多相弹性导热材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明的各种实施例涉及包含非极性弹性体、极性弹性体和导热填料的导热材 料。
【背景技术】
[0002] 随着对从微电子器件耗散热的需要增加，热界面材料（"TIM"）对器件封装总性能 的作用变得愈来愈重要。对TIM的两个关键需求是更高的热导率和更低的界面热阻。可以将 导热（电绝缘或导电的)填料添加到TIM基质(主要聚合物）中以增加其热导率。然而，为了在 ??Μ中获得高热导率，通常需要高体积百分比的填料以形成连续填料网状结构。然而，这可 能有问题，因为高体积分数的无机填料往往会不利地影响TIM的其它特性，如柔软度、柔性 和与表面贴合性，同时由于导热填料的价格较高，增加了成本。因此将需要产生具有较少的 填料同时维持足够热导率的TIM。
【发明内容】
[0003] -个实施例是一种导热材料，其包含：
[0004] (a)非极性弹性体；
[0005] (b)极性弹性体;和
[0006] (c)导热填料，
[0007] 其中所述非极性弹性体和所述极性弹性体充分不可混溶，以呈现为具有非极性弹 性体相和极性弹性体相的多相系统，
[0008] 其中至少60体积百分比（"体积％"）的所述导热填料位于所述非极性弹性体相或 所述极性弹性体相中的一个中，
[0009] 其中所述导热材料的抗张模量是小于200兆帕（"MPa"）。
[0010] 另一实施例是一种制备导热材料的方法，所述方法包含：
[0011] (a)将导热填料与第一弹性体组合，由此形成含填料的母料;和
[0012] (b)将所述含填料的母料与第二弹性体组合，由此形成所述导热材料，
[0013] 其中所述第一弹性体和所述第二弹性体充分不可混溶，于所述导热材料中呈现为 多相系统，所述多相系统具有通过所述第一弹性体的至少一部分形成的第一弹性体相和通 过所述第二弹性体的至少一部分形成的第二弹性体相，
[0014] 其中步骤(b)的所述组合后，至少60体积百分比（"体积％"）的所述导热填料保持 位于所述第一弹性体相中，
[0015] 其中所述第一和第二弹性体中的一种是非极性弹性体，其中所述第一和第二弹性 体中的另一种是极性弹性体，
[0016] 其中所述导热材料的抗张模量是小于200兆帕（"MPa"）。
【附图说明】
[0017] 参考附图，其中：
[0018] 图1(a)是根据本发明的一个实施例制备的样品S1的扫描电子显微照片，其中放大 率是500 X ;
[0019] 图1(b)是与图1(a)相同的扫描电子显微照片，但放大率是2,000X ;
[0020] 图2(a)是根据本发明的一个实施例制备的样品S2的扫描电子显微照片，其中放大 率是Ι,ΟΟΟΧ ;
[0021] 图2(b)是与图2(a)相同的扫描电子显微照片，但放大率是3,000Χ ;
[0022] 图3(a)是根据本发明的一个实施例制备的样品S3的扫描电子显微照片，其中放大 率是500 X ;
[0023]图3(b)是与图3(a)相同的扫描电子显微照片，但放大率是1，000Χ;
[0024] 图4(a)是根据本发明的一个实施例制备的样品S4的扫描电子显微照片，其中放大 率是 1，000Χ ;
[0025] 图4(b)是与图4(a)相同的扫描电子显微照片，但放大率是5,000Χ ;
[0026] 图5(a)是根据本发明的一个实施例制备的样品S5的扫描电子显微照片，其中放大 率是500 X ;
[0027]图5(b)是与图5(a)相同的扫描电子显微照片，但放大率是1，000Χ;
[0028]图6(a)是根据本发明的一个实施例制备的样品S6的扫描电子显微照片，其中放大 率是2,000 X ;
[0029]图6(b)是与图6(a)相同的扫描电子显微照片，但放大率是5,000Χ ;
[0030] 图7是比较样品CS2的扫描电子显微照片，其中放大率是Ι,ΟΟΟΧ。
【具体实施方式】
[0031] 本发明的各种实施例涉及一种导热材料，其包含(a)非极性弹性体、（b)极性弹性 体和(c)导热填料。另外，某些实施例涉及制备所述导热材料以及采用所述导热材料作为热 界面材料的制品的方法。
[0032]非极性弹性体
[0033]如上文所指出，本文中所描述的导热材料的一种组分是非极性弹性体。如本文中 所使用，术语"弹性体"表示具有粘弹性的聚合物。一般来说，相对于其它材料，如热塑性塑 料，弹性体会具有更低的抗张模量和更高的破坏应变。如本文中所使用，术语"非极性"表示 在碳原子与其它具有相对高电负性的原子(如〇^^、(：1)之间不含有极性键的聚合物，或如 果所述极性键存在，那么表示由于所述极性键的对称排列不存在净偶极的聚合物。"聚合 物"意味着通过使相同或不同类型的单体反应（即，聚合)而制备的大分子化合物。"聚合物" 包括均聚物和互聚物。"互聚物"意味着通过使至少两种不同单体类型聚合而制备的聚合 物。这个通用术语包括共聚物(通常用于指由两种不同单体类型制备的聚合物)和由超过两 种不同单体类型制备的聚合物(例如，三元共聚物(三种不同单体类型)和四元共聚物（四种 不同单体类型））。
