專利名稱：導(dǎo)熱性泡沫界面材料的制作方法
背景集成電路、有源和無(wú)源元件、光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等在使用條件下產(chǎn)生熱量，這些熱量必須散遺以能夠連續(xù)使用發(fā)熱元件。這些發(fā)熱元件通常連接有翅片金屬塊形式散熱器和包含熱管的熱量擴(kuò)散器，以導(dǎo)走余熱并輻射到環(huán)境中?？捎糜谔峁┌l(fā)熱元件和散熱器/熱擴(kuò)散器之間熱橋的材料是已知的。許多這些材料基于凝膠物質(zhì)、液體至固相變化化合物、潤(rùn)脂油、或必須機(jī)械夾持在發(fā)熱元件和散熱器/熱擴(kuò)散器之間的襯墊。
新近，已經(jīng)引入復(fù)合粘合劑的導(dǎo)熱材料。這些導(dǎo)熱粘合劑材料通常在發(fā)熱元件和散熱器/熱擴(kuò)散器之間形成粘合連接，使得不需要機(jī)械夾持。導(dǎo)熱粘合劑中已經(jīng)使用熱活化(熱熔性)粘合劑和壓敏粘合劑。在所有情況下，這些熱界面材料需要熱增強(qiáng)(與未填充或稍微填充的聚合物組合物相比)，在高溫(發(fā)熱元件通常在50℃或更高溫度下運(yùn)轉(zhuǎn))是尺寸穩(wěn)定的，并且柔性和順應(yīng)性足夠在基材之間提供良好的接觸(潤(rùn)濕)。通常，這類導(dǎo)熱性粘合劑具有與柔軟性/順應(yīng)性折衷的導(dǎo)熱性，反之亦然。
復(fù)合聚合物泡沫芯的制品特征在于泡沫聚合物的密度低于預(yù)發(fā)泡聚合基體的密度。可通過(guò)多種已知方法獲得低密度泡沫，例如用化學(xué)發(fā)泡劑發(fā)泡、或通過(guò)在基體中分布微球，其中微球通常由玻璃或某些聚合材料制備而成，而前者對(duì)泡沫的柔軟性/順應(yīng)性是有害的。
已使用泡沫來(lái)連接兩種堅(jiān)硬的基體、或具有不平坦或粗糙表面的基體。但是，泡沫迄今為止還未用作熱界面材料。據(jù)認(rèn)為，由于這類空隙的絕熱性質(zhì)，使得熱界面材料中應(yīng)當(dāng)避免不連續(xù)的空隙。從而，導(dǎo)熱性得到折衷。
某些應(yīng)用中，可能需要和/或可能由應(yīng)用規(guī)程要求的阻燃特征。例如，電氣或電子應(yīng)用中使用的帶材可以直接暴露至電流、暴露至短路、和/或暴露至伴隨電子元件或電氣裝置使用時(shí)產(chǎn)生的熱。因此，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程可以對(duì)使用該帶材元件施加條件，要求進(jìn)行資格測(cè)試，例如燃燒測(cè)試等。對(duì)于電氣和電子應(yīng)用，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可燃性試驗(yàn)是Underwriters Laboratories(UL 94″設(shè)備和器械中部分塑性材料易燃性的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)″)。
其他應(yīng)用中，需要返工和/或修補(bǔ)，例如，連接鋁制框架至等離子體顯示板(PDP)。這些應(yīng)用中，易于移去的附加體系、例如拉伸可脫模附加體系是有利的。
因此，需要提供一種導(dǎo)熱性泡沫和導(dǎo)熱粘合劑界面，其具有可接受的導(dǎo)熱性，并且是柔軟/順應(yīng)性的，還希望提供制備熱界面材料的方法。此外，還需要在任選具有拉伸脫模性能的阻燃劑構(gòu)造中提供上述導(dǎo)熱制品。
概述一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了一種包含泡沫薄膜的泡沫熱界面材料，其中薄膜包括數(shù)均分子量大于25000的聚合熱熔性壓敏粘合劑和至少25wt％導(dǎo)熱填料的共混物，所述薄膜的空隙體積至少為所述泡沫薄膜體積的5％。
另一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了一種導(dǎo)熱界面組合物，其包括數(shù)均分子量大于25000的聚合熱熔性壓敏粘合劑和至少25wt％導(dǎo)熱填料，和有效量的發(fā)泡劑。
在其他方面中，本發(fā)明的泡沫熱界面材料和組合物可以進(jìn)一步包括阻燃劑和/或微纖維形成材料。
在另一個(gè)方面中，本發(fā)明提供一種制備泡沫熱界面材料的方法，包括步驟(a)熔融混合壓敏粘合劑(PSA)聚合物、導(dǎo)熱性粒子和發(fā)泡劑，以形成可發(fā)性易成型的組合物；(b)使發(fā)泡劑活化；(c)使易成型的組合物形成具有外表面的泡沫薄膜；和(d)任選施加導(dǎo)熱粘合劑組合物至泡沫薄膜的外表面。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，可在可擠出組合物擠出后使發(fā)泡劑活化。
根據(jù)說(shuō)明書(shū)的詳細(xì)說(shuō)明和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)。


在描述優(yōu)選實(shí)施方式的不同特征時(shí)，參考了不同附圖。其中相似的編號(hào)表示相似的特征，其中圖1是顯示本發(fā)明熱界面材料的透視圖。
圖2是顯示第二種熱界面材料的透視圖。
圖3是特征在于連續(xù)薄膜結(jié)合導(dǎo)熱表面粘合劑層的熱界面材料透視圖。
圖4是用于制備本發(fā)明制品的擠出加工裝置的示意圖。
圖5是實(shí)施例中所用的薄型加熱器試驗(yàn)裝置示意圖。
圖6是實(shí)施例中用來(lái)計(jì)算整體導(dǎo)熱率的熱阻抗(Zcorr)對(duì)厚度(t)的繪制圖。
詳細(xì)說(shuō)明在這里使用了一些術(shù)語(yǔ)來(lái)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。所有這樣的術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)理解為與本領(lǐng)域技術(shù)人員用語(yǔ)一致的含義。為了方便起見(jiàn)，以下舉例說(shuō)明所指含義，但并非限定″空隙體積″是指粘合劑中存在的空隙，其通過(guò)使粘合劑中所含發(fā)泡劑活化而形成。
″阻燃劑″是指當(dāng)施加至或混合到易燃材料內(nèi)部時(shí)，該物質(zhì)降低或消除材料點(diǎn)燃的趨勢(shì)，和/或當(dāng)暴露至熱或火焰時(shí)降低一旦點(diǎn)燃繼續(xù)燃燒的趨勢(shì)。
″拉伸脫?！迨侵刚澈现破返男阅?，特征為當(dāng)以30厘米/分鐘的速度和45°或更小的角度從基材表面拉伸和延長(zhǎng)制品時(shí)，制品從基材表面分離，沒(méi)有在基材上留下大量可見(jiàn)的殘余物，或當(dāng)在兩個(gè)堅(jiān)硬基材之間使用該制品時(shí)，以30厘米/分鐘的速度和5°或更小的角度拉伸并延長(zhǎng)制品，該制品從基材表面分離，在至少一個(gè)堅(jiān)硬基材上沒(méi)有留下大量可見(jiàn)的殘余物。
″基本上連續(xù)″是指加工方向未破損微纖維至少約0.5cm。
″基本上沒(méi)有″是指存在于本發(fā)明熱界面材料(TIM)中的組分含量小于0.1、0.09或0.08wt％，基于聚合熱熔性壓敏粘合劑的重量。
本發(fā)明提供了包含導(dǎo)熱填料和聚合熱熔性壓敏粘合劑(PSA)聚合物泡沫(或泡沫薄膜)的泡沫熱界面材料(泡沫TIMs)，其希望基本上沒(méi)有或沒(méi)有低聚物或低分子量聚合物，除了PSA聚合產(chǎn)生的殘留物，(即，數(shù)均分子量＜25000)，N-叔丁基丙烯酰胺、有機(jī)溶劑、加入的自由基引發(fā)劑和交聯(lián)劑。發(fā)泡薄膜也可包括一種或多種能夠在加熱時(shí)進(jìn)一步膨脹的聚合物微球。泡沫薄膜的外表面可基本上光滑，或其可為有圖案的，且提供的泡沫薄膜可為不同結(jié)構(gòu)中的任一種，包括片狀、棒狀或柱面形。外表面的至少一部分可作為薄膜、粘合劑層等的基材，從而提供任何不同的帶材/TIM。根據(jù)下述測(cè)試方法測(cè)試，本發(fā)明TIMs的泡沫薄膜含至少約5％的空隙體積。
本發(fā)明TIM所需特性包括下列一種或多種(1)整體導(dǎo)熱率至少約0.5瓦/米-K；(2)Shore A硬度小于約60；(3)當(dāng)根據(jù)如下所述試驗(yàn)方法測(cè)試時(shí)，在22℃或70℃下的靜剪切強(qiáng)度至少約10000分鐘；和(4)當(dāng)TIM包含粘彈性微纖維時(shí)，至少約150％TIM屈服強(qiáng)度的拉伸斷裂強(qiáng)度伸長(zhǎng)率大于約200％，并且延長(zhǎng)100％后小于約50％回復(fù)，當(dāng)TIM包含彈性微纖維時(shí)，TIM伸長(zhǎng)率大于約200％，延長(zhǎng)100％后大于約50％回復(fù)。包含連續(xù)粘合劑膜和/或任選施加至泡沫PSA膜表面的表面粘合劑層(一個(gè)或多個(gè))的泡沫TIMs當(dāng)施加至板條時(shí)可以具有高粘性，例如90度剝離強(qiáng)度大于約0.0438kN/m(4oz/in)，其它實(shí)施方案中，大于約0.176kN/m，或大于約0.352kN/m。
可用于本發(fā)明的聚合熱熔性壓敏粘合劑具有大于25000的數(shù)均分子量；其它實(shí)施方案中，數(shù)均分子量大于100000、和更特別地?cái)?shù)均分子量大于200000、或甚至更特別地?cái)?shù)均分子量大于400000(根據(jù)Introduction to Physical Polymer Science中的定義，第1章，第6頁(yè)，L.H.Sperling ISBN 0-471-89092-8)。聚合熱熔性壓敏粘合劑可以選自任何多種聚合材料，例如橡膠、彈性體、熱塑性聚氨酯、熱塑性彈性體、聚α-烯烴類、合成橡膠、丙烯酸酯聚合物和甲基丙烯酸酯聚合物、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯共聚物，以及上述的組合物。任選的導(dǎo)熱粘合劑層可以是壓敏粘合劑，例如丙烯酸粘合劑、聚α-烯烴粘合劑、橡膠基粘合劑、硅氧烷粘合劑、橡膠基粘合劑和丙烯酸粘合劑的共混物、以及其組合物。同樣地，任選的導(dǎo)熱粘合劑層可以是熱活化粘合劑。連續(xù)的泡沫薄膜和/或任選的導(dǎo)熱粘合劑層可以具有單個(gè)基本上連續(xù)的聚合微纖維，并以加工方向取向，其中微纖維賦予制品拉伸脫模性能。此外，連續(xù)薄膜和/或任選的導(dǎo)熱粘合劑層可以包含阻燃劑。
圖1中展示了本發(fā)明泡沫TIM的一個(gè)實(shí)例。泡沫TIM 10包含泡沫薄膜11，其具有第一表面12和與第一表面12相對(duì)的第二表面(沒(méi)有顯示)。根據(jù)本發(fā)明，至少一種導(dǎo)熱填料15分散在整個(gè)聚合粘合劑基體16中。泡沫薄膜11包括聚合物粘合劑基體16，其具有多個(gè)分散在基質(zhì)中的空隙14?？障?4由制備薄膜11過(guò)程中所用的發(fā)泡法產(chǎn)生，可通過(guò)使用例如發(fā)泡劑、或通過(guò)其中包括可發(fā)性聚合微球或其結(jié)合而產(chǎn)生。若在泡沫薄膜11的制備中包含可發(fā)性微球，那么空隙14通常包含膨脹且未破裂形式的聚合物微球，并提供至少5％的空隙體積。
可以理解其它層和/或結(jié)構(gòu)可以施加或附著至泡沫薄膜11的第一表面12。在其它層或結(jié)構(gòu)與表面12結(jié)合時(shí)，可以首先施加導(dǎo)熱表面粘合劑層至第一表面12，以粘結(jié)附加層或結(jié)構(gòu)至表面12。同樣地，提供的泡沫薄膜11可為在與第一表面12相對(duì)的表面上具有另一粘合劑層的雙面帶材TIM，特別是導(dǎo)熱粘合劑層。脫模襯底等可以在泡沫薄膜11的一個(gè)或兩個(gè)表面上結(jié)合導(dǎo)熱表面粘合劑(一種或多種)。
圖2中展示了本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案。TIM 100是泡沫薄膜101的形式，其具有第一表面102和與第一表面相對(duì)的第二表面(沒(méi)有顯示)。根據(jù)本發(fā)明該實(shí)施方案，泡沫TIM 100包括泡沫薄膜101，其包括至少一種導(dǎo)熱填料105、多個(gè)空隙104和單獨(dú)基本上連續(xù)的粘彈性和/或彈性微纖維108，其中微纖維108分散到整個(gè)聚合粘合劑基體106中，并以加工方向取向。微纖維108通常在TIM制備過(guò)程中原位形成，并在加工方向取項(xiàng)。可以理解其它層和/或結(jié)構(gòu)可以施加或附著至泡沫薄膜101的表面102。
