TW201825644A - 凝膠型熱介面材料 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種熱介面材料，其可用於將來自發熱電子裝置(諸如電腦晶片)之熱轉移至散熱結構(諸如散熱器及散熱座)。該熱介面材料包含至少一種聚矽氧油及至少一種導熱填料。

Description

凝膠型熱介面材料
本發明大體上係關於熱介面材料，及更特定言之凝膠型熱介面材料。
熱介面材料(TIM)廣泛用於諸如中央處理器、視訊圖形陣列、伺服器、遊戲機、智慧型手機、LED板等之電子組件之散熱。熱介面材料通常用於將電子組件之過熱轉移至散熱器(諸如散熱座)。 圖1說明包括熱介面材料之典型電子封裝結構10。電子封裝結構10說明性地包括發熱組件(諸如電子晶片12)及一或多個散熱組件(諸如散熱器14及散熱座16)。說明性散熱器14及散熱座包括金屬、金屬合金或鍍金屬基板(諸如銅、銅合金、鋁、鋁合金或鍍鎳銅)。TIM材料(諸如TIM 18及TIM 20)提供發熱組件與一或多個散熱組件之間之熱連接。電子封裝結構10包括連接電子晶片12與散熱器14之第一TIM 18。TIM 18通常係稱作「TIM 1」。電子封裝結構10包括連接散熱器14與散熱座16之第二TIM 20。TIM 20通常係稱作「TIM 2」。於另一實施例中，電子封裝結構10不包括散熱器14及TIM(未顯示)將電子晶片12直接連接至散熱座16。此將電子晶片12直接連接至散熱座16之TIM通常係稱作TIM 1.5。 傳統熱介面材料包括諸如間隙墊之組件。然而，間隙墊具有某些缺點，諸如無力滿足非常小厚度需求及難以用於自動化生產。 其他熱介面材料包括凝膠產品。凝膠產品可自動分配用於大規模生產及可形成為所需形狀及厚度。然而，典型凝膠產品於溫度循環試驗中具有滴液及開裂問題，包括於極端情況下該產品可潛在地更可能失效。 前文之改善係所需的。
本發明提供可用於將來自發熱電子裝置(諸如電腦晶片)之熱轉移至散熱結構(諸如散熱器及散熱座)之熱介面材料。該熱介面材料包含至少一種聚矽氧油、至少一種導熱填料及至少一種加成抑制劑。 於一示例性實施例中，提供一種熱介面材料。該熱介面材料包含至少一種具有低於50,000道爾頓之重均分子量(Mw)之低分子量聚矽氧油；至少一種導熱填料；至少一種加成觸媒及至少一種高分子量聚矽氧油，其中該高分子量聚矽氧油包括具有至少60,000道爾頓之重均分子量(Mw)之含乙烯基官能基之聚矽氧油。於一更特定實施例中，該至少一種低分子量聚矽氧油包括第一聚矽氧油及第二聚矽氧油，其中該第一聚矽氧油為含乙烯基官能基之聚矽氧油及該第二聚矽氧油為含氫化物官能基之聚矽氧油。 於一更特定實施例中，該導熱填料包括第一導熱填料及第二導熱填料，其中該第一導熱填料為具有大於1微米之粒徑之金屬氧化物及該第二導熱填料為具有小於1微米之粒徑之金屬氧化物。於另一更特定實施例中，該導熱填料包括第一導熱填料、第二導熱填料及第三導熱填料，其中該第一導熱填料為具有大於10微米之平均粒徑之金屬氧化物，該第二導熱填料為具有介於1微米與10微米之間之平均粒徑之金屬氧化物及該第三導熱填料為具有小於1微米之平均粒徑之金屬氧化物。 於又一更特定實施例中，該熱介面材料包含：2重量%至20重量%之低分子量聚矽氧油、50重量%至95重量%之導熱填料及0.1重量%至5重量%之高分子量聚矽氧油。於又一更特定實施例中，該低分子量聚矽氧油包括第一聚矽氧油及第二聚矽氧油，其中該第一聚矽氧油為含乙烯基官能基之聚矽氧油及該第二聚矽氧油為含氫化物官能基之聚矽氧油。 於任何上述實施例之一更特定實施例中，提供一種熱介面材料。該熱介面材料包含：至少一種聚矽氧油、至少一種導熱填料及至少一種加成抑制劑，其中該加成抑制劑包括炔基化合物。於又一更特定實施例中，該加成抑制劑係選自由下列組成之群：含多乙烯基官能基之聚矽氧烷、含於乙炔基環己醇中乙烯基封端之聚二甲基矽氧烷、2-甲基-3-丁炔-2-醇及3-甲基-1-戊炔-3-醇。於任何上述實施例之一更特定實施例中，該至少一種聚矽氧油包括第一聚矽氧油及第二聚矽氧油，其中該第一聚矽氧油為含乙烯基官能基之聚矽氧油及該第二聚矽氧油為含氫化物官能基之聚矽氧油。 於任何上述實施例之一更特定實施例中，該導熱填料包括第一導熱填料及第二導熱填料，其中該第一導熱填料為具有大於1微米之粒徑之金屬及該第二導熱填料為具有小於1微米之粒徑之金屬氧化物。於任何上述實施例之一更特定實施例中，該第一導熱填料與該第二導熱填料之比率為1.5:1至3:1。 於任何上述實施例之一更特定實施例中，該熱介面材料包含：2重量%至20重量%之聚矽氧油、0.1重量%至5重量%之矽烷偶聯劑、50重量%至95重量%之導熱填料及0.01重量%至5重量%之加成抑制劑。於一更特定實施例中，該加成抑制劑為含於乙炔基環己醇中之乙烯基封端之聚二甲基矽氧烷。於一更特定實施例中，該聚矽氧油包括第一聚矽氧油及第二聚矽氧油，其中該第一聚矽氧油為含乙烯基官能基之聚矽氧油及該第二聚矽氧油為含氫化物官能基之聚矽氧油。 於一示例性實施例中，提供一種電子組件。該電子組件包括散熱座、電子晶片、具有第一表面層與第二表面層之熱介面材料，該熱介面材料定位在散熱座與電子晶片之間，該熱介面材料包含：至少一種聚矽氧油、至少一種導熱填料及至少一種加成抑制劑，其中該加成抑制劑包括炔基化合物。於一更特定實施例中，該至少一種聚矽氧油包括至少一種低分子量聚矽氧油及至少一種高分子量聚矽氧油。 於一更特定實施例中，該至少一種高分子量聚矽氧油包括具有至少60,000道爾頓之重均分子量(Mw)之含乙烯基官能基之聚矽氧油。於另一更特定實施例中，該第一表面層與該電子晶片之表面接觸及該第二表面層與該散熱座接觸。於另一更特定實施例中，該電子組件另外包括定位在該散熱座與該電子晶片之間之散熱器，其中該第一表面層與該電子晶片之表面接觸及該第二表面層與該散熱器接觸。於又一更特定實施例中，該電子組件另外包括定位在該散熱座與該電子晶片之間之散熱器，其中該第一表面層與該散熱器之表面接觸及該第二表面層與該散熱座接觸。
