專利名稱：干性熱界面材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱傳遞材料，并且更具體而言本發(fā)明涉及干性熱界面材料，并且涉及制造并且將該材料施用在電子元件與散熱器之間的方法。
背景技術(shù)：
制造電子組件時(shí)，一般在基底，比如印刷電路板上結(jié)合多個(gè)電子元件。為了使這些組件正常而可靠地長期操作，元件產(chǎn)生的熱必須被有效而可靠地從元件傳遞到電路板上，后者用作散熱器。
隨著這類電子組件制造得越來越小和運(yùn)行得越來越快，它們的操作溫度越來越高。采用較小的電子元件時(shí)，其密度也會(huì)提高，進(jìn)一步提高了有效而可靠地排除熱量的需要。
當(dāng)元件和散熱器界面連續(xù)接觸時(shí)，可以獲得終極理論熱傳遞效果。但是，實(shí)際上，元件和散熱器的各自表面均具有不規(guī)則性，比如微孔洞或孔隙，它會(huì)夾雜空氣。因?yàn)榭諝馐遣畹臒釋?dǎo)體，必須將這些不規(guī)則性/孔隙填充以一些導(dǎo)熱性材料，以更有效地起到熱傳遞的作用。以下材料和技術(shù)曾經(jīng)用來促進(jìn)該熱傳遞過程。
最初將硅氧烷基熱脂膏用作電子組件的熱界面材料。形成這類脂膏時(shí)，將導(dǎo)熱性陶瓷填料分散在硅氧烷中而形成發(fā)粘的膏體。
當(dāng)在電子元件表面與散熱器表面之間施用脂膏時(shí)，脂膏填充了孔隙并且消除了空隙之間的空氣。任何過量的脂膏會(huì)從元件的邊緣流淌出來。使用該脂膏可產(chǎn)生最可能薄的接合體，因?yàn)閮蓚€(gè)配合表面以其高點(diǎn)相互接觸，由此產(chǎn)生非常低的熱阻。
雖然這類脂膏已證明是非常良好的導(dǎo)熱體，但它的應(yīng)用還是帶來了問題。它容易沾臟，因?yàn)樗幱谝环N觸感潤濕的發(fā)粘狀態(tài)，并且在施用時(shí)很耗時(shí)間(比如一般必須施用恰當(dāng)量的脂膏)。還有，如果脂膏施用到保護(hù)襯板上以便有助于操作、運(yùn)輸?shù)?，?dāng)除去該襯然后在電子元件表面上施用脂膏時(shí)，最高會(huì)有50％的脂膏殘留在襯上，導(dǎo)致浪費(fèi)、提高成本，并且使熱界面的效能比預(yù)期低。除此之外，在電子裝置操作過程中，在產(chǎn)生熱時(shí)，熱脂膏會(huì)遷移離開施用區(qū)域。還有，硅氧烷基脂膏的缺點(diǎn)是，給波焊池帶來硅氧烷污染問題。如果硅油遷移到印刷電路板上，在電路板上進(jìn)行任何焊接返工操作時(shí)都會(huì)無法粘附。這種遷移也可能會(huì)在電路板上造成短路現(xiàn)象。
后來開發(fā)出了非硅氧烷熱脂膏，來解決許多與硅氧烷基產(chǎn)品有關(guān)的前述缺點(diǎn)。形成非硅氧烷脂膏時(shí)，將導(dǎo)熱性陶瓷填料分散在烴油中。
雖然非硅氧烷基脂膏解決了硅氧烷基產(chǎn)品的遷移/污染特性，它們?nèi)杂姓磁K的缺點(diǎn)，因?yàn)樗鼈內(nèi)杂谐睗?發(fā)粘特性，并且仍舊很難施用而且施用起來非常消耗時(shí)間。
為了進(jìn)一步提供可接受的熱脂膏代用品，開發(fā)出了相對較稠和干性的彈性熱墊。它們的組成本質(zhì)上是含有導(dǎo)熱性顆粒的硅橡膠，比如氧化鋅、氧化鋁、氮化鋁和氮化硼。采用這些墊的優(yōu)點(diǎn)是，沾臟性較小(由于更為干性)、設(shè)置更為容易并且更節(jié)省時(shí)間，并且消除了每次施用時(shí)只能施用恰當(dāng)量的脂膏的需要。
但是，如前所述，終極的熱界面是兩個(gè)部分之間以盡可能多的點(diǎn)接觸的界面，僅在微空隙出現(xiàn)的位置處將其填充。前述脂膏很容易流動(dòng)到這些空隙中，并且很容易取代該位置以使元件與散熱器之間盡可能多的接觸，但這些墊不使元件表面與散熱器之間產(chǎn)生任何直接接觸。即，只有在施加顯著的壓縮負(fù)載時(shí)這些硅氧烷彈性體才根據(jù)表面不規(guī)則度發(fā)生變形，該負(fù)載對電子元件可能是有害的。在低壓力下，墊顯然無法填充表面之間的空氣隙，導(dǎo)致相對而言極高的熱阻。
也開發(fā)出了蠟或石蠟基相變材料，它們具有與脂膏類似的熱性能并且由于其相對較為干性，表現(xiàn)出與彈性墊類似的更為容易的操作性和應(yīng)用性。這些相變材料可以以獨(dú)立產(chǎn)品的形式采用，其經(jīng)過玻璃纖維增強(qiáng)，或被涂布在箔或Kapton上。Kapton是導(dǎo)熱性但電絕緣性的聚酰亞胺膜，可從DuPont company獲得。這些相變材料在室溫下是固體，但是一旦達(dá)到相變溫度或熔融操作溫度，即一般為40-70℃，其性狀更類似于熱膏體或脂膏。
因?yàn)檫@些相變材料在室溫下是固體并且是干性的，它們在施用時(shí)不會(huì)有沾臟問題。它們在加熱后會(huì)變成液體并且流動(dòng)到空隙中。但是，在電子元件垂直定向，它們會(huì)流淌出界面，再次留下空隙。在組裝過程中，這些材料需要壓敏粘合劑來結(jié)合到部件上，這些粘合劑會(huì)不利地提高熱阻。相變材料的高溫操作范圍僅為150℃，但相比而言熱脂膏是200℃。而且，在“冷板”應(yīng)用中，即采用水和/或熱電組件來幫助冷卻電子組件時(shí)，溫度不會(huì)達(dá)到熔融操作溫度，因此相變材料不會(huì)得到足夠的熱量而熔融進(jìn)入工作位置(使表面潤濕)，因此是不可用的，而脂膏在該溫度下則可以發(fā)揮作用。而且，每次熱循環(huán)和隨后的相變可能會(huì)引入新的空氣隙，這些可能是無法填充的。
