CN101035876A - 导热性组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
导热性组合物，其包含在聚合物基质中的、平均纵横比小于2.0的球形氮化硼填料颗粒。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求了2004年8月23日提交的美国临时专利申请序列号60/603777和2005年3月14日提交的美国临时专利申请序列号60/661395的优先权，这些专利申请在此全部引入作为参考。
发明领域
本发明涉及一种用于电子应用的导热性组合物。
发明背景
特别是在个人电脑中，从电子器件中除去热已经变得日益重要。随着渐增的处理速度和微型化的趋势，微处理器的热流量显著增加。当微处理器的温度升高时，个人电脑发生故障的可能性也增加。必须将过量的热除去并且将处理器保持在一定的温度下。增强的除热需要复杂的热处理技术以促进除热。一种技术涉及到使用一些形式的散热元件例如散热器、散热片、盖子、热导管等以引导热远离电子系统中的高温区域。散热元件是一种由高导热率材料例如铜、铝、碳化硅、金属合金、聚合物复合材料和陶瓷复合材料等形成的结构，其与发热元件机械连接以有助于除热。散热元件的表面和发热元件的表面很少极其平整或光滑，因此在这些表面之间存在气隙。这些气隙降低了散热元件作为热处理器件的有效性和价值。
已经开发出作为用于电子元件并且在电子元件之间的界面材料，即在气隙中的放置材料的聚合物组合物。在一个例子中，将导热性组合物放置在传热表面之间作为热粘合材料。在另一个例子中，将该组合物用作倒装晶片组件(“FCs”)等中的下填充物。在仍然另一个例子中，聚合物材料用作电子模块组件中的包封器件。导热性组合物的另一个例子是固化的聚合物凝胶组分和填料组分的混合物。在另一个例子中，该组合物由于其低的耐热性而为含有导热性填料的油脂形式。油脂本身发挥了导热性。在另一个实施方案中，该组合物为包含有机树脂和填料例如氮化硼的导热性片材的形式。该导热性片材可以为热衬垫、相变薄膜、热胶带(tape)等的形式。
用于以上界面应用的聚合物组合物的所希望的性能包括：低的热阻率、稳定的耐热性，并且对于粘合剂而言为与各种接触材料高的粘合强度、在可靠性应力暴露—包括热循环、热冲击、高温储存测试和高温/高湿度储存测试期间保持粘结完整性、不含空隙的粘合层(bond line)、高达200℃的热稳定性，适用于分散、丝网印刷、雕版印刷或本领域那些技术人员已知的任何其他应用方法的糊剂粘度，和长时间几乎没有粘度变化的聚合物-导热性填料分散稳定性。在专利公开物EPA322165中披露了一种导热性组合物，其中约130-260微米的中等粒度的氮化硼被以20-60体积％的范围用作填料。
在另一个参考文献WO2003027207A1中披露了通过掺入基本球形的氮化硼作为导热性填料，相变薄膜可以在厚度方向上具有比在使用片状氮化硼颗粒的情形中更高的导热性以及在相变之前降低的初始耐热性。使用的“球形”氮化硼颗粒例如PT620和PT670被定义为具有1-5的纵横比(aspectratio)。这些实际上是不规则形状的颗粒并且不全是球形。如本领域中使用的那样，“纵横比”被定义为颗粒的大直径与小直径的比例，即表示颗粒形状是否近似于球形的指数。超过2的纵横比表示与球形不相似、导致紊乱流动的形状的颗粒。尽管并不关键，但该纵横比的下限优选接近于1。
美国专利No.6,713,088披露了包含球形的氮化硼薄片附聚物的球形氮化硼粉末，其中该球形氮化硼附聚物通过有机粘结剂粘结在一起并且然后将该附聚物或颗粒喷雾干燥以具有大于约1微米的平均直径。美国专利No.6,652,822披露了“固体”球形氮化硼颗粒，其中该固体球形氮化硼颗粒通过以下方式生成：通过等离子体将悬浮于气溶胶气体中的氮化硼前体颗粒熔融，并且当冷却和固化时形成固体球形氮化硼产品颗粒。
本发明提供一种包含聚合物基质和作为填料的球形氮化硼附聚物的共混物、在电子应用中以油脂(grease)、粘合剂、凝胶、相变材料、衬垫、胶带、薄片等形式用作热界面材料的新的导热性组合物。
发明概述
本发明涉及一种导热性组合物，其包含聚合物基质和作为填料的球形氮化硼附聚物的共混物，其中该球形氮化硼附聚物由通过粘合剂粘结在一起的不规则非-球形BN颗粒形成并且随后喷雾干燥，并且具有小于2的平均纵横比。
在本发明的一个方面中，提供了这样一种导热性组合物，其包含聚合物基质和作为填料的平均纵横比小于2的球形氮化硼附聚物的共混物，其中该聚合物基质选自聚烯烃、多元醇酯、有机硅氧烷、选自以下物质的可固化材料：聚二甲基硅氧烷、环氧化物、丙烯酸酯、有机聚硅氧烷、聚酰亚胺、碳氟化合物、苯并环丁烯、氟化聚烯丙醚、聚酰胺、聚亚氨基酰胺、氰酸酯、酚醛树脂、芳族聚酯、聚亚芳基醚、双马来酰亚胺、氟树脂，和其组合。
发明详述
本发明的导热性组合物可以包括以活动薄膜(free-standing film)形式或带有载体的相变材料(“PCM”)、热衬垫或片材、油脂、凝胶、熔剂(flux)、粘合剂或胶带的各种形式用于热处理应用。PCMs是在室温即约25℃下自支承并且形态稳定，处于固体、半固体、玻璃态或结晶第一相或者易于处理的状态但在升高的温度下基本顺应(comformable)的材料。例如，在电子元件的工作温度下，PCMs将软化或液化而形成粘稠但可流动的适应于界面的相。
本发明的组合物包含在界面材料基质中的球形氮化硼附聚物填料。在一个实施方案中，该组合物包含任选的组分例如分散剂、其他类型的填料等。
球形氮化硼填料组分A：本文中使用的“球形氮化硼”通常是指球形几何形状的、由通过粘合剂粘结在一起的不规则非-球形BN颗粒形成并且随后喷雾干燥的固体附聚颗粒。在一个实施方案中，任选地将球形氮化硼加热至1800-2100℃。
粘合剂的例子包括水溶性丙烯酸系物质、乙酸酯、聚羧酸、硅烷等。球形氮化硼粉末可从GE Advanced Ceramics of Strongsville，Ohio商购获得。用于本发明的导热性组合物的球形氮化硼填料的描述可以在美国专利6,713,088中找到。
在一个实施方案中，粘合剂是选自硼、铝、硅、稀土和碱土金属元素的氧化物(例如氧化硼)的无机粘合剂和/或有机粘合剂的残余物，即其分解产物。在另一个实施方案中，粘合剂是选自但不限于以下物质的有机粘合剂：丙烯酸系物质、丙烯酸或甲基丙烯酸的C1-C4烷基酯，例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸异丁酯；丙烯酸或甲基丙烯酸的羟基烷基酯，例如丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酸羟丙酯；丙烯酰胺和烷基取代的丙烯酰胺，包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-叔丁基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺和N，N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酸二甲基氨乙酯、甲基丙烯酸二甲基氨乙酯；丙烯腈、甲基丙烯腈和聚乙烯醇。
在一个实施方案中，一定比例的BN颗粒具有由粘合剂或其分解产物以粘合剂：氮化硼约为0.00170-0.008的摩尔比组成的表面层。
在一个实施方案中，可以通过采用颚式破碎、辗压破碎和/或细磨方法的任意组合将如美国专利No.6,713,088中制备的喷雾干燥的球形氮化硼附聚物减小至所希望的尺寸范围。可以将大于目标粒度的粗附聚物再粉碎和筛分直到它们处于目标尺寸分布中。在一个实施方案中，喷雾干燥的球形氮化硼附聚物可以进行冷压或等静压加工以形成具有所希望的结晶性能的新的、长的团块或丸粒。在压制之后，将该新的、长的团块或丸粒再次粉碎。可以将该压制和粉碎步骤重复任何数目的次数，以改进所得的用于本发明的导热性组合物的球形BN原料粉末的晶体尺寸、粒度、粒度分布。
在仍然另一个实施方案中，可以在用于本发明的导热性组合物之前将如美国专利No.6,713,088中制备的喷雾干燥的球形氮化硼附聚物烧结。该烧结操作有助于无定形相的晶体生长和结晶，以造成最终BN产品的密度降低，正如Hagio等在“Sintering of the Mechanochemically Activated Powders ofHexagonal Boron Nitride”，Communications of the American Ceramic Society，72卷，8期，1482-1484页(1989)中提出的那样。
在仍然另一个实施方案中，可以将喷雾干燥的球形氮化硼附聚物如同接收的那样使用或者可以在用于本发明的导热性组合物之前表面处理。该表面处理可以使BN颗粒表面与基质聚合物相容，并且可以因此降低BN填充的材料的粘度。
填料处理包括，但不限于，采用本领域那些技术人员普遍采用的方法包括例如披露于EP0424094A1和美国专利No.5,681,883中的那些的球磨、气流粉碎、通过步骤例如用化学物质如硅氮烷、硅烷醇、硅烷或硅氧烷化合物，含有烷氧基、羟基或Si-H基团的聚合物或者现有技术中其他普遍使用的填料处理试剂将填料处理的化学或物理涂覆或包封。
在一个实施方案中，用钛酸酯(盐)和/或锆酸酯(盐)偶联剂例如三异硬脂酰基钛酸异丙酯(isopropyl triisosteroytitanate)处理球形氮化硼附聚物。在第二个实施方案中，用苯甲酸衍生物例如酯、酰胺、酸酐和酸氯将球形氮化硼附聚物表面处理。在一个实施方案中，用对位-官能化苯甲酸处理该附聚物。
在仍然另一个实施方案中，用酰氧基-、烷氧基-、甲氧基硅烷或其组合的至少一种处理球形氮化硼附聚物。在一个实施方案中，用烷氧基硅烷处理球形氮化硼。在另一个实施方案中，该烷氧基硅烷是选自以下物质的甲氧基硅烷：甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、有机硅烷酯三[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]异氰脲酸酯、双[(三甲氧基甲硅烷基)丙基]胺和γ-脲基丙基三甲氧基硅烷。
