KR20110076875A - Thermally conductive gel packs - Google Patents
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Abstract
유전성 폴리머로 형성된 순응형 패키지 재료에 의해 캡슐화된 써멀 젤을 가지는 순응형 열 전도성 젤 팩이 제공된다. 젤 팩은 전자 장비 내의 대향하는 열전달 표면들 사이에 배치되도록 구성된다. 하나의 열전달 표면은 장비의 발열 부품의 일부일 수 있고 다른 열전달 표면은 흡열원 또는 회로 기판의 일부일 수 있다.A compliant thermally conductive gel pack is provided having a thermal gel encapsulated by a compliant package material formed from a dielectric polymer. The gel pack is configured to be disposed between opposing heat transfer surfaces in the electronic equipment. One heat transfer surface may be part of the heating component of the equipment and the other heat transfer surface may be part of the heat sink or circuit board.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조Cross Reference to Related Application
본 출원은 2008년 9월 26일자로 출원된 미국 특허 가출원 제61/100,297호의 우선권을 주장하며, 그 내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다.This application claims the priority of US Provisional Application No. 61 / 100,297, filed September 26, 2008, the contents of which are incorporated herein by reference.
본 발명은 통상의 갭 충전재 패드의 용이한 사용에 의해 완전히 분배될 수 있는 재료의 열적 성능 및 기계적 성능을 조합한 신규의 열 제품 또는 폼 팩터(form factor)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 열 관리가 필요한 전자 분야에서 편리하게 이용될 수 있는, 순응형 고분자 유전성 패키지에 캡슐화된 써멀 젤(thermal gel) 재료에 관한 것이다. The present invention relates to a novel thermal product or form factor that combines the thermal and mechanical performance of a material that can be fully dispensed by easy use of conventional gap filler pads. In particular, the present invention relates to a thermal gel material encapsulated in a compliant polymeric dielectric package that can be conveniently used in the electronic field where thermal management is required.
텔레비전, 라디오, 컴퓨터, 의료 기구, 사무 기기, 통신 장비 등과 같은 모뎀형 전자 장비의 회로 설계는 점점 복잡해지고 있다. 예를 들면, 집적 회로는 수십만 개의 트랜지스터를 포함하는 이들 장치 및 다른 장치들을 위해 제조되어 왔다. 설계가 복잡해지고 있지만, 보다 작은 전자 부품을 제조하고 좁은 영역에 더 많은 이들 부품을 패킹하기 위한 성능에 대한 개선으로 인해, 장치의 크기는 지속적으로 감소하고 있다.The circuit design of modem-type electronic equipment such as televisions, radios, computers, medical devices, office equipment, communication equipment, and the like is becoming increasingly complex. For example, integrated circuits have been manufactured for these and other devices that include hundreds of thousands of transistors. While designs are becoming more complex, the size of devices continues to decrease due to improvements in the ability to manufacture smaller electronic components and pack more of these components in tight areas.
최근에, 전자 장비는 보다 소형화되고 조밀하게 패킹되고 있다. 설계자 및 제조자는 다양한 열 관리 시스템을 이용하여 이들 장치 내에서 발생되는 열을 발산시키기 위한 현안에 직면해 있다. 열 관리는 이들 장치의 증가된 처리 속도와 전력에 기인하여, 이런 전자 장치 내에서 발생하는 온도 증가를 처리하고자 발달해왔다. 새로운 세대의 전자 부품은 보다 큰 전력을 보다 작은 공간에 집약하고 있으며, 그로 인해 전체 제품 설계에서 열 관리에 대한 상대적 중요성이 지속적으로 증가하고 있다. Recently, electronic equipment has become smaller and more compactly packed. Designers and manufacturers face the challenge of dissipating the heat generated within these devices using various thermal management systems. Thermal management has been developed to address the temperature increases occurring within these electronic devices due to the increased processing speed and power of these devices. The new generation of electronic components concentrates more power into smaller spaces, which continues to increase the relative importance of thermal management in the overall product design.
열 설계 공정의 필수적인 부분은 특정 제품 적용에 있어 최적의 열전소재("TIM")의 선택이다. 추가적으로 이들의 성능을 향상시키기 위해 전자 장치로부터 열의 발산을 돕도록 열 관리에 대한 새로운 설계가 제안되어 왔다. 다른 열 관리 기술이 열 발산용 전자 부품 부근에 쉽게 장착될 수 있는 "냉각판" 또는 다른 흡열원 등의 컨셉트를 이용한다. 흡열원이 전용의 열 전도성 금속 판일 수 있고, 또는 장치의 단순한 새시(chassis) 또는 회로 기판일 수 있다. An essential part of the thermal design process is the choice of the optimal thermoelectric material ("TIM") for the particular product application. In addition, new designs for thermal management have been proposed to help dissipate heat from electronic devices to improve their performance. Other thermal management techniques use concepts such as "cooling plates" or other heat sinks that can be easily mounted near heat dissipating electronic components. The heat sink may be a dedicated thermally conductive metal plate or may be a simple chassis or circuit board of the device.
계면을 통한 열전달 효율을 향상시키기 위해, 열 전도성 및 전기 절연 재료인 패드 또는 다른 층이 흡열원과 전자 부품 사이에 종종 개재되어, 임의 표면의 요철부를 충전하고 에어 포켓(air pocket)을 제거한다. 이런 목적으로 초기에는 산화알루미늄과 같은 열 전도성 충전재로 충전된 실리콘 그리스 또는 왁스와 같은 재료가 이용되었다. 이런 재료는 상온에서 일반적으로 반액체 또는 고체이지만, 고온에서 액화되거나 약화되어 유동함으로써 계면의 요철부에 양호하게 순응한다. In order to improve the heat transfer efficiency through the interface, pads or other layers, which are thermally conductive and electrically insulating materials, are often interposed between the heat sink and the electronic components to fill in uneven portions of any surface and to remove air pockets. Initially for this purpose a material such as silicone grease or wax filled with a thermally conductive filler such as aluminum oxide was used. Such materials are generally semi-liquid or solid at room temperature, but liquefy or weaken and flow at high temperatures to better conform to the uneven portions of the interface.
