TW202223925A - 導電導熱墊圈 - Google Patents

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大陸商雷爾德電子材料(深圳)有限公司
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Abstract

一種導電導熱墊圈，其包括：具有多個側面的彈性芯體；沿著彈性芯體的多個側面中的至少兩個側面設置的熱擴展件；以及沿著熱擴展件的至少一部分設置的和/或覆蓋熱擴展件的至少一部分的導電層，從而熱擴展件的所述部分在彈性芯體與導電層之間。墊圈可在第一表面與第二表面之間定位和/或壓縮，因而限定位於第一表面與第二表面之間的導電路徑和導熱路徑。

Description

導電導熱墊圈
本揭露內容涉及導電導熱墊圈。
這個部分提供與本揭露內容相關的但未必是現有技術的背景資訊。
電子裝置通常包括位於部件之間的一個或更多個墊圈。墊圈可以包括發泡體芯體，具有繞該發泡體芯體包覆的導電織物。
這個部分提供對本揭露內容的總體概述，但並不是對其完整範圍或全部特徵的全面揭露。
一種導電導熱墊圈，所述導電導熱墊圈包括：彈性芯體，所述彈性芯體包括多個側面；熱擴展件，所述熱擴展件沿著所述彈性芯體的所述多個側面中之至少兩個側面設置；和導電層，所述導電層沿著所述熱擴展件的至少一部分設置的和/或覆蓋所述熱擴展件的至少一部分，從而所述熱擴展件的所述部分在所述彈性芯體與所述導電層之間。所述墊圈可在第一表面與第二表面之間定位和/或壓縮，因而限定位於所述第一表面與所述第二表面之間的導電路徑和導熱路徑。
可應用性的其它方面將從本文所提供的描述中變得明顯。該概述中的描述和具體示例僅僅旨在說明的目的，而並不旨在限制本揭露內容的範圍。
下面將參照圖式更全面描述示例實施方式。
如本文所認識的，常規的導電發泡體和織物發泡體(fabric-over-foam，FOF)墊圈趨於具有相對較差的熱傳遞性能。然而，在許多情況下，期望位於裝置部件的表面之間的墊圈在可壓縮和有彈性的同時表現出良好的導熱性和導電性。如本文中所認識的，藉由沿著墊圈的彈性芯體的部分(或全部)設置(例如包覆等)熱擴展件並且沿著熱擴展件的部分(或全部)設置(例如包覆等)導電層或材料可以實現這些特性。
例如，熱擴展件(例如，石墨等)可以呈現出優異的面內熱導率(例如，在X-Y方向上)。這允許熱量通過熱擴展件從墊圈的一側移動到墊圈的另一側。並且，導電層(例如銅等)可以被構造成提供機械強度、耐磨性和/或對熱擴展件的保護。另外，導電層還提供導電性和附加的熱傳遞，其遠遠優於傳統上用於保護石墨的絕緣聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)膜。
在示例實施方式中，導電導熱墊圈包括繞發泡體墊圈上的石墨的外部或周邊包覆的銅層(例如銅箔等)。該銅層可提供機械強度、耐磨性和/或對石墨的保護(例如抑制石墨剝落或脫落等)。該銅層還提供導電性和附加的熱傳遞。
藉由使用銅代替絕緣PET膜來覆蓋和/或保護石墨，墊圈可以在例如銅石墨發泡體(copper-over-graphite-over-foam，COGOF)導電導熱墊圈等單個產品中具有與織物發泡體(FOF)墊圈相似的用於EMI屏蔽目的的良好的電導率以及高的熱導率兩者。因此，本文揭露的導電導熱墊圈的示例實施方式可以用作單個產品，其替代並消除需要使用兩種單獨的產品，即(1)熱界面材料(thermal interface material，TIM)和(2)織物發泡體(FOF)墊圈。本文揭露的示例導電導熱墊圈可用於EMI屏蔽的電接地以及熱傳遞兩者，例如，在裝置等中的部件的表面之間的較大間隙內。利用本文揭露的墊圈提供的熱和電的組合路徑，又可以允許實現較簡單的系統架構，諸如在較小的裝置中，在這些裝置中空間是有限的並且沒有用於分別經由FOF墊圈提供電接地以及經由TIM進行熱傳遞的足夠餘地。
揭露了導電導熱墊圈的示例實施方式，其可在裝置中的部件的表面之間壓縮和/或定位。示例導電導熱墊圈包括彈性芯體(例如發泡體等)，沿著該彈性芯體的周邊的至少一部分設置的熱擴展件(例如石墨等)以及沿著熱擴展件的至少一部分設置的和/或覆蓋熱擴展件的至少一部分的導電層(例如銅等)。與常規墊圈相比，本文揭露的墊圈可以具有增強的電和熱特性(例如圖5至圖11等)。例如，本文揭露的墊圈的示例實施方式可被構造成具有： • 在從約40%到約70%的範圍內的最大壓縮比，如圖5和圖11所示；和/或 • 對於在約0%壓縮到約70%壓縮的範圍內的壓縮比，小於0.04歐姆的Z軸電阻，如圖6所示；和/或 • 在50%的壓縮比下，對於30 MHz到18 GHz的頻率，大於60分貝的屏蔽有效性(根據I.A.W MIL-DTL-83528C(經修改))，如圖7所示；和/或 • 在25%的壓縮比下，對於5 mm的墊圈寬度、25 mm的墊圈長度和10 mm以下的墊圈高度，小於8 cm 2℃/W 的熱阻，如圖8所示；和/或 • 在25%的壓縮比下，對於5 mm的墊圈寬度、25 mm的墊圈長度和1 mm以上的墊圈高度，大於2 W/mK的熱導率，如圖9所示；和/或 • 在約15%至約75%的範圍內的壓縮比下，對於10 mm以下的墊圈高度，小於8 cm 2℃/W的熱阻，如圖10所示；和/或 • 在約5%壓縮到約70%壓縮的範圍內的壓縮比下，對於10 mm以下的墊圈高度，小於0.01歐姆的Z軸電阻，如圖11所示。
