CN102002346B

CN102002346B - 有机硅导热组合物和有机硅导热贴片

Info

Publication number: CN102002346B
Application number: CN 201010508415
Authority: CN
Inventors: 丁小卫; 许家琳; 欧阳冲; 肖时君
Original assignee: ANPIN ORGANIC SILICON MATERIAL Co Ltd SHENZHEN CITY
Current assignee: ANPIN ORGANIC SILICON MATERIAL Co Ltd SHENZHEN CITY
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2030-10-15
Also published as: CN102002346A

Abstract

一种有机硅导热组合物，包括乙烯基硅油、含氢硅油、和导热无机粉末，乙烯基硅油包含有粘度在300mPa·s～50000mPa·s范围内的至少两种不同粘度的乙烯基硅油；含氢硅油包含有粘度在10mPa·s～700mPa·s范围内的至少一种粘度的含氢硅油；导热无机粉末包括不少于两种粉体，这些粉体至少具有两种导热系数和两种平均粒径，并且任意两种粉体的平均粒径、导热系数、粒子形态至少有一项不同，导热无机粉末的振实密度不小于1.6g/cm³。该导热组合物固化后其shore00硬度可降低至45～70，而导热系数可达3.0w/m·k，且电绝缘性能优良。应用该有机硅导热组合物可制得绝缘性好、硬度低、导热性好的双面或者单面有机硅导热贴片。

Description

有机硅导热组合物和有机硅导热贴片

技术领域

本发明涉及一种有机硅导热介质，尤其是一种用于电子元器件的具有粘结性的有机硅导热组合物，以及用于发热元件和散热元件之间传递和耗散热量的有机硅导热贴片。

背景技术

随着电子设备将更强大的功能集成到更小的组件中，温度的升高会导致设备运行速度减慢、器件工作中途出故障、尺寸空间限制以及其他很多性能方面的问题。因此，温度控制已经成为设计中至关重要的挑战之一，即在架构紧缩、操作空间越来越小的情况下，如何有效地带走更大功率所产生的更多热量。从工程设计的角度，需要采用高性能的软性导热材料以方便进行仿形设计使与器件不规则的表面相匹配、消除空气间隙，从而提高整体的热转送能力，使器件在更低的温度中工作。

现有技术中非有机硅导热材料，例如，采用丙烯酸树脂加入导热介质形成贴片后再在粘贴表面涂覆增粘剂。这种导热贴片因导热层与器件间有一层增粘剂，其传热效率比较低，且生产工艺相对复杂。

导热有机硅胶片，因其具有一定的柔韧性、优良的绝缘性、压缩性、表面具有粘性，能够填充缝隙、完成发热部位与散热部位间的热量传递，同时还起到绝缘、减震、密封等作用，已经成为电子行业导热材料的主流。现有技术中有机硅导热材料主要可分为两类，一类是以半硫化态混炼胶作为基础物加入导热介质制成，这类材料的问题是固化后太硬，shoreA硬度在50以上，其导热系数小于1.0；另一类是以加成型液体硅橡胶凝胶体为基础物加入导热介质制成，这类材料目前的技术水平是导热系数均在2.0以下，shore 00硬度均在70以上。其已不能满足设备日益小型化及超薄化的设计所带来的对导热材料的更高的要求。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种固化后具有低硬度的有机硅导热组合物，其具有相对较高的导热性能和优良的电绝缘性能。本发明还提供了一种有机硅导热贴片，其不仅具有较低的硬度，而且具有相对较好的导热性和优良的电绝缘性。

本发明所采用的技术方案是：一种有机硅导热组合物，包括乙烯基硅油、含氢硅油、和导热无机粉末，所述乙烯基硅油包含有粘度在300mPa·s～50000mPa·s范围内的至少两种不同粘度的乙烯基硅油；所述含氢硅油包含有粘度在10mPa·s～700mPa·s范围内的至少一种粘度的含氢硅油；所述导热无机粉末包括不少于两种粉体，所述粉体至少具有两种导热系数和两种平均粒径，并且任意两种粉体的平均粒径、导热系数、粒子形态至少有一项不同，所述导热无机粉末的振实密度不小于1.6g/cm³。其中平均粒径指的是50%通过粒径(D₅₀)，振实密度按照GB/T 21354-2008《粉末产品振实密度测定通用方法》测定。

