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

其中，“導(dǎo)熱硅脂”為具有特殊功能的一種產(chǎn)品，它是以硅油為基體，使用導(dǎo)熱性化合物或?qū)崽盍线M(jìn)行填充配制得到的產(chǎn)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(shí)有儲(chǔ)存穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于半導(dǎo)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(zhǎng)時(shí)間使用而不流淌。

導(dǎo)熱硅脂

不過隨著電子器件功率的提高，許多領(lǐng)域都會(huì)對(duì)導(dǎo)熱硅脂的性能做出較高的要求，如DIY電腦主機(jī)時(shí)，若是在CPU和散熱器之間使用的導(dǎo)熱硅脂產(chǎn)品性能普普，那再好的電腦配件也發(fā)揮不出應(yīng)有的性能。那么到底該如何制備一支優(yōu)秀的導(dǎo)熱硅膠呢？

備注：“導(dǎo)熱凝膠”和“導(dǎo)熱硅脂”是兩種不同的產(chǎn)品，前者是直接把導(dǎo)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(lián)成超長(zhǎng)鏈大分子，然后再和導(dǎo)熱填料混合。

導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱凝膠的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)比

提高導(dǎo)熱硅脂性能的要點(diǎn)

導(dǎo)熱硅脂一般至少由兩部分構(gòu)成，通常是由四個(gè)部分組成：基體硅油、填料、穩(wěn)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(zhǎng)鏈烷基硅油和氟烴基硅油等。常見硅油及特點(diǎn)如下：二甲基硅油，用于輕潤(rùn)滑及密封；甲基苯基硅油，用于低/高溫潤(rùn)滑用；長(zhǎng)鏈烷基硅油，用于塑料潤(rùn)滑及鋼-鋼潤(rùn)滑；氟烴基硅油，用于高溫潤(rùn)滑，耐化學(xué)藥品。

通過選擇熱導(dǎo)性能更好的填料是提高導(dǎo)熱硅脂性能的重要途徑之一。常見的導(dǎo)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(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱性能主要靠填料改善，所以填料的選擇和加工非常關(guān)鍵！根據(jù)林菊香等的研究，在導(dǎo)熱硅脂的制備過程中，可從以下途徑提高產(chǎn)品的散熱性。

①控制導(dǎo)熱填料復(fù)配比例

采用合適的大中小粒徑填料搭配，可實(shí)現(xiàn)硅脂黏度控制，且達(dá)到提高填充量的目的，從而提高熱導(dǎo)率。這是因?yàn)槎喾N粒徑復(fù)配可以使大小粒徑導(dǎo)熱填料堆積更加緊密，形成更多導(dǎo)熱通路。且小粒徑填充于大粒徑之間的間隙中能實(shí)現(xiàn)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(bǔ)導(dǎo)熱填料間的空隙，不僅能夠降低導(dǎo)熱硅脂的熱阻，還能降低硅油的爬油傾向，使導(dǎo)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(duì)填料進(jìn)行篩選，除去大粒徑填料，控制最大粒徑。通過對(duì)填料進(jìn)行卡斷處理能很好地控制填料粒徑分布，當(dāng)采用粒徑集中且分布窄的填料復(fù)配時(shí)，能更容易填充填料間隙，實(shí)現(xiàn)不同粒徑的級(jí)配效果，形成良好導(dǎo)熱通路，減少接觸熱阻，獲得熱阻率更低的導(dǎo)熱硅脂。

③控制硅油黏度

林菊香發(fā)現(xiàn)，以黏度500 mPa·s與100 mPa·s聚二甲基硅氧烷復(fù)配，可在高填充低黏度的前提下，降低硅脂的滲油率，同時(shí)有助于減少或避免油粉相分離的發(fā)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(dǎo)熱與滲油性能，獲得具有超低熱阻的觸變型導(dǎo)熱硅脂，并利用其流變特性能夠提升導(dǎo)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(shí)間，可確保填料被硅烷偶聯(lián)劑牢固的包覆，實(shí)現(xiàn)粉體穩(wěn)定均勻改性，不但可以降低體系黏度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)填料之間良好的間隙填充，獲得導(dǎo)熱與印刷性能優(yōu)異的導(dǎo)熱硅脂。

結(jié)語

總之，要獲得性能優(yōu)秀的導(dǎo)熱硅脂需要考慮多方面因素，比如說填料在導(dǎo)熱硅脂中體現(xiàn)出來的導(dǎo)熱能力就不僅與材料本身的熱導(dǎo)率有關(guān)，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(rùn)程度等因素密切相關(guān)。

資料來源：

林菊香. 超低熱阻觸變型導(dǎo)熱硅脂的制備與性能研究[J]. 有機(jī)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(dǎo)熱硅脂研究進(jìn)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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