專利名稱：熱界面材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱傳技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種熱界面材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著半導(dǎo)體器件集成工藝快速發(fā)展，半導(dǎo)體器件的集成化程度越來越高，器件體積卻變得越來越小，其散熱成為一個越來越重要的問題，其對散熱的要求也越來越高。為滿足這些需要，各種散熱方式被大量運用，如利用風扇散熱、水冷輔助散熱和熱管散熱等方式，并取得一定散熱效果，但由于散熱器與半導(dǎo)體集成器件的接觸界面并不平整，一般相互接觸只有不到2％面積，針對散熱裝置與熱源表面的接觸問題，業(yè)內(nèi)應(yīng)對辦法一般是于電子元件與散熱裝置之間添加一導(dǎo)熱材料，即熱界面材料，以提高電子元件與散熱裝置之間的熱傳導(dǎo)效率。
傳統(tǒng)的一種熱界面材料，其采用硅油、硅氧烷等聚合物作為基底油，并在其中添加金屬鋁、氧化鋁、氧化鋅、氮化鋁、石墨或納米碳管等中的一種導(dǎo)熱粒子。然而，硅油、硅氧烷這類有機物通常為低聚物，其表面張力較低，可能從制得的熱界面材料中分離擴散，使制得的熱界面材料的基體減薄，因此整個熱界面材料可能遭到破壞；且硅油、硅氧烷對添加入其中的導(dǎo)熱粒子的潤濕能力較差，也較難獲得較好的熱傳導(dǎo)性能；且，一種導(dǎo)熱粒子添加于一種基底油中，所獲得導(dǎo)熱粒子填充密度通常只能維持于一較低限度，否則基底油的柔韌性及潤濕性會因?qū)崃Ｗ拥倪^量填充而喪失，特別是納米級導(dǎo)熱粒子因其高比表面積更會引起基底油的粘度劇烈增加，導(dǎo)致基底油與導(dǎo)熱粒子難以混合均勻，如此形成的熱界面材料熱傳導(dǎo)性能就未必可滿足現(xiàn)在電子元件散熱的需求。
有鑒于此，提供一種熱傳導(dǎo)性能優(yōu)異的熱界面材料及其制備方法實為必要。

發(fā)明內(nèi)容以下，將以實施例說明一種熱界面材料。
并以實施例說明一種熱界面制備方法。
一種熱界面材料，其包括高分子基體及導(dǎo)熱填充物；所述導(dǎo)熱填充物至少包括第一導(dǎo)熱粒子、與所述第一導(dǎo)熱粒子不同材料且不同粒徑的第二導(dǎo)熱粒子，所述第一導(dǎo)熱粒子的粒徑范圍為50納米～1微米，所述第二導(dǎo)熱粒子的粒徑范圍為1微米～10微米；所述高分子基體及導(dǎo)熱填充物的質(zhì)量比為1∶9～3∶7。
以及一種熱界面材料制備方法，其包括以下步驟提供高分子基體、導(dǎo)熱填充物，所述導(dǎo)熱填充物至少包括第一導(dǎo)熱粒子、與所述第一導(dǎo)熱粒子不同材料且不同粒徑的第二導(dǎo)熱粒子，且所述第一導(dǎo)熱粒子、第二導(dǎo)熱粒子的粒徑范圍分別為50納米～1微米、1微米～10微米。
將上述高分子基體及導(dǎo)熱填充物按照1∶9～3∶7的質(zhì)量比進行攪拌混合；將上述攪拌混合后的材料進行研磨混合，形成一熱界面材料。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，所述熱界面材料采用具有較好柔韌性及潤濕性的高分子作為基體材料，并使用不同材料、不同粒徑的第一導(dǎo)熱粒子及第二導(dǎo)熱粒子作為導(dǎo)熱填充物。如此設(shè)計，可使導(dǎo)熱填充物在高分子基體中的填充量增大；所述第一導(dǎo)熱粒子的粒徑選自50納米～1微米之間，所述第二導(dǎo)熱粒子的粒徑選自1微米～10微米之間，具較小粒徑的導(dǎo)熱粒子可填充在具較大粒徑的導(dǎo)熱粒子間的空隙中，增大導(dǎo)熱粒子的接觸面積，從而可增大熱傳導(dǎo)；同時所述高分子基體及導(dǎo)熱填充物的質(zhì)量比保持在1∶9～3∶7之間，可避免高分子基體的柔韌性及潤濕性因?qū)崽畛湮锏奶畛淞吭龃蠖獾狡茐?，并充分地發(fā)揮該粒徑范圍的導(dǎo)熱粒子優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性能，整個熱界面材料的熱傳導(dǎo)性能也得到最佳的發(fā)揮。所述熱界面材料制備方法，將所述高分子基體及導(dǎo)熱填充物按質(zhì)量比1∶9～3∶7之間的比例進行攪拌混合及研磨混合，可保正導(dǎo)熱填充物在高分子基體中均勻地分散，提高制備的熱界面材料的熱傳導(dǎo)性能。

