TWI241005B - Thermal interface material with aligned carbon nanotubes - Google Patents

Description

1241005 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種微電子系統之冷卻，尤關於使用包 含對齊的碳奈米管之微複合熱界面材g。 【先前技術】 微電子’諸如微處理器’會產生熱，熱界面材料被 用來傳導微電子中的熱量’圖1爲〜微處理器和熱散片 總成100側視圖，顯示熱界面材料層104，108如何將熱 里ΐλίι微處理益核心（die) 110導至散熱片102。微處理 器和熱散片總成1 〇 〇包括一基板1 1 4，上面組裝—微處理 器核心1 1 0，在微處理器核心1 1 0與一積體散熱片i 〇 6 ( integrated heat sink，簡稱“IHS”）之間有一第〜熱界面 層 108 ( first thermal interface layer，簡稱 “TlMl，，）， 積體散熱片106以一密封劑層1 12連接到基板丨】4。 TIM1層1 08 —般係體積導熱率約爲8〇w/mK的材料，諸 如銦焊劑。 在積體散熱片106與一散熱片102之間爲^_第二熱 界面層 104 ( second thermal interface layer 稱 “ TIΜ 2 ”） ’所使用的TIΜ 2層1 0 4 —般係體積導熱率小 於5 W/mK的矽潤滑油材料。ΤΙΜ2層1 04需能允許使用 者在不需特別焊接知識或設備下將散熱片1 02組裝，或 是可重新加工以將散熱片1 02移除和重新組裝。如此— 般係可防止T1M]層108的焊料做爲TIM2層1 〇4，即使 (2) (2)1241005 TIM1層]〇8中所有焊料導熱率高於TIM2層1 04所用的 石夕潤滑油材料。 在運作時，微處理器核心π 〇產生熱，TIΜ 1層1 0 8 將熱從微處理器核心1 10傳導到IHS 106，之後ΤΙΜ2層 1 0 4將熱從I H S 1 〇 6傳到散熱片1 0 2，散熱片1 〇 2再將熱 傳到周圍環境，因而遠離微處理器和熱散片總成1 〇 〇。 現代微處理器更快功能也更強，也產生更大量的熱 ’目前ΤΙΜ1層108和ΤΙΜ2層104所用的熱界面材料之 導熱率不夠大，因而不能將足夠的熱從微處理器核心〗！ 〇 傳到散熱片1 0 2。 [發明內容及實施方式】 本說明書中之“一實施例，，係指與本發明相關的特徵 、結構、材料、或特色係包括在本發明的至少一實施例 ’由是，出現在本說明書中不同處之“一實施例，，一詞不 一定是皆同一實施例或發明所述及者。另外，特徵、結 構、材料、或特色可以任何適當方式結合在一或多個實 施例中。 圖2爲包括本發明一實施例的改良的熱界面材料層 2 02，2 (Η之微處理器和熱散片總成2〇〇側視圖。熱界面 材料包括在熱傳方向對齊的碳奈米管，因此熱界面材料 爲奈米複合熱界面材料（，，ΝΤΙΜ”），且導熱率高於先前 所用熱界面材料。經由使用熱界面材料層2 〇 2，2 〇 4，圖2 中的微處理器和熱散片總成2 〇 〇可將熱從微處理器核心 (3) (3)1241005 Π 〇移去。 微處理器和熱散片總成2 0 0包括供一微處理器核心 1 1 0安裝的一基板1 1 4，在微處理器核心1 1 0與一積體散 熱片106(1 H S)之間有一第一熱界面層204 (ΤΙΜ1)， 積體散熱片1 〇 6以一密封劑層1 1 2連接到基板1 1 4。本發 明一實施例的TIM 1層204包括與一或多個其他材料結合 的碳奈米管。TIM 1層204將熱從微處理器核心1 10傳到 IHS 106 ’在一實施例中熱實質上是沿著z軸2 0 6傳遞。 爲了傳遞熱，ΤΙ Ml層204中的碳奈米管可被對齊以在熱 傳方向建立導熱路徑，在圖示實施例中爲z軸2 0 6方向 。將碳奈米管對齊以在所需熱傳的方向建立導熱路徑提 升改良的熱界面材料層2〇4在該方向206之導熱率，改 良的熱界面材料層204之導熱率可約大於爲100W/mK， 與習用熱界面材料相比，提供了提升的熱傳性能。 