在一个实施方案中，可以用至多为最终的球形硼附聚物的10wt％的涂层涂覆喷雾干燥的球形BN附聚物。在一个实施方案中，该涂层为球形硼附聚物的0.5-5wt％的数量。涂覆剂的一个例子是在酸官能团中含有憎水性基团和端基的有机表面活性剂。涂覆剂的另一个例子是一种含有亲水性基团并且另一种含有憎水性基团的至少两种表面活性剂的混合物。在另一个实施方案中，该涂覆剂或表面活性剂是失水山梨糖醇(sorbitan)二酯和失水山梨糖醇单酯的组合。在一个例子中，涂层是失水山梨糖醇酐(sorbitan anhydride)的单酯，例如单硬脂酸失水山梨糖醇酯、单月桂酸失水山梨糖醇酯、单油酸失水山梨糖醇酯和单棕榈酸失水山梨糖醇酯。在一个实施方案中，在如JP59-133360披露的方法中，涂覆材料包含厚度为1-100微米的金属粉末例如铜或其合金。
在本发明的一个实施方案中，氮化硼附聚物具有平均纵横比为1-约2的基本球形。在第二个实施方案中，附聚物的平均纵横比为1-约1.5。在第三个实施方案中，平均纵横比为1-约1.3。在第四个实施方案中，平均纵横比为1-约1.25。在第五个实施方案中，平均纵横比小于约1.1。
在一个实施方案中，喷雾干燥的球形氮化硼附聚物具有直径(该球形附聚物的直径)约1微米-约150微米的大体上的球形。在另一个实施方案中，球形氮化硼附聚物具有约20-100微米的平均直径。在第三个实施方案中，球形氮化硼附聚物具有约30-70微米的平均直径。在第四个实施方案中，球形氮化硼附聚物具有约70-100微米的平均直径。
在本发明的一个实施方案中，以附聚物形式的喷雾干燥的球形氮化硼粉末具有约0.3g/cc-0.7g/cc的振实密度。在另一个实施方案中，球形氮化硼粉末具有约0.4g/cc-0.7g/cc的振实密度。在第三个实施方案中，球形氮化硼粉末具有约0.2g/cc-0.6g/cc的振实密度。
在本发明的组合物的仍然另一个实施方案中，使用的填料是具有不小于6.5MPa.cc/g的断裂强度：包封密度(envelope density)比的喷雾干燥的球形氮化硼粉末。采用附聚物的压缩试验并且将强度分布定量化，即用50％的幸存可能性(survial probability)测量附聚物可以承受的中值负荷来(medianload)评价附聚物的强度。可以采用由Itasca，EL的Shimpo Intruments获得的名为FGE-50的Shimpo Force Gage或者类似的仪器来测量将颗粒粉碎所需的力。
在一个实施方案中，将球形氮化硼附聚物填料以对于预期应用所希望的导电性和EMI屏蔽效应而言足够的数量使用。在大多数应用中，该EMI屏蔽效应在约10MHz-10GHz的频率内为至少10dB。
在另一个实施方案中，球形氮化硼附聚物填料以这样的数量使用：足以在不影响导热性组合物的其他所希望的性能的条件下提供导热率至少约0.5W/m-K和按照ASTM 5470测量为小于约1℃in2/W的热阻抗的导热性组合物。
在仍然另一个实施方案中，该数量足以使导热性组合物在约25-30℃下具有小于约1500万cps的粘度。在另一个实施方案中，球形氮化硼和其他填料例如银等的数量足以使导热性组合物具有不大于约1Ω-cm的体积电阻率。
在一个实施方案中，球形氮化硼在组合物中以5-95wt％的量用作填料。在另一个实施方案中，球形氮化硼以15-约90wt％的量存在。在第三个实施方案中，处于约35-85wt％的范围内。在第四个实施方案中，处于10-45wt％的数量。
“基质”或“界面”材料组分B 球形氮化硼附聚物和任选的组分例如填料、分散剂等被掺入基质材料。该基质组分起到了导热性组合物的基础的作用。本文中使用的术语“基质”可以与术语“界面”互换使用。
在一个实施方案中，该基础基质是聚合物材料。合适的基质材料包括，但不限于，聚二甲基硅氧烷树脂、环氧树脂、丙烯酸酯树脂、其他有机官能化聚硅氧烷树脂、聚酰亚胺树脂、碳氟化合物树脂、苯并环丁烯树脂、氟化聚烯丙醚、聚酰胺树脂、聚亚氨基酰胺树脂、甲酚酚醛树脂(phenol cresolresins)、芳族聚酯树脂、聚亚苯基醚(PPE)树脂、双马来酰亚胺树脂、氟树脂，其的混合物和本领域那些技术人员已知的任何其他聚合物体系。(对于常用的聚合物，参见“Polymer Handbook：，Branduf，J.，；Immergut，E.H；Grulke，Eric A；Wiley Interscience Publication，New York，第4版(1999)”；“Polymer Data Handbook Mark，James Oxford University Press，NewYork(1999))。树脂还可以包括可固化的热塑性物质。
在一个实施方案中，该基质组分包含在长时间内具有稳定的导热性的有机硅组合物，即不会随着时间的流逝而渗油以致于散热性能降低的一类。一个例子是触变度(thixotropicity degree)为1.03-1.5并且25℃下的粘度为100-1,000,000mm2/s的有机聚硅氧烷。在一个实施方案中，该有机聚硅氧烷是聚二甲基硅氧烷、聚烷基硅氧烷、聚二甲基-共-甲基苯基硅氧烷、聚二甲基-共-二苯基硅氧烷或官能化有机聚硅氧烷流体。在另一个实施方案中，该有机聚硅氧烷通过在铂催化剂的存在下在分子中含有两个或多个链烯基的有机聚硅氧烷与含有两个或多个SiH基团的氢有机聚硅氧烷之间的加成反应获得。
在一个实施方案中，该基质组分包含包括有乙烯基封端的硅氧烷、交联剂和催化剂的有机硅树脂混合物。该界面材料特征在于是顺应的并且可交联。本文中使用的术语“顺应”包括材料在室温下屈服并且可成形的性能，这与在室温下为固体并且不屈服相对。本文中使用的术语“可交联”是指仍然没有交联的那些材料或化合物。
有机硅树脂混合物的例子包括乙烯基有机硅、乙烯基Q树脂、氢化物官能硅氧烷和铂-乙烯基硅氧烷的混合物。可以在室温或升高的温度下将该树脂混合物固化以形成顺应的弹性体。该反应通过在催化剂例如铂络合物、铑络合物或镍络合物的存在下乙烯基官能硅氧烷与氢化物官能硅氧烷的氢化硅烷化(加成固化)。
在一个实施方案中，该基础基质包含热固性树脂或可固化材料。这包括，但不限于有机硅树脂、环氧树脂、丙烯酰氧基树脂，或其任意组合。在一个实施方案中，基质组分是在混合下当固化时固化成不流动固体的可分散制剂。当固化时获得了最终的导热和电绝缘性能。
在一个实施方案中，该可固化基质包括可通过自由基聚合、原子转移自由基聚合、硝基氧介入的自由基聚合、可逆的加成-片断转移聚合(reversible addition-fragmentation transfer polymerization)、开环聚合、开环易位聚合、阴离子聚合、阳离子聚合或者本领域那些技术人员已知的任何其他方法形成交联网状结构的丙烯酸酯树脂、环氧树脂、聚二甲基硅氧烷树脂、其他有机官能化聚硅氧烷树脂，和其混合物。合适的可固化有机硅树脂包括，例如描述于“Chemistry and Thchnology of Silicone”，Noll，W.；Academic Press 1968中的加成固化和缩合固化基质。
可以通过本领域那些技术人员已知的任何方法进行固化过程。可以通过这些方法进行固化，例如热固化、UV光固化、微波固化、电子束固化、用自由基引发剂引发的自由基固化，和其组合。典型的自由基引发剂可以包括，但不限于，有机过氧化物(例如过氧化苯甲酰)、无机过氧化物(例如过氧化氢)、有机或无机偶氮化合物(例如2，2’-偶氮二异丁腈)、硝基氧(例如TEMPO)或其组合。
基质材料的固化通常在约20℃-约250℃，更通常约50℃-约150℃的温度下进行。在一个实施方案中，以使得固化温度约10℃-约200℃来选择树脂。固化通常在约1大气压(atm)-约5000磅压力/平方英寸，更通常约1atm-约100磅/平方英寸(psi)的压力下进行。另外，固化可以通常进行约30秒-约5小时，更通常约90秒-约120分钟的时间。任选地，可以在120℃-150℃的温度下将固化的组合物后固化约1小时-约4小时。
在一个实施方案中，该基质组分包含普通的环氧树脂例如多官能环氧树脂。普遍地，基于全部环氧树脂组分的重量，该包含数量约15-约75wt％，例如约40-约60wt％的多官能环氧树脂。在双酚-F型环氧树脂的情形中，希望的是其的数量将为全部环氧树脂组分的约35-约65wt％，例如约40-约50wt％。这里使用的合适的酸性熔剂包括：松香酸、己二酸、抗坏血酸、丙烯酸、柠檬酸、2-呋喃酸(2-furanoic acid)、苹果酸、水杨酸、戊二酸、庚二酸、聚丙烯酸，和有机酸例如酚和其衍生物，以及磺酸例如甲苯磺酸。这里使用的合适的酐化合物包括：单-和多酐例如六氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、桥亚甲基四氢化邻苯二甲酸酐(nadic methyl anhydride)、3，3’，4，4’-二苯甲酮四羧酸二酐(“BTDA”)、均苯四酸二酐等。潜性固化剂组分选自一旦出现触发情况例如达到一定的温度则能够催化环氧树脂组分聚合的材料。
在将环氧树脂用作该界面材料的基础材料的情况下，可以将硬化剂例如羧酸酐固化剂和含羟基部分的有机化合物作为任选的试剂与固化催化剂一起加入。在使用环氧树脂的情况下，固化催化剂可以选自，但不限于，胺、烷基取代的咪唑、咪唑鎓盐、膦、金属盐、三苯基膦、烷基咪唑和乙酰丙酮酸铝、碘鎓化合物和其组合。对于环氧树脂而言，可以任选地将固化剂例如多官能胺掺入作为交联剂。例举的胺可以包括，但不限于乙二胺、丙二胺、1，2-亚苯基二胺、1，3-亚苯基二胺、1，4-亚苯基二胺，和含有两个或多个氨基的任何其他化合物。
本发明的导热性组合物可以是其中将所有组分一起混合的单组分类型，或者双组分类型。在一个实施方案中，基质组分包含B阶段可固化组合物。
在一个实施方案中，B阶段可固化组合物可以包含在第一温度下可热固化的第一组分；在高于第一温度的第二温度下可热固化或者当在电磁波谱中暴露于辐射时可固化的第二组分；和用于固体可固化组分的热固化催化剂。当选择合适的温度条件用于进行固化时，使用热固化催化剂以降低在其下进行固化的温度或者加快固化程度。在第二个实施方案中，B阶段可固化组合物是在第一温度下可硬化成固体物质，并且然后在第二和更高的温度下或者当在电磁波谱中暴露于辐射时可以完全固化的一类。
作为固体可热固化组分，可以使用环氧化物、环硫化物、马来酰亚胺、衣康酰亚胺和桥亚甲基四氢化邻苯酰亚胺(nadimide)。固态的环氧树脂可以包括单官能环氧化合物。在用于底层填料应用的一个实施方案中，基质组分是较低的水分吸收量和更好地匹配基材的热膨胀系数(“CTE”)的环氧基化合物。环氧树脂的例子包括酚醛化合物的聚缩水甘油基衍生物，例如可在EPON商标下从Resolution Performance获得的那些，例如EPON 1009F。胺、胺醇和聚羧酸的聚缩水甘油基加合物也可用作固体可固化组分。作为液体可固化组分，可以使用环氧化物、环硫化物、马来酰亚胺、桥亚甲基四氢化邻苯酰亚胺、衣康酰亚胺、(甲基)丙烯酸酯、马来酸酯、富马酸酯、乙烯基醚、乙烯酯、烯丙基酰胺、苯乙烯和其衍生物、聚(亚链烯基)、降冰片基物质、硫代烯(thiolene)等。热固化催化剂可以选自自由基催化剂、阴离子固化剂、阳离子固化剂，和其组合。
