KR20110076875A - 열 전도성 젤 팩 - Google Patents

열 전도성 젤 팩 Download PDF

Info

Publication number
KR20110076875A
KR20110076875A KR1020117005512A KR20117005512A KR20110076875A KR 20110076875 A KR20110076875 A KR 20110076875A KR 1020117005512 A KR1020117005512 A KR 1020117005512A KR 20117005512 A KR20117005512 A KR 20117005512A KR 20110076875 A KR20110076875 A KR 20110076875A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gel
heat transfer
transfer surface
gel pack
thermal management
Prior art date
Application number
KR1020117005512A
Other languages
English (en)
Inventor
에오인 오리어던
필립 블레이델
게리 우드
마이클 에이치. 버니언
하리시 뤼티
Original Assignee
파커-한니핀 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 파커-한니핀 코포레이션 filed Critical 파커-한니핀 코포레이션
Publication of KR20110076875A publication Critical patent/KR20110076875A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20436—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing
    • H05K7/20445—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing the coupling element being an additional piece, e.g. thermal standoff
    • H05K7/20454—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing the coupling element being an additional piece, e.g. thermal standoff with a conformable or flexible structure compensating for irregularities, e.g. cushion bags, thermal paste
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3737—Organic materials with or without a thermoconductive filler
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/095—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00 with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials provided in the groups H01L2924/013 - H01L2924/0715
    • H01L2924/097—Glass-ceramics, e.g. devitrified glass
    • H01L2924/09701—Low temperature co-fired ceramic [LTCC]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/301—Electrical effects
    • H01L2924/3011—Impedance

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

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.

Description

열 전도성 젤 팩 {THERMALLY CONDUCTIVE GEL PACKS}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2008년 9월 26일자로 출원된 미국 특허 가출원 제61/100,297호의 우선권을 주장하며, 그 내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
전술한 특허들 및 특허 출원들 각각의 개시 내용은 전체적으로 본 명세서에서 참조한다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
"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.
"순응형(conformable)" 제품은 최소의 변형 또는 적은 힘에 의한 변형 특성에 따라 계면의 외형에 순응하기에 충분한 가요성을 나타내는 제품이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims (26)

