TW202144517A - 薄型熱傳導複合黏著劑及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於包含多孔熱傳導金屬片的薄型熱傳導複合黏著劑及其製備方法，該薄型熱傳導複合黏著劑為高度熱傳導。

Description

薄型熱傳導複合黏著劑及其製造方法
本發明係關於用於製備在半導體行業中使用的具有良好熱導率的黏著材料的複合物。
熱傳導且電絕緣的黏著劑材料廣泛用於電子部件及系統的製造中，該電子部件及系統的製造包括散熱器的附接、管芯附接黏著劑及電子部件的封裝等。包含聚合物基質加填充劑的複合物通常用作熱傳導黏著劑。由於聚合物基質本身不具有高熱導率，因此廣泛使用高濃度的熱傳導填充劑，例如陶瓷、碳及金屬。為了達到高熱導率，例如，＞5 Wm-1 K-1 ，需要大量的填充劑，例如＞60體積%。
創建熱傳導黏著劑材料的習知方法係關於在聚合物基質或聚合物溶液內混合填充劑，以形成填充劑/聚合物漿料。填充劑通常是某種熱傳導且導電的材料。隨後將填充劑/聚合物漿料塗覆或澆鑄至基材上，以製造薄膜或塗層。填充劑在聚合物基質內的分散性及漿料的黏度係製造均勻薄塗層的重要因素。隨著當前及未來電子器件的熱導率要求增加，慣用方法隨著聚合物基質內填充劑的載量增加而呈現出增加的成本及其他挑戰。
此外，熟知的是，由於填充劑與基質聚合物之間的聲子譜錯配，填充劑與基質聚合物之間的熱界面是黏著複合物中熱傳導的瓶頸之一。試圖藉由改變填充劑的表面以使聲子譜與聚合物基質相匹配來提高黏著複合物的熱導率的方法已導致對黏著複合物的熱導率的有限影響。
因此，需要改進的熱傳導複合黏著劑。
本發明提供改進之熱傳導複合黏著劑及其製備方法。
一些實施例包括一種薄型熱傳導複合物，該薄型熱傳導複合物包括：第一基材、第二基材及多孔熱傳導金屬片，該多孔熱傳導金屬片具有第一表面及相對的第二表面，其中該多孔熱傳導金屬片具有多個完全穿過該多孔熱傳導金屬片自該第一表面延伸至該相對的第二表面的限定的導管，其中該導管含有熱固性樹脂，該熱固性樹脂將該多孔熱傳導金屬片黏附至該第一基材，且該熱固性樹脂將該多孔熱傳導金屬片黏附至該第二基材。
一些實施例包括第一基材、第二基材及位於該第一基材與該第二基材之間的多孔熱傳導金屬片。在一些實施例中，第一基材塗覆有熱固性樹脂。在其他實施例中，第二基材塗覆有熱固性樹脂。在一些示例中，該多孔熱傳導金屬片與經塗覆的第一基材的熱固性樹脂接觸。在其他示例中，該多孔熱傳導金屬片與經塗覆的第二基材的熱固性樹脂接觸。在一些實施例中，該多孔熱傳導金屬片與經塗覆的第一基材及經塗覆的第二基材的熱固性樹脂接觸。在其他實施例中，該多孔熱傳導金屬片直接塗覆在第二基材上，且與經塗覆的第一基材的熱固性樹脂接觸。在一些示例中，該多孔熱傳導金屬片包含鋁。在一些實施例中，該多孔熱傳導金屬片包含銅。在一些實施例中，該多孔熱傳導金屬片經蝕刻以限定多個自該金屬片的第一表面延伸至相對的第二表面的導管。在一些實施例中，第一基材包括PET基材。在其他實施例中，第二基材包括PET基材。在一些實施例中，第二基材包括PET基材，其中該PET基材塗覆有多孔熱傳導銅金屬片。在一些實施例中，第二基材包括銅箔，其中該銅箔塗覆有多孔熱傳導銅金屬片。一些實施例包括一種多孔熱傳導銅金屬片，該多孔熱傳導銅金屬片包含塗覆至該第二基材上的銅粒子及分散劑的混合物，其中該塗覆的混合物在約100℃至約140℃下燒結。在一些實施例中，該熱固性樹脂包括環氧樹脂。在一些實施例中，藉由在約50℃至70℃加熱，使該熱固性樹脂設置在該熱傳導金屬片的該限定的導管內且穿過該限定的導管。在一些實施例中，該熱傳導複合物的限定的導管包括至少5%的該熱傳導金屬片。在一些示例中，該熱傳導複合黏著劑亦包括背襯層，其中該背襯層設置在該熱傳導黏著劑的黏著劑表面上。
一些實施例包括一種用於製造熱傳導複合物的方法，該熱傳導複合物包括第一基材、第二基材及多孔熱傳導金屬片。該方法可包括將熱固性樹脂設置在第一基材及/或第二基材的表面上。該方法可包括將多孔熱傳導金屬片與經環氧樹脂塗覆的第一基材及視情況經環氧樹脂塗覆的第二基材結合，其中該多孔熱傳導金屬片位於該經塗覆的第一基材及該視情況經塗覆的第二基材之間。該方法亦可包括在如下溫度下加熱結合的層，該溫度高到足以允許該熱固性樹脂遷移通過熱傳導金屬片的導管，從而黏附該結合的層，但足夠低至不固化該熱固性樹脂。在其他實施例中，該第二基材可包括銅箔或塗覆有多孔熱傳導銅金屬片的PET基材。在其他實施例中，提供多孔熱傳導銅金屬片的方法可包括將銅粒子分散在分散劑內；將該銅粒子塗覆至基材上，隨後在約100℃至約140℃下燒結該塗層。在一些實施例中，可將多孔熱傳導銅片塗覆在基材上，其中該基材可包括銅箔或PET膜。在一些實施例中，該限定的導管可包含至少5%的該熱傳導金屬片。在一些實施例中，該熱傳導黏著劑亦可包括背襯層。該背襯層可設置在熱傳導黏著劑的黏著表面上。
