導熱材料的製作方法

2023-04-24 22:36:51 4

專利名稱：：導熱材料的製作方法
技術領域：
：本發明涉及導熱材料，其被用於封裝電子元件、粘接電子元件和/或將熱量從發熱電子器件傳遞給吸收並耗散所傳遞熱量的冷卻散熱片。
背景技術：
：這裡描述的本發明涉及低粘度、導熱、電絕緣膏狀組合物，其被用於多種電子應用，如電子器件的封裝、將散熱元件粘接到印製電路板上、將印製電路板粘接到散熱片上，或任何其它需要熱傳導的應用。除了保護電子器件外，這些組合物還可用於機械固定元件和控制電子器件的熱傳遞。電子器件，如那些含有半導體的電子器件，在運行時通常會產生大量熱量。為了冷卻半導體，冷卻散熱片通常以某些方式固定在器件上。運行時，使用過程中所產生的熱量被從半導體傳遞到冷卻散熱片，熱量在這裡被安全耗散。為了使從半導體到冷卻散熱片的熱傳遞最大化，使用了導熱熱界面材料。熱界面材料理想地在冷卻散熱片和半導體之間提供密切接觸，以促進熱傳遞。—類傳統應用的熱界面材料是導熱膜或片、潤滑脂或相變材料。儘管這種材料提供高熱導率，但它們大多經常必須結合額外的機械固定物，如螺絲釘或夾子，以使元件保持在適當的位置。另一類熱界面材料是有機熱塑性或熱固性有機粘接劑，其中填充金屬，如銀、金、鋁、鎳、銅及類似金屬。這些材料的熱導率通常較高並在3-5W/mK的範圍內，但它們不能用於那些需要電絕緣的應用中。現有的可分配的(dispensable)或可印製的電絕緣熱界面材料具有l-1.5W/mK的熱導率。如果具有更高的熱導率，它們將不再是可分配的或可印製的。提供一種低粘度、電絕緣組合物，其將提供比現有組合物增大的熱導率，這將是有利的。
發明內容本發明公開了低粘度熱固性組合物，在電子器件中用作密封劑、粘合劑和/或熱界面材料。此組合物包括一種或多種樹脂、一種或多種固化劑、一種或多種活性稀釋劑和一種或多種導熱填料的摻合物。在一種實施方式中，所述組合物具有低粘度，以便能夠進行分配或模板印製(stencilprinting)。在進一步的實施方式中，本發明提供了熱固性組合物，其包括範圍在約5wt。/。到約40wt。/。(重量比)的有機物質和範圍在約60wt%到約95wtM(重量比)的導熱顆粒。本發明的另一個方面提供了含有上述材料的電子器件。具體實施方式本發明的材料可以被用在幾乎任何電子元件中，用於許多不同的應用，包括那些期望提供密封劑保護、腐蝕防護、一個或多個元件間的粘著、和/或熱量耗散的應用。特別是，所述材料用於為電子器件中的接合處和元件提供保護，並有助於熱量從此器件中發熱元件處的耗散。另外，所述材料在如噴墨印表機之類的應用中是有用的，其中電子元件需要保護，避免因暴露於刺激性材料如墨水和具有各種pH範圍的水而引起的腐蝕。所述材料還可被用作粘合膏，以將電子元件粘接到基板上，如，將功率二極體粘接到印製電路板上或將印製電路板粘接到金屬散熱片上。當作為熱界面材料時，所述材料經常形成介於發熱元件與冷卻散熱片之間的層，並將要被耗散的熱傳遞到該冷卻散熱片。對於更快流動的、低粘度板級密封劑或熱傳遞組合物的需求日益增加。低粘度應用提供多種加工優勢，包括消除了在應用前加熱基板的要求，並允許容易的分配或模板印製。基板加熱的去除導致以改善的製造生產量的形式呈現的提高的製造效率。本發明的材料包括一種或多種可固化樹脂、一種或多種固化劑和一種或多種導熱填料，該導熱填料沒有尖銳的幾何邊緣，並具有大的顆粒縱橫比，顆粒縱橫比通過顆粒的長寬比度量。任選地，其它材料如活性稀釋劑、增塑劑、增粘劑、粘度改進劑、染料及類似物可以產生期望結果必需的量摻入。適當的可固化樹脂可包括樹脂，如環氧樹脂、矽氧烷、氰酸酯、雙馬來醯亞胺、氨基甲酸乙酯、丙烯酸酯和它們的組合。25。