  1. 제1 열전달 표면과 이에 대향하는 제2 열전달 표면 사이의 중간에 위치되어 이들 표면 사이에 열 경로를 제공하도록 구성되는 순응형 열 전도성 젤 팩이며,
    젤 팩은 고분자 재료 층을 포함하는 순응형 패키지에 캡슐화된 열 전도성 고분자 젤을 포함하는 젤 팩.
  2. 제1항에 있어서, 제1 열전달 표면 또는 제2 열전달 표면 중 하나는 발열원에 위치되는 젤 팩.
  3. 제2항에 있어서, 발열원은 전자 부품이고, 제1 열전달 표면 또는 제2 열전달 표면 중 다른 하나는 열 발산 부재에 위치되는 젤 팩.
  4. 제3항에 있어서, 열 발산 부재는 흡열원 또는 회로 기판인 젤 팩.
  5. 제1항에 있어서, 젤은 실리콘 폴리머를 포함하는 젤 팩.
  6. 제1항에 있어서, 젤은 열 전도성 입자 충전재로 충전되는 젤 팩.
  7. 제6항에 있어서, 입자 충전재는 질화 붕소, 티타늄 디보라이드, 질화 알루미늄, 탄화 규소, 흑연, 금속, 금속 산화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 젤 팩.
  8. 제6항에 있어서, 충전된 젤은 약 20 내지 80 중량%의 충전재를 포함하는 젤 팩.
  9. 제6항에 있어서, 충전재는 적어도 약 20 W/m-K의 열 전도성을 가지는 젤 팩.
  10. 제6항에 있어서, 충전된 젤은 적어도 약 0.5 W/m-K의 열 전도성을 가지는 젤 팩.
  11. 제1항에 있어서, 계면은 약 1℃-in2/W (6℃-㎠/W)보다 낮은 열 임피던스를 가지는 젤 팩.
  12. 제1항에 있어서, 패키지의 층을 형성하는 고분자 재료는 유전체인 젤 팩.
  13. 제1항에 있어서, 패키지의 층을 형성하는 고분자 재료는 폴리이미드, 폴리아미드 및 코폴리머, 그리고 이들의 혼합체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 젤 팩.
  14. 열 관리 조립체이며,
    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.
  15. 제14항에 있어서, 제1 열전달 표면 또는 제2 열전달 표면 중 하나는 발열원에 위치되는 열 관리 조립체.
  16. 제15항에 있어서, 발열원은 전자 부품이고, 제1 열전달 표면 또는 제2 열전달 표면 중 다른 하나는 열 발산 부재에 위치되는 열 관리 조립체.
  17. 제16항에 있어서, 열 발산 부재는 흡열원 또는 회로 기판인 열 관리 조립체.
  18. 제14항에 있어서, 젤은 실리콘 폴리머를 포함하는 열 관리 조립체.
  19. 제14항에 있어서, 젤은 열 전도성 입자 충전재로 충전되는 열 관리 조립체.
  20. 제19항에 있어서, 입자 충전재는 질화 붕소, 티타늄 디보라이드, 질화 알루미늄, 탄화 규소, 흑연, 금속, 금속 산화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 열 관리 조립체.
  21. 제19항에 있어서, 충전된 젤은 약 20 중량% 내지 약 80 중량%의 충전재를 포함하는 열 관리 조립체.
  22. 제19항에 있어서, 충전재는 적어도 약 20 W/m-K의 열 전도성을 가지는 열 관리 조립체.
  23. 제19항에 있어서, 충전된 젤은 적어도 약 0.5 W/m-K의 열 전도성을 가지는 열 관리 조립체.
  24. 제14항에 있어서, 계면은 약 1℃-in2/W (6℃-㎠/W)보다 낮은 열 임피던스를 가지는 열 관리 조립체.
  25. 제14항에 있어서, 패키지의 층을 형성하는 고분자 재료는 유전체인 열 관리 조립체.
  26. 제14항에 있어서, 패키지의 층을 형성하는 고분자 재료는 폴리이미드, 폴리아미드 및 코폴리머, 그리고 이들의 혼합체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 열 관리 조립체.
KR1020117005512A 2008-09-26 2009-09-24 열 전도성 젤 팩 KR20110076875A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10029708P 2008-09-26 2008-09-26
US61/100,297 2008-09-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20110076875A true KR20110076875A (ko) 2011-07-06

Family

ID=41403006

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117005512A KR20110076875A (ko) 2008-09-26 2009-09-24 열 전도성 젤 팩

