TW202407077A - 含軟性填料分散物之熱介面材料 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種熱傳遞總成，其利用產熱組件與散熱器之間的熱散逸路徑中的熱介面材料。該熱介面材料安置於沿著第一表面與第二表面之間的熱散逸路徑的間隙中，其中該間隙具有平均間隙寬度。熱介面材料包括基質材料及分散於金屬基質中之微粒狀金屬填料，其中該微粒狀金屬填料具有0℃與100℃之間的熔點溫度及等於或大於間隙之平均間隙寬度的平均粒徑。

Description

含軟性填料分散物之熱介面材料
本發明大體上係關於熱介面材料，且更特定言之，係關於用於將熱量自熱產生器傳遞至散熱器的間隙填充熱介面材料。熱介面材料利用以微粒形式分散於基質材料(諸如彈性聚合物)中的低熔點金屬填料。
習知熱介面材料通常包括聚合基質及分散之導熱粒子，該等粒子賦予本體材料導熱性。然而，傳統的熱介面材料由於堅硬填料粒子所引起之介面材料之邊界處的尺寸排阻而在導熱效能方面展現出某些侷限性。介面附近之排阻區域通常富含聚合物，且其厚度約等於導熱粒子之調和平均粒徑。此排阻層展現出與聚合物類似之低導熱性，且為熱傳遞之障礙。因為熱應用需要減小之結合線厚度，所以熱傳遞障礙變得愈加明顯，從而導致習知熱介面材料之有效性下降。
習知熱材料中所展現之另一問題為由不良導電粒子接觸引起的聲子傳輸不足。熱能因此過於頻繁地經由基質散射，從而導致輸送效率降低。
因此，本發明之目標為減少或消除粒子-粒子及本體材料-熱表面介面兩者處之排阻區域。為此，較佳藉由採用能夠在典型操作條件下所經歷之熱量及壓力下改變形狀之軟性填料粒子來降低此類介面之間的接觸電阻。經由此方法，有效導熱性實際上可隨著結合線厚度減小而增加，其與在具有堅硬填料粒子之習知熱介面材料中觀測到的效應相反。導熱性隨著結合線厚度減小而增加係由軟性導熱粒子之跨越介面厚度之橋接增加及本體介面材料內之更連貫的熱傳遞引起。
藉由本發明，改良了導熱材料在薄結合線應用中之導熱效能，諸如用於小於500 µm且較佳小於200 µm之間隙尺寸的間隙填料。特定言之，導熱效能隨著結合線厚度減小而改良。本發明之熱介面材料因此沿著熱散逸路徑安置於分隔間隙界定熱表面之具有平均間隙尺寸的間隙中。本發明之熱介面材料利用分佈於基質材料中之微粒狀低熔點金屬填料，其中該填料在超過室溫之典型操作溫度下提供高導熱性軟性粒子。
本發明可併入熱傳遞總成中以用於沿著產熱組件與散熱器(諸如散熱片或熱散布器)之間的熱散逸路徑傳遞熱量。將熱介面材料施加至熱傳遞總成間隙，其中該熱介面材料經調整以用於間隙。特定言之，在跨越間隙之粒徑範圍內特定地選擇熱介面材料之軟性導熱粒子以增強橋接及粒子-粒子接觸。已發現，當利用本發明之軟性導熱粒子時，粒徑與間隙尺寸之特定關係實現所觀測到的傳導效能改良。
在一個實施例中，熱傳遞總成包括第一表面及第二表面，該第二表面藉由具有平均間隙尺寸之間隙與第一表面隔開。第一表面可與產熱組件相關聯，且第二表面可與散熱器相關聯。在一個實施例中，第一表面形成產熱組件之一部分，且第二表面形成散熱器之一部分。熱傳遞總成進一步包括熱介面材料，該熱介面材料安置於間隙中且與第一表面及第二表面接觸。熱介面材料包括基質材料及分散於基質材料中之微粒狀金屬填料。微粒狀金屬填料具有0℃與100℃之間的熔點溫度及大於或等於平均間隙尺寸之平均粒徑。
在一些實施例中，微粒狀金屬填料可以40體積%與90體積%之間的濃度存在於基質材料中。在一些實施例中，微粒狀金屬填料可以70體積%與90體積%之間的濃度存在於基質材料中。微粒狀金屬填料可為鎵、銦、鉍、錫及鋅中之一或多者的合金。在一些實施例中，微粒狀金屬填料為50至75重量%鎵、10至30重量%銦及5至20重量%錫之間的合金。
