一種高導熱複合墊片材料及製備方法與流程

2023-05-18 04:51:41 1

技術領域

本發明涉及導熱材料領域，特別涉及一種高導熱複合墊片材料及製備方法。

背景技術：

散熱一直是電子工業一項重點研究的工作，電子元器件的實際工作溫度是影響其可靠性的關鍵因素之一。隨著電子設備向著小型化、高功耗發展，其功耗密度逐步增加。電子設備的發熱量也成倍增加，這也對系統的散熱性能提出了更高的要求。導熱界面材料是散熱系統的關鍵物料，是連接晶片與散熱器之間的熱量傳遞的橋梁。根據導熱材料填料以及生產工藝的不同，導熱界面材料的導熱率也呈現出較大的差異。主要區別在於：粉體類型的選擇，包括形狀和大小；膠系的選擇，有機矽，環氧，丙烯酸等；分散助劑的選擇等。

可以作為導熱界面材料的導熱填料的材料有：金屬氧化物如Al2O3、ZnO、MgO等；金屬氮化物如AlN、BN；石墨；陶瓷類粉體等。

導熱界面材料的生產工藝主要有粉體前處理、粉體矽膠集體攪拌混勻、矽膠體系硫化、裁切包裝等。目前大規模使用的導熱界面材料其導熱率大多在5W/m•K以下，在現有的粉體體系以及生產工藝條件下，其導熱率難以有較大提升。

因此，現有技術還有待於改進和發展。

技術實現要素：

為了克服上述缺陷，本發明提供了一種高導熱複合墊片材料及製備方法。

本發明為了解決其技術問題所採用的技術方案是：一種高導熱複合墊片材料及製備方法，包括以下組份及其質量百分比，

有機矽聚合物 5%-10%；

球形導熱粉體 85%-90%；

多面體導熱粉體 1%-5%；

助劑 餘量；

所述多面體導熱粉體為六面體、八面體或十二面體。

作為本發明的進一步改進，所述有機矽聚合物為乙烯基聚矽氧烷、苯烯基聚矽氧烷、甲基苯烯酸矽氧烷及甲基乙烯基聚矽氧烷中的一種或多種的混合物。

作為本發明的進一步改進，所述球形導熱粉體為氧化鋁、氮化鋁、氧化鋅及氮化硼中的一種或多種的混合物。

作為本發明的進一步改進，所述助劑為偶聯劑、分散劑和催化劑中的一種。

作為本發明的進一步改進，所述偶聯劑為矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑及鋁酸酯偶聯劑中的一種或者多種。

作為本發明的進一步改進，所述的高導熱複合墊片材料，其中，所述分散劑為聚乙二醇200和聚乙二醇400中的一種或者二種。

作為本發明的進一步改進，所述催化劑為鉑金催化劑。

一種如權利要求1-8的高導熱複合墊片材料的製備方法，將上述的配方比的原料乾燥後，採用乾濕法進行表面處理，再放入行星攪拌機攪拌抽真空後，通過三輥延壓機進行加溫成型即得高導熱複合界面材料。

本發明的有益效果是：本發明使用多面體導熱粉體填充體系混合填充的導熱界面材料導熱率大幅提升。多面體導熱粉體具有多面接觸的效果，能形成有效導熱網絡結構，顯著提升導熱界面材料的導熱性能。本發明的方法製備出的導熱界面材料導熱性能優異，同時導熱界面材料的生產工藝切實可行。

附圖說明

圖1為本發明中球形導熱粉體與球形導熱粉體之間接觸面示意圖；

圖2為本發明中球形導熱粉體與多面體導熱粉體之間接觸面示意圖。

具體實施方式

為了加深對本發明的理解，下面將結合實施例和附圖對本發明作進一步詳述，該實施例僅用於解釋本發明，並不構成對本發明保護範圍的限定。

實施例1

一種高導熱複合界面材料的配方為：

甲基乙烯基聚矽氧烷8g、球形導熱粉體（包括球形氧化鋁粉末3g和，球形氧化鋁和球形氮化鋁的混合粉末88g）、矽烷偶聯劑1g。其中，3g球形氧化鋁粉末的粒徑D50=0.4~0.8μm，88g混合粉末的粒徑D50=1~70μm。88g混合粉末中，球形氧化鋁和球形氮化鋁的質量比為7:3。

