[发明专利]用作热界面材料的组合物

说明书

技术领域

本发明涉及用作热界面材料的组合物，尤其涉及一种包含多孔基体和填充在多孔基体的孔隙中的填充材料的组合物，所述组合物具有改善的导热性。

背景技术

近年来，随着电子器件集成工艺的快速发展，电子器件的集成化程度越来越高，而器件体积却变得越来越小，其对散热的要求也越来越高。为了满足这些需要，各种散热方式被大量的运用，如利用风扇散热、水冷辅助散热和热管散热等方式，并取得一定的散热效果，但由于散热器与电子器件的接触界面并不平整，一般相互接触的只有不到10％的面积，没有理想的接触界面，从根本上极大地影响了电子器件向散热器进行热传导的效果，因此在散热器与电子器件的接触界面间增加导热系数较高的热界面材料来增加界面间的接触面积就显得十分必要。

传统的热界面材料是将一些导热系数较高的颗粒分散到聚合物材料中形成复合材料，如石墨、氮化硼、氧化硅、氧化铝、银或其它金属。此种材料的导热性能在很大程度上取决于聚合物载体的性质。其中以油脂、相变材料为载体的复合材料因其使用时为液态而能与热源表面浸润，故接触热阻较小，而以硅胶和橡胶为载体的复合材料的接触热阻就比较大。这些材料的一个普遍缺陷是整个复合材料的导热系数较小，约lW/mK，这已经越来越不能适应半导体集成化程度的提高对散热的需求，而增加聚合物载体中导热颗粒的含量到60重量％及以上时，使颗粒与颗粒尽量相互接触可以增加整个复合材料的导热系数，如某些特殊的界面材料的导热系数因此可达到2-5W/mK，但当聚合物载体中导热颗粒的含量增加到85重量％或者更高时会使聚合物失去所需的性能，如油脂会变硬，从而浸润效果会变差，橡胶也会变硬，从而失去柔韧性，这都会使热界面材料性能大大降低。

理想的热界面材料置于散热器与热源(即电子器件)之间，希望来自于热源的热量沿着热源和散热器的垂直方向通过热界面材料快速地传导到散热器上，降低热源的温度；同时也能沿着平行于热源和散热器的方向通过热界面材料快速扩散，避免局部过热产生热点而形成坏点；从而达到传热和匀热的双重目的，避免电子器件因散热不充分、温度过高，局部热量积聚而导致的性能降低、不稳定、或使用寿命缩短等问题。随着电子器件多功能化和小型化的趋势，电子器件工作时产生的能量密度越来越高，相应地，期望热界面材料的垂直向导热系数(即沿着热源和散热器的垂直方向)和平行向导热系数(即沿着平行于热源和散热器的方向)都大于或等于5W/mK。

根据热界面材料的组成、用于测量的形状、成型方法以及成型方法中应用的条件，热界面材料的导热系数可以有方向依赖性，即可以显示各向同性或各向异性。若采用熔融共混并热压的方式将聚合物基的热界面材料加工成型，导热填料随机的分散在聚合物中，所得到的热界面材料的导热系数是各向同性的，但是在各个方向都很低，约lW/mK，不能满足需求。若采用模具注塑成型的方式将聚合物基的热界面材料加工成型，热界面材料在加热后经过加压流入模具中，然后经过冷却成型，使得热界面材料成型后的导热系数呈现出各向异性的特点，热界面注塑时材料流动方向上的导热系数一般为约2-8W/mK,是垂直于材料流动方向的导热系数(约0.6-2W/mK)的3～10倍，也就是说，仅有一个方向上的导热系数大于5W/mK，所以无法同时满足导热和匀热的要求。

因此，需要可以提供一种导热各向同性的热界面材料，且其垂直向导热系数(即沿着热源和散热器的垂直方向)和平行向导热系数(即沿着平行于热源和散热器的方向)都大于或等于5W/mK。

发明内容

本发明提供了一种用作热界面材料的组合物，其包含：

(a)多孔基体；和

(b)填充在多孔基体的孔隙中的填充材料；

其中，所述填充材料包含约20-80重量％的聚合物基材和约20-80重量％的导热添加剂，所述重量％是以填充材料的总重量计。

本发明还提供了包含上述用作热界面材料的组合物的热界面组件。

本发明还提供了制造上述用作热界面材料的组合物的方法。

附图说明

图1显示本发明的用作热界面材料的组合物10的一个实施方案的剖视图，其包含：(a)多孔基体101和(b)填充在多孔基体的孔隙中的填充材料102，其中填充材料102包含聚合物基材102-1和导热添加剂102-2。

图2显示本发明的热界面组件20的一个实施方案的剖视图，其包含：散热器201、热源203和设置在所述热源和散热器之间的热界面装置202，其中，所述热界面装置202包含本发明的用作热界面材料的组合物，x方向代表平行于热源和散热器的方向，y方向代表沿着热源和散热器的垂直方向。