本申請案主張2016年7月26日申請之美國臨時專利申請案號62/366,704及2016年12月20日申請之美國臨時專利申請案號62/436,746之優先權，該等案之揭示內容在此明確地以其全文引用之方式併入本文中。A . 熱介面材料 本發明係關於可用於自電子組件轉移走熱之熱介面材料(TIM)。於一示例性實施例中，TIM包含至少一種聚矽氧油、至少一種觸媒、至少一種導熱填料及至少一種包含胺及烷基官能基二者之黏著促進劑。 於一些實施例中，TIM可視情況地包含一或多種下列組分：矽烷偶聯劑、有機塑化劑、表面活性劑及助熔劑。1. 聚矽氧油 a. 一般描述 本發明提供用於包含至少一種低分子量聚矽氧油及至少一種高分子量聚矽氧油之TIM材料之基質。該聚矽氧油包含一或多種藉由觸媒交聯之可交聯基團(諸如乙烯基、氫化物、羥基及丙烯酸酯官能基)。於一實施例中，一或多種聚矽氧油包括第一聚矽氧油及第二聚矽氧油，其中該第一聚矽氧油為含乙烯基官能基之聚矽氧油及該第二聚矽氧油為含氫化物官能基之聚矽氧油。該聚矽氧油將導熱填料潤濕並形成用於TIM之可分配流體。 於一示例性實施例中，該聚矽氧油包括聚矽氧橡膠，諸如可自Shin-Etsu購得之KE系列產品、諸如可自Bluestar購得之SILBIONE® 、諸如可自Wacker購得之ELASTOSIL® 、SilGel® 、SILPURAN® 及SEMICOSIL® 、諸如可自Momentive購得之Silopren® 、諸如可自Dow Corning購得之Dow Corning® 、Silastic® 、XIAMETER® 、Syl-off® 及SYLGARD® 、諸如可自Square Silicone購得之SQUARE® 、諸如可自AB Specialty Silicones購得之Andril® 。其他聚矽氧烷係可自Wacke、Shin-Etsu、Dow Corning、Momentive、Bluestar、RUNHE、AB Specialty Silicones、Gelest及United Chemical Technologies購得。b . 低分子量聚矽氧油 1. 含乙烯基官能基之聚矽氧油 該TIM包含如藉由凝膠滲透層析法(GPC)量測之低重均分子量聚矽氧油。示例性低分子量聚矽氧油可包括具有如下所示通式之乙烯基聚矽氧油：。 示例性低分子量乙烯基聚矽氧油亦可包含少量鉑觸媒。 含乙烯基官能基之聚矽氧油包括具有Si-CH=CH2 基團之有機聚矽氧組分。示例性含乙烯基官能基之聚矽氧油包括乙烯基封端之聚矽氧油及其中Si-CH=CH2 基團接枝在聚合物鏈上之乙烯基接枝聚矽氧油及其組合。 示例性乙烯基封端之聚矽氧油包括乙烯基封端之聚二甲基矽氧烷，諸如DMS-V00(具有186道爾頓之重均分子量(Mw ))、DMS-V03(具有約500道爾頓之Mw )、DMS-V05(具有約800道爾頓之Mw )、DMS-V21(具有約6,000道爾頓之Mw )、DMS-V22(具有約9400道爾頓之Mw )、DMS-V25(具有約17,200道爾頓之Mw )、DMS-V25R(具有約17,200道爾頓之Mw )、DMS-V35(具有約49,500道爾頓之Mw )、DMS-V35R(具有約49,500道爾頓之Mw )，各者可自Gelest, Inc購得。示例性乙烯基封端之聚矽氧油包括乙烯基封端之二苯基矽氧烷-二甲基矽氧烷共聚物，諸如PDV-0325(具有約15,500道爾頓之Mw )、PDV-0331(具有約27,000道爾頓之Mw )、PDV-0525(具有約14,000道爾頓之Mw )、PDV-1625(具有約9,500道爾頓之Mw )、PDV-1631(具有約19,000道爾頓之Mw )、PDV-2331(具有約12,500道爾頓之Mw )，各者可自Gelest, Inc購得。示例性乙烯基封端之聚矽氧油包括乙烯基封端之聚苯基甲基矽氧烷，諸如可自Gelest, Inc.購得之PMV-9925(具有約2000至3000道爾頓之Mw )。示例性乙烯基封端之聚矽氧油包括乙烯基封端之二乙基矽氧烷-二甲基矽氧烷共聚物，諸如可自Gelest, Inc.購得之EDV-2025(具有約16,500至19,000道爾頓之Mw )。 示例性乙烯基接枝聚矽氧油包括乙烯基甲基矽氧烷均聚物，諸如VMS-005(具有約258至431道爾頓之Mw )、VMS-T11(具有約1000至1500道爾頓之Mw )，二者可自Gelest, Inc.購得。示例性乙烯基接枝聚矽氧油包括乙烯基甲基矽氧烷-二甲基矽氧烷共聚物，諸如三甲基矽氧基封端之聚矽氧油、矽醇封端之聚矽氧油及乙烯基封端之聚矽氧油。 於一示例性實施例中，乙烯基接枝聚矽氧油為乙烯基甲基矽氧烷三元聚合物，其包括諸如VAT-4326(具有約10,000至12,000道爾頓之Mw )之乙烯基甲基矽氧烷-辛基甲基矽氧烷-二甲基矽氧烷三元聚合物或諸如VBT-1323(具有約8,000至12,000道爾頓之Mw )之乙烯基甲基矽氧烷-甲氧基聚乙烯氧丙基甲基矽氧烷-二甲基矽氧烷三元聚合物或乙烯基甲基矽氧烷-苯基甲基矽氧烷-二甲基矽氧烷(具有約2,500至3,000道爾頓之Mw )；各者可自Gelest, Inc.購得。 於一示例性實施例中，含乙烯基官能基之聚矽氧油包括乙烯基T樹脂或乙烯基Q樹脂。 於一示例性實施例中，聚矽氧油為含乙烯基官能基之油，諸如來自RUNHE之RH-Vi303、RH-Vi301，諸如來自AB Specialty Silicones之Andril® VS 200、Andril® VS 1000。2. 含氫化物官能基之聚矽氧油 另一示例性低分子量聚矽氧油可包括具有如下所示之通式之含氫聚矽氧油：於一示例性實施例中，聚矽氧油包括具有有機聚矽氧組分及Si-H基團之含氫化物官能基之聚矽氧油。