熱界面材料混合方法及系統的製作方法
2023-06-08 18:21:01 1
專利名稱：熱界面材料混合方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種混合方法及系統，特別是關於一種熱界面材料的混合方法及系統。
背景技術：
近年來，隨著半導體元件集成工藝快速發展，半導體元件的集成化程度越來越高，而元件體積逐漸減小，其散熱成為一個越來越重要的問題，其對散熱的要求逐漸變高。為滿足這些需要，各種散熱方式被大量運用，如利用風扇散熱、水冷輔助散熱及熱管散熱等方式，並取得一定散熱效果，但由於散熱器與半導體元件的接觸界面並不平整，一般相互接觸只有不到2％的面積，沒有理想的接觸界面，從根本上極大地影響了半導體元件向散熱器進行熱傳遞的效果，因此在散熱器與半導體元件的接觸界面間增加一導熱係數較高的熱界面材料來增加界面的接觸程度就顯得十分必要。
為獲得較佳的導熱性能，傳統的熱界面材料將一些導熱係數較高的微粒，如石墨、氮化硼、氧化矽、氧化鋁、銀等材料的微粒，與聚合物材料混合，以形成複合熱界面材料。
傳統複合熱界面材料混合系統包括一混合容器、及一與該混合容器相配合的攪拌裝置。所述攪拌裝置的攪拌端通常採用多個攪拌葉片。使用時，將基體材料和導熱顆粒置於所述混合容器中，通過攪拌裝置的多個攪拌葉片的旋轉攪拌所述基體材料和導熱顆粒，使其混合以形成熱界面材料。由此形成的熱界面材料的導熱性能在很大程度上取決於基體材料的性質。其中，以油脂、相變材料為基體的複合材料因其使用時為液態而能與熱源表面浸潤，故接觸熱阻較小，而以矽膠與橡膠為基體的複合材料的接觸熱阻就比較大。這些材料的普遍缺陷是整體材料導熱係數比較小，典型值在1瓦/米·開爾文(W/m·K)，已經愈來愈不能適應半導體集成化程度的提高對散熱的需求，而增加基體材料中導熱顆粒的含量使顆粒與顆粒儘量相互接觸可以增加整體複合材料的導熱係數，如某些特殊熱界面材料因此可達到4～8W/m·K。
但是，使用上述熱界面材料混合裝置進行較高比例的導熱顆粒和基體材料混合時，則會造成整體熱界面材料的粘度過高，攪拌困難，甚至導熱顆粒和基體材料的混合物全部粘附在攪拌轉子上，使所述熱界面材料混合系統無法正常使用，導致熱界面材料無法混合均勻，傳熱性能大大降低。
有鑑於此，提供一種可將較高比例的導熱顆粒和基體材料均勻混合的熱界面材料混合方法及系統實為必要。
發明內容以下，將以實施例說明一種可將較高比例的導熱顆粒和基體材料均勻混合的熱界面材料混合方法及系統。
一種熱界面材料混合方法，其包括由底部向一混合容器內鼓吹氣體；向該混合容器內通入粉末狀導熱顆粒，使其隨所述氣體分散；通過噴料頭向該混合容器內噴射液狀基體材料，使該基體材料與所述導熱顆粒充分接觸；自該混合容器的出料口排出經過充分接觸的基體材料與導熱顆粒，即獲得熱界面材料。
以及，一種熱界面材料混合系統，其包括一混合容器，具有一漏鬥狀底部；一進氣口，設在所述混合容器的漏鬥狀底部，用於向該混合容器內鼓入氣體；一進料口，設在所述混合容器側壁；至少一噴料頭，用於向所述鼓入的氣體噴料；一出料口，設在所述混合容器側壁，以排出混合後的產物。
與現有技術相比較，所述熱界面材料混合方法中通過氣流帶動導熱顆粒分散，再通過噴料頭使基體材料呈霧狀分散，以與導熱顆粒充分接觸，可均勻混合較高比例的導熱顆粒與基體材料，形成導熱性能優良的熱界面材料，避免現有技術中進行較高比例的導熱顆粒和基體材料混合時難以攪拌而導致該二者分布不均的現象。
圖1是本發明較佳實施例熱界面材料混合系統的示意圖。
圖2是本發明較佳實施例熱界面材料混合方法流程圖。
圖3是本發明較佳實施例熱界面材料承受輾壓時的受力示意圖。
圖4是本發明較佳實施例熱界面材料輾壓後結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