在将一个基材例如芯片(chip die)连接在另一个基材例如电路板或另一个芯片上的应用中，首先将B阶段可固化组合物涂覆在至少一个基材表面上，然后将其暴露在有利于将组合物轻度交联的条件下，由此形成B阶段可固化薄膜。可以将带有B阶段可固化薄膜的基材储存直到准备用于连接在第二个基材上。然后可以将B阶段可固化薄膜暴露于足以使固体薄膜熔融的温度条件下，并且然后可以在该温度下固化完全，由此将两个基材表面连接在一起以形成其中B阶段可固化组合物介于两个基材表面之间的3层结构。
固化催化剂：对于包含可固化材料的基质组分而言，该基质组分还可以进一步包含至少一种催化剂。该催化剂选自任何种类的可与用于基质组分的可固化树脂相容的催化剂。在使用环氧树脂的情况下，可以将硬化剂例如羧酸酐固化剂和含羟基部分的有机化合物作为任选的试剂与固化催化剂一起加入。对于环氧树脂而言，例举的酐固化剂通常包括：甲基六氢邻苯二甲酸酐、1，2-环己烷二羧酸酐、双环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二羧酸酐、甲基双环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二羧酸酐、邻苯二甲酸酐、均苯四酸二酐、六氢邻苯二甲酸酐、十二碳烯基琥珀酸酐、二氯马来酸酐、氯菌酸酐、四氯邻苯二甲酸酐等。还可以使用包含至少两种酐固化剂的组合。说明性例子描述于“Chemistry and Technology of the Epoxy Resin”B.Ellis(出版)Chapman Hall，New York，1993和“Epoxy Resins Chemistry and Technology”，由C.A.May编辑，Marcel Dekker，NewYork，第2版，1988中。另外的催化剂包括：胺、烷基取代的咪唑、咪唑鎓盐、膦、金属盐、三苯基膦、烷基咪唑和乙酰丙酮酸铝、碘鎓化合物、鎓盐和其组合。对于环氧树脂而言，可以任选地将固化剂例如多官能胺或醇掺入作为交联剂。例举的胺可以包括，但不限于乙二胺、丙二胺、1，2-亚苯基二胺、1，3-亚苯基二胺、1，4-亚苯基二胺，和含有两个或多个氨基的任何其他化合物。例举的醇可以包括，但不限于，酚醛树脂、酚醛清漆体系、双酚，和含有两个或多个羟基的任何其他化合物，或者本领域一个普通技术人员已知的其他物质。
在使用丙烯酸酯的情况下，固化催化剂可以选自，但不限于，阳离子固化引发剂例如碘鎓化合物或鎓盐，或自由基固化引发剂例如过氧化物或偶氮化合物，或者本领域一个普通技术人员已知的其他物质。在使用缩合固化的硅氧烷树脂的情况下，可以使用任选的路易斯酸性催化剂例如有机金属锡化合物(例如Sn(乙酸盐)2)。另外，对于作为基础基质材料的加成可固化有机硅树脂而言，催化剂包括含有8-10族过渡金属(即钌、铑、铂、钯)络合物的化合物。优选地，用于加成可固化有机硅树脂的催化剂是铂络合物。优选的铂络合物包括，但不限于，细的铂粉、金属黑、吸附在固体载体例如氧化铝、二氧化硅或活性炭上的金属、氯铂酸、金属四氯化物、与烯烃或链烯基硅氧烷例如二乙烯基四甲基二硅氧烷和四甲基四乙烯基环四硅氧烷络合的金属化合物，和其组合。
可以加入催化剂抑制剂以改进加成可固化有机硅树脂的固化形式并且获得所希望的组合物的储存寿命。合适的抑制剂包括，但不限于，膦或亚磷酸酯化合物、硫化合物、胺化合物、异氰脲酸酯、炔醇、马来酸酯和富马酸酯，和其混合物，以及本领域那些技术人员已知的其他化合物。合适的抑制剂的一些代表性例子还包括异氰脲酸三烯丙酯、2-甲基-3-丁炔-2-醇、三苯基膦、三(2，4-二(叔)丁基苯基)亚磷酸酯、马来酸二烯丙酯、二乙基硫化物和其混合物。
包含有机-无机杂化物的基质组分。在另一个实施方案中，聚合物基质可以是有机-无机杂化物(hybrid)基质。杂化物基质包括含有化学连接的主族金属元素(例如铝、镁、镓、铟)、主族半-金属元素(例如硼、锗、砷、锑)、磷、硒、过渡金属元素(例如铂、钯、金、银、铜、锌、锆、钛、钌、镧等)或无机成束剂(cluster)(其包括，但不限于，多面体低聚倍半硅氧烷、纳米金属氧化物、纳米二氧化硅、涂覆有金属氧化物的纳米金属颗粒，和纳米金属颗粒。)的任何聚合物。有机-无机杂化物聚合物基质可以涉及到，但不限于，含有可聚合基团例如链烯基、烯丙基、Si-H、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯系、异氰酸酯、环氧化物和本领域那些技术人员已知的其他常见基团的有机单体、低聚物或聚合物与含有可聚合基团的无机成束剂或有机金属化合物之间的共聚产物。有机-无机杂化物基质还包括这样的情形：其中无机成束剂或有机金属化合物不含可聚合官能团，但可以通过其的表面OH或其他官能团成为聚合物网状结构的一部分。
这里使用的“化学连接”是指通过共价键、离子相互作用、离子-共价键、配价键或氢键的连接。有机-无机杂化物聚合物基质可以涉及到，但不限于，含有可聚合基团例如链烯基、烯丙基、Si-H、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯系、异氰酸酯、环氧化物和本领域那些技术人员已知的其他常见基团的有机单体、低聚物或聚合物与含有可聚合基团的无机成束剂或有机金属化合物之间的共聚产物。例如，丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯与金属丙烯酸盐或甲基丙烯酸盐化合物之间的共聚产物是一种有机-无机杂化物聚合物基质。环氧化物与环氧化物官能化的无机成束剂之间的共聚产物也被认为是一种无机-有机杂化物聚合物。有机官能化的无机成束剂或有机金属化合物的均聚产物，或者不同的有机官能化的无机成束剂或有机金属化合物之间的共聚产物也被认为是有机-无机杂化物基质。有机-无机杂化物基质还包括这样的情形：其中无机成束剂或有机金属化合物不含可聚合官能团，但可以通过其的表面OH或其他官能团成为聚合物网状结构的一部分。
包含蜡-基化合物的基质组分：在一个实施方案中，该导热性组合物的基础材料是熔点为30-150℃的蜡。在该导热性组合物中可以使用任何类型的蜡，包括天然蜡、合成蜡或共混蜡。天然蜡的例子包括：植物蜡例如小烛树蜡、巴西棕榈蜡、米蜡、漆蜡(haze wax)和加州希蒙得木蜡；动物蜡例如蜂蜡、羊毛脂和鲸蜡；矿物蜡例如褐煤蜡、地蜡和白地蜡；和石油蜡例如石蜡、微晶蜡和petrolactam。合成蜡的例子包括：合成烃；变性蜡、石蜡衍生物和微晶蜡衍生物；氢化蜡；脂肪酸、酸酰胺、酯、酮以及其他的蜡例如12-羟基硬脂酸、硬脂酸酰胺、无定形邻苯酰亚胺和氯代烃。在一个实施方案中，可以加入任选的软化剂。例子包括植物类软化剂、矿物类软化剂和其混合物。
可以通过将这些组分各自以预定的数量混合而制备该蜡-基组合物，然后通过本领域普遍已知的方法将其成型为片材或薄膜。例如，在热混机中将蜡、球形氮化硼、任选的软化剂等捏合并且通过热熔涂覆将捏合的材料涂上比如衬里，由此成型为片材。或者，将上述组分用合适的溶剂稀释并且在混合机中混合，通过溶剂流延方法将混合物涂上衬里，由此成型为片材。根据最终的应用，片材可以成型至各种厚度。然而一般而言，厚度可以尽可能地薄，例如为0.02-2.0mm，并且在另一个实施方案中为0.1-0.5mm。
包含非-有机硅/非-蜡基材料的基质组分。在一个实施方案中，基质组分包含能够在升高的温度下从固体可逆地变化成糊剂或液体的聚烯烃基组合物。在一个实施方案中，该聚烯烃聚合物选自α-烯烃基聚合物、乙烯/α-烯烃共聚物，和乙烯/α-烯烃/非共轭多烯无规共聚物。在一个实施方案中，该组合物被用作在80℃下粘度为102-105Pas.s和在25℃下可塑性为100-700的热软化、热辐射片材。
在另一个实施方案中，基质组分包含非-有机硅、非-蜡基材料，该材料由于组合物中溶剂的蒸发而因此可以迅速干燥。一个例子是多元醇酯例如HATCOL2373、球形氮化硼填料、任选的油例如用作粘度指数改进剂的聚异丁烯、任选的溶剂和任选的表面活性剂。溶剂的例子包括石脑油、己烷、庚烷和其他快速消散的石油馏出物。取决于是否将导热性化合物作为热油脂或稠的热糊剂使用，可以需要或可以不需要表面活性剂。例举的表面活性剂是聚乙二醇醚。表面活性剂有助于油脂化合物形成薄膜。
在一个实施方案中，正如本领域已知的那样，还可以将该非-有机硅/非-蜡化合物与例如推进剂组合并且通过喷射而以所需的厚度直接涂覆在电子元件或基材上。还可以将该化合物直接丝网印刷在电子元件或基材上。
包含粘弹性组合物的基质组分。在一个实施方案中，基质组分包含在热源的工作温度范围内的温度下熔融的粘弹性材料。特别地，该界面材料在微处理器工作温度下进行粘弹性变化，以将由热源产生的热传到散热片上。在一个实施方案中，该粘弹性组合物包含(1)热塑性弹性体、(2)可与该弹性体相容的油，和(3)增粘树脂。该热塑性弹性体(1)是苯乙烯-烯烃(alkylene)嵌段共聚物。该相容性烃油(2)包括矿物油、聚α-烯烃，或其混合物。术语“可相容的”是指烃油在热塑性弹性体(1)和增粘树脂(3)中可混溶，即可溶。该增粘(增粘剂)树脂(3)是本领域那些技术人员已知的，并且例如详细描述于Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology，第2版，1989，由DonatasSatas编辑，527-544页。增粘(增粘剂)树脂的例子包括天然和改性的松香；天然和改性的松香的甘油和季戊四醇酯；和通过ASTM方法E28-58T测量约60℃-140℃的软化点的多萜烯树脂；天然萜烯的共聚物和三聚物；酚醛改性的萜烯树脂；脂族石油烃树脂；等。
将球形氮化硼填料材料(和其他任选的填料)与分散剂(B)混合并且然后混合到该粘弹性组合物中。分散剂(B)选自金属烷基硫酸盐、硅烷、钛酸盐(酯)、锆酸盐(酯)或铝酸盐(酯)，和其混合物。
任选组分C.可以将其他材料例如粘合促进剂加入本发明的导热性化合物。粘合促进剂不仅可以促进在组合物中的前体之间提高的化学相互作用例如在氮化硼与树脂或其他添加剂之间增强的相容性，而且提高了组合物对基材的粘合性。
