KR20070051919A

KR20070051919A - 열 전도성 조성물 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20070051919A
Application number: KR1020077006597A
Authority: KR
Inventors: 홍 종; 사라 나오미 페이스너; 애런 버루파챠 가우다; 데이비드 리차드 에슬러; 샌딥 셔리칸트 토나피; 제니퍼 데이비드; 파울로 메네게티; 로렌스 마니시아; 폴 조셉 한스; 로버트 포튜나; 그레고리 에이 스트로사커; 그레고리 더블유 샤퍼; 홀리스터 빅터
Original assignee: 제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date: 2004-08-23
Filing date: 2005-08-22
Publication date: 2007-05-18
Anticipated expiration: 2025-08-22
Also published as: JP5305656B2; EP1797155B1; JP2008510878A; KR101261064B1; WO2006023860A3; WO2006023860A2; EP1797155A2

Abstract

중합체 매트릭스 중에 2.0 미만의 평균 종횡비를 갖는 구형 질화 붕소 충전제 입자를 함유하는 열 전도성 조성물을 개시한다.

Description

열 전도성 조성물 및 그의 제조 방법{THERMALLY CONDUCTIVE COMPOSITION AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

관련 출원에 대한 참조

본 출원은 2004년 8월 23일자로 출원된 미국 가특허출원 제 60/603777 호 및 2005년 3월 14일자로 출원된 미국 가특허출원 제 60/661395 호의 우선권을 청구하며, 이들 특허 출원은 본 발명에 참고로 인용된다.

본 발명은 전자공학 용도에 사용하기 위한 열 전도성 조성물에 관한 것이다.

전자 장치로부터 열을 제거하는 것은 특히 개인용 컴퓨터에서 점점 더 중요해지고 있다. 증가하는 처리 속도 및 소형화 추세에 따라, 상기 마이크로프로세서의 열 유출이 현저하게 증가한다. 상기 마이크로프로세서의 온도가 증가함에 따라 개인용 컴퓨터의 기능불량 확률도 또한 증가한다. 과도한 열을 제거하고 상기 프로세서를 일정한 온도 하에서 보관하는 것은 절대 필요한 일이다. 상기 증가된 열 제거는 열 제거를 촉진하기 위한 복잡한 열 처리 기법을 요한다. 한 가지 기법은 열을 전기 시스템 중의 고온 영역으로부터 멀리 전도하기 위해서 일부 형태의 열 소산 유닛, 예를 들어 열 확산기, 열 발산판, 뚜껑, 열 파이프 등의 사용을 수반한다. 열 소산 유닛은 높은 열 전도성 물질, 예를 들어 구리, 알루미늄, 탄화 규소, 금속 합금, 중합체 합성물 및 세라믹 합성물 등으로부터 형성된 구조물이며, 열 제거를 돕기 위해 열 발생 유닛에 기계적으로 결합된다. 상기 열 소산 유닛의 표면 및 상기 열 발생 소자의 표면은 좀처럼 완벽하게 평면이거나 평탄하지 않으며, 따라서 상기 표면들 사이에 공극(air gap)이 존재한다. 상기 공극은 열처리 장치로서 상기 열 소산 유닛의 유효도 및 가치를 감소시킨다.

중합체성 조성물은 전자 소자들 및 이들 간의 접촉면 물질, 즉 상기 공극 중의 배치 물질로서 개발되었다. 일례로, 열 전도성 조성물이 열 접착 물질로서 상기 열 전달 표면들 사이에 배치된다. 또 다른 예로, 상기 조성물은 플립 칩 조립체("FC") 등의 언더필(underfill)로서 사용된다. 더욱 또 다른 예로, 상기 중합체성 물질은 장치를 전자 모듈 조립체에 캡슐화하는 작용을 한다. 열 전도성 조성물의 또 다른 예는 경화된 중합체 젤 성분 및 충전제 성분의 혼합물이다. 또 다른 예로, 상기 조성물은 그의 낮은 내열성으로 인해 열전도성 충전제를 함유하는 그리스의 형태이다. 상기 그리스 자체가 열 전도성을 발휘한다. 또 다른 실시태양에서, 상기 조성물은 유기 수지 및 충전제, 예를 들어 질화 붕소를 포함하는 열전도성 시트의 형태이다. 상기 열 전도성 시트는 열 패드, 상 변화 필름, 열 테이프 등의 형태일 수 있다.

상기 접촉면 용도를 위한 상기 중합체성 조성물의 바람직한 성질로는 낮은 내열성, 안정한 내열성이 있고, 접착제의 경우, 다양한 접촉 물질들과의 높은 접착 강도, 열 주기, 열 쇼크, 고온 보관 시험 및 고온/다습 보관 시험을 수반하는 신뢰도 스트레스 노출 중의 결합 완전성의 유지, 틈이 없는 결합 선, 200 ℃ 이하의 열 안정성, 분배, 스크린 인쇄, 스텐실 인쇄 또는 당해 분야의 숙련가들에게 공지된 임의의 다른 적용 방법에 적합한 페이스트 점도, 및 연장된 기간 동안 거의 점도 변화가 없는 중합체 전도성 충전제 분산 안정성이 있다. 특허 공보 EPA 322165에는 약 130 내지 260 마이크론의 중간 입자 크기를 갖는 질화 붕소가 20 내지 60 부피%의 범위로 충전제로서 사용되는 열 전도성 조성물이 개시되어 있다.

또 다른 참고문헌인 WO 2003027207A1에는 열 전도성 충전제로서 실질적으로 구형인 질화 붕소를 혼입시킴으로써 상 변화 필름이 판형 질화 붕소 입자를 사용하는 경우에서보다 두께 방향으로 더 큰 열 전도성을 가질 뿐만 아니라 상기 상 변화 전에 감소된 초기 내열성을 가질 수 있음이 개시되어 있다. 상기 사용된 "구형" 질화 붕소 입자, 예를 들어 PT620 및 PT670은 1 내지 5 범위의 종횡비를 갖는 것으로 정의된다. 이들은 실제로 불규칙한 형상의 입자이며 전혀 구형이지 않다. 당해 분야에 사용된 바와 같이, 상기 "종횡비"는 입자의 주 직경 대 부 직경의 비로서 정의되며, 입자의 형상이 구에 가까운지의 여부를 가리키는 지수이다. 2 초과의 종횡비는 입자가 구와 다른 형상을 가지며, 따라서 난류를 발생시킴을 가리킨다. 상기 종횡비의 하한은, 중요하지는 않지만, 바람직하게는 1에 가깝다.

미국 특허 제 6,713,088 호에는 질화 붕소 소판의 구형 응집체를 포함하는 구형 질화 붕소 분말이 개시되어 있으며, 여기에서 상기 구형 질화 붕소 응집체를 유기 결합제에 의해 함께 결합시키고 이어서 약 1 마이크론 초과의 평균 직경을 갖 도록 상기 응집체 또는 입자를 분무 건조시킨다. 미국 특허 제 6,652,822 호에는 "고체(solid)" 구형 질화 붕소 입자가 개시되어 있으며, 여기에서 상기 고체 구형 질화 붕소 입자는 에어로졸 기체에 현탁된 질화 붕소의 전구체 입자를 플라스마에 의해 용융시키고 냉각 및 고화 시 고체 구형 질화 붕소 생성물 입자를 형성시킴으로써 생성된다.

본 발명은 전자 공학 용도에서 그리스, 접착제, 젤, 상 변화 물질, 패드, 테이프, 호일 등의 형태로 열 접촉면 물질로서 사용하기 위한, 중합체 매트릭스 및 충전제로서 구형 질화 붕소 응집체의 블렌드를 포함하는 신규의 열 전도성 조성물을 제공한다.

발명의 요약

본 발명은 중합체 매트릭스 및 충전제로서 구형 질화 붕소 응집체의 블렌드를 포함하는 열 전도성 조성물에 관한 것이며, 이때 상기 구형 질화 붕소 응집체는 결합제에 의해 함께 결합되고 후속적으로 분무 건조되며, 2 미만의 평균 종횡비를 갖는 불규칙한 비 구형 BN 입자로 형성된다.

본 발명의 하나의 태양에서, 중합체 매트릭스 및 충전제로서 2 미만의 평균 종횡비를 갖는 구형 질화 붕소 응집체의 블렌드를 포함하는 열 전도성 조성물을 제공하며, 이때 상기 중합체 매트릭스는 폴리올레핀, 폴리올-에스터, 유기-실록산, 폴리다이메틸실록산, 에폭시, 아크릴레이트, 유기폴리실록산, 폴리이미드, 플루오로카본, 벤조사이클로부텐, 불소화된 폴리알릴 에테르, 폴리아미드, 폴리이미도아미드, 시아네이트 에스터, 페놀 수지, 방향족 폴리에스터, 폴리 아릴렌 에테르, 비 스말레이미드, 플루오르 수지, 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 경화성 물질 중에서 선택된다.

본 발명의 열 전도성 조성물을 프리스탠딩형 필름 형태로 또는 담체, 열 패드 또는 시트, 그리스, 젤, 용제, 접착제 또는 테이프 중에 상 변화 물질("PCM")을 포함하여, 다양한 형태의 열 처리 용도에 사용할 수 있다. PMC은 취급의 용이성을 위해 실온, 즉 약 25 ℃에서 고체, 반 고체, 유리질 또는 결정성 제 1 상 또는 상태로 자립적이고 형태 안정성이나 실질적으로는 승온에서 순응성인 물질이다. 예를 들어, 전자 소자의 작동 온도에서, 상기 PCM은 상기 접촉면 표면에 순응하는 점성이지만 유동성인 상을 형성하기 위해 연화되거나 액화될 것이다.

본 발명의 조성물은 접촉면 물질의 매트릭스 중에 구형의 질화 붕소 응집체 충전제를 포함한다. 하나의 실시태양에서, 상기 조성물은 임의의 성분들, 예를 들어 분산제, 다른 유형의 충전제 등을 포함한다.

구형 질화 붕소 충전제 성분 A:

본 발명에 시용된 "구형 질화 붕소"는 일반적으로는 구형의 기하를 갖고, 결합제에 의해 함께 결합되고 후속적으로 분무 건조된 불규칙한 비 구형 BN 입자로 형성된 응집된 고체 입자를 지칭한다. 하나의 실시태양에서, 상기 구형 질화 붕소를 1800 내지 2100 ℃로 임의로 열 처리한다.

결합제의 예로는 수용성 아크릴류, 아세테이트류, 폴리카복실산류, 실란류 등이 있다. 구형 질화 붕소 분말을 지이 어드밴스드 세라믹스(GE Advanced Ceramics, Strongsville, Ohio)로부터 상업적으로 입수할 수 있다. 본 발명의 열 전도성 조성물과 함께 사용하기 위한 구형 질화 붕소 충전제에 대한 설명을 미국 특허 제 6,713,088 호에서 찾을 수 있다.

하나의 실시태양에서, 상기 결합제는 붕소 산화물(예를 들어 산화 붕소), 알루미늄, 실리콘, 희토 및 알칼리 토 금속 원소 및/또는 유기 결합제의 잔류물, 즉 그의 분해 산물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 무기 결합제이다. 또 다른 실시태양에서, 상기 결합제는 비 제한적으로 아크릴류, 아크릴 또는 메트아크릴산의 C₁-C₄ 알킬 에스터류, 예를 들어 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 메틸 메트아크릴레이트, 에틸 메트아크릴레이트, 부틸 메트아크릴레이트 및 아이소부틸 메트아크릴레이트; 아크릴 또는 메트아크릴산의 하이드록시알킬 에스터류, 예를 들어 하이드록시에틸 아크릴레이트, 하이드록시프로필 아크릴레이트, 하이드록시에틸 메트아크릴레이트 및 하이드록시프로필 메트아크릴레이트; 아크릴아미드 및 알킬-치환된 아크릴아미드류, 예를 들어 아크릴아미드, 메트아크릴아미드, N-3급부틸아크릴아미드, N-메트아크릴아미드 및 N,N-다이메트아크릴아미드, 다이메틸아미노에틸 아크릴레이트, 다이메틸아미노에틸 메트아크릴레이트; 아크릴로나이트릴, 메트아크릴로나이트릴 및 폴리비닐 알콜로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 유기 결합제이다.

하나의 실시태양에서, BN 입자들의 비는 약 0.00170 내지 0.008의 결합제 대 질화 붕소의 몰 비로 결합제 또는 그의 분해 산물로 구성된 표면층을 갖는다.

하나의 실시태양에서, 미국 특허 제 6,713,088 호에서 제조된 바와 같은 분무 건조된 구형 질화 붕소 응집체를 죠(jaw) 분쇄, 롤 분쇄 및/또는 미세 분쇄 공정의 임의의 조합을 사용하여 바람직한 크기 범위로 감소시킬 수 있다. 표적 입자 크기보다 큰 거친 응집체들을 이들이 표적 크기 분포 내에 있을 때까지 재분쇄하고 분류할 수 있다. 하나의 실시태양에서, 상기 분무 건조된 구형 질화 붕소 응집체는 냉간 압착 또는 정수압 가공을 겪어 바람직한 결정성 성질을 갖는 새로운 로그, 성형탄 또는 펠릿을 형성할 수 있다. 압착에 이어서, 상기 로그, 성형탄 또는 펠릿을 다시 분쇄한다. 상기 압착 및 분쇄 단계를 본 발명의 열 전도성 조성물에 사용하기 위해 임의의 회수로 반복하여 상기 생성된 구형 BN 공급원료 분말의 결정 크기, 입자 크기, 입자 크기 분포를 변경시킬 수 있다.

더욱 또 다른 실시태양에서, 미국 특허 제 6,713,088 호에서 제조된 바와 같은 분무 건조된 구형 질화 붕소 응집체를 본 발명의 열 전도성 조성물에 사용하기 전에 소결시킬 수 있다. 상기 소결 공정은 비결정성 상의 결정 성장 및 결정화를 촉진시키며, 이는 문헌[Hagio et al., "육각형 질화 붕소의 기계 화학적으로 활성화된 분말의 소결", Communications of the American Ceramic Society, Vol. 72, No. 8, pps. 1482-1484(1989)]에 제시된 바와 같이 최종 BN 생성물의 밀도 감소를 야기한다.

더욱 또 다른 실시태양에서, 상기 분무 건조된 구형 질화 붕소 응집체를 공급받은 대로 사용하거나 또는 본 발명의 열 전도성 조성물에 사용하기 전에 표면 처리할 수 있다. 상기 표면 처리는 BN 입자 표면을 상기 매트릭스 중합체와 상용성이게 할 수 있으며 따라서 BN-충전된 물질의 점도를 낮출 수 있다.