另外，本文揭露的墊圈可具有良好的壓縮和彈性。例如，墊圈可被壓縮到其原始(未壓縮)狀態(例如Z方向上的高度)的15%至60%。當被壓縮為少於其原始(未壓縮)狀態的25%時，墊圈可以恢復到其原始(未壓縮)狀態的90%至100%。
圖1和圖2例示了根據本揭露內容的示例實施方式的導電導熱墊圈100。導電導熱墊圈100包括彈性芯體102、沿著彈性芯體102設置的熱擴展件104。沿著並覆蓋熱擴展件104的至少一部分設置有導電層106，使得熱擴展件104的該部分位於彈性芯體102和導電層106之間。
如圖1所示，墊圈100具有矩形形狀。例如，墊圈100包括六個側面108、110、112、114、116、118，用於限定墊圈100的周邊。在如圖1所示的示例實施方式中，側面108、110形成墊圈100的相對的端部，側面112、114形成相對的側部分，而側面116、118形成相對的頂部和底部。雖然圖1將墊圈100例示為矩形並且包括六個面，但是對於本領域技術人員明顯的是，在不脫離本揭露內容的範圍的情況下，可以採用包括或多或少的側面的其他合適形狀的墊圈，如下文進一步解釋的。
墊圈100可以被壓縮在裝置中的部件的一個或更多個表面之間。例如，當將力施加到墊圈100時，芯體102、熱擴展件104和導電層106可以被壓縮。另外，芯體102本質上可以總體上是彈性的，從而促使芯體102返回到其原始未壓縮或穩定狀態。當墊圈100被定位在部件表面之間時，芯體102的這種彈性性質可以促使導電層106壓靠並接觸部件表面。
當墊圈100被定位在部件表面之間時，墊圈100可以形成導電路徑和導熱路徑。例如，圖2例示了包括由間隙206隔開的兩個部件202、204的裝置200。墊圈100被定位在間隙206中，以形成部件202、204之間的導電路徑和導熱路徑。
如圖2所示，墊圈100的相對側面116、118(例如相對的頂部和底部)分別接觸部件202、204。在這樣的示例中，可以經由與組件202、204的相應部分接觸的導電層106來形成導電路徑。例如，彈性芯體102促使導電層106與組件202的導電部分接觸。這創建了電流從一個組件(例如組件202)流過導電層106並流到另一組件(例如組件204)的路徑。結果，墊圈100可以在屏蔽(例如包括射頻屏蔽在內的電磁干擾(electromagnetic interference，EMI)屏蔽)和/或電接地應用中進行輔助。
另外，墊圈100可以經由熱擴展件104和導電層106形成部件202、204之間的導熱路徑，該導熱路徑與部件202、204的對應部分熱連通。由此，形成了從一個部件(例如部件202)通過導電層106和熱擴展件104到另一部件(例如，部件204)的熱路徑。
返回參照圖1，熱擴展件104可以覆蓋墊圈100的一些或全部部分。在圖1的示例實施方式中，熱擴展件104覆蓋了側面112、114、116、118，但是不覆蓋墊圈100的端部108、110。在這樣的示例中，熱擴展件104完全繞墊圈100的側面108之間的彈性芯體102延伸。導電層106也不覆蓋墊圈100的端部108、110。如圖1所示，彈性芯體102可以在端部108、110處露出。在其他示例實施方式中，熱擴展件104和/或導電層106可以也覆蓋墊圈100的端部108、110。
導電層106可以覆蓋熱擴展件104的部分或全部。類似地，熱擴展件104可以覆蓋彈性芯體102的部分或全部。例如，圖1和圖2示出了熱擴展件104繞彈性芯體102的頂部、底部和側部中的每一者進行包覆。換句話說，熱擴展件104繞彈性芯體102的由該芯體的頂部、底部和側部限定的整個周邊包覆。導電層106可以也繞熱擴展件104的頂部、底部和側部中的每一者進行包覆。換句話說，導電層106可以繞熱擴展件104的由該熱擴展件的頂部、底部和側部限定的整個周邊包覆。
圖3例示了根據本揭露內容的示例實施方式的導電導熱墊圈300。墊圈300包括彈性芯體302、熱擴展件304和導電層306。熱擴展件304繞彈性芯體302的由熱擴展件的302四個側面限定的周邊設置。導電層306繞由熱擴展件304的四個側面限定的周邊設置，使得熱擴展件304被導電層306覆蓋(例如被保護等)。
