[發明專利]熱界面材料及其制造方法

在審

• 申請號: 202110398523.6
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113185953A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 陳會娟;邁克爾·約翰·布里斯
• 申請（專利權）人: 谷歌有限責任公司
• 主分類號: C09K5/14
• 分類號: C09K5/14;H01L23/373
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 周亞榮;鄧聰惠

本公開涉及熱界面材料及其制造方法。一種熱界面材料，所述熱界面材料用于形成在第一傳熱表面和相對的第二傳熱表面之間適應的層以在它們之間提供熱通道，所述熱界面材料包括：構成熱界面材料的10重量％或更少的基質材料；和分散在所述基質材料中并構成所述熱界面材料的至少80重量％的填料，所述填料包括：標稱尺寸在1微米至100微米的范圍內的第一材料的顆粒，所述第一材料構成所述熱界面材料的至少40重量％；和標稱尺寸為1,000nm或更小的金剛石顆粒，所述金剛石顆粒構成所述熱界面材料的0.5重量％至5重量％。

技術領域

本公開涉及熱界面材料及其組合物。

背景技術

熱界面材料(TIM)是一類用于幫助機械配合表面(例如半導體器件和散熱器)之間進行熱傳導的化合物。通常，TIM是插入兩個組件之間以增強它們之間的熱耦合的任何材料。

TIM的一個示例是熱油脂，熱油脂是電子行業中常用的一類化合物。通常，熱油脂用于在兩個組件之間提供未固化的薄層，其中油脂的粘度允許其在使用過程中保持原位。理想情況下，熱油脂填充界面中的間隙或空間，以增加傳熱和/或散熱。

TIM的另一個示例是熱膠粘劑。通常，熱膠粘劑被固化，并在固化后為兩個組件之間的結合提供一定的機械強度。TIM的其他示例包括熱間隙填料、導熱墊和熱膠帶。

發明內容

包含金剛石顆粒和其他固體填料的混合熱界面材料(TIM)可以實現高導熱率，例如6W/(m·K)或更高。固體顆粒被設計成具有工程化的粒度分布，以提供高堆積密度，同時所述金剛石顆粒足夠小，可以避免在配合表面上的明顯刮擦。此外，金剛石的加載可以小于10重量％，這可以使熱界面材料更具成本效益。

一般而言，在第一方面，本發明的特征在于一種熱界面材料，所述熱界面材料用于形成在第一傳熱表面和相對的第二傳熱表面之間適應的層以在它們之間提供熱通道，該熱界面材料包括：構成熱界面材料的10重量％或更少的基質材料；分散在所述基質材料中并構成所述熱界面材料的至少80重量％的填料，所述填料包括：標稱尺寸在1微米至100微米的范圍內的第一材料的顆粒，所述第一材料構成所述熱界面材料的至少40重量％；和標稱尺寸為1,000nm或更小的金剛石顆粒，所述金剛石顆粒構成所述熱界面材料的0.5重量％至5重量％。

熱界面材料的實施方式可以包括以下特征和/或其他方面的特征中的一個或多個。例如，熱界面材料的導熱率可為6W/(m·K)或更高，例如在6W/(m·K)至10W/(m·K)的范圍內。

熱界面材料可以包含揮發性烴材料，該揮發性烴材料構成熱界面材料的10重量％或更少。揮發性烴材料可以是異鏈烷烴。

第一材料可以是金屬、金屬氧化物、金屬氮化物或碳化物。第一材料可以選自由鋁、銀、金、氮化鋁、碳化硅、氧化鋁、氧化鋅和立方氮化硼組成的組。填料可以包含不同于第一材料的第二材料的顆粒。第二材料可以是金屬、金屬氧化物、金屬氮化物或碳化物。第二材料可以選自由鋁、銀、金、氮化鋁、碳化硅、氧化鋁、氧化鋅和立方氮化硼組成的組。第二材料的顆粒的標稱尺寸可以在0.1微米至20微米的范圍內。第二材料的顆粒的標稱大小可以小于第一材料的顆粒的標稱大小。第二材料的顆粒的標稱大小大于金剛石顆粒的標稱大小(例如，更大20％或更多、更大50％或更多、更大100％或更多、更大200％或更多)。

金屬氧化物的顆粒可以具有大于金剛石顆粒并且小于第一材料的顆粒的標稱尺寸。

金剛石顆粒的標稱尺寸可為500nm或更小。例如，金剛石顆粒的標稱尺寸可以在10nm至500nm的范圍內。

一般而言，在另一方面，本發明的特征在于一種系統，所述系統包括：集成電路器件；散熱器；在集成電路器件的表面和散熱器的表面之間形成界面的熱界面材料的層。

該系統的實施方式可以包括以下特征和/或其他方面的特征中的一個或多個。例如，界面可以具有對應于第一材料的顆粒的標稱尺寸的厚度。集成電路器件可以是數據處理單元。