TWI731123B - 凝膠型熱介面材料 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示一種熱介面材料，其包含至少一種聚矽氧烷、至少一種導熱填料及至少一種包含胺及烷基官能基二者之黏著促進劑。
Description
本發明大體上係關於熱介面材料，及更特定言之凝膠型熱介面材料。
熱介面材料(TIM)廣泛用於諸如中央處理器、視訊圖形陣列、伺服器、遊戲機、智慧型手機、LED板等之電子組件之散熱。熱介面材料通常用於將電子組件之過熱轉移至散熱器(諸如散熱座)。 圖1說明包括熱介面材料之典型電子封裝結構10。電子封裝結構10說明性地包括發熱組件(諸如電子晶片12)及一或多個散熱組件(諸如散熱器14及散熱座16)。說明性散熱器14及散熱座包括金屬、金屬合金或鍍金屬基板(諸如銅、銅合金、鋁、鋁合金或鍍鎳銅)。TIM材料(諸如TIM 18及TIM 20)提供發熱組件與一或多個散熱組件之間之熱連接。電子封裝結構10包括連接電子晶片12與散熱器14之第一TIM 18。TIM 18通常係稱作「TIM 1」。電子封裝結構10包括連接散熱器14與散熱座16之第二TIM 20。TIM 20通常係稱作「TIM 2」。於另一實施例中，電子封裝結構10不包括散熱器14及TIM(未顯示)將電子晶片12直接連接至散熱座16。此將電子晶片12直接連接至散熱座16之TIM通常係稱作TIM 1.5。 傳統熱介面材料包括諸如間隙墊之組件。然而，間隙墊具有某些缺點，諸如無力滿足非常小厚度需求及難以用於自動化生產。 其他熱介面材料包括凝膠產品。凝膠產品可自動分散用於大規模生產及可形成為所需形狀及厚度。然而，典型凝膠產品於溫度循環試驗中具有滴液及開裂問題，包括於極端情況下該產品可潛在地更可能失效。 前文之改善係所需的。
本發明提供可用於轉移來自發熱電子裝置(諸如電腦晶片)之熱量至散熱結構(諸如散熱器及散熱座)中之熱介面材料。 根據本發明之一實施例，該熱介面材料包含至少一種聚矽氧烷、至少一種矽烷偶聯劑、至少一種導熱填料及至少一種黏著促進劑。於一示例性實施例中，該黏著促進劑包含胺及烷基官能基二者。 於任何上述實施例之一更特定實施例中，該黏著促進劑為官能化聚矽氧烷。於一甚至更特定實施例中，該黏著促進劑具有下式：
其中：A包括胺基； B包括烷基； R各者係獨立地選自甲基及乙基；且 a及b為獨立地選自1與100之間之整數。 於任何上述實施例之一甚至更特定實施例中，胺基各者係選自由第一胺基、第二胺基及第三胺基組成之群。於任何上述實施例之一更特定實施例中，該胺基係選自由下列組成之群：3-胺基丙基、3-胺基異丁基、11-胺基十一烷基、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基、N-(2-胺基乙基)-3-胺基異丁基、N-(6-胺基己基)-胺基甲基、N-(6-胺基己基)-3-胺基丙基、N-(2-胺基乙基)-11-胺基十一烷基及3-(2-胺基乙基)-3-胺基異丁基。於任何上述實施例之一更特定實施例中，烷基各者包含3至20個碳原子。 於任何上述實施例之一更特定實施例中，該黏著促進劑具有800道爾頓至3000道爾頓之重均分子量。 於任何上述實施例之一更特定實施例中，該黏著促進劑包含0.1重量%至5重量%之熱介面材料，基於該熱介面材料之總重量計。 於任何上述實施例之一更特定實施例中，該聚矽氧烷包含2重量%至20重量%之熱介面材料，基於該熱介面材料之總重量計。 於任何上述實施例之一更特定實施例中，該熱介面材料包含矽烷偶聯劑。於一甚至更特定特定實施例中，該矽烷偶聯劑為烷基三烷氧基矽烷，諸如十六烷基三甲氧基矽烷。 於任何上述實施例之一更特定實施例中，該矽烷偶聯劑包含0.1重量%至5重量%之熱介面材料，基於該熱介面材料之總重量計。 於任何上述實施例之一更特定實施例中，該導熱填料係選自鋁、銅、銀、鋅、鎳、錫、銦、鉛、碳、石墨、碳奈米管、碳纖維、石墨烯、氮化矽、氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、氧化鋅及氧化錫。於任何上述實施例之一更特定實施例中，該導熱填料包含第一導熱填料及第二導熱填料，其中該第一導熱填料為金屬且該第二導熱填料為金屬氧化物。於一甚至更特定實施例中，該第一導熱填料具有大於1微米之粒徑且該第二導熱填料具有小於1微米之粒徑。於一仍更特定實施例中，該第一導熱填料與該第二導熱填料之比率為1.5:1至3:1。 於任何上述實施例之一更特定實施例中，該導熱填料包含50重量%至95重量%之熱介面材料，基於熱介面材料之總重量計。 根據本發明之一實施例，一種電子組件包含散熱座、電子晶片及具有第一表面層與第二表面層之熱介面材料，該熱介面材料定位在散熱座與電子晶片之間，該熱介面材料包含：至少一種矽氧樹脂彈性體、至少一種矽烷偶聯劑、至少一種導熱填料及至少一種包含胺及烷基官能基二者之黏著促進劑。於一些實施例中，該熱介面材料係根據任何上述實施例。於第一更特定實施例中，第一表面層與電子晶片之表面接觸及第二表面層與散熱座接觸。於第二更特定實施例中，電子組件另外包含定位在散熱座與電子晶片之間之散熱器，其中第一表面層與電子晶片之表面接觸及第二表面層與散熱器接觸。於第三更特定實施例中，電子組件另外包含定位在散熱座與電子晶片之間之散熱器，其中第一表面層與散熱器之表面接觸及第二表面層與散熱座接觸。