鑒于前述這些問題，熱墊很容易使用，但是表現(xiàn)出較高的熱阻。相變材料在熱傳遞效率方面優(yōu)越于墊，但在使用和性能方面仍舊有局限性。熱脂膏相對這些脂膏代用品具有優(yōu)異的性能，包括，最特別地是熱阻最低，但是在施用過程中非常容易沾臟和費(fèi)力。
雖然前述的現(xiàn)有技術(shù)解決了熱傳遞領(lǐng)域中本身存在的一些問題，但是現(xiàn)有技術(shù)仍舊未公開或教導(dǎo)過最有效的復(fù)合物及其相關(guān)的制造方法和用途。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供熱界面材料，它具有常規(guī)熱脂膏的優(yōu)良特性，但是更容易施用。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供干性熱界面材料，它能夠?qū)崿F(xiàn)總體的潤濕作用，以填充電子部件與散熱器之間的任何孔隙，而不需要改變材料的相。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供熱界面材料，它具有正的熱膨脹系數(shù)和觸變性能以改善潤濕作用，由此有助于電子部件與散熱器之間的總體熱界面接觸。
本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供熱傳遞材料，它能夠在任何操作溫度下實(shí)現(xiàn)即時(shí)熱傳遞效果而不需要相變，使得該材料特別適宜冷板應(yīng)用。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供熱傳遞材料，它具有熱墊和相變材料的優(yōu)點(diǎn)和方便性，而且具有熱脂膏的優(yōu)異性能。
本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供熱脂膏，它可簡化操作和防止遷移。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供非硅氧烷和非蠟基熱脂膏或膏體，它本性是發(fā)粘的。
本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供熱傳遞復(fù)合物，它可以模塑成片材、塊材和其它形式，然后進(jìn)行切割，以便利于設(shè)置在電子部件與散熱器之間。
本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供一放即用式(drop-in-place)熱傳遞復(fù)合物，它在許多制造環(huán)境下容易使用和操作。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供熱傳遞復(fù)合物，它可以用極小的壓力施用。
本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供干性但本性發(fā)粘的熱傳遞材料，它不需要任何可能會(huì)降低熱傳遞效率的粘合劑或其它添加劑。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供熱傳遞復(fù)合物，它在本質(zhì)上具有觸變性，以防止在部件操作過程中從電子部件與散熱器之間流淌出來。
本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供形成較為干性但具有一定粘性的熱傳遞復(fù)合物的方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供熱傳遞材料，它具有優(yōu)異的熱傳遞性能和電絕緣性能。
本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供在電子部件與散熱器之間更為有效地施用熱傳遞材料的方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供僅采用極小的力來施用熱傳遞材料以達(dá)到電子部件與散熱器之間的總體界面接觸的方法。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的前述和其它目的，提供了一種熱傳遞材料，它包括具有高導(dǎo)熱性、觸感相對干性、本性發(fā)粘的復(fù)合物，并且可以成型為各種形狀，比如塊材、片材等，從而便于施用在電子部件與散熱器之間。該復(fù)合物包括由多元醇酯和抗氧化劑構(gòu)成的預(yù)共混物，還包括填料、高粘度油，和聚苯乙烯基聚合物，溶劑以及表面活性劑，或硅酸鋁。
本發(fā)明也涉及提供該復(fù)合物的制造方法，包括如下步驟混合多元醇酯和抗氧劑而形成預(yù)共混物，前者用量約99重量％，后者用量約1重量％(該預(yù)共混物占復(fù)合物的約8-12重量％)，向預(yù)共混物中添加氧化鋅填料和氧化鎂填料中的至少一種，前者用量約18-80重量％，后者用量約60重量％；并且添加高粘度油，其用量約2.5-5.5重量％。進(jìn)一步地，在一個(gè)實(shí)施方案中添加表面活性劑，其用量約0.2重量％，聚苯乙烯基聚合物，其用量約3重量％，以及溶劑，其用量約1重量％。在替代性實(shí)施方案中，不添加聚合物、溶劑和表面活性劑，而是添加硅酸鋁，其用量約為復(fù)合物的5.2重量％。
