如何提升氧化镁导热填料耐湿能力

电子设备的散热变得越来越重要，因为这些设备的封装密度不断增加，导致在紧凑的封装空间中产生大量热量，散热不佳会使电子产品的寿命及性能稳定性大打折扣。为了改善散热，需要具有高导热性的电绝缘材料，改善电子产品散热能力的一种常见方法是使用含有导热填料的聚合物基复合材料。

平均粒径约20μm，具有高流动性和高填充性的氧化镁粉

通常，二氧化硅、氧化铝、氮化铝、氮化硼等被广泛用作绝缘导热填料。二氧化硅性价比高，但其导热率低，散热能力无法应对发热量增加，氧化铝比二氧化硅具有更高的导热性，因而具有更好的散热性，但缺点是硬度高，制造设备易磨损。氮化铝、氮化硼等氮化物基填料具有优异的导热性，但价格昂贵，应用范围有限。氧化镁导热系数比二氧化硅高一个数量级，约为氧化铝的两倍[45-60W/(m.K)，硬度低于氧化铝（氧化铝莫氏硬度9，氧化镁莫氏硬度6），可以减少对制造设备的磨损，其价格又低于氮化物系列导热填料，被视为“导热填料”极佳候选者。

在参考文献1中，使用体积分数为56%的MgO填料实现了环氧塑封料（EMC）高达3W/(m.K)的热导率，56vol%填充获得的EMC的热导率大约是具有相同填料体积分数的传统二氧化硅填充EMC的两倍，并且具有等效的电绝缘性、热膨胀和吸水特性。

不过，氧化镁的一个致命伤害就是它的吸湿性比二氧化硅和氧化铝高，当其与大气中的水分发生水合时，发生体积膨胀会导致复合材料产生裂纹、导热系数下降等问题，因此需要提升氧化镁的抗水解能力以提升其实用性。此外，当使用氧化镁作为导热填料时，需要在树脂组合物中具有高填充性以获得更高的散热性能，因此高流动性、与基体相容性好氧化镁也是极其重要的。通过特殊表面处理，可以有效提升氧化镁的耐湿性。

在CO2加压条件下进行水热反应，得到了耐湿能力优异的碳酸镁（MgCO3）包覆氧化镁的核壳结构粉体。碳酸镁是一种在水中溶解度低的稳定化合物，氧化镁颗粒的核应完全被碳酸镁反应层的壳覆盖，以避免氧化镁与水反应，不过碳酸镁的导热系数为15W/(m·K)，低于MgO，应控制生产条件，使外壳（碳酸镁）尽可能薄且足够致密以保证水不会通过外壳。

核壳结构MgO颗粒的横截面

耐湿氧化镁粉末采用多步骤制造，首先，烧成氧化镁粉末。之后，在氧化镁粉末上通过喷镀、化学沉积或喷雾粘接的方法形成二氧化硅膜，被覆氧化镁粉末表面。或者，通过在氧化镁粉末中混合微粉二氧化硅并进行烧成，从而以二氧化硅膜被覆氧化镁粉末表面。由于为这样的方案，因此存在制造工序增加、需要用于制造的设备的问题。

使用一种简易的方法制造了低吸湿性的氧化镁粉末，并将其应用于热固性树脂组合物。使用该树脂组合物制作的电绝缘层的耐湿特性、加工性优良且热传导性良好，适用作安装发热部件的印刷电路板等电路板的绝缘层。发明人使用二氧化硅质量含量为1~6％的氧化镁作为原料，在°C~°C（二氧化硅熔点附近的温度）进行烧成。

通过该操作，在氧化镁粉末表面渗出的二氧化硅不会完全与氧化镁粉末分离，而是被覆氧化镁粉末的表面，在氧化镁粉末的表面形成二氧化硅膜。无需特殊的工序，仅经过原有的氧化镁粉末的烧成工序即可，可简化制造工序，所得氧化镁粉末的表面被二氧化硅膜被覆，可改良氧化镁粉末的吸湿性。如果二氧化硅含量比总质量1％少，则熔融的二氧化硅不能充分覆盖氧化镁粉末的表面，不能完成减少氧化镁粉末吸湿性的改良。此外，如果比总质量6％多，则由于覆盖氧化镁粉末表面的二氧化硅膜的厚度变厚，不能发挥氧化镁本来的热导率，树脂成形物的热传导性降低。

为提高粉末对树脂的填充率，需要使粉末的形状接近于球状，球状包覆氧化镁粉末其表面被复合氧化物包覆，包覆该氧化镁粉末表面的复合氧化物优选含有选自铝，铁，硅及钛中的一种或一种以上元素与镁，如镁橄榄石(Mg2SiO4)、尖晶石(Al2MgO4)、镁铁氧体(Fe2MgO4)、钛酸镁(MgTiO3)等。复合氧化物包覆的第一目的在于改善氧化镁粉末的耐湿性，第二目的在于使氧化镁粉末的球状化处理步骤容易。通过在氧化镁粉末的表面形成比火焰温度熔点低的复合氧化物，使氧化镁粉末的表面低熔点化，而使球状化容易。

复合氧化物的熔点优选为K或其以下，更优选为K或其以下。此外，发明文件中提到，球状氧化镁粉末可根据需要以硅烷系偶联剂，钛酸酯系偶联剂，铝酸酯系偶联剂作表面处理，可进一步提高填充性。硅烷系偶联剂：乙烯基三氯硅烷，乙烯基三烷氧基硅烷，环氧丙氧基丙基三烷氧基硅烷，甲基丙烯酰氧基丙基甲基二烷氧基硅烷等。钛酸酯系偶联剂：异丙基三异硬脂酰钛酸酯，四辛基双(双十三烷基磷酸酯)钛酸酯，双(二辛基焦磷酸酯)氧基乙酸酯钛酸酯等。

一种具有良好耐水性的含磷包覆氧化镁粉末的制造方法以及含该粉末的树脂组合物。复合氧化物包覆的氧化镁具有良好的耐水性，但依然容易存在包覆不完全的区域。该发明为填补氧化镁粉末表面的复氧化物的包覆不完全的区域来提高耐水性，在由复合氧化物形成的包覆层上，进一步形成磷酸镁系化合物的包覆层，已获得耐水性性能更优异的氧化镁粉体。