전술한 유형들 중 그리스 및 왁스는 일반적으로 자체 지지력이 없거나, 또는 상온에서 형태 안정성이 없기 때문에, 흡열원 또는 전자 부품의 계면에 적용하기가 어려운 것으로 생각된다. 결과적으로, 이들 재료는 통상적으로 취급이 용이한 가능한 필름, 기재, 웨브, 또는 다른 에어 포켓이 형성될 수 있는 표면들에 또는 표면들 사이에 다른 계면을 포함한 추가의 캐리어 형태로 제공된다. 또한, 이런 재료의 사용은 수작업 또는 전자 조립체에 의한 처리를 통상 필요로 하며, 이는 제조 비용을 상승시킨다.Greases and waxes of the foregoing types are generally considered to be difficult to apply to interfaces of endothermic sources or electronic components, because they generally do not have self-support or have no form stability at room temperature. As a result, these materials are typically provided in the form of additional carriers, including other interfaces between or between surfaces on which possible films, substrates, webs, or other air pockets can be formed, which are easy to handle. In addition, the use of such materials usually requires manual or electronic assembly processing, which increases manufacturing costs.
다르게는, 다른 방법은 실리콘 그리스 또는 왁스 대신에 경화 시트형 재료로 대체하는 것이다. 이런 재료는 고분자 바인더에 분산된 하나 이상의 열 전도성 입자 충전재를 함유할 수 있고, 경화 시트, 테이프, 패드 또는 필름의 형태로 제공될 수 있다. 통상의 바인더 재료는 통상의 충전재와 함께 실리콘, 우레탄, 열가소성 고무 및 다른 엘라스토머를 포함하며, 상기 충전재는 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연, 질화붕소 및 질화알루미늄을 포함한다. Alternatively, another method is to substitute a cured sheet-like material instead of silicone grease or wax. Such materials may contain one or more thermally conductive particulate fillers dispersed in a polymeric binder and may be provided in the form of a cured sheet, tape, pad or film. Conventional binder materials include silicones, urethanes, thermoplastic rubbers, and other elastomers with conventional fillers, which include aluminum oxide, magnesium oxide, zinc oxide, boron nitride, and aluminum nitride.
전술한 계면의 예시적인 재료는 알루미나 또는 질화붕소 충전 실리콘 또는 우레탄 엘라스토머이다. 또한, 미국 특허 제4,869,954호에는 열 에너지를 전달하기 위한 경화된 형태안정 시트형 열 전도성 재료가 개시되어 있다. 재료는 우레탄 바인더, 경화제, 및 하나 이상의 열 전도성 충전재로 형성된다. 충전재는 산화알루미늄, 질화알루미늄, 질화붕소, 산화마그네슘 또는 산화아연의 입자들을 포함할 수 있다. Exemplary materials of the aforementioned interfaces are alumina or boron nitride filled silicone or urethane elastomers. In addition, U. S. Patent No. 4,869, 954 discloses a cured morphologically stable sheet-like thermally conductive material for transferring thermal energy. The material is formed of a urethane binder, a curing agent, and one or more thermally conductive fillers. The filler may comprise particles of aluminum oxide, aluminum nitride, boron nitride, magnesium oxide or zinc oxide.
전술한 유형의 시트, 패드 및 테이프는 미국 특허 제5,359,768호에 보다 구체적으로 설명된 바와 같이, 반도체 칩과 같은 전자 부품 조립체의 전도 냉각을 위한 계면 재료로서 이용가능한 것으로 알려져 있다. 그러나, 일부 분야에서, 스프링, 클램프 등과 같은 체결 요소는 효과적인 열전달을 위한 충분한 표면을 달성하기 위해 이들 재료가 계면에 순응되도록 하기에 충분한 힘이 가해질 필요가 있다. 이는 실제 적용 분야에서 이들 재료를 사용함에 있어 확연한 단점에 해당한다.Sheets, pads, and tapes of the type described above are known to be available as interfacial materials for conducting cooling of electronic component assemblies, such as semiconductor chips, as described in more detail in US Pat. No. 5,359,768. However, in some applications, fastening elements, such as springs, clamps, and the like, need to be applied with sufficient force to allow these materials to conform to the interface to achieve sufficient surface for effective heat transfer. This is a significant disadvantage in using these materials in practical applications.
용이한 취급을 위해 상온에서 자체 지지 및 형태 안정한 상 변화 재료가 최근 소개되었지만, 이들 재료는 전자 부품의 작동 온도 범위 내의 온도에서 액화되거나 약화되어 계면에 보다 순응하는 점성의 틱소트로피 상(thixotropic phase)을 형성한다. 기판 표면상에 인쇄된 가열 스크린 또는 자립형 필름으로서 공급될 수 있는 이들 상 변화 재료는, 비교적 낮은 클램핑 압력 하에서 부품의 작동 온도 내에서 순응하며 유동하는 그리스(grease) 및 왁스처럼 매우 유사하게 기능을 한다. 이런 재료는 미국 특허 제6,054,198호에 구체적으로 설명되어 있다. Although self-supporting and morphologically stable phase change materials have been recently introduced at room temperature for ease of handling, these materials have a viscous thixotropic phase that liquefies or weakens at temperatures within the operating temperature range of the electronic component and is more compliant with the interface. To form. These phase change materials, which can be supplied as a heating screen or freestanding film printed on the substrate surface, function very similarly as grease and wax flowing and compliant within the operating temperature of the part under relatively low clamping pressures. . Such materials are described in detail in US Pat. No. 6,054,198.
