[发明专利]一种低迟滞导热凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低迟滞性导热凝胶及其制备方法。其中导热凝胶包括以下重量份组分：双端乙烯基硅油1‑25质量份；侧链含氢硅油0.5‑4.5质量份；双端含氢硅油0.9‑6质量份；单端乙烯基硅油1.0‑15质量份；催化剂0.1‑1.0质量份；抑制剂0.001‑0.03质量份；硅烷偶联剂0.1‑0.5质量份；导热填料60‑95质量份。本发明在双端乙烯基硅油的聚合物主链接枝高分子链单端乙烯硅油，提高聚合物分子链物理缠结相互作用，避免形成自由移动的乙烯基硅油，从而降低导热凝胶的迟滞性能，所制备的导热凝胶不仅具有低迟滞(≤10％)，而且具有较高的导热性能(1.0‑10W/mK)和较高的柔顺性。

技术领域

本发明涉及导热凝胶技术领域，尤其涉及一种低迟滞导热凝胶及其制备方法。

背景技术

电子器件在使用过程中都会产生热量，为了提高可靠性，需要开发高性能散热技术以消除电子器件产生的多余热量。热界面材料是降低电子器件与散热片之间热阻，提高电子器件散热能力必不可少的封装材料。其种类繁多，包括导热膏、相变材料、导热凝胶、导热垫片等(非专利文献1)。导热凝胶是一种预成型高温固化的有机硅材料，相对于导热垫片有着更柔软且具有更好的表面亲和性，可以压缩至非常低的厚度，使传热效率显著提升，最低可以压缩到0.1mm，此时的热阻可以控制在0.05K cm² W^-1，可以达到部分硅脂的性能。另外，导热凝胶模量较低，使用后对设备产生内应力较少(专利文献1-3)。相对于导热硅脂，导热凝胶有着更简单的操作性。导热凝胶可以成型为任意形状，对于不规则的电子元器接触界面也能保证其良好紧密的接触；同时，导热凝胶也有一定的附着性，并且不存在渗油和干燥的问题，耐高温、耐老化性好，在使用的可靠性上具有一定的优势，可在-40-200℃下长期工作(专利文献4)。

随着电子器件功率密度的提高，封装尺寸的增加，导热凝胶除了需要高的导热系数、低的界面热阻和柔顺性等基本特性外，电子封装领域对其的力学性能提出了更高的要求，尤其是迟滞性能(非专利文献2)。高的迟滞性能将会导致导热凝胶在受到多次循环应力过程中，产生残余应变，且高的迟滞性能就使导热凝胶自身产生热量，增加了导热凝胶的散热负担，造成导热凝胶可靠性的下降。而较低的迟滞性能，则可以提高导热凝胶在多次循环应力作用下的可靠性。然而，目前的导热凝胶鲜有关注其迟滞性能，其主要原因是导热凝胶一般是采用乙烯基硅油和含氢硅油，在催化剂的作用下，通过加成反应得到，并通过控制乙烯基硅油过量，保持导热凝胶的柔顺性(专利文献5)，其一般采用过量的低分子量的乙烯基硅油作为增塑剂，属于粘性流体，容易吸收应力，产生多余的热量，原因是因为体系中存在未交联、且可以自由移动的小分子的乙烯基硅油，使导热凝胶呈现明显的粘弹性，造成导热凝胶相对于导热垫片具有更高的迟滞性能。这导致其在长期使用过程中，受到持续的应力，导热凝胶的性能发生退化，无法恢复到原始状态，造成力学性能、可靠性等性能的下降。因此，导热凝胶的高柔顺性和低迟滞性能是相互矛盾，如何开发一种低迟滞导热凝胶仍然存在较大的技术挑战。

引用列表：

非专利文献1：Prasher R.Thermal Interface Materials:HistoricalPerspective,Status,and Future Directions.Proceedings of the IEEE.2006；94(8):1571-86.

非专利文献2:Hai Lei,Liang Dong,Ying Li,et al.Stretchable hydrogelswith low hysteresis and antifatigue fracture based on polyprotein cross-linkers.NATURE COMMUNICATIONS.2020；11:4032.

专利文献1：王红玉；万炜涛；陈田安.一种稳定性低渗油双组份导热凝胶及制备方法.中国发明专利，专利公开号：CN112759933A。