相關申請案之交互參照
本申請案主張2016年7月26日申請之美國臨時專利申請案序號62/366,694之優先權，該案之揭示內容在此明確地以其全文引用之方式併入本文中。A. 熱介面材料
本發明係關於可用於自電子組件轉移走熱量之熱介面材料(TIM)。於一示例性實施例中，TIM包含至少一種聚矽氧烷、至少一種導熱填料及至少一種包含胺及烷基官能基二者之黏著促進劑。 於一些實施例中，TIM可視情況包含一或多種下列組分：矽烷偶聯劑、有機塑化劑、表面活性劑及助熔劑。1. 聚矽氧烷
該TIM包含一或多種聚矽氧烷。該聚矽氧烷包含一或多種藉由觸媒交聯之可交聯基團(諸如乙烯基、氫化物、羥基及丙烯酸酯官能基)。於一實施例中，該一或多種聚矽氧烷包括聚矽氧油。於一實施例中，該一或多種聚矽氧烷包括第一聚矽氧油與第二聚矽氧油，其中該第一聚矽氧油為乙烯基官能化之聚矽氧油及該第二聚矽氧油為氫化物官能化之聚矽氧油。該聚矽氧烷將導熱填料潤濕並形成用於TIM之可分散流體。 示例性聚矽氧油可包括具有如下所示之通式之乙烯基聚矽氧油：
一示例性乙烯基聚矽氧油亦可包含少量鉑觸媒。 乙烯基官能化之聚矽氧油包含具有Si-CH=CH2
基團之有機聚矽氧組分。示例性乙烯基官能化之聚矽氧油包括乙烯基封端之聚矽氧油及其中Si-CH=CH2
基團接枝在聚合物鏈上之乙烯基接枝聚矽氧油及其組合。 示例性乙烯基封端之聚矽氧油包括乙烯基封端之聚二甲基矽氧烷，諸如DMS-V05、DMS-V21、DMS-V22、DMS-V25、DMS-V25R、DMS-V35、DMS-V35R、DMS-V51及DMS-V52，各者可自Gelest, Inc.購得。 示例性乙烯基接枝聚矽氧油包括乙烯基甲基矽氧烷-二甲基矽氧烷共聚物，諸如三甲基矽氧基封端之聚矽氧油、矽醇封端之聚矽氧油及乙烯基封端之聚矽氧油。示例性三甲基矽氧基封端之聚矽氧油包括VDT-127、VDT-431及VDT-731；示例性矽醇封端之聚矽氧油包括VDS-1013；及示例性乙烯基封端之聚矽氧油包括VDV-0131；各者可自Gelest, Inc.購得。 於一示例性實施例中，乙烯基接枝聚矽氧油為乙烯基甲基矽氧烷三元聚合物，其包括乙烯基甲基矽氧烷-辛基甲基矽氧烷-二甲基矽氧烷三元聚合物(諸如VAT-4326)或乙烯基甲基矽氧烷-苯基甲基矽氧烷-二甲基矽氧烷三元聚合物(諸如VPT-1323)。於一些示例性實施例中，乙烯基接枝聚矽氧油為乙烯基甲氧基矽氧烷均聚物(諸如VMM-010)或乙烯基乙氧基矽氧烷-丙基乙氧基矽氧烷共聚物(諸如VPE-005)。VAT-4326、VPT-1323、VMM-010及VPE-005各者可自Gelest, Inc.購得。 於一示例性實施例中，乙烯基官能化之聚矽氧油包括乙烯基T樹脂或乙烯基Q樹脂。乙烯基T樹脂為具有三個(經三取代)取代聚合物中之所有或一些矽原子之氧之乙烯基矽倍半氧烷。示例性T樹脂包括聚(苯基-乙烯基矽倍半氧烷)(諸如可自Gelest, Inc.購得之SST-3PV1)。乙烯基Q樹脂具有四個(經四取代)取代聚合物中之所有或一些矽原子之氧。示例性Q樹脂包括可自Gelest, Inc.購得之VQM-135、VQM-146。一類乙烯基Q樹脂為具有下列基礎聚合物結構之活化固化專用聚矽氧橡膠：
。 示例性Q樹脂包括可自Gelest, Inc.購得之VQM-135、VQM-146。於一示例性實施例中，聚矽氧烷為乙烯基官能化之油，諸如來自RUNHE之RH-Vi303、RH-Vi301，諸如來自AB Specialty Silicones之Andril®
VS 200、Andril®
VS 1000。 另一示例性聚矽氧油可包括具有如下所示之通式之含氫聚矽氧油：
於一示例性實施例中，聚矽氧烷包括具有有機聚矽氧組分及Si-H基團之氫化物官能化之聚矽氧油。示例性氫化物官能化之聚矽氧油包括氫化物封端之聚矽氧油及其中Si-H基團接枝在聚合物鏈上之氫化物接枝聚矽氧油及其組合。 於一示例性實施例中，氫化物封端之聚矽氧油為氫化物封端之聚二甲基矽氧烷，諸如各者可自Gelest, Inc.購得之DMS-H05、DMS-H21、DMS-H25、DMS-H31或DMS-H41。於一示例性實施例中，氫化物封端之聚矽氧油為(諸如)三甲基矽氧基封端或氫化物封端之甲基氫矽氧烷-二甲基矽氧烷共聚物。示例性三甲基矽氧基封端之共聚物包括HMS-013、HMS-031、HMS-064、HMS-071、HMS-082、HMS-151、HMS-301、HMS-501；示例性氫化物封端之共聚物包括HMS-H271；其各者可自Gelest, Inc.購得。於一示例性實施例中，氫化物接枝聚矽氧油為經三甲基矽氧基封端之聚甲基氫化矽氧烷，諸如各者可自Gelest, Inc.購得之HMS-991、HMS-992、HMS-993。 於一示例性實施例中，氫化物接枝聚矽氧油為經三乙基矽氧基封端之聚乙基氫矽氧烷，諸如可自Gelest, Inc.購得之HMS-992。於一示例性實施例中，氫化物接枝聚矽氧油為甲基氫矽氧烷-辛基甲基矽氧烷共聚物，諸如可自Gelest, Inc.購得之HAM-301。 於一示例性實施例中，氫化物官能化之油為Q樹脂或T樹脂。示例性T樹脂包括SST-3MH1.1，示例性Q樹脂包括HQM-105及HQM-107，各者可自Gelest, Inc.購得。 於一示例性實施例中，聚矽氧烷為氫化物官能化之油，諸如可自AB Specialty Silicones購得之Andri®