在IHS 106與一散熱片102之間爲一第二熱界面層 2 02 ( “ΤΙ M2”），在圖 2中所示實施例中，ΤΙ M2層202 亦包括與一或多個其他材料結合的碳奈米管。TIM2層 2 02將熱從IHS 106傳到散熱片102，在一實施例中熱實 質上是沿著z軸2 06傳遞。爲了傳遞熱，TIM2層2 02中 的碳奈米管可被對齊以在熱傳方向建立導熱路徑，在圖 示實施例中爲z軸2 06方向。如同 TIM ]層 2 04，將 ΤΙ M2層2 02中的碳奈米管對齊以在所需熱傳的方向建立 導熱路徑提升改良的熱界面材料層202在該方向2 06之 導熱率。如同ΤΙ Μ 1層2 CM，具對齊的碳奈米管的改良的 (4) (4)1241005 熱界面材料層202之導熱率可約大於爲]00W/mK，提供 了提升的熱傳性能。 如上述對圖2之討論，微處理器核心1 1 〇可爲一熱 源’第一改良的熱界面材料層2 0 4可將微處理器核心1 1 〇 產生的熱實質上沿著z軸2 0 6傳到IH S 1 〇 6。I H S 1 〇 6可 爲接收從熱源微處理器核心1 1 〇傳來的熱，接著該熱實 質上沿著ζ軸206從IHS 106經由第二改良的熱界面材 料層2 0 2傳到散熱片1 〇 2，散熱片1 〇 2將熱散到周圍環境 中而離開微處理器和熱散片總成2 00。藉由ΤΙΜ2層202 ’ IHS 106作用可如同一熱源，而散熱片102可作用如同 熱接收器。藉由將熱界面材料層202，204中的碳奈米管 對齊以在熱傳方向（此例中爲沿著ζ軸2 0 6 )建立導熱路 徑，可將導熱率提升到大於約100 W/mK。 圖2中之微處理器和熱散片總成2 0 0雖其說明係以 包含具對齊的碳奈米管的二熱界面層2 02，204 ,其並非 要件；可僅在熱界面層202，2CM其中一者使用具有在熱 傳方向對齊的碳奈米管之NTIM來提升該層的導熱率。 微處理器和熱散片總成2 0 0之外的應用亦可使用一或多 層熱界面材料，這些應用包括在一熱源（諸如核心u 〇 ) 和熱接收器或除熱器（諸如散熱片1 0 2、蒸汽室、熱管$ 其他熱接收器或除熱器）之間。在這些應用中，具對齊 的碳奈米管的改良的熱界面材料可用來做爲改進從不同 型式熱源到不同型式熱接收器之間熱傳的熱界面材料。 圖3 a爲一實施例中改良的具對齊的碳奈米管之熱界 -7 - (5) 1241005 面材料製造流程圖3 (1 (1 ^ Ml. fhn ^ 〇〇鈿奈米管與一對齊材料結合以形 碳奈米管平均長度在碳奈米管對齊後形成的導熱路徑較 佳。在不同實施例中，使用了具單壁或多壁的奈米管， 在某些實施例中，碳奈米管表面可加工以改善加濕及/或 散入NTIM材料中或用於其他目的。 成-結合後的材料（步驟3〇2)，對齊材料協助將碳奈米 管在熱傳方向在改良的熱界面材料中對齊，碳奈米管亦 可與：或多個材料結合以形成-結合後的材料（步驟302 )。這些其他材料可爲母體或塡料或其他材料U 施例中’碳奈米管重量大於約結合後的材料的，在； 些實施例中使用重量麵25%的碳奈米管，在其°他實施 例中使用甚至更大量的碳奈米管。—般言之，較大旦的 碳奈米管的導熱率較高。在某些實施例中，所使^碳 奈米管平均長度大於約10 nm’在其他實施例中，所使用 的碳奈米管平均長度大於約100nm。一般言之’較長的 接著將碳奈米管對冑（步驟3 04 )，此可藉由將對齊 材料對齊而達成，對齊材料有可對齊結構，當對齊材料 中的可對齊結構對齊，它們使碳奈米管成爲對齊的。在 不同實施例中使用不同對齊材料，而讓對齊材料使碳奈 米管對齊的方法亦因所用的對齊材料而不同。經由使用 封齊材料，碳奈米管容易對齊，因而能更便宜且更多竇 際應用地產生具對齊的碳奈米管之熱界面材料。 圖3 b和3 c爲包括碳奈米管和對齊材料的結合後的 材料〜實施例之在對齊之前（圖3 b )和對齊之後（圖。 -8- (6)1241005 )側視I 合後的: 需要沿 注意在 奈米管 熱傳大 管建立 的導熱 圖 料3 08 中爲雜 料底部 的未對 圖 圖 3 a [ ，碳奈 米管在 料對齊 從對齊 這些路 對 直路徑 上沿著 俾形成 〇圖。b和。c顯示將碳奈米管對齊如何提升結 材料導熱率，在圖讣和k中所示的例子中其 z軸2〇6聽合後的㈣斗的底部到頂部導熱，請 ，他應用中可能需要在不同的方向導熱，使得碳 =齊方式不同。一般言之，經過結合後的材料的- β口者碳/丁、米管本身發生，利用對齊的碳奈米、 的供熱從材料-側傳到另一側的路徑可提供提升 率。 外揭示具有未對齊的碳奈米管3。6之未對齊的材鲁 ’未對齊的碳奈米冑3 0 6之方位實質上在材料3〇8 亂，未對齊的碳奈米管3 06建立的能供熱能從材 沿2軸2 06傳到頂部之路徑很少，由是，圖3b中 齊的材料3 0 8導熱率相當低。 3c爲對齊的結合材後的材料312、實施例，其係 的結合材後的材料對齊（步驟3〇4 )之後所形成者 ，管導熱佳。如上所述，對齊材料可包括使碳$ 馨 對齊材料對齊之際對齊之構造，在結合材後的材 (步驟3 04 )之後，對齊的碳奈米管3〗〇提供熱能 的材料3]2底部傳到頂部之路徑314，3]6，， # 3 1 45 3 ]6, 318可大幅提升材料導熱率。 θ (步驟3 (Η )所能形成的其中一種路徑型式爲筆 3 1 4 ^ ’在一條筆直路徑3]4中，碳奈米管3〗〇竇質 2軸2 0 6完全對齊，且一或多個奈米管有接觸， 條從對齊的材料3 1 2底部到對齊的材料3 ] 2頂 -9 - (7) (7)1241005 部之實質筆直路徑3】4,此筆直路徑3]4提供—條直接' 未破損的短徑供熱能移動’提供非常高的導執率。 對請驟3⑷所能形成的另—種路徑型式爲曲徑 3“ ’碳奈米管並未完美地沿著z軸2〇6對齊，但仍彼此 接觸’以形成-條從從對齊的材肖312底部到對齊的材 料⑴頂部之完整曲徑316。曲徑316並不非如同筆直路 ^ 般短，所以其導熱率可能無法如同筆直路徑—樣 高’然而，沿著此曲@ 316流動的熱量可由對齊的碳奈 米管31〇傳導，所以具此種曲徑的材料導熱率仍相當高 對齊（步驟300所能形成的第三種路徑型式爲具— 或多個間隙之曲徑318，在這種具間隙之曲徑318中，由 一碳奈米管傳導的熱不會從對齊的材料312下表面直到 對齊的材料3 1 2上表面，然而，對齊的材料3丨2中的這 種具間隙之曲徑318的間隙3 20可小於未對齊的材料3〇8 中的間隙，所以具這種具間隙之曲徑3 ^ 8的材料導熱率 可仍高於未對齊的材料3 0 8。在材料對齊（步驟3〇4 )之 後具間隙之筆直路徑亦可存在。較長的碳奈米管減少 需要達到橫跨對齊的材料的所有路途之數目，所以較長 的奈米管可減少奈米管之間的間隙數目並提升對齊的材 料3 1 2導熱率。 圖4爲使用黏土做爲對齊材料時之本發明一實施例 之具對齊的碳奈米管之熱界面材料製造流程圖。黏土 材料被製備（步驟4〇2 )以用於改良的熱界面材料，在某 (8) (8)1241005 些實施例中，所使用的黏土可爲像卡片緊密疊在一起成 爲稱爲類晶團聚體（tactoids )的區域之個別小片狀粒子 之附聚（a g g 1 〇 m e r a t i ο η )。在一貫施例中’黏土的個別 小片狀粒子一般厚度小於約2 nm，而其一般直徑爲1 〇 n m〜3 0 0 0 n m，黏土可選擇黏土小片約爲碳奈米管長度 。在本發明某些實施例中所用的黏土爲陽離子交換容量 約每公克黏土材料爲0.3〜3.0毫當量（meq/g)的可膨脹 自重流動粉末（swellable free flowing powders);在某 些實施例中使用的黏土爲陽離子交換容量約每公克黏土 材料爲0 · 9〜].5毫當量的可膨脹自重流動粉末。 在某些實施例中，製備黏土（步驟4〇2 )之達成可藉 由使可膨脹層化黏土與一或多個陽離子（在某些實施例 中爲銨化合物）反應，以造成部分或完全陽離子交換， 達成此者的許多方法皆可使用。 圖5爲製做黏土（步驟4 0 2 ) —實施例的詳細流程圖 5 〇〇。