一种高导热复合垫片材料及制备方法与流程

技术领域

本发明涉及导热材料领域，特别涉及一种高导热复合垫片材料及制备方法。

背景技术：

散热一直是电子工业一项重点研究的工作，电子元器件的实际工作温度是影响其可靠性的关键因素之一。随着电子设备向着小型化、高功耗发展，其功耗密度逐步增加。电子设备的发热量也成倍增加，这也对系统的散热性能提出了更高的要求。导热界面材料是散热系统的关键物料，是连接芯片与散热器之间的热量传递的桥梁。根据导热材料填料以及生产工艺的不同，导热界面材料的导热率也呈现出较大的差异。主要区别在于：粉体类型的选择，包括形状和大小；胶系的选择，有机硅，环氧，丙烯酸等；分散助剂的选择等。

可以作为导热界面材料的导热填料的材料有：金属氧化物如Al₂O₃、ZnO、MgO等；金属氮化物如AlN、BN；石墨；陶瓷类粉体等。

导热界面材料的生产工艺主要有粉体前处理、粉体硅胶集体搅拌混匀、硅胶体系硫化、裁切包装等。目前大规模使用的导热界面材料其导热率大多在5W/m•K以下，在现有的粉体体系以及生产工艺条件下，其导热率难以有较大提升。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种高导热复合垫片材料及制备方法。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高导热复合垫片材料及制备方法，包括以下组份及其质量百分比，

有机硅聚合物 5%-10%；

球形导热粉体 85%-90%；

多面体导热粉体 1%-5%；

助剂 余量；

所述多面体导热粉体为六面体、八面体或十二面体。

作为本发明的进一步改进，所述有机硅聚合物为乙烯基聚硅氧烷、苯烯基聚硅氧烷、甲基苯烯酸硅氧烷及甲基乙烯基聚硅氧烷中的一种或多种的混合物。

作为本发明的进一步改进，所述球形导热粉体为氧化铝、氮化铝、氧化锌及氮化硼中的一种或多种的混合物。

作为本发明的进一步改进，所述助剂为偶联剂、分散剂和催化剂中的一种。

作为本发明的进一步改进，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂及铝酸酯偶联剂中的一种或者多种。

作为本发明的进一步改进，所述的高导热复合垫片材料，其中，所述分散剂为聚乙二醇200和聚乙二醇400中的一种或者二种。

作为本发明的进一步改进，所述催化剂为铂金催化剂。

一种如权利要求1-8的高导热复合垫片材料的制备方法，将上述的配方比的原料干燥后，采用干湿法进行表面处理，再放入行星搅拌机搅拌抽真空后，通过三辊延压机进行加温成型即得高导热复合界面材料。

本发明的有益效果是：本发明使用多面体导热粉体填充体系混合填充的导热界面材料导热率大幅提升。多面体导热粉体具有多面接触的效果，能形成有效导热网络结构，显著提升导热界面材料的导热性能。本发明的方法制备出的导热界面材料导热性能优异，同时导热界面材料的生产工艺切实可行。

附图说明

图1为本发明中球形导热粉体与球形导热粉体之间接触面示意图；

图2为本发明中球形导热粉体与多面体导热粉体之间接触面示意图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

实施例1

一种高导热复合界面材料的配方为：

甲基乙烯基聚硅氧烷8g、球形导热粉体（包括球形氧化铝粉末3g和，球形氧化铝和球形氮化铝的混合粉末88g）、硅烷偶联剂1g。其中，3g球形氧化铝粉末的粒径D50=0.4~0.8μm，88g混合粉末的粒径D50=1~70μm。88g混合粉末中，球形氧化铝和球形氮化铝的质量比为7:3。