在一些實施例中，微粒狀粗粉填料具有0℃與20℃之間的熔點溫度。
疏水性界面活性劑可化學鍵結至微粒狀金屬填料之表面以有助於存放穩定性且減少環境降解。在一些實施例中，界面活性劑可選自矽烷及鈦酸鹽中之一或多者。
微粒狀金屬填料與基質材料之重量比可在20:1與60:1之間。在一些實施例中，微粒狀金屬填料與基質材料之重量比可在30:1與55:1之間。
基質材料可包括聚合物。在一些實施例中，基質材料包括熱塑彈性體以形成聚合物基質。在一些實施例中，聚合物基質可由在25℃下具有200 cP與1,000 cP之間的黏度的流體樹脂形成。
微粒狀金屬填料之平均粒徑可在平均間隙尺寸之100%與150%之間。在一些實施例中，平均間隙尺寸可在10 µm與200 µm之間。
網狀體可安置於間隙中以作為熱介面材料之強化部件。在一些實施例中，網狀體可嵌入間隙中之熱介面材料內。網狀體可包含金屬或石墨。
熱傳遞總成之第一表面可與產熱裝置相關聯，且熱傳遞總成之第二表面可與散熱器相關聯。散熱器可為散熱片或熱散布器。
在一個實施例中，熱傳遞總成界定將第一表面與第二表面分隔開之具有平均間隙尺寸的間隙。用於形成熱傳遞總成之方法包括提供熱介面材料，該熱介面材料具有基質材料及40體積%至90體積%之分散於基質材料中的微粒狀金屬填料。微粒狀金屬填料具有0℃與100℃之間的熔點溫度及小於或等於平均間隙尺寸之平均粒徑。將熱介面施加至第一表面及第二表面中之至少一者。方法可進一步包括使熱介面材料與第一表面及第二表面兩者接觸，及將第一表面及第二表面配置成藉由間隙分隔開。
在一些實施例中，第一表面可與產熱裝置相關聯，且第二表面可與散熱器相關聯。在此配置中，熱散逸路徑自第一表面延伸穿過熱介面材料且到達第二表面。
本發明之熱傳遞總成可用於廣泛多種應用中，以用於散逸來自產熱電子組件之多餘熱能。熱傳遞總成界定第一表面與第二表面之間的間隙，其中導熱材料沿著熱散逸路徑填充間隙。導熱材料較佳展現至少1 W/m×K且更佳至少3 W/m×K之所需導熱性。
導熱材料可形成為固體、半固體或液體混合物，其包括分散於基質材料中之微粒狀金屬填料。微粒狀金屬填料可具有0℃與100℃之間的低熔點溫度，且可以固體或液體形式分散於基質材料中。在典型實施例中，至少微粒狀金屬填料在熱傳遞總成之操作條件下呈液態。在一些實施例中，微粒狀金屬填料及基質材料兩者在熱傳遞總成之操作條件下呈液態。在一些實施例中，微粒狀金屬填料及基質材料兩者在室溫下呈液態，其中組合形成液體-液體乳液。
圖1中繪示合併有熱介面材料20之例示性熱傳遞總成10。熱傳遞總成10包括電子組件12或基板，一或多個產熱電子組件可安裝至該電子組件12或基板上。熱傳遞總成10進一步包括呈散熱片或熱散布器形式之散熱器18。第一表面13與電子組件12相關聯，且第二表面19與散熱器18相關聯。第一表面13可形成電子組件12之一部分，或可形成熱耦合至電子組件12的第一本體之一部分。第一本體可與電子組件12分隔開、連接至電子組件12或與電子組件12一體成型。第二表面19可形成散熱器18之一部分，或可形成熱耦合至散熱器18的第二本體之一部分。第二本體可與散熱器18分隔開、連接至散熱器18或與散熱器18一體成型。
第二表面19藉由具有平均間隙寬度28之間隙26與第一表面13隔開或分隔開。出於此目的，術語「平均間隙寬度」意欲係第一表面13與第二表面19之間的平均距離，經自產熱電子組件12及散熱器18沿著熱散逸路徑22所量測。熱介面材料16沿著熱散逸路徑22安置於間隙26中，使得平均間隙寬度可測定為第一表面13與第二表面19之間的平均距離，其中熱介面材料16沿著熱散逸路徑22安置於間隙26中。在一些實施例中，熱介面材料26安置於間隙26中且與第一表面13及第二表面19接觸。在一些實施例中，熱介面材料16實質上沿著熱散逸路徑22填充間隙26。