該觸感干性的熱傳遞材料在較低的密合壓力下提供了非常低的熱阻，這與常規(guī)熱脂膏類似，但是提供了前述常規(guī)脂膏代用品的操作容易度，由此無需為了方便性而犧牲熱性能。材料的塊材、片材等形式可以沖切并且具有自然的發(fā)粘特性，使得它們可以粘結(jié)到電子部件或散熱器上而無須采用另外的有可能會(huì)降低熱性能的粘合劑。該材料也顯示出正的熱膨脹系數(shù)，并且顯示出觸變性能而獲得表面潤濕效果，以進(jìn)一步改善界面接觸效果。還有，因?yàn)闊醾鬟f能夠立即開始并且可以在任何溫度下進(jìn)行，就冷板應(yīng)用而言這是優(yōu)異的。該材料也不含硅氧烷，避免了硅氧烷污染的問題，并且可以根據(jù)需要進(jìn)行電絕緣處理。
本發(fā)明也涉及提供電子部件組件用熱界面材料的方法，它包括以下步驟提供具有第一固定表面的產(chǎn)熱電子部件；提供處于散熱器上的第二固定表面，產(chǎn)熱電子部件的第一固定表面就是固定在該表面上的；然后在第一固定表面與第二固定表面之間設(shè)置前述的干性熱傳遞材料，以實(shí)現(xiàn)從電子部件到散熱器的熱傳遞效果。
而且，該材料可以包括導(dǎo)熱性箔背襯，或?qū)嵝院碗娊^緣性背襯，并且可根據(jù)需要進(jìn)行沖切。還有，可以將可剝離的襯施用到復(fù)合物的暴露表面上以有助于操作、運(yùn)輸和貯存，但是在向電子部件與散熱器之間施用材料之前要將它除去。
參照附圖
，本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)從以下說明中可以明顯地看出，其中整個(gè)附圖中相同的附圖標(biāo)記代表相同或類似的部分。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是非硅氧烷、非蠟基觸感干性的熱脂膏或膏體復(fù)合物，它是本性發(fā)粘的，并且可以用作非常有效的熱傳遞材料，比如電子部件與散熱器之間的熱傳遞。
該復(fù)合物基于由以下物質(zhì)組成的預(yù)共混物約98.8重量％多元醇酯，比如HATCOL 2373，和約1.2重量％抗氧化劑，如ETHANOX 330。向該預(yù)共混物中至少添加填料、油、聚合物、表面活性劑和溶劑，或填料、油和硅酸鋁，如下文所述，這取決于組合物的目標(biāo)用途。
根據(jù)第一個(gè)實(shí)施方案，示例性組分和重量百分?jǐn)?shù)見下表1。
表1

氧化鋅是用作填料材料的粉末。作為填料，現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何導(dǎo)熱性填料都是適宜的，包括其它金屬氧化物、銀、氮化鋁和氮化硼。在該實(shí)施方案中，氧化鎂一般不用作填料，因?yàn)樗哂邢鄬^大的顆粒粒度。
油優(yōu)選聚異丁烯，一般稱之為粘度指數(shù)改良劑。一種市售的油稱為Indopol。
通過引入適當(dāng)?shù)木酆衔铮瑢⒃搹?fù)合物實(shí)施方案制造成觸變性的和相對觸感干性的。該聚合物優(yōu)選聚苯乙烯基的。觸變特性在整個(gè)界面上提供了完全的潤濕效果，并且防止材料流淌出界面，即使在垂直方向應(yīng)用時(shí)是也是如此。干性特性顯著有助于操作和使用。
示例性溶劑是萘、己烷、庚烷和其它快速散逸的石油餾分。
示例性表面活性劑是聚乙二醇醚，市售為Genapol。表面活性劑有助于使脂膏復(fù)合物形成薄膜。但是，在下文所述的第二“塊材”實(shí)施方案的組合物中，不需要表面活性劑，該組合物更為粘稠。
該復(fù)合物與常規(guī)的熱脂膏一樣良好或者更好地發(fā)揮作用，如下表2所示，它對比了常規(guī)熱脂膏與本發(fā)明觸感干性復(fù)合物的典型性能
表2

本發(fā)明復(fù)合物類似于相變和彈性墊材料，其觸感干性，但在其它方面不具有這些材料的前述缺陷。另一方面，本發(fā)明復(fù)合物不顯示出常規(guī)熱脂膏的沾臟性能，然而具有其非常低的熱阻。
該復(fù)合物顯示出正的膨脹系數(shù)，使復(fù)合物膨脹而潤濕表面，從而有助于填充孔隙，甚至優(yōu)于常規(guī)的脂膏。正的膨脹系數(shù)是在微觀水平上出現(xiàn)的，因此在該復(fù)合物中沒有物理變化。
在將電子部件施用到基底上之前，該復(fù)合物可以直接施用到電子部件或基底上。
該復(fù)合物也可以與比如推進(jìn)劑組合，并且按照所需的厚度通過噴霧法直接施用到電子部件或基底上，這是現(xiàn)有技術(shù)已知的。該第一實(shí)施方案復(fù)合物也可以直接絲網(wǎng)印刷到電子部件或基底上。在這兩種情形中，該復(fù)合物施用幾秒之后由于溶劑蒸發(fā)而變成觸感干性的。
或者，可以將復(fù)合物層疊在第一保護(hù)襯上。然后可以將第二保護(hù)襯設(shè)置在該復(fù)合物尚暴露的表面上，與第一保護(hù)襯相對，而形成層合體。這些襯應(yīng)該由脫模值高的材料制造從而不破壞復(fù)合物膜。優(yōu)選的材料是聚丙烯。這些襯在膜施用之前簡單地起到保護(hù)膜的作用。可以根據(jù)電子部件基板的尺寸將層合體切割成適當(dāng)?shù)某叽纭?br> 為了施用復(fù)合物，從該層合體上除去第一襯。然后以“滾動(dòng)手指那么大的壓力”將由此暴露出來的復(fù)合物表面朝著電子部件的基板表面設(shè)置。然后從復(fù)合物上除去第二襯，該復(fù)合物與電子部件基板仍保持粘結(jié)作用。即，復(fù)合物由于其自然的發(fā)粘特性會(huì)粘結(jié)到部件或散熱器上，而無須使用可能會(huì)降低熱性能的粘合劑或任何其它“非導(dǎo)熱性”材料。然后在基底上以約5PSI或更高的壓力放置電子部件，從而達(dá)到總體界面接觸效果。
