专利名称：含有纳米材料以增强体积导热率的有机基体的制作方法
技术领域：
本公开涉及使用纳米微粒以增加聚合物基体的导热率。
背景技术：
许多电子元件在运行期间产生热量。如果该热量未以有效的方式自电子元件除去，它将累积。然后可产生电子元件故障或永久性损害。因此，热处理技术通常实施于电子线路和系统以便于在运行过程期间除去热量。
热处理技术通常包括使用一些形式的吸热器以将热量自电子系统中的高温区域传导掉。吸热器为自高导热率材料(例如一般地为金属)形成的机械连接于电子元件以助于除去热量的结构。以相对简单的形式，吸热器可包括在运行期间与电子线路接触的金属片(例如铝或铜)。来自电子线路的热量通过元件之间的机械界面流入到吸热器中。
在一般的电子元件中，通过将吸热器的平表面对着电子元件平表面放置并采用一些形式的粘合剂或固定器把吸热器固定就位，吸热器被机械连接于在运行期间产生热量的元件。如可知，吸热器的表面和元件的表面将很少是完全平面的或光滑的，所以在表面之间通常存在空气间隙。如通常熟知的那样，在两个相对表面之间存在空气间隙减少通过表面之间的界面传输热量的能力。因此，这些空气间隙减少吸热器作为热处理装置的有效性和价值。为了解决这个问题，已经开发用于放置在传热表面之间以减少它们之间的热阻的聚合物组合物。目前热界面材料的体积导热率主要受到聚合物基体的低导热率限制(在热界面材料或TIMs中聚合物通常为～0.2W/m-K)。通过一些估计(“Thermally Conductive Polymer Compositions(导热聚合物组合物)”，D.M.Bigg.，Polymer Composites，1986年6月，第7卷，第3期)，电绝缘聚合物复合材料可达到的最大体积导热率仅为基础聚合物基体的20-30倍。一旦填充剂的导热率超过基础聚合物基体100倍，该数值没什么变化，与填充剂类型无关。因此，聚合物材料的导热率比吸热器的导热率低，导致不能够自热量产生元件向吸热器有效传输热量。另外，有效传热能力由于界面缺陷被进一步减小，归因于1)微米或纳米空隙，和2)通过填充剂沉降引起的填充剂消耗层或微米大小的填充剂不能穿透入小于填充剂大小的表面不规则处。
因此需要存在改进的组合物以在吸热器和热量产生元件之间有效地传输热量。
概述本公开的热界面组合物含有纳米微粒，其用至少一种共混到有机基体中的有机官能团官能化。在某些实施方案中，热界面组合物也包含微米大小的填充剂微粒。
电子元件在此也得到描述，其包含热量产生元件和吸热器或散热器，每一个接触含有与有机基体共混的有机官能化纳米微粒的热界面组合物。
本公开增加传热效力的方法包括在热量产生元件与吸热器或散热器之间放入含有与有机基体共混的有机官能化纳米微粒的热界面组合物的步骤。
附图简述
图1为本公开电子元件的图解表示。
详细描述本发明提供了含有与有机基体共混的官能化纳米微粒的热界面组合物。纳米微粒可共价连接于基体，或者通过非共价力分散到基体中。含有本公开纳米微粒的基体将具有比不含有纳米微粒的基体更高的导热率。因此官能化纳米微粒增加基体的体积导热率，同时保持使得易于加工和操作的粘度。
在下文描述的某些实施方案的由微米大小填充剂和含有纳米微粒的有机基体构成的聚合物复合材料可达到比仅由微米大小填充剂和有机基体的类似共混物更高的导热率。这提供更高的最大可达到体积导热率。另外，纳米微粒可穿透入微米大小填充剂进不去的表面孔隙和不规则处，因此减小界面阻力的作用。
聚合物基体中增加的导热率在其中发生填充剂沉降和随后出现“表层”(由很少至没有微米填充剂组成的层)的情况中减小界面阻力方面也是有利的。如果表层比另外可达到的具有更高的导热率，传热的减少将不那么剧烈。加入纳米微粒的另一个益处是这些小微粒可防止或降低微米大小填充剂沉降的速率，因此减少在界面材料填充剂消耗层形成的可能性。