本發明之態樣提供在較小結合線或平均間隙寬度下之有效熱散逸路徑。如上文所描述，習知導熱材料具有有限有效性及極小平均間隙寬度，諸如小於500 µm，較佳小於200 µm，且尤其在10 µm與200 µm之間。本發明之熱傳遞總成尤其適合於在小於500 µm之低平均間隙寬度下提供高導熱性。
熱傳遞總成10經配置以藉由提供自電子組件12至與散熱器18接觸之熱吸收流體介質24之高導熱性路徑來散逸由電子組件12 (及/或電子組件12之陣列)產生之熱能。在典型應用中，流體介質24可為由鼓風機促動以吸收來自散熱器18之熱能的氣體，諸如空氣。熱傳遞總成10為例示性配置，其可在適當時進行修改以適應多種電子應用，諸如資料處理器、資料記憶體、通訊板、天線及其類似物。此類裝置可用於計算裝置、通訊裝置及其外圍裝置中。在一個特定例示性實施例中，熱傳遞總成10可用以支持蜂巢式通訊裝置中之各種功能。
除作為一或多個電子組件12之支撐件以外，基板亦可提供多種功能中之一或多者。舉例而言，基板可為電路板，諸如具有用於根據總成中之需要而電連接電子組件12之導電跡線的印刷電路板。基板亦可為熱散布器或由熱散布器替代，該熱散布器製造成具有至少一層導熱材料。在操作中，電子組件12產生大量的多餘熱能，其必須散逸以便維持最佳效能。電子組件12可為適用於電子製程之多種元件中之任一者，且可包括例如積體電路、電阻器、電晶體、電容器、電感器及二極體。
熱介面材料16提供第一表面13與第二表面19之間的沿著熱散逸路徑22的導熱橋。熱介面材料16包括基質材料及分散於基質材料中之微粒狀金屬填料。
在一些實施例中，如圖2中所繪示，網狀體30安置於間隙26中以增強間隙26中之熱介面材料16的機械穩定性。如圖3中所示，網狀體30可為交織、相鄰或交叉的纖維或絲線32之編織或非編織結構，該等纖維或絲線32界定網狀體30之開放間隙34。熱介面材料16可安置於纖維或絲線32上，且在一些實施例中可部分或完全填充網狀體30之間隙34。在一些實施例中，網狀體30可嵌入熱介面材料16中。
網狀體30較佳為導熱的以最小程度地或避免阻礙經由間隙26進行之熱傳遞。儘管廣泛多種導熱材料可用於網狀體30，但例示性材料包括金屬或石墨。
如圖4中所闡述，熱傳遞總成10可經裝配以藉由以下方式來界定將第一表面13與第二表面19分隔開之具有平均間隙寬度28的間隙30：將熱介面材料16施加至第一表面13及第二表面19中之至少一者，且定位第一表面13及第二表面19使得熱介面材料16安置在第一表面13與第二表面19之間且使得第一表面及第二表面由具有平均間隙寬度28之間隙26隔開。在一些實施例中，熱介面材料16接觸第一表面13及第二表面19兩者。 基質材料
基質材料可充當黏合劑以將組合物保持在一起及防止在操作中流出。適用於本發明之典型基質材料可為熱塑性或熱固性聚合物，其可與微粒狀金屬填料摻合以形成熱介面材料，最典型地呈液體-液體乳液形式。用於形成基質之例示性聚合物包括彈性體，該等彈性體包含矽酮、丙烯酸、天然橡膠、合成橡膠或其他適當彈性材料中之一或多者。例示性黏彈性材料包括烯基芳烴共聚物、胺基甲酸酯、聚胺基甲酸酯、橡膠、丙烯酸、矽酮、聚酯及乙烯基。其他例示性聚合物基質材料包括石蠟、微晶蠟、矽酮蠟、矽酮、環氧樹脂及苯偏三酸酯。
在一些實施例中，基質材料在裝置操作溫度範圍內或在略微低於裝置操作溫度範圍時且較佳在微粒狀金屬填料之熔點溫度下或在略微低於該熔點溫度時經歷相位變換。出於此目的，「相位變換」意謂自固體或半固體材料軟化成黏性、脂狀、可流動或液體材料。在一些實施例中，基質材料在比微粒狀金屬填料之熔點溫度低約10℃之溫度下經歷相位變換。
