可压缩发泡热界面材料及其制备方法技术

公开了可压缩发泡热界面材料的示例性实施方式。还公开了制备和使用可压缩发泡热界面材料的方法。

Compressible Foaming Thermal Interface Material and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可压缩发泡热界面材料及其制备方法相关申请的交叉引用本申请要求2017年1月17日提交的美国临时专利申请No.62/447,012的优先权和权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。
本公开涉及可压缩发泡热界面材料及其制备方法。
技术介绍
此部分提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。诸如半导体、集成电路封装、晶体管等的电气部件通常具有预先设计的温度，电气部件在该温度下最佳地操作。理想情况下，预先设计的温度接近周围空气的温度。但是电气部件的操作会产生热。如果不去除所述热，则电气部件可能在显著高于其正常的或期望的操作温度的温度下操作。这种过高的温度可能不利地影响电气部件的操作特性和相关联的装置的操作。为了避免或至少减少热生成的不利操作特性，应该例如通过将操作电气部件的热传导到热沉来去除热。然后可以通过传统的对流和/或辐射技术来冷却热沉。在传导期间，热可以通过电气部件与热沉之间的直接表面接触和/或通过电气部件与热沉表面通过中间介质或热界面材料(TIM)的接触而从操作电气部件传递到热沉。热界面材料可用于填充热传递表面之间的间隙，以便与间隙被空气(其为相对较差的热导体)填充的情况相比，提高热传递效率。具体实施方式现在将参考附图更充分地描述示例实施方式。传统的热界面材料通常是不可压缩的。相反，在施加压力时，传统的热界面材料发生偏转，例如当夹在热源(例如，安装在PCB板上的部件等)与排热/散热结构(例如，散热器、热沉、热管、装置外壳或壳体等)之间时。尽管发生偏转而不是压缩的传统热界面材料可以很好地用于其预期目的，但是在一些系统中，可压缩热界面材料可以更好地工作。例如，在电动车(EV)的电池壁(batterywall)之间使用可偏转的不可压缩热界面材料可能不能特别好地工作。这是因为导致EV电池壁的膨胀和收缩的、不可压缩热界面材料的偏转和移动可能在热循环期间引起太大的压力。本文公开了可压缩发泡热界面材料的示例性实施方式以及制备可真正压缩的热界面材料的方法。这与一些仅发生偏转而不发生压缩的传统热界面材料不同。在示例性实施方式中，在分配现场固化(cure-in-place)热界面材料之前，将气体(例如，空气、氮气等)引入到该现场固化热界面材料中。例如，可以将预定量的氮气引入预定量的热固性双组分有机硅基热间隙填料中。热固性双组分有机硅基热间隙填料可包括第一组分A和第二组分B。组分A和组分B可各自包括有机硅、氧化铝和三聚氰胺。组分A或组分B也包括用于引发或开始固化过程的催化剂。热固性双组分有机硅基热间隙填料的组分A和组分B可以从单独的筒通过入口单独引入或泵送到高速混合器中。然后，可以经由入口(通过该入口将组分A和组分B引入或泵送到高速混合器中)下游的入口将气体引入到组分A和组分B的混合物中。可以以高压和高的每分钟转速(RPM)(例如，等于或至少约2000RPM等)注入气体。例如，可以紧接在分配现场固化热界面材料之前以2000RPM将气体注入到该现场固化热界面材料中。在充分地足够高的RPM(例如，2000RPM等)下，在现场固化热界面材料被分配之前，将气体切碎(chop)并混合到该现场固化热界面材料中。可以经由出口(现场固化热界面材料通过该出口被分配并暴露于大气)上游的入口注入气体。例如，气体可以经由这样的入口注入：该入口直接在将分配现场固化热界面材料的分配器的喷嘴的上游或恰好在该喷嘴前面。在该示例中，系统可以被配置成使得在气体入口与分配器喷嘴之间没有任何介于其间的入口或出口。在暴露于或到达大气时，气体膨胀以留下发泡的热界面材料，该发泡的热界面材料随后在其被分配在的表面上现场固化。固化后，在施加压力时，发泡的热界面材料是可压缩的。代替仅能够发生偏转，可压缩发泡热界面材料能够膨胀和收缩，而不必物理地移动到界面(例如，可压缩发泡热界面材料与热源或排热/散热结构之间的界面等)或从该界面移动。可压缩发泡热界面材料具有封闭气孔，使得基质相对良好地连接。尽管与基本的未发泡的热界面材料相比，被截留在可压缩发泡热界面材料内的气体的体积将降低热导率，但热导率的降低相对较低。因此，对于可压缩发泡热界面材料，热导率保持足够高(例如，至少约1.5瓦每米开尔文(W/mK)等)。可压缩发泡热界面材料的孔密度可以在从约20％至约50％的范围内(例如，20％、25％、50％等)、小于20％、大于50％等。可压缩发泡热界面材料可以被分配到各种表面、结构、装置等上。举例来说，可压缩发泡热界面材料可以被分配到板级屏蔽件(BLS)的盖上、装置壳体上、PCB上的部件或热源上、排热/散热结构(例如，散热器、热沉、热管、装置外壳或壳体等)上，等等。在示例性实施方式中，可压缩发泡热界面材料可包括可分配热界面材料，例如现场固化热界面材料、导热油灰、热间隙填料、热相变材料、导热EMI吸收材料(absorber)或混合热/EMI吸收材料、导热垫、导热油脂、导热糊剂等。举例来说，可以使用Laird公司的可分配热界面材料，例如TflexTMCR200、TputtyTM403、TputtyTM504和/或TputtyTM506可分配热间隙填料中的一种或更多种。