TWI464256B - 熱傳導潤滑脂及使用該潤滑脂之方法及裝置 - Google Patents

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TWI464256B
TWI464256B TW099103555A TW99103555A TWI464256B TW I464256 B TWI464256 B TW I464256B TW 099103555 A TW099103555 A TW 099103555A TW 99103555 A TW99103555 A TW 99103555A TW I464256 B TWI464256 B TW I464256B
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Description

熱傳導潤滑脂及使用該潤滑脂之方法及裝置
本發明係揭示一種熱傳導潤滑脂(「潤滑脂」)、該潤滑脂之製備方法及用途，及包含該潤滑脂之器件。更具體言之，本發明係關於一種潤滑脂，其包含具有分散於其中之熱傳導填充劑之聚有機矽氧烷之組合物。該潤滑脂可用作熱界面材料(「TIM」)。該潤滑脂可適用於TIM1應用(其中該潤滑脂直接與發熱組件接觸)及TIM2應用(其中該潤滑脂接觸散熱器之表面，但不與發熱組件直接接觸)。
本發明主張在35 U.S.C.§119(e)下之於2009年3月16日發表之美國臨時專利申請案第61/160,398號之權利。該美國臨時專利申請案第61/160,398號係以引用的方式併入本文。
[相關聯邦所贊助研究之陳述]
無。
設計此相關技藝中所習知之(光)電子組件，諸如半導體、電晶體、積體電路(ICs)、分立器件、發光二極體(LED)及其他，以在正常運作溫度下或在正常運作溫度範圍內進行運作。然而，(光)電子組件之運作會產生熱量。若不移去足夠的熱量，則該(光)電子組件會在明顯高於其正常運作溫度之溫度下運作。過高的溫度會不利地影響該(光)電子組件之性能及與其相關之器件之運作並負面影響失效之間之平均時間。
為避免該等問題，藉由熱傳導可使熱量從(光)電子組件轉移至散熱片。然後，該散熱片可藉由任一習知方法，諸如對流或輻射技術進行冷卻。在熱傳導期間，藉由(光)電子組件與散熱片之間之表面接觸或藉由(光)電子組件及散熱片與TIM之接觸可使熱量從(光)電子組件轉移至散熱片。介質之熱阻抗越低，從(光)電子組件至散熱片之熱量流動就越大。
典型而言，(光)電子組件及散熱片之表面並非完全光滑，因此，很難實現該等表面之間之全面接觸。不良熱導體之空氣間隔存於該等表面之間並增加阻抗。該等空隙可藉著在該等表面之間插置於TIM進行填充。因此，繼續需要具有良好熱性質(高導熱性及低阻抗性)及熱穩定性(該潤滑脂抵抗黏度隨時間而增加)之TEM，因為器件變得較小而產生熱量較多。
一種潤滑脂，其包括聚有機矽氧烷之組合物及熱傳導填充劑。該潤滑脂可用作TIM。
具體描述本發明之較佳實施例
所有含量、比例、及百分比係按重量計，除非另外指明。以下為本文中所用之定義清單。
術語之定義及用法
冠詞「一個(a)」、「一個(an)」、及「該」分別係指一個或多個。
「組合」意指藉由任一方法將兩個或多個項目放在一起。
縮寫「cSt」意指厘拖。
「經表面處理」意指藉由任一習知之化學或不反應之方法使顆粒上之全部、或一部分之反應性基團成為無反應性。縮寫「W/mK」意指瓦特/米‧開耳芬。
潤滑脂
一種潤滑脂，包括：
(A)一種聚有機矽氧烷之組合物，其包括式(I)R1 R2 2 Si-(OSiR2 2 )a -R3 -Si(OR4 )3 之第一聚有機矽氧烷，其中R1 分別獨立地選自烷基或烯基，R2 分別為烷基，R3 分別選自氧原子及二價烴基，R4 分別為1至6個碳原子之烷基，及下標a具有5至200之平均值；式(II)R5 3 Si-(OSiR5 R6 )b (OSiR5 2 )c -R7 -SiR5 3 之芳基聚有機矽氧烷，其中R5 分別為烷基，R6 分別為芳基，R7 分別選自氧原子或二價烴基，下標b具有至少為1之平均值，及下標c具有至少為1之平均值；其限制條件為下標b及下標c具有平均值，使(b+c)之和足以提供式(II)之第二聚有機矽氧烷5至30,000 cSt的黏度，且式(II)之該第二聚有機矽氧烷與式(I)之該第一聚有機矽氧烷相容；及
(B)熱傳導填充劑。
(A)聚有機矽氧烷