在此示例實施方式中，熱擴展件304和導電層306可以層疊在一起，然後繞彈性芯體302包覆。例如，墊圈300可以包括疊層，該疊層包括與導電層306(例如銅箔、其他金屬箔、金屬化塑膠，導電織物等)層疊的熱擴展件304(例如天然石墨和/或合成石墨等的柔性片材)。該疊層可以包括位於熱擴展件304與導電層306之間並將熱擴展件304與導電層306黏合的黏合劑324(例如壓敏黏合劑等)。可以將熱擴展件304、黏合劑324以及導電層306以疊層的形式一起共同繞彈性芯體302(例如，矽酮發泡體(silicone foam)、聚氨酯發泡體(polyurethane foam)、其他發泡體，其他彈性材料等)的由彈性芯體302的多個側面限定的周邊進行包覆。
如圖3所示，墊圈300可以進一步包括帶材328(例如PET膜和黏合劑等)、黏合劑332和黏合劑336(例如導電導熱的壓敏黏合劑等)。帶材328可以沿著熱擴展件304的底部設置，例如以提供機械強度、耐磨性和/或對熱擴展件304的保護(例如抑制石墨剝落或脫落等)。黏合劑332可以被設置在帶材328與彈性芯體302之間，例如用於將疊層接合到彈性芯體302。
黏合劑336沿著墊圈100的外部(例如底部等)。黏合劑336可以用於將墊圈100黏合、電連接以及熱連接於部件(例如圖2中的部件200等)的相應表面。
圖4例示了根據本揭露內容的示例實施方式的導電導熱墊圈400。墊圈400包括矽酮發泡體芯體402、石墨層404和銅層406。石墨層404繞矽酮發泡體芯體402的由矽酮發泡體芯體402的四個側面限定的周邊設置。銅層406繞由熱擴展件404的四個側面限定的周邊設置，使得石墨層被銅層406覆蓋(例如被保護等)。
在此示例實施方式中，石墨層404和銅層406可以被層疊在一起，然後繞矽酮發泡體芯體402包覆。例如，墊圈400可以包括疊層，該疊層包括與銅層406(例如銅箔等)層疊的石墨層404(例如天然石墨和/或合成石墨等的柔性片材)。該疊層可以包括位於石墨層404與銅層406之間並將石墨層404與銅層406黏合的黏合劑424(例如壓敏黏合劑等)。可以將石墨層404、黏合劑424以及銅層406以疊層的形式一起共同繞矽酮發泡體芯體402的由矽酮發泡體芯體302的多個側面限定的周邊進行包覆。
如圖4所示，墊圈400可以進一步包括PET帶材428(例如PET膜和黏合劑等)、黏合劑432以及導電導熱的壓敏黏合劑(pressure sensitive adhesive，PSA)436。PET帶材428可以沿著石墨層404的底部設置，例如以提供機械強度、耐磨性和/或對石墨層404的保護(例如抑制石墨剝落或脫落等)。黏合劑432可以設置在PET帶材428與矽酮發泡體芯體402之間，例如用於將疊層接合到矽酮發泡體芯體402。
傳導性的PSA 436沿著墊圈100的外部(例如底部等)。傳導性的PSA 436可以用於將墊圈100黏合、電連接並且熱連接於部件(例如圖2中的部件200等)的相應表面。
僅作為示例，銅層406可以包括厚度為約2微米至約20微米的銅箔。例如，銅箔可為約5微米厚。
黏合劑424可以包括具有在從約1微米至約10微米的範圍內的厚度的壓敏黏合劑層。例如，壓敏黏合劑層可以為約3微米厚。
石墨層404可以包括具有在從約9微米至約100微米範圍內的厚度的合成石墨片材。例如，合成石墨片材可以為約25或約40微米厚。
PET帶材428可以包括具有在從約5微米至約50微米範圍內的厚度的PET膜和黏合劑。例如，PET膜和黏合劑可以為約20微米厚。
黏合劑432可以包括具有在從約30微米至約120微米範圍內的厚度的黏合劑層。例如，黏合劑層可以為約70微米厚。
發泡體芯體402可以包括矽酮發泡體芯體(例如，針對125℃等)、聚氨酯發泡體、其他發泡體、其他彈性材料等。例如，發泡體芯體402可以包括具有在從約0.5 mm至約60 mm的範圍內的厚度的矽酮發泡體或聚氨酯發泡體。
傳導性的PSA 436可以包括具有導熱性和導電性的丙烯酸(acrylic)或矽酮PSA。傳導性的PSA 436可以具有在從約0.005 mm至約0.15 mm的範圍內的厚度。
在本文揭露的示例實施方式中，熱擴展件可以繞彈性芯體的全部或部分包覆(廣泛地說，設置)。然後，導電層可以繞熱擴展件的全部或部分包覆(廣泛地說，設置)。另選地，可以由至少熱擴展件和導電層形成疊層，然後將該疊層繞彈性芯體進行包覆。
在本文揭露的示例實施方式中，彈性芯體、熱擴展件和導電層組合最高不超過百萬分之900的氯、最高不超過百萬分之900的溴以及最高不超過百萬分之1500的總鹵素，從而墊圈被定義為無鹵素的。在本文揭露的示例實施方式中，根據保險商實驗室(Underwriter's Laboratories, UL)94號標準，墊圈具有V-0的易燃等級。
本文揭露的任何一種墊圈都可以定位在裝置中的部件之間，從而限定部件之間的導電路徑和導熱路徑。例如，任何一種墊圈都可以定位在圖2的裝置200的部件202、204之間和/或裝置200中的其它部件和/或另一合適裝置之間。在圖2的示例實施方式中，部件202、204在基本上平行的平面中延伸並在它們之間限定了間隙206。間隙206可具有任何合適的寬度。例如，間隙206可以是約3毫米寬。另選地，間隙206可以是從1毫米至2.5毫米寬、從3.5毫米至7毫米寬、小於1毫米寬等。當墊圈100(例如處於壓縮狀態或未壓縮狀態)處於部件202、204之間時，墊圈100可以具有與相對的側面116、118之間類似的寬度。