相關申請的交叉引用 本申請案主張2020年3月27日提交的美國臨時申請案第63/001,174號的權益，該美國臨時申請案的全部內容以引用方式併入本文。
本發明描述熱傳導複合黏著劑及其製造方法。本發明的熱傳導複合物包括多孔熱傳導金屬片，該多孔熱傳導金屬片具有第一表面及相對的第二表面。在一些實施例中，該多孔熱傳導金屬片設置在兩個基材之間。在一些實施例中，該基材中的一個包括與該多孔熱傳導金屬片的該第一表面接觸的熱固性樹脂層。在其他實施例中，該第一基材及該第二基材包括分別與該多孔熱傳導金屬片的該第一表面及該第二表面接觸的熱固性樹脂層。用於製備熱傳導複合黏著劑的其他實施例及方法將在下面更詳細地描述。
本文所述之熱傳導複合物包括第一基材、第二基材及多孔熱傳導金屬片，該多孔熱傳導金屬片位於該第一基材與第二基材之間且與其接觸。本文所述之多孔熱傳導金屬片具有多個完全穿過熱傳導金屬片自第一表面延伸至相對的第二表面的限定的導管。如本文所用的術語「導管」等同於術語通路或通道。在一些實施例中，第一基材塗覆有熱固性樹脂。在其他實施例中，多孔熱傳導金屬片的第一表面與第一基材的熱固性樹脂塗層接觸。在一些實施例中，第二基材塗覆有熱固性樹脂。在其他實施例中，多孔熱傳導金屬片的第二表面與第二基材的熱固性樹脂塗層接觸。在其他示例中，多孔熱傳導金屬片的第二表面與第二基材直接接觸。在一些實施例中，可在足以允許熱固性樹脂遷移通過熱傳導金屬片的導管的溫度下加熱包括基材、熱固性樹脂及多孔熱傳導金屬片的各層，從而黏附結合之多個層。
對用於製備多孔熱傳導金屬片的方法不具有特別限制。在一些實施例中，多孔熱傳導金屬片可包含鋁。在其他實施例中，多孔熱傳導金屬片可包含銅。對合成本發明之多孔熱傳導金屬片的方法不具有特別限制，只要該多個導管穿過該金屬片自第一表面延伸至相對的第二表面且經提供以便提供與熱傳導金屬片的兩個表面的導電接觸即可。一些用於生產該多個導管的方法包括金屬片的蝕刻或燒結。對穿過熱傳導金屬片的導管的數目不具有限制，只要該導管包括至少5%的該熱傳導金屬片即可。在一些實施例中，從金屬片的第一表面延伸至相對的第二表面的導管可以藉由以下方式來創建：蝕刻該金屬片達足夠的時間量以創建該導管。該時間量可取決於金屬及金屬片的厚度而變化，且熟習此項技術者將能夠確定產生穿過特定金屬片的多個導管所需的蝕刻時間。
在一些實施例中，該多孔熱傳導金屬片可包含鋁。在一些實施例中，該多孔熱傳導鋁片包括鋁箔。任何合適的方法均可用來製造多孔鋁箔。在本發明中，鋁箔可經化學蝕刻以產生多孔鋁箔。在化學蝕刻之前，可以對鋁箔進行預處理。在一些實施例中，藉由以下方式來對鋁箔進行預處理：將鋁箔在550℃下退火2至3小時；在室溫下在1 M NaOH溶液中浸泡3分鐘；用水沖洗；以及乾燥。在一些實施例中，經預處理的鋁箔可以藉由以下方式進行化學蝕刻：浸入包含1-3 M HCl、1-3 M HNO3 及0-0.5 M AlCl3 的室溫溶液中3-40分鐘；用水沖洗；隨後乾燥。在其他實施例中，未經預處理的鋁箔可藉由以下方式進行化學蝕刻：浸入包含1-3 M HCl、1-3 M HNO3 及0-0.5 M AlCl3 的室溫溶液中3-40分鐘；用水沖洗；隨後乾燥。對鋁箔進行化學蝕刻的時長不具有限制，而是只需產生占熱傳導鋁箔片的至少5%的導管。咸信，在蝕刻之前對鋁箔進行退火擴大了鋁的晶粒大小，從而導致蝕刻後的表面更光滑，從而產生更好的黏附性。
多孔熱傳導金屬片可以具有任何合適的厚度，例如在一些實施例中，多孔熱傳導金屬片可包含銅。在一些實施例中，多孔熱傳導銅片可包括將銅粒子分散在分散劑內；以及將分散的銅粒子塗覆至基材上，隨後燒結。在一些實施例中，銅粒子可包括四水合甲酸銅。在一些示例中，銅粒子可包括單質銅。在一些情況下，銅粒子包括四水合甲酸銅及單質銅。在一些實施例中，分散劑是胺基2-丙醇。基材可為銅箔或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。如本文所用的術語「經燒結的」或「燒結」係指此類製程，在該製程中藉由加熱使銅粉粒子在基材上結合在一起，以形成連續的銅表面或銅片。一旦銅粒子經塗覆至基材上，其即可在介於約100℃至約140℃之間燒結足夠的時間，以產生占熱傳導銅片的至少5%的導管。
在一些實施例中，該多孔熱傳導銅片可以藉由燒結Cu油墨/Cu粉複合漿料來製備。銅油墨可以藉由將四水合甲酸銅與胺基-2-丙醇混合來製備。可以將單質銅粉加入至所得的銅油墨混合物中，以製備Cu油墨/Cu粉漿料。可將該漿料塗覆至基材上。在一些實施例中，該基材是PET。在一些實施例中，該基材是銅箔。隨後可以在N2 或真空中在100℃至140℃下燒結Cu油墨/Cu粉塗層。在燒結之後得到的多孔熱傳導銅片的厚度可介於10 μm至30 μm之間。