黏土溶在溫度約爲50-8 0°C的熱水中（步驟 5 02 ) ，之後將有機陽離鹽或溶在水或酒精中的有機陽離鹽加 入黏土中（步驟5 〇4 )，接著將鹽和黏土摻合一段足以讓 有機陽離子交換黏土層之間的長廊（ganeries )中之大部 分的金屬陽離子的時間（步驟5 0 6 )，如此讓黏土與某些 母體材料（matrix materiais )更相容，諸如將與黏土結 σ的尔σ物，亦可用其他方法取代陽離子交換來增加相 谷性。之後將黏土離析（步冑5〇8 )，其可利用過濾、離 心分離乾燥、及其他方⑼合方法來達成。之後 、11 ‘ (9) 1241005 將黏土粒子尺寸減小（步驟5 1 0 )，一般係利用諸如磨碎 、硏磨、粉碎、錘磨、噴流磨碎及其他方法或結合方法 減小到平均尺寸小於1 0 0微米。亦可隨意執行進一步處 理（步驟512)，這些處理可包括有助於供黏土結合的 NTIM材料之剝落（exf〇nation )、改進供黏土結合的 N TIM材料之聚醯胺黏土界面強度及/或其他處理，這種 處理的其中一例爲與水溶性或非水溶性聚合物、有機試 劑或單體、硅烷化合物、金屬或有機金屬化合物及/或其 他適當材料或其組成之插層（intercalation )。 '膨潤土 （ (beidelite) 請參閱圖4，接著碳奈米管可與製備的黏土結合（步 驟4〇4)，在步驟4〇4中亦可將一或多個其他材料與黏土 和碳奈米管結合，其所結合的碳奈米管和其他材料形成 一結合後的材料。在本發明一實施例中，黏土重量約小 於的結合後的材料重量之2 5 %，在另一實施例中，黏土 重量約小於的結合後的材料重量之5 %，在第三實施例中 ’求占土重重約小於的結合後的材料重量之2 %。可使用足 夠的黏土來提供足夠的小片和類晶團聚體，以在黏土材 料對齊之時將碳奈米管對齊。改良的熱界材料中所用的 黏土可爲天然黏土、合成黏土、改良的頁砂酸鹽（ phyllosilicate )、或其他黏土或黏土混合物。天然黏土 包括膨潤性黏土 （smectite clay )，諸如蒙脫；土 （ montmorillinte )、皂石（s a p 〇 n i t e )、水輝石（h e c t 〇 r ^ t e )、雲母（m i c a )、輕石（v e i. m i c u 1 i t e ) bentonite )、囊脫石（η ο n t r ο n i t e )、 -12 - (10) (10)1241005 、 (volkonskoite) 、 ( magadite)、水納石夕 石（kenyaite )等等。合成黏土包括合成雲母、合成皂石 '合成水輝石等等。頁矽酸鹽包括氟化蒙脫土、氟化雲 母等等。 在某些實施例中，在步驟4 0 4中亦可將一或多個母 體材料與碳奈米管和製備的黏土結合，以形成某些實施 例中的結合後的材料，舉例言之，可選擇加濕性能良好 或與碳奈米管之間的界面阻力低之母體材料，這些母 體材料可包括聚合物（諸如硅酮、環氧基樹脂、聚酯、 和燦）、焊劑（諸如銦、錫及其合金）、聚合物/焊劑雜 合物、或其他母體材料。烯樹脂很好用，因爲其有良好 加濕性能且與碳奈米管之間的界面阻力低，烯樹脂一些 例子珂用於本發明某些實施例者包括聚乙烯、聚丙烯、 聚苯2烯和石蠟；亦可使用其他材料來提供額外所需性 質。 歩驟4 〇4中亦可將導熱或其他塡充材料與碳奈米管 和製條的黏土結合，以形成某些實施例中的結合後的材 料’ _熱塡料可藉由改進沿著具間隙之碳奈米管路徑之 導熱牵，用於某些實施例中的這種塡料包括陶瓷（諸如 氧化麵、一氮化硼、氮化銘及其他）、金屬（諸如銘、 銅、_及其他）、焊劑（諸如銦及其他） '以及其他塡 充材料。 在結合步驟4 04中，黏土可散布在結合後的材料中 使得在一實施例中大部分黏土以高度小於約2 〇 nm的單 -13- (11) 1241005 獨小片粒子、類晶團聚體及類晶團聚體之聚集儀 在，意即在黏土厚度約2 nm的實施例中，大部女 以厚度小於1 5個疊置小片的小片或類晶團聚體塑 。在某些實施例中，有需要使黏土的單獨小片粒 更多而類晶團聚體及類晶團聚體之聚集體較少。 