통상의 산업 분야에서, 열 계면 재료는 열 화합물의 간층(interlayer)과 내부 및 외부 박리 라이너를 포함하는 테이프 또는 시트 형태로 공급될 수 있다. 열 화합물이 점착성을 내재하고 있지 않다면, 화합물이 흡열원의 열전달 표면에 도포될 시에 화합물 층의 일 측면은 감압 접착제(PSA)의 박층으로 코팅될 수 있다. 자동화 분배 및 도포의 용이함을 위해, 외부 박리 라이너와, 테이프 또는 시트의 화합물 간층은 일련의 개별 사전 크기 패드를 형성하도록 다이 컷(die cut)될 수 있다. 따라서, 각각의 패드는 내부 박리 라이너로부터 제거될 수 있고, 흡열원 제작자에 의해 수행될 수 있는 종래의 "필 및 스틱(peel and stick)" 방식으로 접착제 층을 이용하여 흡열원에 결합될 수 있다. In a typical industrial field, the thermal interface material may be supplied in the form of a tape or sheet comprising an interlayer of thermal compounds and inner and outer release liners. If the thermal compound is not inherent in stickiness, one side of the compound layer may be coated with a thin layer of pressure sensitive adhesive (PSA) when the compound is applied to the heat transfer surface of the endothermic source. For ease of automated dispensing and application, the outer release liner and the compound interlayer of the tape or sheet may be die cut to form a series of individual pre-sized pads. Thus, each pad may be removed from the inner release liner and coupled to the heat sink using an adhesive layer in a conventional " peel and stick " manner that can be performed by the heat sink manufacturer. .
미국 특허 제6,054,198호에는 흡열원과 같은 관련 방열 부재를 갖는 열 발생 전자 부품을 냉각시키기 위한 열 전도성 계면이 개시되어 있다. 계면은 제1 상의 상온에서 형태 안정적이고 제2 상에서 전자 부품과 방열 부재의 계면에 대해 사실상 순응하는 열 전도성 재료의 자체 지지층으로서 형성된다. 재료는 제1 상으로부터 제2 상으로 천이 온도를 가지며, 천이 온도는 전자 부품의 작동 온도 범위 내에 있다. U. S. Patent No. 6,054, 198 discloses a thermally conductive interface for cooling a heat generating electronic component having an associated heat dissipation member, such as a heat sink. The interface is formed as a self supporting layer of thermally conductive material that is form stable at room temperature of the first phase and substantially conforms to the interface of the electronic component and the heat dissipation member in the second phase. The material has a transition temperature from the first phase to the second phase, and the transition temperature is within the operating temperature range of the electronic component.
미국 특허 제7,208,192호에는 제1 표면과 제2 표면 사이의 갭을 충전하는 열적 및/또는 전기적 도전성 화합물의 적용에 대해 개시되어 있다. 유동성 형태 안정 화합물의 공급이 경화 폴리머 젤 성분과 입자 충전재 성분의 혼합물로서 제공된다. 화합물은 가해진 압력에 의해 표면들 중 하나 상에 마련된 노즐로부터 분배되며, 상기 하나의 표면은 표면들 사이의 갭을 충전하기 위해 대향 표면과 접촉한다. US Patent No. 7,208,192 discloses the application of thermally and / or electrically conductive compounds to fill the gap between the first and second surfaces. The supply of a flowable form stable compound is provided as a mixture of the cured polymer gel component and the particle filler component. The compound is dispensed from a nozzle provided on one of the surfaces by the pressure applied, which one surface is in contact with the opposing surface to fill the gap between the surfaces.
전술한 특허들 및 특허 출원들 각각의 개시 내용은 전체적으로 본 명세서에서 참조한다. The disclosures of each of the foregoing patents and patent applications are incorporated herein by reference in their entirety.
전술한 내용의 예로서, 열 관리에서 현재 사용되고 있는 다양한 재료 및 적용분야를 고려하여 볼 때, 열 관리 재료 및 적용에 대한 지속적인 개선이 전자 제조업체에 의해 좋은 반응을 얻을 것으로 기대되어 진다. As an example of the foregoing, given the various materials and applications currently used in thermal management, it is expected that continuous improvements in thermal management materials and applications will be well received by electronic manufacturers.
따라서, 본 발명의 목적은 높은 수준의 열전달 효율성 및 방열성을 제공하고, 특정 분야에서 양호한 순응성을 가지며, 제조 및 사용이 용이한, 개선된 열 관리 재료를 제공하는 것이다. It is therefore an object of the present invention to provide an improved thermal management material that provides a high level of heat transfer efficiency and heat dissipation, has good compliance in certain fields, and is easy to manufacture and use.
본 발명은 패키지, 백 또는 이와 유사한 수납체로 형성된 폴리이미드, 폴리아미드, 또는 다른 이런 재료와 같은 유전성 폴리머에 의해 캡슐화된 써멀 젤에 관한 것으로, 고가의 분배 장비를 이용한다거나 투자할 필요성을 배제하면서 완전히 경화된 분배 가능한 갭 충전재의 장점을 제공한다. 이는 용이한 픽 앤드 플레이스(pick-and-place) 기술과 사용이 편리한 제품의 폼 팩터를 유지하면서, 센서티브 분야에서 매우 순응성이 높은 재료의 이용을 사용자에게 허용한다. The present invention relates to a thermal gel encapsulated by a dielectric polymer such as polyimide, polyamide, or other such material formed into a package, bag or similar enclosure, completely eliminating the need for expensive dispensing equipment or investment. It provides the advantages of cured dispensable gap fillers. This allows users to use highly compliant materials in the sensitive field, while maintaining easy pick-and-place technology and easy-to-use form factors.
