TWI602910B - 用以冷卻電子元件之系統、結構及材料 - Google Patents

用以冷卻電子元件之系統、結構及材料 Download PDF

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Description

用以冷卻電子元件之系統、結構及材料
一般而言，本發明係關於用於藉由增加電子元件及組件之冷卻效率及能力來增強該等元件及組件之效能的系統、結構及組合物。
電子元件及特定言之個人電子元件(諸如智慧型手機、平板電腦(tablet)及膝上型電腦)在過去十年中已經歷重大演變。該等元件本身已變得愈來愈小，而同時又使用愈來愈大之處理能力、愈來愈高級之通信電子裝置及愈來愈少之可動部分。舉例而言，且本發明之態樣最特別的是，現代個人電子裝置之較小尺寸要求移除機械冷卻系統(諸如風扇及其他空氣處理元件)且替換為被動冷卻系統。然而，更高處理能力及現代電子元件之要求僅使此等元件產生之熱增加。由該等元件產生之溫度已廣泛報導於新聞中且甚至已導致使用者受傷及元件損壞。更小、更快、更大功率電腦晶片及電子組件在行動電話、電腦、膝上型電腦、平板電腦等中之使用及發展已使得此等組件之功率、運作時間及產熱顯著增加。必須控制增加之功率及產熱以防止組件過熱及損壞。此過熱亦在元件之表面上形成熱點及熱區，從而引起人類使用者不適或受傷且因此需要管理此熱。藉由用各種方式移除熱或「調節」回組件之功率及速度以減少所產生之熱來進行此熱控制。降低組件之速度及功率並非較佳的，此係因為此舉引起低效率、等待結果之 時間延長、下載速度降低等。因此，需要材料來吸收或儲存此所產生之熱且隨後快速移除或傳導熱離開組件。由於組件及總元件面積縮小，所有均導致每單位面積之熱流通量較大，故使得此舉較困難。
更值得注意的是以下事實：當此等元件之操作溫度增加時，因設計有意造成或自然地因為固態電子裝置之固有特徵，元件之效能下降。許多元件已按安全模式構建，若操作溫度過高，則該等安全模式使處理器及其他產熱組件完全關閉。
電子散熱技術需要將熱移離操作中的電子組件且移至周圍環境中。在不具有風扇及其他機械冷卻系統之益處的情況下，所產生之熱僅藉由傳導至元件或一些其他基板之外表面而得以傳輸。因此，當使用熱交換器來將熱自電子裝置移至元件殼體時，大部分元件在操作期間變得摸起來較溫熱或熱。此等先前方法僅依賴於熱傳導技術來將熱自一個點移至另一個點。
已知在各種行業中使用相變材料(PCM)來儲存及釋放熱。舉例而言，已廣泛揭示PCM(經微囊封或原始)之各種形式及組合物的用途、其製造方法及其應用。PCM已廣泛用於紡織品及織物行業中，但尚未有效使用或揭示於電子學領域中，尤其當用於實現熱儲存及移除時。因此，PCM在電子學行業中之使用一直以來限制於將經微囊封之PCM混合至環氧樹脂中或以其他方式混合蠟及凝膠。尚無一人能夠在符合限制於密封或其他殼體內之封閉電子元件或其他處理器之限制的同時解決如何有效獲得此等材料、形成該等材料、將其鎖定於複雜且敏感的電子總成中之位置中、維持高潛熱以及熱導率。
熱管理材料(thermal management material，TMM)、熱界面材料(TIM)、熱管理材料(heat management material)、熱散播器等全部在電子裝置封裝中具有關鍵功能，亦即用於散熱以便允許更高處理速度。更特定言之，熱界面材料及散熱片使產熱電子裝置組件(亦即晶片、 電晶體、半導體、積體電路(IC)、離散元件、電池等)與熱移除硬體良好熱接觸。
例示性實施例概述如下。此等及其他實施例更充分地描述於【實施方式】部分中。然而，應瞭解，並不意欲將本發明限制於此【發明內容】或【實施方式】中所描述之形式。熟習此項技術者可認識到存在屬於如申請專利範圍中所表述之本發明精神及範疇內的許多修改、等效物及替代構造。
在本發明之一個實施例中，具有一或多個在操作期間產熱之組件的電子元件包括用於溫度管理及散熱之結構。該用於溫度管理及散熱之結構包含具有與周圍環境熱連通之表面的熱傳遞基板及與該電子元件之一或多個組件的至少一部分及該熱傳遞基板之至少一部分實體接觸的溫度管理材料。該溫度管理材料包含潛熱為至少5焦耳/公克且轉移溫度在0℃與100℃之間的聚合相變材料及熱導性填料。
在另一或同一實施例中，熱傳遞基板可為印刷電路板且電子元件之一或多個組件可安裝於印刷電路板上。在另一或同一實施例中，電子元件可進一步包含與熱傳遞基板熱連通之第二基板。在另一或同一實施例中，熱傳遞基板可為電子元件之外表面及/或電子元件之顯示器。
在其他或以上提及之實施例中，熱導性填料可為一種形式之碳、石墨烯、氧化鋁或硼化合物。在其他或以上提及之實施例中，用於溫度管理及熱控制之結構可進一步包含可熔材料。
在另一實施例或以上提及之實施例中之一者中，熱導性填料可包含5%與95%之間的溫度管理材料。在另一實施例中，熱導性填料可具有大於95%之純度。
在另一實施例或以上提及之實施例中之一者中，用於溫度管理 及熱控制之結構可進一步包含耐火添加劑。在另一實施例或以上提及之實施例中之一者中，電子元件可進一步包含含有一或多個電子組件及用於溫度管理及散熱之結構的外殼。
本發明之個人計算元件(諸如蜂巢式電話、PDA、平板電腦或膝上型電腦)包含外殼、印刷電路板、一或多個附接至印刷電路板且在電子元件之操作期間產熱的組件及用於溫度管理及散熱之結構。該用於溫度管理及散熱之結構包含具有與該印刷電路板熱連通之表面及與周圍環境熱連通之表面的熱傳遞基板及與該電子元件之一或多個組件的至少一部分及熱傳遞基板之至少一部分實體接觸的溫度管理材料。
根據本發明之一個實施例，該溫度管理材料包含潛熱為至少5焦耳/公克且轉移溫度在0℃與100℃之間的聚合相變材料及熱導性填料。
根據本發明，構建該種個人計算元件之方法包含在一或多個附接至元件之印刷電路板上之產熱組件的至少一部分上施用溫度管理材料；用外殼封閉印刷電路板、一或多個組件及用於溫度管理及散熱之結構；及固化溫度管理材料。在一些實施例中，溫度管理材料可實質上填充外殼內之任何空隙。
如一般技術者將認識到的，本文描述許多其他態樣及實施例。
100‧‧‧蜂巢式電話
102‧‧‧前面板
104‧‧‧後面板
106‧‧‧印刷電路板(PCB)/PCB
108‧‧‧電池
110‧‧‧傳輸器/接收器或其他通信晶片
112‧‧‧處理器
200‧‧‧膝上型電腦
202‧‧‧下部面板
204‧‧‧上部面板
206‧‧‧內部面板
208‧‧‧電子裝置部分
210‧‧‧處理器
212‧‧‧系統板
214‧‧‧記憶體
216‧‧‧儲存元件
218‧‧‧電池
300‧‧‧電子組件電路板/電路板/蜂巢式電話電路板
302‧‧‧收發器或通信模組
304‧‧‧無線通信模組
306‧‧‧電源供應器模組
308‧‧‧電池
310‧‧‧圖形驅動器
312‧‧‧處理器
350‧‧‧溫度管理材料
400‧‧‧印刷電路板/PCB
402‧‧‧產熱組件
404‧‧‧產熱組件
406‧‧‧產熱組件
412‧‧‧襯底或其他外表面/外部元件殼體/外部殼體
450a‧‧‧溫度管理材料
450b‧‧‧溫度管理材料
460‧‧‧溫度管理材料/分散材料
500a‧‧‧電子元件/元件
500b‧‧‧電子元件/元件
500c‧‧‧電子元件/元件
502‧‧‧頂部顯示器表面
504‧‧‧後表面
506‧‧‧印刷電路板/PCB
510‧‧‧電子組件
514‧‧‧密封件或其他墊圈型元件
520‧‧‧溫度管理材料
540‧‧‧第二溫度管理材料/溫度管理材料
550‧‧‧第一溫度管理材料/溫度管理材料
600‧‧‧溫度管理材料
602‧‧‧PCM
604‧‧‧熱導性填料
620‧‧‧溫度管理材料
622‧‧‧層
624‧‧‧層
626‧‧‧層
640‧‧‧溫度管理材料
642‧‧‧層
644‧‧‧層
645‧‧‧微囊
646‧‧‧層
647‧‧‧聚合黏合劑
800‧‧‧基板或電子組件
810‧‧‧層
815‧‧‧層
900‧‧‧電子物品
904‧‧‧TMM/塗層
906‧‧‧表面
912‧‧‧不連續區域
912'‧‧‧不連續區域
912"‧‧‧不連續區域
1000‧‧‧基板
1006‧‧‧表面
1012‧‧‧TMM/點
1012'‧‧‧點
1012"‧‧‧點
當結合隨圖時，參考以下【實施方式】及所附申請專利範圍，本發明之各個目標及優勢及更完全的理解顯而易見且更容易理解，其中：圖1展示典型行動電話之系統結構圖；圖2展示典型攜帶型電腦之系統結構圖；圖3A-3C展示根據本發明態樣之元件的電路板；圖4A-4B展示根據本發明態樣之電路板及相關結構的系統結構 圖；圖5A-5C展示圖4A-4C之若干實施例的截面；圖6A-6C展示圖5A-5C之實施例的細節；圖7-10D展示官能性聚合PCM之各種實施例；圖11展示與無規分佈之聚合物相比精確分支之聚合物的一個實施例；圖12為描繪各種共聚物之峰值熔點的圖；圖13為描繪各種共聚物之結晶熱的圖；圖14為描繪各種共聚物之潛熱及熔點的圖；圖15A及15B展示如與本發明之各種態樣結合使用之微囊的細節；圖16A-16C展示可與本發明之態樣結合使用之各種成層實施例；圖17及18展示將本發明之態樣應用至基板上之其他實施例；圖19及20展示將本發明之態樣應用至基板上之其他實施例；圖21展示描繪隨時間推移與PCM轉移溫度及標準功率相關之處理器溫度的圖；圖22展示描繪隨時間推移與PCM轉移溫度及瞬時溫度相關之處理器溫度的另一圖；且圖23展示本發明之一個實施例的圖示結果。
本文揭示其他實施例及態樣，包括本說明書通篇中所描述及說明之各個圖及方法描述。
在本說明書通篇中，提及使用各種材料、組合、化學調配物及可以各種組合使用之其他態樣來形成根據本發明態樣之一或多種材料、最終產物或組合物。應瞭解，對於熟習此項技術者而言，本文中包括材料、實例及其他實施例之各個清單，以便教示熟習此項技術者 其可在不需要置換此等個別特徵之特定技術方案的情況下組合成各種替代實施例。如本文所呈現之申請專利範圍以及彼等申請專利範圍將來的任何潛在修正可在不背離本文中所描述之本發明精神及範疇的情況下包括此等材料、範圍及其他替代物之一或多種組合。特定言之，預期熟習此項技術者將在本文揭示之特徵的任何組合之書面描述中認識到並發現充足支持，無論描述於單一實例或實施例中抑或描述於書面描述之不同部分中。
應清楚地瞭解，藉由在本說明書之稍後部分中提供特定組合物及方法之實例，申請人並不意欲將申請專利範圍之範疇限制於彼等特定組合物中之任一者。相反地，預期可使用本文中所描述之官能基、聚合相變材料及物品之任何組合來達成本發明之新穎態樣。申請專利範圍並不意欲限制於本發明或併入本文中之任何揭示案中所描述之特定化合物中之任一者。
已知良好熱管理材料應具有高熱導率、高比熱容、高潛熱容、高多變熱容、低熱膨脹係數、低空氣含量、良好間隙填充、良好表面潤濕及黏著性、良好流變學等。
整個材料的且以瓦特/公尺克耳文(W/(m．K))或W．m-1．K-1表示之熱導率或熱傳遞率係由自由電子或晶格振動(聲子)之流速控制。在金屬中，傳導性主要歸因於自由電子，而對於非金屬而言，其主要歸因於聲子傳遞。熱導率可視材料類型、溫度、材料相、雜質等而不同。舉例而言，當冰(在0℃下熱導率為2.18W/(m．K))熔化成液體水(在0℃下熱導率為0.58W/(m．K))時，出現熱導率變化。另一實例為對於純結晶物質而言，沿不同晶體軸可展現不同熱導率，此係歸因於沿既定晶體軸聲子偶合不同。塑膠之熱導率在很大程度上視聚合物之結晶度(結晶聚合物之各向異性)而定。此主要歸因於沿結晶軸有效但在非晶區域中或因其他方向上之各種散射過程而實質上降低之聲子傳遞(流 動晶格振動能)。
定義
以下定義適用於關於本發明之各種態樣描述之各種部件。此等定義同樣可在本文中詳述。
如本文中所用，術語「單分散」係指就一組性質而言實質上為均一的。因此，舉例而言，一組單分散微囊可指關於尺寸分佈之模式(諸如尺寸分佈之平均值)具有較窄尺寸分佈的微囊。另一實例為一組具有類似分子量之聚合物分子。
如本文中所用，術語「潛熱」係指當材料經歷兩種狀態之間的轉變時所吸收或釋放之熱的量。因此，舉例而言，潛熱可指當材料經歷液態與結晶固態、液態與氣態、結晶固態與氣態、兩種結晶固態或結晶態與非晶態或其任何組合之間的轉變時所吸收或釋放之熱的量。
如本文中所用，術語「轉移溫度」係指材料經歷兩種狀態之間的轉變時的近似溫度。因此，舉例而言，轉移溫度可指當材料經歷液態與結晶固態、液態與氣態、結晶固態與氣態、兩種結晶固態或結晶態與非晶態之間的轉變時的溫度。非晶材料經歷玻璃態與橡膠態之間的轉變時的溫度亦可稱為該材料或其組合之「玻璃轉移溫度」。
如本文中所用，術語「相變材料」係指具有吸收或釋放熱以在溫度穩定範圍下或溫度穩定範圍內調節熱傳遞之能力的材料。溫度穩定範圍可包括特定轉移溫度或轉移溫度範圍。此允許在此轉變範圍內調節熱傳遞或熱導率。在一些情況下，通常在相變材料經歷兩種狀態之間的轉變時，相變材料能夠在相變材料吸收或釋放熱之一段時間內抑制熱傳遞。此作用通常為瞬時的且將會發生直至在加熱或冷卻過程期間吸收或釋放相變材料之潛熱為止。熱可儲存或自相變材料中移除，且相變材料通常可由發出或吸收其之來源有效地補給。對於某些實施例而言，相變材料可為兩種或兩種以上材料之混合物。對於任何 所需應用而言，可藉由選擇兩種或兩種以上不同的材料且形成混合物來調節溫度穩定範圍。所得混合物在併入本文中所描述之物品中時可展現兩種或兩種以上不同的轉移溫度或單一經調節之轉移溫度。
如本文中所用，術語「聚合物」係指包括一組巨分子之材料。聚合物中所包括之巨分子可相同或可以一些方式彼此不同。巨分子可具有多種骨架結構中之任一者，且可包括一或多種類型之單體單元。特定言之，巨分子可具有線性或非線性骨架結構。非線性骨架結構之實例包括分支骨架結構，諸如星形分支、梳形分支或樹枝狀分支骨架結構及網狀骨架結構。均聚物中所包括之巨分子通常包括一種類型之單體單元，而共聚物中所包括之巨分子通常包括兩種或兩種以上類型之單體單元。共聚物之實例包括統計共聚物、無規共聚物、交替共聚物、週期共聚物、嵌段共聚物、輻射狀共聚物及接枝共聚物。在一些情況下，可藉由添加一組官能基來改變聚合物之反應性及官能性，該等官能基諸如酸酐基團、胺基及其鹽、N上經取代之胺基、醯胺基、羰基、羧基及其鹽、環己基環氧基、環氧基、縮水甘油基、羥基、異氰酸酯基、脲基、醛基、酯基、醚基、烯基、炔基、硫醇基、二硫化物基團、矽基或矽烷基團、基於乙二醛之基團、基於氮丙啶之基團、基於活性亞甲基化合物或其他b-二羰基化合物(例如2,4-戊二酮、丙二酸、乙醯丙酮、乙基丙酮乙酸酯、丙二醯胺、乙醯乙醯胺及其甲基類似物、乙醯乙酸乙酯及乙醯乙酸異丙酯)之基團、鹵基、氫化物或其他極性或H鍵結基團及其組合。該等官能基可添加於沿聚合物之各種位置(諸如沿聚合物無規或規則分散)、聚合物之末端、可結晶側鏈上之側邊、末端或任何位置，以聚合物之獨立懸空側基形式連接，或直接連接於聚合物之主鏈。另外，聚合物能夠交聯、纏結、形成網路、離子鍵結、共價鍵結或氫鍵結以便增加其機械強度或其在環境或加工條件下之抗降解性。如可理解，可以具有不同分子量之多種形式提供 聚合物，因為聚合物之分子量可視用於形成聚合物之加工條件而定。因此，可認為聚合物具有特定分子量或分子量範圍。如本文中關於聚合物所用，術語「分子量」可指聚合物之數量平均分子量、重量平均分子量或熔融指數。
