專利名稱：硅脂組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有改善的散熱和傳熱的散熱硅脂組合物。
背景技術(shù)：
在使用期間，許多電子元件產(chǎn)生熱。為了電子元件的正常工作，從元件去除熱量是必需的。特別地，高級的集成電路器件如在個人電腦中的CPU，由于處理速度的加快產(chǎn)生了更多的發(fā)熱量。由此熱量的管理是很重要的。
對于去除熱量，提出了許多方法和多種導(dǎo)熱材料。導(dǎo)熱材料通常具有兩種形狀，容易處理的薄片形狀和通常被認為是散熱脂的糊狀。由于散熱材料的熱阻與它的厚度成正比，通過壓縮容易變薄的散熱脂具有更好的散熱性能。對于發(fā)出更多熱量的電子元件，建議在電子元件和用于有效地從電子元件散熱的散熱器之間設(shè)置散熱脂或散熱薄片(見JPA56-28264或AaKalu等的USP4,265,775和JP-A61-157587)。
然而，由于電子器件如LSI等的發(fā)熱量增加，通用的散熱脂未能提供滿意的散熱。散熱脂的功能可以通過導(dǎo)熱填料的重裝載(heavy loading)而增強。然而，導(dǎo)熱填料的重裝載增加了脂的粘度。施用所必要的簡易性對填充劑的裝載形成了限制。另一個途徑是減小散熱脂的覆蓋厚度，因為它的熱電阻與它的厚度成比例。為此，雖然并沒有得到滿意的散熱效果，但經(jīng)常使用具有更小的平均粒度的導(dǎo)熱填充劑。這是因為導(dǎo)熱填充劑盡管平均粒度更小，但是經(jīng)常包含能阻礙散熱脂涂覆成所需要厚度的偶然的(incidental)粗糙顆粒。
已知的導(dǎo)熱材料包括基于裝載有氧化鋅或氧化鋁粉末的硅樹脂液體的散熱脂(見JP-B52-33272和JP-B59-52195)。
用于改善傳熱的氮化鋁粉末的用途也是已知的。USP 4,265,775公開了包括液體有機硅樹脂載體、二氧化硅纖維、和一種或多種選自枝晶(dendritic)的氧化鋅、片晶的氮化鋁、和片晶的氮化硼的熱填料粉末的觸變導(dǎo)熱材料。JPA2-153995公開了一種包括特殊的有機聚硅氧烷和具有確定粒度范圍的球面六角形的氮化鋁粉末的硅脂組合物。JP-A-3-14873公開了一種使用具有更小粒度的氮化鋁粉末和具有較大粒度的氮化鋁粉末的組合物的導(dǎo)熱硅脂。JP-A10-110179公開了一種使用氮化鋁粉末和氧化鋅粉末的組合物的導(dǎo)熱硅脂。JP-A2000-63872公開了一種使用表面用有機硅烷處理的氮化鋁粉末的導(dǎo)熱脂細合物。
氮化鋁具有70至270W/mK的熱導(dǎo)率，而具有更高的熱導(dǎo)率的典型材料是具有900至2000W/mK的熱導(dǎo)率的金剛石。JP-A 2002-30217公開了一種包括硅樹脂、金剛石、氧化鋅和分散劑的導(dǎo)熱硅樹脂組合物。
金屬具有高導(dǎo)熱性并且可以在電子元件的電絕緣不是必需的情況下使用。JP-A2000-63873公開了一種包括與金屬鋁粉末混合的基液(base fluid)例如硅樹脂液體的導(dǎo)熱脂組合物。
然而，所有的這些導(dǎo)熱材料和導(dǎo)熱脂未能滿足先進的IC器件如CPU的增長的散熱需求。
從Maxwell或Bruggeman的理論方程可以理解，如果填料的體積分率等于或小于0.6，基于填充有導(dǎo)熱填料的硅樹脂液體的材料具有與填料的熱導(dǎo)率關(guān)系很小的熱導(dǎo)率。只有當填料的體積分率大于0.6時，填料的熱導(dǎo)率才會變得顯著。這說明導(dǎo)熱脂的熱導(dǎo)率的增加首先依賴于怎樣用導(dǎo)熱填料重裝載該脂并且如果重裝載是可能的，怎樣選擇具有更高熱導(dǎo)率的填料。然而，重裝載干擾了導(dǎo)熱脂的流動并有害地影響了施用如涂布和散布的有效性，使得導(dǎo)熱脂對于實際應(yīng)用不可接受。
