導熱硅脂組合物的制作方法
【專利摘要】提供了一種導熱硅脂組合物，包括：(A)100份體積的帶有特殊結構且25℃時運動粘度為10-10，000mm2/s的有機聚硅氧烷，(B)0.1-50份體積的帶有特殊結構的烷氧基硅烷，和(C)100-2,500份體積的導熱填料。該組合物顯示出高熱導率，并保留優異的流動性而使組合物顯示出良好的加工性能，同時能填充到細小的凹槽中而使接觸電阻減小并提供優良的散熱性能。另外，改進了該組合物在高溫和高濕情況下的耐久性，從而提高了該組合物在實際使用時的可靠性。通過將該組合物夾在生熱體和散熱體之間，就可將生熱體所產生的熱量耗散到散熱體中。
【專利說明】導熱硅脂組合物
[0001] 本申請是申請號為200610172473.5，申請日為2006年12月26日，發明名稱為“導熱硅脂組合物”的發明專利申請的分案申請。
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種導熱硅脂組合物，即使為了提供更好的熱導率而在其中加入大量導熱填料，該組合物仍具有良好的流動性和操作性，并在高溫和高濕情況下顯示出優異的耐久性和可靠性。
技術背景
[0003]許多電子元件在使用過程中會產生熱量，要保證這些電子元件能夠良好運作，就必須把產生的這部分熱量從電子元件上導走。特別是對于集成電路元件，如個人電腦用的CPU，隨著操作頻率的增加，所產生的熱量持續增長，從而使使除熱成為重要的問題。
[0004]已提出大量方法來除去這部分熱量。特別是對于生熱量大的電子元件，驅除熱量的方法有:放置導熱材料如導熱油脂，或在電子元件和其它構件之間放置導熱片如散熱片(見專利參考I和專利參考2)。
[0005]這類導熱材料的已知實例包括散熱油脂，是在基礎硅油中摻入氧化鋅或鋁粉末(見專利參考3和專利參考4)。
[0006]另外，為了進一步提高熱導率，已開發出了使用氮化鋁粉末的導熱材料。專利參考I公開了一種觸變導熱材料，該材料包括一種液態有機娃樹脂載體、石英纖維和一種或多種選自樹枝狀氧化鋅、薄片氮化鋁、薄片氮化硼的材料。專利參考5公開了一種硅脂組合物，是將特定粒徑范圍的球面六角形氮化鋁粉末摻入特定的有機聚硅氧烷中而獲得的。專利參考6公開了一種導熱硅脂，由小粒徑的氮化鋁細粉和大粒徑的氮化鋁粗粉復配而成。專利參考7公開了一種導熱硅脂，由一種氮化鋁粉末和一種氧化鋅粉末復配而成。專利參考8公開了一種導熱硅脂組合物，該組合物使用了一種表面經過有機硅烷處理的氮化鋁粉末。
[0007]氮化鋁的熱導率為70-270W/ (m.K)，而金剛石的熱導率更高，為900-2，OOOff/(m.K)。專利參考9公開了一種導熱硅脂組合物，包括硅樹脂、金剛石、氧化鋅和一種分散劑。
[0008]另外，金屬也具有高熱導率，可用于電子元件不需要絕緣的場合。專利參考10公開了一種導熱娃脂組合物，由金屬招粉與一種基礎油如硅油混合而成。
[0009]然而，這些導熱材料或導熱油脂中沒有一種能夠圓滿地解決現代集成電路元件如CPU所產生的熱量問題。
[0010]從Maxwell和Bruggeman的理論方程可以得知，如果導熱填料的體積分數< 0.6,則在硅油中摻入導熱填料后所得材料的熱導率基本上與導熱填料的熱導率無關。只有當導熱填料的體積分數超過0.6時，該材料的熱導率才開始受到導熱填料熱導率的影響。換句話說，為了提高導熱油脂的熱導率，最重要的因素取決于如何能在油脂中加入大量的導熱填料。如果有可能進行如此大量的填充，則接下來的重要因素取決于如何使用一種高熱導率的填料。然而，大量填充會導致很多問題，包括導熱油脂的流動性變差，油脂的加工性，包括涂敷特性(如分散和絲網印刷性能)惡化，從而使油脂實際上無法應用。另外，由于油脂的流動性降低，所以油脂不能填充到電子元件和/或散熱片表面的凹槽中，從而導致接觸電阻的增加，這是人們不期望發生的事情。