組分(A)包括式(I)之聚有機矽氧烷：(I)R1 R2 2 Si-(OSiR2 2 )a -R3 -Si(OR4 )3 。式(I)中，R1 分別為烷基，諸如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、辛基、或癸基；或烯基，諸如乙烯基、丙烯基、丁烯基、或己烯基。或者，R1 可分別為甲基。R2 分別為烷基，諸如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、辛基、或癸基。或者，R2 分別為甲基。R3 分別選自氧原子或二價烴基。R3 為氧原子還是為二價烴基取決於製備式(I)之聚有機矽氧烷所採用之方法。或者，R3 分別為氧原子。R4 分別為1至6個碳原子，或者1至4個碳原子之烷基。或者，R4 可分別為甲基。下標a具有5至200，或者10至180，或者15至150，及或者15至120之平均值。式(I)之聚有機矽氧烷之含量取決於包括針對組分(B)所選擇之熱傳導填充劑之種類及含量之不同因素，然而，基於潤滑脂中所有組分之組合重量計，式(I)之該聚有機矽氧烷之含量可為1%至10%，或者2%至10%。式(I)之該聚有機矽氧烷可為單聚有機矽氧烷。或者，式(I)之該聚有機矽氧烷可為包含如下性質中至少一項有差異之兩種或更多種聚有機矽氧烷之組合物：聚合程度、端基、黏度、及序列。
式(I)之聚有機矽氧烷之該組合物可包括，例如：式(Ia)R8 R9 2 Si-(OSiR9 2 )d -R10 -Si(OR11 )3 之第一聚有機矽氧烷，其中R8 分別為烷基或烯基，R9 分別為烷基，R10 分別選自氧原子及二價烴基，R11 分別為1至6個碳原子之烷基，及下標d具有75至200之平均值；及式(Ib)R12 R13 2 Si-(OSiR13 2 )e -R14 -Si(OR15 )3 之第二聚有機矽氧烷，其中各R12 為烯基，R13 分別為烷基，R14 分別選自氧原子或二價烴基，R15 分別為1至6個碳原子之烷基，及下標e具有5至50之平均值。
組合物中之第一聚有機矽氧烷可具有下式(Ia)：(Ia)R8 R9 2 Si-(OSiR9 2 )d -R10 -Si(OR11 )3 。式(Ia)中，R8 分別為烷基，諸如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、辛基、或癸基；或烯基，諸如乙烯基、丙稀基、丁烯基、或己烯基。或者，R8 可分別為甲基或乙烯基。或者，R8 可分別為甲基。R9 分別為烷基，諸如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、辛基、或癸基。或者，R9 分別可為甲基。R10 分別選自氧原子或二價烴基。R10 為氧原子還是為二價烴基取決於製備式(Ia)之聚有機矽氧烷所採用之方法。或者，R10 分別為氧原子。R11 分別為1至6個碳原子，或者1至4個碳原子之烷基。或者，R11 可分別為甲基。在式(Ia)之聚有機矽氧烷中，下標d可具有75至200，或者100至150之平均值。
合適之式(Ia)之聚有機矽氧烷可包括，例如：(CH3 )3 SiO-{(CH3 )2 SiO110 }-O-Si(OCH3 )3 ，(CH3 )3 SiO-{(CH3 )2 SiO110 }-CH2 CH2 -Si(OCH3 )3 ，
，或其組合物。
當採用式(Ia)及式(Ib)之聚有機矽氧烷之組合物時，式(Ia)之聚有機矽氧烷之含量取決於各種因素，包括針對組分(B)所選擇之熱傳導填充劑之種類及含量，然而，該含量可為潤滑脂中所有組分之組合重量之1%至5%。
該組合物進一步包括第二聚有機矽氧烷，其具有式(Ib)。式(Ib)為R12 R13 2 Si-(OSiR13 2 )e -R14 -Si(OR15 )3 。式(Ib)中，R12 分別為烷基，諸如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、辛基、或癸基；或烯基，諸如乙烯基、丙稀基、丁烯基、或己烯基。或者，R12 可分別為甲基或乙烯基。或者，R12 可分別為乙烯基。R13 分別為烷基，諸如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、辛基、或癸基。或者，R13 可分別為甲基。R14 分別選自氧原子或二價烴基。R14 為氧原子還是為二價烴基取決於製備式(Ib)之第四聚有機矽氧烷所採用之方法。或者，R14 分別為氧原子。R15 分別為1至6個碳原子或1至4個碳原子之烷基。或者，R15 可分別為甲基。下標e具有5至50，或者7至40，或者9至30，及或者11至25之平均值。式(Ib)之聚有機矽氧烷之含量取決於各種因素，包括針組分(B)所選擇之熱傳導填充劑之種類及含量及式(Ia)之聚有機矽氧烷之種類及含量，然而，在包含式(Ia)及(Ib)之聚有機矽氧烷之組合物之潤滑脂中，式(Ib)之聚有機矽氧烷之含量可為基於該潤滑脂中所有組份組合重量之1%至5%。
