具有低弹性正割模数及高导热度的热界面材料制造技术

本发明专利技术披露具有低弹性正割模数及高导热度的热界面材料的例示性具体实例。度的热界面材料的例示性具体实例。度的热界面材料的例示性具体实例。

【技术实现步骤摘要】
具有低弹性正割模数及高导热度的热界面材料
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2015年6月30日提交的美国临时专利申请第62/186,946号的权益和优先权。以上申请的整个披露内容以引用的方式并入本文中。


[0003]本披露涉及具有低弹性正割模数及高导热度的热界面材料。

技术介绍

[0004]这部分提供与本专利技术有关的不一定是
技术介绍
的背景信息。
[0005]如半导体、集成电路封装、晶体管等电气组件典型地具有所述电气组件运行最佳的预设定温度。理想地，预设定温度接近于周围空气温度。但是电气组件的运行会产生热量。如果不排热，那么电气组件随后可能在显著高于其正常的或理想的运行温度的温度下运行。这类过高的温度会不利地影响电气组件的运行特性和相关装置的运行。
[0006]为了避免或至少减少由发热带来的不良运行特性，应该排热，例如通过将热量从正在运行的电气组件传导到散热器。然后可以通过常规的对流和/或辐射技术冷却散热器。在传导期间，热量可以通过电气组件与散热器之间的直接表面接触和/或通过电气组件与散热器表面经由中间介质或热界面材料发生的接触而从正在运行的电气组件传递到散热器。热界面材料可以用于填充热传递表面之间的间隙，以便与用相对较差的热导体空气填充间隙相比提高热传递效率。