[0011]為了生產出填充量高、流動性好的導熱材料，曾有人研究采用含烷氧基團的有機聚硅氧烷來處理導熱填料的表面，從而使填充劑的分散性大幅提高(見專利參考11和專利參考12)。然而，這些處理劑會在高溫和高濕情況下通過水解或類似反應發生變質，從而致使導熱材料的性能惡化。
[0012][專利參考1]EP0024498A1
[0013][專利參考2]JP61_157587A
[0014][專利參考3]JP52_33272B
[0015][專利參考4]GB1480931A
[0016][專利參考5] JP2-153995A
[0017][專利參考6]EP0382188A1
[0018][專利參考7]USP5, 981，641
[0019][專利參考8] USP6, 136, 758 [0020][專利參考9IJP2002-3O2I7A
[0021][專利參考10]US2002/0018885A1
[0022][專利參考11]US2006/0135687A1
[0023][專利參考I2=JP2005-162975A
[0024]發明的主要內容
[0025]為了解決上述問題，本發明的一個目標是提供一種導熱硅脂組合物，該組合物顯示出高熱導率，并保留優異的流動性而使組合物顯示出良好的加工性能，同時能填充到細小的凹槽中而使接觸電阻減小并提供了優良的散熱性能。另外，本發明的另一個目標是改進該導熱硅脂組合物在高溫和高濕情況下的耐久性，從而提高該組合物在實際使用時的可靠性。
[0026]本發明的發明人發現，包括一種帶特殊結構的25°C時運動粘度為10-10，000mm2/s的有機聚硅氧烷、一種含特殊取代基的烷氧基硅烷和一種導熱填料的導熱娃脂組合物顯不出優異的熱導率和良好的流動性，因此提供了優異的散熱效果。組合物包括。發明人還發現，該組合物在高溫和高濕情況下顯示出極好的耐久性，因此他們完成了本發明。即，本發明提供了一種導熱硅脂組合物，包括:
[0027](A) 100份體積的由如下通式(2)所代表的有機聚硅氧烷:
[0028]
R1
R1-(SiO)a-SiR1(^b)(OR2)b O)
R1
[0029](其中，每個R1獨立地代表一個未被取代或取代的一價烴基團，每個R2獨立地代表一個烷基、烷氧基烷基、烯基或酰基基團，a代表5到100的整數，b代表1到3的整數)，25°C時的運動粘度為10-10，000mm2/s，[0030](B)0.1-50份體積的由如下通式(2)所代表的烷氧基硅烷:
[0031]R3cR4dSi (OR5) 4_c_d (2)
[0032](其中，每個R3獨立地代表一個含有9-15個碳原子的烷基基團，每個R4獨立地代表一個含有1-8個碳原子的未被取代或取代的一價烴基團，每個R5獨立地代表一個含有1-6個碳原子的烷基基團，c代表1到3的整數，d代表O到2的整數，前提是c+d代表1到3的整數)，和
[0033](C) 100-2, 500份體積的導熱填料。
[0034]本發明第二方面提供了一種將生熱體產生的熱耗散到散熱體中的方法，包括步驟:
[0035]將上述組合物涂敷到所述的生熱體表面，和
[0036]將所述的散熱體放在所述的涂敷組合物上，使所述的組合物夾在所述的生熱體和所述的散熱體之間，從而將所述的熱量耗散到所述的散熱體中。
[0037]本發明的導熱硅脂組合物具有優異的熱導率，同時因為仍保有良好的流動性，因此也顯示出優異的加工性能。另外，該組合物對生熱電子元件和散熱構件還顯示出優異的粘接性能。因此，通過在生熱電子元件和散熱構件之間安置本發明的導熱硅脂組合物，就可以將生熱電子元件產生的熱量有效地耗散到散熱體中。另外，本發明的導熱硅脂組合物在高溫和高濕情況下顯示出極好的耐久性，這意味著用它散除普通電源或電子設備產生的熱量、或散除所有包括個人電腦和數字磁盤機在內的電子設備使用的集成電路元件如LSI和CPU產生的熱量時，可提供極好的穩定性。使用本發明的導熱硅脂組合物可以極大地改進生熱電子元件和使用這些元件的電子設備的穩定性和壽命。
[0038]優選實施方案的詳細說明
