一種應力控制型高導熱高分子界面材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于高分子界面材料【技術領域】的一種應力控制型高導熱高分子界面材料及其制備方法。該界面材料由以下重量份數(shù)的物質組成：有機硅樹脂5-20份，導熱粉填料80-95份，界面處理劑0-1份。本發(fā)明的應力控制型高導熱高分子界面材料可以通過產品內部應力控制產品本身被壓縮后的尺寸，以保證高分子導熱界面材料與器件的緊密貼合，同時，該導熱界面材料質地柔軟，導熱系數(shù)可達到4W/mK。
【專利說明】一種應力控制型高導熱高分子界面材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子界面材料【技術領域】，具體涉及一種應力控制型高導熱高分子界面材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]長期以來，尋找合理有效的散熱設計方案一直是保證電子元器件及相關電子設備正常運行所面臨的巨大挑戰(zhàn)。據(jù)資料表明，電子元器件溫度每升高2°C，其可靠性下降10%，50°C時的產品使用壽命只有25°C時的1/6。有效合理的散熱設計包括主動散熱設計和被動散熱設計。現(xiàn)如今，隨著大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展，在更小、更薄、更緊湊的尺寸設計要求下，在高速的運轉頻率要求下，直接導致除主動散熱設計之外，對被動散熱解決方案提出了更高的要求。
[0003]高分子導熱墊片作為一種被動散熱解決方案在電子領域中被大量使用，尤其是在通訊行業(yè)，如交換機、路由器、射頻基站等通訊設備。由于通訊行業(yè)的發(fā)展，尤其是3G、4G技術的帶動，通訊設備對高分子導熱界面材料的性能要求越來越高，主要體現(xiàn)在需要高的導熱性能、緊密的界面貼合、可靠的使用壽命等。
[0004]目前，在市場上流通的比較成熟穩(wěn)定的國內生產的導熱墊片的導熱率大概在l-2W/mK，個別的會達到2.5W/mK。而對于真正能夠達到3W/mK或更高導熱系數(shù)的產品幾乎看不到。另外，導熱墊片使用方式主要是通過鎖螺絲的方式被固定在機殼或箱體與發(fā)熱芯片之間，這樣箱體或機殼與發(fā)熱芯片之間的間距會被固定，必然導致了要求導熱墊片的壓縮后的尺寸被固定以保證散熱界面的緊密貼合。國內生產的大多數(shù)導熱墊片由于硬度過高壓、縮率低，若被長期使用后會由于產品內應力過高而導致機殼或箱體發(fā)生變形；若使用比較柔軟壓縮率高的導熱墊片(國外較多)，長期使用后，由于產品本身應力松弛(無法合理控制)，會使導熱墊片尺寸發(fā)生變化，導致機殼或箱體與導熱墊片之間的接觸力變小，進而影響到界面貼合的緊密程度，最終影響散熱效果。
[0005]鑒于此，需要設計并制備一種具有高導熱系數(shù)的、產品柔軟且具有應力控制尺寸能力的導熱墊片，以保證在實際應用中長期具有穩(wěn)定的高散熱能力。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明針對目前的高分子導熱材料導熱率低，導熱界面材料與器件的貼合不緊密的問題，提出一種應力控制型高導熱高分子界面材料。
[0007]本發(fā)明的目的還在于提供上述高導熱高分子界面材料的制備方法。
[0008]一種應力控制型高導熱高分子界面材料，由以下重量份數(shù)的物質組成:有機硅樹脂5-20份，導熱粉填料80-95份，界面處理劑0-1份；
[0009]所述有機娃 樹脂為娃氧烷基樹脂；
