一種高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片及其制備方法。其采用按重量份計的以下原料：球形氧化鋁600-1000份，甲基乙烯基硅橡膠5-15份、二甲基硅油30-70份、含氫硅油2-15份、催化劑0.5-1.5份，經(jīng)過氧化鋁粒子的篩分和燒結(jié)、甲基乙烯基硅橡膠和二甲基硅油的研磨、攪拌、抽真空、硫化成型等步驟制備而成。本發(fā)明的高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片通過對球形氧化鋁粒子的篩分、燒結(jié)，實現(xiàn)氧化鋁粒子在硅膠基體中的合理分配和氧化鋁粒子本身導(dǎo)熱系數(shù)的提高；對基體材料的充分研磨，實現(xiàn)硅膠基體與氧化鋁導(dǎo)熱粒子的充分融合，提高硅膠墊片的導(dǎo)熱性能。本發(fā)明的絕緣性好，且其導(dǎo)熱系數(shù)提高到5.0W以上。
【專利說明】一種高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片及其制備方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種硅膠墊片及其制備方法，具體涉及一種高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片及其制備方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子元器件越來越趨近于密集化和小型化，從而對電子器件的穩(wěn)定性提出了更高的要求，電子產(chǎn)品的可靠性及其性能在很大程度上取決于所采用的散熱材料及散熱方案是否合理。統(tǒng)計資料表明，電子元器件溫度每升高2°C，其可靠性下降10%，溫度降低8°C，電子元器件的壽命將增加一倍。因此，熱界面材料在信息【技術(shù)領(lǐng)域】所扮演的角色越來越重要。如何進(jìn)一步提高熱界面材料的傳導(dǎo)性及降低熱阻，仍是目前電子封裝與散熱工程所面臨的一個相當(dāng)重要的課題。目前所使用的封灌和封裝主要為合成的聚合物材料，其中以環(huán)氧樹脂，聚氨酯和橡膠的應(yīng)用最為廣泛。硅橡膠可在很寬的溫度范圍內(nèi)長期保持彈性、硫化時不會吸熱放熱，并具有優(yōu)良的電氣性能和化學(xué)穩(wěn)定性，是電子電氣組裝件灌封的首選材料。
[0005]硅橡膠是一種特種合成橡膠，以硅氧鍵為主鏈，而一般的橡膠是以C-C鍵為主鏈的結(jié)構(gòu)。由于其結(jié)構(gòu)的特殊性決定了它具有耐高低溫、耐高電壓、耐臭氧老化、耐輻射性、高透氣性、以及對潤滑油等介 質(zhì)表現(xiàn)出優(yōu)異的化學(xué)惰性。此外，使用溫度范圍(_50°C -250°C)寬廣，彈性好、耐漏電起痕以及電蝕損性能好，尤其是在其表面積污后仍既有良好的憎水性能特點。因此，采用硅橡膠為導(dǎo)熱基體，與高導(dǎo)熱填料復(fù)合制成一種優(yōu)異性能的彈性導(dǎo)熱絕緣材料具有重要意義。
[0006]熱主要是通過熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射3種方式進(jìn)行傳遞，對于導(dǎo)熱硅膠而言，其主要的導(dǎo)熱機(jī)理就是通過熱傳導(dǎo)進(jìn)行，目前所采用的導(dǎo)熱硅膠內(nèi)部導(dǎo)熱通道不足，造成了硅膠墊的導(dǎo)熱性能差，限制了其應(yīng)用范圍。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片及其制備方法，通過對球形氧化鋁顆粒進(jìn)行篩分、燒結(jié)和對基體材料的充分研磨，提高導(dǎo)熱系數(shù)，使得產(chǎn)品具有高導(dǎo)熱性能和優(yōu)良的絕緣性能。
[0009]實現(xiàn)本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到:
一種高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片，其特征在于由按重量份計的以下原料制備而成:
球形氧化鋁顆粒600-1000份
甲基乙烯基硅橡膠5-15份二甲基硅油30-70份
含氫娃油2-15份
催化劑0.5-1.5份。
