本公开总体上涉及一种导热电绝缘体。
背景技术：
这部分提供的是与本公开相关的背景技术信息，其并不一定是现有技术。
诸如半导体、晶体管等这样的电子部件具有电子部件以最佳方式运行的预先设计的温度。理想地，预先设计的温度接近周围空气的温度。但是电子部件的操作产生热量，如果不被去除的话，这些热量将导致电子部件在大大高于其正常或期望操作温度的温度来工作。这种过高温度可能给电子部件的工作特性、使用期限和/或可靠性以及相关联设备的操作带来不利影响。
为了避免或者至少减少来自热量生成的不利操作特性，应当例如通过将来自操作电子部件的热量传导至散热器来去除热量。然后可以通过常规对流和/或散热技术来对散热器进行冷却。在传导期间，热量可以通过电子部件和散热器之间的直接面接触和/或电子部件与散热器表面通过中间介质或热界面材料的接触来从操作电子部件传递到散热器。在某些设备中，可以将导热电绝缘体放置在电子部件和散热器之间。
技术实现要素：
这部分提供的是本公开的概括总结，而不是其全部范围或全部特征的全面公开。
根据本发明的各方面，公开了导热电绝缘体的示例性实施方式。在一个示例性实施方式中，导热电绝缘体一般包括沿着电绝缘或介电膜的其中一侧或两侧的导热粘合剂。所述导热粘合剂可以包括环氧树脂、丙烯酸树脂和溶剂。
所述电绝缘膜可以具有10微米到50微米范围内的厚度。所述导热粘合剂可以具有25微米到130微米范围内的厚度。
所述环氧树脂可以包括线型甲酚酚醛环氧树脂(cresol novolac epoxy resin)、双酚A型环氧树脂(bisphenol A epoxy resin)、线型苯酚酚醛环氧树脂(phenol novolac resin)和酚醛环氧树脂(phenolic epoxy)。该丙烯酸树脂可以包括极性溶剂固体和液体丙烯酸树脂、萜烯增粘剂(terpene tackifier)、脂肪族或脂环族石油树脂(aliphatic or alicyclic peroleum resin)、松香和氢化松香树脂。该溶剂可以包括苯类、酯类、醚类、酮类或氯化溶剂中的一种或多种。环氧树脂与丙烯酸树脂的比率可以在1:10到100:1的比率之内。
所述导热粘合剂按重量百分比可以包括：10％至50％的线型甲酚酚醛环氧树脂，10％至50％的双酚A型环氧树脂、10％至50％的线型苯酚酚醛环氧树脂和酚醛环氧树脂，20％至50％的液体丙烯酸树脂，5％至大约10％的萜烯增粘剂，5％至大约10％的脂肪族或脂环族石油树脂，5％至10％的松香和氢化松香树脂，以及10％至20％的溶剂。
所述导热粘合剂可以是包括所述环氧树脂、所述丙烯酸树脂和所述溶剂在内的可热固化的导热环氧复合材料。所述电绝缘膜可以包括聚酰亚胺膜。
所述电绝缘膜可以包括第一侧和第二侧。所述导热粘合剂的第一层可以沿着所述电绝缘膜的所述第一侧。所述导热粘合剂的第二层可以沿着所述电绝缘膜的所述第二侧。
所述导热电绝缘体可以具有从1W/m/K到2.5W/m/K的范围内的导热性。所述电绝缘膜可以具有3密耳(mil)到20密耳范围内的厚度。所述导热粘合剂的所述第一层和第二层中的每一层可以具有1密耳到20密耳范围内的厚度。
所述导热粘合剂可以在被固化之前配置在部件组件中，无需在压力下对所述导热粘合剂进行层压。所述导热粘合剂可以被构造成无需压力即可固化。
所述导热粘合剂可以被构造成无需压力在150摄氏度5分钟固化。所述导热电绝缘体可以被构造成具有大于3Nm的扭矩阻力。所述导热电绝缘体可以被构造成具有小于0.4摄氏度·英寸2/瓦特的热阻。所述导热电绝缘体可以被构造成具有9密耳或更少的总厚度。所述导热电绝缘体可以被构造成可以在室温下存储和/或具有6个月或更长的保存期限。
其它领域的应用性将从本文提供的说明中变得明显。该总结中的说明和具体示例仅仅是用于例示目的，并且不用来限制本公开的范围。
附图说明
本文中描述的所选实施方式的附图仅仅是用于例示目的并且不是全部可能的实现，并且不用来限制本公开的范围。
