CN1982404A

CN1982404A - 热界面材料及其制备方法

Info

Publication number: CN1982404A
Application number: CN 200510120676
Authority: CN
Inventors: 林孟东; 萧博元
Original assignee: Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2005-12-13
Filing date: 2005-12-13
Publication date: 2007-06-20

Abstract

本发明提供一种热界面材料，其包括高分子基体及导热填充物；所述导热填充物至少包括第一导热粒子、与所述第一导热粒子不同材料且不同粒径的第二导热粒子，所述第一导热粒子的粒径范围为50纳米～1微米，所述第二导热粒子的粒径范围为1微米～10微米；所述高分子基体及导热填充物的质量比为1∶9～3∶7。本发明还提供所述热界面材料的制备方法。

Description

热界面材料及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及热传技术领域，尤其涉及一种热界面材料及其制备方法。

【背景技术】

近年来，随着半导体器件集成工艺快速发展，半导体器件的集成化程度越来越高，器件体积却变得越来越小，其散热成为一个越来越重要的问题，其对散热的要求也越来越高。为满足这些需要，各种散热方式被大量运用，如利用风扇散热、水冷辅助散热和热管散热等方式，并取得一定散热效果，但由于散热器与半导体集成器件的接触界面并不平整，一般相互接触只有不到2％面积，针对散热装置与热源表面的接触问题，业内应对办法一般是于电子元件与散热装置之间添加一导热材料，即热界面材料，以提高电子元件与散热装置之间的热传导效率。

传统的一种热界面材料，其采用硅油、硅氧烷等聚合物作为基底油，并在其中添加金属铝、氧化铝、氧化锌、氮化铝、石墨或纳米碳管等中的一种导热粒子。然而，硅油、硅氧烷这类有机物通常为低聚物，其表面张力较低，可能从制得的热界面材料中分离扩散，使制得的热界面材料的基体减薄，因此整个热界面材料可能遭到破坏；且硅油、硅氧烷对添加入其中的导热粒子的润湿能力较差，也较难获得较好的热传导性能；且，一种导热粒子添加于一种基底油中，所获得导热粒子填充密度通常只能维持于一较低限度，否则基底油的柔韧性及润湿性会因导热粒子的过量填充而丧失，特别是纳米级导热粒子因其高比表面积更会引起基底油的粘度剧烈增加，导致基底油与导热粒子难以混合均匀，如此形成的热界面材料热传导性能就未必可满足现在电子元件散热的需求。

有鉴于此，提供一种热传导性能优异的热界面材料及其制备方法实为必要。

【发明内容】

以下，将以实施例说明一种热界面材料。

并以实施例说明一种热界面制备方法。

一种热界面材料，其包括高分子基体及导热填充物；所述导热填充物至少包括第一导热粒子、与所述第一导热粒子不同材料且不同粒径的第二导热粒子，所述第一导热粒子的粒径范围为50纳米～1微米，所述第二导热粒子的粒径范围为1微米～10微米；所述高分子基体及导热填充物的质量比为1∶9～3∶7。

以及一种热界面材料制备方法，其包括以下步骤：

提供高分子基体、导热填充物，所述导热填充物至少包括第一导热粒子、与所述第一导热粒子不同材料且不同粒径的第二导热粒子，且所述第一导热粒子、第二导热粒子的粒径范围分别为50纳米～1微米、1微米～10微米。

将上述高分子基体及导热填充物按照1∶9～3∶7的质量比进行搅拌混合；

将上述搅拌混合后的材料进行研磨混合，形成一热界面材料。

与现有技术相比，所述热界面材料采用具有较好柔韧性及润湿性的高分子作为基体材料，并使用不同材料、不同粒径的第一导热粒子及第二导热粒子作为导热填充物。如此设计，可使导热填充物在高分子基体中的填充量增大；所述第一导热粒子的粒径选自50纳米～1微米之间，所述第二导热粒子的粒径选自1微米～10微米之间，具较小粒径的导热粒子可填充在具较大粒径的导热粒子间的空隙中，增大导热粒子的接触面积，从而可增大热传导；同时所述高分子基体及导热填充物的质量比保持在1∶9～3∶7之间，可避免高分子基体的柔韧性及润湿性因导热填充物的填充量增大而遭到破坏，并充分地发挥该粒径范围的导热粒子优异的热传导性能，整个热界面材料的热传导性能也得到最佳的发挥。所述热界面材料制备方法，将所述高分子基体及导热填充物按质量比1∶9～3∶7之间的比例进行搅拌混合及研磨混合，可保正导热填充物在高分子基体中均匀地分散，提高制备的热界面材料的热传导性能。

【附图说明】

图1是本发明的实施例提供的热界面材料示意图。

图2是图1中提供的热界面材料的使用状态示意图。

图3是本发明的实施例提供的热界面材料制备方法流程示意图。

【具体实施方式】

下面将结合附图对本发明提供的热界面材料及其制备方法作进一步详细说明。

请参阅图1，为本发明的实施例提供的热界面材料1示意图。所述热界面材料1包括高分子基体10及导热填充物20；所述导热填充物20至少包括第一导热粒子21、与所述第一导热粒子21不同材料且不同粒径的第二导热粒子22，所述第一导热粒子21的粒径范围为50纳米～1微米，所述第二导热粒子22的粒径范围为1微米～10微米；所述高分子基体及导热填充物的质量比为1∶9～3∶7。

其中，所述高分子基体10可以选自烯烃、双酯、多羟基酯、多羟基醚、多羟基酮及多羟基酸中的一种或几种组合。当然，所述高分子基体10还可以选自其它具有较好黏结性的多元醇及其它醚类油脂等。优选地，所述高分子基体10在40摄氏度时的运动粘度为10～500平方毫米/秒。

所述第一导热粒子21及第二导热粒子22的材料可分别选自金属粒子、金属氧化物、硼氮化物、铝氮化物、纳米碳管、碳纤维、碳黑及金刚石中一种或几种组合。所述金属粒子选自金、银、铜、铝、镍、锡及铅中的一种或几种组合。所述金属氧化物选自氧化锌、氧化铝及氧化钛的一种或几种组合。当然，所述第一导热粒子21及第二导热粒子22的材料并不局限于上述形式，其它具有较好热传导性能的导热粒子也均在本发明可使用之列；所述金属粒子、金属氧化物也不局限于上述形式，其它具有较好热传导性能的金属粒子、金属氧化物材料也均在本发明可使用之列。

请参阅图2，热界面材料1实际应用时，置于发热元件2及散热装置3之间，高分子基体10通过其柔韧性充分地填补在发热元件2及散热装置3因接触界面不平整形成的微小间隙中，且通过其良好的润湿性可很好地结合导热填充物20。导热填充物20采用不同材料、不同粒径的第一导热粒子21及第二导热粒子22，可使导热填充物20在高分子基体10中的填充量增大；所述第一导热粒子21的粒径选自50纳米～1微米之间，所述第二导热粒子22的粒径选自1微米～10微米之间，具较小粒径的导热粒子21可填充在具较大粒径的导热粒子22间的空隙中，增大导热粒子21、22的接触面积，从而可增大热传导；同时所述高分子基体10及导热填充物20的质量比保持在1∶9～3∶7之间，可避免高分子基体10的柔韧性及润湿性因导热填充物20的填充量增大而遭到破坏，并充分地发挥该粒径范围的导热粒子优异的热传导性能，整个热界面材料1的热传导性能也得到最佳的发挥。发热元件2产生的热量通过上述热界面材料1便可快速均匀地传导至散热装置3，散热装置3再通过其散热鳍片31及风扇32将热量散发到外界中去。

当然，所述导热填充物并不局限于上述仅包括一第一导热粒子，一第二导热粒子的形式，而可包括多种不同材料的导热粒子，而该多种不同材料的导热粒子的粒径也可分别选自50纳米～1微米及1微米～10微米之间，仅须使得至少其中两种导热粒子的粒径不相同即可。

本实施例提供的热界面材料，采用具有较好柔韧性及润湿性的高分子作为基体材料，并使用不同成分材料、不同粒径的导热粒子作为导热填充物，如此设计，可使导热填充物在高分子基体中的填充量增大；所述第一导热粒子21的粒径选自50纳米～1微米之间，所述第二导热粒子22的粒径选自1微米～10微米之间，具较小粒径的导热粒子21可填充在具较大粒径的导热粒子22间的空隙中，增大导热粒子21、22的接触面积，从而可增大热传导；同时所述高分子基体及导热填充物的质量比保持在1∶9～3∶7之间，可避免高分子基体的柔韧性及润湿性因导热填充物的填充量增大而遭到破坏，并充分地发挥该粒径范围的导热粒子优异的热传导性能，整个热界面材料的热传导性能也得到最佳的发挥。

本发明还提供一种热界面材料制备方法，以下将结合附图对所述热界面材料制备方法作进一步说明。

请参阅图3，本发明的实施例提供的热界面材料制备方法包括如下步骤：

步骤100：提供高分子基体10、导热填充物20，该导热填充物20至少包括第一导热粒子21、与所述第一导热粒子21不同材料且不同粒径的第二导热粒子22，且所述第一导热粒子21、第二导热粒子22的粒径范围分别为50纳米～1微米、1微米～10微米。

所述高分子基体10可以选自烯烃、双酯、多羟基酯、多羟基醚、多羟基酮及多羟基酸中的一种或几种组合。本实施例中，高分子基体10选用多羟基酯。当然，所述高分子基体10还可以选自其它具有较好润湿性的多元醇及其它醚类油脂等。优选地，所述高分子基体10在40摄氏度时的运动粘度为10～500平方毫米/秒。

所述第一导热粒子21及第二导热粒子22的材料可以分别选自金属粒子、金属氧化物、硼氮化物、铝氮化物、纳米碳管、碳纤维、碳黑及金刚石中一种或几种组合。所述金属粒子选自金、银、铜、铝、镍、锡及铅中的一种或几种组合。所述金属氧化物选自氧化锌、氧化铝及氧化钛的一种或几种组合。当然，所述导热粒子及其中的金属粒子、金属氧化物并不局限于上述形式，其它具有较好热传导性能的粒子也均在本发明可使用之列。

本实施例中，所述导热填充物20包括一第一导热粒子21，一第二导热粒子22，所述第一导热粒子21的材料选用氧化锌，粒径选自100～500纳米之间，第二导热粒子22的材料选用金属铝，粒径选自4～4.9微米之间。

步骤200：将上述高分子基体10及导热填充物20按照1∶9～3∶7的质量比进行搅拌混合。初次混合可以在室温下选用具搅拌叶片的行星式混合器(Planetary Mixer)进行搅拌混合。

本实施例中，所述高分子基体10及导热填充物20按照1∶4～1∶5的质量比进行搅拌混合，所述导热填充物20中的第一导热粒子21及第二导热粒子22，分别占导热填充物20总质量的45％及55％。

步骤300：将上述搅拌混合后的材料进行研磨混合，形成一热界面材料。再次混合可以在室温下选用高剪切应力的三辊研磨机(Three-roll Mill)，使高分子基体10与导热填充物20更加充分混合，形成一热界面材料。

将上述制备的热界面材料置于一热界面材料热传导性能量测装置(图未示)中进行量测计算，其热阻抗值为0.06～0.12摄氏度·平方厘米/瓦之间(℃·cm²/W)。

本实施例提供的热界面材料制备方法，采用具有较好柔韧性及润湿性的高分子作为基体的材料，并使用不同材料、不同粒径的第一导热粒子及第二导热粒子作为导热填充物，所述第一导热粒子、第二导热粒子的粒径范围分别为50纳米～1微米、1微米～10微米，如此设计可使导热填充物在高分子基体中的填充量增大，具较小粒径的导热粒子可填充在具较大粒径的导热粒子间的空隙中，增大导热粒子的接触面积，充分发挥该粒径范围的导热粒子优异的热传导性能；将所述高分子基体及导热填充物按质量比1∶9～3∶7之间的比例进行搅拌混合及研磨混合，可使导热填充物在高分子基体中均匀分散，也可同时避免高分子基体的柔韧性及润湿性因导热填充物的填充量增大而遭到破坏。

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思做出其它各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims

1.一种热界面材料，其包括：

高分子基体；及

导热填充物；

所述导热填充物至少包括第一导热粒子、与所述第一导热粒子不同材料且不同粒径的第二导热粒子，所述第一导热粒子的粒径范围为50纳米～1微米，所述第二导热粒子的粒径范围为1微米～10微米；所述高分子基体及导热填充物的质量比为1∶9～3∶7。

2.如权利要求1所述的热界面材料，其特征在于，所述高分子基体选自烯烃、双酯、多羟基酯、多羟基醚、多羟基酮及多羟基酸中的一种或几种组合。

3.如权利要求1所述的热界面材料，其特征在于，所述高分子基体于40摄氏度时的运动粘度为10～500平方毫米/秒。

4.如权利要求1所述的热界面材料，其特征在于，所述第一导热粒子及第二导热粒子的材料可分别选自金属粒子、金属氧化物、硼氮化物、铝氮化物、纳米碳管、碳纤维、碳黑及金刚石中一种或几种组合。

5.如权利要求4所述的热界面材料，其特征在于，所述金属粒子选自金、银、铜、铝、镍、锡及铅中的一种或几种组合。

6.如权利要求4所述的热界面材料，其特征在于，所述金属氧化物选自氧化锌、氧化铝及氧化钛的一种或几种组合。

7.如权利要求1所述的热界面材料，其特征在于，所述第一导热粒子的粒径范围为50～500纳米。

8.如权利要求1所述的热界面材料，其特征在于，所述第二导热粒子的粒径范围为1～5微米。

9.一种热界面材料制备方法，其包括以下步骤：

提供高分子基体、导热填充物，所述导热填充物至少包括第一导热粒子、与所述第一导热粒子不同材料且不同粒径的第二导热粒子，且所述第一导热粒子、第二导热粒子的粒径范围分别为50纳米～1微米、1微米～10微米；将上述高分子基体及导热填充物按照1∶9～3∶7的质量比进行搅拌混合；将上述搅拌混合后的材料进行研磨混合，形成一热界面材料。

10.如权利要求9所述的热界面材料制备方法，其特征在于，所述搅拌混合的装置采用行星式混合器。

11.如权利要求9所述的热界面材料制备方法，其特征在于，所述研磨混合的装置采用三辊研磨机。