專利名稱：熱介面材料制備方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備方法及裝置，尤其涉及一種熱介面材料的制備方法及裝置。
背景技術(shù)：
近年來，隨著半導(dǎo)體器件集成工藝快速發(fā)展，半導(dǎo)體器件的集成化程度越來越高，器件體積卻變得越來越小，其散熱成為一個(gè)越來越重要的問題，其對(duì)散熱的要求亦愈來愈高。為滿足這些需要，各種散熱方式被大量運(yùn)用，如利用風(fēng)扇散熱、水冷輔助散熱和熱管散熱等方式，并取得一定散熱效果，但由于散熱器與半導(dǎo)體集成器件的接觸介面并不平整，一般相互接觸只有不到2％面積，沒有理想的接觸介面，從根本上極大地影響了半導(dǎo)體器件向散熱器進(jìn)行熱傳遞的效果，因此在散熱器與半導(dǎo)體器件的接觸介面間增加一熱傳導(dǎo)系數(shù)較高的熱介面材料來增加介面的接觸程度就顯得十分必要。
為獲得較佳的導(dǎo)熱性能，傳統(tǒng)的熱介面材料將一些導(dǎo)熱系數(shù)較高的微粒，如石墨、氮化硼、氧化硅、氧化鋁、銀等材料的微粒，與聚合物材料混合，以形成復(fù)合熱介面材料。
請(qǐng)參閱圖1，為現(xiàn)有技術(shù)的復(fù)合熱介面材料制備裝置。該制備裝置30包括一混合容器31以及一與所述混合容器31相配合的攪拌裝置32。使用時(shí)，將待混合的材料33，即基體材料與導(dǎo)熱顆粒，置于所述混合容器31中，通過攪拌裝置32旋轉(zhuǎn)攪拌所述材料33，使其充分混合，形成熱介面材料。由此形成的熱介面材料的導(dǎo)熱性能在很大程度上取決于基體材料的性質(zhì)。其中以油脂、相變材料為基體的復(fù)合材料因其使用時(shí)為液態(tài)而能與熱源表面浸潤(rùn)故接觸熱阻較小，而以硅膠與橡膠為基體的復(fù)合材料的接觸熱阻就比較大。這些材料的普遍缺陷是整個(gè)材料導(dǎo)熱系數(shù)比較小，典型值在1瓦/米開爾文(W/mK)，這已經(jīng)越來越不能適應(yīng)半導(dǎo)體集成化程度的提高對(duì)散熱的需求，而增加基體材料中導(dǎo)熱顆粒的含量使顆粒與顆粒盡量相互接觸可以增加整個(gè)復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)，如某些特殊熱介面材料因此可達(dá)到4-8W/mK。
然而，若基體材料中導(dǎo)熱顆粒含量的比例太高，則會(huì)造成整個(gè)熱介面材料的粘度過高，使基體材料失去所需的性能，如油脂會(huì)變硬，從而浸潤(rùn)效果會(huì)變差，橡膠也會(huì)變硬，從而失去柔韌性。上述熱介面材料制備裝置進(jìn)行較高比例的導(dǎo)熱顆粒及基體材料混合時(shí)，攪拌困難，甚至混合材料全部粘附于攪拌轉(zhuǎn)子上，所述熱介面材料制備裝置無法正常使用，導(dǎo)致熱介面材料無法混合均勻，性能大大降低。
因此，提供一種制備較高比例的導(dǎo)熱顆粒與基體材料均勻混合的熱介面材料的方法及制備裝置實(shí)為必要。

發(fā)明內(nèi)容以下，將以實(shí)施例說明一種制備較高比例的導(dǎo)熱顆粒與基體材料均勻混合的熱介面材料的方法及裝置。
一種熱介面材料制備方法，其包括由底部向一混合容器內(nèi)鼓吹氣體；向該混合容器內(nèi)通入粉末狀導(dǎo)熱顆粒，使其隨所述氣體分散；向該混合容器內(nèi)噴射液狀基體材料，使該基體材料與所述導(dǎo)熱顆粒充分接觸；自該混合容器的出料口排出經(jīng)充分接觸的基體材料與導(dǎo)熱顆粒的混合物；將獲得的基體材料與導(dǎo)熱顆粒的混合物通過一輾壓裝置輾壓，即獲得熱介面材料。