其它的途徑是減小散熱脂的涂敷厚度，因為它的熱電阻與其厚度成正比。為此，雖然還沒有達到滿意的散熱效果，使用具有更小的平均粒度的且去除了粗糙顆粒的導(dǎo)熱填料。這是因為具有更小平均粒度的導(dǎo)熱填料具有更大的表面積，如果填料是金屬其允許了氧化的進行。結(jié)果，填料的熱導(dǎo)率降低，重裝載變得困難。因此很難產(chǎn)生高的導(dǎo)熱性。
JP-A2004-091743公開了一種包括15至35％的重量百分比的有機聚硅氧烷、35至55％的重量百分比的具有0.2μm至小于1μm的平均粒度的球形氧化鋁粉末，和30至50％重量百分比的具有1至3μm的平均粒度和2至10μm的最大粒度的氮化鋁粉末的導(dǎo)熱脂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種具有改善的散熱效果的散熱硅脂組合物。另一個目的是提供一種具有改善傳熱的導(dǎo)熱硅脂組合物。
本發(fā)明涉及一種硅脂組合物，其包括(A)如下平均組成式(1)限定的在25℃具有50-500000mm2/s的運動粘度的硅脂組合物，和(B)選自金屬粉末、金屬氧化物粉末和具有至少10W/m℃的導(dǎo)熱率和0.1至15.0μm的平均粒度的陶瓷粉末的主要成分的導(dǎo)熱填料。發(fā)現(xiàn)如果從填料中去除粗糙的顆粒，以至于在500篩目(篩孔為25μm)上的粗糙顆粒比例不大于組合物的50ppm，而在325篩目(篩孔為45μm)上的粗糙顆粒的比例基本上為零，然后該硅脂組合物能用作具有足夠減小厚度的覆蓋層以展示優(yōu)異的散熱效果。
本發(fā)明也涉及一種包括上述有機聚硅氧烷液體和具有5.0至15.0μm的平均粒度并且包含的氧的重量百分比不超過0.1％的銅粉末的硅脂組合物。同樣發(fā)現(xiàn)如果從粉末中去除粗糙顆粒以至于在500篩目(篩孔25μm)上的粗糙顆粒的比例基于組合物計不多于50ppm，并且在325篩目上的粗糙顆粒的比例(篩孔45μm)基本上為零，然后能涂覆硅脂組合物作為具有足夠減小的厚度的覆蓋層以展示優(yōu)異的傳熱和散熱。
在第一個方面，本發(fā)明提供了一種硅脂組合物，其包括(A)2至40％的重量百分比的平均組成式(1)的有機聚硅氧烷R1aSiO(4-a)/2(1)其中R1獨立地是一價的C1-C18的烴基，并且“a”是從1.8至2.2的正數(shù)，在25℃下具有50至500000mm2/S的運動粘度，和(B)重量百分比為60至98％的選自金屬粉末、金屬氧化物粉末和陶瓷粉末的至少一種導(dǎo)熱填料，該填料具有至少10W/m℃的熱導(dǎo)率和0.1至15.0μm的平均粒度，其中500篩目(篩孔25μm)上的粗糙顆粒的比例不超過所述組合物的50ppm，在325篩目上的粗糙顆粒的比例(篩孔45μm)基本為零。
在第二方面，本發(fā)明提供了一種硅脂組合物，其包括(A)如上限定的平均組成式(1)的按體積計算10至60％的有機聚硅氧烷，在25℃下具有50至100000mm2/S的運動粘度，和(C-1)按體積計算40-90％的具有5.0至15.0μm的平均粒度并且包含不超過0.1％重量的氧的銅粉，其中在500篩目(篩孔25μm)上的粗糙顆粒的比例不超過組合物的50ppm，而在325篩目(篩孔45μm)上的粗糙顆粒的比例基本為零。
本發(fā)明的硅脂組合物展示了優(yōu)異的散熱效果。
具體實施例方式
第一實施方案本發(fā)明的第一實施方案是一種包括(A)有機聚硅氧烷和(B)導(dǎo)熱填料的散熱硅脂組合物。
這里用作成分(A)的有機聚硅氧烷具有平均組成式(1)。
R1aSiO(4-a)/2(1)在式(1)中，R1獨立地選自一價C1-C18烴基。合適的基團包括烷基如甲基、乙基、丙基、己基、辛基、癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基和十八烷基；環(huán)烷基如環(huán)戊基和環(huán)己基；鏈烯基如乙烯基和烯丙基；芳基如苯基和甲苯基；芳烷基如2-苯乙基和2-甲基-2-苯乙基；鹵化烴基如3，3，3-三氟丙基，2-(全氟丁基)乙基，2-(全氟辛基)乙基和對氯苯基。在這些中，苯基和C6-C18，特別是C6-C14烷基是優(yōu)選的，最優(yōu)選苯基和甲基。當考慮硅脂組合物需要的粘度時，字母”a”是從1.8至2.2的正數(shù)，優(yōu)選從1.9至2.2。