粘合促进剂以全部最终制剂的约0wt％-约5wt％，优选约0.01wt％-约5wt％，更优选约0.01-约2wt％，或者其间的任意范围或范围的组合的量存在。
粘合促进剂包括环氧硅烷和作为粘合促进添加剂的硅烷醇封端的有机硅氧烷。粘合促进剂还可以包括，但不限于，任何种类的烷氧基硅烷化合物和含有烷氧基部分的硅氧烷流体。另外，可以加入有机钛酸酯作为增湿剂以降低糊剂粘度并且提高填料装载量。
粘合促进剂的其他例子包括烷氧基或芳氧基硅烷例如γ-氨丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷和双(三甲氧基甲硅烷基丙基)富马酸酯，或者烷氧基或芳氧基硅氧烷例如用丙烯酰氧基三甲氧基甲硅烷基或甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基甲硅烷基官能团改性的四环硅氧烷。在一个实施方案中，粘合促进剂是得自日本的GE Toshiba Silicones的环四硅氧烷丙酸，α-2，4，6，6，8-六甲基-3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯。它们还包括，但不限于，硅烷醇、含有一个或多个烷氧基甲硅烷基官能团的低聚硅氧烷、含有烷氧基甲硅烷基官能团的聚硅氧烷、含有一个或多个芳氧基甲硅烷基官能团的低聚硅氧烷、含有一个或多个羟基官能团的低聚硅氧烷、含有一个或多个芳氧基甲硅烷基官能团的聚硅氧烷、含有一个或多个羟基官能团的聚硅氧烷、含有一个或多个烷氧基甲硅烷基官能团的环硅氧烷、含有一个或多个芳氧基甲硅烷基官能团的环硅氧烷、含有一个或多个羟基官能团的环硅氧烷、钛酸酯、三烷氧基铝、四烷氧基硅烷、异氰脲酸酯，和其混合物，及组合。
在其中将该组合物用作相变材料(PCM)的一个实施方案中，该PCM组合物进一步包含熔点组分，该组分改变PCM软化或熔融的温度，使得PCM在约为微处理器或电子元件的工作温度下变得可流动。
在一个实施方案中，使用分散剂促进球形氮化硼填料在导热性化合物中的分散，以降低组合物的粘度。分散剂的例子包括功能性有机金属偶联剂或润湿剂，例如有机硅烷、有机钛酸酯、有机锆、金属烷基硫酸盐、硅烷、钛酸盐、锆酸盐或铝酸盐等。在一个实施方案中，分散剂选自活性稀释剂例如3-乙基-3-羟甲基氧杂环丁烷、十二烷基缩水甘油醚、4-乙烯基-1-环己烷二环氧化物、二(β-(3，4-环氧环己基)乙基)四甲基二硅氧烷，和其组合。在另一个实施方案中，分散剂选自非活性稀释剂例如低沸点脂族烃(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，和其组合。
在一个实施方案中，可以将其他填料与本发明的球形氮化硼一起使用。这些包括，但不限于，金属氧化物例如氧化铝、氧化锌和二氧化硅，硅酸盐例如硅酸钠，金属氮化物例如氮化硼(六边形或立方体)、氮化铝(涂覆或未涂覆的)和氮化硅，金属碳化物例如碳化硅，涂覆的金属氮化物例如二氧化硅涂覆的氮化铝颗粒，金属例如银、铜、铝和其合金、铝球、银涂覆的铜、银涂覆的铝、银涂覆的陶瓷或玻璃，陶瓷或玻璃或有机表面活性剂涂覆的金属颗粒例如硼酸盐涂覆的银颗粒、氧化铝涂覆的银颗粒、石英玻璃涂覆的银颗粒、棕榈酸涂覆的铝颗粒、带有天然氧化物层的铝颗粒，金刚石，碳纤维例如石墨纤维、碳纳米管和涂覆有金属的碳纤维，TiB2，金属合金，导电聚合物或其他复合材料。
在一个实施方案中，任选的填料是作为Siliceous-40得自于OccidentalChemical Corp.的以包含水和Na2O.xSiO2的液体形式的硅酸钠。
在一个实施方案中，“任选的填料”包括可熔的，即普遍用作焊料和热熔接剂或熔剂的一类低熔点金属或金属合金。特别地，在球形氮化硼附聚物的分散相中使用该金属材料。在一个实施方案中，该分散的金属包括熔点约-50至260℃的材料，其通常包含镓、铋、铅、锡、镉和铟的一种或多种，而且可以包含一种或多种其他金属例如锌、银、铜和锑。在一个实施方案中，合金是镓、镓-铟合金、镓-锡合金、镓-铟-锡合金或者镓-铟-锡-锌合金。
在本发明的一个实施方案中，可以将球形氮化硼与纳米尺寸的填料例如1-1,000纳米(“nm”)范围的填料颗粒组合使用。可商购获得的这类填料颗粒的例子是NANOPOX，例如Hans Chemie，Germany的NANOPOX XP22。NANOPOX填料是在环氧树脂中以至多约50wt％的含量单分散的二氧化硅填料分散体。NANOPOX填料被普遍认为具有约5nm-约80nm的粒度。
在一个实施方案中，可以加入最终组合物的0.05-20wt％的碳纤维形式的填料以进一步提高导热性。一个例子是可从AppliedSciences，Inc.，Cedarville，Ohio.VGCF获得的“蒸汽生长的碳纤维”(VGCF)，或者“碳微纤维”，其是通过热处理高度石墨化的一类(导热率＝1900w/m℃)并且可以变化的长度和直径例如1mm至几十厘米的长度和0.1至超过100μm的直径获得。
在一个实施方案中，包括熔融金属和/或金属合金的任选填料以最终组合物的约5-95wt％的量装入。在第二个实施方案中，熔融的金属是数量为全部导热性组合物的约35-95wt％的铟合金。在第三个实施方案中，熔融的金属是数量为全部导热性组合物的约50-95wt％的铟合金。
在一个实施方案中，将颜料和/或与载液(例如颜料母料中的)混合的颜料加入制剂。在另一个实施方案中，可以相对于最终制剂的数量约0.5-20wt％的阻燃剂用于最终制剂。阻燃剂的例子包括：磷酰胺、磷酸三苯酯(TPP)、二磷酸间苯二酚酯(RDP)、双酚-A-二磷酸酯(BPA-DP)、有机膦氧化物、卤代环氧树脂(四溴双酚A)、金属氧化物、金属氢氧化物，和其组合。在第三个实施方案中，可以加入粘合促进剂，这包括但不限于，烷氧基硅烷化合物、含有烷氧基部分的聚硅氧烷流体、钛酸盐。还可以包含改变树脂的固化形式的化合物。
本发明的导热性组合物的应用.在一个实施方案中，可将该导热性制剂用作，即用作油脂、凝胶和相变材料制剂。在另一个实施方案中，可以将该组合物预成型为片材或薄膜，并且切割成任何所需的形状以放置在电子元件之间。作为选择，可以将该组合物预先施用在器件的发热或散热元件上、B阶段化并且储存。然后可以将组装的元件粘结在散热或发热元件上并且固化至完全。
在聚合物基质不是可固化聚合物的情况下，可以将所得的热界面组合物配制成凝胶、油脂或相变材料，这些材料可以在本发明的生产和传热操作期间保持组分。相变材料可以包括：蜡化合物、聚烷基硅氧烷、含有硅-苯基部分的硅氧烷、低聚或低分子量的聚烯烃、C12-C16醇、酸、酯、甲基三苯基硅烷，其组合等，但不限于此。当聚合物基质不能固化或硬化时，还可以使用普通的有机液体例如离子性液体作为树脂材料。
在一个实施方案中，将该组合物以两层粘合结构的形式施用。聚合物基质和任选的基质内层包含固化成在散热片制品使用的常用温度下非粘性的组合物上的粘合剂。该基质包含外层，该外层包含在散热片制品使用的常用温度下保持粘性的粘合剂层，例如压敏粘合剂(PSA)。如上所述，该聚合物基质组分可以作为有机硅、聚氨酯、丙烯酸系、丙烯酸系压敏粘合剂等提供，作为选择可以将该聚合物组分配制成相变材料(PCM)。
在另一个实施方案中，将该组合物以未固化或可流动的状态施用在发热元件与散热元件之间。然后使该组合物固化或硬化成热粘合剂或凝胶。多种最终应用的例子如下。
a.导热性底层填料.在一种应用中，将该导热性组合物用作底层填料。在一个例子中，该底层填料化合物(不包括球形氮化硼填料)包含10-约70wt％的环氧组分；约1-约15wt％的潜性熔剂；和约3-30wt％的潜性固化剂组分。在一个实施方案中，该潜性熔剂包含酐组分。在另一个实施方案中，该潜性熔剂选自当加热至140℃以上时形成酚醛化合物或含羧酸的化合物的化合物。在仍然另一个实施方案中，潜性固化剂组分包括部分酸性熔剂和含氮组分的盐的络合物。
b.就地形成的导热性凝胶.在其中含有球形氮化硼附聚物的聚合物基质不会固化或硬化成固体的实施方案中，可以将所得的导热性组合物配制成凝胶，该凝胶可以在器件的生成和传热操作期间将组分保持在一起。
在一个实施方案中，组合物处于可分配的凝胶的形式，该凝胶可以在来自喷嘴或其他孔口的施加的压力下分配成珠粒或团块。该施加的压力可以来自装置例如喷枪或喷射器，或者计量装置例如泵或配料圆筒。如此分配的组合物是共形的，这使得能够填充电路元件、电路板的表面与电子器件的外壳之间的间隙。
在一个实施方案中，通过将至少一种橡胶化合物与至少一种胺树脂组合来制备凝胶材料。该界面材料采用液体或“软凝胶”的形式。通过至少一种橡胶化合物组分与至少一种胺树脂组分之间的交联反应产生凝胶态。
该橡胶组分可以是饱和或不饱和的。饱和的橡胶化合物在本申请中是优选的，因为它们较少对热氧化分解敏感。可以使用的饱和橡胶的例子是乙丙橡胶、氢化聚丙二烯单醇、氢化聚戊二烯单醇、氢化聚烷基二烯“二醇”(例如氢化聚丁二烯二醇、氢化聚丙二烯二醇、氢化聚戊二烯二醇)和氢化聚异戊二烯。将胺或胺-基树脂加入或掺入该橡胶组分以促进胺树脂与至少一种橡胶化合物上的伯羟基或端羟基之间的交联反应。
在一个实施方案中，通过以下方式形成可交联的导热性材料：将饱和的橡胶化合物和胺树脂交联以形成交联的橡胶-树脂混合物、将球形氮化硼填料(和其他任选的填料)加入该交联的橡胶-树脂混合物，并且将润湿剂加入该交联的橡胶-树脂混合物。该方法还可以进一步包括将至少一种相变材料加入交联的橡胶-树脂混合物。该材料可以作为将通过分配方法施用并且然后如所需要的那样固化的可分散液体糊剂而提供。其还可以作为用于预施用在界面表面上的高度柔性、固化的弹性体薄膜或片材提供。其可以进一步作为可通过任何合适的分散方法施用在表面上的软凝胶或液体而提供和制备。
在一个实施方案中，可以通过氢化硅流体与乙烯基终止的聚二甲基硅氧烷或者与其他官能化聚烷基硅氧烷流体之间的反应形成凝胶。
在另一个实施方案中，可以通过在乙烯基官能化的有机硅氧烷与交联剂之间的过渡金属催化的交联反应形成凝胶材料。交联反应的一个例子是在乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷与聚(二甲基-共-甲基氢基)硅氧烷之间的铂催化的氢化硅烷化反应。可以将该凝胶以未固化的形式分配、放置于发热元件与散热元件之间并且然后就地固化。作为选择，可以将凝胶预先固化成液体凝胶形式，并且在不需要进一步固化的条件下就这样涂覆。