[0034] 适用于本文中的非极性弹性体的熔点可以是小于90°C，小于85°C，小于80°C，小于 75°C或小于70°C。在各种实施例中，非极性弹性体的熔点可以是至少40°C。根据下文测试方 法部分中所描述的程序测定聚合物的熔点。
[0035] 适用于本文中的非极性弹性体的肖氏A(Shore A)硬度可以是小于100,小于90或 小于80。在各种实施例中，非极性弹性体的肖氏A硬度可以是至少40,至少50或至少60。此 外，适用于本文中的非极性弹性体的肖氏D硬度可以是小于50,小于40或小于30。在各种实 施例中，非极性弹性体的肖氏D硬度可以是至少5,至少10或至少13。根据ASTM国际（"ASTM"） 方法D2240测定肖氏A和D硬度。
[0036]适用于本文中的非极性弹性体的抗张模量（自动杨氏（automatic Young's))可以 是小于lOOMPa，小于75MPa，小于50MPa或小于25MPa。在各种实施例中，非极性弹性体的抗张 模量可以是大于〇。根据ASTM方法D638测定抗张模量。
[0037]适用于本文中的非极性弹性体的熔融指数（12)可以在1到30克/10分钟（"g/ 10min."）、2到20g/10min.或3到17g/10min.的范围内。根据ASTM方法D1238测定本文中所提 供的熔体指数。除非另外指出，否则熔融指数(即，1 2)在190°C和2.16Kg下测定。
[0038]适用于本文中的非极性弹性体的密度可以在0.850到0.920克/立方厘米（"g/ cm3"）、0.860到0.910g/cm3或0.864到0.902g/cm3的范围内。根据ASTM方法D792测定本文中 所提供的聚合物密度。
[0039] 适用作非极性弹性体的弹性体类型可以选自具有一种或多种所需特性的任何常 规或下文发现的弹性体。所述非极性弹性体的实例包括(但不限于)聚烯烃弹性体、乙烯-丙 烯-二烯单体（"EPDM"）橡胶和苯乙烯类嵌段共聚物，如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（"SBS"）、苯 乙烯-异戊二烯-苯乙烯（"SIS"）、苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯（"SEPS"）和苯乙烯-乙烯/丁 烯-苯乙烯（"SEBS"）。
[0040] 在各种实施例中，非极性弹性体可以是聚烯烃弹性体。聚烯烃弹性体一般是热塑 性弹性体。如所属领域中已知，热塑性弹性体是具有热塑性聚合物和弹性体聚合物的特征 的聚合物。"聚烯烃弹性体"表示由两种或更多种类型的烯烃单体(包括乙烯单体)制备的 热塑性弹性体互聚物。一般来说，聚烯烃弹性体可以实质上线性并且可以具有实质上均匀 分布的共聚单体。
[0041] 在各种实施例中，聚烯烃弹性体由乙烯和一种或多种其它类型的α-烯烃共聚单体 制备。在一个或多个实施例中，聚烯烃弹性体是乙烯和α-烯烃共聚单体的共聚物。适用于聚 烯烃弹性体的α-烯烃单体包括乙烯和任何C 3-2Q(g卩，具有3到20个碳原子)直链、分支链或环 状α-稀经。C3-2〇a-稀经的实例包括丙稀、1-丁稀、4-甲基-1-戊稀、1-己稀、1-辛稀、1-癸稀、 1-十二碳烯、1-十四碳烯、1-十六碳烯和1-十八碳烯。α-烯烃还可以具有环状结构，如环己 烷或环戊烷，产生如3-环己基-1-丙烯(烯丙基环己烷)和乙烯基环己烷的α-烯烃。在各种实 施例中，聚烯烃弹性体是乙烯丁烯、乙烯己烯、乙烯辛烯或其两种或更多种的组 合的共聚物。
[0042]在一个实施例中，聚烯烃弹性体是均匀分枝的线性乙烯/α-烯烃共聚物或均匀分 枝的实质上线性乙烯/a_烯烃共聚物。在另一实施例中，α-烯烃选自丙烯、1-丁烯、1-己烯或 1-辛烯，并且优选地选自1-丁烯、1-己烯或1-辛烯，并且更优选地选自1-辛烯或1-丁烯。在 一实施例中，聚烯烃弹性体是乙烯/a_辛烯的共聚物。
[0043]在各种实施例中，非极性弹性体可以是两种或更多种聚烯烃弹性体的组合。举例 来说，具有一种或多种在所需范围之外的特性的非极性弹性体可以与第二非极性弹性体组 合，以使得两种非极性弹性体的掺合物具有所需特性。
[0044]用于制备聚烯烃弹性体的生产方法是广泛、变化并且所属领域中已知的。用于产 生具有上文所描述特性的聚烯烃弹性体的任何常规或下文发现的生产方法都可以用于制 备本文中所描述的聚烯烃弹性体。
[0045]适用于本文中的聚烯烃弹性体的商业实例包括可购自美国密歇根州米德兰市的 陶氏化学公司（The Dow Chemical Company，Midland，MI，USA)的ENGAGE?聚稀经弹性体(例 如ENGAGE? 8130、8200、8402或8452聚烯烃弹性体）和AFFINITY?聚烯烃弹性体（例如 AFFINITY? GA 1875、1900、1000R、1950)。适用于本文中的聚烯烃弹性体的其它商业实例包 括可购自美国德克萨斯州休斯顿市埃克森美孚化学(ExxonMobil Chemical，Houston，TX)