TWI648388B - 可壓縮之熱介面材料 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種可壓縮之熱介面材料，在一個例示性實施例中，其包含聚合物、導熱填充物、及相變材料。本發明亦提供一種用於形成可壓縮之熱介面材料之調配物及包括可壓縮之熱介面材料之電子組件。

Description

可壓縮之熱介面材料 相關申請案之交叉參考
本申請案根據35 U.S.C.§ 119(c)規定主張2014年2月13日申請之美國臨時專利申請案序號61/939,412之權利，其揭示內容之全文以引用的方式併入本文中。
本發明大體上係關於熱介面材料，及更特定言之係關於可壓縮之熱介面材料。
熱介面材料廣泛地用於自諸如中央處理單元、視訊圖形陣列、伺服器、遊戲主控臺、智慧型手機、LED板、及類似之電子組件消散熱。熱介面材料通常用於自電子組件轉移過量熱至諸如散熱片之熱散佈器。
熱介面材料包括熱油脂、油脂類材料、彈性體膠帶、及相變材料。傳統熱介面材料包括諸如間隙墊及熱墊之組件。
以下專利案及申請案中揭示例示性熱介面材料，該等專利案及申請案之揭示內容係以其全文引用之方式併入本文中：U.S.6,238,596、U.S.6,451,422、U.S.6,605,238、U.S.6,673,434、U.S.6,706,219、U.S.6,797,382、U.S.6,811,725、U.S.7,172,711、U.S.7,244,491、U.S.7,867,609、U.S.2007/0051773、U.S.2008/0044670、U.S.2009/0111925、U.S.2010/0129648及 U.S.2011/0308782。
期望熱介面材料具有優異的熱性能及可壓縮性。
本發明提供可壓縮之熱介面材料，其用於自諸如電腦晶片之產熱電子裝置轉移熱至諸如熱散佈器及散熱片之熱消散結構。
在一個例示性實施例中，提供一種可壓縮之熱介面材料。該可壓縮之TIM包含聚合物、導熱填充物、及相變材料。該相變材料包括具有如藉由ASTM D1321測得至少50的針入度值之蠟。在一個更特定的實施例中，該可壓縮之熱介面材料具有在40psi之壓力下至少5%之可壓縮性。在另一個更特定的實施例中，該可壓縮之熱介面材料具有50%或更小之回彈率。在又一更特定的實施例中，該相變材料包括第二蠟，該第二蠟具有如藉由ASTM D1321測得小於50的針入度值。在另一更特定的實施例中，該相變材料包括選自由以下組成之群之蠟：聚乙烯蠟、乙烯-乙酸乙烯酯之共聚物蠟、及氧化聚乙烯蠟。在任何上述實施例之一更特定的實施例中，該導熱填充物包括鋁。在另一更特定的實施例中，該導熱填充物包含該可壓縮之熱介面材料之總重量的10重量%至95重量%。在任何上述實施例之一更特定的實施例中，該聚合物係選自由以下組成之群：乙烯-丙烯橡膠(EPR)、乙烯-丙烯二烯單體橡膠(EPDM)、聚乙烯-丁烯、及聚乙烯-丁烯-苯乙烯、聚丁二烯、氫化聚丁二烯單醇、氫化聚丙二烯單醇、氫化聚戊二烯單醇、聚丁二烯二醇、氫化聚丙二烯二醇、及氫化聚戊二烯二醇。在一甚至更特定的實施例中，該聚合物為氫化聚丁二烯。在任何上述實施例之一更特定的實施例中，該可壓縮之TIM進一步包括偶聯劑、抗氧化劑及交聯劑。
在任何上述實施例之一更特定的實施例中，該可壓縮之TIM進一步包括聚矽氧凝膠。
在任何上述實施例之另一更特定的實施例中，該可壓縮之TIM包括包含該聚合物、該導熱填充物、及具有如藉由ASTM D1321測得至少50的針入度值之該蠟之中間層；包含至少一種相變材料及至少一種導熱填充物之第一表面層；及包含至少一種相變材料及至少一種導熱填充物之第二表面層。在一更特定的實施例中，該中間層中導熱填充物之重量百分比含量小於或等於該第一及第二表面層中至少一者中導熱填充物之重量百分比含量。在另一更特定的實施例中，該第一及第二表面層之各者中導熱填充物之重量百分比獨立地為約70重量%至約99重量%。
在另一實施例中，提供一種用於形成可壓縮之熱介面材料之調配物。該調配物包含溶劑；聚合物；導熱填充物；及相變材料，其中該相變材料包括具有如藉由ASTM D1321測得至少50的針入度值之蠟。在一更特定的實施例中，該調配物具有1,000厘泊至100,000,000厘泊之黏度。
在另一實施例中，提供一種電子組件。該電子組件包括散熱片、電子晶片、及位於該散熱片與電子晶片之間之可壓縮之熱介面材料，該可壓縮之熱介面材料包含：聚合物、導熱填充物、及具有如藉由ASTM D1321測得至少50的針入度值之蠟。在一個更特定的實施例中，該可壓縮之熱介面材料之第一表面與該電子晶片之表面接觸及該可壓縮之熱介面材料之第二表面與該散熱片接觸。在另一更特定的實施例中，該電子組件包括位於該散熱片與該電子晶片之間之熱散佈器，其中該可壓縮之熱介面材料之第一表面與該電子晶片之一表面接觸及該可壓縮之熱介面材料之第二表面與該熱散佈器接觸。在又一更特定的實施例中，該電子組件包括位於該散熱片與該電子晶片之間之熱散佈器，其中該可壓縮之熱介面材料之第一表面與該熱散佈器之一表面接觸及該可壓縮熱介面材料之第二表面與該散熱片接觸。
10‧‧‧熱介面材料
10'‧‧‧多層熱介面材料
10A‧‧‧第一熱介面材料
10B‧‧‧第二熱介面材料
12‧‧‧中心層
12'‧‧‧中心層
14‧‧‧第一表面層
16‧‧‧第二表面層
18‧‧‧間隙墊
20‧‧‧相變材料
22‧‧‧電磁干擾屏蔽片材
32‧‧‧散熱片
34‧‧‧電子晶片
36‧‧‧熱散佈器