合適之式(Ib)之聚有機矽氧烷可包括，例如：
(CH3 )3 SiO-{(CH3 )2 SiO}29 -O-Si(OCH3 )3 ，(CH3 )3 SiO-{(CH3 )2 SiO}29 -CH2 CH2 -Si(OCH3 )3 ，H2 C=CH2 (CH3 )2 SiO-{(CH3 )2 SiO}29 -O-Si(OCH3 )3 ，H2 C=CH2 (CH3 )2 SiO-{(CH3 )2 SiO}29 -CH2 CH2 -Si(OCH3 )3 ，或其組合物。
組分(A)進一步包括式(II)之第二聚有機矽氧烷：(II)R5 3 Si-(OSiR5 R6 )b (OSiR5 2 )c -R7 -SiR5 3 。式(II)中，R5 分別獨立地為烷基，諸如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、辛基、或癸基。或者，R5 可分別為甲基。R6 分別為芳基，諸如苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、苄基、或苯乙基。或者，R6 可分別為苯基。R7 分別選自氧原子或二價烴基。R7 為氧原子還是為二價烴基取決於製備式(II)之第二聚有機矽氧烷所採用之方法。或者，R7 為氧原子。下標b具有至少為1之平均值，下標c具有至少為1之平均值。下標b及下標c具有可使(b+c)之和足以提供具有5至30,000 cSt，或者10至200 cSt之黏度之式(II)之第二聚有機矽氧烷之平均值。b/c之莫耳比可為大於零至4.5，或者0.2至4.2，及或者0.38至4.2。式(II)之該第二聚有機矽氧烷之含量取決於各種因素，包括針對組分(B)所選擇之熱傳導填充劑之種類及含量及式(I)之第一聚有機矽氧烷之種類及含量，然而，基於該潤滑脂中所有組分之組合重量計，式(II)之聚有機矽氧烷之含量可為1%至10%，或者1%至3%。
式(II)之該第二聚有機矽氧烷具有足以改良該潤滑脂之穩定性而不導致與式(I)之聚有機矽氧烷不相容之芳基含量。為此應用之目的，'相容'意指在3500 rpm下，於25℃時，式(I)及(II)之聚有機矽氧烷在離心混合器中混合30秒，所得混合物經目視檢測為均質。不希望受理論束縛，推測若式(II)之聚有機矽氧烷具有太高含量之芳基，則式(II)之聚有機矽氧烷與潤滑脂之其他組分可能不相容，導致老化及/或熱曝露時較差的穩定性。因此，式(II)之聚有機矽氧烷在使用潤滑脂作為TIM之(光)電子器件之使用壽命期間用於潤滑脂時，具有無法導致不相容性之芳基含量。式(II)之聚有機矽氧烷一般不含式(OSiR6 2 )之基團。
式(II)之聚有機矽氧烷可為市售之經三甲基甲矽烷氧基終端之聚(二甲基矽氧烷/甲基苯基矽氧烷)共聚物，諸如來自Midland,Michigan,USA之道康寧公司(Dow Corning Corporation)之510流體(510 Fluid)或550 Fluid(550 Fluid)。
式(I)及(II)之聚有機矽氧烷可藉由習知之方法製備，諸如對應有機鹵化矽烷之水解及縮合或環狀聚二有機矽氧烷之平衡。該等方法在此項相關技藝中為吾們熟知。例如，適用於組分(A)中之聚有機矽氧烷可藉由環狀聚二有機矽氧烷使用鋰觸媒之開環聚合製備，以得到具有鍵結矽之羥基之聚有機矽氧烷。下文中，具有鍵結矽之羥基之聚有機矽氧烷可與烷氧基矽烷反應而製得組分(A)。
或者，可作為組分(A)使用之聚有機矽氧烷可在鉑族金屬觸媒之存在下，以含有至少一個鍵結矽之脂肪性不飽和烴基的烷氧基矽烷將含有至少一個鍵結矽之氫原子的聚有機矽氧烷矽氫化或在鉑族金屬觸媒之存在下，以含有至少一個鍵結矽之氫原子的烷氧基矽烷將含有至少一個鍵結矽之脂肪性不飽和烴基之聚有機矽氧烷矽氫化而製得。或者，作為組分(A)使用之聚有機矽氧烷可藉由諸如，例如美國專利4,962,174中所揭示之其等方法製備。
組分(A)之總含量取決於各種因素，包括針對組分(A)所選擇之聚有機矽氧烷及針對組分(B)所選擇之熱傳導填充劑。然而，組分(A)之總含量(亦即，所組合之所有聚有機矽氧烷)可為潤滑脂中所有組分之總體積之2體積%至35體積%，或者10體積%至15體積%，及或者10體積%至35體積%。