圖1是本發(fā)明的實施例提供的熱界面材料示意圖。
圖2是圖1中提供的熱界面材料的使用狀態(tài)示意圖。
圖3是本發(fā)明的實施例提供的熱界面材料制備方法流程示意圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的熱界面材料及其制備方法作進一步詳細說明。
請參閱圖1，為本發(fā)明的實施例提供的熱界面材料1示意圖。所述熱界面材料1包括高分子基體10及導(dǎo)熱填充物20；所述導(dǎo)熱填充物20至少包括第一導(dǎo)熱粒子21、與所述第一導(dǎo)熱粒子21不同材料且不同粒徑的第二導(dǎo)熱粒子22，所述第一導(dǎo)熱粒子21的粒徑范圍為50納米～1微米，所述第二導(dǎo)熱粒子22的粒徑范圍為1微米～10微米；所述高分子基體及導(dǎo)熱填充物的質(zhì)量比為1∶9～3∶7。
其中，所述高分子基體10可以選自烯烴、雙酯、多羥基酯、多羥基醚、多羥基酮及多羥基酸中的一種或幾種組合。當然，所述高分子基體10還可以選自其它具有較好黏結(jié)性的多元醇及其它醚類油脂等。優(yōu)選地，所述高分子基體10在40攝氏度時的運動粘度為10～500平方毫米/秒。
所述第一導(dǎo)熱粒子21及第二導(dǎo)熱粒子22的材料可分別選自金屬粒子、金屬氧化物、硼氮化物、鋁氮化物、納米碳管、碳纖維、碳黑及金剛石中一種或幾種組合。所述金屬粒子選自金、銀、銅、鋁、鎳、錫及鉛中的一種或幾種組合。所述金屬氧化物選自氧化鋅、氧化鋁及氧化鈦的一種或幾種組合。當然，所述第一導(dǎo)熱粒子21及第二導(dǎo)熱粒子22的材料并不局限于上述形式，其它具有較好熱傳導(dǎo)性能的導(dǎo)熱粒子也均在本發(fā)明可使用之列；所述金屬粒子、金屬氧化物也不局限于上述形式，其它具有較好熱傳導(dǎo)性能的金屬粒子、金屬氧化物材料也均在本發(fā)明可使用之列。
請參閱圖2，熱界面材料1實際應(yīng)用時，置于發(fā)熱元件2及散熱裝置3之間，高分子基體10通過其柔韌性充分地填補在發(fā)熱元件2及散熱裝置3因接觸界面不平整形成的微小間隙中，且通過其良好的潤濕性可很好地結(jié)合導(dǎo)熱填充物20。導(dǎo)熱填充物20采用不同材料、不同粒徑的第一導(dǎo)熱粒子21及第二導(dǎo)熱粒子22，可使導(dǎo)熱填充物20在高分子基體10中的填充量增大；所述第一導(dǎo)熱粒子21的粒徑選自50納米～1微米之間，所述第二導(dǎo)熱粒子22的粒徑選自1微米～10微米之間，具較小粒徑的導(dǎo)熱粒子21可填充在具較大粒徑的導(dǎo)熱粒子22間的空隙中，增大導(dǎo)熱粒子21、22的接觸面積，從而可增大熱傳導(dǎo)；同時所述高分子基體10及導(dǎo)熱填充物20的質(zhì)量比保持在1∶9～3∶7之間，可避免高分子基體10的柔韌性及潤濕性因?qū)崽畛湮?0的填充量增大而遭到破壞，并充分地發(fā)揮該粒徑范圍的導(dǎo)熱粒子優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性能，整個熱界面材料1的熱傳導(dǎo)性能也得到最佳的發(fā)揮。發(fā)熱元件2產(chǎn)生的熱量通過上述熱界面材料1便可快速均勻地傳導(dǎo)至散熱裝置3，散熱裝置3再通過其散熱鰭片31及風扇32將熱量散發(fā)到外界中去。
當然，所述導(dǎo)熱填充物并不局限于上述僅包括一第一導(dǎo)熱粒子，一第二導(dǎo)熱粒子的形式，而可包括多種不同材料的導(dǎo)熱粒子，而該多種不同材料的導(dǎo)熱粒子的粒徑也可分別選自50納米～1微米及1微米～10微米之間，僅須使得至少其中兩種導(dǎo)熱粒子的粒徑不相同即可。