一種熱介面材料制備裝置，其包括一混合容器，具有一漏斗狀底部；一進(jìn)氣口，設(shè)于所述混合容器的漏斗狀底部，用于向該混合容器內(nèi)鼓入氣體；一進(jìn)料口，設(shè)于所述混合容器側(cè)壁，用于向該混合容器內(nèi)通入粉末狀導(dǎo)熱顆粒；至少一噴料頭，用于向所述鼓入氣體噴射液狀基體材料；一出料口，設(shè)于所述混合容器側(cè)壁；一傳送裝置，用于傳送由所述出料口輸出的混合物；一上壓件及一與該上壓件相配合以輾壓所述混合物的下壓件；一刮取裝置，用于刮取經(jīng)所述兩壓件輾壓成片的混合物；一收集器，用于收集所述刮取裝置刮取的混合物片狀成品。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，所述熱介面材料制備方法中通過氣流帶動(dòng)導(dǎo)熱顆粒分散，再通過噴料頭使基體材料成霧狀分散，使得集體材料與導(dǎo)熱顆粒能充分接觸，可均勻混合較高比例的導(dǎo)熱顆粒與基體材料，再經(jīng)過輾壓形成導(dǎo)熱性能優(yōu)良的熱介面材料，避免現(xiàn)有技術(shù)中進(jìn)行較高比例的導(dǎo)熱顆粒及基體材料混合時(shí)難以攪拌而導(dǎo)致該二者分布不均的現(xiàn)象。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)熱介面材料制備裝置的截面示意圖。
圖2是本發(fā)明較佳實(shí)施例熱介面材料制備裝置示意圖。
圖3是本發(fā)明較佳實(shí)施例熱介面材料制備方法流程圖。
圖4是本發(fā)明較佳實(shí)施例熱介面材料承受輾壓時(shí)的受力示意圖。
圖5是本發(fā)明較佳實(shí)施例熱介面材料輾壓后結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例下面將結(jié)合附圖和多個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的熱介面材料制備方法及裝置作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明較佳實(shí)施例的熱介面材料制備裝置1包括一混合容器15，具有一漏斗狀底部151；該漏斗狀底部151開設(shè)一用于通入氣流的進(jìn)氣口17，該進(jìn)氣口17由進(jìn)氣口閥門171控制；該混合容器15側(cè)壁設(shè)置一進(jìn)料口13，該進(jìn)料口13由進(jìn)料口閥門131控制；至少一噴料頭14，該噴料頭14設(shè)置于所述混合容器15頂端；所述混合容器15側(cè)壁設(shè)置一出料口16，用于排出均勻混合后的熱介面材料10。
所述混合容器15的漏斗狀底部151可為正圓錐狀、斜圓錐狀、正棱錐狀或斜棱錐狀等，使得混合容器15內(nèi)物料沉落時(shí)由其傾斜的側(cè)壁滑向進(jìn)氣口17，本實(shí)施例中，漏斗狀底部151設(shè)為圓錐狀。
所述噴料頭14包括一個(gè)或一個(gè)以上，可選擇性設(shè)置于所述混合容器15頂端、側(cè)壁或漏斗狀底部151。
優(yōu)選的，該出料口16軸線傾斜向下，便于出料。
優(yōu)選的，熱介面材料制備裝置1進(jìn)一步包括一輾壓裝置2，該輾壓裝置2包括一傳送裝置，即傳送帶22，用于傳送由出料口161輸出的熱介面材料10；一上壓件，即上滾輪20；及一與該上滾輪20相配合輾壓的下壓件，即下滾輪21；一刮取裝置，即刮刀23，用于刮取經(jīng)上述兩滾輪20、21輾壓成片而附著于傳送帶22上表面的片狀熱介面材料10’；一收集器24，用于收集刮刀23刮取的片狀熱介面材料10’成品。
請(qǐng)一并參閱圖2與圖3，使用上述熱介面材料制備裝置1混合作為熱介面材料原料的基體材料18及導(dǎo)熱顆粒19時(shí)，可采用以下操作步驟步驟101，由底部向混合容器15內(nèi)鼓吹氣體11。具體的，由進(jìn)氣口17向混合容器15內(nèi)吹入氣體11，由于該氣體11由進(jìn)氣口17高速吹入混合容器15，該高速氣體11具有一向上速度而以直線上升，直至該氣體11在自身重力作用下，其向上速度逐漸減小為零，該氣體11再向四周分散，并逐漸向壓力較低的下方流動(dòng)，最終形成循環(huán)氣流。