藉由結合附圖參考以下本發明實施例之描述將可更明瞭本發明之上述及其他特徵及優點、及達成其等之方法且可更好地理解本發明本身，其中：圖1A示意性說明電子晶片、熱散佈器、散熱片、及第一及第二熱介面材料；圖1B示意性說明一位於電子晶片與散熱片之間之例示性熱介面材料；圖1C示意性說明一位於熱散佈器與散熱片之間之例示性熱介面材料；圖1D示意性說明一位於電子晶片與熱散佈器之間之例示性熱介面材料；圖2A示意性說明一例示性多層熱介面材料；圖2B示意性說明一包括EMI屏蔽之例示性多層熱介面材料；圖3係關於比較實例1及為顯示不同壓力下之可壓縮性之圖；圖4A係關於比較實例2及為顯示不同壓力下之可壓縮性之圖；圖4B係關於比較實例2及為顯示不同壓力下之熱阻抗之圖；圖5A係關於實例1為顯示不同壓力下之可壓縮性之圖；圖5B係關於實例1及為顯示不同壓力下之熱阻抗之圖；圖6A係關於實例2及為顯示不同壓力下之可壓縮性之圖；圖6B係關於實例2及為顯示不同壓力下之熱阻抗之圖；圖7A係關於實例3及為顯示不同壓力下之可壓縮性之圖；及圖7B係關於實例3及為顯示不同壓力下之熱阻抗之圖。
圖8A係關於實例2及為顯示該材料之回彈之圖。
圖8B為顯示Laird 360墊之回彈之圖。
在若干視圖中，相應參考符號指示相應零件。本文所述之示例 說明本發明之例示性實施例及該等示例不應視為以任何方式限制本發明之範疇。
本發明係關於用於轉移熱離開電子組件之熱介面材料。
圖1A示意性說明電子晶片34、熱散佈器36、及散熱片32，其中第一熱介面材料(TIM)10A與散熱片32及熱散佈器36連接及第二熱介面材料10B與熱散佈器36及電子晶片34連接。熱介面材料10A、10B中之一者或二者可為如下文所述之可壓縮之熱介面材料。圖1B說明作為熱介面層之例示性熱介面材料10，指定為TIM 1.5，定位於電子晶片34與散熱片32之間，使得TIM 10之第一表面與電子晶片34之一表面接觸及TIM 10之第二表面與散熱片32之一表面接觸。圖1C說明作為熱介面材料之例示性熱介面材料10，指定為TIM 2，定位於熱散佈器36與散熱片32之間，使得TIM 10之第一表面與熱散佈器36之一表面接觸及TIM 10之第二表面與散熱片32之一表面接觸。圖1D說明作為熱介面材料之例示性熱介面材料10，指定為TIM 1，定位於電子晶片34與熱散佈器36之間，使得TIM 10之第一表面與電子晶片34之一表面接觸及TIM 10之第二表面與熱散佈器36之一表面接觸。
雖然TIM 10在圖1中繪示為單一連續層，然而在其他實施例中，TIM 10可由多於一個層組成(參見圖2A)，其中各層可由相同或不同材料組成。
在一些例示性實施例中，TIM 10進一步包括熱片材。在一些例示性實施例中，TIM 10進一步包括介電層。在一些例示性實施例中，TIM 10進一步包括熱箔片。
在一些例示性實施例中，熱介面材料10係用於智慧型手機、平板電腦、膝上型電腦、桌上型電腦、遊戲主控臺、伺服器、電信基地台、無線路由器或其他組件、發光二極體(LED)、功率模組、自動電 子裝置、或絕緣閘雙極電晶體(IGBT)中。
A.可壓縮之熱介面材料
在一個例示性實施例中，TIM 10為可壓縮之熱介面材料。在一些例示性實施例中，可壓縮之TIM 10包含一或多種聚合物、一或多種相變材料、一或多種導熱填充物、及視需要選用之添加劑。在一些例示性實施例中，TIM 10包含一或多種含有一或多種導熱填充物之彈性體。
a.導熱填充物
在一些例示性實施例中，該TIM 10包含一或多種導熱填充物。例示性導熱填充物包括金屬、合金、非金屬、金屬氧化物及陶瓷、及其組合。例示性金屬包括(但不限於)鋁、銅、銀、鋅、鎳、錫、銦、及鉛。例示性非金屬包括(但不限於)碳、石墨、碳奈米管、碳纖維、石墨烯、及氮化矽。例示性金屬氧化物及陶瓷包括(但不限於)氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、氧化鋅、及氧化錫。
該TIM 10可包含基於TIM 10之總重量計少至10重量%、20重量%、25重量%、50重量%，多至75重量%、80重量%、85重量%、90重量%、95重量%、或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍內的量之一或多種導熱填充物。
b.聚合物基質
在一些例示性實施例中，該TIM 10進一步包含聚合物，諸如彈性體。例示性聚合物包括聚矽氧彈性體、聚矽氧橡膠、乙烯共聚物(諸如乙烯-丙烯橡膠(EPR)、乙烯-丙烯二烯單體橡膠(EPDM)、聚乙烯-丁烯、及聚乙烯-丁烯-苯乙烯)、聚烷二烯(諸如聚丁二烯)、及氫化聚合物，諸如氫化聚烷二烯單醇(包括氫化聚丁二烯單醇、氫化聚丙二烯單醇、及氫化聚戊二烯單醇)、及氫化聚烷二烯二醇(包括氫化聚丁二烯二醇、氫化聚丙二烯二醇、及氫化聚戊二烯二醇)。
在一些例示性實施例中，該TIM 10包含一或多種聚矽氧凝膠。在一些實施例中，該TIM 10可包含基於中心層12之總重量計少至0.1重量%、0.5重量%、1重量%、1.5重量%、2重量%，多至5重量%、10重量%、15重量%、或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍內的量之一或多種聚矽氧凝膠。
c.相變材料
在一些例示性實施例中，該TIM 10包含一或多種相變材料。相變材料為具有在或低於電子裝置意欲使用TIM 10之部分之操作溫度的熔點或熔點範圍之材料。一例示性相變材料為蠟。其他例示性相變材料包括低熔點合金，諸如伍德金屬(Wood's metal)、菲爾德金屬(Field's metal)、或具有介於約20℃與90℃之間之熔點之金屬或合金。