XL-10、Andri®
XL-12，諸如可自RUNHE購得之RH-DH04及RH-H503，諸如可自Shin-Etsu購得之KE-1012-B、KE-1031-B、KE-109E-B、KE-1051J-B、KE-1800T-B、KE1204B、KE1218B，諸如可自Bluestar購得之SILBIONE®
RT Gel 4725 SLD B，諸如可自Wacker購得之SilGel®
612 B、ELASTOSIL®
LR 3153B、ELASTOSIL®
LR 3003B、ELASTOSIL®
LR 3005B、SEMICOSIL®
961B、SEMICOSIL®
927B、SEMICOSIL®
205B、SEMICOSIL®
9212B、SILPURAN®
2440，諸如可自Momentive購得之Silopren® LSR 2010B，諸如可自Dow Corning購得之XIAMETER®
RBL-9200 B、XIAMETER®
RBL-2004 B、XIAMETER®
RBL-9050 B、XIAMETER®
RBL-1552 B、Silastic®
FL 30-9201 B、Silastic®
9202 B、Silastic®
9204 B、Silastic®
9206 B、SYLGARD®
184B、Dow Corning®
QP-1 B、Dow Corning®
C6 B、Dow Corning®
CV9204 B。 於一示例性實施例中，聚矽氧烷包括聚矽氧橡膠，諸如可自Shin-Etsu購得之KE系列產品，諸如可自Bluestar購得之SILBIONE®
，諸如可自Wacker購得之ELASTOSIL®
、SilGel®
、SILPURAN®
及SEMICOSIL®
，諸如自Momentive可購得之Silopren®
，諸如可自Dow Corning購得之Dow Corning®
、Silastic®
、XIAMETER®
、Syl-off®
及SYLGARD®
，諸如可自AB Specialty Silicones購得之Andril®
。其他聚矽氧烷係可自Wacker、Shin-Etsu、Dow Corning、Momentive、Bluestar、RUNHE、AB Specialty Silicones及Gelest購得。 該TIM可包含基於TIM之總重量計少至1重量%、2重量%、4.5重量%、4.75重量%、5重量%、6重量%、7重量%、8重量%，多至9重量%、10重量%、20重量%、25重量%、50重量%或更多或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內(諸如1重量%至50重量%、1重量%至20重量%、2重量%至10重量%或4.5重量%至9重量%)含量之一或多種聚矽氧烷。 於一示例性實施例中，TIM包含2.0重量%含量之作為第一聚矽氧油之第一聚矽氧烷及4.0重量%含量之作為第二聚矽氧油之第二矽氧烷。於另一示例性實施例中，TIM包含3.35重量%含量之作為第一聚矽氧油之第一聚矽氧烷及6.7重量%含量之作為第二聚矽氧油之第二矽氧烷。 示例性低分子量聚矽氧油可具有如根據ASTM D445所測定之少至500 cP、600 cP、700 cP，多至800 cP、900 cP、1,000 cP或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內之動態黏度。於一示例性實施例中，低分子量聚矽氧油具有750 cP之動態黏度。2. 觸媒
該TIM另外包含一或多種用於催化加成反應之觸媒。示例性觸媒包括含鉑材料及含銠材料。示例性含鉑觸媒可具有以下顯示之通式：
示例性含鉑觸媒包括：諸如鉑環乙烯基甲基矽氧烷錯合物(Ashby Karstedt Catalyst)、鉑羰基環乙烯基甲基矽氧烷錯合物(Ossko catalyst)、鉑二乙烯基四甲基二矽氧烷富馬酸二甲酯錯合物、鉑二乙烯基四甲基二矽氧烷馬來酸二甲酯錯合物等。示例性鉑羰基環乙烯基甲基矽氧烷錯合物包括SIP6829.2，示例性鉑二乙烯基四甲基二矽氧烷錯合物包括SIP6830.3及SIP6831.2，示例性鉑環乙烯基甲基矽氧烷錯合物包括SIP6833.2，所有可自Gelest, Inc.購得。 示例性含銠材料包括可自Gelest, Inc.購得之具有產品代碼INRH078之三氯化參(二丁基硫醚)銠。 不希望受任何特定理論束縛，據信如下所示鉑觸媒與乙烯基聚矽氧油及含氫聚矽氧油反應。
該TIM可包含少至5 ppm、10 ppm、15 ppm、20 ppm，多至25 ppm、30 ppm、40 ppm、50 ppm、100 ppm、200 ppm、500 ppm、1000 ppm或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內(基於聚矽氧油之總重量計，諸如10 ppm至30 ppm、20 ppm至100 ppm或5 ppm至500 ppm)含量之一或多種觸媒。 於一示例性實施例中，提供作為與一或多種聚矽氧油之混合物之觸媒。於一示例性實施例中，觸媒與下列乙烯基官能化之聚矽氧油組合：諸如可自Shin-Etsu購得之KE-1012-A、KE-1031-A、KE-109E-A、KE-1051J-A、KE-1800T-A、KE1204A、KE1218A，諸如可自Bluestar購得之SILBIONE®