可以看到，僅用極小的壓力就可以施用本發(fā)明的熱傳遞復(fù)合物。據(jù)此，損壞敏感的電子部件的可能性更小。
或者，在除去第一襯，并且將復(fù)合物粘結(jié)到部件或散熱器上之后，可以保留第二個(gè)暴露的襯以保護(hù)材料，即為了便于運(yùn)輸、貯存和后期組裝并提供保護(hù)效果，這些部件可以預(yù)先涂布。
該材料可以冷法施用，之后不需要加熱或固化。根據(jù)需要，該材料可以容易和清潔地除去，不必為了容易進(jìn)行和重新施用而使用特殊的工具。
或者，該復(fù)合物可以在導(dǎo)熱性片材背襯上施用成薄層形式，以制造熱傳遞材料，它可以進(jìn)行切割以配合電子部件各種不同的形狀。
比如，本發(fā)明第一實(shí)施方案復(fù)合物可以涂布到鋁箔基底上，在此將其稱為“A”，以提供優(yōu)異的導(dǎo)熱性，或者涂布到Kapton上，即“K”，以提供電絕緣性和導(dǎo)熱性，在下文對其進(jìn)行詳細(xì)說明。在這些優(yōu)點(diǎn)中，再次顯示出使用容易(這是熱墊和相變材料所具有的)，以及熱脂膏的優(yōu)異性能。
基于前述，將干性復(fù)合物預(yù)涂布到箔基底A的兩側(cè)上，其厚度優(yōu)選1mil-4mil。比如，在2mil箔的每個(gè)相對表面上可以施用1或2mil的膜，如以下表3所示。當(dāng)然，根據(jù)需要，更薄/厚的基底，和/或復(fù)合物更薄/厚的層可以施用到其上。
表3

該實(shí)施方案是容易使用的非石蠟熱界面膜，它具有常規(guī)熱脂膏的優(yōu)異性能。與相變材料不同，該膜可以在25℃或更低的溫度下使用，使該復(fù)合物良好地適于冷板用途。進(jìn)一步地，該復(fù)合物僅需要極小的力來達(dá)到總體表面潤濕效果和界面接觸效果?？梢钥吹剑わ@示出優(yōu)異的低熱阻；低達(dá)約0.02(℃in2/W)。
箔A與其上的復(fù)合物可以切割成任何所需的尺寸和形狀，其順應(yīng)了電子部件的界面表面，并且與其相連。這些切割的熱界面材料也可以施用到一卷片材狀材料上以進(jìn)行運(yùn)輸/貯存，然后施用到電子部件上。
類似地，該復(fù)合物可以施用到基底K上，不僅顯示出熱傳遞能力，還有電絕緣性能，如表4所示表4

因此，該熱界面材料是沖切聚酰亞胺電絕緣性基底K，其兩側(cè)上涂布了該干性熱界面復(fù)合物。該材料提供了高的熱傳遞和高的電絕緣能力，并且具有高的抗刺穿性，如表5所示，該表對比了本發(fā)明熱界面材料A和K的典型性能
表5

可以從如下表6中看出，在與前述的常規(guī)界面材料對比時(shí)，本發(fā)明在相對較低的壓力下在箔類型A或Kapton類型K中顯示出優(yōu)異的熱阻(采用改良型ASTM D5470)表6

進(jìn)一步地，類似于前述的箔實(shí)施方案A，可以采用保護(hù)襯，整個(gè)熱界面材料組合可以在約5PSI或更高的壓力下施用在電子部件與散熱器之間，并且該實(shí)施方案K片材可以設(shè)置在卷軸上以進(jìn)行運(yùn)輸和貯存，然后施用。
與僅使用直接施用到部件/散熱器上的復(fù)合物的情況相比，如前所述，箔A或Kapton K實(shí)施方案的導(dǎo)熱性稍小，因?yàn)榱硗馐褂昧瞬蚄apton片材。
除了前述的箔或Kapton基底以外，可以采用其它基底或載體，比如玻璃纖維網(wǎng)。
根據(jù)還一個(gè)復(fù)合物的實(shí)施方案，可以成型為塊材、片材和其它形狀，以填充電子部件與散熱器之間較大的孔隙，這非常類似于前述的常規(guī)彈性墊。即，由于電子部件和散熱器的表面結(jié)構(gòu)和/或其之間的距離可能是不均勻的，這些塊材可以經(jīng)過成型以順應(yīng)部件與散熱器之間任何所希望的間隙或形狀。優(yōu)選的形狀可以是平坦、光滑、矩形或圓形片材等，這些都是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。如前述的實(shí)施方案一樣，該實(shí)施方案是觸感干性的。
就該實(shí)施方案復(fù)合物而言，這里稱為塊材實(shí)施方案，示例性組分和重量百分?jǐn)?shù)給出在下表7中。
表7

預(yù)共混物和油如前所述。
氧化鋅和氧化鎂是用作填料材料的粉末。還有，其它已知的填料也可以采用，如前所述。
硅酸鋁是粘土狀材料，用來增稠與前述的實(shí)施方案有關(guān)的復(fù)合物，從而使其可以成型為這些形狀。因此，第二實(shí)施方案的化學(xué)特性總體上類似于第一實(shí)施方案，只是第二實(shí)施方案更為干性，并且更類似于粘土，因?yàn)樘砑恿斯杷徜X。
就該塊材實(shí)施方案而言，該復(fù)合物一般可以成型為比與前述實(shí)施方案A和K大得多的厚度。比如，塊材的厚度可以是80-200mil。