[0010]所述導熱粉填料由導熱粉A，導熱粉B，導熱粉C，導熱粉D，以導熱粉填料總質量分數(shù)為100%，則導熱粉A質量分數(shù)為1_15%，導熱粉B質量分數(shù)為10-30%，導熱粉C質量分數(shù)為20-50 %，導熱粉D質量分數(shù)為30-60 % ；
[0011]所述導熱粉A是氧化鋁、氧化鋅、鋁粉、銀粉、氮化硼、氮化鋁、銅粉、氧化鈦、氫氧化招、石墨等中的一種或一種以上的混合，粒徑為50nm-10um ；
[0012]所述導熱粉B是氧化鋁、氧化鋅、鋁粉、銀粉、氮化硼、氮化鋁、銅粉、氧化鈦、氫氧化招、石墨等中的一種或一種以上的混合，粒徑為2-20um ；
[0013]所述導熱粉C是氧化鋁、氧化鋅、鋁粉、銀粉、氮化硼、氮化鋁、銅粉、氧化鈦、氫氧化招、石墨等中的一種或一種以上的混合，粒徑為30-100um ；
[0014]所述導熱粉D是氧化鋁、氧化鋅、鋁粉、銀粉、氮化硼、氮化鋁、銅粉、氧化鈦、氫氧化招、石墨等中的一種或一種以上的混合，粒徑為15-80um。
[0015]所述硅氧烷基樹脂為乙烯基聚二甲基硅氧烷，表觀粘度100-800cp，凝膠硬度20_80g。
[0016]所述界面處理劑是硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、硅烷交聯(lián)劑、分散劑、消泡劑等中的一 種或一種以上。
[0017]所述導熱粉A，導熱粉B，導熱粉C，導熱粉D的形狀是球狀、類球狀、針狀、片狀、破碎狀、六方狀、棱柱狀等中的一種或一種以上的混合。
[0018]上述應力控制型高導熱高分子界面材料的制備方法，按照如下步驟進行:
[0019](I)在溫度OV~30°C條件下，將有機硅樹脂和界面處理劑加入反應器中進行抽真空攪拌均勻；
[0020](2)加入導熱粉A—次性或分成2~5等份或不等份分別加入至反應器中，同時在真空狀態(tài)下進行攪拌，其中在每一次加入導熱粉A的過程中，分別將攪拌速度由IOrpm調節(jié)至50rpm,攪拌5_20分鐘,將攪拌速度調節(jié)至40rpm,攪拌5_20分鐘,重復進行上述操作,加入填充導熱粉B、導熱粉C和導熱粉D，制成攪拌均勻的漿料；
[0021](3)攪拌均勻的漿料在110-150°C下成型固化10-40分鐘，即可得應力控制型高導熱高分子界面材料。
[0022]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的應力控制型高導熱高分子界面材料可以通過產品內部應力控制產品本身被壓縮后的尺寸，以保證高分子導熱界面材料與器件的緊密貼合，同時，該導熱界面材料質地柔軟，導熱系數(shù)可達到4W/mK。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為應力控制型聞導熱聞分子界面材料實際應用不意圖；
[0024]圖中，1-散熱體，2-發(fā)熱源，3-導熱界面材料，a-未壓縮前的狀態(tài)，b_受力壓縮到50%高度固定，C- 一般界面材料受壓后出現(xiàn)微觀間隙，d-本發(fā)明材料仍然能保證壓縮尺寸不發(fā)生變化。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0026]實施例1
[0027]—種應力控制型高導熱界面材料的制備方法，包括以下步驟:將15g的乙烯基聚二甲基硅氧烷和0.5g硅烷偶聯(lián)劑加入到反應器中抽真空混合攪拌均勻，加入IOg的導熱粉B (氧化鋁、氫氧化鋁)到反應器中真空攪拌均勻，再加入37g的導熱粉D (氧化鋁、氮化鋁)到反應器中真空狀態(tài)下攪拌均勻，然后再加入Sg的導熱粉A (氧化鋅、銀粉)真空狀態(tài)下攪拌均勻，接著加入30g的導熱粉C(非球形氧化鋁)。最后，將混合均勻的漿料在110°C溫度下固化20分鐘，即得所述具有高導熱系數(shù)的界面材料。
