专利名称：导热润滑脂以及使用所述润滑脂的方法和器件的制作方法
技术领域：
公开了导热润滑脂(“润滑脂”)、用于制备和使用该润滑脂的方法和包含该润滑脂的器件。更具体地说，本发明涉及包括其中分散有导热填充剂的聚有机硅氧烷的组合的润滑脂。所述润滑脂可用作热界面材料(“TIM”)。所述润滑脂可用于TIMl应用(其中润滑脂与产热部件直接接触)和TIM2应用(其中润滑脂接触散热器的表面，但不与产热部件直接接触)。背景(光)电部件如半导体、晶体管、集成电路(IC)、分立器件、发光二极管(LED)及本领域已知的其他(光)电部件被设计成在正常操作温度或在正常操作温度范围内操作。然而，(光)电部件的运行产生热量。如果不除去足够的热量，则(光)电部件将在明显高于其正常操作温度的温度下操作。过高的温度可不利地影响(光)电部件的性能和与其相关的器件的运行，并且负面影响平均故障间隔时间。为了避免这些问题，可通过从(光)电部件热传导到散热片(heat sink)来除去热量。然后散热片可通过任何便利的手段如对流或辐射技术来冷却。在热传导过程中，可通过(光)电部件与散热片之间的表面接触或通过(光)电部件和散热片与TIM接触将热量从(光)电部件转移至散热片。介质的热阻抗越低，从(光)电部件到散热片的热流就越大。(光)电部件和散热片的表面通常不是十分光滑，因此，很难在这些表面之间达到完全的接触。气隙是不良的导热体，它出现在这些表面之间并且增加了阻抗。这些气隙可通过在这些表面之间放入TIM来填充。因此，随着器件变得更小并且产生更多的热量，对具有良好热特性(高传导性和低阻抗)和热稳定性(润滑脂抵抗粘度随时间增加)的TIM具有持续的需求。发明概述润滑脂包括聚有机硅氧烷和导热填充剂的组合。润滑脂可用作TIM。发明的优选实施方案的详述除非另外指明，否则所有的量、比率和百分比都是按重量计的。下面是如本文所使用的定义的列表。术语的定义和用法
冠词“一 (a) ”、“一 (an) ”和“该(the) ”各自是指一个或多个。“组合”表示通过任何方法放在一起的两种或更多种物品。缩写“dt”表示厘沲。“经表面处理的”表示通过任何便利的化学手段或不起反应的手段使粒子上的反应基团的全部或一部分不起反应。缩写“W/mK”表示瓦特每米开尔文。润滑脂润滑脂包括(A)聚有机硅氧烷的组合，其包括式⑴R1R22Si- (OSiR22) ,-R3-Si (OR4) 3 的聚有机硅氧烷其中，每个R1独立地选自烷基或烯基，每个R2是烷基，每个R3选自氧原子或二价烃基，每个R4是1到6个碳原子的烷基，并且下标a具有范围在5到200的平均值；式(II)R53Si-(OSiR5R6)b(OSiR52)e-R7-SiR53的芳基聚有机硅氧烷其中每个R5是烷基，每个R6是芳基，每个R7选自氧原子或二价烃基，下标b具有至少1的平均值，并且下标c具有至少1的平均值；条件是下标b和下标c具有的平均值使得(b+c)的和足以提供具有范围在5到30，OOOdt的粘度的式(II)的第二聚有机硅氧烷， 并且式(II)的第二聚有机硅氧烷与式(I)的第一聚有机硅氧烷相容；和(B)导热填充剂。(A)聚有机硅氧烷成分(A)包括式(I)的聚有机硅氧烷(I)R1R22Si-(OSiR22)a-R3-Si(OR4)315 在式(I)中，每个 R1 是烷基，如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、辛基或癸基；或烯基，如乙烯基、烯丙基、丁烯基或己烯基。可选地，每个R1可以是甲基或乙烯基。可选地，每个R1可以是甲基。