該塊材實(shí)施方案的適形性很高并且本性發(fā)粘，成為適形性較差、常規(guī)的硅氧烷彈性體間隙填料的優(yōu)異的代用品，該間隙填料需要顯著的壓力才能達(dá)到100％表面接觸。如前所述，這么高的壓力可能會(huì)損害電子部件。本發(fā)明塊材實(shí)施方案通過向電子部件上施加小得多的壓力就可以填充間隙并且取代空氣。
該塊材實(shí)施方案這一高度適形性的特性使得該墊能夠填充產(chǎn)熱器件和散熱器之間所有的孔隙。其非硅氧烷配方特別適于光學(xué)應(yīng)用和高壓縮負(fù)載。該材料也從單個(gè)部件傳導(dǎo)走熱量并傳入金屬殼、框架或散熱板中。該實(shí)施方案也在這些應(yīng)用中提供了獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，比如微處理器、高速緩存芯片、熱管間置板、筆記本電腦、高密度手持型便攜式電子裝置、電子鎮(zhèn)流器和各種汽車應(yīng)用中。
塊材實(shí)施方案的典型性能見如下表8中

與前述的箔/Kapton實(shí)施方案不同，沒有背襯結(jié)合在塊材實(shí)施方案上。盡管如此，根據(jù)需要，也可以使用聚丙烯襯。
所形成的這些塊材、片材等可以沖切成具體的規(guī)格，從約0.08”(2mm)至更大。
該塊材實(shí)施方案可順應(yīng)部件的任何形狀和/或尺寸，實(shí)現(xiàn)完全的物理接觸，以便最大限度地降低熱流阻并實(shí)現(xiàn)最佳的導(dǎo)熱途徑。
與相變材料不同，該實(shí)施方案不僅只需要極小的壓力、熱傳遞在25℃下就開始進(jìn)行，并且由于具有正的熱膨脹系數(shù)也可以獲得總體潤濕效果，而不需要相變。
與前述相對較薄的界面材料實(shí)施方案A和K相比，以及前述相對較厚的塊材或片材實(shí)施方案相比，本發(fā)明可以根據(jù)需要形成在其之間的厚度。比如，本發(fā)明可以采用較厚的基底或載體，比如玻璃纖維網(wǎng)，以及較厚的復(fù)合物層。
進(jìn)一步地，與使用類似Kapton的電絕緣材料的情況相反，可以希望不僅獲得導(dǎo)熱性而且獲得導(dǎo)電性。該結(jié)構(gòu)的實(shí)例是具有銀層的銅箔。
根據(jù)本發(fā)明的前述實(shí)施方案，熱界面材料具體推薦的用途包括電源組件、IGBT、DC-DC轉(zhuǎn)換器組件、固態(tài)繼電器、二極管、功率MOSFET、RF部件和熱電組件；微處理器、多芯片組件、ASIC和其它數(shù)字部件；功率放大器、電源的大面積應(yīng)用和其它特定的密閉散熱表面。
從前述說明中也可以看到，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比至少顯示出如下優(yōu)點(diǎn)a)保留了常規(guī)熱脂膏的所有已證實(shí)優(yōu)點(diǎn)；b)僅需要極小的力來實(shí)現(xiàn)電子部件與散熱器之間的總體界面接觸；c)實(shí)現(xiàn)總體“潤濕效果”以填充電子部件與散熱器之間的孔隙而不發(fā)生相變；d)顯示出正的熱膨脹系數(shù)，并具有觸變性，從而可針對甚至更大的界面接觸提高潤濕效果；e)與常規(guī)相變材料不同，能夠立即實(shí)現(xiàn)熱傳遞，并且因此可以用在任何操作溫度下，使得該材料成為冷板應(yīng)用的最優(yōu)選擇；f)提供了基本上是“一放即用式”產(chǎn)品，在任何制造環(huán)境中均容易使用和操作；g)提供了不沾臟性、觸感干性、本性發(fā)粘的材料而不采用單獨(dú)的粘合劑或其它非導(dǎo)熱性材料(比如玻璃纖維)，這些材料可能會(huì)影響熱阻；h)微觀上產(chǎn)生變化以填充電子部件表面上的孔隙；i)由于具有觸變特性，因此可以防止流淌出來；j)兼具熱傳遞性能和高的電絕緣能力；以及k)在連續(xù)加熱或壓力條件下，施用后不損失粘度和發(fā)生流淌，或者施用到垂直表面上時(shí)也是如此。
前述可以視為對本發(fā)明的原理進(jìn)行的示例性說明。而且，因?yàn)楦鞣N修改和變化對本領(lǐng)域熟練人員而言是明顯的，所以不希望將本發(fā)明限制到所示和所述的具體結(jié)構(gòu)和操作。因此，所有適宜的變化方案和等同方案都視為落入本發(fā)明和附錄權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)46.權(quán)利要求45的方法，進(jìn)一步包括以下步驟除去第二片材；然后將第一片材設(shè)置在產(chǎn)熱器件與散熱器之間。
47.在產(chǎn)熱部件上提供熱界面材料的方法，包括以下步驟a)提供具有第一表面的產(chǎn)熱電子部件；b)在散熱部件上提供第二表面，產(chǎn)熱部件的第一表面就固定在該表面上；然后c)將包括多元醇酯的熱界面材料設(shè)置在第一表面和第二表面之間，從而產(chǎn)生從產(chǎn)熱部件到散熱部件的熱傳遞效果。
48.權(quán)利要求47的方法，其中進(jìn)行設(shè)置步驟時(shí)，將材料噴霧到第一和第二表面的至少一個(gè)之上。
49.權(quán)利要求47的方法，其中設(shè)置步驟是通過如下步驟進(jìn)行的a)成型所述材料的塊材，以順應(yīng)第一和第二表面之間的間隙形狀；然后b)將決材設(shè)置在第一和第二表面的間隙之間。