일 실시예에서, 본 발명은 두 개의 열전달 표면 사이에 위치되어 이들 표면들 사이에 열 경로를 제공하도록 구성된 순응형 열 전도성 계면에 관한 것으로, 계면은 고분자 재료를 포함하는 순응형 패키지에 캡슐화된 열 전도성 고분자 젤을 포함한다. 일 태양에서, 열 전도성 고분자 젤은 질화 붕소의 입자와 같은 열 전도성 입자 충전재를 함유한 실리콘 폴리머를 포함하고, 고분자 패키지 재료는 폴리이미드 또는 폴리아미드와 같은 유전성 폴리머이다. 다른 태양에서, 패키지는 열 전도성 젤을 캡슐화하는 가열 밀봉 가능한 고분자 재료의 두 개의 층을 포함하며, 그들 중 하나는 써멀 테이프(thermal tape) 층이다. In one embodiment, the invention relates to a compliant thermally conductive interface positioned between two heat transfer surfaces and configured to provide a thermal path between these surfaces, the interface being heat encapsulated in a compliant package comprising a polymeric material. Conductive polymer gel. In one aspect, the thermally conductive polymer gel comprises a silicone polymer containing a thermally conductive particulate filler, such as particles of boron nitride, and the polymeric package material is a dielectric polymer such as polyimide or polyamide. In another aspect, the package includes two layers of heat sealable polymer material encapsulating a thermally conductive gel, one of which is a thermal tape layer.
다른 실시예에서, 순응형 열 전도성 계면의 재료는 유전성 폴리머 또는 써멀 테이프의 제1 층 상에 열 전도성 고분자 젤을 분배함으로써 준비된다. 유전성 폴리머의 제2 층은 제1 층 위에 배치되고 제1 층에 대해 가열 밀봉되어(또는 접착제에 의해 밀봉되어) 열 전도성 젤을 캡슐화한다. 최종 젤 팩은 개별 부품으로서 제조되거나, 필요하다면 조립 라인에서 롤 형태로 젤 팩을 분배하도록 자동화 공정 기계를 이용하여 제조될 수 있다. 젤 팩 내 고분자 젤의 양은 소비자의 요구사항에 따라 달라질 수 있고 두께 요건의 범위에서 결정될 수 있다. 패키지 재료는 하중 인가시에 재료의 변위를 허용하도록 추가적으로 슬릿되거나 절단될 수 있다.In another embodiment, the material of the compliant thermally conductive interface is prepared by dispensing the thermally conductive polymer gel on the first layer of dielectric polymer or thermal tape. A second layer of dielectric polymer is disposed over the first layer and heat sealed to the first layer (or sealed by an adhesive) to encapsulate the thermally conductive gel. The final gel pack can be manufactured as a separate part or, if desired, using an automated process machine to dispense the gel pack in roll form on an assembly line. The amount of polymer gel in the gel pack can vary depending on the requirements of the consumer and can be determined within a range of thickness requirements. The package material may additionally be slit or cut to allow displacement of the material upon application of a load.
젤 팩은 젤 팩이 제1 열전달 표면과 제2 열전달 표면 사이에 배치될 수 있는 전자 장비에 사용될 수 있다. 제1 열전달 표면은 흡열원 또는 회로 기판과 같이 열을 흡수하도록 설계된 부품의 일부일 수 있다. 제2 열전달 표면은 전자 부품과 같은 발열원의 일부일 수 있다. 사용시, 젤 팩은 제1 표면과 제2 표면 사이에 배치되고 재료가 접합 표면에 순응할 수 있는 낮은 변위력 하에서 변위되며, 이에 의해 단지 낮은 폐쇄 압력을 이용하여 탁월한 열 전도성을 제공한다.Gel packs can be used in electronic equipment in which gel packs can be disposed between a first heat transfer surface and a second heat transfer surface. The first heat transfer surface may be part of a component designed to absorb heat, such as a heat sink or a circuit board. The second heat transfer surface can be part of a heat source such as an electronic component. In use, the gel pack is disposed between a first surface and a second surface and is displaced under a low displacement force that allows the material to conform to the bonding surface, thereby providing excellent thermal conductivity using only low closing pressures.
도 1은 젤을 캡슐화하도록 에지 부분에서 가열 밀봉된 두 개의 플라스틱 시트 재료 층들 사이에 개재된 열 전도성 젤을 포함하는 젤 팩을 도시하는 본 발명의 일 실시예의 단면도이다.
도 2는 젤을 캡슐화하도록 에지 부분에서 가열 밀봉된 플라스틱 시트 재료 층과 써멀 테이프 사이에 개재된 열 전도성 젤을 포함하는 젤 팩을 도시하는 본 발명의 다른 실시예의 단면도이다.
본 기술분야의 당업자는 도면에 도시된 요소들이 단순화 및 명료함을 위해 도시되었을 뿐 축적은 고려되지 않았음을 알 것이다. 예를 들면, 도면에 도시된 요소들 중 일부의 치수는 본 발명의 실시예들에 대한 이해를 돕기 위해 다른 요소에 비해 과장되어 도시될 수 있다. 일부 용어들은 그 의미를 제한하기 보다는 편이를 위해 상세한 설명에 기재된다. 1 is a cross-sectional view of one embodiment of the present invention showing a gel pack comprising a thermally conductive gel sandwiched between two layers of plastic sheet material heat sealed at an edge portion to encapsulate the gel.
2 is a cross-sectional view of another embodiment of the present invention showing a gel pack comprising a thermally conductive gel sandwiched between a thermally sealed plastic sheet material layer and a thermal tape at an edge portion to encapsulate the gel.
Those skilled in the art will appreciate that the elements depicted in the figures have been shown for simplicity and clarity and have not been considered accumulation. For example, the dimensions of some of the elements shown in the figures may be exaggerated relative to other elements to facilitate understanding of embodiments of the present invention. Some terms are set forth in the description for convenience rather than limiting their meaning.
본 발명은 전자 장비에 사용되는 부품들의 양 열전달 표면 사이에 위치되도록 구성된 열 전도성 젤 팩을 제공한다. 본 발명의 젤 팩은 현재 사용되고 있는 다른 제품들과 비교하여 증진된 열 관리를 위해 향상된 열전달 및 취급 특성이 있다. The present invention provides a thermally conductive gel pack configured to be positioned between both heat transfer surfaces of components used in electronic equipment. Gel packs of the present invention have improved heat transfer and handling properties for enhanced thermal management compared to other products currently in use.