(B)熱傳導填充劑
組分(B)為熱傳導填充劑。組分(B)可兼具熱傳導性及電傳導性。或者，組分(B)可為熱傳導性但電絕緣性。組分(B)可選自由以下組成之群：氮化鋁、氧化鋁、三水合鋁、鈦酸鋇、氧化鈹、氮化硼、碳纖維、金剛石、石墨、氫氧化鎂、氧化鎂、金屬顆粒、縞瑪瑙、碳化矽、碳化鎢、氧化鋅、及其組合物。組分(B)可包括金屬填充劑、無機填充劑、可熔填充劑、或其組合。金屬填充劑包含金屬顆粒及在該等顆粒之表面具有層之金屬顆粒。該等層可為，例如，該等顆粒表面上之金屬氮化物層或金屬氧化物層。合適之金屬填充劑可藉由選自下列之金屬顆粒例示：鋁、銅、金、鎳、銀、及其組合物，及或者鋁。合適之金屬填充劑可進一步藉由在彼者之表面上具有選自下列之層之以上所列之金屬顆粒例示：氮化鋁、氧化鋁、氧化銅、氧化鎳、氧化銀、及其組合物。例如，該金屬填充劑可包括在彼者之表面具有氧化鋁層之鋁顆粒。
無機填充劑可藉由下列例示：縞瑪瑙；三水合鋁；金屬氧化物諸如氧化鋁、氧化鈹、氧化鎂、及氧化鋅；氮化物，諸如氮化鋁及氮化硼；碳化物，諸如碳化矽及碳化鎢；及其組合物。或者，無機填充劑可藉由氧化鋁、氧化鋅、及其組合物例示。可熔性填充劑可包括Bi、Ga、In、Sn、或其合金。可熔性填充劑視需要可進一步包括Ag、Au、Cd、Cu、Pb、Sb、Zn、或其組合物。合適之可熔性填充劑之實例包括Ga、In-Bi-Sn合金、Sn-In-Zn合金、Sn-In-Ag合金、Sn-Ag-Bi合金、Sn-Bi-Cu-Ag合金、Sn-Ag-Cu-Sb合金、Sn-Ag-Cu合金、Sn-Ag合金、Sn-Ag-Cu-Zn合金、及其組合物。該可熔性填充劑可具有50℃至250℃，或者150℃至225℃之熔點。該可熔性填充劑可為共晶合金、非共晶合金、或純金屬。可熔性填充劑可係市售品。
例如，可熔性填充劑可自N.Y. Utica,U.S.A.之美銦公司(Indium Corporation of America)；Arconium,Providence,R.I.,U.S.A.；及AIM Solder,Cranston,R.I.,U.S.A獲得。鋁填充劑可購自，例如，U.S.A. Illinois,Naperville之Toyal America,Inc.,及U.S.A. California,Stockton之Valimet Inc.。銀填充劑可購自U.S.A. Massachusetts,Attleboro之美泰爾科技公司(Metalor Technologies U.S.A. Corp.)。
熱傳導填充劑為此項相關技藝所習知且可係市售品，參見例如，美國專利6,169,142(第4欄，第7-33行)。例如，CB-A20S及Al-43-Me為購自Showa-Denko之不同粒度之氧化鋁填充劑，及AA-04、AA-2、及AA18為購自住友化學公司(Sumitomo Chemical Company)之氧化鋁填充劑。氧化鋅，諸如商標為KADOX及XX之氧化鋅，可購自U.S.A. Pennsylvania,Monaca之馬頭公司(Horsehead Corporation)。熱傳導性填充劑顆粒之形狀並無特定限制，然而，在組合物中之熱傳導填充劑達高載荷時，圓形顆粒可防止黏度增加至不希望之程度。
組分(B)可為單一種熱傳導填充劑或諸如填充劑之顆粒形狀、平均粒度、粒度分佈、及種類中之至少一種性質有差異之兩種或更多種熱傳導填充劑之組合物。例如，可能需要採用無機填充劑之組合物，諸如第一種具有較大平均粒度之氧化鋁及第二種具有較小平均粒度之氧化鋁。或者，可能需要採用(例如)具有較大平均粒度之氧化鋁及具有較小平均粒度之氧化鋅之組合物。或者，可能需要採用金屬填充劑之組合物，諸如第一種具有較大平均粒度之鋁與第二種具有較小平均粒度之鋁。例如，該第一種鋁可具有8 μm至100 μm，或者8 μm至10 μm之平均粒度。該第二種鋁可具有0.1 μm至5 μm，或者1 μm至3 μm之平均粒度。或者，可能需要採用金屬及無機填充劑之組合物，諸如金屬及金屬氧化物填充劑之組合物，例如，鋁及氧化鋁填充劑之組合物；鋁及氧化鋅填充劑之組合物；或鋁、氧化鋁、及氧化鋅填充劑之組合物。採用第一種具有較大平均粒度之填充劑及第二種具有小於第一種填充劑之平均粒度之填充劑可改良填充效率、降低黏度、及提高熱傳。
