[發明專利]一種導熱絕緣硅橡膠熱界面材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310205354.5
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN103333494A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 施利毅;王金合;楊明瑾;季辰燾
• 申請（專利權）人: 東莞上海大學納米技術研究院;上海大學
• 主分類號: C08L83/04
• 分類號: C08L83/04;C09K5/14;C08K13/06;C08K9/00;C08K9/06;C08K3/22;C08K3/38;C08K7/08
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 吳英彬

技術領域

本發明屬于熱界面材料領域，涉及到一種導熱系數高、絕緣性能好、撕裂強度大、穩定性好的導熱絕緣硅橡膠熱界面材料及其制備方法。?

背景技術

近年來，隨著半導體器件集成工藝的快速發展，微型化、輕型化以及高效化方向發展使得散熱成為一個越來越重要的問題，其對散熱的要求也越來越高。由于散熱器與半導體集成器件的接觸界面并不平整，一般相互接觸的只有不到20%面積，這從極大的影響了半導體器件向散熱器進行熱傳遞的效果，從而在散熱器與半導體器件的接觸界面間增加一層熱界面材料來增加界面間的熱傳導就顯得十分必要。?

熱界面材料的目的是降低器件和散熱器之間的熱阻。加入熱界面材料以后，熱阻一般可以分成兩部分，一部分是熱界面材料本身的熱阻，這部分熱阻正比于熱界面材料的厚度，反比與熱界面材料的導熱系數，從而需要熱界面材料的導熱系數高、厚度薄。另一部分熱阻是熱界面材料和發熱器件以及熱界面材料和散熱器之間的接觸熱阻。影響這部分熱阻的因素較多，其中包括熱界面材料對發熱器件及散熱器粗糙表面的填充率、接觸壓力以及熱界面材料的導熱系數等，從而要求熱界面材料的柔順性好、填縫性好、硬度低導熱系數高。另外，從熱界面材料的使用角度考慮，一般需要熱界面材料要具有良好的冷熱循環穩定性、耐老化性、施工簡單、可拆卸、成本低等性能。?

硅橡膠具有絕緣性能好、回彈性高、柔順性好等優點，但是未填充的硅橡膠導熱性能很差，導熱率一般只有0.2W/(m·K)左右，一般需要通過填充導熱填?料提高其導熱性能，從而達到熱界面材料的要求。導熱填料填充硅橡膠復合材料的導熱主要取決于填料之間的熱傳導。單一微米級填料填充硅橡膠填料間界面少，聲子散射小，從而填料之間接觸熱阻小，但是微米級填料粒徑大，填料之間形成的空隙也較大、填料間接觸點少，無法形成更加緊密的堆積，從而限制了導熱系數的提高。單一納米級填料填充硅橡膠，填料和硅橡膠基體之間的相互作用力大，接觸熱阻小，并且納米填料更容易對粗糙器件表面進行良好填充，從而獲得低熱阻。但納米級填料的問題是填料間界面比例大，聲子散射嚴重，從而會限制復合材料導熱系數的提高。另外，填充類高分子復合材料的導熱系數很大程度上取決于導熱填料的填充量，填充量越大，導熱填料間形成的導熱網絡越密集，導熱系數越高。然而普通片形填料，隨著填充量的增大，復合材料的粘度急劇增大，當填料填充到一定體積分數以后復合材料變的很難加工，從而無法獲得高填充，也就影響了導熱系數的提高。?

發明內容

針對上述的不足，本發明目的在于，提供一種導熱系數高、絕緣性能好、穩定性好、使用方便的導熱絕緣硅橡膠熱界面材料及其制備方法。其為多尺度復配填充的導熱絕緣硅橡膠熱界面材料及制備方法。適用于發熱元件和散熱元件間的界面傳熱，用于將發熱元件產生的熱量散發出去或類似用途。?

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案是：?

一種導熱絕緣硅橡膠熱界面材料，其特征在于：其由以下質量百分比組份制成：?

所述微米氧化鋁為主要導熱填料，形狀為球形，粒徑是多種粒徑復配，復配的粒徑范圍在2μm～100μm。?

所述納米氧化鋁、氮化硼、氧化鋅晶須為輔助導熱填料；其中，所述納米氧化鋁粒徑范圍在10～100nm；所述氮化硼為六方氮化硼，粒徑范圍在1～40μm；所述氧化鋅晶須長徑比大于5:1。?

所述的表面處理劑為KH550、KH560、KH570、A151、Si-69中一種或幾種。?

所述柔軟劑為羥基硅油、碳酸鎂、含水解性基團的甲基聚硅氧烷、聚合度200～2000的低聚合度聚硅氧烷中的一種或幾種。?

一種制備權利所述的導熱絕緣硅橡膠熱界面材料的方法，其特征在于：在硅橡膠基體中，采用表面處理劑處理過的微米氧化鋁作為主要導熱填料，以降低填充體系的粘度，提高導熱填料的填充量；通過柔軟劑降低導熱絕緣硅橡膠成型后的硬度；通過復配表面處理劑處理過的納米氧化鋁、氮化硼、氧化鋅晶須，進一步提高導熱系數，降低熱阻。?

其具體制備過程包括以下步驟：?

1）多尺度復配導熱填料的表面處理：將表面處理劑配成相應的溶液，然后對各種不同尺度的導熱填料分別進行表面處理，處理完成后過濾、干燥、粉碎，得到各種表面處理好的導熱填料；所述各種不同尺度的導熱填料包括微米氧化鋁、納米氧化鋁、氮化硼以及氧化鋅晶須；其中，所述微米氧化鋁為主要導熱填料，所述納米氧化鋁、氮化硼、氧化鋅晶須為輔助導熱填料；?