【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及有机硅，尤其涉及一种导热性有机硅组合物及其固化物和应用。
技术介绍
1、作为信息工业的支撑产业-半导体技术正面临一个重大的瓶颈与挑战-热墙(thermal wall)。也就是说，高速化和高密度的微/纳电子器件在很小的空间产生巨大的热量。这些热量积聚在极小的范围内，使得电子器件的温度急剧升高。在这种情况下，电子器件运行的可靠性和速度降低，并最终导致集成电路被烧毁。因此，如何将产生的热量及时耗散出去是半导体电子工业发展所面临的一个重要课题。从微观上看，在不同材料形成的界面处，固体表面的粗糙度会使界面附近充满空气，从而使实际的接触面积远小于界面的表面积。由于空气的导热性能很差，因此会极大地增加界面的整体热阻。为了减小这一不利因素的影响，人们通常在界面处填充具有较高导热系数的热界面材料(thermal interfacematerials,tim)。这类材料需要具有一定的变形性和流动性，从而尽可能地充满界面处的缝隙，增大接触面积。比较常见的热界面材料有导热脂、导热凝胶、导热胶黏剂、导热垫片、相变材料等，它们都是将导热填料，如氧化锌、氧化铝等加到聚硅氧烷类高分子基材中或者碳链烃油中的复合材料。
2、提高填充形热界面材料的导热系数，采用提高填充量以及采用更高导热系数的导热填料是常规手段。当前采用导热系数约为27w/m·k的氧化铝填料体系，填料重量百分比接近96％，体积百分比接近86％时，导热凝胶最高导热系数约6w/m·k。采用氮化铝填料体系时，当填料重量百分比接近96％，体积百分比接近86％时导热凝胶导热系数可提升
3、对于导热凝胶材料来说，其成型过程的使用场景是采用点胶工艺，材料会流经点胶机的各处复杂流道。但是无论是氧化铝、氮化铝或者金刚石，其莫氏硬度都在7以上属于超硬材料，而且>5w/m·k的高导热的热界面材料，其填料体积填充率已经高于80％。这种莫氏硬度为7以上的填料颗粒在高体积填充时，对于点胶设备的流道具有很强的磨蚀性，容易造成设备磨损导致高额的维修和生产成本。所以点胶设备在处理高导热材料时，要求导热材料对设备低磨损的点胶工艺性要求更高，技术难度更大。如cn112608720b基于不同粒度氮化铝、氧化铝填料复配提供了一种高导热系数，自动化点胶工艺的导热凝胶材料，但缺乏对点胶工艺中设备磨损的考量，按其填料体系及填料量技术路线，满足高导热的情况下其对设备的磨损无法满足行业内使用场景的新需求，目前行业内缺乏这种高导热性基础上兼具优良点胶工艺、低磨损性能的热界面材料。
4、因此，研究得到一种提高导热性、点胶工艺性，降低对设备的磨损性的网络结构导热有机硅组合物作为热界面材料，具有重要的意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有技术的不足提供一种导热性有机硅组合物及其固化物和应用。具有新型导热填料网络结构的导热有机硅组合物作为热界面材料，可以在高填充量所带来的高导热性能的基础上，兼具优良的点胶工艺性，尤其是对设备的低磨损性。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种导热性有机硅组合物，所述导热性有机硅组合物包含有机聚硅氧烷、复合填料粉；
4、复合填料粉包含核层、中间层和壳层；核层为莫氏硬度≥7的导热粉，壳层为莫氏硬度≤7的导热粉，中间层为有机硅聚合物；
5、核层的导热粉为金刚石、氮化铝、碳化硅和氧化铝中的一种或几种，壳层的导热粉为氧化锌、氧化镁、氢氧化铝和氮化硼中的一种或几种；
6、壳层和核层的体积比为0.5～5：100，中间层和核层的体积比为0.1～5：100；核层导热粉的d50为20～150μm，壳层导热粉的d50为0.05～5μm。
7、作为优选，核层导热粉的粒径和壳层导热粉的粒径之比为10～1000：1；复合填料粉的表面能为18～60mj/m2，复合填料粉的d50为20～200μm。
8、作为优选，复合填料粉的制备方法为：有机硅聚合物对核层导热粉进行第一包覆，再用壳层导热粉对有机硅聚合物进行第二包覆，第二包覆完成后进行加热反应，得到复合填料粉；
9、加热反应的温度为60～150℃，加热反应的时间为4～24h；
10、进行第一包覆前，核层导热粉的含水率≤5％；
11、第一包覆和第二包覆中，运动速度独立的为10～80m/s，装料系数独立的为20～60％。
12、作为优选，有机聚硅氧烷包含烯基有机聚硅氧烷和/或硅油；烯基有机聚硅氧烷在25℃下的粘度为10～10000mpa·s，1分子烯基有机聚硅氧烷中，烯基的个数≥2个。
13、作为优选，导热性有机硅组合物包含可固化型导热性有机硅组合物和预固化型导热性有机硅组合物；导热性有机硅组合物还包含有机氢聚硅氧烷、导热填料、铂族金属催化剂、硅氢加成反应抑制剂和分散剂中的一种或几种；1分子有机氢聚硅氧烷中，sih基的个数≥2个。
14、作为优选，可固化型导热性有机硅组合物中，有机氢聚硅氧烷中sih基的个数为有机聚硅氧烷中烯基个数的0.5～1.5倍，预固化型导热性有机硅组合物中，有机氢聚硅氧烷中sih基的个数为有机聚硅氧烷中烯基个数的0～0.8倍。
15、作为优选，导热填料为金刚石、氮化铝、氧化铝、氧化锌、氧化镁、碳化硅、铝和铜的一种或多种；导热填料的d50≤30um，d99≤180um；