有機聚硅氧烷在25℃時應(yīng)該具有50至500,000mm2/s的運動粘度，并且優(yōu)選為100至10000mm2/s的運動粘度。隨著運動粘度低于50mm2/s，基于那種液體的硅脂組合物易于滲油。隨著運動粘度超過500,000mm2/s，基于那種液體的硅脂組合物變得不容易被涂開。如這里使用的，運動粘度是通過Ostwald粘度計測量的。
在第一實施方案的硅脂組合物中，有機聚硅氧烷(A)的量是2至40％的重量百分比，并且優(yōu)選為3至15％的重量百分比。有機聚硅氧烷的重量百分比小于2％的組合物失去了脂的特性且變得不容易被涂開，而有機聚硅氧烷重量百分比大于40％的組合物失去了散熱能力。
成分(B)是應(yīng)當具有至少10W/m℃的熱導(dǎo)率的導(dǎo)熱填料。如果使用熱導(dǎo)率小于10W/m℃的填料，散熱硅脂組合物也具有低于所希望的熱導(dǎo)率。
導(dǎo)熱填料可以是任何所希望的形狀，包括無規(guī)則的和球形形狀盡管優(yōu)選球形形狀。導(dǎo)熱填料應(yīng)該具有0.1至15.0μm的范圍內(nèi)的平均粒度并且優(yōu)選為0.3至8.0μm。隨著平均粒度小于0.1μm，組合物失去了脂的特性變得不容易被涂開。大于15.0μm的平均粒度限制了由硅脂組合物形成的涂層的厚度，減小了散熱效果。如在這里使用的，通過Microtrac Inc的粒度分析器模型MT3000測量平均粒度。
導(dǎo)熱填料選自金屬粉末、金屬氧化物粉末和陶瓷粉末。合適的例子包括鋁粉末、銅粉末、銀粉末、鎳粉末、金粉末和氧化鋁粉末、氧化鋅粉末、氧化鎂粉末、氮化鋁粉末、氮化硼粉末、氮化硅粉末、金剛石粉末和碳粉末。只要它具有至少10W/m℃的熱導(dǎo)率和0.1-15.0μm的平均粒度，任何所希望的填料可選自這些粉末?？梢允褂靡环N類型的粉末或者兩種或更多種的混合物。
微粒填料應(yīng)該滿足保持在500篩目篩(篩孔25μm)上的粗糙顆粒的比例不超過硅脂組合物重量的50ppm，且保持在325篩目篩(篩孔5μm)上的粗糙顆粒的比例基本上為零。
填料如導(dǎo)熱填料的制造廠商和列出了所測量的粒度分布的說明書一起交付它們的產(chǎn)品。然而，由于絕對數(shù)量的極低等級，通過粒度分布工具通常不能發(fā)現(xiàn)粗糙顆粒。因此，即使當使用相同材料和相同平均粒度的微粒填料時，依靠粗糙微粒是否被去除，在散熱性能上產(chǎn)生了實質(zhì)上的差別。既然電子元件的發(fā)熱變得重要，控制在導(dǎo)熱填料中的粗糙顆粒的數(shù)量是非常重要的。
可以使用幾種方法以從這些導(dǎo)熱填料中去除粗糙顆粒。典型的方法是氣動分類和篩分類。只要去除了最大數(shù)量的粗糙顆粒，怎樣分類或區(qū)分微粒填料并不重要。這里使用的導(dǎo)熱填料優(yōu)選通過篩分類。氣動分類具有一定的粗糙顆粒去除能力，但是很難最大數(shù)量地去除粗糙顆粒。篩分類在使用500篩目(篩孔25μm)的篩子是有益的，例如，尺寸不足的比例是大量地具有25μm的最大粒度的導(dǎo)熱填料。
關(guān)于導(dǎo)熱填料的裝載，硅脂組合物應(yīng)該包含60至98％的重量百分比，優(yōu)選按導(dǎo)熱填料的重量計80％至95％。按重量計小于60％的導(dǎo)熱填料不能提供所希望的散熱效果，而按重量計超過98％的填料的組合物失去了脂的本質(zhì)且變得不容易被涂開。
第一實施方案的散熱硅脂組合物優(yōu)選通過使用能夠捏和高粘度材料的裝置如行星式(planetary)混合器、在室溫或升高的溫度下在裝置上混合和捏和組分(A)和(B)制備。適當?shù)臄嚢韬突旌蠗l件包括從室溫到約150℃的溫度，特別是約50至100℃和30分鐘至3小時的時間，特別是約1至約2小時的時間。