[0010]優(yōu)選的，高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片由按重量份計的以下原料制備而成:
球形氧化鋁顆粒600-1000份
甲基乙烯基硅橡膠8份
二甲基硅油50份
含氫娃油10份
催化劑0.5-1.5份。
[0011]優(yōu)選的，所述的球形氧化鋁顆粒包括大粒徑的氧化鋁顆粒和小粒徑的氧化鋁顆粒，大粒徑的氧化鋁顆粒的粒徑為70-100 μ m,小粒徑的氧化鋁顆粒的粒徑為4-6 μ m ;大粒徑的氧化鋁顆粒與小粒徑的氧化鋁顆粒的質(zhì)量比為(2-4): (6-8)。發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，在導(dǎo)熱硅膠中，能良好導(dǎo)熱的條件一是有均勻流暢的導(dǎo)熱通道，二就是導(dǎo)熱粒子與硅膠基體之間更好的結(jié)合形成更多的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈。嚴(yán)格控制粉體粒徑的原因是在微觀結(jié)構(gòu)上，均勻的大粒子形成均勻的導(dǎo)熱鏈，太小的粒子會影響導(dǎo)熱網(wǎng)鏈的連貫，太大的粒子會影響周圍的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，所以太大和太小的粒子都會影響導(dǎo)熱網(wǎng)鏈的連續(xù)性和穩(wěn)定性，小粒子主要是將大粒子搭建起來的導(dǎo)熱主鏈相互連接起來，最終形成一個完整的導(dǎo)熱網(wǎng)，研究發(fā)現(xiàn)大粒子與小粒子的粒徑比在10-20之間，形成的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈?zhǔn)亲钔昝赖?，最終表現(xiàn)出的結(jié)果是產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù)更高。
.[0012]優(yōu)選的，球形氧化鋁顆粒的燒結(jié):將兩種不同粒徑且大小粒子質(zhì)量比為(2-4):(6-8)的球形氧化鋁顆粒在高溫下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1350°C，燒結(jié)時間為2小時；發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，在制備導(dǎo)熱硅膠墊片中起到導(dǎo)熱作用的是α-氧化鋁，所以α-氧化鋁顆粒占的比例越多，最終導(dǎo)熱產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù)會越高，燒結(jié)的目的是為了得到更多的α-氧化鋁，理論上燒結(jié)溫度越高，α -氧化鋁的轉(zhuǎn)化率也越高，但是溫度越高，粒子很容易被燒裂開和破碎掉，提高粉體的吸油值，降低了粉體的填充比，最終也影響著導(dǎo)熱硅膠的導(dǎo)熱系數(shù)，研究發(fā)現(xiàn)，在1350°C下燒結(jié)，α -氧化鋁的轉(zhuǎn)化率能達(dá)到80%，并且粉體也不會被燒裂和破碎。
[0013]優(yōu)選的，所述甲基乙烯基硅橡膠分子量為40-60萬、乙烯基封端的甲基乙烯基硅橡膠。
[0014]優(yōu)選的，所述二甲基硅油的粘度為100_500cps。二甲基硅油的粘度太大會導(dǎo)致基料的粘度過大，經(jīng)硫化步驟后會出現(xiàn)產(chǎn)品的硬度過大的現(xiàn)象，因此無法獲得高導(dǎo)熱絕緣硅膠墊片；而如果二甲基硅油的粘度太小，硫化步驟中難以成型，為了獲得本發(fā)明中所述的高導(dǎo)熱絕緣硅膠墊片，優(yōu)選的，所采用的二甲基硅油的粘度為100-500cps。
[0015]優(yōu)選的，所述含氫娃油的含氫量為占含氫娃油重量的0.12-0.20%。發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，在基料中，含氫硅油的含氫量決定其在基料中的添加比例及后續(xù)的硫化速度和最終產(chǎn)品的硬度。含氫量的提高，硫化速度加快，產(chǎn)品硬度會增加，本發(fā)明采用的含氫硅油的含氫量為占含氫硅油總重量的0.12-0.20%，恰好能控制硫化速度和產(chǎn)品的硬度在適中的范圍。
[0016]為了降低硫化溫度，獲得柔性的硅膠墊片，本發(fā)明中所采用的催化劑為2000ppm的鉬金催化劑。