将上述原料干燥后，按照比例进行配比，采用干湿法对配比后的原料进行表面处理，使粉体表面包裹一层偶联剂。在放入行星搅拌机搅拌抽真空后，经三辊延压机加温成型即得高导热垫片材料。经测试该导热界面材料在压力为10Psi的压力下其导热率为5.0W/m•K。其中的干湿法是指将硅烷偶联剂水解后与其他原料一起搅拌，搅拌速度为85转/min，搅拌时间为10min，温度小于25℃（例如20℃）。在放入行星搅拌机搅拌抽真空的工艺条件是：搅拌速度为30~85转/min（例如50转/min），时间不高于60min（例如50min），温度小于25℃（例如20℃）。三辊延压机加温成型的工艺条件是：控制厚度和宽幅，调整合适张力，温度设定为80~130℃（例如100℃），速度为0.8~1.4m/min（例如1m/min）。

实施例2

甲基乙烯基聚硅氧烷8g、多面体导热粉体（多面体氧化铝粉末，D50=0.4~0.8μm）3g、球形导热粉体（球形氧化铝和球形氮化铝的混合粉末，D50=1~70μm）88g、硅烷偶联剂1g。88g混合粉末中，球形氧化铝和球形氮化铝的质量比为7:3。

将上述原料干燥后，按照比例进行配比，采用湿法对配比后的原料进行表面处理，使其粉体表面包裹一层偶联剂。在放入行星搅拌机搅拌抽真空后，经三辊延压机加温成型即得高导热垫片材料。经测试该导热界面材料在压力为10Psi的压力下其导热率为5.5W/m•K。其中的干湿法是指将硅烷偶联剂水解后与其他原料一起搅拌，搅拌速度为85转/min，搅拌时间为10min，温度小于25℃（例如20℃）。在放入行星搅拌机搅拌抽真空的工艺条件是：搅拌速度为30~85转/min（例如50转/min），时间不高于60min（例如50min），温度小于25℃（例如20℃）。三辊延压机加温成型的工艺条件是：控制厚度和宽幅，调整合适张力，温度设定为80~130℃（例如100℃），速度为0.8~1.4m/min（例如1m/min）。

实施例3

甲基乙烯基聚硅氧烷8g、多面体导热粉体（多面体氧化铝粉末，D50=0.4~0.8μm）4g、球形导热粉体（球形氧化铝和球形氮化铝的混合粉末，D50=1~70μm）87g、硅烷偶联剂1g。88g混合粉末中，球形氧化铝和球形氮化铝的质量比为7:3。

将上述原料干燥后，按照比例进行配比，采用湿法对配比后的原料进行表面处理，使其粉体表面包裹一层偶联剂。在放入行星搅拌机搅拌抽真空后，经三辊延压机加温成型即得高导热垫片材料。经测试该导热界面材料在压力为10Psi的压力下其导热率为6.2W/m•K。其中的干湿法是指将硅烷偶联剂水解后与其他原料一起搅拌，搅拌速度为85转/min，搅拌时间为10min，温度小于25℃（例如20℃）。在放入行星搅拌机搅拌抽真空的工艺条件是：搅拌速度为30~85转/min（例如50转/min），时间不高于60min（例如50min），温度小于25℃（例如20℃）。三辊延压机加温成型的工艺条件是：控制厚度和宽幅，调整合适张力，温度设定为80~130℃（例如100℃），速度为0.8~1.4m/min（例如1m/min）。

本发明中采用球形导热粉体与多面体导热粉体相结合，以提高散热效率。如采用纯球形导热粉体，球形导热粉体与球形导热粉体导热接触模型如图1所示，从图中可以看出，球形与球形接触面并不大，即单一球形接触面较小，导热通道有局限。而采用球形导热粉体与多面体导热粉体相结合，其导热接触模型如图2所示，从图中可以看出，球形与多面体的接触面增大，即球形与多面体的接触面多，所以导热通道增多，增加有效导热网络结构，显著提升了导热界面材料的导热性能。

通过上述实施例对比发现，多面体导热粉体直接替代部分球形导热粉体在高导热材料填充会有更多的接触效果从而实现更多的导热通道，已达到更高的导热系数。