50.權(quán)利要求47的方法，其中設(shè)置步驟是通過如下步驟進(jìn)行的a)將相對較薄的材料層設(shè)置到導(dǎo)熱性箔片材上；b)將材料和箔片材切割成第一和第二表面之一的形狀；然后c)將材料和箔結(jié)合到所述的第一和第二表面之一之上。
51.熱傳遞復(fù)合物，主要由以下物質(zhì)組成多元醇酯、抗氧化劑、至少一種填料、高粘度油、表面活性劑、聚合物和溶劑。
52.熱傳遞復(fù)合物，主要由以下物質(zhì)組成多元醇酯、抗氧化劑、至少一種填料、高粘度油和硅酸鋁。
53.熱脂膏復(fù)合物，主要由以下物質(zhì)組成多元醇酯和抗氧劑，它們混合成預(yù)共混物，其用量為復(fù)合物的約8-10重量％；氧化鋅，用量為復(fù)合物的約65-80重量％；高粘度油，用量為復(fù)合物的約4.5-5.5重量％；表面活性劑，用量為復(fù)合物的約0.2重量％；聚苯乙烯基聚合物，用量為復(fù)合物的約3重量％；以及溶劑，用量為復(fù)合物的約1重量％。
54.熱脂膏復(fù)合物，主要由以物質(zhì)組構(gòu)成多元醇酯和抗氧劑，混合成預(yù)共混物，其用量為復(fù)合物的10-12重量％；氧化鋅和氧化鎂中的至少一種，前者用量為復(fù)合物的約18～22重量％，后者用量為復(fù)合物的約55-67重量％；高粘度油，用量為復(fù)合物的約2.5-2.75重量％；
權(quán)利要求
1.熱傳遞復(fù)合物，包含多元醇酯、抗氧化劑、至少一種填料、高粘度油、表面活性劑、聚合物和溶劑。
2.權(quán)利要求1的復(fù)合物，其中多元醇酯和抗氧化劑形成預(yù)共混物，多元醇酯占預(yù)共混物的約99重量％，以及抗氧化劑占預(yù)共混物的約1重量％。
3.權(quán)利要求2的復(fù)合物，其中預(yù)共混物的用量是復(fù)合物的約8～12重量％。
4.權(quán)利要求1的復(fù)合物，其中至少一種填料是氧化鋅，其用量為復(fù)合物的約65～80重量％。
5.權(quán)利要求1的復(fù)合物，其中溶劑是萘、己烷和庚烷中的一種，用量為復(fù)合物的約1重量％。
6.權(quán)利要求1的復(fù)合物，其中高粘度油是聚異丁烯，用量為復(fù)合物的約2.25-5.5重量％。
7.權(quán)利要求1的復(fù)合物，其中表面活性劑是聚乙二醇醚，用量為復(fù)合物的約0.2重量％。
8.權(quán)利要求1的復(fù)合物，其中聚合物是聚苯乙烯基聚合物，用量為復(fù)合物的約2.7-3.3重量％。
9.熱傳遞復(fù)合物，包含多元醇酯、抗氧化劑、至少一種填料、高粘度油和硅酸鋁。
10.權(quán)利要求9的復(fù)合物，其中多元醇酯和抗氧化劑形成預(yù)共混物，多元醇酯占預(yù)共混物的約99重量％，以及抗氧劑占預(yù)共混物的約1重量％。
11.權(quán)利要求10的復(fù)合物，其中預(yù)共混物的用量是復(fù)合物的約10～12重量％。
12.權(quán)利要求9的復(fù)合物，其中至少一種填料選自氧化鋅和氧化鎂。
13.權(quán)利要求12的復(fù)合物，其中氧化鋅的用量為復(fù)合物的約18～22重量％，而氧化鎂的用量為復(fù)合物的約55-67重量％。
14.權(quán)利要求9的復(fù)合物，其中高粘度油是聚異丁烯，用量為復(fù)合物的約2.25-2.75重量％。
15.權(quán)利要求9的復(fù)合物，其中硅酸鋁的用量為復(fù)合物的約4.68-5.72重量％。
16.熱脂膏復(fù)合物，包含多元醇酯和抗氧化劑，它們混合成預(yù)共混物，其用量為復(fù)合物的約8-10重量％；氧化鋅，用量為復(fù)合物的約65-80重量％；高粘度油，用量為復(fù)合物的約4.5-5.5重量％；表面活性劑，用量為復(fù)合物的約0.2重量％；聚苯乙烯基聚合物，用量為復(fù)合物的約3重量％；以及溶劑，用量為復(fù)合物的約1重量％。
17.權(quán)利要求16的復(fù)合物，其中多元醇酯占預(yù)共混物的約99重量％，以及抗氧化劑占預(yù)共混物的約1重量％。
18.熱脂膏復(fù)合物，包含多元醇酯和抗氧化劑，它們混合成預(yù)共混物，其用量為復(fù)合物的10-12重量％；至少一種氧化鋅成氧化鎂，氧化鋅用量為復(fù)合物的約18～22重量％，而氧化鎂的用量為復(fù)合物的約55-67重量％；高粘度油，用量為復(fù)合物的約2.5-2.75重量％；以及硅酸鋁，用量為復(fù)合物的約4.68-5.72重量％。
19.權(quán)利要求18的復(fù)合物，其中多元醇酯占預(yù)共混物的約99重量％，以及抗氧化劑占預(yù)共混物的約1重量％。
20.熱界面材料，包含導(dǎo)熱性復(fù)合物，它由多元醇酯、抗氧化劑、至少一種填料、高粘度油、表面活性劑、聚合物和溶劑構(gòu)成，以及在至少一個(gè)表面上可以接收該復(fù)合物的導(dǎo)熱性片材。
21.權(quán)利要求20的材料，其中片材是鋁和聚酰亞胺膜中的一種。
22.權(quán)利要求20的材料，其中片材是電絕緣的。
23.權(quán)利要求20的材料，進(jìn)一步包含覆蓋在片材至少一個(gè)表面上的該復(fù)合物的襯。
24.形成導(dǎo)熱性復(fù)合物的方法，包含通過混合用量占預(yù)共混物約99重量％的多元醇酯和用量占預(yù)共混物約1重量％的抗氧化劑形成預(yù)共混物，所述預(yù)共混物占復(fù)合物的約8-10重量％；添加氧化鋅，用量為復(fù)合物的約65-80重量％；添加高粘度油，用量為復(fù)合物的約4.5-5.5重量％；添加表面活性劑，用量為復(fù)合物的約0.2重量％；添加聚苯乙烯基聚合物，用量為復(fù)合物的約3重量％；并且添加石腦油溶劑，用量為復(fù)合物的約1重量％。