충전체 처리에는 비 제한적으로 볼-분쇄, 제트-분쇄, 예를 들어 충전제를 화학물질, 예를 들어 실라잔, 실란올, 실란 또는 실록산 화합물, 알콕시, 하이드록시 또는 Si-H 그룹을 함유하는 중합체, 또는 종래 기술에 통상적으로 사용되는 다른 충전제 처리 시약으로 처리하는 과정, 예를 들어 당해 분야의 숙련가들이 통상적으로 채택하는 과정, 예를 들어 EP 0424094A1 및 미국 특허 제 5,681,883 호에 개시된 과정들을 사용하는 화학적 또는 물리적 코팅 또는 캡핑이 포함된다.

하나의 실시태양에서, 상기 구형 질화 붕소 응집체를 티타네이트 및/또는 지르코네이트 커플링제, 예를 들어 아이소프로필 트라이아이소스테로일티타네이트로 처리한다. 두 번째 실시태양에서, 상기 구형 질화 붕소 응집체를 벤조산 유도체, 예를 들어 에스터, 아미드, 산 무수물 및 산 염화물로 표면 처리한다. 하나의 실시태양에서, 상기 응집체를 파라 작용화된 벤조산으로 처리한다.

더욱 또 다른 실시태양에서, 상기 구형 질화 붕소 응집체를 아실옥시-, 알콕시-, 메톡시 실란 및 이들의 조합 중 하나 이상으로 처리한다. 하나의 실시태양에서, 상기 구형 질화 붕소를 알콕시 실란으로 처리한다. 또 다른 실시태양에서, 상기 알콕시 실란은 메틸-트라이메톡시 실란, 비닐 트라이메톡시 실란, 유기실란 에스터 트리스[3-트라이메톡시실릴)프로필]아이소시아누레이트, 비스[트라이메톡시실릴)프로필] 아민 및 감마-유레이도프로필 트라이메톡시 실란의 그룹 중에서 선택된 메톡시 실란이다.

하나의 실시태양에서, 상기 분무 건조된 구형 BN 응집체를 최종 구형 붕소 응집체의 10 중량% 이하의 코팅층으로 코팅할 수 있다. 하나의 실시태양에서, 상기 코팅층은 상기 구형 붕소 응집체의 0.5 내지 5 중량%의 양이다. 코팅제의 한 가지 예는 소수성 그룹을 갖는 유기 계면활성제로, 산 작용기에서 종결된다. 코팅제의 또 다른 예는 2 개 이상의 계면활성제들의 혼합물이며, 이때 하나는 친수성 그룹을 갖고 다른 하나는 소수성 그룹을 갖는다. 또 다른 실시태양에서, 상기 코팅제 또는 게면활성제는 솔비탄 다이에스터와 솔비탄 모노에스터의 조합이다. 하나의 예에서, 상기 코팅층은 솔비탄 무수물의 모노에스터, 예를 들어 솔비탄 모노스테아레이트, 솔비탄 모노라우레이트, 솔비탄 모노올리에이트, 및 솔비탄 모노팔메이트이다. 하나의 실시태양에서, 상기 코팅 물질은 JP 59-133360에 개시된 바와 같은 공정에서 1 내지 100 마이크론의 두께를 갖는 금속 분말, 예를 들어 구리 또는 그의 합금을 포함한다.

본 발명의 하나의 실시태양에서, 상기 질화 붕소 응집체는 1 내지 약 2 범위의 평균 종횡비를 갖는 실질적으로 구형인 형상을 갖는다. 두 번째 실시태양에서, 상기 응집체의 평균 종횡비는 1 내지 약 1.5의 범위이다. 세 번째 실시태양에서, 상기 평균 종횡비의 범위는 1 내지 약 1.3이다. 네 번째 실시태양에서, 상기 평균 종횡비 범위는 1 내지 약 1.25이다. 다섯 번째 실시태양에서, 상기 평균 종횡비는 약 1.1 미만이다.

하나의 실시태양에서, 상기 분무 건조된 구형 질화 붕소 응집체는 일반적으로는 구형의 형상을 가지며 약 1 마이크론 내지 약 150 마이크론(구형 응집체의)의 직경을 갖는다. 또 다른 실시태양에서, 상기 구형 질화 붕소 응집체는 약 20 내지 100 마이크론의 평균 직경을 갖는다. 세 번째 실시태양에서, 상기 구형 질화 붕소 응집체는 약 30 내지 70 마이크론의 평균 직경을 갖는다. 네 번째 실시태양에서, 상기 구형 질화 붕소 응집체는 약 70 내지 100 마이크론의 평균 직경을 갖는다.

본 발명의 하나의 실시태양에서, 응집체 형태의 상기 분무 건조된 구형 질화 붕소 분말은 약 0.3 g/cc 내지 0.7 g/cc의 탭 밀도를 갖는다. 또 다른 실시태양에서 상기 구형 질화 붕소 분말은 약 0.4 g/cc 내지 0.7 g/cc의 탭 밀도를 갖는다. 세 번째 실시태양에서 상기 구형 질화 붕소 분말은 약 0.2 g/cc 내지 0.6 g/cc의 탭 밀도를 갖는다.

본 발명 조성물의 더욱 또 다른 실시태양에서, 상기 사용된 충전제는 6.5 MPa.cc/g 이상의 균열 강도 대 엔벨롭(envelope) 밀도 비를 갖는 분무 건조된 구형 질화 붕소 분말이다. 상기 응집체의 강도를 상기 응집체의 압축 시험을 사용하고 상기 강도 분포를 정량분석하여, 즉 상기 응집체가 50% 잔존 확률에 견딜 수 있는 중간 부하를 측정하여 평가한다. 입자를 분쇄하는데 필요한 힘을 쉼포 인스트루먼츠(Shimpo Instruments, Itasca, EL)로부터 수득한 FGE-50으로 표시하는 쉼포 포스 게이지, 또는 유사한 장비로 측정할 수 있다.

하나의 실시태양에서, 상기 구형 질화 붕소 응집체 충전제를 목적하는 전기 전도성 및 목적하는 용도에 대한 EMI 차폐 효과에 충분한 양으로 사용한다. 대부분의 용도에서, 상기 EMI 차폐 유효성은 약 10 MHz 내지 10 GHz의 진동수에 걸쳐 10 dB 이상을 갖는다.

또 다른 실시태양에서, 상기 구형 질화 붕소 응집체 충전제를 상기 열 전도성 조성물의 다른 바람직한 성질에 영향을 미치지 않으면서, ASTM 5470에 따라 측정 시, 약 0.5 W/m-K 이상의 열 전도도 및 약 1 ℃ in²/W 미만의 열 임피던스를 갖는 열 전도성 조성물을 제공하기에 충분한 양으로 사용한다.

더욱 또 다른 실시태양에서, 상기 열 전도성 조성물의 경우 약 25 내지 30 ℃에서 약 15 x 10⁶ cps 미만의 점도를 갖는 양이면 충분하다. 또 다른 실시태양에서, 구형 질화 붕소 및 다른 충전제, 예를 들어 은 등의 양은 상기 열 전도성 조성물이 약 1 오옴-㎝ 이하의 전기 부피 저항을 갖기에 충분한 양이다.

하나의 실시태양에서, 상기 구형 질화 붕소를 상기 조성물 중에 충전제로서 5 내지 95 중량%의 양으로 사용한다. 또 다른 실시태양에서, 상기 구형의 질화 붕소는 15 내지 약 90 중량%의 양으로 존재한다. 세 번째 실시태양에서, 약 35 내지 85 중량% 범위, 네 번째 실시태양에서 10 내지 45 중량%의 양으로 존재한다.

"매트릭스" 또는 " 접촉면 " 물질 성분 B

상기 구형 질화 붕소 응집체 및 임의의 성분들, 예를 들어 충전제, 분산제 등을 매트릭스 물질에 혼입시킨다. 이러한 매트릭스 성분은 상기 열 전도성 조성물에 대해 베이스로서 작용한다. 본 발명에 사용된 "매트릭스"이란 용어는 "접촉면"이란 용어와 호환적으로 사용될 수 있다.

하나의 실시태양에서, 상기 베이스 매트릭스는 중합체성 물질이다. 적합한 매트릭스 물질에는 비 제한적으로 폴리다이메틸실록산 수지, 에폭시 수지, 아크릴레이트 수지, 다른 유기 작용화된 폴리실록산 수지, 폴리이미드 수지, 플루오로카본 수지, 벤조사이클로부텐 수지, 플루오르화된 폴리알릴 에테르, 폴리아미드 수지, 폴리이미도아미드 수지, 페놀 크레졸 수지, 방향족 폴리에스터 수지, 폴리페닐렌 에테르(PPE) 수지, 비스말레이미드 수지, 플루오르 수지, 이들의 혼합물 및 당해 분야의 숙련가들에게 공지된 임의의 다른 중합체 시스템이 포함된다. (통상적인 중합체들에 대해서, 문헌["Polymer Handbook:, Branduf, J.,; Immergut, E.H; Grulke, Eric A; Wiley Interscience Publication, New York, 4th ed.(1999); "Polymer Data Handbook Mark, James Oxford University Press, New York(1999)]을 참조하시오). 수지는 또한 경화성 열가소성 물질을 포함할 수 있다.

하나의 실시태양에서, 상기 매트릭스 성분은 장기간에 걸쳐 안정한 열전도성 성질을 갖는 실리콘 조성물, 즉 시간이 지남에 따라 오일을 삼출시켜 열 소산 성질을 감소시키지 않는 것을 포함한다. 예로서 1.03 내지 1.5의 요변성도 및 25 ℃에서 100 내지 1,000,000 ㎟/s의 점도를 갖는 유기폴리실록산이 있다. 하나의 실시태양에서, 상기 유기폴리실록산은 폴리다이메틸실록산, 폴리알킬실록산, 폴리다이메틸-코-메틸페닐-실록산, 폴리다이메틸-코-다이페닐-실록산 또는 작용화된 유기폴리실록산 유체이다. 또 다른 실시태양에서, 상기 유기폴리실록산을 백금 촉매의 존재 하에서 상기 분자 중의 2 개 이상의 알케닐 그룹을 갖는 유기폴리실록산과 2 개 이상의 SiH 그룹을 갖는 수소 유기폴리실록산 간의 부가 반응에 의해 수득한다.

하나의 실시태양에서, 상기 매트릭스 성분은 비닐 종결된 실록산, 가교결합제 및 촉매를 포함하는 실리콘 수지 혼합물을 포함한다. 상기 접촉면 물질은 유연하고 가교결합성임을 특징으로 한다. 본 발명에 사용된 "유연한"이란 용어는 실온에서 고체이고 항복하지 않는 것과 상반되게, 실온에서 항복하고 성형 가능한 물질의 성질을 포함한다. 본 발명에 사용된 "가교결합성"이란 용어는 아직 가교결합되지 않은 물질 또는 화합물을 지칭한다.

실리콘 수지 혼합물의 예로는 비닐 실리콘, 비닐 Q 수지, 하이드라이드 작용성 실록산 및 백금-비닐실록산의 혼합물이 있다. 상기 수지 혼합물을 실온이나 승온에서 경화시켜 유연한 탄성중합체를 형성시킬 수 있다. 상기 반응은 촉매, 예를 들어 백금 착체, 로듐 착체 또는 니켈 착체의 존재 하에서 하이드라이드 작용성 실록산에 의한 비닐 작용성 실록산의 하이드로실릴화(부가 경화)를 경유한다.

하나의 실시태양에서, 상기 베이스 매트릭스는 열경화성 수지, 또는 경화성 물질을 포함한다. 여기에는 비 제한적으로 실리콘 수지, 에폭시 수지, 아크릴옥시 수지, 또는 이들의 임의의 조합이 포함된다. 하나의 실시태양에서, 상기 매트릭스 성분은 경화 시 고정화된 고체로 경화되는, 혼합 시 분배 가능한 제형이다. 열 전도성 및 전기 절연성의 최종 성질들은 경화 시 획득된다.

하나의 실시태양에서, 상기 경화성 매트릭스는 아크릴레이트 수지, 에폭시 수지, 폴리다이메틸 실록산 수지, 자유 라디칼 중합, 원자 전달 라디칼 중합, 나이트로옥사이드 매개된 라디칼 중합, 가역적인 부가 단편화 전달 중합, 개환 중합, 개환 복분해 중합, 음이온성 중합, 양이온성 중합 또는 당해 분야의 숙련가들에게 공지된 임의의 다른 방법을 통해 가교 결합 네트워크를 형성할 수 있는 다른 유기-작용화된 폴리실록산 수지, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 적합한 경화성 실리콘 수지는 예를 들어 문헌["Chemistry and Technology of Silicone", Noll, W.; Academic Press 1968]에 개시된 바와 같은 부가 경화성 및 축합 경화성 매트릭스를 포함한다.

상기 경화 공정을 당해 분야의 숙련가들에게 공지된 임의의 방법에 의해 수행할 수 있다. 경화를 열 경화, UV 광 경화, 극초단파 경화, e-광선 경화, 자유 라디칼 개시제에 의해 개시된 자유 라디칼 경화, 및 이들의 조합과 같은 방법에 의해 수행할 수 있다. 전형적인 자유 라디칼 개시제에는 비 제한적으로 유기 과산화물(예를 들어 과산화 벤조일), 무기 과산화물(예를 들어 과산화 수소), 유기 또는 무기 아조 화합물(예를 들어 2,2'-아조-비스-아이소부티릴나이트릴), 나이트로옥사이드(예를 들어 TEMPO) 또는 이들의 조합이 있을 수 있다.

상기 매트릭스 물질의 경화는 전형적으로는 약 20 내지 약 250 ℃의 범위, 보다 전형적으로는 약 50 내지 약 150 ℃ 범위의 온도에서 일어난다. 하나의 실시태양에서, 상기 수지를 경화 온도가 약 10 내지 약 200 ℃이도록 선택한다. 경화는 전형적으로는 약 1 대기압(atm) 내지 약 5000 lb/in²(psi)압력의 범위, 보다 전형적으로는 약 1 atm 내지 약 100 lb/in² 범위의 압력에서 일어난다. 또한, 경화는 전형적으로는 약 30 초 내지 약 5 시간의 범위, 보다 전형적으로는 약 90 초 내지 약 120 분 범위의 기간에 걸쳐 일어날 수 있다. 임의로, 상기 경화된 조성물을 약 1 시간 내지 약 4 시간의 기간에 걸쳐 120 내지 150 ℃ 범위의 온도에서 후-경화시킬 수 있다.