請參閱圖1，本發明較佳實施例的熱界面材料混合系統1包括一混合容器15，具有一漏鬥狀底部151；該漏鬥狀底部151開設一用於通入氣流的進氣口17，該進氣口17由進氣口閥門171控制；該混合容器15側壁設置一進料口13，該進料口13由進料口閥門131控制；至少一噴料頭14，該噴料頭14設置在所述混合容器15頂端；所述混合容器15側壁設置一出料口16，用於排出均勻混合後的熱界面材料10。
所述混合容器15的漏鬥狀底部151可為正圓錐狀、斜圓錐狀、正稜錐狀或斜稜錐狀等，使得混合容器15內物料沉落時由其傾斜的側壁滑向進氣口17，本實施例中，漏鬥狀底部151設為正圓錐狀。
所述噴料頭14包括一個或一個以上，可選擇性設置在所述混合容器15頂端、側壁或漏鬥狀底部151。
優選的，該出料口16軸線傾斜向下，以便於出料。
優選的，熱界面材料混合系統1進一步包括一輾壓裝置2，該輾壓裝置2包括一傳送裝置，如傳送帶22，用於傳送由出料口161輸出的熱界面材料10；一上壓件，如上滾輪20；及一與該上滾輪20相配合輾壓的下壓件，如下滾輪21；一括取裝置，如括刀23，用於刮取經上述兩滾輪20、21輾壓成片而附著在傳送帶22上表面的片狀熱界面材料10』；一收集器24，用於收集刮刀23刮取的片狀熱界面材料10』成品。
請同時參閱圖1和圖2，使用上述熱界面材料混合系統1混合作為熱界面材料原料的基體材料18和導熱顆粒19時，可採用以下操作步驟步驟101，由底部向混合容器15內鼓吹氣體11。具體的，由進氣口17向混合容器15內吹入氣體11，由於該氣體11從進氣口17高速吹入混合容器15，該高速氣體11具有一向上速度且以直線上升，直至該氣體11在自身重力作用下，其向上速度逐漸減小為零，再向四周分散，並逐漸向壓力較低的下方流動，最終形成一循環氣流。
步驟102，由進料口13向混合容器15內通入粉末狀導熱顆粒19，使其隨所述氣體11分散。此時，粉末狀導熱顆粒19在上述循環氣流帶動下，在混合容器15內循環流動而達成分散狀態。
步驟103，通過噴料頭14向該鼓入氣體11內噴射液狀基體材料18，使該基體材料18與所述導熱顆粒19充分接觸。通過噴料頭14向鼓入氣體11噴射基體材料18，使基體材料18在混合容器15內以霧狀均勻分散。循環流動而分散的粉末狀導熱顆粒19與霧狀均勻分散的基體材料18在混合容器15內充分接觸，從而達成該二者均勻混合。
步驟104，充分接觸後的基體材料18與導熱顆粒19自該混合容器15的出料口16排出，即獲得熱界面材料10。基體材料18和導熱顆粒19的混合物在上述循環氣流作用下，有些自出料口16排出，即獲得基體材料18與導熱顆粒19混合均勻的熱界面材料10，未由出料口16排出的混合物，隨上述循環氣流進入下一次循環。
優選的，還可使用輾壓裝置2對熱界面材料10進行一輾壓操作，以獲得片狀熱界面材料10』成品，該輾壓操作具體包括下列步驟首先，自出料口16排出的熱界面材料10在自身重力的作用下，落至循環傳送的傳送帶22上，當該傳送帶22將熱界面材料10傳送至滾輪20、21處時，在滾輪20、21相配合的機械輾壓作用下，如圖3所示，熱界面材料10分別承受上滾輪20的向下作用力F1和下滾輪21的向上作用力F2，在此二力作用下，均勻混合在基體材料18內的導熱顆粒19將以更密集的方式均勻分布在基體材料18內，且原本露出基體材料18外的導熱顆粒19將被完全包覆在基體材料18內，從而，經過該輾壓過程後，導熱顆粒19將以高密度、高均勻性分布在基體材料18，形成片狀熱界面材料10』成品(如圖4所示)。
然後，用括刀23刮取經上述兩滾輪20、21輾壓成片而附著在傳送帶22上表面的熱界面材料10』，再用收集器24收集經刮刀23刮取的熱界面材料10』片狀成品。
上述向混合容器15內通入粉末狀導熱顆粒19的步驟，與向該混合容器15內噴射液狀基體材料18的步驟，也可同時或反序進行。
