CN116410603A - 新型低渗油热间隙垫材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型低渗油热间隙垫材料，其是导热垫片的形式，包含基质材料和导热填料，其中，在用扫描电子显微镜观察时，导热填料的颗粒呈近似球形的形状，且导热填料的平均粒径(D50)为2μm～120μm，平均球形度为70％～90％。根据本发明，通过使用具有特定球形度的准球形导热填料，与使用完美球形或不规则形状的导热填料相比，能够在实现高热导率的同时，防止渗油现象的出现。

Description

新型低渗油热间隙垫材料
技术领域
本发明涉及一种热界面有机导热材料，尤其涉及一种能够实现低渗油或无渗油的热间隙垫材料。
背景技术
电气元件，例如半导体、晶体管等，通常在环境温度下能最佳地运行。但是，电气元件的运行产生热量，如不散热会导致电气元件在明显高于正常或期望的运行温度下运行。这样过高的温度对电气元件的运行特性和任何与其关联的设备的运行会产生不利的影响。为了除去这些热量，通过电气元件与散热器之间的直接表面接触和/或通过在电气元件和散热器之间的中间介质或热界面材料(TIM)的接触将热量从运行中的电气元件传递到散热器上。
关于此种热界面材料，一般在散热装置与发热电子元件之间增加导热硅脂、导热垫片、相变材料和可固化导热膏等热界面材料，以填补散热装置与电子元件之间的空气缝隙，减小界面接触热阻，提高散热性能。因而，在不同的领域中，此种热界面材料又可以被称为热间隙垫材料。
导热垫片作为常见导热材料之一，相较于其他导热硅脂等材料因其具有更灵活的厚度选择范围以及优异的尺寸稳定性以及材料柔韧性与可压缩性而备受青睐。其中，有机硅树脂因其与诸多导热填料维持良好的界面润湿性常作为导热垫片的主要树脂组成部分。
然而，在包含有机硅树脂的导热垫片材料中，有机硅导热垫片在长时间高于室温情况或其他比较严苛的诸如高温高湿或者冷热冲击情况下会在散热器或者仪器表面“分泌”出油腻物质，称为“渗油现象”。由于此类导热材料多用于精密复杂的电子电气产品，一旦出现此类问题会对仪器设备造成污染清洗困难之外，还会对某些光模块领域产品直接造成视线干扰；除此之外，渗出的油还容易造成器件短路，周围的杂质和颗粒可能会吸附或粘附在渗油中，对仪器设备的工作和寿命造成潜在的威胁。
因此，渗油问题受到各个电子厂商的越来越多的重视，因而对于热间隙垫材料的制造商来说，业务损失的风险正在变得越来越高。因此，如何制作低渗油热间隙垫材料，满足电子厂商的功能性能要求是一项紧迫而重大的事项。
CN111592863A提出了一种热界面材料，该热界面材料包括沿着所述热界面材料的至少一个表面的表面处理层，以抑制所述热界面材料沿着所述热界面材料表面方向产生的硅油析出。然而，此种具有表面处理层的热界面材料并没有从根本上解决渗油问题，并且存在热传导率可能降低的问题。
CN111868206A提出了一种凝胶型热界面材料，其通过配置多种导热填料，并提高导热填料的表面积来吸附更多的油脂，由此达到抑制渗油的目的。然而，与使用溶剂的凝胶型热界面材料不同，在间隙垫材料的制备中，如果仅一味地提高导热填料的表面积，将大幅度提高制备过程中的混合物的黏度，造成操作困难。而且，就产品性能而言，通过减少填料的粒径尺寸来增加比表面积进而降低渗油率的方案本身存在以下问题：因为小颗粒尺寸填料比例增加，填料的整体堆砌密度增大，导致材料的可压缩性急剧下降，最终会导致产品的综合性能不佳。
因此，本领域仍需要开发一种热界面材料或热间隙垫材料，其能够有效地防止渗油的出现，并保证高导热系数和操作容易性，从而可以制备一系列导热系数的热间隙垫材料。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种热间隙垫材料，其通过设计导热填料的形貌和填充度，合理搭配不同黏度的高纯度有机硅树脂，能够实现在保证导热系数和操作容易性的同时防止渗油，并兼顾材料的柔韧性与可压缩性等机械性能的技术效果。