RT Gel 4725 SLD A，諸如可自Wacker購得之SilGel®
612 A、ELASTOSIL®
LR 3153A、ELASTOSIL®
LR 3003A、ELASTOSIL®
LR 3005A、SEMICOSIL®
961A、SEMICOSIL®
927A、SEMICOSIL®
205A、SEMICOSIL®
9212A、SILPURAN®
2440，諸如可自Momentive購得之Silopren®
LSR 2010A，諸如可自Dow Corning購得之XIAMETER®
RBL-9200 A、XIAMETER®
RBL-2004 A、XIAMETER® RBL-9050 A、XIAMETER®
RBL-1552 A、Silastic®
FL 30-9201 A、Silastic®
9202 A、Silastic®
9204 A、Silastic®
9206 A、SYLGARD®
184A、Dow Corning®
QP-1 A、Dow corning®
C6 A、Dow Corning®
CV9204 A。於一示例性實施例中，觸媒與下列乙烯基及氫化物官能化之聚矽氧油組合：諸如可自Shin-Etsu購得之KE-1056、KE-1151、KE-1820、KE-1825、KE-1830、KE-1831、KE-1833、KE-1842、KE-1884、KE-1885、KE-1886、FE-57、FE-61，諸如可自Dow Corning購得之Syl-off®
7395、Syl-off®
7610、Syl-off®
7817、Syl-off®
7612、Syl-off®
7780。 該TIM可包含基於TIM之總重量計少至0.01重量%、0.1重量%、0.2重量%，多至0.3重量%、0.4重量%、0.5重量%或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內含量之觸媒。於一示例性實施例中，TIM包含0.04重量%含量之觸媒。於另一示例性實施例中，TIM包含0.4重量%含量之觸媒。3. 導熱填料
該TIM包含一或多種導熱填料。示例性導熱填料包括金屬、合金、非金屬、金屬氧化物及陶瓷及其組合。金屬包括但不限於鋁、銅、銀、鋅、鎳、錫、銦及鉛。非金屬包括但不限於碳、石墨、碳奈米管、碳纖維、石墨烯、氮化硼及氮化矽。金屬氧化物或陶瓷包括但不限於氧化鋁(鋁氧化物)、氮化鋁、氮化硼、氧化鋅及氧化錫。 該TIM可包含基於TIM之總重量計少至10重量%、20重量%、25重量%、50重量%，多至75重量%、80重量%、85重量%、90重量%、95重量%或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內(諸如10重量%至95重量%、50重量%至95重量%或85重量%至95重量%)含量之一或多種導熱填料。 示例性導熱填料可具有少至0.1微米、1微米、10微米，多至50微米、75微米、100微米或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內之平均粒徑。 於一示例性實施例中，TIM可包含第一導熱填料與第二導熱填料，其中該第一導熱填料為複數個具有大於1微米之粒徑之金屬顆粒及該第二導熱填料為複數個具有小於1微米之粒徑之非金屬顆粒(諸如金屬氧化物顆粒)。於一更特定實施例中，第一導熱填料與第二導熱填料之比率可為低則1:5、1:4、1:3、1:2，高則1:1、1.5:1、2:1、3:1、4:1、5:1或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內(諸如1:5至5:1、1:1至3:1或1.5:1至3:1)。 示例性導熱填料包括氧化鋁及氧化鋅。4. 黏著促進劑
該TIM包含一或多種包含胺及烷基官能基二者之黏著促進劑。示例性黏著促進劑具有下式(I)：
其中R係獨立地選自氫、具有1至6個碳原子之烷基；其中A包括胺基及B包括烷基；其中a、b獨立地為1至100之整數。 於一些示例性實施例中，R包括甲基及乙基。 於一些示例性實施例中，胺基A包括第一胺、第二胺、第三胺或其組合。於一些示例性實施例中，烷基B包括具有1至40個碳原子之烷基。 於一些示例性實施例中，胺基A包括具有通式Cn
Hx
NH2
之第一胺，其中n及x為獨立地選自1與30之間之整數。示例性第一胺包括胺基甲基CH2
NH2
、2-胺基乙基CH2
CH2
NH2
、3-胺基丙基CH2
CH2
CH2
NH2
、3-胺基異丁基CH2
CH(CH3
)CH2
NH2
、4-胺基丁基CH2
CH2
CH2
CH2
NH2
、4-胺基-3,3-二甲基丁基CH2
CH2
C(CH3
)2
CH2
NH2
、胺基苯基C6
H4
NH2
、11-胺基十一烷基CH2
(CH2
)9
CH2
NH2
， 於一些示例性實施例中，胺基A包括具有通式Cn
Hx
NHCm
Hy
之第二胺，其中m、n、x及y為獨立地選自1與30之間之整數。示例性第二胺包括乙基胺基NHCH2
CH3
、正丁基-3-胺基丙基CH2
CH2