25.權(quán)利要求24的方法制造的產(chǎn)品。
26.形成導(dǎo)熱性復(fù)合物的方法，包含通過混合多元醇酯和抗氧化劑形成預(yù)共混物，所述預(yù)共混物占復(fù)合物的約10-12重量％；添加氧化鋅和氧化鎂中的至少一種，前者用量為復(fù)合物的約18～22重量％，后者用量為復(fù)合物的約55-67重量％；添加高粘度油，用量為復(fù)合物的約2.5-5.5重量％；并且添加硅酸鋁，用量為復(fù)合物的約5重量％。
27.權(quán)利要求26的方法制造的產(chǎn)品。
28.干性熱脂膏，其熱阻約0.02-0.04C in2/w。
29.提供電子部件組件用熱界面材料的方法，包含以下步驟a)提供具有第一表面的產(chǎn)熱電子部件；b)提供具有第二表面的基底，第一表面與之形成界面；然后c)將權(quán)利要求1的復(fù)合物設(shè)置在第一表面和第二表面之間，從而在部件與基底之間產(chǎn)生熱傳遞效果。
30.權(quán)利要求29的方法，其中設(shè)置復(fù)合物時(shí)，將熱脂膏噴霧到第一和第二固定表面中的至少一個(gè)之上。
31.權(quán)利要求29的方法，其中設(shè)置復(fù)合物時(shí)，將脂膏絲網(wǎng)印刷到第一和第二表面的至少一個(gè)之上。
32.權(quán)利要求29的方法，其中通過如下步驟設(shè)置復(fù)合物a)在第一導(dǎo)熱性片材相對的表面上設(shè)置相對較薄的復(fù)合物層，以形成層合體；b)將該層合體切割成相應(yīng)于第一表面的形狀；然后c)將切割的層合體設(shè)置在第一和第二表面之間。
33.權(quán)利要求32的方法，進(jìn)一步包括在進(jìn)行切割步驟之前，將襯設(shè)置在復(fù)合物之上。
34.提供電子部件組件用熱界面材料的方法，它包含以下步驟a)提供具有第一表面的產(chǎn)熱電子部件；b)提供具有第二表面的基底，第一表面與之形成界面；然后c)將權(quán)利要求9的復(fù)合物設(shè)置在第一表面和第二表面之間，從而在部件與基底之間產(chǎn)生熱傳遞效果。
35.權(quán)利要求34的方法，其中熱脂膏是通過如下步驟設(shè)置的a)形成復(fù)合物塊材，以順應(yīng)第一表面與第二表面之間的間隙形狀；b)將塊材設(shè)置在第一表面與第二表面的間隙之間；然后c)向部件和基底中的至少一個(gè)之上施加壓力。
36.權(quán)利要求18的熱脂膏復(fù)合物，具有熱阻約0.02-0.04Cin2/w。
37.熱傳遞復(fù)合物，包含多元醇酯、抗氧化劑、至少一種填料、高粘度油、表面活性劑、聚苯乙烯基聚合物和溶劑。
38.權(quán)利要求37的熱傳遞復(fù)合物，其中聚苯乙烯基聚合物的用量為復(fù)合物的約2.7-3.3重量％。
39.非水溶性熱傳遞復(fù)合物，包含多元醇酯、抗氧化劑、至少一種填料、高粘度油、表面活性劑、聚苯乙烯基聚合物和溶劑。
40.非水溶性熱傳遞復(fù)合物，包含多元醇酯、抗氧化劑、至少一種填料、高粘度油和硅酸鋁。
41.非水溶性熱脂膏復(fù)合物，包含多元醇酯和抗氧化劑，它們混合成預(yù)共混物，其用量為復(fù)合物的約8-10重量％；氧化鋅，用量為復(fù)合物的約65-80重量％；高粘度油，用量為復(fù)合物的約4.5-5.5重量％；表面活性劑，用量為復(fù)合物的約0.2重量％；聚苯乙烯基聚合物，用量為復(fù)合物的約3重量％；以及溶劑，用量為復(fù)合物的約1重量％復(fù)合物。
42.非水溶性熱脂膏復(fù)合物，包含多元醇酯和抗氧化劑，它們混合成預(yù)共混物，用量為復(fù)合物的10-12重量％；氧化鋅和氧化鎂中的至少一種，前者用量為復(fù)合物的約18～22重量％，后者用量復(fù)合物的約55-67重量％；高粘度油，用量復(fù)合物的約2.5-2.75重量％；以及硅酸鋁，用量復(fù)合物的約4.68-5.72重量％。
43.非水溶性熱界面材料，包含導(dǎo)熱性復(fù)合物，它由多元醇酯、抗氧化劑、至少一種填料、高粘度油、表面活性劑、聚合物和溶劑構(gòu)成，以及在至少一個(gè)表面上可以接收該復(fù)合物的導(dǎo)熱性片材。
44.形成熱界面材料的方法，包含以下步驟由多元醇酯、抗氧化劑、至少一種填料、高粘度油、表面活性劑、聚合物和溶劑形成導(dǎo)熱性復(fù)合物；將復(fù)合物涂布在導(dǎo)熱性片材的至少一個(gè)表面上；使至少一部分溶劑蒸發(fā)；然后將帶有溶劑的片材設(shè)置在產(chǎn)熱器件與散熱器之間。
45.形成熱界面材料的方法，包含以下步驟由多元醇酯、抗氧化劑、至少一種填料、高粘度油、表面活性劑、聚合物和溶劑形成導(dǎo)熱性復(fù)合物；將復(fù)合物涂布在導(dǎo)熱性片材的至少一個(gè)表面上而形成膜；使至少一部分溶劑蒸發(fā)；然后將第二片材設(shè)置在膜上。
46.權(quán)利要求45的方法，進(jìn)一步包括以下步驟除去第二片材；然后將第一片材設(shè)置在產(chǎn)熱器件與散熱器之間。