示例性含氫化物官能基之聚矽氧油包括氫化物封端之聚矽氧油及其中Si-H基團接枝在聚合物鏈上之氫化物接枝聚矽氧油及其組合。 於一示例性實施例中，氫化物封端之聚矽氧油為氫化物封端之聚二甲基矽氧烷，諸如DMS-H03(具有約400至500道爾頓之Mw )、DMS-H11(具有約1,000至1,100道爾頓之Mw )、DMS-H21(具有約6,000道爾頓之Mw )、DMS-H25(具有約17,200道爾頓之Mw )或DMS-H31(具有約28,000道爾頓之Mw )，各者可自Gelest, Inc.購得。於一示例性實施例中，氫化物封端之聚矽氧油為(諸如)三甲基矽氧基封端或氫化物封端之甲基氫矽氧烷-二甲基矽氧烷共聚物。示例性三甲基矽氧基封端之共聚物包括HMS-031(具有約1,900至2,000道爾頓之Mw )、HMS-071(具有約1,900至2,000道爾頓之Mw )、HMS-082(具有約5,500至6,500道爾頓之Mw )、HMS-151(具有約1,900至2,000道爾頓之Mw )、HMS-301(具有約1,900至2,000道爾頓之Mw )、HMS-501(具有約900至1,200道爾頓之Mw )；示例性氫化物封端之共聚物包括HMS-H271(具有約2,000至2,600道爾頓之Mw )；其各者可自Gelest, Inc.購得。於一示例性實施例中，氫化物接枝聚矽氧油為經三甲基矽氧基封端之聚甲基氫矽氧烷，諸如HMS-991(具有約1,400至1,800道爾頓之Mw )、HMS-992(具有約1,800至2,100道爾頓之Mw )、HMS-993(具有約2,100至2,400道爾頓之Mw )，各者可自Gelest, Inc.購得。 示例性低分子量聚矽氧油可具有少至50道爾頓、500道爾頓、1000道爾頓，多至5000道爾頓、10,000道爾頓、50,000道爾頓或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內之重均分子量(Mw )。 示例性低分子量聚矽氧油可具有如根據ASTM D445所量測之少至0.5 cSt、5 cSt、100 cSt，多至5,000 cSt、10,000 cSt、50,000 cSt或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內之動態黏度。 該TIM包含基於TIM之總重量計少至0.1重量%、0.5重量%、0.67重量%、1重量%，多至3重量%、5重量%、10重量%、20重量%或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內(諸如0.1重量%至15重量%、0.1重量%至3重量%或0.67重量%至10重量%)含量之一或多種低分子量聚矽氧油。c. 高分子量聚矽氧油 該TIM包含如藉由凝膠滲透層析法(GPC)所量測之高分子量聚矽氧油。示例性高分子量聚矽氧油可包括具有如下所示通式，類似於上述低分子量聚矽氧油之乙烯基聚矽氧油：含乙烯基官能基之聚矽氧油包括具有Si-CH=CH2 基團之有機聚矽氧組分。示例性含乙烯基官能基之聚矽氧油包括乙烯基封端之聚矽氧油及其中Si-CH=CH2 基團接枝在聚合物鏈上之乙烯基接枝聚矽氧油及其組合。 示例性乙烯基封端之聚矽氧油包括乙烯基封端之聚二甲基矽氧烷，諸如DMS-V41(具有約62,700道爾頓之Mw )、DMS-V42(具有約72,000道爾頓之Mw )、DMS-V46(具有約117,000道爾頓之Mw )、DMS-V51(具有約140,000道爾頓之Mw )及DMS-V52(具有約155,000道爾頓之Mw )，各者可自Gelest, Inc.購得。 示例性乙烯基接枝聚矽氧油包括乙烯基甲基矽氧烷-二甲基矽氧烷共聚物，諸如三甲基矽氧基封端之聚矽氧油、矽醇封端之聚矽氧油及乙烯基封端之聚矽氧油。 於一示例性實施例中，乙烯基接枝聚矽氧油為乙烯基甲基矽氧烷三元聚合物。於一示例性實施例中，含乙烯基官能基之聚矽氧油包括乙烯基T樹脂或乙烯基Q樹脂。 另一示例性高分子量聚矽氧油可包括具有有機聚矽氧組分及Si-H基團之含氫化物官能基之聚矽氧油。示例性含氫化物官能基之聚矽氧油包括氫化物封端之聚矽氧油、其中Si-H基團接枝在聚合物鏈上之氫化物接枝聚矽氧油及其組合。 於一示例性實施例中，該氫化物封端之聚矽氧油為氫化物封端之聚二甲基矽氧烷，諸如可自Gelest, Inc.購得之DMS-H41(具有約62,700道爾頓之Mw )。於一示例性實施例中，該氫化物封端之聚矽氧油為諸如三甲基矽氧基封端或氫化物封端之甲基氫矽氧烷-二甲基矽氧烷共聚物。示例性三甲基矽氧基封端之共聚物包括可自Gelest, Inc.購得之HMS-064(具有約60,000至65,000道爾頓之Mw )。 示例性高分子量聚矽氧油可具有少至60,000道爾頓、70,000道爾頓、100,000道爾頓，多至1,000,000道爾頓、10,000,000道爾頓、100,000,000道爾頓或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內之重均分子量(Mw )。 示例性高分子量聚矽氧油可具有如根據ASTM D445所量測之少至10,000 cSt、20,000 cSt、100,000 cSt，多至1,000,000 cSt、10,000,000 cSt、100,000,000 cSt或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內之動態黏度。於一示例性實施例中，示例性高分子量聚矽氧油為具有2,000,000 cSt之動態黏度之高分子量乙烯基聚矽氧油。 