可用于本發(fā)明的聚合熱熔性壓敏粘合劑(在與導(dǎo)熱填料混合之前)具有大于25000的數(shù)均分子量，并在室溫(約22℃)下發(fā)粘。壓敏粘合劑(PSAs)是一種獨(dú)特的粘合劑類別，其干燥(無(wú)溶劑的)形式在室溫下永久地發(fā)粘。僅通過(guò)接觸，只需要指壓或手壓它們便穩(wěn)固地粘著多種不同的表面。壓敏粘合劑不須用水、溶劑或熱活化產(chǎn)生相對(duì)強(qiáng)的粘合劑保持力?？梢允褂谩錎ahlquist標(biāo)準(zhǔn)″定量描述PSAs，該標(biāo)準(zhǔn)使這些材料的彈性模量在室溫下保持小于106達(dá)因/cm2。參見(jiàn)Pocius，A.V.，Adhesion & AdhesivesAn Introduction，Hanser Publishers，New York，NY，F(xiàn)irst Edition，1997。本發(fā)明泡沫可以包含一種或更多種壓敏粘合劑(PSA)。需要使用具有不同組成的兩種或更多種PSA聚合物，以獲得獨(dú)特的性能。通過(guò)有選擇地挑選PSA組分類型和濃度，可以獲得大范圍的物理性能?？梢曰谧罱K制品所需的性能，選擇特定的聚合物。
熱熔性壓敏粘合劑可以是任何多種不同的聚合物材料，包括彈性體、橡膠、熱塑性彈性體、聚α-烯烴粘合劑、丙烯酸粘合劑和其共混物。通常，聚合物樹(shù)脂類型適用于熔融擠出加工，如描述于例如美國(guó)專利No 6,103,152。需要共混兩種或更多種具有化學(xué)上不同組成的聚合物。可通過(guò)改變用來(lái)產(chǎn)生泡沫所用的組分類型或通過(guò)改變它們的相對(duì)濃度來(lái)優(yōu)化泡沫的物理性質(zhì)。通常根據(jù)最終熱界面材料的所需性能來(lái)選擇或挑選選具體的熱熔性PSA。認(rèn)識(shí)到用于制備熱熔性PSA的聚合物材料可以包含剩余量自由基引發(fā)劑、低聚物或低分子量聚合物(數(shù)均分子量＜25000)或有機(jī)溶劑。
用于制備有用熱熔性壓敏粘合劑的合適材料包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯聚合物或共聚物。形成該聚合物可以通過(guò)聚合50至100重量份的一種或更多種非叔烷基醇的單體丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，該烷基具有1至20個(gè)碳原子(例如3至18個(gè)碳原子)。合適的丙烯酸酯單體包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸2-乙基己基酯、丙烯酸環(huán)已酯、丙烯酸異辛酯、丙烯酸十八烷酯、丙烯酸壬酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸異冰片酯和丙烯酸十二烷酯。此外有用的是芳香丙烯酸酯，例如丙烯酸芐酯和丙烯酸環(huán)芐酯。一些應(yīng)用中，需要使用小于50重量份的單體丙烯酸或甲基丙烯酸酯。任選，可以聚合約0至50份一種或更多種單烯屬不飽和共聚單體與丙烯酸酯單體。一類有用的共聚單體包括均聚物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大于丙烯酸酯均聚物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的那些。這類合適的共聚單體的實(shí)例包括丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、取代的丙烯酰胺如N，N-二甲基丙烯酰胺、衣康酸、甲基丙烯酸、丙烯腈、甲基丙烯腈、醋酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯烷酮、異冰片基丙烯酸酯、氰基丙烯酸乙酯、N-乙烯基己內(nèi)酰胺、馬來(lái)酸酐、羥基烷基丙烯酸酯、N，N-二甲基氨乙基(甲基)丙烯酸酯、N，N-二乙基丙烯酰胺、β-羧乙基丙烯酸酯，新癸酸、新壬酸、新戊酸、2-乙基己酸或丙酸的乙烯基酯(例如，可從UnionCarbide Corp.of Danbury，CT，以商品名VYNATES獲得)，偏二氯乙烯、苯乙烯、乙烯基甲苯和烷基乙烯基醚。
第二類有用的共聚單體包括均聚物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低于丙烯酸酯均聚物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的那些。這類合適的共聚單體的例子包括乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯(Tg＝-71℃)和聚乙二醇甲醚400丙烯酸酯(Tg＝-65℃，可從Shin Nakamura Chemical Co.，Ltd.，以商品名NK EsterAM-90G獲得)。
另一類用于本發(fā)明的聚合物包括從非可光聚合單體制備的壓敏和熱熔性粘合劑。該聚合物可以是粘合劑聚合物(也就是說(shuō)，聚合物為固有的粘合劑)，或聚合物不是固有的粘合劑，但是當(dāng)與增粘劑混合時(shí)能夠形成粘合劑組分。具體實(shí)例包括聚氨酯、聚α-烯烴(例如，聚辛烯、聚己烯和無(wú)規(guī)聚丙烯)、嵌段共聚物基粘合劑、天然和合成橡膠、硅氧烷粘合劑、乙烯-醋酸乙烯酯、和含環(huán)氧的結(jié)構(gòu)粘合劑共混物(例如，環(huán)氧丙烯酸酯和環(huán)氧聚酯共混物)和其組合物。
在有些情況下，需要熱界面材料具有高的使用溫度(也就是說(shuō)，直至或高于70℃)。這可以用幾種已知的方法實(shí)現(xiàn)。例如，可以用電子束、γ輻射等輻照交聯(lián)丙烯酸基粘合劑。嵌段共聚物基粘合劑可通過(guò)加入聚苯醚(PPO)或端基封閉增強(qiáng)樹(shù)脂至所述嵌段共聚物來(lái)改善其高溫性能，例如，描述于美國(guó)專利No 6,277,488。
許多導(dǎo)熱填料適用于本發(fā)明粘合劑。導(dǎo)熱填料選自多種材料，其根據(jù)ASTM D1530測(cè)量整體傳導(dǎo)率為約5至1000瓦/米-K。合適的導(dǎo)熱填料實(shí)例包括但不限于氧化鋁、氧化鈹、氧化鋯、鈦酸鋁、碳化硅、碳化硼、四氮化三硅、氫氧化鋁、氫氧化鎂、二氧化鈦、氮化鋁、氮化硼、一氮化鈦等、和其組合物。發(fā)現(xiàn)這些填料具有多種形狀/形式(球形、薄片、成團(tuán)、晶體、針狀、熱解的)。形狀的選擇取決于選擇粘合劑的流變能力和最終熱融性PSA/粒子混合物的加工容易程度。填料可以多種晶體類型(例如，六角形和斜方形氮化硼)得到，選擇的晶體類型將取決于晶體的熱傳導(dǎo)率(包括沿不同晶軸導(dǎo)熱率的各向異性)、晶體類型對(duì)最終機(jī)械性能和成本的影響。
粒度和分布影響機(jī)械和粘合劑性質(zhì)，因此粒徑選擇應(yīng)該適應(yīng)最終的粘合性要求。其它實(shí)施方案中，選擇填料的粒度(或填料混合物)和顆粒載荷，以產(chǎn)生合適的導(dǎo)熱性，同時(shí)保留適當(dāng)?shù)臋C(jī)械性質(zhì)。
通常，有用導(dǎo)熱填料的平均粒度為0.5微米(μm)至250μm。其它實(shí)施方案中，導(dǎo)熱填料的平均粒度可為1至100μm，和10至70μm。顆粒平均粒度可以為0.5至250μm，并且可以是0.5至250μm的任何平均粒度。粘合劑可以包含導(dǎo)熱填料，其可以橋接粘合劑和/或熱界面基體，并暴露基體至隨其尺寸而增加的程度。因此，壓敏粘合劑內(nèi)部包含顆粒，并改善熱源基材和導(dǎo)熱制品例如散熱器制品之間通路的導(dǎo)熱性。這些顆粒具有足夠的尺寸，以接近或接觸散熱器制品基體，使得在散熱器制品投入運(yùn)行之前或之后，粒子壓入或壓到制品表面上。一般地，將這些顆粒的尺寸增加至與粘合劑相同的厚度將增加熱源基材和導(dǎo)熱制品之間的熱傳導(dǎo)率。
粒徑的選擇取決于應(yīng)用。例如，當(dāng)粘合劑層為25至100μm(例如中央處理單元(CPU)和散熱器之間)時(shí)，主要尺寸至少約1-2μm且約30μm或以下的顆粒是合適的，其它實(shí)施方案中為約5至20μm。當(dāng)熱和冷基材之間存在較大縫隙的情況下，使用大于約20至30μm、例如50至250μm的顆粒。此外，可以使用不同粒度材料的組合物。導(dǎo)熱填料粒度越大使得整體傳導(dǎo)率越高。當(dāng)至少一些選擇的顆粒能夠在散熱器制品連接期間塑性變形時(shí)，這些顆粒尺寸可以甚至大于上述尺寸。顆粒尺寸的混合可以導(dǎo)致改善的裝填密度，其改善得到的導(dǎo)熱率。不同的導(dǎo)熱填料組合物已經(jīng)顯示出在降低成本的條件下提供相等的熱性能，通過(guò)用價(jià)格較低的填料(例如碳化硅)取代一部分昂貴的填料(例如，氮化硼)。導(dǎo)熱填料通常具有沿著多個(gè)晶體平面的各向異性導(dǎo)熱性，因此通過(guò)已知方法填料取向可用于增強(qiáng)熱性能。
導(dǎo)熱填料可以組合物總量的至少25wt％存在于本發(fā)明粘合劑組合物中。本發(fā)明的其它實(shí)施方案中，導(dǎo)熱填料存在量至少約30wt％、至少約40wt％，本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，至少約50wt％。其它實(shí)施方案中，導(dǎo)熱填料可以25至80wt％、30至80wt％、40至80wt％、50至80wt％、或25至80wt％的任何范圍存在于本發(fā)明粘合劑共混物中。
結(jié)合其它層或結(jié)構(gòu)與表面102中，可以首先施加導(dǎo)熱表面粘合劑層至第一表面102，以粘結(jié)附加層或結(jié)構(gòu)至表面102。同樣地，可以雙面帶材提供TIM 100，其在與第一表面102相對(duì)的表面上具有另一個(gè)粘合劑層，特別是導(dǎo)熱粘合劑層。脫模襯底等可以在薄膜101的一個(gè)或兩個(gè)表面上結(jié)合表面粘合劑(一種或多種)。
圖3描述了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，其中在薄膜201的一個(gè)表面202上提供導(dǎo)熱表面粘合劑層220的TIM 200包含導(dǎo)熱顆粒204和聚合粘合劑206的共混物。表面粘合劑層220可以包含任何多種在這里進(jìn)一步描述的粘合劑材料和導(dǎo)熱填料。通常根據(jù)預(yù)定應(yīng)用或使用的粘合性能選擇表面粘合劑層220中使用的粘合劑220。通常，表面粘合劑層220是導(dǎo)熱壓敏粘合劑，通常其中沒(méi)有配制阻燃材料。在施加表面粘合劑層220至另一種基材等之前，可以任選包括脫模襯底(沒(méi)有顯示)，以保護(hù)表面粘合劑層220。
可用于本發(fā)明的熱熔性壓敏粘合劑(在與導(dǎo)熱填料混合之前)具有大于25000的數(shù)均分子量，并在室溫(約22℃)下發(fā)粘。壓敏粘合劑(PSAs)是一種獨(dú)特的粘合劑類別，其干燥(無(wú)溶劑的)形式在室溫下永久地發(fā)粘。僅通過(guò)接觸，只需要指壓或手壓它們便穩(wěn)固地粘附至多種不同的表面。壓敏粘合劑不須用水、溶劑或熱活化產(chǎn)生相對(duì)強(qiáng)的粘合劑保持力?？梢允褂谩錎ahlquist標(biāo)準(zhǔn)″定量描述PSAs，該標(biāo)準(zhǔn)使這些材料的彈性模量在室溫下保持小于106達(dá)因/cm2。參見(jiàn)Pocius，A.V.，Adhesion& AdhesivesAn Introduction，Hanser Publishers，New York，NY，F(xiàn)irstEdition，1997。本發(fā)明聚合物基體可以包含一種或更多種壓敏粘合劑(PSA)。合乎需要的是使用具有不同組成的兩種或更多種PSA聚合物，以獲得獨(dú)特的性能。通過(guò)有選擇地挑選PSA組分類型和濃度，可以獲得大范圍的物理性能?？梢曰谧罱K制品所需的性能，選擇特定的聚合物。