在一些實施例中，基質材料包括由在25℃下具有200與1000 cP之間的黏度之流體樹脂形成的熱塑彈性體。
例示性矽酮聚合物包括具有以下結構式之有機矽氧烷： 其中「x」表示1與1,000之間的範圍內之整數。在一些實施例中，基質材料可製備為有機矽氧烷以及增鏈劑/交聯劑(諸如具有以下結構式的氫化物-官能聚二甲基矽氧烷)之反應產物： 其中「x」及「y」各自表示具有1與1,000之間的值的整數。 金屬填料
形成該金屬填料之一或多種金屬材料可展現0℃與100℃之間的熔點溫度，且較佳低於與本發明之熱傳遞設備熱耦合之產熱裝置之操作溫度。在一些實施例中，金屬填料可展現0℃與75℃之間的熔點溫度。在一些實施例中，金屬填料可展現0℃與60℃之間的熔點溫度。在一些實施例中，金屬填料可展現0℃與50℃之間的熔點溫度。在一些實施例中，金屬填料可展現0℃與20℃之間的熔點溫度。
儘管金屬填料可包含單一金屬材料，但適用於本發明之熱介面材料的典型金屬填料包括兩種或更多種金屬材料(諸如鎵、銦、鉍、錫及鋅)之合金。本發明之例示性合金金屬填料包含50至75重量%鎵、10至30重量%銦及5至20重量%錫。本發明之特定例示性合金金屬填料包含66重量%鎵、20.5重量%銦及13.5重量%錫，且熔點為10.5℃。然而，涵蓋其他合金摻合物用作本發明之熱介面材料中之金屬填料。
金屬填料可包含40體積%與95體積%之間的熱介面材料。在一些實施例中，金屬填料可包含50體積%與90體積%之間的熱介面材料。在一些實施例中，金屬填料可包含60體積%與90體積%之間的熱介面材料。在一些實施例中，金屬填料可包含70體積%與90體積%之間的熱介面材料。
金屬填料可以20:1與60:1之間的金屬填料與基質材料之重量比存在於熱介面材料中。在一些實施例中，金屬填料可以30:1與55:1之間的金屬填料與基質材料之重量比存在於熱介面材料中。
金屬填料可經歷定尺寸操作以將金屬/合金材料粒化成所需粒徑分佈，包括單分散、多分散、高斯(gaussian)、多模態及其類似物。可單獨在金屬填料上或在金屬填料與基質材料混合之情況下進行尺寸操作。在一些實施例中，粒化及/或尺寸操作可藉由高剪切混合器執行。例示性方法包括在高剪切混合器中將金屬填料與基質材料摻合直至金屬填料完全分散於聚合物中為止，此時可形成熱介面所需之組態。金屬填料及基質材料可以液相、固相或液體與固相之組合形式摻合。在混合金屬填料及基質材料之情況下，當兩種組分都處於液相時，金屬填料可粒化為離散的小液滴且以乳液形式分散於基質材料中。在一些實施例中，熱介面材料包括最大量之微粒狀金屬填料，該微粒狀金屬填料藉由保持由基質材料囊封且不自基質材料分離而在具有基質材料之乳液或分散液中仍保持穩定。
較佳控制微粒狀金屬填料之粒徑以實現具有與平均間隙寬度相關聯之平均粒徑的粒徑分佈。在一些實施例中，粒徑可藉由施加在金屬填料上之剪切來控制。具有所需粒徑分佈及平均粒徑之微粒狀金屬填料亦可自商業來源獲得。例示性方法涉及使金屬填料及基質材料之混合物處於剪切力下，直至形成具有所需微粒狀金屬填料平均粒徑之分散液或乳液為止。出於此目的，可藉由基質材料囊封之呈分散狀態的微粒狀金屬填料來量測微粒狀金屬填料之平均粒徑。平均粒徑可藉由各種技術(包括基於體積、面積或重量之量測技術)來確定。