該TIM可包含基於TIM之總重量計少至0.01重量%、0.1重量%、0.25重量%、0.5重量%、0.67重量%、0.75重量%，多至1重量%、1.5重量%、2重量%、5重量%或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內(諸如0.1重量%至5重量%、0.1重量%至1重量%或0.25重量%至0.67重量%)含量之一或多種高分子量聚矽氧油。於一示例性實施例中，該TIM包含約0.6重量%含量之高分子量聚矽氧油。於另一示例性實施例中，該TIM包含約2.68重量%含量之高分子量聚矽氧油。2. 觸媒 該TIM另外包含一或多種用於催化加成反應之觸媒。示例性觸媒包括含鉑材料及含銠材料。示例性含鉑觸媒可具有以下顯示之通式：示例性含鉑觸媒包括：諸如鉑環乙烯基甲基矽氧烷錯合物(Ashby Karstedt Catalyst)、鉑羰基環乙烯基甲基矽氧烷錯合物(Ossko catalyst)、鉑二乙烯基四甲基二矽氧烷富馬酸二甲酯錯合物、鉑二乙烯基四甲基二矽氧烷馬來酸二甲酯錯合物等。示例性鉑羰基環乙烯基甲基矽氧烷錯合物包括SIP6829.2，示例性鉑二乙烯基四甲基二矽氧烷錯合物包括SIP6830.3及SIP6831.2，示例性鉑環乙烯基甲基矽氧烷錯合物包括SIP6833.2，所有可自Gelest，Inc.購得。其他示例性含鉑材料觸媒包括可自Wacker Chemie AG購得之Catalyst OL及可自United Chemical Technologies Inc.購得之PC065、PC072、PC073、PC074、PC075、PC076、PC085、PC086、PC087、PC088。 示例性含銠材料包括可自Gelest, Inc.購得之具有產品代碼INRH078之三氯化參(二丁基硫醚)銠。 不希望受任何特定理論束縛，據信如下所示鉑觸媒與乙烯基聚矽氧油及含氫聚矽氧油反應。該TIM可包含基於聚矽氧油之總重量計少至5 ppm、10 ppm、15 ppm、20 ppm，多至25 ppm、30 ppm、40 ppm、50 ppm、100 ppm、200 ppm、500 ppm、1000 ppm或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內(諸如10 ppm至30 ppm、20 ppm至100 ppm或5 ppm至500 ppm)含量之一或多種觸媒。 於一示例性實施例中，提供作為與一或多種聚矽氧油之混合物之觸媒。於一示例性實施例中，含鉑材料觸媒與下列含官能基之聚矽氧油組合：諸如可自Shin-Etsu購得之KE-1012-A、KE-1031-A、KE-109E-A、KE-1051J-A、KE-1800T-A、KE1204A、KE1218A，諸如可自Bluestar購得之SILBIONE® RT Gel 4725 SLD A，諸如可自Wacker購得之SilGel® 612 A、ELASTOSIL® LR 3153A、ELASTOSIL® LR 3003A、ELASTOSIL® LR 3005A、SEMICOSIL® 961A、SEMICOSIL® 927A、SEMICOSIL® 205A、SEMICOSIL® 9212A、SILPURAN® 2440，諸如可自Momentive購得之Silopren® LSR 2010A，諸如可自Dow Corning購得之XIAMETER® RBL-9200 A、XIAMETER® RBL-2004 A、XIAMETER® RBL-9050 A、XIAMETER® RBL-1552 A、Silastic® FL 30-9201 A、Silastic® 9202 A、Silastic® 9204 A、Silastic® 9206 A、SYLGARD® 184A、Dow Corning® QP-1 A、Dow corning® C6 A、Dow Corning® CV9204 A。 該TIM可包含基於TIM之總重量計少至0.01重量%、0.1重量%、0.2重量%，多至0.3重量%、0.4重量%、0.5重量%或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內之含量之觸媒。於一示例性實施例中，該TIM包含0.04重量%含量之觸媒。於另一示例性實施例中，該TIM包含0.4重量%含量之觸媒。 於另一實施例中，含鉑材料觸媒與高分子量含乙烯基官能基之聚矽氧油組合。3. 導熱填料 該TIM包含一或多種導熱填料。示例性導熱填料包括金屬、合金、非金屬、金屬氧化物及陶瓷及其組合。金屬包括但不限於鋁、銅、銀、鋅、鎳、錫、銦及鉛。非金屬包括但不限於碳、石墨、碳奈米管、碳纖維、石墨烯、氮化硼及氮化矽。金屬氧化物或陶瓷包括但不限於氧化鋁(鋁氧化物)、氮化鋁、氮化硼、氧化鋅及氧化錫。 該TIM可包含基於TIM之總重量計少至10重量%、20重量%、25重量%、50重量%，多至75重量%、80重量%、85重量%、90重量%、95重量%、97重量%或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內(諸如10重量%至95重量%、50重量%至95重量%或85重量%至97重量%)含量之一或多種導熱填料。 示例性導熱填料可具有少至0.1微米、1微米、10微米，多至50微米、75微米、100微米或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內之平均粒徑。 於一示例性實施例中，該TIM可包含第一導熱填料及第二導熱填料，其中該第一導熱填料具有大於1微米之平均粒徑及該第二導熱填料具有小於1微米之平均粒徑。於一更特定實施例中，該第一導熱填料與該第二導熱填料之比率可為低則1:5、1:4、1:3、1:2，高則1:1、1.5:1、2:1、3:1、4:1、5:1或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內(諸如1:5至5:1、1:1至3:1或1.5:1至3:1)。 