聚合物(包括用於交聯劑及黏合劑之彼等聚合物)之實例包括聚羥基脂肪酸酯、聚醯胺、多元胺、聚醯亞胺、聚丙烯酸(例如聚丙烯醯胺、聚丙烯腈及甲基丙烯酸及丙烯酸之酯)、聚碳酸酯(例如聚雙酚A碳酸酯及聚碳酸伸丙酯)、聚二烯(例如聚丁二烯、聚異戊二烯及聚降冰片烯)、聚環氧化物(例如雙酚A，雙酚F，與胺、酸、醇等交聯或未交聯之多官能性縮水甘油基環氧樹脂)、聚酯(例如聚己內酯、聚己二酸伸乙酯、聚己二酸伸丁酯、聚丁二酸伸丙酯、基於對苯二甲酸之聚酯及基於鄰苯二甲酸之聚酯)、聚醚(例如聚乙二醇或聚氧化乙烯、聚丁二醇、聚氧化丙烯、聚甲醛或三聚甲醛、聚四亞甲醚或聚四氫呋喃及聚表氯醇)、聚氟碳化物、甲醛聚合物(例如脲-甲醛、三聚氰胺-甲醛及酚甲醛)、天然聚合物(例如多醣，諸如纖維素、甲殼素、聚葡萄胺糖及澱粉；木質素；蛋白質；及蠟)、聚烯烴(例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚丁烯及聚辛烯)、聚伸苯基、含矽聚合物(例如聚二甲基矽氧烷、聚烷基矽氧烷及聚羧甲基矽烷)、聚胺基甲酸酯、聚乙烯(例如聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯醇、聚乙烯醇之酯及醚、聚乙酸乙烯酯、聚苯乙烯、聚甲基苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯吡咯啶酮、聚甲基乙烯醚、聚乙基乙烯醚及聚乙烯基甲基酮)、聚縮醛、聚芳酯、基於醇酸之聚合物(例如基於甘油酯油之聚合物)、共聚物(例如聚乙烯-共-乙酸乙烯酯及聚乙烯-共-丙烯酸、苯乙烯-丁二烯或以上物質之任何組合)及其混合物。術語聚合物意欲理解為包括在本申請案申請之後變得可獲得且展現上文所描述之一般聚合性質的任何物質。
如本文中所用，術語「化學鍵」及其語法變化形式係指兩個或 兩個以上原子基於吸引性相互作用之偶合，使得彼等原子可形成穩定結構。化學鍵之實例包括共價鍵及離子鍵。化學鍵之其他實例包括氫鍵及羧基與胺基之間的吸引性相互作用。
如本文中所用，術語「共價鍵」意謂以原子之間或原子與其他共價鍵之間的共用電子對為特徵之化學鍵結形式。當原子共用電子時原子之間形成之引力與斥力穩定性稱為共價鍵結。共價鍵結包括許多種類之相互作用，包括σ-鍵結、π-鍵結、金屬-金屬鍵結、抓氫相互作用(agostic interaction)及三中心兩電子鍵。
如本文中所用，術語「離子鍵」或「電價鍵」意謂帶相反電荷離子之間經由靜電引力形成之鍵。舉例而言，在帶正電荷陽離子與帶負電荷陰離子之間。金屬(諸如Na、Fe、Ag等)與非金屬之間或兩種金屬之間或兩種非金屬(諸如氨及酸)之間可形成離子鍵。離子化合物在熔融時可以固體或溶液形式導電。
如本文中所用，術語「分子基團」及其明顯變化形式係指形成分子之一部分的一組原子。在一些情況下，基團可包括兩個或兩個以上彼此化學鍵結以形成分子之一部分的原子。基團一方面可呈中性或另一方面可帶電荷，例如單價或多價(例如二價)，以允許化學鍵結於一組其他分子基團。舉例而言，單價基團可預想為移除一組氫基以允許化學鍵結於另一分子基團之分子。基團可呈中性、帶正電荷或帶負電荷。舉例而言，帶正電荷基團可預想為增加一或多個質子(亦即H+)之中性基團，且帶負電荷基團可預想為移除一或多個質子之中性基團。展現特徵反應性或其他組之性質的基團可稱為官能基、反應性官能基(reactive function)或反應性官能基(reactive functional group)。反應性官能基之實例包括諸如以下之官能基：酸酐基團、胺基、N上經取代之胺基及其鹽、醯胺基、羰基、羧基及其鹽、環己基環氧基、環氧基、縮水甘油基、羥基、異氰酸酯基、脲基、醛基、酯基、醚基、 烯基、炔基、硫醇基、二硫化物基團、矽基或矽烷基團、基於乙二醛之基團、基於氮丙啶之基團、基於活性亞甲基化合物或其他b-二羰基化合物(例如2,4-戊二酮、丙二酸、乙醯丙酮、乙基丙酮乙酸酯、丙二醯胺、乙醯乙醯胺及其甲基類似物、乙醯乙酸乙酯及乙醯乙酸異丙酯)之基團、鹵基、氫化物或其他極性或H鍵結基團及其組合。
如本文中所用，術語「熔融流動指數」或MFI為聚合物之熔體的流動容易性之度量。在學術術語中，熔體流動定義為藉由在替代規定溫度下經由規定替代重力測定重量施加壓力在十分鐘內流經具有特定直徑及長度之毛細管的聚合物之質量(以公克計)。該方法描述於類似標準ASTM D1238及ISO 1133中。
分子量多分散性-多分散性指數(PDI)為既定聚合物樣品中分子質量之分佈的度量。PDI計算值為重量平均分子量除以數量平均分子量。其指示一批聚合物中個別分子質量之分佈。PDI具有等於或大於1之值，但當聚合物鏈接近均一鏈長時，PDI接近單一性(1)。對於一些天然聚合物，PDI幾乎視為單一性。聚合之PDI往往表示為：PDI=M w /M n
Mn對具有低分子質量之分子較敏感，而Mw對具有高分子質量之分子較敏感。若聚合物材料之鏈長度在廣泛範圍之分子質量內變化，則其由術語多分散性表示。
立體化學-立體化學涉及分子內原子之相對空間排列的研究。立體化學之一個分支為對掌性分子之研究。立體化學亦稱為3D化學。各種立體化學命名法及命名方案之實例、解釋、描述及定義可見於Anslyn及Dougherty之「Modern Physical Organic Chemistry」中之第6章「Stereochemistry」,©2005,University Science Books中。
將使用非規、間規、等規、順式及反式、R-及S-、L-、D-及內消旋-之聚合物立體化學描述。
聚合-聚合為在化學反應中使單體分子一起反應以形成三維網路或聚合物鏈之過程。許多形式之聚合及為將其分類而存在之不同系統為此項技術中已知的。
流變學及黏度-流變學為物質流動之表徵而黏度為對流動或變形之抗性的度量。黏度可藉由各種方式來量測且以通常在既定溫度或剪切率下之熔融流動指數(MFI)或厘泊(cps)之形式表徵。
如本文中所用，術語「熱導率」(「k」且亦以λ或κ表示)為材料傳導熱能力之性質且以W/m．K量測。熱導率定義為在穩態條件下且當熱傳遞僅依賴於溫度梯度時由單位溫度梯度(△T)引起的在垂直於單位面積(A)之表面的方向上傳輸穿過單位厚度(L)之熱(Q)的量。以等式形式此變成以下形式：熱導率=熱×距離/(面積×溫度梯度)
λ=Q×L/(A×△T)
通常在低傳導材料中k<0.1W/m．K。在良好傳導材料中k=0.1-10W/m．K。在高傳導材料中k>10W/m．K。根據本發明之態樣，熱管理及散熱材料之k值較佳>0.5W/m．K。在另一實施例中，k>1.0W/m．K且在另一實施例中，k>10W/m．K。
如本文中所用，術語「散熱」係指熱自高溫環境移動或散播至低溫環境中，例如使熱自溫熱處理器或其他產熱電子組件移至較冷的環境空氣中。散熱方法可藉由使用高熱導率材料(諸如金屬或陶瓷熱散播器、熱散播板、散熱片、散熱管、熱交換器、環形管、液冷管、散熱翅片、風扇、循環冷卻劑或其組合)來實現。其他實例為諸如由Thermo Cool Corp.、Thermacore Inc.等供應之彼等產品的產品。
電子元件之一般結構
本文揭示之本發明態樣可與多種電子元件及產熱從而損害處理器及其他操作電路(記憶體、視訊晶片、電信晶片等)之效能的任何其 他元件結合使用。當本文中提及諸如蜂巢式電話、PDA、智慧型手機、平板電腦、膝上型電腦及其他通常攜帶型元件之常見元件時，相同特徵可併入在操作期間需要冷卻之實際上任何電子元件中。舉例而言，併入民用及軍用設備及其他載具中之汽車組件、飛機組件、導引系統及GPS元件中所用之電子裝置可受益於本發明之態樣，諸如引擎控制單元(ECU)、安全氣囊模組、車身控制器、車門模組、巡航控制模組、儀錶面板、氣候控制模組、防鎖剎車模組(ABS)、傳輸控制器及配電模組。本發明之態樣亦可併入電子裝置或其他結構組件之殼體中。最後，依賴於電子處理器或其他電子電路之效能特徵的任何元件均可受益於因使用本發明之態樣而產生之增加或更穩定的效能特徵。
一般而言，本發明之態樣係關於將含有相變材料之物質的材料、塗層或層併至電子元件之產熱組件上、併至其上方或以其他方式併至其附近，從而將熱拉離彼等組件且儲存及/或經由某種形式之熱傳遞基板耗散至周圍環境中。下文描述可使用該種物質及結構之元件的各種實施例及如此等元件中所用之該種組合物的不同實施例。
圖1展示蜂巢式電話100之一般圖示，其包括前面板102，該前面板包括諸如鍵盤及螢幕之常見特徵。後面板104與前面板102嚙合且除其他組件之外將包括操作電子裝置之印刷電路板(PCB)106封閉。儘管PCB 106具有許多件不同的電子裝置、連接器及其他特徵，但本發明中所提及之主要組件為通常產熱之組件，諸如電池108、傳輸器/接收器或其他通信晶片110及處理器112。大部分電子元件具有此等組件中之至少一者或在操作期間產熱且因此需要在操作期間減少熱積累之一些其他部件。本發明中提及一種或另一種特定類型之元件並不意欲限制本文申請專利範圍之範疇，就如同申請專利範圍適用於遭受相同熱相關問題之已知或未知的實際上任何電子元件一般。
圖2為以與圖1類似之細節展示膝上型電腦200之主要組件及特徵 的一般性圖。電腦200包括下部面板202、上部面板204、內部面板206及電子裝置部分208，該電子裝置部分除其他組件之外包括處理器210、系統板212、記憶體214、諸如硬碟機之儲存元件216及電池218。電腦200內之許多組件在操作期間產熱且亦需要在此等元件中減少熱積累。
圖3A展示代表性蜂巢式電話之電子組件電路板300的較詳細圖。儘管電路板300包括許多電路及其他組件，但本文中將主要提及在操作期間有規律地產熱之組件，諸如收發器或通信模組302、無線通信模組304、電源供應器模組306、電池308、圖形驅動器310及處理器312。此等組件中之每一者均為將在操作期間產熱且亦將因其溫度上升而經歷效能降級之組件。參考圖3B，展示相同蜂巢式電話電路板300，其中相同組件302、304、306、308、310及312覆蓋於根據本發明之各種態樣中之一者的溫度管理材料350中。在圖3B中，溫度管理材料350以第一組態展示，其僅分散及塗佈於電路板300中含有產熱組件之彼等部分上，使電路板之其他組件如其通常般曝露。在圖3C中，溫度管理材料350以第二組態展示，其分散及塗佈於實質上電路板300之整個表面上，而不將產熱組件與非產熱組件隔離。
參考圖4A及4B，展示印刷電路板400之若干透視圖，說明將溫度管理材料併入電路板結構中之各種選擇及實施例。舉例而言，在圖4A中，印刷電路板400包括若干個產熱組件402、404及406，諸如如上文所描述之處理器、圖形晶片及電信晶片。PCB 400包括襯底或其他外表面412，其保護且亦傳導熱離開元件內之可操作組件。溫度管理材料之區域在450a及450b處分散於PCB組件上，且通常分散用於僅覆蓋促進產熱且因此需要降低熱對可操作組件之影響的彼等部件。因為溫度管理材料450a及450b之組成(下文更詳細論述)，故熱得以儲存且更快速及有效地移離電子組件並移至周圍環境中。在一替代實施例 中，溫度管理材料與外部殼體直接接觸之表面積及體積增加，由此提供更大的熱傳遞面積以便快速將熱拉離可操作組件且使該熱耗散至外部環境或熱傳遞基板中。
圖4B展示另一實施例，其中關於溫度管理材料460分散於PCB 400上之何處並無區別或區別極小，使得產熱組件與非產熱組件均由溫度管理材料460覆蓋或以其他方式塗佈。儘管此實施例必需使用較大量之溫度管理材料，但較容易形成及製造，此係因為分散材料460需要的精密度較小。亦自使用較大量之溫度管理材料實現其他優勢，諸如抗衝擊性及抗水性。此等優勢進一步詳細論述於下文中。
儘管在所展示之圖4A及4B中，展示外部元件殼體412位於PCB 400中包括溫度管理材料450a、450b及/或460之面的相對面，但預期PCB組件中之一或多者(或僅產熱組件)可位於PCB 400之相對側，以使得溫度管理材料與外部殼體412直接接觸，從而使溫度調節材料與外部殼體412之間的熱導率增加。
圖5A-5C說明根據本發明之態樣構建之電子元件的各種截面實施例。首先，參考圖5A，以截面展示具有主要組件之電子元件500a。元件500a包括頂部顯示器表面502、後表面504及印刷電路板506。在印刷電路板506上安裝一或多個電子組件510，其中一些組件在操作中產熱。如在許多電子元件中所習用的，密封件或其他墊圈型元件514沿元件之周邊定位。在許多已知元件中，由一或多個電子組件510產生之熱經由藉由傳遞至後表面504且接著如由參考數字560所示傳遞至環境中來進行熱傳遞或傳導而耗散。在先前元件中，電子組件510可與已知熱傳遞組件、基板或其他機械散熱片耦接以較好地將熱在560處自組件本身移至外部環境中。在圖5A之實施例中且結合本發明之態樣，溫度管理材料520分散或以其他方式塗佈或附著於PCB 506上產熱之特定組件510上。溫度管理材料520之組合物提供一種機制來儲 存由組件510產生之熱且亦更快速及有效地將該熱在560處移離組件並移至周圍環境中。
圖5B展示另一實施例，其以截面展示具有主要組件之電子元件500b。與圖5A中之實施例類似，元件500b包括頂部顯示器表面502、後表面504及印刷電路板506。在印刷電路板506上安裝一或多個電子組件510，其中一些組件在操作中產熱。密封或其他墊圈型元件514沿元件之周邊定位。由一或多個電子組件510產生之熱經由藉由傳遞至後表面504且接著如由參考數字560所示傳遞至環境中來進行熱傳遞或傳導而耗散。在圖5B之實施例中且結合本發明之態樣，溫度管理材料520分散或以其他方式塗佈或附著於PCB 506上產熱之特定組件510上。此外，在圖5B之實施例中，第二溫度管理材料540分散於PCB與後表面504之間。溫度管理材料540可為與如以下部分中更詳細描述之第一溫度管理材料520相同或不同的組合物或摻合物。
圖5C展示另一實施例，其以截面展示具有主要組件之電子元件500c。與圖5A及5B中之實施例類似，元件500c包括頂部顯示器表面502、後表面504及印刷電路板506。在印刷電路板506上安裝一或多個電子組件510，其中一些組件在操作中產熱。密封或其他墊圈型元件514沿元件之周邊定位。由一或多個電子組件510產生之熱經由藉由傳遞至後表面504且接著如由參考數字560所示傳遞至環境中來進行熱傳遞或傳導而耗散。在圖5C之實施例中且結合本發明之態樣，溫度管理材料550完全填充元件內留下之間隙，其通常存在於PCB 506上之組件與頂部表面或底部表面中之任一者之間。在此實施例中，所有組件表面均與溫度管理材料接觸。此外，在圖5C之實施例中，第二溫度管理材料540分散於PCB與後表面504之間。溫度管理材料540可為與如以下部分中更詳細描述之第一溫度管理材料550相同或不同的組合物或摻合物。
圖6A-6C展示以上提及之元件實例中所用之溫度管理材料及可用於形成彼材料之各種組分的各種實施例。在圖6A中，展示當形成溫度管理材料600時PCM 602與熱導性填料604之均一混合物。在圖6A之實例中，PCM 602為經微囊封之PCM(mCAP)，但亦可為原始或另外未經囊封之PCM，諸如pPCM(聚合PCM)或FP-PCM(官能性聚合PCM)。在圖6A之實例中，無論相變材料如何併入溫度管理材料600中，溫度管理材料均為具有一定程度之材料均質性的均一物質。在圖6A之實例內不存在特定層。
參考圖6B，展示包括若干個層之溫度管理材料620。層622由熱導性填料形成，層624由第一相變材料形成，且層626由第二相變材料形成。層624及626各自可為mPCM、pPCM或FP-PCM中之任一者或層624及626可為一或多種此等類型之相變材料的組合或摻合物。此外，層624及626各自可使用可為適應特定溫度控制情形所必需之呈各種組合形式的本文所論述之任何PCM材料。舉例而言，某些電子裝置應用可產生較多熱，或具有較陡生熱曲線型態，且因此保證使用具有較高潛熱值或較高PCM負載要求之PCM以便有效管理在彼等元件中出現的溫度變化。其他應用可具有較細微的溫度變化型態且不需要具有如此大之潛熱值的PCM且因此可使用較低負載量。