在一些實施例中，該相變材料具有低至20℃、30℃、40℃、45℃、50℃，高至60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍內之相變溫度。在一些更特定的實施例中，該相變材料具有低至30℃、40℃、45℃，高至50℃、60℃、70℃、或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍內之相變溫度。
蠟之硬度可由針入度值，諸如根據ASTM D1321在25℃下測得之針入度值來表徵，ASTM D1321之揭示內容係以其全文引用之方式併入本文中。
在一些例示性實施例中，該TIM 10包含一或多種具有低至40、50、60，高至70、80、90、100、或更大、或在由任何兩個上述值界定之任何範圍內的ASTM D1321針入度值之蠟。在一些例示性實施例中，該TIM 10包含一或多種具有至少50的ASTM D1321針入度值之蠟。在一些例示性實施例中，該TIM 10包含一或多種具有至少60的ASTM D1321針入度值之蠟。在一些例示性實施例中，該TIM 10包含 一或多種具有至少70的ASTM D1321針入度值之蠟。
具有大於70的ASTM D1321針入度值之例示性蠟包括AC-1702(聚乙烯蠟)、AC-430(乙烯-乙酸乙烯酯之共聚物蠟)、及AC-6702(氧化聚乙烯蠟)，各者均可自Honeywell International Inc.獲得。
在一些例示性實施例中，中心層12包含至少兩種蠟，其中該第一蠟比第二蠟更硬。在一些例示性實施例中，較軟蠟基於該等蠟之總重量之重量比係低至10%、25%、50%，高至75%、95%、99%、或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍內。
在一些例示性實施例中，該第一蠟具有小於70的ASTM D1321針入度值及該第二蠟具有至少70或更大的ASTM D1321針入度值。在一些例示性實施例中，該第一蠟及第二蠟中至少一者包括經聚四氟乙烯摻合之聚乙烯蠟。一例示性聚四氟乙烯-聚乙烯蠟混合物為可自Nanjing Tianshi New Material Technologies獲得之PEW-0602F蠟。
一具有小於70的ASTM D1321針入度值之例示性蠟包括可自The International Group,Inc.獲得之TAC蠟、及可自Hangzhou Ruhr Tech.獲得之RT44HC。
d.添加劑
在一些例示性實施例中，該TIM 10包含一或多種添加劑。例示性添加劑包括抗氧化劑、交聯劑、及偶聯劑，包括鈦酸鹽偶聯劑。在一些例示性實施例中，該TIM 10可包含基於中心層之總重量計低至0.1重量%、0.5重量%、1重量%，高至1.5重量%、2重量%、5重量%、10重量%、或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍內的量之一或多種添加劑。
B.多層熱介面材料
在一些實施例中，TIM為多層熱介面材料(「TIM」)10'。首先參照圖2A，說明例示性多層10'。多層TIM 10'包括中心層12、第一表面 層14、及第二表面層16。
雖然某些組件在下文例示為中心層12、第一表面層14、及/或第二表面層16之一部分，然而在一些實施例中，各組件可存在於中心層12、第一表面層14、及第二表面層16之任何一者中。
1.中心層
如圖2A所說明，中心層12係位於第一表面層14與第二表面層16之間。在一些實施例中，中心層12直接與第一表面層14及第二表面層16接觸。雖然中心層12在圖2A中圖示為單一連續層，然而在其他實施例中，中心層12'可由多於一個層組成，其中各層可由相同或不同材料組成(參見圖2B)。
在一些例示性實施例中，中心層12具有與如上所述TIM 10之組成相似的組成。在一些例示性實施例中，中心層12包含一或多種聚合物、一或多種相變材料、一或多種導熱填充物、及視需要選用之添加劑，如上文相對於TIM 10所述。在一些例示性實施例中，中心層12包含一或多種包含一或多種導熱填充物之彈性體。在一些例示性實施例中，中心層12包含可壓縮之材料。在一些實施例中，當在經受40psi之壓力時，中心層12具有小至至少5%、至少10%、至少15%、至少20%、至少30%，及高至至少40%、至少50%、至少60%、至少70%、至少80%、或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍內之可壓縮性。在一些例示性實施例中，該中心層在壓力釋放後恢復為其初始厚度。在其他例示性實施例中，該中心層在壓力釋放後並未恢復到其初始厚度。
接著參照圖2B，在一些例示性實施例中，中心層12'包括間隙墊18、相變材料20、及電磁干擾屏蔽片材22。用於電磁屏蔽之典型材料包括金屬片、金屬篩網、金屬發泡體、及包含奈米-或次微米尺寸金屬粒子(諸如銅或鎳)之塗層。在一些例示性實施例中，中心層12進一 步包括熱片材。在一些例示性實施例中，中心層12進一步包括介電層。在一些例示性實施例中，中心層12進一步包括熱箔片。
a.導熱填充物
在一些例示性實施例中，中心層12包含一或多種導熱填充物。在一些例示性實施例中，中心層12中導熱填充物之重量百分比小於或等於第一表面層14或第二表面層16中任何一者中導熱填充物之重量百分比。在一些例示性實施例中，中心層12具有小於或等於第一及第二表面層二者之熱導率的熱導率。中心層12可包含基於中心層12之總重量計低至10重量%、20重量%、25重量%、50重量%，高至75重量%、80重量%、85重量%、90重量%、95重量%、或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍內的量之一或多種導熱填充物。