본 명세서에서 사용되는 용어"열 관리(thermal management)"는 시스템 장애 또는 심각한 시스템 성능 저하를 회피하기 위해 미리 정해진 작동 온도 내에서 전자 장비의 온도 감지 소자를 유지하는 능력을 일컫는다. As used herein, the term “thermal management” refers to the ability to maintain a temperature sensing element of electronic equipment within a predetermined operating temperature to avoid system failure or severe system degradation.
"EMI 차폐(EMI shielding)"라는 용어는 전자기 적합성(electromagnetic compatibility; EMC), 전기 전도 및/또는 접지, 코로나 차폐, 무선 주파수 간섭 (RFI) 차폐, 그리고 정전기 방지, 즉 정전기 방전 (electro-static discharge; ESD) 보호를 포함하며, 이들과 교호적인 용어이다.The term "EMI shielding" refers to electromagnetic compatibility (EMC), electrical conduction and / or grounding, corona shielding, radio frequency interference (RFI) shielding, and antistatic, or electro-static discharge. ; ESD) protection, which is an alternative term for them.
"순응형(conformable)" 제품은 최소의 변형 또는 적은 힘에 의한 변형 특성에 따라 계면의 외형에 순응하기에 충분한 가요성을 나타내는 제품이다. A "conformable" product is one that exhibits sufficient flexibility to conform to the appearance of the interface, depending on the properties of deformation with minimal or small forces.
본 명세서에 설명된 바와 같이, 본 발명의 열 전도성 및/또는 전기 도전성 젤 팩은 인접한 열전달 표면들 사이에 개재되는 열 계면 물질로서 열 관리 조립체 내에서의 이런 젤 팩의 사용과 관련하여 원칙적으로 설명된다. 열 전달 표면은 전자 부품과 같은 열 발생 부품, 또는 흡열원(heat sink) 또는 전자 회로 기판과 같은 열 방사 구성요소의 일부일 수 있다. 그러나, 본 발명의 젤 팩은 본 발명의 범주 내에서 의도되는 다른 용도로도 사용될 수 있음을 본 기술분야의 당업자는 명확하게 이해할 것이다. As described herein, the thermally conductive and / or electrically conductive gel packs of the present invention are described in principle in connection with the use of such gel packs in thermal management assemblies as thermal interface materials interposed between adjacent heat transfer surfaces. do. The heat transfer surface may be part of a heat generating component, such as an electronic component, or a heat radiating component, such as a heat sink or electronic circuit board. However, it will be apparent to those skilled in the art that the gel pack of the present invention may also be used for other purposes intended within the scope of the present invention.
본 발명에 따르면, 열 전도성 폴리머 젤과 같은 열 전도성 물질을 함유하기 위한 내부 격실을 갖는 백 또는 다른 용기와 같은 가요성 및 순응형 플라스틱 패키지를 포함하는 젤 팩이 제공된다. 바람직하게는, 플라스틱은 폴리아미드 또는 폴리이미드와 같은 순응형 유전성 폴리머이다. In accordance with the present invention there is provided a gel pack comprising a flexible and compliant plastic package such as a bag or other container having an internal compartment for containing a thermally conductive material such as a thermally conductive polymer gel. Preferably, the plastic is a compliant dielectric polymer such as polyamide or polyimide.
패키지는 예를 들면 젤을 제1 플라스틱 층에 분배하고 제1 플라스틱 층 상에 제2 플라스틱 층을 배치하여 양 플라스틱 층 내에 젤을 캡슐화함으로써 2개의 플라스틱 재료 층으로 용이하게 형성될 수 있다. 다음, 플라스틱 층은 층들이 중첩되는 외측 에지부에서 가열 밀봉되거나 접착되어 젤 팩을 형성한다. 완성된 젤 팩은 회로 구성요소들과, 회로 기판들과, 전자 장비 및 전기 기구의 하우징들의 인접 표면들 사이의 갭, 또는 건물 구조체 등에서 발견될 수 있는 다른 인접 표면들 사이의 갭을 충진할 수 있도록 충분한 순응성을 가진다. The package can be easily formed from two layers of plastic material, for example by encapsulating the gel in both plastic layers by dispensing the gel into the first plastic layer and placing the second plastic layer on the first plastic layer. The plastic layer is then heat sealed or glued at the outer edge portion where the layers overlap to form a gel pack. The completed gel pack can fill gaps between circuit components, circuit boards, and adjacent surfaces of housings of electronic equipment and electrical appliances, or gaps between other adjacent surfaces that may be found in building structures, and the like. Have sufficient compliance to ensure.
본 발명의 폴리머 젤 구성요소로서 유용한 젤은 폴리오가노실록산(polyorganosiloxane)과 같은 폴리실록산인 실리콘에 기초한 젤과, 폴리우레탄(polyurethane), 폴리우레아(polyurea), 플루오르폴리머(fluoropolymer), 클로로설포네이트(chlorosulfonate), 폴리부타디엔(polybutadiene), 부틸(butyl), 네오프렌(neoprene), 니트라이트(nitrite), 폴리이소프렌(polyisoprene) 및 부나엔(buna-N)과 같은 열가소성 또는 열경화성일 수 있는 다른 폴리머에 기초한 젤과, 에틸렌 프로필렌(EPR), 스타이렌-이소프렌-스타이렌(styrene-isoprene-styrene; SIS), 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS), 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 니트릴 부타디엔(nitrile-butadiene; NBR), 스티렌-에틸렌-부타디엔(SEB) 및 스티렌-부타디엔(SBR)과 같은 코폴리머에 기초한 젤과, 에틸렌 또는 프로필렌-EPDM, EPR 또는 NBR과 같은 이들의 혼합에 기초한 젤을 포함한다. 적절한 써멀 젤은 순응성이 높고, 사전 경화되며 비교적 낮은 압축력만을 필요로 하는 단일 성분의 화합물인 THERM-A-GAP™ 겔 제품을 포함한다. Gels useful as the polymer gel component of the present invention include silicones based on polysiloxanes, such as polyorganosiloxanes, silicones, polyurethanes, polyurea, fluoropolymers, and chlorosulfonates. ), Gels based on other polymers, which may be thermoplastic or thermoset such as polybutadiene, butyl, neoprene, nitrite, polyisoprene and buta-N And ethylene propylene (EPR), styrene-isoprene-styrene (SIS), styrene-butadiene-styrene (SBS), ethylene-propylene-diene monomer (EPDM), nitrile-butadiene NBR), gels based on copolymers such as styrene-ethylene-butadiene (SEB) and styrene-butadiene (SBR), and gels based on their mixtures such as ethylene or propylene-EPDM, EPR or NBR; . Suitable thermal gels include THERM-A-GAP ™ gel products, which are single component compounds that are highly compliant, precured and require only relatively low compressive forces.
