含有熱逆變凝膠的熱界面材料的制作方法

專利名稱：含有熱逆變凝膠的熱界面材料的制作方法
技術領域：
本發明大體上涉及含有或基于熱逆變凝膠的熱界面材料，所述熱逆變凝膠例如為熱逆變凝膠狀流體、油凝膠和溶劑凝膠樹脂。
背景技術：
本部分提供了與本發明有關的背景信息，其未必是現有技術。電氣元件如半導體、集成電路封裝、晶體管等通常具有預設溫度，在此溫度下該電氣元件可最佳運行。理想的是，預設溫度接近周圍空氣的溫度。但是電氣元件的運行產生熱量。如果不除去熱量，則電氣元件隨后可能在明顯高于其正常或理想的運行溫度的溫度下運行。這種過高的溫度可能對電氣元件的運行特性和相關器件的運行產生不利影響。為了避免或至少減少因發熱引起的不利的運行特性，應當例如通過將熱量從運行的電氣元件傳導至散熱器而除去熱量。然后可以通過傳統的對流和/或輻射技術來冷卻散熱器。傳導時，可以通過電氣元件和散熱器之間的直接表面接觸和/或通過電氣元件和散熱器經由中間介質或熱界面材料的接觸來使熱量從運行的電氣元件傳導至散熱器。可使用熱界面材料來填充傳熱表面間的間隙，從而與具有填充有空氣(其為相對較差的熱導體) 的間隙相比，使得熱傳輸效率增大。最為特別的是在相變膏和導熱膏的情況下，不需要很明顯的間隙并且熱界面材料的目的可能僅僅是用來填充接觸表面之間的表面不勻。在一些器件中，電絕緣體也可以放置在電氣元件和散熱器之間，在許多情況下該電絕緣體是熱界面材料本身。

發明內容
本部分提供了本發明的總體上的發明內容，而并不是對其全部范圍或全部特征的詳盡公開。本發明的熱界面材料含有或基于熱逆變凝膠。在示例性實施方式中，熱界面材料在熱逆變凝膠中可以含有至少一種導熱填充物。在另一示例性實施方式中，熱界面材料包含至少一種熱塑性彈性體并且在石蠟油中含有至少一種導熱填充物。在另一示例性實施方式中，導熱間隙墊在油凝膠中含有至少一種導熱填充物。所述油凝膠含有二嵌段(di-block)苯乙烯共聚物、三嵌段(tri-block)苯乙烯共聚物和油。其它方面提供了與熱界面材料有關，例如使用和/或制造熱界面材料的方法。在一個示例性實施方式中，制造含有熱逆變凝膠的熱界面材料的方法大致包括以下的一種或兩種將可膠凝流體和膠凝劑混合以生成熱逆變凝膠，和/或將至少一種導熱填充物添加
3到熱逆變凝膠中。另一示例性實施方式提供了一種與從一個或多個發熱元件中散熱有關的方法。此實例中的方法大致包括相對于所述一個或多個發熱元件來安置熱界面材料，從而在該一個或多個發熱組件到該熱界面材料之間限定出導熱性熱路徑。所述熱界面材料在熱逆變凝膠中含有至少一種導熱填充物。更多的應用領域將通過本文提供的記載而變得更加明顯。本發明內容中的記載和特定實例僅僅出于說明的目的而并非旨在限制本發明的范圍。具體而言，本發明涉及了以下方面的技術方案。<1> 一種熱界面材料，所述熱界面材料在熱逆變凝膠中包含至少一種導熱填充物。<2>如第<1>方面所述的熱界面材料，其中，所述熱逆變凝膠包含油和/或溶劑以及膠凝劑。<3>如第<2>方面所述的熱界面材料，其中所述油和/或溶劑包含石蠟油和/或溶劑；和/或所述膠凝劑包含熱塑性材料。<4>如第<3>方面所述的熱界面材料，其中，所述熱塑性材料包含苯乙烯嵌段共聚物。<5>如第<1>方面所述的熱界面材料，其中，所述熱逆變凝膠是油凝膠。<6>如第<5>方面所述的熱界面材料，其中，所述油凝膠含有石蠟油以及二嵌段和三嵌段苯乙烯共聚物。<7>如第<1>方面所述的熱界面材料，其中，所述熱逆變凝膠包含凝膠狀流體。<8>如前述任一方面中所述的熱界面材料，其中，所述至少一種導熱填充物含有氮化硼、氧化鋁和氧化鋅中的一種或多種。<9>如第<1> <7>方面中任一方面所述的熱界面材料，其中所述熱界面材料包括順應性導熱間隙墊、導熱膏、導熱油灰、導熱性可分配材料、 相變材料，和/或所述熱界面材料的硬度小于或等于約lOOshore A硬度。<10>如第<1> <7>方面中任一方面所述的熱界面材料，其中，所述熱界面材料完全或基本上不含有機硅。<11>如第<1> <7>方面中任一方面所述的熱界面材料，其中，所述熱界面材料含有不少于5重量％并且不多于98重量％的至少一種導熱填充物。<12>如第<1> <7>方面中任一方面所述的熱界面材料，其中，所述熱界面材料被構造成能夠用于提供至少部分電磁界面屏蔽。<13> 一種EMI屏蔽組件，所述EMI屏蔽組件含有第<1> <7>方面中任一方面所述的熱界面材料。<14> 一種熱界面材料，所述熱界面材料包含至少一種熱塑性彈性體并且在石蠟油中包含至少一種導熱填充物。<15>如第<14>方面所述的熱界面材料，其中，所述至少一種熱塑性彈性體含有第一和第二熱塑性彈性體。<16>如第<15>方面所述的熱界面材料，其中，所述第一和第二熱塑性彈性體含有苯乙烯嵌段共聚物。<17>如第<15>方面所述的熱界面材料，其中，所述第一和第二熱塑性彈性體含有二嵌段和三嵌段共聚物。<18>如第<14> <17>方面中任一方面所述的熱界面材料，其中，所述至少一種導熱填充物含有氮化硼、氧化鋁和氧化鋅中的一種或多種。<19>如第<14> <17>方面中任一方面所述的熱界面材料，其中所述熱界面材料的熱導率為約3. 