为实现这一目的，本发明的一个方面提供了一种热间隙垫材料，其包含基质材料和导热填料，其中，在用扫描电子显微镜观察时，导热填料的颗粒呈近似球形的形状，导热填料的平均粒径(D50)为2μm～120μm，平均球形度为70％～90％。具体而言，本发明的热间隙垫材料是导热垫片的形式。
根据本发明的一个实施方式，基质材料为有机硅树脂，并且，可以根据最终产品的不同导热系数要求，来合理选择树脂的黏度，例如，树脂的黏度可以是100cps～10000cps。
根据本发明的一个实施方式，导热填料可以是选自氢氧化铝(ATH)、氧化铝(Al2O3)、氮化铝和碳化硅(SiC)中的一种以上。
根据本发明的具体实施方式，导热填料的比表面积(SSA)可以为0.01m2/g～1.3m2/g。
根据本发明的具体实施方式，导热填料的平均球形度可优选为75％～90％。
根据本发明的一个实施方式，基于热间隙垫材料的总重量，导热填料的含量可以为75wt％～96wt％。
另外，基于热间隙垫材料的总重量，基质材料的含量可以为3wt％～25wt％。
根据本发明的一个实施方式，热间隙垫材料还可以包含其他助剂，例如偶联剂、色粉或色膏等。
根据本发明的一个实施方式，热间隙垫材料的热导率为1.0W/m.K以上，例如1.0W/m.K至3.0W/m.K。
根据本发明，热间隙垫材料在保证设计导热系数值的同时具有低渗油或无渗油的功能特性，且兼具优异的材料柔韧性与可压缩的机械性能。
本发明的另一方面提供了一种制备上述热间隙垫材料的方法，其包括：将有机硅树脂与导热填料进行均匀搅拌混合，然后将所得的混合物通过加热固化得到具有一定厚度的热间隙垫材料，其中导热填料的平均粒径(D50)为2μm～120μm，并且平均球形度为70％～90％。
根据本发明的一个实施方式的制备方法，基于热间隙垫材料的总重量，导热填料的含量为75wt％～96wt％；基于热间隙垫材料的总重量，基质材料的含量为3wt％～25wt％。
根据本发明的一个实施方式的制备方法，根据最终产品的导热系数的基本要求，来选择具有适当黏度的有机硅树脂。在一些实施方式中，有机硅树脂通过乙烯基硅油和含氢硅油反应而制备。
根据本发明的一个实施方式的制备方法，在混合有机硅树脂和导热填料的步骤中，可以将有机硅树脂、导热填料以及可选的偶联剂等其他助剂一起进行均匀搅拌混合。
根据本发明的一个实施方式的制备方法，加热固化可以在热成型机上进行。而且，加热固化可以在100℃～150℃的温度下加热15至50分钟。
根据本发明的一个实施方式的制备方法，加热固化后的热间隙垫材料的厚度可以是0.25mm～8mm。本发明的制备方法所制备的热间隙垫材料可以是导热垫片的形式。
根据本发明，通过使用具有特定形貌(或特定球形度)的准球形导热填料，与使用完美球形或不规则形状(如纤维状、块状或三角状)的导热填料相比，可以以较大的填充量与基质材料树脂混合而不会使混合后的浆料的黏度过大而失去操作性，从而可以保证所得导热混合物既可以得到较低的混合物黏度，从而方便操作成型，又可以在同等质量分数下填充更多的填料来提高导热系数。另一方面，与完美球形或不规则形状的导热填料相比，具有特定球形度的导热填料具有高比表面积，从而可以吸附更多的源自基质材料的油脂，从而防止渗油现象的出现。
附图说明
本发明所描述的附图仅为了说明选定的实施例的目的，而不是所有可能的实施方式，而并非意在限制本发明的范围。
图1A是示出了平均球形度约为100％的导热填料颗粒的形貌的扫描电子显微镜(SEM)照片；
图1B是示出了平均球形度为约85％的导热填料颗粒的形貌的SEM照片；
图1C是示出了平均球形度为约65％的导热填料颗粒的形貌的SEM照片；
图2A是本发明的比较例1的圆形垫片的渗油性的示意性照片；
图2B是本发明的比较例2的圆形垫片的渗油性的示意性照片；
图3A是本发明的实施例1的圆形垫片的渗油性的示意性照片；
图3B是本发明的实施例2的圆形垫片的渗油性的示意性照片；和
图3C是本发明的实施例3的圆形垫片的渗油性的示意性照片。
具体实施方式
在下文中，将更详细地描述本发明。
