TWI250203B - Thermal interface material - Google Patents

Description

1250203 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 之熱介 面材料 本發明係關於，齡面材料，尤指—種包含有奈米石炭球 【先前技術】 近年來，隨著半導體H件域工藝之絲發展， 成化程度越來越高，惟，H件體積卻變得越來越小，狀=之集 個非常重要之問題，且其對散熱之要求越i越高，為滿i:;忒為— 種散熱方式被大量運 需要，各 用，如利用風扇散熱、水冷辅助散熱及熱管散埶等 果。但因散熱器與半導體集成器件之接=之 性，未有一個理想之接觸介面，一妒 f田艾不+整 本上極大的影響了半導體科向散熱騎行熱傳遞之效 件Ϊ接觸介面間增加一導熱係數較高之熱介面材3 增加介面之接觸程度就顯得十分必要。 傳統熱介Φ材料系將—些導熱舰較高之獅 :形成複合材料:如石墨、氣化…夕、氧她、銀 此種材料之導紐能纽纽紅取決於聚合物賴之性質。兑 中=油脂、相紐料為賴之複合材料目級㈣為賴能與熱源表 城潤故接觸熱阻較小，而以和橡膠域體之複合㈣接觸熱^ 就比較大。賴材料的—㈣遍缺陷祕個材料熱係練小，典型 值在iw/m · Κ，這已經越來越不能適應半導體集成化程度之提高對散 =效果之需求，而增加聚合物載體中導熱顆粒之含量使顆粒與顆粒儘 ϊ相互接觸可增加整個複合材料之導熱雜，如某些特殊之介面材二 =可,4-8W/m · K，但#聚合物載體中導熱雜之含量增加到一 疋度h ’會找合物失去原本之性能，如油脂會變硬，從而浸潤效 果變差，橡膠亦會變得較硬，從而失去應有之_性，這都會使熱介 1250203 料大〜低。此外’導熱顆粒之尺寸較大，影響該熱介面材 實為ΙΪ於此，提供巧具優良之熱料效果、厚度薄之熱介面材料 【發明内容】 t明之目的在於提供-種導熱效果佳、厚度薄熱界面材料。 ，撕揭示的—種基於奈米碳球導熱之熱界面 材料係由聚合物材料及分佈於其令 …、界面 2m 、比表面積大，具較高熱傳導係數，因而所形成 之熱界面材料具較高熱導係數。 、… =先7杨概較，本發縣於奈米碳料熱的齡爾料具以 奈米面球製得的熱介面材料，因奈米碳球顆粒直 於聚合物材料中利于充分分佈均勻，可製得厚度極薄且導敎效 t :之熱介面材料；其二，因聚合物材射所填充之導熱顆粒為奈 t球’^奈米碳球本身顆粒較小，故增加聚合物材射所填充之奈 ^二求έ畺不會導至聚合物硬化等降低導熱效果之情形發生。 【貫施方式】 石—本之奈米碳球㈣層石墨_中球形成所組成之多面體 其可為中空奈米碳球與填充金屬碳球。形狀可為球形、橢球形 及膠囊結構，奈米碳球的直徑5〜50奈米，平均直徑係30奈米。 ^本發明所提供的熱界面材料係將奈米碳球分佈於聚合物材料 奈米碳球分佈聚合物之過程可先將聚合物液化，然后直接加入 之奈米碳球均勻混合，再將聚合物固化，該固化后聚合物可將 奈米碳球顆粒穩固於其中。 、，山本具施方式所產生熱界面材料之奈米碳球重量比為60%，所用之奈 米石反球其平均直徑在30〜40nm之間，結構主要為球形。其熱導係數大 、勺仏銅的兩倍，為770〜780 ψ/m.K，奈米碳球之具體熱導係數與其大 小、、結構（球中球有几層結構）及形狀相關。這上述僅為本發明實施 方式之’較好的方式係奈米碳球於該聚合物中均勻分布，且奈米碳 1250203 ^之間均相互接觸，形成—導熱通道，將熱源之熱量經此導熱通道傳 遞至散熱器散發。 人本發明熱界面材料所用之聚合物可為多元醇聚醚與異氰酸醋類化 &物反應— 而成纟中多元醇聚鱗的分子量範圍在，官能度為 =9,異氰酸S旨的分子量範圍在綱〜_，官能度為2〜6，其分子鍵節 結，可=是脂肪族，也可為㈣族，通過調節多_聚醚和異氰義 的分子量射能度之_，可以改變聚合物32之強度她性，本發明 所，之ΛΚδ物也可為其它材料，需具備如下之特性即可：（！）具彈性 I壓縮；⑵具較高之熱導係數；Ο}該聚合物之高分子鏈可接於 不米碳球上。 、 在奴2明熱界面材料之另—實施方式翻聚合物材料固持較高熱導 ^處、包彳 1之奈米碳球，該包覆可藉由氣化金屬氧化物與奈米碳球 祕心，生^金屬奈米碳球與二氧化碳氧體，經金屬包覆之奈米碳球可 t奈米姐之體積，從而增加熱導材料之接觸面積，以使該金屬奈 球具較高熱導魏，提高熱傳遞之效果，該包覆奈米碳球之材料 銅的氧化物等。此外，還可於聚合物中采用高導熱之金屬顆 米碳球，使奈米碳球之間更易于接觸，提高導熱效果，該填 ,之金屬可從以下材料中選取，如金屬銅、金屬銀等，其中銅 可選用青磷銅。所述青磷銅的組成成份為··銅（Cu) I%、錫㈤ ^〜U%、碟（Ρ) 0·03 〜〇·35%、# (pb) <〇·5%、鐵（Fe)〈〇 (Ζη)<〇·5%。 ㈣第-圖，本發明熱界面材料之制及其說明結合附圖之 置一併描述，該裝置包括一半導體芯片30,該半導體芯片30為 问在度熱源，經連結H 2〇藉由焊接球25固定於域1()上，熱 料40置，半導體芯片3〇與散熱器5〇之間。熱界面材料仙之第一表 面41及第二表面42分別與半導體芯片3〇之上表面3ι及散熱器^ =52接觸，提供半導體芯片3〇之上表面與散熱器如之下表面％ 2佳接觸，將半導體芯片3〇產生之熱量有效、迅速傳遞至散熱器.50 月^然關所示僅縣發明應狀—具體實施方式，本發明之熱界 1250203 面材料之應用不受限于此。 因奈米魏具堅硬機械結構特性，且其分佈於具雜覽縮之 :::::旦於應:過程中’經一定壓力之作用，聚合物材料經該壓 L吏取八形變，使奈米碳球直接與熱源及散熱器之表面接觸， 本發賴供熱界&材料具健之雅，於 =粗糙或不仅情形，仍提供贿與散㈣ 動時起保護作用，防止器件因_振動=子， 整其它固體材料製得之熱界面材料輕，辑^ 惟 以上㈣符合發明專利要件，爱依法提出專利申請 援依本明之車父佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在 利範=所作之等效修飾_，皆脱含㈣下之申請專 【圖式簡單說明】 主板 焊球 熱界面材料 第【二=號之=材料—輪意圖。 連結器 芯片 散熱器 20 30 50 10 25 40 9