0瓦/米-開爾文；和/或所述熱界面材料完全或基本上不含有機硅；和/或所述熱界面材料包括順應性導熱間隙墊、導熱膏、導熱油灰、導熱性可分配材料、 相變材料，和/或所述熱界面材料的硬度小于或等于約lOOshore A硬度。<20> 一種導熱間隙墊，所述導熱間隙墊包含油凝膠，所述油凝膠含有二嵌段苯乙烯共聚物、三嵌段苯乙烯共聚物和油；在所述油凝膠中含有至少一種導熱填充物。<21>如第<20>方面所述的導熱間隙墊，其中所述至少一種導熱填充物含有氮化硼、氧化鋁和氧化鋅中的一種或多種；和/或所述油包含石蠟油；和/或所述導熱間隙墊完全或基本上不含有機硅。<22> 一種制造含有熱逆變凝膠的熱界面材料的方法，所述方法包括將可膠凝流體與膠凝劑混合以生成所述熱逆變凝膠；和/或將至少一種導熱填充物添加到所述熱逆變凝膠中。<23>如第<22>方面所述的方法，其中，所述方法包括使石蠟油、二嵌段苯乙烯共聚物、三嵌段苯乙烯共聚物、顏料和抗氧化劑混合；加熱混合物來使所述二嵌段苯乙烯共聚物和三嵌段苯乙烯共聚物的聚苯乙烯鏈段軟化；使所述混合物在高溫保持一段時間；以及將氮化硼添加到所述混合物中。<24>如第<22>或<23>方面所述的方法，所述方法還包括對所述熱界面材料重新加熱以使得所述熱界面材料能夠再利用、再成型和/或再循環。<25>—種涉及從一個或多個發熱元件中散熱的方法，所述方法包括相對一個或多個發熱元件來安置熱界面材料，從而在一個或多個發熱元件到所述熱界面材料之間限定出導熱性熱路徑，其中，所述熱界面材料在熱逆變凝膠中含有至少一種導熱填充物。
具體實施例方式現在將參照附圖
來更全面地描述示例性實施方式。許多熱界面材料，尤其是間隙墊，均基于有機硅樹脂體系。但是在一些應用中，例如對于纖維光學應用、汽車模塊、磁盤驅動器、等離子體顯示面板、液晶顯示面板等而言，需要不含有機硅的間隙填充物(或間隙墊)。理想地，不含有機硅的熱界面材料將不僅僅是不含有機硅，并且其也將會非常柔軟、有彈性、成本合理、溫度和氣壓穩定、并且不存在明顯的
5樹脂遷移。但是不含有機硅的間隙墊通常基于丙烯酸類、聚氨酯、聚烯烴等樹脂系體系，這會遇到以下問題這些樹脂生成相對較硬的彈性體，而形成非順應性的墊。認識到上述問題后，本發明的發明人已經開發出并在此公開多種示例性實施方式的不含有機硅的順應性熱界面材料，所述熱界面材料含有或基于熱逆變凝膠，例如熱逆變凝膠狀流體、油凝膠和溶劑凝膠樹脂。此外，本發明的發明人還已經開發出并在此公開其它示例性實施方式的含有或基于熱逆變凝膠的熱界面材料，所述熱逆變凝膠中的一些可以是有機硅類凝膠。因而，雖然在此公開的一些示例性實施方式完全或基本上不含有有機硅，但是其它示例性實施方式可以含有有機硅。在基本不含有機硅的實施方式中，熱界面材料可以含有極少量或微量的有機硅，其中有機硅的量足夠少以至于不會對熱界面材料的最終應用產生不利影響，不然所述最終應用可能因存在多于微量的有機硅而受到不利影響。一些實施方式的熱界面材料基于油凝膠樹脂體系并且不含有機硅(例如，完全不含有機硅，基本不含有機硅)、非常柔軟、 有彈性、成本合理、溫度和氣壓穩定并且不存在明顯的樹脂遷移。作為背景技術的形式，本文使用的術語“凝膠”通常是指固體與液體或氣體的半剛性膠狀分散體，例如果凍、膠等。“凝膠”通常為固體、果凍狀材料，其性質可以從柔軟和脆弱變化為堅硬和堅韌。本文使用的“凝膠”可以限定為基本上稀釋的彈性體或膠束網絡，其在穩態時表現為不流動。按重量計，凝膠可主要是液體，但是由于在液體內的三維網絡而使其表現得像固體。正是液體內的網絡賦予了凝膠其構造(硬度)。對于凝膠，固態三維網絡通常貫穿在液體介質的體積內。作為進一步的背景技術的形式，本文使用的“熱逆變凝膠”是指如下的凝膠其可以被反復加熱成液態和冷卻成凝膠，使得該熱逆變凝膠通過重新將凝膠加熱成液體和冷卻回凝膠而由此可以再利用、再成型、再循環等。一些情況中，熱逆變凝膠從基本為液態變成凝膠的這種轉變溫度可以低于室溫。如本發明人所認識到的，熱逆變凝膠如熱逆變凝膠狀流體、油凝膠和溶劑凝膠樹脂，非常適合用作熱界面材料用基體。因而，本發明人已經在本文中公開了新型熱界面材料和制造這種新型熱界面材料的方法的示例性實施方式，所述熱界面材料含有或基于熱逆變凝膠，例如熱逆變凝膠狀流體、油凝膠和溶劑凝膠樹脂。所述熱界面材料也可以在該熱逆變凝膠中含有至少一種導熱填充物。另外，本發明人也認識到熱逆變凝膠如油凝膠，可以具體地配制成在給定的溫度下軟化。進而，與基于有機硅體系的一些熱界面材料相比，這使得本發明人的示例性實施方式中的基于油凝膠樹脂體系的一些熱界面材料能夠進行更多定制。例如，本發明人的一些示例性實施方式提供了基于油凝膠樹脂體系的熱界面材料，其中對所述油凝膠進行選擇或配制，使得該熱界面材料在大約150°C的溫度開始軟化。在其它實施方式中，熱界面材料可以含有油凝膠樹脂體系，其中將油凝膠配制成在高于或低于150°C的溫度、例如在從約 5°C 約200 V的溫度內軟化。在多種示例性實施方式中，將導熱填充物添加到油(或其它可膠凝的流體)和膠凝劑中來制造導熱膏、相變墊、油灰墊、和/或間隙墊。