該多孔熱傳導金屬片可具有任何合適的厚度，例如約1 μm至30 μm、約1-2 μm、約2-3 μm、約3-4 μm、約4-5 μm、約5-6 μm、約6-7 μm、約7-8 μm、約8-9 μm、約9-10 μm、約10-15 μm、約15-20 μm、約20-25 μm、約25-30 μm、約10 μm、約30 μm，或約為在此等值中的任何值界定的範圍內的任何值。
熱固性樹脂可為任何可部分固化(或B階化)的熱固性樹脂。滿足此要求之熱固性樹脂包括但不限於環氧樹脂、酚醛樹脂(phenolic)、酚醛清漆樹脂(novalac)(酚醛樹脂及cersolic兩者)、聚酯、聚醯亞胺、聚胺酯及聚脲等。對熱固性樹脂不具有特別限制，只要其黏度低，且樹脂在約50℃至約70℃可流動即可。在本發明中使用的熱固性樹脂可為可交聯的熱固性樹脂。在一些實施例中，熱固性樹脂可包括環氧樹脂。在一些示例中，環氧樹脂可以由單一環氧樹脂，或者兩種或更多種環氧樹脂的任意組合組成。環氧樹脂可為任何具有環氧官能團的有機或無機樹脂。環氧樹脂的商業來源可包括例如EPON 164(Hexion)、EPON 1031(Hexion)、D.E.N. 424(Olin)、EN 425(Olin)、DEN 426(Olin)、DEN 43-EK85(Olin)、DEN 438-A85(Olin)、EP-49-23(Adeka)、Ep-4085(Adeka)、或EPALLOY 8280(CVC Thermoset Specialties)。在一些實施例中，環氧樹脂為EPON 164。
在一些實施例中，熱固性樹脂，例如環氧樹脂，可構成熱傳導複合物的總重量的約30重量%至約60重量%、約30-45重量%、40-55重量%、約45-50重量%、約45-46重量%、約46-47重量%、約47-48重量%、約48-49重量%、約40-50重量%、約50-51重量%、約51-52重量%、約52-53重量%、約53-54重量%、約54-55重量%、約55-60重量%、或約52.3重量%，或約為上述值界定的範圍內的任何值。
在一些實施例中，熱固性樹脂包括環氧樹脂。在一些示例中，熱固性樹脂亦包含稀釋劑。在其他實施例中，熱固性樹脂亦包含固化劑。在一些實施例中，熱固性樹脂亦包含交聯催化劑。一些實施例包含環氧樹脂、稀釋劑、固化劑、交聯催化劑，或此等要素的任意組合。
在一些實施例中，熱固性樹脂亦可包含稀釋劑。稀釋劑可與熱固性樹脂混合。稀釋劑可包含反應性或非反應性稀釋劑。稀釋劑可降低熱傳導複合物的黏度，從而導致複合物的流動性及可加工性增加。稀釋劑可為但不限於聚醚多元醇的二縮水甘油醚(例如DER 732及DER 736)、二縮水甘油醚、間苯二酚二縮水甘油醚、1,4-丁二醇二縮水甘油醚、二氧化丁二烯、乙烯基環己烷二氧化物、丁基縮水甘油醚、2-乙基己基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚、鄰甲苯基縮水甘油醚、鄰苯二甲酸二丁酯、壬基酚、糠醇、2513HP(縮水甘油醚，Cardolite)或ERL 0510(三縮水甘油基-對胺基苯酚，Union Carrbide)或DEF 732(二環氧基樹脂，Plyscience)。在一些實施例中，稀釋劑可為低黏度環氧樹脂，例如雙酚F二縮水甘油醚、三羥甲基丙烷三縮水甘油醚或甘油多縮水甘油醚。在一些實施例中，稀釋劑可為DRE 732。
熱傳導複合物中使用的稀釋劑的量可介於熱傳導複合物的總重量的約5重量%與約20重量%、約5-10重量%、約10-15重量%、約15-20重量%、或約10重量%、約11重量%、約12重量%、約13重量%、約14重量%、約15重量%、約16重量%、約17重量%、約18重量%、約19重量%、約20重量%、約15.7重量%之間，或為在由此等值中的任何值界定的任何範圍內的任何值。
熱傳導複合物的熱固性樹脂亦可包含任何合適的固化劑。固化劑可以使熱固性樹脂熱固化。熱固化劑可以使熱傳導複合物交聯，從而完全固化該複合物以形成熱固性聚合物黏著劑。在一些實施例中，固化劑可為MEHC 7851(Meiwa Plastic Industries, LTD)。
熱傳導複合物可包含任何合適量的固化劑。在一些實施例中，固化劑可構成該熱傳導複合物的約10重量%至40重量%、約10-15重量%、約15-20重量%、約20-25重量%、約25-30重量%、約30-35重量%、約35-40重量%、約31重量%、約32重量%、約33重量%、約34重量%、約35重量%、約30.3重量%或約任何重量%，或為在由上述值中的任何值界定的範圍內的任何百分比。