由於基本上平行的平面，具有相對的平行延伸側面的墊圈可以最適合放置在部件202、204之間。這種墊圈可以包括大致立方形的墊圈，或另一合適的成形墊圈，如立方形墊圈、平行六面體形墊圈、圓柱形墊圈、截錐形墊圈等。在其它示例實施方式中，例如依賴於裝置中的部件的排布，墊圈可以是其他合適形狀。
本文揭露的裝置可以包括具有一個或更多個熱源、屏蔽結構或部件、排熱/散熱結構或部件，和/或其它合適的特徵的電子裝置。該屏蔽結構或部件例如可以包括板級EMI屏蔽結構或部件等。該排熱/散熱結構或部件例如可以包括熱擴展件、散熱片、熱管、裝置外殼或殼體等。通常，熱源可以包括具有比墊圈高的溫度或以其它方式將熱提供或傳遞至墊圈的任何部件或裝置，而不管熱是由熱源產生的還是僅是通過或經由熱源傳遞的。例如，熱源可以包括一個或更多個發熱部件或裝置(例如，CPU、底部填充管芯、半導體裝置、倒裝芯片裝置、圖形處理單元(graphics processing unit，GPU)、數位訊號處理器(digital signal processor，DSP)、多處理器系統、積體電路、多核處理器等)、襯底(例如，諸如印刷電路板的電路板等)等。因此，本揭露內容的方面不應限於與任何單一類型的熱源、電子裝置、排熱/散熱結構等一起的任何特定使用。
本文揭露的部件可以包括裝置中的任何合適部件。例如，部件可以包括如上說明的熱源、屏蔽結構或部件、排熱/散熱結構或部件等。
本文揭露的熱擴展件可以包含石墨(例如，天然石墨、合成石墨、其組合等)、金屬性(例如，銅、鋁、金等，和/或其合金)部件或結構，和/或另一合適的散熱部件或結構。該金屬性部件或結構可以由銅、鋁、金等和/或其合金製成。石墨可以形成一個或更多個石墨片，如一個或更多個Tgon TM800系列天然石墨片(例如，Tgon TM805、810、820等)、Tgon TM8000 系列石墨片、Tgon TM9000系列合成石墨片(例如，Tgon TM9017、9025、9040、9070、9100等)、其它石墨片材等。在其它實施方式中，金屬性部件或結構可以包括金屬箔、多疊層結構等。該多疊層結構可以包括金屬和塑膠的多疊層結構。
在示例實施方式中，熱擴展件(例如104(圖1)、304(圖3)、404(圖4)等)可以包括天然石墨和/或合成石墨的柔性片材。例如，石墨可以包括來自Laird Technologies的石墨片材(例如Tgon TM9000系列石墨片材等)，諸如Tgon TM9017、Tgon TM9025、Tgon TM9040、Tgon TM9070和/或Tgon TM9100合成石墨片材。下面的表1包含有關Laird Technologies的Tgon TM9000系列合成石墨的更多詳細資訊。
石墨片材可以包括一種或更多種Tgon TM9000系列石墨片材，Tgon TM9000系列石墨片材包括具有碳面內單晶結構並且超薄、輕量、柔性並且具有優異的面內熱導率的合成石墨熱界面材料。Tgon TM9000系列石墨片材適用於面內導熱占主導且空間有限的各種熱擴展應用。Tgon TM9000系列石墨片材可以具有從約500 W/mK至約1900 W/mK的熱導率，可以幫助減少熱點並且保護敏感區域，由於具有約17微米至約100微米的超薄片材厚度，其因此可以實現薄型裝置設計，可以是輕量的(例如，對於17微米或25微米的厚度，密度為2.05至2.25 g/cm 3)，可以是柔性的，並且能夠承受超過10000次的半徑5毫米的彎折。 表1
產品名稱 測試 方法 Tgon 9017 Tgon 9025 Tgon 9040 Tgon 9070 Tgon 9100
厚度(mm) ASTM D374 0.017+/- 0.005 0.025+/- 0.005 0.04+/- 0.005 0.07+/- 0.01 0.1+/- 0.01
熱導率 (W/mK) XY方 向 ASTM E1461 1650~1900 1500~1700 1150~1400 700~1000 500~700
Z 方 向 15 15 15 15 15
熱擴散率(cm 2/s) ASTM E1461 9 9 8 7 7
密度(g/cm 3) ASTM D792 2.05~2.25 2.05~2.25 1.65~1.85 1.0~1.3 0.7~1.0
比熱(50℃)(J/gK) ASTM E1269 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85
耐熱性(℃) 超過 100小 時測 試 400 400 400 400 400
延展強度 (MPa) XY 方 向 ASTM F152 39 28 23 20 19.2
Z 方 向 0.1 0.4 0.4 0.4 0.65
彎折測試(次數) (R5/180°) ASTM D2176 10000 以上 10000 以上 10000 以上 10000 以上 10000 以上