通過使用油凝膠(或其它合適的熱逆變凝膠)作為熱界面材料用基體，本發明的發明人發現，可以制造出物理性能可與傳統有機硅類間隙墊相媲美的間隙墊，而由于在配制中不存在有機硅而不會發生有機硅遷移或揮發。熱逆變凝膠通常是一種或多種油和/或溶劑與一種或多種膠凝劑的混合物。大部分混合物通常含有(多種)油和/或(多種)溶劑。本發明的示例性實施方式中可使用的合適的熱逆變凝膠用油或其它材料包括環烷基油、石蠟油、異石蠟油、烴油、芳香油、石蠟溶劑、異石蠟溶劑(例如Isopar)、環烴基溶劑、有機硅油等，礦物油、天然油(例如大豆油、椰子油和酯油)和合成產品(例如聚丁烯或聚異丁烯)。本發明的示例性實施方式中可使用的合適的膠凝劑包括蠟、氣相二氧化硅、脂肪酸皂、熱塑性材料(例如熱塑性彈性體等)和聚合物(例如嵌段共聚物等)。油凝膠一般用于空氣清新劑、蠟燭、電纜填料、密封劑、潤滑膏、可剝離涂層、防腐劑等。然而油凝膠尚未用作熱界面材料用基體。本發明的示例性實施方式可以改變熱界面材料中含有的熱逆變凝膠的類型和數量。作為實例的形式，本文公開的熱界面材料可以含有寬范圍的不同類型和數量的具有二嵌段和/或三嵌段共聚物(例如二嵌段苯乙烯共聚物、三嵌段苯乙烯共聚物等)的熱逆變凝膠，混合有彈性體(例如熱塑性彈性體等)的油和/或溶劑，膠凝劑等。對于本發明的多種示例性實施方式，可以選擇一種或多種這些上面列出的材料并隨后進行改變，從而對于給定的熱界面材料制造出具有不同特性的特定凝膠(例如熱逆變凝膠狀流體，油凝膠和溶劑凝膠樹脂等)。例如，根據特定的組分和配方，生成的油凝膠可以從粘性高彈連續橡膠網絡變成弱凝膠、膏體。因而，本發明的熱界面材料可以含有任何寬范圍的熱逆變凝膠，從而被構造成提供一種或多種導熱間隙墊、導熱凝膠、導熱油灰、導熱性可分配材料、和導熱膏。在多種示例性實施方式中，熱界面材料的硬度可小于或等于約lOOShore A。此外，一些基于油凝膠的熱界面材料還可以配制成在給定溫度(例如在150°C等)下軟化，并起到相變材料的作用寸。在本發明其中熱界面材料含有油凝膠的示例性實施方式中，油凝膠可以包含處理油和膠凝劑。處理油通常是其一個或多個關鍵性能得到報道和控制的油。在制造中通常使用處理油和/或溶劑來改變制品的性能，改善制品的性能，和/或賦予成品所需的性能。本發明示例性實施方式的熱界面材料可以包括環烴油和溶劑和/或石蠟油和溶劑(例如Isopar等)。當選擇油/溶劑用于本發明的熱界面材料時，油和/或溶劑的溫度穩定性是要考慮的一個實例特性。因為熱界面材料可以暴露于不同的，并且相對較高的溫度，所以在一些實施方式中高溫穩定的油和/或溶劑可能是理想的。本發明的熱界面材料可以使用熱塑性材料(例如熱塑性彈性體等)來用于油凝膠的膠凝劑。合適的熱塑性材料包括嵌段共聚物，例如二嵌段和三嵌段聚合物(例如二嵌段和三嵌段苯乙烯聚合物等)。一些示例性實施方式的熱界面材料含有包含聚苯乙烯鏈段 (segment)和橡膠鏈段的嵌段聚合物。對于二嵌段聚合物，聚苯乙烯鏈段連接到橡膠鏈段， 而三嵌段聚合物在橡膠鏈段的兩端含有聚苯乙烯鏈段。在由三嵌段苯乙烯聚合物制造的油凝膠中，苯乙烯鏈段起到與橡膠物理交聯的作用以形成高彈性連續橡膠網絡。然而，二嵌段聚合物不形成這種物理交聯，并且由二嵌段聚合物制造的油凝膠易于與膏體相似而非固態橡膠。根據所需的特性，可將二嵌段和三嵌段聚合物單獨或以多種比例一起用于將要含有該聚合物的熱界面材料。橡膠是這種聚合物的彈性部分，并且橡膠例如可以是飽和烯烴橡膠(例如聚乙烯/ 丁烯、聚乙烯/丙烯等)。一些適合用于本發明的熱界面材料中的示例性熱塑性材料包括可從美國德克薩斯州休斯敦的KRATON Polymers U. S. LLC購買得到的 KRATON G聚合物。在處理中添加一種或多種導熱填充物以生成導熱界面材料，其中一種或多種導熱
7填充物可懸浮在熱逆變凝膠中、添加到熱逆變凝膠中、混合進熱逆變凝膠中等。例如，在可凝膠流體和膠凝劑已經膠凝或形成熱逆變凝膠前，可以將至少一種導熱填充物添加到含有可凝膠流體和膠凝劑的混合物中。作為另一實例，可以將至少一種導熱填充物添加到可凝膠流體中，然后可以將膠凝劑添加到含有可凝膠流體和導熱填充物的混合物中。在又一實例中，可以將至少一種導熱填充物添加到膠凝劑中，然后可以將可凝膠流體添加到含有膠凝劑和導熱填充物的混合物中。作為進一步的實例的形式，可以在可凝膠流體和膠凝劑已經膠凝之后添加至少一種導熱填充物。例如，當凝膠已經冷卻并且形成松散的網絡以便能夠添加填充物時，可以向凝膠中添加至少一種導熱填充物。熱逆變凝膠中的導熱填充物的數量在不同實施方式中可以不同。作為實例的形式，一些示例性實施方式的熱界面材料可以含有不少于5重量％且不多于98重量％的至少一種導熱填充物。本發明示例性實施方式的熱界面材料中可以使用多種不同的導熱填充物。一些優選實施方式中，導熱填充物的熱導率為至少lW/mk(瓦特每米-開爾文)以上，例如熱導率高達幾百W/mk的銅填充物等。合適的導熱填充物包括，例如，氧化鋅、氮化硼、氧化鋁、鋁、 石墨、陶瓷及其組合(例如氧化鋁和氧化鋅等)。此外，示例性實施方式的熱界面材料也可以包括不同品級(例如不同尺寸，不同純度，不同形狀等)的同一(或不同)導熱填充物。 