图1是根据导热粘合剂沿着电绝缘或介电膜的示例性实施方式的导热电绝缘体的截面图。
具体实施方式
下面的说明在性质上仅仅是示例性的，并且绝不是用来限制本公开、应用或用途。
如本发明的发明人所意识到的，很多导热电绝缘体在任一侧都不具有粘合剂。这使得难以将绝缘体粘贴在表面上而不滑动，使得经常通过使用螺丝将绝缘体粘贴。为解决这个问题，通常将胶带层压在导热电绝缘体的两侧上，以将绝缘体粘贴。然而，胶带通常具有比潜在的导热电绝缘体低得多的非常低的导热性。因此，胶带的存在可以大大增加绝缘体的热阻。而且，当受到诸如热量、湿度、振动和/或冲击这样的条件时，胶带还可以失去粘性并且变得不粘。
为了防止粘性丢失，可以将未固化的硅橡胶层压在导热电绝缘体的两侧，以连同其它热性能、物理性能和电气性能一起提供粘性。在和部件组装在一起然后在高温下进行固化之后，由未固化的硅橡胶制成的导热粘合剂可以被用来将电绝缘体永久性地附接在散热器和集成电路(IC)或其它电子封装之间。但是这种粘合剂制品可以表现出较差的机械性能，诸如和1Nm一样低的扭矩阻力。这些粘合剂制品还可能无法抵抗频繁振动或坠落试验，可能具有少于六个月的相对短的保存期限，并且要求严格的存储条件，用户可能发现其繁重。
本发明的发明人已经意识到使得粘合剂更容易在组装电子部件的过程中使用能够用来使组装过程简化。因此，发明人已经在本文中公开了导热电绝缘体和粘合剂热界面材料的各种示例性实施方式。在示例性实施方式中，导热电绝缘体包括电绝缘或介电膜。通过示例的方式，电绝缘膜可以具有从大约10微米到大约50微米或者从大约0.4密耳到大约2密耳(例如，10微米、微米、20微米、30微米、40微米、50微米等)的范围内的厚度。沿着电绝缘膜的一侧或两侧涂布或者涂覆导热环氧复合材料。通过示例的方式，导热环氧复合材料可以具有沿着电绝缘膜的其中一侧或两侧的从大约25微米到大约130微米或者从大约1密耳到大约5.1密耳(例如，25微米、130微米、50微米、75微米、100微米等)的范围内的涂层厚度。导热环氧复合材料 可以是热固化粘合剂。
在示例性实施方式中，导热环氧复合材料包括改性环氧树脂、改性丙烯酸树脂和溶剂。丙烯酸树脂与环氧树脂发生反应来提供较强的粘性，这可以有利于抑制部件从粘合剂的分离。溶剂可以有利于增强环氧树脂和丙烯酸树脂之间的兼容性。
在示例性实施方式中，改性环氧树脂包括线型甲酚酚醛环氧树脂、双酚A型环氧树脂、线型苯酚酚醛环氧树脂和酚醛环氧树脂。改性丙烯酸树脂包括极性溶剂固体和液体丙烯酸树脂、萜烯增粘剂、脂肪族或脂环族石油树脂、松香和氢化松香树脂。溶剂可以是苯类、酯类、醚类、酮类、氯化溶剂等。改性环氧树脂与改性丙烯酸树脂的比率范围是从0.1到10(或者大约1:10到100:1)。不同比率将影响粘性和剪切强度。
在示例性实施方式中，导热环氧复合材按重量百分比包括：大约10％至大约50％的线型甲酚酚醛环氧树脂，大约10％至大约50％的双酚A型环氧树脂，大约10％至大约50％的线型苯酚酚醛环氧树脂和酚醛环氧树脂，大约20％至大约50％的液体丙烯酸树脂，大约5％至大约10％的萜烯增粘剂，大约5％至大约10％的脂肪族或脂环族石油树脂，大约5％至大约10％的松香和氢化松香树脂，以及大约10％至大约20％的溶剂(例如，苯类、酯类、醚类、酮类、氯化溶剂等)。
在电绝缘膜的两侧都涂覆有导热环氧复合材料的示例性实施方式中，沿膜的一侧的涂层可以具有与沿膜的相反侧的涂层相同或不同的厚度。在各种示例性实施方式中，可以使用导热电绝缘体，例如来将集成电路(IC)或其它电子设备或封装(广义地，热源)附接到散热器(广义地，热量去除/耗散结构)。这种附接可以永久地持续，和/或可以承受频率振动、高温和高湿条件。在某些示例性实施方式中，电绝缘膜可以是聚酰亚胺(PI)膜。在某些其它示例性实施方式中，电绝缘膜可以是聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)膜、聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等)膜、聚丙烯(例如，双向拉伸聚丙烯(BOPP)等)膜、聚氯乙烯(PVC)膜等。