应当理解，说明书和权利要求书中使用的术语可以基于发明人可以适当地定义的原则，而解释为具有与其在相关领域和本发明的技术构思的背景下的含义一致的含义。说明书中使用的术语仅用于解释示例性实施方式，并非意在限制本发明。
进一步应理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”、“包含”或“具有”指明所陈述的特征、数字、步骤、要素或其组合的存在，但并不排除一个或多个其他特征、数字、步骤、要素或其组合的存在或加入。
本文所用的术语“重量％”或“wt％”，是指基于重量的百分比含量。另外，如果没有另外指出，在表示含量时，无单位的“％”是指“重量％”。另外，在提及“份”时，一般是指“重量份”。
在现有的热间隙垫材料中，存在渗油问题。因此，如何制作低渗油热间隙垫材料，满足电子厂商的功能性能要求是一项紧迫而重大的事项。
如上所述，现有技术中存在增大导热填料的表面积来吸附更多的油脂，从而抑制渗油的技术方案。但是，本发明的发明人发现，如果仅关注增大导热填料的表面积，则在制备垫片形式的热间隙垫材料时，将造成混合物的黏度过大，从而不利于操作。而且，在使用不规则形状的填料(如块状、片状、树枝状等)来增大吸附表面积时，获得的热间隙垫材料反而存在渗油现象变严重或柔韧性变差的问题。
另外，混合物黏度增加不仅带来压片成型困难，而且，对于产品最终性能而言，如不关注填料形貌，仅采用小粒径部分填料来降低渗油，会造成材料力学性能急剧下降，这是不利的。
本发明的发明人通过大量而深入的研究发现，通过将热间隙垫材料中的导热填料(如氧化铝或氢氧化铝)选择为具有特定球形度的准球形形状，可以通过增大导热填料的比表面积而将热间隙垫材料中产生的油脂保持吸附在其中而不会渗出。同时，准球形的导热填料还保持了球形填料的高填充度，从而可以实现高导热性。
具体而言，发明人发现，为了实现在不同导热系数下低渗油的功能特性，通常认为将填料粒径替换成更小粒径的填料来增大导热填料的整体的比表面积的方法是简单可行的，然而理论上这些小粒径填料能够吸收更多的油而防止小分子树脂析出，但是此方法会导致混配物的黏度急剧增加，从而使得生产过程中的操作性降低，并且使最终产品的机械性能降低而丧失可压缩性。另一种常见方法是保持填料粒径不变但将填料的形态从球形改变为不规则形状(如纤维状或薄片状)，如此也能够减少渗油现象，但是，与球形填料相比，不规则填料同样容易使得混配物黏度急剧升高，从而使浆料中的填料含量变少，由此使得此方法局限于制备低导热系数的导热产品，而且最终产品的压缩应变力与球形填料相比明显偏大，即柔韧度劣化。
为了解决这一问题，如上所述，本发明采用了准球形导热填料，其比表面积变大而能够吸附更多的油脂，从而防止渗油现象，同时能够实现更大的填充量，从而保证获得高热导率；而且，所得的热间隙垫材料还具有优异的柔韧性。
在此，柔韧性或可压缩性是热间隙垫材料的重要性质之一，材料的柔韧性越好，压力下形变即压缩率越高，代表样品的可压缩性越好，在装配时可以采用更小的拧紧力来完成垫片装配，这样的好处是，避免了装配过程中其他比较柔弱的器件因为拧紧力过大而导致损伤的现象。另外，热间隙垫材料的柔韧性越好则表明，材料表面与其接触的器件表面润湿性越好，材料可以更大程度地“贴合”凹凸不平的器件表面赶走材料与器件之间的空气，大大降低材料与器件之间的接触热阻。优选地，表示为20psi下的形变值的柔韧性可以是20％至40％。
本发明的热间隙垫材料，其包含基质材料和导热填料，其中，在用扫描电子显微镜观察时，导热填料的颗粒呈近似球形的形状，导热填料的平均粒径(D50)为2μm～120μm，并且平均球形度为75％～90％。具体而言，本发明的热间隙垫材料是导热垫片的形式。
首先说明导热填料。导热填料的类型没有特别限制，只要其是常用于热间隙垫材料或热界面材料中的填料即可。作为实例，导热填料可以选自氢氧化铝、氧化铝、氮化铝、碳化硅等。优选地，从获得高导热率的观点出发，导热填料可以选自氢氧化铝或氧化铝。
如上所述，本发明的导热填料是颗粒状的，在用扫描电子显微镜观察时，导热填料的颗粒呈近似球形的形状，具体而言，导热填料是平均球形度为70％～90％的准球形导热填料。本发明的发明人发现，通过控制导热填料的颗粒形貌，可以在保证高导热系数的同时防止渗油，并且在制备过程中容易操作。而且，使用准球形导热填料，保持了球形颗粒的堆积度，因而可以保证所得热间隙垫材料的柔韧性。