c.导热性油脂：在一个实施方案中，在包含未交联或轻度交联的液体有机硅载体和任选的渗出抑制剂的导热性油脂中将球形氮化硼材料用作填料组分。可以将该油脂配制成固有地粘性或粘稠，以使得能够例如借助于表面张力在室温下在约5psi(35kPa)或更小的低的施加压力下将表面和油脂层的一个或两者粘结在散热片、散热器等的表面上。
当装填有球形氮化硼附聚物填料时，在一个实施方案中该热油脂展现出按照Netzsch’s Microflash 300约为0.1-15W/m-K的原位(in-situ)导热率和小于约1℃in2/W的热阻抗。
理论上可以使用任何液体有机硅材料，只要其长时间耐干燥、保持球形氮化硼填料和任选的填料没有分离，并且化学惰性。在一个实施方案中，液体有机硅化合物在25℃下具有约10厘沲-约10,000厘沲的粘度。在一个实施方案中，该液体有机硅载体是在25℃下具有约100厘沲的粘度的聚二甲基硅氧烷。在一个实施方案中，可以使用数量为0.1-约4wt％的渗出抑制剂。渗出抑制剂包括尺寸小于1微米的石英纤维，并且可以使用基本全部小于5微米的那些。
d.导热性薄片.在一个实施方案中，将该组合物用作带有背衬或可拆卸的衬里的导热性薄片，如果需要可以随后将其冲压。可以将该可拆卸的衬里施用在化合物的暴露面上以有助于处理、运输和储存，但可以在将材料施用于电子元件与散热片之间的之前取下。
e.压敏性粘合剂或薄膜.在本发明的一个实施方案中，通过以下方式形成压敏导热性材料：将含有球形氮化硼填料和树脂的组合物涂覆在可释放的表面上并且干燥或固化以形成稳定的材料。如果需要，可以将可释放的护板施用在胶带的一侧或两侧上以防止其免于过早地粘结在表面上，使得其自身卷起和/或防止其免于吸收污垢、灰尘和通常可能影响胶带在使用中的热能力的碎屑。本文中使用的“压敏性粘合剂”是指在使用温度下通常粘性并且当施加压力时粘结在表面上的粘合剂。
在一个实施方案中，将该导热性材料构造成双面的薄膜或片材一一面被施用在支承片材例如铝箔上，并且另一面被施用在带有弱界面的包覆/释放/保护衬里或薄膜上以使得薄膜在应用中容易被剥离。可以在将导热性材料施用在片材/薄膜上之后通过发热或传热器件来生成或削弱该弱界面。可以通过一些方法，包括使用化学物质、UV光、热、冷冻等而进行削弱。在一个实施方案中，将该材料构造成可以直接施加在界面或电子元件上的胶带。
在一个实施方案中，支承或增强片材或薄膜具有约0.5-5密耳的厚度，如果使用金属箔，则厚度约1-3密耳。
在一个实施方案中，如果将金属箔用作支承片材并且如果将金属填料与球形氮化硼附聚物填料结合用于导热性组合物中，则可以用低金属合金(low metal alloy)将支承片材施用或处理成小于约2密耳(1密耳＝25微米)厚的层，以促进支承片材与导热性组合物的粘合性。
在一个实施方案中，包覆/保护薄膜是选自线型饱和聚酯、PTFE、聚二氟乙烯等的热塑性粘合薄膜。在另一个实施方案中，该薄膜是包含聚乙烯施用的纸的粘合/可释放的衬里。在另一个实施方案中，该包覆/保护薄膜包括释放涂层例如聚二甲基硅氧烷、氟硅氧烷或非-有机硅的释放涂层。
在一个实施方案中，导热性组合物处于其上粘结有粘合薄膜的包含10-50wt％球形氮化硼附聚物的多层层压制品的形式。
f.导热性衬垫：在一个实施方案中，将球形氮化硼附聚物用作导热性糊剂、液体或油脂化合物中的填料。随后将该化合物涂覆在例如用于具有低耐热性的热衬垫的热衬垫载体例如玻璃纤维、碳纤维或聚合物织物上。在一个例子中，支承结构包含碳纤维织物作为支承结构。碳纤维织物可从Carbon Composites Comapany and Morton Thiokol商购获得，其包含至少50wt％的碳纤维。可以将衬垫切割成不同的尺寸和形状，在一个实施方案中厚度为5密耳-125密耳。
在一个实施方案中，将该糊剂或油脂化合物与一定数量的形成可流动塑料树脂的基质例如微晶蜡、有机硅蜡或者其他有机硅聚合物组合以形成导热性机械柔性的衬垫。在另一个实施方案中，可以通过涂覆技术例如热印、丝网印刷或其他方式将该化合物直接施用在传热表面上以形成热衬垫。
在一个实施方案中，使用球形氮化硼附聚物填料的热衬垫具有至少约0.5W/m-K的导热率。在一个实施方案中，衬垫进一步聚合物基质中包含约10-90wt％的金属或金属合金，合金的熔点约-10至120℃。在第二个实施方案中，该金属合金是含有一定数量的以尺寸平均约1-100微米的颗粒形式的镓、铋、锡和/或锌的铟合金。
在一个实施方案中，该糊剂组合物包含约20-50wt％的有机硅蜡或微晶蜡基质、约5-30wt％的球形氮化硼附聚物填料、约30-70wt％的金属合金或其混合物，和约2-10wt％的表面活性剂。用于金属颗粒表面上的表面活性剂生成了持久的憎水性阻隔。另外，表面活性剂使金属颗粒与聚合物基质相容并且减少了颗粒凝聚。在一个实施方案中，表面活性剂选自硅烷、钛酸酯(盐)、锆酸酯(盐)，和其混合物。在另一个实施方案中，表面活性剂选自烷基官能化硅烷例如辛基三乙氧基硅烷(ETES)或甲基三甲氧基硅烷(MTMS)。
配制导热性组合物的方法.将填料与基质组合的方式不仅对于最终制剂的流变性(例如粘度)，而且对于制剂的原位热性能而言都是关键的。填料可以如接收的那样使用或者可以在混合之前或期间将其处理。填料处理包括，但不限于，球磨、气流粉碎、通过一些方法例如用化学物质如硅氮烷、硅烷醇、硅烷或硅氧烷化合物或含有烷氧基、羟基或Si-H基团的聚合物和任何其他普遍使用的填料处理试剂将填料处理的化学或物理涂覆或包覆，和被本领域那些技术人员普遍采用的其他方法。可以将最终制剂人工混合或者通过标准混合装置例如料团混合机、换罐捏合机、行星式混合机、双螺杆挤出机、两或三辊研磨机等混合。可以通过本领域那些技术人员使用的任何装置以间歇、连续或半连续模式进行制剂的共混。
可以通过导热性组合物的粘度和填料处理以及用于插入导热性材料的压力来进一步控制粘合层厚度。可以通过调节导热性组合物的组成以及加工条件而改变粘度。例如，可以通过填料装填的数量、填料中的离子含量、填料的表面积、填料的粒度分布、填料表面上的官能团、使用的聚合物基质的粘度和纯度、粘合促进剂的数量和本领域那些技术人员已知的任何其他方法来调节该组合物的粘度。还可以通过调节加工条件例如混合速度、混合时间、混合温度、真空程度、加入顺序、填料处理的程度和本领域那些技术人员已知的任何其他工艺参数来改变粘度。还可以通过机械步骤例如填料的球磨而影响最小可实现的粘合层厚度。获得该粘合层厚度的合适粘度为约5,000-约3,000,000cps，约10,000-约200,000的粘度是优选的。粘度在1-10/sec的剪切速率下测量。
组合物的性能 在本发明的一个实施方案中，该导热性组合物具有耐热性能的特征，例如数量为1-80mm2K/W的散热抗性。
在另一个实施方案中，该导热性组合物的特征为柔性的，这使得降低了由散热片与其连接的结构之间任何热膨胀系数(CTE)的差异产生的应力。例如，散热片的CTE可以大于散热片连接在其上的包装的CTE。由于应力是CTE乘以模量的乘积，因此热界面材料的低模量使得应力降低。另外，在该组合物的一个实施方案中粘弹性使得应力随着时间而松弛。在一个例子中，与球形氮化硼填料混合的聚合物的挠曲模量(采用单悬臂梁方法例如ISO-6721-1)当在70(21℃)下测量时通常低于约10GPa。在第二个实施方案中，挠曲模量低于约7GPa。在第三个实施方案中低于约5GPa。在第四个实施方案中，挠曲模量甚至低于约0.5GPa。
在一个实施方案中，除了具有使得能够完全顺应以降低接触抗性的性能和更有效的传热的优点之外，本发明的导热性组合物可以被特别地配制用于需要薄的最小粘合层厚度(“MBLT”)的应用。球形氮化硼填料的粒度的选择取决于应用。例如，主要尺寸至少约1-2μm并且约30μm或以下的球形氮化硼颗粒适用于一些制品，例如油脂、相变材料、液体、粘合剂、凝胶和胶带。对于其中粘合层将处于25-100μm范围(例如在中央处理器(CPU)与散热片之间发现的)的应用而言，可以使用大尺寸的例如15-75μm的球形氮化硼颗粒。在其中较大的间隙存在于热和冷的基材之间的应用中，可以将尺寸例如为50-100，或者甚至250μm的球形氮化硼附聚物用于厚的制品例如有机硅衬垫中。一般而言，使用较大的颗粒以增强体积导电率，这与最大尺寸的颗粒或颗粒附聚物不能超过在两个配合表面之间所希望的间隙尺寸的考虑相抵制。
在本发明的一个实施方案中，该组合物展现出大于5密耳(125μm)并且小于20密耳(510μm)的粘合层厚度(BLT)。在第二个实施方案中，该组合物展现出约0.02密耳-约3.2密耳的BLT。在第三个实施方案中，该组合物具有7-50密耳的BLT。在第四个实施方案中为10-80密耳的BLT。在一个实施方案中，该组合物展现出例如根据ASTM D5470为0.01-0.02℃-in2/W(0.065-0.13℃-cm2/W)的热阻抗。
实施例 通过激光闪光(Netzsch Instrument，Microflash 300)测量扩散率和原位导热率，除非在实施例中另外说明。通过装有MicroflashTM仪器的软件宏测量原位热阻率。为了测量体积导热率，由实施例制备2”圆盘并且在Holometrix TCA300仪器上测量体积导热率。作为选择，还可以将Netzsch的Microflash 300用于获得体积导热率值。通过将粘合层厚度除以原位导热率确定原位热阻。
实施例1：在非-有机硅/非-蜡导热性组合物的该实施例中，首先将数量约99wt％的多元醇酯与数量约1wt％的抗氧剂混合以形成预混物(该预混物占导热性配混物的约8-12wt％)。然后将数量约10-80wt％的球形氮化硼填料与数量约2.5-5.5wt％的高粘度油一起加入该预混物。另外，在一个实施方案中加入数量约0.2wt％的表面活性剂、数量约3wt％的聚苯乙烯基聚合物，和数量约1wt％的溶剂。在一个选择性实施方案中，加入数量为该配混物的约5.2wt％的硅酸铝代替该聚合物、溶剂和表面活性剂。
凝胶实施例：在以下实施例中，本发明的导热性组合物为采用以下组分的凝胶形式：
A-1：400cps乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷流体(商标SL6000，可从Waterford，NY的GE Silicones商购获得)。
B-1：平均链长约21并且氢化物含量约0.19％-约0.25％的氢化硅流体(商标88405，得自于GE Silicones)
B-2：平均分子量约6000并且平均氢化物含量约0.04％的氢化硅封端的聚二甲基硅氧烷流体(DMS-H21，可从Gelest，Inc.of Morrisville，PA商购获得)