結合後的材料接著受到剪力（步驟4 〇 6 )，契 土中的結構（諸如小片、類晶團聚體及類晶團聚 集體）對齊’當它們對齊之後，小片、類晶團聚 晶團聚體之聚集體使碳奈米管也變得對齊，使得 具提升的導熱率。在步驟406中可用許多方法使 的材料受到剪力，包括將結合後的材料模製、將 的材料壓出，以及其他方法。在某些實施例中， 力（步驟406 )的NTIM材料接著被分成具適合所 的選定厚度之墊（pad)(步驟40 8 )，接著這些 於各種裝置以進行熱傳。舉例言之，這些墊可用 圖2所述的TIM1和TIM2層202，204，具對齊的 管的墊可做爲 TIM2層2 02，因爲NTIM墊允許 ]〇2之移除和更換，並允許使用者無需具備特殊焊 或設備即可組裝散熱片1 02。由是，NITM材料適 T1M2層2〇2且導熱率高於目前做爲TIM2層204 滑油材料導熱率多倍。 在本發明的一實施例中，製備了 ] 〇克黏土 402 )，此黏土與30克單壁碳奈米管和60克α_烯 體材料結合，其係將材料在一雙行星混合器中於 〖型式存 卜的黏土 !式存在 子數目 力使黏 體之聚 體及類 ΝΤΙΜ 結合後 結合後 受到剪 需應用 墊可用 於參照 碳奈米 散熱片 接知識 合做爲 之硅潤 (步驟 樹脂母 8 0Τ：下 -14 - (12) (12)1241005 混合3小時（步驟4〇4 )，之後結合後的材料藉由將結合 後的材料壓出成直徑約1英吋的一條狀物（步驟4〇6)， 此條狀物接著分成厚度約0.25 mm的墊（步驟4〇8 }，這 些墊接著受測並發現導熱率大於約1 〇〇 W/mK。 爲本發明一貫施例之圖4中結合後的材料受到剪力 (步驟4〇6 )及分成墊（步驟4 0 8 )的側視圖。結合後未 對齊的材料輸到一壓出機6 04內（步驟602 )，之後壓出 機6〇4壓出一條對齊的材料6 0 6，在其他實施例中，未結 合的材料可置入壓出機604中，以將材料結合及壓出， 該條狀物因壓出程序對材料施加剪力而變得對齊，剪力 使黏土可對齊的結構（小片、類晶團聚體及類晶團聚體 之聚集體）對齊’這些可對齊結構之對齊造成碳奈米管 之對齊。如圖6所示，對齊的材料6〇6係沿著χ軸2〇6 對齊，爲了使對齊的材料606呈更可用型式，壓出的條 狀物被輸入到一切斷器6 0 8中，將條狀物切成具適合所 需應用的選定高度之塾6 1 0。請注意”高度，，係沿著ζ軸 20 6使得此例中的”高度”係從圖6中左方量到右方。這些 墊接者可用來做爲例如圖2中的τίΜΐ及/或Τ1Μ2層或 其他應用。 圖7爲使用液晶樹脂做爲對齊材料時之本發明一實 施例之改良的具對齊的碳奈米管之熱界面材料製造流程 圖。碳奈米管與液晶樹脂結合（步驟7〇2)，在本發明一 實施例中，液晶樹脂重量比結合後的材料之重量的2〇% 多’而結合後的材料可由碳奈米管和液晶樹脂組成。在 -15 - (13) (13)1241005 其他貫施例中，液晶樹脂重量爲結合後的材料之重量的 1 5:或更多。液晶樹脂包括可對齊材料，不同的許多液晶 樹S曰白可使用，包括桿狀液晶樹脂，其中桿爲可對齊結 構。在某些實施例中使用溶點低於約2〇(rc及/或可溶於 溶劑或稀釋劑之液晶樹脂。另外，液晶樹脂可被可聚合 單元（諸如環氧基樹脂、乙烯基、羥基或其他單元）功 β匕化 5襄結合後的液晶樹脂硬化。 在某些貝施例中’在步驟7 0 2係使一或多個母體材 料與碳奈米管和液晶樹脂結合以形成結合後的材料，這 些其他的母體材料可包括一或多個聚合物（諸如硅酮、 環氧基樹脂、聚酯、和烯）、焊劑（諸如銦、錫及其合 金）、聚合物/焊劑雜合物、或其他母體材料；亦可使用 其他材料來提供額外所需性質。 步驟7 02中亦可將導熱或其他塡充材料與碳奈米管 和液晶樹脂結合’以形成某些實施例中的結合後的材料 ，導熱塡料可藉由改進沿著具間隙之碳奈米管路徑之導 熱率’導熱塡料可提升間隙3 2 〇之導熱率，用於某些實 施例中的這種塡料包括陶瓷（諸如氧化鋁、一氮化硼、 氮化鋁及其他）、金屬（諸如鋁、銅、銀及其他）、焊 劑（諸如銦及其他）、以及其他塡充材料。 接著結合後的材料層化在一膜（諸如Mylar或其他 膜或釋放襯墊（】· e 1 e a s e 1 i n e r ))上（步驟7 0 4 )，此膜 支撐結合後的材料並使結合後的材料[易於處理及加工。 