專利名稱:熱界面材料用組成物的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電子元件的熱管理材料，且特別涉及一種熱界面材料用組成物。
背景技術：
隨著各種電子產品的推陳出新，各種電子產品除了需要滿足輕、薄、短、小等基本要求之外，還需要使電子產品具備有高功能、高傳輸、高效率地操作等特點。由于各個元件(例如CPU等)在操作下，將會產生大量的熱而使得溫度相對地大幅提高，進而導致元件失效，因此需要提高整體產品或元件之散熱能力，以維持整體產品或元件之效能。
為了將廢熱移出，通常是在元件、單顆電源或邏輯集成電路上設置散熱片。而散熱片通常是通過熱界面材料而固定在元件、單顆電源或邏輯集成電路上。因此，熱界面材料在熱管理設計規則中扮演一個非常關鍵的角色。如何在元件及散熱片間增加熱傳遞效率，熱界面材料之導熱和熱阻抗特性是很重要的。
公知的熱界面材料是以含硅系樹脂、脂肪族高分子、低分子聚脂類、丙烯酸系樹脂、石蠟類或環氧樹脂等相變化樹脂材料，再添加金屬或陶瓷粉體當作導熱材料，例如氮化鋁(AlN)、氮化硼(BN)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋅(ZnO)及人工鉆石等。
對于相變化樹脂材料而言，為了使熱界面材料具有相變化特性，其樹脂部分主要為低分子量且具有低熔點特性。但是，這些樹脂在元件多次來回操作下很容易揮發而損失，其熱穩定性不佳，因此造成真正接觸面積逐漸減少而使整體散熱效率大幅降低。
對于導熱材料而言，雖然這些金屬或陶瓷導熱粉體本身具有不錯之熱導系數，但是當導熱材料與樹脂搭配后所形成的熱界面材料之熱導系數會大幅降低。為了增加材料之熱導系數時，必須添加大量金屬或陶瓷導熱粉體(約占50～90wt％左右)，就會造成熱界面材料之界面熱阻值大幅增加，相對地降低整體組裝元件之散熱效率。而且亦容易導致成本提高。因此公知的熱界面材料會具有低熱導系數及高阻抗值等缺點。
發明內容鑒于上述情況，本發明的目的就是提供一種熱界面材料用組成物，其具有高熱導系數。
本發明的再一目的是提供一種熱界面材料用組成物，可運用于消費性3C、工業、汽車、醫療、航天及通訊等電子產品用散熱墊片。
本發明提出一種熱界面材料用組成物，包括具相變化之熱塑性樹脂及碳纖。具相變化之熱塑性樹脂于組成物中的含量為65～99wt％。碳纖于組成物中的含量為1～35wt％。
在上述之熱界面材料用組成物中，具相變化之熱塑性樹脂的熔點小于等于100℃。具相變化之熱塑性樹脂可為乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚氯乙烯、松香樹脂、聚丙烯無規共聚物、聚縮甲醛共聚物、聚烯烴、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚醋酸乙烯酯、聚酰亞胺或這些物質之混合物的中之一種。
在上述之熱界面材料用組成物中，具相變化之熱塑性樹脂為乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的熔融流動指數為2～100g/10min。在乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中，醋酸乙烯酯的含量為30～50wt％。
在上述之熱界面材料用組成物中，碳纖的平均粒徑為50～300nm。碳纖的長寬比為10～2000。
在上述之熱界面材料用組成物中，還包括溶劑。溶劑可為甲苯、二甲苯或甲基乙基酮。
在上述之熱界面材料用組成物中，具相變化之熱塑性樹脂的含量為70～99wt％；碳纖的含量為1～30wt％。
本發明之熱界面材料用組成物，利用碳纖之高導熱特性來降低導熱材料之添加量，進而提高熱界面材料之熱導系數且能有效提高分散加工性，防止碳纖聚集而降低材料之熱導系數及機械性質。
以碳纖所制備之熱界面材料比傳統熱界面材料的熱導系數高1～2倍且碳纖之添加量遠比一些傳統金屬或陶瓷粉體少，因此有利于分散加工處理。
而且，本發明之熱界面材料具有相變化溫度為40～65℃，故在元件正常操作溫度下，可填平元件表面之孔洞、空隙或凹陷，進而可明顯地降低整體元件之熱阻值，因此能有效地改善現有熱界面材料之低熱導系數、高阻抗值缺點及增加界面接著強度。
為讓本發明之上述和其它目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。
具體實施方式本發明之熱界面材料用組成物主要是包括具相變化之熱塑性樹脂及作為導熱材料的碳纖。
在本發明中，所謂的“具相變化之熱塑性樹脂”是指該材料在正常室溫下，亦即約25℃時，以固態、半固態玻璃狀或結晶狀等狀態存在，但是在高溫或高溫范圍時以液態、半液態或黏性流體等狀態存在。具相變化之熱塑性樹脂的相轉移溫度較佳是落在元件之操作溫度范圍內，例如是40-75℃之間。而且，具相變化之熱塑性樹脂的熔點較佳是小于等于100℃。