熱熔性壓敏粘合劑可以是任何多種不同的聚合物材料，包括彈性體、橡膠、熱塑性彈性體、聚α-烯烴聚合物、丙烯酸聚合物和其共混物。通常，聚合物材料類型適用于熔融擠出加工，如描述于例如美國(guó)專利No 6,103,152。合乎需要的是共混兩種或更多種具有化學(xué)上不同組成的聚合物。通?；谧罱KTIM所需的性能選擇或挑選特定的聚合物。認(rèn)識(shí)到用于制備熱熔性PSA的聚合物材料可以包含剩余量自由基引發(fā)劑、低聚物或低分子量聚合物(＜25000數(shù)均分子量)、N-叔丁基丙烯酰胺或有機(jī)溶劑。
用于制備有用的熱熔性壓敏粘合劑的合適材料包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯聚合物或共聚物。形成該聚合物可以通過(guò)聚合50至100重量份的一種或更多種非叔烷基醇的單體丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，該烷基具有1至20個(gè)碳原子(例如3至18個(gè)碳原子)。合適的丙烯酸酯單體包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸2-乙基己基酯、丙烯酸環(huán)已酯、丙烯酸異辛酯、丙烯酸十八烷酯、丙烯酸壬酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸異冰片酯和丙烯酸十二烷酯。此外有用的是芳香丙烯酸酯，例如丙烯酸芐酯和丙烯酸環(huán)芐酯。一些應(yīng)用中，合乎需要的是使用小于50重量份的單體丙烯酸或甲基丙烯酸酯。任選，可以聚合約0至50份一種或更多種單烯屬不飽和共聚單體與丙烯酸酯單體。一類有用的共聚單體包括均聚物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大于丙烯酸酯均聚物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的那些。這類合適的共聚單體的實(shí)例包括丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、取代的丙烯酰胺如N，N-二甲基丙烯酰胺、衣康酸、甲基丙烯酸、丙烯腈、甲基丙烯腈、醋酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯烷酮、異冰片基丙烯酸酯、氰基丙烯酸乙酯、N-乙烯基己內(nèi)酰胺、馬來(lái)酸酐、羥基烷基丙烯酸酯、N，N-二甲基氨乙基(甲基)丙烯酸酯、N，N-二乙基丙烯酰胺、β-羧乙基丙烯酸酯，新癸酸、新壬酸、新戊酸、2-乙基己酸或丙酸的乙烯基酯(例如，可從Union Carbide Corp.of Danbury，CT，以商品名VYNATES獲得)，偏二氯乙烯、苯乙烯、乙烯基甲苯和烷基乙烯基醚。
第二類有用的共聚單體包括均聚物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低于丙烯酸酯均聚物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的那些。這類合適的共聚單體包括乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯(Tg＝-71℃)和聚乙二醇甲醚400丙烯酸酯(Tg＝-65℃，可從Shin Nakamura Chemical Co.，Ltd.，以商品名NK Ester AM-90G獲得)。
另一類用于本發(fā)明的聚合物包括從非可光聚合單體制備的壓敏和熱熔性粘合劑。該聚合物可以是粘合劑聚合物(也就是說(shuō)，聚合物為固有的粘合劑)，或聚合物不是固有的粘合劑，但是當(dāng)與增粘劑混合時(shí)能夠形成粘合劑組分。具體實(shí)例包括聚氨酯、聚α-烯烴(例如，聚辛烯、聚己烯和無(wú)規(guī)聚丙烯)、嵌段共聚物基粘合劑(SBR、SIS、SBS、SEBS)、天然和合成橡膠、硅氧烷粘合劑、乙烯-醋酸乙烯酯、和含環(huán)氧的結(jié)構(gòu)粘合劑共混物(例如，環(huán)氧丙烯酸酯和環(huán)氧聚酯共混物)和其組合物。
在有些情況下，合乎需要的是熱界面材料具有高的使用溫度(也就是說(shuō)，直至或高于70℃)。這可以用幾種已知的方法實(shí)現(xiàn)。例如，可以用電子束、γ輻射等輻照交聯(lián)丙烯酸基粘合劑。在有些情況下，合乎需要的是首先暴露擠出物至電子束，隨后暴露至γ輻射。嵌段共聚物基熱界面材料可通過(guò)加入聚苯醚(PPO)或端基封閉增強(qiáng)樹(shù)脂至如下所述嵌段共聚物來(lái)改善其高溫性能，例如，描述于美國(guó)專利No 6,277,488。
許多導(dǎo)熱填料適用于本發(fā)明粘合劑。導(dǎo)熱填料選自多種材料，其根據(jù)ASTM D1530測(cè)量整體傳導(dǎo)率為約5至1000瓦/米-K。合適的導(dǎo)熱填料實(shí)例包括但不限于氧化鋁、氧化鈹、氧化鋯、鈦酸鋁、碳化硅、碳化硼、氫氧化鋁、氫氧化鎂、二氧化鈦、氮化鋁、四氮化三硅、氮化硼、一氮化鈦等、和其組合物。發(fā)現(xiàn)這些填料具有多種形狀/形式(球形、薄片、成團(tuán)、晶體、針狀、熱解的)。形狀的選擇取決于選擇粘合劑的流變能力和加工擠出物的容易程度。填料可以多種晶體類型(例如，六角形和斜方形氮化硼)得到，選擇的晶體類型將取決于晶體的熱傳導(dǎo)率(包括沿不同晶軸導(dǎo)熱率的各向異性)、晶體類型對(duì)最終機(jī)械性能和成本的影響。
粒度和分布影響導(dǎo)熱率、機(jī)械和粘合劑性質(zhì)，因此粒徑選擇應(yīng)該適應(yīng)最終的粘合性要求。其它實(shí)施方案中，選擇填料的粒度(或填料混合物)和顆粒載荷，以產(chǎn)生合適的導(dǎo)熱性，同時(shí)保留適當(dāng)?shù)臋C(jī)械和粘合劑性質(zhì)。
通常，有用的導(dǎo)熱填料的平均粒度為0.5微米(μm)至250μm。其它實(shí)施方案中，導(dǎo)熱填料的平均粒度可為1至100μm，和10至70μm。顆粒平均粒度可以為0.5至250μm，并且可以是0.5至250μm的任何平均粒度。粘合劑可以包含導(dǎo)熱填料，其可以橋接粘合劑和/或熱界面基體，并通過(guò)將基體暴露至隨其尺寸而增加的程度。因此，壓敏粘合劑內(nèi)部包含顆粒，并改善熱源基材和導(dǎo)熱制品例如散熱器制品之間通路的導(dǎo)熱性。這些顆粒具有足夠的尺寸，以接近或接觸散熱器制品基體，使得在散熱器制品投入運(yùn)行之前或之后，粒子壓入或壓到制品表面上。一般地，將這些顆粒的尺寸增加至與粘合劑相同的厚度將增加熱源基材和導(dǎo)熱制品之間的熱傳導(dǎo)率。
粒徑的選擇取決于應(yīng)用。例如，當(dāng)粘合層為25至100μm(例如中央處理單元(CPU)和散熱器之間)時(shí)，主要尺寸至少約1-2μm且約30μm或以下的顆粒是合適的，其它實(shí)施方案中為約5至20μm。當(dāng)熱和冷基材之間存在較大縫隙的情況下，使用大于約20至30μm、例如50至250μm的顆粒。此外，可以使用不同粒度材料的組合物。導(dǎo)熱填料粒度越大使得整體傳導(dǎo)率越高。當(dāng)至少一些選擇的顆粒能夠在散熱器制品連接期間塑性變形時(shí)，這些顆粒尺寸可以甚至大于上述尺寸。顆粒尺寸的混合可以導(dǎo)致改善的裝填密度，其改善得到的導(dǎo)熱率。不同的導(dǎo)熱填料組合物已經(jīng)顯示出在降低成本的條件下提供相等的熱性能，通過(guò)用價(jià)格較低的填料(例如碳化硅)取代一部分昂貴的填料(例如，氮化硼)。導(dǎo)熱填料通常具有沿著多個(gè)晶體平面的各向異性導(dǎo)熱性，因此通過(guò)已知方法填料取向可用于增強(qiáng)熱性能。
導(dǎo)熱粒子可以總組合物量的至少25wt％存在于本發(fā)明粘合劑組合物中。本發(fā)明的其它實(shí)施方案中，導(dǎo)熱填料存在量為粘合劑共混物的至少約30wt％、至少約40wt％，本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，至少約50wt％。其它實(shí)施方案中，導(dǎo)熱填料可以25至80wt％、30至80wt％、40至80wt％、50至80wt％、或25至80wt％的任何范圍存在于本發(fā)明粘合劑共混物中。
雖然基于TIM的最終性質(zhì)(例如、硬度、順應(yīng)性、粘性和導(dǎo)熱性)選擇導(dǎo)熱填料的最大量，但導(dǎo)熱填料存在量一般小于約80wt％。
泡沫熱界面材料的整體導(dǎo)熱率至少約0.5W-m/K；在其他實(shí)施方式中，泡沫熱界面材料的整體導(dǎo)熱率至少約0.6W-m/K；和在其他實(shí)施方式中，至少約0.8W-m/K。
有用的泡沫粘合劑包括夾帶氣體/高壓可注射氣體；發(fā)泡劑，例如化學(xué)發(fā)泡劑和物理發(fā)泡劑；膨脹的或非膨脹的聚合泡沫；和其組合物。
高壓可注射氣體是在高于20.67Mpa(3000psi)壓力下加到密封混合系統(tǒng)(例如密封的擠出機(jī))中以使現(xiàn)有的密封系統(tǒng)產(chǎn)生泡沫的氣體。高壓可注射氣體的實(shí)例包括氮?dú)?、空氣、二氧化?CO2)、和其他相容性氣體，和其組合。
用于本發(fā)明的物理發(fā)泡劑是任何天然存在的大氣物質(zhì)，該物質(zhì)在泡沫薄膜退出模頭的溫度和壓力下蒸發(fā)。物理發(fā)泡劑可以氣體、液體或超臨界流體形式引入到聚合材料。物理發(fā)泡劑可被注射到擠出機(jī)系統(tǒng)中。在擠出機(jī)操作過(guò)程中存在條件下，物理發(fā)泡劑通常為超臨界態(tài)。若使用物理發(fā)泡劑，優(yōu)選其可溶于所用的聚合材料。所用的物理發(fā)泡劑取決于最終泡沫制品所需的性能。選擇發(fā)泡劑時(shí)考慮的其他因素是其毒性、氣壓分布和操作的難易度?？墒褂冒l(fā)泡劑，例如戊烷、丁烷和其他有機(jī)材料，例如氫氟烴(HFC)和氫氯氟烴(HCFC)，但不可燃的、無(wú)毒且不消耗臭氧的發(fā)泡劑是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈円子谑褂?，例如，更少的環(huán)境和安全問(wèn)題。適當(dāng)?shù)奈锢戆l(fā)泡劑包括例如二氧化碳、氮?dú)?、SF6、一氧化二氮、全氟化流體如C2F6、氬、氦、惰性氣體如氙、空氣(氮?dú)夂脱鯕饣旌衔?、和這些物質(zhì)的共混物、氫氟烴(HFC)、氫氯氟烴(HCFC)和氫氟醚(HFE)。
化學(xué)發(fā)泡劑不像物理發(fā)泡劑那樣需要注射系統(tǒng)，且它們有利地用于任何擠出系統(tǒng)?；瘜W(xué)發(fā)泡劑的實(shí)例包括水和偶氮-、碳酸酯-和酰肼-基分子，包括如4，4’-氧二(苯磺?；?酰肼，例如CELOGEN OT(從Uniroyal Chemical Company，Inc.，Middlebury，CT)、4，4’-氧苯磺?；被?、對(duì)-甲苯磺?；被濉?duì)-甲苯磺?；ｋ?、草酰肼、二苯基氧化物-4，4’-二硫代酰肼、苯硫代酰肼、偶氮二碳酰胺、偶氮二碳酰胺(1，1’-偶氮二硫代酰胺)、間位改性的偶氮碳化物、5-苯基四唑、5-苯基四唑類似物、亞肼基羧酸酯、二異丙基亞肼基二羧酸酯、偶氮二羧酸鋇、5-苯基-3，6-二氫-1，3，4-氧雜二嗪-2-酮、硼氫化鈉、偶氮二異丁腈、三肼基三嗪、金屬的偶氮二羧酸鹽、四唑化合物、碳酸氫鈉、碳酸氫銨、碳酸鹽化合物和聚碳酸的產(chǎn)品、和檸檬酸和碳酸氫鈉的混合物、N，N’-二甲基-N，N’-二亞硝基-對(duì)苯二胺、N，N’-二亞硝基-五亞甲基四胺、和其組合物。已知碳化硅可從Washington Mills Electro MineralsCorp.，Niagara Falls，NY以商標(biāo)名SILCARIDEG-21 Silicon CarbideGrade P240購(gòu)買(mǎi)，其作為化學(xué)發(fā)泡劑以及導(dǎo)熱填料。另外的化學(xué)發(fā)泡劑公開(kāi)于Klempner，D.，F(xiàn)risch，K.C.(editors)，Handbook of PolymericFoams and Foam Technology，Chapter 17，(Hansen，NY，1991)。