可官能化和比有机基体具有更高导热率的任何纳米微粒可用于制备本发明组合物。合适的纳米微粒包括但不限于胶态氧化硅、多面体低聚物硅倍半氧烷(“POSS”)、纳米大小金属氧化物(例如氧化铝、二氧化钛、二氧化锆)、纳米大小金属氮化物(例如氮化硼、氮化铝)和纳米金属微粒(例如银、金或铜纳米微粒)。在尤其有用的实施方案中，纳米微粒为有机官能化POSS材料或胶态氧化硅。胶态氧化硅作为亚微米大小的二氧化硅(SiO2)微粒在水或其它溶剂介质中的分散体存在。胶态氧化硅含有高达约85％重量二氧化硅(SiO2)，一般地高达约80％重量的二氧化硅。胶态氧化硅的粒度通常为约1纳米(“nm”)-约250nm，更通常约5nm-约150nm。
纳米微粒官能化以改善它们与有机基体的相容性。加到纳米微粒的官能团的确切化学性质因此将取决于多种因素，包括所选择具体纳米微粒的化学性质和基体的化学组成。另外，官能团可以是反应性、非反应性的或两者的组合。反应性官能团为可与纳米微粒分散于其中的有机基体或与最终组合物分配于其上的配合表面反应的官能团。随后的化学反应通过共价键将纳米微粒附着于有机基体或配合表面。合适的官能剂包括含有烷基、烯基、炔基、甲硅烷基、甲硅烷氧基、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、环氧化物、芳基、氢化物、氨基、羟基和其它官能团的有机烷氧基硅烷、有机氯硅烷、有机醋酸酯硅烷和有机硅氮烷。用于将官能团加入纳米微粒的反应方案处于本领域技术人员的视野范围内。官能化纳米微粒可有利地制备为在相容溶剂中的分散体以便于与有机基体结合。特别有用的分散体具有20-50％的固体含量，然而可使用使得分散体可浇注或可流动的任何固体含量。
在尤其有用的实施方案中，官能化纳米微粒为有机官能化POSS材料或用有机烷氧基硅烷官能化的胶态氧化硅。
用于官能化胶态氧化硅的有机烷氧基硅烷包含在下式中(R1)aSi(OR2)4-a其中R1在每一种情况下独立为用丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯、环氧化物、乙烯基、烯丙基、苯乙烯系、甲硅烷基或甲硅烷氧基或C6-14芳基任选地进一步官能化的C1-18一价烃基团；R2在每一种情况下独立为C1-18一价烃基团或氢基团；“a”为等于1至3并包括1和3在内的整数。优选地，在本公开中包含的有机烷氧基硅烷为2-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(MAPTMS)、1-己烯基三乙氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、正十二烷基三乙氧基硅烷和2-(3-乙烯基-四甲基二甲硅烷氧基)-乙基三甲氧基硅烷。官能性的组合是可能的。通常，有机烷氧基硅烷以基于包含于胶态氧化硅中的二氧化硅重量约2％重量-约60％重量存在。生成的有机官能化胶态氧化硅可用酸或碱处理以中和pH。也可使用酸或碱以及促进甲硅烷醇与烷氧基硅烷基团缩合的其它催化剂以助于官能化方法。这样的催化剂包括有机钛和有机锡化合物例如四丁基钛酸酯、异丙氧基双(乙酰基丙酮酸)钛、二月桂酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡或其组合。
通过以上述重量比例向已经加入脂族醇的市售可得到的胶态氧化硅的含水分散体中加入有机烷氧基硅烷官能化剂，可实施胶态氧化硅的官能化。生成的包含脂族醇中的官能化胶态氧化硅和有机烷氧基硅烷官能化剂的组合物在此定义为预分散体。合适的脂族醇包括但不限于异丙醇、叔丁醇、2-丁醇、1-甲氧基-2-丙醇及其组合。脂族醇的量一般地为存在于含水胶态氧化硅预分散体中二氧化硅量的约1倍-约25倍。在一些情况中，稳定剂例如4-羟基-2，2，6，6-四甲基哌啶基氧基(即4-羟基TEMPO)可加入到预分散体中。在一些情况中，可加入小量的酸或碱以调节透明预分散体的pH。
生成的预分散体通常在约50℃-约140℃加热约1小时-约5小时以便于烷氧基硅烷与胶态氧化硅表面的OH缩合和达到胶态氧化硅的官能化。