하나의 실시태양에서, 상기 매트릭스 성분은 통상적인 에폭시 수지, 예를 들어 다작용성 에폭시 수지를 포함한다. 통상적으로, 상기 다작용성 에폭시 수지를 에폭시 수지 성분의 전체 중량을 기준으로 약 15 내지 약 75 중량%, 예를 들어 약 40 내지 약 60 중량% 범위 이내의 양으로 포함시켜야 한다. 비스페놀-F-유형 에폭시 수지의 경우에, 바람직하게는 그의 양은 에폭시 수지 성분 전체의 약 35 내지 약 65 중량%, 예를 들어 약 40 내지 약 50 중량%의 범위에 있어야 한다. 본 발명에 사용하기에 적합한 산성 용해제로는 아비에트산, 아디프산, 아스코르브산, 아크릴산, 시트르산, 2-퓨라노산, 말산, 살리실산, 글루타르산, 피멜산, 폴리아크릴산, 및 유기산, 예를 들어 페놀 및 그의 유도체, 및 설폰산, 예를 들어 톨루엔 설폰산이 있다. 본 발명에 사용하기에 적합한 무수물 화합물로는 모노- 및 폴리-무수물, 예를 들어 헥사하이드로프탈산 무수물, 메틸 헥사하이드로프탈산 무수물, 나드산 메틸 무수물, 3,3',4,4'-벤조페논 테트라카복실산 이무수물("BTDA"), 피로멜리트산 이무수물 등이 있다. 잠재적인 경화제 성분을 일단 촉발 사건이 발생하였을 때, 예를 들어 일정한 온도에 도달하였을 때, 상기 에폭시 수지 성분의 중합을 촉진시킬 수 있는 물질들 중에서 선택한다.

에폭시 수지를 상기 접촉면 물질에 대한 베이스 물질로서 사용하는 경우, 경화제, 예를 들어 카복실산-무수물 경화제 및 하이드록실 잔기 함유 유기 화합물을 상기 경화 촉매와 함께 선택적인 시약으로서 첨가할 수 있다. 에폭시 수지를 사용하는 경우, 경화 촉매를 비 제한적으로 아민, 알킬-치환된 이미다졸, 이미다졸륨 염, 포스핀, 금속 염, 트라이페닐 포스핀, 알킬-이미다졸, 및 알루미늄 아세틸 아세토네이트, 요오도늄 화합물 및 이들의 조합 중에서 선택할 수 있다. 에폭시 수지의 경우, 다작용성 아민과 같은 경화제를 가교결합제로서 임의로 혼입시킬 수 있다. 예시적인 아민으로는 비 제한적으로 에틸렌 다이아민, 프로필렌 다이아민, 1,2-페닐렌다이아민, 1,3-페닐렌 다이아민, 1,4-페닐렌 다이아민, 및 2 개 이상의 아미노 그룹을 함유하는 임의의 다른 화합물들이 있다.

본 발명의 열 전도성 조성물은 성분들을 모두 함께 혼합하는 1-부분 유형, 또는 2-부분 유형의 것일 수 있다. 하나의 실시태양에서, 상기 매트릭스 성분은 B-단계 경화성 조성물을 포함한다.

하나의 실시태양에서, B-단계 경화성 조성물은 제 1 온도에서 열 경화성인 제 1 성분; 상기 제 1 온도보다 높은 제 2 온도에서 열 경화성이거나 또는 전자기 스펙트럼 중의 방사선에 노출 시 경화성인 제 2 성분; 및 상기 고체 경화성 성분에 대한 열 경화 촉매를 포함할 수 있다. 적합한 온도 조건이 경화 발생을 위해 선택되면 상기 열 경화 촉매를 사용하여 경화가 일어나거나 경화의 정도를 재촉하는 온도를 감소시킨다. 두 번째 실시태양에서, B 단계 경화성 조성물은 제 1 온도에서 고체 덩어리로 경화되고 이어서 제 2 온도 및 그 이상의 온도 또는 전자기 스펙트럼 조사에 노출 시 완전히 경화될 수 있는 것이다.

상기 고체 열 경화성 성분으로서, 에폭시, 에피설파이드, 말레이미드, 이타콘이미드 및 나드이미드를 사용할 수 있다. 상기 고체 상태의 에폭시 수지는 일작용성 에폭시 화합물을 포함할 수 있다. 언더필 용도에 대한 하나의 실시태양에서, 상기 매트릭스 성분은 수분율을 낮추는 에폭시 기재 화합물이며 기판의 열 팽창 계수("CTE")에 잘 부합된다. 에폭시 수지의 예로는 페놀 화합물의 폴리글리시딜 유도체, 예를 들어 레졸루션 퍼포먼스(Resolution Performance)로부터 EPON 상표명으로 입수할 수 있는 것들, 예를 들어 EPON 1009F가 있다. 아민, 아미노알킬 및 폴리카복실산의 폴리글리시딜 부가물이 또한 고체 경화성 성분으로서 유용하다. 상기 액체 경화성 성분으로서, 에폭시, 에피설파이드, 말레이미드, 나드이미드, 이타콘이미드, (메트)아크릴레이트, 말리에이트, 퓨마레이트, 비닐 에테르, 비닐 에스터, 알릴 아미드, 스타이렌 및 이들의 유도체, 폴리(알케닐렌), 노보네닐, 티올렌 등을 사용할 수 있다. 상기 열 경화 촉매를 유리 라디칼 촉매, 음이온성 경화제, 양이온성 경화제 및 이들의 조합 중에서 선택할 수 있다.

하나의 기판, 예를 들어 칩 다이를 또 다른 기판, 예를 들어 회로 기판 또는 또 다른 칩 다이에 부착시키기 위한 용도에서, 상기 B-단계 경화성 조성물을 먼저 상기 기판 표면들 중 하나 이상에 적용시키고, 이어서 상기 조성물을 가볍게 가교결합시키는데 유리한 조건에 노출시켜 B-단계화된 경화성 필름을 형성시킨다. B-단계화된 경화성 필름을 갖는 기판을 제 2 기판에 대한 부착이 준비될 때까지 보관할 수 있다. 이어서 상기 B-단계화된 경화성 필름을 상기 고체 필름을 용융시키기에 충분한 온도 조건에 노출시키고 이어서 상기 온도에서 완전하게 경화시킴으로써 상기 두 기판 표면들을 함께 결합시켜, 상기 B-단계 경화성 조성물이 상기 두 기판 표면들 사이에 삽입된 3-층 구조물을 형성시킬 수 있다.

경화 촉매:

경화성 물질을 포함하는 매트릭스 성분의 경우, 상기 매트릭스 성분은 하나 이상의 촉매를 또한 함유할 수 있다. 상기 촉매를 상기 매트릭스 성분에 사용되는 경화성 수지와 상용성인 임의의 그룹의 촉매 중에서 선택한다. 에폭시 수지를 사용하는 경우, 경화제, 예를 들어 카복실산 무수물 경화제 및 하이드록실 잔기 함유 유기 화합물을 상기 경화 촉매와 함께 선택적인 시약으로서 첨가할 수 있다. 에폭시 수지의 경우, 예시적인 무수물 경화제로는 전형적으로는 메틸헥사하이드로프탈산 무수물, 1,2-사이클로헥산다이카복실산 무수물, 바이사이클로[2.2.1]헵트-5-엔-2,3-다이카복실산 무수물, 메틸바이사이클로[2.2.1]헵트-5-엔-2,3-다이카복실산 무수물, 프탈산 무수물, 피로멜리트산 이무수물, 헥사하이드로프탈산 무수물, 도데세닐숙신산 무수물, 다이클로로말레산 무수물, 클로렌드산 무수물, 테트라클로로프탈산 무수물 등이 있다. 2 개 이상의 무수물 경화제를 포함하는 조합을 또한 사용할 수 있다. 예시적인 예들이 문헌["Chemistry and Technology of the Epoxy Resins" B. Ellis(Ed.) Chapman Hall, New York, 1993, 및 "Epoxy Resins Chemistry and Technology", edited by C.A. May, Marcel Dekker, New York, 2nd edition, 1988]에 개시되어 있다. 추가의 촉매에는 아민, 알킬-치환된 이미다졸, 이미다졸륨 염, 포스핀, 금속 염, 트라이페닐 포스핀, 알킬-이미다졸, 및 알루미늄 아세틸 아세토네이트, 요오도늄 화합물, 오늄 염 및 이들의 조합이 포함된다. 에폭시 수지의 경우, 경화제, 예를 들어 다작용성 아민 또는 알콜을 가교결합제로서 임의로 혼입시킬 수 있다. 예시적인 아민으로는 비 제한적으로 에틸렌 다이아민, 프로필렌 다이아민, 1,2-페닐렌다이아민, 1,3-페닐렌 다이아민, 1,4-페닐렌 다이아민, 및 2 이상의 아미노 그룹을 함유하는 임의의 다른 화합물들이 있을 수 있다. 예시적인 알콜로는 비 제한적으로 페놀 수지, 노보락 시스템, 비스페놀, 및 2 개 이상의 하이드록실 그룹을 함유하는 임의의 다른 화합물, 또는 당해 분야의 통상적인 숙련가에게 공지된 다른 것들이 있을 수 있다.

아크릴레이트를 사용하는 경우, 경화 촉매를 비 제한적으로 양이온성 경화 개시제, 예를 들어 요오도늄 화합물 또는 오늄 염, 또는 라디칼 경화 개시제, 예를 들어 과산화물 또는 아조-화합물, 또는 당해 분야의 통상적인 숙련가에게 공지된 다른 것들 중에서 선택할 수 있다. 축합-경화 실록산 수지를 사용하는 경우, 임의의 루이스-산 촉매, 예를 들어 유기금속 주석 화합물(예를 들어 Sn(아세테이트)2)을 사용할 수 있다. 또한, 베이스 매트릭스 물질로서 부가 경화성 실리콘 수지의 경우, 촉매는 8 내지 10 족 전이 금속(즉 루테늄, 로듐, 백금, 팔라듐) 착체를 함유하는 화합물을 포함한다. 바람직하게는 부가 경화성 실리콘 수지에 대한 촉매는 백금 착체이다. 바람직한 백금 착체로는 비 제한적으로 미세 백금 분말, 금속 블랙, 고체 지지체, 예를 들어 알루미나, 실리카 또는 활성탄 상에 흡착된 금속, 클로로백금산, 금속 테트라클로라이드, 올레핀과 착화된 금속 화합물 또는 알케닐 실록산, 예를 들어 다이비닐테트라메틸다이실록산 및 테트라메틸-테트라비닐사이클로테트라실록산 및 이들의 조합이 있다.

촉매 개시제를 부가 경화성 실리콘 수지의 경화 프로파일을 변경하고 상기 조성물에 대해 목적하는 저장 수명을 성취하기 위해 첨가할 수 있다. 적합한 개시제로는 비 제한적으로 포스핀 또는 포스파이트 화합물, 황 화합물, 아민 화합물, 아이소시아누레이트, 알키닐 알콜, 말리에이트 및 퓨마레이트 에스터, 및 이들의 혼합물, 및 당해 분야의 숙련가들에게 공지된 다른 화합물들이 있다. 적합한 억제제의 일부 전형적인 예에는 또한 트라이알릴아이소시아누레이트, 2-메틸-3-부틴-2-올, 트라이페닐포스핀, 트리스(2,4-다이-(3급)-부틸페닐)포스파이트, 다이알릴 말리에이트, 다이에틸 설파이드 및 이들의 혼합물이 포함된다.

유기-무기 하이브리드를 포함하는 매트릭스 성분

또 다른 실시태양에서, 상기 중합체성 매트릭스는 유기-무기 하이브리드 매트릭스일 수 있다. 하이브리드 매트릭스에는 화학적으로 결합된 주 족 금속 원소(예를 들어 알루미늄, 마그네슘, 갈륨, 인듐), 주 족 반-금속 원소(예를 들어 붕소, 게르마늄, 비소, 안티몬), 인, 셀레늄, 전이 금속 원소(예를 들어 백금, 팔라듐, 금, 은, 구리, 아연, 지르코늄, 티타늄, 루테늄, 란타늄 등) 또는 무기물 군(비 제한적으로 다면의 올리고머성 실세스퀴옥산, 나노 금속 산화물, 나노 규소 산화물, 금속 산화물로 코팅된 나노 금속 입자, 및 나노 금속 입자를 포함한다)을 함유하는 임의의 중합체들이 포함된다. 유기-무기 하이브리드 중합체성 매트릭스로 비 제한적으로 중합성 그룹, 예를 들어 알케닐, 알릴, Si-H, 아크릴레이트, 메트아크릴레이트, 스타이렌, 아이소시아네이트, 에폭사이드 및 당해 분야의 숙련가들에게 공지된 다른 통상적인 그룹, 및 중합성 그룹을 함유하는 무기물 군 또는 유기금속 화합물을 함유하는 유기 단량체, 올리고머 또는 중합체들간의 공중합 산물을 언급할 수 있다. 유기-무기 하이브리드 매트릭스는 또한 상기 무기물 군 또는 유기금속 화합물이 중합성 작용기를 갖지 않지만, 그의 표면 OH 또는 다른 작용기들을 통해 상기 중합체 네트워크의 일부가 될 수 있는 경우들을 포함한다.

본 발명에 사용된 "화학적으로 결합된"은 공유 결합, 이온 상호작용, 이온-공유 결합, 여격 결합 또는 수소 결합을 통한 결합을 지칭한다. 유기-무기 하이브리드 중합체성 매트릭스는 비 제한적으로 중합성 그룹, 예를 들어 알케닐, 알릴, Si-H, 아크릴레이트, 메트아크릴레이트, 스타이렌, 아이소시아네이트, 에폭사이드 및 당해 분야의 숙련가들에게 공지된 다른 통상적인 그룹, 및 중합성 그룹을 함유하는 무기물 군 또는 유기금속 화합물을 함유하는 유기 단량체, 올리고머 또는 중합체들 간의 공중합 산물을 언급할 수 있다. 예를 들어, 아크릴레이트 또는 메트아크릴레이트와 금속 아크릴레이트 또는 메트아크릴레이트 화합물 간의 공중합 산물은 유기-무기 하이브리드 중합체성 매트릭스가다. 에폭사이드와 에폭사이드-작용화된 무기물 군 간의 공중합 산물이 또한 무기-유기 하이브리드 중합체로 간주된다. 상이한 유기-작용화된 무기물 군 또는 유기금속 화합물들 중에서 유기-작용화된 무기물 군 또는 유기금속 화합물의 단독 중합 산물 또는 공중합 산물을 또한 유기-무기 하이브리드 매트릭스로 간주한다. 유기-무기 하이브리드 매트릭스는 또한 상기 무기물 군 또는 유기금속 화합물이 중합성 작용기를 갖지 않지만 그의 표면 OH 또는 다른 작용기들을 통해 중합체 네트워크의 일부가 될 수 있는 경우들을 포함한다.

