專(zhuān)利名稱(chēng)：熱界面材料、其制造方法和它們的應(yīng)用的制作方法
熱界面材料其制造方法和它們的應(yīng)用發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明領(lǐng)域是電子部件、半導(dǎo)體部件和其它相關(guān)層狀材料應(yīng)用中的 熱界面材料。電子部件已應(yīng)用于不斷增長(zhǎng)的消費(fèi)品和工業(yè)電子產(chǎn)品中。這類(lèi)消費(fèi) 品和工業(yè)產(chǎn)品的一些實(shí)例是電視機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器、手機(jī)、 尋呼機(jī)、掌型組織器、便攜式收音機(jī)、汽車(chē)立體聲裝置或遙控器。隨著 這類(lèi)消費(fèi)品和工業(yè)電子設(shè)備需求的增長(zhǎng)，消費(fèi)者和商務(wù)上也要求這些同 類(lèi)產(chǎn)品變得更小、功能更多和更便攜。由于這類(lèi)產(chǎn)品尺寸的減小，所以包含產(chǎn)品的部件也必須變得更小。 需要減小尺寸或按比例縮小的這類(lèi)部件的 一 些實(shí)例是印刷電路板或接 線(xiàn)板、電阻器、線(xiàn)路、鍵盤(pán)、觸摸板和芯片封裝。因此，目前正在分解和研究部件，以確定是否有更好的組合物、材 料和方法使它們減小尺寸以適應(yīng)對(duì)更小的電子和半導(dǎo)體部件的要求。在 層狀部件中， 一個(gè)目標(biāo)顯然是減少層數(shù)和/或?qū)雍瘢瑫r(shí)提高其余層的功 能性和耐久性。但是，如果為操作設(shè)備而一般應(yīng)存在數(shù)層和多層部件， 則這一任務(wù)可能是困難的。此外，隨電子設(shè)備變得更小和以更高的速度操作，以熱的形式發(fā)射 的能量急劇增加。工業(yè)上的普遍實(shí)踐是單獨(dú)或在這類(lèi)設(shè)備的載體上使用 熱脂膏或脂狀材料，以轉(zhuǎn)移橫跨物理界面散逸的過(guò)量熱。最常見(jiàn)的熱界 面材料類(lèi)型是熱脂膏、相變材料和彈性體帶材。由于在薄層內(nèi)的敷設(shè)能 力，熱脂膏或相變材料比彈性體帶材的熱阻低且提供相鄰表面之間的緊密接觸。典型的熱阻抗值為0.6~1.6°C cm2/w。但是熱脂膏的嚴(yán)重缺點(diǎn) 是，當(dāng)用在VLSI芯片中時(shí)，如在65°C ~ 15(TC之類(lèi)的熱循環(huán)之后，或在 功率循環(huán)之后，熱性能大幅度降低。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)與表面平整度的大偏 差導(dǎo)致在電子設(shè)備內(nèi)嚙合觸面之間形成間隙，或因其它原因，如制造誤 差等，而在嚙合觸面之間存在大的間隙時(shí)，這些材料的性能降低。當(dāng)這 些材料的導(dǎo)熱性遭到破壞時(shí)，應(yīng)用這些材料的電子設(shè)備的性能就會(huì)受到背景技術(shù)負(fù)面影響。因此，目前仍需要a)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)滿(mǎn)足消費(fèi)品規(guī)范同時(shí)盡量減小設(shè) 備尺寸和層數(shù)的熱界面材料和層狀材料；b)生產(chǎn)更有效的和在材料、部 件或成品相容性要求方面設(shè)計(jì)更好的材料和/或部件；c)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)所需熱 界面材料和層狀材料以及包含所考慮的熱界面和層狀材料的部件的可 靠方法；和d)開(kāi)發(fā)可以被"印刷，，或涂布到表面的熱界面材料，以實(shí)現(xiàn) 較之包含熱界面材料的傳統(tǒng)層狀材料更薄的粘合層。發(fā)明概述本文描述包含至少一種相變材料和至少一種溶劑、溶劑混合物或它 們的組合的熱界面材料，其中所述至少一種溶劑、溶劑混合物或它們的 組合至少部分地溶劑化所述的至少 一種相變材料。還描述生產(chǎn)熱界面材料的方法，該方法包括提供至少一種相變材 料；提供至少一種溶劑、溶劑混合物或它們的組合，其中所述的至少一變材料；和物;里偶聯(lián);斤述的至;一種相^材料和所述的至少一種溶劑、 溶劑混合物或它們的組合。