官能化纳米微粒与有机基体结合形成本发明组合物。有机基体可为任何聚合物材料。合适的有机基体包括但不限于聚二甲基硅氧烷树脂、环氧树脂、丙烯酸酯树脂、其它有机官能化聚硅氧烷树脂、聚酰亚胺树脂、氟碳树脂、苯并环丁烯树脂、氟化聚烯丙基醚、聚酰胺树脂、聚亚氨基酰胺树脂、可熔可溶酚醛树脂(phenol resolresins)、芳族聚酯树脂、聚苯醚(PPE)树脂、双马来酰亚胺三嗪树脂、氟树脂及本领域技术人员已知的任何其它聚合物体系。(常用聚合物参见“Polymer Handbook(聚合物手册)，Branduf，J.，；Immergut，E.H；Grulke，Eric A；Wiley Interscience Publication，New York，第4版(1999)；“Polymer Data Handbook(聚合物数据手册，Mark，James OxfordUniversity Press，New York(1999))。优选的可固化热固性基体为丙烯酸酯树脂、环氧树脂、聚二甲基硅氧烷树脂及其它有机官能化聚硅氧烷树脂，它们可通过自由基聚合、原子转移、自由基引发聚合反应开环聚合、开环易位聚合、阴离子聚合、阳离子聚合或本领域技术人员已知的任何其它方法形成交联网络。合适的可固化硅树脂包括例如在“Chemistry and Technology of Silicone(硅化学和技术)”，Noll，W.；Academic Press 1968中描述的加成可固化和缩合可固化基体。当聚合物基体不是可固化聚合物，生成的热界面组合物可配制为可在制备期间将元件固定在一起并在装置运行期间传输热量的凝胶、油脂或相变材料。在尤其有用的实施方案中，有机基体被官能化以改善与官能化纳米微粒的相容性。
为了便于使官能化纳米微粒与有机基体结合，可任选地向组合物中加入一种或更多种溶剂。合适的脂族溶剂包括但不限于异丙醇、1-甲氧基-2-丙醇、1-甲氧基-2-丙基乙酸酯、甲苯、二甲苯、正甲基吡咯烷酮、二氯苯及其组合。
官能化纳米微粒与有机基体结合的方式不严格。当纳米微粒配制为预分散体，有机基体和任选的溶剂可加入到预分散体。
组合物可用酸或碱或用离子交换树脂处理以除去酸性或碱性杂质。该组合物可有利地受到约0.5托-约250托的真空和约20℃-约140℃的温度以实质上除去任何低沸点组分例如溶剂、残余水及其组合。结果为官能化纳米微粒在有机基体中的分散体，在此称作最终分散体。实质上除去低沸点组分在此定义为除去低沸点组分总量的至少约90％。
任选地，官能化胶态氧化硅的预分散体或最终分散体可进一步官能化。低沸点组分被至少部分除去，随后以存在于预分散体或最终分散体中的二氧化硅量的约0.05倍-约10倍的量加入与官能化胶态氧化硅的残余羟基官能团反应的合适的封端剂。如在此使用的部分除去低沸点组分指除去低沸点组分总量的至少约10％，优选低沸点组分总量的至少约50％。封端官能化胶态氧化硅定义为具有通过与封端剂反应官能化的总组合物中存在的至少10％，优选至少20％，更优选至少35％的游离羟基。有效封端官能化胶态氧化硅可在某些情况中改善最终分散体的室温稳定性。
优选的封端剂包括羟基反应性材料例如甲硅烷基化剂。甲硅烷基化剂的实例包括但不限于六甲基二硅氮烷(HMDZ)、四甲基二硅氮烷、二乙烯基四甲基二硅氮烷、二苯基四甲基二硅氮烷、N-(三甲基甲硅烷基)二乙基胺、1-(三甲基甲硅烷基)咪唑、三甲基氯硅烷、五甲基氯二硅氧烷、五甲基二硅氧烷及其组合。然后最终分散体在约20℃-约140℃加热约0.5小时-约48小时。然后过滤生成的混合物。如果预分散体与封端剂反应，加入至少一种有机基体组合物以形成最终分散体。官能化胶态氧化硅在有机材料中的混合物在约0.5托-约250托的压力下浓缩以形成最终浓缩分散体。在该过程期间，低沸点组分例如溶剂、残余水、封端剂与羟基的副产物、过量的封端剂及其组合被实质上除去。
