[发明专利]热界面材料

说明书

技术领域

本发明涉及包含至少一种分散在聚合物中并且具有小于或等于1微米的平均聚集体颗粒尺寸的导热填料的热界面材料。

背景技术

随着半导体芯片和元件变得越来越强大和更密集地封装在设备中，将由这些元件产生的热量消散的需求变得越来越重要。实际上，在许多情况下，热管理问题是电子设备性能的限制性因素。

从热管理观点看来，可认为这些系统中的大部分由如下三种元件组成：1)发热元件或热源(例如芯片或电路板)，2)散热设备或散热器，和3)热界面材料(TIM)，其主要起提供确保用于热源和散热器之间的热传递的有效接触的柔性界面的作用。因此，热界面材料通常为用导热性增强用填料填充的有机硅弹性体或硅润滑脂。尽管不是在所有情况下，但是在多数情况下，还要求热界面材料是电绝缘的。

因此，在热界面材料中通常使用导热的介电填料例如氧化铝、氮化硼或氮化铝。氧化铝具有相对高的导热率(一般约18W/mK)并且呈现出良好的成本/性能折衷。本征导热率比氧化铝高50％的氮化硼用于可证明较高成本合理的高性能应用中。氮化铝具有优异的导热率(为氧化铝的8-10倍)，但是除了其非常高的成本之外还具有稳定性问题。例如，美国专利No.6,160,042描述了通过使用经处理的氮化硼颗粒形成低粘度的导热的聚合物复合材料的方法。而且，美国专利公布No.2005/0049350描述了含有氧化铝填料的组合物，所述氧化铝填料包括不同尺寸颗粒的共混物并且可使用有机试剂进行处理以促进所述氧化铝对聚合物基体(例如烷氧基硅烷、芳氧基硅烷、低聚硅氧烷等)的附着。美国专利No.6,096,414也描述了具有粗颗粒和细颗粒的填料共混物(包括氧化铝)的用途。

典型的弹性体型热界面材料包括用超过40～50重量％的填料例如氧化铝重度填充从而获得遍及组合物中的传导路径的有机硅基体。为了适应这样的高的填料负载，所述氧化铝通常为具有几个微米的平均聚集体颗粒尺寸和非常低的表面积(一般低于5m²/g)的非合成的或者“粗”的(coarse)氧化铝。这使得经填充的有机硅的粘度在高的填料负载下是可接受的，从而容许将它们制造成衬垫例如通过注射成型制造成衬垫。然而，虽然氧化铝的负载高，但是该复合弹性体的导热率明显低于氧化铝的导热率，从而严重限制系统的散热特性。

因此，需要这样的更有效的填料：其提供具有比现有材料明显改善的导热率的热界面材料。随着半导体设备变得越来越强大，伴随着的散热呈现出寻求着技术解决方案的越来越显著的问题。

发明内容

本发明涉及包含分散在聚合物中的填料的热界面材料。所述填料具有小于或等于1微米的平均聚集体颗粒尺寸。优选地，所述填料为热解的、沉淀的、或胶态氧化铝，其可进一步进行处理以形成包括连接有至少一个有机基团的氧化铝的改性氧化铝。所述热界面材料可进一步包括至少一种具有大于或等于1微米的平均聚集体颗粒尺寸的第二导热填料和/或可进一步包括至少一种增强填料。本发明还涉及包括所述热界面材料的电子设备。

应该理解，上述一般说明和以下具体说明都只是示例性的和说明性的，并且旨在提供对所要求保护的本发明的进一步说明。

附图说明

图1和图2显示包含各种热解氧化铝填料的热界面材料的粘度随剪切速率的变化。

具体实施方式

本发明涉及包含至少一种分散在聚合物中并且具有小于或等于1微米的平均聚集体颗粒尺寸的填料的热界面材料。本文中使用的术语“热界面材料”定义为提供发热元件(热源)和散热元件(散热器)之间的接触以容许有效的热传递的导热组合物。所述热界面材料可为固体物形式或者高度粘性的液体的形式，例如粘合剂、润滑脂、或糊剂。

本发明的热界面材料的填料具有小于或等于1微米(包括小于或等于750nm和小于或等于500nm)的平均聚集体颗粒尺寸。所述填料可为任意导热材料，包括例如二氧化硅(热解的、沉淀的、胶态的或无定形的)、细粒状石英粉末、炭黑、石墨、金刚石、金属(例如银、金、铝和铜)、碳化硅、氢氧化铝、金属氮化物(例如氮化硼、和氮化铝)、金属氧化物(例如氧化铝、氧化钛、氧化锌、或铁氧化物)、或其组合。优选地，所述填料具有高的传导率，例如大于或等于约10W/mK的传导率，包括大于或等于约15W/mK的传导率。同时最低限度地导电的导热填料是最优选的，并且包括介电材料例如氧化铝、氮化硼、和氮化铝。所述填料可进一步具有为聚合物提供额外的增强性质的形态学特性，并且因此除了被认为是导热填料之外也被认为是增强填料。