b.聚合物基質
在一些例示性實施例中，中心層12進一步包含聚合物，諸如彈性體。在一些例示性實施例中，中心層包含一或多種聚矽氧凝膠。在一些實施例中，中心層12可包含基於中心層12之總重量計低至0.1重量%、0.5重量%、1重量%、1.5重量%、2重量%，高至5重量%、10重量%、15重量%、或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍內的量之一或多種聚矽氧凝膠。
c.相變材料
在一些例示性實施例中，中心層12包含一或多種相變材料。在一些例示性實施例中，中心層12包含一或多種具有小至40、50、60，大至70、80、90、100、或更大、或在由任何兩個上述值界定之任何範圍內的ASTM D1321針入度值之蠟。在一些例示性實施例中，中心層12包含一或多種具有至少50的ASTM D1321針入度值之蠟。在一些例示性實施例中，中心層12包含一或多種具有至少60的STM D1321針入度值之蠟。在一些例示性實施例中，中心層12包含一或多種具有至 少70的TM D1321針入度值之蠟。
d.添加劑
在一些例示性實施例中，中心層12包含一或多種添加劑。在一些例示性實施例中，中心層12可包含基於中心層之總重量計低至0.1重量%、0.5重量%、1重量%，高至1.5重量%、2重量%、5重量%、10重量%、或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍內的量之一或多種添加劑。
2.表面層
在一些例示性實施例中，第一表面層14由與第二表面層16相同的材料組成。在其他例示性實施例中，第一表面層14由不同於第二表面層16之材料組成。可用作第一表面層14及/或第二表面層16之例示性材料揭示於以下專利案及申請案中，其揭示內容係以其全文引用方式併入本文中：U.S.6,451,422；U.S.6,605,238；U.S.6,673,434；U.S.7,867,609；U.S.6,797,382；U.S.6,908,669；U.S.7,244,491；U.S.2007/0051773；U.S.2011/0308782；及U.S.2011/0038124。
可形成第一表面層14及/或第二表面層16之例示性材料包括可自Honeywell International Inc.獲得的PCM、LTM、及/或PTM系列材料。一例示性PCM材料為PCM45F，其為包含聚合物、相變材料、及導熱填充物之實質上不可壓縮之材料。另一例示性PCM材料為PCM45F-SP，其為包含聚合物、相變材料、及導熱填充物之PCM45F之可絲網版印刷之變化形式。一例示性PTM材料為PMT3180，其為包含聚合物、相變材料、及導熱填充物之實質上不可壓縮之材料。另一例示性材料為TS27，其為包含聚合物、硬蠟及軟蠟及導熱填充物之可壓縮之熱介面材料。另一例示性材料為TC5026，其為包含導熱填充物之熱油脂，可自Dow Corning，密西根州密德蘭縣獲得。
在一些例示性實施例中，第一及第二表面層14、16各者係硬質 或實質上不可壓縮。在一些例示性實施例中，第一及第二表面層14、16各者在經受40psi之壓力時具有小於中心層12之可壓縮性之可壓縮性。在一些實施例中，當在經受40psi之壓力時，第一及第二表面層14、16各者具有小至0%、1%、2%，高至3%、5%、或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍內之可壓縮性。在一些實施例中，當在經受40psi之壓力時，第一及第二表面層14、16各者具有5%或更小之可壓縮性。在其他例示性實施例中，第一及第二表面層14、16各者係可壓縮的。在一些實施例中，當在經受40psi之壓力時，第一及第二表面層14、16各者具有小至5%、10%、20%、25%，大至50%、75%、80%或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍內之可壓縮性。
在一些例示性實施例中，第一及第二表面層14、16各者具有小至30、40、50，高至60、70、80、或更大、或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍內之依照ASTM D2240(其揭示內容以其全文引用方式併入本文中)之蕭氏A硬度。在一些例示性實施例中，第一及第二表面層14、16各者獨立地小於中心層12之厚度。在一些例示性實施例中，第一及第二表面層14、16各者具有小至0.05mm、0.1mm、0.25mm、0.5mm，大至1mm、2mm、5mm、或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍內之厚度。在一些例示性實施例中，第一及第二表面層14、16各者具有小於5mm之厚度、小於1mm之厚度、小於0.5mm之厚度、小於0.25mm之厚度、或小於0.1mm之厚度。
在一些例示性實施例中，第一及第二表面層14、16各者包含一或多種導熱填充物、聚合物基質、至少一種蠟、及視需要選用之添加劑。
a.導熱填充物