优选的，所述导热无机粉末选自氧化铝(Al₂O₃)、氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)、三氧化二铁(Fe₂O₃)、氧化钙(CaO)、氧化铍(BeO)、二氧化锆(ZrO₂)、二氧化钛(TiO₂)、二氧化硅(SiO₂)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si₃N₄)、氮化锆(ZrN)、氮化硼(BN)、碳化硅(SiC)和碳化硼(BC)中的一种或几种。

优选的，所述导热无机粉末任一种粉体的平均粒径范围为0.01～50微米，更优选为0.1～40微米。

优选的，所述导热无机粉末至少一种的粒子形态为球形以及至少一种的粒子形态为无定形。

优选的，所述乙烯基硅油至少有一种的粘度在300mPa·s～10000mPa·s范围内、至少有一种的粘度在大于10000mPa·s小于等于50000mPa·s范围内。

优选的，以重量百分比计，所述乙烯基硅油的含量为8%～50%，所述含氢硅油的含量为0.4%～3%，所述导热无机粉末的含量为48%～90%。

优选的，所述有机硅导热组合物还包括催化剂，或者还包括催化剂和抑制剂。

优选的，所述有机硅导热组合物还包括增粘剂和/或软化剂。

本发明提供的有机硅导热贴片，包括粘贴面，所述有机硅导热贴片由上述任一种有机硅导热组合物经固化制得。

作为优选，所述导热贴片的一个粘贴面涂覆有与有机硅相容性好的非粘性涂层。

本发明中所称的粉体的种类不同指的是粉体的导热系数、粒子形态、平均粒径有一项或几项不同。

本发明通过选择多种不同粘度的乙烯基硅油和含氢硅油以及从不同平均粒径、不同粒子形态、不同的导热系数的粉体中选择多种配混，构成有机硅导热组合物，该导热组合物固化后其shore 00硬度可降低至45～70，而导热系数可达3.0w/m·k，且电绝缘性能优良。应用该有机硅导热组合物可制得绝缘性好、硬度低、导热性好的双面粘贴或者单面粘贴有机硅导热贴片。

具体实施方式

以下结合优选方式和实施例对本发明作详细说明，通过这些优选方式和实施例可以进一步清楚地了解本发明。但它们不是对本发明的限定。

本发明的有机硅导热组合物，包括乙烯基硅油、含氢硅油、和导热无机粉末。其中乙烯基硅油包含有粘度在300mPa·s～50000mPa·s范围内的至少两种不同粘度的乙烯基硅油，优选至少有一种的粘度在300mPa·s～10000mPa·s范围内、至少有一种的粘度大于10000mPa·s小于等于50000mPa·s，更优选以上两个粘度范围内的乙烯基硅油的重量比为1：20～20：1；所选用的乙烯基硅油优选乙烯基含量为0.1~2%(质量)。其中含氢硅油包含有粘度在10mPa·s～700mPa·s范围内的至少一种粘度的含氢硅油；优选含氢硅油的含氢量为0.05～1.5%(质量)。其中导热无机粉末包括不少于两种粉体，这些粉体至少具有两种导热系数和两种平均粒径，并且任意两种粉体之间的平均粒径、导热系数、粒子形态至少有一项不同，例如第一种粉体为球形Al₂O₃，第二种粉体可以是无定形的α-Al₂O₃，第三种粉体选平均粒径与第一种不同的球形Al₂O₃，第四种选无定形的AlN，第五种则可以选与第四种平均粒径不同的AlN等等；优选至少包括一种球形粉体和至少一种无定形粉体；优选所选用的各种粉体至少具有不同的平均粒径；导热无机粉末的振实密度要求不小于1.6g/cm³，优选为1.6～3.0g/cm³，更优选为1.7～2.5g/cm³；导热无机粉末所选用粉体的平均粒径范围优选为0.01～50微米，更优选为0.1～40微米；导热无机粉末优选从下列材料中选取：Al₂O₃、MgO、ZnO、Fe₂O₃、CaO、BeO、ZrO₂、TiO₂、SiO₂、AlN、Si₃N₄、ZrN、BN、SiC、BC，更优选的是Al₂O₃、MgO、BeO、TiO₂、SiO₂、AlN、SiC；导热无机粉末较佳的情况是配用前进行预处理，预处理优选的方法是使用偶联剂例如六甲基二硅氮烷、甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷或者3-环氧丙氧基三甲氧基硅氧烷对粉体进行喷雾处理。喷雾处理可以采用如下方法：将无机粉末加入搅拌混料设备进行高速搅拌（700～1100转/分），同时以0.2～1.0MPa压力喷入雾状偶联剂，搅拌5～30分钟，然后在120～180℃下干燥2～5小时即可。