在第一實施方案的散熱硅脂組合物中，可以混合多種其它添加劑，只要它們不損害本發(fā)明的優(yōu)點。
第二實施方案第二實施方案是包括(A)有機聚硅氧烷和(C-1)銅粉末的硅脂組合物。
在這里用作組分(A)的有機聚硅氧烷除了粘度范圍外與第一實施方案中的有機聚硅氧烷相同。有機聚硅氧烷應(yīng)該在25℃具有50至100,000mm2/s的運動粘度且優(yōu)選在25℃具有100至10,000mm2/s的運動粘度。隨著運動粘度低于50mm2/s，基于那種液體的硅脂組合物易于滲油。隨著運動粘度超過100,000mm2/s，基于那種液體的硅脂組合物變得不易流動。
在第二實施方案的硅脂組合物中，有機聚硅氧烷(A)的量是按體積計算10至60％，且體積百分比優(yōu)選為15至35％。有機聚硅氧烷體積百分比小于10％的組合物變硬，不容易流動且不容易涂敷，而有機聚硅氧烷的體積百分比大于60％的組合物具有更低的導(dǎo)熱性且使得填料沉淀。
成分(C-1)是具有5.0至15.0μm的平均粒度的銅粉。對于在有機聚硅氧烷(A)中的重裝載，優(yōu)選具有球形或粒狀形狀的顆粒銅粉。導(dǎo)致高的堆積密度的形狀顆粒如枝晶、片晶，針狀或無規(guī)則顆粒不適合于重裝載的目的。
銅粉應(yīng)當具有5.0至15.0μm范圍內(nèi)的平均粒度，并且優(yōu)選為7.0至12.0μm。具有小于5.0μm的平均顆粒尺寸的粉末很難大量填充。大于15.0μm的平均粒度使得很難通過減小涂敷厚度來減小熱電阻。如這里所使用的，平均粒度是通過Microtrac Inc公司的粒度分析器模型MT3000測量的。
雖然銅粉是由398W/mK的熱導(dǎo)率來展示的好的導(dǎo)熱材料，但由于在顆粒表面易發(fā)生氧化，所以銅粉傾向于降低它的熱導(dǎo)率。另外，表面氧化使得顆粒由成分(A)濕潤的能力惡化，且在顆粒表面產(chǎn)生不規(guī)則物以增加比表面積。這些對于重裝載是有害的，并由此妨礙了硅脂組合物在熱導(dǎo)率上的改善。由于粒度變得更小，比表面積變得更大，通過表面氧化擴大了銅粉的熱導(dǎo)率和可濕性的惡化。在本文中，具有5.0至15.0μm的平均粒度的銅粉應(yīng)該具有不超過0.1％的重量百分比的氧含量，優(yōu)選不大于0.05％重量。超過0.1％重量百分比的氧含量通過變壞的可濕性和增加的表面積阻礙了重裝載，也降低了傳熱。使用具有最小氧含量的銅粉使得盡管小粒度仍能重裝載，并導(dǎo)致增加的熱導(dǎo)率。在第二實施方案的導(dǎo)熱硅脂組合物中，銅顆粒覆蓋在具有硅樹脂的表面上以防止進一步的氧化。
現(xiàn)在描述怎樣最小化銅粉中的氧含量，雖然本發(fā)明并不限于此工藝。由于當暴露到空氣中時，銅粉顆粒在它們的表面形成氧化銅覆蓋層，更大的表面積導(dǎo)致更大的氧含量。然后具有更大尺寸和更高球形的銅粉具有更小的表面積，并且因此具有更低的氧含量。由于銅粉的重裝載，使用具有更大尺寸的銅粉的導(dǎo)熱硅脂組合物具有更高的熱導(dǎo)率，但是它的層的厚度在器件安裝上不能減小，不能提供散熱效果。當使用具有更小尺寸的銅粉時，它的球狀大量為氧含量做了貢獻。制備具有高球形度和小表面積的球形粉末的方法是利用高速率液體噴射銅熔體、隨后固化的熔體霧化方法(melt atomizing method)，但不局限于此。其它的示例方法包括去除在銅顆粒表面上的氧化物覆蓋層的方法和為防止與空氣接觸使用助熔劑組分覆蓋顆粒表面的方法。使用有機酸或基于樹脂的助熔劑，可減小氧的含量。
注意到銅粉的氧濃度可通過JIS Z2613的惰性氣體熔融-IR吸收光譜而測量。
關(guān)于銅粉末的裝載，硅脂組合物應(yīng)該包含體積百分比為40至90％、優(yōu)選體積百分比為50至85％的銅粉末。銅粉的體積百分比小于40％的組合物具有更低的熱導(dǎo)率，而銅粉的體積百分比大于90％的組合物變得不易流動和不易涂敷。