在一些實施例中，各表面層14、16包含一或多種導熱填充物。 各表面層14、16可獨立地包含基於各表面層14、16之總重量計少至70重量%、75重量%、80重量%、85重量%，高至90重量%、95重量%、99重量%、或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍內的量之一或多種導熱填充物。在一更特定的實施例中，第一表面層14及第二表面層16各者中之導熱填充物之重量百分比獨立地為各表面層14、16之總重量之85重量%至99重量%。
b.聚合物基質
在一些例示性實施例中，各表面層14、16進一步包含聚合物。在一些例示性實施例中，該聚合物為聚乙烯-丁烯單醇。各表面層14、16可獨立地包含基於各表面層14、16之總重量計少至0.1重量%、0.5重量%、1重量%、5重量%，高至8重量%、10重量%、20重量%、或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍內的量之一或多種聚合物。
c.相變材料
在一些實施例中，各表面層14、16獨立地包含一或多種相變材料，諸如蠟。在一些例示性實施例中，各表面層14、16可包含基於第一表面層14或第二表面層16之總重量計少至0.1重量%、0.5重量%、1重量%，高至2重量%、3重量%、5重量%、10重量%、或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍內的量之一或多種相變材料。在一些實施例中，各表面層14、16包含基於第一表面層14或第二表面層16之總重量計少至0.1重量%、0.5重量%、1重量%，高至2重量%、3重量%、5重量%、或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍內的量之具有不小於70之針入度值之軟蠟及聚矽氧凝膠的總軟化劑含量。
d.添加劑
在一些例示性實施例中，第一表面層14及第二表面層16獨立地包含一或多種添加劑。在一些例示性實施例中，中心層12可包含基於 第一表面層14或第二表面層16之總重量計少至0.1重量%、0.5重量%、1重量%，高至1.5重量%、2重量%、5重量%、10重量%、或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍內的量之一或多種添加劑。
B.形成可壓縮之熱介面材料之方法
在一些實施例中，TIM 10係由包含一或多種聚合物、一或多種相變材料、一或多種導熱填充物、一或多種溶劑、及視需要選用之一或多種添加劑之可分配調配物形成。可分配材料通常為基於糊膏之材料。在一典型實施例中，可分配材料具有使得當在施加適宜之壓力或力給該材料時，該材料之一部分從容器透過相對狹窄孔(分配頭)推送出來之黏度。在一些例示性實施例中，該等TIM材料係填充於針筒中，及經填充之TIM可自針筒頭或針推送出來，推送至熱散佈器、晶片、及/或散熱片之表面上。在一些實施例中，在期望的壓力下，TIM以客製化圖案分配至表面上。典型可分配參數可包括(但不限於)擠壓力、分配頭尺寸、分配速度、及平均圖案厚度。
例示性溶劑述於美國專利申請公開案2007/0517733中，該案之揭示內容在此以其全文引用之方式併入本文中。適宜之溶劑包括在期望的溫度，諸如臨界溫度下會揮發、或可有利於任何上述設計目標或需要、且可與相變材料相容之有機或無機溶劑之純溶劑或混合物，此乃因其等將與相變材料相互作用以達成前述目標。在一些實施例中，溶劑、溶劑混合物或其組合將使相變材料溶劑化使得其可藉由印刷技術來施覆。在一些例示性實施例中，溶劑或兩種或更多種溶劑之混合物係選自溶劑之烴家族。烴溶劑包含碳及氫。大多數烴溶劑係非極性；然而，有被視為極性之幾種烴溶劑。
烴溶劑一般被歸類為三個類別：脂族、環狀及芳族。脂族烴溶劑包括直鏈化合物及為分支鏈及可能交聯之化合物二者，然而，脂族烴溶劑通常不被視作環狀。環狀烴溶劑為其等具有類似於脂族烴溶劑 之性質的包含至少三個在環結構中定向的碳原子之溶劑。芳族烴溶劑為其等一般包含三個或更多個不飽和鍵之溶劑，其以單環或多個經共同鍵附接之環及/或多個稠合在一起的環。在一些例示性實施例中，溶劑或兩種或更多種溶劑之混合物係選自不被視作化合物之烴溶劑家族之部分的溶劑，諸如酮、醇、酯、醚及胺。又於所涵蓋的其他實施例中，溶劑或溶劑混合物可包括本文所述任何溶劑之組合。
例示性烴溶劑包括甲苯、二甲苯、對二甲苯、間二甲苯、均三甲苯、溶劑石腦油H、溶劑石腦油A、Isopar H及其他鏈烷烴油及異鏈烷烴流體、烷烴(諸如戊烷、己烷、異己烷、庚烷、壬烷、辛烷、十二烷、2-甲基丁烷、十六烷、十三烷、十五烷、環戊烷、2,2,4-三甲基戊烷、石油醚)、鹵化烴(諸如氯化烴)、硝化烴、苯、1,2-二甲基苯、1,2,4-三甲基苯、礦物油精、煤油、異丁苯、甲基萘、乙基甲苯、石油英(ligroine)。例示性酮溶劑包括丙酮、二乙酮、甲基乙基酮及類似。
在一例示性實施例中，該溶劑包括一或多種選自以下之溶劑：戊烷、己烷、庚烷、環己烷、鏈烷烴油、異鏈烷烴流體、苯、甲苯、二甲苯及其混合物或組合。例示性異鏈烷烴流體包括可自Exxon Mobile Chemical獲得之Isopar H、Isopar L、及Isopar M。在一些例示性實施例中，調配物可包含基於調配物之總重量計少至0.1重量%、0.5重量%、1重量%，高至5重量%、10重量%、20重量%、25重量%或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍內的量之一或多種溶劑。