根據(jù)以下對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的詳述，本發(fā)明的各種目的、特點(diǎn)、 發(fā)明點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更明顯。發(fā)明詳述適用的熱界面材料或部件應(yīng)與嚙合觸面吻合("濕潤(rùn)，，表面)、具有 低的體熱阻并具有低的接觸電阻。體熱阻可表示為材料或部件的厚度、 熱導(dǎo)率和面積的函數(shù)。接觸電阻是材料或部件能與嚙合觸面、層或基材接觸得多好的量度。界面材料或部件的熱阻可表示如下 界面=,/" + 20接觸 方程l其中0是熱阻， 是材料厚度， A是材料的熱導(dǎo)率 A是界面的面積術(shù)語(yǔ)"0b4"項(xiàng)代表本體材料的熱阻，"2"代表兩個(gè)面上的熱接觸電阻。適用界面材料或部件應(yīng)具有低體電阻和低接觸電阻，即在嚙 合觸面處。很多電子和半導(dǎo)體應(yīng)用要求熱界面材料或部件適應(yīng)制造中所造成的表面平整度的變化和/或因熱膨脹系數(shù)(CTE)不匹配而造成的部件扭 曲。具有低k值的材料，如熱脂膏，如果界面薄，即"/"值小，則性 能良好。如果界面厚度增加少至0.002英寸，熱性能也可急劇下降。隨 熱性能的下降，封裝性將減小到不可接受水平。而且，對(duì)于這類(lèi)應(yīng)用， 嚙合部件之間CTE之差會(huì)使間隙隨每次溫度或功率循環(huán)而膨脹和收縮。 界面厚度的這種變化可造成流體界面材料(如脂膏)抽離界面。面積較大的界面在制造中更易偏離表面平整度。為優(yōu)化熱性能，熱 界面材料應(yīng)能貼合非平整表面并因此而降低接觸電阻。優(yōu)化的熱界面材料和/或部件具有高熱導(dǎo)率和高機(jī)械順從性，例如， 在受力時(shí)將彈性屈服。高熱導(dǎo)率減小方程I中的第一項(xiàng)，而高機(jī)械順從 性減小第二項(xiàng)。本文所述的層狀界面材料和層狀界面材料中的各部件實(shí) 現(xiàn)了這些目標(biāo)。在應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)材料的問(wèn)題中，如本文所述，已設(shè)計(jì)并生產(chǎn)了下述熱界 面材料和相變材料a)滿(mǎn)足消費(fèi)品規(guī)范同時(shí)盡量減小器件尺寸和減少層 數(shù)；b)更有效且在材料、部件或成品的相容性要求方面設(shè)計(jì)更好；c)用 比傳統(tǒng)材料更可靠的方法生產(chǎn)；和d)可被"印刷，，或涂布到表面上，以熱界面材料，如本文所考慮，可包含最多100%相變材料。例如， 考慮的熱界面材料可包含100。/。相變材料，或可以包含較少百分?jǐn)?shù)的相 變材料和更多百分?jǐn)?shù)的至少一種可交聯(lián)和/或柔性組合物，和/或至少一 種熱界面組合物，如下列中所公開(kāi)的那些(PCT公開(kāi)號(hào):WO 02/96636、 WO 04/022330和WO 02/061764; PCT系列號(hào):PCT/US02/25447; US系列 號(hào):10/465968、 11/156698;US專(zhuān)利號(hào)6451422、 6673434、 6797382、 6908669、 6238596、 6605238、 6811725和5989459),全都^皮Honeywell International Inc.共同擁有，并全部引于此供參考。熱界面材料，如本文 所考慮，也可包含聚合物焊接材料，如US已授權(quán)專(zhuān)利6706219和US 未決申請(qǐng)系列號(hào)10/775989中所公開(kāi)的那些，兩篇都被Honeywell共同 擁有并全文引于此供參考。因此，本文考慮的熱界面材料如下包含相變材料，如本文所述，其量大于0 wt。/。 約100%相變材料。換言之， 在本文所考慮的各種熱界面材料中，應(yīng)有至少一些量的相變材料。還應(yīng) 理解，將有溶劑、溶劑混合物或溶劑的組合與至少一種相變材料的混合。 熱界面材料中必要的相變材料量主要取決于部件或產(chǎn)品的需要。具 體地說(shuō)，如果部件或產(chǎn)品的需要要求組合物或界面材料呈"軟凝膠"狀 或略帶液態(tài)形式，則可能不需要加入大量相變材料。但是，如果部件、 層狀材料或產(chǎn)品要求組合物或材料更像固體，則應(yīng)加入更多的相變材 料。本文考慮的相變材料包含蠟、聚合物蠟或它們的混合物，如石蠟。 石蠟是通式為CnH2n+2和熔點(diǎn)在約20°C ~ IO(TC范圍內(nèi)的固體烴的混合 物。 