在各种示例性实施方式中，将未固化的导热环氧复合材料涂覆到电绝缘或介电膜。未固化导热环氧复合材料的未固化表面可以具有较强的粘性，诸如用于将导热电绝缘体牢固地粘接到IC(或其它热源)和散热器表面(或其它热量去除/耗散结构)双方。例如，可以通过未固化导热环氧复合材料来将IC粘接到散热器表面。在将IC组装到散热器之后，然后可以在未固化导热环氧复合材料处于IC和散热器之间的同 时对其进行固化并粘合到位，这可以有利于消除或至少减少界面热阻并提供永久或至少长期的粘接。
在各种示例性实施方式中，可以与诸如集成电路(IC)、晶体管轮廓(TO)-封装、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、其它晶体管、其它发热部件、其它热源等这样的一个或多个功率部件相结合地利用本文中公开的导热电绝缘体。例如，导热电绝缘体可以被定位、夹持或安装在散热器和热源(例如，晶体管、集成电路(IC)、晶体管轮廓(TO)封装、其它发热部件、其它热源等)之间，使得导热电绝缘体与热源的表面相接触或相对，从而限定出从热源到导热电绝缘体再到散热器的导热路径。在某些示例性实施方式中，可以与诸如印刷电路板、功率放大器、中央处理单元、图形处理单元、存储器模块等这样的热源相结合地来利用导热电绝缘体。通过示例的方式，导热电绝缘体可以被用来将散热器永久性地粘合到IC、(TO)封装或其它电子封装。应当明白，本公开的方面不应当被局限在使用任何一个特定类型的热源、最终用途、电子部件、部件、装置、设备等。
参照图1，示出了使本公开的一个或多个方面具体化的导热电绝缘体100的示例性实施方式。如图1中所示，导热电源提100通常包括具有相对的第一侧112和第二侧114的电绝缘或介电膜110。沿着膜110的第一侧和第二侧112、114来设置(例如，涂覆等)导热粘合剂104。本文中还可以将导热粘合剂104称为粘合剂热界面材料。
可以设置导热粘合剂104，以便形成或限定沿着膜110的各自第一侧112和第二侧114的第一层122和第二层124。然而，另选实施方式可以包括仅沿着膜110的一侧112或114的导热粘合剂104。
在各种实施方式中，从相同的导热粘合剂104形成层122、124。然而，另选实施方式可以包括与沿着膜110的第二侧114的导热粘合剂不同的沿着膜110的第一侧112的导热粘合剂。也就是说，在某些实施方式中，可以从导热粘合剂或热界面材料中形成第一层122和第二层124。另外，层122、124可以具有大约相同的厚度，或者层122、124可以具有不同的厚度。例如，某些实施方式可以包括第一层122，其比第二层124厚，或者反之亦然。
继续参照图1，第二层124具有外表面126，可以将热量从该外表面126传递，诸如经由传导，到例如散热器(或者其它热量去除/耗散结构)。第一层或内层122被构造成提供膜110和热界面材料104的第一层122打算接触的一个或多个热源(未在 图1中示出)之间的导热路径。
如图1中所示，将膜110封装在导热粘合剂104的第一层122和第二层124内，将膜110粘合到导热粘合剂104的第一层122和第二层122、124，或者膜110夹持在导热粘合剂104的第一层122和第二层122、124之间。在某些示例性实施方式中，膜110在图1中所示的Z方向或垂直方向上可以具有从大约0.1至大约0.35瓦特/m/k(W/mK)的范围内的导热性，并且导热粘合剂104在图1中所示的Z方向或垂直方向上可以具有大约1.5(W/mK)的导热性。总的来说，导热电绝缘体100可以具有大约0.4摄氏度·英寸2/瓦特(C-in2/W)或更小(例如，0.35C-in2/W等)的低热阻、大于大约2Nm(例如，2.4Nm、3.6Nm等)的大扭矩阻力，可以在室温下存储，可以具有大约6个月或更长的长保存期限，和/或可以具有小于9密耳(例如，5密耳等)的总厚度。