作为描述导热填料形貌的参数，球形度，顾名思义也称为颗粒接近球体的程度，颗粒的球形度越接近于1(100％)则表示该颗粒越接近于几何学上的球体。可通过扫描电镜方法测得颗粒的形貌，经计算确定球形度。关于颗粒的平均球形度，可以使用本领域中的常规方法经计算确定。具有特定的平均球形度的导热填料是可以在市场上商购得到的，例如，常见的有平均球形度为70％至95％的导热填料。
关于这一点，参见图1A，其示出了近似完美球形、即平均球形度接近100％的颗粒的形貌；另参见图1B，其示出了平均球形度为约85％的准球形颗粒的形貌。
另外，较低的平均球形度数值表示偏离球体形状，例如，当平均球形度65％，可认为导热填料为不规则形状或块状(方块状)。参见图1C，其示出了平均球形度为约65％的方块状颗粒的形貌。
本发明的导热填料的平均球形度优选为75％～90％，更优选为75％～85％。当导热填料的平均球形度满足以上范围时，可以认为填料颗粒在接近于球形形状的同时，其表面存在凹凸形状，从而获得较大的比表面积，能够吸附更多的油脂而将防止渗油的出现。当平均球形度过高而大于上述范围时，导热填料的比表面积减少由此不利于防止渗油；当平均球形度过低而低于上述范围时，导热填料的填充度急剧减小，导致浆料的黏度迅速变大，从而不利于制备过程的操作性和制备高导热率材料。
而且，当为了增大比表面积而使用不规则形状的导热填料时，甚至出现了渗油现象变得严重且柔韧性劣化的问题。而且，通过使用不规则形状的导热填料增加比表面积的方法还会导致混合物黏度急剧升高，正如本发明的比较例所示，在填料的填充量为约80wt％的情况下，混合物黏度已经接近可操作成型的上限；而且，块状填料的形貌也导致产品的力学性能下降。另外，块状填料的使用的局限还在于，无法实现大于80wt％的高填充量，从而无法实现高导热系数产品。
本发明的导热填料是颗粒状的，其平均粒径可以由D50值表征。具体而言，D50值是使用马尔文粒度仪或Horiba激光粒度仪测量得到的值。如上文所述，导热填料的平均粒径为2μm～120μm，优选为5μm～70μm，更优选为10μm～50μm，例如20μm、30μm或40μm。当导热填料的平均粒径满足上述范围时，可以实现优化的热导率和吸油性的组合。当平均粒径过小而小于上述范围时，更小粒径的填料将使混配物的黏度急剧增加，从而使得操作性降低，并且使最终产品的机械性能降低。
如上文所述，准球形的导热填料具有更大的比表面积，这是由于球形表面中存在的凹凸不平的形貌带来的。具体而言，参见图1A和1B，相对于完美的球形表面，本发明的准球形导热填料的比表面积可大大提高。具体而言，对于各个颗粒而言，本发明的准球形导热填料的比表面积可以为0.01m2/g～1.3m2/g，优选为0.2m2/g～1.1m2/g，例如，0.25m2/g、0.3m2/g、0.4m2/g等。满足上述范围的比表面积能够吸附热间隙垫材料中存在的多余油脂，从而防止渗油现象。在本发明中，导热填料的比表面积可以通过常规的BET比表面积测试方法获得。
相对于热间隙垫材料的总重量，导热颗粒的填充量(含量)可以是75wt％～96wt％，优选为80wt％～95wt％，更优选为85wt％～95wt％。填料具体填充量依据导热系数的要求而决定。在填充量满足上述范围的情况下，容易获得热导率高的热间隙垫材料，从而可以制备一系列热导率不同的热间隙垫材料产品。
以下说明基质材料。热间隙垫材料的基质材料可以是树脂基质材料。具体而言，树脂基质材料可包括有机硅树脂、油-凝胶树脂等。在使用有机硅树脂的情况下，可以形成以硅油为载体的有机硅导热硅脂，其是已知的高性能膏状热界面材料。
一般而言，有机硅树脂是指以Si-O-Si为主链的室温下保持液体状态的聚硅氧烷产品，其通常具有以下化学式1所示的通式结构：
[化学式1]
Figure BDA0003451866520000081