步驟102，由進(jìn)料口13向混合容器15內(nèi)通入粉末狀導(dǎo)熱顆粒19，使其隨所述氣體11分散。此時(shí)，粉末狀導(dǎo)熱顆粒19在上述循環(huán)氣流帶動(dòng)下，在混合容器15內(nèi)循環(huán)流動(dòng)而達(dá)成分散狀態(tài)。
步驟103，通過噴料頭14向該鼓入氣體11內(nèi)噴射液狀基體材料18，使該基體材料18與所述導(dǎo)熱顆粒19充分接觸。通過噴料頭14向鼓入氣體11噴射基體材料18，使基體材料18在混合容器15內(nèi)以霧狀均勻分散。循環(huán)流動(dòng)而分散的粉末狀導(dǎo)熱顆粒19與霧狀均勻分散的基體材料18在混合容器15內(nèi)充分接觸，從而達(dá)成該二者均勻混合。
步驟104，充分接觸后的基體材料18與導(dǎo)熱顆粒19自該混合容器15的出料口16排出，即獲得熱介面材料10?；w材料18及導(dǎo)熱顆粒19的混合物在上述循環(huán)氣流作用下，有些自出料口16排出，即獲得基體材料18與導(dǎo)熱顆粒19混合均勻的熱介面材料10，未由出料口16排出的混合物，隨上述循環(huán)氣流進(jìn)入下一次循環(huán)。
優(yōu)選的，還可通過輾壓裝置2對(duì)熱介面材料10進(jìn)行一輾壓操作，以獲得片狀熱介面材料10’成品，該輾壓操作具體包括下列步驟首先，自出料口16排出的熱介面材料10在自身重力的作用下，落至循環(huán)傳送的傳送帶22上，當(dāng)該傳送帶22將熱介面材料10傳送至滾輪20、21處時(shí)，在滾輪20、21相配合的機(jī)械輾壓作用下，如圖4所示，熱介面材料10分別承受上滾輪20的向下作用力F1及下滾輪21的向上作用力F2，在此二力作用下，均勻混合于基體材料18內(nèi)的導(dǎo)熱顆粒19將以更密集的方式均勻分布于基體材料18內(nèi)，且原本露出基體材料18外的導(dǎo)熱顆粒19將被完全包覆于基體材料18內(nèi)，從而，經(jīng)過該輾壓過程后，導(dǎo)熱顆粒19將以高密度、高均勻性分布于基體材料18，形成片狀熱介面材料10’成品(如圖5所示)。
然后，用刮刀23刮取經(jīng)上述兩滾輪20、21輾壓成片而附著于傳送帶22上表面的熱介面材料10’，再用收集器24收集刮刀23刮取的熱介面材料10’片狀成品。
上述向混合容器15內(nèi)通入粉末狀導(dǎo)熱顆粒19，與向該混合容器15內(nèi)噴射液狀基體材料18的步驟，也可同時(shí)或反序進(jìn)行。
當(dāng)持續(xù)由進(jìn)料口13輸入粉末狀導(dǎo)熱顆粒19、及由噴料頭14噴射霧狀基體材料18，并不斷由進(jìn)氣口17鼓入氣體11時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)片狀熱介面材料10’成品的連續(xù)生產(chǎn)。
對(duì)所述吹入的氣體11，僅需滿足不與熱介面材料制備裝置1的材質(zhì)、基體材料18及導(dǎo)熱顆粒19反應(yīng)的氣體即可適用，例如空氣、氮?dú)?、氖氣或氬氣等氣體。
所述導(dǎo)熱顆粒19的質(zhì)量可占熱介面材料整體質(zhì)量的50～90％。可通過對(duì)基體材料18與導(dǎo)熱顆粒19的進(jìn)料流量的控制而達(dá)成所述質(zhì)量比。
所述基體材料18可為聚乙酸乙烯、聚乙烯、硅油、硅氧烷、聚氯乙烯、氨基環(huán)氧、聚酯、丙烯酸脂、聚丙烯、環(huán)氧樹脂、聚甲醛、聚縮醛、聚乙烯醇、烯烴樹脂中的一種或幾種的混合物。
所述導(dǎo)熱顆粒19可為銀、金、銅、鎳、鋁、氧化鋁、氧化鋅、氮化硼、鋁礬土、氮化鋁、石墨、碳黑中的一種或幾種的混合物。