一些所考慮的熔點(diǎn)的實(shí)例是約45。C和60°C。熔點(diǎn)在該范圍內(nèi)的相 變材料是PCM45和PCM60HD—兩者都由Honeywell International Inc. 制造。聚合物蠟一般是聚乙烯蠟、聚丙烯蠟，且熔點(diǎn)范圍為約4CTC ~ 160。c。PCM45的熱導(dǎo)率為約3.0 W/mK,熱阻為約0.25°Ccm2/W(0.0038°C cm2/W),涂布厚度一般為約0.0015英寸(0.04 mm)，以及軟度一般為約 5~30 psi(在塑性流動(dòng)下)。PCM45的典型特征如下a)超高封裝密度一 超過(guò)80%, b)導(dǎo)電填料，c)特低熱阻，和,如前所述，d)相變溫度約45i:。 PCM60HD的熱導(dǎo)率為約5.0 W/mK,熱阻為約0.17°Ccm2/W(0.0028°C cm2/W),涂布厚度一般為約0.0015英寸(0.04 mm),以及軟度一般為約 5~30 psi(在塑性流動(dòng)下)。PCM60HD的典型特征如下a)超高封裝密 度一超過(guò)80%, b)導(dǎo)電填料，c)特低熱阻，和，如前所述，d)相變溫度 約60°C。TM350(不包含相變材料且由Honeywell International Inc.制造的熱 界面材料)的熱導(dǎo)率為約3.0 W/mK,熱阻為約0.25°Ccm2/W(0.0038°C cm2/W)，涂布厚度一4殳為約0.0015英寸(0.04 mm)，以及軟度一^:為約 5~30 psi(在塑性流動(dòng)下)。PM350的典型特征如下a)超高封裝密度一 超過(guò)80%, b)導(dǎo)電填料，c)特低熱阻，d)固化溫度約125°C，和e)可調(diào)配 的非硅氧烷基熱凝膠。TM350被看成用于本文所述的考慮實(shí)施方案中的 熱界面組合物。相變材料有用于熱界面材料應(yīng)用，因?yàn)樗鼈冸S它們?cè)诠虘B(tài)與液態(tài)之 間的互變而儲(chǔ)存和釋放熱量。當(dāng)相變材料變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)，它放熱。當(dāng)它回復(fù)到液態(tài)時(shí)，它吸熱。相變溫度是發(fā)生吸熱和放熱的熔解溫度。把溶劑、溶劑混合物、其它溶劑或它們的組合加進(jìn)相變材料、熱界面組合物和/或熱界面材料，目的是a)把材料的物理和電子性能改變到滿(mǎn) 足其中應(yīng)用了該材料的一個(gè)或多個(gè)部件的規(guī)范；b)為便于應(yīng)用該材料而 改變材料的物理性能；和/或c)便于在材料中摻進(jìn)其它構(gòu)分或填料。所考 慮的溶劑包括在所需溫度，如臨界溫度下，被揮發(fā)或可有利于任何上述 設(shè)計(jì)目標(biāo)或需要的有機(jī)或無(wú)機(jī)分子的任何合適的純物質(zhì)或混合物。此 外，所考慮的溶劑是與相變材料相容的那些溶劑，因?yàn)樗鼈儗⑴c相變材 料發(fā)生相互作用以實(shí)現(xiàn)前述目標(biāo)。在有些實(shí)施方案中，溶劑、溶劑混合 物或它們的組合將溶劑化相變材料，使之可用印刷技術(shù)施涂。所述溶劑、 溶劑混合物或它們的組合也可包含極性和非極性化合物的任何合適的 純物質(zhì)或混合物。如本文所用，術(shù)語(yǔ)"純"是指具有恒定組成的溶劑構(gòu) 分。例如，純水僅由H20組成。如本文所用，術(shù)語(yǔ)"混合物"是指不純 的溶劑構(gòu)分，包括鹽水在內(nèi)。如本文所用，術(shù)語(yǔ)"極性，，是指在分子或 化合物的一點(diǎn)或沿它們產(chǎn)生不相等的電荷、部分電荷或自發(fā)電荷分布的 分子或化合物的特性。如本文所用，術(shù)語(yǔ)"非極性"是指在分子或化合 物的一點(diǎn)或沿它們產(chǎn)生相等的電荷、部分電荷或自發(fā)電荷分布的分子或 化合物的特性。在一些考慮的實(shí)施方案中，溶劑、溶劑混合物(包含至少2種溶劑) 或它們的組合包含被認(rèn)為是部分烴類(lèi)溶劑的那些溶劑。烴溶劑是包含碳 和氬的那些溶劑。應(yīng)理解，大多數(shù)烴溶劑是非極性的；但有幾種烴溶劑 可被看成是極性的。烴溶劑一般分為3類(lèi)脂肪族、環(huán)族和芳族。脂肪 烴溶劑可包含直鏈化合物及支化和可能交聯(lián)的化合物，但不認(rèn)為脂肪烴 溶劑是環(huán)狀的。環(huán)烴溶劑是包含至少3個(gè)以環(huán)結(jié)構(gòu)排布的碳原子且性能 類(lèi)似于脂肪烴溶劑的那些溶劑。