热界面材料制造技术

公开了一种热界面材料。所述材料包括：在第一主表面与第二主表面之间延伸的片材，所述片材包括：基础材料；以及嵌入所述基础材料中的填充材料，所述基础材料可以包括各向异性定向的导热元件。在一些实施例中，所述导热元件优先沿着从所述第一主表面到所述第二主表面的主方向定向，以促进热传导沿着所述主方向通过所述片材。在一些实施例中，所述基础材料基本上不含硅酮。在一些实施例中*，所述片材沿着所述主方向的热导率为至少20W/mK、30W/mK、40W/mK、50W/mK、60W/mK、70W/mK、80W/mK、90W/mK、100W/mK或更大。100W/mK或更大。100W/mK或更大。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热界面材料
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年7月30日提交的题为“热界面材料(THERMAL INTERFACE MATERIALS)”的美国临时申请第62/880,370号的权益和优先权，所述美国临时申请的内容通过本专利技术的整体引用，成为本专利技术的一部分。

技术介绍
1.

[0003]本文所公开的本专利技术涉及热界面材料，并且更具体地，涉及用于提供远离电子部件高效地进行热传递的复合材料。
[0004]2.相关领域描述
[0005]电子产品在功能增加的同时尺寸不断缩小，由此产生的一个非常现实且具有限制性的问题为热生成。即，在没有有效散热的情况下，高密度电路的性能可能会受到严重影响。一成套重要的散热工具包括各种热界面材料。
[0006]术语“热界面材料”(本文中也称为“TIM”)通常描述插入两个零件之间以增强两个部件之间的热耦合的任何材料。许多设计涉及使用插入发热设备(例如，热源(如处理器))与散热设备(例如，散热器)之间的热界面材料。
[0007]有若干种常用的热界面材料。这些热界面材料包括热油脂、热粘合剂、导热衬垫、热胶带和相变材料。
[0008]热油脂产生薄结合线，并由此产生较小热电阻。热油脂不具有有效的机械强度并且因此需要外部机械固定机构。因为热油脂不会固化，所以其用途仅限于可以包含材料的情况或者油脂的粘度将会使其在使用期间停留在适当位置的薄应用中。
[0009]热粘合剂或热胶在固化后向粘结剂提供一定的机械强度。热胶在其固化时允许比热油脂更厚的结合线。
[0010]导热衬垫通常主要由硅酮或硅酮样材料制成。导热衬垫具有易于应用并且允许较厚的结合线的优点。导热衬垫通常需要较高的力来将散热器按压在热源上，从而使得热衬垫将适形于特定设备的表面。对于任何变形都将导致信号干扰的敏感设备而言，这可能是有问题的或禁止的。
[0011]可以使用热胶带。热胶带通常粘附至表面，无需固化时间并且易于应用。热胶带与具有粘合性质的热衬垫类似。
[0012]可以使用相变材料(PCM)。相变材料通常为天然粘着材料并且可以用作热油脂的替代品。应用类似于固体衬垫。在达到熔点(通常为约55
‑
60℃)之后，相变材料将变为至少部分液体状态，并且将填充热源与散热器之间的所有间隙。
[0013]热界面材料的这些以及其它实施例利用各种组合物。组合物的一些实施例包括尺寸材料分散体。例如，一些组合物可以包括导热纤维。在一些实施例中，可以包括碳纳米管。尽管这种实施例可能已经示出了一定希望，但对性能的要求需要进一步提高。
[0014]即，令人遗憾的是，电路设计的进步已经超过了对散热技术的改进。尽管前述类型的热界面材料已服务于今天的电子产品，但系统设计的进步日益受到热生成的限制。
[0015]需要提高电子系统的散热技术。