본 명세서에서 "폴리머 젤(polymer gel)" 또는 "고분자 젤(polymeric gel)"이라는 용어는 일반적으로 연속적 고분자 상 또는 네트워크(polymeric phase or network)를 포함할 수 있는 유동 확장 폴리머 시스템의 통상의 의미이며, 상기 고분자 상 또는 네트워크는 화학적으로, 예를 들면 이온 결합 또는 공유 결합일 수 있고, 또는 물리적으로 가교 상태일 수 있으며, 실리콘 또는 다른 오일과 같은 오일, 가소제, 미반응 모노머, 또는 네트워크의 간극(interstice)을 스웰(swell)하거나 충진하는 다른 유동 확장제(fluid extender)일 수 있다. 이런 네트워크의 가교 밀도와 확장액의 비율은 모듈, 즉 젤의 연성 및 다른 특성을 조정하기 위해 제어될 수 있다. 또한, "폴리머 젤(polymer gel)" 또는 "고분자 젤(polymeric gel)"이라는 용어는 다르게는 비교적 기다란 가교 체인에 의해 형성된 "헐거운(loose)" 가교 네트워크(cross-linking network)를 갖지만 예를 들면 유동 확장제는 결여된 유사젤(pseudogel) 또는 젤과 유사한 점탄성 특성을 갖는 젤로서 대략적으로 분류될 수 있는 물질을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. As used herein, the term "polymer gel" or "polymeric gel" is generally a conventional meaning of a flow expanding polymer system that may include a continuous polymeric phase or network. The polymer phase or network may be chemically, for example ionic or covalent, or may be physically crosslinked, and may contain an oil such as silicone or other oil, a plasticizer, an unreacted monomer, or a gap in a network ( other fluid extenders that swell or fill the interstice. The ratio of crosslinking density and expansion of such networks can be controlled to adjust the ductility and other properties of the module, ie the gel. Further, the term "polymer gel" or "polymeric gel" alternatively has a "loose" cross-linking network formed by relatively long crosslinking chains, but for example Flow expanding agents are to be understood to include pseudogels lacking or materials that can be roughly classified as gels with viscoelastic properties similar to gels.
본 발명의 일 태양에 따르면, 폴리머 젤 성분은 하나 이상의 열 전도성 충전재 입자를 포함할 수 있는 충전재 성분을 갖는 젤을 가함으로써 열 전도성을 나타낸다. 이와 관련하여, 폴리머 젤 성분은 일반적으로 바인더를 형성하며, 바인더에는 열 전도성 충전재가 분산된다. 충전재는 의도된 적용 분야에 적절한 열 전도성을 제공하기에 충분한 비율로 제공되며, 화합물의 총 중량에 대해 약 20% 내지 약 80% 사이의 양으로 가해질 것이다. 충전재의 크기 및 형상은 본 발명의 목적을 달성함에 있어 중요한 사안은 아니다. 이와 관련하여, 충전재는 중실의 또는 중공의 구체 또는 미소구체 플레이크(flake), 플레이트렛(platelet), 요철(irregular), 또는 세절되거나 분쇄된 섬유 또는 위스커(whisker)와 같은 섬유 모양을 포함하여 대략 "입자"로서 언급되는 임의의 일반적인 형상일 수 있지만, 균일한 분산과 균질의 기계적 및 열적 특성을 보장하기 위해 분말(powder)이 바람직하다. 충전재의 입자 크기 또는 분포는 입자의 직경, 계산상의 직경, 길이 또는 다른 치수일 수 있는 약 0.01 밀(mil) 내지 약 10 밀(0.25 ㎛ 내지 250 ㎛)의 범위가 통상적이지만, 충전되어질 갭의 두께에 따라 또한 달라질 수 있다. 필요에 따라, 충전재는 화합물이 유전성 또는 전기 절연성 및 열 전도성을 가질 수 있도록 전기 비전도성일 수 있다. 다르게는, 충전재는 전기적 고립이 필요하지 않은 적용 분야에서 전기 전도성일 수 있다. According to one aspect of the invention, the polymer gel component exhibits thermal conductivity by adding a gel having a filler component that may include one or more thermally conductive filler particles. In this regard, the polymer gel component generally forms a binder, in which the thermally conductive filler is dispersed. The filler is provided in a proportion sufficient to provide adequate thermal conductivity for the intended application and will be applied in an amount between about 20% and about 80% by weight of the total weight of the compound. The size and shape of the filler is not an important issue in achieving the object of the present invention. In this regard, the filler may comprise solid or hollow spheres or fibrous shapes, such as microsphere flakes, platelets, irregulars, or fibrous or shredded fibers or whiskers. It may be of any general shape referred to as "particle", but powder is preferred to ensure uniform dispersion and homogeneous mechanical and thermal properties. The particle size or distribution of the filler is typically in the range of about 0.01 mil to about 10 mils (0.25 μm to 250 μm), which can be the diameter of the particle, the calculated diameter, the length or other dimensions, but the thickness of the gap to be filled. It can also vary. If desired, the filler can be electrically nonconductive so that the compound can be dielectric or electrically insulating and thermally conductive. Alternatively, the filler may be electrically conductive in applications where no electrical isolation is required.