本发明的有机硅导热组合物，包括乙烯基硅油、含氢硅油、和导热无机粉末，优选的组分含量（重量）为：乙烯基硅油8%～50%，含氢硅油0.4%～3%，导热无机粉末48%～90%。为促进乙烯基硅油和含氢硅油的硅-氢加成反应从而使其更快交联凝胶化，有机硅导热组合物中还加有催化剂。合适的催化剂为铂或其化合物，如氯铂酸的醇溶液、铂-烯络合物、铂-酮络合物、铂-乙烯基硅氧烷络合物等等，其用量以乙烯基硅油和含氢硅油含量之和为基准按Pt计为0.1～100ppm。为改善固化性能，还可加有抑制剂，优选的抑制剂为具有2～10个碳原子的炔醇，例如甲基丁炔醇、丁炔二醇、丙炔醇、1-乙炔基环己醇、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇，其用量为乙烯基硅油和含氢硅油含量之和的0.05～1%。

本发明的有机硅导热组合物还可以根据不同的应用需要加有一些常规助剂。例如，加有增粘剂以提高固化后表面的粘结性，优选的增粘剂有硅烷偶联剂；加有软化剂以改善其加工性，优选的软化剂如二甲基硅油，它们优选的用量为导热组合物总重量的0.1～2%。还可以加有增强剂，例如：玻璃纤维、碳纤维、钛酸钙纤维，以提高固化后的拉伸强度和撕裂强度，优选的加入量为有机硅导热组合物总重量的0.1～5%；以及可以加入无机颜料以满足不同颜色的需求。

将本发明的有机硅导热组合物配混后并填入不同尺寸的模具内固化后，经裁剪、在两个粘贴面贴聚酯离型膜，即可得两个粘贴面都具有高粘结性的双面有机硅导热贴片。优选的固化温度为70～90℃、固化时间为0.2～1小时。如果在一个粘贴面涂覆与有机硅相容性好的非粘性涂层，例如：合成橡胶或者合成树脂，即可得一个粘贴面具有高粘结性而另一个粘贴面不具有粘结性的单面有机硅导热贴片。

实施例1

称取平均粒径为40微米的球形Al₂O₃粉体475g、平均粒径为20微米的无定形AlN粉体95g、平均粒径为10微米的无定形AlN粉体240g、平均粒径为3微米的无定形BeO粉体145g、平均粒径为2微米的无定形AlN粉体160g、平均粒径为1微米的无定形BeO粉体160g、平均粒径为1微米的无定形AlN粉体319g合计1594g混合在一起，测得其振实密度为1.7g/cm³，用31g六甲基二硅氮烷对其进行喷雾表面处理。

称取80g粘度为5000mPa·s的乙烯基硅油、135g粘度为43000mPa·s的乙烯基硅油，称取134g粘度为100mPa·s的二甲基硅油（软化剂）。将这些称好的材料和上述经表面处理过的导热无机粉末加入搅拌机中，在100～120℃下搅拌混合1小时，冷却至室温后进行三辊研磨，用刮板细度计测定细度达到20～30微米时，再次投入搅拌机中，加入20g粘度为40mPa·s含氢量为0.08%(质量)的含氢硅油、含Pt量0.2%(质量)的氯铂酸(HPtCl₃)的异丙醇溶液6g搅拌0.5～1小时，即得有机硅导热组合物。

将上述制备好的有机硅导热组合物填入成型模具内，在80℃下固化0.5小时，冷却后在两个粘贴面贴上PET离型膜，即得到有机硅导热贴片。根据需要裁剪成不同的宽度和长度，也可选择不同规格的成型模具制得0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm等等不同厚度导热贴片。测得该有机硅导热贴片shore 00硬度为60，击穿电压强度为15.8kv/mm，体积电阻率为5.6×10¹²Ω·cm，导热系数为1.52w/m·k。