왁스 기재 화합물을 포함하는 매트릭스 성분:

하나의 실시태양에서, 상기 열 전도성 조성물의 베이스 물질은 30 내지 150 ℃의 융점을 갖는 왁스이다. 임의의 유형의 왁스, 예를 들어 천연 왁스, 합성 왁스 또는 블렌딩된 왁스를 상기 열 전도성 조성물에 사용할 수 있다. 천연 왁스의 예에는 식물 왁스, 예를 들어 칸델릴라 왁스, 카르나우바 왁스, 벼 왁스, 목랍 및 호호바 오일; 동물성 왁스, 예를 들어 밀랍, 라놀린 및 경랍; 광물성 왁스, 예를 들어 몬탄 왁스, 오조케라이트 및 세레신; 및 석유 왁스, 예를 들어 파라핀 왁스, 미정질 왁스 및 페트로락탐이 있다. 상기 합성 왁스의 예로는 합성 탄화수소; 변성 왁스, 파라핀 왁스 유도체 및 미정질 왁스 유도체; 수소화된 왁스; 지방산, 산 아미드, 에스터, 케톤, 및 다른 왁스, 예를 들어 12-하이드록시스테아르산, 스테아르산 아미드, 무수 프탈산 이미드 및 염소화된 탄화수소가 있다. 하나의 실시태양에서, 임의의 연화제를 첨가할 수도 있다. 예로서 식물 유형의 연화제, 광물 유형의 연화제 및 이들의 혼합물이 있다.

상기 왁스 기재 조성물을 상기 성분들 각각을 소정 량으로 혼합하고, 이어서 당해 분야에 통상적으로 공지된 방법에 의해 시트나 필름으로 성형시켜 제조할 수 있다. 예를 들어, 왁스, 구형 질화 붕소, 임의의 연화제 등을 가열 혼합기에서 혼련하고 상기 혼련된 물질을 고온 용융 코팅에 의해 라이너처럼 코팅하고, 이에 의해 시트로 성형시킨다. 또는, 상술한 성분들을 적합한 용매로 희석하고 혼합기에서 혼합하고 상기 혼합물을 용매 주조 방법에 의해 라이너상에 코팅하고 이에 의해 시트로 성형시킨다. 상기 시트를 최종 사용 용도에 따라 다양한 두께로 성형시킬 수 있다. 그러나, 일반적으로는, 상기 두께는 가능한 한 얇을 수 있다, 예를 들어 0.02 내지 2.0 ㎜, 및 또 다른 실시태양에서 0.1 내지 0.5 ㎜일 수 있다.

비 실리콘/비 왁스 기재 물질을 포함하는 매트릭스 성분

하나의 실시태양에서, 상기 매트릭스 성분은 승온에서 고체로부터 페이스트 또는 액체로 가역적으로 변화할 수 있는 폴리올레핀 기재 조성물을 포함한다. 하나의 실시태양에서, 상기 폴리올레핀 중합체를 α-올레핀 기재 중합체, 에틸렌/α-올레핀 공중합체, 및 에틸렌/α-올레핀/비-공액 폴리엔 랜덤 공중합체의 그룹 중에서 선택한다. 하나의 실시태양에서, 상기 조성물을 80 ℃에서 10² 내지 10⁵ Pas.s의 점도 및 25 ℃에서 100 내지 700 범위의 가소성을 갖는 가열 연화 열 방사 시트로서 사용한다.

또 다른 실시태양에서, 상기 매트릭스 성분은 상기 조성물 중의 용매들의 증발로 인해 급속히 건조될 수 있는 비-실리콘, 비-왁스-기재 물질을 포함한다. 예로서 폴리올-에스터, 예를 들어 HATCOL 2373, 구형 질화 붕소 충전제, 임의로 오일, 예를 들어 점도 지수 개선제로서 사용하기 위한 폴리아이소부텐, 임의의 용매, 및 임의의 계면활성제(들)가 있다. 용매의 예로는 나프타, 헥산, 헵탄, 및 다른 급속-소산 석유 증류물이 있다. 상기 열 전도성 화합물을 열 그리스 또는 농후한 열 페이스트로서 사용하는 여부에 따라, 계면활성제가 필요할 수도 필요하지 않을 수도 있다. 예시적인 계면활성제는 폴리글리콜에테르이다. 상기 계면활성제는 그리스 화합물의 박막으로의 형성을 촉진시킨다.

하나의 실시태양에서, 상기 비-실리콘/비-왁스 화합물을 또한 예를 들어 분사제와 병용할 수 있으며 이를 당해 분야에 공지된 바와 같이, 목적하는 두께로 전자 소자 또는 기판상에 직접 분무함으로써 적용시킬 수 있다. 상기 화합물을 또한 전자 소자 또는 기판상에 직접 스크린 인쇄할 수 있다.

점탄성 조성물을 포함하는 매트릭스 성분

하나의 실시태양에서, 상기 매트릭스 성분은 상기 열원의 작동 온도 범위 내의 온도에서 용융하는 점탄성 물질을 포함한다. 특히, 상기 접촉면 물질은 마이크로프로세서 작동 온도에서 점탄성 변화를 경험하여 열원에 의해 발생된 열을 열 발산판으로 전달한다. 하나의 실시태양에서, 상기 점탄성 조성물은 (1) 열가소성 탄성중합체, (2) 상기 탄성중합체와 상용성인 오일, 및 (3) 점착성 수지를 포함한다. 상기 열가소성 탄성중합체 (1)는 스타이렌-알킬렌 블록 공중합체이다. 상기 상용성 탄화수소 오일(2)은 광물성 오일, 폴리알파올레핀, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. "상용성"이란 용어는 상기 탄화수소 오일이 혼화성, 즉 상기 열가소성 탄성중합체(1)와 점착성 수지(3) 모두에 용해성임을 의미한다. 상기 점착성(점착제) 수지(3)는 당해 분야의 숙련가에게 공지되어 있으며 예를 들어 문헌[the Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology, 2nd edition, 1989, edited by Donatas Satas, pages 527 to 544]에 상세히 개시되어 있다. 점착성(점착제) 수지의 예로는 천연 및 개질된 로진; 글리세롤 및 천연 및 개질된 로진의 펜타에리쓰리톨 에스터; 및 ASTM 방법 E28-58T에 의해 측정 시 약 60 내지 140 ℃의 연화점을 갖는 폴리터펜 수지; 천연 터펜의 공중합체 및 3원 공중합체; 페놀 개질된 터펜 수지; 지방족 석유 탄화수소 수지; 등이 있다.

상기 구형 질화 붕소 충전제 물질(및 다른 임의의 충전제)을 분산제(B)와 혼합하고 이어서 상기 점탄성 조성물에 혼합한다. 분산제(B)를 금속 알킬 설페이트, 실란, 티타네이트, 지르코네이트 또는 알루미네이트, 및 이들의 혼합물의 그룹 중에서 선택한다.

선택적인 성분 C

다른 물질들, 예를 들어 접착 촉진제를 본 발명의 열 전도성 화합물에 첨가할 수 있다. 접착 촉진제는 상기 조성물 내의 전구체들 간의 개선된 화학적 상호작용, 예를 들어 질화 붕소 및 수지 또는 다른 첨가제들 간의 증가된 상용성을 촉진시킬 뿐만 아니라 상기 조성물의 기판에 대한 접착을 개선시킬 수 있다.

상기 접착 촉진제는 전체 최종 제형의 약 0 내지 약 5 중량%, 바람직하게는 약 0.01 내지 약 5 중량%, 보다 바람직하게는 약 0.01 내지 약 2 중량%의 양, 또는 이들 사이의 임의의 범위 또는 그 조합의 양으로 존재한다.

접착 촉진제는 접착 촉진 첨가제로서 에폭시 실란 및 실란올 종결된 유기실록산을 포함한다. 접착 촉진제는 또한 비 제한적으로 임의의 유형의 알콕시실란 화합물 및 알콕시 잔기를 함유하는 실록산 유체를 포함할 수 있다. 또한, 습윤 촉진제로서 유기 티타네이트를 가하여 페이스트 점도를 감소시키고 충전제 부하를 증가시킬 수 있다.

접착 촉진제의 다른 예로는 알콕시- 또는 아릴옥시실란, 예를 들어 γ-아미노프로필트라이메톡시실란, 3-글리시독시프로필트라이메톡시실란 및 비스(트라이메톡시실릴프로필)퓨마레이트, 또는 알콕시- 또는 아릴옥시실록산, 예를 들어 아릴옥시트라이메톡시실릴 또는 메트아크릴옥시프로필트라이메톡시실릴 작용기로 개질된 테트라사이클로실록산이 있다. 하나의 실시태양에서, 상기 접착 촉진제는 사이클로테트라실록산프로판산, 알파 2,4,6,6,8-헥사메틸-3-(트라이메톡시실릴)프로필 에스터(GE Toshiba Silicones of Japan으로부터)이다. 상기는 또한 비 제한적으로 실란올, 하나 이상의 알콕시 실릴 작용기를 함유하는 올리고실록산, 하나 이상의 아릴옥시실릴 작용기를 함유하는 올리고실록산, 알콕시 실릴 작용기를 함유하는 폴리실록산, 하나 이상의 하이드록실 작용기를 함유하는 올리고실록산, 하나 이상의 아릴옥시실릴 작용기를 함유하는 폴리실록산, 하나 이상의 하이드록실 작용기를 함유하는 폴리실록산, 하나 이상의 알콕시 실릴 작용기를 함유하는 사이클로실록산, 하나 이상의 아릴옥시실릴 작용기를 함유하는 사이클로실록산, 하나 이상의 하이드록실 작용기를 함유하는 사이클로실록산, 티타네이트, 트라이알콕시 알루미늄, 테트라알콕시실란, 아이소시아누레이트, 및 이들의 혼합물 및 조합을 포함한다.

상기 조성물을 상 변화 물질(PCM)로서 사용하는 하나의 실시태양에서, 상기 PCM 조성물은 상기 PCM이 마이크로프로세서 또는 전자 소자의 작동 온도 부근에서 유동성이 되도록 상기 PCM이 연화되거나 용융되는 온도를 변경시키는 융점 성분을 또한 포함한다.

하나의 실시태양에서, 분산제를 사용하여 상기 열 전도성 화합물 중의 구형 질화 붕소 충전제의 분산을 촉진시켜 상기 조성물의 점도를 감소시킨다. 분산제의 예로는 작용성 유기금속 커플링제 또는 습윤제, 예를 들어 유기실란, 유기티타네이트, 유기지르코늄, 금속 알킬 설페이트, 실란, 티타네이트, 지르코네이트 또는 알루미네이트 등이 있다. 하나의 실시태양에서, 상기 분산제를 반응성 희석제, 예를 들어 3-에틸-3-하이드록시메틸-옥세탄, 도데실글리시딜 에테르, 4-비닐-1-사이클로헥산 다이에폭사이드, 다이(베타-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸)-테트라메틸다이실록산 및 이들의 조합 중에서 선택한다. 또 다른 실시태양에서, 상기 분산제를 비 반응성 희석제, 예를 들어 저 비등 지방족 탄화수소(예를 들어 옥탄), 톨루엔, 에틸아세테이트, 부틸 아세테이트, 1-메톡시 프로필 아세테이트, 에틸렌 글리콜, 다이메틸 에테르, 및 이들의 조합 중에서 선택한다.

하나의 실시태양에서, 다른 충전제들을 본 발명의 구형 질화 붕소와 함께 사용할 수 있다. 여기에는 비 제한적으로 금속 산화물, 예를 들어 산화 알루미늄, 산화 아연 및 산화 규소, 실리케이트, 예를 들어 나트륨 실리케이트, 금속 질화물, 예를 들어 질화 붕소(육각형 또는 입방), 질화 알루미늄(코팅되거나 코팅되지 않은 것) 및 질화 규소, 금속 탄화물, 예를 들어 탄화 규소, 코팅된 금속 질화물, 예를 들어 실리카 코팅된 질화 알루미늄 입자, 금속, 예를 들어 은, 구리, 알루미늄 및 이들의 합금, 알루미늄 구, 은 코팅된 구리, 은 코팅된 알루미늄, 은 코팅된 세라믹 또는 유리, 세라믹 또는 유리 또는 유기 계면활성제 코팅된 금속 입자, 예를 들어 보레이트 코팅된 은 입자, 알루미나 코팅된 은 입자, 실리카-유리 코팅된 은 입자, 팔미트산 코팅된 알루미늄 입자, 천연 산화물층을 갖는 알루미늄 입자, 다이아몬드, 탄소 섬유, 예를 들어 그라파이트 섬유, 탄소 나노튜브 및 금속으로 코팅된 탄소 섬유, TiB₂, 금속 합금, 전도성 중합체 또는 다른 합성 물질이 포함된다.

하나의 실시태양에서, 상기 선택적인 충전제는 물 및 Na₂O·xSiO₂를 포함하는 액체 형태의 나트륨 실리케이트이다(Siliceous-40으로서, Occidental Chemical Corp.로부터 입수할 수 있다).

하나의 실시태양에서, "선택적인 충전제"는 땜납 및 열 링크 또는 퓨즈로서 통상적으로 사용되는 유형의 가용성, 즉 저 융점 금속 또는 금속 합금을 포함한다. 특히, 상기 금속 물질을 분산된 상에 구형 질화 붕소 응집체와 함께 사용한다. 하나의 실시태양에서, 상기 분산된 금속은 약 -50 내지 260 ℃ 범위의 융점을 갖는 물질을 포함하며, 대개는 갈륨, 비스무스, 납, 주석, 카드뮴, 및 인듐 중 하나 이상을 함유하지만, 하나 이상의 다른 금속들, 예를 들어 아연, 은, 구리 및 안티몬을 함유할 수도 있다. 하나의 실시태양에서, 상기 합금은 갈륨, 갈륨-인듐 합금, 갈륨-주석 합금, 갈륨-인듐-주석 합금 또는 갈륨-인듐-주석-아연 합금이다.

본 발명의 하나의 실시태양에서, 상기 구형 질화 붕소를 나노 크기 충전제 물질, 예를 들어 1 내지 1,000 나노미터("㎚") 범위의 충전제 입자와 함께 사용할 수 있다. 상기와 같은 충전제 입자의 상업적으로 입수할 수 있는 예는 NANOPOX, 예를 들어 NANOPOX XP 22(Hans Chemie, Germany)이다. NANOPOX 충전제는 에폭시 수지 중에 약 50 중량% 이하의 수준으로 단분산된 실리카 충전제 분산액이다. NANOPOX 충전제는 통상적으로는 약 5 내지 약 80 ㎚의 입자 크기를 갖는 것으로 여겨진다.

하나의 실시태양에서, 최종 조성물의 0.05 내지 20 중량% 범위의 탄소 섬유 형태의 충전제를 가하여 열 전도성을 더욱 개선시킬 수 있다. 예로서 어플라이드 사이언스 인코포레이티드(Applied Sciences, Inc., Cedarville, Ohio)로부터 입수할 수 있는 "증기 증식된 탄소 섬유"(VGCF)가 있다. VGCF 또는 "탄소 마이크로 섬유"는 열 처리(열 전도도 = 1900 w/m℃)에 의해 고도로 그라파이트화된 유형이고 다양한 길이 및 직경, 예를 들어 1 ㎜ 내지 수십 센티미터의 길이 및 0.1 내지 100 ㎛의 직경으로 입수할 수 있다.