其中，R为烷基，芳基；R'为烷基、芳基、链烯基、氢、碳官能团以及聚醚链段等；X为烷基、芳基、链烯基、氢、氯、羟基、烷氧基、乙酰氧基、碳官能团以及聚醚链段等；m和n为大于1的整数，如1至1000。
此外，本发明的基质材料还包括液体硅橡胶体系。这种体系的硅橡胶子量较小，具有中等聚合度，而且黏度低，在适当的高温下即可进行交联反应形成弹性体。液体硅橡胶可分为缩合型和加成型体系。其中，加成型导热硅橡胶是由加成型硅胶组分与无机填料混合制备而成的导热硅胶，在这种情况下，可以使用乙烯基硅油和含氢硅油，在铂类催化剂的催化作用下发生交联，形成导热硅胶基质。
在这种情况下，可使用氯铂酸(H2PtCl6·6H2O)配位化合物等作为硅氢加成催化剂。乙烯基硅油和含氢硅油是制备加成型硫化硅橡胶弹性体的必要原料。在这种情况下，含氢硅油通常是含有两个以上的Si-H基团的低黏度线型甲基含氢硅油，在硅氢加成反应中被称为交联剂。它能够在铂催化剂的作用下与不同乙烯基硅氧烷分子链上的乙烯基交联进而使分散的乙烯基硅氧烷链交联在一起形成网络结构。
然而，在使用乙烯基硅油和含氢硅油的情况下，发现最终得到的产品中仍残余未反应的乙烯基硅油原料，以及该原料中存在的杂质成分。这些未交联形成网络结构的小分子物质(或部分未交联的大分子物质)构成了产品中油脂的主要成分，其不容易保持在传统的热间隙垫材料中，而在使用时渗出产品表面，构成污染。
本发明发现，通过将导热填料选择为具有特定球形度的准球形形貌，可以增大导热填料的比表面积，从而更好的吸附这些未交联的油脂，进而防止了渗油的发生。
作为乙烯基硅油，其常用的实例有黏度为200cps～10000cps、优选1000cps～5000cps的乙烯基硅油；作为含氢硅油，其常用的实例为黏度为200cps～10000cps、优选1000cps～5000cps的含氢硅油。其中，乙烯基硅油与含氢硅油的具体黏度依据产品设计的导热系数要求来合理选择黏度范围。例如，产品设计导热系数偏高意味着需要填充更多的导热填料，则此时倾向于选择整体黏度偏低的硅油，以避免黏度太高而对填料没有润湿作用从而无法均匀混合。
相对于热间隙垫材料的总重量，基质材料的含量可以是3wt％～25wt％，优选为4wt％～25wt％，更优选为5wt％～20wt％，进一步优选为5wt％～15wt％，具体含量依据产品的设计导热系数决定。
根据本发明，热间隙垫材料可以由上述的基质材料和导热填料组成。不过，热间隙垫材料还可以包含其他助剂，例如，例如偶联剂、色粉或色膏等，其中，偶联剂的实例包括酞酸酯偶联剂、乙氧基偶联剂或甲氧基偶联剂。
相对于热间隙垫材料的总重量，其他助剂的含量可以是0.05％～5％，优选为1％～2％，例如1.5％。
本发明的另一方面提供了一种制备上述热间隙垫材料的方法，其包括：将有机硅树脂与导热填料进行均匀搅拌混合，然后将所得的混合物通过加热固化得到具有一定厚度的热间隙垫材料，其中导热填料的平均粒径(D50)为2μm～120μm，并且平均球形度为70％～90％。所制得的热间隙垫材料是导热垫片的形式。
与凝胶型热界面材料的制备不同，本发明的热间隙垫材料的制备中不使用溶剂。因而，保持所得混合物的合适的黏度，对于制备过程的操作性和最终产品的性能至关重要。
根据本发明的一个实施方式，基于热间隙垫材料的总重量，导热填料的含量为75wt％～96wt％；基于热间隙垫材料的总重量，基质材料的含量为3wt％～25wt％。关于导热填料和基质材料的选择，前文已有详细说明，此处不再赘述。
对于将有机硅树脂与导热填料混合的步骤，可以根据最终产品的导热系数的基本要求，选择具有适当黏度的有机硅树脂。例如，有机硅树脂的黏度可以为200cps～10000cps、优选1000cps～5000cps，由此来适应不同类型或粒径的导热填料。
在有机硅树脂通过乙烯基硅油和含氢硅油反应制备的情况下，本发明的制备方法还包括：在将导热填料与基质材料混合之前，将乙烯基硅油和含氢硅油、以及可选的催化剂材料均匀混合的步骤。另外，在这种情况下，本发明的制备方法还包括：在将导热填料与基质材料混合之后，进行交联的步骤。关于交联方法，可以使用本领域常规使用的交联方法。