C下樹脂的粘性在3000cps以下是期望的。適用於本導熱組合物的環氧樹脂的例子包括液態環氧樹脂，如雙酚A和雙酚F的單官能和多官能縮水甘油醚、脂族和芳族環氧樹脂、飽和和不飽和環氧樹脂、酚醛環氧樹脂、線型酚醛環氧樹脂(phenolnovolacepoxies)、非縮水甘油醚環氧樹脂如脂環系環氧樹脂、或它們的組合。縮水甘油醚環氧樹脂可被單獨用於所述材料中或與非縮水甘油醚環氧樹脂聯合使用。優選的此種類型的環氧樹脂是雙酚A樹脂。另一種優選的環氧樹脂是雙酚F型樹脂。進一步優選的環氧樹脂類型是環氧官能的丁二烯/丙烯腈共聚物(epoxyfunctionalbutadieneacrylonitrilecopolymers),也可利用環氧官能的聚二甲基矽氧垸和它們的混合物。商業可得的雙酚F型樹脂可以名稱8230E得自新澤西州MapleShade的CVCSpecialtyChemicals,，以及可以名稱RSL1739得自ResolutionPerformanceProductsLLC。雙酚A型樹脂商業供應自ResolutionTechnology,如EPON828，雙酚A和雙酚F的摻合物以名稱ZX—1059得自NipponChemicalCompany。非縮水甘油醚環氧樹脂的例子包括環氧化二烯屬烴(epoxidizeddiolefms)，如3，4-環氧環己基甲基-3，4-環氧環己垸羧酸酯(3,4-epoxycyclohexylmethyl-3，4-epoxycyclohexanecarboxylate)-其含有兩個為環結構的一部分的環氧基以及酯鍵，和雙(3,4-環氧環己基甲基己二酸酉旨)(bis(3，4-epoxycyclohexylmethyladipate))。另外的可被應用的環氧樹脂可包括乙烯基環己烯二酮——其含有兩個環氧基，且其中一個是環結構的一部分、3,4-環氧-6-甲基環己基甲基-3,4-環氧環己垸羧酸酉旨(3,4-epoxy-6-methylcyclohexylmethyl-3，4誦epoxycyclohexanecarboxylate)和二氧化雙環戊二烯及它們的混合物。商業可得的非縮水甘油醚環氧樹脂的例子包括ERL-4221和ERL-4299,都可從DowChemicalCompany商業獲得。所使用的一種或多種環氧樹脂的量通常為所述組合物的20wt^到約60wt%。—種或多種固化劑以使組合物固化的有效量被使用。在環氧樹脂的情況下，有用的固化劑是胺、酸酐、酚化合物、雙氰胺(dicyanediamine)、圭寸閉咪唑(blockedimidazoles)。特另ll有用的固化劑包括取代的咪唑，如2-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、2_乙基_4_甲基咪唑、2-十一烷基咪唑、l-苄基-2-甲基咪唑、1-氰乙基-2-甲基咪唑、l-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑。組合物的粘度可用稀釋劑調節。通常優選地，組合物具有低粘度，以使組合物能夠有效地分配或模板印製(stencilprinting)。可被單獨使用或聯合使用的示例性活性稀釋劑是縮水甘油醚，例如，1，4-丁二醇二縮水甘油醚；對-叔丁基-苯基縮水甘油醚、烯丙基縮水甘油醚、甘油二縮水甘油醚(glyceroldiglycidylether)、垸基酚縮水甘油醚(以CardoliteNC513商業得自CardoliteCorporation),儘管可以使用其它稀釋劑。所述材料還包括導熱顆粒。這些顆粒是不導電的。導熱顆粒具有光滑的幾何表面和高縱橫比，即，具有1以上的長寬縱橫比，被用於組合物中，以提供相比於球形和/或具有粗糙幾何邊緣的顆粒而言增強的熱導率。