當塗覆在第一基材及/或第二基材上時，熱固性樹脂(例如環氧塗層)可具有任何合適的厚度，例如約0.1-100 µm、約0.1-1 µm、約1-10 µm、約10-20 µm、約20-30 µm、約30-40 µm、約40-50 µm、約4-10 µm、約4-6 µm、約6-10 µm、約8-10 µm、約4.8 µm或約5 µm、約9 µm、或約10 µm。在一些實施例中，熱固性樹脂的體積可為多孔熱傳導金屬片的體積的約10-200%、約10-30%、約30-50%、約50-80%、約80-110%、約110-150%、或約150-200%，其中該多孔熱傳導金屬片的體積包括該片的金屬及孔的總體積。
熱傳導複合物的熱固性樹脂亦可包含用於交聯該熱固性樹脂的催化劑。設想用於熱傳導複合物中的催化劑(亦描述為促進劑)包括酚類，或熟習此項技術者已知的其他試劑。可以選擇能夠交聯熱固性樹脂的任何合適的催化劑。在一些實施例中，酚類用作催化劑。在一些實施例中，催化劑可包含三苯基膦(TTP)。
催化劑的量可構成熱傳導複合物的約0.5重量%至5重量%、約0.5-1重量%、約1-2重量%、約2-3重量%、約3-4重量%、約4-5重量%、或約1重量%、約1.5重量%、約2重量%、約2.5重量%、約3重量%、約3.5重量%、約4重量%、約4.5重量%、約5重量%、或約1.7重量%，或約為在此等值中的任何值界定的範圍內的任何值。
在一些實施例中，如藉由以下等式確定的，熱傳導複合物可具有為約0.1 Wm-1 K-1 或更高、或約5 Wm-1 K-1 或更高，例如約0.1-1 Wm-1 K-1 、約1-2 Wm-1 K-1 、約2-3 Wm-1 K-1 、約3-4 Wm-1 K-1 、約4-5 Wm-1 K-1 、約5-6 Wm-1 K-1 、約6-10 Wm-1 K-1 、約10-20 Wm-1 K-1 、或約20 Wm-1 K-1 或更高的熱導率： λ [Wm-1 K-1 ]=α [mm2 s-1 ]×ρ [gcm-3 ]×C p [JK-1 g-1 ] 其中α為用閃存分析儀測定的熱擴散率，ρ為使用微量天平及量綱(dimensions)自樣品重量確定的比密度，且C p 為用差示掃描量熱法測定的比熱容。
在一些實施例中，熱傳導複合物包括設置在基材上的熱固性樹脂。基材可為剝離襯墊。可以使用任何合適的剝離襯墊。在一些實施例中，剝離襯墊可包括非織造材料、織造材料、或織造基材。織造基材的示例包括但不限於碳纖維、金屬氧化物、礦物、陶瓷、或其他人造纖維。非織造纖維的示例包括但不限於纖維素、嫘縈、氟化聚醯胺(PVDF)布、聚乙烯(PE)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚酮(PEEK)，及/或其混合物。在一些實施例中，熱固性樹脂設置在聚對苯二甲酸乙二醇酯上。
製造熱傳導複合物的方法可包括將多孔熱傳導金屬片與塗覆有熱固性樹脂的第一基材及塗覆有熱固性樹脂的第二基材結合，其中該多孔熱傳導金屬片位於兩個經塗覆的基材的熱固性樹脂層之間。在一些實施例中，熱傳導金屬片可包括多孔鋁箔。鋁金屬片可為介於10 μm至30 μm之間厚的多孔鋁箔。在其他實施例中，熱傳導金屬片可包括多孔銅箔。銅金屬片可為介於4 μm至30 μm之間厚的多孔銅箔。
熱傳導複合物的描繪在圖1中示出。第一經熱固性塗覆的基材(例如經塗覆的基材13a )包括塗覆有熱固性層(例如層11a )的第一基材，例如基材10a 。第二經熱固性塗覆的基材(例如經塗覆的基材13b )包括塗覆有熱固性層(例如層11b )的第二基材，例如基材10b 。 具有第一表面及相對的第二表面的多孔熱傳導金屬片(例如層12 ，包括多孔鋁箔或多孔銅箔)的第一表面可經放置為與經塗覆的基材13a 的層11a 接觸且其第二表面與經塗覆的基材13b 的層11b 接觸。熱固性塗層11a 及11b 可以與多孔熱傳導金屬片的相對表面物理接觸。
熱傳導複合物的另一描繪在圖2中示出。第一基材(例如基材20 )塗覆有熱固性層，例如層21 。具有第一表面及相對的第二表面的多孔熱傳導金屬片(例如層22 ，包括多孔鋁箔、或多孔銅箔、或熱傳導銅片)的第一表面可經放置為與第一基材20 的層21 接觸且其相對的第二表面與第二基材(例如第二基材23 )接觸。層21 及第二基材23 的熱固性塗層可以與多孔熱傳導金屬片(例如層22 )的相對表面物理接觸。
製造熱傳導複合物的方法包括在足夠的溫度下加熱如上所述且亦在圖1及圖2中示出的結合的多個層，以允許熱固性樹脂遷移通過多孔熱傳導金屬片的導管，從而將該結合的多個層黏附在一起。在一些實施例中，加熱結合的多個層的方法可包括將該結合的多個層放置到真空處置室中。隨後在介於50℃至70℃的溫度下真空處置熱固性樹脂，以允許該樹脂流過熱傳導金屬片的導管。介於50℃至70℃之間的真空處置允許熱固性樹脂流動，且溫度太低而不會使熱固性樹脂完全固化。