可使用一種以上的可發(fā)性聚合微球作為本發(fā)明泡沫導(dǎo)熱薄膜中的發(fā)泡劑?？砂l(fā)性聚合微球包括聚合物芯，且芯材料為氣體、液體或其組合的形式。通過(guò)加熱至等于或低于聚合芯的熔融溫度或流動(dòng)溫度，聚合物芯膨脹。適當(dāng)芯材料的實(shí)例包括丙烷、丁烷、戊烷、異丁烷、新戊烷或類似材料和其組合。用于聚合物微球芯的熱塑性樹(shù)脂的性質(zhì)能影響泡沫的機(jī)械性質(zhì)，且泡沫的性質(zhì)可通過(guò)選擇微球、或通過(guò)使用不同類型的微球來(lái)調(diào)節(jié)。例如，當(dāng)在低密度泡沫制品中需要高彈性和內(nèi)聚強(qiáng)度時(shí)，含丙烯腈的樹(shù)脂是有用的。特別是用在聚合物芯中丙烯腈的量為至少50wt.％樹(shù)脂、通常至少60wt.％和通常至少70wt.％的情況。可用作芯的適當(dāng)熱塑性樹(shù)脂的實(shí)例包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯，例如聚丙烯酸酯；丙烯酸-丙烯腈共聚物；和甲基丙烯酸酯-丙烯酸共聚物。也可使用含偏二氯乙烯的聚合物，例如偏二氯乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物、偏二氯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-偏二氯乙烯-甲基丙烯腈-丙烯酸甲酯共聚物和丙烯腈-偏二氯乙烯-甲基丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物，但若希望高強(qiáng)度，則這些物質(zhì)是不希望的。通常，當(dāng)需要高強(qiáng)度時(shí)，微球芯具有不超過(guò)20wt.％的偏二氯乙烯，且通常不高于15wt.％偏二氯乙烯。高強(qiáng)度應(yīng)用需要基本上沒(méi)有偏二氯乙烯的微球。不含鹵素的微球也可用于本發(fā)明泡沫。適當(dāng)商業(yè)購(gòu)買(mǎi)的可發(fā)性聚合微球包括從Pierce Stevens(Buffola，NY)以商品名F-30D、F-50D、F-80SD和F-100D購(gòu)買(mǎi)。從Expancel，Inc.(Duluth，GA)以商品名EXPANCEL 551、EXPANCEL 461、EXPANCEL 091和EXPANCEL 092MB 120購(gòu)買(mǎi)的可發(fā)性聚合微球也是適當(dāng)?shù)??？砂l(fā)性聚合微球的選擇通?；谄渑蛎洔囟群突谒玫膶?dǎo)熱填料。
選擇發(fā)泡劑的量以提供空隙體積占泡沫薄膜體積的至少5％。通常，發(fā)泡劑濃度越高，泡沫薄膜的密度越低，導(dǎo)熱性越低。即，空隙體積越高，泡沫薄膜的導(dǎo)熱性越低。例如，聚合物樹(shù)脂中微球的量通常為0.1重量份-10重量份(基于100份聚合物)，在其他實(shí)施方式中，為約0.5重量份-約5重量份，和在其他實(shí)施方式中，約0.5重量份-約2重量份。
根據(jù)本發(fā)明所述的測(cè)試方法測(cè)得泡沫TIM含至少約5％的空隙體積。在其它實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明所述的測(cè)試方法測(cè)得泡沫TIM含至少約10％的空隙體積。由于空隙會(huì)影響導(dǎo)熱性，泡沫TIM通常含低于約75％的空隙體積、低于約60％的空隙體積或低于約50％的空隙體積。
某些應(yīng)用中，可能需要和/或可能由應(yīng)用規(guī)程要求阻燃劑特征。例如，電氣或電子應(yīng)用中使用的帶材可以直接暴露至電流、暴露至短路、和/或暴露至伴隨電子元件或電氣裝置使用時(shí)產(chǎn)生的熱。因此，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程可以對(duì)使用該帶材的制品施加條件，要求進(jìn)行資格測(cè)試，例如燃燒測(cè)試等。對(duì)于電氣和電子應(yīng)用，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可燃性試驗(yàn)是Underwriters Laboratories(UL 94″設(shè)備和器械中部分塑性材料易燃性的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)″)。優(yōu)選泡沫TIM達(dá)到UL 94 V-2可燃性等級(jí)，其它實(shí)施方案中將達(dá)到UL 94 V-0可燃性等級(jí)。
適用包括在本發(fā)明泡沫TIMs中的阻燃劑包括任何類型的阻燃劑，其通常以基于泡沫TIM總重量的約5wt％至約40wt％的濃度存在于薄膜中。阻燃劑可以是膨脹阻燃劑和/或非膨脹阻燃劑。通常，阻燃劑是不含鹵素且沒(méi)有銻的。用于此處描述的泡沫TIMs的合適阻燃劑實(shí)例包括可從Clariant Corporation of Charlotte，NC，以商品名EXOLIT商購(gòu)的，包括名稱為IFR 23、AP 750、基于有機(jī)亞磷化合物的EXOLIT OP等級(jí)材料、和EXOLIT RP等級(jí)紅磷材料，非鹵化阻燃劑，例如FIREBRAKE ZB和BORGARD ZB，以及FR 370(三(三溴新戊基)磷酸酯)，可從Dead Sea Bromine Group，Beer Shiva，Israel獲得。也起導(dǎo)熱填料作用的合適阻燃劑的實(shí)例包括氫氧化鋁和氫氧化鎂。
本發(fā)明泡沫TIMs中還可以使用一種或更多種阻燃劑和/或增效劑的共混物。由多種參數(shù)，例如所需應(yīng)用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和泡沫薄膜聚合物基體的成分確定選擇阻燃劑體系。另外，本發(fā)明的泡沫TIM還可包括消煙劑，例如從Sherwin-Williams Chemicals，Cleveland，OH以商品名Kemgard HPSS，911A，911B，911C購(gòu)買(mǎi)的那些。
為了提供拉伸脫模性質(zhì)并進(jìn)一步增強(qiáng)本發(fā)明的泡沫TIMs，導(dǎo)熱薄膜、導(dǎo)熱性表面粘合劑或薄膜和表面粘合劑兩者可包括微纖維形成材料，其在本發(fā)明描述的制備過(guò)程期間原位形成粘彈性和/或彈性微纖維。個(gè)體微纖維是單個(gè)基本上連續(xù)的，并分散在整個(gè)粘性聚合物基體中，并以薄膜加工方向取向。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)合適的微纖維包括根據(jù)未決美國(guó)專利公開(kāi)No 02-0187294-A1的教導(dǎo)配制的那些。本發(fā)明泡沫TIMs中，單個(gè)微纖維在加工方向至少約0.5厘米(cm)未破損；其它實(shí)施方案中，至少約2cm、約5cm、或約8cm。另一個(gè)方面中，基本上連續(xù)的微纖維通常具有0.05至5微米的最大直徑、通常0.1至1微米，且基本上連續(xù)微纖維的長(zhǎng)寬比(即長(zhǎng)度與直徑的比例)大于約1000。
除了上面排除的材料外，泡沫TIM還可以包括許多其它添加劑。合適的添加劑實(shí)例包括增粘劑(例如松香酯、萜烯、苯酚和脂肪族、芳香族或脂肪族和芳香族合成烴類樹(shù)脂的混合物)、顏料、增強(qiáng)劑、疏水性或親水性二氧化硅、碳酸鈣、增韌劑、纖維、填料、抗氧化劑、穩(wěn)定劑和其組合物。上述附加試劑和成分通常以足夠量加入，以獲得具有所需最終性質(zhì)、特別是粘合劑性質(zhì)的制品。對(duì)于良好的順應(yīng)性和表面接觸，優(yōu)選TIM具有小于約60 Shore A的硬度。
本發(fā)明的其它實(shí)施方案包括帶材和轉(zhuǎn)移帶材。有用的背襯材料是導(dǎo)熱的。該背襯材料可以是固有導(dǎo)熱的，或可以包含添加劑(一種或多種)，例如如上在“導(dǎo)熱填料”段中所述的那些，以賦予導(dǎo)熱性。合適的背襯材料實(shí)例包括纖維素材料，例如紙和布料(紡織和非紡織物)；薄膜，例如聚酯、聚氯乙烯、聚氨酯、聚丙烯和尼龍；導(dǎo)熱泡沫材料，例如聚乙烯泡沫和聚丙烯酸泡沫；麻布；和金屬箔，例如鋁箔。另一個(gè)實(shí)施方案中，背襯材料可為脫模襯底。在該實(shí)施方式中，背襯底不需要是導(dǎo)熱的。脫模襯底可以用脫模涂料涂布在一面或兩面上。背襯還可為多層形式。
借助于一些粘附方式、例如粘合劑，通過(guò)層壓聚合物或非聚合物層成為泡沫薄膜、或當(dāng)泡沫薄膜從它們各自的成型孔口出來(lái)時(shí)通過(guò)層壓擠出泡沫薄膜可制備多層泡沫TIMs?？梢允褂玫钠渌夹g(shù)包括擠出涂布，并包括共擠出，其描述于例如美國(guó)專利No 5,429,856。
圖3描述了另一種TIM 200，其中在泡沫薄膜201的一個(gè)表面202上提供導(dǎo)熱表面粘合劑層220。泡沫薄膜TIM 201包含具有多個(gè)空隙204的聚合物粘合劑基體206和分散在基體中的導(dǎo)熱顆粒205。表面粘合劑層220可以包含任何多種在這里進(jìn)一步描述的粘合劑材料和導(dǎo)熱填料。通常，表面粘合劑層220是導(dǎo)熱壓敏粘合劑，其中沒(méi)有配制阻燃材料。在施加表面粘合劑220至另一種基材等之前，可以任選包括脫模襯底(沒(méi)有顯示)，以保護(hù)表面粘合劑層220。
按照本發(fā)明的主題，上述導(dǎo)熱表面粘合劑層可以結(jié)合泡沫薄膜，通過(guò)例如共擠出含發(fā)泡劑的可擠出組合物和含一種或更多種可擠出的粘合劑組合物，如以下更詳細(xì)的描述。通常配制和/或選擇沒(méi)有阻燃劑的導(dǎo)熱粘合劑組合物，以提供粘合劑制品，例如帶材，其中連續(xù)泡沫薄膜形成用于帶材的基材?？梢允┘诱澈蟿┲吝B續(xù)泡沫薄膜的部分表面(例如，在其一個(gè)主要的表面上)，留下泡沫薄膜的部分表面(第二主要的表面)作為基材，以支撐附加層或結(jié)構(gòu)。還可以層壓表面粘合劑至泡沫薄膜表面，或在表面粘合劑施加至脫模襯底后，可直接擠出或涂布泡沫薄膜到表面粘合劑層上。表面粘合劑層可以采用多個(gè)粘合劑層。通常，表面粘合劑層導(dǎo)熱填料的濃度低于泡沫薄膜的導(dǎo)熱填料濃度，使得粘附最大化。通常，隨著導(dǎo)熱填料的量增加，粘附性降低。
參考圖4，展示了擠出過(guò)程300，用于制備本發(fā)明的泡沫TIM。根據(jù)本發(fā)明方法，將熱融性壓敏粘合劑聚合物給料至第一擠出機(jī)310(通常為單螺桿擠出機(jī))，以軟化并混合聚合物成為適于擠出的形式。得到的聚合物將用于形成泡沫薄膜的聚合物基體。聚合物可以任何方便的形式，例如顆粒、膠粒、堆積、股狀、袋狀和繩狀加到擠出機(jī)310中。
下面，進(jìn)料導(dǎo)熱填料(當(dāng)存在時(shí))、增粘性樹(shù)脂、阻燃劑、微纖維形成材料和其它添加劑(除了可發(fā)性微球，如果存在)至第二擠出機(jī)312(例如通常為雙螺桿擠出機(jī))。熱熔性PSA聚合物可以直接從擠出機(jī)310通過(guò)第一端口311進(jìn)料至第二擠出機(jī)312?？梢詫?dǎo)熱填料和其它添加劑進(jìn)料至任何端口，并通常在入口313進(jìn)料至第二擠出機(jī)312，該入口313通常位于擠出機(jī)312的混合/分散段之前。一旦結(jié)合，在擠出機(jī)312中較好地混合熱融性PSA聚合物和添加劑。選擇成分加入的次序和混合條件(例如螺桿速度、螺旋長(zhǎng)度和溫度)，以獲得最佳混合。通常，當(dāng)這類微球存在時(shí)，混合應(yīng)在低于膨脹微球所需的閾值溫度下進(jìn)行。但是，可使用高于微球膨脹溫度的溫度，該情況下溫度通常在混合后和在微球加入到擠出機(jī)312之前下降。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到如果以適于擠出的形式提供熱熔性PSA聚合物，可以省略第一擠出步驟，且聚合物直接加入至擠出機(jī)312。當(dāng)加入大量導(dǎo)熱填料時(shí)，需要通過(guò)多個(gè)加入端口(也就是說(shuō)分路進(jìn)料，沒(méi)有顯示)加入填料至擠出機(jī)，通過(guò)端口309用真空除去留存空氣。通常，空隙體積可由留存空氣、化學(xué)發(fā)泡劑、物理發(fā)泡劑和微球形成。