參考圖6C，展示亦包括若干個層之另一溫度管理材料640。層642由熱導性填料形成，層644由第一相變材料形成，且層646由第二相變材料形成。如同圖6B之實例，層644及646各自可為mPCM、pPCM或FP-PCM中之任一者或層644及646可為一或多種此等類型之相變材料的組合或摻合物。此外，層644及646各自可使用可為適應特定溫度控制情形所必需之呈各種組合形式的本文所論述之任何PCM材料。在圖6C之實施例及實例中，展示使用微囊645之層644。此等微囊可位於聚合黏合劑647內(在存在或不存在其自身PCM及潛熱品質之 情況下)。
圖16A-16C展示可用於構建用於溫度管理及散熱之結構的其他成層選擇。如圖16A-16C中所例示，此等不同層之任何組合亦為可能的。在圖16A-16C中，L1至L8中之每一者表示基板或電子組件800上之不同層或層810及815之離散部分內之不同區域。應瞭解，此等層之許多不同組合均為可能的且並不意欲將本發明限制於由圖16A-16C描繪之物理結構中之任一者。此等結構僅代表若干種可能性。
PCM及熱管理材料之使用
以上部分描述可與可受益於本發明之溫度控制及熱管理態樣之電子結構及元件結合使用之各種組合物及其他材料。然而，提及任何特定結構性實施例或任何精確及特定化學組合物(上文或另外在本發明中)，並不意欲將申請專利範圍之範疇限制於特定言之任一者。相反地，本說明書經配置使得熟習此項技術者可將本文中所描述之一或多種結構及電子元件與本文中所描述之一或多種化學組合物組合，以便形成為特定目的而工作之元件。
本文中所描述之組合物及其他PCM材料可與各種電子裝置及電學物品(諸如導體、散熱片、半導體、電晶體、積體電路、電池、導線、開關、電容器、電阻器、二極體、板狀物、覆蓋物、馬達、引擎等)結合使用。此等結構之其他細節係結合圖1-6來描述。
儘管適用於溫度調節之相變技術及不同類型之化學品及其他材料的以上描述通常適用於本發明之態樣及實施例且與其相關，但存在在電子裝置應用中發現特定相關性且促進彼等電子裝置之更有效冷卻的其他態樣及獨特特徵。
用於電子裝置溫度控制之熱管理材料(TMM)
PCM極有利於用作電子裝置中之熱管理材料，此係因為高結晶度允許良好熱導率、高潛熱容及能量吸收之組合，所有均導致改良之 熱管理、較低熱積累、較少問題及較快處理器速度。
空氣為極不良熱導體且因此TMM內任何地方之空氣間隔或空氣間隙均為欠佳的。對於良好熱導率而言，諸如電子組件與熱管理材料之間的空氣間隙、TMM內之裂痕或空隙、粒子與TMM複合物或基質材料之間的空隙或間隙等全部均成為問題。舉例而言，將散熱片或TMM附接於半導體封裝需要使兩個固體表面緊密接觸在一起。令人遺憾的是，無論如何良好地製備，固體表面從未真正地足夠平坦或平滑以允許緊密接觸。所有表面均由於微觀小丘及溝谷而具有一定粗糙度。在此表面粗糙度上疊加了呈凹出、凸入或擰扭形狀形式之宏觀非平面性。當將使兩個該等表面在一起時，僅表面之小丘實體接觸。溝谷被分隔且形成空氣填充之間隙。當使兩個典型電子組件表面在一起時，小於百分之一的表面可實現實體接觸，且表面之其餘部分(99%)由隙間空氣層分隔。一些熱經由實體接觸點來傳導，但多得多的熱必須經由空氣間隙來傳遞。由於空氣為不良熱導體，故應將其替換為傳導性更大之材料以增加聯合傳導性且因此改良熱界面上之熱流動。熱管理材料應具有良好流變學特徵及表面潤濕以具有良好「間隙填充」性質，亦即流動、浸濕及填充間隙、裂隙、裂痕等之能力，以減少空氣間隙且改良熱移動。此等TMM流動性質可經由使用添加劑而調配成材料或設計成TMM分子。下文所描述之此等材料廣泛地稱為熱導性填料。
TMM亦應具有良好黏著性、黏性或黏結性質以防止當最終元件掉落、損壞、受衝擊或曝露於高溫或低溫時TMM與電子組件之間的接觸變鬆。
當前電子裝置熱管理材料具有許多缺點，諸如不良潛熱性質、在適當溫度範圍內之不良散熱性質、不良間隙/空隙填充性質、不良流變學等。
圖21及22展示說明結合電子裝置使用本發明之態樣的益處及緩和電子元件內之熱積累之能力的圖。標準處理器及使用併有PCM之本發明的態樣之處理器的溫度量變曲線及功率量變曲線展示於圖21及22中。亦展示PCM轉移溫度以供參考。圖21展示標準功率量測之結果且圖22展示瞬時功率量測之結果。
如以上一般術語及定義部分中所描述，術語「相變材料」係指具有吸收或釋放熱以在溫度穩定範圍下或溫度穩定範圍內調節熱傳遞之能力的材料。溫度穩定範圍可包括特定轉移溫度或轉移溫度範圍。在一些情況下，通常在相變材料經歷兩種狀態之間的轉變時，相變材料能夠在相變材料吸收或釋放熱之一段時間內抑制熱傳遞。此作用通常為瞬時的且將會發生直至在加熱或冷卻過程期間吸收或釋放相變材料之潛熱為止。熱可儲存或自相變材料中移除，且相變材料通常可由熱源或冷源有效地補給。對於某些實施例而言，相變材料可為兩種或兩種以上材料之混合物。對於任何所需應用而言，可藉由選擇兩種或兩種以上不同的材料且形成混合物來調節溫度穩定範圍。所得混合物在併入本文中所描述之物品中時可展現兩種或兩種以上不同的轉移溫度或單一經調節之轉移溫度。
可使用之PCM包括各種有機及無機物質。有機PCM對於本文中所揭示之實施例而言可為較佳的。相變材料之實例包括烴(例如直鏈烷烴或石蠟烴、分支鏈烷烴、不飽和烴、鹵化烴及脂環族烴)、烷烴、烯烴、炔烴、芳烴、水合鹽(例如六水合氯化鈣、六水合溴化鈣、六水合硝酸鎂、三水合硝酸鋰、四水合氟化鉀、銨礬、六水合氯化鎂、十水合碳酸鈉、十二水合磷酸二鈉、十水合硫酸鈉及三水合乙酸鈉)、蠟、油、水、脂肪酸(己酸、辛酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、二十烷酸、二十二烷酸、二十四烷酸及二十六烷酸等)、脂肪酸酯(辛酸甲酯、癸酸甲酯、月桂酸甲酯、肉豆蔻酸甲酯、 棕櫚酸甲酯、硬脂酸甲酯、二十烷酸甲酯、二十二烷酸甲酯、二十四烷酸甲酯等)、脂肪醇(辛醇、月桂醇、肉豆蔻醇、鯨蠟醇、硬脂醇、二十烷醇、二十二烷醇、二十四烷醇、二十六烷醇、二十八烷醇、三十烷醇及三十四烷醇等)、二元酸、二元酯、1-鹵化物、一級醇、二級醇、三級醇、芳族化合物、籠形物、半籠形物、氣體籠形物、酸酐(例如硬脂酸酐)、碳酸伸乙酯、甲酯、多羥基醇(例如2,2-二甲基-1,3-丙二醇、2-羥甲基-2-甲基-1,3-丙二醇、乙二醇、聚乙二醇、季戊四醇、二季戊四醇、三羥甲基乙烷(pentaglycerine)、四羥甲基乙烷、新戊二醇、四羥甲基丙烷、2-胺基-2-甲基-1,3-丙二醇、單胺基季戊四醇、二胺基季戊四醇及參(羥甲基)乙酸)、糖醇(赤藻糖醇、D-甘露糖醇、半乳糖醇、木糖醇、D-山梨糖醇)、聚合物(例如聚乙烯、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚丙烯、聚丙二醇、聚丁二醇、聚丙二酸伸丙酯、聚新戊二醇癸二酸酯、聚戊烷戊二酸酯、聚肉豆蔻酸乙烯酯、聚硬脂酸乙烯酯、聚月桂酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸十六烷基酯、聚甲基丙烯酸十八烷基酯、藉由二醇(或其衍生物)與二酸(或其衍生物)之縮聚產生之聚酯及共聚物，諸如具有烷基烴側鏈或具有聚乙二醇側鏈之聚丙烯酸酯或聚(甲基)丙烯酸酯及包括聚乙烯、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚丙烯、聚丙二醇或聚丁二醇之共聚物)、金屬及其混合物。天然醇、天然脂肪酸、糖、纖維素及天然二醇之任何組合均可組合得到PCM。通式諸如下式，其中m或n可為0-100：
聚合醇(諸如聚乙烯醇、聚甘油(分子量為100-10,000))或多官能醇與各種脂肪酸酯化。
石蠟PCM可為石蠟烴，亦即由式CnHn+2表示之烴，其中n可在約10至約44個碳原子範圍內。適用於本發明之PCM包括具有13至30個碳 原子之石蠟烴。舉例而言，一系列同系石蠟烴之熔點與碳原子數目直接相關，如下表中所示：
使用聚合相變材料(pPCM)及官能性聚合相變材料(fpPCM)作為TMM反應性官能基
適合反應性官能基之實例包括諸如以下之官能基：酸酐基團、胺基、N上經取代之胺基及其鹽、醯胺基、亞胺基、醯亞胺基、疊氮化物基團、偶氮基、胺-甲醛基團、羰基、羧基及其鹽、環己基環氧基、環氧基、縮水甘油基、羥基、異氰酸酯基、氰酸酯基、脲基、醛基、酮基、酯基、醚基、烯基、炔基、硫醇基、二硫化物基團、矽基或矽烷基團、鹵化離去基、過氧化物基團、鹽基團、基於乙二醛之基團、基於氮丙啶之基團、基於活性亞甲基化合物或其他b-二羰基化合物(例如2,4-戊二酮、丙二酸、乙醯丙酮、乙基丙酮乙酸酯、丙二醯胺、乙醯乙醯胺及其甲基類似物、乙醯乙酸乙酯及乙醯乙酸異丙酯)之基團、鹵基、氫化物或其他極性或H鍵結基團及其組合。
可根據本發明之一或多個態樣使用之反應性官能基(function)及官能基(functional group)之多種實例的其他細節可見於共同擁有且同 在申請中之專利申請案第12/174,607號及第12/174,609號中，其細節已以引用的方式併入本發明中。應清楚地瞭解，藉由在本說明書之稍後部分中提供特定組合物及方法之實例，申請人並不意欲將申請專利範圍之範疇限制於彼等特定組合物中之任一者。相反地，預期可使用本文中所描述之官能基、聚合相變材料及物品之任何組合來達成本發明之新穎態樣。申請專利範圍並不意欲限制於本發明或併入本文中之任何揭示案中所描述之特定化合物中之任一者。
聚合相變材料及反應性
本文中所提及之若干公開案涉及聚合PCM(P-PCM)，其呈現固-液PCM與固-固PCM之間的中間情況。P-PCM在相變之前與在相變之後均為固體。差異在於其結構化程度。在較低溫度下，彼程度大於在高溫下之程度，以使得在相變溫度下，P-PCM自結構化程度較大之形式轉化成其結構化程度較小之形式。通常，在結構化程度較大之形式中，聚合物之一些部分較好地對準且較緊密地壓實。較好地對準部分類似於微晶。因此，加熱P-PCM時之相變亦稱為自結晶程度較大之形式至結晶程度較小之形式的變化。換言之，在高溫(高於轉移溫度)下，P-PCM基本上為非晶的。在低溫(低於轉移溫度)下，其具有一定結晶度。類似地，熱吸收及熱釋放時之變化分別可稱為去結晶及再結晶。相關焓亦可稱為去結晶焓。
通常，P-PCM具有能夠較佳對準且較緊密壓實之部分。該等部分可稱為可結晶部分。在一些實施例中，本文中根據本發明之各種態樣所描述之官能性聚合PCM包含至少一個該可結晶部分。根據本發明之一實施例，聚合物包含主鏈及側鏈。較佳地，側鏈形成可結晶部分。
官能性聚合相變材料(FP-PCM)
如此處所用，術語「反應性官能基」意謂能夠與另一化學基團反應以形成共價或電價鍵之化學基團(或部分)，其實例在上文中給 出。較佳地，該反應可在相對較低溫度(例如低於200℃、更佳低於100℃)下且在適合於處理精密基板(例如電子組件或其他精密基板)之條件下進行。如本文中所用，術語「攜帶官能基」及此術語之明顯變化形式意謂具有與其例如共價或電價結合之官能基。
反應性官能基可位於(攜帶於或共價結合或電價鍵結於)FP-PCM分子之任何部分上，例如在側鏈上、沿主鏈或在主鏈或側鏈之末端中之至少一者上。根據本發明之各種實施例，FP-PCM包含多個反應性官能基且彼等官能基沿分子(例如沿主鏈)以實質上規則之間隔、立體特異性地(亦即等規、間規或非規等)或無規地分散開。此等方式之任何組合均亦為可能的。
FP-PCM之分子量較佳為至少500道爾頓，更佳為至少2000道爾頓。較佳地，可結晶部分之重量形成FP-PCM之總重量的至少20%、更佳至少50%且最佳至少70%。
分子量可為單分散或多分散的，其中所有聚合物分子為相同分子量或如由多分散性定義之不同分子量。Mn為數量平均分子量，Mw為重量平均分子量，且分子量多分散性(Pd)由Mn/Mw定義。1.0之Pd意謂所有聚合物分子為單分散的且具有相同分子量。根據本發明構建之組合物的態樣之Pd在1.0-100之間且較佳在1.0-10.0之間，最佳在1.0-5.0之間。
本發明之態樣包括使用具有單一相變溫度或多個該等溫度之PCM。根據一個實施例，FP-PCM之至少一個相變溫度在-10℃與300℃之間、較佳在10℃與100℃之間的範圍內且相變焓為至少25J/g。在一些情況下，相變材料之潛熱可為至少約1焦耳/公克、至少約5焦耳/公克(J/g)、至少約10J/g、至少約20J/g、至少約30J/g、至少約40J/g、至少約50J/g、至少約60J/g、至少約70J/g、至少約80J/g、至少約90J/g或至少約100J/g。因此，舉例而言，相變材料之潛 熱可為約5J/g至約400J/g、10J/g至約100J/g、20J/g至約100J/g、約60J/g至約400J/g、約80J/g至約400J/g或約100J/g至約400J/g。
各溫度下之相變具有其自身之焓，以使得根據一些實施例，所用組合物具有單一相變焓，而根據其他實施例，具有多個該等焓。如本文中所用，術語「總相變焓」係指在具有單一相變溫度之結構情況下之相變焓及在多個相變溫度情況下之組合焓。根據本發明之一實施例，組合物之總相變焓為至少2.0焦耳/公克(J/g)或10J/m2。
根據本發明之各種態樣使用之FP-PCM可具有所設計之立體特異性。FP-PCM可為非規、等規或間規。FP-PCM可為L-、D-或內消旋-。
根據本發明之一實施例，FP-PCM具有親水性側鏈。根據本發明之另一實施例，FP-PCM具有疏水性側鏈。側鏈或可提供此等側鏈之單體的實例係在下表中。
含有長鏈基團之單體
另外，涵蓋P-PCM之其他可結晶部分，包括脂肪酸基團、長鏈二羧酸基團、脂肪醇基團、二醇基團、聚酯-聚羧酸或如先前所描述。
儘管各FP-PCM分子攜帶至少一個反應性官能基，但較大FP-PCM分子可攜帶多個反應性官能基。根據一實施例，FP-PCM每10,000道爾頓分子量攜帶至少一個反應性官能基且較佳兩個反應性官能基。
在各種實施例中，展示官能基沿主鏈分佈，但其僅為一種選擇。如上文所指出，官能基亦可位於主鏈之末端、側鏈上及彼等位置之任何組合。各FP-PCM可具有單一或多個反應性官能基。FP-PCM亦可攜帶多個具有類似化學性質之反應性官能基或具有不同化學性質之反應性官能基的組合。
如所指出，FP-PCM之反應性官能基應能夠與在此通常稱為基底材料或基板之各種物品、化合物及其他分子形成共價或電價鍵。能夠形成共價鍵之反應性官能基的實例為酸酐基團、胺基、N上經取代之胺基及其鹽、醯胺基、亞胺基、醯亞胺基、疊氮化物基團、偶氮基、胺-甲醛基團、羰基、羧基及其鹽、環己基環氧基、環氧基、縮水甘油基、羥基、異氰酸酯基、氰酸酯基、脲基、醛基、酮基、酯基、醚基、烯基、炔基、硫醇基、二硫化物基團、矽基或矽烷基團、鹵化離去基、過氧化物基團、鹽基團、基於乙二醛之基團、基於氮丙啶之基團、基於活性亞甲基化合物或其他b-二羰基化合物(例如2,4-戊二酮、丙二酸、乙醯丙酮、乙基丙酮乙酸酯、丙二醯胺、乙醯乙醯胺及其甲基類似物、乙醯乙酸乙酯及乙醯乙酸異丙酯)之基團、鹵基、氫化物 或其他極性或H鍵結基團及其組合。能夠形成共價鍵之FP-PCM揭示於共同讓渡之美國專利申請案第12/174,607號中，其教示以全文引用的方式併入本文中。能夠形成電價鍵之反應性官能基的實例為酸官能基、鹼性官能基、帶正電荷之複合物及帶負電荷之複合物。能夠形成電價鍵之FP-PCM諸如揭示於共同讓渡之美國專利申請案第12/174,609號中，其教示以全文引用的方式併入本文中。舉例而言，以下為適合反應性官能基之實例：根據一個實施例，FP-PCM可攜帶反應性官能基作為其端基。該等FP-PCM之實例為α,ω-二縮水甘油基聚酯、α,ω-二縮水甘油醚、α,ω-二異氰酸酯、α,ω-二脲、α,ω-二烯、α-縮水甘油基聚酯、α-縮水甘.醚、α-脲及α-異氰酸酯。(參見例如圖7-10中所描繪之結構)