하나의 실시태양에서, 융합된 금속 및/또는 금속 합금을 포함하는 선택적인 충전제를 최종 조성물의 약 5 내지 95 중량%의 양으로 배합한다. 두 번째 실시태양에서, 상기 융합된 금속은 전체 열 전도성 조성물의 약 35 내지 95 중량% 량의 인듐 합금이다. 세 번째 실시태양에서, 상기 축합된 금속은 전체 열 전도성 조성물의 약 50 내지 95 중량% 량의 인듐 합금이다.

하나의 실시태양에서, 안료 및/또는 담체 유체와 혼합된 안료(예를 들어 안료 마스터배치 중의)를 상기 제형에 가한다. 또 다른 실시태양에서, 난연제를 상기 최종 제형에 상기 최종 제형의 약 0.5 내지 20 중량%의 범위로 사용할 수 있다. 난연제의 예로는 포스포아미드, 트라이페닐 포스페이트(TPP), 레소르시놀 다이포스페이트(RDP), 비스페놀-a-다이포스페이트(BPA-DP), 유기 포스핀 산화물, 할로겐화된 에폭시 수지(테트라브로모비스페놀 A), 금속 산화물, 금속 수산화물, 및 이들의 조합이 있다. 세 번째 실시태양에서, 접착 촉진제, 예를 들어 비 제한적으로 알콕시실란 화합물, 알콕시 잔기 함유 폴리실록산 유체, 티타네이트를 첨가할 수 있다. 상기 수지의 경화 프로파일을 변경시키는 화합물을 또한 포함할 수 있다.

본 발명의 열 전도성 조성물의 적용

하나의 실시태양에서, 상기 열 전도성 제형을 그대로, 즉 그리스, 젤 및 상 변화 물질 제형으로서 적용시킬 수 있다. 또 다른 실시태양에서, 상기 조성물을 시트 또는 필름으로 예비 성형하고 전자 소자들 사이에 배치하기 위한 임의의 목적하는 형상으로 절단할 수 있다. 한편으로, 상기 조성물을 장치의 열 발생 또는 열 소산 유닛에 예비 적용하고, B-단계화하고 보관할 수 있다. 이어서 상기 조립된 유닛을 열 소산 또는 열 발생 유닛에 부착시키고 완전히 경화시킬 수 있다.

상기 중합체 매트릭스가 경화성 중합체가 아닌 경우, 생성된 열 접촉면 조성물을 본 발명을 실행하는 중에 제조 및 열 전달 도중 성분들을 함께 유지시킬 수 있는 젤, 그리스 또는 상 변화 물질로서 제형화할 수 있다. 상기 상 변화 물질은 왁스 화합물, 폴리알킬실록산, 규소-페닐 잔기를 함유하는 실록산, 올리고- 또는 저 분자량 폴리올레핀, C12-C16 알콜, 산, 에스터, 메틸 트라이페닐 실란, 이들의 조합 등을 포함할 수 있으나, 이들로 제한되지 않는다. 상기 중합체 매트릭스가 경화성이 아닌 경우, 통상적인 유기 액체, 예를 들어 이온 액체를 또한 수지 물질로서 사용할 수 있다.

하나의 실시태양에서, 상기 조성물을 2 층 접착 구조의 형태로 적용시킨다. 상기 중합체성 베이스 및 임의로 상기 베이스의 내층은 통상적인 열 발산판 제품 사용 온도에서 비 점착성인 조성물로 경화되는 접착제를 포함한다. 상기 베이스는 통상적인 열 발산판 제품 사용 온도에서 점착성으로 남아있는 접착제 층, 예를 들어 감압성 접착제(PSA)를 포함하는 외부 층을 포함한다. 상기 논의된 바와 같이, 상기 중합체성 베이스 성분은 실리콘, 폴리유레탄, 아크릴, 아크릴 감압성 접착제 등으로서 제공될 수 있으며, 상기 중합체 성분은 한편으로 상 변화 물질(PCM)로서 제형화될 수 있다.

또 다른 실시태양에서, 상기 조성물을 열 발생 유닛과 열 소산 유닛 사이에 경화되지 않거나 유동성인 상태로 적용시킨다. 이어서 상기 조성물을 열 접착제 또는 젤로 경화시킨다. 다양한 최종 사용 용도의 예들은 하기와 같다.

a. 열 전도성 언더필

하나의 용도에서, 상기 열 전도성 조성물을 언더필 물질로서 사용한다. 하나의 예에서, 상기 언더필 화합물(구형 질화 붕소 충전제 제외)은 10 내지 약 70 중량%의 에폭시 성분; 약 1 내지 약 15 중량%의 잠재적인 용해제; 및 약 3 내지 30 중량%의 잠재적인 경화제 성분을 포함한다. 하나의 실시태양에서, 상기 잠재적인 용해제는 무수물 성분을 포함한다. 또 다른 실시태양에서, 상기 잠재적인 용해제는 140 ℃를 초과하여 가열 시 페놀 화합물 또는 카복실산 함유 화합물을 형성하는 화합물들의 그룹 중에서 선택된다. 더욱 또 다른 실시태양에서, 상기 잠재적인 경화제 성분은 산성 용해제의 일부와 질소 함유 성분의 염의 착체를 포함한다.

b. 열 전도성의 적소에 성형된 ( formed - in - place ) 젤

구형 질화 붕소 응집체를 함유하는 중합체 매트릭스를 고체로 경화시키지 않는 실시태양에서, 생성되는 열 전도성 조성물을 장치의 작동 중에 제조 및 열 전달 도중 성분들을 함께 유지시킬 수 있는 젤로서 제형화할 수 있다.

하나의 실시태양에서, 상기 조성물은 노즐 또는 다른 오리피스로부터 비드 또는 덩어리로서 적용 압력 하에서 분배될 수 있는, 분배 가능한 젤의 형태이다. 상기 적용 압력은 건 또는 주사기와 같은 장비, 또는 펌프 또는 할당 실린더와 같은 계량 장비로부터 있을 수 있다. 상기와 같이 분배된 조성물은 회로 소자, 기판, 및 전자 장치의 틀에 대한 표면들 간의 틈을 충전시킬 수 있도록 공형(conformal)이다.

하나의 실시태양에서, 상기 젤 물질을 하나 이상의 고무 화합물과 하나 이상의 아민 수지를 배합시켜 제조한다. 상기 접촉면 물질은 액체 또는 "연성 젤"의 형태를 취한다. 상기 젤 상태는 하나 이상의 고무 화합물 조성물과 하나 이상의 아민 수지 조성물간의 가교결합 반응을 통해 발생한다.

상기 고무 조성물은 포화되거나 불포화될 수 있다. 포화된 고무 화합물은 열 산화 분해에 덜 민감하므로 상기 적용에 바람직하다. 사용될 수 있는 포화된 고무의 예로는 에틸렌-프로필렌 고무, 수소화된 폴리프로파다이엔 모노-올, 수소화된 폴리펜타다이엔 모노-올, 수소화된 폴리알킬다이엔 "다이올"(예를 드어 수소화된 폴리부타다이엔 다이올, 수소화된 폴리프로파다이엔 다이올, 수소화된 폴리펜타다이엔 다이올) 및 수소화된 폴리아이소프렌이 있다. 아민 또는 아민 기재 수지를 상기 고무 조성물에 첨가하거나 혼입시켜 상기 아민 수지와 상기 고무 화합물 중 하나 이상의 화합물 상의 1 차 또는 말단 하이드록실 그룹 간의 가교결합 반응을 촉진시킨다.

하나의 실시태양에서, 상기 가교결합성 열 전도성 물질을 상기 포화된 고무 화합물과 아민 수지를 가교결합시켜 가교결합된 고무-수지 혼합물을 형성시키고, 구형 질화 붕소 충전제(및 다른 선택적인 충전제)를 상기 가교결합된 고무-수지 혼합물에 가하고, 습윤제를 상기 가교결합된 고무-수지 혼합물에 가하여 제조한다. 이러한 방법은 하나 이상의 상 변화 물질을 상기 가교결합된 고무-수지 혼합물에 첨가함을 또한 포함할 수 있다. 상기 물질을 분배 방법에 의해 적용되는 분배 가능한 액체 페이스트로서 제공하고 이어서 경우에 따라 경화시킬 수 있다. 상기를 또한 접촉면 표면에 예비 적용시키기 위해 매우 유연한, 경화된 탄성중합체 필름 또는 시트로서 제공할 수 있다. 상기를 또한 임의의 적합한 분배 방법에 의해 표면에 적용시킬 수 있는 연질 젤 또는 액체로서 제공하고 제조할 수 있다.

하나의 실시태양에서, 상기 젤을 규소-하이드라이드 유체와 비닐 정지된 폴리다이메틸실록산 또는 다른 작용화된 폴리알킬실록산 유체 간의 반응을 통해 형성시킬 수 있다.

또 다른 실시태양에서, 상기 젤 물질을 비닐 작용화된 유기실록산과 가교결합제 간의 전이 금속 촉매화된 가교결합 반응을 통해 형성시킬 수 있다. 상기 가교결합 반응의 일례는 비닐 종결된 폴리다이메틸실록산과 폴리(다이메틸-코-메틸하이드라이도)실록산 간의 백금-촉매화된 하이드로실릴화 반응이다. 상기 젤을 경화되지 않은 형태로 분배하고, 열 발생 및 열 소산 유닛 사이에 삽입하고, 이어서 적소에서 경화시킬 수 있다. 한편으로, 상기 젤을 액체 젤 형태로 예비 경화시키고 추가로 경화시킬 필요 없이 그대로 적용할 수 있다.

c. 열 전도성 그리스:

하나의 실시태양에서, 상기 구형 질화 붕소 물질을 가교결합되지 않거나 가볍게 가교결합된 액체 실리콘 담체 및 임의로 번짐(bleed) 억제제를 포함하는 열 전도성 그리스에 충전제 성분으로서 사용한다. 상기 그리스를 본래 점착성이거나 접착성이도록 제형화하여 상기 표면 및 상기 그리스 층의 하나 또는 모두가 예를 들어 표면 장력에 의해 약 5 psi(35 kPa) 이하의 낮은 적용 압력 하에 실온에서 상기 열 발산판, 확산기 등의 표면에 접착되게 할 수 있다.

하나의 실시태양에서 상기 열 그리스는 상기 구형 질화 붕소 응집체 충전제가 함께 배합됨에 따라, 네치의 마이크로플래쉬(Netzsch's Microflash) 300에 따라 약 0.1 내지 15 W/m-K의 동일 반응계 열 전도도 및 약 1 ℃ in²/W 미만의 열 임피던스를 나타낸다.

이론적으로는, 임의의 액체 실리콘 물질을, 상기가 연장된 기간에 걸쳐 건조에 내성이고 상기 구형 질화 붕소 충전제 및 선택적인 충전제를 분리 없이 유지하고 화학적으로 불활성인 한 사용할 수 있다. 하나의 실시태양에서, 상기 액체 유기 실리콘 화합물은 25 ℃에서 약 10 센티스토크 내지 약 10,000 센티스토크의 점도를 갖는다. 하나의 실시태양에서, 상기 액체 실리콘 담체는 25 ℃에서 약 100 센티스토크의 점도를 갖는 폴리다이메틸실록산이다. 하나의 실시태양에서, 0.1 내지 약 4 중량% 량의 번짐 억제제를 사용할 수 있다. 상기 번짐 억제제는 1 마이크론 미만의 크기를 갖는 실리카 섬유를 포함하며 실질적으로는 모두 5 마이크론 미만인 것들을 사용할 수 있다.

d. 열 전도성 호일:

하나의 실시태양에서, 상기 조성물을 배면 또는 제거 가능한 라이너를 갖는 열 전도성 호일로서 사용하며, 이를 경우에 따라 후속적으로 다이 절단할 수 있다. 상기 제거 가능한 라이너를 상기 화합물의 노출된 표면에 적용시켜 취급, 선적 및 보관을 용이하게 할 수 있으나, 상기 물질을 전자 소자 및/또는 전자 소자들 및 열 발산판 사이에 적용하기 전에 제거할 수 있다.

e. 감압성 접착제 또는 필름:

본 발명의 하나의 실시태양에서, 상기 감압성 열 전도성 물질을 상기 구형 질화 붕소 충전제 및 수지를 함유하는 조성물을 이형 가능한 표면상에 코팅하고 건조 또는 경화시켜 형태 안정성 물질을 형성시킴으로써 제조한다. 경우에 따라, 이형 가능한 커버 시트를 상기 테이프의 한 면 또는 양면에 적용시켜 상기가 표면에 조기 점착하는 것을 방지하고, 상기가 자체적으로 말아 올려지도록 하고/하거나 상기가 먼지, 분진 및 종종 찌꺼기(사용 시 상기 테이프의 열 능력을 방해할 수 있다)를 집어올리는 것을 방지할 수 있다. 본 발명에 사용된 바와 같이, 감압성 접착제는 사용 온도에서 통상적으로 점착성이고 압력 적용 시 표면에 결합하는 접착제를 의미한다.

하나의 실시태양에서, 상기 열 전도성 물질을 양면을 갖는 필름 또는 시트로서 형성시키며, 이때 한 면은 알루미늄 호일과 같은 지지체 시트 상에 적용되고 다른 한 면은 약화된 접촉면을 갖는 커버/이형/보호 라이너 또는 필름상에 적용되어 상기 필름을 적용 시 용이하게 박리되게 한다. 상기 약화된 접촉면은 상기 열 전도성 물질을 열 발생 또는 열 전달 장치에 의해 상기 시트/필름상에 적용시킨 후에 생성되거나 약화될 수 있다. 상기 약화는 화학물질, UV 광, 가열, 동결 등의 사용을 포함하는 방법에 의해 수행될 수 있다. 하나의 실시태양에서, 상기 물질을 접촉면 표면 또는 전자 소자에 직접 적용시킬 수 있는 테이프로서 형성한다.

하나의 실시태양에서, 상기 지지체 또는 강화 시트 또는 필름은 약 0.5 내지 5 밀의 두께를 가지며, 금속 호일이 사용되는 경우 약 1 내지 3 밀의 두께를 갖는다.

하나의 실시태양에서, 금속 호일을 지지체 시트로서 사용하고 금속 충전제를 상기 열 전도성 조성물 중의 구형 질화 붕소 응집체 충전제와 함께 사용하는 경우, 상기 지지체 시트를 저 금속 합금으로 약 2 밀(1 밀 = 25 마이크론) 두께의 층으로 코팅 또는 처리하여 상기 지지체 시트와 열 전도성 조성물과의 접착을 촉진시킬 수 있다.

