专利名称：热界面材料和它们的制备与使用方法
技术领域：
本发明涉及热界面材料(TIM)。更具体地，本发明涉及包括通过固化可固化的硅氧烷组合物(“组合物”)制备的固化的硅氧烷的TIM，其包括有机增塑剂、导热填充剂和可固化的硅氧烷组合物。背景(光)电子元件如半导体、晶体管、集成电路(IC)、分立装置、发光二级管(LED)和本领域已知的其它元件被设计为在正常的工作温度下或在正常的工作温度范围内工作。然而，(光)电子元件的工作产生热量。如果不除去足够的热量，(光)电子元件将在显著地高于其正常工作温度的温度下工作。过度的温度可以不利地影响(光)电子元件的性能和与其相关的装置的工作并且消极地影响平均故障间隔时间。为了避免这些问题，可以通过热传导将热量从(光)电子元件传递至散热片(heat sink)。然后可以通过任何便利的手段如对流或辐射技术将散热片冷却。在热传导过程中， 通过(光)电子元件与散热片之间的表面接触或通过(光)电子元件和散热片与TIM(TIM1 应用)的接触，热量可以从(光)电子元件被传递到散热片。可选地，TIM可以与(光)电子装置的散热片和另一元件例如散热器如盖(Iid)或盖(cover) (TIM2应用)接触。(光)电子元件和散热片的表面通常不完全是光滑的，因此，难以达到表面之间完全的接触。气隙，是差的热导体，在表面之间出现并且妨碍热量的除去。在(光)电子元件与散热片的表面之间插入TIM可以填充这些空隙以促进有效的热量传递。TIM的热阻抗越低，从(光)电子元件向散热片的热流越大。大多数TIM基于热固性或热塑性聚合物基质。然而，适合的聚合物的热导率相当低，通常在0. 15W/mK至0.30W/mK的范围内。为了增加TIM的热导率，可以将导热填充剂加到聚合物基质中。这些填充的TIM的热导率取决于各种因素，包括填充剂的热导率和如填充剂粒度和填充剂粒度分布所表明的填充剂在聚合物基质中的填充。通过TIM的在两种基材之间的热量传递的有效性以热阻抗或热阻的方式来表达。 热阻抗或热阻是TIM的体电阻和TIM与基材之间的界面电阻的总和。在(光)电子行业存在持续需要产生具有更高的热导率，更低的热阻抗，具有为了(光)电子装置的有用的寿命而留在适当位置的能力的TIM。在(光)电子行业存在持续的需要产生具有低柔软性、 高的可压缩性和低的杂质渗出的TIM以增强热导率和降低热阻抗。
发明概述组合物可用于热界面材料应用。该组合物包含(A)具有平均每分子至少两个脂肪族不饱和的有机基团的聚有机硅氧烷基础聚合物，任选地(B)具有平均每分子至少两个硅连接的氢原子的交联剂，(C)催化剂，(D)导热填充剂，和(E)有机增塑剂。制备热界面材料的方法可以包括1)将上面描述的组合物沿着热路径(thermal path)插入以分散来自热源如(光)电子装置的热量，和幻固化该组合物。可以在步骤1) 之前或之后进行步骤2)。附图馆 述
图1是示例性界面材料的部分横截面。
图2是示例性(光)电子装置的横截面。
参考数字
100界面材料
101支撑物
102导热的固化的硅氧烷
103剥离衬垫
200根据本发明的装置
201散热片
202第二界面材料(ΤΙΜ2)
203电子元件
204基材
205焊球
206第一界面材料(TIMl)
207金属盖
208热路径
209芯片底部填充
210垫
211焊球阵列
发明详述
田除非另外说明，所有的量、比率和百分数按体积计。以下是定义的列表，如本文所
术语的定义和用法
冠词“一个(a)”、“一个(an)和“该(the) ”各自指一个或多个。
“组合’’指通过任何方法放在一起的两个或更多个项目。
“有机增塑剂”指与不包含非硅氧烷化合物的固化的硅氧烷的压缩变定
(compression set)相比，降低固化的硅氧烷的压缩变定的非硅氧烷化合物。
“可溶的”指当在固化组合物的方法期间混合组合物的成分时，产生的混合物保持为均一的混合物，例如，增塑剂不形成单独的相。以(W/m K)为单位的热导率(k)涉及将热量(Q)传递穿过厚度Δ x和面积A的材料的能力，产生Δ T的温差，并且在算术上由以下方程定义
权利要求
1.一种包含以下的组合物(A)具有平均每分子至少两个脂肪族不饱和的有机基团的聚有机硅氧烷基础聚合物， 任选地(B)具有平均每分子至少两个硅连接的氢原子的交联剂，(C)催化剂，其选自氢化硅烷化反应催化剂和过氧化物固化催化剂，(D)导热填充剂，和
2.根据权利要求1所述的组合物，其中成分(D)包括氮化铝、氧化铝、三水合铝、钛酸钡、氧化铍、氮化硼、碳纤维、金刚石、石墨、氢氧化镁、氧化镁、金属微粒、缟玛瑙、碳化硅、碳化钨、氧化锌和其组合。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的组合物，其中成分(E)具有平均每分子至少一个下式的基团