芳烴溶劑是一般包含3個(gè)或更多個(gè)不飽 和鍵且含有一個(gè)環(huán)或靠普通鍵連接的多個(gè)環(huán)和/或多個(gè)環(huán)稠合在一起的 那些溶劑。所考慮的烴溶劑包括甲苯、二甲苯、對(duì)-二甲苯、間-二曱苯、 均三曱苯(mesitylene)、溶劑石腦油H、溶劑石腦油A、 IsoparH和其 它石蠟油；烷，如戊烷、己烷、異己烷、庚烷、壬烷、辛烷、十二烷、 2-曱基丁烷、十六烷、十三烷、十五烷、環(huán)戊烷、2,2,4-三曱基戊烷、石 油醚；卣代烴，如氯代烴；硝基烴、苯、1,2-二甲基苯、1,2,4-三甲基苯、 溶劑油、煤油、異丁基苯、曱基萘、乙基甲苯、揮發(fā)油。特別考慮的溶劑包括，但不限于，戊烷、己烷、庚烷、環(huán)己烷、石蠟油、苯、甲苯、 二甲苯以及它們的混合物或組合物。在其它考慮的實(shí)施方案中，溶劑或溶劑混合物可包含不被認(rèn)為是部 分烴溶劑類(lèi)化合物的那些溶劑，例如，酮類(lèi)，如丙酮、二乙基酮、曱乙酮等；醇類(lèi)、酯類(lèi)、醚類(lèi)和胺類(lèi)。在另一些其它考慮的實(shí)施方案中，溶劑或溶劑混合物可包含本文已提到的任何溶劑的組合。在本文所考慮的熱界面材料中，溶劑、溶劑混合物或它們的組合將以適合于相變材料也適合于熱界面組合物和/或熱界面材料的wt。/。存在。 在一個(gè)實(shí)施方案中，Is叩ar H之類(lèi)的溶劑可以小于約40 wt%的量存在。 在另一個(gè)實(shí)施方案中，IsoparH可以少于約20 wt。/o的量存在。在又一個(gè) 實(shí)施方案中，Is叩arH可以少于約10 wt。/。的量存在。該實(shí)例應(yīng)該示范了 在本文所公開(kāi)的實(shí)施方案中可如何使用溶劑。包含相變材料和熱界面組合物兩者的熱界面材料的一個(gè)實(shí)例是橡 膠-樹(shù)脂改性的石蠟聚合物蠟體系，如本文所述的 一些所考慮的實(shí)施方 案。石蠟基相變材料，其本身，可以是很脆弱和難以處理的。它們?cè)跓岵牧虾推渌?非相變材料"熱界:組合物的組合避免了這些問(wèn)題，而且使處理容易得多，能以柔性帶材或固體層的形式生產(chǎn)，而且在壓力下不 會(huì)壓出或滲出。雖然橡膠-樹(shù)脂-蠟混合物可具有相同或幾乎相同的溫度， 但它們的熔體粘度高得多且不易遷移。而且，橡膠-蠟-樹(shù)脂混合物可設(shè) 計(jì)成自交聯(lián)的，這就保證在某些應(yīng)用中消除泵出的問(wèn)題。所考慮的相變 材料的實(shí)例是馬來(lái)化石蠟、聚乙烯-馬來(lái)酐蠟和聚丙烯-馬來(lái)酐蠟。橡膠-樹(shù)脂-蠟混合物將在約50~ 15(TC之間的溫度下功能地形成，以形成交聯(lián) 的橡膠-樹(shù)脂網(wǎng)絡(luò)。一種考慮的可交聯(lián)熱界面組合物由組合至少 一種橡膠化合物、至少 一種氨基樹(shù)脂和至少一種導(dǎo)熱填料而制成。該考慮的熱界面組合物呈液 態(tài)或"軟凝膠"形式。如本文所用，"軟凝膠"是指其中的分散相已與 連續(xù)相組合成粘性"果凍狀"產(chǎn)物的膠體。熱界面組合物的凝膠態(tài)或軟 凝膠態(tài)通過(guò)至少一種橡膠化合物組合物與至少一種氨基樹(shù)脂組合物之 間的交聯(lián)反應(yīng)而形成。更具體地，在橡膠組合物中摻進(jìn)氨基樹(shù)脂是為了 交聯(lián)橡膠化合物上的伯羥基，從而形成軟凝膠相。因此考慮，至少某些 橡膠化合物將包含至少一個(gè)端羥基。如本文所用，詞組"羥基"是指在許多無(wú)機(jī)和有機(jī)化合物中出現(xiàn)的單價(jià)基團(tuán)-OH,它們?cè)谌芤褐须x子化而 產(chǎn)生OH根。而且，"羥基"是醇的特征基團(tuán)。如本文所用，詞組"伯 羥基"是指羥基位于分子或化合物的末端。本文所考慮的橡膠化合物還 可包含也可與氨基樹(shù)脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的其它仲、叔或內(nèi)羥基。額外的交 聯(lián)可能是理想的，取決于對(duì)摻進(jìn)了凝膠的產(chǎn)品或部件所需的最終凝膠 態(tài)。預(yù)期橡膠化合物是可"自交聯(lián)的"，因?yàn)樗鼈兛膳c其它橡膠化合物 發(fā)生分子間交聯(lián)或與其本身發(fā)生分子內(nèi)交聯(lián)，取決于組合物中的其它組 分。