实施例2

称取平均粒径为30微米的球形Al₂O₃粉体865g、平均粒径为10微米的无定形SiC粉体694g、平均粒径为3微米的无定形AlN粉体170g合计1729g混合在一起，测得其振实密度为2.2g/cm³，用32g六甲基二硅氮烷对其进行喷雾表面处理。

称取200g粘度为1000mPa·s的乙烯基硅油（乙烯基含量0.26%）、28g粘度为12000mPa·s的乙烯基硅油（乙烯基含量0.3%），将这些称好的材料和上述经表面处理过的导热无机粉末加入搅拌机中，在100～120℃下搅拌混合1小时，冷却至室温后进行三辊研磨，用刮板细度计测定细度达到20～30微米时，再次投入搅拌机中，加入8.5g粘度为600mPa·s含氢量为0.15%(质量)的含氢硅油、含Pt量0.2%(质量)的氯铂酸(HPtCl₃)的异丙醇溶液2.5g搅拌0.5～1小时，即得有机硅导热组合物。

将上述制备好的有机硅导热组合物填入成型模具内，在85℃下固化0.5小时，冷却后在两个粘贴面贴上PET离型膜，即得到有机硅导热贴片。测得该有机硅导热贴片shore 00硬度为51，击穿电压强度为14.1kv/mm，体积电阻率为8.7×10¹¹Ω·cm，导热系数为2.87w/m·k。

实施例3

称取平均粒径为30微米的球形Al₂O₃粉体797g、平均粒径为5微米的无定形BeO粉体770g、平均粒径为2微米的无定形AlN粉体150g、平均粒径为2微米的球形TiO₂粉体20g合计1737g混合在一起，测得其振实密度为2.2g/cm³，用32g六甲基二硅氮烷对其进行喷雾表面处理。

称取190g粘度为850mPa·s的乙烯基硅油（乙烯基含量0.26%）、20g粘度为5000mPa·s的乙烯基硅油（乙烯基含量0.26%）、10g粘度为15000mPa·s的乙烯基硅油（乙烯基含量0.3%），将这些称好的材料和上述经表面处理过的导热无机粉末加入搅拌机中，在100～120℃下搅拌混合1小时，冷却至室温后进行三辊研磨，用刮板细度计测定细度达到20～30微米时，再次投入搅拌机中，加入8.5g粘度为700mPa·s含氢量为0.16%(质量)的含氢硅油、含Pt量0.2%(质量)的氯铂酸(HPtCl₃)的异丙醇溶液2.5g搅拌0.5～1小时，即得有机硅导热组合物。

将上述制备好的有机硅导热组合物填入成型模具内，在80℃下固化1小时，冷却后在两个粘贴面贴上PET离型膜，即得到有机硅导热贴片。测得该有机硅导热贴片shore 00硬度为50，击穿电压强度为13.2kv/mm，体积电阻率为1.2×10¹²Ω·cm，导热系数为3.02w/m·k。

实施例4

称取平均粒径为40微米的球形Al₂O₃粉体1193g、平均粒径为2微米的无定形AlN粉体397g合计1590g混合在一起，测得其振实密度为1.9g/cm³，用28g六甲基二硅氮烷对其进行喷雾表面处理。

称取245g粘度为360mPa·s的乙烯基硅油、50g粘度为4800mPa·s的乙烯基硅油、30g粘度为18000mPa·s的乙烯基硅油，将这些称好的材料和上述经表面处理过的导热无机粉末加入搅拌机中，在100～120℃下搅拌混合1小时，冷却至室温后进行三辊研磨，用刮板细度计测定细度达到20～30微米时，再次投入搅拌机中，加入40g粘度为40mPa·s含氢量为0.08%(质量)的含氢硅油、7g粘度为650mPa·s含氢量为0.16%(质量)的含氢硅油、含Pt量0.2%(质量)的氯铂酸(HPtCl₃)的异丙醇溶液8g以及丁炔二醇抑制剂2g，搅拌0.5～1小时，即得有机硅导热组合物。