電導率(S/cm) ASTM E1269 20000 20000 20000 96000 96000
本文揭露的彈性芯體可以包括任何合適的材料。例如，彈性芯體可以由發泡體材料(例如，矽酮發泡體材料、聚合彈性體材料、多孔聚合發泡體(例如開孔發泡體、閉孔發泡體、氯丁(neoprene foam)橡膠發泡體、尿烷發泡體(urethane foam) (例如，聚酯發泡體(polyester foam)、聚醚發泡體(polyether foam)、其組合等)、聚氨酯發泡體等、矽橡膠材料等。在一些示例實施方式中，彈性芯體可以被擠出。
彈性芯體可以是導電的和/或導熱的。例如，彈性芯體可以包括散佈在其中的導電顆粒(例如填料等)。在示例實施方式中，可以將一種或更多種添加劑或填料添加到用於彈性芯體的彈性材料中。可以將各種添加劑或填料併入彈性芯體材料中(例如矽酮發泡體、聚氨酯發泡體等)以定制、修改和/或在功能上調整彈性芯體的特性。例如，填料可以包括功能性奈米顆粒、導電填料、導熱填料、EMI或微波吸收填料、磁性填料、電介質填料、塗覆的填料，其組合等。示例填料包括炭黑(carbon black)、氮化硼、鎳鈷、羰基鐵、矽化鐵、鐵顆粒、鐵鉻化合物、銀、含85%鐵、9.5%矽和5.5%鋁的合金、含約20%鐵和80%鎳的合金、鐵氧體、磁性合金、磁性粉末、磁性薄片、磁性顆粒、鎳基合金和粉末、鉻合金、氧化鋁、銅、氧化鋅、氧化鋁、鋁、石墨、陶瓷、碳化矽、錳鋅、玻璃纖維、其組合等。填料可以包含顆粒、橢球(spheroids)、微球、橢球(ellipsoids)、不規則橢球(irregular spheroids)、線、薄片、粉末和/或這些形狀中的任何或全部的組合中的一種或更多種。另外，示例實施方式還可以包括相同(或不同)填料的不同等級(例如，不同尺寸、不同純度、不同形狀等)。
本文揭露的導電層可以包括一個或更多個導電箔(例如銅箔，其他金屬箔等)、金屬化和/或鍍覆的織物(例如鎳銅鍍覆的尼龍等)等。導電層可以具有施加(例如鍍覆、印刷等)於膜的一個或兩個表面上的金屬鍍覆層或導電墨水或糊劑(例如銀墨水或糊劑等)。例如，導電層可以包括金屬鍍覆的聚醯亞胺織物、金屬化鍍覆的聚醯亞胺織物、聚箔(例如金屬箔層疊於聚酯或PET、聚丙烯(polypropylene，PP)，聚乙烯(polyethylene，PE)，其他聚合物等)。在一些示例中，導電層可以包括Mylar ®聚酯膜、其他聚酯膜、聚醯亞胺(polyimide，PI)膜、PET膜、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate，PEN)膜等。
在一些示例中，熱擴展件、導電層和/或彈性芯體可以黏附在一起。在這樣的示例中，墊圈可以包括用於將這些層中的至少兩個黏合在一起的黏合劑。在一些實施方式中，黏合劑可以是導電黏合劑，注入基於矽酮的導電黏合劑(例如矽酮PSA等)。在其他實施方式中，黏合劑可以包括帶有或不帶有金屬化(例如鎳、銅等)膜的雙面帶材(例如一個或更多個條帶)。在其他實施方式中，黏合劑可以包括諸如溶劑基聚酯黏合劑、環氧基黏合劑、熱熔黏合劑、其組合等的多種黏合劑。
本文揭露了銅石墨發泡體(COGOF)導電導熱墊圈的示例實施方式，其被構造成以包覆的可壓縮的發泡體墊圈的形式提供熱傳遞性能，並且包括外部的銅箔或包覆物以提高導電性。這樣的示例實施方式可以被構造成將與石墨片材或包覆物相關聯的熱傳遞性能和發泡體芯體的可重複壓縮和回彈結合起來。在示例實施方式中，導電導熱墊圈可以包括針對較低的壓縮力和UL V0易燃等級的矽樹脂發泡體芯。
本文揭露的示例實施方式(例如，墊圈100(圖1)、墊圈300(圖3)、墊圈400(圖4)等))可以包括或提供以下列出的優點或功能一個或更多個(但不一定是任何或全部)： • 用於EMI接地的導電性 • 高撓度 • 可重複壓縮和回彈循環 • 接口之間的良好導熱性 • 輕量 • 低壓力熱界面 • 耐磨的外部 • 易於大批量製造 • 符合環保標準要求 • UL V0易燃等級 • 提供用於滑動連接的可壓縮的熱接口。對於插入應用的理想選擇 • 能夠將EMI屏蔽與熱管理組合為一體 • 在將使傳統熱膩子(putty)、凝膠或油脂分開的高運動位置中，確保了熱界面接觸 • 提供比傳統熱界面墊低的力，適合壓敏應用 • 改善了電子器件的可靠性 • 環境友好的解決方案，滿足包括RoHS和REACH • 7天在125℃下壓縮永久變形小於2% • 在23℃和60%相對濕度下的保質期為12個月
提供示例實施方式旨在使本揭露內容將徹底並且將向本領域技術人員充分傳達本揭露內容的範圍。闡述許多具體細節(例如，特定部件、裝置和方法的示例)以提供對本揭露內容的實施方式的徹底理解。對於本領域技術人員而言將顯而易見的是，無需採用所述具體細節，示例實施方式可以按照許多不同的形式實施，不應被解釋為限制本揭露內容的範圍。在一些示例實施方式中，沒有詳細描述周知的處理、周知的裝置結構，以及周知的技術。另外，通過本揭露內容的一個或更多個示例實施方式可以實現的優點和改進僅為了說明而提供，並不限制本揭露內容的範圍，因為本文揭露的示例實施方式可提供所有上述優點和改進或不提供上述優點和改進，而仍落入本揭露內容的範圍內。