於一示例性實施例中，該TIM可包含第一導熱填料、第二導熱填料及第三導熱填料，其中該第一導熱填料具有大於10微米之粒徑，該第二導熱填料具有少至1微米、2微米、4微米，多至6微米、8微米、10微米或於其間限定之任何範圍內之平均粒徑及該第三導熱填料具有小於1微米之平均粒徑。 於一示例性實施例中，該TIM包含相對於總TIM組合物而言少至30重量%、35重量%、40重量%，多至45重量%、50重量%、60重量%或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內之含量之第一導熱填料。該第一導熱填料具有少至30微米、35微米、40微米，多至45微米、50微米、60微米或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內之平均粒徑。示例性TIM另外包含相對於總TIM組合物計少至5重量%、10重量%、15重量%，多至25重量%、30重量%、40重量%或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內之含量之第二導熱填料。該第二導熱填料具有少至1微米、3微米、5微米，多至10微米、15微米、20微米或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內之平均粒徑。示例性TIM另外包含相對於總TIM組合物計少至5重量%、10重量%、15重量%，多至25重量%、30重量%、40重量%或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內之含量之第三導熱填料。該第三導熱填料具有少至0.1微米、0.3微米、0.5微米，多至1微米、1.5微米、2微米或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內之平均粒徑。 於一示例性實施例中，該TIM包含相對於總TIM組合物計少至5重量%、10重量%、15重量%，多至25重量%、30重量%、40重量%或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內之含量之第一導熱填料。該第一導熱填料具有少至30微米、35微米、40微米，多至45微米、50微米、60微米或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內之平均粒徑。示例性TIM另外包含相對於總TIM組合物計少至30重量%、35重量%、40重量%，多至45重量%、50重量%、60重量%或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內之含量之第二導熱填料。該第二導熱填料具有少至1微米、3微米、5微米，多至10微米、15微米、20微米或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內之平均粒徑。示例性TIM另外包含相對於總TIM組合物計少至5重量%、10重量%、15重量%，多至25重量%、30重量%、40重量%或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內之含量之第三導熱填料。該第三導熱填料具有少至0.1微米、0.3微米、0.5微米，多至1微米、1.5微米、2微米或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內之平均粒徑。 示例性導熱填料包括氧化鋁及氧化鋅。4. 加成抑制劑 該TIM包含一或多種用於抑制或限制聚矽氧油之交聯之加成抑制劑。該加成抑制劑包括至少一種炔基化合物及視情況地，該加成抑制劑另外包括含多乙烯基官能基之聚矽氧烷。 示例性加成抑制劑包括炔醇，諸如1-乙炔基-1-環己醇、2-甲基-3-丁炔-2-醇、2-苯基-3-丁炔-2-醇、2-乙炔基-異丙醇、2-乙炔基-丁烷-2-醇及3,5-二甲基-1-己炔-3-醇；矽烷化炔醇，諸如三甲基(3,5-二甲基-1-己炔-3-氧基)矽烷、二甲基-雙-(3-甲基-1-丁炔-氧基)矽烷、甲基乙烯基雙(3-甲基-1-丁炔-3-氧基)矽烷及((1,1-二甲基-2-丙炔基)氧基)三甲基矽烷；不飽和羧酸酯，諸如馬來酸二烯丙酯、馬來酸二甲酯、富馬酸二乙酯、富馬酸二烯丙酯及馬來酸雙-2-甲氧基-1-甲基乙酯、馬來酸單辛酯、馬來酸單異辛酯、馬來酸單烯丙酯、馬來酸單甲酯、富馬酸單乙酯、富馬酸單烯丙酯、馬來酸2-甲氧基-1-甲基乙酯；富馬酸酯/醇混合物，諸如其中醇係選自苄醇或1-辛醇及乙炔基環己基-1-醇之混合物；共軛烯-炔，諸如2-異丁基-1-丁烯-3-炔、3,5-二甲基-3-己烯-1-炔、3-甲基-3-戊烯-1-炔、3-甲基-3-己烯-1-炔、1-乙炔基環己烯、3-乙基-3-丁烯-1-炔及3-苯基-3-丁烯-1-炔；乙烯基環矽氧烷，諸如I,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基環四矽氧烷，及共軛烯-炔與乙烯基環矽氧烷之混合物。於一示例性實施例中，該加成抑制劑係選自2-甲基-3-丁炔-2-醇或3-甲基-1-戊炔-3-醇。 於一些示例性實施例中，該加成抑制劑另外包括含多乙烯基官能基之聚矽氧烷。一示例性多含乙烯基官能基之聚矽氧烷為含於乙炔基環己醇中之乙烯基封端之聚二甲基矽氧烷，諸如可自Wacker Chemie AG購得之Pt Inhibitor 88。不希望受任何特定理論束縛，據信如下所示鉑觸媒與乙炔基環己醇及乙烯基封端之聚二甲基矽氧烷形成錯合物。據信該錯合物之形成降低在室溫中之觸媒活性及因此保持TIM之可分配性及可潤濕性。在固化步驟之較高溫度下，Pt自錯合物釋放並幫助含乙烯基官能基之聚矽氧油及含氫化物官能基之聚矽氧油之矽氫化，在「交聯」上提供更大控制。 