Claims (1)

1. 十、申請專利範圍： 1. 一熱界面材料，其包括: 聚合物基體； 複數奈米碳球’該複數奈米碳球分佈於該聚合物基體中。 2.如申請專㈣圍第1項所述之熱界面材料，其找聚合物基體包括多元 醇聚醚與異氰酸酯類之聚合物。 3·2=Γ範圍第2項所述之熱界面材料，其中該多元醇聚謎分子量為 4.^請專種圍第2顧述之解面材料，射衫元辦㈣官能度為 其中該異氰酸酯類化合物分 其中該異氰酸g旨類化合物官 其中該奈米碳球直徑為5〜50 5. 如申請專利範圍第2項所述之熱界面材料 子量為200〜800。 6. 如申請專利範圍第2項所述之熱界面材料 能度為2〜6。 7·如申睛專利範圍第1項所述之熱界面材料 奈米。 8.如咖卿撕娜蝴4，其_米碳球還包覆 綱所述之熱界面材料， 1Μ=^：：嫩集材料七純_碳球之導 圍綱所述之财畔料，財雜界面機還填有 請專利範圍糾項所述之熱界面材料，其中該導熱金屬材料為包 13.如鋼申請專利範圍第η項所述之熱界面材料，其中該導熱金屬材料為包 以如申請專利範圍糾項所述之熱界面材料，其中該導熱金屬材料為包 10 1250203 青碌銅。 15.—散熱裝置，其包括： 一熱源； 一散熱裝置； 該熱界面材料置於熱源與散熱裝置之間； 槐、，U面材料由聚合物基體及分佈於該聚合物基體之奈米碳球 構成。 16·如申請專利範圍第15項所述之散熱裝置，其中奈米碳球直徑為㈣奈 米。 Π.如申請專鄕_15賴述之散魏置，ϋ雜界面材料還填敎 金屬材料。 ' … 18.如申凊專利範圍第17項所述之散熱裝置，其中導熱金屬材料包括銅、銀 及青填銅。 19·如申請專利範圍第15項所述之散熱裝置，其中該奈米碳球還包覆有導熱 材料。 20·如申請專利範圍第19項所述之散熱裝置，其中該導熱材料包括銦及銅之 氧化物。