[发明专利]完全固化的热或电-传导性原地形成间隙填料

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年8月12日提交的美国临时申请序列号61/233,186的权益，该临时申请的公开内容通过全文引用结合到本文中。

发明领域

本发明宽泛地涉及热和/或电-传导性复合物，所述复合物可用作例如在一个电子元件和另一个构件(比如散热器或电路板)的表面之间的间隙填料或填缝，用于它们的传导性冷却和/或电磁干扰(EMI)屏蔽。这种复合物以固化的聚合物凝胶组分形式提供，该固化的聚合物凝胶组分与可固化的树脂组分共混并填充有热和/或电-传导性颗粒。本发明进一步涉及比如通过喷嘴或其他开口(比如印刷筛或模版)将这种复合物施用于这样的表面之一或介于这样的表面之间的间隙内。

发明背景

用于现代电子设备(比如电视、收音机、计算机、医疗仪器、商务机器、通讯设备等)的电路设计变得日益复杂。例如，已制造集成电路用于含有相当于几十万个晶体管的这些和其他设备。尽管设计的复杂性提高了，但是设备的尺寸随着制造较小的电子元件并将更多的这些元件包装在甚至更小的面积中的能力提高而持续缩小。

由于电子元件已变得较小并且更密集地在集成板和芯片上包装，设计者和制造者现在面临的挑战是，如何散发这些元件通过电阻或以另外的方式产生的热量。实际上，众所周知许多电子元件，尤其是功率半导体元件比如晶体管和微处理器在高温下更容易失效或发生故障。因此，散热能力通常是元件性能的限制性因素。

在集成电路内的电子元件在传统上经由在装置的外壳内强制性或对流循环空气进行冷却。关于这一点，作为元件包装的组成部分或作为其单独的附件提供冷却翅片，以增加暴露于通过对流-形成的空气流的包装的表面积。另外已采用电扇来提高在外壳内循环的空气的体积。然而，对于当前电子设计典型的高功率电路和较小但是更密集包装的电路，通常发现简单的空气循环不足以充分冷却电路元件。

通过将电子元件直接安装到散热构件比如“冷板”或其他散热器或热散布器，可实现超过通过简单的空气循环可达到的散热。消散构件可为专用的热-传导性陶瓷或金属板或有翅片的结构，或者简单地为装置的底盘或电路板。然而，超过介于电子元件和消散构件之间的正常的温度梯度，在主体之间的界面处，发展适当的温度梯度作为热界面阻抗或接触电阻。

也就是说，并且如美国专利号4,869,954所述，将元件的热界面表面与散热器接合通常在显著的或微观的规模上是不规则的。当界面表面配合时，在之间形成小袋或空隙空间，在其中空气可被截留。这些小袋降低界面内的总表面积接触，进而降低传热面积和通过界面的总传热效率。此外，众所周知空气为相对差的热导体，在界面内存在空气小袋降低通过界面的传热速率。

为了改进通过界面的传热效率，通常将热-传导性、电-绝缘材料的垫或其他层置于散热器和电子元件之间，以填充任何不规则表面和消除空气小袋。对于该目的，开始时采用的材料比如填充有热-传导性填料(比如氧化铝)的硅脂或蜡。如在美国专利号5,250,209；5,167,851；4,764,845；4,473,113；4,473,113；4,466,483；和4,299,715中进一步描述的，这种材料在正常的室温下通常为半液体或固体，但是在升高的温度下可液化或软化，以流动和更好地符合不规则的界面表面。

然而，迄今为止本领域已知的前述类型的油脂和蜡在室温下通常不能自支撑或以其他方式形式稳定，并被认为施用于散热器或电子元件的界面表面有麻烦。为了提供通常出于容易处理而优选的膜形式的这些材料，必须提供基材、网或其他载体，引入在之中或之间可形成另外的空气小袋的另一个界面层。此外，使用这种材料通常涉及通过电子学装配器手动施用或铺叠，这增加了制造成本。

或者，另一种方法为使用固化的片材样材料来代替硅脂或蜡。可将这种材料混配成为含有一种或多种在聚合粘合剂内分散的热-传导性粒状填料，并且可以固化的片材、带、垫或膜形式提供。典型的粘合剂材料包括硅酮、氨基甲酸酯、热塑性橡胶和其他弹性体，典型的填料包括氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化硼和氮化铝。