例如，可压缩发泡热界面材料可以包括双组分现场固化陶瓷填充的有机硅基热间隙填料，其在室温下可固化、具有低粘度(例如，在混合之前不超过约260,000cps等)、良好的热导率(例如，至少约2W/mK等)并且柔软且适形(例如，3秒不超过约45的硬度(肖氏00)等)。作为另一示例，可压缩发泡热界面材料可以包括单组分有机硅基热间隙填料，其柔软、适形、低磨损并且具有良好的热导率(例如，至少约2.3W/mK等)。作为另一示例，可压缩发泡热界面材料可包括软的有机硅基热间隙填料，其为陶瓷填充的可分配硅凝胶，该可分配硅凝胶柔软且适形、具有良好的热导率(例如，至少约1.8W/mK等)、可以像油脂一样使用并且很容易从诸如丝网印刷、注射器和自动化设备之类的设备中分配出来。作为又一示例，可压缩发泡热界面材料可包括软的单组分有机硅油灰热间隙填料，其中不需要固化，其具有良好的热导率(例如，至少约3.5W/mK等)并且柔软、适形、非磨蚀以及可分配。可压缩发泡热界面材料可包括各种不同的导热填料。导热填料可具有至少1W/mK或更高的热导率。示例填料包括氧化铝、铜、氧化锌、氮化硼、矾土、铝、石墨、陶瓷及其组合等。另外，示例性实施方式还可包括相同(或不同)导热填料的不同等级(例如，不同尺寸、不同纯度、不同形状等)。例如，可压缩发泡热界面材料可包括两种不同尺寸的氮化硼。通过改变导热填料的类型和等级，可根据需要变化可压缩发泡热界面材料的最终特性(例如，热导率、成本、硬度等)。还可以添加其它合适的填料和/或添加剂以获得各种期望的结果。可以添加的其它填料的示例包括颜料、增塑剂、加工助剂、阻燃剂、增量剂等。例如，可以添加增粘剂等以增加热界面材料的粘性等。作为另一示例，可以添加电磁干扰(EMI)或微波吸收材料、导电填料和/或磁性颗粒，使得可压缩发泡热界面材料可以作为EMI和/或RFI屏蔽材料来操作或使用。根据示例性实施方式，可以将各种材料添加到可压缩发泡热界面材料，例如羰基铁、硅化铁、铁颗粒、铁铬化合物、金属银、羰基铁粉、SENDUST(含85％铁、9.5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备可压缩发泡热界面材料的方法，所述方法包括以下步骤：在分配现场固化热界面材料之前，将气体注入到所述现场固化热界面材料中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.17 US 62/477,0121.一种制备可压缩发泡热界面材料的方法，所述方法包括以下步骤：在分配现场固化热界面材料之前，将气体注入到所述现场固化热界面材料中。2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：在注入所述气体之后，将所述现场固化热界面材料暴露于大气，由此，所述气体膨胀并使所述现场固化热界面材料发泡，从而提供发泡的现场固化热界面材料。3.根据权利要求2所述的方法，其中，将所述现场固化热界面材料暴露于大气的步骤包括将所述现场固化热界面材料分配到表面上。4.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括以下步骤：使所述发泡的现场固化热界面材料能够现场固化，从而提供所述可压缩发泡热界面材料。5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：在注入所述气体之后，将所述现场固化热界面材料分配到板级屏蔽件、壳体、热源和/或散热/排热结构的表面上，在所述表面上暴露于大气，所述气体膨胀并使所述现场固化热界面材料发泡，从而提供发泡的现场固化热界面材料；以及使所述发泡的现场固化热界面材料能够在所述表面上现场固化，从而在所述表面上提供所述可压缩发泡热界面材料。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述可压缩发泡热界面在热循环期间是可膨胀的和可收缩的，而不必将所述可压缩发泡热界面材料物理地移动到界面或从该界面移动。7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述气体包括氮气。8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述现场固化热界面材料包括热固性双组分有机硅基热间隙填料。9.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述现场固化热界面材料包括双组分现场固化热界面材料，所述双组分现场固化热界面材料包括第一组分A和第二组分B，并且其中：所述第一组分A包括有机硅、氧化铝和三聚氰胺；所述第二组分B包括有机硅、氧化铝和三聚氰胺；并且所述第一组分A和所述第二组分B中的一者包括用于引发固化过程的催化剂。10.根据权利要求9所述的方法，其中：在注入所述气体之前，将所述第一组分A和所述第二组分B单独地引入到混合器中并在所述混合器内混合；并且注入所述气体的步骤包括将所述气体注入到所述第一组分A和所述第二组分B的混合物中。11.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，注入所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·拉佳格鲍尔，E·A·普拉斯，理查德·F·希尔，
申请(专利权)人：莱尔德技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US