本實施例提供的熱界面材料，采用具有較好柔韌性及潤濕性的高分子作為基體材料，并使用不同成分材料、不同粒徑的導(dǎo)熱粒子作為導(dǎo)熱填充物，如此設(shè)計，可使導(dǎo)熱填充物在高分子基體中的填充量增大；所述第一導(dǎo)熱粒子21的粒徑選自50納米～1微米之間，所述第二導(dǎo)熱粒子22的粒徑選自1微米～10微米之間，具較小粒徑的導(dǎo)熱粒子21可填充在具較大粒徑的導(dǎo)熱粒子22間的空隙中，增大導(dǎo)熱粒子21、22的接觸面積，從而可增大熱傳導(dǎo)；同時所述高分子基體及導(dǎo)熱填充物的質(zhì)量比保持在1∶9～3∶7之間，可避免高分子基體的柔韌性及潤濕性因?qū)崽畛湮锏奶畛淞吭龃蠖獾狡茐?，并充分地發(fā)揮該粒徑范圍的導(dǎo)熱粒子優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性能，整個熱界面材料的熱傳導(dǎo)性能也得到最佳的發(fā)揮。
本發(fā)明還提供一種熱界面材料制備方法，以下將結(jié)合附圖對所述熱界面材料制備方法作進一步說明。
請參閱圖3，本發(fā)明的實施例提供的熱界面材料制備方法包括如下步驟步驟100提供高分子基體10、導(dǎo)熱填充物20，該導(dǎo)熱填充物20至少包括第一導(dǎo)熱粒子21、與所述第一導(dǎo)熱粒子21不同材料且不同粒徑的第二導(dǎo)熱粒子22，且所述第一導(dǎo)熱粒子21、第二導(dǎo)熱粒子22的粒徑范圍分別為50納米～1微米、1微米～10微米。
所述高分子基體10可以選自烯烴、雙酯、多羥基酯、多羥基醚、多羥基酮及多羥基酸中的一種或幾種組合。本實施例中，高分子基體10選用多羥基酯。當然，所述高分子基體10還可以選自其它具有較好潤濕性的多元醇及其它醚類油脂等。優(yōu)選地，所述高分子基體10在40攝氏度時的運動粘度為10～500平方毫米/秒。
所述第一導(dǎo)熱粒子21及第二導(dǎo)熱粒子22的材料可以分別選自金屬粒子、金屬氧化物、硼氮化物、鋁氮化物、納米碳管、碳纖維、碳黑及金剛石中一種或幾種組合。所述金屬粒子選自金、銀、銅、鋁、鎳、錫及鉛中的一種或幾種組合。所述金屬氧化物選自氧化鋅、氧化鋁及氧化鈦的一種或幾種組合。當然，所述導(dǎo)熱粒子及其中的金屬粒子、金屬氧化物并不局限于上述形式，其它具有較好熱傳導(dǎo)性能的粒子也均在本發(fā)明可使用之列。
本實施例中，所述導(dǎo)熱填充物20包括一第一導(dǎo)熱粒子21，一第二導(dǎo)熱粒子22，所述第一導(dǎo)熱粒子21的材料選用氧化鋅，粒徑選自100～500納米之間，第二導(dǎo)熱粒子22的材料選用金屬鋁，粒徑選自4～4.9微米之間。
步驟200將上述高分子基體10及導(dǎo)熱填充物20按照1∶9～3∶7的質(zhì)量比進行攪拌混合。初次混合可以在室溫下選用具攪拌葉片的行星式混合器(Planetary Mixer)進行攪拌混合。
本實施例中，所述高分子基體10及導(dǎo)熱填充物20按照1∶4～1∶5的質(zhì)量比進行攪拌混合，所述導(dǎo)熱填充物20中的第一導(dǎo)熱粒子21及第二導(dǎo)熱粒子22，分別占導(dǎo)熱填充物20總質(zhì)量的45％及55％。
步驟300將上述攪拌混合后的材料進行研磨混合，形成一熱界面材料。再次混合可以在室溫下選用高剪切應(yīng)力的三輥研磨機(Three-roll Mill)，使高分子基體10與導(dǎo)熱填充物20更加充分混合，形成一熱界面材料。
將上述制備的熱界面材料置于一熱界面材料熱傳導(dǎo)性能量測裝置(圖未示)中進行量測計算，其熱阻抗值為0.06～0.12攝氏度·平方厘米/瓦之間(℃·cm2/W)。