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20110308781A1 (ko)
EP (1) EP2329702A1 (ko)
JP (1) JP2012503890A (ko)
KR (1) KR20110076875A (ko)
CN (1) CN102150484A (ko)
TW (1) TWI457425B (ko)
WO (1) WO2010036784A1 (ko)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5462415B2 (ja) 2010-09-10 2014-04-02 メディヴァンス インコーポレイテッド 医療用冷却パッド
US9622907B2 (en) 2010-09-10 2017-04-18 Medivance Incorporated Cooling medical pad
TW201241603A (en) 2011-04-08 2012-10-16 Asustek Comp Inc Motherboard
CN103188916A (zh) * 2011-12-30 2013-07-03 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 散热装置及带有该散热装置的电子设备
US20140214138A1 (en) * 2013-01-29 2014-07-31 Medivance Incorporated Hybrid medical cooling pad with increased water flow area
CN104640413A (zh) * 2013-11-08 2015-05-20 极致科技有限公司 软性热传递组件
US9615486B2 (en) * 2014-03-26 2017-04-04 General Electric Company Thermal interface devices
US10111363B2 (en) * 2014-12-04 2018-10-23 Microsoft Technology Licensing, Llc System for effectively transfering heat from electronic devices and method for forming the same
US10441458B2 (en) 2015-01-27 2019-10-15 Medicance Incorporated Medical pad and system for thermotherapy
JP2016219599A (ja) * 2015-05-20 2016-12-22 株式会社リコー 電子機器および熱拡散体
FR3042309B1 (fr) * 2015-10-09 2017-12-15 Commissariat Energie Atomique Structure dbc amelioree dotee d'un support integrant un materiau a changement de phase
US10791651B2 (en) 2016-05-31 2020-09-29 Carbice Corporation Carbon nanotube-based thermal interface materials and methods of making and using thereof
US10660208B2 (en) * 2016-07-13 2020-05-19 General Electric Company Embedded dry film battery module and method of manufacturing thereof
TWI755492B (zh) 2017-03-06 2022-02-21 美商卡爾拜斯有限公司 基於碳納米管的熱界面材料及其製造和使用方法
WO2018208966A1 (en) * 2017-05-09 2018-11-15 Ball Aerospace & Technologies Corp. Planar phased array antenna
JP6886698B2 (ja) * 2017-06-29 2021-06-16 北川工業株式会社 熱伝導液パック
AT521329B1 (de) * 2018-06-12 2020-03-15 Miba Ag Akkumulator
CN108777927B (zh) * 2018-06-26 2019-11-26 联想(北京)有限公司 一种散热装置、方法及电子设备
JP6825661B2 (ja) * 2019-08-26 2021-02-03 株式会社リコー 電子機器および熱拡散体
US10980152B1 (en) * 2019-11-11 2021-04-13 Seagate Technology Llc Thermal rectification with phase change materials
US12021305B1 (en) 2021-06-23 2024-06-25 Bae Systems Space & Mission Systems Inc. Conformal antenna system
CN114539782A (zh) * 2022-01-18 2022-05-27 深圳先进电子材料国际创新研究院 一种降低接触热阻导热凝胶的方法及其应用

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4092697A (en) * 1976-12-06 1978-05-30 International Business Machines Corporation Heat transfer mechanism for integrated circuit package
DE3367149D1 (en) 1982-12-16 1986-11-27 Hasler Ag Flat bag filled with heat-conducting liquid or paste
US4852646A (en) * 1987-06-16 1989-08-01 Raychem Corporation Thermally conductive gel materials
US4997032A (en) * 1987-09-25 1991-03-05 Minnesota Mining And Manufacturing Company Thermal transfer bag
US5000256A (en) * 1990-07-20 1991-03-19 Minnesota Mining And Manufacturing Company Heat transfer bag with thermal via
US5485671A (en) * 1993-09-10 1996-01-23 Aavid Laboratories, Inc. Method of making a two-phase thermal bag component cooler
US5640303A (en) * 1995-10-30 1997-06-17 Precision Connector Designs, Inc. Interconnection apparatus for semiconductor/integrated circuit devices
AU723258B2 (en) 1996-04-29 2000-08-24 Parker-Hannifin Corporation Conformal thermal interface material for electronic components
JPH11177264A (ja) * 1997-12-16 1999-07-02 Pfu Ltd 携帯型電子機器の収納ケース
US5966288A (en) * 1998-05-22 1999-10-12 Northern Telecom Limited Assemblies of electronic devices and flexible containers thereof
US20020086600A1 (en) * 2000-12-29 2002-07-04 Prosenjit Ghosh Thermal interface medium
JP3712943B2 (ja) * 2001-02-08 2005-11-02 富士高分子工業株式会社 熱軟化放熱シート及びこれを用いた放熱シート
JP3536824B2 (ja) * 2001-03-30 2004-06-14 ミノルタ株式会社 基板の放熱構造
JP3938681B2 (ja) * 2001-11-21 2007-06-27 信越化学工業株式会社 放熱構造体
US6597575B1 (en) * 2002-01-04 2003-07-22 Intel Corporation Electronic packages having good reliability comprising low modulus thermal interface materials
US7208192B2 (en) 2002-05-31 2007-04-24 Parker-Hannifin Corporation Thermally or electrically-conductive form-in-place gap filter
JP2004363568A (ja) * 2003-05-09 2004-12-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 回路素子内蔵モジュール
US7063127B2 (en) * 2003-09-18 2006-06-20 International Business Machines Corporation Method and apparatus for chip-cooling
JP2005273592A (ja) * 2004-03-26 2005-10-06 Nippon Densan Corp 遠心ファン
KR20060021707A (ko) * 2004-09-03 2006-03-08 엘지전자 주식회사 플라즈마 디스플레이 패널용 티씨피의 히트 싱크 어셈블리장치
US7280355B2 (en) * 2005-05-11 2007-10-09 Taylor Paul G Apparatus for use with laptop computer
US20070051773A1 (en) * 2005-09-02 2007-03-08 Ruchert Brian D Thermal interface materials, methods of preparation thereof and their applications
TWI270187B (en) * 2005-12-19 2007-01-01 Polytronics Technology Corp Thermal conductive apparatus and manufacturing method thereof
US7551439B2 (en) * 2006-03-28 2009-06-23 Delphi Technologies, Inc. Fluid cooled electronic assembly
JP5381102B2 (ja) * 2006-11-01 2014-01-08 日立化成株式会社 熱伝導シート、その製造方法及び熱伝導シートを用いた放熱装置
WO2008075574A1 (ja) * 2006-12-19 2008-06-26 Hitachi Chemical Co., Ltd. 放熱材
US8448693B2 (en) * 2007-02-08 2013-05-28 Lundell Manufacturing Corporation Sealed thermal interface component