例如熱界面材料可以含有兩個不同尺寸的氮化硼。通過改變導熱填充物的類型和品級，可以根據需要改變熱界面材料的最終特性(例如熱導率、成本、硬度等)。也可以將其它合適的填充物和/或添加劑添加到熱界面材料以獲得多種所需的結果。其它可以添加的填充物的實例包括顏料、增塑劑、處理助劑、阻燃劑、增量劑、電磁界面(EMI)或微波吸收劑、導電填料、磁性粒子等。例如，可以添加增粘劑等來增加熱界面材料的粘著性等。作為另一實例，可以添加EMI或微波吸收劑、導電填料、和/或磁性粒子，使得熱界面材料能夠作為EMI和/或RFI屏蔽材料運行或使用。可以向示例性實施方式的熱界面材料添加多種材料，例如羰基鐵、硅化鐵、鐵顆粒、鐵鉻復合物(compound)、金屬銀、羰基鐵粉末、SENDUST (含有85%鐵、9. 5%硅和5. 5%鋁的合金)、坡莫合金(含有約20%鐵和80%鎳的合金)、鐵氧體、磁性合金、磁性粉末、磁性薄片、磁性顆粒、鎳基合金和粉末、鉻合金、及其任意組合。其它實施方式可以含有由一種或多種上述材料形成的一種或多種EMI吸收劑， 其中EMI吸收劑包含一種或多種微粒、球狀體、微球體、橢球體、不規則球狀體、線、薄片、粉末、和/或這些形狀的任意或全部組合。因而，一些示例性實施方式可以由此包含含有或基于熱逆變凝膠的熱界面材料，其中熱界面材料也被構造成(例如含有或負載有EMI或微波吸收劑、導電填料和/或磁性顆粒等)提供屏蔽。作為背景技術的形式，EMI吸收劑通過一種通常稱作損耗(loss)的方法將電磁能轉化成另一種形式的能量。電損耗機理包括電導損耗、介電損耗和磁化損耗。電導損耗是指由電磁能轉化為熱能而引起的EMI降低。電磁能會誘發在電導率有限的EMI吸收劑內流動的電流。該有限的電導率導致一部分誘發電流通過電阻產生熱量。介電損耗是指由電磁能在相對介電常數不均一的EMI吸收劑內轉化為分子的機械位移而引起的EMI降低。磁化損耗是指由電磁能在EMI吸收劑內轉化為磁矩重排而引起的EMI降低。在一些示例性實施方式中，熱界面材料可以含有粘合層。粘合層可以是導熱性粘合劑以保持整體導熱性。粘合層可以用來將熱界面材料固定到電子元件、散熱器、EMI屏蔽體等。可以使用壓敏、導熱粘合劑形成粘合層。壓敏粘合劑(PSA)通常基于含有丙烯酸、有機硅、橡膠及其組合的復合物。例如，通過含有陶瓷粉末來增強導熱性。在一些示例性實施方式中，含有熱逆變凝膠的熱界面材料可以粘附或固定(例如以粘合方式結合)到EMI屏蔽體的一個或多個部分上，例如粘附或固定到單件EMI屏蔽體上和/或多件式屏蔽體的罩、蓋、框架或其它部分上，以及分立的EMI屏蔽壁上等。例如，還可使用諸如機械緊固件等替代性的固定方法。在一些實施方式中，可將含有熱逆變凝膠的熱界面材料粘附到多件式EMI屏蔽體的可去除的蓋或罩上。例如，可將含有熱逆變凝膠的熱界面材料設置在罩或蓋的內表面上，使得熱界面材料得以壓縮地夾在EMI屏蔽體和其上設置EMI屏蔽體的電子元件之間。作為另一種方式，例如可將含有熱逆變凝膠的熱界面材料設置在罩或蓋的外表面上，使得熱界面材料得以壓縮地夾在EMI屏蔽體和散熱器之間。 可將含有熱逆變凝膠的熱界面材料設置在罩或蓋的整個表面上或設置在小于整個表面上。 可將含有熱逆變凝膠的熱界面材料施加在理應具有EMI吸收劑的幾乎任何位置上。將通過以下實施例進一步說明本發明的各方面。以下實施例僅僅是說明性的，并且不能以任何方式將本發明限定成特定形式。實施例實施例1在此實施例中，包括本發明的一個或多個方面的熱界面材料(具體為間隙墊)大致由二嵌段和三嵌段苯乙烯共聚物、石蠟油和導熱填充物形成。在此實施例的熱界面材料中，油占間隙墊的約14. 1重量％，二嵌段苯乙烯共聚物占間隙墊的約4.2重量％，三嵌段苯乙烯共聚物占間隙墊的約1. 1重量％，并且導熱填充物占間隙墊的約80. 2重量％。間隙墊還含有占間隙墊約0. 1重量％的抗氧化劑和占間隙墊約0.4重量％的顏料。此實施例制劑中使用的三嵌段苯乙烯共聚物含有作為彈性體(或橡膠)部的聚乙烯/ 丁烯。結構主要是三嵌段并且苯乙烯與橡膠的比例是四71。該共聚物的分子量適中，且玻璃化轉變溫度為_55°C。該共聚物可以以商標名Kraton G-1650作為由美國德克薩斯州休斯敦的KRATON Polymers U. S. LLC出售的粉末而商購得到。此實施例制劑中使用的二嵌段苯乙烯共聚物含有作為彈性體(或橡膠)部的聚乙烯/丙烯。結構主要是二嵌段并且苯乙烯與橡膠的比例是37 63。該共聚物的分子量較高，且玻璃化轉變溫度為_55°C。該共聚物可以以商標名Kraton G-1701作為由美國德克薩斯州休斯敦的KRATON Polymers U. S. LLC出售的粉末而商購得到。此實施例制劑中使用的油是可作為從美國德克薩斯州休斯敦的 ExxonMobilChemical Company商購得到的Elevast R170而商購得到的石蠟油。作為其它選擇的制劑可以含有不同的油，例如可以以名稱為Simpar 2280從美國新澤西州特倫頓的 R. E. Carroll, Inc.的商購得到的石蠟油，或可以以名稱為ConoPure 12P從美國得克薩斯州休斯敦的ConocoWiillips Company商購得到的石蠟油。對于此實施例的制劑，導熱填充物含有兩種不同品級的氧化鋁。第一品級氧化鋁是平均粒徑為2微米并且約占間隙墊15. 6重量％的研磨氧化鋁。第二品級氧化鋁是平均粒徑為30微米并且約占間隙墊64. 3重量％的大致球形氧化鋁。此實施例的間隙墊表現出的熱導率為0. 9ff/mK (根據Hot Disk方法測量)。間隙