在第二實施方案的硅脂組合物中，為了進一步改善傳熱可以加入除了銅粉(C-1)之外的(C-2)第二導(dǎo)熱粉末。第二粉末的例子包括無機粉末如氧化鋅粉末、氧化鋁粉末、氮化硼粉末、氮化鋁粉末、碳化硅粉末和金剛石粉末，和金屬粉末如銀粉末、金粉末、鎳粉末和不銹鋼粉末。
在這些中，優(yōu)選加入一種或多種具有0.1至5.0μm的平均粒度的導(dǎo)熱粉末，因為這些精細顆粒進入填充有硅脂的銅顆粒中的空隙中，導(dǎo)致增加的填充因子。另外，它們改善了硅脂組合物的穩(wěn)定性，防止油分離。小于0.1μm的平均粒度對應(yīng)于妨礙重裝載的更大堆積密度。超過5.0μm的平均粒度部分地與銅粉的相對大的粒度交迭，防止由于小和大的顆?；旌隙斐傻木o密填塞。為了這個原因，第二粉末的平均粒度在0.1至5.0μm的范圍內(nèi)并且優(yōu)選為0.2至3.0μm。
關(guān)于第二粉末的裝載，硅脂組合物應(yīng)當包含體積百分比為0至35％，優(yōu)選體積百分比為1至35％，并且更優(yōu)選體積百分比為5至30％的第二粉末(C-2)。第二粉末的體積百分比大于35％的組合物變得不容易流動和不可涂敷。組分(C-1)和(C-2)組合的量的體積百分比優(yōu)選為60至90％，更優(yōu)選為按組合物的體積百分比為70至85％。
包括銅粉(C-1)和導(dǎo)熱粉末(C-2)的導(dǎo)熱填料應(yīng)該滿足保持在500篩目篩(篩孔25μm)上的粗糙顆粒的比例不大于硅脂組合物的重量的50ppm，而保持在325篩目篩(篩孔45μm)上的粗糙顆粒的比方案基本上為零。
從導(dǎo)熱填料去除粗糙顆粒的方法在第一實施方案中已經(jīng)闡明了。
在第二實施方案中，(D)濕潤劑可任意地混和。通過利用濕潤劑處理包括銅粉(C-1)和導(dǎo)熱粉末(C-2)的導(dǎo)熱填料的表面，用基油或用于輔助重裝載的有機聚硅氧烷(A)使得粉末更可濕潤性。
成分(D)包括具有通式(2)的(D-1)烷氧基硅烷。
R2bR3CSi(OR4)4-b-c(2)這里R2是C9-C15烷基如壬基、癸基、十二烷基、十四烷基。少于9個碳原子的烷基未能使得粉末可濕潤。具有超過15個碳原子的烷基的烷氧基硅烷在室溫下是固態(tài)且難于加工，可有害地影響組合物的低溫性能。
R3是單價C1至C8烴基。例子包括烷基如甲基、乙基、丙基、己基、辛基，環(huán)烷基如環(huán)戊基和環(huán)己基，烯基如乙烯基和烯丙基，芳基如苯基和甲苯基，芳烷基如2-苯乙基和2-甲基-2-苯乙基；鹵化烴基如3，3，3-三氟丙基，2-(全氟丁基)乙基，2-(全氟辛基)乙基和對氯苯基。尤其地，優(yōu)選甲基和乙基。
R4是一個或多個C1-C6烷基如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基，優(yōu)選為甲基和乙基。
字母b是1至3整數(shù)，優(yōu)選為1。C是0至2的整數(shù)；b+c的和是1至3的整數(shù)。
具有式(2)的烷氧基硅烷的例子包括C10H21Si(OCH3)3、C12H25Si(OCH3)3、C10H21Si(CH3)(OCH3)2，C10H21Si(C6H5)(OCH3)2，C10H21Si(CH3)(OC2H5)2，C10H21Si(CH＝CH2)(OCH3)2和C10H21Si(CH2CH2CF3)(OCH3)2。
加入的烷氧基硅烷(D-1)的合適的量是第二實施方案的體積百分比為0-5％的硅脂組合物。增加附加量的體積百分比超過5％不會總是增強濕潤效果且是不經(jīng)濟的。由于烷氧基硅烷是可揮發(fā)的，如果使它暴露在開放的環(huán)境中硅脂組合物會逐漸變硬。添加的烷氧基硅烷(D-1)的更合適的量是按硅脂組合物的體積百分比為0.1至3％。
濕潤劑成分(D)也包括(D-2)一個末端-三官能性、可水解的具有通式(3)的甲基聚硅氧烷。
這里R4是如上舉例的C1-C6烷基，d是5至100優(yōu)選為10至60的整數(shù)。
添加的甲基聚硅氧烷(D-2)的適當量按第二實施方案的硅脂組合物的體積百分比是0至10％。添加的甲基聚硅氧烷的更適當?shù)牧堪垂柚M合物的體積百分比是0.1至5％，因為包含更多比例的成分(D-2)的組合物使熱電阻變得更小。