烴--基於π鍵之數目及順序而變化之官能基賦予不同的化學性質及極性。以下清單各自含有C-H鍵，但每一者之反應性類型(及範疇)不同。
含鹵素之基團--鹵烷為一類由碳-鹵素鍵定義之分子。此鍵可相對較弱(在碘烷情況下)或相當穩定(如在氟烷情況下)。一般而言，除氟化化合物外，鹵烷容易經歷親核取代反應或消除反應。碳上之取代、相鄰質子之酸性、溶劑條件等全部均可影響反應之結果。
含氧基團--含有C-O鍵之化合物各自基於C-O鍵之位置及混成作用而具有不同反應性，此係歸因於sp2混成氧之拉電子效應及sp3混成氧之供予效應。
含氮基團--含氮化合物在此類別中可含有C-O鍵，諸如醯胺。
含有磷及硫之基團--含有硫及磷之化合物由於其不同極性及與氮及氧(其在週期表上之較輕類似物)相比形成更大鍵之能力而展現獨特化學性質。
其他化學類別包括有機矽烷、矽氧化物(Siloxide)、鹵化矽烷、氫化矽烷、氫矽烷、矽烯、矽羅及高配位數矽。
根據另一實施例，官能性聚合相變材料亦可化學上結合於基板。結合可為共價結合、電價結合、直接結合或經由連接化合物結合中之一者。根據另一實施例，結合為諸如由FP-PCM之反應性官能基與基板之反應性官能基之間的反應產生之結合，結合較佳為該反應之結果。基板可選自由以下組成之群：塑膠或聚合層(諸如塑膠膜、塑膠薄片、層合物或以上之組合)、金屬、複合物、其他聚合物、碳、陶瓷、玻璃、玻璃纖維或用於構建電子裝置之其他已知材料。
FP-PCM可經實施呈使用任何適合之塗佈、層合、輸注等技術與基板鄰接、在其之上或之內形成的塗層、層合物、輸注物、處理物或塗層、層合物、輸注物、處理物中之成分的形式。在使用期間，FP-PCM可經安置以使得其與內部隔室鄰接，因此充當內塗層。亦預期FP-PCM可經安置以使得其曝露於外部環境，因此充當外塗層。FP-PCM覆蓋基板之至少一部分。視基板之特徵或所用之特定塗佈技術而定，FP-PCM可滲透至頂部表面以下且滲透基板之至少一部分。儘管描述兩個層，但預期對於其他實施例而言物品可包括更多或更少層。特定言之，預期可包括第三層以便覆蓋基板之底部表面的至少一部分。該種第三層可以與FP-PCM類似之方式實施或可以另一方式實施以提供不同功能性，諸如拒水性、抗污染性、硬度、抗衝擊性等。
在一個實施例中，FP-PCM可與亦可含有一組分散於黏合劑中之微囊的黏合劑摻合。該黏合劑可為充當基質之任何適合材料，FP-PCM及亦可能微囊分散於該基質內，因此在使用期間為FP-PCM及微囊提供針對環境或加工條件或防止磨蝕或磨損之一定程度的保護。舉例而言，黏合劑可為聚合物或任何其他適合用於特定塗佈、層合或黏著技術之介質。對於某些實施例而言，黏合劑合乎需要地為玻璃轉移溫度在約-110℃至約100℃、更佳地約-110℃至約40℃範圍內之聚合物。儘管水溶性或水分散性聚合物可為尤其合乎需要的，但對於某些實施例而言亦可使用水不溶性或水微溶性聚合物作為黏合劑。
黏合劑之選擇可視各種考慮因素而定，諸如其對FP-PCM、PCM及/或微囊或基板之親和力、其調節熱傳遞之能力、其透氣性、其可撓性、其柔軟度、其吸水性、其塗層形成能力、其在環境或加工條件下之抗降解性及其機械強度。特定言之，對於某些實施例而言，黏合劑可經選擇以便包括一組官能基：酸酐基團、胺基、N上經取代之胺基及其鹽、醯胺基、亞胺基、醯亞胺基、疊氮化物基團、偶氮基、胺 -甲醛基團、羰基、羧基及其鹽、環己基環氧基、環氧基、縮水甘油基、羥基、異氰酸酯基、氰酸酯基、脲基、醛基、酮基、酯基、醚基、烯基、炔基、硫醇基、二硫化物基團、矽基或矽烷基團、鹵化離去基、過氧化物基團、鹽基團、基於乙二醛之基團、基於氮丙啶之基團、基於活性亞甲基化合物或其他b-二羰基化合物(例如2,4-戊二酮、丙二酸、乙醯丙酮、乙基丙酮乙酸酯、丙二醯胺、乙醯乙醯胺及其甲基類似物、乙醯乙酸乙酯及乙醯乙酸異丙酯)之基團、鹵基、氫化物或其他極性或H鍵結基團及其組合。
此等官能基可允許化學鍵結於任一或任何FP-PCM、PCM、熱傳導性粒子、微囊及基板中所包括之一組互補官能基，從而增強物品在加工期間或使用期間之耐久性。因此，舉例而言，黏合劑可為包括一組環氧基之聚合物，其可化學鍵結於FP-PCM、PCM、熱傳導性粒子及/或微囊中所包括之一組羧基。作為另一實例，黏合劑可為包括一組異氰酸酯基或一組胺基之聚合物，其可與FP-PCM、PCM、熱傳導性粒子、微囊或基板中所包括之彼等羧基化學鍵結。
在一些情況下，當形成塗佈組合物時可添加一組催化劑。該等催化劑可促進互補官能基之間(諸如黏合劑中所包括之互補官能基與微囊中所包括之互補官能基之間)的化學鍵結。可用作催化劑之物質的實例包括硼鹽、次磷酸鹽(例如次磷酸銨及次磷酸鈉)、磷酸鹽、錫鹽(例如Sn+2或Sn+4之鹽，諸如二月桂酸二丁基錫及二乙酸二丁基錫)及鋅鹽(例如Zn+2之鹽)。添加至塗佈組合物中之錫鹽或鋅鹽的所需量可在以乾重計約0.001%至約1.0%之範圍內，諸如以乾重計約0.01%至約0.1%。添加至塗佈組合物中之硼鹽或磷酸鹽的所需量可在以乾重計約0.1%至約5%之範圍內，諸如以乾重計約1%至約3%。可用作催化劑之材料的其他實例包括烷基化金屬、金屬鹽、金屬鹵化物及金屬氧化物，其中適合之金屬包括Li、Be、Na、Mg、K、Ca、Rb、Sr、Ti、 V、Mn、Fe、Co Ni、Cu Zn Ga、Ge As、Se、Al、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、Cs、Ba、La、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Po、A Ra、Ac、Ce、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Th、Pa、U、Pu等。此等金屬及其化合物可單獨使用或進行摻合。有機酸及有機鹼，諸如基於硫(例如硫酸)、氮(例如硝酸)、磷(磷酸)或鹵化物(例如F、Cl、Br及I)之有機酸及有機鹼亦可用作催化劑。可用作催化劑之物質的其他實例包括諸如檸檬酸、衣康酸、乳酸、反丁烯二酸及甲酸之酸。
根據各種實施例，基板、官能性相變材料、黏合劑、PCM、熱傳導性粒子及/或微囊之間的鍵為共價鍵、電價鍵或彼等鍵之各種組合。結合可為直接或間接的(例如經由連接化合物)。根據一些實施例，連接化合物選自由官能性聚合相變材料及微囊組成之群。根據另一或同一實施例，官能性聚合相變材料可形成用於第二PCM之至少一部分的黏合劑。
根據另一實施例，FP-PCM之反應性官能基可轉化成更適合與特定基板反應之另一反應性官能基。
根據另一實施例，FP-PCM之反應性官能基可具有各種化學性質。舉例而言，反應性官能基能夠與各種基板(例如金屬、塑膠、其他電子組件及熱界面材料)之反應性官能基反應且形成共價或電價鍵。
根據本發明之另一實施例，反應性官能基可為以下中之任一者：1)諸如來自甲基丙烯酸縮水甘油酯或縮水甘油基乙烯醚之縮水甘油基或環氧基；2)諸如來自順丁烯二酸酐或衣康酸酐之酸酐；3)諸如來自異氰酸酯基甲基丙烯酸酯之異氰酸酯、來自Cytec Ind.之TMI®或諸如甲基丙烯酸2-(0-[1'-甲基亞丙基胺基]羧基胺基)乙酯之封端異氰 酸酯；4)諸如來自N-羥甲基丙烯醯胺之胺基或胺-甲醛；及5)諸如來自甲基丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷之矽烷。該等反應性官能基可與基於纖維素之材料的OH官能基；與基於聚酯之材料的羥基或羧基及與耐綸(nylon)官能性樹脂之醯胺官能基反應。
根據本發明之另一實施例，反應性官能基可為能夠結合於另一雙鍵、提供交聯點、聚合點等之雙鍵。上述反應、鍵聯或交聯反應可由任何能量(諸如光、UV、IR、熱、熱力、電漿、聲、微波、無線電波、壓力、x射線、γ射線或任何形式之輻射或能量)觸發。其可藉由化學反應觸發，諸如藉由使用自由基、陰離子性或陽離子性催化劑或引發劑。
FP-PCM之反應性官能基可呈現正電荷且與基板上之負電荷電價結合。根據另一實施例，反應性官能基可呈現負電荷且與基板上之正電荷電價結合。根據另一實施例，基板與FP-PCM及/或微囊之反應性官能基均可帶負電荷且經由充當交聯劑之多價陽離子結合。根據另一實施例，基板與FP-PCM及/或微囊之反應性官能基均可帶正電荷且經由充當交聯劑之多價陰離子結合。交聯多價陽離子、陰離子或兩者均可為有機或無機的。
FP-PCM結構之實例
圖7-10D為根據本發明之各種態樣使用之FP-PCM的示意圖。兩者均由主鏈及側鏈構成。在圖7中FP-PCM表示長鏈烷基聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯，且在7A-7C中7A為長鏈烷基乙烯酯，7B為長鏈乙烯醚且7C為長鏈烷基烯烴。
圖8A及8B表示長鏈二醇聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯，其中8A為長鏈二醇乙烯酯且8B為長鏈二醇乙烯醚。
在圖7及8中，R表示上文所描述之一或多個反應性官能基。在彼等圖中，官能基沿主鏈繪製，但其僅為一種選擇。如上文所指出，官 能基亦可位於主鏈之末端、側鏈上及彼等位置之任何組合。各FP-PCM可具有單一或多個反應性官能基。FP-PCM亦可攜帶多個具有類似化學性質之反應性官能基或具有不同化學性質之反應性官能基的組合。在不同實施例中，側鏈之長度可如由可變鏈長n所示而不同。
參考圖9A-9F，圖9A之圖描繪酸性或低pH值羧基官能性FP-PCM與鹼性或高pH值胺基官能性基板以離子方式相互作用。圖9B描繪鹼性或高pH值胺基官能性FP-PCM與酸性或低pH值羧基官能性基板以離子方式相互作用。圖9C描繪鹼性或高pH值胺基官能性FP-PCM及鹼性或高pH值胺基官能性基板經諸如胺之陰離子中和且與其以離子方式結合或「交聯」。圖9D描繪酸性或低pH值羧基官能性FP-PCM及酸性或低pH值羧基官能性基板經諸如金屬鹽之陽離子中和且與其以離子方式結合或「交聯」。圖9E描繪鹼性或高pH值胺基官能性FP-PCM及鹼性或高pH值胺基官能性基板經帶負電荷之有機化合物(諸如二羧基官能性聚合物或二羧基官能性FP-PCM)中和且與其以離子方式結合或「交聯」。圖9F描繪酸性或低pH值羧基官能性FP-PCM及酸性或低pH值羧基官能性基板經帶正電荷之有機化合物(諸如二胺官能性聚合物或二胺官能性FP-PCM)中和且與其以離子方式結合或「交聯」。
參考圖10A-10D，圖10A描繪來自FP-PCM環氧基與纖維素基板上之羥基的反應之共價醚鍵。圖10B描繪來自FP-PCM異氰酸酯與來自另一材料之胺的反應之共價脲鍵。圖10C描繪來自側鏈末端上之FP-PCM異氰酸酯與來自纖維素基板之羥基的反應之共價胺基甲酸酯鍵。圖10D描繪來自胺官能基、FP-PCM、多官能性異氰酸酯交聯劑/黏合劑與來自纖維素基板之羥基的反應之共價脲鍵及胺基甲酸酯鍵。
精確分支之FP-PCM的使用
除以上關於官能性聚合相變材料應用及各種基板之使用的揭示內容以外，以下揭示內容集中於使用更精確分支之聚合物如何可提供 對共聚物加成之更精確且可重複的控制。預期圖7-10中所示之各實施例可經修改以使用下文所揭示及論述之精確分支之聚合物。熟習此項技術者將容易認識到如何將精確分支之聚合物併入以上實例及以上實例之變化形式中。
標準聚合並不提供對共聚單體加成之精確且可重複的控制，因為催化劑通常使共聚單體以無規方式加成。如上文所論述，當前可購得之許多聚合物均具有無規單體併入。當前催化劑及聚合技術產生具有「漂移共聚物」結構之聚合物，其中產物中之聚合物鏈具有廣泛範圍之共聚單體組合物。由於此共聚單體加成之無規性，故可對共聚物之熱性質(諸如熔融/結晶溫度及結晶量)施加較小控制。結晶量可以結晶度百分比、潛熱、熔化熱或每公克焦耳數表示。
如下文所論述之精確分支控制在既定熔融溫度下與無規共聚單體併入相比允許較大潛熱含量，該無規共聚單體併入需要較多共聚單體來提供相同熔融溫度，從而導致較低結晶度百分比及較低潛熱。
總體上參考圖11-13，所展示之各種圖說明熔融溫度與潛熱兩者之差異。在圖11-13中，精確分支之聚合物標記為ADMET。在各種實施例、圖及實例中，ADMET表示非環狀二烯複分解聚合(Acyclic Diene Metathesis Polymerization)且通常表示具有精確置放之甲基分枝的聚合物。
行業中熟知對於聚烯烴聚合物而言，熔融溫度及潛熱由聚烯烴主鏈中之最長碳區段控制。舉例而言，在聚乙烯無規共聚物中，乙烯序列之分佈不同。在聚乙烯共聚物情況下，可由將引起較高熔融溫度之較長乙烯序列形成厚晶體片層。較短乙烯序列及/或分枝將不會併入此等微晶或片層中，從而引起降低之熔化熱或每公克焦耳數。
根據一個實施例及實例，具有相同乙烯序列之精確分支之聚乙烯材料產生以下特徵：在較低分枝含量下熔融溫度降低較快；熔融溫 度之控制較好；且併入片層或微晶中之乙烯序列的總量較高，從而產生較高潛熱。
因此，本發明之態樣及此等精確控制之共聚物的使用可產生具有展現增強之溫度調節、熱吸收及熱釋放性質之相變材料的材料，以獲得具有適合用於電子裝置應用及如下文所描述之熔融溫度的較佳PCM。在另一實施例中，在一個實施例中PCM熔化潛熱>25焦耳/公克，在另一實施例中>5焦耳/公克，且在另一實施例中在5焦耳/公克與150焦耳/公克之間，在一個實例中，PCM之結構具有以下特徵中之一或多者：
- 在各種實施例中，總聚合物分子量(n)在100-10,000,000之間、1000-1,000,000之間或10,000-500,000之間。
- 其中分子量分佈以多分散性或Pd=Mn/Mw表示，在各種實施例中，其在1-20之間、1-10之間或1-3之間。
- 在各種實施例中，分枝之間的乙烯長度在5-500,000之間、10-400,000之間或10-20之間。
上文所描述之長度可以許多方式表示，諸如以下圖式1中m單元之數目、分枝/1000個碳(分枝/1000 C)、分枝之莫耳%或分枝之重量%。在一或多個實施例中，PCM結構亦具有以下特徵：
- 在不同實施例中，m單元之數目在0-500,000之間、0-200,000之間或5-15,000之間。
- 在不同實施例中，分枝/1000個碳(分枝/1000 C)在200-0之間、100-5之間或100-0之間。
- 在不同實施例中，分枝之莫耳%為0-50%或在0-30%之間。
- 在不同實施例中，分枝之重量百分比在0-50%之間或在10-30%之間。
在一些實施例中，較佳地，分枝為來自作為共聚單體之丙烯的 甲基分枝且彼丙烯為聚合物之0-30莫耳%。在另一實施例中，丙烯為聚合物之0-39重量%。
在以上說明一個實施例之圖式1中，R1可為CH3、C2H5、CnH2n+1、OCH3、OC2H5或任何官能基、極性基團、鹵素基團；其正鏈、分支鏈或混合型基團中之任一者。在某些實施例中，R1選自CH3或OCH3。在圖式1中，R2=H、CH3且在特定具體實施例中，R2限於H。
在圖式1中，R3=H、CH3或一定濃度之所選官能基、極性基團或鹵素基團。在某些實施例中，R3限制於CH3或一或多種濃度之官能基。
在圖式1中，R4及R5為聚合物端基且可為H、CH3或任何官能基、極性基團或鹵素基團、鹽、金屬、催化劑末端、交聯基團、用於形成共聚物(嵌段、接枝等)之另一聚合物鏈。在一些實施例中，R4、R5可相同或不同。在某些實施例中，R4及R5限於H、CH3或任何官能基。
根據其他態樣，R1、R2、R3、R4及R5可具有一定程度的與其相關之立體控制(stereocontrol)或立體化學。舉例而言：
- R1、R2、R3可為非規、等規或間規。