CH2
NHCH2
CH2
CH2
CH3
、第三丁基-3-胺基丙基CH2
CH2
CH2
NHC(CH3
)3
、N-環己基-3-胺基丙基CH2
CH2
CH2
NHC6
H11
、N-乙基-3-胺基異丁基CH2
CH(CH3
)CH2
NHCH2
CH3
、苯胺基NHC6
H5
， 於一些示例性實施例中，胺基A包括具有通式Cn
Hx
N(Cm
Hy
)(Cl
Hz
)之第三胺，其中l、m、n、x、y及z為獨立地選自1與30之間之整數，其中基團Cm
Hy
與Cl
Hz
均結合至N原子。示例性第三胺包括二甲基胺基N(CH3
)2
、N,N-二甲基-3-胺基丙基CH2
CH2
CH2
N(CH3
)2
、N,N-二乙基胺基甲基CH2
N(CH2
CH3
)2
、N,N-二乙基-3-胺基丙基CH2
CH2
CH2
N(CH2
CH3
)2
。 於一些示例性實施例中，胺基A包括第一胺、第二胺及/或第三胺之組合。示例性胺組合包括N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基CH2
CH2
CH2
NHCH2
CH2
NH2
、N-(2-胺基乙基)-胺基甲基苯乙基CH2
CH2
C6
H4
CH2
NHCH2
CH2
NH2
、N-(2-胺基乙基)-3-胺基異丁基CH2
CH(CH3
)CH2
NHCH2
CH2
NH2
、N-(6-胺基己基)-胺基甲基CH2
NHCH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
NH2
、N-(6-胺基己基)-3-胺基丙基CH2
CH2
CH2
NHCH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
NH2
、N-(2-胺基乙基)-11-胺基十一烷基CH2
(CH2
)9
CH2
NHCH2
CH2
NH2
、3-(2-胺基乙基)-3-胺基異丁基CH2
CH(CH3
)CH(NH2
)CH2
CH2
NH2
， 於一些其他示例性實施例中，胺基A包括基於環之胺。示例性基於環之胺基A包括下列： 2-(2-吡啶基)乙基
； 3-(1H-吡咯)丙基
；及 (9-哢唑)乙基
。 於一些示例性實施例中，胺基A包含1至20個碳原子。 示例性黏著促進劑包括可自Evonic購得之Dynasylan®
官能化矽烷。於一些示例性實施例中，黏著促進劑為Dynasylan®
官能化矽烷1146，其中聚合物為嵌段型且聚合物包含胺及烷基官能單元。 於一些示例性實施例中，黏著促進劑可具有少至300道爾頓、500道爾頓、600道爾頓、700道爾頓、800道爾頓、900道爾頓，多至1000道爾頓、2000道爾頓、3000道爾頓、5000道爾頓、10,000道爾頓、50,000道爾頓、100,000道爾頓或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內(諸如300道爾頓至100,000道爾頓、500道爾頓至3000道爾頓或1000道爾頓至3000道爾頓)之重均分子量。 於一些示例性實施例中，TIM可包含基於TIM之總重量計少至0.1重量%、0.2重量%、0.25重量%、0.3重量%、0.4重量%、0.5重量%，多至0.6重量%、0.7重量%、0.75重量%、1重量%、1.5重量%、2重量%、5重量%或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內(諸如0.1重量%至5重量%、0.1重量%至1重量%或0.25重量%至0.75重量%)含量之一或多種黏著促進劑。 不希望受特定理論束縛，據信黏著促進劑之相對高的分子量減少或消除該黏著促進劑在生產或使用期間自調配物蒸發。相較於僅包含胺基官能基之典型矽烷，據信包含胺及烷基官能基二者之黏著促進劑由於聚矽氧烷上烷基側鏈之包含在內而提供與聚矽氧烷更好的可比性。亦據信該黏著促進劑提供疏水性質以避免在調配物之生產期間或使用中吸水。另據信包含胺及烷基官能基二者之黏著促進劑增加聚矽氧烷與填料之間之黏著以及TIM與基板之間之黏著。5. 可選組分
於一些實施例中，TIM可視情況包含一或多種下列組分：矽烷偶聯劑、有機塑化劑、表面活性劑及助熔劑。 於一些示例性實施例中，TIM包含一或多種偶聯劑。示例性偶聯劑包括具有通式Y-(CH2
)n
-Si-X3
之矽烷偶聯劑，其中Y為有機官能基，X為可水解基團。有機官能基Y包括烷基、縮水甘油氧基、丙烯醯氧基、甲基丙烯醯氧基、胺。可水解基團X包括烷氧基、乙醯氧基。於一些示例性實施例中，矽烷偶聯劑包括烷基三烷氧基矽烷。示例性烷基三烷氧基矽烷包括癸基三甲氧基矽烷、十一烷基三甲氧基矽烷、十六烷基三甲氧基矽烷、十八烷基三甲氧基矽烷。於一示例性實施例中，TIM包括如下式所示作為偶聯劑之十六烷基三甲氧基矽烷。
如下實例反應中所示，示例性偶聯劑與示例性填料相互作用。氧化鋁為用於以下反應之代表性填料；然而，可使用其他替代填料。如所示，將偶聯劑添加至水中並經歷水解以移除乙氧化物基。產物接著經歷改性反應，其中移除水並將偶聯劑與氧化鋁結合在一起。