每个R2是烷基，如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、辛基或癸基。可选地，每个R2是甲基。每个R3选自氧原子或二价烃基。R3是氧原子还是二价烃基取决于用来制备式(I)的聚有机硅氧烷的方法。可选地，每个R3是氧原子。每个R4是1到6个碳原子、可选地1到4个碳原子的烷基。可选地，每个 R4可以是甲基。下标a具有范围在5到200、可选地10到180、可选地15到150以及可选地15到120的平均值。式(I)的聚有机硅氧烷的量取决于多种因素，包括选作成分(B)的导热填充剂的类型和量，然而，式(I)的聚有机硅氧烷的量的范围可以为基于润滑脂中所有成分的合并重量的到10%、可选地2%到10%。式(I)的聚有机硅氧烷可以是单一聚有机硅氧烷。可选地，式(I)的聚有机硅氧烷可以是包括两种或更多种以下特性中的至少一种不同的聚有机硅氧烷的组合聚合度、端基、粘度和顺序。式(I)的聚有机硅氧烷的组合可包括，例如式(Ia)R8R92Si-(OSiR92) ,-R10-Si (OR11) 3 的第一聚有机硅氧烷其中，每个R8是烷基或烯基，每个R9是烷基，每个Rw选自氧原子或二价烃基，每个 R11是1到6个碳原子的烷基，并且下标d具有范围在75到200的平均值；和式(Ib)R12R132Si-(OSiR132) ,-R14-Si (OR15) 3 的第二聚有机硅氧烷其中，每个R12是烯基，每个R13是烷基，每个R14选自氧原子或二价烃基，每个R15是 1到6个碳原子的烷基，并且下标e具有范围在5到50的平均值。
组合中的第一聚有机硅氧烷可具有式(Ia)(Ia) R8R92Si-(OSiR92) ,-R10-Si (OR11) 3。在式(Ia)中，每个 R8 是烷基，如甲基、乙基、 丙基、丁基、戊基、己基、辛基或癸基；或烯基，如乙烯基、烯丙基、丁烯基或己烯基。可选地， 每个R8可以是甲基或乙烯基。可选地，每个R8可以是甲基。每个R9是烷基，如甲基、乙基、 丙基、丁基、戊基、己基、辛基或癸基。可选地，每个R9可以是甲基。每个Rltl选自氧原子或二价烃基。Rltl是氧原子还是二价烃基取决于用来制备式(Ia)的聚有机硅氧烷的方法。可选地，每个Rltl是氧原子。每个R11是1到6个碳原子、可选地1到4个碳原子的烷基。可选地，每个R11可以是甲基。在式(Ia)的聚有机硅氧烷中，下标b可具有范围在75到200、可选地100到150的平均值。适合的式(Ia)的聚有机硅氧烷可包括，例如
权利要求
1.一种导热润滑脂，所述导热润滑脂包括(A)聚有机硅氧烷的组合，所述聚有机硅氧烷的组合包括式(I)R1R22Si-(OSiR22)a-R3-Si(OR4)3 的第一聚有机硅氧烷其中，每个R1独立地是烷基或烯基，每个R2独立地是烷基，每个R3选自氧原子和二价烃基，每个R4独立地是1到6个碳原子的烷基，并且下标a具有范围在5到200的平均值；式(II)R53Si-(OSiR5R6)b(OSiR52)c-R7-SiR53 的第二聚有机硅氧烷其中每个R5是烷基，每个R6是芳基，每个R7选自氧原子和二价烃基，下标b具有至少 1的平均值，并且下标c具有至少1的平均值，且条件是下标b和下标c具有的平均值使得 (b+c)的和足以提供具有范围在5到30，OOOcSt的粘度的第三聚有机硅氧烷，并且所述第二聚有机硅氧烷与所述第一聚有机硅氧烷相容；和(B)导热填充剂。