熱傳導填充劑之平均粒度取決於不同因素，包括針對組分(B)所選擇之熱傳導填充劑之種類及添加至可固化組合物之確切量，以及當已固化產品欲作為TIM使用時所採用之組合物之該已固化產品中之器件之黏合層厚度。然而，該熱傳導填充劑可具有0.1 μm至100 μm、或者0.1 μm至80 μm、或者0.1 μm至50 μm、及或者0.1 μm至10 μm之平均粒度。
組合物中組分(B)之含量取決於各種因素，包括針對組分(A)所選擇之各個聚有機矽氧烷及針對組分(B)所選擇之熱傳導填充劑之種類及含量。然而，組分(B)之含量可為潤滑脂中組分總體積之65體積%至98體積%，或者65體積%至90體積%，或者85體積%至98體積%，或者85體積%至95體積%。未受到理論的束縛，吾們認為當填充劑之含量大於98體積%時，該潤滑脂對於某些應用而言可能缺乏足夠的完整性，而當填充劑之含量小於65體積%時，該潤滑脂對於TIM應用而言可能具有足夠的熱傳導性。
其他組分
該潤滑脂視需要可進一步包括其他組分。合適之其他組分之實例包括(C)間隔劑、(D)填充劑之處理劑、(E)抗氧化劑、(F)顏料、(G)媒劑、(H)濕潤劑、(I)消泡劑、(J)阻燃劑、(K)防鏽劑、及其組合物。
(C)間隔劑
其他組分(C)為間隔劑。間隔劑可包括有機顆粒、無機顆粒、或其組合物。間隔劑可為導熱、導電、或兩者。間隔劑可具有25 μm至250 μm之粒度。間隔劑可包括單分散珠粒。間隔劑之含量取決於各種因素，包括顆粒分佈、置放期間欲施加之壓力、及置放期間之溫度。潤滑脂可包含在一部分組分(B)之外另外添加或替代一部分組分(B)之至多15%，或者至多5%之所添加間隔劑。
(D)填充劑之處理劑
用於組分(B)之熱傳導填充劑及/或用於組分(C)之間隔劑，若存在，可視需要藉由組分(D)(處理劑)處理表面。處理劑及處理方法可為此項相關技藝所習知，參見例如美國專利6,169,142(第4卷，第42行至第5卷，第2行)。
組分(D)之含量可根據各種因素變化，包括針對組分(B)及(C)所選擇填充劑之種類及含量及該填充劑係在原位還是在與潤滑脂之其他組分進行組合之前藉由組分(D)處理。然而，該潤滑脂可包括含量為0.1%至2%之組分(D)。
組分(D)可包括具有下式之烷氧基矽烷： R11 e Si(OR12 )(4-e) ，其中下標為1、2、或3；或者e為3。R11 分別獨立地為一價有機基團，諸如1至50個碳原子，或者6至18個碳原子之一價烴基。R11 可藉由烷基例示，諸如己基、辛基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、及十八烷基；及芳基，諸如苄基、苯基及苯乙基。R11 可為飽和或不飽和、支鏈或無支鏈，且未經取代。R11 可為飽和、無支鏈、且未經取代。
R12 可分別為1至4個碳原子，或者1至2個碳原子之未經取代之飽和烴基。用於組分(D)之烷氧基矽烷可藉由如下般例示：己基三甲氧基矽烷、辛基三乙氧基矽烷、癸基三甲氧基矽烷、十二烷基三甲氧基矽烷、十四烷基三甲氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯乙基三甲氧基矽烷、十八烷基三甲氧基矽烷、十八烷基三乙氧基矽烷、及其組合物。
具有烷氧基官能基之寡聚矽氧烷亦可作為處理劑使用。具有烷氧基官能基之寡聚矽氧烷及其製備方法為此項相關技藝所習知，參見例如，EP 1 101 167 A2。例如，合適之具有烷氧基官能基之寡聚矽氧烷包括式(R15 O)f Si(OSiR13 2 R14 )(4-f) 之彼者。在此式中，下標f為1、2、或3，或者f為3。R13 可分別獨立地選自1至10個碳原子之飽和及不飽和之一價烴基。R14 可分別為具有至少11個碳原子之飽和或不飽和之一價烴基。R15 可分別為烷基。
金屬填充劑可藉由烷基硫醇(諸如十八硫醇及其他)，及脂肪酸(諸如油酸、硬脂酸、鈦酸鹽、碳酸酯偶聯劑、鋯酸鹽偶聯劑)、及其組合物處理。
用於氧化鋁或鈍化氮化鋁之處理劑可包括烷氧基甲矽烷基官能基烷基甲基聚矽氧烷(例如，R16 g R17 h Si(OR18 )(4-g-h) 之部分水解縮合物或共水解縮合物或混合物)、或可水解基團可包括矽氮烷、醯氧基或肟之類似物質。在該等之全部中，結合在Si上的基團，諸如上式中之R16 ，為長鏈不飽和之一價烴或一價芳族官能性烴。R17 分別獨立地為一價烴基，及R18 分別獨立地為1至4個碳原子之一價烴基。上式中，下標g為1、2、或3及下標h為0、1、或2，其限制條件為g+h之總和為1、2、或3。熟習此項相關技藝之人士可使特定的處理最優化以在無不當之實驗下，輔助使填充劑分散。然而，熟習此相關技藝之人士瞭解組分(D)可省略，且潤滑脂可在無上述處理劑之情況下作為組分(D)。