在一些例示性實施例中，當在室溫下依照DIN 53018(其揭示內容以其全文引用之方式併入本文中)使用黏度計測試之情況下，調配物具有小至500厘泊、1,000厘泊、5,000厘泊、10,000厘泊，大至150,000厘泊、1,000,000厘泊、100,000,000厘泊、或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍內之黏度。
在一些例示性實施例中，提供一種形成TIM 10之方法。在一些例示性實施例中，形成TIM 10包括諸如烘焙及乾燥該TIM 10之製程。
在一些例示性實施例中，烘焙該TIM 10包括在低至25℃、50℃、75℃、80℃，高至100℃、125℃、150℃、170℃、或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍內之溫度下烘焙。在一些例示性實施例中，烘焙TIM 10達短至0.5分鐘、1分鐘、30分鐘、1小時、2小時，長至8小時、12小時、24小時、36小時、48小時、或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍。
C.熱介面材料性質
在一例示性實施例中，TIM 10為可壓縮之熱介面材料。可壓縮性係藉由施加預定壓力至材料及測定材料厚度改變來測得。可壓縮性通常係以最初厚度之百分比來報告。
在一些例示性實施例中，TIM 10係可壓縮同時維持良好熱性質。在一些例示性實施例中，可壓縮之TIM 10之使用使得增進與電子組件及熱消散組件諸如電子組件30或散熱片32的接觸(參見圖1A至1D)。在一些例示性實施例中，可壓縮之TIM 10之使用藉由在電子組件與熱消散組件諸如電子組件30或散熱片32之表面之間提供更好接觸，而提供熱接觸電阻之減小(參見圖1A至1D)。在一些例示性實施例中，可壓縮之TIM 10之使用容許較大地改變電子組件及熱消散組件諸如電子組件30或散熱片32之耐受性或平坦度(圖1A至1D)。在一些例示性實施例中，可壓縮之TIM 10之使用容許優異的熱轉移性能，即使在由於溫度之提高所致組件變形或彎曲後。
在一例示性實施例中，可壓縮性係藉由將1.3cm×1.3cm樣品定位介於兩個1.3cm×1.3cm銅板之間來測得。樣品之初始厚度係藉由自銅-樣品-銅複合物之初始厚度減去銅板之厚度測得。銅-樣品-銅複合 物經受預定壓力持續2分鐘。在2分鐘後，再次量測銅-樣品-銅複合物之厚度。樣品之經壓縮厚度係藉由自銅-樣品-銅複合物之經壓縮厚度減去銅板之厚度測得。樣品之可壓縮性係計算為(初始樣品厚度-經壓縮樣品厚度)/初始樣品厚度*100%。
在一些實施例中，當在經受40psi之壓力時，TIM 10具有少至至少5%、至少10%、至少15%、至少20%、至少30%，及大至至少40%、至少50%、至少60%、至少70%、至少80%、或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍內之可壓縮性。在一些例示性實施例中，TIM在壓力釋放後恢復至其最初厚度。在其他例示性實施例中，TIM在壓力釋放後並不恢復至其初始厚度。
可使用回彈率來測定TIM 10恢復至其初始厚度的程度。在一例示性實施例中，回彈率係藉由施加預定壓力(諸如2psi)至樣品持續第一預定時間段(諸如10分鐘)來測得。在第一預定時間段後，釋放壓力，及使樣品靜置持續第二預定時間段，諸如20分鐘。回彈率係藉由下式來確定：(在第二時段後之樣品厚度-在第一時段後之樣品厚度)/(初始樣品厚度-在第一時段後之樣品厚度)*100%。
在一些實施例中，期望低回彈率。在一些實施例中，TIM 10具有小於50%、小於40%、小於30%、小於25%、小於20%、小於10%、小於5%、或0、或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍內之回彈率。
在一些例示性實施例中，TIM 10具有小至0.05℃ cm2/W、0.1℃ cm2/W、0.5℃ cm2/W、0.75℃ cm2/W，大至1℃ cm2/W、1.5℃cm2/W、2℃ cm2/W、2.5℃ cm2/W、或在介於任何兩個上述值之間界定之任何範圍內之熱阻抗。
在一些例示性實施例中，TIM 10在130℃之溫度及85%之相對濕 度下調節96小時後具有比在該調節前TIM 10之熱阻抗大不超出20%、不超出10%、不超出5%、或不大於在該調節之前的TIM 10之熱阻抗的熱阻抗。
在一些例示性實施例中，TIM 10在150℃之溫度下調節200小時後具有比在該調節之前的TIM 10之熱阻抗大不超出20%、不超出10%、不超出5%、或不大於在該調節之前的TIM 10之熱阻抗的熱阻抗。
實例
A.可壓縮之熱介面材料
on L-1203為可自Kurary Co.,Ltd.獲得之氫化聚丁二烯聚合物。TAC蠟可自International Group,Inc.獲得。AC-1702為可自Honeywell International Inc.獲得之聚乙烯蠟。PEW-0602F蠟為可自Nanjing Tianshi New Material Technologies獲得之聚四氟乙烯-聚乙烯蠟混合物。LICA 38為可自Kenrich Petrochemical獲得之偶聯劑添加劑。TTS為可自Kenrich Petrochemical獲得之偶聯劑添加劑。Irganox 1076為可自BASF獲得之抗氧化劑添加劑。Cymel 1156為可自CYTEC獲得之交 聯劑添加劑。導熱填充物為具有介於約0.1微米與50微米之間之粒徑之鋁粒子。