2.如权利要求1所述的导热润滑脂，其中所述式(I)的聚有机硅氧烷包括包含以下的聚有机硅氧烷的组合式(Ia)R83Si-(OSiR82)d-R9-Si(ORltl)3 的聚有机硅氧烷其中，每个R8独立地是烷基，每个R9选自氧原子和二价烃基，每个Rki独立地是1到6 个碳原子的烷基，并且下标d具有范围在75到200的平均值；式(Ib) R11R122Si-(OSiR122) ,-R13-Si (OR14) 3 的聚有机硅氧烷其中，每个R11是烯基，每个R12独立地是烷基，每个R13选自氧原子和二价烃基，每个R14 独立地是1到6个碳原子的烷基，并且下标e具有范围在5到50的平均值。
3.如权利要求1所述的润滑脂，其中成分(B)是导热填充剂的组合，所述导热填充剂的组合包括(i)金属粒子，和( )金属氧化物粒子。
4.如权利要求3所述的润滑脂，其中所述金属粒子包括(a)具有第一平均粒度的第一金属粒子，和(b)具有第二平均粒度的第二金属粒子，其中所述第一平均粒度比所述第二平均粒度大。
5.如权利要求4所述的润滑脂，其中所述第一金属粒子是具有范围在1微米到3微米的平均粒度的铝，并且第二金属粒子是具有范围在8微米到10微米的平均粒度的铝。
6.如前述权利要求中任一项所述的润滑脂，其中所述导热填充剂是圆形的。
7.如前述权利要求中任一项所述的润滑脂，其中所述金属氧化物粒子包括氧化铝、氧化锌或其组合。
8.如权利要求2至7中任一项所述的润滑脂，其中在所述式(Ia)的聚有机硅氧烷中， 每个R1是甲基，每个R2是氧原子，每个R3是甲基，并且下标d具有范围在100到150的平均值。
9.如权利要求2至8中任一项所述的润滑脂，其中在所述式(Ib)的聚有机硅氧烷中， 每个R11是乙烯基，每个R12是甲基，每个R13是氧原子，每个R14是甲基，并且下标e具有范围在7到40的平均值。
10.如前述权利要求中任一项所述的润滑脂，其中在所述式(II)的第二聚有机硅氧烷中，每个R5是甲基，每个R6是苯基，每个R7是氧原子，并且摩尔比b/c在大于零到4. 5的范围。
11.如前述权利要求中任一项所述的润滑脂，所述润滑脂还包含选自以下的额外成分 (C)间隔物、(D)填充剂处理剂、(E)抗氧化剂、(F)颜料、(G)媒介物、(H)润湿剂、(I)消泡齐U、(J)阻燃剂、⑷防锈剂和其组合。
12.如前述权利要求中任一项所述的润滑脂，其中所述润滑脂包括2Vol%到15Vol% 的成分(A)和65vol%到98vol%的成分(B)。
13.—种包括将权利要求1到12中任一项所述的润滑脂沿热源与散热器之间的热路径放入的方法。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述热源包括(光)电部件。
15.一种器件，所述器件包括a)热源，b)根据权利要求1到12中任一项所述的润滑脂，和c)散热器；其中将所述润滑脂沿着从所述热源的表面延伸到所述散热器的表面的热路径放置在所述热源与所述散热器之间。
16.如权利要求15所述的器件，其中所述热源包括(光)电部件。
17.如权利要求1到12中任一项所述的润滑脂在TIMl应用、TIM2应用或这两种应用中的用途。
全文摘要
导热润滑脂包括2vol％到15vol％的三种聚有机硅氧烷的组合以及65vol％到98vol％的导热填充剂。该润滑脂可在TIM1和TIM2应用中用作从(光)电器件散热的热界面材料。
文档编号C08K3/22GK102348763SQ201080011036
公开日2012年2月8日 申请日期2010年1月22日 优先权日2009年3月16日
发明者D·哈, 德瑞布·埃都·巴瓦格尔, 苏凯, 莎拉·尼科尔 申请人:道康宁公司