(E)抗氧化劑
其他組分(E)為抗氧化劑。組分(E)可以0.001%至1%之含量添加至潤滑脂。合適之抗氧化劑為此項相關技藝所習知且係市售品。合適之抗氧化劑包括酚類抗氧化劑及酚類抗氧化劑與穩定劑之組合物。酚類抗氧化劑包括完全位阻酚類及部分受阻酚類。穩定劑包括有機磷衍生物諸如三價有機磷化合物，亞磷酸酯、膦酸酯、及其組合物；硫代增效劑諸如有機硫化合物，包括硫化物、二烷基二硫代胺基甲酸鹽、二硫代二丙酸酯、及其組合物；及位阻胺諸如四甲基-哌啶衍生物。
合適之酚類抗氧化劑為此項相關技藝所習知且包括來自Ciba Specialty Chemicals,U.S.A.之維生素E及IRGANOX1010。IRGANOX1010包括季戊四醇四(3-(3,5-二-第三丁基-4-羥基苯基)丙酸酯)。
(F)顏料
其他組分(F)為顏料。合適顏料之實例包括碳黑及Stan-Tone 50SP01綠(可購自PolyOne)。顏料之含量取決於各種因素，包括所選擇之顏料及所需色彩之色調，然而，存在時，顏料之含量可為基於潤滑脂中所有組分之組合重量之0.0001%至1%。
(G)媒劑
其他組分(G)為媒介，諸如溶劑或稀釋液。例如，組分(G)可在製備潤滑脂期間添加以輔助混合及傳遞。可在製得潤滑脂後另外移去全部或一部分之組分(G)。組分(G)可為有機溶劑。或者，組分(G)可為具有0.5 cSt至10 cSt、或者1 cSt至5 cSt之聚二烷基矽氧烷流體(例如，聚二甲基矽氧烷)。作為媒劑使用之合適之聚二甲基矽氧烷流體為此項相關技藝所習知且可以商標名200 Fluid及OS液購自USA.Michigan,Midland之道康寧公司(Dow Corning Corporation)。媒劑之含量取決於各種因素，包括用於組分(A)之聚有機矽氧烷及用於組分(B)之填充劑之種類及含量，然而，基於潤滑脂中所有組分之組合重量計，媒劑含量可為0.0001重量%至3重量%，或者0.0001重量%至1重量%。
(H)濕潤劑
其他組分(H)為潤濕劑。合適之濕潤劑包括為此項相關技藝所習知之作為濕潤劑作用之陰離子、陽離子、及非離子表面活性劑。陰離子濕潤劑係藉由TERGITOL第7號例示，陽離子濕潤劑係藉由TRITONX-100例示，及非離子濕潤劑係藉由TERGITOLNR 27例示。
製造潤滑脂之方法
上述潤滑脂可在周溫或高溫下，經採用習知之混合裝置使所有組分混合製得，諸如離心混合機(諸如可購自Hauschild之混合機)或Baker-Perkins混合機。
潤滑脂之用途
上述潤滑脂可作為熱界面材料(TIM)使用。該潤滑脂可沿著介於熱源及散熱器之間之熱通道放入。該潤滑脂可經由施加至熱源(例如，(光)電子組件)且然後至散熱器，或該潤滑脂可施加至散熱器及然後至熱源而放入，或者該潤滑脂可同時施加至熱源及散熱器。該潤滑脂可藉由任一適宜方法放入，諸如濕式施配、篩網印刷、或溶劑鑄造潤滑脂。
一種器件，其包括：
a)熱源，
b)上述潤滑脂，及
c)散熱器；
其中該潤滑脂係沿著從熱源表面延伸至散熱器表面之熱通道而安置於熱源及散熱器之間。
在文中所述之方法及器件中，熱源可包括(光)電子組件，諸如LED、半導體、電晶體、IC、或分立器件。散熱器可包括散熱片、熱傳導板、導熱包皮、風扇、循環冷卻劑系統、或其組合物。
潤滑脂可直接與熱源(TIMI)接觸使用。例如，該潤滑脂可施加至(光)電子組件及然後至熱擴散板，或該潤滑脂可施加至熱擴散板及然後至(光)電子組件。或者，該潤滑脂可直接與第一散熱器及第二散熱器(TIM2)接觸使用。該潤滑脂可施加至第一熱擴散板(諸如金屬包皮)及然後至第二熱擴散板(諸如散熱片)，或該潤滑脂可施加至第二熱擴散板及然後至第一熱擴散板。
圖1顯示包括上述潤滑脂之例示性器件100之橫截面。該器件100包括通過含間隔劑111之晶粒附著黏合劑109安裝至基板104之(光)電子組件(稱為IC晶片)103。該基板104具有通過襯墊110與其連接之焊球105。第一熱界面材料(TIMI)106係插置於IC晶片103及金屬包皮107之間。該金屬包皮107係以第一熱擴散板之形式發揮作用。第二熱界面材料(TIM2)102係插置於該金屬包皮107及散熱片(第二熱擴散板)101之間。當器件運作時，熱沿著由箭頭108表示之熱通道移動。
實例
該等實例打算例示本發明予熟習此項相關技藝之人士，而不應視為限制請求項中所述之本發明之範圍。黏度係於25℃下測得，除非另外指明。採用以下組分可製備潤滑脂樣本。