還預(yù)期，橡膠化合物可被氨基樹(shù)脂化合物交聯(lián)并表現(xiàn)出與其本身或 與其它橡膠化合物有一些自交聯(lián)活性。在優(yōu)選實(shí)施方案中，所用的橡膠組合物或化合物可以是飽和的或不 飽和的。在本應(yīng)用中，優(yōu)選飽和橡膠化合物，因?yàn)樗鼈儾灰谉嵫趵匣?可用的飽和橡膠的實(shí)例為乙烯-丙歸橡膠(EPR、 EPDM)、聚乙烯/丁烯、 聚乙烯-丁烯-苯乙烯、聚乙烯-丙烯-苯乙烯、氫化聚烷基二烯"單醇"(如 氫化聚丁二烯單醇、氫化聚丙二烯單醇、氫化聚戊二烯單醇)、氫化聚烷 基二烯"二醇"(如氫化聚丁二烯二醇、氫化聚丙二烯二醇、氫化聚戊二 烯二醇)和氫化聚異戊二烯。但如果化合物是不飽和的，則最優(yōu)選該化合 物經(jīng)歷氫化過(guò)程以打斷或除去至少部分雙4建。如本文所用，詞組"氬4匕 過(guò)程"是指使不飽和有機(jī)化合物與氬反應(yīng)，方法是把氬直接加進(jìn)部分或 全部雙鍵，產(chǎn)生飽和產(chǎn)物(加氫)，或者，完全打斷雙鍵，從而使碎片與 氫進(jìn)一步反應(yīng)(氫解)。不飽和橡膠和橡膠化合物的實(shí)例是聚丁二烯、聚 異戊二烯、聚苯乙烯-丁二烯和其它不飽和橡膠、橡膠化合物或橡膠化合 物的混合物/組合物。如本文所用，術(shù)語(yǔ)"順從性"包括尤其在約室溫下，屈服和可變形 材料或部件的性能，與室溫下為固體或不屈服者相反。如本文所用，術(shù) 語(yǔ)"可交聯(lián)的"是指尚未交聯(lián)的那些材料或化合物。如本文所用，術(shù)語(yǔ)"交聯(lián)"是指一種過(guò)程，在其中至少2個(gè)分子或 長(zhǎng)鏈分子中的2個(gè)部分通過(guò)化學(xué)相互作用而結(jié)合在一起。這種相互作用 可以多種不同途徑出現(xiàn)，所述途徑包括形成共價(jià)鍵、形成氬鍵、疏水、 親水、離子或靜電相互作用。此外，分子的相互作用也可以分子與其本 身之間或2個(gè)或多個(gè)分子之間的瞬時(shí)物理連接為特征。為生成可交聯(lián)的熱界面組合物，可組合各類(lèi)橡膠化合物中的不止一種；但設(shè)想在這些熱界面組合物中，至少一種橡膠化合物或構(gòu)分將是飽和化合物。含烯烴的或不飽和的熱界面材料，加上適當(dāng)?shù)臒崽盍希哂行∮?.5 cm^C/W的熱容量。與熱脂膏不同，熱界面組合物的熱性能在 IC設(shè)備內(nèi)的熱循環(huán)或流動(dòng)循環(huán)后不會(huì)下降，因?yàn)橐簯B(tài)烯烴和液態(tài)烯烴混 合物(如包含氨基樹(shù)脂的那些)在熱活化時(shí)將交聯(lián)而形成軟凝膠。而且， 當(dāng)作為熱界面材料應(yīng)用時(shí)，它不會(huì)像熱脂膏那樣在使用中被"擠出"，也不會(huì)在熱循環(huán)中出現(xiàn)界面分層。在橡膠組合物或橡膠化合物的混合物中摻進(jìn)胺或氨基樹(shù)脂主要是 為有利于氨基樹(shù)脂與至少 一種橡膠化合物上的伯或端羥基之間發(fā)生交 聯(lián)反應(yīng)。氨基樹(shù)脂與橡膠化合物之間的交聯(lián)反應(yīng)在混合物中產(chǎn)生"軟凝 膠"相，而非液態(tài)。氨基樹(shù)脂與橡膠組合物之間和/或橡膠化合物本身之 間的交聯(lián)度將決定軟凝膠的稠度。例如，如果氨基樹(shù)脂與橡膠化合物發(fā) 生最少量的交聯(lián)(在交聯(lián)反應(yīng)中實(shí)際上只用了 10%可用交聯(lián)點(diǎn))，則軟凝 膠將更"像液態(tài)"。但是，如果氨基樹(shù)脂與橡膠化合物發(fā)生了大量交聯(lián) (在交聯(lián)反應(yīng)中實(shí)際上用了 40~60%可用交聯(lián)點(diǎn)，而且在橡膠化合物本 身之間可能存在可測(cè)量的分子間和分子內(nèi)交聯(lián)度)，則凝膠將變得更稠和 更"像固體"。胺和氨基樹(shù)脂是在樹(shù)脂骨架的任意部分上包含至少一個(gè)胺取代基 的那些樹(shù)脂。胺和氨基樹(shù)脂也是衍生自脲、硫脲、密胺或有關(guān)化合物與 醛，尤其與曱醛的反應(yīng)的合成樹(shù)脂。典型和考慮的氨基樹(shù)脂是伯氨基樹(shù) 脂、仲氨基樹(shù)脂、叔氨基樹(shù)脂、縮水甘油胺型環(huán)氧樹(shù)脂、胺固化烷氧基 千基樹(shù)脂、胺固化環(huán)氧樹(shù)脂、蜜胺樹(shù)脂、烷基化蜜胺樹(shù)脂和蜜胺-丙烯酸 樹(shù)脂。