於一些示例性實施例中，該TIM可包含基於TIM之總重量計少至0.01重量%、0.02重量%、0.05重量%、0.1重量%、0.15重量%，多至0.2重量%、0.25重量%、0.3重量%、0.5重量%、1重量%、3重量%、5重量%或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內(諸如0.01重量%至1重量%、0.01重量%至0.5重量%或0.05重量%至0.2重量%)含量之一或多種加成抑制劑。於一示例性實施例中，該TIM包含0.1重量%含量之加成抑制劑。於另一示例性實施例中，該TIM包含0.13重量%含量之加成抑制劑。 不希望受任何特定理論束縛，據信於不存在加成抑制劑之情況下，含乙烯基官能基之聚矽氧油與含氫化物官能基之聚矽氧油基於加成矽氫化機理非常快速地反應以形成藉由典型方法不能自動分配之固相。 於一示例性實施例中，該加成抑制劑與下列含官能基之聚矽氧油組合：諸如可自Shin-Etsu購得之KE-1056、KE-1151、KE-1820、KE-1825、KE-1830、KE-1831、KE-1833、KE-1842、KE-1884、KE-1885、KE-1886、FE-57、FE-61，諸如可自Dow Corning購得之Syl-off® 7395、Syl-off® 7610、Syl-off® 7817、Syl-off® 7612、Syl-off® 7780。5. 可選組分 於一些實施例中，該TIM可視情況地包含一或多種下列組分：矽烷偶聯劑、有機塑化劑、表面活性劑及助熔劑。 於一些示例性實施例中，該TIM包含一或多種偶聯劑。示例性偶聯劑包括具有通式Y-(CH2 )n -Si-X3 之矽烷偶聯劑，其中Y為有機官能基，X為可水解基團。有機官能基Y包括烷基、縮水甘油氧基、丙烯醯氧基、甲基丙烯醯氧基、胺。可水解基團X包括烷氧基、乙醯氧基。於一些示例性實施例中，該矽烷偶聯劑包括烷基三烷氧基矽烷。示例性烷基三烷氧基矽烷包括癸基三甲氧基矽烷、十一烷基三甲氧基矽烷、十六烷基三甲氧基矽烷、十八烷基三甲氧基矽烷。於一示例性實施例中，該TIM包括如下式所示作為偶聯劑之十六烷基三甲氧基矽烷。如下實例反應中所示，示例性偶聯劑與示例性填料相互作用。氧化鋁為用於以下反應之代表性填料；然而，可使用其他替代填料。如所示，將偶聯劑添加至水中並經歷水解以移除乙氧化物基。產物接著經歷改性反應，其中移除水並將偶聯劑與氧化鋁結合在一起。於一些示例性實施例中，該TIM可包含基於TIM之總重量計少至0.1重量%、0.25重量%、0.5重量%、0.67重量%、0.75重量%，多至1重量%、1.5重量%、2重量%、5重量%、10重量%或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內(諸如0.1重量%至10重量%、0.1重量%至1重量%或0.25重量%至0.67重量%)含量之一或多種偶聯劑。於一示例性實施例中，TIM包含0.4重量%含量之偶聯劑。 於一些示例性實施例中，該TIM包含一或多種有機塑化劑。示例性有機塑化劑包括基於鄰苯二甲酸酯之塑化劑，諸如鄰苯二甲酸雙(2-乙基己基)酯(DEHP)、鄰苯二甲酸二正丁酯(DnBP，DBP)、鄰苯二甲酸二辛酯(DOP或DnOP)、鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)、鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)、鄰苯二甲酸二異癸酯(DIDP)、鄰苯二甲酸二異壬酯(DINP)及鄰苯二甲酸丁基苄基酯(BBzP)。 於一些示例性實施例中，該TIM可包含基於TIM之總重量計少至0.01重量%、0.1重量%、0.25重量%、0.5重量%、0.67重量%、0.75重量%，多至1重量%、1.5重量%、2重量%、5重量%、10重量%或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內(諸如0.01重量%至10重量%、0.1重量%至1重量%或0.25重量%至0.67重量%)含量之一或多種有機塑化劑。 於一些示例性實施例中，該TIM包含一或多種表面活性劑。示例性表面活性劑包括基於聚矽氧之表面添加劑，諸如可自BYK Chemie GmbH購得之BYK表面活性劑，其包括BYK-307、BYK-306及BYK-222。 於一些示例性實施例中，該TIM可包含基於TIM之總重量計少至0.01重量%、0.1重量%、0.25重量%、0.5重量%、0.67重量%、0.75重量%，多至1重量%、1.5重量%、2重量%、5重量%、10重量%或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內(諸如0.1重量%至10重量%、0.1重量% 至1重量%或0.25重量%至0.67重量%)含量之一或多種表面活性劑。 於一些示例性實施例中，該TIM包含一或多種助熔劑。示例性助熔劑包括發煙二氧化矽。 於一些示例性實施例中，該TIM可包含基於TIM之總重量計少至0.1重量%、0.25重量%、0.5重量%、0.67重量%、0.75重量%，多至1重量%、1.5重量%、2重量%、5重量%、10重量%或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內(諸如0.1重量%至10重量%、0.1重量%至1重量%或0.25重量%至0.67重量%)含量之一或多種助熔劑。6. 熱介面材料之示例性調配物 於第一非限制性說明性實施例中，該TIM包含約2重量%至約20重量%聚矽氧油、約0.1重量%至約5重量%偶聯劑、約50重量%至約95重量%導熱填料、約0.1重量%至約5重量%加成抑制劑及約0.1重量%至約5重量%加成觸媒。 