导热界面材料(Thermal Interface Materials，TIM)是由提供柔性的聚合物和提供高导热性能的导热填料两部分混合制备而成，主要用于填充微电子材料表面和散热器之间的间隙，在电子元件和散热器间建立有效的热传导通道，从而确保器件产生的热量得以有效散发至外界，使电子设备在安全温度范围内工作。

导热垫片（来源：深圳市德弘电子材料有限公司）

由于有机硅聚合物具有优异的化学稳定性，同时其物理特性（如粘度，模量等）随温度变化不明显，目前绝大多数TIM基体材料都是有机硅树脂体系，然而，随着应用的多元化，有机硅TIM材料的一个普遍风险也日渐突出，其在使用过程中容易在散热器或者基材表面“分泌”出油脂，轻则导致器件外观缺陷，重则使周围元器件受到影响而发生电气故障。因此，如何降低渗油率成为了制备导热界面材料亟需迎头解决的一大难题。

导热硅脂在单机表面发生渗油现象

TIM材料“滋滋冒油”的根本原因

在TIM材料中，有机硅分子链段大多都是通过缠结交联形成网状结构的，但除此之外还存在一些分子链很短的小分子无法通过化学键与分子簇形成缠结交联，导致有机硅胶交联程度不足，而这些未交联的小分子硅油在高温下粘度降低，在表面张力梯度的作用下，毛细流动驱动其以液体形式从TIM材料的主体中溢出，特别小的分子则会以气态的方式从材料中挥发出来，并在电子元件的表面富集，从而使TIM材料表面产生“滋滋冒油”的现象。

聚合物部分的微观结构

如何改善渗油现象？

从上述渗油机理可以看出，有机硅导热界面材料的渗油现与其分子链段的交联程度有关。目前可从有机硅改性、填料改性和填料复配等几个方面入手改善其渗油现象：

1、有机硅改性

分子链段较短的小分子较难与分子簇缠结交联而成为游离态硅油，通过在基础油分子结构中引入非极性长支链或氟碳长链结构，改变基础油的分子链结构，增加聚合物分子链缠结。随着接枝链段含量的增加，制得的改性硅油分子量有所增大，大分子物质由于分子间缠绕作用导 致其移动困难，更不易从TIM中“溢出”，渗油现象也就因此改善。

含氟碳长链改性硅油的反应过程示意图 

余良兵等人通过对球形Al₂O₃进行表面处理，在乙烯基有机聚硅氧烷侧基中引入长链烷基，制得呈半流动膏状的导热硅凝胶，其具有导热性高[热导率可达5.2～5.4 W/(m·K)]，耐热性好[150 ℃×90 d老化后的热导率为5.7～5.9 W/(m·K)]，渗油率低（<0.9%）及施工方便等优点。

2、填料表面改性

由于导热硅脂中的硅油在使用过程中会通过缓慢移动脱离粉体，导致硅油渗出，因此可采用硅烷偶联剂对导热填料进行表面改性，增强两者的结合强度而改善渗油现象。硅烷偶联剂是一种同时含有亲油基和亲水基的表面改性剂，其亲水基水解后会与导热粉体表面的羟基发生脱水缩合反应形成化学键，亲油端因为与硅油分子相容性较高，互相缠绕在一起，能够实现填料与有机硅的紧密结合，除了可抑制硅油分子向外扩散，还可以减弱导热填料的自团聚趋势，促使导热填料在聚硅氧烷中分散均匀。

硅烷偶联剂的改性机理

廖威对h-BN和立方BN进行羟基化处理，使其表面形成硼氧键，再在高温作用下使硼氧键与羟基硅油发生交联形成聚硼硅氧烷凝胶基体，制得一种以BN为导热骨架网络的复合智能导热硅凝胶。该导热硅凝胶导热性能优异，热导率可达12～13 W/(m·K)，在静止状态时为一定黏度的流体，可方便涂抹并完全填充间隙。

3、填料复配

随着填料的填充量的增加，除了会使得单位体积内硅油含量减少，还会增大颗粒间的堆积密度，使未交联树脂的渗油路径变长，而难以从致密的填料结构中渗出。要实现填料的大填充量，可通过不同粒径、不同形态的导热填料复配实现：采用不同粒径的填料复配，大粒径填料充当骨架，小粒径填料可以填充在大粒径填料空隙中，实现致密堆积。而采用不同形貌的填料复配，填料间能够相互嵌套或互锁，在堆积时也会更为致密。对于相同填料不同添加量而言，影响因素有两个，其一，随着填料的添加量 增大，单位体积树脂含量减少，未交联树脂比例减少导致渗油量减少；

不同粒径、不同形貌的颗粒堆积

陈冉冉等人以自制长链烷基改性硅油和含氟碳长链改性硅油作为基体，利用片状BN填料和类球状AlN填料的协同作用制得低迁移绝缘导热硅脂，其热导率为2.51 W/(m·K),体积电阻率为3.1×1015 Ω·cm, 击穿电压为10.1 kV/mm, 分油量为0.099%。

参考来源：

1、陈冉冉,郭成,陈砚朋等.低迁移绝缘导热硅脂界面材料的制备及其性能研究[J].材料导报.

2、韩蒙蒙,张阔,李敬.有机硅基热界面材料的研究进展[J].有机硅材料.

3、Sanjay Misra,导热界面材料的有机硅迁移问题,汉高电子

4、陈冉冉,任晓雯,孙敬文等.低渗油高导热硅脂界面材料的制备及其性能[J].材料科学与工程学报.

5、廖威.一种复合导热网络的导热硅凝胶及其制备方法.

6、余良兵，刘金明，翁祝强.一种导热硅凝胶及其制备方法和应用.

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