導熱界面材料（TIM）是常用于IC封裝和電子散熱的導熱產品，如我們熟悉的手機、平板和電腦等中就常見它們的身影。

其中，“導熱硅脂”為具有特殊功能的一種產品，它是以硅油為基體，使用導熱性化合物或導熱填料進行填充配制得到的產品，具有剪切變稀的特性，在使用過程中具有更好的刮涂性，有利于涂膠操作，同時有儲存穩定性好等優點，被廣泛用于半導體元器件與散熱板或散熱器之間的填充或涂布，可在200 ℃以上長時間使用而不流淌。

導熱硅脂

不過隨著電子器件功率的提高，許多領域都會對導熱硅脂的性能做出較高的要求，如DIY電腦主機時，若是在CPU和散熱器之間使用的導熱硅脂產品性能普普，那再好的電腦配件也發揮不出應有的性能。那么到底該如何制備一支優秀的導熱硅膠呢？

備注：“導熱凝膠”和“導熱硅脂”是兩種不同的產品，前者是直接把導熱填料和短鏈小分子硅樹脂（俗稱硅油）混合；后者是先把那些硅油小分子交聯成超長鏈大分子，然后再和導熱填料混合。

導熱硅脂、導熱凝膠的微觀結構對比

提高導熱硅脂性能的要點

導熱硅脂一般至少由兩部分構成，通常是由四個部分組成：基體硅油、填料、穩定劑及其他添加劑。常用作基油的有二甲基硅油、甲基苯基硅油、長鏈烷基硅油和氟烴基硅油等。常見硅油及特點如下：二甲基硅油，用于輕潤滑及密封；甲基苯基硅油，用于低/高溫潤滑用；長鏈烷基硅油，用于塑料潤滑及鋼-鋼潤滑；氟烴基硅油，用于高溫潤滑，耐化學藥品。

通過選擇熱導性能更好的填料是提高導熱硅脂性能的重要途徑之一。常見的導熱填料主要有：(1)金屬類，常見比如銀、銅、鋁等；(2)陶瓷類，氮化硼、氮化鋁、氮化硅、氧化鋁、氧化鋅、氧化鈹、二氧化硅等；(3)碳素類，比如石墨、石墨烯、碳納米管、炭黑等。

由于導熱硅脂的導熱性能主要靠填料改善，所以填料的選擇和加工非常關鍵！根據林菊香等的研究，在導熱硅脂的制備過程中，可從以下途徑提高產品的散熱性。

①控制導熱填料復配比例

采用合適的大中小粒徑填料搭配，可實現硅脂黏度控制，且達到提高填充量的目的，從而提高熱導率。這是因為多種粒徑復配可以使大小粒徑導熱填料堆積更加緊密，形成更多導熱通路。且小粒徑填充于大粒徑之間的間隙中能實現更高填充比例，形成更緊密的堆積。

此外小粒徑填料的添加還能填補導熱填料間的空隙，不僅能夠降低導熱硅脂的熱阻，還能降低硅油的爬油傾向，使導熱硅脂的滲油率更低。

②填料卡斷處理

卡斷處理是指采用篩分手段對填料進行篩選，除去大粒徑填料，控制最大粒徑。通過對填料進行卡斷處理能很好地控制填料粒徑分布，當采用粒徑集中且分布窄的填料復配時，能更容易填充填料間隙，實現不同粒徑的級配效果，形成良好導熱通路，減少接觸熱阻，獲得熱阻率更低的導熱硅脂。

③控制硅油黏度

林菊香發現，以黏度500 mPa·s與100 mPa·s聚二甲基硅氧烷復配，可在高填充低黏度的前提下，降低硅脂的滲油率，同時有助于減少或避免油粉相分離的發生。另外，通過提升小粒徑粉體的添加量，降低硅脂界面熱阻，也能有效改善其導熱與滲油性能，獲得具有超低熱阻的觸變型導熱硅脂，并利用其流變特性能夠提升導熱硅脂的抗垂流開裂能力以及耐老化性能。

④捏合工藝溫度

通過采用適合的捏合溫度和時間，可確保填料被硅烷偶聯劑牢固的包覆，實現粉體穩定均勻改性，不但可以降低體系黏度，同時實現填料之間良好的間隙填充，獲得導熱與印刷性能優異的導熱硅脂。

結語

總之，要獲得性能優秀的導熱硅脂需要考慮多方面因素，比如說填料在導熱硅脂中體現出來的導熱能力就不僅與材料本身的熱導率有關，還與其在體系中的填充量、堆砌緊密程度以及填料與硅油的浸潤程度等因素密切相關。

資料來源：

林菊香. 超低熱阻觸變型導熱硅脂的制備與性能研究[J]. 有機硅材料,2023,37(6):28-35. DOI:10.11941/j.issn.1009-4369.2023.06.006.

李金洪,吳林健. 導熱硅脂研究進展[J]. 廣東化工,2021,48(11):66,68. DOI:10.3969/j.issn.1007-1865.2021.11.034.

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