步驟7 04之層化可爲將結合後的材料澆鑄在膜上、將結 -16- (14) 1241005 合後的材料印刷在膜上、或經由其他方法達成。接者可 將一第二膜或釋放襯墊層化在結合後的材料上，使得材 料兩面皆被膜覆蓋。步驟7〇2中之將溶劑或稀釋劑與材 料結合可使材料層化在膜上（步驟7〇4 )易於完成。 之後對紀合後的材料施加場（f i e丨d )，場使液晶樹 脂對齊，在各種實施例中可使用磁場、電場、電磁場或 其他&使液晶樹脂對齊。液晶樹脂中的可對齊結構（諸 如桿狀結構）使碳奈米管對齊而形成導熱率提升之ntim 。之方向係選擇使碳奈米管在所要方向對齊，場亦直 接對碳奈米管作用以幫助對齊，然而若想要在無對齊材 料之情況下直接以場使碳奈米管對齊時，可用強度較小 的場來使碳奈米管對齊。步驟7 02中之將溶劑或稀釋劑 與材料結合可使材料層化在膜上（步驟7 〇 4 )易於完成。 請注諸如利用壓出且與以黏土做爲對齊材料之實施例相 關說明之剪力在以液晶樹脂爲對齊材料取代場或在場之 外使用液晶樹脂時亦可用來使結合後的材料對齊。 可隨意執行者爲使結合後且對齊的材料硬化（步驟 7 0 8 )’某些實施例中，硬化（步驟7 0 8 )在碳奈米管對 齊之後發生’在其他實施例中，硬化（步驟7 〇 8 )在對齊 程序期間發生，同時對結合後的材料施加場（步驟7〇6 ) 。使材料硬化可使碳奈米管在後續使用時保持對齊。 之後N TIΜ材料被分成墊（步驟7 1 0 )以利使用，一 般言之，場在墊應用爲熱界面材料時移除，諸如在圖2 中的Τ ] Μ 2層2 0 2提供在I H_ S 1 〇 6上時，雖然其亦可在不 -17 - (15) (15)1241005 同時機移除。之後墊可用在各種裝置中進行熱傳’舉例 言之，這些墊可用於參照圖2所述的T1M 1和T1M 2層 202，204，具對齊的碳奈米管的墊可做爲ΤΙΜ2層2〇2, 因爲Ν ΤIΜ墊允許散熱片1 〇 2之移除和更換。由是， ΝΙΤΜ材料適合做爲ΤΙ M2層202且導熱率高於目前做爲 ΤΙΜ2層2 04之硅潤滑油材料導熱率多倍。 在本發明的一實施例中，3 0克軟化點爲5 9 °C的α-烯 樹脂、30克單壁碳奈米管、40克的2,2’-二甲基均二苯 代乙烯（ 252，-dimethylstilbene) (Tm = 83°C )以及 1〇〇 克的甲苯被結合（步驟7 )，其係將它們加入被加熱到 約8 0 °C的一行星混合器中且在5 0 rpm混合1小時，之後 混合物通過約8 0 °C的3輥磨機兩次，結合後的材料接著 藉由澆鑄層化在4 0微米厚的M y ] a r膜上（步驟7 0 4 )。 具結合後的材料之膜接著被施加約〇 . 3 T e s 1 a的電磁場約 3 0分鐘（步驟7 0 6 )，以提供所需對齊方向的碳米管。 具結合後的材料之膜接著在約l〇〇°C下硬化（步驟708 ) ，同時仍被施加電場（步驟 7〇6)，膜被分成墊（步驟 7 10)，將膜從墊上移除，而墊接著受測並發現導熱率大 於約 1 00 WAnK。 圖8 a和8 b爲本發明一實施例之圖7中結合後的材 料層化在一薄膜上（步驟704)之後施加場（步驟7〇6) 的側視圖。如圖8 a所示，結合後未對齊的材料8 〇 8被一 壓出機802層化在一膜8 04上（步驟7 04 )，結合後的材 料8 0 8可適當選擇使其適合對齊的材料之應用，在此例 - 18- (16) 1241005 中’ 奈米管沿之對齊的Z軸係實質上垂直於膜8 〇 4平 面。之後對膜8 0 4上的結合後的材料8 0 8施加一場8 1 0 ( 步驟7 0 6 )，如圖8b所示，場使結合後的材料8〇8中的 液晶樹脂對齊，進而使碳奈米管對齊。 本發明的實施例上述說明係用於表示及說明，並非 僅限於此或將本發明限制在所揭不之形式，熟悉相關技 術之人士當知上述教導之下可有許多修改和變化，，熟 悉此技人士當知圖中所示各種成分之各種等效組合、情 況及取代’因此本發明之範圍不應由詳細說明所限制， 而是由後附申請專利範圍界定。 