在一些實施例中，熱傳導複合黏著劑亦可包括背襯層。背襯層可設置在熱傳導複合黏著劑的黏著劑表面上。對背襯層不具有特別限制。背襯層的一些示例包括但不限於非織造材料、織造材料、或織造基材。織造基材的示例包括但不限於碳纖維、金屬氧化物、礦物、陶瓷、或其他人造纖維。非織造纖維的示例包括但不限於纖維素、嫘縈、氟化聚醯胺(PVDF)布、聚乙烯(PE)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚酮(PEEK)，及/或其混合物。在一些實施例中，熱固性樹脂設置在聚對苯二甲酸乙二醇酯上。
術語「可以」或「可為」的使用應解釋為「是」或「不是」的簡寫，或者替代地「做」或「不做」或「將會」或「將不會」等。例如，表述「熱傳導複合黏著劑亦可包括背襯層」應解釋為例如「在一些實施例中，熱傳導複合黏著劑亦包括背襯層」，或者「在一些實施例中，熱傳導複合黏著劑並不亦包括背襯層。」
除非另有說明，否則在說明書及實施例中使用的表示成分的量、性質(諸如分子量)、反應條件等的所有數字應理解為在所有情況下均由術語「約」修飾。因此，除非有相反的指示，否則在說明書及所附實施例中列出的數值參數為近似值，該近似值可以根據尋求獲得的所需性質而變化。無論如何並非試圖限制等同物的原則的應用。對於實施例的範圍，每個數值參數應至少根據報告的有效位的數目且藉由應用普通的捨入技術來解釋。
對於所公開的過程及/或方法，在該過程及方法中執行的功能可以以不同的次序來實現，如上下文所指示的。此外，概述的步驟及操作僅作為示例提供，且步驟及操作中的一些步驟及操作可為視情況的，組合成較少的步驟及操作，或者擴展為附加步驟及操作。
本發明有時可說明包含在不同的其他部件中或與不同的其他部件連接的不同部件。此類描繪的架構僅是示例，且可以實現取得相同或相似功能性的許多其他架構。
本發明及所附實施例中使用的術語(例如，所附實施例的主體)通常旨在作為「開放」術語(例如，術語「包括」應解釋為「包括但不限於」，術語「具有」應解釋為「至少具有」，術語「包含」應解釋為「包含但不限於」等)。另外，若引入特定數目的要素，則此可以解釋為至少包括所敍述的數目，如可以藉由上下文所指示(例如，不具有其他修飾語的僅「兩個敍述項」的表述意謂兩個或更多個敍述項中的至少兩個敍述項)。如本發明中所使用的，呈現兩個或更多個可選項的轉折性詞語及/或短語應理解為考慮包括此等項中的一個，此等項中的任一個或所有此等項的可能性。例如，短語「A或B」：應理解為包括「A」或「B」或「A及B」的可能性。
除非在此另外指明或者明顯與上下文相矛盾，否則在描述本發明的上下文中(尤其是在以下實施例的上下文中)使用的術語「一」、「一個」、「該」以及類似的指示詞應解釋為涵蓋單數及複數兩者。本文提供的任何及所有示例、或代表性語言(例如「例如」)的使用僅旨在更好地說明本發明，而不是對任何實施例的範圍構成限制。說明書中的任何語言均不應解釋為表示任何未體現的要素對於本發明的實踐為必不可少的。
本文公開的替代要素或實施例的分組不應解釋為限制。每個組成員可以單獨地或與該組中的其他成員或本文中找到的其他要素任意組合地提及以及體現。預期組中的一或多個成員可以出於方便及/或可專利性的原因而包括在組中或自組中刪除。當發生任何此類包括或刪除時，本說明書視為包含經修改的組，從而滿足對所附實施例中使用的所有馬庫什組的書面描述。
本文描述某些實施例，包括本發明者已知的用於實現本發明的最佳方式。當然，對於熟習此項技術者而言，在閱讀前面的描述後，此等描述的實施例的變型將變得顯而易知。本發明者希望技術人員適當地採用此類變型，且本發明者希望以不同於本文具體描述的方式來實踐本發明。因此，實施例包括適用法律所允許的實施例中所述主題的所有修改及等同物。此外，除非本文另有說明或明顯與上下文相矛盾，否則設想上述要素的所有可能變型的任何組合。最後，應理解，本文公開的實施例是對實施例的原理的說明。可以採用的其他修改在實施例的範圍內。因此，舉例而言而非限制，可以根據本文的教導來利用替代實施例。因此，實施例不限於精確地如所示及所述之實施例。
實施例 實施例 1. 一種製備熱傳導複合物的方法，該方法包括以下步驟： a.    提供多孔熱傳導金屬片，該片具有多個完全穿過該傳導金屬片自第一表面延伸至相對的第二表面的限定的通路/導管；以及提供與該熱傳導金屬片的兩個表面的導電接觸； b.    將熱固性樹脂設置在基材的表面上； c.    將該多孔熱傳導金屬片與至少一個經熱固性樹脂塗覆的基材及第二基材結合，其中該多孔熱傳導金屬片在該至少一個經環氧塗覆的基材與該第二基材之間；以及 d.    在足夠的溫度下加熱步驟C的該結合的多個層，以允許該熱固性樹脂遷移通過該熱傳導金屬片的該導管，從而黏附該結合的多個層。
實施例 2. 根據實施例1所述之方法，其中該第二基材是銅箔或塗覆有多孔熱傳導銅金屬片的PET基材。
實施例 3. 根據實施例1所述之方法，其中該第二基材是經熱固性樹脂塗覆的基材。
實施例 4. 根據實施例1所述之方法，其中該熱固性樹脂包括環氧樹脂。
實施例 5. 根據實施例1所述之方法，其中該熱固性樹脂真空設置在該熱傳導片的該限定的導管內且穿過該限定的導管。