1.比較實例1：
將表1中所列量之相變材料(AC 1702)、聚合物(Kraton L-1203)、添加劑(Irganox 1076、Cymel 1156、及TTS)、及導熱填充物(鋁粉)添加至反應器。在100℃下攪拌該混合物直至形成均勻分散液。
在100℃下將比較實例1塗佈於兩層聚對苯二甲酸乙二酯(PET)膜之間。比較實例1之可壓縮性呈現於圖3中。
2.比較實例2
將表1中所列量之聚合物(Kraton L-1203)、添加劑(Irganox 1076及LICA 38)、及導熱填充物(鋁粉)添加至反應器。在150℃下攪拌該混合物直至形成均勻分散液。
在80℃下將比較實例2塗佈於兩層聚對苯二甲酸乙二酯(PET)膜之間。比較實例2之可壓縮性呈現於圖4A中。比較實例2之熱阻抗呈現於圖4B中。
比較實例2之熱導率經測定為3.64W/m-K。
使用高度加速應力測試(HAST測試)，來測試比較實例2，其中在由ESPEC提供的環境室中將樣品在130℃之溫度及85%之相對濕度下調節96小時。在樣品調節之前或之後測定樣品之熱阻抗。熱阻抗增加小於20%指示通過HAST之結果，而增加20%或更多指示未通過HAST之結果。
亦使用烘焙測試來測試比較實例2，其中在由ESPEC提供的環境室中將樣品在150℃之溫度下調節200小時。在樣品調節之前或之後測定樣品之熱阻抗。熱阻抗增加小於20%指示通過烘焙測試之結果，而增加20%或更大指示未通過烘焙測試之結果。
比較實例2通過HAST測試而未通過烘焙測試。
3.實例1
將表1中所列量之相變材料(TAC蠟、PEW-0602F)、聚合物(Kraton L-1203)、添加劑(Irganox 1076、及LICA 38)、及導熱填充物(鋁粉)添加至反應器。在150℃下攪拌該混合物直至形成均勻分散液。
在80℃下塗佈實例1於兩層聚對苯二甲酸乙二酯(PET)膜之間。實例1之可壓縮性呈現於圖5A中。實例1之熱阻抗呈現於圖5B中。
實例1之熱導率經測定為4.41W/m-K。實例1通過HAST測試。
4.實例2
將表1中所列量之相變材料(TAC蠟、AC 1702、PEW-0602F)、聚合物(Kraton L-1203)、添加劑(Irganox 1076、Cymel 1156、LICA 38、及TTS)、及導熱填充物(鋁粉)添加至反應器。在100℃下攪拌該混合物直至形成均勻分散液。
在100℃下將實例2塗佈於兩層聚對苯二甲酸乙二酯(PET)膜之間。實例2之可壓縮性呈現於圖6A中。實例2之熱阻抗呈現於圖6B中。
實例2之熱導率經測定為2.94W/m-K。實例2未通過HAST測試及烘焙測試。
6.實例3
將表1中所列量之相變材料(TAC蠟、AC 1702、PEW-0602F)、聚合物(Kraton L-1203)、添加劑(Irganox 1076、Cymel 1156、LICA 38、及TTS)、及導熱填充物(鋁粉)添加至反應器。在150℃下攪拌該混合物直至形成均勻分散液。
在100℃下將實例3塗佈於兩層聚對苯二甲酸乙二酯(PET)膜之間。實例3之可壓縮性呈現於圖7A中。實例3之熱阻抗呈現於圖7B中。
實例3之熱導率經測定為2.72W/m-K。實例2通過HAST測試而未通過烘焙測試。
7.回彈測試
實例2、可自Bergquist Company，美國明尼蘇達州闡哈森市獲得之GP3000S30油灰墊(putty pad)、及可自Laird Technologies,Laird PLC，英國英格蘭倫敦獲得之TFLEX 360間隙墊之樣品各自在2psi下進行壓縮。在10分鐘後，可壓縮性係測定為初始厚度之百分比，及釋放應變。在20分鐘後，回彈係測定為初始高度之百分比。藉由使回彈%除以可壓縮性%來確定回彈率。實例2之測試結果顯示於圖8A中，及Laird墊之測試結果顯示於圖8B中且均概述於下表2中。
B.聚矽氧凝膠
將可自Honeywell International Inc.獲得之PTM3180(200g塊體)置於具有100℃之油溫度之Ross混合物中持續約30分鐘。在塊體PTM3180完全溶化之後，將由Momentive提供的3g TSE3051ST聚矽氧凝膠添加至該混合器。將PTM3180及聚矽氧凝膠以20rpm混合30分鐘。
將包含聚矽氧凝膠材料之PTM 3180之可壓縮性及熱阻抗與PTM 3180之可壓縮性及熱阻抗進行比較。結果呈現於表3中：
包含凝膠之複合物在40psi下之可壓縮性為約33%，相較之PTM3180材料為幾近0%。依照ASTMD5470測試該聚矽氧凝膠複合物之熱導率及熱阻抗及發現熱導率為3.16W/mK，及發現熱阻抗為0.089℃ cm2/W。如表4所顯示，該聚矽氧凝膠複合物材料亦通過HAST測試。
C.多層熱介面材料
1.比較實例
在70℃下，使用來自Longwin 9091IR之熱阻抗測試儀，遵循ASTM D5470(其揭示內容以其全文引用之方式併入本文中)來測定可自Laird Technolgoes,Laird PLC，英國英格蘭倫敦獲得之1mm厚TFLEX 640間隙墊、及亦可自Laird Technologies獲得之1.5mm厚TFLEX 380間隙墊之熱阻抗。
各墊之熱阻抗提供於表5中。
2.PCM45F表面層
選擇間隙墊TFLEX 640為中心層TIM之基質，且切割為25×25mm之尺寸。將可自Honeywell International Inc.，新澤西州莫里斯城(Morristown NJ)獲得之PCM45F之25×25mm片施覆至TFLEX 640墊之頂側及底側各者。使用熱阻抗測試儀遵循ASTM D5470來測定多層 TIM之熱阻抗。