在热间隙垫材料中包含其他助剂的情况下，在混合有机硅树脂和导热填料的步骤中，可以将有机硅树脂、导热填料以及可选的偶联剂等其他助剂一起进行均匀搅拌混合。
对于加热固化的步骤，其可以在100℃～150℃的温度下加热15至50分钟。具体而言，加热固化可以在120℃～130℃的温度下加热20至30分钟。加热固化也可以在热成型机上进行，热成型机没有任何限制，只要其是可以加热固化所得混合物，并可以将混合物压制为垫片状即可。加热固化后的热间隙垫材料的厚度可以是0.25mm～8mm，例如0.5mm～5mm。
本发明的具有特定球形度的导热填料可以通过商购获得。例如，平均球形度为70％～95％的氧化铝颗粒可以从雅安百图高新材料股份有限公司购买得到。另外，乙烯基硅油和含氢硅油也可以商购获得，例如，美国Nuisl公司销售的硅油产品。
根据本发明的上述制备方法，可以制得具有柔韧性和可压缩性的低渗油性热间隙垫材料。
本发明的热间隙垫材料可应用于汽车控制单元、电源与半导体、处理器、平板显示器与消费电子产品等多个领域中。
实施例
下面结合实施例更详细的描述本发明，应该理解的是，不应认为本发明受限于这些实施例。
以下实施例中所用的原料来源披露如下：
乙烯基硅油与含氢硅油：美国Nuisl公司；
氢氧化铝：中铝河南铝业有限公司；
氧化铝：雅安百图高新材料股份有限公司；
钛酸酯偶联剂：美国Kenich有限公司。
测试方法
热导率测试方法：
采用ASTM D5470-12的标准测试方法，选用样品尺寸为26mm×26mm，厚度<5mm的表面平整的导热垫片，置于设定的稳定传热状态下可设置压力的的热端与冷端之间，根据探测通过试样的热流量和热面，冷面的温度来计算得出试样的导热系数。
渗油测试方法1：
将直径28.6mm、厚度为2.5mm的圆形垫片(即下述实施例和比较例中得到的圆形测试产品)放置于A4纸上然后整体放置于渗油治具中，控制压缩率为50％，在160℃烘箱中烘烤3天后将治具取出，冷却3h至室温，测量材料垫片的直径D1，以及最大油圈的直径D2。
利用D1和D2计算渗油率，计算公式为：
渗油率＝(D2-D1)/D1×100％。
在此方法中，将渗油率为<20％的测试结果评价为合格。在此要说明的是，对于渗油性能要求高的应用领域而言，多采用此种测试方法来控制渗油。
渗油测试方法2：
将直径为28.6mm、厚度为2.5mm的圆形垫片(即下述实施例和比较例中得到的圆形测试产品)进行称重，得到M1；在垫片上下包裹一层玻纤布，然后在玻纤包裹好的圆形垫片上下各加三层滤纸后放置于渗油治具中，控制垫片的压缩率为50％，置于125℃烘箱中烘烤3天后取出，冷却至室温，称量带有玻纤的垫片的重量M2。
利用M1和M2计算失重率，计算公式为：
失重率＝(M2-M1)/M1×100％。
在此方法中，将失重率为<3％的测试结果评价为合格。
混合物黏度测试方法：
选择Brookfield-8536224旋转黏度计测试搅拌好的混合物的黏度，选择合适的转子与转速控制扭矩在40％～80％范围时且黏度数据在2分钟后基本保持在稳定数值时作为最终黏度测试数据。
形变测试仪器：
利用MTS System Corporation型号为10257169的MTS形变测试仪测试形变，样品尺寸为直径28.6mm、厚度为2.5mm的圆形垫片，测试速度为10mil/min，记录测试压力为20psi下的形变值。
比表面积测试方法：
采用Micromeritics比表面积测试仪、型号Gemini 2390用BET法测试比表面积。
比较例1
在本实例中，使用15份的黏度为500cps的乙烯基有机硅树脂、5份的黏度为500cps含氢有机硅树脂，79份的D50为20μm的形貌为块状(平均球形度65％)的氢氧化铝，1份的钛酸酯偶联剂。
将乙烯基有机硅树脂与含氢有机硅树脂放置于搅拌锅中以40转/分钟的速度进行搅拌10分钟，然后加入79份氢氧化铝与1份钛酸酯偶联剂后，以30转/分钟的速度继续进行搅拌5分钟后，打开真空泵抽至真空度为-98Mpa，继续搅拌15分钟。搅拌结束后，抬起搅拌桨用压舌板将搅拌锅周围残余的粉料进行刮擦，继续在-98Mpa下20转/分钟搅拌10分钟后，将混合物放入成型机中进行压片烘烤。将所得物加工为28.6mm、厚度为2.5mm的圆形垫片供测试使用。