9墊表現出的硬度為約48aiore 00 (三秒，根據ASTM標準D2M0-00測量)。現在將描述一種示例性方法，其可以用于制備與此實施例1相符的間隙墊。然而， 也可以采用替代性方法來制造間隙墊。在此實施例中，油、二嵌段苯乙烯共聚物、三嵌段苯乙烯共聚物、顏料和抗氧化劑可以混合在一起以得到均質混合物。然后可以加熱混合物以使二嵌段苯乙烯共聚物和三嵌段苯乙烯共聚物的聚苯乙烯鏈段軟化，使其游離并剪切地移動。然后可將混合物在約150°C下保持2 3小時進行混合直到混合物獲得平滑的稠度。 然后可以將導熱填充物添加到混合物中，產生具有濕砂稠度的混合物。然后將混合物冷卻至橡膠稠度。相比于立即添加導熱填充物，還可以稍后添加導熱填充物。例如，可以在添加任何導熱填充物之前冷卻并儲藏均質混合物或樹脂。一段時間后，可以重新加熱該均質混合物或樹脂，然后添加導熱填充物。此后，將含有導熱填充物的混合物冷卻至橡膠稠度。在將其中具有導熱填充物的混合物冷卻至橡膠稠度后并在溫熱時，可以隨后對混合物進行處理以用作間隙墊。在此實施例1中，溫熱的混合物可形成為具有離型襯 (release liner)(例如用于所形成的間隙墊在切割、運輸等中的保護)的薄片材料，其中所述離型襯添加在最終分配用薄片的兩側面上。作為另一選擇，應當認識到在添加填充物后可使得溫熱的混合物能夠(通過適當的冷卻操作)冷卻，貯存用于后續使用，并且然后得以再次溫熱以將其加工成間隙墊。通過對兩襯片之間的混合物進行軋光可以將混合物形成為間隙墊片。位于一系列加熱輥之間的輥隙(或間隙)可以設置成最終間隙墊所需的厚度。 然后可使混合物通過所述輥以形成厚度由輥之間的間隙所確定的襯墊。同時，可使襯片在混合物/間隙墊的任一側面上通過所述輥，從而產生最終的間隙墊，其在間隙墊的兩側面上含有離型襯。離型襯可以是任何合適的離型襯，例如Mylar襯。作為另一種選擇，離型襯可僅位于間隙墊的一側上，或沒有施加在間隙墊上的離型襯。在一些其它示例性實施方式中，例如其中熱逆變凝膠在室溫下(或冷卻狀態下) 硬度極低或呈膏體狀的那些實施方式中，可能不必加熱凝膠來添加填充物。作為替換，室溫或冷卻凝膠可以具有足夠低的粘性使得凝膠不需要通過加熱來液化以添加填充物。凝膠可以在室溫下或甚至處于冷卻狀態下基本上是液態以能夠將一種或多種填充物添加到凝膠中。間隙墊還可以例如通過注射成型來進行成型，從而代替軋光。注入成型能夠生成三維形狀的間隙墊。在已經對間隙墊片進行軋光后，可進行使用或進一步處理。可以用類似于其它間隙墊的方式對完成的間隙墊片進行進一步處理。例如間隙墊片可以切割成較小的片，模切成特定的間隙墊形狀，進行激光切割等。與例如各種公知的未基于熱逆變凝膠的熱界面材料不同，本發明的熱界面材料可以通過重新加熱材料而得到再使用/再成型/再循環等。因而，由基于熱逆變凝膠的熱界面材料形成的間隙墊可以通過上述方式進行重新加熱和再處理(例如重新成型、調整大小等等。實施例2在此實施例中，包括本發明的一個或多個方面的熱界面材料(具體為間隙墊)大致由二嵌段苯乙烯共聚物、二嵌段和三嵌段苯乙烯共聚物混合物、石蠟油和導熱填充物形成。
在此實施例的熱界面材料中，油占間隙墊的約13. 5重量％，二嵌段苯乙烯共聚物占間隙墊的約1. 7重量％，二嵌段/三嵌段共聚物混合物占間隙墊的約3. 4重量％，并且導熱填充物占間隙墊的約81重量％。間隙墊還含有占間隙墊的約0. 1重量％的抗氧化劑和占間隙墊約0.3重量％的顏料。此實施例的制劑中使用的二嵌段苯乙烯共聚物含有作為彈性體(或橡膠)部的聚乙烯/丙烯。結構主要是二嵌段并且苯乙烯與橡膠的比例是37 63。該共聚物的分子量較高，且玻璃化轉變溫度為_55°C。該共聚物可以以商標名Kraton G-1701作為由美國德克薩斯州休斯敦的KRATON Polymers U. S. LLC出售的粉末而商購得到。此實施例的制劑中使用的二嵌段/三嵌段苯乙烯共聚物混合物含有作為彈性體 (或橡膠)部的聚乙烯/ 丁烯。混合物具有30%的三嵌段和70%的二嵌段并且苯乙烯與橡膠的比例為30 70。該共聚物混合物的分子量較低，且玻璃化轉變溫度為_55°C。丸粒狀的共聚物可以以名稱Kraton從美國德克薩斯州休斯敦的KRATONPolymers U. S. LLC 商購得到。此實施例的制劑中使用的油是可作為來自美國德克薩斯州休斯敦的 ConocoPhillips Company的ConoPure 12P而商購得到的石蠟油。作為其它選擇的制劑可以含有不同的油，例如可從美國得克薩斯州休斯敦的ExxonMobil ChemicalCompany商購得到的Elevast R170而商購得到的石蠟油，或以名稱為Simpar 2280從美國新澤西州特倫頓R. E.Carrol 1，Inc.