16、导热填料和复合填料粉的体积比为1～3：1～10；导热填料和复合填料粉的体积填充率之和≥80％。
17、作为优选，铂族金属催化剂中铂族金属原子的质量为有机聚硅氧烷质量的0.1～500ppm，硅氢加成反应抑制剂的质量为有机聚硅氧烷质量的0.01～5％，分散剂的质量为复合填料粉和导热填料总质量的0.1～10％。
18、本专利技术还提供了所述的导热性有机硅组合物固化得到的有机硅组合物固化物，有机硅组合物固化物的导热率≥5w/m·k。
19、本专利技术还提供了所述的导热性有机硅组合物在电子元器件中的应用。
20、本专利技术的有益效果包括以下几点：
21、1)本专利技术从热界面材料导热填料结构影响材料挤出流动工艺性能以及导热性的角度着手，创新性地对填料结构做出设计，包括颗粒形貌结构及颗粒界面结构。通过整形包覆造粒的精确控制工艺，如，控制包覆整形中的工艺参数、包括受力方式、包覆剂用量、反应温度等，得到本专利技术的复合填料粉。此种填料结构在保证高填充量提高导热性能的基础上，同时可以保证材料在点胶过程中的挤出流动状态下，具有低流动阻力从而提高点胶挤出流动性，同时对点胶设备具有低磨损性。
22、2)本专利技术的复合填料粉，高莫氏硬度颗粒的核层表面有一层低莫氏硬度颗粒壳层，可起到低磨损作用，使材料挤出流动时与点胶设备管壁接触的部分是低莫氏硬度的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种导热性有机硅组合物，其特征在于，所述导热性有机硅组合物包含有机聚硅氧烷、复合填料粉；
2.根据权利要求1所述的导热性有机硅组合物，其特征在于，核层导热粉的粒径和壳层导热粉的粒径之比为10～1000：1；复合填料粉的表面能为18～60mJ/m2，复合填料粉的D50为20～200μm。
3.根据权利要求1或2所述的导热性有机硅组合物，其特征在于，复合填料粉的制备方法为：有机硅聚合物对核层导热粉进行第一包覆，再用壳层导热粉对有机硅聚合物进行第二包覆，第二包覆完成后进行加热反应，得到复合填料粉；
4.根据权利要求3所述的导热性有机硅组合物，其特征在于，有机聚硅氧烷包含烯基有机聚硅氧烷和/或硅油；烯基有机聚硅氧烷在25℃下的粘度为10～10000mPa·s，1分子烯基有机聚硅氧烷中，烯基的个数≥2个。
5.根据权利要求1所述的导热性有机硅组合物，其特征在于，导热性有机硅组合物包含可固化型导热性有机硅组合物和预固化型导热性有机硅组合物；导热性有机硅组合物还包含有机氢聚硅氧烷、导热填料、铂族金属催化剂、硅氢加成反应抑制剂和分散剂中的一种或
6.根据权利要5所述的导热性有机硅组合物，其特征在于，可固化型导热性有机硅组合物中，有机氢聚硅氧烷中SiH基的个数为有机聚硅氧烷中烯基个数的0.5～1.5倍，预固化型导热性有机硅组合物中，有机氢聚硅氧烷中SiH基的个数为有机聚硅氧烷中烯基个数的0～0.8倍。
7.根据权利要求5或6所述的导热性有机硅组合物，其特征在于，导热填料为金刚石、氮化铝、氧化铝、氧化锌、氧化镁、碳化硅、铝和铜的一种或多种；导热填料的D50≤30um，D99≤180um；
8.根据权利要求7所述的导热性有机硅组合物，其特征在于，铂族金属催化剂中铂族金属原子的质量为有机聚硅氧烷质量的0.1～500ppm，硅氢加成反应抑制剂的质量为有机聚硅氧烷质量的0.01～5％，分散剂的质量为复合填料粉和导热填料总质量的0.1～10％。
9.权利要求1～8任一项所述的导热性有机硅组合物固化得到的有机硅组合物固化物，其特征在于，有机硅组合物固化物的导热率≥5W/m·K。
10.权利要求1～8任一项所述的导热性有机硅组合物在电子元器件中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种导热性有机硅组合物，其特征在于，所述导热性有机硅组合物包含有机聚硅氧烷、复合填料粉；
2.根据权利要求1所述的导热性有机硅组合物，其特征在于，核层导热粉的粒径和壳层导热粉的粒径之比为10～1000：1；复合填料粉的表面能为18～60mj/m2，复合填料粉的d50为20～200μm。
3.根据权利要求1或2所述的导热性有机硅组合物，其特征在于，复合填料粉的制备方法为：有机硅聚合物对核层导热粉进行第一包覆，再用壳层导热粉对有机硅聚合物进行第二包覆，第二包覆完成后进行加热反应，得到复合填料粉；
4.根据权利要求3所述的导热性有机硅组合物，其特征在于，有机聚硅氧烷包含烯基有机聚硅氧烷和/或硅油；烯基有机聚硅氧烷在25℃下的粘度为10～10000mpa·s，1分子烯基有机聚硅氧烷中，烯基的个数≥2个。
5.根据权利要求1所述的导热性有机硅组合物，其特征在于，导热性有机硅组合物包含可固化型导热性有机硅组合物和预固化型导热性有机硅组合物；导热性有机硅组合物还包含有机氢聚硅氧烷、导热填料、铂族金属催化剂、硅氢加成反应抑制剂和分散剂中的一种或几种；1分子有...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩杨，周占玉，李素卿，陈肖男，唐云辉，
申请(专利权)人：北京中石伟业科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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