使用上述测试方法测试比较例1的圆形垫片的搅拌后混合物黏度、产品导热系数、渗油率和失重率(分别由渗油测试方法1和2测得)以及20psi下的形变，结果示出在下表1中。
比较例2
在本实例中，使用15份的黏度为500cps的乙烯基有机硅树脂与5份的黏度500cps含氢有机硅树脂，79份的D50为20μm的平均球形度为97％的氧化铝(完美球形)，1份的钛酸酯偶联剂。
将乙烯基有机硅树脂与含氢有机硅树脂放置于搅拌锅中以40转/分钟的速度进行搅拌10分钟，然后加入79份氧化铝与1份钛酸酯偶联剂后，以30转/分钟的速度继续进行搅拌5分钟后，打开真空泵抽至真空度为-98Mpa，继续搅拌15分钟。搅拌结束后，抬起搅拌桨用压舌板将搅拌锅周围残余的粉料进行刮擦，继续在-98Mpa下20转/分钟搅拌10分钟后，将混合物放入成型机中进行压片烘烤。将所得物加工为28.6mm、厚度为2.5mm的圆形垫片供测试使用。
使用上述测试方法测试比较例2的圆形垫片的搅拌后混合物黏度、产品导热系数、渗油率和失重率(分别由渗油测试方法1和2测得)以及20psi下的形变，结果示出在下表1中。
实施例1
在本实例中，使用15份的黏度为500cps的乙烯基有机硅树脂与5份的黏度500cps含氢有机硅树脂，79份的D50为20μm的平均球形度为90％的氧化铝，1份的钛酸酯偶联剂。
将乙烯基有机硅树脂与含氢有机硅树脂放置于搅拌锅中以40转/分钟的速度进行搅拌10分钟，然后加入79份氧化铝与1份钛酸酯偶联剂后，以30转/分钟的速度继续进行搅拌5分钟后，打开真空泵抽至真空度为-98Mpa，继续搅拌15分钟。搅拌结束后，抬起搅拌桨用压舌板将搅拌锅周围残余的粉料进行刮擦，继续在-98Mpa下20转/分钟搅拌10分钟后，将混合物放入成型机中进行压片烘烤。将所得物加工为28.6mm、厚度为2.5mm的圆形垫片供测试使用。
使用上述测试方法测试实施例1的圆形垫片的搅拌后混合物黏度、产品导热系数、渗油率和失重率(分别由渗油测试方法1和2测得)以及20psi下的形变，结果示出在下表1中。
实施例2
在本实例中，使用9份的黏度为500cps的乙烯基有机硅树脂与3份的黏度500cps含氢有机硅树脂，87份的D50为50μm的平均球形度为75％的氧化铝，1份的钛酸酯偶联剂。
将乙烯基有机硅树脂与含氢有机硅树脂放置于搅拌锅中以40转/分钟的速度进行搅拌10分钟，然后加入87份氧化铝与1份钛酸酯偶联剂后，以30转/分钟的速度继续进行搅拌5分钟后，打开真空泵抽至真空度为-98Mpa，继续搅拌15分钟。搅拌结束后，抬起搅拌桨用压舌板将搅拌锅周围残余的粉料进行刮擦，继续在-98Mpa下20转/分钟搅拌10分钟后，将混合物放入成型机中进行压片烘烤。将所得物加工为28.6mm、厚度为2.5mm的圆形垫片供测试使用。
使用上述测试方法测试实施例1的圆形垫片的搅拌后混合物黏度、产品导热系数、渗油率和失重率(分别由渗油测试方法1和2测得)以及20psi下的形变，结果示出在下表1中。
实施例3
在本实例中，使用9份的黏度为2000cps的乙烯基有机硅树脂与3份的黏度2000cps含氢有机硅树脂，87份的D50为50μm的平均球形度为83％的氧化铝，1份的钛酸酯偶联剂。
将乙烯基有机硅树脂与含氢有机硅树脂放置于搅拌锅中以40转/分钟的速度进行搅拌10分钟，然后加入87份氧化铝与1份钛酸酯偶联剂后，以30转/分钟的速度继续进行搅拌5分钟后，打开真空泵抽至真空度为-98Mpa，继续搅拌15分钟。搅拌结束后抬，起搅拌桨用压舌板将搅拌锅周围残余的粉料进行刮擦，继续在-98Mpa下20转/分钟搅拌10分钟后，将混合物放入成型机中进行压片烘烤。将所得物加工为28.6mm、厚度为2.5mm的圆形垫片供测试使用。
使用上述测试方法测试实施例1的圆形垫片的搅拌后混合物黏度、产品导热系数、渗油率和失重率(分别由渗油测试方法1和2测得)以及20psi下的形变，结果示出在下表1中。