商購得到的石蠟油等。對于此實施例的制劑，導熱填充物含有兩種不同的導熱填充物。第一導熱填充物是平均粒徑為20微米的研磨氧化鋁三水合物(ATH)并且占間隙墊的約72. 5重量％。第二導熱填充物是平均粒徑為0. 3微米的精細氧化鋅(SiO)并且占間隙墊的約8. 5重量％。此實施例的間隙墊可以如上實施例1所述進行制備和處理。此實施例的間隙墊表現出的熱導率為1. 53W/mK (根據Hot Disk方法測量)。該間隙墊表現出的硬度為約75aiore 00 (三秒，根據ASTM標準D2M0-00測量)。實施例3在此實施例中，包括本發明的一個或多個方面的熱界面材料(具體為間隙墊)大致由二嵌段苯乙烯共聚物、三嵌段苯乙烯共聚物、石蠟油和導熱填充物形成。在此實施例的熱界面材料中，油占間隙墊的約43. 2重量％，二嵌段苯乙烯共聚物占間隙墊的約2. 9重量％，三嵌段苯乙烯共聚物占間隙墊的約6. 7重量％，并且導熱填充物占間隙墊的約46. 1重量％。間隙墊還含有占間隙墊約0. 2重量％的抗氧化劑和占間隙墊的約1重量％的顏料。此實施例的制劑中使用的三嵌段苯乙烯共聚物包含作為彈性體(或橡膠)部的聚乙烯/ 丁烯。結構主要是三嵌段并且苯乙烯與橡膠的比例是四71。該共聚物的分子量適中，且玻璃化轉變溫度為_55°C。該共聚物可以以商標名Kraton G-1650作為由美國德克薩斯州休斯敦的KRATON Polymers U. S. LLC出售的粉末而商購得到。此實施例的制劑中使用的二嵌段苯乙烯共聚物含有作為彈性體(或橡膠)部的聚乙烯/丙烯。結構主要是二嵌段并且苯乙烯與橡膠的比例是37 63。該共聚物的分子量較高，且玻璃化轉變溫度為_55°C。該共聚物可以以商標名Kraton G-1701作為由美國德克薩斯州休斯敦的KRATON Polymers U. S. LLC出售的粉末而商購得到。
11
此實施例的制劑中使用的油是可以以名稱Sunpar 2280從美國新澤西州特倫頓 R. E. Carroll, Inc.商購得到的石蠟油。作為其它選擇的制劑可以含有不同的油，例如作為 Elevast R170從美國德克薩斯州休斯敦的ExxonMobil Chemical Company商購得到的石蠟油，或作為ConoPure 12P從美國得克薩斯州休斯敦的ConocoWiillipsCompany商購得到的石蠟油。對于該實施例的制劑，導熱填充物含有平均粒徑為125微米的氮化硼。此實施例的間隙墊可以如上實施例1所述來進行制備和處理。此實施例的間隙墊表現出的熱導率為2. 7ff/mK (根據Hot Disk方法測量)。該間隙墊表現出的硬度為約80aiore 00 (三秒，根據ASTM標準D2M0-00測量)。實施例4在此實施例中，包括本發明的一個或多個方面的熱界面材料(具體為導熱膏)大致由二嵌段苯乙烯共聚物、石蠟油和氮化硼填充物形成。在此實施例的熱界面材料中，油占導熱膏的約51. 3重量％，二嵌段苯乙烯共聚物占導熱膏的約33. 3重量％，并且導熱填充物占導熱膏的約15. 4重量％。此實施例的制劑中使用的二嵌段苯乙烯共聚物含有作為彈性體(或橡膠)部的聚乙烯/丙烯。結構主要是二嵌段并且苯乙烯與橡膠的比例是37 63。該共聚物的分子量較高，且玻璃化轉變溫度為_55°C。該共聚物可以以商標名Kraton G-1701作為由美國德克薩斯州休斯敦的KRATON Polymers U. S. LLC出售的粉末而商購得到。此實施例的制劑中使用的石蠟油是可從美國得克薩斯州休斯敦的 ConocoPhiIlipsCompany商購得到的ConoPure 12P。作為其它選擇的制劑可以含有不同的油，例如作為Elevast R170可從美國德克薩斯州休斯敦的ExxonMobil Chemical Company商購得到的石蠟油，或可以以名稱為Simpar2280從美國新澤西州特倫頓 R. E. Carroll, Inc.商購得到的石蠟油。對于此實施例的制劑，導熱填充物含有平均粒徑為210微米的氮化硼。此實施例的導熱膏表現出的熱導率為0.8W/mK (根據Hot Disk方法測量)。由于此實施例的熱界面材料是膏體，因此其沒有可測量的硬度。實施例5在此實施例中，包括本發明的一個或多個方面的熱界面材料(具體為間隙墊)大致由二嵌段苯乙烯共聚物、三嵌段苯乙烯共聚物、石蠟油和氮化硼填充物形成。在此實施例的熱界面材料中，油占間隙墊的約42. 4重量％，二嵌段苯乙烯共聚物占間隙墊的約2. 8重量％，三嵌段共聚物占間隙墊的約6. 6重量％，并且導熱填充物占間隙墊的約47. 1重量％。間隙墊還含有占間隙墊約0. 2重量％的抗氧化劑和占間隙墊約0. 9 重量％的顏料。此實施例的制劑中使用的三嵌段苯乙烯共聚物含有作為彈性體(或橡膠)部的聚乙烯/ 丁烯。結構主要是三嵌段并且苯乙烯與橡膠的比例是四71。該共聚物的分子量適中，且玻璃化轉變溫度為_55°C。該共聚物可以以商標名Kraton G-1650作為由美國德克薩斯州休斯敦的KRATON Polymers U. S. LLC出售的粉末而商購得到。