在一種實施方式中，所述顆粒的縱橫比在約1到2.5範圍內。具有1以上縱橫比的顆粒提供比球形或其它形狀顆粒高約20%範圍內的熱導率。導熱顆粒可包括任何適當的導熱材料，包括可按需要添加以降低粘合劑的熱膨脹係數的非傳導填料。示例性導熱填料包括二氧化矽、氧化鋁、納米二氧化矽、納米氧化鋁、氧化鋅、氧化鎂、氮化硼、氮化鋁和它們的混合物。優選地，導熱顆粒是氧化鋁。本發明的材料優選包括約5wt。/。到約40wte/。的可固化樹脂、約0.1wt。/。到約30wt^的固化劑或催化劑、約25wt。/。到95wt。/。的導熱顆粒。任選地，此組合物可包含約2wtM到20wt^的活性稀釋劑。另外的成分如有機添加劑可被包括在配方中，以提供期望的特性。可以被包括的各種添加劑是表面活性劑(surfaceactiveagents)、表面活性物質(surfactants)、溼潤劑、抗氧化劑、觸變膠、增強材料、矽烷官能全氟乙醚(silanefunctionalperfluoroether)、磷酸鹽官能全氟乙醚(phosphateftinctionalperfluoroether)、矽烷、,太酸鹽、蠟、鼢醛樹月旨、脫氣劑、流動添加劑(flowadditives)、增粘劑、流變改進劑、表面活性劑、間隔珠(spacerbeads)及它們的混合物。這些成分被特定選擇，以便針對具體組合物中所使用的樹脂的用途獲得期望的特性平衡。在本發明的進一步實施方式中，提供了在一種或多種電子器件的元件間傳遞熱量的方法。此方法涉及的步驟包括提供電子元件，並將本發明的組合物施用於期望位置，使得它將有效地傳遞由一個或多個元件產生的任何熱量。仍在進一步的實施方式中，提供了包含本發明組合物的電子元件。本發明進一步通過下列非限制性實施例被闡明實施例通過下面的方法，形成七種材料樣品環氧樹脂摻合物與活性稀釋劑一起被裝填到行星式真空攪拌器中，並在中剪切力(mediumshear)下混合約2-5分鐘。添加固化劑或催化劑並在中剪切力下混合。將導熱組分分幾次增量添加到混合物中。在每次增加後，在中到低剪切力下攪拌混合物。最後的增加加入後，將混合物攪拌約30-60分鐘。在緩慢攪拌下，將混合物通過真空脫氣10-20分鐘。樣品的配方展示在表l中。表l樣品配方(所有量均以重量百分比計)tableseeoriginaldocumentpage10一一一一一一85.001雙酚A環氧/具有專利樹脂的胺加合物的摻合物2BDDGE，可從Aldrich商業獲得32P4MZ和2E4MZ咪唑的摻合物，可從Aldrich獲得4AS-40，可從ShowaDenko商業獲得5DAB-20SA，可從DenkiKKK商業獲得6DAB-30S1，可從DenkiKKK商業獲得7DAB-45，可從DenkiKKK商業獲得在恆定剪切速率流變儀(shearraterheometer)上測試表1中的組合物的粘度，通過ASTME1461-01的閃光技術測試其熱導率。粘度和熱導率測試的結果被表示在表2中。表2配方測試結果tableseeoriginaldocumentpage10如表2中所示，含有高縱橫比氧化鋁填料的組合物比那些含有球形氧化鋁填料的組合物提供更高的熱導率。另外，具有高縱橫比填料的組合物為可能使用它們的封裝、粘合劑或熱傳遞應用提供了適當的低粘可以對本發明進行多種修改和變化，而不脫離其精神和範圍，這對於本領域技術人員而言將是顯而易見的。本文描述的具體實施方式僅作為例子提供，並且本發明僅通過所附的權利要求，以及這些權利要求所授權的等價物的全部範圍來限定。權利要求1.導熱組合物，包括一種或多種可固化樹脂、一種或多種固化劑和導熱顆粒，以及任選地包括一種或多種稀釋劑，其中所述導熱顆粒的至少一部分具有高縱橫比。