧‧‧電路板

Claims (25)

  1. 一種消費性電子製造物件，其包括：殼體，其包括具有內部表面及外部表面之至少一個基板；組合物，其包括基質及分散於其中之經密封相變材料顆粒，該組合物佈置於該至少一個基板之該內部表面之至少一部分上；及至少一個半導體封裝，其包括包含以下各項中之至少一者之總成：I.半導體晶片；均熱器；及其間之熱介面材料，或II.均熱器；散熱器；及其間之熱介面材料。
  2. 如請求項1之物件，其進一步包括通氣元件以自該物件分散該半導體總成產生之熱量。
  3. 如請求項1之製造物件，其中該殼體包括至少兩個基板。
  4. 如請求項1之製造物件，其中該殼體包括複數個基板。
  5. 如請求項1之製造物件，其中該等基板經定尺寸及佈置以彼此嚙合。
  6. 如請求項1之製造物件，其中組合物佈置在該至少一個基板之該內部表面之至少一部分上，其互補外部表面在使用時與終端使用者接觸。
  7. 如請求項1之製造物件，其進一步包括隔熱元素。
  8. 如請求項7之製造物件，其中該等隔熱元素包括氣體。
  9. 如請求項7之製造物件，其中該組合物中之該等隔熱元素包括空氣。
  10. 如請求項7之製造物件，其中該組合物中之該等隔熱元素包括在空心球狀容器內之氣體。
  11. 如請求項7之製造物件，其中該等隔熱元素係以在25體積%至99體積%範圍內之濃度在該組合物中使用。
  12. 如請求項1之製造物件，其中該組合物促進熱量自電子組件至散熱器之傳送。
  13. 如請求項1之製造物件，其中該經密封相變材料具有在約30℃至約100℃範圍內之熔點。
  14. 如請求項1之製造物件，其中該熱介面材料具有大約37℃之熔點。
  15. 如請求項1之製造物件，其中該經密封相變材料具有大約37℃之熔點。
  16. 如請求項1之製造物件，其中該熱介面材料具有大約52℃之熔點。
  17. 如請求項1之製造物件，其中該經密封相變材料具有大約52℃之熔點。
  18. 如請求項1之製造物件，其中該物件係筆記型個人電腦、平板型個人電腦或手持裝置。
  19. 一種組合物，其包括：基質；及經密封相變材料顆粒。
  20. 如請求項19之組合物，其進一步包括隔熱元素。
  21. 如請求項19之組合物，其中該基質包括壓敏型黏合劑或丙烯酸乳劑。
  22. 如請求項19之組合物，其佈置於金屬、經金屬塗佈聚合物、石墨或經金屬塗佈石墨基板上。
  23. 如請求項19之組合物，其中該等經密封相變材料顆粒係塗佈於其具有傳導性材料之表面之至少一部分上。
  24. 一種物件，其包括：殼體，其包括具有內部表面及外部表面之至少一個基板；組合物，其包括分散於佈置於該基板之該內部表面之至少一部分上之基質內之複數個經密封相變材料顆粒。
  25. 一種電源模組總成，其包括：電源模組，其具有至少兩個表面，及組合物，其包括分散於佈置於該等表面中之一者之至少一部分上之基質內之複數個經密封相變材料顆粒。
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