本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明熱介面材料制備裝置1的混合容器15也可采用其它結(jié)構(gòu)，只需確保其通入氣流容易于混合容器15底部形成渦流現(xiàn)象，以有利于基體材料與導(dǎo)熱顆粒均勻混合形成熱介面材料。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍的內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種熱介面材料制備方法，其包括以下步驟由底部向一混合容器內(nèi)鼓吹氣體；向該混合容器內(nèi)通入粉末狀導(dǎo)熱顆粒，使其隨所述氣體分散；向所述鼓入氣體噴射液狀基體材料，使該基體材料與所述導(dǎo)熱顆粒充分接觸；自該混合容器的出料口排出經(jīng)充分接觸的基體材料與導(dǎo)熱顆粒的混合物；將獲得的基體材料與導(dǎo)熱顆粒的混合物通過一輾壓裝置輾壓，即獲得熱介面材料。
2.如權(quán)利要求1所述的熱介面材料制備方法，其特征在于進(jìn)一步包括使用至少一噴料頭噴射液狀基體材料。
3.如權(quán)利要求1所述的熱介面材料制備方法，其特征在于所述向該混合容器內(nèi)通入粉末狀導(dǎo)熱顆粒的步驟與所述向該混合容器內(nèi)噴射液狀基體材料的步驟同時(shí)或反序進(jìn)行。
4.如權(quán)利要求1所述的熱介面材料制備方法，其特征在于所述吹入的氣體采用與所述熱介面材料混合容器的材質(zhì)、基體材料及導(dǎo)熱顆粒反應(yīng)表現(xiàn)惰性的氣體。
5.如權(quán)利要求1所述的熱介面材料制備方法，其特征在于所述吹入氣體為空氣、氮?dú)狻⒛蕷饣驓鍤狻?br> 6.如權(quán)利要求1所述的熱介面材料制備方法，其特征在于所述導(dǎo)熱顆粒的質(zhì)量占熱介面材料整體質(zhì)量的50～90％。
7.如權(quán)利要求1所述的熱介面材料制備方法，其特征在于所述基體材料包括聚乙酸乙烯、聚乙烯、硅油、硅氧烷、聚氯乙烯、氨基環(huán)氧、聚酯、丙烯酸脂、聚丙烯、環(huán)氧樹脂、聚甲醛、聚縮醛、聚乙烯醇、烯烴樹脂中的一種或幾種的混合物。
8.如權(quán)利要求1所述的熱介面材料制備方法，其特征在于所述導(dǎo)熱顆粒材料包括銀、金、銅、鎳、鋁、氧化鋁、氧化鋅、氮化硼、鋁礬土、氮化鋁、石墨、碳黑中的一種或幾種的混合物。
9.一種熱介面材料制備裝置，其特征在于包括一混合容器，具有一漏斗狀底部；一進(jìn)氣口，設(shè)于所述混合容器的漏斗狀底部；一進(jìn)料口，設(shè)于所述混合容器側(cè)壁；至少一噴料頭；一出料口，設(shè)于所述混合容器側(cè)壁；一傳送裝置，用于傳送由所述出料口輸出的混合物；一上壓件及一與該上壓件相配合以輾壓所述混合物的下壓件；一刮取裝置，用于刮取經(jīng)所述兩壓件輾壓成片的混合物；一收集器，用于收集所述刮取裝置刮取的混合物片狀成品。
10.如權(quán)利要求9所述的熱介面材料制備裝置，其特征在于所述混合容器的漏斗狀底部外形可為正圓錐狀、斜圓錐狀、正棱錐狀或斜棱錐狀。
11.如權(quán)利要求9所述的熱介面材料制備裝置，其特征在所述噴料頭設(shè)于所述制備裝置頂端、側(cè)壁或漏斗狀底部。
12.如權(quán)利要求9所述的熱介面材料制備裝置，其特征在所述出料口軸線傾斜向下。
全文摘要
一種熱介面材料制備裝置，其包括一混合容器，具有一漏斗狀底部；一進(jìn)氣口，設(shè)于所述混合容器的漏斗狀底部，用于向該混合容器內(nèi)鼓入氣體；一進(jìn)料口，設(shè)于所述混合容器側(cè)壁，用于向該混合容器內(nèi)通入粉末狀導(dǎo)熱顆粒；至少一噴料頭，用于向所述鼓入氣體噴射液狀基體材料；一出料口，設(shè)于所述混合容器側(cè)壁；一傳送裝置，用于傳送由所述出料口輸出的混合物；一上壓件及一與該上壓件相配合以輾壓所述混合物的下壓件；一刮取裝置，用于刮取經(jīng)所述兩壓件輾壓成片的混合物；一收集器，用于收集所述刮取裝置刮取的混合物片狀成品。另外，本發(fā)明還提供使用上述熱界面材料制備裝置制備熱界面材料的方法。
文檔編號(hào)C09K5/00GK1970679SQ20051010177
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月25日
發(fā)明者何紀(jì)壯, 蕭博元 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司