在本文所述的幾個(gè)所考慮的實(shí)施方案中，蜜胺樹(shù)脂特別有用和優(yōu) 選，因?yàn)閍)它們是環(huán)-基化合物，環(huán)內(nèi)含3個(gè)碳原子和3個(gè)胺原子，b) 它們可通過(guò)縮合反應(yīng)而易于與其它化合物和分子組合，c)它們可與其它 分子和化合物反應(yīng)，以便于鏈增長(zhǎng)和交聯(lián)，d)它們比脲樹(shù)脂更耐水和耐S具有高熔;、(高于325^i比較^可燃)。烷基化蜜胺樹(shù)脂，如丁基化 蜜胺樹(shù)脂、丙基化蜜胺樹(shù)脂、戊基化蜜胺樹(shù)脂、己基化蜜胺樹(shù)脂等都靠 樹(shù)脂形成期間摻進(jìn)烷基醇而形成。這些樹(shù)脂可溶于漆和瓷漆溶劑中以及 表面涂層中。要分散在熱界面材料或混合物中的熱填料顆粒應(yīng)有利地具有高熱導(dǎo)率。適用的填料材料包括金屬，如銀、銅、鋁和它們的合金；和其它化合物，如氮化硼、氮化鋁、鍍銀銅、鍍銀鋁、導(dǎo)電聚合物和碳纖維。氮化硼與銀或氮化硼與銀/銅的組合還提供更高的熱導(dǎo)率。至少20 wt% 的氮化硼用量和至少約60 wty。的銀用量特別有用。優(yōu)選地，可用熱導(dǎo)率 大于約20 w/m。C和最優(yōu)選至少約40 w/m。C的填料。優(yōu)化地，含有熱導(dǎo) 率不低于約80w/m。C的填料是理想的。如本文所用，術(shù)語(yǔ)"金屬，，是指在元素周期表內(nèi)d區(qū)和f區(qū)內(nèi)的那 些元素，加上具有金屬狀性能的那些元素，如硅和鍺。如本文所用，詞 組"d區(qū)，，是指元素核周?chē)?d、 4d、 5d和6d軌道上具有電子的那些 元素。如本文所用，詞組"f區(qū)，，是指元素核周?chē)?f和5f軌道上具有 電子的那些元素，包括鑭系和鄰了系。優(yōu)選的金屬包括銦、銀、銅、鋁、 錫、鉍、鎵和它們的合金，鍍銀銅和鍍銀鋁。術(shù)語(yǔ)"金屬"也包括合金、 金屬/金屬?gòu)?fù)合材料、金屬陶瓷復(fù)合材料、金屬聚合物復(fù)合材料以及其它 金屬?gòu)?fù)合材料。如本文所用，術(shù)語(yǔ)"化合物"是指具有恒定組成，可由 化學(xué)方法裂解為元素的物質(zhì)。在熱界面材料中摻進(jìn)其它填料、物質(zhì)或顆粒，如填料顆粒、濕潤(rùn)劑或抗氧化劑也是有利的。在熱界面材料中可加入基本球形的填料顆粒， 以最大化填充密度。此外，基本球形或類(lèi)似形狀將在壓實(shí)期間提供一定 的厚度控制。有用于橡膠材料內(nèi)填料的典型顆粒尺寸可以在約1 ~ 20 pm 范圍內(nèi)，最大約100 itim。填料顆粒的分散可以靠加入功能有機(jī)金屬偶聯(lián)劑或"濕潤(rùn)劑"，如有機(jī)硅烷、有機(jī)鈦酸酯、有機(jī)鋯等，得到促進(jìn)。有機(jī)鈦酸酯起增潤(rùn)劑作 用，以減小糊料粘度并增加填料的裝填量。可用的有機(jī)鈦酸酯是三異硬 脂?；佀岙惐ァＳ袡C(jī)鈦酸酯的一般結(jié)構(gòu)是RO-Ti(OXRY),其中RO 是可水解基團(tuán)，X和Y是基料官能團(tuán)。也可以加入抗氧劑來(lái)抑制固化橡膠凝膠或固體熱界面材料的氧化 和熱老化。典型的有用抗氧劑包括可獲自Ciba Giegy of Hawthorne, N.Y 的苯酚型Irganox 1076或胺型Irganox 565(用量為0.01 wt % ~約1 wt%)。 典型的固化促進(jìn)劑包括叔胺，如二癸基乙胺(50 ppm ~ 0.5 wt%)。在熱界面組合物和/或熱界面材料內(nèi)加入至少一種催化劑。如本文所用， 術(shù)語(yǔ)"催化劑"是指顯著影響化學(xué)反應(yīng)速率而其本身不被消耗或不發(fā)生化學(xué)變化的物質(zhì)或條件。該催化劑可以是無(wú)機(jī)的、有機(jī)的或有機(jī)基團(tuán)與 金屬卣化物的組合。雖然光和熱不是物質(zhì)，但它們也可起催化劑作用。 在所考慮的實(shí)施方案中，催化劑是酸。在優(yōu)選實(shí)施方案中，催化劑是有機(jī)酸，如羧酸，乙酸、甲酸、苯甲酸、水楊酸；二羧酸，草酸、鄰苯二 甲酸、癸二酸、己二酸；油酸、棕櫚酸、硬脂酸、苯基硬脂酸、氨基酸 和磺酸。特別有效的是包含稱(chēng)作"蒸汽生長(zhǎng)碳纖維"(VGCF)的這種特定形式 碳纖維的填料，如可獲自Applied Sciences, Inc., Cedarville,Ohio。 VGCF 或"碳微纖，，是經(jīng)熱處理的高度石墨化類(lèi)型(熱導(dǎo)率=1900 W/m°C)。