本實施例提供的熱界面材料制備方法，采用具有較好柔韌性及潤濕性的高分子作為基體的材料，并使用不同材料、不同粒徑的第一導(dǎo)熱粒子及第二導(dǎo)熱粒子作為導(dǎo)熱填充物，所述第一導(dǎo)熱粒子、第二導(dǎo)熱粒子的粒徑范圍分別為50納米～1微米、1微米～10微米，如此設(shè)計可使導(dǎo)熱填充物在高分子基體中的填充量增大，具較小粒徑的導(dǎo)熱粒子可填充在具較大粒徑的導(dǎo)熱粒子間的空隙中，增大導(dǎo)熱粒子的接觸面積，充分發(fā)揮該粒徑范圍的導(dǎo)熱粒子優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性能；將所述高分子基體及導(dǎo)熱填充物按質(zhì)量比1∶9～3∶7之間的比例進行攪拌混合及研磨混合，可使導(dǎo)熱填充物在高分子基體中均勻分散，也可同時避免高分子基體的柔韌性及潤濕性因?qū)崽畛湮锏奶畛淞吭龃蠖獾狡茐摹?br> 可以理解的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)構(gòu)思做出其它各種相應(yīng)的改變和變形，而所有這些改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種熱界面材料，其包括高分子基體；及導(dǎo)熱填充物；所述導(dǎo)熱填充物至少包括第一導(dǎo)熱粒子、與所述第一導(dǎo)熱粒子不同材料且不同粒徑的第二導(dǎo)熱粒子，所述第一導(dǎo)熱粒子的粒徑范圍為50納米～1微米，所述第二導(dǎo)熱粒子的粒徑范圍為1微米～10微米；所述高分子基體及導(dǎo)熱填充物的質(zhì)量比為1∶9～3∶7。
2.如權(quán)利要求1所述的熱界面材料，其特征在于，所述高分子基體選自烯烴、雙酯、多羥基酯、多羥基醚、多羥基酮及多羥基酸中的一種或幾種組合。
3.如權(quán)利要求1所述的熱界面材料，其特征在于，所述高分子基體于40攝氏度時的運動粘度為10～500平方毫米/秒。
4.如權(quán)利要求1所述的熱界面材料，其特征在于，所述第一導(dǎo)熱粒子及第二導(dǎo)熱粒子的材料可分別選自金屬粒子、金屬氧化物、硼氮化物、鋁氮化物、納米碳管、碳纖維、碳黑及金剛石中一種或幾種組合。
5.如權(quán)利要求4所述的熱界面材料，其特征在于，所述金屬粒子選自金、銀、銅、鋁、鎳、錫及鉛中的一種或幾種組合。
6.如權(quán)利要求4所述的熱界面材料，其特征在于，所述金屬氧化物選自氧化鋅、氧化鋁及氧化鈦的一種或幾種組合。
7.如權(quán)利要求1所述的熱界面材料，其特征在于，所述第一導(dǎo)熱粒子的粒徑范圍為50～500納米。
8.如權(quán)利要求1所述的熱界面材料，其特征在于，所述第二導(dǎo)熱粒子的粒徑范圍為1～5微米。
9.一種熱界面材料制備方法，其包括以下步驟提供高分子基體、導(dǎo)熱填充物，所述導(dǎo)熱填充物至少包括第一導(dǎo)熱粒子、與所述第一導(dǎo)熱粒子不同材料且不同粒徑的第二導(dǎo)熱粒子，且所述第一導(dǎo)熱粒子、第二導(dǎo)熱粒子的粒徑范圍分別為50納米～1微米、1微米～10微米；將上述高分子基體及導(dǎo)熱填充物按照1∶9～3∶7的質(zhì)量比進行攪拌混合；將上述攪拌混合后的材料進行研磨混合，形成一熱界面材料。
10.如權(quán)利要求9所述的熱界面材料制備方法，其特征在于，所述攪拌混合的裝置采用行星式混合器。
11.如權(quán)利要求9所述的熱界面材料制備方法，其特征在于，所述研磨混合的裝置采用三輥研磨機。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熱界面材料，其包括高分子基體及導(dǎo)熱填充物；所述導(dǎo)熱填充物至少包括第一導(dǎo)熱粒子、與所述第一導(dǎo)熱粒子不同材料且不同粒徑的第二導(dǎo)熱粒子，所述第一導(dǎo)熱粒子的粒徑范圍為50納米～1微米，所述第二導(dǎo)熱粒子的粒徑范圍為1微米～10微米；所述高分子基體及導(dǎo)熱填充物的質(zhì)量比為1∶9～3∶7。本發(fā)明還提供所述熱界面材料的制備方法。
文檔編號C09K5/00GK1982404SQ20051012067
公開日2007年6月20日 申請日期2005年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月13日
發(fā)明者林孟東, 蕭博元 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司