任选地，全部最终分散体组合物可与微米大小的填充剂共混。加入微米大小的填充剂可显著增加组合物的导热率。因此，通过加入微米填充剂，官能化纳米微粒对聚合物基体导热率的作用大大增加。作为实例，如果聚合物基体具有0.2W/m-K的导热率，加入80-90％重量合适的微米填充剂可升高导热率至2.0W/m-K。然而，通过加入本公开的官能化纳米微粒，聚合物基体的初始导热率甚至可升高至0.3W/m-K和更高，加入相同量的微米大小填充剂升高导热率至约3W/m-K，与不含有纳米微粒的组合物相比较增加50％。单独加入微米微粒以达到3W/m-K的导热率在许多情况下导致非常粘稠、不易于加工和不会按制备电子器件，尤其是倒装器件所需流动的组合物。使用本公开纳米微粒另一方面提供增加的导热率同时保持足够低的粘度以使得易于加工。
填充剂为微米大小的导热材料，可为增强或非增强的。填充剂可包括例如热解硅石、熔融石英、细分的石英粉、无定形硅石、炭黑、石墨、金刚石、金属(例如银、金、铝和铜)、碳化硅、氢氧化铝、金属氮化物(例如氮化硼和氮化铝)、金属氧化物(例如氧化铝、氧化锌、二氧化钛或氧化铁)及其组合。当存在时，填充剂通常以基于全部最终组合物的重量约10％重量-约95％重量存在。更通常地，填充剂以基于全部最终分散体组合物的重量约20％重量-约90％重量存在。
当存在微米填充剂时，在本发明组合物中存在纳米微粒也改善组合物的稳定性。与含有相同量的微米填充剂但是不含有纳米微粒的组合物相比较，已经发现纳米微粒抑制微米微粒沉降到含有组合物的容器底部。
固化催化剂可加入到最终分散体中以加速最终组合物的固化。通常，催化剂以全部可固化组合物的约10份/每百万份(ppm)-约10％重量存在。阳离子固化催化剂的实例包括但不限于催化剂例如双芳基碘盐(例如双(十二烷基苯基)碘六氟锑酸盐、(辛氧基苯基，苯基)碘六氟锑酸盐、双芳基碘四(五氟苯基)硼酸盐)、三芳基锍盐及其组合。自由基固化催化剂的实例包括但不限于各种过氧化物(例如叔丁基过氧苯甲酸酯)、偶氮化合物(例如2-2’-偶氮双异丁基腈)和硝基氧(nitroxides)(例如4-羟基TEMPO)。对于另外的可固化硅树脂，优选的催化剂为各种8-10族过渡金属(例如钌、铑、铂)络合物。对于缩合可固化硅酮，优选的催化剂为有机锡或有机钛络合物。催化剂的详细结构是本领域技术人员已知的。
任选地，对于阳离子可固化基体，有效量的自由基生成化合物可作为任选试剂加入，例如芳族频哪醇类、安息香烷基醚类、有机过氧化物及其组合。自由基生成化合物便于盐在较低温度下分解。
对于环氧树脂，固化剂例如羧酸-酐固化剂和含有羟基部分的有机化合物可作为任选试剂与固化催化剂一起加入。在这些情况中，固化催化剂可选自但不限于胺类、烷基取代的咪唑、咪唑盐、膦、金属盐、三苯基膦、烷基-咪唑和乙酰丙酮酸铝及其组合。对于环氧树脂，固化剂例如多官能胺类可作为交联剂任选加入。例证性的胺类可包括但不限于乙二胺、丙二胺、1，2-苯二胺、1，3-苯二胺、1，4-苯二胺及含有两个或更多个氨基的任何其它化合物。
对于环氧树脂，例证性的酸酐固化剂通常包括甲基六氢邻苯二甲酸酐、1，2-环己烷二甲酸酐、双环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二甲酸酐、甲基双环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二甲酸酐、邻苯二甲酸酐、均苯四甲酸二酐、六氢邻苯二甲酸酐、十二碳烯基琥珀酸酐、二氯马来酸酐、氯桥酸酐、四氯邻苯二甲酸酐等。
也可使用包含至少两种酸酐固化剂的组合。例证性的实例在“Chemistry and Technology of the Epoxy Resins(环氧树脂化学与技术)”，B.Ellis(编辑)，Chapman Hall，New York，1993和“Epoxy ResinsChemistry and Technology(环氧树脂化学与技术)”，CA.May编辑，Marcel Dekker，New York，第2版，1988中得到描述。