選擇間隙墊TFLEX 380為中心層TIM之基質，且切割為25×25mm之尺寸。將可自Honeywell International Inc.，新澤西州莫里斯城獲得之PCM45F之25×25mm片施覆至TFLEX 380墊之頂側及底側各者。使用熱阻抗測試儀遵循ASTM D5470來測定多層TIM之熱阻抗。
各複合TIM之熱阻抗提供於表5中。
3.PCM45F-SP表面層
選擇間隙墊TFLEX 640為中心層TIM之基質，且切割為25×25mm之尺寸。將可自Honeywell International Inc.，新澤西州莫里斯城獲得之PCM45-SP印刷至TFLEX 640墊之頂側及底側各者，接著出於溶劑乾燥而使其在80℃下烘焙30分鐘。使用熱阻抗測試儀遵循ASTM D5470來測定多層TIM之熱阻抗。
該複合TIM之熱阻抗提供於表5中。
4.熱油脂表面層
選擇間隙墊TFLEX640為中心TIM之基質，且切割為25×25mm之尺寸。將可自Dow Corning，密歇根州密德蘭縣獲得之熱油脂TC5026印刷於TFLEX 640墊之頂側及底側各者。使用熱阻抗測試儀遵循ASTM D5470來測定多層TIM之熱阻抗。
該複合TIM之熱阻抗提供於表5中。
5.具有凝膠表面層之PTM3180
選擇間隙墊TFLEX 640為中心層TIM之基質，且切割為25×25mm尺寸。將可自Honeywell International Inc.，新澤西州莫里斯城獲得之具有凝膠之PTM3180之25×25mm片施覆至TFLEX 640墊之頂側及底側各者。使用熱阻抗測試儀遵循ASTM D5470來測定多層TIM之熱阻抗。
該複合TIM之熱阻抗提供於表5中。
6.PCM45F及PTM3180表面層
選擇間隙墊TFLEX 640為中心層TIM之基質，且切割為25×25mm之尺寸。將可自Honeywell International Inc.，新澤西州莫里斯城獲得之PCM45F之25×25mm片施覆至TFLEX 640墊之一側。將可自Honeywell International Inc.，新澤西州莫里斯城獲得之PTM3180之25×25mm片施覆至TFLEX 640墊之相對側。使用熱阻抗測試儀遵循ASTM D5470來測定多層TIM之熱阻抗。
該複合TIM之熱阻抗提供於表5中。
7.TS27表面層
選擇間隙墊TFLEX 640為中心層TIM之基質，且切割為25×25mm之尺寸。將包含聚合物、硬蠟及軟蠟及導熱填充物之可壓縮之熱介面材料TS27之25×25mm片施覆至TFLEX 640墊之頂側及底側各者。使用熱阻抗測試儀遵循ASTM D5470來測定多層TIM之熱阻抗。
該複合TIM之熱阻抗提供於表5中。
雖然已描述本發明為具有例示性設計，但是本發明可在本揭示案之精神及範疇內進行進一步修改。本申請案因此意欲涵蓋本發明利用其一般原理之任何變化、用途、或改造。此外，本申請案意欲涵蓋 作為在本發明所屬技藝中之習知或常用實務且落在隨附申請專利範圍限制內之本揭示案之此等偏差。

Claims (10)

  1. 一種可壓縮之熱介面材料，其包含：至少一種聚合物；至少一種導熱填充物，其存在量為75重量%至95重量%，基於可壓縮熱介面材料之總重量；及至少一種相變材料，其中該至少一種相變材料包括具有藉由ASTM D1321在25℃下測得至少50之針入度值之蠟。
  2. 如請求項1之可壓縮之熱介面材料，其中該可壓縮之熱介面材料具有在40psi之外加接觸壓力下至少5%之可壓縮性。
  3. 如請求項1之可壓縮之熱介面材料，其中該可壓縮之熱介面材料具有50%或更小之回彈率。
  4. 如請求項1之可壓縮之熱介面材料，其中該至少一種相變材料包括第二蠟，該第二蠟具有藉由ASTM D1321測得小於50之針入度值。
  5. 如請求項1之可壓縮之熱介面材料，其中該至少一種相變材料包括選自由以下組成之群之蠟：聚乙烯蠟、乙烯-乙酸乙烯酯之共聚物蠟、及氧化聚乙烯蠟。
  6. 如請求項1之可壓縮之熱介面材料，其中該至少一種導熱填充物包括選自由金屬、合金、非金屬、金屬氧化物、及其組合組成之群之填充物。
  7. 如請求項1之可壓縮之熱介面材料，其進一步包含至少一種偶聯劑、至少一種抗氧化劑、及至少一種交聯劑。
  8. 如請求項1之可壓縮之熱介面材料，其進一步包括：中間層，其包含該至少一種聚合物、該至少一種導熱填充物、及具有藉由ASTM D1321在25℃下測得至少50之針入度值之該蠟；第一表面層，其包含至少一種相變材料及至少一種導熱填充物，該第一表面層與該中間層之第一表面接觸；及第二表面層，其包含至少一種相變材料及至少一種導熱填充物，該第二表面層與該中間層之第二表面接觸。
  9. 一種用於形成可壓縮之熱介面材料之調配物，其包含：至少一種溶劑；至少一種聚合物；至少一種導熱填充物，其存在量為75重量%至95重量%，基於可壓縮熱介面材料之總重量；及至少一種相變材料，其中該至少一種相變材料包括具有藉由ASTM D1321在25℃下測得至少50之針入度值之蠟。
  10. 一種電子組件，其包括：散熱片；電子晶片；位於該散熱片與該電子晶片之間之可壓縮之熱介面材料，該可壓縮之熱介面材料包含：至少一種聚合物、至少一種導熱填充物，其存在量為75重量%至95重量%，基於可壓縮熱介面材料之總重量，及至少一種具有藉由ASTM D1321在25℃下測得至少50之針入度值之蠟。
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