在示例性实施方式中，导热电绝缘体100可以具有从大约1W/mK至大约2.5W/mK范围内的导热性。薄膜110的厚度可以落在从大约3密耳至大约20密耳的范围内。导热粘接层122和124的厚度可以落在从大约1密耳至大约20密耳的范围内。
通过示例的方式，电绝缘膜110可以是聚酰亚胺(PI)膜，并且导热粘合剂104可以包括导热环氧复合材料，该导热环氧复合材料包括环氧树脂、丙烯酸树脂和溶剂。导热粘合剂104可以热固化。在该情况下，膜110和导热粘合剂104的第一层122和第二层122、124因此可以提供电绝缘、导热、热固化粘接绝缘体100。另选地，可以在其它实施方式中使用其它材料。例如，膜110可以包括聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)膜、聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等)膜、聚丙烯(例如，双向拉伸聚丙烯(BOPP)等)膜、聚氯乙烯(PVC)膜等。
在操作中，可以将热量从导热粘合剂104的第一层122传导到膜110。然后通常贯穿膜110的横截面116在膜110内部对热量进行横向传播(例如，在左右方向上和出入图1中的页面的方向上等)。还在Z方向上通过膜110将热量传导至导热粘合剂104的第二层124。在膜110内传播的横向热量可以增加表面面积，可以从该表面面积将热量从膜110传递到散热器或热量去除/耗散结构，从而提高热传递效率。已经通过诸如与导热粘合剂104的第一层122相接触的一个或多个电子部件这样的热源生成热量或者从该热源传递热量。
在各种实施方式中，导热粘合剂104是自然地或固有地具有粘性，这有利于便于 将导热电绝缘体100涂覆并粘接(例如，无需预加热和/或无需施加压力等)到诸如一个或多个电子部件等的热源。在某些实施方式中，导热粘合剂104表现出足够的粘性和浸透性，其有效防止已经被手动按压在导热粘合剂104的第一层122或第二层124上的电子部件在固化之前从导热粘合剂上移动或坠落。
在某些示例性实施方式中，可以将一个或更多个填充剂添加到导热粘合剂130中，诸如氧化铝、氧化锌、二氧化硅、其它导热填充剂等。另外，导热粘合剂130还可以被用在其它应用中，诸如环氧灌封材料、热盖密封圈、LED光等。
可以通过下面的示例性方式使用导热电绝缘体来将热源(例如，电子部件等)粘附到热去除/耗散结构(例如。散热器等)。参照图1中所示的示例性绝缘体100，将绝缘体100的第一导热粘接层122的露出的外表面按压在散热器上，以将绝缘体100粘附到散热器上。电子部件(例如，MOSFET等)被手动应用，例如按压在绝缘体100的第二导热粘接层124的露出的外表面上。指压可以被用来造成导热粘合剂104的全部浸透性。然后无需压力，在大约150摄氏度下对组装的散热器、电子部件和绝缘体100进行大约5分钟的固化。要注意，为了实现部件之间的期望的较强的粘合，在固化处理期间不是必需要向组装的部件施加压力。相反，为了在固化之前将部件粘附到散热器上，多个常规导热电绝缘体需要施加压力，例如75到150磅每平方英寸(psi)的压力下的层压。此外，这种常规导热电绝缘体在恒压下需要固化，必须将该恒压施加到部件以保证粘合剂充分浸透。
附加方面提供涉及导热电绝缘体的示例性方法，例如使用和/或制造导热电绝缘体的方法。在示例性实施方式中，方法通常包括沿着电绝缘或介电膜的相对或相反的第一侧和第二侧来分别涂覆(例如，涂覆、沉积等)导热粘合剂的第一层和第二层。