对于加成可固化硅树脂，可加入交联剂例如含有多官能Si-H的硅油，以致于在最终制剂中Si-H与乙烯基摩尔比为0.5-5.0，优选0.9-2.0。
对于加成可固化硅树脂，抑制剂可被任选地包含在内以改性固化分布和达到要求的储存期限。抑制剂包括但不限于膦化合物、胺化合物、异氰尿酸酯、炔醇、马来酸酯及本领域技术人员已知的任何其它化合物。
反应性有机稀释剂也可加入到全部可固化组合物中以降低组合物的粘度。反应性稀释剂的实例包括但不限于3-乙基-3-羟基甲基-氧杂环丁烷、十二烷基缩水甘油醚、4-乙烯基-1-环己烷双环氧化物、二(β-(3，4-环氧环己基)乙基)-四甲基二硅氧烷、各种二烯类(例如1，5-己二烯)、链烯烃类(例如正辛烯)、烯属烃类、苯乙烯类化合物、含有丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的化合物(例如甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷)及其组合。非反应性稀释剂也可加入到组合物中以降低制剂的粘度。非反应性稀释剂的实例包括但不限于低沸点脂族烃(例如辛烷)、甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、1-甲氧基丙基乙酸酯、乙二醇、二甲醚及其组合。
粘合促进剂也可用于全部最终分散体，例如以通常占全部最终分散体的约0.01％重量-约2％重量的有效量使用的三烷氧基有机硅烷类(例如γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、双(三甲氧基甲硅烷基丙基)富马酸酯)。
阻燃剂可以相对于全部最终分散体的量约0.5％重量-约20％重量任选地用于全部最终分散体。阻燃剂的实例包括磷酰胺、三苯基磷酸酯(TPP)、间苯二酚二磷酸酯(RDP)、双酚-a-二磷酸酯(BPA-DP)、有机膦氧化物、卤化环氧树脂(四溴双酚A)、金属氧化物、金属氢氧化物及其组合。
最终分散体组合物可被手动混合或者通过标准混合设备例如料团混合机、链罐混合机(chain can mixers)、行星式混合机、双螺杆挤塑机、2或3辊炼机等混合。分散体组分的共混可以分批、连续或半连续方式通过本领域技术人员使用的任何方法进行。
固化方法可以本领域技术人员已知的任何方法进行。固化可通过以下方法例如热固化、UV光固化、微波固化、电子束固化及其组合进行。固化通常发生在约20℃-约250℃，更通常约20℃-约150℃。固化通常发生在约1大气压(“atm”)-约5吨压力/每平方英寸的压力下，更通常约1大气压-约100磅/每平方英寸(“psi”)的压力下。另外，固化可通常经约30秒-约5小时的时间发生，更通常约90秒-约60分钟。任选地，固化的组合物可在约100℃-约150℃的温度下经约1小时-约4小时的时间进行后固化。
加入官能化纳米微粒用于增加基础聚合物基体的体积导热率以在被放置于任何两个物品之间，尤其是电子元件的部件之间时提供改善的导热率。另外，本发明热界面组合物减少对热流的界面阻力，所述界面阻力本来存在于其间热量如以上描述的那样传输的任何两个元件的表面。本发明热界面组合物可用于电子设备例如计算机、半导体中的器件或者其中需要元件之间热量传输的任何器件。如在图1中图解显示的那样，例如本发明热界面组合物2可放入到半导体芯片3与吸热器1之间以填充任何空气间隙和便于热量传输。本发明热界面组合物层2可薄至20-150微米并且仍然提供要求的作用。应用本发明热界面组合物可通过本领域已知的任何方法达到。常规方法包括丝网印刷、模版印刷、针筒分配及拾取和放置设备。
另一方面，本发明组合物可形成片材并切割为任何要求的形状。在该实施方案中，组合物可有利地用于热界面垫并被放于电子元件之间。
尽管本发明的优选和其它实施方案在此已经得到描述，进一步的实施方案可被本领域技术人员理解而不背离如通过以下权利要求定义的本发明范围。