[0017]一種高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片的制備方法，其特征在于其順次包括以下步驟:1)球形氧化鋁顆粒的篩分:將球形氧化鋁顆粒通過篩網(wǎng)篩分，得到兩種粒徑的球形氧化招顆粒；
2)球形氧化鋁顆粒的燒結(jié):將球形氧化鋁顆粒在高溫下進(jìn)行燒結(jié)，得到燒結(jié)后的球形氧化鋁顆粒；燒結(jié)溫度為1350°C ；
3)甲基乙烯基硅橡膠與二甲基硅油的研磨:將甲基乙烯基硅橡膠、二甲基硅油加入到三輥研磨機(jī)中進(jìn)行研磨，得到混合均勻的硅橡膠膠體；
4)攪拌:將硅橡膠基體放入容器中，加入球形氧化鋁顆粒，在高速攪拌機(jī)中充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，加入含氫硅油和催化劑，高速攪拌，得到基料?br> 5)抽真空:將攪拌均勻的基料放置真空機(jī)中抽真空，使混在基料中的氣泡完全被抽
出；
6)硫化成型:將基料冷壓成型，通過熱空氣硫化后冷卻，即得高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片。
[0018]優(yōu)選的，在步驟5)中，抽真空的時間為15-20min;
優(yōu)選的，在步驟6)中，熱空氣硫化溫度為120-180°C，硫化時間為15-20min。
[0019]本發(fā)明的有益效果在于:
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片通過對球形氧化鋁粒子的篩分、燒結(jié)，實現(xiàn)氧化鋁粒子在硅膠基體中的合理分配和氧化鋁粒子本身導(dǎo)熱系數(shù)的提高；對基體材料的充分研磨，實現(xiàn)硅膠基體`與氧化鋁導(dǎo)熱粒子的充分融合，最終實現(xiàn)了提高硅膠墊片的導(dǎo)熱性能。本發(fā)明高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片的絕緣性好，且其導(dǎo)熱系數(shù)提高到5.0ff以上，是現(xiàn)有技術(shù)所不能企及的。
[0020]
【具體實施方式】
[0021]下面，結(jié)合【具體實施方式】，對本發(fā)明做進(jìn)一步描述:
實施案例1:
一種高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片，按照以下方式制備而成:
(1)球形氧化鋁顆粒的篩分:將1000重量份的球形氧化鋁顆粒通過篩網(wǎng)篩分，分別得到兩種大小粒徑的球形氧化鋁顆粒，大粒徑球形氧化鋁顆粒粒徑為70-100 μ m，小粒徑球形氧化鋁顆粒粒徑為4-6 μ m，大小粒徑球形氧化鋁顆粒的質(zhì)量比為2:6 ；
(2)球形氧化鋁顆粒的燒結(jié):將質(zhì)量比為2:6的大小粒徑球形氧化鋁顆粒在1200°C高溫下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時間為2h，得到燒結(jié)后的球形氧化鋁顆粒；
(3)將5重量份的甲基乙烯基硅橡膠、40重量份的二甲基硅油加入到三輥開煉機(jī)中進(jìn)行研磨，得到混合均勻的硅橡膠膠體；
(4)將研磨得到的硅橡膠基體放入容器中，加入球形氧化鋁顆粒，在高速攪拌機(jī)中攪拌均勻后，加入3重量份的含氫硅油和I重量份的催化劑，高速攪拌，攪拌速度為2000rpm，得到基料；
(5)將攪拌均勻的基料放置真空機(jī)中抽真空0.25h ；
(6)硫化成型:將基料冷壓成型，熱硫化15min后冷卻，即得高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片。
[0022]運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)IS0-22007-2 Hot Disk熱常數(shù)分析儀對大導(dǎo)熱硅膠導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行測定，測得的導(dǎo)熱系數(shù)為5.16W。
[0023]實施案例2:
一種高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片，按照以下方式制備而成:
(1)球形氧化鋁顆粒的篩分:將1000重量份的球形氧化鋁顆粒通過篩網(wǎng)篩分，分別得到兩種大小粒徑的球形氧化鋁顆粒，大粒徑球形氧化鋁顆粒粒徑為70-100 μ m，小粒徑球形氧化鋁顆粒粒徑為4-6 μ m，大小粒徑球形氧化鋁顆粒的質(zhì)量比為3:7:；
(2)球形氧化鋁顆粒的燒結(jié):將質(zhì)量比為3:7的大小粒徑球形氧化鋁顆粒在1350°C高溫下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時間為2h，得到燒結(jié)后的球形氧化鋁顆粒；
(3)將8重量份的甲基乙烯基硅橡膠、53重量份的二甲基硅油加入到三輥開煉機(jī)中進(jìn)行研磨，得到混合均勻的硅橡膠膠體；
(4)將研磨得到的硅橡膠基體放入容器中，加入球形氧化鋁顆粒，在高速攪拌機(jī)中攪拌均勻后，加入11重量份的含氫硅油和1.5重量份的催化劑，高速攪拌，攪拌速度為3500rpm，得到基料；
(5)將攪拌均勻的基料放置真空機(jī)中抽真空0.25h ；
(6)硫化成型:將基料冷壓成型，熱硫化15min后冷卻，即得高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片。
[0024]運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)IS0-22007-2 Hot Disk熱常數(shù)分析儀對大導(dǎo)熱硅膠導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行測定，測得的導(dǎo)熱系數(shù)為5.38W。
[0025]實施案例3: 一種高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片，按照以下方式制備而成:
(1)球形氧化鋁顆粒的篩分:將1000重量份的球形氧化鋁顆粒通過篩網(wǎng)篩分，分別得到兩種大小粒徑的球形氧化鋁顆粒，大粒徑球形氧化鋁顆粒粒徑為70-100 μ m，小粒徑球形氧化鋁顆粒粒徑為4-6 μ m，大小粒徑球形氧化鋁顆粒的質(zhì)量比為4:7:；
(2)球形氧化鋁顆粒的燒結(jié):將質(zhì)量比為4:7的大小粒徑球形氧化鋁顆粒在1500°C高溫下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時間為1.5h，得到燒結(jié)后的球形氧化鋁顆粒；
(3)將15重量份的甲基乙烯基硅橡膠、60重量份的二甲基硅油加入到三輥開煉機(jī)中進(jìn)行研磨，得到混合均勻的硅橡膠膠體；
(4)將研磨得到的硅橡膠基體放入容器中，加入球形氧化鋁顆粒，在高速攪拌機(jī)中攪拌均勻后，加入10重量份的含氫硅油和1.5重量份的催化劑，高速攪拌，攪拌速度為2500rpm，得到基料；
(5)將攪拌均勻的基料放置真空機(jī)中抽真空0.25h ；
(6)硫化成型:將基料冷壓成型，熱硫化15min后冷卻，即得高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片。
[0026]運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)IS0-22007-2 Hot Disk熱常數(shù)分析儀對大導(dǎo)熱硅膠導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行測定，測得的導(dǎo)熱系數(shù)為4.SSff0
[0027]對比案例1:
現(xiàn)有的導(dǎo)熱柔性硅膠墊片，按照以下步驟制備而成:
(1)將100重量份的乙烯基硅油、120重量份的二甲基硅油加入到容器中，攪拌均勻后，再加入900重量份的球形氧化鋁顆粒，在高速攪拌機(jī)中攪拌均勻；
(2)把攪拌后的基料倒入開煉機(jī)研磨，IOmin后再加入3重量份的含氫硅油和0.5重量份的催化劑，低速研磨0.5h，得到基料；(2)將攪拌均勻的基料放置真空機(jī)中抽真空0.2h ；
(3)將基料冷壓成型，通過熱空氣硫化15分鐘后冷卻即得高導(dǎo)熱硅膠柔性片。
[0028]運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)IS0-22007-2 Hot Disk熱常數(shù)分析儀對導(dǎo)熱硅膠導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行測定，測得的導(dǎo)熱系數(shù)為4.25W。