4.根据权利要求1至3中任一项所述的组合物，其中成分(E)具有式 其中X表示环状烃基团，下标χ具有3至15的范围内的值，每个Rl独立地是支链的或直链的单价烃基团，并且每个R”独立地是支链的或直链的烃原子或单价有机基团。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的组合物，其中成分(E)选自由以下组成的组 双O-乙基己基)对苯二酸酯；双O-乙基己基)-1，4_苯二甲酸酯；2-乙基己基甲基-1， 4-苯二甲酸酯；支链的和直链的1，2环己烷二羧酸二壬酯；双(2-丙基庚基)邻苯二甲酸酯或二-(2-丙基庚基)邻苯二甲酸酯；己二酸二异壬酯；偏苯三酸三辛酯；三乙二醇双O-乙基己酸酯)；二乙二醇二苯甲酸酯；1，1，3_三O-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷；二 (2-乙基己基)邻苯二甲酸酯；双O-乙基己基)己二酸酯；邻苯二甲酸二甲酯；邻苯二甲酸二乙酯；邻苯二甲酸二丁酯；二 -2-乙基己基己二酸酯；1，2，4_苯三羧酸三乙基己基)酯；偏苯三酸三辛酯；三乙二醇双(2-乙基己酸酯)；双(2-乙基己基)对苯二酸酯；二乙二醇二苯甲酸酯；1，1，3-三O-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷；1，2，3-三乙酰氧基丙烷；脂肪酸酯；及其组合。
6.根据权利要求1所述的组合物，还包括选自以下的其它成分(F)间隔物、(G)增强填充剂或增容填充剂、(H)填充剂处理剂、(I)粘合增进剂、(J)媒介物、(K)表面活性剂、(L)其中R表示氢原子或单价有机基团。
7.一种通过固化权利要求1至6中任一项所述的组合物制备的固化的硅氧烷。
8.一种包括以下的方法1)沿着热路径在热源和散热器之间插入权利要求1至6中任一项所述的组合物，以及2)将所述组合物加热至足以固化所述组合物的温度，由此形成热界面材料。
9.一种包括以下的方法1)固化权利要求1至6中任一项所述的组合物，并且其后2)沿着热路径在热源和散热器之间插入步骤1)的产物。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括在步骤1)之前将权利要求1至6中任一项所述的组合物应用到支撑物。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中所述热源包括(光)电子元件。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其中所述散热器包括散热片、导热板、 导热盖、风扇或循环冷却剂系统。
13.一种包括以下的界面材料1)通过固化权利要求1至6中任一项所述的组合物制备的固化的硅氧烷，其中所述固化的硅氧烷被形成为平的构件、半球形块、凸面构件、棱锥体或圆锥体。
14.根据权利要求13所述的界面材料，其中所述组合物被涂布在支撑物的表面上。
15.根据权利要求14所述的界面材料，其中所述支撑物包括碳纤维筛、金属箔、穿孔的金属箔、填充的或未填充的塑料膜或纺织的或非纺织的基材。
16.根据权利要求14所述的界面材料，其中所述组合物被涂布在所述支撑物的两侧。
17.根据权利要求14所述的界面材料，还包括II)剥离片，其覆盖所述固化的硅氧烷的与所述支撑物相对的表面。
18.一种包括以下的装置a)热源，b)权利要求13至17中任一项所述的界面材料，和c)散热器；其中所述热界面材料沿着从所述热源的表面向所述散热器的表面延伸的热路径被定位在所述热源与所述散热器之间。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述热源是(光)电子元件。
20.权利要求13至17中任一项所述的界面材料在选自由TIM1、TIM2或两者组成的组的应用中的用途。
全文摘要
可固化的组合物包含(A)具有平均每分子至少两个脂肪族不饱和的有机基团的聚有机硅氧烷基础聚合物，任选地(B)具有平均每分子至少两个硅连接的氢原子的交联剂，(C)催化剂，(D)导热填充剂，和(E)有机增塑剂。组合物可以固化以形成导热的有机硅凝胶或硅橡胶。导热的硅橡胶在TIM1和TIM2应用中可用作热界面材料。可固化的组合物可以被湿分散并且然后原位在(光)电子装置中固化，或者可固化的组合物可以被固化以形成垫，其在安装在(光)电子装置中之前含或不含支撑物。
文档编号C08L83/04GK102341459SQ200980157904
公开日2012年2月1日 申请日期2009年12月1日 优先权日2009年3月12日
发明者G·M·法兹利·爱拉合 申请人:道康宁公司