C-1：Teco 2003124A，球形附聚物形式的氮化硼粉末，可从GE AdvancedCeramics of Strongsville，OH获得，平均粒度为60-70微米。
C-2：TECO 2004112-B，得自于GE Advanced Ceramics的氮化硼粉末，平均粒度25-30微米。
C-3：PT120，得自于GE Advanced Ceramics的薄片状氮化硼粉末。
D-1：四甲基四乙烯基环四硅氧烷-络合铂催化剂和Irgafos 168于乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷SL6000中的储液([Pt]＝480ppm，Irgafos∶Pt摩尔比＝2∶1)
E-1：A580，得自于GE Toshiba of Japan的含有烷氧基的聚烷基硅氧烷有机硅流体。
凝胶实施例1：在该实施例中，制备由组分A-1和B-1组成的储液I(A-1∶B-1以重量计约48.29∶1)。在高速混合机上将一部分储液I与组分C-1组合直到获得肉眼看起来均匀的混合物。在与真空室连接的75℃烘箱中将混合物脱气过夜，并且然后冷却至室温。制备由组分B-2、D-1和E-1组成的储液II(B-2∶E-1∶D-1以重量计约8.86∶4.03∶1)然后将合适数量的储液II加入上述脱气混合物中。此后在高速混合机(FlackTek Inc.，型号#DAC400FV)上在750rpm下将混合物共混5秒钟。将该制剂转移到喷射器，并且在室温下脱气一星期。将所得的凝胶组合物在铝试样与硅试样之间在10psi压力下在150℃下固化2小时。在30psi压力下测试所得的夹心结构。最终组成和热性能在表1中列出。
凝胶实施例2：在该实施例中，以凝胶实施例1中的相同方式制备凝胶组合物，除了使用填料C-2之外。将制剂转移到喷射器，并且在室温下脱气一星期。将所得的凝胶组合物在铝试样与硅试样之间在10psi压力下在150℃下固化2小时。在30psi压力下测试所得的夹心结构。最终组成和热性能在表1中列出。
凝胶比较例1：以凝胶实施例1中的相同方式制备凝胶组合物，除了使用填料C-3之外。将制剂转移到喷射器，并且在室温下脱气一星期。将所得的凝胶组合物在铝试样与硅试样之间在10psi压力下在150℃下固化2小时。在30psi压力下测试所得的夹心结构。最终组成和热性能在表1中列出。
正如在表1中看出，含有球形BN C-1和C-2的组合物与含有薄片状BN C-3的类似组合物相比产生了更高的原位导热率。
表1
| 组合物： | 实施例 | ||
| 凝胶1 | 凝胶2 | 比较凝胶1 | |
| A-1B-1B-2C-1(PTX60)C-2(PTX25)C-3(PT120)D-1E-1Wt％填料Vol％填料 | 1002.111.568--1.35.236.2％20％ | 1002.111.5-68-1.35.236.2％20％ | 1002.111.4--681.35.236.2％20％ |
| 热性能： | |||
| 夹心材料固化条件测试压力(psi)粘合层厚度(范围，密耳)*原位热阻率@25℃(mm2-k/W)*原位导热率@25℃(W/mK)* | Al-TIM-Si150℃，2小时，10psi302.0±0.3(1.5-2.2)8.6±2.0(6.2-11)5.9±0.6(5.1-6.5) | Al-TIM-Si150℃，2小时，10psi301.2±0.1(1.1-1.3)7.4±1.2(6.3-9.0)4.3±0.8(3.6-5.1) | Al-TIM-Si150℃，2小时，10psi300.7±0.1(0.6-0.9)8.0±2.3(6.5-11.4)2.4±0.3(1.9-2.6) |
*括号中的数字表示获得的数值范围；每一组合物有4个样品
粘合剂实施例.在以下实施例中制备粘合剂组合物。
粘合剂实施例1：在该实施例中，使用得自于GE Advanced Ceramics ofStrongsville，OH的球形氮化硼附聚物(PTX60，TECO 2003124A，平均粒度60微米，GE Advanced Ceramics)制备该组合物。在实验室规模的Ross混合机(1夸脱容量)中在约60rpm下在25-35℃和大气压下将BN粉末与100份乙烯基终止的聚二甲基硅氧烷流体(350-450cSt，约0.48wt％乙烯基)混合，直到获得平稳的稠度。向该混合物中加入0.21份颜料母料(50wt％的炭黑和50wt％的10,000cSt乙烯基终止的聚二甲基硅氧烷流体)，并且加入一部分氢化物流体(0.66份氢化物官能化的聚有机硅氧烷流体，约0.82wt％氢化物)。将该制剂在约60rpm下混合6分钟以掺入该流体和颜料。然后将温度升至140-160℃并且在约60rpm下再将混合物搅拌1.5小时。
将制剂冷却至约30℃并且加入以下材料：0.16份异氰脲酸三烯丙酯、0.02份2-甲基-3-丁炔-2-醇，和0.03份四甲基四乙烯基环四硅氧烷-络合铂催化剂(作为88346得自于GE Silicones of Waterford，NY)。通过在约60rpm下搅拌8分钟将这些材料掺入。
然后将另外的材料加入混合机：0.92份第一粘合促进剂(作为YC9632得自于GE Toshiba of Japan)、0.60份第二粘合促进剂(缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷)，并且加入第二部分的氢化物流体(1.34份氢化物官能化的聚有机硅氧烷流体，约0.82wt％氢化物)。通过在约60rpm下搅拌5分钟将这些另外的材料掺入。在约60rpm下和在25-30英寸Hg的真空压力下再将最终制剂混合3分钟。将制剂从混合机中取出并且储存在冰箱中(在-40至0℃)直至需要，以形成热界面材料(“TIM”)。
为了形成TIM夹心材料，将混合物放入AlCr与Si试样之间并且在10psi压力下固化。在由喷射器分配材料以将TIM置于两个试样之间的之前，通过100目的滤网将材料过滤以除去任何外来杂质，并且然后将其置于真空下在25-30英寸Hg下3分钟以除去任何残余的夹带空气。使用AlCr与Si试样之间的制剂制备总共7个样品。
比较粘合剂实施例1：如上所述制备制剂，除了使用非单晶、非薄片型的平均粒度为150微米的氮化硼粉末(得自于GE Advanced Ceramics的PT350)之外。如粘合剂实施例1中所述那样测量制剂的体积导热率和原位热性能。使用AlCr与Si试样之间的制剂制备总共5个样品。
比较粘合剂实施例2：在该实施例中，如同球形BN附聚物实施例(粘合剂实施例1)描述的那样制备制剂，除了使用平均粒度为44微米的氮化硼单晶、薄片型粉末(得自于GE Advanced Ceramics的PT110)之外。使用AlCr与Si试样之间的制剂制备总共5个样品。
比较粘合剂实施例3.使用以与粘合剂实施例1的相同方式制备的制剂。在高速混合机上将该制剂与比较例2中制备的制剂以2∶1的比例混合。使用AlCr与Si试样之间的制剂制备总共5个样品。
比较粘合剂实施例4.在高速混合机上将粘合剂实施例1和粘合剂比较例2中制备的制剂以1∶1的比例混合。使用AlCr与Si试样之间的制剂制备总共5个样品。
比较粘合剂实施例5.在高速混合机上将带有球形BN附聚物的制剂(粘合剂实施例1)与在比较例2中制备的制剂以1∶2的比例混合。使用AlCr与Si试样之间的制剂制备总共5个样品。
表2
| 实施例 | 1 | 比较例1 | 比较例2 | 比较例3 | 比较例4 | 比较例5 |
| 填料，以wt％计 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
| 填料种类 | PTX60 | PT350 | PT110 | 2∶1 PTX60∶PT110 | 1∶1 PTX60∶PT110 | 1∶2PTX60∶PT110 |
| 体积导热率@75℃，以W/m-K计 | 1.3 | 0.9 | 0.6 | - | - | - |
| 粘合层厚度范围-密耳 | 2.80±0.12(2.56-2.97) | 3.72±0.48(3.39-4.57) | 1.20±0.23(0.92-1.50) | 2.50±0.15(2.32-2.72) | 2.20±0.05(2.15-2.27) | 2.27±0.33(1.92-2.73) |
| 原位热阻率@25℃，范围mm2-K/W | 40±2(36-42) | 88±7(81-97) | 53±4(47-57) | 42±2(39-43) | 42±5(37-49) | 54±9(44-64) |
| 原位导热率@25℃，W/m-K | 1.80±0.12(1.65-2.01) | 1.07±0.11(0.93-1.22) | 0.58±0.07(0.50-0.67) | 1.51±0.09(1.43-1.64) | 1.34±0.15(1.15-1.54) | 1.08±0.05(1.01-1.14) |
如上表2中所示，含有球形氮化硼附聚物的导热性粘合剂的实施例表现出最高的体积导热率、最低的原位热阻和最高的原位导热率。在其中球形氮化硼附聚物被现有技术的氮化硼填料代替的比较例中，原位导热率开始降低并且热阻率开始升高。
粘合剂实施例2.在该实施例中，在高速混合机上将组分A-1(400cps乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷流体，SL6000，GE Silicones)首先与PTX25(平均粒度为25-30微米的球形BN)以一定比例混合，并且在与真空室连接的75℃真空烘箱中脱气过夜。然后将混合物冷却至室温。在下一步骤中，将以下物质加入混合物，这些包括：组分B-1(平均链长约100并且氢化物含量约0.72％-约1％的氢化硅流体，88466，GE Silicones)、组分G(以重量计75∶8的异氰脲酸三烯丙酯(TAIC)与2-甲基-3-丁炔-2-醇的混合物)、组分F-1(作为“88346”从GE Silicones得到的四甲基四乙烯基环四硅氧烷-络合铂催化剂于乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷SL6000中的储液([Pt]＝570ppm)、组分H-1(得自于GE Toshiba的A501S与缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷以44∶29重量比的混合物)。首先用刮刀将该组合物混合，然后在高速混合机(FlackTek Inc.，型号#DAC400FV)上在1000rpm下彻底混合10秒钟。然后在室温下将混合物脱气15-24小时(真空室)。组成列于表3中。