如上文所提及，微粒狀金屬填料之粒徑較佳與平均間隙寬度相關。在一些實施例中，微粒狀金屬填料之平均粒徑大於或等於平均間隙寬度。申請人已發現，高導熱性/低熱阻抗性可在利用軟性金屬導熱填料之系統中實現，該軟性金屬導熱填料可橋接第一表面及第二表面，從而形成間隙。因為金屬材料之相對高表面張力限制第一熱表面及第二熱表面之濕潤程度，所以單獨的軟性金屬材料不適用作熱介面材料。因此，軟性金屬材料可與展現適當低表面張力之基質材料組合以濕潤熱傳遞總成之第一熱表面及第二熱表面，同時利用軟性金屬材料之高導熱性。因此，微粒狀金屬填料之平均粒徑至少為平均間隙寬度之尺寸，以便使金屬填料在熱傳遞總成之第一熱表面與第二熱表面之間的熱橋接最大化。大於平均間隙寬度之金屬填料粒子可能由於其柔軟度而變形。在一些實施例中，金屬填料粒子可在環境室溫下呈液體或半液體形式，其准許在熱傳遞總成之構築中在第一熱表面與第二熱表面之間的變形。在其他實施例中，可在壓力及高溫下將熱介面材料施加至表面且包夾於該表面與另一表面之間。高溫可用於軟化或液化具有超過環境室溫之熔點或轉變點溫度的金屬填料粒子。
然而，平均粒徑顯著大於平均間隙寬度之金屬填料粒子會由於金屬粒子對壓縮之機械阻力而阻礙熱傳遞總成之構築。在一些實施例中，微粒狀金屬填料之平均粒徑在平均間隙寬度之100%與500%之間。在一些實施例中，微粒狀金屬填料之平均粒徑在平均間隙寬度之100%與200%之間。在一些實施例中，微粒狀金屬填料之平均粒徑在平均間隙寬度之100%與150%之間。在一些實施例中，微粒狀金屬填料之平均粒徑在平均間隙寬度之150%與500%之間。在一些實施例中，微粒狀金屬填料之平均粒徑在平均間隙寬度之150%與300%之間。
平均間隙寬度較佳為較小的以最大化經由熱傳遞總成之熱傳遞。在一些實施例中，平均間隙寬度小於500 µm。在一些實施例中，平均間隙寬度小於200 µm。在一些實施例中，平均間隙寬度在10 µm與200 µm之間。 界面活性劑
各種界面活性劑可用以改良熱介面材料之流變性以及改良基質材料中之微粒狀金屬填料分散液之穩定性。在一些實施例中，一或多種界面活性劑可用於在微粒狀金屬填料之表面附近建立疏水性障壁。在一些實施例中，一或多種疏水性界面活性劑可化學鍵結至微粒狀金屬填料。可良好改良流變性以及分散液之穩定性，尤其針對水分之穩定性的具有界面活性劑進行之表面處理物包括烷基官能矽烷，諸如烷基-三-烷氧基矽烷，包括辛基三乙氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷、十六烷基三甲氧基矽烷及苯基三乙氧基矽烷。此等矽烷與金屬粒子表面上之氧化物結合，產生持久疏水性障壁。另外，此等矽烷使金屬粒子與基質材料相容，且藉由降低表面能來減少粒子聚集。或者或另外，鈦酸鹽或鋯酸鹽可用作界面活性劑。
界面活性劑可以總組合物之0.01重量%與10重量%之間的濃度範圍用於本發明之熱介面材料中。在一些實施例中，界面活性劑可以總組合物之0.05重量%與5重量%之間的濃度範圍存在於本發明之熱介面材料中。在一些實施例中，界面活性劑可以總組合物之0.1重量%與1重量%之間的濃度範圍存在於本發明之熱介面材料中。在一些實施例中，界面活性劑可以總組合物之0.1重量%與0.5重量%之間的濃度範圍存在於本發明之熱介面材料中。在一些實施例中，界面活性劑可以總組合物之0.2重量%與0.4重量%之間的濃度範圍存在於本發明之熱介面材料中。 視情況選用之添加劑
根據本發明之一些實施例，本文所描述之組合物可進一步包含一或多種流動添加劑、黏著促進劑、流變改質劑、韌化劑、助熔劑、膜增韌劑、酚醛清漆硬化劑、固化劑(催化劑、促進劑、起始劑等)及其類似物，以及其中任何兩種或更多種之混合物。
如本文所用，術語「流動添加劑」係指改變引入其之調配物之黏度的化合物。
如本文所用，術語「黏著促進劑」係指增強引入其之調配物之黏著特性的化合物。
如本文所用，術語「流變改質劑」係指改變引入其之調配物之一或多種物理特性的添加劑。
如本文所用，術語「韌化劑」係指增強引入其之調配物之耐衝擊性的添加劑。
如本文所用，術語「助熔劑」係指防止金屬填料之表面上形成氧化物的還原劑。
如本文所用，術語「膜增韌劑」係指賦予由含有其之調配物製備之膜可撓性的試劑。