同時使用烷氧基硅烷(D-1)和一個末端三官能性，可水解的甲基聚硅氧烷(D-2)作為濕潤劑成分(D)是可以接受的。在這個實施方案中，成分(A)和混合的成分(D-1)和(D-2)的量按硅脂組合物的體積百分比優(yōu)選不超過40％。
在第二實施方案中，可以添加許多其它的添加劑，例如耐熱改性劑如氧化鐵和氧化鈰，粘度調(diào)節(jié)劑如二氧化硅，和著色劑，只要它們不損害本發(fā)明的益處。
第二實施方案的導(dǎo)熱硅脂組合物通過在適當?shù)幕旌掀魅鏣rimix，Twinmix或行星式混合器(商標名Inoue Mfg.Inc)、Ultra混合器(商標名MizuhoIndustry Co.，Ltd.)、或Hivis Dsiper混合器(商標名Tokushu Kika Kogyo公司)上混合成分(A)和(C-1)和可選的成分(C-2)、(D)等，同時可選擇地在約50至150℃下加熱而制備?；旌想S后優(yōu)選在用于均勻完成(finishing)的高剪切力下捏和。適當?shù)哪蠛蜋C包括三輥磨機、膠體磨機和沙研磨機，優(yōu)選使用三輥磨機。
粗糙顆粒在第一和第二實施方案的硅脂組合物中，如果在500篩目(篩孔25μm)上的粗糙顆粒的比例大于組合物的50ppm，將組合物的層厚度完全減小到足夠的水平以下以提供所需的散熱效果變得不可能。因此在500篩目上的粗糙顆粒的比例應(yīng)該等于或小于50ppm，或者優(yōu)選等于或小于組合物重量的30ppm。即使當500篩目上的粗糙顆粒的比例等于或小于50ppm，仍有可能在組合物中存在少量的大的或粗糙顆粒。那么將組合物層的厚度完全減小到足夠的水平之下以提供所希望的散熱效果是不可能的。為了達到所希望的散熱效果，在325篩目(篩孔45μm)上的粗糙顆粒的比例應(yīng)該基本上為零。
粗糙顆?？赏ㄟ^500篩目的篩(篩孔25μm)直接篩分組合物而從硅脂組合物中去除。然而，在實際中，篩選重裝載有導(dǎo)熱填料的硅脂組合物是很困難的。因此如前面所述，推薦從導(dǎo)熱填料、成分(B)或在配混之前的成分(C-1)和(C-2)中去除粗糙顆粒。
如上所述，第一和第二實施方案的硅脂組合物不得不滿足在500篩目(篩孔25μm)上的粗糙顆粒的比例不超過組合物的50ppm，且在325篩目上的粗糙顆粒的比例(篩孔45μm)基本上為零。
通過在能夠溶解硅氧烷一定值的溶劑如甲苯等中溶解部分組合物，使溶液通過325篩目的篩子(篩孔45μm)和然后500篩目的篩子(篩孔25μm)并然后完全清洗篩子來測量在硅脂組合物中的粗糙顆粒的重量。殘留在325篩目的篩子上的殘留物或超過尺寸的物質(zhì)能用目測觀察到。干燥500篩目的篩子上的殘留物，并在其上測量重量的粉末紙片上收集。
當硅脂組合物，特別是第一實施方案的散熱硅脂組合物涂敷在硬襯底如具有75μm厚度的層的金屬片之間，并在0.15MPa的壓力下壓縮15分鐘時，層很容易地變薄到25μm或更小的厚度，特別是20μm或更小。在一般的實踐中，硅脂組合物涂敷在發(fā)熱元件和受熱器之間，且受熱器依靠夾子等強行地安裝在元件上。然而，在減小設(shè)備尺寸和重量的現(xiàn)有趨勢下，使用能將受熱器壓到元件上的結(jié)構(gòu)很困難。然后，除非硅脂組合物即使在低壓下也變得很薄，否則所希望的散熱就不能得到。
第一和第二實施方案的硅脂組合物應(yīng)該優(yōu)選在25℃下具有不超過1000Pa·S的粘度，更優(yōu)選在25℃下不超過500Pa·S，因為低流動性的組合物具有很差的分配性。如這里所使用的，分配性表示當硅脂組合物涂敷到襯底上時操作的容易性。差的分配性指從具有擠壓裝置的注射器或分配器很難分配組合物以及稀疏地涂敷組合物到襯底上。組合物的粘度的下限優(yōu)選是至少10Pa.S，特別是在25℃下至少100Pa·S，雖然并不是關(guān)鍵的。