技术实现思路

[0007]需要如下热界面材料(例如，导热间隙垫或填料、导热非必需材料等)，其提供低热阻(例如，约1℃cm2/W或更低、约0.8℃cm2/W或更低等)以及在施加相对较低压力(例如，在约5磅/平方英寸(psi)到约100psi或约10psi到约50psi等范围内的压力下)的情况下达到所要薄粘结层的能力。因此，本文披露了具有低弹性正割模数(例如，对于初始厚度1.5毫米(mm)的材料来说在50％应变下不超过620千帕(kPa)等)和高导热度(例如，至少6W/mK或更高等)的热界面材料的例示性具体实例。
附图说明
[0008]本文中所描述的图仅出于说明所选具体实例而非所有可能实施方案的目的，并且并不打算限制本披露的范围。
[0009]图1是示出了具有不同的第一、第二和第三配方并且初始厚度为1.5毫米(mm)的热界面材料的三个例示性具体实例的挠曲百分比与压力(单位是磅/平方英寸(psi))的线图；
[0010]图2是示出了具有不同的第一、第二和第三配方并且初始厚度为1.5毫米(mm)的热界面材料的三个例示性具体实例的挠曲百分比与压力(最高30psi)的线图；并且
[0011]图3是示出了具有不同的第一、第二和第三配方并且初始厚度为1.5毫米(mm)的热
界面材料的三个例示性具体实例的压力与挠曲百分比的线图。
具体实施方式
[0012]现将参考附图更充分地描述例示性具体实例。
[0013]举例来说，热界面材料的一个例示性具体实例包含导热填隙料，其具有约9W/mK的导热度和从1.5mm的初始厚度起在50％应变下具有约17kPA的弹性正割模数。在另一个例示性具体实例中，热界面材料是非必需的并且具有约8.3W/mK的导热度并且从1.5mm的初始厚度起在50％应变下具有约3.8kPA的弹性正割模数。在另一个例示性具体实例中，热界面材料是导热填隙料并且具有约9.08W/mK的导热度并且从1.5mm的初始厚度起在50％应变下具有约269kPA的弹性正割模数。其它例示性具体实例可以具有不同导热度(例如，约6W/mK、8W/mK、9W/mK、20W/mK、超过6W/mK、超过9W/mK、超过20W/mK、约6W/mK到约20W/mK、约6W/mK到约9W/mK等)和/或不同弹性正割模数(例如，对于初始厚度1.5mm的材料来说在50％应变下不超过约14kPa的正割模数、对于初始厚度1.5mm的材料来说在50％应变下不超过约620kPa的正割模数、对于初始厚度1.5mm的材料来说在50％应变下约14kPa到约620kPa的正割模数等)。
[0014]因此，本文所披露的例示性具体实例具有或展现相对较高导热度与低弹性正割模数(或极高柔度)的独特组合。柔度可以通过弹性正割模数定量，因为弹性正割模数低于另一种材料的材料也将比那另一种材料柔或柔度高于那另一种材料。高导热度和低正割模数的组合允许本文所披露的热界面材料更容易挠曲到所要粘结层，这又可以帮助防止在挠曲期间积累过多压力并且防止损坏精密组件。在粘结层处，热阻可以非常低，这归因于热量经由粘结层相对较快传递(归因于相对较高的导热度)和界面处的低接触电阻。
[0015]在例示性具体实例中，热界面材料包含装载有一种或多种导热填料的基础树脂或基质。举例来说，根据一些例示性具体实例，散热材料可以包含聚二甲基硅氧烷(PDMS)的硅酮油基础树脂，装载有氧化锌、铝和/或氧化铝。或者，举例来说，根据一些其它的例示性具体实例，散热材料可以包含硅酮聚合物和催化剂以及硅酮聚合物和SiH(氢化硅)低聚物的基础树脂或基质，其装载有氧化锌、铝和/或氧化铝。作为另一实例，根据一些其它的例示性具体实例，热界面材料可以包含包括加工油(例如，石蜡加工油、芳香族和/或环烷烃加工油等)的基质或基础树脂，其装载有氧化锌、铝和/或氧化铝。导热填料的装载水平可以相对较高(例如，至少89重量％、89重量％、90重量％、91重量％、92重量％、93重量％、94重量％或95重量％等)。在一些例示性具体实例中，还可以存在抗氧化剂、颜料和偶合剂。
[0016]在一些例示性具体实例中，热界面材料包含导热填隙料片材。所述片材可以是独立的，不需要任何加强件，如当片材具有1mm或更大的厚度时。所述片材可以设置在衬垫(例如，聚合物离型衬垫等)之间，所述衬垫可以包括拐角突片以便更容易去除衬垫并且更容易处理(例如，不需要如抹刀等工具)。或者，在一些例示性具体实例中，可以按散装形式提供热界面材料。
[0017]以下三种例示性配方打算用来说明某些具体实例的一般原理和性质，并且并不打算限制权利要求书的范围。在其它例示性具体实例中，每种配方的具体组分和组分的重量(单位为克和重量百分比(重量％))可以不同。因此，热界面材料的其它例示性具体实例的导热度和/或弹性正割模数可以比下面针对第一、第二和第三例示性配方所披露的导热度
和/或弹性正割模数高或低。
[0018]热界面材料的第一实例包含具有以下配方的交联的导热填隙料：
[0019]组分克重量％含铂催化剂的硅酮聚合物40.632.89含SiH交联低聚物的硅酮聚合物33.282.37颜料0.85750.06偶合剂50.36氧化铝(1)10.030.71铝(1)245.6717.47铝(2)70.194.99氧化铝(2)279.9419.91铝(3)122.938.74铝(4)167.1711.89氧化铝(3)430.2630.60
[0020]第一配方包括含铂催化剂的硅酮聚合物(例如，GE Silicones RTV 6186部分A等)、含SiH交联低聚物的硅酮聚合物(例如，GE Silicones 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热界面材料，包含装载有导热填料的基质或基础树脂，其中所述热界面材料具有至少6瓦每米每开尔文的导热度和对于初始厚度1.5毫米(mm)的材料来说在50％应变下不超过620千帕(kPa)的弹性正割模数，其中所述基质或基础树脂装载有导热填料，使得所述热界面材料包括至少90％重量的所述导热填料；其中所述热界面材料的弹性正割模数与导热度的比率在0.46到64.6的范围内和/或所述热界面材料的导热度与弹性正割模数的比率在0.015到2.18的范围内；并且其中所述热界面材料包含导热间隙垫、导热填隙料、非必需材料或散装油灰。2.根据权利要求1所述的热界面材料，其中所述导热填料包含以下中的一种或多种：氧化铝、铝、氧化锌、氮化硼、氮化硅、氮化铝、铁、金属氧化物、石墨、银、铜以及陶瓷。3.根据权利要求1所述的热界面材料，其中：所述导热填料包含氧化铝和/或铝；并且所述基质或基础树脂包含硅酮。4.根据权利要求1所述的热界面材料，其中所述导热填料包含至少两种不同级别的氧化铝和至少两种不同级别的铝。5.根据权利要求1所述的热界面材料，其中：所述导热填料包含氧化铝和铝，并且所述基质或基础树脂装载有所述氧化铝和铝，使得所述热界面材料包括至少90％重量的所述氧化铝和铝；并且所述基质或基础树脂包含：聚二甲基硅氧烷(PDMS)；或含铂催化剂的硅酮聚合物和含SiH交联低聚物的硅酮聚合物；或加工油。6.根据权利要求1所述的热界面材料，其中：所述导热填料是氧化铝、铝或氧化铝和铝的组合。7.根据权利要求1到6中任一项所述的热界面材料，其中所述热界面材料是导热间隙垫。8.根据权利要求1所述的热界面材料，其中：所述热界面材料包含交联的导热填隙料，其具有对于初始厚度1.5mm的材料来说在50％应变下不超过17kPA的弹性正割模数和至少9瓦每米每开尔文的导热度；所述基质或基础树脂包含含铂催化剂的硅酮聚合物和含SiH交联低聚物的硅酮聚合物；并且所述导热填料包含氧化铝和铝。9.根据权利要求8所述的热界面材料，其中：所述热界面材料包括94.31％重量的所述氧化铝和铝；和/或所述热界面材料包括51.22％重量的氧化铝和43.09％重量的铝。10.根据权利要求1所述的热界面材料，其中：所述热界面材料包含非必需材料，其具有对于初始厚度1.5mm的材料来说在50％应变下不超过3.8kPa的弹性正割模数和/或至少8.3瓦每米每开尔文的导热度；所述基质或基础树脂包含聚二甲基硅氧烷(PDMS)；并且
所述导热填料包含氧化铝和铝。11.根据权利要求10所述的热界面材料，其中：所述热界面材料包括92.83％重量的所述氧化铝和铝；和/或所述热界面材料包括37.83％重量的氧化铝和54.99％重量的铝。12.根据权利要求1所述的热界面材料，其中：所述热界面材料包含导热填隙料，其具有对于初始厚度1.5mm的材料来说在50％应变下不超过269kPA的弹性正割模数和至少9瓦每米每开尔文的导热度；所述基质或基础树脂包含加工油；并且所述导热填...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯伦，
申请(专利权)人：天津莱尔德电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：