於第二非限制性說明性實施例中，該TIM包含約2重量%至約10重量%之第一低分子量聚矽氧油、約2重量%至約10重量%之第二低分子量聚矽氧油、約0.1重量%至約5重量%之高分子量聚矽氧油、約0.1重量%至約5重量%之偶聯劑、約25重量%至約50重量%之第一導熱填料、約25重量%至約50重量%之第二導熱填料、約25重量%至約50重量%之第三導熱填料、約0.1重量%至約5重量%加成抑制劑及約0.1重量%至約5重量%加成觸媒。7. 熱介面材料之示例性性質 於一些示例性實施例中，如上所述之熱介面材料具有優異之對高加速應力試驗(HAST)抗性。HAST試驗通常理解為係關於熱介面材料對濕度及溫度之抗性關於熱介面材料之熱性能。示例性HAST試驗標準為JESD22-A110-B。於一特定實施例中，當以垂直定向1.6 mm間隙放置在玻璃與示例性銅散熱座之間並經受-55℃與+125℃之間之10000個熱循環歷時一週時，熱介面材料顯示無滴液。於其他實施例中，熱介面材料顯示於溫度循環試驗後很少至無開裂。 於一些示例性實施例中，如上所述之熱介面材料具有優異之對溫度循環抗性。溫度循環通常理解為係關於熱介面材料對極端高溫及低溫之抗性以及其承受循環熱應力之能力。示例性溫度循環試驗標準為JESD22-A104-B。於一特定實施例中，當以垂直定向1.6 mm間隙放置在玻璃與示例性銅散熱座之間並經受-55℃與+125℃之間之10000個熱循環歷時一週時，熱介面材料顯示無滴液。於其他實施例中，熱介面材料顯示溫度循環試驗後很少至無開裂。 於一些示例性實施例中，如上所述之熱介面材料具有至少1 W/m.K之熱導率。一示例性熱導率試驗方法標準為ASTM D5470。於一示例性修正案中，如上所述之熱介面材料具有約4 W/m.K之熱導率。於另一示例性實施例中，如上所述之熱介面材料具有約2 W/m.K之熱導率。 於一些示例性實施例中，如上所述之熱介面材料在室溫下具有10 Pa.s至100,000 Pa.s範圍或更特定言之100 Pa.s至10,000 Pa.s範圍之黏度。一示例性黏度試驗方法標準為DIN 53018。於一特定實施例中，藉由布魯克菲爾德流變儀(Brookfield Rheometer)以2 s-1 剪切速率測試黏度。 如所應用，熱介面材料可具有如藉由測微計量測之可變的厚度。於一些示例性實施例中，如上所述之熱介面材料具有少至0.05 mm、0.5 mm、1 mm，多至3 mm、5 mm、7 mm、10 mm或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內(諸如0.05 mm至5 mm)之厚度。 於一些示例性實施例中，當固化時，如上所述之熱介面材料在給定溫度下係可壓縮的。於一示例性實施例中，熱介面材料在約25℃之溫度下可壓縮至少10%。 於一些示例性實施例中，如上所述之熱介面材料具有1 g/min至1000 g/min範圍或更特定言之10 g/min至100 g/min範圍內之分配率。於一特定實施例中，利用具有0.1英寸直徑分配頭開口之10 ml注射器於0.6 Mpa壓力下測試分配率。B. 形成熱介面材料之方法 於一些示例性實施例中，藉由於加熱混合器中組合個別組分並將組合物摻合在一起來製備TIM。經摻合組合物接著可直接施覆於基板而無需焙烘。C. 利用熱介面材料之應用 再次參考圖1，於一些示例性實施例中，熱介面材料作為TIM 1定位在電子組件12與散熱器14之間，如由TIM 18所指示。於一些示例性實施例中，熱介面材料作為TIM 2定位在散熱器14與散熱座16之間，如由TIM 20所指示。於一些示例性實施例中，熱介面材料作為TIM 1.5(未顯示)定位在電子組件12與散熱座16之間。實例 實例 1 根據表1提供之調配物製備熱介面材料。表 1 ：實例 1 之調配物 ( 重量 %) 低分子量(MW)聚矽氧油A為包含乙烯基官能基之低分子量液態聚矽氧橡膠。該低MW聚矽氧油之分子量係低於50,000道爾頓及另外包含鉑觸媒。低MW聚矽氧油B為包含氫化物官能基之液態聚矽氧橡膠且具有低於50,000道爾頓之分子量。矽烷偶聯劑為十六烷基三甲氧基矽烷。導熱填料A為具有介於1與10微米之間之粒徑之鋁顆粒。導熱填料B為具有小於1微米之粒徑之氧化鋅顆粒。加成抑制劑為可自Wacker Chemie AG購得之Pt Inhibitor 88。 為製備實例1之調配物，將聚矽氧油、矽烷偶聯劑及加成抑制劑組合並利用速度混合器摻合。接著添加導熱填料並再次摻合混合物。 獲得來自Parker Chomerics之GEL 30導熱可分配凝膠用於比較例。GEL 30包含部分交聯之聚矽氧橡膠與氧化鋁。 將實例1與比較例之調配物各者以垂直定向1.6 mm間隙夾在玻璃與示例性散熱座之間並經受-55℃與+125℃之間之熱循環歷時一週。 圖2A顯示於溫度循環試驗之前自實例1形成之樣品及圖2B顯示於溫度循環試驗之前自GEL 30比較例形成之樣品。圖3A顯示於溫度循環試驗之後自實例1形成之樣品及圖3B顯示於溫度循環試驗之後自GEL 30比較例形成之樣品。 如圖3A所示，自實例1形成之樣品顯示無滴液，如由樣品在試驗期間保持在玻璃與基板之間之其原垂直位置所指示。相比之下，自比較例形成之樣品顯示顯著滴液，如由圖2B與圖3B之間之向下移動所指示。 此外，圖3A顯示由於溫度循環試驗，自實例1形成之樣品之有限開裂。相比之下，圖3B顯示比較例中顯著更多的開裂。實例 2 根據表2提供之調配物製備熱介面材料。表 2 ：實例 2 之調配物 ( 重量 %) 低分子量(MW)聚矽氧油A為包含乙烯基官能基之低分子量液態聚矽氧橡膠。該低MW聚矽氧油A之分子量係低於50,000道爾頓及另外包含鉑觸媒。低MW聚矽氧油B為包含氫化物官能基之低分子量液態聚矽氧橡膠。該低MW聚矽氧油B之分子量係低於50,000道爾頓。高MW聚矽氧油具有高於60,000道爾頓之分子量。矽烷偶聯劑為十六烷基三甲氧基矽烷。