同樣，通過激光閃光方法在25℃測量，硅脂組合物，特別是第二實施方案的散熱硅脂組合物應(yīng)該優(yōu)選具有不超過6mm2·K/W的熱電阻，更優(yōu)選不超過4mm2·K/W的熱電阻。具有超過6mm2·K/W的熱電阻的組合物在涂敷到具有基本散熱性能的發(fā)熱元件上可能是不適當?shù)摹?br> 本發(fā)明的硅脂細合物具有顯著改善的熱導(dǎo)率和涂敷的簡易性的優(yōu)點。
實施例本發(fā)明實施例是以說明而不是限制的方式給出的。在實施例中，平均粒度是通過Microtrac Inc.的粒度分析器MT3000型測量的累計平均粒度(或中值直徑)，運動粘度是通過奧斯特瓦爾德粘度計在25℃下測量的。
實施例1-5和比較例1-5散熱硅脂組合物通過使用以下說明的成分(A)和成分(B)制備，按表1和2中示出的量把它們供給到5-公升行星式混合器(商品名為Inoue Mfg.Inc.)，并且在室溫下將它們攪拌1個小時。這些硅脂組合物的性質(zhì)通過以下說明的方法測量，結(jié)果如表1和表2所示。
成分(A)A-i具有390mm2/s運動粘度的下式的有機聚硅氧烷 A-ii具有500mm2/s運動粘度的下式的有機聚硅氧烷 成分(B)B-i鋁粉、熱導(dǎo)率237W/m℃，平均粒度1.9μm，通過500篩目的產(chǎn)品。
B-ii氧化鋅粉末，熱導(dǎo)率54W/m℃，平均粒度0.3μm，氣動分類產(chǎn)品B-iii銅粉，熱導(dǎo)率398W/m℃，平均粒度6.9μm，氣動分類產(chǎn)品B-iV鋁粉，熱導(dǎo)率237W/m℃，平均粒度6.5μm，未分類B-V銅粉，熱導(dǎo)率398W/m℃，平均粒度7.2μm，未分類試樣制備具有75μm厚度的硅脂組合物層被夾在一對具有12.6mm的直徑和1mm厚度的鋁盤中。對層施加0.15MPa的壓力15分鐘，完成試樣。
粘度通過Malcom粘度劑型號PC-1T在25℃測量硅脂組合物的粘度。
硅脂組合物的厚度通過測微計(Mitsutoyo Co.Ltd)測量試樣的總的厚度。通過從整體厚度減去兩個鋁盤的厚度而計算壓縮的硅脂組合物層的厚度。
325篩目(孔45μm)的大尺寸篩子200ml的塑料瓶裝有50g硅脂組合物和100g甲苯，通過塞子密封，并搖動直到硅脂組合物徹底地分散。分散的液體傾倒在325篩目的篩子(孔45μm)上，用甲苯充分洗滌。將篩子置于干燥器中干燥。將325目篩上的干燥大尺寸(粗顆粒)轉(zhuǎn)移到粉末紙片上，然后被目測。當視覺沒有觀察到粗糙顆粒時，樣品被評價為零，當目測到一個或多個粗糙顆粒時，被評價為“存在”。
500篩目的大尺寸篩子(孔25μm)200ml的塑料瓶裝有在325篩目的大尺寸篩子測試中被評價為零的50g的硅脂組合物(即沒有發(fā)現(xiàn)粗糙顆粒)和100g甲苯，通過塞子密封，并搖動直到硅脂組合物徹底地分散。分散的液體傾倒在500篩目的篩子(孔25μm)上，該篩子利用甲苯完全清洗。篩子被放到干燥器中干燥。500篩目的篩子上的干燥大尺寸顆粒(粗糙顆粒)被轉(zhuǎn)移到粉末紙片上，并稱重量。相對于硅脂組合物計算500篩目的大尺寸粗糙顆粒的量(ppm)。
熱電阻在確定壓縮的硅脂組合物層的厚度后，使用試樣和Holometrix MicrometInc.的分析器Microflash 300型測量硅脂組合物的熱電阻。
表1

表2

實施例6-10和比較例6-10導(dǎo)熱硅脂組合物通過以下描述的工藝，使用下面說明的成分制備。
成分(A)A-i具有390mm2/s運動粘度的下式的有機聚硅氧烷 A-iii具有600mm2/s運動粘度的下式的有機聚硅氧烷 成分(C-1)C-1-i銅粉，平均粒度10.1μm，氣動分類產(chǎn)品，氧含量0.03wt％C-1-ii銅粉，平均粒度10.1μm，氣動分類產(chǎn)品，氧含量1.4wt％C-1-iii銅粉，平均粒度12.3μm，未分類，氧含量0.2wt％成分(C-1)的氧含量根據(jù)JIS Z2613的惰性氣體熔融-IR光譜測量。使用的分析器是Mfg.Co.Ltd的氧/氮分析器EMGA-523。
