專利名稱：粘度可控高性能硅基導(dǎo)熱膏及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱界面有機(jī)導(dǎo)熱材料，尤其涉及一種粘度可控的高性能硅基導(dǎo)熱膏。
背景技術(shù)：
在電子元件的應(yīng)用中，如果解決不好電子元件的熱傳導(dǎo)問題，將直接影響設(shè)備的使用壽命，降低信號(hào)的處理速度，以及增加設(shè)備的功率耗散等。隨著電子設(shè)備功能集成規(guī)模的增加，對(duì)電子元件散熱能力的要求也日益提高。為了解決發(fā)熱電子元件的散熱問題，通常在電子元件上方安置散熱裝置以對(duì)電子元件進(jìn)行散熱。但是，由于工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的限制，電子元件與散熱裝置之間的接觸面不能達(dá)到理想的平整面，即由于表面的凹凸不平，不能達(dá)到完全接觸的程度。因此當(dāng)電子元件與散熱裝置貼合時(shí)，在其接觸界面的縫隙中會(huì)存有空氣，而空氣的導(dǎo)熱系數(shù)很低，一般為 0. 025ff/(m · V )，這將增加界面熱阻，嚴(yán)重影響整體的散熱效果。因此，一般在散熱裝置與發(fā)熱電子元件之間涂抹諸如熱導(dǎo)環(huán)氧樹脂、相變材料和導(dǎo)熱膏等熱界面材料，以填補(bǔ)散熱裝置與電子元件之間的空氣縫隙，減小界面接觸熱阻，提高散熱性能。在熱界面材料中，導(dǎo)熱膏由于具有熱導(dǎo)率高、膠層厚度薄等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。 所述導(dǎo)熱膏是在液態(tài)高分子基體材料(如硅油)中添加陶瓷粉體、石墨粉或金屬粉等填料制備而成的液態(tài)或半固態(tài)的膏體。在實(shí)際應(yīng)用中，通過將上述導(dǎo)熱性較高的填料均勻分散于所述基體內(nèi)，而使導(dǎo)熱膏具有提高導(dǎo)熱性能的作用。但是，隨著微電子行業(yè)的發(fā)展，導(dǎo)熱膏產(chǎn)品在電子元件中的實(shí)際使用方式也越來越多，例如可以直接涂抹、絲網(wǎng)印刷及注射成型等方式將導(dǎo)熱膏施加至所需電子元件上。不同的使用方式和使用場合不僅對(duì)導(dǎo)熱膏的導(dǎo)熱性能提出了不同的要求，而且還對(duì)導(dǎo)熱膏的流變性提出了不同的要求，因此，針對(duì)不同的使用方式，需要導(dǎo)熱膏具有不同的粘度范圍， 以實(shí)現(xiàn)不同的工裝方式。中國專利申請公布CN101294067A中公開了一種由有機(jī)硅油、硅烷偶聯(lián)劑和導(dǎo)熱粉體組成的導(dǎo)熱硅脂組合物，該文獻(xiàn)中對(duì)導(dǎo)熱粉體大、中、小三種粒徑粉體進(jìn)行極配，并對(duì)金屬粉體進(jìn)行熱處理以在表面形成一層氧化膜，所得的導(dǎo)熱硅脂組合物雖然具有較高熱導(dǎo)率和改善的流動(dòng)性能，但是其制備方法復(fù)雜，且不能隨意控制導(dǎo)熱硅脂組合物的粘度。有鑒于此，需要提供一種導(dǎo)熱性高、熱阻性小、成本低廉且粘度可控，并能適用于多種成型工藝的高性能硅基導(dǎo)熱膏。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明第一方面的目的在于提供一種硅基導(dǎo)熱膏，所述硅基導(dǎo)熱膏的導(dǎo)熱性能高、制備成本低廉并且具有可控的粘度，能夠滿足微電子器件發(fā)展多元化的需求。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明涉及一種可用于電子元件與散熱裝置之間的硅基導(dǎo)熱膏，所述硅基導(dǎo)熱膏由下述成分組成5質(zhì)量％ 20質(zhì)量％的基體，大于1質(zhì)量％ 10質(zhì)量％的粘度調(diào)節(jié)劑，以及余量的導(dǎo)熱填充粉，所述硅基導(dǎo)熱膏優(yōu)選包括7質(zhì)量％ 12質(zhì)量％的基體，大于1質(zhì)量％ 3質(zhì)量％的粘度調(diào)節(jié)劑，以及余量的導(dǎo)熱填充粉。其中，所述基體是硅氧烷基樹脂，優(yōu)選是甲基硅油，所述基體在25°C的粘度范圍是 50mm2/s 1000mm2/S ；所述導(dǎo)熱填充物是選自氧化鋁、氧化鋅、鋁粉、銀粉、氮化硼、氮化鋁、 銅粉、氧化鈦、氫氧化鋁、石墨等粉末中的一種或多種粉末的混合物。