組分A1)為(CH3 )3 SiO-{(CH3 )2 SiO}110 -Si(OCH3 )3 。組分A2)具有以下平均化學式。
組分A3)為具有50 cSt之黏度之經三甲基甲矽烷氧基終端之聚(二甲基矽氧烷/甲基苯基矽氧烷)共聚物。組分A3)可以510 Fluid之名稱購自道康寧公司(Dow Corning Corporation)。
組分A4)為具有50 mPa‧s黏度之經三甲基甲矽烷氧基封端之聚(二甲基矽氧烷/甲基癸基矽氧烷)共聚物。
組分A5)為具有500 mPa‧s之黏度之聚苯基甲基矽氧烷聚合物。組分A5)可以710 Fluid之名稱購自道康寧公司(Dow Corning Corporation)。
組分A6)為具有125 cSt之黏度之聚(二甲基矽氧烷/甲基苯基矽氧烷)共聚物。組分A6)可以550 Fluid之名稱購自道康寧公司(Dow Corning Corporation)。
組分B1)為可以商標名ABW-437自Lockport,IL,USA.之Toyal America,Inc.購得之鋁粉。
組分B2)為可以商標名ABY-499同樣自Toyal America,Inc.購得之鋁粉。
組分B3)為藉由美鋅公司(Zinc Corporation of America)以商標名KADOX911購得之具有平均粒度為0.1 μm之氧化鋅。填充劑未經表面處理。
實例1-潤滑脂之製法
潤滑脂樣本係藉著使混合表1中所述之組分混合製得。為製得樣本1、及2，於周圍條件下，在3500 rpm下之豪斯切德離心混合器(Hauschild centrifugal mixer)(牙科混合器(dental mixer))中進行混合30秒。就樣本3及4而言，於周圍條件下，在豪斯切德離心混合器(Hauschild centrifugal mixer)中進行混合30秒，但是並不記錄rpm。
表1-潤滑脂樣本之組分(含量為重量分數)
組分A1)、A2)及A5)係以上表1中所顯示之含量進行組合。視覺測定顯示之分離，指出組分A5)不與組分A1)及A2)相容。當製得對照樣本5時，與包含組分A3)而非A5)之樣本1相比，其較黏稠且很難加工。樣本1及對照樣本5顯示當第三聚有機矽氧烷之苯基之含量太高(例如，式(III)中之下標d為0值)時，則該聚有機矽氧烷與其他聚有機矽氧烷不相容。
實例2-黏度評估
實例1中製得之潤滑脂樣本之黏度係在穩定剪切條件下，在具有擁有0.6 mm間隙之25 mm直徑探針之阿瑞斯流變儀(Ares rheometer)上進行測定。於不同剪切速率下，最初測定原始平均黏度(Pa‧s)，且在老化之後再次測定。樣本1及2係於110℃下老化56天。使樣本3及4係於85℃及85%之相對濕度下進行老化。在該等條件下，樣本3老化34天，而樣本4老化20天。使樣本5在150℃下加熱而進行老化3天、8天、及25天。使樣本6在150℃下加熱而進行老化3天及8天。就各個樣本而言，在最初測定及然後在老化之後測定黏度。
樣本1及對照樣本2顯示於110℃老化時，在0.5s-1 之剪切速率下，包含可相容之聚(二甲基矽氧烷/甲基苯基矽氧烷)共聚物之樣本之黏度增加小於包含無芳基之矽氧烷之樣本。
樣本3及對照樣本4顯示於85℃及85%之相對濕度下進行老化時，包含可相容之聚(二甲基矽氧烷/甲基苯基矽氧烷)共聚物之樣本之黏度增加小於包含無芳基之矽氧烷之樣本。
實例3-熱性質之評估
根據ASTM D5470評估實例1中製得之潤滑脂樣本之熱阻抗。熱阻抗係於50℃下，經採用Hitachi guarded hot plate測定。假設+/- ~0.03之誤差。結果顯示在該等條件下，樣本1具有0.057 C-cm2 /W之熱阻抗及對照樣本2具有0.053 C-cm2 /W之熱阻抗。
工業應用
上述潤滑脂作為TIM可適用於不同的電子器件中。較佳言之，當作為TIM用於電子器件中時，該潤滑脂不會隨時間經過而有明顯之反應，或黏度明顯增加。不希望受到理論的束縛，吾們認為當潤滑脂作為TIM使用時，該潤滑脂中組分(A)之聚有機矽氧烷之組合可減少或完全消除黏度隨著時間增加的情況。
100．．．器件
101．．．散熱片
102．．．第二界面材料(TIM2)
103．．．積體電路(IC)晶片
104．．．基板
105．．．焊球
106．．．第一界面材料(TIM1)
107．．．金屬包皮
108．．．藉由箭頭表示熱通道
109．．．晶粒附著黏合劑
110．．．襯墊
111．．．間隔劑
圖1為包含本發明之潤滑脂之電子器件之橫截面略圖。
100．．．器件