技术实现思路

[0016]在一方面，公开了一种热界面材料，所述热界面材料包括在第一主表面与第二主表面之间延伸的片材，所述片材包括基础材料和嵌入所述基础材料中的填充材料。所述填充材料包括各向异性定向的导热元件。在一些实施例中，所述导热元件优先沿着从所述第一主表面到所述第二主表面的主方向定向，以选择性地促进热传导沿着所述主方向通过所述片材。在一些实施例中，所述基础材料基本上不含硅酮。在一些实施例中，所述片材沿着所述主方向的热导率为至少15W/mK、20W/mK、30W/mK、40W/mK、50W/mK、60W/mK、70W/mK、80W/mK、90W/mK、100W/mK或更大。
[0017]在另一方面，公开了一种制作热界面材料的方法，所述方法包括以下步骤。在步骤中，形成包括多个层的堆叠。在一些实施例中，每个层包括基础材料和填充材料，所述填充材料包括各向异性定向的导热元件。在一些实施例中，每个层沿着竖直方向从底表面延伸至顶表面，并且所述层按所述竖直方向堆叠。在一些实施例中，每个层中的所述导热元件被各向异性定向成优先促进横向于所述竖直方向的方向上的热流动。
[0018]在另外的步骤中，向所述堆叠施加力以沿着所述竖直方向压缩所述堆叠。在一些实施例中，此压缩使所述堆叠的所述层联合并形成单片元件。
[0019]在另外的步骤中，沿着在竖直方向上延伸且横向于所述层的所述顶表面和所述底表面的平面对所述堆叠进行切片以形成片材。在一些实施例中，所述片材在第一主表面与第二主表面之间延伸，并且包括所述基础材料和所述填充材料的从所述堆叠切割的部分。所述填充材料包括各向异性定向的导热元件，所述导热元件优先沿着从所述第一主表面到所述第二主表面的主方向定向，以促进热传导沿着所述主方向通过所述片材。
[0020]各个实施例可以单独地或以任何合适的组合包括本文所述的任何特征和元件。
附图说明
[0021]根据结合附图进行的以下描述，本专利技术的特征和优点将变得显而易见，在附图中：
[0022]图1是描绘了热界面材料的热生成部件、散热器和用途的各方面的示意图；
[0023]图2是热界面材料衬垫的示意图；
[0024]图3是针对图2的热界面材料衬垫的表面处理的图示；
[0025]图4是热界面材料衬垫的六个样本的热阻抗对压力的绘图。上部三条迹线示出了没有表面处理的样本的结果。下部三条迹线示出了有图3所示类型的表面处理的样本的结果；
[0026]图5是替代性实施例热界面材料衬垫的示意图；
[0027]图6A是制造图2所示类型的热界面衬垫的方法中初始步骤的图示；
[0028]图6B是制造图2所示类型的热界面衬垫的方法中的最终步骤的图示；
[0029]图7A是制造图5所示类型的热界面衬垫的方法中初始步骤的图示；
[0030]图7B是制造图5所示类型的热界面衬垫的方法中的最终步骤的图示；
[0031]图8是描绘了包括尺寸材料分散体的热界面材料的另一个示例的各方面的示意图；
[0032]图9是描绘了包括在尺寸上定向的材料的分散体的热界面材料的另一个示例的各方面的示意图；
[0033]图10是堆叠的热界面材料层的块的描绘，每个层由如图9所示的在尺寸上定向的材料的分散体等在尺寸上定向的材料的分散体构成；
[0034]图11是对包含在尺寸上定向的材料的热界面材料衬垫的描绘，所述热界面材料衬垫可以从如图10所示的块等块切割；
[0035]图12是描绘了本文所述的定向衬垫相比于竞争产品的热性能的曲线图；并且
[0036]图13是示出了热界面材料的实施例的比较性能的曲线图。
具体实施方式
[0037]本文公开了热界面材料的实施例以及用于制造和使用热界面材料的方法。热界面材料通常展现出高导热度并且进一步提供各向异性散热。
[0038]在介绍热界面材料(TIM)之前，提供一些术语来建立本文的教导的上下文。