將上述原料乾燥後，按照比例進行配比，採用乾濕法對配比後的原料進行表面處理，使粉體表面包裹一層偶聯劑。在放入行星攪拌機攪拌抽真空後，經三輥延壓機加溫成型即得高導熱墊片材料。經測試該導熱界面材料在壓力為10Psi的壓力下其導熱率為5.0W/m•K。其中的乾濕法是指將矽烷偶聯劑水解後與其他原料一起攪拌，攪拌速度為85轉/min，攪拌時間為10min，溫度小於25℃（例如20℃）。在放入行星攪拌機攪拌抽真空的工藝條件是：攪拌速度為30~85轉/min（例如50轉/min），時間不高於60min（例如50min），溫度小於25℃（例如20℃）。三輥延壓機加溫成型的工藝條件是：控制厚度和寬幅，調整合適張力，溫度設定為80~130℃（例如100℃），速度為0.8~1.4m/min（例如1m/min）。

實施例2

甲基乙烯基聚矽氧烷8g、多面體導熱粉體（多面體氧化鋁粉末，D50=0.4~0.8μm）3g、球形導熱粉體（球形氧化鋁和球形氮化鋁的混合粉末，D50=1~70μm）88g、矽烷偶聯劑1g。88g混合粉末中，球形氧化鋁和球形氮化鋁的質量比為7:3。

將上述原料乾燥後，按照比例進行配比，採用溼法對配比後的原料進行表面處理，使其粉體表面包裹一層偶聯劑。在放入行星攪拌機攪拌抽真空後，經三輥延壓機加溫成型即得高導熱墊片材料。經測試該導熱界面材料在壓力為10Psi的壓力下其導熱率為5.5W/m•K。其中的乾濕法是指將矽烷偶聯劑水解後與其他原料一起攪拌，攪拌速度為85轉/min，攪拌時間為10min，溫度小於25℃（例如20℃）。在放入行星攪拌機攪拌抽真空的工藝條件是：攪拌速度為30~85轉/min（例如50轉/min），時間不高於60min（例如50min），溫度小於25℃（例如20℃）。三輥延壓機加溫成型的工藝條件是：控制厚度和寬幅，調整合適張力，溫度設定為80~130℃（例如100℃），速度為0.8~1.4m/min（例如1m/min）。

實施例3

甲基乙烯基聚矽氧烷8g、多面體導熱粉體（多面體氧化鋁粉末，D50=0.4~0.8μm）4g、球形導熱粉體（球形氧化鋁和球形氮化鋁的混合粉末，D50=1~70μm）87g、矽烷偶聯劑1g。88g混合粉末中，球形氧化鋁和球形氮化鋁的質量比為7:3。

將上述原料乾燥後，按照比例進行配比，採用溼法對配比後的原料進行表面處理，使其粉體表面包裹一層偶聯劑。在放入行星攪拌機攪拌抽真空後，經三輥延壓機加溫成型即得高導熱墊片材料。經測試該導熱界面材料在壓力為10Psi的壓力下其導熱率為6.2W/m•K。其中的乾濕法是指將矽烷偶聯劑水解後與其他原料一起攪拌，攪拌速度為85轉/min，攪拌時間為10min，溫度小於25℃（例如20℃）。在放入行星攪拌機攪拌抽真空的工藝條件是：攪拌速度為30~85轉/min（例如50轉/min），時間不高於60min（例如50min），溫度小於25℃（例如20℃）。三輥延壓機加溫成型的工藝條件是：控制厚度和寬幅，調整合適張力，溫度設定為80~130℃（例如100℃），速度為0.8~1.4m/min（例如1m/min）。

本發明中採用球形導熱粉體與多面體導熱粉體相結合，以提高散熱效率。如採用純球形導熱粉體，球形導熱粉體與球形導熱粉體導熱接觸模型如圖1所示，從圖中可以看出，球形與球形接觸面並不大，即單一球形接觸面較小，導熱通道有局限。而採用球形導熱粉體與多面體導熱粉體相結合，其導熱接觸模型如圖2所示，從圖中可以看出，球形與多面體的接觸面增大，即球形與多面體的接觸面多，所以導熱通道增多，增加有效導熱網絡結構，顯著提升了導熱界面材料的導熱性能。

通過上述實施例對比發現，多面體導熱粉體直接替代部分球形導熱粉體在高導熱材料填充會有更多的接觸效果從而實現更多的導熱通道，已達到更高的導熱係數。