實施例 6. 根據實施例1所述之方法，其中該限定的導管構成該熱傳導金屬片的至少5%。
實施例 7. 根據實施例1所述之方法，其中該多孔熱傳導金屬片包含鋁。
實施例 8. 根據實施例1所述之方法，其中該多孔熱傳導金屬片包含銅。
實施例 9. 根據實施例1所述之方法，其中提供多孔熱傳導金屬片包括蝕刻該金屬片達足夠的時間量以限定自該金屬片的第一表面延伸至該相對的第二表面的多個導管。
實施例 10. 根據實施例1所述之方法，其中提供多孔熱傳導銅金屬片包括將銅粒子分散在分散劑內；將該銅粒子塗覆至基材上；隨後在約100℃至約140℃燒結該塗層。
實施例 11. 根據實施例10所述之方法，其中該基材包括銅箔或PET膜。
實施例 12. 一種熱傳導黏著劑，該熱傳導黏著劑包括： a.    熱傳導金屬片，該熱傳導金屬片限定穿過其中的多個導管；以及 b.   熱固性黏著劑材料，該熱固性黏著劑材料設置在該限定的多個導管內。
實施例 13. 根據實施例12所述之熱傳導黏著劑，該熱傳導黏著劑亦包括背襯層，該背襯層設置在該熱傳導黏著劑的黏著劑表面上。
實例 實例 1 ：多孔金屬片的製備 實例 1.1 ：多孔鋁箔 預處理： 將鋁箔(22 µm或12.7 µm厚)切成2.5吋寬乘以4.5吋長的片材。將一些鋁箔切片在空氣下在箱式爐(Thermolyne臺式馬弗爐，ThermoFisher Scientific, Waltham, MA, USA)中在550℃退火2至3小時。將一些鋁箔切片在室溫下浸入1M NaOH水溶液中3分鐘，用水沖洗且乾燥。將一些鋁箔切片直接蝕刻，而不進行任何預處理。
化學蝕刻： 在對切割的鋁箔片進行預處理後，對其進行化學蝕刻。在室溫下，將經預處理的鋁箔浸入500 mL燒杯中的1-3 M HCl、1-3 M HNO3 及0-0.5 M AlCl3 的水中混合物中5-40分鐘。在蝕刻之後，將鋁箔片用水徹底沖洗，隨後乾燥。
實例 1.2 ：多孔銅塗層： 藉由燒結Cu油墨/Cu粉複合漿料製備多孔銅塗層。藉由將四水合甲酸銅(CXCU045，Gellest)與胺基-2-丙醇(93%，110248，MilliporeSigma)以1:1的莫耳比混合來製備銅油墨。因此，將2.49 mL的胺基-2-丙醇加入到20 mL小瓶中的6.77 g四水合甲酸銅中。將混合物攪拌2-3小時，直至形成均勻的液體漿料(Cu油墨)。隨後，將所需量的Cu粉末(球形，APS 10 μm，42689，Alfa Aesar或APS 3.45 μm，42455 Alfa Aesar，0.3 µM Skyspring)以1:2至1:12的Cu2+ :Cu莫耳比及用於調節黏度的乙醇(1 mL/1 g Cu油墨)加入至上述Cu油墨中，以製備Cu油墨/Cu粉末漿料。若需要，則添加混合介質(直徑為3-6 mm的ZrO2珠粒)。將漿料在輥棒混合器上混合2小時至2天。用塗膜器(多間隙方形塗佈器，AP-B5363, Paul N. Gardner Company, Inc. Pompano Beach, FL, USA)以不同間隙(0.5-3密耳)將漿料塗覆至由9 μm Cu箔、PET膜、初級化的PET膜或具有剝離襯墊的PET膜組成的基材上。隨後在N2 流(0.5-1 L/min)或真空中在100℃至140℃燒結Cu油墨/Cu粉塗層。燒結後多孔Cu的厚度介於4 μm至30 μm之間。
實例 2 ：環氧塗層的製備： 在100 mL的廣口瓶中，將EPON 164(Hexion，7.7 g)加入至MEHC 7851(Meiwa Plastic Industries, LTD，10.5 g)中，隨後加入DER 732(Polysciences, Inc.，4.8 g)，最後加入MEK(23 g)。使用磁力攪拌器在室溫下攪拌混合物30分鐘，以將所有成分完全溶解至MEK中。將10重量%的三苯基膦(TPP)在MEK中的溶液以基於固體1 pph的量作為催化劑加入至混合物中，且繼續混合15分鐘。
使用間隙大小為 0.2密耳、0.5密耳、1.0密耳及1.5密耳的塗佈器，將環氧樹脂溶液塗覆至經剝離襯墊塗覆的聚酯膜(Hostaphan 3ACK, Mitsubishi Polyester Film, Inc., Greer, SC 29652 USA)上。將經塗覆的膜在室溫下放置隔夜，以緩慢蒸發溶劑而不產生任何空隙。隨後將其放入55℃的烘箱中90分鐘，以使溶劑完全蒸發。
