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CN101003685A - 导热聚硅氧烷组合物 - Google Patents

导热聚硅氧烷组合物 Download PDF

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CN101003685A CNA2006100332680A CN200610033268A CN101003685A CN 101003685 A CN101003685 A CN 101003685A CN A2006100332680 A CNA2006100332680 A CN A2006100332680A CN 200610033268 A CN200610033268 A CN 200610033268A CN 101003685 A CN101003685 A CN 101003685A
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Abstract

本发明为一种导热聚硅氧烷组合物，其包含组份A：在分子中具有至少两个烯基以及在25℃时的黏度为10～100,000mm2/s的有机聚硅氧烷，组份B：在分子中具有至少两个直接键接于硅原子的氢原子的有机氢化聚硅氧烷，组份C：高导热性铝粉或金属氧化物粉末填料，组份D：钛酸酯偶联剂或铝系偶联剂。本发明导热聚硅氧烷组合物具有使用状态稳定，无溢油的优点。

Description

导热聚硅氧烷组合物
【技术领域】
本发明涉及一种用于发热电子元件散热的导热聚硅氧烷组合物。
【背景技术】
随着计算机产业的迅速发展，发热电子元件所释放出的热量愈来愈多，为使该等发热电子元件在适当的温度下正常运作，一般于该等发热电子元件上贴设一散热器，以协助发热电子元件散热，确保发热电子元件稳定运转。
然而，一般的散热器与发热电子元件的表面皆不平整，导致二者相互贴合时存在空气间隙，而空气的导热系数很低，一般约为0.025W/(m·℃)左右，严重影响整体的散热效果。为此，一般在散热器与发热电子元件之间涂布散热膏等热界面材料，以填补散热器与发热电子元件之间的空气间隙，增大接触面积，减小界面热阻，从而提升散热效果，保证发热电子元件的正常运作。
现有的散热膏一般以硅油(Silicon oil)作为基油与金属或金属氧化物粉末混合而成，该种散热膏又称为导热聚硅氧烷组合物，通过其中的金属或金属氧化物粉末提高整体的导热性。然而，该导热聚硅氧烷组合物在长期使用时会因为硅油受热而产生溢油现象，难以直接适用于散热器与发热电子元件之间。
【发明内容】
有鉴于此，有必要提供一种减少溢油现象的导热聚硅氧烷组合物(HeatConductive Silicone Composition)。
该导热聚硅氧烷组合物包含以下组分A～D：
组份A：100重量份在分子中具有至少两个烯基以及在25℃时的黏度为10～100,000mm2/s的有机聚硅氧烷(alkenyl-groups organopolysiloxane)；
组份B：在分子中具有至少两个直接键接于硅原子的氢原子的有机氢化聚硅氧烷(organohydrogenpolysiloxane)，其用量应使得(直接结合于硅原子的氢原子总数)/(组份A中的烯基总数)为0.8～1.5；
组份C：500～1,200重量份的高导热性铝粉或金属氧化物粉末填料；
组份D：0.01～10重量份的钛酸酯偶联剂或铝系偶联剂。
与现有技术相比，上述导热聚硅氧烷组合物通过组份A与组份B反应生成网状交联结构，提高了整体结构的耐热性，具有使用状态稳定，无溢油的优点。
【具体实施方式】
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
本发明导热硅氧烷组合物含有：组份A：有机聚硅氧烷，组份B：有机含氢聚硅氧烷，组份C：填充物，组份D：偶合剂。
属于本发明组份A的有机聚硅氧烷可以为直链或支化结构，只要它在分子中含有至少两个直接键接于硅原子的烯基。该有机聚硅氧烷可以是一种物质，也可以是两种或多种不同黏度的有机聚硅氧烷同系物的混合物。该烯基的最佳实施例为乙烯基，也可以为1-丁烯基或1-己烯基。惟其需保证25℃时的黏度为10～100,000mm2/s。该组份A的用量为100重量份。
属于本发明组份B的有机氢化聚硅氧烷分子中至少含有2个直接键接于硅原子的氢原子。以便利用该硅氢键与组份A分子中的烯基反应，生成交联网状结构，从而防止本发明导热聚硅氧烷组合物在受热时产生溢油现象。为生成足够的交联网状结构，该组份B中直接键接于硅原子的氢原子的数目与组份A中烯基的数目的比值在0.8～1.5之间。
属于本发明组份C的填充物具有良好的导热性，该填充物为金属或金属氧化物粉末，该填充物的功能为赋予本发明以良好的导热性。该填充物可以为铝粉或氧化锌、氮化硼、氮化铝等金属氧化物粉末，也可以是铝粉与金属氧化物粉末的混合物。该填充物的平均粒度将直接影响本发明导热聚硅氧烷组合物的黏度，该填充物平均粒度的范围应控制在0.1～100μm之间，优选的实施例是平均粒度为0.5～10μm的铝粉或平均粒度为0.1～5μm的氧化锌粉末。该组份C的总量为500～1,200重量份，以使本发明导热聚硅氧烷组合物具有适当的导热性和黏度。