於一些示例性實施例中，該TIM可包含基於TIM之總重量計少至0.1重量%、0.25重量%、0.5重量%、0.67重量%、0.75重量%，多至1重量%、1.5重量%、2重量%、5重量%、10重量%或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內(諸如0.1重量%至10重量%、0.1重量%至1重量%或0.25重量%至0.67重量%)含量之一或多種偶聯劑。於一示例性實施例中，TIM包含0.4重量%含量之偶聯劑。 於一些示例性實施例中，TIM包含一或多種有機塑化劑。示例性有機塑化劑包括基於鄰苯二甲酸酯之塑化劑，諸如鄰苯二甲酸雙(2-乙基己基)酯(DEHP)、鄰苯二甲酸二正丁酯(DnBP，DBP)、鄰苯二甲酸二辛酯(DOP或DnOP)、鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)、鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)、鄰苯二甲酸二異癸酯(DIDP)、鄰苯二甲酸二異壬酯(DINP)及鄰苯二甲酸丁基苄基酯(BBzP)。 於一些示例性實施例中，TIM可包含基於TIM之總重量計少至0.01%、0.1重量%、0.25重量%、0.5重量%、0.67重量%、0.75重量%，多至1重量%、1.5重量%、2重量%、5重量%、10重量%或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內(諸如0.01重量%至10重量%、0.1重量%至1重量%或0.25重量%至0.67重量%)含量之一或多種有機塑化劑。 於一些示例性實施例中，TIM包含一或多種表面活性劑。示例性表面活性劑包括基於聚矽氧之表面添加劑，諸如可自BYK Chemie GmbH購得之BYK表面活性劑，其包括BYK-307、BYK-306及BYK-222。 於一些示例性實施例中，TIM可包含基於TIM之總重量計少至0.01%、0.1重量%、0.25重量%、0.5重量%、0.67重量%、0.75重量%，多至1重量%、1.5重量%、2重量%、5重量%、10重量%或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內(諸如0.1重量%至10重量%、0.1重量%至1重量%或0.25重量%至0.67重量%)含量之一或多種表面活性劑。 於一些示例性實施例中，該TIM包含一或多種助熔劑。示例性助熔劑包括發煙二氧化矽。 於一些示例性實施例中，該TIM可包含基於TIM之總重量計少至0.1重量%、0.25重量%、0.5重量%、0.67重量%、0.75重量%，多至1重量%、1.5重量%、2重量%、5重量%、10重量%或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內(諸如0.1重量%至10重量%、0.1重量%至1重量%或0.25重量%至0.67重量%)含量之一或多種助熔劑。 此外，該TIM可包含一或多種用於抑制或限制聚矽氧油之交聯之加成抑制劑。該加成抑制劑可包括至少一種炔基化合物及視情況地，該加成抑制劑可另外包括多乙烯基官能化之聚矽氧烷。 示例性加成抑制劑可包括諸如1-乙炔基-1-環己醇、2-甲基-3-丁炔-2-醇、2-苯基-3-丁炔-2-醇、2-乙炔基-異丙醇、2-乙炔基-丁烷-2-醇及3,5-二甲基-1-己炔-3-醇之炔醇；諸如三甲基(3,5-二甲基-1-己炔-3-氧基)矽烷、二甲基-雙-(3-甲基-1-丁炔-氧基)矽烷、甲基乙烯基雙(3-甲基-1-丁炔-3-氧基)矽烷及((1,1-二甲基-2-丙炔基)氧基)三甲基矽烷之矽烷化炔醇；諸如馬來酸二烯丙酯、馬來酸二甲酯、富馬酸二乙酯、富馬酸二烯丙酯及馬來酸雙-2-甲氧基-1-甲基乙酯、馬來酸單辛酯、馬來酸單異辛酯、馬來酸單烯丙酯、馬來酸單甲酯、富馬酸單乙酯、富馬酸單烯丙酯、馬來酸2-甲氧基-1-甲基乙酯之不飽和羧酸酯；富馬酸酯/醇混合物，諸如其中醇係選自苄醇或1-辛醇及乙炔基環己基-1-醇之混合物；諸如2-異丁基-1-丁烯-3-炔、3,5-二甲基-3-己烯-1-炔、3-甲基-3-戊烯-1-炔、3-甲基-3-己烯-1-炔、1-乙炔基環己烯、3-乙基-3-丁烯-1-炔及3-苯基-3-丁烯-1-炔之共軛烯炔；諸如I,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基環四矽氧烷之乙烯基環矽氧烷，及共軛烯炔與乙烯基環矽氧烷之混合物。於一示例性實施例中，加成抑制劑係選自2-甲基-3-丁炔-2-醇或3-甲基-1-戊炔-3-醇。 於一些示例性實施例中，加成抑制劑可另外包括多乙烯基官能化之聚矽氧烷。示例性多乙烯基官能化之聚矽氧烷為含於乙炔基環己醇中之乙烯基封端之聚二甲基矽氧烷，諸如可自Wacker Chemie AG購得之Pt Inhibitor 88。不希望受任何特定理論束縛，據信如下所示鉑觸媒與乙炔基環己醇及乙烯基封端之聚二甲基矽氧烷形成錯合物。