加 進(jìn)約0.5 wt。/。碳微纖使熱導(dǎo)率大大提高。這類(lèi)纖維有各種不同的長(zhǎng)度和 直徑；即，lmm 數(shù)十cm長(zhǎng)和小于0.1 ~大于100 jum直徑。 一種有用 形式的VGCF的直徑不大于約l|Lim,且長(zhǎng)度為約50- 100 |am,而且熱 導(dǎo)率是直徑大于5 |Lim的其它普通碳纖維的約2倍或3倍。在聚合物體系和界面部件和體系內(nèi)難以摻進(jìn)大量VGCF。當(dāng)把碳微 纖(如約1 pm或更小)加進(jìn)聚合物體系時(shí)，它們不能混合良好，主要是因 為在聚合物體系內(nèi)必須加入大量纖維才能在熱導(dǎo)率方面獲得明顯的有 益提高。但是，我們已發(fā)現(xiàn)而且在先前提交的申請(qǐng)中已公開(kāi)，在已有較 大量其它傳統(tǒng)填料的聚合物體系內(nèi)可加入較大量的碳微纖。當(dāng)與其它纖 維一起加入時(shí)，在聚合物中可加入較大量的碳微纖，它們可能單獨(dú)加進(jìn) 聚合物，由此在提高熱界面材料的熱導(dǎo)率方面提供較大的效益。理想地， 碳微纖與聚合物之比在0.05 ~ 0.5重量比范圍內(nèi)。所考慮的熱界面材料、相變材料和/或熱界面組合物可作為能用涂覆 法涂布的可調(diào)配液態(tài)糊料、軟凝膠或液態(tài)材料提供,所述涂覆法如絲網(wǎng)印 刷、噴墨印刷、線(xiàn)涂；噴涂；模沖；各類(lèi)石印或濕壓膠印、輥筒印花； 凸版印刷；凹版印刷；柔性版印刷；平版印刷；膠??；油??；熱壓凹印 術(shù)；熱壓燙印和轉(zhuǎn)印法；以及刷涂和型版噴刷法。簡(jiǎn)言之，可摻進(jìn)糊料、 液體和/或軟凝膠產(chǎn)物或材料的任何印刷或涂覆方法都可有效地用于本 教義的實(shí)施方案。然后可按需要固化可調(diào)配的液態(tài)糊料。還應(yīng)理解，"涂 覆層"可作為連續(xù)層或圖案化層敷設(shè)，取決于部件的需要。這些層還可 作為連續(xù)層敷設(shè)，然后刻蝕成圖案化層。為實(shí)現(xiàn)比包含熱界面材料的傳 統(tǒng)層狀材料更薄的粘合層，這些熱界面材料、相變材料和熱界面組合物 被"印刷"或涂布到表面上的能力滿(mǎn)足至少一項(xiàng)前述目標(biāo)。所考慮的熱界面材料也可以預(yù)涂在界面上的高順從性、固化彈性體 薄膜或片材提供，如受熱器。還可以作為可用任何適用的涂覆法，包括 前面已提及的那些，涂布到表面的軟凝膠或液體來(lái)提供和生產(chǎn)。更進(jìn)一 步，這種材料可以作為可直接涂布到界面或電子部件上的帶材提供。本文所述的所考慮的熱界面組合物、熱界面材料、層狀界面材料和 相變材料的應(yīng)用，包括把材料和/或部件加進(jìn)另一種層狀材料、電子部件 或成品電子產(chǎn)品中。 一般認(rèn)為，如本文所考慮，電子部件包含可用于電 子-基產(chǎn)品的任何層狀部件。所考慮的電子部件包含電路板、芯片封裝、 隔離片、電路板的介電部件、印刷接線(xiàn)板和電路板的其它部件，如電容 器、電感器和電阻器。電子-基產(chǎn)品可在它們準(zhǔn)備用于工業(yè)或被其它消費(fèi)品使用的意義上 "完成"。成品消費(fèi)品的實(shí)例是電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、手機(jī)、尋呼機(jī)、掌型 組織器、便攜式收音機(jī)、汽車(chē)立體聲裝置和遙控器。還考慮的是可能應(yīng) 用于成品中的"中間"產(chǎn)品，如電路板、芯片封裝和鍵盤(pán)。電子產(chǎn)品在從概念性模型發(fā)展到最終放大/樣板的任何階段，也可包 含原型部件。原型可含，也可不含，擬在成品中的所有實(shí)際部件，以及 原型可以含有一些由復(fù)合材料構(gòu)成的部件，目的是在一開(kāi)始試驗(yàn)時(shí)，忽 略它們對(duì)其它部件的初始影響。因此，已公開(kāi)了熱界面材料的具體實(shí)施方案和應(yīng)用。但對(duì)于本領(lǐng)域 的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，除已描述的那些以外還可以在不偏離本發(fā)明概念的前 提下作很多修改應(yīng)是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的主要內(nèi)容，除所附權(quán) 利要求的精神外，不受限制。而且，在解釋說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求二者時(shí)， 所有術(shù)語(yǔ)都應(yīng)以與上下文一致的最廣義的可能方式解釋。尤其術(shù)語(yǔ)"包 含"應(yīng)解釋為以非排除方式指元素、部件或步驟，表示已提及的元素、 部件或步驟可存在或被應(yīng)用，或與沒(méi)有明確提到的其它元素、部件或步 驟組合。