表1
检测项目 比较例1 比较例2 实施例1 实施例2 实施例3
填料比表面积/m2/g 0.52 0.25 0.33 0.21 0.15
渗油率-方法1 43％ 58％ 12％ 3％ 8％
渗油率-方法2 2.3％ 2.7％ 0.7％ 0.3％ 0.5％
导热系数/w/m.k 1.22 1.33 1.41 2.43 2.37
20psi下形变 15％ 35％ 29％ 21％ 39％
混合物黏度/cps 830000 156000 292000 794000 453000
由表1可见，比较例1和2的圆形垫片虽然通过了渗油测试方法2，但是在渗油测试方法1中，其渗油率均高于20％，而没有通过渗油测试。相比之下，实施例1至3的圆形垫片均通过渗油测试方法1和2，并且渗油率和失重率明显低于比较例1和2。另外，参见图2A～2B与图3A～3B，可以看出，与实施例1至3相比，比较例1和2的热间隙垫材料存在严重的渗油现象。
而且，将比较例1和2与实施例1比较发现，在相同的填料填充率(约80％)下，实施例1实现了更低的渗油率和更高的导热系数。
另一方面，比较例1的块状填料的比表面积为5个实例中最大(0.52m2/g)，但是，其存在严重的渗油问题，且导热率、柔韧性和制备操作性均不佳。由此可见，仅仅一味地增加填料的比表面积，并不能解决渗油问题，并且还对产品的导热率、柔韧性和制备操作性有不利影响。另外，采用块状颗粒的比较例1的热间隙垫材料的混合物黏度过高，在制备过程中还存在操作性降低的缺陷。
另外，比较实施例1至3发现，通过改变氧化铝颗粒的平均圆形度(75％～85％)，实施例2和3实现了导热填料的更高的填充率(87％)，这在实现更低的渗油率的同时，大大提高了导热系数，而此种高导热系数是比较例1和2的块状或完美球形填料所无法实现的。此外，通过选择合适的平均圆形度，还能够获得更高的柔韧性或制备操作性(混合物黏度)。
由此可见，本发明通过对平均球形度不同的导热颗粒选择不同的有机硅树脂体系，可以得到更高的导热系数和更低的渗油性，并可以实现改善的柔韧性或制备操作性，由此可以满足不同应用场合的需要。
在前述说明书和相关附图中存在的教导的帮助下，本领域技术人员将意识到本文所述发明的多种变形和其它实施方式。因此，将理解的是，本发明不限于所公开的特定实施方式，且任何变形和其它实施方式均视为包括在所附权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种热间隙垫材料，其是导热垫片的形式，包含基质材料和导热填料，其中，在用扫描电子显微镜观察时，导热填料的颗粒呈近似球形的形状，且导热填料的平均粒径(D50)为2μm～120μm，平均球形度为70％～90％。
2.如权利要求1所述的热间隙材料，其中，基质材料为有机硅树脂。
3.如权利要求1或2所述的热间隙材料，其中，导热填料是选自氢氧化铝(ATH)、氧化铝、氮化铝和碳化硅中的一种以上。
4.如权利要求1至3中任一项所述的热间隙材料，其中，导热填料的比表面积(SSA)为0.01m2/g～1.3m2/g。
5.如权利要求1至4中任一项所述的热间隙材料，其中，基于热间隙垫材料的总重量，导热填料的含量为75wt％～96wt％。
6.如权利要求1至5中任一项所述的热间隙材料，其中，基于热间隙垫材料的总重量，基质材料的含量为3wt％～25wt％。
7.如权利要求1至6中任一项所述的热间隙材料，其还包含偶联剂。
8.如权利要求1至7中任一项所述的热间隙材料，其热导率为1.0W/m.K以上。
9.一种制备权利要求1至8中任一项所述的热间隙垫材料的方法，其包括：将有机硅树脂与导热填料进行均匀搅拌混合，然后将所得的混合物通过加热固化得到具有一定厚度的热间隙垫材料，其中导热填料的平均粒径(D50)为2μm～120μm，并且平均球形度为70％～90％。
10.如权利要求9所述的方法，其中，有机硅树脂通过乙烯基硅油和含氢硅油反应而得到。
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