本文揭露的具體尺寸、具體材料和/或具體形狀本質上是示例的，並不限制本揭露內容的範圍。本文針對給定參數的特定值和特定值範圍的揭露不排除本文揭露的一個或更多個示例中可能有用的其它值或值範圍。而且，可預見，本文所述的具體參數的任何兩個具體的值均可限定可適於給定參數的值範圍的端點(即，對於給定參數的第一值和第二值的揭露可被解釋為揭露了也能被用於給定參數的第一值到第二值之間的任何值)。例如，如果本文中參數X被舉例為具有值A，並且還被舉例為具有值Z，則可預見，參數X可具有從大約A至大約Z的值範圍。類似地，可預見，參數的兩個或更多個值範圍的揭露(無論這些範圍是否嵌套、交疊或截然不同)包含利用所揭露的範圍的端點可要求保護的值範圍的所有可能組合。例如，如果本文中參數X被舉例為具有1至10或2至9或3至8的範圍中的值，也可預見，參數X可具有包括1至9、1至8、1至3、1至2、2至10、2至8、2至3、3至10和3至9在內的其它值範圍。
本文使用的術語僅是用來描述特定的示例實施方式，並非旨在進行限制。例如，當在此使用諸如「可以包括」、「可以包含」等的許可短語時，至少一個實施方式包括或包含這種特徵。如本文所用，除非上下文另外明確指示，否則單數形式的描述可旨在包括複數形式。術語「包括」、「包含」和「具有」僅指含有，因此表明存在所述的特徵、要件、步驟、操作、元件和/或部件，但不排除存在或增加一個或更多個其它特徵、要件、步驟、操作、元件、部件和/或其組合。本文描述的方法步驟、處理和操作不一定要按照本文所討論或示出的特定順序執行，除非具體指明執行順序。還將理解的是，可採用附加的或另選的步驟。
當元件或層被稱為「在……上」、「接合到」、「連接到」、或「耦接到」另一元件或層時，它可以直接在所述另一元件或層上、或直接接合、連接或耦接到所述另一元件或層，或者也可存在中間元件或層。相反，當元件被稱為「直接在……上」、「直接接合到」、「直接連接到」、或「直接耦接到」另一元件或層時，可不存在中間元件或層。用於描述元件之間的關係的其它詞語也應按此解釋(例如，「之間」與「直接在……之間」、「相鄰」與「直接相鄰」)等。如本文所用，術語「和/或」包括任何一個或更多個相關條目及其所有組合。
術語「約」在應用於值時表示計算或測量允許值的一些微小的不精確性(值接近精確；大約近似或合理近似；差不多)。如果因為一些原因，由「約」提供的不精確性在本領域中不以別的方式以普通意義來理解，那麼如本文所用的「約」表示可能由普通測量方法引起或利用這些參數引起的至少變量。例如，術語「大致」、「約」和「基本上」在本文中可用來表示在製造公差內。無論是否由術語「約」修飾，申請專利範圍包括量的等值。
儘管本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件、部件、區域、層和/或部分，這些元件、部件、區域、層和/或部分不應受這些術語限制。這些術語可僅用來區分一個元件、部件、區域、層或部分與另一區域、層或部分。除非上下文清楚指示，否則本文所使用的諸如「第一」、「第二」以及其它數字術語的術語不暗示次序或順序。因此，在不脫離示例實施方式的教導的情況下，下面討論的第一元件、部件、區域、層或部分也可稱為第二元件、部件、區域、層或部分。
為了易於描述，本文可能使用空間相對術語如「內」、「外」、「下面」、「下方」、「下」、「上面」、「上」等來描述圖中所示的一個元件或特徵與另一元件或特徵的關係。除了圖中描述的取向之外，空間相對術語可旨在涵蓋裝置在使用或操作中的不同取向。例如，如果圖中的裝置翻轉，則被描述為在其它元件或特徵「下方」或「下面」的元件將被取向為在所述其它元件或特徵「上面」。因此，示例術語「下方」可涵蓋上方和下方兩個取向。裝置也可另行取向(旋轉90度或其它取向)，那麼本文所使用的空間相對描述也要相應解釋。
提供以上描述的實施方式是為了說明和描述。其並非旨在窮盡或限制本揭露內容。特定實施方式的各個元件、旨在或所述的用途、或特徵通常不限於該特定實施方式，而是在適用的情況下可以互換，並且可用在選定的實施方式中(即使沒有具體示出或描述)。這些實施方式還可以按照許多方式變化。這些變化不應視作脫離本揭露內容，所有這些修改均旨在被包括在本揭露內容的範圍內。
無
本文所述的圖式僅為了說明所選擇的實施方式而不是所有可能的實現，並且並不旨在限制本揭露內容的範圍。
[圖1]是根據本揭露內容的示例實施方式的導電導熱墊圈的透視圖，該墊圈包括彈性芯體、繞彈性芯體包覆的熱擴展件、以及繞熱擴展件包覆的導電層。
[圖2]是根據示例實施方式的包括圖1所示的墊圈的裝置的正視圖，墊圈位於兩個表面之間，從而形成兩個表面之間的導電路徑和導熱路徑。
[圖3]是根據示例實施方式的導電導熱墊圈的正視圖。