實例 3 ：環氧填充劑塗層的製備。 使用以下工序生產在環氧樹脂基質中填充劑含量為5體積%、10體積%、15體積%、20體積%、25體積%、或30體積%的填充劑至環氧樹脂中的塗層。稱取計算量的直徑為20 nm、50 nm、100 nm、0.5 µm、1 µm、或1.5 µm的填充劑(其為Cu或Ag)，且放入廣口瓶中。將基於實例2中提及之方法製備的計算量的環氧樹脂加入至廣口瓶中。加入計算量的MEK，以基於最終塗層的所需厚度將漿料的總固體含量調節至40-60體積%。使用攪拌器以最高強度混合漿料2小時。隨後，用探針超音波發生器(Fisherbrand，型號FB120)以80%的脈衝強度對漿液進行音波處理2小時。在超音波處理期間，將廣口瓶在冰浴中冷卻。隨後，使用磁力攪拌器以最高強度將混合物混合隔夜。在即將製備塗層之前，將10重量%的三苯基膦(TPP)在MEK中的溶液以基於TPP及環氧樹脂的固體重量1 pph的量作為催化劑加入至混合物中。繼續混合15分鐘
使用間隙大小為0.2密耳、0.5密耳、1.0密耳、或1.5密耳的塗佈器，將環氧樹脂-填充劑漿料塗覆至經剝離襯墊塗覆的聚酯膜(Hostaphan 3ACK, Mitsubishi Polyester Film, Inc., Greer, SC 29652 USA)上。將經塗覆的膜在室溫下放置隔夜，以緩慢蒸發溶劑而不產生任何空隙。隨後將其放入55℃的烘箱中90分鐘，以使溶劑完全蒸發。
實例 4 ：多孔熱傳導複合物的製備： 實例 :4.1 ：多孔鋁複合物的製造： 將經蝕刻的多孔鋁箔夾在經環氧塗覆的基材之間且使用真空層壓機(由NPC incorporated, Tokyo, Japan生產的型號LM-50×50-S)在55℃下真空層壓且在101kPa下壓製5分鐘。來自實例2的環氧製劑在＞55℃時變成流體，且該環氧可以填充多孔鋁箔內的導管。
將經層壓的樣品切成兩片。一片至53 MPa及120℃的熱壓機(Mitsubishi NV 30-cs, Tokyo, Japan)中固化隔夜，另一片在無外部壓力的情況下在120℃下在烘箱中固化隔夜。在樣品冷卻至室溫後，將聚酯膜剝離。量測熱擴散率、比密度及熱容，以確定其熱導率。
實例 4.2 用填充劑製造多孔鋁複合物： 將經蝕刻之多孔鋁箔夾在經Ag/環氧塗覆或經Cu/環氧塗覆的基材之間，且使用真空層壓機(由NPC incorporated, Tokyo, Japan生產的型號LM-50×50-S)在55-80℃及101 kPa下真空層壓10-30分鐘。來自實例2的環氧製劑在＞55℃時變成流體，且該環氧可以填充多孔鋁箔內的導管。
經層壓的樣品切成兩片。一個片至53 MPa及120℃的熱壓機(Mitsubishi NV 30-cs, Tokyo, Japan)中固化隔夜，另一個片在無外部壓力的情況下在120℃下在烘箱中固化隔夜。在樣品冷卻至室溫後，將聚酯膜剝離。量測熱擴散率、比密度及熱容，以確定其熱導率。
實例 4.3 Si 晶片之間的多孔鋁複合物： 使用所獲得的多孔鋁複合物，製造Si/多孔鋁複合物/Si。在自多孔鋁複合物剝離具有剝離襯墊的PET基材之後，將經切粒的Si晶片(1 cm×1 cm，約400 µm厚)放置在多孔鋁複合物上，隨後藉由使用在80℃及101 kPa下真空層壓30分鐘來黏附Si晶片。在冷卻之後，剝離另一側PET，將另一個Si晶片放置在該另一側上且藉由使用相同的真空層壓條件進行黏附。將所獲得的Si/多孔鋁複合物/Si在對流烘箱(Yamato)中在150℃固化1小時。
實例 4.4 ：多孔銅複合物的製造： 使用真空層壓機(由NPC incorporated, Tokyo, Japan生產的型號LM-50×50-S)將經銅塗覆的多孔銅箔與經環氧塗覆的基材在55℃及101 kPa下真空層壓5分鐘。來自實例2的環氧製劑在＞55℃時變成流體，該環氧可以填充該經銅塗覆的多孔銅箔內的導管。
將經層壓的樣品切成兩片。一片至53 MPa及120℃的熱壓機(Mitsubishi NV 30-cs, Tokyo, Japan)中固化隔夜，另一片在無外部壓力的情況下在120℃下在烘箱中固化隔夜。在樣品冷卻至室溫後，將聚酯膜剝離。量測熱擴散率、比密度及熱容，以確定其熱導率。
實例 4.5 藉由單一層壓製程在具有剝離襯墊的 PET 之間製造多孔銅複合物： 使用真空層壓機(由NPC incorporated, Tokyo, Japan生產的型號LM-50×50-S)將具有剝離襯墊的經銅塗覆的多孔PET與具有剝離襯墊的經Cu/環氧塗覆的PET在80℃及101 kPa下真空層壓30分鐘。來自實例2的環氧製劑在＞55℃時變成流體，且該環氧可以填充經銅塗覆的多孔銅箔內的導管。
實例 4.6 藉由雙重層壓製程在具有剝離襯墊的 PET 之間製造多孔銅複合物： 使用真空層壓機(由NPC incorporated, Tokyo, Japan生產的型號LM-50×50-S)將具有剝離襯墊的經銅塗覆的多孔PET與具有剝離襯墊的經Cu/環氧塗覆的PET在80℃及101 kPa下真空層壓30分鐘。來自實例2的環氧製劑在＞55℃時變成流體，且該環氧可以填充經銅塗覆的多孔銅箔內的導管。隨後，剝離Cu/環氧塗層側上的PET，且層壓另一多孔Cu塗層。