적절한 열 전도성 충전재는 일반적으로 산화물, 질화물, 탄화물, 디보라이드(diboride), 흑연 및 금속 입자, 그리고 이들의 혼합물을 포함하며, 보다 구체적으로는 질화 붕소(boron nitride)와, 티타늄 디보라이드(titanium diboride)와, 질화 알루미늄과, 탄화 규소와, 흑연과, 은, 알루미늄 및 구리와 같은 금속과, 알루미늄 산화물, 마그네슘 산화물, 아연 산화물, 베릴륨 산화물 및 안티모니 산화물과 같은 금속 산화물과, 이들의 혼합물을 포함한다. 이런 충전재는 적어도 약 20 W/m-K의 열 전도성을 특징적으로 나타낸다. 경제적인 관점에서는, 알루미늄 산화물, 즉 알루미나가 이용될 수 있고, 향상된 열 전도성의 관점에서는 질화 붕소가 이용되는 것이 바람직하다. 열 전도성 충전재가 가해지면, 화합물은 ASTM D5470 마다 적어도 약 0.5 W/m-K의 열 전도성을 통상적으로 나타낼 수 있고, 상기 열 전도성은 화합물 층의 두께에 따라 달라질 수 있다. Suitable thermally conductive fillers generally include oxides, nitrides, carbides, diborides, graphite and metal particles, and mixtures thereof, more specifically boron nitride and titanium diboride. ), Aluminum nitride, silicon carbide, graphite, metals such as silver, aluminum and copper, metal oxides such as aluminum oxide, magnesium oxide, zinc oxide, beryllium oxide and antimony oxide, and mixtures thereof do. Such fillers exhibit a thermal conductivity of at least about 20 W / m-K. From an economic point of view, aluminum oxide, i.e., alumina, can be used, and from the viewpoint of improved thermal conductivity, boron nitride is preferably used. When a thermally conductive filler is applied, the compound may typically exhibit a thermal conductivity of at least about 0.5 W / m-K per ASTM D5470, which thermal conductivity may vary depending on the thickness of the compound layer.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 폴리머 젤 성분은, 추가로 제공되거나, 즉 혼합되거나, 또는 열 전도성 충전재를 대신하여 제공될 수 있는 전기 도전성 충전재를 가함으로써 전기 도전성을 나타낼 수 있다. 또한, 선택된 충전재에 따라, 이런 충전재는 열 전도성 충전재와 전기 도전성 충전재로서 작용할 수 있다. 전기 도전성 재료의 사용은 EMI 차폐 특성을 젤에 제공한다. According to another aspect of the present invention, the polymer gel component may exhibit electrical conductivity by adding an electrically conductive filler that may be further provided, ie mixed, or provided in place of the thermally conductive filler. Also, depending on the filler selected, such fillers can act as thermally conductive fillers and electrically conductive fillers. The use of electrically conductive materials provides the gel with EMI shielding properties.
적절한 전기 전도성 충전재는 니켈, 구리, 주석, 알루미늄 및 니켈과 같은 귀금속 및 비귀금속과, 은 도금 구리, 니켈, 알루미늄, 주석 또는 금과 같은 귀금속 도금 귀금속 또는 비귀금속과, 니켈 도금 구리 또는 은과 같은 비귀금속 도금 귀금속 및 비귀금속과, 은 또는 니켈 도금 흑연, 유리, 세라믹, 플라스틱, 엘라스토머 또는 운모(mica)와 같은 귀금속 또는 비귀금속 도금 비귀금속과, 이들의 혼합물을 포함한다. 또한, 이러한 형태의 특정 형상이 본 발명에서 중요한 사안으로 고려되지 않지만, 충전재는 다시 "입자" 형태로서 대략 분류될 수 있고, 중공의 또는 중실의 미세구체, 탄성 벌룬, 플레이트, 플레이트렛, 섬유, 로드(rod), 요철 형상 입자, 또는 이들의 혼합체를 포함하여, 본 발명과 관련된 유형의 도전성 재료의 제조 및 제제(formulation)와 통상적으로 관련되어 있는 임의의 형상을 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 충전재의 입자 크기는 중요한 사안으로 고려되지 않으며, 좁거나 넓은 분포 또는 범위일 수 있지만, 일반적으로는 약 0.250 ㎛ 내지 약 250 ㎛이다.Suitable electrically conductive fillers include precious metals and non-noble metals such as nickel, copper, tin, aluminum and nickel, precious metals such as silver plated copper, nickel, aluminum, tin or gold, precious metals or non-noble metals such as nickel, copper, silver and nickel plated copper or silver Non-noble Metal Plating Precious metals and non-noble metals, and silver or nickel plated graphite, glass, ceramics, plastics, elastomers or mica such as mica, and non-noble metal plating non-noble metals, and mixtures thereof. In addition, while certain shapes of this form are not considered important issues in the present invention, fillers can again be roughly classified as "particle" forms and include hollow or solid microspheres, elastic balloons, plates, platelets, fibers, It may include any shape that is commonly associated with the manufacture and formulation of conductive materials of the type related to the present invention, including rods, uneven particles, or mixtures thereof. Similarly, the particle size of the filler is not considered to be an important issue and may be a narrow or wide distribution or range, but is generally about 0.250 μm to about 250 μm.
