热界面材料及其应用方法技术

技术编号:36065562 阅读:15 留言:0更新日期:2022-12-24 10:32
本发明专利技术涉及一种以单组分前体混合物形式提供的热界面材料,其反应形成固体柔性材料。导热颗粒分散在反应性聚合物基质中,从而形成具有高导热率的复合材料。提供一种反应抑制剂,使得单组分体系在室温下储存和处理中是稳定的,并且可在升高的温度下固化。使用传统的单组分自动泵送设备很容易分配未固化的前体材料,然后原位固化。然后原位固化。然后原位固化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热界面材料及其应用方法


[0001]本专利技术通常涉及热界面材料,更具体地,涉及可在从容器分配之后原位成形的机械适形导热材料。

技术介绍

[0002]导热材料广泛用作例如发热电子元件和散热器之间的界面,可以将过量热能从电子元件传递到热耦合散热器。此类热界面的许多设计和材料已经被广泛应用,当热界面材料和对应的热传递表面之间基本不存在空气间隙以促进从电子元件到散热器的导热传递时,获得最好性能。因此,热界面材料优选在机械结构上顺应各个部件的粗糙和不平整的传热表面。
[0003]例如,适形热界面材料包括形成基质的硅酮聚合物,该基质填充有导热颗粒,例如氧化铝、氮化铝和氮化硼。无论是在室温和/或高温下,热界面材料通常具有足够的柔韧性以顺应界面表面的不规则性。传统的界面配方在各种应用中是有用的,但在某些情况下还是存在限制。例如,某些应用经受宽的温度循环,需要在整个适用温度范围内承受机械应力和应变。暴露在室外环境中的工业和汽车电子产品需要在

400℃至200℃的温度范围内具有长期可靠性。这些条件,在数千小时的使用寿命期间导致传统界面材料流动、破裂、流出电子封装,从而导致电子设备性能下降。
[0004]此类应用中常用的热界面材料被称为“凝胶”,它通常是混合有陶瓷粉末填料的具有低交联密度的非反应性(预固化的)硅酮。这些材料具有良好的导热性,但由于作为完全固化的硅酮粘度相对较高,因此表现出低流速。由于缺乏强度、刚度以及对电子封装中的基板缺乏粘附力,它们的长期可靠性也很差。
[0005]针对预固化的硅凝胶缺陷的一种尝试解决方案是导热液体粘合剂,其粘合到电子封装中的基板上。但是,使用粘合剂材料在制造过程中使得不可拆卸再加工。此外,粘合剂材料通常表现出相对高的模量或高硬度值,因此,可以将高水平的机械应力和应变传递到敏感的电子元件上。
[0006]一些热界面材料在低粘度条件下进行分配,随后固化成较高粘度状态。这些原位成形材料可以克服其他热界面材料形状上的一些问题,但仍有其自身的局限性。原位成形材料常规上涉及双组分、可固化的液体反应物配制品,其分配成相互接触进行原位固化。双组分解决方案需要复杂且昂贵的材料处理和分配设备。
[0007]因此,本专利技术的一个目的是提供一种原位成形材料,该材料可采用目前在电子制造中使用的单组分分配系统进行分配。可分配材料是优选稳定的,并且在较长的一段时间内保持可以由单组分分配系统分配。
[0008]本专利技术的另一个目的是提供一种热界面材料,该材料可由单组分分配系统进行分配,并表现出改进的使用期限耐久性和功能性。

技术实现思路

[0009]通过本专利技术,机械顺应的固体热界面材料可在电子封装中原位形成并由单组分分配系统进行分配。这些分配系统在自动化制造过程中广泛可得、成本低廉且易于实施。与常规产品相比,所得的热界面材料提供更强的强度、粘合性、顺应性和耐用性的组合。
[0010]本专利技术的一个实施方案包括用于形成导热率为至少0.5W/m*K的导热材料的前体混合物。所述前体混合物包括包含硅酮的第一反应物组合物以及与所述第一反应物组合物起反应以形成硅氧烷的第二反应物组合物。该前体混合物还包括反应抑制剂,所述反应抑制剂在低于40℃的储存温度下有效减缓第一和第二反应物组合物之间的反应速率。保持在储存温度下的混合物的初始粘度在14天内增加不到100%。
[0011]第二反应物组合物可以与第一反应物组合物起反应以形成聚二甲基硅氧烷,所述聚二甲基硅氧烷可包括末端乙烯基、侧链乙烯基、末端氢化硅或侧链氢化硅。前体混合物还可包括被反应抑制剂抑制的反应催化剂。分散在第一和第二反应物组合物中的至少一个中的导热颗粒实例包括氧化铝、氮化铝、氧化硅、氧化锌和氮化硼。
[0012]一种用于分配可固化混合物以形成导热体的套件包括限定与孔口流体连通的腔室的容器,其中所述可固化混合物包括包含硅酮的第一反应物组合物、与所述第一反应物组合物起反应以形成硅氧烷的第二反应物组合物、反应催化剂、反应抑制剂和分散在所述第一和第二反应物组合物中的至少一个中的导热颗粒。反应抑制剂优选在低于40℃的温度下有效抑制第一反应物组合物和第二反应物组合物之间的催化反应,其中保持在低于40℃的储存温度下的可固化混合物的初始粘度在14天内增加不到100%。在将可固化混合物初始混合到腔室中之后,当保持在低于40℃的储存温度下时,可固化混合物可在90Psi压力下以5