據信該錯合物之形成降低在室溫中之觸媒活性及因此保持TIM之可分散性及可潤濕性。在固化步驟之更高溫度下，Pt自錯合物釋放並幫助乙烯基官能化之聚矽氧油及氫化物官能化之聚矽氧油之矽氫化，在「交聯」上提供更大控制。 於一些示例性實施例中，TIM可包含基於TIM之總重量計少至0.01重量%、0.02重量%、0.05重量%、0.1重量%、0.15重量%，多至0.2重量%、0.25重量%、0.3重量%、0.5重量%、1重量%、3重量%、5重量%或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內(諸如0.01重量%至1重量%、0.01重量%至0.5重量%或0.05重量%至0.2重量%)含量之一或多種加成抑制劑。於一示例性實施例中，TIM包含0.1重量%含量之加成抑制劑。於另一示例性實施例中，TIM包含0.13重量%含量之加成抑制劑。 不希望受任何特定理論束縛，據信於不存在加成抑制劑之情況下，乙烯基官能化之聚矽氧油與氫化物官能化之聚矽氧油基於加成矽氫化機構非常快速地反應形成無法藉由典型方法自動分配之固相。 於一示例性實施例中，加成抑制劑與官能化聚矽氧油組合。6. 熱介面材料之示例性調配物
於第一非限制性說明性實施例中，TIM包含約2重量%至約20重量%聚矽氧烷、約0.1重量%至約5重量%偶聯劑、約50重量%至約95重量%導熱填料及約0.1重量%至約5重量%黏著促進劑。7. 熱介面材料之示例性性質
於一些示例性實施例中，如上所述之熱介面材料具有優異的對高加速應力試驗(HAST)抗性。HAST試驗通常理解為係關於熱介面材料對濕度及溫度在熱介面材料之熱性能方面之抗性。示例性HAST試驗標準為JESD22-A110-B。於一特定實施例中，熱介面材料顯示熱性質(諸如熱阻抗)於130℃及85%相對濕度下調節96小時後無變化。 於一些示例性實施例中，如上所述之熱介面材料具有優異之對溫度循環抗性。溫度循環通常理解為係關於熱介面材料對極端高溫及低溫之抗性以及其承受循環熱應力之能力。示例性溫度循環試驗標準為JESD22-A104-B。於一特定實施例中，當以垂直定向1.6 mm間隙放置在玻璃與示例性銅散熱座之間並經受-55℃與+125℃之間之10000個熱循環歷時一週時，熱介面材料不顯示滴液。於其他實施例中，熱介面材料顯示溫度循環試驗後很少至不開裂。 於一些示例性實施例中，如上所述之熱介面材料具有至少1 W/m.K之熱導率。示例性熱導率試驗方法標準為ASTM D5470。於一示例性修正案中，如上所述之熱介面材料具有約4 W/m.K之熱導率。於另一示例性實施例中，如上所述之熱介面材料具有約2 W/m.K之熱導率。 於一些示例性實施例中，如上所述之熱介面材料在室溫下具有10 Pa.s至100,000 Pa.s範圍或更特定言之100 Pa.s至10,000 Pa.s範圍內之黏度。示例性黏度試驗方法標準為DIN 53018。於一特定實施例中，藉由布魯克菲爾德流變儀(Brookfield Rheometer)以2 s-1
剪切速率測試黏度。 如所應用，熱介面材料可具有如藉由測微計量測之可變厚度。於一些示例性實施例中，如上所述之熱介面材料具有少至0.05 mm、0.5 mm、1 mm，多至3 mm、5 mm、7 mm、10 mm或於任何兩個上述值之間限定之任何範圍內(諸如0.05 mm至5 mm)之厚度。 於一些示例性實施例中，當固化時，如上所述之熱介面材料在給定溫度下係可壓縮的。於一示例性實施例中，熱介面材料在約25℃之溫度下可壓縮至少10%。 於一些示例性實施例中，如上所述之熱介面材料具有1 g/min至1000 g/min範圍或更特定言之10 g/min至100 g/min範圍內之分配率。於一特定實施例中，利用具有0.1英寸直徑分配頭開口之10 ml注射器於0.6 Mpa壓力下測試分配率。B. 形成熱介面材料之方法
於一些示例性實施例中，藉由於加熱混合器中組合個別組分並將組合物摻合在一起來製備TIM。經摻合組合物接著可直接施覆於基板而無需焙烘。C. 利用熱介面材料之應用
再次參考圖1，於一些示例性實施例中，熱介面材料作為TIM 1放置在電子組件12與散熱器14之間，如由TIM 18所指示。於一些示例性實施例中，熱介面材料作為TIM 2放置在散熱器14與散熱座16之間，如由TIM 20所指示。於一些示例性實施例中，熱介面材料作為TIM 1.5(未顯示)定位在電子組件12與散熱座16之間。實例 實例 1
根據表1提供之調配物製備熱介面材料。表 1 ：實例 1 之調配物 ( 重量 %) 
聚矽氧烷為液體聚矽氧。矽烷偶聯劑為十六烷基三甲氧基矽烷。導熱填料A為具有1與10微米之間粒徑之鋁顆粒。導熱填料B為具有小於1微米粒徑之氧化鋅顆粒。黏著促進劑為可自Evonic購得之Dynasylan®
官能化矽烷1146。 為製備實例1之調配物，將聚矽氧烷、矽烷偶聯劑及黏著促進劑組合並利用速度混合器摻合。接著添加導熱填料並再次摻合混合物。 獲得自Parker Chomerics之GEL 30導熱可分散凝膠用於比較例。GEL 30包含部分交聯之聚矽氧橡膠與氧化鋁。 將實例1與比較例之調配物各者以垂直定向1.6 mm間隙夾在玻璃與示例性散熱座之間並經受-55℃與+125℃之間之10000個熱循環歷時一週。 圖2A顯示於溫度循環試驗之前自實例1形成之樣品及圖2B顯示於溫度循環試驗之前自GEL 30比較例形成之樣品。圖3A顯示於溫度循環試驗之後自實例1形成之樣品及圖3B顯示於溫度循環試驗之後自GEL 30比較例形成之樣品。 如圖3A所示，自實例1形成之樣品顯示無滴液，如由樣品在試驗期間保持在玻璃與基板之間之其原垂直位置所指示。相比之下，自比較例形成之樣品顯示顯著滴液，如由圖2B與圖3B之間之向下移動所指示。 此外，圖3A顯示由於溫度循環試驗，自實例1形成之樣品之有限開裂。相比之下，圖3B顯示比較例中顯著更多的開裂。 實例 2 至 5
