一种高导热性能的相变石墨导热材料及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高导热性能的相变石墨导热材料及制备方法，尤其适用于半导体 表面封装中热源类元器件/LED组装工艺中散热器的界面散热。
【背景技术】
[0002] 随着二十一世纪电子科技的蓬勃发展，各类电子元器件的热密度越来越高，散热 问题也就成为电子产品设计中至关重要的考虑。
[0003] 本发明与市场上普遍存在的导热硅脂比较，初期热阻抗低，传热性能优秀；由于其 为相变材料，随着温度变化该产品改变形态，由固态变为液态，可提供一定的潜热；该产品 在功能性元器件不工作过程中，恢复为初始的固态，因而比较导热硅脂，可靠性优秀，非常 优秀的长期有效保证，即使在垂直方向使用材料都不会扩散或者下滴。
[0004] 本发明与市场上存在的其他相变导热材料比较，由于其使用了导热性能非常优秀 的石墨导热粒子，纵向传热性能优秀、快速，横向热扩散性能良好，因而，既解决了不同界面 的热传导问题，更提供了一种由于热无法在界面间很好扩散，可能会出现过热聚点的方案。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有大多数导热界面材料无法满足目前越来越高的散热 要求，提供一种高导热性能的相变石墨导热材料。本发明的相变石墨导热材料，可以制备为 各种形状、不同厚度的垫片形式和添加不同的稀释剂制备的膏状物。使用过程方便简单，对 于片状形式的产品，将表面的保护膜去掉后，完整的贴合在需要导热的两个界面；对于膏状 物，涂布在需要导热的两个界面之间；使用少许压力（一般建议20~40PSI)，使两个界面 贴合良好即可。减少了目前普遍存在的导热胶固化等待时间，极大地提高了工艺生产效率。
[0006] 本发明为一 100%固含量的产品，不含任何挥发性溶剂，是完全环境友好型产品。 本发明提供非常优秀的界面润湿能力，主要用于各类热源发生器与散热器之间的导热连 接，可以广泛应用于半导体，电源电气，白色家电及LED等等行业的散热设计。
[0007] 本发明的高导热性能的相变石墨导热材料，其组分及质量百分含量为：
[0008] 基础相变树脂 15~35%. 抗氧剂 0~5% 交联剂 0~5% 偶联剂 0~5% 石墨导热粒子 55~85%
[0009] 其中：
[0010] 上述的基础相变树脂为石蜡、微晶蜡、蜂蜡、C2~C20烷烃化合物、PE蜡中的一种 或多种混合而成，尤以石蜡、微晶蜡为主，将石蜡、微晶蜡及聚丁二烯及其改性物混合均匀， 得到相变点合适的基础相变树脂，一般说来，以相变点为40~60摄氏度为最佳；
[0011] 上述的抗氧剂为2,2' -亚甲基-双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚），抗氧剂1076,抗 氧剂1010等等；一般说来，抗氧剂占相变导热材料总量的1 一 3%为最佳。
[0012] 上述的交联剂为有机硅类（譬如正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、三甲氧基硅烷）、金属 有机化合物（譬如异丙醇铝、醋酸锌、乙酰丙酮钛）、多异氰酸酯等等；通过选择交联剂，可 以保证该相变导热材料具有良好的防下垂性能等等。一般来说，交联剂的加入量为相变导 热材料总量的1~3% ;
[0013] 上述的偶联剂为硅烷类偶联剂（譬如γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚 氧基丙基三甲氧基硅烷、γ -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、Ν-β-(氨乙基）-γ-氨丙 基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷等等）、钛酸酯类偶联剂（譬如双（二辛氧基焦磷酸 酯基）乙撑钛酸酯、十二烷氧基钛酸酯偶联剂、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯等等）的一种或 多种混合物；通过选择合适的偶联剂，可以提高相变导热材料的储存稳定及应用操作性能； 一般来说，偶联剂的加入量为电子导热胶总量的1~3% ;