【圖式簡單說明】 本發明之不同實施例將舉例示於非限制性的所附圖 式，其中相同元件以相同標號標示，其中： 圖1爲微處理器和熱散片總成側視圖，顯示熱界面 材料層如何將熱量從微處理器核心導至散熱片。 圖2爲包括本發明的改良的熱界面材料層之微處理 器和熱散片總成側視圖。 圖3 a爲改良的具對齊的碳奈米管之熱界面材料製造 流程圖。 圖3 b和3 c爲碳奈米管和對齊材料在對齊之前（圖 3 b )和對齊之後（圖3 c )側視圖。 圖4爲使用黏土做爲對齊材料時之本發明一實施例 之改良的與具對齊的碳奈米管之熱界面材料製造流程圖 (17) (17)1241005 圖5爲製做黏土一實施例的詳細流程圖。 圖6爲本發明一實施例之圖4中結合後的材料受到 剪力及分成塾的側視圖。 ^ 圖7爲使用液晶樹脂做爲對齊材料p々十& 71寸α寸乙本發明一實 施例之改良的具對齊的碳奈米管之熱界面材料製造^ ^ 圖。 圖8 a和8 b爲本發明一實施例之圖7中結合後的材 料層化在一薄膜上之後施加場的側視圖。 【主要元件符 號 說 明 ] 1 00 微 處 理 器 及 散 熱 片 總 成 1 02 散 熱 片 1 04 第 二 熱 界 面 層 1 06 積 體 散 熱 片· 1 08 第 — 熱 界 面 層 110 微 處 理 器 核 心 1 1 2 密 封 劑 層 114 基 板 200 微 處 理 器 及 散 熱 片 總 成 202 第 二 熱 界 面 層 204 第 一 熱 界 面 層 206 z ^ 陆 3 00 流 程 圖 -20- (18) 將碳奈米管與其他材料結合 將碳奈米管對齊 未對齊的奈米管 未對齊的材料 碳奈米管 對齊的材料 筆直路徑 曲徑 具間隙之曲徑 間隙 流程圖 製備黏土材料 將碳奈米管與黏土及/或其他材料結合 對齊碳奈米管：使結合後材料受剪力 分成墊 流程圖 使黏土溶在熱水中 加入陽離子鹽 摻合鹽和黏土 隔離黏土 減小黏土粒子尺寸 隨意進一步處理執行 輸入未對齊的材料 壓出機 -21 - (19) 對齊的材料 切斷機 對齊墊 流程圖 結合材料 將結合後的材料層化在膜上 對齊奈米管：施加場 硬化材料 分成墊 從膜上移除 壓出機 薄膜 未對齊的碳奈米管 結合的材料 場 -22 -

Claims (1)

1241005 ⑴ 十、申请專利範圍 1 . 一種製造熱界面材料的方法，包括 對齊材料結合以形成一結合後 將至少碳奈米管與一 的材料；以及 使對齊材料將碳奈米管對齊。 2 .依據申M專利箪s圍第丄項之方法，其中使對齊材 料將碳奈米管對齊包括對結合後的材料施加剪力。 3.依據申請專利範圍第1項之方法，其中使對齊材 料將碳奈米管對齊包括對結合後的材料施加場。 4 ·依據申請專利範圍第3項之方法，其中該場包括 電场、5灶場或電磁場至少其中一者。 5 ·依據申請專利範®第1項之方法，其中所形成的 結合後的材料包括重量大於5 %之碳奈米管。 6 ·彳衣據申請專利範圍第丨項之方法，其中更包括將 母：Bg材料與碳奈米管和對齊材料結合以形成結合後的 材料。 7 ·依據申請專利範圍第6項之方法，其中母體材料 包括匕酮聚合物、環氧基樹脂聚合物、烯聚合物、銦焊 ^、或錫焊劑的至少其中〜者。 8 _依據申請專利範圍第1項之方法，其中更包括將 _ %材料與碳奈米管和對齊材料結合以形成結合後的 材料。 •依據申請專利範_第8項之方法，其中氧化鋁、 氮化棚、氮化銘銘、銅、銀或銦焊劑的至少其中一者 -23- (2) (2)1241005 1〇.依據申請專利範圍第1項之方法，其中對齊材 料包括黏土材料。 1 1 ·依據申請專利範圍第1 〇項之方法，更包括製 備黏土材料，其中黏土材料包括： 使黏土材料溶在5 0 - 8 0。(：熱水中； 將陽離子鹽加入溶在熱水中的黏土； 使陽離子鹽和黏土滲合； 將黏土離析；以及減小黏土尺寸到平均尺寸小於約 1〇〇微米。 1 2 .