如本文所用，術語「固化劑」係指參與或促進單體材料、寡聚材料或聚合材料之固化的反應性試劑。 實例
以下實例證明熱傳遞總成之各種平均間隙寬度內之各種熱介面材料的熱阻抗性及有效導熱性。依照ASTM D5470熱介面材料測試進行熱測試。 實例1：
下表1A描述熱介面材料之組成： 表 1A
   熱介面材料 80體積%金屬填料 調配物 ( phr ) 濃度 ( 重量 %) 質量 ( g )
矽酮聚合物基質 90 3.2 3.88
三甲氧基(辛基)矽烷 10 0.4 0.43
微粒狀金屬填料 2680 96.4 115.68
基質材料係由在25℃下具有500 cP之黏度的矽酮聚合物形成。微粒狀金屬填料為66重量%鎵、20.5重量%銦及13.5重量%錫之合金。微粒狀金屬填料具有200 µm之平均粒徑及10.5℃之熔點溫度。三甲氧基(辛基)矽烷用作向微粒狀金屬填料提供疏水性的表面改質劑。
下表1B闡述使用熱介面材料填充不同平均間隙寬度之熱傳遞總成的熱阻抗性及有效導熱性值： 表 1B
間隙 (µ m ) 熱阻抗性 ( ℃ - cm 2 / W ) 有效導熱性 ( W / m × K )
212 0.590 3.59
112 0.333 3.35
67 0.138 4.93
44 0.064 6.83
實例2：
下表2A描述熱介面材料之組成： 表 2A
   熱介面材料 85體積%金屬填料 調配物 ( phr ) 濃度 ( 重量 %) 質量 ( g )
矽酮聚合物基質 90 2.3 2.77
三甲氧基(辛基)矽烷 10 0.3 0.31
微粒狀金屬填料 3797 97.4 116.92
基質材料係由在25℃下具有500 cP之黏度的矽酮聚合物形成。微粒狀金屬填料為66重量%鎵、20.5重量%銦及13.5重量%錫之合金。微粒狀金屬填料具有80 µm之平均粒徑及10.5℃之熔點溫度。三甲氧基(辛基)矽烷用作向微粒狀金屬填料提供疏水性的表面改質劑。
下表2B闡述使用熱介面材料填充不同平均間隙寬度之熱傳遞總成的熱阻抗性及有效導熱性值： 表 2B
間隙 (µ m ) 熱阻抗性 ( ℃ - cm 2 / W ) 有效導熱性 ( W / m × K )
212 0.393 5.41
112 0.209 5.40
87 0.158 5.50
25 0.029 8.66
實例3：
下表3A描述熱介面材料之組成： 表 3A
   熱介面材料 88體積%金屬填料 調配物 ( phr ) 濃度 ( 重量 %) 質量 ( g )
矽酮聚合物 90 1.8 2.15
三甲氧基(辛基)矽烷 10 0.2 0.24
微粒狀金屬填料 4914 98.0 117.61
基質材料係由在25℃下具有500 cP之黏度的矽酮聚合物形成。微粒狀金屬填料為66重量%鎵、20.5重量%銦及13.5重量%錫之合金。微粒狀金屬填料具有60 µm之平均粒徑及10.5℃之熔點溫度。三甲氧基(辛基)矽烷用作向微粒狀金屬填料提供疏水性的表面改質劑。
下表3B闡述使用熱介面材料填充不同平均間隙寬度之熱傳遞總成的熱阻抗性及有效導熱性值： 表 3B
間隙 (µ m ) 熱阻抗性 ( ℃ - cm 2 / W ) 有效導熱性 ( W / m × K )
224 0.325 6.91
107 0.217 4.92
64 0.123 5.23
32 0.021 15.03
實例1至實例3中之各者中的熱測試證明所有測試之平均間隙寬度的可接受導熱效能。然而，測試進一步證明，隨著平均間隙寬度降低，熱阻抗性顯著降低(且導熱性增加)，且在採用具有平均粒徑至少與平均間隙寬度一樣大(且尤其平均粒徑至少為平均間隙寬度之150%至200%)的微粒狀金屬填料之熱介面材料之熱傳遞總成中展現最低的熱阻抗性值。