可發(fā)性聚合微球可加到第二擠出機(jī)312中，通常在緊接擠出機(jī)312輸送區(qū)前下游入口313的分離區(qū)。一旦加入，在輸送區(qū)熔融混合導(dǎo)熱填料、可發(fā)性聚合微球、熱融性PSA聚合物和任選的阻燃劑和/或微纖維形成材料，以形成可擠出的可發(fā)性組合物。熔融-混合步驟的目的是制備可擠出的可發(fā)性組合物，其中導(dǎo)熱填料、微球和其它添加劑(如果存在)分散在整個(gè)熔融聚合物中。盡管也可以使用捏合元件，但熔融混合操作通常使用入口313下游側(cè)的一個(gè)傳輸段，以獲得充分混合。選擇熔融-混合過(guò)程中使用的溫度、壓力、剪切速度和混合時(shí)間，以制備可擠出的可發(fā)性組合物，而不會(huì)導(dǎo)致微球膨脹或破裂?；谝庸さ奶囟ɑ瘜W(xué)成分，選擇具體的加入次序、區(qū)域溫度、壓力、剪切速率和混合時(shí)間，選擇這些條件在本領(lǐng)域技術(shù)人員可實(shí)現(xiàn)的范圍內(nèi)。
熔融-混合后，使用齒輪泵316計(jì)量可擠出的可發(fā)性組合物，通過(guò)轉(zhuǎn)移管318進(jìn)入擠出模頭314(例如接觸模(contace die)或沖模)。多層模頭314內(nèi)部溫度保持在與轉(zhuǎn)移管318內(nèi)部基本上相同的溫度。模頭314內(nèi)的溫度等于或高于導(dǎo)致可發(fā)性微球膨脹的溫度。盡管在圖4中擠出模頭314以多層模頭形式給出，但可以理解模頭314可為單層模頭。轉(zhuǎn)移管318內(nèi)部溫度也可等于或高于引發(fā)微球膨脹所需的閾值溫度，但轉(zhuǎn)移管318內(nèi)部的壓力通常足夠高，以防止它們?cè)诠?18留存期間膨脹。模頭314內(nèi)部體積大于管318的內(nèi)部體積，使得從管318流入模頭314的材料發(fā)生壓降至低于轉(zhuǎn)移管318內(nèi)部的壓力。當(dāng)可擠出的可發(fā)性組合物進(jìn)入模頭314時(shí)，壓力下降和模頭314內(nèi)的熱會(huì)導(dǎo)致聚合性微球開(kāi)始膨脹。隨著微球開(kāi)始膨脹，可擠出的可發(fā)性組合物形成泡沫。大部分微球膨脹通常發(fā)生在微球從模頭314出來(lái)之前。模頭314內(nèi)部的壓力將隨可擠出的可發(fā)性組合物接近模頭314的出口315繼續(xù)降低。壓力的連續(xù)下降使得模頭內(nèi)的微球進(jìn)一步膨脹。保持聚合物通過(guò)擠出機(jī)312和模頭314的流速，以保持模腔中壓力足夠低，以促進(jìn)可發(fā)性微球的膨脹在可發(fā)性聚合物組合物從模頭314出來(lái)之前膨脹?？梢赃x擇或改變模頭314的形狀，以提供泡沫TIM所需的形狀?？梢灾苽淙魏味喾N形狀，包括連續(xù)或不連續(xù)的片材或薄膜。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解化學(xué)發(fā)泡劑等也可用于本發(fā)明泡沫的制備，代替可發(fā)性微球或與微球結(jié)合使用。
如果需求，可以使用壓料輥317來(lái)增加一個(gè)或兩個(gè)泡沫薄膜表面的平滑度，其中壓料輥317壓迫泡沫薄膜在制品從模頭314出來(lái)后緊靠冷卻輥319，或通過(guò)在泡沫薄膜表面的各面上使用平滑襯底并使復(fù)合制品通過(guò)輥夾。表面(一個(gè)或多個(gè))的平滑度有益于良好的表面接觸和粘附。也可通過(guò)在其從模頭314出來(lái)后使泡沫與壓花輥接觸、或通過(guò)使用壓花或微結(jié)構(gòu)襯底在泡沫薄膜的一個(gè)或兩個(gè)表面上壓印花樣，例如在美國(guó)專利No.6,197,397 B1中所述的內(nèi)容。
對(duì)于好的導(dǎo)熱性，特別是當(dāng)粘合具有較大附著面積的剛性基材時(shí)，需要在泡沫TIM和基材之間不留存空氣。不接觸或不粘結(jié)的區(qū)域不導(dǎo)熱，并降低泡沫TIM的整體導(dǎo)熱性。壓花泡沫TIM有助于空氣溢出，并得到改進(jìn)的粘附劑接觸。相對(duì)于非泡沫TIM，泡沫TIM改進(jìn)的柔軟性和順應(yīng)性也有助于改善粘附劑接觸。
擠出方法也可用于制備具有不同密度區(qū)域的壓花泡沫薄膜。例如，在薄膜從模頭314出來(lái)位置(圖4)的下游，薄膜可選擇性加熱，例如，使用壓花輥或紅外線屏蔽，以產(chǎn)生泡沫薄膜設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)微球有區(qū)別的或局部膨脹。
在要求改善粘合劑性質(zhì)的應(yīng)用中，導(dǎo)熱泡沫薄膜結(jié)合一個(gè)或更多表面粘合劑層；其它實(shí)施方案中，施加一個(gè)或更多導(dǎo)熱表面粘合劑層至泡沫薄膜的外表面。表面粘合劑層的厚度通常是0.025mm(1mils)至0.125mm(5mils)；其它實(shí)施方案中，0.025mm(1mils)至0.076mm(3mils)。圖4顯示了該共擠出方法。通過(guò)加入粘合劑聚合物至擠出機(jī)330(例如單螺桿擠出機(jī))將用于表面粘合劑層的粘合劑引入體系，其中在進(jìn)料至第二擠出機(jī)332(例如，通常為雙螺桿擠出機(jī))之前軟化聚合物，在第二擠出機(jī)332中混合聚合物與導(dǎo)熱填料和其它添加劑，如果存在的話。添加劑，通常PSA加工通過(guò)系統(tǒng)，以使得到的泡沫TIM具有表面層，該表面層例如可用作帶材。對(duì)于該應(yīng)用，配制導(dǎo)熱表面粘合劑，沒(méi)有加入其它減低粘合劑粘性或膠粘性的添加劑。
盡管粘合劑配方中通常不包含阻燃材料，但粘合劑內(nèi)也可以包括少量的阻燃劑，其濃度有效賦予粘合劑阻燃性質(zhì)，同時(shí)沒(méi)有明顯減低粘合劑的粘性。具體地，需要在非常薄(即，＜0.635mm(＜0.025英寸))的導(dǎo)熱阻燃泡沫TIM中加入少量阻燃劑至表面粘合劑。加入至表面粘合劑的阻燃劑量不大于表面粘合劑總重量的約30wt％，不大于約20wt％，不大于約10wt％，和不大于約5wt％。
使用齒輪泵336從擠出機(jī)332計(jì)量易成型的或可擠出的粘合劑組合物，通過(guò)轉(zhuǎn)移管334至模頭314的適當(dāng)腔室。共擠出粘合劑和泡沫通過(guò)模頭314上的出口315，以直接施加粘合劑至泡沫薄膜的外表面。如果提供具有兩個(gè)主要外表面的泡沫薄膜，可以施加粘合劑至泡沫薄膜的一個(gè)或兩個(gè)主要外表面上。用粘合劑涂布制品的共擠出方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，不必在這里進(jìn)一步解釋。其它方法可以用于施加粘合劑，例如直接涂布、噴涂、圖案涂飾法、層壓法等。
如果施加表面粘合劑至兩個(gè)主要的外部泡沫薄膜表面，得到的泡沫TIM是三層制品，特征在于泡沫薄膜芯在泡沫薄膜的各個(gè)主要表面上具有表面粘合劑層。對(duì)于三層A/B/C結(jié)構(gòu)(表面粘合劑A/泡沫B/表面粘合劑C)，可以采用另一個(gè)擠出機(jī)和相關(guān)設(shè)備，以施加另一種導(dǎo)熱表面粘合劑至泡沫的其它主要表面。該結(jié)構(gòu)中，可以粘附泡沫TIM的主要表面至任何多種表面，用于需要和/或要求泡沫TIM導(dǎo)熱性質(zhì)的應(yīng)用。此外，表面粘合劑層中不含阻燃劑使得導(dǎo)熱泡沫薄膜粘附至表面或基材，由使用的特定表面粘合劑提供最大的粘合程度。
合適的用于本發(fā)明制品的表面粘合劑包括這樣的任何粘合劑，其提供可接受的與多種極性和/或非極性基材的粘性。壓敏粘合劑是通?？山邮艿摹：线m的壓敏粘合劑包括基于丙烯酸聚合物、聚氨酯、熱塑性彈性體，例如可以商品名KRATON商購(gòu)的(例如，苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯和其組合物)和其它嵌段共聚物，聚烯烴例如聚α-烯烴和無(wú)定形聚烯烴、硅氧烷、橡膠基粘合劑(包括天然橡膠、聚異戊二烯、聚異丁烯、丁基橡膠等)，以及這些粘合劑的組合物或共混物。導(dǎo)熱表面粘合劑可以包含增粘劑、增塑劑、流變性改性劑、填料、纖維、交聯(lián)劑、抗氧化劑、染料、著色劑、以及活性成分，例如抗菌劑。
已知可用作本發(fā)明中的PSA類別是例如描述于美國(guó)專利No RE24,906的丙烯酸酯共聚物，特別是共聚物包括重量比90∶10至98∶2丙烯酸異辛酯∶丙烯酸共聚物。此外可接受的共聚物包括重量比90∶10至98∶2丙烯酸2-乙基己基酯丙烯酸共聚物，和65∶35丙烯酸2-乙基己基酯丙烯酸異冰片酯共聚物。有用的粘合劑描述于例如美國(guó)專利No 5,804,610和5,932,298。在粘合劑中也可包括抗菌劑，例如描述于美國(guó)專利No 4,310,509和4,323,557。還可以使用丙烯酸粘合劑和橡膠基粘合劑的共混物，例如描述于WO 01/57152。
可以施加脫模襯底320至設(shè)置在泡沫的一個(gè)或兩個(gè)主要表面上的導(dǎo)熱表面粘合劑層。可以從送料輥322分配襯底320。用于襯底320的合適材料包括硅氧烷脫模襯底、脫模涂布的聚酯薄膜(例如，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯薄膜)，和聚烯烴薄膜(例如聚乙烯薄膜)。然后在夾輥324間將襯底和泡沫層壓到一起。
可以將任選的脫模襯底340加到泡沫的相對(duì)表面，通過(guò)放置任選的第二送料輥342靠近夾輥324中的一個(gè)。第二脫模襯底340可以與脫模襯底320相同或不同。此外，提供的第二脫模襯底340可具有涂覆或施加至脫模襯底340一個(gè)表面的導(dǎo)熱粘合劑。用這樣的方式，可以施加第二導(dǎo)熱表面粘合劑層(沒(méi)有顯示)至泡沫材料的第二主要表面。第二導(dǎo)熱表面粘合劑層可以與上述共擠出粘合劑相同或不同。通常，導(dǎo)熱表面粘合劑層可包含導(dǎo)熱壓敏粘合劑。也可提供導(dǎo)熱粘合劑涂覆或施加至其一個(gè)表面的脫模襯底320、340。
上述方法和使用設(shè)備的變化是本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的，本發(fā)明不限于此處圖4描述的裝置。
制備多層薄膜泡沫TIM的其它方法在本發(fā)明范圍內(nèi)。例如，可以進(jìn)行上述共擠出過(guò)程，通過(guò)裝備有適當(dāng)供料段的單層模頭或通過(guò)使用多前驅(qū)或多歧管模頭，制備一層或雙層TIM，或制備具有三層或更多層(例如10-100層或更多層)的TIMs。此外可以制備多層TIMs，通過(guò)層壓附加層(例如，聚合物層、金屬、金屬箔、麻布、紙、布、涂覆在脫模襯底上的粘合劑)至泡沫薄膜，或在制品從模頭314出來(lái)后層壓至任何共擠出的聚合物層。其它可以使用的技術(shù)包括圖案涂飾法。本發(fā)明TIM中的導(dǎo)熱泡沫薄膜可以是厚的，即，大于或等于0.25mm(0.010英寸)或薄的(即，＜0.25mm(0.010英寸))。
層壓后，泡沫TIM任選暴露至來(lái)自電子束輻射源326的輻射，以交聯(lián)泡沫TIM獲得改善的內(nèi)聚強(qiáng)度。也可以使用其它輻射源(例如，離子束和γ輻照)，只要輻射能量足夠穿透泡沫TIM的厚度，以引發(fā)并充分交聯(lián)整個(gè)厚度的泡沫TIM。電子束輻照后，可將任選的第二脫模襯底340卷到卷取輥329上，并將層壓品卷到卷取輥328上。對(duì)于泡沫TIM，輻照必需通過(guò)薄膜的兩個(gè)主要表面，以充分穿透材料，誘發(fā)更徹底的交聯(lián)。替代地，卷繞成卷后可以γ輻照TIM。
通常用脫模劑例如含氟化合物或硅氧烷涂布脫模襯底。例如，美國(guó)專利No 4,472,480描述了低表面能全氟化合物襯底。合適的脫模襯底包括紙、聚烯烴薄膜或用硅氧烷脫模材料涂布的聚酯薄膜。當(dāng)與丙烯基壓敏粘合劑一起使用時(shí)，聚烯烴薄膜可以不需要脫模涂層?？缮藤?gòu)的硅氧烷涂布脫模襯底實(shí)例是POLYSLIKTM硅氧烷脫模紙(可從James River Co.獲得，H.P.Smith Division，Bedford Park，IL)和由DCP-Lohja(Dixon，IL)現(xiàn)在稱為L(zhǎng)oparex，Inc.(Willowbrook，IL)提供的硅氧烷脫模紙。特定的脫模襯底已知為商品名1-60BKG-157，具有水基硅氧烷脫模表面的高級(jí)日歷牛皮紙，可從DCP-Lohja獲得。其它類型電子束穩(wěn)定的無(wú)雜質(zhì)脫模襯底也可用于本發(fā)明，例如描述于未決美國(guó)專利公開(kāi)號(hào)02-0155243-A1中的那些，已轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人。