2.權利要求1所述的組合物，其中所述一種或多種可固化樹脂選自雙酚A和雙酚F的單官能和多官能縮水甘油醚、脂族和芳族環氧樹脂、飽和和不飽和環氧樹脂、酚醛環氧樹脂、線型酚醛環氧樹脂、非縮水甘油醚環氧樹脂、脂環系環氧樹脂、縮水甘油醚環氧樹脂、環氧官能丁二烯/丙烯腈共聚物、環氧官能聚二甲基矽氧垸、環氧化二烯屬烴、乙烯基環己烯二酮、3,4-環氧-6-甲基環己基甲基-3,4-環氧環己烷羧酸酯和二氧化雙環戊二烯、矽氧垸、氰酸酯、雙馬來醯亞胺、氨基甲酸乙酯、丙烯酸酯或它們的混合物。3.權利要求1所述的組合物，其中所述一種或多種固化劑選自胺、酸酐、酚化合物、雙氰胺、封閉咪唑、2-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基_4_甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-H"^—烷基咪唑、l-苄基-2-甲基咪唑、l-氰乙基-2-甲基咪唑、l-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑或它們的混合物。4.權利要求l所述的組合物，其中所述一種或多種稀釋劑選自縮水甘油醚、1，4-丁二醇二縮水甘油醚、對-叔丁基-苯基縮水甘油醚、烯丙基縮水甘油醚、甘油二縮水甘油醚、垸基酚的縮水甘油醚和它們的混合物。5.權利要求1所述的組合物，其中所述導熱顆粒選自二氧化矽、氧化鋁、納米二氧化矽、納米氧化鋁、氧化鋅、氧化鎂、氮化硼、氮化鋁。6.權利要求1所述的組合物，其中所述導熱顆粒的至少一部分具有l.O以上的長寬縱橫比。7.權利要求6中所述的組合物，其中所述長寬縱橫比在1.0以上到約2.5的範圍內。8.權利要求1所述的組合物，其中所述導熱顆粒的至少一部分具有幾何學平滑的表面。9.權利要求l所述的組合物，還包括選自表面活性物質、表面活性劑、溼潤劑、抗氧化劑、觸變膠、增強材料、矽垸官能全氟乙醚、磷酸鹽官能全氟乙醚、矽烷、鈦酸鹽、蠟、酚醛樹脂、脫氣劑、流動添加劑、增粘劑、流變改進劑、表面活性劑、間隔珠和它們的混合物的一種或更多。10.權利要求1所述的組合物，其中所述組合物為膏狀形式。11.權利要求1所述的組合物，其中所述一種或多種可固化樹脂佔所述組合物的約5wt。/。到約40wt。/。的範圍。12.權利要求1所述的組合物，其中所述一種或多種固化劑佔所述組合物的約0.1wt。/。到約30wtn/。的範圍。13.權利要求2所述的組合物，其中所述一種或多種稀釋劑佔所述組合物的約2wt。/。到約20w^/。的範圍。14.權利要求1所述的組合物，其中所述一種或多種導熱顆粒佔所述組合物的約25wt。/。到約95wtM的範圍。15.用於電子器件中的粘合劑，其包含權利要求1所述的導熱組合物。16.用於電子器件中的熱界面材料，其包含權利要求1所述的導熱組合物。17.用於電子器件中的密封劑，其包含權利要求1所述的導熱組合物。18.用於電子器件中的防腐蝕組合物，其包含權利要求1所述的導熱組合物。19.電子器件，其包含權利要求1所述的導熱組合物。20.—種利用權利要求1所述的導熱組合物，從一個或多個電子元件中傳遞熱量的方法。全文摘要提供了低粘度組合物，用於不同應用，如電子器件中的密封劑、防蝕劑、粘合劑和/或熱界面材料。所述組合物包括一種或多種樹脂、一種或多種固化劑、一種或多種活性稀釋劑和一種或多種含有高縱橫比顆粒的導熱填料的摻合物。文檔編號C08L63/00GK101121878SQ20071014029公開日2008年2月13日申請日期2007年8月8日優先權日2006年8月10日發明者C·博斯曼斯,M·勒伊特申請人:國家澱粉及化學投資控股公司