Also Published As

Publication number Publication date
EP2329702A1 (en) 2011-06-08
TWI457425B (zh) 2014-10-21
WO2010036784A1 (en) 2010-04-01
JP2012503890A (ja) 2012-02-09
US20110308781A1 (en) 2011-12-22
CN102150484A (zh) 2011-08-10
TW201026834A (en) 2010-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20110076875A (ko) 열 전도성 젤 팩
US7208192B2 (en) Thermally or electrically-conductive form-in-place gap filter
US11610831B2 (en) Methods for establishing thermal joints between heat spreaders or lids and heat sources
US8119191B2 (en) Dispensable cured resin
US20160315030A1 (en) Reusable thermoplastic thermal interface materials and methods for establishing thermal joints between heat sources and heat dissipating/removal structures
US20150334871A1 (en) Thermal interface materials with thin film sealants
US8837151B2 (en) Memory modules including compliant multilayered thermally-conductive interface assemblies
US20150301568A1 (en) Thermal Solutions and Methods for Dissipating Heat from Electronic Devices Using the Same Side of an Anisotropic Heat Spreader
US20140368992A1 (en) Methods For Establishing Thermal Joints Between Heat Spreaders and Heat Generating Components Using Thermoplastic and/or Self-Healing Thermal Interface Materials
US20120133072A1 (en) Fully-cured thermally or electrically conductive form-in-place gap filler
MX2011008921A (es) Producto de espuma termicamente conductor.
US20100321897A1 (en) Compliant multilayered thermally-conductive interface assemblies
KR101367040B1 (ko) 분배성 경화 수지
JPH10308485A (ja) 複合熱インターフェース用アセンブリ
CN213401173U (zh) 热界面材料件和包括热界面材料件的电子装置
CN214012524U (zh) 导电导热垫圈、电装置
TW202223925A (zh) 導電導熱墊圈
JP3191158U (ja) 熱伝導性ゲルパック
US20190221495A1 (en) Method and Apparatus of Operating a Compressible Thermal Interface
JP2001523047A (ja) 非導電性熱放散器構成要素
CN114628055A (zh) 导电导热垫圈、制造导电导热垫圈的方法、电装置
CN102985510B (zh) 完全固化的热或电-传导性原地形成间隙填料
Chung Ball-grid-array package thermal management

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application