[發明專利]熱界面材料

有效

• 申請號: 201380012426.2
• 申請日: 2013-03-11
• 公開（公告）號: CN104145332B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: B·弗萊斯肯斯;R·I·A·登伯爾
• 申請（專利權）人: 飛利浦照明控股有限公司
• 主分類號: H01L23/42
• 分類號: H01L23/42;H01L23/373
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 王茂華

技術領域

本發明涉及用于發熱部件的熱管理的熱界面材料領域，并且更具體地涉及熱界面材料。

背景技術

熱界面材料(TIM)是通常被設計用于充當發熱部件(例如電氣部件)與導熱元件(例如散熱片或散熱器)之間的熱界面、并且用于填充可能存在于發熱部件和導熱元件的配合表面中的任何空隙或不平整的地方的導熱材料。導熱材料增加了發熱部件與散熱片之間的接觸面積，由此有效降低了它們之間的熱阻抗并且允許有效的傳熱。為了進行得有效，TIM優選具有非常低的體熱阻率和足夠低的粘度以允許它們遠離接觸點流向可能存在于配合表面之間的任何空隙。一旦TIM流動，其還必須留在原地，并且在溫度改變期間保持柔性。如果粘度太低，TIM可能從配合表面之間流出，從而留下空隙并且導致較高的熱阻抗。

有許多在市場上使用的、像熱膏或者油脂、相變材料、熱墊等那樣的TIM。TIM的最重要的功能是保證兩個界面(即發熱部件和導熱元件的配合表面)之間的最大化的物理接觸。只有當該功能被實現時，TIM的體傳導性開始起作用。在與兩個界面皆沒有適當物理接觸的情況下，體傳導性對熱阻具有較小的影響。正是因為這個原因，熱膏或油脂通常是最好的熱執行者，盡管其(一般而言)相對低的體傳導性：膏以其具有極其良好的潤濕能力并且從而建立界面之間最大的物理接觸的方式被構造。相變材料(PCM)被設計成示出相似的行為。同樣在熱墊材料的設計中，花費了許多心思以允許最大的物理接觸。導熱凝膠和填隙料的使用背后的主要驅動力還是基于與兩個界面的最大物理接觸。對于所有這些TIM，存在一定的界面的熱性能對接觸壓力的依賴性(該依賴性一般對于熱墊材料是最強的)：壓力越高，物理接觸越好(總接觸面積越大)。最后，在周圍有克服上面提到的問題的熱膠，但是還具有它們的特定缺點，如在下一部分中將描述的。

因為TIM一般要求最小的接觸壓力以確保物理接觸并且從而確保最佳的熱性能，就系統必須在壽命期間保證這樣的最小壓力的意義而言，這使系統設計復雜化。之前提到的針對最佳熱性能的接觸壓力要求有許多缺點。首先，使用TIM的系統必須關于保持TIM的界面之間指定的或要求的最小接觸壓力來仔細設計。實現接觸壓力的特征件可以是螺釘、夾子等，這增加了系統的成本。另外，在TIM表面上用預定壓力進行安裝是困難的，特別是在利用塑料部件或者具有一定公差的部件時。外部施加的壓力必須仔細被施加。施加的壓力中太多的幾何非均勻性可以造成界面改變形狀(例如翹曲、卷曲等)。TIM與兩個界面之間的物理接觸被(部分)損失的相當的風險隨之而來，并且由于如上面說明的建立物理接觸是TIM的最重要的功能，從而這樣的施加的接觸壓力抵消熱性能。此外，接觸壓力本身可以通過開啟和關閉設備(正常使用)造成TIM在在熱循環下泵出。這一效應已經被觀察到許多次，特別是在熱膏和PCM的情況下，其中TIM隨后污染系統的其它關鍵部分。此外，TIM厚度和硬度應當關于兩個界面表面的諸如粗糙度和曲率之類的性質或特性來仔細選擇。這意味著選擇的TIM應當能夠克服指定的表面性質。最后，熱膠一般克服所有這些問題。然而，膠本身具有巨大缺點，那就是在熱循環下由(常常固有的)熱膨脹系數(CTE)失配誘導的開裂和脫層的風險，特別是對于較大的表面面積。而且，膠總是需要某種固化過程，這使裝配過程復雜化并且大幅增加了生產成本。

發明內容

鑒于上述情況，發明的目的是提供另選和改善的TIM材料和TIM熱界面應用，并且至少減輕上面討論的問題。該目的通過根據本發明的TIM來實現。

從而，依照本發明的方面，提供一種熱界面材料TIM，包括：TIM層，該TIM層包括能被活化的收縮材料。收縮材料被分布在TIM層中，使得在收縮材料活化時TIM層的厚度被增加，這有利地提供了其中物理尺寸是至少部分可控的改善的TIM材料。因為TIM層具有比在z方向上大得多的在x和y方向上的延伸，由于在TIM應用的z方向尺寸方面相對小的尺寸，收縮材料(為例如隨機分布在TIM層中的熱收縮材料的纖維)的收縮行為在xy方向具有顯性效應。在所有方向相等的收縮將給予在xy方向的最大尺寸最大的相對材料位移，由此使得從TIM基體沿著該方式拉動材料，從而導致TIM尺寸在z方向上的增加。優選地，TIM在xy方向上的收縮應當是在z方向上的5至10倍大因子，以提供TIM厚度的有效增加。