써멀 젤은 유전성 폴리머에 젤을 캡슐화함으로써 플라스틱 필름에 팩키징될 수 있다. 예시적인 유전성 폴리머는 폴리이미드(예를 들면, Kapton®), 폴리아미드 및 코폴리머와, 이들의 혼합체와 같은 다양한 열가소성 폴리머를 포함한다. 이들 열가소성 폴리머는 필름으로 성형되어 에지 부분에서 가열 밀봉될 수 있고, 이에 의해 써멀 젤이 밀봉형 백 또는 파우치에 수납된다. 실제로, 써멀 젤은 폴리머 필름인 제1 층에 증착되고, 폴리머 필름인 제2 층은 제1 필름 층 상에 배치되어 이에 가열 밀봉된다. 일 실시예에서, 제1 층과 제2 층은 유전성 폴리머 필름 층이며, 동일한 폴리머로 형성되는 것이 바람직하다. 다른 실시예에서, 층들 중 하나, 통상적으로 바닥 층은 써멀 테이프이다. 적절한 써멀 테이프는 폴리이미드 캐리어에 기초하여 탁월한 유전 강도를 갖는 THERMATTACH® 열 전도성 부착형 테이프이다. The thermal gel can be packaged in a plastic film by encapsulating the gel in a dielectric polymer. Exemplary dielectric polymers include various thermoplastic polymers such as polyimides (eg, Kapton®), polyamides and copolymers, and mixtures thereof. These thermoplastic polymers can be molded into films and heat sealed at the edge portions, whereby the thermal gel is stored in a sealed bag or pouch. In practice, the thermal gel is deposited on a first layer that is a polymer film, and a second layer that is a polymer film is disposed on and heat sealed to the first film layer. In one embodiment, the first and second layers are dielectric polymer film layers, preferably formed of the same polymer. In another embodiment, one of the layers, typically the bottom layer, is a thermal tape. Suitable thermal tapes are THERMATTACH® thermally conductive adhesive tapes with excellent dielectric strength based on polyimide carriers.
다수의 젤 팩은 조립 라인에서 자동화 조립 공정을 통해 유리하고 효율적으로 제조될 수 있으며, 이에 따라 팩은 롤 형태로 생산되고 사용 전에 개별적으로 절단될 수 있다. Many gel packs can be produced advantageously and efficiently through an automated assembly process on an assembly line, so that the packs can be produced in roll form and individually cut before use.
젤 팩은 제1 열전달 표면과 제2 열전달 표면 사이의 중간에 배치되어 전자 설비에 사용되도록 구성됨으로써 이들 표면들 사이에 열 경로를 제공한다. 하나의 열전달 표면이 흡열원 또는 전자 회로 기판과 같이 열을 흡수하도록 설계된 구성요소일 수 있다. (대향하는) 다른 열전달 표면은 열 발생 전자 부품과 같은 발열원일 수 있다. 대향하는 열전달 표면은 약 1℃-in2/W (6℃-㎠/W)보다 낮은 열 임피던스를 가지는 것이 바람직하다. The gel pack is disposed between the first heat transfer surface and the second heat transfer surface and configured for use in electronic equipment to provide a thermal path between these surfaces. One heat transfer surface may be a component designed to absorb heat, such as a heat sink or an electronic circuit board. The other (opposing) heat transfer surface may be a heat generating source, such as a heat generating electronic component. The opposing heat transfer surface preferably has a thermal impedance lower than about 1 ° C.-in 2 / W (6 ° C.-
본 발명의 범주 내에 있는 통상의 전자 기기는, 예를 들면 자동화 전자 부품 및 시스템과, 텔레콤 기반 스테이션과, 컴퓨터 모니터 및 플라즈마 TV와 같은 가정용 전자제품을 포함할 수 있다. Typical electronic devices within the scope of the present invention may include, for example, automated electronic components and systems, telecom-based stations, home electronics such as computer monitors and plasma TVs.
도면들을 참조하면, 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 써멀 젤 팩에 대한 두 개의 실시예를 도시하고 있다. 도 1에는 유전성 폴리머 필름인 상부 층(2)과 하부 층(3)에 의해 캡슐화된 써멀 젤(1)이 도시되어 있다. 필름의 상부 층과 하부 층의 에지는 젤을 수용하도록 가열 밀봉된다. 도 2는 도 1과 유사한 도면으로, 유전성 폴리머(5)인 상부 필름 층과 써멀 테이프(6)인 하부 층에 의해 캡슐화된 써멀 젤(4)을 도시하고 있다. 본 발명의 써멀 젤 팩은 개별적으로 준비될 수 있고, 또는 자동화 제조 공정을 통해 준비된 다수개의 이런 팩의 일부일 수 있다.1 and 2 show two embodiments of a thermal gel pack according to the present invention. 1 shows a
임의의 변형이 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고 본 발명의 범주 내에서 이루어질 수 있음을 알 것이며, 전술한 상세한 설명에 포함된 모든 내용은 단지 예시로서 이에 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 인용된 임의의 우선권 서류를 포함한 모든 문헌은 전체적으로 본 명세서에 합체된다. It will be appreciated that any modification may be made within the scope of the invention without departing from the spirit of the invention, and all of the details contained in the above description are by way of example only and not intended to be limiting. All documents, including any priority documents cited herein, are incorporated herein in their entirety.
Claims (26)
젤 팩은 고분자 재료 층을 포함하는 순응형 패키지에 캡슐화된 열 전도성 고분자 젤을 포함하는 젤 팩.A compliant thermally conductive gel pack positioned midway between the first heat transfer surface and the second heat transfer surface opposite it, the heat transfer gel pack being configured to provide a heat path between these surfaces;
The gel pack is a gel pack comprising a thermally conductive polymer gel encapsulated in a compliant package comprising a layer of polymeric material.
제1 열전달 표면과,
상기 제1 열전달 표면에 대향하는 제2 열전달 표면과,
순응형 열전도성 젤 팩을 포함하며,
상기 순응형 열전도성 젤 팩은 상기 제1 열전달 표면과 상기 제2 열전달 표면 사이의 중간에 배치되어 이들 표면들 사이에 열 전도성 경로를 제공하며, 젤 팩은 고분자 재료인 적어도 하나의 층을 포함한 순응형 패키지에 캡슐화된 열 전도성 고분자 젤을 포함하는 열 관리 조립체.Thermal management assembly,
A first heat transfer surface,
A second heat transfer surface opposite the first heat transfer surface,
Includes a compliant thermally conductive gel pack,
The compliant thermally conductive gel pack is disposed midway between the first heat transfer surface and the second heat transfer surface to provide a thermally conductive path between these surfaces, and the gel pack includes at least one layer of polymeric material. A thermal management assembly comprising a thermally conductive polymer gel encapsulated in a mold package.
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