属于本发明组份D的偶联剂的作用是提升填充物C与有机聚硅氧烷交联产物之间的相容性，提高金属填充物C在该有机聚硅氧烷交联产物内的分散性，降低本发明导热聚硅氧烷组合物的黏度。该组分D的偶联剂选自钛系或铝系偶联剂，该钛系偶联剂选自：三异硬酯酰基钛酸异丙酯isopropyltriisostearoyl titanate，三(二辛基焦磷酰氧基)钛酸异丙酯isopropyltris(dioctylpyrophosphate)titanate，三(N-氨乙基-氨乙基)钛酸异丙酯isopropyltri(N-amidoethyl，aminoethyl)titanate，二(磷酸双十三酯基)钛酸四辛酯tetraoctylbis(ditridecylphosphate)titanate，二(磷酸双十三酯基)钛酸四(2，2-己二烯-1-丁基)酯tetra(2，2-diallyloxymethyl-1-butyl)bis(ditridecyl)phosphatetitanate，二(二辛基焦磷酰氧基)氧代醋酸钛bis(dioctylpyrophosphate)oxyacetatetitanate，二(二辛基焦磷酰氧基)钛酸乙烯酯bis(dioctylpyrophosphate)ethylenetitanate，三辛酰基钛酸异丙酯isopropyltrioctanoyl titanate，二异丁烯酰基异硬酯酰基钛酸异丙酯isopropyldimethacrylisostearoyl titanate，三(十二烷基苯酰氧基)钛酸异丙酯isopropyltridodecylbenzenesulfonyl titanate，二丙烯酰氧基异硬酯基钛酸异丙酯isopropylisostearoyldiacryl titanate，三(二辛基磷酰氧基)钛酸异丙酯isopropyltri(dioctylphosphate)titanate，三对异丙基苯甲基钛酸异丙酯isopropyltricumylphenyl titanate，二(二辛基焦磷酰氧基)钛酸四异丙酯tetraisopropylbis(dioctylphosphite)titanate。该铝系偶联剂为二异丙烷乙酰乙酸铝alkylacetoacetate aluminum di-isopropylate。该组份D的偶联剂通过提升组份C在组份A与组份B的交联产物之间的分散性，提高本发明导热聚硅氧烷组合物的流动性，降低导热聚硅氧烷组合物的黏度，从而增强元件界面间接触，降低界面间的接触热阻，最终达到提高导热系数的效果。
为加速组份A分子中的烯基和组份B分子中的直接键接于硅原子的氢原子之间的加成聚合反应，可在本发明的组合物中使用催化剂组份E。该组份E选自铂和铂的化合物，该组份E的实施例包含铂、氯铂酸，铂-烯烃络合物，铂-醇络合物和铂配位化合物。该组份E，按铂原子计算，相对于组份A的重量的共混比例范围为0～500ppm。当不使用该组份E时，该组份A和组份B之间的加成聚合反应在室温下会变慢，但受热会使该加成聚合反应加速，同时使聚合反应的程度提高。
本发明导热聚硅氧烷组合物可在室温下将组份A～E进行共混或捏合来制备。一种较佳的共混工艺为：先将组份A与组份B按一定比例共混，加入组份D及组份E在室温下搅拌均匀，再在室温下加入一定比例的组份C，搅拌并混合均匀，即制成本发明导热聚硅氧烷组合物。
本发明导热性硅氧烷组合物具有良好的延展性，其在固化前25℃的黏度范围为10～1000Pa·s，该黏度可通过组份A与组份B发生交联反应的程度调节，如不使用催化剂组份E，则交联反应程度最低，相应的黏度也最低，有利于充分填充界面间之间隙。
使用本发明导热性硅氧烷组合物时，先将其平涂于发热电子元件表面，涂层的厚度在10～100μm范围内为佳，接着将散热器紧贴于其表面，使该导热聚硅氧烷组合物完全填充发热电子元件表面与散热器表面间的间隙，起到增大接触面积的作用。
在使用本发明导热聚硅氧烷组合物的过程中，随着发热电子元件的温度上升，导热聚硅氧烷组合物内的交联程度也随之升高，但由于该交联反应为分子内交联，没有小分子副产物产生，故该导热聚硅氧烷组合物的体积可保持不变，不会因体积收缩而影响元件之间的接触面积。该导热聚硅氧烷组合物内分子的交联可有效阻止导热聚硅氧烷组合物在高温下出现溢油现象，有利于导热聚硅氧烷组合物长期稳定的使用。
实施例
下面结合实施例更详细地描述本发明，应该理解的是，本发明不应被认为受限于这些实施例。
组份A：
分子中具有至少两个烯基以及25℃的黏度为10～100,000mm2/s的有机聚硅氧烷；
组份B：
用以下结构表示的有机氢化聚硅氧烷：
Figure A20061003326800071
组份C：
平均粒度为2μm的铝粉；
组份D：
三异硬酯酰基钛酸异丙酯。
制备本发明导热聚硅氧烷组合物时，先将组分A、B、D按表1所示的共混比例在室温下搅拌混合均匀，使组份A与组份B发生一定交联反应，再在室温下按表1所示的比例加入组分C，混合均匀即得本发明导热聚硅氧烷组合物。
接着，将该导热聚硅氧烷组合物夹入两块标准铝板之间，在施加1.80kg/mm2压力的同时，让该导热聚硅氧烷组合物在75℃的温度下受热30天，观察该导热聚硅氧烷组合物是否有溢油现象。最后，使用热阻计(ModeLW-9091IR；LongWIN Co.，Ltd.)测定最终固化材料的热阻。
按照表1所示的物质和比例在同等制备条件下作一组对比试验，所有测量结果均由表1给出。
表1
  烯基聚硅氧烷   有机氢化聚硅氧烷   铝粉(平均粒度2μm)   钛酸酯偶联剂     热阻(K·cm2/W)   75℃加热30天，是否溢油
  实施例   6.6327g   6.6327g   36.7347g   0.3673g   0.276     否
  对比样(现有技术) 0g   二甲基硅油，黏度＝50cps，13.2653g 36.7347g 0.3673g 0.328 是
由表1可见，与现有技术相比，本发明导热聚硅氧烷组合物具有较低的热阻以及良好的热稳定性，可在长时间的工作温度下保持较低的热阻值，且无溢油现象发生，有效地保证了发热电子元件的稳定运作。