粘度調(diào)節(jié)劑主要是選自硅烷偶聯(lián)劑、硅烷交聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、分散劑、流平劑等物質(zhì)中的一種或多種化合物的混合物。與現(xiàn)有硅基導(dǎo)熱膏相比，本發(fā)明提供的高性能硅基導(dǎo)熱膏具有以下優(yōu)點(diǎn)第一，所用基體材料容易獲得，使得該熱界面材料容易制備，降低了生產(chǎn)的成本；第二，由于粘度調(diào)節(jié)劑的存在，使得導(dǎo)熱膏的粘度得以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)控制；第三，由于粘度調(diào)節(jié)劑的存在，改善了導(dǎo)熱粉末填充物在導(dǎo)熱膏體系中的穩(wěn)定性，從而得到更好的導(dǎo)熱性能。本發(fā)明第二方面的目的在于提供一種簡單可行的制備高性能硅基導(dǎo)熱膏的方法， 所述硅基導(dǎo)熱膏的導(dǎo)熱性能高且制備成本低廉，通過所述方法可容易的實(shí)現(xiàn)對(duì)硅基導(dǎo)熱膏的粘度控制，從而可以根據(jù)不同的需求制備出具有不同粘度的硅基導(dǎo)熱膏。本發(fā)明第二方面中制備硅基導(dǎo)熱膏的方法包括在溫度0°C 50°C將a重量份基體和b重量份粘度調(diào)節(jié)劑混合于反應(yīng)器中，并在較低速度下進(jìn)行攪拌，使得基體和粘度調(diào)節(jié)劑混合均勻；然后保持溫度不變，將c重量份的填充導(dǎo)熱粉一次性或分成2 5等份或不等份分別加入至反應(yīng)器中，同時(shí)在真空狀態(tài)下進(jìn)行攪拌，其中在每一次加入填充導(dǎo)熱粉的過程中，分別將攪拌速度由較低速度調(diào)節(jié)至較高速度，待攪拌至混合均勻后，將攪拌速度調(diào)節(jié)至較低速度，并重復(fù)進(jìn)行上述加入填充導(dǎo)熱粉的操作，直至加入所有的填充導(dǎo)熱粉，以形成所述硅基導(dǎo)熱膏；其中，上述a值為5 20，b值為大于1 10，c值為(100-a-b)。由此可見，上述制備高性能硅基導(dǎo)熱膏的方法簡單可行，而且，由于粉料粒徑匹配合理及混合攪拌均勻，無需三輥研磨機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的捏合，減少了制備成本。另外，由于加入了粘度調(diào)節(jié)劑，可根據(jù)不同的需求，而通過本發(fā)明的制備方法制得粘度可控的硅基導(dǎo)熱膏。


圖1是本發(fā)明高性能硅基導(dǎo)熱膏的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種粘度可控高性能硅基導(dǎo)熱膏，如圖1所示，該硅基導(dǎo)熱膏10由基體11、填充導(dǎo)熱粉12及粘度調(diào)節(jié)劑13組成。所述基體11為硅氧烷樹脂，所述硅氧烷樹脂包括甲基硅氧烷及其改性系列樹脂， 所述改性系列樹脂包括氫基改性甲基硅氧烷，苯基改性甲基硅氧烷等。所述硅氧烷樹脂包括可由市場上購得的產(chǎn)品，例如二甲基硅油。所述填充導(dǎo)熱粉12為導(dǎo)熱性能優(yōu)良的無機(jī)氧化物粉末及金屬或非金屬單質(zhì)粉末，所述粉末為選自氧化鋁、氧化鋅、氮化硼、氮化鋁、鋁粉、銀粉、銅粉、氧化鈦、氫氧化鋁、石墨等粉末中的一種或幾種，其粒徑范圍為0. 02μπι 200μπι，優(yōu)選的粒徑范圍為0. 05 μ m 100 μ m。優(yōu)選的是，所述填充導(dǎo)熱粉12的粒徑是均一的，即填充導(dǎo)熱粉中沒有較大的粒徑差。一般地，在同一種粉末中，所述粒徑差不大于ΙΟμπι，優(yōu)選為不大于5μπι。當(dāng)所述填充導(dǎo)熱粉12由兩種以上的上述粉末組成時(shí)，不同粉末之間的粒徑差不大于50μπι， 優(yōu)選不大于25 μ m。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明粘度可控硅基導(dǎo)熱膏的目的，本發(fā)明的硅基導(dǎo)熱膏還包含粘度調(diào)節(jié)劑13。