依據申請專利範圍第1 1項之方法，更包括·· 將α-烯樹脂母體材料與碳奈米管和製備的黏土結合 以形成結合後的材料，結合後的材料中的碳奈米管重量 約3〇%，製備的黏土重量約1〇%，而心烯樹脂母體材料 重量約6 0 % ; 其中使製備的黏土對齊材料將碳奈米管對齊包栝將 結合後的材料壓出；以及 將壓出的結合後的材料分成具選定的尺寸之墊。 1 3 ·依據申請專利範圍第1 0項之方法，其中黏土 材料包括陽離子交換容量約每公克黏土材料爲〇.3〜3.〇毫 當量的可膨脹自重流動粉末。 1 4 .依據申請專利範圍第丄〇項之方法，其中黏土 材料包括平均厚度小於約2 nm且平均直徑爲]0 nm〜 3 000 nm的小片狀粒子。 - 24- (3) 1241005 1 5 ·依據申請專利範圍第i項之方法，其中 ； 料包括液晶樹脂材料。 全闩构 1 6 .依據申請專利範圍第1 5項之方法，更包 將結合後的材料層化在一膜上；以及 舌 在對齊材料將碳奈米管對齊後使結合後 」付枓硬化 17.依據申請專利範圍第1 6項之方法，其中： 將至少—碳奈米管和對齊材料結合以形成結 材料，包括將α-烯樹脂、碳奈米管、_ = 口後的 一中碁均=苯代7 烯、甲苯結合，結合後的材料中 烯樹肱的重羹約15〇/0 、碳奈米管的重量約15%、二甲基 巧一本代乙燦的重| 約20%、甲苯的重量約5〇% ;以及 里 使對齊材料將碳奈米管對齊旬 王」θ包括對層化的結合後的 材料施加約0 · 3 T e s 1 a的電場。 1 8 . —種待散熱的裝置，包括· 一熱源； -熱接收器，用來接受從熱源來的熱；以及 一微米複合熱界面材料，用夾 m术將熱從熱源傳到熱接 收器，微米複合熱界面材料包括： 對齊的碳奈米管；以及 一對齊材料，包括可對齊結檎 月m他，當結構對齊時，碳 奈米管對齊。 8項之裝置，對齊材料 、類晶團聚體及類晶團 1 9 ·依據申請專利範圍第1 包括黏土，可對齊結構包括小片 -25、 (4) 1241005 聚體，而微米複合熱界面针 口辨付料 囬材枓更包括一聚合物母體籾料 〇 2 〇 ·依據申請專利範圍第1 8項之裝置，其中對齊 材料包括液晶樹脂。 2 1 .依據申請專利範圍第丄8項之裝置，其中熱源 包括一微處理益核心’而熱接收器包括積體散熱片。 2 2 ·依據申請專利範圍第2 i項之裝置，更包括： 一除熱器；以及 一第一微米複合熱界面材料，將熱從積體散熱片傳 到除熱器，第二微米複合熱界面材料包括： 對齊的碳奈米管；以及 一對齊材料，包括可對齊結構，當結構對齊時，碳 奈米管對齊。 2 3 .依據申請專利範圍第1 8項之裝置，其中熱源 包括積體散熱片，而熱接收器爲除熱器。 2 4 .依據申請專利範圍第2 3項之裝置，其中除熱 器包括散熱片、蒸汽室、或一熱管。 2 5 .依據申請專利範圍第1 8項之裝置，其中熱、源 包括一微處理器核心，而熱接收器爲除熱器。 2 6 .依據申請專利範圍第2 5項之裝置，其中除熱 器包括散熱片、蒸汽室、或一熱管。 2 7 ·依據申請專利範圍第1 8項之裝置，其中熱源 包括一積體電路。 2 8 . —種熱界面材料，包括： -26- (5) 1241005 對齊的碳奈米管；以及 一對齊材料，包括可對齊結構，當結構對齊胯 守’碳 奈米管對齊。 2 9 .依據申請專利範圍第2 8項之熱界面材料 ’其 中微米複合熱界面材料中的碳奈米管重量至少爲5 %。 3 0 ·依據申請專利範圍第2 9項之熱界面材料，# 中微米複合熱界面材料中的碳奈米管重量爲25%。 忪據甲請専利範圍第 ，其 ，其 ，其 小片 ，其 ，其 其 中碳奈米管平均長度大於約1 〇 n m。 3 2 ·依據申請專利範圍第2 8項之熱界面材料 中碳奈米管平均長度大於約100 llm。 3 3 ·依據申請專利範圍第2 8項之熱界面材料 中對齊材料包括黏土材料，黏土材料包括可對齊的 結構，而熱界面材料更包括一母體材料。 3 4 .依據申請專利範圍第3 3項之熱界面材 中黏土材料中的熱界難料重量小於25%。 3 5.依據申請專利範圍第3 4項之熱界面材料 中黏土材料中的微米熱界面材料重量小於5%。 3 6 ·依據申請專利範 G N弟2 8項之熱界面材料 中對齊材料包括液晶樹脂材料。 4 ’ -21 ^