[0014] 上述的导热石墨粒子为各类不同D50粒径的导热石墨粒子或者片状石墨粉体的 一种或多种混合物；通过选择合适的石墨导热粒子形状及粒径，从而调节优化该相变石墨 导热材料的传热及热扩散性能；填料的加入量一般为相变导热材料总量的55~70%为宜。
[0015] 本发明的一种高导热性能的相变石墨导热材料及制备方法，其优点是：
[0016] 1.本发明的相变石墨导热材料是专门针对需要优秀导热要求和有更长适用期要 求的应用而设计的，通过合理的配方优化和原材料选择，既能满足优秀的热传导性能，又能 满足更长时间的使用有效性及特殊使用条件下的可靠性；
[0017] 2.本发明的相变石墨导热材料具有良好的储存稳定性能，热阻抗低，对众多基材 的润湿效果优秀，满足目前的半导体元器件/高功率LED的散热要求；
[0018] 3.本发明的相变石墨导热材料具有使用方便便捷，产品方式多样的特点。 实施例
[0019] 以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限 定本发明的范围。
[0020] 实施例1
[0021] 相变导热材料的组分及各部分的含量如下：
[0022] 全精炼58号石蜡 18. 5% 抗氧剂1076 0, 5% 石墨导热粒子1)50=Γ3徼米 77.5% 三甲氧基硅烷 0% Υ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷 2. 5%
[0023] 具体制备方法：
[0024] 在行星动力混合机中按所述配方比例加入全精炼58号石蜡、抗氧剂1076、偶联剂 γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，升高温度至70摄氏度，搅拌45分钟成均匀的膏状 物；
[0025] 然后加入交联剂三甲氧基硅烷，搅拌10分钟至交联剂完全溶解；
[0026] 分批加入石墨导热导热粒子D50 = 2~3微米，搅拌75分钟，观察混合均匀后，进 行真空去泡45分钟处理，即得相变石墨导热材料样品1。
[0027] 实施例2
[0028] 相变导热材料的组分及各部分的含量如下：
[0029] 低熔点蜡PESO 21.m, 2，2' -亚甲基-双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚） 1.0%:
[0030] 石墨导热粒子D50=3~5微米 67. 5% 三甲氧基硅烷 1.0% 异丙基三油酸酰氧基钛酸酯 2. 5%
[0031] 具体制备方法：
[0032] 在行星动力混合机中按所述配方比例加入低熔点蜡PE80、2, 2' -亚甲 基-二- (4-甲基，6-叔丁基苯酚）、偶联剂异丙基三油酸酰氧基钛酸酯，升高温度至70摄 氏度，搅拌45分钟成均匀的膏状物；
[0033] 然后加入交联剂三甲氧基硅烷，搅拌10分钟至交联剂完全溶解；
[0034] 分批加入石墨导热导热粒子D50 = 3~5微米，搅拌75分钟，观察混合均匀后，进 行真空去泡45分钟处理，即得相变石墨导热材料样品2。
[0035] 实施例3
[0036] 相变导热材料的组分及各部分的含量如下：
[0037] 微晶蜡70# 23. 0% 抗氧剂1010 1. 0% 石墨导热粒子D50=2~3微米 72. 5% 乙酰丙酮钛 1.0% Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷 2.?