所述粘度調(diào)節(jié)劑13為選自硅烷偶聯(lián)劑、硅烷交聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、分散劑、流平劑等物質(zhì)中的一種或幾種，并且在高性能硅基導(dǎo)熱膏10中的含量優(yōu)選為大于1質(zhì)量％ 3質(zhì)量％。所述分散劑例如本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的Texaphor963和1^4 等，所述流平劑例如本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的Β (333和Τ-306等。其中，為了獲得不同的粘度，可在上文列出的粘度調(diào)節(jié)劑化合物中選擇兩種或兩種以上的化合物組成粘度調(diào)節(jié)劑，并通過設(shè)定粘度調(diào)節(jié)劑中不同化合物的含量，實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)定粘度的調(diào)節(jié)，其中，本發(fā)明的硅基導(dǎo)熱膏的粘度控制范圍為80，OOOmPa· s 800，OOOmPa · S。以下描述本發(fā)明的硅基導(dǎo)熱膏的制備方法。如上所述，本發(fā)明制備硅基導(dǎo)熱膏的方法可分為在溫度0°C 50°C將a重量份基體11和b重量份粘度調(diào)節(jié)劑13混合于反應(yīng)器中，并在較低速度下進(jìn)行攪拌，以使基體和粘度調(diào)節(jié)劑混合均勻；然后保持溫度不變，將c重量份的填充導(dǎo)熱粉12 —次性或分成2 5等份或不等份分別加入至反應(yīng)器中，同時(shí)在真空狀態(tài)下進(jìn)行攪拌，其中在每一次加入填充導(dǎo)熱粉的過程中，分別將攪拌速度由較低速度調(diào)節(jié)至較高速度，待攪拌至混合均勻后，將攪拌速度調(diào)節(jié)至較低速度，并重復(fù)進(jìn)行上述加入填充導(dǎo)熱粉的操作，直至加入所有的填充導(dǎo)熱粉，以形成所述高性能硅基導(dǎo)熱膏10。其中，上述a值為5 20，b值為大于1 10，c值為(100-a-b)。而且，上述a、 b、c的取值優(yōu)選a為7 12，b為大于1 3，c = 100-a-b?；w11、填充導(dǎo)熱粉12和粘度調(diào)節(jié)劑13的選材如上文所述的那樣，其中，所述基體11優(yōu)選為甲基硅氧烷及其改性樹脂的混合物，所述粘度調(diào)節(jié)劑13的成分按照預(yù)定的粘度值進(jìn)行選擇，以實(shí)現(xiàn)具有不同粘度的硅基導(dǎo)熱膏。所述帶攪拌的反應(yīng)器可以為高速分散機(jī)、雙行星攪拌機(jī)或小型捏合機(jī)等本領(lǐng)域中常見的混合用反應(yīng)器。反應(yīng)中所述的真空狀態(tài)為大于OMpa 0. IMPa,優(yōu)選為約0. 02MPa 約0. 08MPa。 另外，本發(fā)明中使用的真空系統(tǒng)和儀器為本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的真空系統(tǒng)和儀器，例如真空泵。所述攪拌速度分為較低速度和較高速度以分別控制攪拌，其中，較低速度為大于 ORPM 10RPM，較高速度為 30RPM 100RPM。本發(fā)明所述方法中的攪拌時(shí)間可因加入原料的多少而不同，本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易地通過判斷混合物達(dá)到均勻混合而確定攪拌時(shí)間，因而不在本發(fā)明中具體限定攪拌時(shí)間。一般地，本發(fā)明所述在較低速度下的攪拌時(shí)間不低于0.5小時(shí)，而在較高速度下的攪拌時(shí)間不低于1小時(shí)。下面結(jié)合實(shí)施例更詳細(xì)的描述本發(fā)明，應(yīng)該理解的是，不應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明受限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1 4(1)原料本發(fā)明的實(shí)施例選用了以下物質(zhì)作為原料，并按照原料的重量比進(jìn)行了稱量①基體二甲基硅氧烷(道康寧公司制造，品牌為XIAMETER的二甲基硅油)，粘度為50mm2/ s以及苯基改性聚二甲基硅氧烷(日本信越公司制造)，粘度為1000mm2/S。