101．．．散熱片
102．．．第二界面材料(TIM2)
103．．．積體電路(IC)晶片
104．．．基板
105．．．焊球
106．．．第一界面材料(TIM1)
107．．．金屬包皮
108．．．藉由箭頭表示熱通道
109．．．晶粒附著黏合劑
110．．．襯墊
111．．．間隔劑

Claims (17)

  1. 一種熱傳導潤滑脂，其包括：(A)聚有機矽氧烷之組合物，其包括：式(I)R1 R2 2 Si-(OSiR2 2 )a -R3 -Si(OR4 )3 之第一聚有機矽氧烷，其中R1 分別獨立地為烷基或烯基，R2 分別獨立地為烷基，R3 分別選自氧原子及二價烴基，R4 分別獨立地為1至6個碳原子之烷基，及下標a具有5至200之平均值；式(II)R5 3 Si-(OSiR5 R6 )b (OSiR5 2 )c -R7 -SiR5 3 之第二聚有機矽氧烷，其中R5 分別為烷基，R6 分別為芳基，R7 分別選自氧原子及二價烴基，下標b具有至少1之平均值，且下標c具有至少1之平均值，其限制條件為下標b及下標c具有使(b+c)之和足以提供該第二聚有機矽氧烷5至30,000cSt之黏度的平均值，式(II)之聚有機矽氧烷基於該潤滑脂中所有組分之組合重量計的含量範圍為1%至10%，且該第二聚有機矽氧烷與該第一聚有機矽氧烷相容；及(B)熱傳導填充劑。
  2. 如請求項1之熱傳導潤滑脂，其中式(I)之該聚有機矽氧烷包括聚有機矽氧烷之組合物，其包括：式(Ia)R8 3 Si-(OsiR8 2 )d -R9 -Si(OR10 )3 之聚有機矽氧烷，其中R8 分別獨立地為烷基，R9 分別選自氧原子及二價烴基，R10 分別獨立地為1至6個碳原子之烷基，且下標d具有75至200之平均值； 式(Ib)R11 R12 2 Si-(OsiR12 2 )e -R13 -Si(OR14 )3 之聚有機矽氧烷，其中各R11 為烯基，R12 分別獨立地為烷基，R13 分別選自氧原子及二價烴基，R14 分別獨立地為1至6個碳原子之烷基，且下標e具有5至50之平均值。
  3. 如請求項1之潤滑脂，其中該組分(B)為包括下列之熱傳導填充劑之組合物：(i)金屬顆粒，及(ii)金屬氧化物顆粒。
  4. 如請求項3之潤滑脂，其中該金屬顆粒包括：(a)具有第一平均粒度之第一金屬顆粒，及(b)具有第二平均粒度之第二金屬顆粒，其中該第一平均粒度係大於該第二平均粒度。
  5. 如請求項4之潤滑脂，其中該第一金屬顆粒為具有1μm至3μm之平均粒度之鋁且該第二金屬顆粒為具有8μm至10μm之平均粒度之鋁。
  6. 如請求項1至5中任一項之潤滑脂，其中該熱傳導填充劑為圓形。
  7. 如請求項3至5中任一項之潤滑脂，其中該金屬氧化物顆粒包括氧化鋁、氧化鋅、或其組合物。
  8. 如請求項2之潤滑脂，其中在式(Ia)之該聚有機矽氧烷中，R8 分別為甲基，R9 分別為氧原子，R10 分別為甲基，且下標d具有100至150之平均值。
  9. 如請求項2之潤滑脂，其中在式(Ib)之該聚有機矽氧烷 中，R11 分別為乙烯基，R12 分別為甲基，R13 分別為氧原子，R14 分別為甲基，且下標e具有7至40之平均值。
  10. 如請求項1至5中任一項之潤滑脂，其中在式(II)之第二聚有機矽氧烷中，R5 分別為甲基，R6 分別為苯基，R7 分別為氧原子，及b/c之莫耳比為大於0至4.5。
  11. 如請求項1至5中任一項之潤滑脂，其進一步包括選自下列之其他組分：I間隔劑，(D)填充劑之處理劑，(E)抗氧化劑，(F)顏料，(G)媒劑，(H)濕潤劑，(I)消泡劑，(J)阻燃劑，(K)防鏽劑，及其組合物。
  12. 如請求項1至5中任一項之潤滑脂，其中該潤滑脂包含2體積%至15體積%之組分(A)及65體積%至98體積%之組分(B)。
  13. 一種包括將如請求項1至12中任一項之潤滑脂沿著介於熱源與散熱器之間之熱通道放入之方法。
  14. 如請求項13之方法，其中該熱源包括(光)電子組件。
  15. 一種器件，其包括：a)熱源，b)如請求項1至12中任一項之潤滑脂，及c)散熱器；其中該潤滑脂係沿著從熱源表面延伸至散熱器表面之熱通道安置於熱源及散熱器之間。
  16. 如請求項15之器件，其中該熱源包括(光)電子組件。
  17. 一種以如請求項1至12中任一項之潤滑脂在TIM1應用、TIM2應用或兩者中之用途。
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