- 亦可控制R1、R2、R3之對掌性以得到L-對掌性及D-對掌性均聚物及共聚物(或換言之為R-聚合物及S-聚合物)。
基於聚合物鏈之立體化學的不同聚合物架構可產生各種結晶複合物。舉例而言，間規均聚物及共聚物可與等規均聚物及共聚物複 合。具有相反對掌性之聚合物可混合形成外消旋立體複合物。在一個實施例中，某一量之等規L-聚合物可與一定量之等規D-聚合物混合，得到熱性質及物理性質不同於L-對掌性或D-對掌性均聚物之外消旋立體複合物。(聚合物立體複合定義為兩種互補立體規則性聚合物之間的立體選擇性相互作用，其互鎖且形成新的複合物，該新的複合物展現不同於母體聚合物之改變之物理性質及熱性質。)
此等間規、等規或L-對掌性及D-對掌性區段可位於不同聚合物鏈中(均聚物區段)或位於相同聚合物中(立體嵌段共聚物區段)。間規、等規或L-對掌性及D-對掌性區段可佔聚合物或共聚物之1-100%之間的任何值以及各種中間百分比範圍。
間規、等規或L-對掌性及D-對掌性區段可以9：1與1：9之間的比率混合，以提供完全或部分立體複合物形成及後續熱性質及物理性質調節。亦可使用其他結晶複合物，諸如不同聚合物(諸如聚醯胺及聚酯)、陽離子/陰離子、聚醚/聚酸及三重螺旋之間的複合物。
R3、R4、R5可為任何官能基、極性基團或鹵素基團、鹽、金屬、催化劑末端、交聯基團或任何以下官能基：酸酐基團、胺基、N上經取代之胺基及其鹽、醯胺基、亞胺基、醯亞胺基、疊氮化物基團、偶氮基、胺-甲醛基團、羰基、羧基及其鹽、環己基環氧基、環氧基、縮水甘油基、羥基、異氰酸酯基、氰酸酯基、脲基、醛基、酮基、酯基、醚基、烯基、炔基、硫醇基、二硫化物基團、矽基或矽烷基團、鹵化離去基、過氧化物基團、鹽基團、基於乙二醛之基團、基於氮丙啶之基團、基於活性亞甲基化合物或其他b-二羰基化合物(例如2,4-戊二酮、丙二酸、乙醯丙酮、乙基丙酮乙酸酯、丙二醯胺、乙醯乙醯胺及其甲基類似物、乙醯乙酸乙酯及乙醯乙酸異丙酯)之基團、鹵基、氫化物或其他極性或H鍵結基團及其組合。
上文所討論之交聯基團亦可包括藉由熱能、聲能、光子能量、 壓力能量或化學(水、溶劑、離子等)能量可逆地或不可逆地改變交聯之能力。
各種其他官能化方法描述顯示於以下參考文獻中，其細節以引用的方式併入本申請案中：Synthesis of Functional Polylefins using Metallocenes：A Comprehensive Review；Atiqullah M.等人；Polymer Reviews,50：178-230,2010；Comprehensive Organometallic Chemistry III：11.20-Polymerization of Alkenes；Elsevier Ltd.；Fujita T.,Makio H.；第11卷，691-734,2007；Functionalized Ethylene Copolymers and Materials via Olefin Metathesis Polymerization；Baughman,T.,Univ.of Florida Dissertation,2006。
根據另一態樣，聚合物可具有某一不飽和度或聚合物中包括雙重及三重鍵結原子。舉例而言，烯鍵或炔鍵。此不飽和(並非所有價電子均為「飽和」或與其他原子反應)可藉由用於聚合(異戊二烯、丁二烯、α-烯烴等)、氫化物消除(β-氫化物消除等)、各種聚合機制(開環複分解聚合(ROMP)、非環狀二烯複分解(本文中所描述之ADMET等)或控制氫化/脫氫之單體來併入及控制。舉例而言，如圖式2及圖14所示，展示藉由ADMET聚合及後續氫化進行本發明之實例。圖14展示不飽和對熱性質之影響。
如可見，不飽和使得熔融溫度較低並且熔化潛熱略微較低，但藉由控制不飽和度，亦可控制熱性質。在一些實施例中，不飽和為0-99莫耳%。在其他實施例中，不飽和為0-15莫耳%。在各種其他實施例中，使用莫耳%之各種中間範圍。
雙鍵之異構取向亦可對不飽和聚合物之性質產生影響。雙鍵之 順式/反式取向亦可藉由氫化催化劑或氫化製程條件(諸如時間、溫度、壓力等)來控制。
異構體比率、不飽和及雙鍵取向將視共聚單體組成、共聚單體分佈及聚合條件而不同。根據本發明之一態樣的組合物之一個目的為使在較佳溫度範圍下潛熱達到最大。
與本發明之態樣結合使用之共聚物區段可為共聚物或與本文中所揭示之任何其他聚合物/共聚物摻合。此外，與本發明之態樣結合使用之共聚物區段可為高熔或低熔的。
成核劑之使用
為了改良PCM、pPCM及/或fpPCM之結晶度且因此改良此等材料之潛熱及熱導率，亦可添加成核劑。成核劑可實現材料之改良的晶體成長、結晶速度、晶體形狀及尺寸、結晶量及微晶數目。
此外，成核劑之粒徑及此等物質之混合為確保添加劑之最佳效能的重要因素。良好熔融不靈敏性成核劑之特徵可選自以下中之一或多者：
‧其含有有機基團與極性基團
‧其良好分散
‧其不溶於聚合物或可變得不溶於聚合物
‧其與PCM晶體具有磊晶匹配
‧成核劑之物理或化學性質可為多樣的。成核劑可為：
○雜質，亦即催化劑殘餘物
○有機化合物，如基於苯甲酸、烴或脂肪酸之材料
○無機化合物，諸如礦物或顏料
○外來聚合物晶體，亦即針對十八烷之聚乙烯等
○稀釋劑，亦即降低Tg或改良鏈移動性從而產生改良之鏈填充的材料。
可使用之其他成核劑包括Chemtura Corp.之美國專利第7569630號β-Crystalline Polypropylene、Milliken & Company之美國專利第7879933號Blending Nucleating Agents Composition and Methods中所描述之成核劑及來自Milliken & Company之Hyperform®產品。其他實例為脂族烴、芳族烴、醇、脂肪酸、脂肪酸鹽、脂肪酸酯、脂肪醯胺、脂肪胺、脂肪醇、N-苯基-N'-硬脂基脲、甘油酸鋅、苯甲酸、苯甲酸之鹽及酯、苯甲酸衍生物、苯甲酸鈉、苯甲酸鋰、苯甲酸羥基-4-第三丁基鋁、磷酸酯、磷酸酯鹽、2,2'-亞甲基-雙(4,6-二-第三丁苯基)磷酸鈉、二苯亞甲基山梨糖醇、二苯亞甲基山梨糖醇之衍生物、線性或分支聚苯基、鄰苯二甲酸氫鹽、1,2-環己烷二甲酸及單或雙中和鹽(亦即Na、K、Al、B、Ti、Zn、Ca、Li、Mg等)、鯨蠟醇、硬脂醇、二十烷醇、肉豆蔻酸、棕櫚酸、二十二烷酸、硬脂酸醯胺、伸乙基雙油酸醯胺、羥甲基二十二烷酸醯胺、1-二十八烷醇、1-二十七烷醇、1-二十六烷醇、1-二十五烷醇、1-二十四烷醇、1-二十三烷醇、1-二十二烷醇、1-二十一烷醇、1-二十烷醇、1-十九烷醇、1-十八烷醇、1-十七烷醇、1-十六烷醇、1-十五烷醇、1-十四烷醇、1-十三烷醇、十三烷基胺、十四烷基胺、十五烷基胺、十六烷基胺、十七烷基胺、十八烷基胺、十九烷基胺、二十烷基胺、二十一烷基胺、二十二烷基胺、二十三烷基胺、二十四烷基胺、二十五烷基胺、二十六烷基胺、二十七烷基胺及二十八烷基胺等。諸如滑石、高嶺土、碳酸鈣、TiO2、鹽、NaCl及碳酸鈉之礦物亦可用作成核劑。此等化合物可單獨使用或以其兩者或兩者以上之組合形式使用。
微囊及相變材料之其他容納及/或吸收結構
PCM可含於微囊中或一些其他容納結構或粒子中。除微囊以外之容納結構能夠攜帶作為其結構之天然部分或來自其經修改之製造的官能基。舉例而言，PCM可吸收及穩定化至許多粒子中，包括二氧化 矽(煙霧狀或沈澱)、石墨、石墨烯、碳奈米粒子、碳或活性碳、沸石、有機黏土、微晶高嶺土、膨潤土、黏土、滑石及蛭石。石蠟或疏水性PCM亦可吸收於許多聚合物、尤其交聯聚合物中，類似於塑化劑將如何吸收於塑膠中。舉例而言，PCM可吸收於任何聚烯烴及聚烯烴共聚物中，諸如聚乙烯、聚丙烯、聚烯烴之鹽及其共聚物、聚(甲基)丙烯酸酯、聚(甲基)丙烯酸酯之鹽、聚乙烯、脂族聚酯、橡膠、共聚物(亦即Kraton®共聚物、Elvaloy®)及混合物等。基於二醇之PCM可吸收於任何親水性聚合物中，諸如聚乙烯醇、經取代之纖維素(CMC、HMC等)等。
PCM、pPCM、fpPCM亦可含於、吸收於或灌注於任何粒子或纖維上，包括下文描述之熱導性填料、補強材料、FR添加劑等。此等容納或吸收粒子可為任何形狀，諸如圓形、球形、圓柱形、纖維、薄片、碎片、粉末、鬚狀、管狀、小片、發泡體、網狀、此等形狀之聚結物或任何其他不規則形狀。視應用而定，單一形狀或數種形狀之混合物可有利於提供用於粒子接觸之最佳填充及排列。此等容納或吸收粒子可為任何尺寸，但較佳為0.1nm至100mm。
可吸收或含有PCM之其他材料諸如基於交聯聚丙烯酸鈉之標準超級吸附劑聚合物。亦使用其他材料來製備超級吸附劑聚合物，現列舉數例，諸如聚丙烯醯胺共聚物、乙烯順丁烯二酸酐共聚物、交聯羧基-甲基-纖維素、聚乙烯醇共聚物、交聯聚氧化乙烯及聚丙烯腈之澱粉接枝共聚物。
微囊經實施含有相變材料，其用以吸收或釋放熱以減少或消除熱傳遞。特定言之，形成呈外殼形式之微囊，其界定內部安置有相變材料之內部隔室。外殼可由任何適合用於含有相變材料之材料形成，因此在使用期間為相變材料提供針對環境或加工條件或防止損失或洩漏之一定程度的保護。舉例而言，外殼可由聚合物或任何其他適合之 囊封材料形成。
形成微囊外殼之材料的選擇可視各種考慮因素而定，諸如其對TMM中其他材料之親和力；對電子組件之親和力或黏著性；其與相變材料、TMM材料或電學組件之反應性或缺乏反應性；其在環境或加工條件下之抗降解性；及其機械強度。特定言之，對於某些實施例而言，形成外殼之材料可經選擇以便包括一組官能基：酸酐基團、胺基、N上經取代之胺基及其鹽、醯胺基、亞胺基、醯亞胺基、疊氮化物基團、偶氮基、胺-甲醛基、羰基、羧基及其鹽、環己基環氧基、環氧基、縮水甘油基、羥基、異氰酸酯基、氰酸酯基、脲基、醛基、酮基、酯基、醚基、烯基、炔基、硫醇基、二硫化物基團、矽基或矽烷基團、鹵化離去基、過氧化物基團、鹽基團、基於乙二醛之基團、基於氮丙啶之基團、基於活性亞甲基化合物或其他b-二羰基化合物(例如2,4-戊二酮、丙二酸、乙醯丙酮、乙基丙酮乙酸酯、丙二醯胺、乙醯乙醯胺及其甲基類似物、乙醯乙酸乙酯及乙醯乙酸異丙酯)之基團、鹵基、氫化物或其他極性或H鍵結基團及其組合。此等官能基中之至少一些可曝露於外殼之外表面且可允許化學鍵結於基板或其他TMM材料中之任一者或兩者中所包括之一組互補官能基，從而增強耐久性或黏著性。以該種方式，微囊中之至少一些可化學鍵結於其他PCM、pPCM、fpPCM或填料。因此，舉例而言，形成外殼之材料可包括一組羧基，其可化學鍵結於一組羥基。作為另一實例，外殼中所包括之彼等羧基可化學鍵結於一組胺基。
可用於形成外殼之聚合物的實例包括在「聚合物」定義下所列舉之聚合物，包括具有羧基之聚合物，諸如包括基於丙烯酸或甲基丙烯酸之單體單元的聚合物。對於某些實施例而言，外殼可由包括約1至約100莫耳百分比的包括羧基之單體單元(諸如約20至約80莫耳百分比、約25至約60莫耳百分比或約40至約50莫耳百分比的單體單元)的 聚合物形成。在一些情況下，可能需要基於微囊之尺寸來調節單體單元之莫耳百分比。舉例而言，當個別一個微囊之尺寸減小時，該微囊之外表面積通常亦減小。因此，為保持所需量之用於化學鍵結之曝露官能基，可能需要當該微囊之尺寸減小時，增加單體單元之莫耳百分比。作為另一實例，當個別一個微囊之尺寸增加時，微囊之重量通常亦增加。因此，鑒於重量增加，可能需要當該微囊之尺寸增加時，增加單體單元之莫耳百分比。表1提供作為微囊尺寸之函數的莫耳百分比範圍的實例。參考表1，假定微囊為球形以便易於表述。類似考慮因素及莫耳百分比亦可適用於具有其他類型官能基之聚合物。
可用於形成外殼之聚合物的其他實例包括使用任何適合之聚合技術由單體形成之聚合物。下表2陳述包括不同類型官能基之該等單體的實例。
微囊亦可為多壁的或具有多個外殼層。內層應提供所需強度、耐久性及容納性，而外層提供相容性或黏著性。外壁可為可在所需溫度下熔融或軟化至流動、如黏性液體般表現或使微囊與基板、其他微囊或其他TMM材料融合之熱塑性聚合物。熱塑性外壁之熔融或玻璃轉移溫度(Tg)應低於將會損壞電子組件之溫度但高於正常使用溫度。外壁可由熔融、軟化或流動之任何聚合物(諸如聚烯烴、橡膠、聚乙烯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚胺基甲酸酯等)或共聚物製成。
微囊可具有相同形狀或不同形狀，且可具有相同尺寸或不同尺寸。在一些情況下，微囊可實質上為類似球形或球形，且尺寸可在約0.1nm至約1,000微米範圍內，諸如約0.1nm至約500微米、約0.1nm至約100微米、約1至約15微米。對於某些實施例而言，可能需要相當大一部分(諸如至少50%或至少80%)之微囊具有規定範圍內(諸如約1至約15微米)之尺寸。亦可能需要微囊關於其形狀及尺寸中之任一者、兩者而言為單分散的。
微囊可屬於耐久、可破碎或控制釋放類型。宜永久地含有微囊核心材料以防止核心材料在使用或加工期間洩漏或損失。亦宜使核心材料經由快速(可破碎)或緩慢(控制釋放)方式釋放。舉例而言，當添加微囊至複合物中且在較高溫度下固化複合物時，在複合物與微囊外殼壁之間可形成較小空隙，此係歸因於諸如微囊與複合物之間的差異性擴展、微囊與複合物之間的不相容性或變形等之變數。核心材料之釋放及使其流入並填充此等空隙允許極大地改良熱導率。此展示於圖15A-15B中。
PCM轉移溫度之選擇
PCM之選擇通常視將包括PCM之特定應用所需的轉移溫度而定。轉移溫度為PCM經歷固體至液體或液體至固體之相變時的溫度或溫度範圍。舉例而言，轉移溫度接近正常體溫或為約60℃之PCM可為電子應用所需的，以防止使用者受傷及保護過熱組件。根據本發明之一些實施例的相變材料之轉移溫度可在約-5℃至約150℃範圍內。在一個實施例中，轉移溫度為約6℃至約90℃。在另一實施例中，轉移溫度為約30℃至約70℃。在另一實施例中，PCM之轉移溫度為約40℃至約60℃。
轉移溫度可藉由調節PCM之純度、分子結構、PCM之摻合、mPCM之摻合、聚合PCM之摻合及其任何混合物來擴展或窄化。
此外，溫度控制係視因相變、較佳因吸收能量及熔融引起之能量吸收及釋放或因固化或結晶引起之釋放/耗散熱而定。對於單一PCM材料而言，此等熔融(Tm)及結晶(Tp)溫度較佳不較寬地分佈(「超冷卻」)。此差異可定義為如藉由DSC所量測之峰值熔融溫度與峰值結晶溫度之間的差值，亦即△T(℃)=Tm-Tc。較佳地，此△T<15℃，較佳<10℃，更佳<5℃。
PCM轉移溫度之混合及成層
在一些實施例中，宜具有多個或較寬轉移溫度。若使用單一較窄轉移溫度，則此可在達到轉移溫度之前引起熱/能量積累。一旦達到轉移溫度，則將吸收能量直至潛在能量耗盡，且接著溫度將繼續增加。較寬或多個轉移溫度允許溫度一開始增加即進行溫度調節及熱吸收，從而減緩任何熱/能量積累。多個或較寬轉移溫度亦可藉由使熱吸收重疊或交錯來更有效地幫助「排出」熱或傳導其離開組件。舉例而言，TMM含有在35-40℃下吸收之PCM1及在38-45℃下吸收之PCM2。PCM1將開始吸收及控制溫度直至使用大部分潛熱，此時PCM2將開始吸收及傳導來自PCM1之能量，從而使PCM1復原且允許其繼續發揮作用。此轉移溫度變寬或混合可藉由如各種圖中所描繪組合所有材料或使其成層來進行。
潛熱值之選擇
相變材料之選擇可視相變材料之潛熱而定。相變材料之潛熱通常與其吸收及釋放能量/熱或調節物品之熱傳遞性質的能力相關。在一些情況下，相變材料之潛熱可為至少約20J/g，諸如至少約40J/g、至少約50J/g、至少約70J/g、至少約80J/g、至少約90J/g或至少約100J/g。因此，舉例而言，相變材料之潛熱可在約20J/g至約400J/g範圍內，諸如約60J/g至約400J/g、約80J/g至約400J/g或約100J/g至約400J/g。