②填充導(dǎo)熱粉氧化鋅粉末，平均粒徑為0. 5 μ m 2 μ m(常州源潮化工有限公司制造的活性氧化鋅)，氧化鋁粉末，平均粒徑為3 μ m 5 μ m(中國鋁業(yè)股份有限公司制造)，鋁粉，平均粒徑為10 μ m 20 μ m(河南東華金屬粉材有限公司制造)。③粘度調(diào)節(jié)劑實(shí)施例1使用了硅烷偶聯(lián)劑A151(美國聯(lián)碳公司制造)，實(shí)施例2使用了作為非硅烷偶聯(lián)劑的鈦酸酯偶聯(lián)劑TTS(美國Kenrich石油化學(xué)公司制造)，實(shí)施例3中使用了重量比為2 1的硅烷偶聯(lián)劑A151和鈦酸酯偶聯(lián)劑TTS的混合物，實(shí)施例4中使用了重量比為1 1的硅烷偶聯(lián)劑A151和鈦酸酯偶聯(lián)劑TTS的混合物。按照下表1中所示的上述各原料的重量比配制本發(fā)明的組合物，可以理解的是， 表1中各原料的選用和重量比是出于更好地描述本發(fā)明的目的，而不加以任何限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠了解的是，除了實(shí)施例1 4采用的原料之外，還可選用其它種類和數(shù)目的原料，只要所述原料的選用使相應(yīng)的組分滿足本發(fā)明在上文所述的要求，例如填充導(dǎo)熱粉可視情況選用1 2種如上文所述的粉末；而且，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，所述原料的配比不限于表1中的特定配比。表1實(shí)施例1 4硅基導(dǎo)熱膏的組成
組分實(shí)方_原料1234基體二甲基硅氧烷1.21.20.550.45氫基改性聚二甲基硅氧烷000.50.4填充導(dǎo)熱粉氧化鋅粉末333.13.2氧化鋁粉末333.13.2鋁粉2.52.52.62.55粘度調(diào)節(jié)劑硅烷偶聯(lián)劑Al 510.3-0.10.1鈦酸酯偶聯(lián)劑TTS-0.30.050.1首先，在實(shí)施例1 2中說明使用單組份粘度調(diào)節(jié)劑的情況。(2)實(shí)施例1硅基導(dǎo)熱膏的制備
首先稱量出重量比為3 3 2. 5的氧化鋅粉末、氧化鋁粉末和鋁粉，混合上述粉末后將所得導(dǎo)熱填充粉按重量分為3等份；然后在30°C下，將重量比為1. 2的二甲基硅氧烷作為基體與重量比為0. 3的硅烷偶聯(lián)劑A151 —起加入至雙行星攪拌器腔體中，在轉(zhuǎn)速為 5RPM下攪拌0. 5小時(shí)，待混合均勻后，將混料腔體抽至約0. 02MPa的真空，并加入第一等重量份的上述導(dǎo)熱填充粉，將攪拌速度調(diào)節(jié)為65RPM，攪拌1小時(shí)后，將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為5RPM ；然后重復(fù)上述操作加入另外2份導(dǎo)熱填充粉，攪拌均勻后即得到所述硅基導(dǎo)熱膏。室溫下，通過使用Brookfield粘度測試儀(美國Brookf ield公司制造)在IORPM測試所得硅基導(dǎo)熱膏的粘度，并將測得的粘度值示于下表2中。(3)實(shí)施例2硅基導(dǎo)熱膏的制備通過與實(shí)施例1相同的方法制備實(shí)施例2的硅基導(dǎo)熱膏，不同之處在于，實(shí)施例2 中使用的粘度調(diào)節(jié)劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑TTS。將所得硅基導(dǎo)熱膏的粘度測量值示于下表2中。表2單組份粘度調(diào)節(jié)劑
權(quán)利要求
1.一種粘度可控硅基導(dǎo)熱膏，其特征在于，所述硅基導(dǎo)熱膏由以下成分組成占5質(zhì)量％ 20質(zhì)量％的基體，占大于1質(zhì)量％ 10質(zhì)量％的粘度調(diào)節(jié)劑，以及余量的導(dǎo)熱填充粉。
2.如權(quán)利要求1所述的粘度可控硅基導(dǎo)熱膏，其特征在于，所述硅基導(dǎo)熱膏組合物的組成含量為占7質(zhì)量％ 12質(zhì)量％的基體，占大于1質(zhì)量％ 3質(zhì)量％的粘度調(diào)節(jié)劑，以及余量的導(dǎo)熱填充粉。