在另一示例性实施方式中，方法通常包括通过在高度下环氧树脂和丙烯酸树脂之间的反应来制作导热复合材料。在添加溶剂之后，可以使用浸渍涂布机来将导热复合材料涂布成电绝缘或介电膜。
另一示例性实施方式提供涉及从电路板的一个或多个热源的热消散或传递的方法。在该示例中，该方法通常包括对导热电绝缘体(其包括沿着电绝缘或介电膜的相对的第一侧和第二侧的导热粘合剂的第一层和第二层)进行定位，使得限定出从一个或多个热源通过导热粘合剂的第一层到达膜并且通过膜到达导热粘合剂的第二层的导热路径。
在另一示例性实施方式中，公开了一种用于制作导热电绝缘体的方法。在该示例中，方法通常包括沿着电绝缘或介电膜的其中一侧或两个相对侧来涂覆(例如，涂覆、沉积等)导热粘合剂。可以将导热粘合剂涂覆到膜，使得导热粘合剂建立与膜的粘合，该膜允许通过导热粘合剂从/到Z轴或厚度方向上的热传递。
另一示例性实施方式涉及一种从热源(例如，晶体管、集成电路(IC)、晶体管轮廓(TO)封装、其它发热部件、其它热源等)的热消散或热传递的方法。在该示例性实施方式中，方法通常包括对导热电绝缘体进行定位，该导热电绝缘体包括沿着其至少一侧的导热粘合剂，使得限定出从热源通过导热粘合剂到达热传播材料，并且在某些实施方式中，沿着导热电绝缘体的相反侧到达导热粘合剂的导热路径。
在另一示例性实施方式中，公开了一种将第一部件组装到第二部件的方法。在该示例中，方法通常包括将第一部件沿着导热电绝缘体的电绝缘膜的第一侧与第一导热粘接层相连接。该方法还包括将第二部件沿着电绝缘膜的第二侧与第二导热粘接层相连接，从而形成组件。该方法还包括在不向该组件施加压力的情况下对该组件进行热固化。
第一导热粘接层和第二导热粘接层可以包括热固化导热环氧复合材料，其包括改性环氧树脂、改性丙烯酸树脂和溶剂。电绝缘膜可以包括聚酰亚胺膜。可以手动进行连接，无需在压力下对导热电绝缘体进行层压。可以在150摄氏度下进行5分钟热固化。第一部件和第二部件可以包括散热器和热源。
下面的测试结果仅仅是示例性的，并且不以任何方式限制本公开。对于该测试，制备如本文中公开的导热电绝缘体，例如电绝缘膜(例如，聚酰亚胺(PI)膜等)，该电绝缘膜具有涂覆有包括环氧树脂、丙烯酸树脂和溶剂在内的导热粘合剂的两侧。表1包括导热电绝缘体的针对该示例性实施方式的测试结果(表1中已标记绝缘体实施方式结果)。为了比较目的，表1还包括常规导热电绝缘体的测试结果(表1中已标记常规绝缘体结果)。要注意，表1示出了本文中公开的绝缘体实施方式表现出与常规绝缘体相比更好的机械形成和更好的热阻。提供该表以及其中列出的材料和性能仅仅是为了例示目的，而非限制目的。
表1
在一个或多个示例性实施方式中，导热电绝缘体与常规绝缘体相比可以具有或提供一个或多个(但不一定是任何或全部)下面的特征，例如具有更强自然粘性的表面、易于定位、当组装时不需要预加热或施加压力、在粘合剂被固化之后没有滑动、大扭矩阻力(例如，大于3牛顿·米等)、低热阻(例如，小于0.4C-in2/W等)、电隔离、降低的组件本、可在室温下存储、和/或大约6个月或更长的保存期限等。
可以使用具有大范围的热源、电子设备、和/或热量去除/消散结构或部件(例如，热传播器、散热器、热管、设备外壳或壳体等)的本文中公开的示例性实施方式。例如，热源可以包括一个或多个发热部件或设备(例如，CPU、底部填充剂内模、半导体设备、倒装芯片设备、图形处理单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)、多处理器系统、集成电路、多核处理器等)。通常来说，热源可以包括具有更高温度或者提供或传递无论是通过热源产生的热量还是仅仅通过或经由热源传递的热量的任何部件或设备。因此，本公开的方面不应当被限制为利用任何单一类型的热源、电子设备、热量去除/耗散结构等的任何特定用途。