成分(C-2)C-2-i鋁粉，平均粒度1.4μm，通過500篩目的產(chǎn)品C-2-ii氧化鋅粉，平均粒度0.5μm，氣動分類產(chǎn)品C-2-iii鋁粉，平均粒度6.5μm，未分類成分(D)D-i下式的烷氧基硅烷C10H21Si(OCH3)3D-ii下式的可水解的甲基聚硅氧烷
制備通過在表3和4中的量稱量成分(A)至(D)，將它們供料到行星式混合器(Inoue Mfg.公司)，并在室溫下攪拌1個小時而制備導(dǎo)熱硅脂組合物。
測試這些硅脂組合物的性質(zhì)通過以下說明的方法測量，在表3和表4中示出結(jié)果。
試樣的制備具有75μm厚度的硅脂組合物層被夾在一對具有12.6mm的直徑和1mm厚度的鋁盤中。對層施加0.15MPa的壓力60分鐘，完成試樣。
粘度在將硅脂組合物保持在25℃的恒溫室中24小時后，通過Malcom粘度計在10rpm下測量它的粘度。
除了厚度外，硅脂組合物的熱電阻、325篩目篩子和500篩目大尺寸篩子均按實施例1所確定。
表3

表4

權(quán)利要求
1.一種硅脂組合物，包括(A)重量百分比2至40％的平均組成式(1)有機聚硅氧烷R1aSiO(4-a)/2(1)其中R1獨立地是單價C1-C18烴基，“a”是從1.8至2.2的正數(shù)，在25℃具有50至500,000mm2/s的運動粘度，和(B)重量百分比為60至98％的選自金屬粉末、金屬氧化物粉末和陶瓷粉末的至少一種導(dǎo)熱填料，該填料具有至少10W/m℃的熱導(dǎo)率和平均粒度為0.1至15.0μm，其中500篩目(篩孔25μm)的粗糙顆粒的比例不超過所述組合物的50ppm，和325篩目(篩孔45μm)的粗糙顆粒的比例基本為零。
2.如權(quán)利要求1的硅脂組合物，其中當具有75μm的厚度的組合物在0.15MPa的壓力下壓縮15分鐘，它的厚度變得等于或小于25μm。
3.如權(quán)利要求1的硅脂組合物，包括(A)體積百分比10至60％的平均組成式(1)的有機聚硅氧烷R1aSiO(4-a)/2(1)其中R1獨立地是單價C1-C18烴基，“a”是從1.8至2.2的正數(shù)，在25℃具有50至100,000mm2/s的運動粘度，和(C-1)體積百分比為40至90％具有5.0至15.0μm的平均粒度和包含氧的重量百分比不超過0.1％的銅粉，其中500篩目(篩孔25μm)的粗糙顆粒的比例不超過所述組合物的50ppm，和325篩目(篩孔45μm)的粗糙顆粒的比例基本為零。
4.如權(quán)利要求3的硅脂組合物，其中在式(1)中的R1包含6至18個碳原子的烷基。
5.如權(quán)利要求3的硅脂組合物，進一步包括除了具有0.1至5.0μm的平均粒度的成分(C-1)外體積百分比為1至35％的導(dǎo)熱填料(C-2)。
6.如權(quán)利要求3的硅脂組合物，進一步包括具有通式(2)的烷氧基硅烷(D-1)R2bR3cSi(OR4)4-b-c(2)其中R2是C9-C15烷基，R3是單價C1-C8烴基，R4是C1-C6烷基，b是從1到3的整數(shù)，c是從0至2的整數(shù)，b+c的和是1至3的整數(shù)。
7.如權(quán)利要求3的硅脂組合物，進一步包括(D-2)一個末端三官能性、可水解的具有通式(3)的甲基聚硅氧烷 其中R4是C1-C6的烷基，d是5至100的整數(shù)。
8.如權(quán)利要求3的硅脂組合物，具有在25℃下不超過1000Pa·S的粘度。
9.如權(quán)利要求3的硅脂組合物，通過激光閃光方法在25℃測量具有不超過6mm2·K/W的熱電阻。
全文摘要
提供一種硅脂組合物，包括重量百分比2－40％的具有在25℃為50－500,000mm
文檔編號C08K5/541GK1733840SQ20051009807
公開日2006年2月15日 申請日期2005年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月21日
發(fā)明者山田邦弘, 遠藤晃洋, 美田邦彥 申請人:信越化學(xué)工業(yè)株式會社