实施例14.95g分散体组合物由31％重量(％重量基于非官能化胶态SiO2)的甲基丙烯酰氧丙基-三甲氧基硅烷(“MAPTMS”)官能化的胶态SiO2(20nm)丙烯酰氧基封端的聚二甲基硅氧烷(Gelest，DMSU22，MW～1000-1200)组成。另外，将2g MAPTMS、0.13g碘盐(GEsilicones，UV9380c)和45.6g氧化铝(Showa Denka AS 10)共混到分散体组合物中。所加入的氧化铝为全部制剂的86.5％重量。分散体组合物在120℃下固化。测量分散体组合物的导热率并发现在室温下为2.6W/m-K+/-0.05和在100℃下为2.55W/m-K。比较地，当填充86.5％重量氧化铝(过筛平均粒度＝38微米)时，单独丙烯酸酯的导热率在100℃下为约～1.4-1.9w/m-K。参见表1。
实施例2分散体组合物共混有1.82g八(二甲基甲硅烷氧基-T8-硅倍半氧烷)(T8OSiMe2H，Gelest)、0.73g的1，5-六甲基-三硅氧烷(MHDMHGESilicones)、1.53g的1，3-二乙烯基四甲基二硅氧烷(GE Silicone)、1.04g的乙烯基封端聚二甲基硅氧烷(Gelest，MW 9400)DMSV22、合适的催化剂和20g氧化铝(Showa Denka，AS-40和Sumitomo AA04)。以全部制剂的约～80％重量加入氧化铝。分散体组合物在80℃下固化。测量分散体组合物的导热率并发现在室温下为1.99W/m-K+/-0.15和在100℃下为1.70W/m-K+/-0.10。比较地，当填充80％重量氧化铝(平均粒度＝10μm对于AS40和0.4μm对于AA04)时，聚二甲基硅氧烷(“PDMS”)的导热率为约～1.00W/m-K。参见表1。
实施例3分散体组合物经共混含有7g的GE Silicone产品FCS100(含有在1，6-己二醇二丙烯酸酯中的40％重量MAPTMS官能化的胶态SiO2)、0.14g碘盐(GE silicone，UV9380c)和43g氧化铝(ShowaDenka，AS50和Sumitomo AA04)。所加入的氧化铝为全部制剂的86％重量。测量分散体的导热率并发现在室温下为3.35W/m-K+/-0.20W/m-K和在100℃下为3.25W/m-K+/-0.15。比较地，当填充86.5％重量氧化铝(平均粒度＝10μm对于AS50和0.4μm对于Sumitomo)时，丙烯酸酯的导热率在100℃下为约～1.4-1.9w/m-K。参见表1。
表1
a.胶态SiO2重量份为基于cSiO2加上官能团，除非另外指明。官能团的％重量为cSiO2的5-30％，取决于具体官能度以及官能化程度。b.微米填充剂为10-38微米平均粒度的氧化铝。c.具有5-10％的平均试样-试样变化。d.cSIO2的重量份为仅基于二氧化硅(siliconedioxide)含量，并且不考虑官能团的影响。
实施例4最终分散体由脂环族环氧树脂(UVR6105，DOW)中的56％重量苯基三甲氧基硅烷官能化的胶态氧化硅(基于SiO2含量和官能团)、1％重量的碘盐(GE Silicones UV9392c)作为催化剂和0.5％重量苯甲酰频哪醇(Aldrich)组成。分散体在156℃下固化5分钟，经测量得到25℃下0.37W/m-K的导热率。不含纳米微粒的典型环氧化物在25℃下具有0.2-0.25W/m-K的导热率。
实施例5最终分散体由乙烯基封端二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物(polydimethyl-co-diphenyl-siloxanes)(GELEST，PDV1625)中的被苯基三甲氧基硅烷官能化并用六甲基二硅氮烷(HMDZ)进一步封端的22％重量胶态氧化硅组成。胶态氧化硅加上缩合官能团的％重量为～27％。将5.33g该最终分散体与0.04g铂催化剂包(最终制剂中[Pt]＝7.5ppm)和0.14g二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物(polydimethyl-co-methylhydride-siloxanes)(GE Silicone，88466)混合。最终制剂给出可流动物料。以上组合物在150℃下固化1小时，得到具有0.17W/m-K体积导热率的物料。