本發(fā)明的泡沫TIMs可以用于多種應(yīng)用，包括航天、汽車、電子和醫(yī)藥應(yīng)用。本發(fā)明的泡沫TIMs通常用于連接處理器和元件至熱量散逸設(shè)備(例如散熱器和擴(kuò)散器)。制品的性質(zhì)可以專門(mén)制作以滿足所需應(yīng)用的要求。具體應(yīng)用實(shí)例包括帶材、襯墊或片材、振動(dòng)阻尼制品、磁帶背材、墊圈、墊片和密封劑。
下列非限定實(shí)施例中進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案特征。
實(shí)施例以下測(cè)試方法和實(shí)施例中，樣品尺寸(通常為長(zhǎng)度)是近似的，除了寬度，其中寬度是量測(cè)到切割工具的準(zhǔn)確度。
這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明目的，不是對(duì)附加權(quán)利要求范圍的限定。實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)其余部分中的所有份數(shù)、百分?jǐn)?shù)、比例等均以重量計(jì)，除非另外標(biāo)明。
測(cè)試方法密度和空隙體積的測(cè)定根據(jù)ASTM D792-86″通過(guò)替換法測(cè)量塑料密度和比重(相對(duì)密度)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法″測(cè)定密度。樣品切成大約2.54cm×2.54cm(1英寸(in)×1英寸(in))樣品，并在高精度天平上稱重，可以Model AG245從Mettler-Toledo，Greifensee，Switzerland得到。通過(guò)在室溫下(23℃+/-1℃)測(cè)量替換水的質(zhì)量，獲得每個(gè)樣品的體積。使用天平的專門(mén)附件以克測(cè)量每個(gè)樣品的浮力。采用其質(zhì)量除以其浮力作為樣品的密度(Dmeas)，假定在23℃的水密度為1g/cc。
根據(jù)以下公式確定組合物的理論密度(Dtheor)組合物的Dtheor＝(粘合劑組分的wt％×粘合劑組分的Dmeas)+(第一填料組分的wt％×第一填料組分的Dtheor)+(第二填料組分的wt％×第二填料組分的Dtheor)+(第三填料組分的wt％×第三填料組分的Dtheor)等。
并根據(jù)該結(jié)果，從下式計(jì)算空隙體積百分?jǐn)?shù)％空隙體積＝(1-組合物的Dmeas/組合物的Dtheor)×100記錄的空隙體積％包括膨脹的聚合微球和/或留存氣體和/或化學(xué)發(fā)泡劑和/或物理發(fā)泡劑對(duì)空隙體積的貢獻(xiàn)。
硬度測(cè)試測(cè)量并記錄樣品的厚度(約3.81cm(1.5英寸)×2.54cm(1.0英寸))。然后層壓樣品至清潔的干玻璃板條，注意避免在樣品和玻璃間殘留氣泡。以相同方式層壓附加制品樣品至第一制品，直到獲得至少0.34cm(0.135英寸)總厚度。使用Shore A硬度測(cè)試儀(型號(hào)CV Stand，硬度計(jì)類型A ASTM D2240 Gauge，可以從Shore Instrument Mfg.Co.Inc.獲得，F(xiàn)reeport，NY)，在每個(gè)樣品的三個(gè)位置上從設(shè)備讀取初始硬度，并且平均其值。
粘度使用Rheometrics RDA II，可從Rheometrics獲得，測(cè)量粘度的變化。將粘合劑放入直徑25mm、厚度1mm的平行板中。將數(shù)據(jù)以復(fù)合體粘度對(duì)溫度和在180℃的剪切速率作圖。以1弧度/秒的頻率記錄粘度。
靜剪切強(qiáng)度測(cè)試從要測(cè)試制品切取2.54cm(1.0英寸)寬×約3.81cm(1.5英寸)長(zhǎng)樣品，并壓到溶劑洗滌(丙酮洗滌一次，隨后用庚烷洗滌三次)并干燥的0.508cm(2英寸)寬×7.62cm(3英寸)長(zhǎng)的304型不銹鋼基材板條上，并把樣品放在板條一端的中心。將約10.16cm(4英寸)長(zhǎng)×約3.175cm(1.25英寸)寬×0.0025cm(0.001英寸)厚的原聚酯薄膜片材粘附至樣品，通過(guò)使用2千克(4.5磅)硬橡膠輥將聚酯薄膜的原側(cè)面軋制到樣品上，每個(gè)方向雙程軋制，注意在薄膜和樣品之間不能留存氣泡，約5.1cm(2英寸)聚酯薄膜延伸出板條作為標(biāo)志牌。然后切割板條上的層壓品至2.54cm(1.0英寸)長(zhǎng)度，使得到的粘結(jié)面積是2.54cm×2.54cm(1.0英寸×1.0英寸)。然后將5.1cm(2英寸)標(biāo)志牌折疊在三角形夾子周圍，用遮蔽膠帶纏繞，并用釘釘住，使得可以連接重物至測(cè)試樣品。在室溫下1000g重量用于測(cè)試樣品，在70℃(158°F)500克重量用于測(cè)試樣品。由此制備的樣品可以在室溫和大約50％相對(duì)濕度下保留大約24至72小時(shí)。然后將測(cè)試樣品放置在具有2度向后傾斜角的靜剪切標(biāo)準(zhǔn)夾具中。然后在室溫下(約22℃)或設(shè)置在70℃±3℃(158)的強(qiáng)制通風(fēng)烘箱中測(cè)試緊固樣品。然后在連接500g重量之前經(jīng)過(guò)10分鐘加熱得到高溫測(cè)試樣品。進(jìn)行測(cè)試直至測(cè)試樣品破損或經(jīng)過(guò)10,000分鐘。記錄破損時(shí)間。
拉伸斷裂強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率測(cè)試(方法I)根據(jù)ASTM D412-98a″硫化橡膠和熱塑性彈性體-拉伸的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法″測(cè)定拉伸和伸長(zhǎng)率。施加硅氧烷脫模襯底至制品的暴露面，該制品一面已經(jīng)具有襯底。在加工方向上使用Die E從要測(cè)試制品切割樣品，以形成測(cè)試樣品。使用具有0.1千克(3.5oz)力和0.0635cm(0.25英寸)直徑底部的AMES量規(guī)，在每個(gè)樣品的中心測(cè)量樣品厚度。拉伸測(cè)試儀設(shè)置為下列條件夾片間隙8.89cm(3.5英寸)測(cè)試速度51cm/分鐘(20英寸/分鐘)荷重元45千克(100磅)
通過(guò)分開(kāi)設(shè)備夾緊鉗至該長(zhǎng)度設(shè)置初始量規(guī)長(zhǎng)度在8.89cm(3.5英寸)，并將樣品居中水平地放在夾片間，使得每個(gè)夾片夾持大約等長(zhǎng)的樣品。以51cm/分鐘(20英寸/分鐘)的測(cè)試速度測(cè)試樣品，直至樣品破壞或達(dá)到機(jī)器的最大伸長(zhǎng)(101.6cm(40英寸))。記錄拉伸強(qiáng)度的磅數(shù)(隨后轉(zhuǎn)換成千克)和伸長(zhǎng)距離。通過(guò)用伸長(zhǎng)距離除以起始間隙距離×100測(cè)定伸長(zhǎng)百分率。進(jìn)行十一次重復(fù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，除了其中指明，計(jì)算平均值，以提供厚度、峰值荷載、峰值應(yīng)力、峰值應(yīng)力下的應(yīng)變百分比(％)、斷裂載荷、斷裂應(yīng)變％、斷裂能和模量。
拉伸斷裂強(qiáng)度和(斷裂)伸長(zhǎng)率測(cè)試(方法II)施加硅氧烷脫模襯底至制品的非襯底側(cè)面。在加工方向上從要測(cè)試制品切割1.27cm(0.5英寸)寬×約12.7cm(5英寸)長(zhǎng)的樣品，以形成測(cè)試樣品。除去一個(gè)襯底，并測(cè)量2.54cm(1.0英寸)的長(zhǎng)度，并在測(cè)試樣品的中心標(biāo)明，以提供起始間隙距離。通過(guò)將帶材邊緣放置在兩個(gè)標(biāo)記上，跨過(guò)泡沫制品放置2.54cm(1英寸)寬×約7.62cm(3英寸)的遮蔽膠帶，使得標(biāo)出的2.54cm(1.0英寸)長(zhǎng)區(qū)域沒(méi)被帶材覆蓋。然后除去其它襯底，并將遮蔽膠帶完全纏繞在制品周圍，以確保遮蔽膠帶跨過(guò)制品排列。該帶材用于防止樣品粘附至INSTRON夾片，并防止樣品在夾片夾緊的位置斷裂。INSTRON設(shè)置為下列條件夾片間隙2.54cm(1.0英寸)測(cè)試速度25.4cm/分鐘(10英寸/分鐘)然后將測(cè)試樣品放置在INSTRON夾片中，使得夾片夾在遮蔽膠帶邊緣。以25.4cm/分鐘(10英寸/分鐘)的測(cè)試速度測(cè)試樣品，直至樣品斷裂。記錄拉伸斷裂強(qiáng)度或最大荷載的磅數(shù)(隨后轉(zhuǎn)換成千克)，并記錄伸長(zhǎng)距離。通過(guò)用伸長(zhǎng)距離除以起始間隙距離×100測(cè)定斷裂伸長(zhǎng)率。測(cè)試每種樣品的一個(gè)試樣。
90-度剝離強(qiáng)度測(cè)試從要測(cè)試制品切割25.4mm(1英寸)或12.7mm(0.5英寸)寬×約127mm(5英寸)長(zhǎng)樣品，并通過(guò)將制品軋制到聚酯薄膜的最初側(cè)面上，層壓至約152.4mm(6英寸)長(zhǎng)×約28.6mm(1.125英寸)寬×0.025mm(0.001英寸)厚的最初聚酯薄膜，注意不要在薄膜和制品之間留存氣泡。類似地層壓12.7(0.5英寸)寬樣品至約152.4mm(6英寸)長(zhǎng)×約15.8mm(0.625英寸)寬×0.025mm(0.001英寸)厚的最初聚酯薄膜。然后將層壓品放置在溶劑洗滌(丙酮洗滌一次，隨后庚烷洗滌三次)且干燥的51mm(2英寸)寬×約127mm(5英寸)長(zhǎng)型6061-T6型合金裸標(biāo)準(zhǔn)鋁板條上，或者放置在溶劑洗滌(異丙醇洗滌三次)且干燥的51mm(2英寸)寬×約127mm(5英寸)長(zhǎng)聚丙烯板條上，使得層壓品居中放在板條上，且一部分層壓品延伸出板條作為標(biāo)志盤(pán)。使用2千克(4.5磅)硬橡膠輥，每個(gè)方向上單程，將層壓品軋制到板條上。注意不要在板條和層壓品之間留存泡沫。在室溫(約22℃)下將如此制備的樣品保持約24小時(shí)。然后在室溫(約22℃)下用以下描述的方法A(用于聚丙烯板條)或方法B(用于鋁板條)測(cè)試樣品的90度剝離強(qiáng)度。
方法A使用裝有4.5千克(10磅)荷重元的IMASS測(cè)試儀，以30cm/分鐘(12英寸/分鐘)的測(cè)試速度測(cè)試樣品。忽略從最初0.51cm(0.2英寸)長(zhǎng)度剝離獲得的剝離值。記錄接著5.08cm(2英寸)的剝離值或″剝離面積″。報(bào)告值是三次重復(fù)實(shí)驗(yàn)綜合剝離強(qiáng)度值的平均值。
方法B使用裝有45千克(100磅)荷重元的SINTECH 5/GLInstron測(cè)試儀，以30cm/分鐘(12英寸/分鐘)的測(cè)試速度測(cè)試樣品。忽略從最初1.27cm(0.5英寸)長(zhǎng)度剝離獲得的剝離值。記錄接著89mm(3.5英寸)的剝離值或″剝離面積″。報(bào)告值是三次重復(fù)實(shí)驗(yàn)綜合剝離強(qiáng)度值的平均值。
拉伸脫模測(cè)試在樣品的加工方向上從測(cè)試樣品切割12.5mm(0.5英寸)寬×127mm(5英寸)長(zhǎng)的長(zhǎng)條。
將一長(zhǎng)條層壓至50.8mm(2英寸)寬×127mm(5英寸)長(zhǎng)的鋁或玻璃板條，使得長(zhǎng)條距板條的一個(gè)長(zhǎng)邊緣約為0.635cm(0.25英寸)，且約25.4mm(1.0英寸)的長(zhǎng)條延伸超出板條末端。注意確保長(zhǎng)條和板條間的潤(rùn)濕或接觸最大化。期望獲得100％的接觸。
類似地，沿著玻璃板條的其它邊緣層壓得自不同實(shí)施例的長(zhǎng)條。
然后直接層壓第二個(gè)類似板條(即，鋁和鋁，或玻璃和玻璃)至第一板條上，確保長(zhǎng)條和第二板條之間沒(méi)有留存氣泡。在室溫(約22℃)下使粘結(jié)樣品保持24小時(shí)至72小時(shí)。
用手以約30cm/分鐘(約12英寸/分鐘)的速度在基本上與板條平行的方向拉伸測(cè)試長(zhǎng)條的自由端，以引發(fā)拉伸脫模移去，直到粘合失效。僅目視檢查玻璃板條是否存在殘余物，并記錄失效的模式。如果從板條完全移去，樣品列為″通過(guò)″。如果樣品不能完全除去，樣品列為″失敗″。
熱阻抗測(cè)量根據(jù)ASTM C-1114測(cè)試方法″用薄型-加熱器裝置測(cè)量穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)性質(zhì)″測(cè)量本發(fā)明公開(kāi)發(fā)明的單層熱阻抗。