하나의 실시태양에서, 상기 커버/보호 필름은 선형 포화된 폴리에스터, PTFE, 폴리비닐다이플루오라이드 등의 그룹 중에서 선택된 열가소성 접착제 필름이다. 또 다른 실시태양에서, 상기 필름은 폴리에틸렌 코팅된 페이퍼를 포함하는 접착제/이형 가능한 라이너이다. 또 다른 실시태양에서, 상기 커버/보호 필름은 이형 코팅층, 예를 들어 폴리다이메틸 실록산, 플루오로실리콘, 또는 비-실리콘 이형 코팅층을 포함한다.

하나의 실시태양에서, 상기 열 전도성 조성물은 접착제가 결합된 필름과 함께 10 내지 50 중량%의 구형 질화 붕소 응집체를 포함하는 다층 라미네이트의 형태이다.

f. 열 전도성 패드:

하나의 실시태양에서, 상기 구형 질화 붕소 응집체를 열 전도성 페이스트, 액체 또는 그리스 화합물에 충전제로서 사용한다. 이어서 상기 화합물을 예를 들어 낮은 내열성의 열 패드용 열 패드 담체, 예를 들어 섬유유리, 탄소 또는 중합체 직물상에 적용한다. 하나의 실시태양에서, 상기 지지체 구조물은 지지체 구조물로서 탄소 섬유 직물을 포함한다. 탄소 섬유 직물은 카본 컴포지츠 캄파니 앤드 모튼 티오콜(Carbon Composites Company and Morton Thiokol)로부터 상업적으로 입수할 수 있으며, 50 중량% 이상의 탄소 섬유를 포함한다. 상기 패드를 상이한 크기 및 모양으로 절단할 수 있으며, 두께는 하나의 실시태양에서 5 밀 내지 125 밀의 범위이다.

하나의 실시태양에서, 상기 페이스트 또는 그리스 화합물을 일정량의 매트릭스 형성 유동성 플라스틱 수지, 예를 들어 마이크로왁스, 실리콘 왁스 또는 다른 실리콘 중합체와 배합하여 열 전도성의 기계적으로 유연한 패드를 제조한다. 또 다른 실시태양에서, 상기 화합물을 코팅 기법, 예를 들어 고온 스탬프, 스크린 인쇄, 또는 다른 수단을 통해 열 전달 표면상에 직접 적용하여 열 패드를 제조할 수도 있다.

하나의 실시태양에서, 구형 질화 붕소 응집체 충전제를 사용하는 열 패드는 약 0.5 W/m-K 이상의 열 전도성을 갖는다. 하나의 실시태양에서, 상기 패드는 약 -10 내지 120 ℃ 융점의 합금을 갖는 중합체 매트릭스 중에 약 10 내지 90 중량%의 금속 또는 금속 합금을 포함한다. 두 번째 실시태양에서, 상기 금속 합금은 평균 약 1 내지 100 마이크론 크기의 입자 형태의, 다량의 갈륨, 비스무스, 주석 및/또는 아연을 함유하는 인듐 합금이다.

하나의 실시태양에서, 상기 페이스트 조성물은 약 20 내지 50 중량%의 실리콘 왁스 또는 마이크로왁스 매트릭스, 약 5 내지 30 중량%의 구형 질화 붕소 응집체 충전제, 약 30 내지 70 중량%의 금속 합금 또는 그의 혼합물, 및 약 2 내지 10 중량%의 표면 활성제를 포함한다. 상기 표면 활성제는 상기 금속 입자의 표면상에 사용되며, 내구성 소수성 차단층을 생성시킨다. 또한, 상기 표면 활성제는 상기 금속 입자를 중합체 매트릭스과 상용성으로 만들어 입자 응집을 감소시킨다. 하나의 실시태양에서, 상기 표면 활성제를 실란, 티타네이트, 지르코네이트 및 이들의 혼합물의 그룹 중에서 선택한다. 또 다른 실시태양에서, 상기 표면 활성제를 알킬 작용성 실란, 예를 들어 옥틸 트라이에톡시 실란(ETES) 또는 메틸 트라이메톡시 실란(MTMS) 중에서 선택한다.

열 전도성 조성물의 제형화 방법

상기 충전제를 매트릭스과 배합하는 방식은 최종 제형의 유동성(예를 들어 점도)뿐만 아니라 상기 제형의 동일 반응계 열 수행성능에도 중요하다. 상기 충전제를 제공된대로 사용하거나 또는 혼합 전 또는 혼합 중에 처리할 수 있다. 충전제 처리에는 비 제한적으로 볼 분쇄, 제트 분쇄, 충전제를 화학물질, 예를 들어 실라잔, 실란올, 실란 또는 실록산 화합물 또는 알콕시, 하이드록시 또는 Si-H 그룹을 함유하는 중합체 및 임의의 다른 통상적으로 사용되는 충전제 처리 시약으로 처리하는 과정, 및 당해 분야의 숙련가들에게 통상적으로 채택되는 임의의 다른 과정을 통한 화학적 또는 물리적 코팅 또는 캡핑이 있다. 상기 최종 제형을 손으로 혼합하거나 또는 표준 혼합 장비, 예를 들어 도우 믹서, 교환 캔 믹서, 유성 믹서, 2 축 스크류 압출기, 2 또는 3 롤 밀 등에 의해 혼합할 수 있다. 상기 제형의 블렌딩을 당해 분야의 숙련가들에 의해 사용되는 임의의 수단에 의해 배치, 연속 또는 반 연속식으로 수행할 수 있다.

결합 선 두께를 상기 열 전도성 조성물의 점도 및 충전제 처리뿐만 아니라 상기 열 전도성 물질을 삽입하는데 사용되는 압력에 의해 추가로 조절할 수 있다. 점도를 상기 열 전도성 조성물의 조성 조절뿐만 아니라 가공 조건 모두에 의해 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 조성물의 점도를 충전제 배합량, 상기 충전제 중의 이온 함량, 상기 충전제의 표면적, 상기 충전제의 입자 크기 분포, 상기 충전제 표면상의 작용기, 사용된 중합체 매트릭스의 점도 및 순도, 접착 촉진제의 양 및 당해 분야의 숙련가들에게 공지된 임의의 다른 방법에 의해 조절할 수 있다. 상기 점도를 또한 가공 조건, 예를 들어 혼합 속도, 혼합 시간, 혼합 온도, 진공 수준, 첨가 순서, 충전제 처리 정도 및 당해 분야의 숙련가들에게 공지된 임의의 다른 가공 매개변수에 의해 조정함으로써 변경시킬 수 있다. 최소로 성취할 수 있는 결합 선 두께는 기계적 과정, 예를 들어 충전제의 볼 분쇄에 의해 영향을 받을 수 있다. 상기 결합 선 두께를 획득하는데 적합한 점도 범위는 약 5,000 내지 약 3,000,000 cps이며, 약 10,000 내지 약 200,000 cps 범위의 점도가 바람직하다. 상기 점도를 1 내지 10/초의 전단속도에서 측정한다.

조성물의 성질

본 발명의 하나의 실시태양에서, 상기 열 전도성 조성물은 1 내지 80 ㎟K/W 량의 내열성, 예를 들어 열 소산 내성을 특징으로 한다.

또 다른 실시태양에서, 상기 열 전도성 조성물은 열 발산판과 상기가 부착된 구조물 사이의 열 팽창(CTE) 계수의 임의의 차이에 의해 발생된 응력을 감소시키기 위해 가요성인 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 상기 열 발산판의 CTE는 상기 열 발산판이 부착된 패키지의 CTE보다 클 수 있다. 응력은 CTE와 모듈러스를 곱한 결과이므로, 상기 열 접촉면 물질의 낮은 모듈러스는 응력을 감소시킨다. 또한, 상기 조성물의 하나의 실시태양에서 점탄성 반응은 시간에 따른 응력의 이완을 허용한다. 하나의 예에서, 구형 질화 붕소 충전제와 혼합된 중합체의 굴곡 모듈러스(ISO-6721-1과 같은 단일 캔틸레버 빔 방법 사용)는 70 ℉(21 ℃)에서 측정 시 일반적으로는 약 10 GPa 이하이다. 두 번째 실시태양에서, 상기 굴곡 모듈러스는 약 7 GPa 이하이다. 세 번째 실시태양에서는 약 5 GPa 이하이다. 네 번째 실시태양에서 상기 굴곡 모듈러스는 심지어 약 0.5 GPa 이하이다.

하나의 실시태양에서 본 발명의 열 전도성 조성물은 강하된 접촉 저항 및 보다 효율적인 열 전달 위해 충분한 순응성을 허용하는 성질들을 갖는 이점 이외에, 가는 최소 결합선 두께("MBLT")를 요하는 용도에 사용하기 위해 특별히 제형화할 수 있다. 상기 구형 질화 붕소 충전제의 입자 크기 선택은 상기 용도에 따라 변한다. 예를 들어 약 1 내지 2 ㎛ 이상 및 약 30 ㎛ 이하의 주 치수를 갖는 구형 질화 붕소 입자는 그리스, 상 변화 물질, 액체, 접착제, 젤 및 테이프와 같은 제품에 적합하다. 상기 결합선이 25 내지 100 ㎛ 범위에 있게 되는 용도의 경우(중앙 처리 장치(CPU)와 열 발산판 사이에서 발견되는 것과 같은), 보다 큰 크기, 예를 들어 15 내지 75 ㎛ 범위의 구형 질화 붕소 입자가 사용될 수 있다. 고온 및 저온 기판 간에 보다 큰 틈이 존재하는 용도에서, 예를 들어 50 내지 100, 또는 심지어 250 ㎛ 크기의 구형 질화 붕소 응집체가 실리콘 패드와 같이 두꺼운 제품에 사용될 수 있다. 일반적으로, 벌크 전도성을 증가시키기 위해 보다 큰 입자가 사용되며, 이는 상기 입자 또는 입자 응집체의 최대 치수가 상기 두 짝 표면 간의 목적하는 틈 크기를 초과할 수 없다는 것을 고려하여 중화된다.

본 발명의 하나의 실시태양에서, 상기 조성물은 5 밀(125 ㎛) 초과 20 밀(510 ㎛) 미만의 결합선 두께(BLT)를 나타낸다. 두 번째 실시태양에서, 상기 조성물은 약 0.02 밀 내지 약 3.2 밀의 BLT를 나타낸다. 세 번째 실시태양에서, 상기 조성물은 7 내지 50 밀의 BLT를 갖는다. 네 번째 실시태양에서, 10 내지 80 밀의 BLT를 갖는다. 하나의 실시태양에서, 상기 조성물은 예를 들어 ASTM D5470에 따라 0.01 내지 0.02 ℃-in²/W(0.065 내지 0.13 ℃-㎠/W)의 열 임피던스를 나타낸다.

실시예에 달리 명시하지 않는 한, 확산성 및 동일 반응계 열 전도도를 레이저 플래시(Netzsch Instrument, Microflash 300)에 의해 측정한다. 상기 동일 반응계 열 저항을 더 마이크로플래시(the Microflash)^TM 장비에 의해 제공된 소프트웨어 마크로에 의해 측정한다. 벌크 열 전도도를 측정하기 위해, 2" 디스크를 실시예로부터 제조하고, 상기 벌크 열 전도도를 홀로메트릭스(Holometrix) TCA300 장비상에서 측정한다. 한편으로, 네치의 마이크로플래시 300을 또한 상기 벌크 열 전도도 값을 얻는데 사용할 수 있다. 동일 반응계 내열성을 상기 경계선 두께를 동일 반응계 열 전도도로 나누어서 측정한다.

실시예 1:

비-실리콘/비-왁스 열 전도성 조성물의 본 실시예에서, 약 99 중량% 량의 폴리올 에스터를 먼저 약 1 중량% 량의 산화방지제와 혼합하여 예비 블렌드(상기 예비 블렌드는 상기 열 전도성 화합물의 약 8 내지 12 중량%를 차지한다)를 제조한다. 이어서 약 10 내지 80 중량% 량의 구형 질화 붕소 충전제를 약 2.5 내지 5.5 중량% 량의 고 점도 오일과 함께 상기 예비 블렌드에 가한다. 더욱이, 하나의 실시태양에서 약 0.2 중량% 량의 계면활성제, 약 3 중량% 량의 폴리스타이렌 기재 중합체, 및 약 1 중량% 량의 용매를 가한다. 또 다른 실시태양에서, 상기 중합체, 용매 및 계면활성제 대신에 상기 화합물의 약 5.2 중량% 량의 알루미늄 실리케이트를 가한다.

젤 실시예

하기의 실시예에서, 본 발명의 열 전도성 조성물은 젤의 형태이며, 하기의 성분들을 사용한다:

A-1: 400 cps 비닐-종결된 폴리다이메틸실록산 유체(상표명 SL6000, GE Silicones, Waterford, NY로부터 상업적으로 입수할 수 있다).

B-1: 약 21의 평균 쇄 길이 및 약 0.19% 내지 약 0.25%의 하이드라이드 함량을 갖는 수소화 규소 유체(상표명 88405, GE Silicones로부터).

B-2: 약 6000의 평균 분자량 및 약 0.04%의 평균 하이드라이드 함량을 갖는 수소화 규소 종결된 폴리다이메틸실록산 유체(DMS-H21, Gelest, Inc., Morrisville, PA로부터 상업적으로 입수할 수 있다).

C-1: Teco 2003124A, 60 내지 70 마이크론의 평균 입자 크기를 갖는 구형 응집체 형태의 질화 붕소 분말(GE Advanced Geramics of Strongsville, OH로부터 입수할 수 있다).

C-2: TECO 2004112-B, 25 내지 30 마이크론의 평균 입자 크기를 갖는 질화 붕소 분말(GE Advanced Ceramics).

C-3: PT120, 소판형 질화 붕소 분말(GE Advanced Ceramics).

D-1: 비닐-종결된 폴리다이메틸실록산 SL6000 중의 테트라메틸테트라비닐사이클로테트라실록산-착화된 백금 촉매 및 Irgafos 168의 모액([Pt] = 480 ppm, Irgafos:Pt의 몰 비 = 2:1).

E-1: A580, 알콕시 그룹을 함유하는 폴리알킬실록산 실리콘 유체(GE Toshiba of Japan으로부터).

젤 실시예 1:

본 실시예에서, 성분 A-1 및 B-1로 이루어진 모액 I를 제조한다(A-1:B-1은 중량 기준으로 대략 48.29:1이다). 상기 모액 I의 일부를 가시적으로 균질한 혼합물이 수득될 때까지 고속 믹서 상에서 성분 C-1과 배합한다. 상기 혼합물을 하우스 진공에 연결된 75 ℃ 오븐에서 밤새 탈기시키고, 이어서 실온으로 냉각시킨다. 성분 B-2, D-1 및 E-1로 이루어진 모액 II를 제조한다(중량 기준으로 B-2:E-1:D-1 ∼8.86:4.03:1). 이어서 적합한 양의 모액 II을 상기 탈기된 혼합물에 가한다. 그 후에, 상기 혼합물을 고속 믹서(FlackTek Inc., Model #DAC400FV)상에서 750 rpm으로 5 초 동안 블렌딩한다. 상기 제형을 주사기로 옮기고, 실온에서 주말에 걸쳐 탈기시킨다. 생성된 젤 조성물을 알루미늄 쿠폰과 규소 쿠폰 사이에서 10 psi 압력 하에 150 ℃에서 2 시간 동안 경화시킨다. 생성된 샌드위치된 구조물을 30 psi 압력 하에서 시험한다. 최종 조성 및 열 수행성능을 표 1에 나타낸다.