[圖4]是根據示例實施方式的導電導熱墊圈的正視圖。
[圖5]是根據圖4所示的示例實施方式的導電導熱墊圈的壓力(以牛頓每平方釐米(N/cm 2)為單位)相比於以百分比壓縮比(%)計的位移的線圖，沿該墊圈底部沒有導電PSA。
[圖6]是根據圖5所示的示例實施方式的導電導熱墊圈的Z軸電阻(Ω)相比於以百分比壓縮比(%)計的位移的線圖，沿該墊圈底部沒有導電PSA。
[圖7]是根據圖4所示的示例實施方式的導電導熱墊圈的在50%壓縮比的情況下，根據IAW MIL-DTL-83528C(經修改)測試的屏蔽有效性(shielding effectiveness)(以分貝(dB)為單位)相比於從30 MHz到18 GHz的頻率的線圖，沿該墊圈底部沒有導電PSA。
[圖8]是根據圖4所示的示例實施方式的導電導熱墊圈的在25%壓縮比、5 mm墊圈寬度和25 mm墊圈長度的情況下，熱阻(以平方釐米攝氏度/瓦特(cm 2℃/W)為單位)相比於墊圈高度(以毫米(mm)為單位)的線圖，沿該墊圈底部沒有導電PSA。
[圖9]是根據圖4所示的示例實施方式的導電導熱墊圈的在25%壓縮比、5 mm的墊圈寬度和25 mm的墊圈長度的情況下，熱導率(以瓦特每米克爾文(W/mK)為單位)相比於墊圈高度(以毫米(mm)為單位)的線圖，沿該墊圈底部沒有導電PSA。
[圖10]是對於具有5 mm的墊圈寬度、25 mm的墊圈長度和1 mm、2.5 mm、5 mm和10 mm的墊圈高度的墊圈，根據圖4所示的示例實施方式的導電導熱墊圈的熱阻(cm 2℃/W)相比於墊圈高度(以毫米(mm)為單位)相比於壓縮比(%)的線圖，沿該墊圈底部沒有導電PSA。
[圖11]是對於具有5 mm的墊圈寬度、25 mm的墊圈長度和1 mm、2.5 mm、5 mm和10 mm的墊圈高度的墊圈，根據圖4所示的示例實施方式的導電導熱墊圈的Z軸電阻(以歐姆(Ω)為單位)和力(以牛頓(N)為單位)相比於壓縮比(%)的線圖，沿該墊圈底部沒有導電PSA。
對應的元件符號在圖式的幾個圖中可以指代對應(但不一定相同)的零件。

Claims (23)

  1. 一種導電導熱墊圈，其包括： 一彈性芯體，其包括多個側面； 一熱擴展件，其沿著所述彈性芯體之所述多個側面中之至少兩個側面設置；及 一導電層，其設置在所述熱擴展件的至少一部分上且覆蓋所述熱擴展件的所述部分，從而所述熱擴展件的所述部分在所述彈性芯體與所述導電層之間； 由此，所述墊圈能夠在第一表面與第二表面之間定位及壓縮，因而限定位於所述第一表面與所述第二表面之間的一導電路徑和一導熱路徑。
  2. 根據請求項1所述的導電導熱墊圈，其中： 所述熱擴展件包括一柔性石墨片材，其繞限定所述彈性之一周邊的所述彈性芯體之所述多個側面包覆；且 所述導電層包括一銅箔，其繞限定所述柔性石墨片材之一周邊的所述柔性石墨片材之多個側面包覆，從而所述銅箔覆蓋所述柔性石墨片材。
  3. 根據請求項1所述的導電導熱墊圈，其中： 所述熱擴展件包括一石墨片材，其繞限定所述彈性芯體之一周邊的所述彈性芯體之所述多個側面設置；且 所述導電層包括一銅箔，其繞限定所述石墨片材之一周邊的所述石墨片材之多個側面設置。
  4. 根據請求項1所述的導電導熱墊圈，其中： 所述熱擴展件包括石墨；且 所述導電層包括銅。
  5. 根據請求項1所述的導電導熱墊圈，其中，所述墊圈包括一疊層，其包含與所述導電層層疊的所述熱擴展件，所述疊層繞限定所述彈性芯體之一周邊的所述彈性芯體之所述多個側面包覆。
  6. 根據請求項1所述的導電導熱墊圈，其中： 所述熱擴展件包括一石墨片材； 所述導電層包括一銅箔；且 所述墊圈包括一疊層，其包含與所述銅箔層疊的所述石墨片材，所述疊層繞限定所述彈性芯體之一周邊的所述彈性芯體之所述多個側面包覆。
  7. 根據請求項6所述的導電導熱墊圈，其中： 所述疊層包含位於所述熱擴展件與所述導電層之間且將所述熱擴展件與所述導電層黏合的一壓敏黏合劑；且 所述墊圈包含位於所述疊層與所述彈性芯體之間且將所述疊層與所述彈性芯體接合的一黏合劑。
  8. 根據請求項1所述的導電導熱墊圈，其中所述墊圈包含： 在所述導電層與所述熱擴展件之間且將所述導電層與所述熱擴展件黏合的一壓敏黏合劑； 沿著所述熱擴展件的聚對苯二甲酸乙二酯膜及黏合劑；及 在所述聚對苯二甲酸乙二酯膜與所述彈性芯體之間且將所述聚對苯二甲酸乙二酯膜與所述彈性芯體黏合的一黏合劑。
  9. 根據請求項1所述的導電導熱墊圈，其中所述墊圈包含沿著所述墊圈之一外部的一導電導熱壓敏黏合劑，用於將所述墊圈黏合至所述第二表面。
  10. 根據請求項1所述的導電導熱墊圈，其中： 所述熱擴展件包括一天然石墨片材或一合成石墨片材； 所述導電層包括一銅箔；且 所述彈性芯體包括矽酮發泡體或聚氨酯發泡體。
  11. 根據請求項1所述的導電導熱墊圈，其中： 所述熱擴展件繞限定所述彈性芯體之一周邊的所述彈性芯體之所述多個側面設置；且 所述導電層繞限定所述熱擴展件之一周邊的所述熱擴展件之多個側面設置。