圖5中顯示出薄型加熱器裝置500的簡(jiǎn)圖。
使用小型電阻器502作為薄型加熱器。使用的電阻器是在0.806cm2(0.125英寸2)面積的TO-220封裝中為10歐姆的電阻器，(例如Caddock Electronics MP930)。在穿過(guò)電阻器背面的小孔中放置細(xì)絲熱電偶504，以測(cè)量熱側(cè)溫度，Th。
通過(guò)設(shè)定電流和電壓(功率＝電流×電壓)，從精密電源506(例如Hewlett Packard E3611A)提供已知的功率Q。將要測(cè)試的樣品508放置到可棄測(cè)試表面509上，并在薄型加熱器和冷鋁測(cè)試塊510之間用運(yùn)轉(zhuǎn)冷水通過(guò)冷卻塊511冷卻。冷卻試塊具有測(cè)量冷側(cè)溫度Tc的熱電偶512。增加電阻器功率，并使電阻器溫度達(dá)到平衡。記錄溫度Th和Tc，并根據(jù)ASTM C 1114使用下列關(guān)系式計(jì)算阻抗和導(dǎo)熱率A＝薄型加熱器面積功率，Q＝電壓×供應(yīng)電流熱流率，q＝Q/A，ΔT＝Th-Tc熱阻(R)＝ΔT/q熱阻抗(Zuncorr)＝R×A用電阻器頂(水平面)表面(而不是樣品的側(cè)面)的任何熱損失校正熱阻抗，并報(bào)告為Zcorr。
Zcorr＝Zuncrr-[電阻器的對(duì)流熱損耗×(電阻器的表面溫度Th-室溫)]其中TO-220類型電阻器的對(duì)流熱損耗值＝0.011瓦。
在文章″Factors Affecting Convection Heat Transfer″HeatTransfer，Watlow Education Series，Book One，1995，16-17頁(yè)中可以得到進(jìn)一步的論述。從上述書(shū)的17頁(yè)圖17上讀取電阻器的對(duì)流熱損失值，且該值基于測(cè)試電阻器的尺寸。
整體導(dǎo)熱率測(cè)量阻抗作圖法用于計(jì)算整體導(dǎo)熱率(k)。以不同厚度擠出材料得到樣品，或通過(guò)結(jié)合多層單個(gè)樣品以得到不同的厚度。
根據(jù)上述測(cè)試方法對(duì)于不同厚度的樣品測(cè)量校正的熱阻抗(Zcorr)。然后考慮到界面阻抗的有限值對(duì)該數(shù)據(jù)作圖。該作圖方法可以用以下公式表示Zcorr＝Zinterface+t/k圖6展示了熱阻抗(Zcorr)對(duì)厚度(t)的作圖。作圖得到了斜率＝1/k和t＝0處截距等于Zinterface的直線。然后從校正后熱阻抗值的直線斜率計(jì)算整體導(dǎo)熱率(k)。
實(shí)施例中使用的材料

實(shí)施例1使用可發(fā)性聚合微球(F-100D)和變化量的導(dǎo)熱填料制備四種丙烯酸TIMs。各種組合物以多種厚度涂覆。
制備壓敏粘合劑A(PSA-A)通過(guò)混合95份2-EHA、5份AA、0.15份IRG 651和0.02份IOTG制備壓敏粘合劑組合物。
將該組合物放入測(cè)量約100mm×50mm×5mm厚的VA-24薄膜封裝中，浸于水浴，并暴露至描述于美國(guó)專利No 5,804,610的紫外線輻射。根據(jù)上述測(cè)試方法，PSA-A的粘度測(cè)試為約3980.73泊(P)。該粘合劑被認(rèn)為具有約700,000至約1,200,000的重均分子量(Mw)。PSA-A的密度是0.98g/cc。
制備熱界面材料通過(guò)51mm單螺桿擠出機(jī)(Bonnot擠出機(jī))進(jìn)料PSA-A至設(shè)置以200rpm(實(shí)際速度為176rpm)螺桿速度運(yùn)行且具有四個(gè)端口(WernerPfleider)的30mm同向雙螺桿擠出機(jī)筒區(qū)域1的進(jìn)料口。Bonnot擠出機(jī)中所有區(qū)域的溫度均設(shè)置為149℃(300°F)。將表1中指定的導(dǎo)熱填料(表1中指定每100重量份的PSA-A和導(dǎo)熱填料中的重量份)干燥固體的一部分加入至同向雙螺桿擠出機(jī)筒區(qū)域5的進(jìn)料口，導(dǎo)熱填料和PSA-A的總流速約3.18千克/小時(shí)(千克/hr)(7磅/小時(shí)(lb/hr))。將每100重量份的PSA-A中濃度為0.5重量份的F-100D微球順流加至筒區(qū)域7。雙螺桿擠壓機(jī)的所有六個(gè)溫度區(qū)域中，溫度均設(shè)置在93.5℃(200°F)。通過(guò)筒區(qū)域9的端口施加真空(約-77.9+/-10.2牛頓/平方米(N/m2)(-23+/-3英寸水銀柱(Hg))。擠出機(jī)接頭和擠出機(jī)出口端的撓性軟管的溫度均設(shè)置在113℃(235°F)。用熱的Zenith熔體泵控制流速，標(biāo)稱10.3cc/rev，設(shè)置在113℃(235°F)。
將擠出物經(jīng)過(guò)熱的軟管泵至具有約0.114cm(0.045英寸)間隙的單層15.24cm(6英寸)寬鍛模。模頭溫度設(shè)置在182℃(360°F)。調(diào)節(jié)線速度，以提供表1中指定的目標(biāo)厚度。
將擠出片材鑄塑到兩個(gè)冷卻輥(一個(gè)金屬，一個(gè)橡膠)形成的壓輥中，在兩個(gè)硅氧烷涂布的聚酯脫模襯底之間。冷卻輥的溫度設(shè)置為7.5℃(45°F)。每個(gè)襯底為0.051mm(0.002英寸)厚雙側(cè)硅氧烷涂布的聚酯襯底，每個(gè)側(cè)面上具有不同的脫模材料(標(biāo)識(shí)為5035和7200)，可以從DCP-LOHJA Inc.，Willowbrook，IL，以2-2PESTR(P2)-5035和7200獲得。擠出片材接觸一個(gè)襯底的7200側(cè)面和另一個(gè)襯底的5035側(cè)面。除去具有與擠出片材接觸的7200脫模材料的襯底，并將得到的制品繞成卷，用于隨后的交聯(lián)。
表1

從上述樣品卷切割兩個(gè)約0.46米(m)(18英寸)長(zhǎng)的片。小心地層壓2-2PESTR(P2)-5035和7200至各個(gè)片的露出側(cè)面，其中各個(gè)片具有與露出側(cè)接觸的7200硅氧烷涂布的側(cè)面。然后對(duì)兩個(gè)面上均具有襯底的擠出片材按照如下所述進(jìn)行γ輻射。
通過(guò)γ處理單元(Research Loop of Panasonic Industrial Irradiator JS7500，Cobalt 60 Wet Storage，可從M.D.S.Nordion，Kanota，Ontario，Canada獲得)對(duì)樣品進(jìn)行γ輻射。每個(gè)片接受的γ劑量測(cè)量為31.6至36.4千戈瑞(kGy)(目標(biāo)劑量＝30kGy)。
然后根據(jù)上述測(cè)試方法測(cè)試得到制品的物理性能。實(shí)施例1-4的整體導(dǎo)熱率分別是0.82、0.95、0.60和0.85瓦/米-K。
結(jié)果在表2中給出。
表2

實(shí)施例5使用兩種導(dǎo)熱填料的共混物制備丙烯酸熱界面組合物，其中導(dǎo)熱填料也作為發(fā)泡劑。
制備熱界面組合物根據(jù)實(shí)施例1-4制備熱界面組合物，除了導(dǎo)熱填料為82wt％SiC與18wt％BN的干共混物，并且沒(méi)有使用可發(fā)性聚合微球。
表3

根據(jù)實(shí)施例1-4中所述對(duì)樣品進(jìn)行γ輻射。
根據(jù)上述概括的測(cè)試方法對(duì)TIM進(jìn)行物理性能測(cè)試。實(shí)施例5的整體導(dǎo)熱性為0.97瓦特/米-K。
結(jié)果在表4中列出。
表4

實(shí)施例6使用實(shí)施例5的兩種導(dǎo)熱填料共混物制備熱塑性彈性體TIM。碳化硅也作為化學(xué)發(fā)泡劑。沒(méi)有預(yù)混合PSA組合物。組合物以多種厚度涂覆。得到的制品沒(méi)有進(jìn)行輻照。
制備熱界面組合物以2.60千克/小時(shí)(10磅/小時(shí))的進(jìn)料速度將100份Kraton D1107進(jìn)料到實(shí)施例1-4雙螺桿擠出機(jī)的筒區(qū)域1的進(jìn)料口。將179份WINGTACK PLUS粘性樹(shù)脂在Helicon Mixer(其槽設(shè)置為149℃(300°F)、泵和軟管設(shè)置為163℃(325°F))中熔融，并以1.87千克/小時(shí)(4.11磅/小時(shí))的進(jìn)料速度泵入筒區(qū)域3中進(jìn)料口。使用Zenith泵以0.24千克/小時(shí)(0.528磅/小時(shí))的進(jìn)料速度通過(guò)筒區(qū)域5的進(jìn)料口加入23份SHELLFLEX 371N油。粘合劑的總流速(即，Kraton D1107、WINGTACK PLUS粘性樹(shù)脂和SHELLFLEX 371N)為約3.18千克/小時(shí)(7磅/小時(shí))。粘合劑的密度為0.96g/cc。
將一部分表5中指定的導(dǎo)熱填料和3份IRGANOX 1010的干燥共混物以2.60千克/小時(shí)(5.73磅/小時(shí))的進(jìn)料速度加到筒區(qū)域5中的進(jìn)料口。
雙螺桿擠出機(jī)六個(gè)溫度帶的溫度設(shè)置如下帶1在149℃(300°F)、帶2在154.4℃(310°F)、帶3-6在160℃(320°F)。通過(guò)筒區(qū)域9中端口施加真空(約-77.9+/-10.2N/m2(-23+/-3英寸水銀柱(Hg))。擠出機(jī)接頭和擠出機(jī)出口端撓性軟管的溫度均設(shè)置為160℃(320°F)。用熱的Zenith熔體泵控制流速，標(biāo)稱10.3cc/rev，設(shè)置在160℃(320°F)。
將擠出物通過(guò)熱的軟管泵至實(shí)施例1-4的單層寬鍛模。模頭溫度設(shè)置在163℃±14℃(325°F±25°F)。調(diào)節(jié)線速度，以提供表5中指定的目標(biāo)厚度。將擠出片材鑄塑到由兩個(gè)冷卻輥(一個(gè)金屬，一個(gè)橡膠)形成的壓輥間隙，在實(shí)施例1-4的兩個(gè)硅氧烷涂布的聚酯脫模襯底之間。冷卻輥的溫度設(shè)置為7.5℃(45°F)。除去一個(gè)襯底，并將得到的制品繞成卷。
表5

根據(jù)上述概括的測(cè)試方法對(duì)TIM進(jìn)行物理性能測(cè)試。結(jié)果在表6中列出。對(duì)于密度計(jì)算，沒(méi)有導(dǎo)熱填料的熱塑性彈性體粘合劑的密度為0.96g/cc。實(shí)施例6的整體導(dǎo)熱性為0.84瓦特/米-K。
表6

實(shí)施例7制備熱界面組合物使用不同的導(dǎo)熱填料制備丙烯酸熱界面組合物。
制備壓敏粘合劑B(PSA-B)根據(jù)制備PSA-A的方法制備壓敏粘合劑組合物(PSA-B)，除了用97份2-EHA、3份AA和0.01份IOTG代替95份2-EHA、5份AA和0.02份IOTG。根據(jù)上述測(cè)試方法測(cè)得PSA-B的粘度為2215.2P。據(jù)認(rèn)為該粘合劑的重均分子量(Mw)為約800,000-約1,300,000。PSA-B的密度為0.98g/cc。