然后伴随着10psi的压力将该混合物放置在两个金属试样之间1秒，并且在10psi的压力下在150℃下固化超过2小时。测试该夹心结构的扩散率和热阻率。在粘合剂的测量期间不施加外部压力。使用AlCr与Si试样之间的制剂制备4-5个样品。热性能数据列于表3中。
粘合剂比较例6.以如实施例2中的相同方式制备组合物，除了使用氧化铝颗粒(AS40，Showa Denko，平均粒度12微米)之外。最终组成和热性能数据列于表3中。
为了获得与含有本发明的球形氮化硼的制剂类似的性能，需要更高的氧化铝颗粒装填量。
表3
| 实施例 | ||
| 粘合剂2 | 比较6 | |
| A-1B-1球形BN(PTX25)氧化铝(AS40)GF-1H-1Wt％填料Vol％填料 | 10025800.671.045.234.8％19％ | 10020600.50.580.895.284.7％58％ |
| 热性能： | ||
| 夹心材料组件/固化压力(psi)粘合层厚度(范围，密耳)*原位热阻率@25℃(mm2-k/W)*原位导热率@25℃(W/mK)* | Al-TIM-Si10/102.2±0.4(1.9-2.8)42±5(35-48)1.3±0.1(1.2-1.5) | Al-TIM-Si10/102.2±0.4(1.9-2.8)42±4(38-48)1.3±0.2(1.2-1.5) |
*括号中的数字表示获得的数值范围；每一组合物有5个样品
有机硅衬垫实施例 在实验室规模的FlackTek高速混合机中在约3500rpm下将导热性球形氮化硼(PTX60或PTX25 GE Advanced Ceramics)与Sylgard 184有机硅树脂和固化剂Sylgard 184混合。球形BN的填料含量为35-85wt％(20-70vol％)。将该混合物置于3”×5”矩形模具中并且在125℃下压制45分钟，以形成厚度为0.5-1.5mm的衬垫。通过MathisTM Hot Disk热常数分析仪测量体积导热率。结果在表4中示出。
比较例.如实施例4中描述那样制备制剂，除了使用平均粒度为44微米的不同氮化硼粉末(PT110，单晶，薄片状)之外。
表4
| 实施例 | 4 | 4 | 比较 | 4 | 4 | 比较 |
| 填料vol％ | 30 | 30 | 30 | 40 | 40 | 40 |
| 填料种类 | PTX60 | PTX25 | PT110 | PTX60 | PTX25 | PT110 |
| 导热率@25℃W/m-K±0.2-0.3 | 9.2 | 6.9 | 3.9 | 13.0 | 11.1 | 528 |
| 实施例 | 4 | 4 | 比较 | 4 | 4 | 比较 |
| 填料vol％ | 50 | 50 | 50 | 60 | 60 | 60 |
| 填料种类 | PTX60 | PTX25 | PT110 | PTX60 | PTX25 | PT110 |
| 导热率@25℃W/m-K±0.2-0.3 | 19.6 | 19.7 | 10.9 | 25.7 | 11.1 | 14.8 |
在表5中，在前述实施例的有机硅衬垫中使用涂覆有3wt％单硬脂酸失水山梨糖醇酯的球形BN附聚物，具有类似的优良导热率结果：
表5
| 含有3％MS的球形BN | 有机硅衬垫中的填料装填量 | 导热率(W/mK) |
| PTX60S | 40％体积 | 12.5 |
| PTX25S | 40％体积 | 12.5 |
| PTX60S | 50％体积 | 16.0 |
| PTX25S | 50％体积 | 13.8 |
油脂实施例：在油脂实施例中，通过在高速混合机(FlackTek Inc.，型号#DAC400FV)上将得自于General Electric Company(“GE Quartz”)ofStrongsville，OH的球形BN(PTX60)与微米尺寸的氧化铝(得自于Denka的DAW05，平均粒度5微米；和得自于Sumitomo、平均粒度约0.4微米的AA04)在有机硅流体(作为SF96-1000得自于GE Silicones of Waterford，NY，粘度＝1000cp)中共混而制备导热性化合物。在各种装填量的球形BN和微米-氧化铝下将材料复合以制备高粘度糊剂。将该热油脂施用在氧化铝试样上，并且借助于30psi的压力将另一个氧化铝试样置于该油脂上。用薄的石墨层将该氧化铝、油脂和氧化铝的三层夹心涂覆，并且将其置于激光闪光热扩散率仪器的改进的样品容器中。将四个螺栓在样品的每一个角下扭转以在样品上获得指定的压力。
由于预先测量了氧化铝试样的厚度，因此然后测量样品的厚度并且计算油脂层的粘合层厚度。随后测量热油脂层的热阻。
在一个实施例中，以上述方式测试含有79wt％装填量的球形BN和微米尺寸的氧化铝的油脂体系(16wt％球形BN和63wt％氧化铝，4∶1重量比的DAW05：AA04)。在48微米的粘合层下获得11mm2K/W的热阻值。测量该新的油脂的原位导热率为4.5W/mK。
表6包含了用于实施例的球形BN的说明。表7示出了含有表6中的球形BN与其他填料例如氧化锌的油脂制剂的例子。用于所有实施例的有机硅流体是得自于GE Silicones，Waterford，NY的SF96-1000。氧化锌从Alfa Aesar获得，批号L15N34，粒度小于10微米。在这些实施例中，使用以下批号的得自于General Electric Company of Strongsville，OH的球形BN。表示为“S”的球形BN是涂覆有单硬脂酸失水山梨糖醇酯的球形BN附聚物。
表6
| 符号 | 批号 | 说明 |
| PTX60 | 2003-124A | 球形氮化硼-平均尺寸60-70μm |
| PTX60S | 2004-1101 | 涂覆的球形氮化硼，平均尺寸60-70μm |
| PTX25-6 | 2004-1112-6 | 球形氮化硼，平均粒度25-30μm |
| PTX25-7 | 2004-1112-7 | 平均粒度为25-30μm的球形氮化硼 |
在以下表7的例子中，在100psi负荷下测量。
表7
| 油脂 | 组成*(余量SF96-1000) | 粘合层厚度(密耳) | 原位导热率(W/mK) | 原位热阻(mm2-K/W) |
| 88-03 | 42.7wt％ZnO+27.3wt％PTX60 | 1.8±0.2 | 6.1±0.8 | 7.4±0.33 |
| 25-03 | 54.8wt％ZnO+15.8wt％PTX60 | 2.2±0.3 | 6.5±0.9 | 8.5±1.0 |
| 80-03Li | 40.9wt％ZnO+25.5wt％PTX60 | 2.0±0.2 | 5.8±0.74 | 8.6±0.5 |
| 27-01 | 54.9wt％ZnO+15wt％PTX60 | 2.2±0.3 | 6.2±0.22 | 9.1±1.1 |
| 27-03 | 60wt％ZnO+10.1wt％PTX60 | 2.0±0.2 | 5.4±0.64 | 9.4±1.7 |
| 7-02 | 66.2wt％Ag+10.3wt％PTX60 | 1.4±0.2 | 3.8±0.6 | 9.6±0.4 |
表8示出了根据上述方法，其中仅仅将球形氮化硼用作填料而制备的热油脂。在该表中，还使用不同粒度的球形氮化硼的共混物。在30psi或100psi下测量。
表8
| 油脂 | 组成* | 测试压力(psi) | 粘合层厚度(密耳) | 原位导热率(W/mK) | 原位热阻(mm2-K/W) |
| 45-03 | 35.1wt％PTX60 | 100 | 1.6±0.1 | 6.6±0.52 | 6.1±0.4 |
| 45-01 | 41.8wt％PTX60 | 100 | 1.8±0.1 | 6.7±0.94 | 6.9±0.7 |
| 45-02 | 34.4wt％PTX60S | 100 | 2.1±0.13 | 7.3±0.54 | 7.2±0.7 |
| 46-01 | 41.6wt％PTX60 | 100 | 1.7±0.1 | 5.5±0.4 | 8.0±0.4 |
| 46-02 | 35.8wt％PTX60 | 100 | 1.4±0.1 | 5.0±0.4 | 6.9±0.5 |
| 46-03 | 46.6wt％PTX60 | 100 | 2.2±0.2 | 7.1±0.6 | 8.0±0.64 |
| 46-04 | 39.6wt％PTX60 | 100 | 1.5±0.2 | 5.6±1.0 | 7.1±1.1 |
| 10-04 | 10.39wt％PTX60S+31.18wt％PTX25-7 | 30 | 1.1±0.12 | 3.2±0.4 | 8.7±1.0 |
| 9-04 | 10.39wt％PTX60+31.18wt％PTX25-7 | 30 | 1.3±0.1 | 3.7±0.33 | 8.9±0.6 |
| 10-02 | 10.39wt％PTX60S+31.18wt％PTX25-6 | 30 | 1.4±0.1 | 4.0±0.5 | 9.0±0.8 |
| 9-02 | 10.39wt％PTX60+31.18wt％PTX25-6 | 30 | 1.9±0.3 | 4.9±0.7 | 9.8±1.1 |
| 9-01 | 31.18wt％PTX60+10.39wt％PTX25-6 | 30 | 2.1±0.1 | 4.6±0.44 | 11.5±1.4 |
| 10-03 | 31.18wt％PTX60S+10.39wt％PTX25-7 | 30 | 2.1±0.24 | 4.6±0.6 | 11.5±1.2 |
| 9-03 | 31.18wt％PTX60+10.39wt％PTX25-7 | 30 | 1.8±0.22 | 4.6±1.1 | 10.1±1.6 |
| 10-01 | 31.18wt％PTX60S+10.39wt％PTX25-6 | 30 | 2.1±0.23 | 5.4±1.2 | 10.4±1.4 |
相变材料实施例：在以下实施例中，制备以相变材料形式的组合物。