舉例來說，具相變化之熱塑性樹脂，包括乙烯-醋酸乙烯共聚物(ethylene vinyl acetate)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(Ethylene-vinylacetate copolymer)、聚氯乙烯(PVC)、松香樹脂(rosin ester)、聚丙烯無規共聚物(polypropylene random copolymer)、聚縮甲醛共聚物(polyoxymethylene copolymers)、聚烯烴(polyolefin)、聚酰胺(polyamide)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚酯(polyester)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(ethylene vinyl acetate)、聚醋酸乙烯酯(polyvinyl acetate)、聚酰亞胺(polyimide)或這些物質之混合物的中之一種。
作為導熱材料的碳纖的平均粒徑例如是50～300nm。而且，碳纖的長寬比例如是10～2000。
在本發明之熱界面材料用組成物中，還包括溶劑。溶劑例如是甲苯、二甲苯或甲基乙基酮。此外，本發明之熱界面材料用組成物也可以含有一般常用的添加劑，添加劑可包含傳統之潤濕劑或界面活性劑、不透明(opacifying)或消泡劑(anti-foaming)劑、鏈延長劑、增粘劑(tackifier)、顏料(pigment)、潤滑劑(lubricant)、穩定劑(Stabilizer)、阻燃劑(flame retardant)以及抗氧化劑(antioxidants)。
在本發明之熱界面材料用組成物中，具相變化之熱塑性樹脂的含量為65～99wt％，較佳為70～99wt％；碳纖的含量為1～35wt％，較佳為1～30wt％。
接著，說明本發明之熱界面材料用組成物的制備方法。先將相變化之熱塑性樹脂溶于溶劑中，再將碳纖緩慢加入溶液中，促使碳纖均勻分散于相變化之熱塑性樹脂中。整個熱界面材料用組成物中，固體含量例如是20～40wt％。
以下舉出實驗例1～3與比較例1～3以證明本發明之熱界面材料用組成物的效果，但是本發明并不僅限于以下之實驗例。在下述實驗例1～3與比較例1～3中，相變化熱塑性樹脂是采用選擇低熔點(≤100℃)之乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(Ethylene-vinyl acetate copolymer)，其熔融流動指數介于60～800g/10min，在乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中，醋酸乙烯酯含量例如是25～45wt％。碳纖是采用Showa Denko公司制，直徑150nm的碳纖。氧化鋁是采用Showa Denko公司制，直徑1.4微米的氧化鋁。
實施例1使用設置有3片葉輪的攪拌棒的1升的4口玻璃反應器。于玻璃反應器加入600g甲苯溶劑后，再加入200g具相變化的熱塑性樹脂乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(Elvax40W，DuPont)，并進行攪拌溶解之。接著，于攪拌中緩慢加入20g碳纖(VGCF，d＝150nm，Showa Denko Co.)，快速攪拌均勻30分鐘后，得到具高熱導系數的熱界面材料用組成物。
實施例2使用設置有3片葉輪的攪拌棒的1升的4口玻璃反應器。于玻璃反應器加入600g甲苯溶劑后，再加入200g具相變化的熱塑性樹脂乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(Elvax40W，DuPont)，并進行攪拌溶解之。接著，于攪拌中緩慢加入40g碳纖(VGCF，d＝150nm，Showa Denko Co.)，快速攪拌均勻30分鐘后，得到具高熱導系數的熱界面材料用組成物。
實施例3使用設置有3片葉輪的攪拌棒的1升的4口玻璃反應器。于玻璃反應器加入600g甲苯溶劑后，再加入200g具相變化的熱塑性樹脂乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(Elvax40W，DuPont)，并進行攪拌溶解之。接著，于攪拌中緩慢加入40g碳纖(VGCF，d＝150nm，Showa Denko Co.)，快速攪拌均勻30分鐘，再將溶液經過三滾筒加工分散三次后，得到具高熱導系數的熱界面材料用組成物。
比較例1使用設置有3片葉輪的攪拌棒的1升的4口玻璃反應器。于玻璃反應器加入600g甲苯溶劑后，再加入200g具相變化的熱塑性樹脂乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(Elvax40W，DuPont)，并進行攪拌溶解之。快速攪拌均勻30分鐘后，得到熱界面材料用組成物。
比較例2使用設置有3片葉輪的攪拌棒的1升的4口玻璃反應器。于玻璃反應器加入600g甲苯溶劑后，再加入200g具相變化的熱塑性樹脂乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(Elvax40W，DuPont)，并進行攪拌溶解之。于攪拌中緩慢加入40g氧化鋁(Al2O3，d＝1.4μm，Showa Denko Co.)，快速攪拌均勻30分鐘后，得到熱界面材料用組成物。