10:熱傳遞總成 12:產熱電子組件 13:第一表面 16:熱介面材料 18:散熱器 19:第二表面 22:熱散逸路徑 24:熱吸收流體介質 26:間隙/熱介面材料 28:平均間隙寬度 30:網狀體/間隙 32:纖維/絲線 34:開放間隙
圖1為本發明之熱傳遞總成的圖解說明。
圖2為本發明之熱傳遞總成的圖解說明。
圖3為圖2中所繪示之熱傳遞總成之一部分的圖解說明。
圖4為說明形成本發明之熱傳遞總成之方法的流程圖。
10:熱傳遞總成
12:產熱電子組件
13:第一表面
16:熱介面材料
18:散熱器
19:第二表面
22:熱散逸路徑
24:熱吸收流體介質
26:間隙/熱介面材料
28:平均間隙寬度

Claims (20)

  1. 一種熱傳遞總成，其包含： 第一表面； 第二表面，其藉由具有平均間隙寬度之間隙與該第一表面隔開；及 熱介面材料，其安置於該間隙中且與該第一表面及該第二表面接觸，該熱介面材料包括基質材料及分散於該基質材料中之微粒狀金屬填料，該微粒狀金屬填料具有0℃與100℃之間的熔點溫度及等於或大於該平均間隙寬度之平均粒徑，其中該平均間隙寬度小於500 µm。
  2. 如請求項1之熱傳遞總成，其在該熱介面材料中包括40至95體積%之該微粒狀金屬填料。
  3. 如請求項1之熱傳遞總成，其中該微粒狀金屬填料為鎵、銦、鉍、錫及鋅中之一或多者的合金。
  4. 如請求項3之熱傳遞總成，其中該微粒狀金屬填料為50至75重量%鎵、10至30重量%銦及5至20重量%錫之間的合金。
  5. 如請求項4之熱傳遞總成，其中該微粒狀金屬填料具有0℃與20℃之間的熔點溫度。
  6. 如請求項1之熱傳遞總成，其包括化學鍵結至該微粒狀金屬填料之表面的疏水性界面活性劑。
  7. 如請求項6之熱傳遞總成，其中該疏水性界面活性劑包括烷基-三-烷氧基矽烷。
  8. 如請求項1之熱傳遞總成，其中該微粒狀金屬填料與該基質材料之重量比在20:1與60:1之間。
  9. 如請求項8之熱傳遞總成，其中該微粒狀金屬填料與該基質材料之重量比在30:1與55:1之間。
  10. 如請求項1之熱傳遞總成，其中該基質材料包括熱塑彈性體，且由在25℃下具有200至1,000 cP之間的黏度的流體樹脂形成。
  11. 如請求項1之熱傳遞總成，其中該微粒狀金屬填料之平均粒徑為該平均間隙寬度之至少150%。
  12. 如請求項11之熱傳遞總成，其中該平均間隙寬度小於200 µm。
  13. 如請求項1之熱傳遞總成，其包括安置於該間隙中之網狀體。
  14. 如請求項13之熱傳遞總成，其中該網狀體嵌入該熱介面材料中。
  15. 如請求項13之熱傳遞總成，其中該網狀體包含金屬或石墨。
  16. 如請求項1之熱傳遞總成，其中該第一表面係與產熱裝置相關聯，且該第二表面係與散熱器相關聯，其中該散熱器為散熱片或熱散布器。
  17. 一種用於形成熱傳遞總成之方法，該熱傳遞總成界定將第一表面與第二表面分隔開之具有平均間隙寬度的間隙，該方法包含： (a)     提供熱介面材料，該熱介面材料包含： (i)    基質材料； (ii)   微粒狀金屬填料，其分散於聚合物基質中，該微粒狀金屬填料具有0℃與100℃之間的熔點溫度及等於或大於該平均間隙寬度之固相平均粒徑；及 (b)    將該熱介面材料施加至該第一表面及該第二表面中之至少一者。
  18. 如請求項17之方法，其包括使該熱介面材料與該第一表面及該第二表面兩者接觸及將該第一表面及該第二表面配置成藉由該間隙分隔開。
  19. 如請求項18之方法，其中該第一表面係與產熱裝置相關聯。
  20. 如請求項19之方法，其中該第二表面係與散熱器相關聯。
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