젤 실시예 2:

본 실시예에서, 젤 조성물을 충전제 C-2를 사용함을 제외하고 젤 실시예 1에서와 동일한 방식으로 제조한다. 상기 제형을 주사기로 옮기고, 실온에서 주말에 걸쳐 탈기시킨다. 생성된 젤 조성물을 알루미늄 쿠폰과 규소 쿠폰 사이에서 10 psi 압력 하에 150 ℃에서 2 시간 동안 경화시킨다. 생성된 샌드위치된 구조물을 30 psi 압력 하에서 시험한다. 최종 조성 및 열 수행성능을 표 1에 나타낸다.

젤 비교 실시예 1:

젤 조성물을 충전제 C-3을 사용함을 제외하고 젤 실시예 1에서와 동일한 방식으로 제조한다. 상기 제형을 주사기로 옮기고, 실온에서 주말에 걸쳐 탈기시킨다. 생성된 젤 조성물을 알루미늄 쿠폰과 규소 쿠폰 사이에서 10 psi 압력 하에 150 ℃에서 2 시간 동안 경화시킨다. 생성된 샌드위치된 구조물을 30 psi 압력 하에서 시험한다. 최종 조성 및 열 수행성능을 표 1에 나타낸다.

표 1에 나타난 바와 같이, 구형 BN C-1 및 C-2를 함유하는 조성물은 소판형 BN C-3을 함유하는 필적할만한 조성물보다 더 높은 동일 반응계 열 전도성을 제공한다.

접착제 실시예

하기의 실시예에서, 접착제 조성물을 제조한다.

접착제 실시예 1:

본 실시예에서, 조성물을 지이 어드밴스드 세라믹스(Strongsville, OH)의 구형 질화 붕소 응집체(PTX60, TECO 2003124A, 평균 입자 크기 60 마이크론, GE Advanced Ceramics)를 사용하여 제조한다. 상기 BN 분말을 100 부의 비닐-정지된 폴리다이메틸실록산 유체(350 내지 450 cSt, 대략 0.48 중량% 비닐)와 함께 25 내지 35 ℃ 및 대기압에서 윤활한 점조도가 획득될 때까지 실험실 규모의 로스(Ross) 믹서(1 쿼터 용량)에서 대략 60 rpm으로 혼합한다. 상기 혼합물에 0.21 부의 안료 마스터배치(카본 블랙 50 중량% 및 10,000 cSt 비닐-정지된 폴리다이메틸실록산 유체 50 중량%)를 가하고 상기 하이드라이드 유체의 일부를 가한다(0.66 부의 하이드라이드 작용화된 폴리유기실록산 유체, 대략 0.82 중량% 하이드라이드). 상기 제형을 대략 60 rpm에서 6 분 동안 혼합하여 상기 유체 및 안료를 혼합한다. 이어서 온도를 140 내지 160 ℃로 상승시키고 상기 혼합물을 대략 60 rpm에서 추가로 1.5 시간 동안 교반한다.

상기 제형을 대략 30 ℃로 냉각시키고 하기의 물질들을 가한다: 트라이알릴 아이소시아누레이트 0.16 부, 2-메틸-3-부틴-2-올 0.02 부 및 테트라메틸테트라비닐사이클로테트라실록산-착화된 백금 촉매(88346으로서 GE Silicones, Waterford, NY로부터) 0.03 부. 상기 물질을 대략 60 rpm에서 8 분간 교반하여 혼합시킨다.

이어서 추가의 물질들, 즉 제 1 접착 촉진제(YC9632로서 GE Toshiba로부터) 0.92 부, 제 2 접착 촉진제(글리시독시프로필트라이메톡시실란) 0.60 부를 상기 믹서에 가하고, 상기 하이드라이드 유체의 두 번째 부분을 가한다(하이드라이드 작용화된 폴리유기실록산 유체 1.34 부, 대략 0.82 중량% 하이드라이드). 상기 추가의 물질들을 대략 60 rpm에서 5 분간 교반하여 혼합한다. 상기 최종 제형을 대략 60 rpm 및 25 내지 30 in Hg의 진공 압력에서 추가로 3 분간 혼합한다. 상기 제형을 상기 믹서로부터 회수하여 필요할 때까지 냉장고(-40 내지 0 ℃)에서 보관하여 열 접촉면 물질("TIM")을 제조한다.

상기 TIM 샌드위치를 제조하기 위해서, 상기 혼합물을 AlCr과 Si 쿠폰 사이에 삽입하고 10 psi 압력 하에서 경화시킨다. 상기 물질을 주사기로부터 분배하여 상기 두 쿠폰 사이에 상기 TIM을 놓기 전에, 상기 물질을 100 메쉬 필터 스크린을 통해 여과하여 임의의 외래 오염물질을 제거하고 이어서 3 분 동안 25 내지 30 in Hg에서 진공 하에 두어 임의의 잔류하는 포착된 공기를 제거한다. 총 7 개의 샘플을 제조하여 상기 AlCr과 Si 쿠폰 사이에 제형으로 사용한다.

비교 접착제 실시예 1:

150 마이크론의 평균 입자 크기를 갖는 비-단일 결정, 비-박편 유형의 질화 붕소 분말(GE Advanced Ceramics로부터 PT350)을 사용함을 제외하고 상술한 바와 같이 제형을 제조한다. 상기 제형의 벌크 열 전도도 및 동일 반응계 열 수행성능을 접착제 실시예 1에 개략한 바와 같이 측정한다. 총 5 개의 샘플을 제조하여 상기 AlCr과 Si 쿠폰 사이에 제형으로 사용한다.

비교 접착제 실시예 2:

본 실시예에서, 44 마이크론의 평균 입자 크기를 갖는 단일 결정, 박편형의 질화 붕소 분말(GE Advanced Ceramics로부터 PT110)을 사용함을 제외하고 상기 구형 BN 응집체 실시예(접착제 실시예 1)에 대해 개시한 바와 같이 제형을 제조한다. 총 5 개의 샘플을 제조하여 상기 AlCr과 Si 쿠폰 사이에 제형으로 사용한다.

비교 접착제 실시예 3:

접착제 실시예 1과 동일한 방식으로 제조한 제형을 사용한다. 상기 제형을 비교 실시예 2에서 제조한 제형과 고속믹서 상에서 2:1의 비로 혼합한다. 총 5 개의 샘플을 제조하여 상기 AlCr과 Si 쿠폰 사이에 제형으로 사용한다.

비교 접착제 실시예 4:

접착제 실시예 1 및 접착제 비교 실시예 2에서 제조한 제형들을 고속믹서 상에서 1:1의 비로 혼합한다. 총 5 개의 샘플을 제조하여 상기 AlCr과 Si 쿠폰 사이에 제형으로 사용한다.

비교 접착제 실시예 5:

구형 BN 응집체를 갖는 제형(접착 실시예 1)을 비교 실시예 2에서 제조한 제형과 고속믹서 상에서 1:2의 비로 혼합한다. 총 5 개의 샘플을 제조하여 상기 AlCr과 Si 쿠폰 사이에 제형으로 사용한다.

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 상기 구형 질화 붕소 응집체를 함유하는 열 전도성 접착제의 실시예들은 최고의 벌크 열 전도도, 최저의 동일 반응계 열 저항 및 최고의 동일 반응계 열 전도도를 나타낸다. 상기 구형 질화 붕소 응집체 대신 종래 기술의 질화 붕소 충전제를 사용한 비교 실시예에서, 동일 반응계 열 전도도는 감소하기 시작하며 열 저항은 증가하기 시작한다.

접착제 실시예 2

본 실시예에서, 성분 A-1(400 cps 비닐-종결된 폴리다이메틸실록산 유체, SL6000, GE Silicones)을 먼저 고속 믹서 상에서 PTX25(25 내지 30 마이크론의 평균 입자 크기를 갖는 구형 BN)와 수회 분취량으로 혼합하고 하우스 진공에 연결된 75 ℃ 진공 오븐에서 밤새 탈기시킨다. 이어서 상기 혼합물을 실온으로 냉각시킨다. 다음 단계에서, 상기 혼합물에 하기의 화합물들을 가한다: 성분 B-1(약 100의 평균 쇄 길이 및 약 0.72% 내지 약 1%의 하이드라이드 함량을 갖는 수소화 규소 유체, 88466, GE Silicones), 성분 G(75:8 중량비의 트라이알릴아이소시아누레이트(TAIC) 대 2-메틸-3-부틴-2-올의 혼합물), 성분 F-1(비닐-종결된 폴리다이메틸실록산 SL6000([Pt] = 570 ppm) 중의 테트라메틸테트라비닐사이클로-테트라실록산-착화된 백금 촉매("88346"으로서 GE Silicones로부터)의 모액), 성분 H-1(A501S(GE Toshiba로부터)와 글리시독시프로필트라이메톡시실란의 44:29 중량비의 혼합물). 상기 조성물을 먼저 주걱으로 혼합하고, 이어서 고속믹서(FlackTek Inc., 모델 #DAC400FV) 상에서 1000 rpm에서 10 초간 철저히 혼합한다. 이어서 상기 혼합물을 실온에서 15 내지 24 시간 동안 탈기시킨다(하우스 진공). 상기 조성을 표 3에 나타낸다.

이어서 상기 혼합물을 2 개의 금속 쿠폰 사이에 10 psi 압력으로 1 초간 삽입하고 150 ℃에서 2 시간에 걸쳐 10 psi의 압력 하에 경화시킨다. 상기 샌드위치 구조물을 확산성 및 열 저항에 대해 시험한다. 상기 접착제를 측정하는 동안 외부 압력은 발휘되지 않는다. 4 내지 5 개의 샘플을 제조하여 상기 AlCr과 Si 쿠폰 사이에 제형으로 사용한다. 열 수행성능 데이터를 표 3에 나타낸다.

접착제 비교 실시예 6:

알루미나 입자(AS40, Showa Denko, 평균 입자 크기 12 마이크론)를 사용함을 제외하고, 실시예 2와 동일한 방식으로 조성물을 제조한다. 최종 조성 및 열 수행성능 데이터를 표 3에 나타낸다.

본 발명의 구형 질화 붕소를 함유하는 제형과 유사한 수행성능을 성취하기 위해서는 보다 많은 알루미나 입자 배합량이 요구된다.

실리콘 패드 실시예

열 전도성 구형 질화 붕소(PTX60 또는 PTX25 GE Advanced Ceramics)를 Sylgard 184 실리콘 수지 및 경화제 Sylgard 184와 함께 대략 3500 rpm에서 실험실 규모의 FlackTek 고속 믹서에서 혼합한다. 구형 BN의 충전제 함량은 35 내지 85 중량%(20 내지 70 부피%)의 범위이다. 상기 혼합물을 3"x5" 직사각형 금형에 넣고 125 ℃에서 45 분 동안 압착하여 두께 0.5 내지 1.5 ㎜의 패드를 제조한다. 벌크 열 전도도를 마티스(Mathis)^TM 핫 디스크 열 상수 분석기를 통해 측정한다. 결과를 표 4에 나타낸다.

비교 실시예

44 마이크론의 평균 입자 크기를 갖는 상이한 질화 붕소 분말(PT110, 단일 결정, 박편형)을 사용함을 제외하고 실시예 4에 개시된 바와 같이 제형을 제조한다.

표 5에서, 3 중량%의 솔비탄 모노스테아레이트로 코팅된 구형 BN 응집체를 선행 실시예의 실리콘 패드에 사용하고, 유사한 탁월한 열 전도도 결과가 생성된다:

그리스 실시예

그리스 실시예에서, 고속믹서(FlackTek Inc., 모델 #DAC400FV) 상에서 실리콘 유체(SF96-1000으로서 GE Silicones, Waterford, NY로부터, 점도 = 1000 cp) 중에서 제네랄 일렉트릭 캄파니("GE Quartz")(Strongsville, OH)로부터 구형 BN(PTX60)을 마이크론 크기의 알루미나(DAW05, Denka로부터, 평균 입자 크기 5 마이크론; 및 AA04, Sumitomo로부터, 평균 입자 크기 약 0.4 마이크론)와 블렌딩하여 열 전도성 화합물을 제조한다. 상기 물질들을 다양한 배합 수준의 구형 BN 및 마이크로-알루미나와 배합하여 고 점도 페이스트를 제조한다. 상기 열 그리스를 알루미늄 쿠폰 상에 적용하고 또 다른 알루미늄 쿠폰을 30 psi의 압력으로 상기 그리스 상에 놓는다. 알루미늄, 그리스 및 알루미늄의 3 층 샌드위치를 박층의 그라파이트로 코팅하고 레이저 플래시 열 확산 장비의 변형된 샘플 홀더에 놓는다. 4 개의 볼트를 상기 샘플의 각 구석에서 비틀어 상기 샘플 상에 소정의 압력을 획득한다.

상기 알루미늄 쿠폰의 두께를 사전에 측정하므로, 상기 샘플의 두께를 측정하고 상기 그리스 층의 결합선 두께를 계산한다. 상기 열 그리스 층의 내열성은 다음에 측정한다.

하나의 실시예에서, 79 중량% 배합량으로 구형 BN 및 마이크론 크기의 알루미나를 함유하는 그리스 시스템(구형 BN 16 중량% 및 알루미나 63 중량%, DAW05:AA04의 4:1 중량비)을 상술한 방식으로 시험한다. 48 마이크론의 결합선에서 11 ㎟K/W의 내열성 값이 획득된다. 상기 신규 그리스의 동일 반응계 열 전도도는 4.5 W/mK인 것으로 측정된다.

표 6은 실시예들에 사용된 구형 BN에 대한 설명을 함유한다. 표 7은 표 6의 구형 BN을 다른 충전제, 예를 들어 산화 아연과 함께 함유하는 그리스 제형의 예들을 나타낸다. 모든 실시예에 사용된 실리콘 유체는 SF96-1000(GE Silicones, Waterford, NY로부터)이다. 산화 아연을 알파 에사(Alfa Aesar)로부터 10 마이크론 미만의 입자 크기를 갖는 로트 #L15N34로서 수득하였다. 실시예에서, 하기 로트의 구형 BN(General Electric Company, Strongsville, OH로부터)을 사용한다. "S"로서 나타낸 구형 BN은 솔비탄 모노스테아레이트로 코팅된 구형 BN 응집체이다.

표 7의 하기 실시예에서, 100 psi의 하중 하에서 측정한다.