對上述熱界面材料混合裝置1，當持續由進料口13通入粉末狀導熱顆粒19、由噴料頭14噴射霧狀基體材料18，並不斷由進氣口17鼓入氣體11時，即可實現片狀熱界面材料10』成品的連續生產。
對所述吹入的氣體11，僅需滿足其不與熱界面材料混合系統1的材質、基體材料18及導熱顆粒19反應的氣體即可適用，例如空氣、氮氣、氖氣或氬氣等氣體。
所述基體材料18與導熱顆粒19的質量比可為1∶3至1∶5，可通過對基體材料18與導熱顆粒19的進料流量的控制而達成所述質量比。
所述基體材料18選自矽油(Silicone Oil)或聚乙二醇(PEG，PolyethyleneGlycol)等材料。
所述導熱顆粒19的材料選自銀(Ag)、氮化硼(BN)或氧化鋁(Al2O3)等。
另，本領域所屬技術人員應明白，以上所述僅為本發明的較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。所有依據本案之創作精神所作的等效修飾或變化，皆應涵蓋在本案申請專利範圍內。
權利要求
1.一種熱界面材料混合方法，其特徵在於，包括由底部向一混合容器內鼓吹氣體；向該混合容器內通入粉末狀導熱顆粒，使其隨所述氣體分散；通過至少一噴料頭向所述鼓入氣體噴射液狀基體材料，使該基體材料與所述導熱顆粒充分接觸；自該混合容器的出料口排出經充分接觸的基體材料與導熱顆粒，即獲得熱界面材料。
2.如權利要求1所述的熱界面材料混合方法，其特徵在於，所述熱界面材料混合方法還包括使用一輾壓裝置對所述排出的熱界面材料進行輾壓的步驟。
3.如權利要求1或2所述的熱界面材料混合方法，其特徵在於，所述向該混合容器內通入粉末狀導熱顆粒的步驟與所述通過噴料頭向該混合容器內噴射液狀基體材料的步驟同時或反序進行。
4.如權利要求1或2所述的熱界面材料混合方法，其特徵在於，所述吹入的氣體採用與所述熱界面材料混合系統的材質、基體材料及導熱顆粒反應表現惰性的氣體。
5.如權利要求1或2所述的熱界面材料混合方法，其特徵在於，所述吹入氣體為空氣、氮氣、氖氣或氬氣。
6.如權利要求1或2所述的熱界面材料混合方法，其特徵在於，所述基體材料和導熱顆粒的質量比可為1∶3至1∶5。
7.一種熱界面材料混合系統，其特徵在於，包括一混合容器，具有一漏鬥狀底部；一進氣口，設在所述混合容器的漏鬥狀底部，用於向該混合容器內鼓入氣體；一進料口，設在所述混合容器側壁；至少一噴料頭，用於向所述鼓入氣體噴料；一出料口，設在所述混合容器側壁，以排出混合後的產物。
8.如權利要求7所述的熱界面材料混合系統，其特徵在於，所述熱界面材料混合系統進一步包括一輾壓裝置。
9.如權利要求8所述的熱界面材料混合系統，其特徵在於，所述輾壓裝置包括一傳送裝置，用於傳送由所述出料口輸出的混合物；一上壓件；一與該上壓件相配合以輾壓所述混合物的下壓件；一括取裝置，用於刮取經所述兩壓件輾壓成片的混合物；一收集器，用於收集所述刮取裝置刮取的混合物片狀成品。
10.如權利要求7、8或9所述的熱界面材料混合系統，其特徵在於，所述噴料頭設在所述混合系統頂端、側壁或漏鬥狀底部。
全文摘要
本發明提供一種熱界面材料混合方法，其包括由底部向一混合容器內鼓吹氣體；向該混合容器內通入粉末狀導熱顆粒，使其隨所述鼓入氣體分散；通過噴料頭向該鼓入的氣體噴射液狀基體材料，使得該基體材料與所述導熱顆粒充分接觸；自該混合容器的出料口排出經過充分接觸的基體材料與導熱顆粒，即獲得熱界面材料。另，本發明還提供使用上述熱界面材料混合方法的混合系統。
文檔編號C09K5/00GK1962807SQ20051010124
公開日2007年5月16日 申請日期2005年11月11日 優先權日2005年11月11日
發明者何紀壯 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司