[0039]下面對本發明進行更為詳細地說明。在這些說明中，量的單位用“體積體積份數數”來表示，粘度值均指25°C時測定的值。
[0040][組分⑷]
[0041]組分(A)是一種由如下通式(I)所代表的有機聚硅氧烷:
[0042]
【權利要求】
1.一種導熱硅脂組合物，由下述組分(A)、(B)和(C)組成: (A)100份體積的由如下通式(I)所代表的有機聚硅氧烷:
2.根據權利要求1所述的組合物，其中所述的組分⑶是CltlH21Si(0CH3)3、C12H25Si (OCH3) 3、C12H25Si(OC2H5)3^ C10H21Si (CH3) (OCH3) 2、C10H21Si (C6H5) (OCH3) 2、C10H21Si (CH3)(OC2H5) 2、CltlH21Si (CH = CH2) (OCH3) 2、CltlH21Si (CH2CH2CF3) (OCH3) 2，或它們的混合物。
3.一種導熱硅脂組合物，由下述組分(A)、(B)、(C)和(D)組成: (A)100份體積的由如下通式(I)所代表的有機聚硅氧烷:
4.根據權利要求1或3所述的組合物，其在25°C時的粘度不超過500Pa.S。
5.根據權利要求1或3所述的組合物，其在25°C時用激光火焰法測得的熱阻不大于15mm2.K/W。
6.一種導熱硅脂組合物，由下述組分(A)、(B)、(C)和(E)組成: (A)100份體積的由如下通式(I)所代表的有機聚硅氧烷:
7.一種導熱硅脂組合物，由下述組分㈧、⑶、(C)、⑶和(E)組成: (A)100份體積的由如下通式(I)所代表的有機聚硅氧烷:
R1R1-(Sip)a-SiR1O^(OR2)b (I)
R1 其中，每個R1獨立地代表一個未被取代或取代的一價烴基，每個R2獨立地代表一個烷基、烷氧基烷基、烯基或酰基基團，a代表5到100的整數，b代表1到3的整數，25°C時的運動粘度為 10-10000mm2/s， (B)0.1-50份體積的由如下通式(2)所代表的烷氧基硅烷:
R3cR4dSi(0R5)4_c_d (2) 其中，每個R3獨立地代表一個碳原子數為9-15的烷基,每個R4獨立地代表一個未被取代或取代的碳原子數為1-8的一價烴基，每個R5獨立地代表一個碳原子數為1-6的烷基，c代表1到3的整數，d代表O到2的整數，前提是c+d代表1到3的整數，(C)100-2500份體積的導熱填料， 其中所述的組分(C)由鋁、銀、鎳、氧化鋅、氧化鋁、氧化鎂、氮化鋁、氮化硼、氮化硅、金剛石、石墨、納米碳管、金屬硅、碳纖維、富勒烯，或它們的混合物組成，且所述的組分(C)的平均粒徑為0.1-50 μ m, (D)一種由如下平均組成式(3)所代表的有機聚硅氧烷:
R6eSiO(4_e)/2 (3) 其中，每個R6獨立地代表一個未被取代或取代的碳原子數為1-18的一價烴基，e代表一個從1.8到2.2的數字，25°C時的運動粘度為10-100000mm2/s，和 (E)一種能溶解或分散所述的組分㈧和⑶的揮發性溶劑，按100份體積的所述組分(A)計，其用量不超過100份體積， 其中所述的組分(E)能溶解或分散所述的組分(A)、⑶和(D)。
8.根據權利要求6或7所述的組合物，其中所述的組分(E)是甲苯、二甲苯、丙酮、甲基乙基酮、環己酮、正己烷、正庚烷、丁醇、異丙醇、異鏈烷烴類溶劑，或它們的混合物。
9.一種將生熱體產生的熱耗散到散熱體中的方法，包括步驟: 將權利要求1-8中任一項的組合物涂敷到所述生熱體的表面，和 將所述的散熱體放在所述的涂敷組合物上，使所述的組合物夾在所述的生熱體和所述的散熱體之間，從而將所述的熱量耗散到所述的散熱體中。
【文檔編號】C08K3/22GK103923463SQ201410183495
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2006年12月26日 優先權日:2005年12月27日
【發明者】遠藤晃洋, 三好敬, 山田邦弘, 木崎弘明 申請人:信越化學工業株式會社