提供本文中公开的数字尺寸和特定材料仅仅是为了例示目的。由于取决于例如特殊应用和期望最终用途，其它实施方式的大小可以不同、形状可以不同、和/或从不同的材料和/或过程形成，本文中公开的特定尺寸和特定材料不用来限制本公开的范围。
为了便于说明，本文中可以使用诸如“内”、“外”、“在下方”、“在下面”、“下”、“在上面”、“上”等这样的空间相对术语，来描述如附图中所例示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。除了附图中描述的方位以外，可以预期空间相对术语还包括使用或操作中设备的不同方位。例如，如果将附图中的设备翻过来，则将被描述为 在其它元件或特征的“下面”或“之下”的元件定位成在其它元件或特征的“上面”。因此，示例性术语“在下面”可以包括上面和下面的两种方位。还可以对设备进行定位(旋转90度或处于其它方位)，并因此解释本文中使用的空间相对描述符。
本文所用的术语仅用于描述特定的示例性实施方式，而不用于限制。如本文中所使用的，除非上下文中明确指出，单数形式“一”、“一个”也旨在包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“具有”、“具备”是包含性的，并因此表明存在所述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或增加一个或更多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组。本文中描述的方法步骤、过程和操作不应当被理解为必须要求按照特定次序讨论或例示的其性能，除非作为性能的次序被特定识别出来。还要明白，可以采用附加步骤或另选步骤。
当指出某个元件或层在另一元件或层“上”、与另一元件或层“接合”、“连接”或“耦接”时，其可以是直接在其它元件或层上、直接与其它元件或层接合、连接或耦接，或者也可以存在中间元件或层。相反，当指出某个元件直接处于另一元件或层“上”、与另一元件或层“直接接合”、“直接连接”或“直接耦接”时，可能不存在中间元件或层。应当按照同样的方式来解释用来描述元件之间的关系的其它词语(例如，“之间”与“直接之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。如本文中使用的，术语“和/或”包括一个或多个关联的所列术语的任何和全部组合。
虽然本文中可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应当受到这些术语的限制。这些术语可以仅被用来将一个元件、部件、区域、层或部分与另一区域、层或部分区分开。诸如“第一”、“第二”的术语和其它数字术语当在本文中使用时不隐含顺序或次序，除非上下文中有明确说明。因此，在不背离示例性实施方式的教义的情况下，能够将下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分称为第二元件、部件、区域、层或部分。
提供示例性实施方式，使得本公开将彻底并完整地将本发明的范围传达给本领域的技术人员。陈述诸如特定部件、设备和方法的示例这样的数字具体细节，来提供本公开的实施方式的透彻理解。不需要采用具体细节，可以按照很多不同形式来使示例性实施方式具体化，并且不应当将示例性实施方式理解成限制本公开的范围，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。在某些示例性实施方式中，不对已知过程、已知 设备结构和已知技术进行详细描述。
已经提供了实施方式的上述说明，用于例示和说明目的。并非旨在详尽性或限制本发明。特定实施方式的各个元件或特征通常不被限制于该特定实施方式，而是在适用的情况下是可以互换的，并且能够在所选实施方式中使用，即使未明确示出或描述。相同也可以在很多方面变化。这种变化不应当被认为是远离本发明，并且全部的这种修改旨在包括在本发明的范围内。