표 8은 상술한 과정에 따라 제조된 열 그리스의 예들을 나타내며, 이때 단지 구형 질화 붕소만이 충전제로서 사용된다. 상기 표에서, 상이한 입자 크기의 구형 질화 붕소의 블렌드를 또한 사용한다. 30 psi 또는 100 psi에서 측정한다.

상 변화 물질 실시예

하기 실시예에서, 상 변화 물질 형태의 조성물을 제조한다.

PCM 55-2로 표지한 예들은 Sph BN(PTX60, General Electric Company로부터) 33.6 중량%, 폴리옥타데실메틸실록산(출처: Gelest, 점도 @50C = 250-300, 로트#4F-5043, 제품#ALT-192)과 SF96(GE Silicones, Waterford, NY로부터, SF-96-1000으로서, 점도 = 1000 cps)의 1:1 블렌드 66.4 중량%의 블렌드를 포함한다. 상기 샘플을 먼저 상기 SF96 & ALT-192를 플라스틱 용기에서 110 ℃에서 가열하여 블렌딩한다. 상기 고온 혼합물에, 상기 구형 BN 응집체 충전제를 가한다. 상기 혼합물을 2 분간 손으로 혼합하여 교반하여 고루 잘 섞인 블렌드를 제공한다. 상기 혼합물을 냉각시키고 따라서 상기는 시험 전에 고화된다. 상기 샘플을 60 ℃에서 30 psi 하중 하에 Al-Al 쿠폰 사이에서 조립한다.

PCM 56-01로 표지한 예들은 폴리옥타데실메틸실록산(Gelest로부터, 점도 @50C = 250-300) 66.2 중량% 중의 sph BN(PTX60, General Electric Company로부터) 33.8 중량%의 블렌드를 포함한다. 샘플들을 상술한 바와 같이 제조한다.

표 9는 4 가지 상이한 조건 하의 샘플들로부터 획득한 시험 결과들을 나타낸다. 시험에서, 저항을 볼트와 토크 렌치를 사용하여 특정 압력(psi)으로 번역되는 특정 토크를 적용함으로써 측정한다. 상기 샘플들을 25 ℃에서 하중 부재 하에; 25 ℃에서 30 psi 하중 하에; 100 ℃에서 동일한 조임 력을 사용하여; 100 ℃에서 30 psi로 다시 비틀어 측정한다. 상 변화가 일어나면, 점도가 감소하고 BLT가 감소하며, 따라서 상기 볼트에 의해 적용된 압력이 경감됨에 주목한다. 상기 압력을 스프링력을 사용하여 적용하는 경우, 상기 30 psi 압력은 BLT가 감소한다 하더라도 여전히 유지될 것이다. 따라서, 100 ℃에서 측정 후에, 상기 샘플들을 30 psi로 다시 비틀어 측정한다.

상기 30 psi에서 다시 비튼 예는 스프링 클립을 사용한 적용을 예시한다.

상기 내용을 전형적인 실시태양에서 예시하고 개시하였지만, 나타낸 상세한 내용으로 제한하고자 하지 않으며, 따라서 다양한 변경 및 치환들을 본 내용의 진의로부터 어떠한 방식으로도 이탈됨 없이 수행할 수 있다. 본 발명에서 언급한 모든 인용들은 본 발명에 참고로 인용됨을 나타낸다.

Claims

중합체 매트릭스 및 충전제로서 구형 질화 붕소 응집체의 블렌드를 포함하는 열 전도성 조성물로서, 상기 구형 질화 붕소 응집체가, 결합제에 의해 함께 결합되고 후속적으로 분무 건조되며 2 미만의 평균 종횡비를 갖는 불규칙한 비-구형 BN 입자로 형성되는 열 전도성 조성물.
제 1 항에 있어서,

상기 구형 질화 붕소 충전제가 열 전도성 조성물 전체 중량의 약 5 내지 80 중량%의 양으로 존재하는 열 전도성 조성물.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 구형 질화 붕소 충전제가 10 내지 200 마이크론의 평균 응집체 입자 크기를 갖는 열 전도성 조성물.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 구형 질화 붕소 충전제의 60 중량% 이상이 40 내지 200 마이크론의 입자 크기 분포 내의 평균 응집체 크기를 갖는 열 전도성 조성물.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 구형 질화 붕소가 1.5 미만의 평균 종횡비를 갖는 열 전도성 조성물.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 구형 질화 붕소 응집체가 금속 분말, 금속 합금 분말, 솔비탄 무수물의 지방산 부분 에스터, 티타네이트, 지르코네이트, 벤조산 유도체, 아시톡시 실란, 알콕시 실란, 메톡시 실란, 솔비탄 모노스테아레이트, 솔비탄 모노라우레이트, 솔비탄 모노올리에이트, 솔비탄 모노팔메이트, 폴리옥시에틸렌 솔비탄 모노라우레이트, 폴리옥시에틸렌 솔비탄 모노스테아레이트, 폴리옥시에틸렌 솔비탄 모노올리에이트, 폴리옥시에틸렌 솔비탄 모노팔메이트, 실라잔, 실란올, 실란 화합물, 실록산 화합물, 알콕시, 하이드록시 또는 Si-H 그룹 함유 중합체, 티타네이트, 지르코네이트, 벤조산 유도체 및 이들의 혼합물 중 하나 이상으로 코팅된 열 전도성 조성물.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

50 밀 미만의 결합선(bond line) 두께를 갖는 열 전도성 조성물.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

약 0.02 밀 내지 약 3.2 밀의 결합선 두께를 갖는 열 전도성 조성물.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

필름, 패드, 시트, 젤 또는 페이스트 또는 그리스로 형성되는 열 전도성 조성물.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 중합체 매트릭스가 α-올레핀 기재 중합체, 에틸렌/α-올레핀 공중합체, 에틸렌/α-올레핀/비-공액 폴리엔 랜덤 공중합체, 폴리올-에스터 및 유기실록산의 그룹 중에서 선택된 중합체성 조성물을 포함하는 열 전도성 조성물.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 유기실록산이 폴리다이메틸실록산, 폴리알킬실록산, 폴리다이메틸-코-메틸페닐실록산, 폴리다이메틸-코-다이페닐실록산 및 유기-작용화된 폴리다이메틸실록산의 그룹 중에서 선택되는 열 전도성 조성물.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 중합체 매트릭스가 폴리다이메틸실록산, 에폭시, 아크릴레이트, 유기폴리실록산, 폴리이미드, 플루오로카본, 벤조사이클로부텐, 플루오르화된 폴리알릴 에테르, 폴리아미드, 폴리이미도아미드, 시아네이트 에스터, 페놀 수지, 방향족 폴리에스터, 폴리 아릴렌 에테르, 비스말레이미드, 플루오르 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 경화성 조성물을 포함하는 열 전도성 조성물.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

촉매 억제제를 또한 포함하는 열 전도성 조성물.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

알콕시실란, 아릴옥시실란, 실란올, 알콕시 실릴 작용기를 함유하는 올리고실록산, 아릴옥시실릴 작용기를 함유하는 올리고실록산, 하이드록실 작용기를 함유하는 올리고실록산, 알콕시 실릴 작용기를 함유하는 폴리실록산, 아릴옥시실릴 작용기를 함유하는 폴리실록산, 하이드록실 작용기를 함유하는 폴리실록산, 알콕시 실릴 작용기를 함유하는 사이클로실록산, 아릴옥시실릴 작용기를 함유하는 사이클로실록산, 하이드록실 작용기를 함유하는 사이클로실록산, 티타네이트, 트라이알콕시 알루미늄, 테트라알콕시실란, 아이소시아누레이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 접착 촉진제를 또한 포함하는 열 전도성 조성물.
열 발생 소자를 열 전도성 조성물과 접촉되게 배치하고;

열 소산 유닛을 상기 열 전도성 조성물과 접촉되게 배치함을 포함하되,

상기 열 전도 조성물이 중합체 매트릭스 및 충전제로서 구형 질화 붕소의 블렌드를 포함하고, 상기 구형 질화 붕소는 2 미만의 평균 종횡비를 가지며 결합제에 의해 함께 결합되고 후속적으로 분무 건조된 불규칙한 비-구형 BN 입자로 형성된 것인, 열 전달의 증가 방법.
2 개 이상의 상이한 소자들(이중 하나는 열 발생 소자이다) 및 상기 2 개 이상의 상이한 소자들 사이에 삽입된 열 전도성 조성물을 포함하는 전자 소자로서,

상기 열 전도성 조성물이 중합체 매트릭스 및 충전제로서 구형 질화 붕소의 블렌드를 포함하고, 상기 구형 질화 붕소가, 결합제에 의해 함께 결합되고 후속적으로 분무 건조되며, 1.5 미만의 평균 종횡비를 갖는 불규칙한 비-구형 BN 응집체로 형성되는 소자.
마이크로프로세서 작동 온도에서 상 변화를 겪어 열원에 의해 발생된 열을 열 소산 유닛으로 전달하는 열 접촉면 물질로,

대략 상기 열원의 작동 온도에서 연화하는 상 변화 물질(상기 상 변화 물질은 중합체 성분, 및 상기 상 변화 물질이 연화하는 온도를 변경시키는, 상기 중합체 성분과 혼합된 융점 성분을 포함하고, 상기 융점 성분은 상기 마이크로프로세서 작동 온도 부근에서 용융하고 상기 중합체 성분을 상기 융점 성분에 용해시킨다); 및

상기 상 변화 물질 내에 분산된 질화 붕소 충전제(상기 질화 붕소 충전제는, 결합제에 의해 함께 결합되고 후속적으로 분무 건조되며, 2 미만의 평균 종횡비를 갖는 불규칙한 비-구형 BN 입자로 형성된 응집체를 포함한다)

를 포함하는 물질.
제 16 항에 있어서,

상기 구형 BN 응집체가 금속 분말, 금속 합금 분말, 솔비탄 무수물의 지방산 부분 에스터, 티타네이트, 지르코네이트, 벤조산 유도체, 아실옥시 실란, 알콕시 실란, 메톡시 실란, 솔비탄 모노스테아레이트, 솔비탄 모노라우레이트, 솔비탄 모노올리 에이트, 솔비탄 모노팔메이트, 폴리옥시에틸렌 솔비탄 모노라우레이트, 폴리옥시에틸렌 솔비탄 모노스테아레이트, 폴리옥시에틸렌 솔비탄 모노올리에이트, 폴리옥시에틸렌 솔비탄 모노팔메이트, 실라잔, 실란올, 실란 화합물, 실록산 화합물, 알콕시, 하이드록시 또는 Si-H 그룹 함유 중합체, 티타네이트, 지르코네이트, 벤조산 유도체 및 이들의 혼합물 중 하나 이상으로 코팅된 열 접촉면 물질.
2 개의 대향 표면 사이에 배치되어 상기 표면들 간의 열 전달을 촉진하는 열 전달 구조물로,

50 중량% 이상의 탄소 섬유를 갖는 기판; 및

중합체 매트릭스 및 충전제로서 구형 질화 붕소의 블렌드를 포함하는 열 전도성 조성물(이때 상기 구형 질화 붕소는, 결합제에 의해 함께 결합되고 후속적으로 분무 건조되며, 2 미만의 평균 종횡비를 갖는 불규칙한 비-구형 BN 입자로 형성된다)

을 포함하는 구조물.
실온에서 액체인 물질, 35 ℃ 미만의 융점을 갖는 금속 또는 금속 합금, 및 충전제로서 구형 질화 붕소를 포함하는 매트릭스의 블렌드를 포함하는 열 전도성 조성물로, 상기 구형 질화 붕소가, 결합제에 의해 함께 결합되고 후속적으로 분무 건조되며, 2 미만의 평균 종횡비를 갖는 불규칙한 비-구형 BN 입자로 형성되는 조성물.
중합체성 열 전도성 층을 포함하고, 이때 상기 개별적인 층들 중 하나가 접착제 필 름 층이며, 상기 중합체성 열 전도성 층이 충전제로서 구형 질화 붕소를 포함하는 열 전도성 라미네이트로,

상기 구형 질화 붕소가, 결합제에 의해 함께 결합되고 후속적으로 분무 건조되며, 2 미만의 평균 종횡비를 갖는 불규칙한 비-구형 BN 입자로 형성되는 라미네이트.
에너지 발생 장치와 에너지 소산 장치 간에 열 접촉을 제공하기 위한 테이프로,

상기 장치들 중 하나에 접착되도록 형성된 열 전도성 물질; 상기 전도성 물질이 상부에 배치된 시트(상기 시트 및 상기 열 전도성 물질은 제거 가능한 부분을 형성한다);

상기 전도성 물질이 상기 시트와 필름 사이에 배치되도록 상기 전도성 물질에 접착 결합된 필름을 포함하고, 이때 상기 물질, 상기 시트 또는 상기 필름 중 하나 이상이, 상기 시트와 상기 물질 간의 접착력이 상기 필름과 상기 물질 간의 접착력보다 크도록 형성되며; 약화된 접촉면에 의해 탭이 제 1 필름에 결합되고;

상기 열 전도성 물질이 충전제로서 구형 질화 붕소를 포함하고, 상기 구형 질화 붕소가, 결합제에 의해 함께 결합되고 후속적으로 분무 건조되며, 2 미만의 평균 종횡비를 갖는 불규칙한 비-구형 BN 입자로 형성되는 테이프.
제 1 및 제 2 표면 간의 틈을 충전시키기 위한 유동성의 형태 안정성 화합물로,

(a) 경화된 젤 성분; 및 (b) 미립자 충전제 성분의 혼합물을 포함하고, 이때 상기 화합물이 적용 압력 하에서 오리피스를 통해 분배될 수 있으며 상기 열 전도성 물 질이 충전제로서 구형 질화 붕소를 포함하고, 상기 구형 질화 붕소가, 결합제에 의해 함께 결합되고 후속적으로 분무 건조되며, 2 미만의 평균 종횡비를 갖는 불규칙한 비-구형 BN 입자로 형성되는 화합물.
중합체 매트릭스 및 충전제로서 구형 질화 붕소의 블렌드를 포함하는 열 전도성 조성물로, 상기 구형 질화 붕소가, 결합제에 의해 함께 결합되고 후속적으로 분무 건조되며, 2 미만의 평균 종횡비 및 약 6.5 MPa.cc/g 초과의 균열 강도 대 엔벨롭(envelop) 밀도 비를 갖는 불규칙한 비-구형 BN 입자로 형성되는 조성물.
중합체 매트릭스 및 충전제로서 구형 질화 붕소 응집체의 블렌드를 포함하는 열 전도성 조성물로, 상기 구형 질화 붕소가, 결합제에 의해 함께 결합되고 후속적으로 분무 건조되며, 2 미만의 평균 종횡비 및 20 내지 약 1000 마이크론의 평균 응집체 크기를 갖는 불규칙한 비-구형 BN 입자로 형성되는 조성물.