3.如權(quán)利要求1或2所述的粘度可控硅基導(dǎo)熱膏，其特征在于，所述基體為硅氧烷樹脂，所述硅氧烷樹脂包括甲基硅氧烷及其改性系列樹脂，所述改性系列樹脂包括氫基改性甲基硅氧烷和苯基改性甲基硅氧烷。
4.如權(quán)利要求1或2所述的粘度可控硅基導(dǎo)熱膏，其特征在于，所述基體在25°C時(shí)的粘度為 50mm2/s 1000mm2/s。
5.如權(quán)利要求1或2所述的粘度可控硅基導(dǎo)熱膏，其特征在于，所述導(dǎo)熱填充粉為選自氧化鋁、氧化鋅、鋁粉、銀粉、氮化硼、氮化鋁、銅粉、氧化鈦、氫氧化鋁、石墨中的一種或多種粉末。
6.如權(quán)利要求1或2所述的粘度可控硅基導(dǎo)熱膏，其特征在于，所述粘度調(diào)節(jié)劑為選自硅烷偶聯(lián)劑、硅烷交聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、分散劑、流平劑中的一種或多種物質(zhì)的混合物。
7.如權(quán)利要求1或2所述的粘度可控硅基導(dǎo)熱膏，其特征在于，所述導(dǎo)熱填充粉的平均粒徑范圍為50納米 100微米。
8.如權(quán)利要求7所述的粘度可控硅基導(dǎo)熱膏，其特征在于，所述導(dǎo)熱填充粉的平均粒徑范圍為50納米 20微米。
9.如權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的粘度可控硅基導(dǎo)熱膏，其特征在于，所述硅基導(dǎo)熱膏粘度的控制范圍為80，OOOmPa · s 800，OOOmPa · S。
10.一種制備如權(quán)利要求1 9中任一項(xiàng)所述的粘度可控硅基導(dǎo)熱膏的方法，所述方法包括在溫度0°c 50°C將a重量份基體和b重量份粘度調(diào)節(jié)劑混合于反應(yīng)器中，并在較低速度下進(jìn)行攪拌，使得基體和粘度調(diào)節(jié)劑混合均勻；然后保持溫度不變，將c重量份的填充導(dǎo)熱粉一次性或分成2 5等份或不等份分別加入至反應(yīng)器中，同時(shí)在真空狀態(tài)下進(jìn)行攪拌，其中在每一次加入填充導(dǎo)熱粉的過程中，分別將攪拌速度由較低速度調(diào)節(jié)至較高速度，待攪拌至混合均勻后，將攪拌速度調(diào)節(jié)至較低速度，并重復(fù)進(jìn)行上述加入填充導(dǎo)熱粉的操作，直至加入所有的填充導(dǎo)熱粉，以形成所述硅基導(dǎo)熱膏，其中，上述a值為5 20，b值為大于1 10，c值為(100-a-b)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述a值為7 12，所述b值為大于1 3，所述 c 值為(100-a-b)。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述的真空狀態(tài)的壓強(qiáng)為大于OMpa 、0. IMPa，優(yōu)選為 0. 02Mpa 0. 08MPa。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述較低的攪拌速度為大于ORPM 10RPM，較高的攪拌速度為30RPM 100RPM。
14.如權(quán)利要求10 13所述的方法，其特征在于，根據(jù)不同的粘度設(shè)定要求，選擇不同的粘度調(diào)節(jié)劑的組分，以實(shí)現(xiàn)對(duì)粘度的控制。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高性能硅基導(dǎo)熱膏，該導(dǎo)熱膏包括占5質(zhì)量％～質(zhì)量20％的基體，占大于1質(zhì)量％～10質(zhì)量％的粘度調(diào)節(jié)劑，和余量的的導(dǎo)熱填充物，通過添加粘度調(diào)節(jié)劑，可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱膏粘度的設(shè)計(jì)控制要求，并且改善了導(dǎo)熱粉末填充物在導(dǎo)熱膏體系中的穩(wěn)定性，獲得性能優(yōu)良的導(dǎo)熱膏。
文檔編號(hào)C08K3/08GK102382631SQ20101026856
公開日2012年3月21日 申請日期2010年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月30日
發(fā)明者萬煒濤 申請人:天津萊爾德電子材料有限公司