此實施例的制劑中使用的二嵌段苯乙烯共聚物含有作為彈性體(或橡膠)部的聚乙烯/丙烯。結構主要是二嵌段并且苯乙烯與橡膠的比例是37 63。該共聚物的分子量較高，且玻璃化轉變溫度為_55°C。該共聚物可以以商標名Kraton G-1701作為由美國德克薩斯州休斯敦的KRATON Polymers U. S. LLC公司出售的粉末而商購得到。此實施例的制劑中使用的油是可以以名稱Simpar 2280從美國新澤西州特倫頓 R. E. Carroll, Inc.商購得到的石蠟油等。作為其它選擇的制劑可以含有不同的油，例如作為Elevast R170從美國德克薩斯州休斯敦的ExxonMobil Chemical Company商購得到的石蠟油，或可以以名稱ConoPure 12P從美國得克薩斯州休斯敦的ConocoWiiIlips Company商購得到的石蠟油。對于該實施例的制劑，導熱填充物含有平均粒徑為125微米的氮化硼。此實施例的間隙墊可以如上實施例1中所述來進行制備和處理。此實施例的間隙墊表現出的熱導率為3. 37W/mK(根據Hot Disk方法測量)。該間隙墊表現出的硬度為約88aiore 00 (三秒，根據ASTM標準D2M0-00測量)。實施例6在此實施例中，包括本發明的一個或多個方面的熱界面材料(具體為間隙墊)大致由二嵌段苯乙烯共聚物、三嵌段/ 二嵌段苯乙烯共聚物混合物、石蠟油和導熱填充物形成。在此實施例的熱界面材料中，油占間隙墊的約42. 5重量％，二嵌段苯乙烯共聚物占間隙墊的約5. 3重量％，二嵌段/三嵌段共聚物混合物占間隙墊的約10. 6重量％，并且導熱填充物占間隙墊的約40. 3重量％。間隙墊還含有占間隙墊約0. 2重量％的抗氧化劑和占間隙墊約1. 1重量％的顏料。此實施例的制劑中使用的二嵌段苯乙烯共聚物含有作為彈性體(或橡膠)部的聚乙烯/丙烯。結構主要是二嵌段并且苯乙烯與橡膠的比例是37 63。該共聚物的分子量較高，且玻璃化轉變溫度為_55°C。該共聚物可以以商標名Kraton G-1701作為由美國德克薩斯州休斯敦的KRATON Polymers U. S. LLC出售的粉末而商購得到。此實施例的制劑中使用的二嵌段/三嵌段苯乙烯共聚物混合物含有作為彈性體 (或橡膠)部的聚乙烯/ 丁烯。混合物具有30%的三嵌段和70%的二嵌段并且苯乙烯與橡膠的比例為30 70。該共聚物混合物的分子量較低，且玻璃化轉變溫度為_55°C。丸粒狀的共聚物可以以名稱Kraton G-1726從美國德克薩斯州休斯敦的KRATONPolymers U. S. LLC 商購得到。此實施例的制劑中使用的石蠟油是從美國德克薩斯州休斯敦的 ConocoPhiIlipsCompany商購得到的ConoPure 12P。作為其它選擇的制劑可以含有不同的油，例如作為Elevast R170可從美國得克薩斯州休斯敦的ExxonMobil Chemical Company商購得到的石蠟油，或可以以名稱Sunpar 2280從美國新澤西州特倫頓 R. E. Carroll, Inc.商購得到的石蠟油。對于此實施例的制劑，導熱填充物含有兩種不同的導熱填充物。第一導熱填充物是平均粒徑為5微米的鋁(Al)并且占間隙墊約27. 6重量％。第二導熱填充物是平均粒徑為0. 3微米的氧化鋅(SiO)并且占間隙墊約重量12. 7%。此實施例的間隙墊可以如上實施例1所述來進行制備和處理。此實施例的間隙墊表現出的熱導率為0. 3ff/mK (根據Hot Disk方法測量)。該間隙墊表現出的硬度為約^Siore 00 (三秒，根據ASTM標準D2M0-00測量)。
上述實施例的制劑描述了基于熱逆變凝膠的熱界面材料的可變性和適應性。上述實施例的制劑描述了那些實施例的熱界面材料表現出寬范圍的特性。例如，最終熱界面材料的硬度可以從膏體(實施例4)變化到88aiore 00 (實施例5)的硬度。熱導率可從0. 3W/ mK(實施例6)變化至3. 37W/mK(實施例5)。可以看出，通過改變油、膠凝劑和/或填充物的類型和百分比，可以生成具有不同特性(例如較高或較低的熱導率、較高或較低的硬度等級等)的多種熱界面材料。應意識到，這些實施例中和本發明中提供的多個數值和特定制劑僅僅是出于闡釋性目的。提供的特定數值和制劑并非旨在限制本發明的范圍。提供了示例性實施方式，使得本發明公開詳盡，并使本領域技術人員全面地了解其范圍。對多個具體細節例如具體的元件、器件、和方法的實例進行了說明以提供本發明的實施方式的詳盡理解。對本領域的技術人員明顯的是不需要使用具體細節，可以以多種不同的形式實施示例性實施方式，而且這些示例性實施方式均不應解釋為限制本發明的范圍。在一些示例性實施方式中，沒有詳細地描述公知的方法、公知的器件結構以及公知的技術。本文使用的術語僅僅是出于描述具體示例性實施方式的目的，并非旨在進行限制。如本文所使用的，術語“和/或”包括有關聯的所列項目中的一個或多個的任一和全部組合。還如本文所使用的，單數形式的“a”、“an”以及“該(the)”意為也包括復數形式，除非上下文另外清楚地指出。