PCM之TMM流變學、黏度、交聯及物理性質
TMM之流變學(亦即黏度或流動性)對電子裝置製造及使用應用之許多不同製程很重要。諸如藉由噴霧、流動、塗佈、壓力黏著性或擠壓將TMM總體施用至電子裝置中之變數係由流變學控制。相較於維持TMM在特定組件上或電子裝置之特定區域內的結構及穩定性，亦即材料無法進一步流動或遷移離開其所需位置，該施用必須平衡流變學以達成充分間隙填充及空氣間隔減小，從而獲得良好熱導率。
具有相變及/或聚合性質之TMM有利於解決以上問題，因為其可調配成在低溫下為固體且在相變或較高溫度下可變形或可流動。相變溫度可低於、等於或高於電子組件之正常操作溫度。相較於潤滑脂或蠟，此等TMM實施例亦為有利的，因為物理性質，諸如拉伸性、伸長率、可撓性、韌性可得以改良。
TMM之流變學、黏度及流速可由許多不同變數控制。此等變數可包括pPCM/fpPCM之特徵，諸如聚合物類型、聚合物結構、聚合物分子量、聚合物分支(亦即分枝數目、分枝長度、分枝類型等)、聚合物官能基(亦即類型及量)、共聚物、與其他聚合物之相容性、聚合物之交聯、交聯類型、聚合物之纏結、與添加劑之相容性等。
聚合物玻璃轉移溫度(Tg，聚合物自玻璃態變成橡膠態時之溫度)可經控制以允許在操作溫度或低於操作溫度下流動。Tg可在-20℃與150℃之間，較佳在15℃與90℃之間。
聚合物分子量可經控制以提供低或高黏度，其中較高分子量聚合物提供低黏度或不流動。pPCM/fpPCM之分子量較佳為至少500道爾頓，更佳為至少2000道爾頓。
聚合物分支可經控制以提供鏈纏結及流變學控制。聚合物鏈可具有任何數目及長度之鏈。聚合物較佳具有0-1000個分枝。分枝為至少50道爾頓。分枝可呈任何組態，諸如無規、梳形等。分枝可呈立體特異性組態。
聚合物可為存在「硬」區段及「軟」區段之共聚物或嵌段共聚物。硬區段可歸因於高Tg部分或可結晶部分，而軟區段可歸因於低Tg部分或非晶區段。硬區段可相互作用且形成交聯、纏結或相互作用，其引起一定程度之固定或高黏度。軟區段可自由流動或由於熱或壓力而重排。
在一個實施例中，可結晶部分之重量形成pPCM/fpPCM之總重量 的至少20%、更佳至少50%且最佳至少70%。
其官能基之類型及量亦可影響TMM之流變學、流動性及凝固。舉例而言，TMM可施用於電子組件上，接著充分固化且經由上述官能基、反應或交聯機制中之任一者進行交聯。
官能基亦可混合以提供不同交聯反應及不同交聯反應動力學。作為實例，環氧基及胺可在室溫下快速固化以提供快速凝固、不黏著時間且進行使用。此部分固化允許隨時間推移或當TMM因電子裝置使用而升溫時略微流動或間隙填充，此時，可進行第二組交聯反應以使TMM充分交聯且充分凝固。此第二組交聯反應可藉由氧化、加熱、UV等觸發，諸如不飽和基團之氧自由基交聯、N-羥甲基醚與羥基或羧基交聯或UV引發之不飽和部分之自由基反應。
不同交聯反應及動力學可藉由使用在不同溫度下反應之不同催化劑或引發劑來控制。舉例而言，具有不同分解溫度之兩種不同自由基(FR)引發劑(過氧化物、偶氮等)可與含有各種不飽和基團之聚合物組合。第一FR引發劑可在施用溫度下分解，從而引起部分固化、交聯或凝固，同時允許一些流動及間隙填充。接著，第二FR引發劑可分解且反應以進一步在較高溫度下反應。
反應、施用或使用之此等各種溫度亦可由外部環境控制。舉例而言，室溫交聯反應可藉由在低於室溫下或在冷凍溫度下製備、裝運/儲存及施用TMM來控制，接著在組裝電子零件時允許反應進行。同樣地，交聯反應可藉由添加熱、光或其他形式之能量來控制。
流變學、黏度、流速及間隙填充亦可藉由使用可逆反應或交聯來控制。此等反應有時稱為「自行復原」系統。舉例而言，TMM可含有基於離子交聯之Zn+2羧基鹽或S-S二硫鍵，其可容易斷裂、允許流動及重組。
可逆反應之實例為酯鍵之水解；胺基甲酸酯鍵斷裂並重組為羥 基及異氰酸酯；脲鍵斷裂並重組為胺及異氰酸酯；基於迪爾-阿德反應(Diels-Alder reaction)之交聯；基於金屬、金屬配位作用或有機鹽之離子鍵；氫鍵結；金屬配位作用；疏水力；凡得瓦爾力(van der Waals force)；π-π相互作用及靜電作用。
上述相變或化學締合亦可用作可逆交聯，亦即聚合物結晶區段之熔融及再結晶、共聚物或嵌段共聚物之疏水性/親水性部分之締合、具有不同Tg區段、硬/軟區段之共聚物或嵌段共聚物等。
流變學、黏度、流速及間隙填充亦可藉由使用或添加流變學控制劑、增稠劑等來控制。此等材料為諸如二氧化矽、碳粒子、滑石、ZnO、碳酸鈣、部分交聯或膠凝之聚合物等的物質。亦可使用以下描述之粒子及填料作為流變學控制劑或黏度劑。
填料及添加劑-熱導性填料
本發明之態樣係關於與本文中所描述之各種相變材料組合使用熱導性填料。如上文所描述，熱導率k(亦表示為λ或κ)為材料傳導熱之能力的性質，以W/m．K量測。
熱導率定義為在穩態條件下且當熱傳遞僅依賴於溫度梯度時由單位溫度梯度(△T)引起的在垂直於單位面積(A)之表面的方向上傳輸穿過單位厚度(L)之熱(Q)的量。
本文中所描述之TMM亦可具有各種傳導性添加劑及填料以改良各種性質。可添加增強熱導率之材料，諸如多種形式之碳(石墨烯、石墨(合成或天然、膨脹或片狀等)、石墨氧化物、金剛石(合成或天然)、金剛石氣凝膠、碳纖維、碳奈米管(CNT或單壁(SWCNT)、多壁(MWCNT)、富勒烯(巴克球)、朗斯代爾(loonsdaleite)、碳炔(carbine)、玻璃狀碳及非晶碳。其他熱傳導性粒子可包括金屬、金屬鹽、金屬碳化物、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬硫酸鹽衍生物、金屬磷酸鹽衍生物、氮化硼(立方形及六角形)、碳化硼、三氧化二硼、 氧化鋁(alumina)、Al、氧化鋁(Al oxide)、Al2O3、氮化鋁、Ag、Au、金屬化玻璃、Sn、Zn、ZnO、Cu、Mg、MgO、矽灰石、二氧化矽(熔融、煙霧狀、沈澱、塗佈、膠狀、聚結)、碳化矽(SiC)、聚矽氧、二氧化矽塗佈之粒子及合金(二氧化矽塗佈之氮化鋁)、藍寶石、石英、多面體寡聚倍半氧矽烷(POSS)、Fe、氧化鐵、Pt、Pb、Ni、Ti、氧化鈦、Cr、Bi、In、Ga、Ge、Ce、La、W、WC、Li、Be、氧化鈹、Ca、Rb、Sr、Cs、Ba、Fr、Ra、Sc、V、Mn、Co、As、Se、Y、Zr、氧化鋯、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Cd、In、Sb、Te、Hf、Ta、Re、Os、Ir、Hg、Tl、Po、Rf、Db、Sg、Bh、Hs、Mt、Ds、Rg、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ac、Th、Pa、U、Np、Pu、Am、Cm、Bk、Cf、Es、Fm、Md、No、Lr等及其摻合物、焊料、共晶及合金。
亦可包括低熔點或可熔材料及填料以便增強流變學、間隙填充及傳導性(電及熱)。此等材料可包含Ga、In、Sn或任何合金及其氧化物。低熔點金屬可視情況進一步包含Ag、Bi、Cd、Cu、Pb、Zn或其組合。適合之低熔點金屬、合金及其氧化物之實例包括Ga、In-Ga合金、In-Ag合金、In-Bi合金、In-Sn合金、Bi-Sn合金、Pb-Sn合金、In-Pb合金、In-Pb-Ag合金、In-Bi-Sn合金、Sn-In-Zn合金、Sn-Bi-Zn合金、Sn-In-Ag合金、Sn-Ag-Bi合金、Sn-Bi-Cu-Ag合金、Sn-Ag-Cu-Sb合金、Sn-Ag-Cu合金、Sn-Ag合金、Sn-Ag-Cu-Zn合金及其組合。低熔點金屬之熔點可至多250℃，或者至多225℃。低熔點金屬之熔點可為至少50℃，或者至少150℃。低熔點金屬可為共晶合金、非共晶合金、氧化物或純金屬。低熔點金屬可購得。低熔點金屬可佔TMM重量之至少約0.1至約20%。此等合金、氧化物或金屬亦可為TMM之獨立層或隔離部分。
若熱導性填料緊密接觸或觸碰其他熱傳導性或結晶材料以便促 成直接傳導路徑，則其作用最有效。因此，填料及其他熱材料之濃度、雜質、結晶度、形狀、尺寸、相容性及分佈很重要。
填料可為TMM之5-95%。填料之量視許多因素而定，諸如相容性、對流變學之影響等。粒子可為任何形狀，諸如圓形、球形、圓柱形、纖維、薄片、碎片、粉末、鬚狀、管狀、小片、發泡體、網狀、此等形狀之聚結物或任何其他不規則形狀。視應用而定，單一形狀或數種形狀之混合物可有利於提供用於粒子接觸之最佳填充及排列。
粒子可具有任何縱橫比，自對於理想球形粒子而言之1至對於奈米材料而言之無限縱橫比。粒徑可為0.1奈米至1mm。粒子之尺寸及分佈將視應用而定，諸如奈米尺寸粒子允許良好分散、相容性及良好間隙填充，而大粒子允許較低濃度但提供粒子之間接觸之較高出現率，從而獲得良好熱導率。視應用而定，單一粒徑或較窄粒徑分佈可有利於流變學優化，而粒徑之混合物允許最有效填充分佈曲線。舉例而言，較小平均粒子可填充較大平均粒子之間的間隙間隔以產生最佳填充理論分佈曲線，其提供有效熱傳遞。
粒子可具有單分子厚度、層或尺寸，諸如構成較大粒子之個別小片或層。作為實例，石墨烯為sp2鍵結碳原子之一個原子厚的平面薄片，其以蜂巢式晶格形式密集堆積。石墨烯薄片堆疊形成石墨。
熱導率可藉由使用將使自身對準或取向以連接且提供自電子組件至較冷表面之路徑的材料來改良。舉例而言，可使用纖維、鬚狀物、碎片或薄片以使得材料在施用時將沿其縱軸對準或填充。其他實例為使用長度等於或大於TMM厚度之纖維、片狀物或薄片，以使得纖維、碎片或薄片之一端觸碰電子組件而另一端到達表面或接觸較冷表面、散熱片或熱散播器，從而提供持續不間斷的單一粒子路徑。此等類型之填料亦可為TMM提供強度及加強，以改良拉伸性、黏著性或黏合性質。
為了提供最佳熱導率，填料應在所包括之基本材料減少的情況下具有最大純度。純度大於95%，較佳>99%且最佳>99.99999%。較高純度亦產生結晶度>50%、較佳>90%且最佳>99%結晶之較高材料結晶度。基本雜質減少亦意謂放射性粒子排放低於0.001計數/平方厘米．小時之較低放射性排放(亦即帶正電荷之α粒子(α)、帶正電荷或帶負電荷之β粒子(β)、光子或γ粒子(γ)或中子及微中子)。
為了改良填料或粒子與TMM、電子組件或基質材料之相容性，宜對粒子進行表面處理。此舉亦可改良TMM之流變學、黏度及流動特徵。經表面處理之粒子可具有改良的與TMM之黏合劑、聚合物或基質材料之相容性，其允許粒子之完全覆蓋或表面潤濕且因此允許粒子周圍之較小空氣間隔或空隙，從而提供改良之熱導率。粒子表面處理可藉由以下來進行：與偶合劑反應、氧化、酸、鹼、火焰、官能化等、電漿氧化、電漿磺化、在存在或不存在紫外光之情況下的臭氧處理、鹼性表面水解、矽烷化(silanation)、矽烷化(silanization)及電漿氨處理。
偶合劑或表面處理劑可為任何官能性材料，諸如FP-PCM、具有鹽官能基之FP-PCM、具有親水性或疏水性部分之非離子性分子(亦即脂族乙氧基化物、烷基乙氧基化物、烷基苯氧基乙氧基化物及其分支鏈類似物)、陰離子性或陽離子性分子或聚合物(諸如含有羧基、含有胺中和之羧基、含有胺基、酸中和之胺基等的物質)、酸酐及不飽和聚合酸或其鹽及類似物(亦即馬來化聚丁二烯、馬來化或酸官能性聚烯烴、馬來化或酸官能性聚(甲基)丙烯酸酯、馬來化或酸官能性聚酯，包括金屬或胺鹽)、烷氧基矽烷、烷氧基官能性寡聚矽氧烷、烷基硫醇、脂肪酸、脂肪酸金屬鹽、脂肪酸胺鹽、脂肪胺、脂肪胺鹽、鈦酸酯、鈦酸酯偶合劑、鋯酸酯、鋯酸酯偶合劑、鋁酸酯、鋁酸酯偶合劑或其混合物。偶合劑諸如由Kenrich Petrochemicals,Inc.,Capaute Chemical供應之偶合劑或來自Dupont Inc.之TyzorTM產品、來自Evonik Degussa GmbH Germany之Dynasylan®矽烷及有機官能性矽烷、來自Dow Corning Corp.之Dow Corning®「Z」矽烷或Xiameter®「OFS」矽烷。
處理劑及處理方法為此項技術中已知的，參見例如美國專利第6,169,142號(第4欄第42行至第5欄第2行)。TIM可包含至少約0.05%之處理劑。TIM可包含至多約10%，或者至多約5%，或者至多約0.5%之處理劑。處理劑可為具有下式之烷氧基矽烷：R5 xSi(OR6)(4-x)，其中x為1、2或3；或者x為3。R5為具有至少約1個碳原子或者至少約8個碳原子之經取代或未經取代之單價烴基。R5具有至多約50個碳原子，或者至多約30個碳原子，或者至多約18個碳原子。R5由烷基及芳族基來例示，烷基諸如己基、辛基、十二烷基、十四烷基、十六烷基及十八烷基；且芳族基諸如苯甲基及苯乙基。R5可為飽和或不飽和、分支鏈或未分支鏈及未經取代的。R5可為飽和、未分支鏈及未經取代的。
R6為具有至少約1個碳原子之未經取代之飽和烴基。R6可具有至多約4個碳原子，或者至多約2個碳原子。處理劑由己基三甲氧基矽烷、辛基三乙氧基矽烷、癸基三甲氧基矽烷、十二烷基三甲氧基矽烷、十四烷基三甲氧基矽烷、苯乙基三甲氧基矽烷、十八烷基三甲氧基矽烷、十八烷基三乙氧基矽烷、其組合及其他處理劑來例示。
烷氧基官能性寡聚矽氧烷亦可用作處理劑。烷氧基官能性寡聚矽氧烷及其製備方法為此項技術中已知的，參見例如EP 1 101 167 A2。舉例而言，適合之烷氧基官能性寡聚矽氧烷包括具有式(R6O)aSi(OSiR7 2R8)4-a之寡聚矽氧烷。在此式中，a為1、2或3，或者a為3。各R6可為烷基。各R7可獨立地選自具有約1至約10個碳原子之不飽和單價烴基。各R8可為具有至少約11個碳原子之不飽和單價烴基。
針對氧化鋁或鈍化氮化鋁之處理劑可包括烷氧基矽烷基官能性 烷基甲基聚矽氧烷(例如R9 bR10 cSi(O11)(4-b-c)之部分水解縮合物或共水解縮合物或混合物)、可水解基團將為矽氮烷、醯氧基或肟基之類似材料。在所有此等處理劑中，繫栓於Si之基團(諸如上式中之R9)為長鏈不飽和單價烴或單價芳族官能性烴。R10為單價烴基，且R11為具有約1至約4個碳原子之單價烴基。在上式中，b為1、2或3且c為0、1或2，其限制條件為b+c為1、2或3。熟習此項技術者可優化特定處理以在無不當實驗的情況下輔助分散填料。
處理劑之其他特定實例諸如有機官能性矽烷，其具有以下典型分子結構：X-CH2CH2CH2Si(OR)3-nR'n，其中n=0、1、2。許多組合為可能的，但此等組合之特徵為其含有兩種不同類型之反應性基團的事實。OR基團為可水解基團，諸如甲氧基、乙氧基或乙醯氧基。基團X為有機官能基，諸如環氧基、胺基、甲基丙烯醯氧基(如下所示)或硫離子基。一些Si-烷基之存在確保低表面張力及良好潤濕性質。 硫離子基-矽烷之典型實例：(OR)3Si-(CH2)3-Sx-(CH2)3Si(OR)3，其中x=2至8。
耐火添加劑之使用
為了向電子組件提供安全性裕度，可添加阻燃劑(FR)以防止組件過熱時引起之燃燒。材料諸如氫氧化鎂、氫氧化鋁、膨脹石墨、聚磷 酸銨、磷酸鹽、聚磷酸鹽(其中聚磷酸鹽可為任何分子量或聚合度)、季戊四醇、經處理之微晶高嶺土、鹵化化合物、溴化銨、氯化或溴化烷烴及聚合物、氧化銻、三氧化銻、紅磷、氧化鎂水泥、硫酸氧鎂、磷酸鎂、硫酸鎂、硼化合物、硼酸鹽、硼酸、矽及二氧化矽化合物、三聚氰胺及三聚氰胺化合物、溶膠-凝膠、碳酸鈉、矽酸鈉、肆(羥甲基)鏻鹽、鹵碳(包括氯橋酸衍生物)、鹵化磷化合物(包括磷酸三-鄰甲苯酯)、參(2,3-二溴丙基)磷酸酯(TRIS)、雙(2,3-二溴丙基)磷酸酯、氧化參(1-氮丙啶基)-膦(TEPA)、磷醯胺、磷酸三苯酯(TPP)、間苯二酚二磷酸酯(RDP)、雙酚-a-二磷酸酯(BPA-DP)、有機膦氧化物、鹵化環氧樹脂(四溴雙酚A)等，包括其摻合物或混合物。