實例 5 ：熱導率量測 實例 5.1 ：複合物的熱導率 (λ) 的量測： 藉由以下等式確定熱導率： λ [Wm-1 K-1 ]=α [mm2 s-1 ]×ρ [gcm-3 ]×C p [JK-1 g-1 ] 其中α、ρ及C p 分別為熱擴散率、比密度及比熱容。熱擴散率用閃存分析儀(LFA-467, Netzsch)測定，比密度使用微量天平及量綱(厚度及面積)由樣品重量確定，且Cp藉由差示掃描量熱法(Q2000，TA儀器)測定。對於熱擴散率量測，總是使用Cu箔上多孔金屬/環氧複合物的樣品構造。下表1中彙總所量測之熱導率。
實例 5.2 ： Si/ 複合物 /Si 結構中的複合物的熱擴散率 ( α) 的量測： 藉由溫度波分析(ai-Phase, Japan)確定複合物的熱擴散率。使用藉由溫度波分析單獨量測的Si的熱擴散率，減去Si晶片的貢獻。根據已知的組成計算密度及熱容，且根據實例5.1中的上述等式確定熱導率。表 1 ：
樣品編號 多孔金屬 ( 孔隙率 ) 環氧塗層厚度 ( μ m) 熱壓機 熱導率 (Wm-1 K-1 )
CU-1 銅(約0.5) 10 否 4.1
CU-2 銅(約0.5) 10 是 5.7
AL-1 經蝕刻的Al(約0.5) 4.8 是 4.9
AL-2 經蝕刻的Al(約0.5) 9 是 3.3
AL-3 經蝕刻的Al(約0.5) 4.8 否 0.5
AL-4 經蝕刻的Al(約0.5) 9 否 0.7
10a:基材 10b:基材 11a:層 11b:層 12:層 13a:經塗覆的基材 13b:經塗覆的基材 20:基材 21:層 22:層 23:第二基材
圖 1 為描繪本文所述之一個實施例的結構的圖式。圖 2 為描繪本文所述之一個實施例的結構的圖式。

Claims (15)

  1. 一種熱傳導複合物，其包括：第一基材、第二基材及多孔熱傳導金屬片，該多孔熱傳導金屬片具有第一表面及相對的第二表面，其中該多孔熱傳導金屬片具有多個完全穿過該多孔熱傳導金屬片自該第一表面延伸至該相對的第二表面的限定的導管，該導管含有熱固性樹脂，該熱固性樹脂將該多孔熱傳導金屬片黏附至該第一基材，且該熱固性樹脂將該多孔熱傳導金屬片黏附至該第二基材。
  2. 如請求項1之熱傳導複合物，其中： 該第一基材的第一側塗覆有該熱固性樹脂； 該第二基材的第一側視情況塗覆有熱固性樹脂； 該多孔熱傳導金屬片的該第一表面經放置成與該第一基材的該熱固性樹脂接觸； 該多孔熱傳導金屬片的該第二表面經放置成與該第二基材的該第一側接觸；且 該第一基材的該第一側、該第二基材的該第二側及該多孔熱傳導金屬片藉由以下方式結合：在足夠的溫度下加熱以允許該熱固性樹脂遷移通過該熱傳導金屬片的該多個限定的導管。
  3. 如請求項1之方法，其中該第二基材是經熱固性樹脂塗覆的基材，該多孔熱傳導金屬片位於該第一基材的該熱固性樹脂與該第二基材的該熱固性樹脂之間且與其等接觸。
  4. 2或3之熱傳導複合物，其中該多孔熱傳導金屬片包含鋁。
  5. 2或3之熱傳導複合物，其中該多孔熱傳導金屬片包含銅。
  6. 2或3之熱傳導複合物，其中該多孔熱傳導金屬片經蝕刻而形成該多個自該金屬片的該第一表面延伸至該相對的第二表面的限定的導管。
  7. 2或3之熱傳導複合物，其中該第一基材包括PET基材。
  8. 2或3之熱傳導複合物，其中該第二基材包括PET基材，該PET基材塗覆有多孔熱傳導銅金屬片。
  9. 2或3之熱傳導複合物，其中該第二基材包括銅箔，該銅箔塗覆有多孔熱傳導銅金屬片。
  10. 如請求項8之熱傳導複合物，其中該多孔熱傳導銅金屬片包含塗覆至該第二基材上的銅粒子及分散劑的混合物，該塗覆的混合物在約100℃至約140℃下燒結。
  11. 2或3之熱傳導複合物，其中該熱固性樹脂包括環氧樹脂。
  12. 2或3之熱傳導複合物，其中藉由在約50℃至70℃加熱該熱固性樹脂，使該熱固性樹脂設置在該熱傳導金屬片的該限定的導管內且穿過該限定的導管。
  13. 2或3之熱傳導複合物，其中該限定的導管包括至少5%的該熱傳導金屬片。
  14. 2或3之熱傳導黏著劑，其中該熱傳導黏著劑亦包括背襯層，該背襯層設置在該熱傳導黏著劑的黏著劑表面上。
  15. 一種製備熱傳導複合物的方法，該方法包括： 用熱固性樹脂塗覆第一基材； 將具有第一表面及相對的第二表面的多孔熱傳導金屬片放置成與該第一基材的該熱固性樹脂接觸，其中該多孔熱傳導金屬片具有多個完全穿過該熱傳導金屬片自該第一表面延伸至該相對的第二表面的限定的導管； 將第二基材放置成與該多孔熱傳導金屬片接觸；以及 藉由以下方式使該第一基材、該第二基材及該多孔熱傳導金屬片結合：在足夠的溫度下加熱以允許該熱固性樹脂遷移通過該熱傳導金屬片的該導管。
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