  12. 根據請求項1至11中任一項所述的導電導熱墊圈，其中： 所述導電層比起所述熱擴展件具有更高的熱導率； 在一穿透厚度方向上，所述導電層比起所述熱擴展件具有更高的熱導率；且 所述熱擴展件比起所述導電層具有更高的面內熱導率。
  13. 根據請求項1至11中任一項所述的導電導熱墊圈，其中，所述導電層被構造成為所述熱擴展件的被所述導電層覆蓋的所述部分提供機械強度、耐磨性及保護。
  14. 根據請求項13所述的導電導熱墊圈，其中： 所述導電層包括一銅層； 所述熱擴展件包括石墨；且 其中所述銅層被構造成抑制石墨從所述熱擴展件的被所述銅層覆蓋的部分剝落或脫落。
  15. 根據請求項1至11中任一項所述的導電導熱墊圈，其中： 所述彈性芯體、所述熱擴展件及所述導電層之組合具有最高不超過百萬分之900的氯、最高不超過百萬分之900的溴以及最高不超過百萬分之1500的總鹵素，從而所述墊圈被定義為無鹵素的；且 根據保險商實驗室(UL)94號標準，所述墊圈具有V-0的易燃等級。
  16. 根據請求項1至11中任一項所述的導電導熱墊圈，其中，所述墊圈被構造成具有： 在約40%至約70%的範圍內的最大壓縮比； 對於在從30 MHz到18 GHz的範圍內的頻率，在50%的壓縮比下，大於60分貝的屏蔽有效性；及 在25%的壓縮比及1毫米或更高的墊圈高度下，大於2 W/mK的熱導率。
  17. 根據請求項1至11中任一項所述的導電導熱墊圈，其中，所述墊圈被構造成具有： 對於在約0%壓縮到約70%壓縮的範圍內的壓縮比，小於0.04歐姆的Z軸電阻； 對於在約5%壓縮到約70%壓縮的範圍內的壓縮比，對於10毫米或更低的墊圈高度，小於0.01歐姆的Z軸電阻； 在25%的壓縮比及10毫米或更低的墊圈高度下，小於8 cm 2℃/W的熱阻；及 在約15%至75%的範圍內的壓縮比下，對於10毫米或更低的墊圈高度，小於8 cm 2℃/W的熱阻。
  18. 根據請求項1至11中任一項所述的導電導熱墊圈，其中： 所述墊圈被構造成可壓縮到其原始(未壓縮)狀態的約15%至60%；且 所述墊圈被構造成可壓縮以使得當所述墊圈被壓縮為少於其原始(未壓縮)狀態的25%時，所述墊圈恢復到其原始(未壓縮)狀態的90%至100%。
  19. 根據請求項1所述的導電導熱墊圈，其中： 所述熱擴展件包括一石墨片材，其繞限定所述彈性芯體之一周邊的所述彈性芯體之所述多個側面設置；且 所述導電層包括一銅箔，其繞限定所述石墨片材之一周邊的所述石墨片材之多個側面設置，所述銅箔被構造成抑制石墨從天然和/或合成石墨片材的被所述銅箔覆蓋的部分剝落或脫落； 所述彈性芯體包括矽酮發泡體或聚氨酯發泡體； 一壓敏黏合劑在所述導電層與所述熱擴展件之間且將所述導電層與所述熱擴展件黏合； 一聚對苯二甲酸乙二酯膜及黏合劑沿著所述熱擴展件； 一黏合劑在所述聚對苯二甲酸乙二酯膜與所述彈性芯體之間且將所述聚對苯二甲酸乙二酯膜與所述彈性芯體黏合； 一導電導熱壓敏黏合劑沿著所述墊圈的一外部，用於將所述墊圈黏合到所述第二表面； 所述彈性芯體、所述熱擴展件及所述導電層之組合具有最高不超過百萬分之900的氯、最高不超過百萬分之900的溴以及最高不超過百萬分之1500的總鹵素，從而所述墊圈被定義為無鹵素的；且 根據保險商實驗室(UL)94號標準，所述墊圈具有V-0的易燃等級。
  20. 根據請求項19所述的導電導熱墊圈，其中，所述墊圈被構造成具有： 在約40%至約70%的範圍內的最大壓縮比； 對於在從30 MHz到18 GHz的範圍內的頻率，在50%的壓縮比下，大於60分貝的屏蔽有效性； 在25%的壓縮比及1毫米或更高的墊圈高度下，大於2 W/mK的熱導率； 對於在約0%壓縮到約70%壓縮的範圍內的壓縮比，小於0.04歐姆的Z軸電阻； 對於在約5%壓縮到約70%壓縮的範圍內的壓縮比，對於10毫米或更低的墊圈高度，小於0.01歐姆的Z軸電阻； 在25%的壓縮比及10毫米或更低的墊圈高度下，小於8 cm 2℃/W的熱阻； 在約15%至75%的範圍內的壓縮比下，對於10毫米或更低的墊圈高度，小於8 cm 2℃/W的熱阻；且 其中所述墊圈被構造成可壓縮到其原始(未壓縮)狀態的約15%至60%，使得當所述墊圈被壓縮為少於其原始(未壓縮)狀態的25%時，所述墊圈恢復到其原始(未壓縮)狀態的90%至100%。
  21. 根據請求項1所述的導電導熱墊圈，其中，所述導電層包括一導電箔、一金屬化塑膠和/或一導電織物。
  22. 根據請求項1所述的導電導熱墊圈，其中，所述導電層包括： 包括鎳銅鍍覆的尼龍的一金屬化和/或金屬鍍覆的織物，或一金屬鍍覆和/或金屬化鍍覆的聚醯亞胺織物；和/或 包含層疊於聚合物之一金屬箔的一聚箔。
  23. 一種包含由一間隙隔開的第一表面和第二表面的裝置，根據請求項1至11或19至22中任一項所述的墊圈定位在所述間隙中以提供電接地並限定在所述第一表面與所述第二表面之間的一導熱路徑。
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