在上述制备好的有机硅导热组合物中夹入玻璃纤维12g，填入成型模具内，在80℃下固化0.6小时，冷却后在两个粘贴面贴上PET离型膜，即得到有机硅导热贴片。测得该有机硅导热贴片shore 00硬度为67，击穿电压强度为17.6kv/mm，体积电阻率为1.1×10¹²Ω·cm，导热系数为1.96w/m·k。

实施例5

称取平均粒径为40微米的球形Al₂O₃粉体1293g、平均粒径为10微米的无定形AlN粉体178g、平均粒径为2微米的无定形SiC粉体149g、平均粒径为2微米的球形SiO₂粉体20g合计1640g混合在一起，测得其振实密度为2.1g/cm³，用30g六甲基二硅氮烷对其进行喷雾表面处理。

称取230g粘度为320mPa·s的乙烯基硅油、30g粘度为5000mPa·s的乙烯基硅油、20g粘度为12000mPa·s的乙烯基硅油，将这些称好的材料和上述经表面处理过的导热无机粉末加入搅拌机中，在100～120℃下搅拌混合1小时，冷却至室温后进行三辊研磨，用刮板细度计测定细度达到20～30微米时，再次投入搅拌机中，加入35g粘度为40mPa·s含氢量为0.08%(质量)的含氢硅油、9g粘度为680mPa·s含氢量为0.15%(质量)的含氢硅油以及含Pt量0.2%(质量)的氯铂酸(HPtCl₃)的异丙醇溶液6g，搅拌0.5～1小时，即得有机硅导热组合物。

将上述制备好的有机硅导热组合物填入成型模具内，在80℃下固化0.5小时，冷却后在两个粘贴面贴上PET离型膜，即得到有机硅导热贴片。测得该有机硅导热贴片shore 00硬度为63，击穿电压强度为14.7kv/mm，体积电阻率为4.9×10¹²Ω·cm，导热系数为2.48w/m·k。

Claims

1.一种有机硅导热组合物，包括乙烯基硅油、含氢硅油、和导热无机粉末，其特征在于：所述乙烯基硅油至少有一种的粘度在300mPa·s～10000mPa·s范围内、至少有一种的粘度在大于10000mPa·s小于等于50000mPa·s范围内；所述含氢硅油包含有粘度在10mPa·s～700mPa·s范围内的至少一种粘度的含氢硅油；所述导热无机粉末包括不少于两种粉体，所述粉体至少具有两种导热系数和两种平均粒径，并且任意两种粉体的平均粒径、导热系数、粒子形态至少有一项不同，所述导热无机粉末的振实密度不小于1.6g/cm³。

2.根据权利要求1所述的有机硅导热组合物，其特征在于：所述导热无机粉末选自氧化铝、氧化镁、氧化锌、三氧化二铁、氧化钙、氧化铍、二氧化锆、二氧化钛、二氧化硅、氮化铝、氮化硅、氮化锆、氮化硼、碳化硅和碳化硼中的一种或几种。

3.根据权利要求1或2所述的有机硅导热组合物，其特征在于：所述导热无机粉末任一种粉体的平均粒径范围为0.01～50微米。

4.根据权利要求1或2所述的有机硅导热组合物，其特征在于：所述导热无机粉末至少一种粉体的粒子形态为球形以及至少一种粉体的粒子形态为无定形。

5.根据权利要求1或2所述的有机硅导热组合物，其特征在于：以重量百分比计，所述乙烯基硅油的含量为8%～50%，所述含氢硅油的含量为0.4%～3%，所述导热无机粉末的含量为48%～90%。

6.根据权利要求1或2所述的有机硅导热组合物，其特征在于：所述有机硅导热组合物还包括催化剂。

7.根据权利要求1或2所述的有机硅导热组合物，其特征在于：所述有机硅导热组合物还包括增粘剂和/或软化剂。

8.一种有机硅导热贴片，包括粘贴面，其特征在于：所述有机硅导热贴片由权利要求1～7任一项所述的有机硅导热组合物经固化制得。

9.根据权利要求8所述的有机硅导热贴片，其特征在于：所述导热贴片的一个粘贴面涂覆有与有机硅相容性好的非粘性涂层。