術語“包含”、“含有”、“包括”和“具有”意為包含，因而雖然指出了所提及的特征、整體、步驟、操作、要素和/或元件的存在，但是并不排除一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、要素、元件及其組合的存在或增加。本文描述的方法步驟、過程、 和操作不能理解為必須要求以所討論或說明的特定順序進行，除非具體地確定為按一個順序進行。還應當理解可以采用額外的或替代性的步驟。當一個要素或層描述為在另一個要素或層“之上”、或與另一要素或層“接合”、“連接”、“耦合”時，其可以直接位于另外的要素或層上、或與另外的要素或層接合、連接或耦合，或者可以存在中間的要素或層。相反地，當一個要素描述為“直接在”另一要素或層“之上”、或與另一要素或層“直接接合”、“直接連接”或“直接耦合”時，則不會存在中間要素或層。用來描述要素之間的關系的其它用語應當以類似的形式解釋(例如“在...之間”與 “直接在...之間”、“鄰近”與“直接鄰近”等)。如本文所使用的，術語“和/或”包括有關聯的所列項目的一個或多個的任一和全部組合。雖然術語第一，第二、第三等可以在本文中用來描述不同的要素、元件、區域、層和 /或部分，但是這些要素、元件、區域、層和/或部分應不受這些術語的限制。這些術語僅僅用來將一個要素、元件、區域、層和/或部分與其它區域、層、或部分區分開。術語如“第一”、 “第二”和其它數字術語“下一個”等在本文使用時，并非意味著次序或順序，除非上下文清楚地指出。因而，在不背離示例性實施方式的教導的情況下，以下討論的第一要素、元件、區域、層或部分可以稱為第二要素、元件、區域、層或部分。與空間有關的術語如“在...內部”、“在...外部”、“在...下方(beneath)”、 “在· · ·之下(below) ”、“下面(lower) ”、“在...之上(above) ”或、“上面(upper) ”等可在本文中使用從而方便描述附圖中所描繪的一個要素或特征與另一要素或特征的關系。與空間有關的術語可以意為除在附圖中所描述的方位外，還包含器件在使用或操作時的不同方位。例如，如果附圖中的器件翻轉，則描述為在其它要素或特征“下方”或“之下”的要素可隨后定位成在其它要素或特征“之上”。因而，示例性術語“在...之下”可包含之上和之下兩個方位。器件可以其它方式定位(旋轉90度或其它方位)而且本文使用的與空間有關的描述相應地進行解釋。本文公開的對于給定參數的具體數值和具體數值范圍并不排除可以在本文公開的一個或多個實例中使用的其它數值和數值范圍。此外，可以想象到，對于本文說明的特定參數的任何兩個具體的值均可以限定適于該給定參數的數值范圍的端點(也就是對給定參數公開的第一數值和第二數值可以解釋為公開的位于第一數值和第二數值之間的任何數值也可以用于該給定的參數)。類似地，可以想象到，對一個參數所公開的兩個以上的數值范圍(無論該范圍是否存在嵌套、重疊或不同)包含了可能主張采用所公開的范圍端點的數值范圍的所有可能組合。出于說明和描述的目的而已經提供了所述實施方式的前述說明。這并不意味著窮盡地公開或限制本發明。特定實施方式中的各個要素或特征通常不限于該特定實施方式， 但是，該要素或特征在合適時可以互換并且用在所選實施方式中，即使沒有作出具體說明或描述。該要素或特征還可以許多方式進行變形。這種變形不能理解為背離了本發明，并且所有的這種改進意為包含在本發明的范圍內。
權利要求
1.一種熱界面材料，所述熱界面材料在熱逆變凝膠中包含至少一種導熱填充物。
2.如權利要求1所述的熱界面材料，其中，所述熱逆變凝膠包含油和/或溶劑以及膠凝劑。
3.如權利要求2所述的熱界面材料，其中所述油和/或溶劑包含石蠟油和/或溶劑；和/或所述膠凝劑包含熱塑性材料。
4.如權利要求3所述的熱界面材料，其中，所述熱塑性材料包含苯乙烯嵌段共聚物。
5.如權利要求1所述的熱界面材料，其中，所述熱逆變凝膠是油凝膠。
6.如權利要求5所述的熱界面材料，其中，所述油凝膠含有石蠟油以及二嵌段和三嵌段苯乙烯共聚物。
7.如權利要求1所述的熱界面材料，其中，所述熱逆變凝膠包含凝膠狀流體。
8.如前述權利要求中任一項所述的熱界面材料，其中，所述至少一種導熱填充物含有氮化硼、氧化鋁和氧化鋅中的一種或多種。
9.如權利要求1 7中任一項所述的熱界面材料，其中所述熱界面材料包括順應性導熱間隙墊、導熱膏、導熱油灰、導熱性可分配材料、相變材料，和/或所述熱界面材料的硬度小于或等于約lOOshore A硬度。
10.如權利要求1 7中任一項所述的熱界面材料，其中，所述熱界面材料完全或基本上不含有機硅。
全文摘要
本發明涉及一種含有熱逆變凝膠的熱界面材料，所述熱界面材料含有或基于熱逆變凝膠，例如熱逆變凝膠狀流體、油凝膠和溶劑凝膠樹脂。在一個示例性實施方式中，熱界面材料在熱逆變凝膠中含有至少一種導熱填充物。
文檔編號C09K5/10GK102229795SQ20111008581
公開日2011年11月2日 申請日期2011年2月23日 優先權日2010年2月23日
發明者卡倫·J·布魯茲達 申請人:天津萊爾德電子材料有限公司