Claims (8)

1.一种导热聚硅氧烷组合物，包含以下组分A～D：
组份A：100重量份在分子中具有至少两个烯基以及在25℃时黏度为10～100,000mm2/s的有机聚硅氧烷；
组份B：在分子中具有至少两个直接键接于硅原子的氢原子的有机氢化聚硅氧烷，其用量应使得(直接结合于硅原子的氢原子总数)/(组份A中的烯基总数)为0.8～1.5；
组份C：500～1,200重量份的高导热性铝粉或金属氧化物粉末混合填料；
组份D：0.01～10重量份的钛酸酯偶联剂或铝系偶联剂。
2.根据权利要求1所述的导热聚硅氧烷组合物，其特征在于：该导热聚硅氧烷组合物还包含组份E，该组份E为选自铂或铂化合物的催化剂，按铂原子计算，其重量为组份A的0～500ppm。
3.根据权利要求1所述的导热聚硅氧烷组合物，其特征在于：该组份C填料之平均粒度为0.1～100μm。
4.根据权利要求1所述的导热聚硅氧烷组合物，其特征在于：该组份A有机聚硅氧烷中的烯基选自乙烯基、1-丁烯基或1-己烯基。
5.根据权利要求3所述的导热聚硅氧烷组合物，其特征在于：该组份C的填料是平均粒度为0.5～10μm的铝粉，平均粒度为0.1～5μm的氧化锌粉末，或平均粒度为0.5～10μm的铝粉与平均粒度为0.1～5μm的氧化锌粉末的混合物。
6.根据权利要求1所述的导热聚硅氧烷组合物，其特征在于：该组份D的钛酸酯偶联剂选自：三异硬酯酰基钛酸异丙酯，三(二辛基焦磷酰氧基)钛酸异丙酯，三(N-氨乙基-氨乙基)钛酸异丙酯，二(磷酸双十三酯基)钛酸四辛酯，二(磷酸双十三酯基)钛酸四(2，2-己二烯-1-丁基)酯，二(二辛基焦磷酰氧基)氧代醋酸钛，二(二辛基焦磷酰氧基)钛酸乙烯酯，三辛酰基钛酸异丙酯，二异丁烯酰基异硬酯酰基钛酸异丙酯，三(十二烷基苯酰氧基)钛酸异丙酯，二丙烯酰氧基异硬酯基钛酸异丙酯，三(二辛基磷酰氧基)钛酸异丙酯，三对异丙基苯甲基钛酸异丙酯，二(二辛基焦磷酰氧基)钛酸四异丙酯。
7.根据权利要求1所述的导热聚硅氧烷组合物，其特征在于：该组份D中的铝系偶联剂为二异丙烷乙酰乙酸铝。
8.根据权利要求2所述的导热聚硅氧烷组合物，其特征在于：该组份E选自铂、氯铂酸，铂-烯烃络合物，铂-醇络合物或铂配位化合物。
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