47.為產(chǎn)熱部件提供熱界面材料的方法，包括以下步驟a)提供具有第一表面的產(chǎn)熱電子部件；b)在散熱部件上提供第二表面，產(chǎn)熱部件的第一表面就固定在該表面上；然后c)將包括多元醇酯的熱界面材料設(shè)置在第一表面和第二表面之間，從而產(chǎn)生從產(chǎn)熱部件到散熱部件的熱傳遞效果。
48.權(quán)利要求46的方法，其中進(jìn)行設(shè)置步驟時(shí)，將材料噴霧到第一和第二表面的至少一個(gè)之上。
49.權(quán)利要求46的方法，其中設(shè)置步驟是通過如下步驟進(jìn)行的a)成型所述材料的塊材，以順應(yīng)第一和第二表面之間的間隙形狀；然后b)將塊材設(shè)置在第一和第二表面的間隙之間。
50.權(quán)利要求46的方法，其中設(shè)置步驟是通過如下步驟進(jìn)行的a)將相對較薄的材料層設(shè)置到導(dǎo)熱性箔片材上；b)將材料和箔片材切割成第一和第二表面之一的形狀；然后c)將材料和箔結(jié)合到所述的第一和第二表面之一之上。
51.熱傳遞復(fù)合物，主要由以下物質(zhì)組成聚酯、抗氧化劑、至少一種填料、高粘度油、表面活性劑、聚合物和溶劑。
52.熱傳遞復(fù)合物，主要由以下物質(zhì)組成多元醇酯、抗氧化劑、至少一種填料、高粘度油和硅酸鋁。
53.熱脂膏復(fù)合物，主要由以下物質(zhì)組成多元醇酯和抗氧劑，它們混合成預(yù)共混物，其用量為復(fù)合物的約8-10重量％；氧化鋅，用量為復(fù)合物的約65-80重量％；高粘度油，用量為復(fù)合物的約4.5-5.5重量％；表面活性劑，用量為復(fù)合物的約0.2重量％；聚苯乙烯基聚合物，用量為復(fù)合物的約3重量％；以及溶劑，用量為復(fù)合物的約1重量％。
54.熱脂膏復(fù)合物，主要由以物質(zhì)組構(gòu)成多元醇酯和抗氧劑，混合成預(yù)共混物，其用量為復(fù)合物的10-12重量％；氧化鋅和氧化鎂中的至少一種，前者用量為復(fù)合物的約18～22重量％，后者用量為復(fù)合物的約55-67重量％；高粘度油，用量為復(fù)合物的約2.5-2.75重量％；以及硅酸鋁，用量為復(fù)合物的約4.68-5.72重量％。
55.熱界面材料，主要由以下物質(zhì)組成由多元醇酯、抗氧劑、至少一種填料、高粘度油、表面活性劑、聚合物和溶劑構(gòu)成的導(dǎo)熱性復(fù)合物，以及至少一個(gè)表面可以接收該復(fù)合物的導(dǎo)熱性片材。
56.熱傳遞復(fù)合物，主要由以下物質(zhì)組成多元醇酯、抗氧劑、至少一種填料、高粘度油、表面活性劑、聚苯乙烯基聚合物和溶劑。
57.非水溶性熱傳遞復(fù)合物，主要由以下物質(zhì)組成多元醇酯、抗氧劑、至少一種填料、高粘度油、表面活性劑、聚苯乙烯基聚合物和溶劑。
58.非水溶性熱傳遞復(fù)合物，主要由以下物質(zhì)組成多元醇酯、抗氧劑、至少一種填料、高粘度油和硅酸鋁。
59.非水溶性熱脂膏復(fù)合物，主要由以下物質(zhì)組成多元醇酯和抗氧劑，它們混合成預(yù)共混物，其用量為復(fù)合物的約8-10重量％；氧化鋅，用量為復(fù)合物的約65-80重量％；高粘度油，用量為復(fù)合物的約4.5-5.5重量％；表面活性劑，用量為復(fù)合物的約0.2重量％；聚苯乙烯基聚合物，用量為復(fù)合物的約3重量％；以及溶劑，用量為復(fù)合物的約1重量％。
60.非水溶性熱脂膏復(fù)合物，主要由以下物質(zhì)組成多元醇酯和抗氧劑，它們混合成預(yù)共混物，其用量為復(fù)合物的10-12重量％；氧化鋅和氧化鎂中的至少一種，前者用量為復(fù)合物的約18～22重量％，后者用量為復(fù)合物的約55-67重量％；高粘度油，用量為復(fù)合物的約2.5-2.75重量％；以及硅酸鋁，用量為復(fù)合物的約4.68-5.72重量％。
61.非水溶性熱界面材料，主要由以下物質(zhì)組成由多元醇酯、抗氧化劑、至少一種填料、高粘度油、表面活性劑、聚合物和溶劑構(gòu)成的導(dǎo)熱性復(fù)合物，以及在至少一個(gè)表面上可以接收該復(fù)合物的導(dǎo)熱性片材。
全文摘要
本發(fā)明涉及熱界面材料，它包括具有高導(dǎo)熱性、觸感干性但本性發(fā)粘的復(fù)合物，并且可以成型為各種形狀，比如片材和塊材，用作電子元件的熱傳遞材料。該復(fù)合物包括多元醇酯和抗氧化劑的預(yù)共混物、填料、高粘度油并包括溶劑、表面活性劑、以及聚苯乙烯基聚合物，或包括硅酸鋁。該復(fù)合物的使用方法包括如下步驟提供具有第一表面的產(chǎn)熱電子元件；提供具有第二表面的散熱元件，該第二表面與第一表面構(gòu)成界面；然后將該復(fù)合物設(shè)置在兩個(gè)表面之間，從而在其之間實(shí)現(xiàn)有效的熱傳遞效果。而且，該復(fù)合物可以單獨(dú)施用，比如采用涂布法、噴涂法或絲網(wǎng)印刷法，可以施用到導(dǎo)熱性箔背襯、或?qū)嵝院碗娊^緣性背襯上，或成型為有形產(chǎn)品，比如塊材或片材。還有，可以在復(fù)合物的暴露表面上施用可剝離的襯，以有助于操作、運(yùn)輸和貯存，但是將復(fù)合物施用在電子元件和散熱器之間之前要將其剝掉。
文檔編號(hào)F28F1/32GK1697870SQ02822267
公開日2005年11月16日 申請日期2002年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月14日
發(fā)明者P·哈特里 申請人:奧斯熱組合物公司