[发明专利]表面改质导热颗粒及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明是关于一种导热颗粒的表面改质方法、其制得的表面改质导热颗粒、使用其的热界面材料及其制备方法，尤其指一种适用于提升导热颗粒改质程度的电化学表面改质方法、其制得的表面改质导热颗粒、使用其的热界面材料及其制备方法。

背景技术

随着电子产业的蓬勃发展，电子产品亦呈现出多功能与高性能的发展趋势。为满足半导体封装制备工艺对于高积集度(integration)及微型化(miniaturization)的需求，当电子产品内部的电子组件布局于集成电路上时，将变得更加密集，这使得操作时单位面积所产生的热能亦随之遽增。因此，为避免热能累积而造成电子组件的损害，必须实时将密集的热量有效散逸至系统外的环境。

目前最常见的处理方式是，附加散热组件(如散热鳍片)于发热电子组件表面上，以提升散热效果。然而，散热组件与电子组件表面皆非完全平坦，当两者相互接触，存在于凹陷处的空气易阻碍热流路径，使散热效果大幅下降，因此，一般会于散热组件与电子组件间导入热界面材料(thermal interface material，TIM)，如涂覆一层导热膏(thermal grease)或置入一块导热垫(thermal pad)，以填补散热组件与电子组件间空隙，使散热组件与电子组件完全贴合，进而提高散热效率。以导热膏为例，一般而言，包含有高分子载体(carrier)，其具有适度的流动性可填塞上述空隙，有时甚至具有黏着性，可黏合散热组件与电子组件。然而，由于载体本身的导热效果不佳(导热系数通常仅有0.1W/mK～0.4W/mK)，故通常载体会再添加具有高导热系数的热传导物质，如金属颗粒、陶瓷颗粒或钻石颗粒等作为导热掺杂物，以提升整体的热传导效能。有时热界面材料会被进一步要求需为电绝缘，在此条件下，金属颗粒通常无法作为导热掺杂物。

热界面材料本身亦为一种复合材料，其中高分子载体属有机材料，而热传导物质经常属无机材料，为改善两者间界面润湿性不佳的问题，已有「对热传导物质进行表面改质的技术方案」被提出，其中，以硅烷类偶合剂作为联系两者的桥梁已成为一种公知技术。其作用原理为：偶合剂中的可水解键会与热传导物质的表面-OH基经脱水反应而形成化学键结，位于偶合剂另一端的末端官能基则与高分子载体相搭配。由此可知，此类偶合反应的进行前提为「热传导物质具有表面-OH基」。对于氧化铝与二氧化硅而言，其表面原本即带有丰富的-OH基，偶合反应预期可进行得较为顺利；但对于六方氮化硼(hexagonal boron nitride，h-BN)或钻石粉末而言，表面-OH基的数量极其有限，使得偶合反应的反应区位(reactive site)不足，表面改质效果将打折扣。

不论热传导物质原本具有多少反应区位，在以偶合剂进行表面改质前，如果能通过预处理增加表面-OH基的数目，预期将增加偶合反应的发生机率，提升热传导物质作为导热掺杂物的效能。但以钻石粉或六方氮化硼粉为例，其本身具有化学惰性，通常需要在较激烈的环境下进行预处理。常用的预处理方式包括有高温热处理、等离子体处理或酸处理。然而，高温热处理如美国第7,524,560号发明专利所揭示的实施例，是将氮化硼粉置于密闭腔体内，加热至850℃持温8.5小时。然而，公知的热传导颗粒，其粒径通常不超过50微米，甚至不超过10微米，此尺寸的粉末容易团聚(agglomerate)，据此，如图1所示，当将该些粉末置于高温腔体11中进行高温热处理时，不论摆放时如何加以人为分散，都将有相当比例的粉末12a深埋于其它粉末12b的包覆中，而未能将该些粉末12a表面直接暴露于高温下，换言之，该些区域的表面处理效果将相对有限。因此，此方式无法均匀氧化热传导物质表面，也无法于后续的偶合反应中对热传导物质表面进行均匀改质。尤其，当高温腔体11内通有气氛(如氧气)或等离子体时，表面未外露粉末12a与表面外露粉末12b于改质程度上的差异将更为显著。