200g/min的流速通过孔口进行分配至少14天。
[0013]一种用于将热界面材料施加到表面的方法包括提供一种可固化混合物,所述可固化混合物包括包含硅酮的第一反应物组合物、与第一反应物组合物起反应以形成硅氧烷的第二反应物组合物、反应催化剂、反应抑制剂和分散在所述第一和第二反应物组合物中的至少一个中的导热颗粒。反应抑制剂有效地与反应催化剂相互作用以减缓第一和第二反应物组合物之间的反应速率。该方法还包括将可固化混合物在容器中储存超过24小时,并通过孔口将可固化混合物从容器分配到表面上。所述表面可以是发热电子元件的一部分。
[0014]本专利技术的一些实施方案包括将界面材料施加到发热电子元件和散热构件之间的热间隙的方法。该方法包括提供在25℃、100s
‑1下粘度小于500Pa*s的可固化混合物,将所述可固化混合物储存在容器中超过24小时,将可固化混合物从容器分配到发热电子元件和散热构件中的至少一个的表面上,以及将可固化混合物加热至超过40℃的温度持续足以仅由该可固化混合物形成热界面材料的一段时间。所述热界面材料表现出至少Shore 00=5的硬度计硬度,和至少0.5W/m*K的导热率。
附图说明
[0015]图1是从容器分配到表面上的前体混合物的示意图。
[0016]图2是包含本专利技术的导热界面材料的电子封装的截面图。
[0017]图3是绘制前体混合物的流速随时间变化的图表。
[0018]图4是本专利技术的热界面材料的硬度计硬度与聚合物组分的质量浓度的关系图。
具体实施方式
[0019]本专利技术的导热界面材料包括填充有导热颗粒的高度适形的硅酮聚合物。通常,所述硅酮可以是具有以下结构式的有机硅氧烷:
[0020][0021]其中“R
1”代表氢、羟基或甲基,并且其中“X
1”和“X
2”代表1至1,000的整数,且不需要相等。导热界面材料可以制备为有机硅氧烷与扩链剂/交联剂的反应产物,例如具有以下结构式的氢化物封端的聚二甲基硅氧烷:
[0022][0023]其中“R
2”代表氢、甲基或羟基,“Y”代表1至1000的整数。
[0024]通常,导热界面材料是由包含硅酮的第一反应物组合物、与第一反应物组合物起反应以形成硅氧烷的第二反应物组合物和反应催化剂的前体混合物形成的可固化组合物。可用于第一反应物组合物中的有机硅氧烷可包括至少两个脂肪族不饱和有机基团例如乙烯基、烯丙基、丁烯基、己烯基、乙烯基和丙烯基。不饱和官能团可以位于末端或侧链位置。本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于形成导热率为至少0.5W/m*K的导热材料的前体混合物,所述前体混合物包括:包含硅酮的第一反应物组合物;与所述第一反应物组合物起反应以形成硅氧烷的第二反应物组合物;反应抑制剂,其在低于40℃的储存温度下有效减缓所述第一反应物组合物和第二反应物组合物之间的反应速率,其中保持在所述储存温度下的所述混合物的初始粘度在14天内增加不到100%;和导热颗粒,其分散在所述第一反应物组合物和第二反应物组合物中的至少一个中。2.如权利要求1所述的前体混合物,其中所述第二反应物组合物与所述第一反应物组合物起反应以形成聚二甲基硅氧烷。3.如权利要求2所述的前体混合物,其中所述聚二甲基硅氧烷包括末端乙烯基、侧链乙烯基、末端氢化硅或侧链氢化硅。4.如权利要求1所述的前体混合物,其包括选自以下组中的反应催化剂:铂、铑、钯、锇及其络合物和有机金属化合物。5.如权利要求4所述的前体混合物,其中所述反应抑制剂包括马来酸酯、炔醇和富马酸酯中的一种或多种。6.如权利要求1所述的前体混合物,其中所述初始粘度在25℃、100s
‑1下为小于500Pa*s。7.如权利要求1所述的前体混合物,其中所述初始粘度在25℃、1.0s
‑1下为小于3500Pa*s。8.如权利要求7所述的前体混合物,其是触变性的。9.如权利要求1所述的前体混合物,其中所述导热材料是可由所述前体混合物固化的,在25℃下表现出Shore 00=5至Shore 00=90的固化硬度计硬度。10.如权利要求10所述的前体混合物,其中所述导热颗粒包括氧化铝、氮化铝、氧化硅、氧化锌和氮化硼中的一种或多种。11.一种用于分配可固化混合物以形成导热体的套件,所述套件包括:容器,其限定与孔口流体连通的腔室,所述可固化混合物设置在所述腔室中并且包括:包含硅酮的第一反应物组合物;与所述第一反应物组合物起反应以形成硅氧烷的第二反应物组合物;反应催化剂;反应抑制剂,其在低于40℃的温度下有效抑制所述第一反应物组合物和第二反应物组合物之间的催化反应,其中保持在低于40℃的储存温度下的所述可固化混合物的初始粘度在14天内增加不到100%;和导热颗粒,其分散在所述第一反应物组合物和第二反应物组合物中的至少一个中。12.如权利要求11所述的套件,其中所述导热体表现出至少0.5W/m*K的导热率。13.如权利要求12所述的套件,其中所述初始粘度在25℃、1.0s
‑1下为100

3500Pa*s。14.如权利要求13所述的套件,其中所述初始粘度在25℃、100s
‑1下为50

500Pa*s。15.如权利要求14所述的套件,其中所述可固化混合物可固化至Shore 00=5至Shor...

【专利技术属性】
技术研发人员:R
申请(专利权)人:汉高股份有限及两合公司
类型:发明
国别省市:

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