另一實例為使FR材料作為微囊外殼之一部分。舉例而言，三聚氰胺或三聚氰胺化合物提供極佳微囊外殼且亦提供良好FR性質。溶膠-凝膠亦可用作mPCM外殼或二級外殼以提供額外FR保護。任何外殼材料、外殼聚合物或二級外殼層亦可併有以上FR添加劑中之任一者，從而推斷出TMM之FR性質得到改良。
導電及靜電充電/放電材料及聚合物之使用
在本發明之某些實施例中，亦宜包括經設計以控制電能或靜能之材料。此電能可經傳導、放電、耗散、儲存或其他移動此能量之手段。諸如上文先前所描述之金屬材料可包括任何金屬、合金、氧化物等。此等材料亦可如先前所概述呈任何形狀或尺寸。先前所描述之熱導體中許多亦可用作電導體。有機或有機摻雜材料亦可包括於TMM封裝中。此等材料可包括如下所示之一般聚合物結構：
一些傳導性聚合物之化學結構。自左上方順時針：聚乙炔；聚伸苯基伸乙烯基；聚吡咯(X=NH)及聚噻吩(X=S)；及聚苯胺(X=NH/N)及聚伸苯基硫化物(X=S)
此等及其他一般類別之傳導性聚合物可如下表中進行分類：
更特定言之，各種材料、聚合物及單體可進一步分類為較大荷質比或輻射傳導材料。使用以下實例材料之材料的各種組合及混合物為無限的且以下實例並不完全或並非包括性的。無限的組合可產生可具有導電及靜電耗散性質之各種聚合物、共聚物、混合物等。此等聚合物可摻雜有無限數目之鹽或金屬鹽的任何組合以增強傳導性：光敏化合物及電荷傳遞化合物，諸如1,1,4,4-四苯基-1,3丁二烯、4-[2-[5-[4-(二乙基胺基)苯基]-4,5-二氫-1-苯基-1H-吡唑-3-基]乙烯基]-N,N-二乙基苯胺、5,12-雙(苯基乙炔基)稠四苯、9,10-雙(苯基乙炔基)蒽、9,10-二-對甲苯基蒽、9,10-菲醌、苯并[ghi]苝、暈苯、久洛利定 (Julolidine)、戊芬-78、苝-66、菲、啡啶、吩嗪、啡噻嗪、吡唑-72、喹吖啶酮醌、喹啉-65、9-氧硫-64、聯伸三苯、紫蒽酮-79、[4-[雙(2-羥乙基)胺基]苯基]-1,1,2-伸乙基三甲腈。
光發射體、摻雜劑、電子及電洞傳遞材料，諸如：5,12-二氫-5,12-二甲基喹啉并[2,3-b]吖啶-7,14-二酮、8-羥基喹啉鋅、蒽、苯并[b]蒽、香豆素6、水合二氯三(1,10-啡啉)釕(II)、四(2-甲基-8-羥基喹啉根基)硼鋰、苝、八乙基卟啉鉑、紅螢烯(Rubrene)、六水合參(2,2'-二吡啶基)二氯釕(II)、六氟磷酸參(2,2'-二吡啶基-d8)釕(II)、參(苯甲醯基丙酮根基)單(啡啉)銪(III)、參(二苯甲基甲烷)單(1,10-啡啉)銪(III)、參(二苯甲基甲烷)單(5-胺基-1,10-啡啉)銪(III)、參-(8-羥基喹啉)鋁、參[1-苯基異喹啉-C2,N]銥(III)、參[2-(4,6-二氟苯基)吡啶根基-C2,N]銥(III)、參[2-(苯并[b]噻吩-2-基)吡啶根基-C3,N]銥(III)、參[2-苯基吡啶根基-C2,N]銥(III)、金屬及鹽摻雜劑。
發光聚合物，諸如：氰基-聚伸苯基伸乙烯基(CN-PPV)聚合物，包括：聚(2,5-二(己氧基)氰基亞對苯二甲醯基)、聚(2,5-二(辛氧基)氰基亞對苯二甲醯基)、聚(2,5-二(3,7-二甲基辛氧基)氰基亞對苯二甲醯基)、聚(5-(2-乙基己氧基)-2-甲氧基-氰基亞對苯二甲醯基)、聚(5-(3,7-二甲基辛氧基)-2-甲氧基-氰基亞對苯二甲醯基)。
含氮聚合物，包括：聚(2,5吡啶)及聚(3,5吡啶)。
聚(伸茀基伸乙炔基)(PFE)聚合物，包括：聚(9,9-二辛基-2,7-伸茀基伸乙炔基)、聚[9,9-二(3',7'-二甲基辛基)-2,7-伸茀基伸乙炔基]、聚[9,9-二(2'-乙基己基)-2,7-伸茀基伸乙炔基]、聚[9,9-二(十二烷基)-2,7-伸茀基伸乙炔基]。
聚(伸苯基伸乙炔基)(PPE)聚合物，包括：聚(2,5-二(3',7'-二甲基辛基)伸苯基-1,4-伸乙炔基)、聚(2,5-二環己基伸苯基-1,4-伸乙炔基)、聚(2,5-二(2'-乙基己基)-1,4-伸乙炔基)、聚(2,5-二十二烷基伸苯基-1,4- 伸乙炔基)及聚(2,5-二辛基伸苯基-1,4-伸乙炔基)。
聚茀(PFO)聚合物及共聚物，包括：聚(9,9-二-正十二烷基茀基-2,7-二基)、聚(9,9-二-正己基茀基-2,7-二基)、聚(9,9-二-正辛基茀基-2,7-二基)、聚(9,9-二正己基-2,7-茀-交替-9-苯基-3,6-咔唑)、聚[(9,9-二-正辛基茀基-2,7-二基)-交替-(苯并[2,1,3]噻二唑-4,8-二基)]、聚[(9,9-二己基茀-2,7-二基)-交替-(2,5-二甲基-1,4-伸苯基)]、聚[(9,9-二己基茀-2,7-二基)-共-(9-乙基咔唑-2,7-二基)]、聚[(9,9-二己基茀-2,7-二基)-共-(蒽-9,10-二基)]、聚[(9,9-二辛基茀基-2,7-二基)-共-聯噻吩]、聚[9,9-雙-(2-乙基己基)-9H-茀-2,7-二基]。
聚茀-伸乙烯基(PFV)共聚物，包括：聚((9,9-二己基-9H-茀-2,7-伸乙烯基)-共-(1-甲氧基-4-(2-乙基己氧基)-2,5-伸苯基伸乙烯基))、聚(9,9-二-(2-乙基己基)-9H-茀-2,7-伸乙烯基)、聚(9,9-二-正己基茀基-2,7-伸乙烯基)、聚[(9,9-二-(2-乙基己基)-9H-茀-2,7-伸乙烯基)-共-(1-甲氧基-4-(2-乙基己氧基)-2,5-伸苯基伸乙烯基)]及聚[9-(2-乙基己基)-3,6-咔唑伸乙烯基-交替-2,6-萘伸乙烯基]。
聚伸苯基伸乙烯基(PPV)聚合物及共聚物，包括：聚(1-甲氧基-4-(3-丙氧基-七異丁基-PSS)-2,5-伸苯基伸乙烯基)-共-(1-甲氧基-4-(2-乙基己氧基)-2,5-伸苯基伸乙烯基)(60：40)、聚(1-甲氧基-4-(O-分散紅1))-2,5-伸苯基伸乙烯基、聚(2,5-雙(1,4,7,10-四氧雜十一烷基)-1,4-伸苯基伸乙烯基)、聚(2,5-二己氧基-1,4-伸苯基伸乙烯基)、聚(2,5-二辛基-1,4-伸苯基伸乙烯基)、聚(2,6-萘伸乙烯基)、聚(氯化對二甲苯四氫噻吩鎓)、聚[(間伸苯基伸乙烯基)-交替-(2,5-二丁氧基-對伸苯基伸乙烯基)]、聚[(間伸苯基伸乙烯基)-交替-(2,5-二己氧基-對伸苯基伸乙烯基)]、聚[(間伸苯基伸乙烯基)-交替-(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-對伸苯基伸乙烯基)]、聚[(間伸苯基伸乙烯基)-交替-(2-甲氧基-5-辛氧基-對伸苯基伸乙烯基)]、聚[(間伸苯基伸乙烯基)-共-(2,5-二辛氧基-對伸 苯基伸乙烯基)]、聚[(鄰伸苯基伸乙烯基)-交替-(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-對伸苯基伸乙烯基)]、聚[(對伸苯基伸乙烯基)-交替-(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-對伸苯基伸乙烯基)]、聚[1-甲氧基-4-(3-丙氧基-七異丁基-PSS)-2,5-伸苯基伸乙烯基]、聚[1-甲氧基-4-(3-丙氧基-七異丁基-PSS)-2,5-伸苯基伸乙烯基]-共-[1-甲氧基-4-(2-乙基己氧基)-2,5-伸苯基伸乙烯基](30：70)、聚[2,5-雙(3',7'-二甲基辛氧基)-1,4-伸苯基伸乙烯基]、聚[2,5-雙(辛氧基)-1,4-伸苯基伸乙烯基]、聚[2-(2',5'-雙(2"-乙基己氧基)苯基)-1,4-伸苯基伸乙烯基]、聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-伸苯基伸乙烯基]、聚[2-甲氧基-5-(3',7'-二甲基辛氧基)-1,4-伸苯基伸乙烯基]、聚[5-甲氧基-2-(3-磺酸丙氧基)-1,4-伸苯基伸乙烯基]鉀鹽、聚[參(2,5-雙(己氧基)-1,4-伸苯基伸乙烯基)-交替-(1,3-伸苯基伸乙烯基)]及聚{[2-[2',5'-雙(2"-乙基己氧基)苯基]-1,4-伸苯基伸乙烯基]-共-[2-甲氧基-5-(2'-乙基己氧基)-1,4-伸苯基伸乙烯基]}。
聚噻吩聚合物及共聚物(區位規則或區位無規硬脂酸組態)，包括：聚(3-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基甲基噻吩-2,5-二基)、聚(3,4-伸乙基二氧基噻吩)、聚(3-丁基噻吩-2,5-二基)、聚(3-環己基-4-甲基噻吩-2,5-二基)、聚(3-環己基噻吩-2,5-二基)、聚(3-癸氧基噻吩-2,5-二基)、聚(3-癸基噻吩-2,5-二基)、聚(3-十二烷基噻吩-2,5-二基)、聚(3-己基噻吩-2,5-二基)、聚(3-辛基噻吩-2,5-二基)、聚(3-辛基噻吩-2,5-二基-共-3-癸氧基噻吩-2,5-二基)、溴封端聚(噻吩-2,5-二基)、聚[(2,5-二癸氧基-1,4-伸苯基)-交替-(2,5-伸噻吩基)]。
水溶性發光聚合物，包括：聚(2,5-雙(3-磺酸根基丙氧基)-1,4-伸苯基、二鈉鹽-交替-1,4-伸苯基)、聚[(2,5-雙(2-(溴化N,N-二乙基銨)乙氧基)-1,4-伸苯基)-交替-1,4-伸苯基]、聚[5-甲氧基-2-(3-磺酸丙氧基)-1,4-伸苯基伸乙烯基]鉀鹽、聚{[2,5-雙(2-(N,N-二乙基胺基)乙氧基)-1,4-伸苯基]-交替-1,4-伸苯基}。
聚合物電洞傳遞材料及主體材料，包括聚乙烯基聚合物，諸如：聚(1-乙烯基萘)、聚(2-乙烯基咔唑)、聚(2-乙烯基萘)、聚(9-乙烯基咔唑)及聚(N-乙基-2-乙烯基咔唑)。
傳導性聚合物、共聚物及單體，包括聚乙炔，諸如聚[1,2-雙(乙硫基)乙炔]、聚(伸苯基硫化物)、聚苯胺、共聚物及聚苯胺摻雜劑，包括樟腦-10-磺酸(β)、二壬基萘磺酸、十二烷基苯磺酸、聚苯胺(苯胺綠鹼(emeraldine base)、苯胺綠鹽(emeraldine salt)、還原態聚苯胺鹼(leucoemeraldine base)、苯胺黑(nigraniline)或全苯胺黑(pernigraniline))、鄰乙氧基苯胺、鄰位及間位經單取代及雙取代之苯胺、鄰或間胺基苯乙酮及間甲苯胺。
聚吡咯及吡咯單體，包括：1H-吡咯-1-丙酸、3,4-伸乙基二氧基吡咯-2,5-二甲酸、3,4-伸乙基二氧基吡咯、3,4-伸丙基二氧基吡咯、4-(3-吡咯基)丁酸、1-苯甲基-3,4-伸乙基二氧基吡咯-2,5-二甲酸二乙酯及聚吡咯(傳導性、摻雜或未摻雜)。
聚噻吩及噻吩單體，包括：3,4-伸乙基二氧基噻吩、聚(3,4-伸乙基二氧基噻吩)、月桂基封端雙聚(乙二醇)、四甲基丙烯酸酯封端聚(3,4-伸乙基二氧基噻吩)、、聚(3,4-伸乙基二氧基噻吩)-嵌段-聚(乙二醇)、聚(3,4-伸乙基二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸酯)、聚(3,4-伸乙基二氧基噻吩)、聚(噻吩-3-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]-2,5-二基)。
聚茀、聚(鄰胺基苯酚)(POAP)、聚四硫富瓦烯、聚萘、聚(對伸苯基伸乙烯基)、天然或生物黑色素顏料聚合物之磺化形式。
有機光電材料，包括：傳導材料，諸如5,5'''''-二己基-2,2'：5',2"：5",2'''：5''',2''''：5'''',2'''''-六噻吩、1,2,3,4,8,9,10,11,15,16,17,18,22,23,24,25-十六氟-29H,31H-酞菁銅(II)、酞菁銅(II)、富勒烯-C60、富勒烯-C84、稠五苯、苝-3,4,9,10-四甲酸二酐、苝、聚(3-十二烷基噻吩-2,5-二基)、區位規則聚(3-己基噻 吩-2,5-二基)、區位規則聚(3-辛基噻吩-2,5-二基)、聚[2-甲氧基-5-(3',7'-二甲基辛氧基)-1,4-伸苯基伸乙烯基]、參[4-(5-二氰基亞甲基甲基-2-噻吩基)苯基]胺、[5,6]-富勒烯-C70、[6,6]-五氘苯基C61丁酸甲酯、[6,6]-苯基C61丁酸甲酯、[6,6]-苯基C71丁酸甲酯、[6,6]-苯基C85丁酸甲酯、[6,6]-噻吩基C61丁酸甲酯、[6.6]二苯基C62雙(丁酸甲酯)及α-六噻吩。
染料，包括二氫氧化1,3-雙[4-(二甲基胺基)苯基]-2,4-二羥基伸環丁基二鎓(雙(內鹽))、7-甲基苯并[a]芘、9,10-二氫苯并[a]芘-7(8H)-酮、苯并[e]芘、香豆素102、香豆素153、香豆素30、香豆素480 D、香豆素6、部花青素540及芘。
粒子及其摻雜、未摻雜、各種晶體形式及與金屬之混合物，包括：氧化鈦、二氧化鈦、4價鈦氧化物及二氧化物及氧化鋅。
有機半導體，包括n型寡聚物及聚合物，諸如1,4,5,8-萘四甲酸二酐、2,3,5,6-四氟-7,7,8,8-四氰基對醌二甲烷、5,10,15,20-肆(五氟苯基)-21H,23H-卟吩鈀(II)、7,7,8,8-四氰基對醌二甲烷、1,2,3,4,8,9,10,11,15,16,17,18,22,23,24,25-十六氟-29H,31H-酞菁銅(II)、富勒烯-C60、富勒烯-C84、N,N'-二辛基-3,4,9,10-苝二甲醯亞胺、N,N'-二戊基-3,4,9,10-苝二甲醯亞胺、N,N'-二苯基-3,4,9,10-苝二甲醯亞胺、N,N'-雙(2,5-二-第三丁苯基)-3,4,9,10-苝二甲醯亞胺、苝-3,4,9,10-四甲酸二酐、[5,6]-富勒烯-C70、[6,6]-苯基C61丁酸甲酯、[6,6]-苯基C71丁酸甲酯、[6,6]-苯基C85丁酸甲酯、[6,6]-苯基-C61丁酸丁酯、[6,6]-苯基-C61丁酸辛酯、[6,6]-噻吩基C61丁酸甲酯、[6.6]二苯基C62雙(丁酸甲酯)、聚(2,5-二(己氧基)氰基亞對苯二甲醯基)、聚(2,5-二(辛氧基)氰基亞對苯二甲醯基)、聚(2,5-二(3,7-二甲基辛氧基)氰基亞對苯二甲醯基)、聚(5-(2-乙基己氧基)-2-甲氧基-氰基亞對苯二甲醯基)、聚(5-(3,7-二甲基辛氧基)-2-甲氧基-氰基亞對苯二甲醯基)、聚 (苯并咪唑并苯并啡啉)、聚[(1,4-二伸乙烯基伸苯基)(2,4,6-三異丙基苯基硼烷)]及二苯基封端聚[(2,5-二癸氧基-1,4-伸苯基)(2,4,6-三異丙基苯基硼烷)]。
p型寡聚物及聚合物，包括：13,6-N-亞磺醯基乙醯胺基稠五苯、2,2'：5',2"：5",2'''-四噻吩、3,3'''-二十二烷基-2,2'：5',2"：5",2'''-四噻吩、3,3'''-二己基-2,2'：5',2"：5",2'''-四噻吩、5,5'''''-二己基-2,2'：5',2"：5",2'''：5''',2''''：5'''',2'''''-六噻吩、5,5'-二(4-聯苯基)-2,2'-聯噻吩、5,5'-二己基-2,2'-聯噻吩、6,13-二氫-6,13-甲橋稠五苯-15-酮、苯并[b]蒽、苯并[b]蒽、雙(伸乙基二硫基)四硫富瓦烯、酞菁銅(II)、藉由昇華純化之暈苯、二苯并四硫富瓦烯、稠五苯、稠五苯-N-亞磺醯基-正丁基胺基甲酸酯加合物、稠五苯-N-亞磺醯基-第三丁基胺基甲酸酯、八乙基卟啉鉑、紅螢烯、四硫富瓦烯、參[4-(5-二氰基亞甲基甲基-2-噻吩基)苯基]胺、α-六噻吩、區位無規或區位規則聚(3-十二烷基噻吩-2,5-二基)、區位無規或區位規則聚(3-己基噻吩-2,5-二基)、區位無規或區位規則聚(3-辛基噻吩-2,5-二基)、聚[(9,9-二-正辛基茀基-2,7-二基)-交替-(苯并[2,1,3]噻二唑-4,8-二基)]、聚[(9,9-二辛基茀基-2,7-二基)-共-聯噻吩]、聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-伸苯基伸乙烯基]、聚[2-甲氧基-5-(3',7'-二甲基辛氧基)-1,4-伸苯基伸乙烯基]。