比較例3使用設置有3片葉輪的攪拌棒的1升的4口玻璃反應器。于玻璃反應器加入600g甲苯溶劑后，再加入200g具相變化的熱塑性樹脂乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(Elvax40W，DuPont)，并進行攪拌溶解之。于攪拌中緩慢加入40g氧化鋁(Al2O3，d＝1.4μm，Showa Denko Co.)，快速攪拌均勻30分鐘，再將溶液經過三滾筒加工分散三次后，得到熱界面材料用組成物。
在制備出實驗例1～3與比較例1～3的熱界面材料用組成物后，對這些熱界面材料用組成物進行物性分析。物性分析包括熱導系數以及使用微差掃描熱量測定儀(DSC)測定相變化溫度。實驗例1～3與比較例1～3之組成物比例與相關物性列于表一中。
表一 由上述表一的結果可知，在實驗例1～3與比較例1～3的熱界面材料用組成物中，實驗例1～3與比較例1～3相比，皆具有較高的熱導系數，表示使用碳纖作為導熱性物質，可以提高熱界面材料之熱導系數。亦即，使用碳纖作為導熱性物質，比公知的傳統金屬或陶瓷粉體要好。
而且，在相同用量下，實驗例2之熱界面材料用組成物的熱導系數為比較例2的熱界面材料用組成物的熱導系數的7～8倍。亦即，碳纖之添加量遠比一些傳統金屬或陶瓷粉體少，因此有利于分散加工處理。
此外，經過三滾筒加工分散后的熱界面材料用組成物，其熱導系數可以進一步的提高。
綜上所述，本發明之熱界面材料用組成物，利用碳纖之高導熱特性來降低導熱材料之添加量，進而提高熱界面材料之熱導系數且能有效提高分散加工性，防止碳纖聚集而降低材料之熱導系數及機械性質。
以碳纖所制備之熱界面材料比傳統熱界面材料的熱導系數高7～10倍且碳纖之添加量遠比一些傳統金屬或陶瓷粉體少，因此有利于分散加工處理。
而且，本發明之熱界面材料具有相變化溫度為40～65℃，故在元件正常操作溫度下，可填平元件表面之孔洞、空隙或凹陷，進而可明顯地降低整體元件之熱阻值，因此能有效地改善現有熱界面材料之低熱導系數、高阻抗值缺點及增加界面接著強度。
雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然其并非用以限定本發明，任何所屬技術領域：
的技術人員，在不脫離本發明之精神和范圍內，當可作些許之更動與改進，因此本發明之保護范圍當視權利要求
所界定者為準。
權利要求
1.一種熱界面材料用組成物，其特征是包括具相變化之熱塑性樹脂，于組成物中的含量為65～99wt％；以及碳纖，于組成物中的含量為1～35wt％。
2.根據權利要求
1所述之熱界面材料用組成物，其特征是具相變化之熱塑性樹脂的熔點小于等于100℃。
3.根據權利要求
1所述之熱界面材料用組成物，其特征是具相變化之熱塑性樹脂包括乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚氯乙烯、松香樹脂、聚丙烯無規共聚物、聚縮甲醛共聚物、聚烯烴、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚醋酸乙烯酯、聚酰亞胺或這些物質之混合物的中之一種。
4.根據權利要求
1所述之熱界面材料用組成物，其特征是具相變化之熱塑性樹脂為乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
5.根據權利要求
4所述之熱界面材料用組成物，其特征是乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的熔融流動指數為2～100g/10min。
6.根據權利要求
4所述之熱界面材料用組成物，其特征是在乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中，醋酸乙烯酯的含量為30～50wt％。
7.根據權利要求
1所述之熱界面材料用組成物，其特征是碳纖的平均粒徑為50～300nm。
8.根據權利要求
1所述之熱界面材料用組成物，其特征是碳纖的長寬比為10～2000。
9.根據權利要求
1所述之熱界面材料用組成物，其特征是還包括溶劑。
10.根據權利要求
9所述之熱界面材料用組成物，其特征是溶劑包括甲苯、二甲苯或甲基乙基酮。
11.根據權利要求
1所述之熱界面材料用組成物，其特征是具相變化之熱塑性樹脂的含量為70～99wt％；碳纖的含量為1～30wt％。
專利摘要
一種可改善現有熱界面材料之低熱導系數及高阻抗值缺點的熱界面材料用組成物。利用碳纖之高導熱特性，而使熱界面材料具有比公知的熱界面材料高7～10倍的熱導系數。而且碳纖之添加量遠比一些傳統金屬或陶瓷粉體少，因此有利于分散加工處理。熱界面材料具有相變化溫度為40～65℃。在元件正常操作溫度下，可填平元件表面之孔洞、空隙或凹陷，進而可明顯地降低整體元件之熱阻值，并增加界面接著強度。
文檔編號C08K7/00GK1990818SQ200510135413
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月28日
發明者邱國展, 廖如仕, 李宗銘 申請人:財團法人工業技術研究院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan