[发明专利]热接口材料及其制造方法与应用该材料的电子装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种热界面材料，特别是涉及一种具高导热效果的热接口材料及其制造方法与应用该材料的电子装置。

背景技术

随着电子组件的设计逐年缩小体积、及对散热效率要求逐渐提高，为了使电子组件在通入电流的过程中所产生的热量能快速导出，以免影响正常的运转效能，通常会在电子组件与一个供电子组件固定的基板间设置一层热界面材料层，除了能够借助于该热接口材料层固定该电子组件外，也能将该电子组件通入电流过程中所产生的热量导出至该基板上，以防止热量屯积而减损电子组件的运作效能与使用寿命。

对应目前电子装置所表现的强大运算功能与大量使用的组件，使得电子装置在运转过程中更容易产生较多的热量，因此，导热效果的提升也成为改善电子装置效能的重要课题。

如中国台湾省第94144804、94144805、94128479及92108369等发明专利案所述的导热膏，即上述热接口材料在电子业界的俗称，是借助于将多个高热传导系数的无机填充物粒子添加并散布在基体原料中所制得，其中，无机填充物粒子是由诸如：石墨、硼氮化合物、硅氧化合物、矾土、银及其它导热金属等材质所制得的粒子，而基体原料通常是使用具有预定粘度的聚硅烷，虽然上述的散热膏已普遍被使用在电子装置中，并可透过分布于该基体中的导热粒子传导热量，而能提供预定的导热效果，但实际上仍存在有以下缺陷：

一、如果散热膏中所添加的高热传导系数粒子数量不够多时，则所述粒子较不易在该电子组件到该基板间形成易导热的相互连续接触状态，导致部分热量无法顺利自该电子组件传导到该基板，而有导热系数过低与导热效果较差的缺陷。

二、因电子装置与电子组件的小型化与薄型化，所涂布的热界面材料层也要相对变薄，但现有导热膏中的导热粒子多为微米级大小，粒径过大，导致最终涂布形成的热界面层厚度无法有效减少。

三、由于所述粒子多为高硬度的无机粉体材质，在涂敷至电子组件时，所述粒子的坚硬表面可能会磨损刮伤电子组件，而相对具有润滑性较小的缺点。

四、所述粒子与基体原料由于分属于无机与有机材质，导致二者的界面吸附力不足，从而形成溢油现象，并具有吸附性较小的缺陷。

为了解决一般无机粒子所制得的导热膏中的导热粒子粒径过大的问题，后来又开发出碳纳米导热膏，如中国台湾省第94115966与91137956发明专利案所述，主要是以纳米等级的碳纳米纤维或碳纳米球取代前述的无机导热粒子，以大幅降低分布在该基体原料中的导热粒子的粒径大小，让填充纳米等级的导热材料可制备出极细致的导热膏，并能微量涂敷而制得较薄的导热薄膜，且细微化的粒子可借助于均匀分散而形成细致的导热网络，加上碳材料具有高度润滑性与化学惰性，能够避免影响硅油质量与粘度，由此可解决前述无机导热粒子粒径过大所引发的导热效能较差、涂布厚度较厚、及润滑性较小等问题，但在碳纳米与基体原料间仍存有界面吸附力不足而产生溢油的问题，此外，碳纳米导热膏中的碳纳米纤维与碳纳米球间仍不易形成均匀分布，这同样不易达到易导热的相互连续接触状态，导致碳纳米导热膏的导热系数与导热效果仍然不佳。

随着纳米科技的持续研究开发，有相关的研究结果提出，碳纳米管拥有超高导热率的效果(“Unusally High Thermal Conductivity of CarbonNanotubes”，Physical Review Letters，vol.84，No.20，pp.4613-4616(2000))、及单根碳纳米管拥有超高导热率的测量结果(“Thermal Transport Measurementsof Individual Multiwalled Nanotubes”，Physical Review Letters，vol.87，No.21，pp.215502 1-4(2001))，根据测量结果显示单根碳纳米管在室温下的导热率可达3000W/mK(瓦特/米·开尔文)以上。依研究数据推论，如果能将碳纳米管应用至热界面材料将有助于提升导热率，因此，在美国专利7,186,020号与7,301,232号中进一步披露了以碳纳米管取代前述无机导热粒子与碳纳米所制备的热接口材料，虽然单根碳纳米管确实具有极佳的导热率，但在实际使用时，填充有碳纳米管的导热膏所能表现的导热率只有0.3～2W/mK，显示其中仍有很大的改善空间与需要再开发研究的地方。此外，目前使用碳纳米管导热膏仍存在以下问题有待解决：