[0039]术语“自修复”通常是指材料具有在没有对问题或人为干预的任何外部诊断的情况下自动修补对自身的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种热界面材料，包括：片材，所述片材在第一主表面与第二主表面之间延伸，所述片材包括：基础材料；以及填充材料，所述填充材料嵌入所述基础材料中，所述填充材料包括各向异性定向的导热元件，其中，所述导热元件优先沿着从所述第一主表面到所述第二主表面的主方向定向，以促进热传导沿着所述主方向通过所述片材；其中，所述基础材料基本上不含硅酮；并且其中，所述片材沿着所述主方向的热导率为至少20W/mK。2.根据前述权利要求中任一项所述的热界面材料，其中：所述片材包括从压缩在一起的多个基础材料层的堆叠分离的切片；每个所述层嵌有填充材料，并且其中，每个层中的所述填充材料包括各向异性定向的导热元件；并且所述切片在从所述堆叠分离期间的定向为使得所述导热元件优先沿着从所述第一主表面到所述第二主表面的主方向定向，以促进热传导沿着所述主方向通过所述片材。3.根据前述权利要求中任一项所述的热界面材料，其中，所述基础材料包括自支撑的柔性层。4.根据前述权利要求中任一项所述的热界面材料，其中，所述基础材料包括热塑性材料。5.根据前述权利要求中任一项所述的热界面材料，其中，所述片材沿着所述主方向的热导率为至少30W/mK。5.根据前述权利要求中任一项所述的热界面材料，其中，所述片材沿着所述主方向的热导率为至少50W/mK。6.根据前述权利要求中任一项所述的热界面材料，其中，所述片材沿着所述主方向的热导率为至少60W/mK。7.根据前述权利要求中任一项所述的热界面材料，其中，所述片材的特征在于为其肖氏硬度的范围为40至90。8.根据前述权利要求中任一项所述的热界面材料，其中，所述片材的特征为其肖氏硬度的范围为50至80。9.根据前述权利要求中任一项所述的热界面材料，其中，所述片材的特征为其肖氏硬度的范围为60至70。10.根据前述权利要求中任一项所述的热界面材料，其中，所述填充材料包括陶瓷薄片。11.根据前述权利要求中任一项所述的热界面材料，其中，所述填充材料包括氮化硼薄片。12.根据前述权利要求中任一项所述的热界面材料，其中，所述填充材料包括石墨薄片。13.根据前述权利要求中任一项所述的热界面材料，其中，所述填充材料包括石墨烯薄片。
14.根据前述权利要求中任一项所述的热界面材料，其中，所述填充材料包括选自由以下组成的列表的至少一项：碳纳米管、碳纳米管束和对齐的碳纳米管的团聚体。15.根据前述权利要求中任一项所述的热界面材料，其中，所述片材包括在所述片材的所述第一主表面或所述第二主表面近端的区域，所述区域所包含填料的所述导热元件的子集相比于位于所述表面更远端的所述导热元件各向异性不那么强烈的定向。16.根据前述权利要求中任一项所述的热界面材料，其中，所述片材包括在所述片材的所述第一主表面近端的第一区域和在所述片材的所述第二主表面近端的第二区域，其中，所述第一区域和所述第二区域中的每个区域包含的填料的所述导热元件的相应子集相比于位于所述表面更远端的所述导热元件各向异性不那么强烈地定向。17.根据前述权利要求中任一项所述的热界面材料，其中，所述片材的所述第一主表面和所述第二主表面中的至少一个主表面包括用溶剂处理以促进表面平滑度的表面区域。18.根据前述权利要求中任一项所述的热界面材料，进一步包括碳元件，所述碳元件沿着所述主方向从所述第一主表面穿过所述片材延伸至所述第二主表面并且被配置成促进热从所述第一表面流到所述第二表面。19.根据权利要求18所述的热界面，其中，所述碳元件包括石墨片材。20.根据权利要求18所述的热界面，其中，所述碳元件包括石墨条。21.根据前述权利要求中任一项所述的热界面，其中，所述各向异性定向的导热元件包括具有主表面的薄片状元件，并且其中，所述薄片状元件中的至少65％对齐，使得所述主表面基本上位于沿着横向于所述片材的所述第一表面和所述第二表面的所述主方向延伸的平面之中。22.根据前述权利要求中任一项所述的热界面，其中，所述各向异性定向的导热元件包括具有主表面的薄片状元件，并且其中，所述薄片状元件中的至少75％对齐，使得所述薄片状元件的所述主表面基本...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇俊，威廉，
申请(专利权)人：快帽系统公司，
类型：发明
国别省市：