制備TIM通過(guò)實(shí)施例1-4中的Bonnet擠出機(jī)以4.55千克/小時(shí)(10磅/小時(shí))的進(jìn)料速度將PSA-B進(jìn)料到共旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)(40mm BerstorffZE-40，L/D＝40，10個(gè)筒)的筒1中。Bonnet擠出機(jī)的所有溫度帶均設(shè)置為149℃(300°F)，除了帶1設(shè)置為135℃(275°F)。使用重力進(jìn)料器(K-Tron型號(hào)T20，K-Tron，Pitman，NJ)，將導(dǎo)熱填料干燥固體分別以2.27千克/小時(shí)(4磅/小時(shí))和2.73千克/小時(shí)(6磅/小時(shí))的進(jìn)料速度進(jìn)料至雙螺桿擠出機(jī)的筒2和筒4。下表7提供了所加導(dǎo)熱填料的數(shù)量和類型。該分路給料裝置用來(lái)成功地獲得低體積密度填料所需的填充量。此外，使垂直下降距離保持盡可能短，以避免留存過(guò)量空氣。每個(gè)擠出螺桿由自清效應(yīng)的方形通道變螺距(60mm、40mm和30mm)雙程傳送元件組成。螺桿還包含5-槳葉捏合段、長(zhǎng)度50mm，以三種不同的偏移設(shè)置(1)向前(LI)方向45度，(2)反轉(zhuǎn)(RE)方向45度，或(3)中線(neutral pattern)90度。螺桿的起始370毫米由向前傳送、自清效應(yīng)元件(螺距30和60)組成。將第一捏和區(qū)域設(shè)置在螺桿的370-520mm間，并由向前、中線和反轉(zhuǎn)捏合段組成。隨后為傳送區(qū)域(520-770mm)和另一個(gè)捏和段(770-920mm)。該捏和區(qū)域由兩個(gè)向前段和隨后的反轉(zhuǎn)段組成。螺桿的其余部分(920-1600mm)由多種螺距的自清效應(yīng)的方形通道向前傳送元件組成，通常，隨后螺距為下降傾向(60mm，40mm，30mm)。以200rpm(實(shí)際速度約200rpm)的螺桿速度，全部區(qū)域在125℃(257°F)溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)。通過(guò)區(qū)域8中的開(kāi)口施加真空(約-94.81kN/m2(-28英寸水銀柱(Hg))，以除去任何揮發(fā)物和/或水分。如該螺桿設(shè)計(jì)中說(shuō)明，真空區(qū)域中使用較大螺距向前傳送元件，以提供較低的填充率，從而最大化聚合物表面積。通過(guò)設(shè)置在154.4℃(310°F)的1.905cm(0.75英寸)直徑的不銹鋼頸管，通過(guò)熱的Normag熔體泵泵送擠出物，標(biāo)稱10.3cc/rev，設(shè)置在125℃(257°F)，送至具有0.102cm(0.040英寸)間隙(可以從Cloeren Company，Orange，TX獲得)的4.17cm(10英寸)寬3-層Cloeren鍛模的中央/中心層。模頭溫度設(shè)置為177℃(350°F)。調(diào)節(jié)線速度以提供表7中指定的目標(biāo)厚度。
表7

將擠出片材鑄塑到與用冷鑄輥接觸的雙面硅氧烷涂布的實(shí)施例1-4聚酯襯底上。將片材鑄塑到2-2PESTR(P2)-5035的5035面和7200脫模襯底上。鑄輥的溫度設(shè)置為7.5℃(54°F)。將得到的制品繞成卷，用于隨后的交聯(lián)。
從上述樣品卷切取八個(gè)約0.46米(m)(18英寸)長(zhǎng)的片。小心地層壓2-2PESTR(P2)-5035和7200脫模襯底至各個(gè)片的露出側(cè)面上，各個(gè)片具有與露出側(cè)面接觸的7200硅氧烷涂布的側(cè)面。然后對(duì)兩面具有襯底的擠出片材進(jìn)行如下所述的γ輻射。
對(duì)樣品進(jìn)行γ輻射，并通過(guò)實(shí)施例1-4的γ處理單元。兩個(gè)樣品各自接受目標(biāo)(實(shí)際測(cè)量)γ劑量為約30kGy(31.6-31.7kGy)、45kGy(44.4-45.9kGy)或60kGy(58.8-59.7kGy)。
然后根據(jù)上述測(cè)試方法測(cè)試得到制品的物理性能和粘合性能。結(jié)果在表8和9中給出。所用的測(cè)試方法是拉伸斷裂強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率測(cè)試(方法I)。
表8

(a)測(cè)量樣品暴露至45kGy的γ輻射(b)對(duì)40mil厚樣品進(jìn)行測(cè)試，并接受30kGy的γ輻射表9

實(shí)施例8-9使用變化量的Exact 3040制備具有拉伸脫模性質(zhì)的丙烯酸熱界面組合物，其中拉伸脫模性有原位形成微纖維提供。各種組合物以多種厚度涂覆。
制備TIM通過(guò)實(shí)施例1-4的Bonnot擠出機(jī)以1.95千克/小時(shí)(4.28磅/小時(shí))的進(jìn)料速度進(jìn)料實(shí)施例7的PSA-B至以225rpm(實(shí)際速度為201rpm)螺桿速度運(yùn)行的實(shí)施例1-4雙螺桿擠出機(jī)的筒區(qū)域3中進(jìn)料口。Bonnot擠出機(jī)中所有區(qū)域的溫度設(shè)置為149℃(300°F)。將表10中指定的導(dǎo)熱填料干燥固體的一部分(表10中指定的每100重量份PSA-B加上導(dǎo)熱填料的重量份)加入至實(shí)施例1-4雙螺桿擠出機(jī)的筒區(qū)域1中進(jìn)料口。
對(duì)于含25wt.％Exact 3040的實(shí)施例，導(dǎo)熱填料和Exact 3040的進(jìn)料速度分別為2.12千克/小時(shí)(4.67磅/小時(shí))和0.65千克/小時(shí)(1.43磅/小時(shí))。對(duì)于含30wt.％Exact 3040的實(shí)施例，導(dǎo)熱填料和Exact 3040的進(jìn)料速度分別為2.27千克/小時(shí)(5.00磅/小時(shí))和0.83千克/小時(shí)(1.83磅/小時(shí))。每100重量份PSA-B中濃度為0.93重量份的F-100D微球以0.3g/min的進(jìn)料速度順向加到筒區(qū)域7。
在雙螺桿擠出機(jī)的所有六個(gè)溫度帶，溫度均設(shè)置為149℃(300°F)，除了帶4溫度設(shè)置為93.5℃(200°F)。通過(guò)筒區(qū)域10中端口施加真空(約-77.9+/-10.2N/m2(-23+/-3英寸水銀柱(Hg))。三個(gè)擠出機(jī)接頭的溫度設(shè)置為149℃(300°F)，擠出機(jī)出口端撓性軟管的溫度設(shè)置為165℃(330°F)。用熱的Zenith熔體泵控制流速，標(biāo)稱10.3cc/rev，設(shè)置在149℃(300°F)。
將擠出物通過(guò)熱的軟管泵送至實(shí)施例1-4的單層寬鍛模。模頭溫度設(shè)置在182℃(360°F)。調(diào)整線速度以提供表10指明的目標(biāo)厚度。
將擠出片材鑄塑到由兩個(gè)冷卻輥(一個(gè)金屬，一個(gè)橡膠)形成的壓輥間隙，在實(shí)施例1-4的兩個(gè)硅氧烷涂布的聚酯脫模襯底之間。冷卻輥的溫度設(shè)置為7.5℃(45°F)。如在實(shí)施例1-4中，除去一個(gè)襯底，并將得到的制品繞成卷用于隨后的交聯(lián)。
表10

對(duì)得到的樣品卷進(jìn)行γ輻射，測(cè)得的γ劑量為33.4至35.3kGy(目標(biāo)劑量為30kGy)。
從輻照后的卷切割樣品，然后根據(jù)上述測(cè)試方法測(cè)試物理性能和粘合性能，Dtheor除外，因?yàn)榭砂l(fā)性微球的貢獻(xiàn)可忽略不計(jì)，且不包括在計(jì)算結(jié)果中。結(jié)果在表11和12中給出。所用的測(cè)試方法為拉伸斷裂強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率測(cè)試(方法II)。
表11

(a)VLR＝非常少的殘留物L(fēng)R＝少量殘留物SB＝樣品斷裂，但仍沒(méi)有去除P＝通過(guò)表12

雖然已經(jīng)詳細(xì)描述本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的多種特征，但這些特征和描述實(shí)施方案的變化對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。該變化或改變被認(rèn)為在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍和主旨內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種包括泡沫薄膜的泡沫熱界面材料，薄膜薄膜包含數(shù)均分子量大于25,000的聚合熱熔性PSA和至少25wt％導(dǎo)熱填料的共混物，所述薄膜的空隙體積為所述泡沫薄膜體積的至少5％。
2.一種熱界面組合物，包含數(shù)均分子量大于25,000的聚合熱熔性PSA和至少25wt％導(dǎo)熱填料，和有效量的發(fā)泡劑。
3.如權(quán)利要求1的泡沫熱界面材料，其中所述的泡沫薄膜進(jìn)一步包括阻燃劑和/或基本上連續(xù)的微纖維。
4.如權(quán)利要求3的泡沫熱界面材料，其中所述材料具有拉伸脫膜性。
5.如權(quán)利要求4的熱界面材料，其中賦予拉伸脫膜性的微纖維已原位形成。
6.如權(quán)利要求3的泡沫熱界面材料，其中所述材料可通過(guò)UL 94V-2級(jí)別。
7.如權(quán)利要求1的泡沫熱界面材料，其中所述空隙體積占材料體積的5-75％。
8.如權(quán)利要求1的泡沫熱界面材料或權(quán)利要求2的熱界面組合物，其中導(dǎo)熱填料選自陶瓷、金屬氧化物、金屬氫氧化物和其組合物。
9.如權(quán)利要求1的泡沫熱界面材料或權(quán)利要求2的熱界面組合物，其中聚合熱熔性PSA選自丙烯酸、熱塑性彈性體、橡膠/樹(shù)脂、嵌段共聚物、或聚α-烯烴粘合劑。
10.如權(quán)利要求1的泡沫熱界面材料或權(quán)利要求2的熱界面組合物，其中導(dǎo)熱填料選自氮化硼、氮化硅、氮化鋁、一氮化鈦、氧化鋁、氧化鈹、氧化鋯、碳化硅、碳化硼、氫氧化鎂、氧化鎂、氫氧化鋁和其組合物。
11.如權(quán)利要求1的泡沫熱界面材料，其中導(dǎo)熱填料在泡沫薄膜中的存在量為至少40wt.％。
12.如權(quán)利要求1的泡沫熱界面填料，其中導(dǎo)熱填料在泡沫薄膜中的存在量為至少60wt.％。
13.如權(quán)利要求1的泡沫熱界面材料，其進(jìn)一步具有與所述泡沫薄膜鄰接的背襯。
14.如權(quán)利要求13的泡沫熱界面材料，其中所述背襯是導(dǎo)熱性的。
15.如權(quán)利要求1的泡沫熱界面材料，其還具有與所述泡沫薄膜的至少部分相連的至少一種表面粘合劑層。
16.如權(quán)利要求15的泡沫熱界面材料，其中至少一種表面粘合劑層含導(dǎo)熱填料。
17.如權(quán)利要求16的泡沫熱界面材料，其中導(dǎo)熱填料在泡沫薄膜中的存在量大于導(dǎo)熱填料在表面粘合劑層中的存在量。
18.如權(quán)利要求1的泡沫熱界面材料，其具有至少約0.5瓦/米-K的整體導(dǎo)熱率。
19.如權(quán)利要求1的泡沫熱界面材料，其具有至少約0.6瓦/米-K的整體導(dǎo)熱率。
20.如權(quán)利要求1的泡沫熱界面材料，其具有至少約0.8瓦/米-K的整體導(dǎo)熱率。
21.如權(quán)利要求2的熱界面材料，其中發(fā)泡劑選自可發(fā)性微球、物理發(fā)泡劑、化學(xué)發(fā)泡劑和其組合物。
22.如權(quán)利要求4的泡沫熱界面材料，其對(duì)鋁90度的剝離強(qiáng)度大于約0.0438kN/m，且Shore A硬度小于約60。
23.一種從電氣元件導(dǎo)熱至散熱材料的方法，包括如下步驟提供權(quán)利要求1的泡沫熱界面材料；和使泡沫熱界面材料與電氣元件和散熱材料接觸，使得泡沫熱界面材料位于電氣元件和散熱材料之間。
24.一種制備泡沫熱界面材料的方法，包括(a)熔融混合壓敏粘合劑聚合物、導(dǎo)熱性粒子和發(fā)泡劑，以形成可發(fā)性易成型的組合物；(b)使發(fā)泡劑活化；(c)使易成型的組合物形成具有外表面的泡沫薄膜；和(d)任選施加導(dǎo)熱性粘合劑組合物至泡沫聚合物薄膜的外表面。
25.如權(quán)利要求24的方法，其還包括用輻照交聯(lián)泡沫熱界面材料的步驟。
26.如權(quán)利要求25的方法，其中輻照選自γ輻射、X-射線輻射和電子束輻射。
27.如權(quán)利要求24的方法，其中進(jìn)一步包括熔融混合微纖維形成材料或阻燃劑或兩者的步驟。
全文摘要
一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種包括泡沫薄膜的泡沫熱界面材料，所屬薄膜包含數(shù)均分子量大于25,000的聚合熱熔性壓敏粘合劑和至少25wt％導(dǎo)熱填料的共混物，所述膜的空隙體積是所述泡沫薄膜體積的至少5％。
文檔編號(hào)C09J7/02GK1798816SQ200480015061
公開(kāi)日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2004年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月30日
發(fā)明者帕特里克·J·費(fèi)希爾, 詹姆士·J·科貝, 卡梅倫·T·默里 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司