根據表2提供之調配物製備熱介面材料。表 2 ：用於實例 2 至 5 之調配物 ( 重量 %) 
聚矽氧烷為液體聚矽氧橡膠。矽烷偶聯劑為十六烷基三甲氧基矽烷。導熱填料為具有0.1與150微米之間粒徑之氧化鋁顆粒。 對於實例2，黏著促進劑為可自Evonic購得之Dynasylan®
官能化矽烷1146，其具有通式：
其中A為有機胺基，B為烷基且R為Si-O-CH3
。 對於實例3，黏著促進劑為可自Evonic購得之Dynasylan®
官能化矽烷6598，其具有通式：
其中A為乙烯基，B為烷基且R為Si-O-CH3
。 對於實例4，黏著促進劑為環氧官能化之矽烷，其具有通式：
。 對於實例5，黏著促進劑為甲基丙烯醯基官能化之矽烷，其具有通式：
。 為製備實例各者之調配物，先將聚矽氧烷、矽烷偶聯劑及黏著促進劑組合並利用速度混合器摻合。接著添加導熱填料並再次摻合混合物。 實例各者以垂直定向1.6 mm間隙夾在玻璃與示例性銅散熱座之間並經受-55℃與+125℃之間之10000個熱循環歷時一週。 圖4A顯示於溫度循環試驗之後自實例2形成之樣品。圖4B顯示於溫度循環試驗之後自實例3形成之樣品。圖4C顯示於溫度循環試驗之後自實例4形成之樣品。圖4D顯示於溫度循環試驗之後自實例5形成之樣品。 如圖4A及4D所示，自實例2及5形成之樣品顯示無滴液，如由樣品在試驗期間保持在玻璃與基板之間之其原垂直位置所指示。此外，自實例2及5形成之樣品顯示在溫度後小至不開裂。相比之下，如圖4B及4C所示，自實例3及4形成之樣品顯示顯著滴液(如由遠離樣品中心之移動所指示)，以及相較於實例2及5之顯著開裂。 接下來參考圖5，於130℃及85%相對濕度之HAST條件下調節96小時之前或之後量測自實例2及5形成之兩種樣品各者之熱阻抗(TI)。如圖5所示，實例2於HAST試驗中熱阻抗無顯著變化，而實例5具有熱阻抗之顯著增加。 雖然已將本發明描述為具有示例性設計，但是可在本發明之精神及範疇內進一步修改本發明。因此本申請案意欲涵蓋利用其一般原理之本發明之任何變化、用途或改造。另外，本申請案意欲涵蓋屬於本發明有關技術中之習知或常用實務且落在隨附申請專利範圍限制內之本揭示案之該等偏離例。
10‧‧‧電子封裝結構12‧‧‧電子晶片14‧‧‧散熱器16‧‧‧散熱座18‧‧‧熱介面材料20‧‧‧熱介面材料
藉由結合附圖參考本發明之實施例的下列描述，將更明瞭本發明之上述及其他特徵與優點及實現其之方式及將更好地理解本發明自身，其中： 圖1示意地說明典型電子封裝結構； 圖2A係關於實例及顯示於溫度循環試驗之前自實例1形成之樣品； 圖2B係關於實例及顯示於溫度循環試驗之前自比較例形成之樣品； 圖3A係關於實例及顯示於溫度循環試驗之後自實例1形成之樣品； 圖3B係關於實例及顯示於溫度循環試驗之後自比較例形成之樣品； 圖4A係關於實例及顯示於溫度循環試驗之後自實例2形成之樣品； 圖4B係關於實例及顯示於溫度循環試驗之後自實例3形成之樣品； 圖4C係關於實例及顯示於溫度循環試驗之後自實例4形成之樣品； 圖4D係關於實例及顯示於溫度循環試驗之後自實例5形成之樣品；及 圖5係關於實例及顯示於HAST試驗之前及之後實例2與5之熱阻抗。 相應參考字元指示幾個視圖中相應部分。本文陳述之例證說明本發明之示例性實施例及此等例證不解釋為以任何方式限制本發明之範疇。
10‧‧‧電子封裝結構
12‧‧‧電子晶片
14‧‧‧散熱器
16‧‧‧散熱座
18‧‧‧熱介面材料
20‧‧‧熱介面材料
Claims (9)
- 一種熱介面材料，其包含：至少一種聚矽氧烷；至少一種導熱填料，其以80至95重量%之量存在；及至少一種包含胺及烷基官能基二者之黏著促進劑；其中該黏著促進劑具有下式：
- 如請求項1之熱介面材料，其中該黏著促進劑為官能化聚矽氧烷。
- 如請求項1之熱介面材料，其中該導熱填料包含第一導熱填料及第二導熱填料，其中該第一導熱填料為金屬且該第二導熱填料為金屬氧化物。
- 如請求項3之熱介面材料，其中該第一導熱填料與該第二導熱填料之比率係1.5：1至3：1。
- 如請求項1之熱介面材料，其中該熱介面材料包含：2重量%至20重量%之該聚矽氧烷；0.1重量%至5重量%之矽烷偶聯劑；80重量%至95重量%之該導熱填料；及0.1重量%至5重量%之該黏著促進劑。
- 一種電子組件，其包括：散熱座；電子晶片；具有第一表面層與第二表面層之熱介面材料，該熱介面材料定位在該散熱座與該電子晶片之間，該熱介面材料包含：至少一種聚矽氧烷；至少一種矽烷偶聯劑至少一種導熱填料，其以80至95重量%之量存在；及至少一種包含胺及烷基官能基二者之黏著促進劑；其中該黏著促進劑具有下式：
- 如請求項6之電子組件，其中該第一表面層與該電子晶片之表面接觸及該第二表面層與該散熱座接觸。
- 如請求項6之電子組件，其中該電子組件另外包含定位在該散熱座與該電子晶片之間之散熱器，其中該第一表面層與該電子晶片之表面接觸及該第二表面層與該散熱器接觸。
- 如請求項6之電子組件，其中該電子組件另外包含定位在該散熱座與該電子晶片之間之散熱器，其中該第一表面層與該散熱器之表面接觸及該第二表面層與該散熱座接觸。
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