[0029]對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及變形，而所有的這些改變以及變形都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片，其特征在于由按重量份計的以下原料制備而成: 球形氧化鋁顆粒600-1000份 甲基乙烯基硅橡膠5-15份 二甲基硅油30-70份 含氫娃油2-15份 催化劑0.5-1.5份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片，其特征在于由按重量份計的以下原料制備而成: 球形氧化鋁顆粒600-1000份 甲基乙烯基硅橡膠8份 二甲基硅油50份· 含氫娃油10份 催化劑0.5-1.5份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片，其特征在于:所述的球形氧化鋁顆粒包括大粒徑的氧化鋁顆粒和小粒徑的氧化鋁顆粒，大粒徑的氧化鋁顆粒的粒徑為70-100 μ m,小粒徑的氧化鋁顆粒的粒徑為4-6 μ m ;大粒徑的氧化鋁顆粒與小粒徑的氧化鋁顆粒的質(zhì)量比為(2-4): (6-8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片，其特征在于:所述的球形氧化鋁顆粒經(jīng)過以下的方式處理:將球形氧化鋁顆粒在高溫下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1350°C，燒結(jié)時間為2小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求1高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片，其特征在于:所述甲基乙烯基硅橡膠分子量為40-60萬、乙烯基封端的甲基乙烯基硅橡膠。
6.根據(jù)權(quán)利要求1高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片，其特征在于:所述二甲基硅油的粘度為100_500cps。
7.根據(jù)權(quán)利要求1高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片，其特征在于:所述含氫硅油的含氫量為占含氫硅油重量的0.12-0.20%ο
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一項所述的高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片的制備方法，其特征在于其順次包括以下步驟: 1)球形氧化鋁顆粒的篩分:將球形氧化鋁顆粒通過篩網(wǎng)篩分，得到兩種粒徑的球形氧化招顆粒； 2)球形氧化鋁顆粒的燒結(jié):將球形氧化鋁顆粒在高溫下進(jìn)行燒結(jié)，得到燒結(jié)后的球形氧化鋁顆粒；燒結(jié)溫度為1350°C ； 3)甲基乙烯基硅橡膠與二甲基硅油的研磨:將甲基乙烯基硅橡膠、二甲基硅油加入到三輥研磨機(jī)中進(jìn)行研磨，得到混合均勻的硅橡膠膠體； 4)攪拌:將硅橡膠基體放入容器中，加入球形氧化鋁顆粒，在高速攪拌機(jī)中充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，加入含氫硅油和催化劑，高速攪拌，攪拌速度?000-3500rpm，得到基料； 5)抽真空:將攪拌均勻的基料放置真空機(jī)中抽真空，使混在基料中的氣泡完全被抽出； 6)硫化成型:將基料冷壓成型，通過熱空氣硫化后冷卻，即得高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片的制備方法，其特征在于:在步驟5)中，抽真空的時間為15-20min。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高導(dǎo)熱絕緣導(dǎo)熱硅膠墊片的制備方法，其特征在于:在步驟6)中，熱空氣硫化溫度為120-180° C，硫化時間為15-20min。
【文檔編號】C08K3/22GK103436019SQ201310372003
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】謝佑南 申請人:深圳市鴻富誠屏蔽材料有限公司