标为PCMs55-2的实施例包含33.6wt％球形BN(得自于General ElectricCompany的PTX60)、66.4wt％的聚十八烷基甲基硅氧烷(来源：Gelest，粘度@50℃＝250-300，批号4F-5043，产品号ALT-192)和SF96(作为SF96-1000得自于GE Silicones of Waterford，NY，粘度＝1000cp)的1∶1共混物的共混物。通过首先在塑料容器中在110℃下将SF96和ALT-192加热而将样品共混。向该热混合物中加入球形BN附聚物填料。通过人工混合2分钟将混合物搅拌以得到稳定的共混物。将混合物冷却并且因此在测试之前固化。在60℃下和在30psi负荷下将样品装在Al-Al样品之间。
标为PCMs 56-01的实施例包含于66.2wt％聚十八烷基甲基硅氧烷(得自于Gelest，粘度@50℃＝250-300)中的33.8wt％球形BN(得自于GeneralElectric Company的PTX60)的共混物。如上所述那样制备样品。
表9示出了在4个不同条件下由样品获得的测试结果。在测试中，通过使用螺栓和转矩扳手以施加特定的扭矩而测量阻抗，该特定的扭矩被转换成特定的压力(psi)。在25℃，没有负荷下；25℃，有30psi负荷；100℃，伴随着相同的夹紧力；100℃，重新扭转至30psi下测量样品。我们注意到当相变出现时，粘度降低并且BLT降低，由此减轻了由螺栓施加的压力。如果采用弹力施加压力，则即使BLT降低也仍然将保持30psi压力。因此，在100℃下测量之后，将样品重新扭转至30psi并且测量。
该30psi重新扭转的例子是其中使用弹簧夹的应用的说明。
表9
| 样品号 | 压力 | 温度(℃) | BLT(密耳) | Tc(W/mK) | TR(mm2K/W) |
| 55-2 | 0psi | 25 | 3.13 | 0.91 | 88.61 |
| 55-2 | 30psi | 25 | 3.11 | 1.60 | 49.70 |
| 55-2 | 30psi | 100 | 2.55 | 2.56 | 25.49 |
| 55-2 | 30psi重新扭转 | 100 | 1.83 | 4.88 | 9.55 |
| 56-1 | 0psi | 25 | 2.48 | 1.33 | 47.78 |
| 56-1 | 30psi | 25 | 2.53 | 1.84 | 37.16 |
| 56-1 | 30psi | 100 | 2.39 | 2.82 | 22.31 |
| 56-1 | 30psi重新扭转 | 100 | 1.56 | 5.50 | 7.22 |
尽管已经在典型的实施方案中说明和描述了本披露内容，但其不意在限于所示的细节，因为可以作出各种改进和替换，只要不以任何方式偏离本披露内容的精神。本文中提及的所有参考特别地在本文中引入作为参考。
Claims (25)
1.一种导热性组合物，其包含聚合物基质和作为填料的球形氮化硼附聚物的共混物，其中该球形氮化硼附聚物由通过粘合剂粘结在一起的不规则非-球形BN颗粒并且随后喷雾干燥形成，并且具有小于2的平均纵横比。
2.权利要求1的导热性组合物，其中该球形氮化硼填料以导热性组合物总重量的约5-80wt％的量存在。
3.前述权利要求任一项的导热性组合物，其中该球形氮化硼填料具有10-200微米的平均附聚物粒度。
4.前述权利要求任一项的导热性组合物，其中至少60wt％的球形氮化硼填料具有在40-200微米粒度分布之内的平均附聚物尺寸。
5.前述权利要求任一项的导热性组合物，其中该球形氮化硼具有小于1.5的平均纵横比。
6.前述权利要求任一项的导热性组合物，其中该球形氮化硼附聚物涂覆有以下物质的至少一种：金属粉末、金属合金粉末、失水山梨糖醇酐的脂肪酸偏酯、钛酸酯、锆酸酯、苯甲酸衍生物、乙酰氧基硅烷、烷氧基硅烷、甲氧基硅烷、单硬脂酸失水山梨糖醇酯、单月桂酸失水山梨糖醇酯、单油酸失水山梨糖醇酯、单棕榈酸失水山梨糖醇酯、聚氧乙烯失水山梨糖醇单月桂酸酯、聚氧乙烯失水山梨糖醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨糖醇单油酸酯、聚氧乙烯失水山梨糖醇单棕榈酸酯、硅氮烷、硅烷醇、硅烷化合物、硅氧烷化合物，含有烷氧基、羟基或Si-H基团的聚合物、钛酸酯、锆酸酯、苯甲酸衍生物，和其混合物。
7.前述权利要求任一项的导热性组合物，其中该导热性组合物具有小于50密耳的粘合层厚度。
8.前述权利要求任一项的导热性组合物，其中该导热性组合物具有约0.02密耳-约3.2密耳的粘合层厚度。
9.前述权利要求任一项的导热性组合物，其被成型为薄膜、衬垫、片材、凝胶或糊剂或者油脂。
10.前述权利要求任一项的导热性组合物，其中该聚合物基质包含选自以下物质的聚合物组合物：α-烯烃基聚合物、乙烯/α-烯烃共聚物、乙烯/α-烯烃/非共轭多烯无规共聚物、多元醇酯和有机硅氧烷。
11.前述权利要求任一项的导热性组合物，其中该有机硅氧烷选自聚二甲基硅氧烷、聚烷基硅氧烷、聚二甲基-共-甲基苯基硅氧烷、聚二甲基-共-二苯基硅氧烷和有机官能化的聚二甲基硅氧烷。
12.前述权利要求任一项的导热性组合物，其中该聚合物基质包含选自以下物质的可固化组合物：聚二甲基硅氧烷、环氧化物、丙烯酸酯、有机聚硅氧烷、聚酰亚胺、碳氟化合物、苯并环丁烯、氟化聚烯丙醚、聚酰胺、聚亚氨基酰胺、氰酸酯、酚醛树脂、芳族聚酯、聚亚芳基醚、双马来酰亚胺、氟树脂，和其组合。
13.前述权利要求任一项的导热性组合物，其进一步包含催化剂抑制剂。
14.前述权利要求任一项的导热性组合物，其进一步包含选自以下物质的粘合促进剂：烷氧基硅烷、芳氧基硅烷、硅烷醇、含有烷氧基甲硅烷基官能团的低聚硅氧烷、含有芳氧基甲硅烷基官能团的低聚硅氧烷、含有羟基官能团的低聚硅氧烷、含有烷氧基甲硅烷基官能团的聚硅氧烷、含有芳氧基甲硅烷基官能团的聚硅氧烷、含有羟基官能团的聚硅氧烷、含有烷氧基甲硅烷基官能团的环硅氧烷、含有芳氧基甲硅烷基官能团的环硅氧烷、含有羟基官能团的环硅氧烷、钛酸酯、三烷氧基铝、四烷氧基硅烷、异氰脲酸酯，和其混合物。
15.一种增强传热的方法，其包括：
将发热元件与包含聚合物基质和作为填料的球形氮化硼的共混物的导热性组合物接触，其中该球形氮化硼具有小于2的平均纵横比并且由通过粘合剂粘结在一起的不规则非-球形BN颗粒并且随后喷雾干燥形成；和
将散热元件与该导热性组合物接触。
16.一种电子元件，其包含：至少两个不同的元件，其中一个是发热元件，和介于所述至少两个不同元件之间的导热性组合物，
其中所述导热性组合物包含聚合物基质和作为填料的球形氮化硼的共混物，并且该球形氮化硼由通过粘合剂粘结在一起的不规则非-球形BN附聚物并且随后喷雾干燥形成，具有小于1.5的平均纵横比。
17.一种在微处理器工作温度下进行相变以将通过热源产生的热传递到散热元件的热界面材料，该材料包含：
在热源的工作温度附近软化的相变物质，该相变物质包括聚合物组分和与该聚合物组分混合的熔点组分，该熔点组分改变了相变物质软化的温度，该熔点组分在微处理器工作温度附近熔融并且将聚合物组分溶于该熔点组分中；和
分散在相变物质中的氮化硼填料，其中该氮化硼填料包含由通过粘合剂粘结在一起的不规则非-球形BN颗粒并且随后喷雾干燥形成的附聚物，并且具有小于2的平均纵横比。
18.权利要求16的热界面材料，其中该球形BN附聚物涂覆有以下物质的至少一种：金属粉末、金属合金粉末、失水山梨糖醇酐的脂肪酸偏酯、钛酸酯、锆酸酯、苯甲酸衍生物、乙酰氧基硅烷、烷氧基硅烷、甲氧基硅烷、单硬脂酸失水山梨糖醇酯、单月桂酸失水山梨糖醇酯、单油酸失水山梨糖醇酯、单棕榈酸失水山梨糖醇酯、聚氧乙烯失水山梨糖醇单月桂酸酯、聚氧乙烯失水山梨糖醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨糖醇单油酸酯、聚氧乙烯失水山梨糖醇单棕榈酸酯、硅氮烷、硅烷醇、硅烷化合物、硅氧烷化合物、含有烷氧基、羟基或Si-H基团的聚合物、钛酸酯、锆酸酯、苯甲酸衍生物，和其混合物。
19.一种放置于两个相对面之间以促进这些面之间的传热的传热结构体，其包括：
包含至少50wt％碳纤维的基材；和
包含聚合物基质和作为填料的球形氮化硼的共混物的导热性组合物，其中该球形氮化硼由通过粘合剂粘结在一起的不规则非-球形BN颗粒并且随后喷雾干燥形成，并且具有小于2的平均纵横比。
20.一种导热性组合物，其包含以下物质的共混物：
包含在室温下为液体的材料的基质、熔点小于35℃的金属或金属合金，和作为填料的球形氮化硼，其中该球形氮化硼由通过粘合剂粘结在一起的不规则非-球形BN颗粒并且随后喷雾干燥形成，并且具有小于2的平均纵横比。
21.一种导热性层压制品，其包含聚合物导热层，其中一个单独的层是粘合薄膜层，并且该聚合物导热层包含作为填料的球形氮化硼，其中该球形氮化硼由通过粘合剂粘结在一起的不规则非-球形BN颗粒并且随后喷雾干燥形成，并且具有小于2的平均纵横比。
22.一种用于在能量生成器件与能量发散器件之间提供热接触的胶带，该胶带包括：
被构造成粘结在其中一个器件上的导热性材料；其上放置导热性材料的片材，该片材与导热性材料形成可移动的部分；
粘结在导热性材料上的薄膜，使得该材料介于片材与薄膜之间，
其中该材料、片材或薄膜的其中一个或多个被构造成使得片材与材料之间的粘合力大于薄膜与材料之间的粘合力；通过变弱的界面与第一薄膜连接的薄片，并且
其中该导热性材料包含作为填料的球形氮化硼，其中该球形氮化硼由通过粘合剂粘结在一起的不规则非-球形BN颗粒并且随后喷雾干燥形成，并且具有小于2的平均纵横比。
23.一种用于填充第一与第二表面之间的间隙的流态、形态稳定的配混物，该配混物包含以下物质的混合物：(a)固化的凝胶组分；和(b)粒状填料组分；其中该化合物在施加的压力下可分散通过喷嘴并且其中该导热性材料包含作为填料的球形氮化硼，其中该球形氮化硼由通过粘合剂粘结在一起的不规则非-球形BN颗粒并且随后喷雾干燥形成，并且具有小于2的平均纵横比。
24.一种导热性组合物，其包含聚合物基质和作为填料的球形氮化硼的共混物，其中该球形氮化硼由通过粘合剂粘结在一起的不规则非-球形BN颗粒形成并且随后喷雾干燥，并且具有小于2的平均纵横比和大于约6.5MPa.cc/g的断裂强度：包封密度比。
25.一种导热性组合物，其包含聚合物基质和作为填料的球形氮化硼附聚物的共混物，其中该球形氮化硼由通过粘合剂粘结在一起的不规则非-球形BN颗粒并且随后喷雾干燥形成，并且具有小于2的平均纵横比和20-约1000微米的平均附聚物尺寸。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20070912 |