[0038] 具体制备方法：
[0039] 在行星动力混合机中按所述配方比例加入微晶蜡70#、抗氧剂1076、偶联剂γ-甲 基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，升高温度至70摄氏度，搅拌45分钟成均匀的膏状物；
[0040] 然后加入交联剂乙酰丙酮钛，搅拌10分钟至交联剂完全溶解；
[0041] 分批加入石墨导热导热粒子D50 = 2~3微米，搅拌75分钟，观察混合均匀后，进 行真空去泡45分钟处理，即得相变石墨导热材料样品3。
[0042] 实施例4
[0043] 相变导热材料的组分及各部分的含量如下：
[0044] 全精炼58号石蜡 26.0% 2, 2' -亚甲基-双-（4-甲基-6-叔丁基苯酚） 1.0% 石墨导热粒子?)50=:Γ5微米 69. 5% 三甲氧基硅烷 L 3% 异丙基三油酸酰氧基钛酸酯 2. 2%
[0045] 具体制备方法：
[0046] 在行星动力混合机中按所述配方比例加入全精炼58号石蜡、2，2 ' -亚甲 基-二- (4-甲基，6-叔丁基苯酚）、偶联剂异丙基三油酸酰氧基钛酸酯，升高温度至70摄 氏度，搅拌45分钟成均匀的膏状物；
[0047] 然后加入交联剂三甲氧基硅烷，搅拌10分钟至交联剂完全溶解；
[0048] 分批加入石墨导热导热粒子D50 = 3~5微米，搅拌75分钟，观察混合均匀后，进 行真空去泡45分钟处理，即得相变石墨导热材料样品4。
[0049] 实施例1-4按照标准ASTM-5470D及剪切强度测试方法进行检验，各项指标如下表 所示。
[0050]
[0051]
[0052] 依上检验所得的各项指标，可得到下述结论：
[0053] 1.该发明提供的相变石墨导热材料界面热阻抗低，提供优秀的界面热传导效果；
[0054] 2.该发明提供的相变石墨导热材料在不同苛性测试条件，热阻抗变化小，所有样 品都展现比较导热硅脂更优秀的可靠性及长期传热稳定性能；
[0055] 3.该发明提供的相变石墨导热材料都表现出良好的导热性能，尤其是实例4表现 更为优秀。
【主权项】
1. 一种高导热性能的相变石墨导热材料，其特征在于，由下述质量配比的物质组成： 基础相变树脂 15~35% 抗氧剂 O~5% 交联剂 O~5% 偶联剂 O~5% 石墨导热粒子 55~85% 所述的基础相变树脂为石蜡、微晶蜡、蜂蜡、C2~C20烷烃化合物、PE蜡中的一种或多 种混合。2. 根据权利要求1所述的导热材料，其特征在于，所述的抗氧剂为2,2' -亚甲 基-双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚），抗氧剂1076,抗氧剂1010。3. 根据权利要求1所述的导热材料，其特征在于，所述的交联剂为正硅酸乙酯、正硅酸 甲酯、三甲氧基硅烷、异丙醇铝、醋酸锌、乙酰丙酮钛、多异氰酸酯。4. 根据权利要求1所述的导热材料，其特征在于，所述的偶联剂为γ -氨丙基三乙氧 基硅烷、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、 Ν-β-(氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、双（二辛氧基焦磷酸酯 基）乙撑钛酸酯、十二烷氧基钛酸酯偶联剂、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯的一种或多种混 合物。5. 根据权利要求1所述的导热材料，其特征在于，所述的导热石墨粒子为各类不同D50 粒径的导热石墨粒子或者片状石墨粉体的一种或多种混合物。6. 根据权利要求1所述的导热材料，其特征在于，制备方法包括：在行星动力混合机中 按所述配方比例加入基础相变树脂、抗氧剂、偶联剂，升高温度至70摄氏度，搅拌30~45 分钟成均匀的膏状物；然后加入交联剂，搅拌10分钟至交联剂完全溶解；分批加入石墨导 热导热粒子，搅拌60~90分钟，观察混合均匀后，进行真空去泡30~45分钟处理，即得相 变石墨导热材料。
【专利摘要】本发明提供一种高导热性能的相变石墨导热材料，由下述物质组成：基础相变树脂10～25％，抗氧剂0～5％，交联剂0～5％，偶联剂1～5％，石墨导热粒子40～80％。本发明的相变石墨导热材料可用于半导体表面封装中热源类元器件/LED组装工艺中散热器的界面散热等等，极大地提高热源类元器件与LED散热器的散热效果及长期可靠性。该产品具有良好的表面润湿性能优秀和快速有效的散热效果，电气性能良好，成本低廉，长期使用效果尤其优秀。本产品制备方法简单，可以适用于机械工艺及手工使用等等，可满足高端电子产品，譬如PC、游戏机等及高功率LED越来越高的散热需求。
【IPC分类】C08K13/02, C09K5/06, C08L23/06, C08K3/04, C08L91/06
【公开号】CN105348821
【申请号】CN201510747286
【发明人】邓志军, 万炜涛, 陈田安
【申请人】深圳德邦界面材料有限公司
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年11月6日