導熱填料A為具有介於1與10微米之間粒徑之氧化鋁顆粒。導熱填料B為具有小於1微米粒徑之氧化鋁顆粒。加成抑制劑為可自Wacker Chemie AG購得之Pt Inhibitor 88。 於製備比較例2、實例2A、2B或2C中之一者後，將所製備之混合物插入並密封於如圖6A、6B所示之注射器50。將注射器50連接至自動分配器工具52。可藉由分配器工具52產生之氣壓將混合物從注射器50除掉。分配器工具52亦控制孔口直徑。實際上，分配器工具52藉由改變兩個參數—孔口直徑及氣壓來控制來自注射器50之混合物之分配速率。於一實施例中，在10立方釐米處，在90 psi之壓縮下，通過注射器50之0.100英寸孔口自注射器50分配調配物而無頂端附著。 將比較例2、實例2A及實例2B之調配物各者分配在示例性散熱座上，之後將玻璃板放置在示例性散熱座上，在該處當裝置例如如圖2A所示垂直定向時存在於散熱座與玻璃之間的1.6 mm間隙。施加至調配物之壓力造成調配物擴散至所需區域。散熱座與玻璃之間存在1.6 mm間隙。如上所述之玻璃與示例性散熱座裝置經受-55℃與+125℃之間之熱循環持續一週，其中各循環具有40分鐘之持續時間。實施總共約250個循環，單個循環各者具有40分鐘之持續時間。 圖4A至4C顯示於熱循環試驗之前自實例2形成之比較例2、實例2A及實例2B及圖5A至5C顯示於熱循環試驗之後比較例2、實例2A及實例2B之所得調配物。 如圖5A及圖5B所示，比較例2及實例2A各者顯示顯著滴液，如由樣品在試驗期間未保持在玻璃與基板之間之其各者原垂直位置所指示。相比之下，如圖5C所示，實例2B顯示有限滴液，如由樣品在試驗期間保持在玻璃與基板之間之其原垂直位置所指示。 此外，實例2B (圖5C)顯示由於熱循環試驗，自實例1形成之樣品之有限開裂。相比之下，比較例2及實例2A (分別為圖5A及5B)顯示比較例中顯著更多的開裂。 雖然已將本發明描述為具有示例性設計，但是可在本發明之精神及範疇內進一步修改本發明。因此本申請案意欲涵蓋利用其一般原理之本發明之任何變化、用途或改造。另外，本申請案意欲涵蓋屬於本發明有關技術中之習知或常用實務且落在隨附申請專利範圍限制內之本揭示案之該等偏離例。
10‧‧‧電子封裝結構
12‧‧‧電子晶片
14‧‧‧散熱器
16‧‧‧散熱座
18‧‧‧熱介面材料
20‧‧‧熱介面材料
50‧‧‧注射器
52‧‧‧自動分配器工具
藉由結合附圖參考本發明之實施例之下列描述，將更明瞭本發明之上述及其他特徵與優點及實現其之方式及將更好地理解本發明自身，其中： 圖1示意地說明典型電子封裝結構； 圖2A係關於實例1及顯示於熱循環試驗之前自實例1形成之樣品； 圖2B係關於實例1及顯示於熱循環試驗之前自比較例形成之樣品； 圖3A係關於實例1及顯示於熱循環試驗之後自實例1形成之樣品； 圖3B係關於實例1及顯示於熱循環試驗之後自實例1形成之樣品； 圖4A係關於實例2及顯示於熱循環試驗之前自比較例2形成之樣品； 圖4B係關於實例2及顯示於熱循環試驗之前自實例2A形成之樣品； 圖4C係關於實例2及顯示於熱循環試驗之前自實例2B形成之樣品； 圖5A係關於實例2及顯示於熱循環試驗之後自比較例2形成之樣品； 圖5B係關於實例2及顯示於熱循環試驗之後自實例2A形成之樣品； 圖5C係關於實例2及顯示於熱循環試驗之後自實例2B形成之樣品； 圖6A顯示根據本發明之一實施例之分配器裝置；及 圖6B顯示操作中之圖6A之分配器裝置。 相應參考字元指示幾個視圖中相應部分。本文陳述之例證說明本發明之示例性實施例及此等例證不解釋為以任何方式限制本發明之範疇。

Claims (10)

  1. 一種熱介面材料，其包含： 至少一種具有低於50,000道爾頓之重均分子量(Mw )之低分子量聚矽氧油； 至少一種導熱填料；及 至少一種高分子量聚矽氧油，其中該高分子量聚矽氧油包括具有至少60,000道爾頓之重均分子量(Mw )之含乙烯基官能基之聚矽氧油。
  2. 如請求項1之熱介面材料，其中該至少一種低分子量聚矽氧油包括第一聚矽氧油及第二聚矽氧油，其中該第一聚矽氧油為含乙烯基官能基之聚矽氧油及該第二聚矽氧油為含氫化物官能基之聚矽氧油。
  3. 如請求項1之熱介面材料，其中該導熱填料包括第一導熱填料及第二導熱填料，其中該第一導熱填料為具有大於1微米之粒徑之金屬氧化物及該第二導熱填料為具有小於1微米之粒徑之金屬氧化物。
  4. 如請求項1之熱介面材料，其中該熱介面材料包含： 2重量%至20重量%之該低分子量聚矽氧油； 50重量%至95重量%之該導熱填料；及 0.1重量%至5重量%之該高分子量聚矽氧油。
  5. 一種熱介面材料，其包含： 至少一種聚矽氧油； 至少一種導熱填料；及 至少一種加成抑制劑，其中該加成抑制劑包括炔基化合物。
  6. 如請求項5之熱介面材料，其中該加成抑制劑係選自由下列組成之群：含多乙烯基官能基之聚矽氧烷、含於乙炔基環己醇中乙烯基封端之聚二甲基矽氧烷、2-甲基-3-丁炔-2-醇及3-甲基-1-戊炔-3-醇。
  7. 如請求項5之熱介面材料，其中該至少一種聚矽氧油包括第一聚矽氧油及第二聚矽氧油，其中該第一聚矽氧油為含乙烯基官能基之聚矽氧油及該第二聚矽氧油為含氫化物官能基之聚矽氧油。
  8. 如請求項5之熱介面材料，其中該導熱填料包括第一導熱填料及第二導熱填料，其中該第一導熱填料為具有大於1微米之粒徑之金屬及該第二導熱填料為具有小於1微米之粒徑之金屬氧化物。
  9. 如請求項8之熱介面材料，其中該第一導熱填料與該第二導熱填料之比率為1.5:1至3:1。
  10. 如請求項5之熱介面材料，其中該熱介面材料包含： 2重量%至20重量%之該聚矽氧油； 0.1重量%至5重量%之該矽烷偶聯劑； 50重量%至95重量%之該導熱填料；及 0.01重量%至5重量%之該加成抑制劑。
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