權(quán)利要求
1.一種熱界面材料，該材料包含至少一種相變材料，和至少一種溶劑、溶劑混合物或它們的組合，其中，所述至少一種溶劑、溶劑混合物或它們的組合至少部分地溶劑化所述至少一種相變材料。
2. 權(quán)利要求1的熱界面材料，該材料還包含至少一種其它組分。
3. 權(quán)利要求2的熱界面材料，其中所述至少一種其它組分包含熱界 面纟且合物。
4. 權(quán)利要求1的熱界面材料，其中所述至少一種相變材料的熔點(diǎn)為 約40 ~約160°C。
5. 權(quán)利要求1的熱界面材料，其中所述至少一種相變材料包含石蠟、 聚合物蠟或它們的組合。
6. 權(quán)利要求5的熱界面材料，其中所述至少一種聚合物蠟包含聚乙 烯蠟、聚丙烯蠟或它們的組合。
7. 權(quán)利要求1的熱界面材料，其中所述至少一種溶劑或溶劑混合物 包含至少一種烴化合物。
8. 權(quán)利要求7的熱界面材料，其中所述至少一種烴化合物包含Is叩arH。
9. 包含權(quán)利要求1的熱界面材料的層狀部件。
10. 包含權(quán)利要求1的熱界面材料的電子部件。
11. 包含權(quán)利要求2的熱界面材料的層狀部件。
12. 包含權(quán)利要求2的熱界面材料的電子部件。
13. 包含權(quán)利要求3的熱界面材料的帶材。
14. 權(quán)利要求1的熱界面材料層，其中所述層已印刷到表面或基材上。
15. 權(quán)利要求14的層，其中所述層是連續(xù)層。
16. 權(quán)利要求14的層，其中所述層是圖案化層。
17. 權(quán)利要求14的層，其中所述層用印刷設(shè)備或用絲網(wǎng)印刷法印刷 到表面或基材上。
18. 權(quán)利要求17的層，其中所述印刷設(shè)備是噴墨打印機(jī)。
19. 生產(chǎn)熱界面材料的方法，該方法包括提供至少一種相變材料；提供至少一種溶劑、溶劑混合物或它們的組合，其中所述至少一種 溶劑、溶劑混合物或它們的組合至少部分地溶劑化所述至少 一種相變材料；和物理偶聯(lián)所述至少一種相變材料和所述至少一種溶劑、溶劑混合物 或它們的纟且合。
20. 權(quán)利要求19的方法，該方法還包括提供至少一種其它組分和物 理偶聯(lián)所述至少一種其它組分與至少一種相變材料和至少一種溶劑、溶 劑混合物或它們的組合。
21. 權(quán)利要求20的方法，其中所述至少一種其它組分包含熱界面組 合物。
22. 權(quán)利要求19的方法，其中所述至少一種相變材料的熔點(diǎn)為約 40 ~約160。C。
23. 權(quán)利要求19的方法，其中所述至少一種相變材料包含石蠟、聚 合物蠟或它們的組合。
24. 權(quán)利要求23的方法，其中所述至少一種聚合物蠟包含聚乙烯蠟、 聚丙烯蠟或它們的組合。
25. 權(quán)利要求19的方法，其中所述至少一種溶劑或溶劑混合物包含 至少一種烴化合物。
26. 權(quán)利要求25的方法，其中所述至少一種烴化合物包含IsoparH。
全文摘要
本文描述熱界面材料，其包含至少一種相變材料和至少一種溶劑、溶劑混合物或它們的組合，其中所述至少一種溶劑、溶劑混合物或它們的組合至少部分地溶劑化所述的至少一種相變材料。還描述生產(chǎn)熱界面材料的方法，該方法包括提供至少一種相變材料；提供至少一種溶劑、溶劑混合物或它們的組合，其中所述至少一種溶劑、溶劑混合物或它們的組合至少部分地溶劑化所述的至少一種相變材料；和物理偶聯(lián)所述的至少一種相變材料和至少一種溶劑、溶劑混合物或它們的組合。
文檔編號(hào)H01L23/427GK101258594SQ200680032207
公開(kāi)日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2006年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月2日
發(fā)明者B·魯切爾特, J·P·弗林特, R·湯森 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司