实施例6制备由10.06g乙烯基封端的二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物(GELEST，PDV1625)、0.38g二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物(GE Silicone，88466)、1.10g苯基三甲氧基硅烷和0.10g催化剂包(最终制剂中目标[Pt]＝7.5ppm)组成的储备溶液。将2.76g该储备溶液与0.44g熔融石英(Denka，平均粒度＝5微米)和0.35g加倍处理的热解硅石(GE Silicone，88318)混合。混合物为不可流动的稠浆。
以上组合物在150℃下固化1小时。在25℃下体积导热率为0.17W/m-K，与实施例5相同。
实施例7将合适量的如在实施例5中描述的最终分散体通过注射器以X模式手工分配于8×8mm铝试样上。然后将第二个铝试样放在上面，将得到的夹心结构置于150℃烘箱中1小时以完成固化。TIM层的粘结层厚度为16.8微米。在25℃下TIM层的有效导热率为0.18W/m-K。TIM层的总热阻为94mm2-K/W。
用在实施例6中描述的制剂形成类似的3-层夹心结构。粘结层厚度为23微米，在25℃下TIM层的有效导热率为0.13W/m-K。TIM层的总热阻为173mm2-K/W。
尽管本发明的优选和其它实施方案在此已经得到描述，进一步的实施方案可被本领域技术人员理解而不背离如通过以下权利要求定义的本发明范围。
权利要求
1.一种热界面组合物，所述组合物包含聚合物基体和纳米微粒的共混物。
2.一种热界面组合物，所述组合物包含可固化聚合物基体和选自有机官能化胶态氧化硅和有机官能化POSS的有机官能化纳米微粒的共混物。
3.权利要求1或2的热界面组合物，其中所述纳米微粒用至少一种有机烷氧基硅烷官能化。
4.权利要求1或3的热界面组合物，其中所述聚合物基体包含可固化聚合物组合物。
5.权利要求1-4中任一项的热界面组合物，所述组合物另外包含微米大小的填充剂。
6.一种增加热量传输的方法，所述方法包括配置热量产生元件(3)与包含聚合物基体和纳米微粒的共混物的热界面组合物(2)接触；和配置吸热器(1)与热界面组合物(2)接触。
7.权利要求6的方法，其中所述配置热量产生元件(3)与热界面组合物(2)接触的步骤包括配置热量产生元件(3)与可固化聚合物基体和纳米微粒的共混物接触，所述纳米微粒选自用至少一种有机烷氧基硅烷官能化的胶态氧化硅和用至少一种有机烷氧基硅烷官能化的POSS。
8.一种电子元件，所述电子元件包含热量产生元件(3)；吸热器(1)；和放入到热量产生元件(3)与吸热器(1)之间的热界面组合物(2)，所述热界面组合物(2)包含聚合物基体和纳米微粒的共混物。
9.权利要求8的电子元件，其中所述热界面组合物(2)包含预成型垫。
10.一种减慢填充有微米大小填充剂的聚合物组合物的相分离的方法，所述方法包括使有机官能化纳米微粒与聚合物组合物共混。
全文摘要
热界面组合物包含与聚合物基体共混的纳米微粒。这样的组合物增加聚合物复合材料的体积导热率以及降低存在于热界面材料与相应的配合表面之间的界面热阻。含有纳米微粒的制剂也比不含有纳米微粒的制剂显示更少的微米大小的微粒相分离。在某些实施方案中，热界面组合物(2)配置在热量产生元件(3)与吸热器之间。
文档编号H05K1/03GK1989614SQ200480043613
公开日2007年6月27日 申请日期2004年5月20日 优先权日2004年5月20日
发明者H·钟, S·拉宾什塔恩 申请人:通用电气公司