導熱界面材料(Thermal Interface Materials，TIM)是由提供柔性的聚合物和提供高導熱性能的導熱填料兩部分混合制備而成，主要用于填充微電子材料表面和散熱器之間的間隙，在電子元件和散熱器間建立有效的熱傳導通道，從而確保器件產生的熱量得以有效散發至外界，使電子設備在安全溫度范圍內工作。

導熱墊片（來源：深圳市德弘電子材料有限公司）

由于有機硅聚合物具有優異的化學穩定性，同時其物理特性（如粘度，模量等）隨溫度變化不明顯，目前絕大多數TIM基體材料都是有機硅樹脂體系，然而，隨著應用的多元化，有機硅TIM材料的一個普遍風險也日漸突出，其在使用過程中容易在散熱器或者基材表面“分泌”出油脂，輕則導致器件外觀缺陷，重則使周圍元器件受到影響而發生電氣故障。因此，如何降低滲油率成為了制備導熱界面材料亟需迎頭解決的一大難題。

導熱硅脂在單機表面發生滲油現象

TIM材料“滋滋冒油”的根本原因

在TIM材料中，有機硅分子鏈段大多都是通過纏結交聯形成網狀結構的，但除此之外還存在一些分子鏈很短的小分子無法通過化學鍵與分子簇形成纏結交聯，導致有機硅膠交聯程度不足，而這些未交聯的小分子硅油在高溫下粘度降低，在表面張力梯度的作用下，毛細流動驅動其以液體形式從TIM材料的主體中溢出，特別小的分子則會以氣態的方式從材料中揮發出來，并在電子元件的表面富集，從而使TIM材料表面產生“滋滋冒油”的現象。

聚合物部分的微觀結構

如何改善滲油現象？

從上述滲油機理可以看出，有機硅導熱界面材料的滲油現與其分子鏈段的交聯程度有關。目前可從有機硅改性、填料改性和填料復配等幾個方面入手改善其滲油現象：

1、有機硅改性

分子鏈段較短的小分子較難與分子簇纏結交聯而成為游離態硅油，通過在基礎油分子結構中引入非極性長支鏈或氟碳長鏈結構，改變基礎油的分子鏈結構，增加聚合物分子鏈纏結。隨著接枝鏈段含量的增加，制得的改性硅油分子量有所增大，大分子物質由于分子間纏繞作用導 致其移動困難，更不易從TIM中“溢出”，滲油現象也就因此改善。

含氟碳長鏈改性硅油的反應過程示意圖 

余良兵等人通過對球形Al₂O₃進行表面處理，在乙烯基有機聚硅氧烷側基中引入長鏈烷基，制得呈半流動膏狀的導熱硅凝膠，其具有導熱性高[熱導率可達5.2～5.4 W/(m·K)]，耐熱性好[150 ℃×90 d老化后的熱導率為5.7～5.9 W/(m·K)]，滲油率低（<0.9%）及施工方便等優點。

2、填料表面改性

由于導熱硅脂中的硅油在使用過程中會通過緩慢移動脫離粉體，導致硅油滲出，因此可采用硅烷偶聯劑對導熱填料進行表面改性，增強兩者的結合強度而改善滲油現象。硅烷偶聯劑是一種同時含有親油基和親水基的表面改性劑，其親水基水解后會與導熱粉體表面的羥基發生脫水縮合反應形成化學鍵，親油端因為與硅油分子相容性較高，互相纏繞在一起，能夠實現填料與有機硅的緊密結合，除了可抑制硅油分子向外擴散，還可以減弱導熱填料的自團聚趨勢，促使導熱填料在聚硅氧烷中分散均勻。

硅烷偶聯劑的改性機理

廖威對h-BN和立方BN進行羥基化處理，使其表面形成硼氧鍵，再在高溫作用下使硼氧鍵與羥基硅油發生交聯形成聚硼硅氧烷凝膠基體，制得一種以BN為導熱骨架網絡的復合智能導熱硅凝膠。該導熱硅凝膠導熱性能優異，熱導率可達12～13 W/(m·K)，在靜止狀態時為一定黏度的流體，可方便涂抹并完全填充間隙。

3、填料復配

隨著填料的填充量的增加，除了會使得單位體積內硅油含量減少，還會增大顆粒間的堆積密度，使未交聯樹脂的滲油路徑變長，而難以從致密的填料結構中滲出。要實現填料的大填充量，可通過不同粒徑、不同形態的導熱填料復配實現：采用不同粒徑的填料復配，大粒徑填料充當骨架，小粒徑填料可以填充在大粒徑填料空隙中，實現致密堆積。而采用不同形貌的填料復配，填料間能夠相互嵌套或互鎖，在堆積時也會更為致密。對于相同填料不同添加量而言，影響因素有兩個，其一，隨著填料的添加量 增大，單位體積樹脂含量減少，未交聯樹脂比例減少導致滲油量減少；

不同粒徑、不同形貌的顆粒堆積

陳冉冉等人以自制長鏈烷基改性硅油和含氟碳長鏈改性硅油作為基體，利用片狀BN填料和類球狀AlN填料的協同作用制得低遷移絕緣導熱硅脂，其熱導率為2.51 W/(m·K),體積電阻率為3.1×1015 Ω·cm, 擊穿電壓為10.1 kV/mm, 分油量為0.099%。

參考來源：

1、陳冉冉,郭成,陳硯朋等.低遷移絕緣導熱硅脂界面材料的制備及其性能研究[J].材料導報.

2、韓蒙蒙,張闊,李敬.有機硅基熱界面材料的研究進展[J].有機硅材料.

3、Sanjay Misra,導熱界面材料的有機硅遷移問題,漢高電子

4、陳冉冉,任曉雯,孫敬文等.低滲油高導熱硅脂界面材料的制備及其性能[J].材料科學與工程學報.

5、廖威.一種復合導熱網絡的導熱硅凝膠及其制備方法.

6、余良兵，劉金明，翁祝強.一種導熱硅凝膠及其制備方法和應用.

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