其他添加劑之使用
適合之抗氧化劑為此項技術中已知的且可購得。適合之抗氧化劑包括酚系抗氧化劑及酚系抗氧化劑與穩定劑之組合。酚系抗氧化劑包括完全位阻酚及部分受阻酚。穩定劑包括有機磷衍生物，諸如三價有機磷化合物、亞磷酸酯、膦酸酯及其組合；硫代增效劑，諸如包括硫化物之有機硫化合物、二烷基二硫代胺基甲酸酯、二硫代二丙酸酯及其組合；及位阻胺，諸如四甲基-哌啶衍生物。適合之抗氧化劑及穩定劑揭示於Zweifel,Hans,「Effect of Stabilization of Polypropylene During Processing and Its Influence on Long-Term Behavior under Thermal Stress」,Polymer Durability,Ciba-Geigy AG,Additives Division,CH-4002,Basel,Switzerland,American Chemical Society，第25卷，第375-396頁，1996中。適合之抗氧化劑由BASF Corp.以Irgafos®及Irganox®商品名供應。抗氧化劑由Chemtura Corp.以Naugalube®及Naugard®商品名供應。穩定劑及抗氧化劑由Nanjing Union Rubber and Chemicals Co.,Ltd.供應。
適合之酚系抗氧化劑包括來自BASF Corp.之維生素E、IRGANOX B225及IRGANOX 1010，IRGANOX 1010包含季戊四醇肆(3-(3,5-二-第三丁基-4-羥基苯基)丙酸酯)。
反應催化劑抑制劑為此項技術中已知的且可購得，參見例如美國專利第5,929,164號(第1欄第65行至第3欄第65行)。抑制劑可為膦、二膦、胺、二胺、三胺、有機硫化物、烯基官能性化合物、炔基官能性化合物、羥基官能性化合物、其組合或任何其他過渡金屬催化劑毒物。
適合之膦包括三烷基膦及三芳基膦，諸如三苯基膦。適合之二膦包括四苯基伸乙基二膦。適合之胺包括正丁胺及三乙醇胺。適合之二胺包括四亞甲基二胺。適合之有機硫化物包括乙基苯基硫化物。適合之烯基官能性化合物可為有機物、有機聚矽氧或有機矽烷。適合之烯基官能性化合物包括乙烯基矽氧烷及乙烯基矽烷。適合之炔基官能性化合物可為有機物，諸如乙炔、丙炔、1-丁炔、1-戊炔、4,4-二甲基-1-戊炔、1-己炔、5-甲基-1-己炔及1-癸炔。
用於溫度管理及散熱之PCM及TMM結構的製造方法
TMM可藉由任何適宜方式來製備，諸如在較高溫度(較佳高於PCM/pPCM/fpPCM之相變溫度)下將所有組分混合在一起。TMM可藉由以某一順序添加成分以促進特定反應或相互作用來製造，諸如用偶 合劑或矽烷預處理填料及粒子。TMM可在低溫、室溫或較高溫度下混合。TMM可在混合容器、反應器、擠壓機或其類似物中製備。
施用形式
FP-PCM、P-PCM、mPCM、PCM、添加劑及成品TMM可經實施呈使用任何適合之塗佈、層合、成層、輸注等技術與電子組件及材料鄰接、在其之上或之內形成的塗層、層合物、輸注物、處理物、膠狀物、凝膠、膜、薄片、潤滑脂、蠟或塗層、層合物、輸注物、處理物、填縫劑、膠狀物、凝膠、膜、薄片、條帶、潤滑脂、蠟中之成分的形式。施用技術及形式可包括噴塗、空氣霧化噴塗、無空氣霧化噴塗、靜電噴塗、槽模塗佈、接觸狹縫塗佈、簾式塗佈、刮刀塗佈、滾塗、吻合塗佈(kiss coating)、轉移塗佈、泡沫塗佈、刷塗、網版印刷、填補、浸漬或浸沒、浸透(saturating)、印刷、壓力或重力饋料噴嘴/槍、熱熔融施用器、泵槍、手動操作槍、注射器、針槍、各種形狀及尺寸之噴嘴、模製、包覆模製、射出模製、RIM、預浸漬、樹脂輸注製程(諸如樹脂轉注模製(RTM)、真空輸注製程(VIP)及真空輔助RTM(VARTM))、拉擠成形、擠壓、電漿等。TMM可施用於供封裝/裝運用之釋放薄片或其他暫時性基板表面，隨後轉移至電子組件中，亦即間接轉移製程。
TMM亦可構建成片狀或板狀基板，或視pPCM/fpPCM之性質而定，其可為電子組件之組件主體或殼體之整個或部分結構部分，以促成改良之傳導性及溫度調節/控制。舉例而言，蜂巢式電話或平板電腦之外部外殼或殼體。如下文所描述，多個不同材料層可製造在一起以提供各種程度之溫度控制、促成到達外部環境之改良之熱傳導性路徑且允許可接受之使用者性質。
施用製程可在冷、溫、熱條件下或在室溫下(亦即高於或低於室溫，亦即-100℃至400℃)進行。可藉由任何能量來源來實現TMM或各 種層之固化、交聯、乾燥或其他反應以引起各層之間或之內的黏結或促進其他層之施用。實例為熱力、熱、光、UV、IR、輻射、太陽、感應、壓力、音波或聲波、x射線、無線電波、γ波、微波、雷射、電子束、電漿等。
在使用或施用期間，TMM可經安置以使得其與內部組件鄰接，從而用於控制內部電子組件之溫度。亦預期TMM可經安置以使得其曝露於外部環境，從而用於促進溫度到達外部、保護內部組件不受外部環境影響或保護使用者不受內部過熱影響。TMM覆蓋基板或電子組件之至少一部分。視基板或電子組件之特徵或所用之特定塗佈技術而定，TMM可滲透至頂部表面以下且滲透基板或電子組件之至少一部分。儘管描述兩個層，但預期對於其他實施例而言物品可包括更多或更少層。特定言之，預期可包括第三層以便覆蓋基板之底部表面的至少一部分。該種第三層可以與TMM類似之方式實施或可以另一方式實施以提供不同功能性，諸如拒水性、抗污染性、硬度、抗衝擊性等。TMM可經施用以提供連續塗層、囊封劑或完全覆蓋物，或以不連續圖案形式使用TMM。
如圖17及圖18中所示，以十字交叉圖案形式形成TMM 904。此十字交叉圖案包含第一組間隔開的區域(例如塗層帶)，其以一角度與第二組間隔開的區域(例如塗層帶)交叉。在本發明實施例中，第一組條帶通常彼此平行且均勻地間隔，且第二組條帶亦通常彼此平行且均勻地間隔。第一組及第二組條帶以直角交叉以形成不連續區域(例如912、912'及912")，其通常呈菱形或正方形(亦即如由圖17之俯視圖所見)且橫跨表面906分佈。必要時，可改變條帶之間距、寬度或交叉角度，以調節不連續區域之間距、形狀或尺寸(亦即由圖17之俯視圖量測之最大線性尺寸)。視電子物品900所需之特定特徵或施用TMM 904之方法而定，條帶之厚度通常可為均一的或可在塗層904之一部分或 多個部分上不同。在本發明實施例中，條帶之厚度可為至多約20公尺(例如約0.1mm至約20公尺)，且塗層帶之厚度通常可為至多約200mm(例如約0.1mm至約200mm)以提供所需TMM性質。
在圖17及圖18中所示之實施例中，不連續區域彼此分隔開且使表面906中不由塗層904覆蓋之剩餘部分曝露。或者或聯合，此等不連續區域可充當通路或開口以促成改良之熱導率或將空氣、熱、壓力或其他材料傳遞至電子組件中或自其中傳遞出來。
應認識到，通常可以多種連續、不連續、規則或不規則圖案形式且以具有多種形狀及尺寸之不連續區域形成塗層904。舉例而言且無限制，可以蜂巢式圖案(例如以六角形不連續區域)、柵格圖案(例如以正方形或矩形不連續區域)、無規圖案(例如以無規分佈之不連續區域)等等形式形成塗層904。一般而言，不連續區域可以規則間隔或不規則間隔之間隔橫跨表面906分佈。連續或不連續區域可以多種規則或不規則形狀形成，諸如(舉例而言且無限制)圓形、半圓形、瘤狀、半球形、菱形、六角形、多葉形、八角形、橢圓形、五角形、矩形、正方形、星形、梯形、三角形、楔形、錐形、圓錐形、圓柱形等等。必要時，一或多個不連續區域可成形為標誌、字母或數字。在本發明實施例中，不連續區域之尺寸可為至多約100mm(例如約0.1mm至約100mm)且通常尺寸將在約1mm至約10mm範圍內。一般而言，不連續區域可具有相同或不同的形狀或尺寸。
舉例而言，圖19及20展示具有以點狀圖案形式形成之TMM 1012的基板1000。TMM之點1012、1012'及1012"形成不連續區域且橫跨表面1006分佈。
TMM、組件或基板亦可為成分自身之相同或不同層。舉例而言，該等層可為TMM、阻燃劑、熱導體、熱散播器等之組合或混合物。該等層可為個別成分或其組合，諸如PCM、mPCM、pPCM、 fpPCM、黏合劑、熱導體、熱散播器、添加劑等。該等層可為相同轉移溫度、潛熱、熱導率等，轉移溫度、潛熱、熱導率等之混合物或不同轉移溫度、潛熱、熱導率等。舉例來說，第一基板或層可為FP-PCM膜或薄片，第二基板或層為具有相同或不同轉移溫度之微囊(或另一容納結構)或黏結至第一層之另一FP-PCM，第三層可為黏結至第二層之提高熱導率的另一層。
用於電子裝置溫度調節之聚合PCM油灰的實例
根據ISO 11357塑膠(DSC)第3部分，在Perkin-Elmer Diamond DSC上以5℃/min之加熱速率量測DSC。分別在Netzsch Instruments LFA 447 Nanoflash及DSC 404C上量測熱導率及比熱。熱導率係根據ASTM E-1461進行。
聚甲基丙烯酸硬脂酯聚合PCM之製備。在裝備有攪拌器、冷凝器、氮氣淨化及溫度控制器之燒瓶中進行反應：
將#1添加至燒瓶中且在氮氣下加熱至152℃。將#2、#3及#4組合且經3.5小時緩慢添加至反應燒瓶中。使其再反應1.0小時，添加#5，使其反應1.5小時，接著冷卻，得到69.7%甲基丙烯酸聚硬脂酯-共-甲基丙烯酸縮水甘油酯溶液，其熔點為31.1℃且潛熱為83.8J/g。
將以上溶液乾燥成100%固體。將35.0公克此聚合物加熱至55℃且與65.0公克經噴霧乾燥之含二十二烷(C22)微囊(Microtek Laboratories,Inc.)混合。一旦微囊分散均勻，即摻入5.0公克石墨粉(由SGL Group供應之Ecophit EG15)，得到用於電子裝置控制且具有以下性質及DSC之油灰。圖23展示此實例之圖示結果。
應清楚地瞭解，藉由提供特定組合物之實例，申請人並不意欲將申請專利範圍之範疇限制於彼等特定組合物中之任一者。相反地，預期可使用本文中所描述之官能基、聚合相變材料及物品之任何組合來達成本發明之新穎態樣。申請專利範圍並不意欲限制於本發明、併入本文中之任何揭示案或以上所給出之實例中所描述之任何特定化合物。
雖然已參考特定實施例來描述本發明，但熟習此項技術者應瞭解在不背離隨附申請專利範圍所定義之本發明之真實精神及範疇的情況下可作出各種變化且可用等效物取代。此外，可進行許多修改以使特定情況、材料、目標組合物、方法、製程步驟或步驟適用於本發明之目標、精神及範疇。所有該等修改均意欲在隨附申請專利範圍之範疇內。特定言之，雖然已參考以特定順序進行之特定步驟來描述本文中所揭示之方法，但應瞭解在不背離本發明之教示的情況下可組合、細分或重排此等步驟以形成等效方法。因此，除非本文中特定指示，否則步驟的順序和分組並非本發明之限制。
300‧‧‧蜂巢式電話電路板
302‧‧‧收發器或通信模組
304‧‧‧無線通信模組
306‧‧‧電源供應器模組
308‧‧‧電池
310‧‧‧圖形驅動器
312‧‧‧處理器
350‧‧‧溫度管理材料

Claims (21)

  1. 一種電子元件，其中該電子元件之一或多個組件在操作期間產熱，該電子元件包括用於溫度管理及散熱之結構，該用於溫度管理及散熱之結構包含：具有與周圍環境熱連通之表面的熱傳遞基板；與該電子元件之該一或多個組件的至少一部分及該熱傳遞基板之至少一部分實體接觸之兩種或兩種以上溫度管理材料之混合物；該兩種或兩種以上溫度管理材料中之至少一者包含，潛熱為至少30焦耳/公克且轉移溫度在0℃與100℃之間的聚合相變材料；及熱導性填料。
  2. 如請求項1之電子元件，其中該熱傳遞基板為印刷電路板且其中該電子元件之一或多個組件安裝於該印刷電路板上。
  3. 如請求項1之電子元件，其進一步包含與該熱傳遞基板熱連通之第二基板。
  4. 如請求項1之電子元件，其中該熱傳遞基板為該電子元件之外表面。
  5. 如請求項1之電子元件，其中該熱傳遞基板為該電子元件之顯示器。
  6. 如請求項1之電子元件，其中該熱導性填料為一種形式之碳。
  7. 如請求項6之電子元件，其中該熱導性填料為石墨烯。
  8. 如請求項1之電子元件，其中該熱導性填料為一種形式之氧化鋁。
  9. 如請求項1之電子元件，其中該熱導性填料為硼化合物。
  10. 如請求項1之電子元件，其中該用於溫度管理及熱控制之結構進一步包含可熔材料。
  11. 如請求項1之電子元件，其中該熱導性填料佔該溫度管理材料之5%與95%之間。
  12. 如請求項1之電子元件，其中該熱導性填料之純度大於95%。
  13. 如請求項1之電子元件，其中該用於溫度管理及熱控制之結構進一步包含耐火添加劑。
  14. 如請求項1之電子元件，其進一步包含含有該一或多個電子組件及該用於溫度管理及散熱之結構的外殼。
  15. 一種個人計算元件，其包含：外殼；印刷電路板；一或多個附接至該印刷電路板且在該電子元件之操作期間產熱的組件；用於溫度管理及散熱之結構，該用於溫度管理及散熱之結構包含：具有與該印刷電路板熱連通之表面及與周圍環境熱連通之表面的熱傳遞基板；與該電子元件之該一或多個組件的至少一部分及該熱傳遞基板之至少一部分實體接觸之兩種或兩種以上溫度管理材料之混合物；該溫度管理材料包含，具有一或多個在0℃與100℃之間不同的轉移溫度之兩種或兩種以上聚合相變材料之混合物，其中該兩種或兩種以上聚合相變材料中之至少一者具有至少30焦耳/公克之潛熱；及 熱導性填料。
  16. 如請求項15之個人計算元件，其中該元件為電話。
  17. 如請求項15之個人計算元件，其中該元件為平板電腦。
  18. 如請求項15之個人計算元件，其中該元件為膝上型電腦。
  19. 一種構建個人計算元件之方法，該個人計算元件包含：外殼、印刷電路板、一或多個附接至該印刷電路板且在該電子元件之操作期間產熱的組件及用於溫度管理及散熱之結構，該用於溫度管理及散熱之結構包含具有與該印刷電路板熱連通之表面及與周圍環境熱連通之表面的熱傳遞基板，與該電子元件之該一或多個組件的至少一部分及該熱傳遞基板之至少一部分實體接觸之兩種或兩種以上溫度管理材料之混合物，該兩種溫度管理材料中之至少一者包含官能性聚合潛熱儲存材料，其攜帶至少一個官能基且轉移溫度在0℃與100℃之間；及熱導性填料，該方法包含：改良該官能性聚合潛熱儲存材料之純度以窄化該轉移溫度；在一或多個附接至該印刷電路板之組件的至少一部分上施用該混合物；用該外殼封閉該印刷電路板、該一或多個組件及該用於溫度管理及散熱之結構；固化該混合物。
  20. 如請求項19之方法，其中該混合物實質上填充該外殼內之任何空隙。
  21. 一種電子元件，其中該電子元件之一或多個組件在操作期間產熱，該電子元件包括用於溫度管理及散熱之結構，該用於溫度管理及散熱之結構包含：具有與周圍環境熱連通之表面的熱傳遞基板； 與該電子元件之該一或多個組件的至少一部分及該熱傳遞基板之至少一部分實體接觸之兩種或兩種以上溫度管理材料之混合物；該溫度管理材料中之至少一者包含，具有0℃與100℃之間的轉移溫度、攜帶至少一個官能基、具有至少30焦耳/公克之潛熱且形成交聯聚合潛熱儲存材料之總重量的至少20%之可結晶部分之交聯聚合潛熱儲存材料；及熱導性填料。
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