[发明专利]一种低粘度低模量高导热单组份凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低粘度低模量高导热单组份凝胶，包括如下重量份的组分：乙烯基硅油100份，含氢硅油5‑30份，偶联剂0‑10份，分散剂0‑10份，铂催化剂0.01‑2份，抑制剂0.01‑2份和导热填料600‑1500份。

技术领域

本发明涉及导热材料领域，尤其涉及一种低粘度低模量高导热单组份凝胶及其制备方法。

背景技术

电子元器件的散热过程是从器件经过界面传递到散热器，然后由散热器将热量耗散于环境中。由于器件与散热器表面微观上粗糙不平，导致两者之间难以形成有效的面接触，其实际接触仅占表观面积的1％～5％，形成的间隙由具有隔热能力的空气占据，导致界面热阻较大。因此降低界面热阻对于提高电子元器件的散热效率至关重要，尤其是伴随着电子元器件(如芯片)集成度和性能越来越高，发热量也越来越大。

导热凝胶尤其是低粘度导热凝胶，固化前具有导热膏的流动性和对微观上粗糙不平的界面的润湿和填充性能，而固化后则具有导热垫片的形状保持能力，不会流出和变干。此外，低粘度低模量导热凝胶具备固化胶层厚度在较小的压力下即可小于100μm，甚至能小于20μm(由粉体最大粒径决定)，远低于垫片厚度，不仅能和导热膏一样大幅降低界面热阻，还能在不改变粉体配比的情况下降低热界面材料的本体热阻；同时低模量能释放产品使用过程中产生的热应力，可提高产品的稳定性和可靠性。导热率的提高也可以降低本体热阻，而伴随粉体比例的提升，粘度和模量则会大幅上升，因此低粘度低模量高导热凝胶需要一个系统化的设计来提高综合性能。

发明内容

现有低模量导热凝胶使用高粘度线性乙烯基硅油为主体进行扩链与交联来降低模量或通过二甲基硅油外增塑来降低模量，前者导致粘度较大，后者存在二甲基硅油渗油的问题，此外现有低模量导热凝胶选择牺牲粉体填充比例来降低模量，因此导热系数多小于3W/m·K。针对该问题，本发明提供一种低粘度低模量高导热单组份凝胶，包括以下重量份的组分：乙烯基硅油100份，含氢硅油5-30份，偶联剂0-10份，分散剂0-10份，铂催化剂0.01-2份，抑制剂0.01-2份和导热填料600-1500份。

其中，所述乙烯基硅油粘度50-1000mPa·s，乙烯基含量为0.05-2.5％，选自多乙烯基硅油、双乙烯基硅油或单乙烯基硅油中的一种或多种；所述含氢硅油粘度为30-500mPa·s，含氢量为0.01-0.3％，选自侧链含氢硅油、双封端含氢硅油、单封端含氢硅油或端侧混合含氢硅油中的一种或多种。本发明所用乙烯基硅油和含氢硅油中，乙烯基硅油、侧链含氢和端侧混合含氢提供支化和交联点，形成交联网络，使凝胶具备形状保持能力，双乙烯基硅油和双封端含氢硅油可以扩链，降低交联密度和降低模量，单乙烯基硅油和单封端含氢硅油可以形成支化链，在交联网络中有内增塑的作用，可以进一步降低模量。

所述偶联剂为含有1-20碳的烷基链的偶联剂，包括硅烷偶联剂、酞酸酯偶联剂、铝酸脂偶联剂等，可以是单链或多链，其中烷基链与有机硅具有较好的相容性。优选为单链且碳链长度为的8-16碳的烷基偶联剂，碳链可以是直链型，也可以是支链型，可以包含双键、三键或其他极性较低的官能团。在对粉体进行表面处理的性能表现上，多链、碳链过长和过短都不利于降低凝胶固化前的粘度和固化后的模量，其中多链、碳链过长或高规整度容易增大粉体与硅胶基体的相互作用力，而烷基链过短，则容易造成偶联剂对粉体的包覆厚度低，不利于降低粉体与粉体之间的相互作用力。

所述分散剂为接枝型或嵌段型聚二甲基硅氧烷，粘度为100-500mPa·s。接枝链或嵌段链优选具有一定极性的短链，包括但不限于聚醚链、聚丙烯酸酯链、聚酯链等，其中二甲基硅氧烷链段与硅胶基体有较好的相容性，而有一定极性的短链则与粉体具有合适的结合力，从而使粉体能较好的分散于有机硅基体中。分散剂对硅胶基体和填料均只有分子间作用力，因此除了固化前分散填料降低粘度，固化后又能降低交联硅胶基体与填料间作用力，达到降低模量的目的。

本发明中，偶联剂与分散剂可以分别单独使用，均能有效分散粉体，降低固化前粘度和固化后的模量，二者同时使用对降低粘度和模量具有更好的效果。