[0028]保持材料壓縮比50%條件下500分鐘，應力損失率80%，導熱系數(shù)2.87W/mK，硬度
48(Shore 00),壓縮示意圖如圖1所示。
[0029]實施例2
[0030]一種應力控制型高導熱界面材料的制備方法，包括以下步驟:將IOg的乙烯基聚二甲基硅氧烷和0.6g鋁酸酯偶聯(lián)劑加入到反應器中抽真空混合攪拌均勻，加入IOg的導熱粉B (氧化鋁、氫氧化鋁)到反應器中真空攪拌均勻，再加入37g的導熱粉D (氧化鋁、氮化硼)到反應器中真空狀態(tài)下攪拌均勻，然后再加入Sg的導熱粉A(氧化硅、銀粉)真空狀態(tài)下攪拌均勻，接著加入35g的導熱粉C(球形氧化鋁)。最后，將混合均勻的漿料在110°C溫度下固化30分鐘，即得所述具有高導熱系數(shù)的界面材料。
[0031]上述加入導熱粉的方法為:將導熱粉分成4等份，分別加入至反應器中，同時在真空狀態(tài)下進行攪拌，其中在每一次加入導熱粉的過程中，分別將攪拌速度由IOrpm調節(jié)至50rpm，攪拌5-20分鐘，將攪拌速度調節(jié)至40rpm，攪拌5-20分鐘。
[0032]保持材料壓縮比50%條件下500分鐘，應力損失率63%，導熱系數(shù)3.60W/mK，硬度51 (Shore 00),壓 縮示意圖如圖1所示。
[0033]實施例3
[0034]一種應力控制型高導熱界面材料的制備方法，包括以下步驟:將5g的乙烯基聚二甲基硅氧烷和0.1g鈦酸酯偶聯(lián)劑加入到反應器中抽真空混合攪拌均勻，加入IOg導熱粉B(銀粉、氫氧化鋁)到反應器中真空攪拌均勻，再加入47g的導熱粉D(氮化鋁、氮化硼)到反應器中真空狀態(tài)下攪拌均勻，然后再加入Sg導熱粉A (氧化硅、氧化鋅)真空狀態(tài)下攪拌均勻，接著加入30g導熱粉C(球形氧化鋁、氮化鋁)。最后，將混合均勻的漿料在120°C溫度下固化30分鐘，即得所述具有高導熱系數(shù)的界面材料。
[0035]上述加入導熱粉的方法為:將導熱粉分成2等份，分別加入至反應器中，同時在真空狀態(tài)下進行攪拌，其中在每一次加入導熱粉的過程中，分別將攪拌速度由IOrpm調節(jié)至50rpm，攪拌5-20分鐘，將攪拌速度調節(jié)至40rpm，攪拌5-20分鐘。
[0036]保持材料壓縮比50%條件下500分鐘，應力損失率24%，導熱系數(shù)4.52W/mK，硬度75 (Shore 00),壓縮示意圖如圖1所示。
[0037]實施例4
[0038]一種應力控制型高導熱界面材料的制備方法，包括以下步驟:將Sg乙烯基聚二甲基硅氧烷和Ig硅烷交聯(lián)劑加入到反應器中抽真空混合攪拌均勻，加入IOg導熱粉B(氧化鋁)到反應器中真空攪拌均勻，再加入44g導熱粉D(氧化鋁、氮化硼)到反應器中真空狀態(tài)下攪拌均勻，然后再加入Sg導熱粉A (氧化鋅)真空狀態(tài)下攪拌均勻，接著加入30g導熱粉C(球形氧化鋁)。最后，將混合均勻的漿料在125°C溫度下固化30分鐘，即得所述具有高導熱系數(shù)的界面材料。
[0039]上述加入導熱粉的方法為:將導熱粉分成5份(不等分)，分別加入至反應器中，同時在真空狀態(tài)下進行攪拌，其中在每一次加入導熱粉的過程中，分別將攪拌速度由IOrpm調節(jié)至50rpm，攪拌5-20分鐘，將攪拌速度調節(jié)至40rpm，攪拌5-20分鐘。
[0040]保持材料壓縮比50%條件下500分鐘，應力損失率33%，導熱系數(shù)4.28W/mK，硬度60 (Shore 00),壓縮示意圖如圖1所示。
[0041]實施例5
[0042]一種應力控制型高導熱界面材料的制備方法，包括以下步驟:將Sg乙烯基聚二甲基硅氧烷和0.3g己烯基雙硬脂酰胺(分散劑)，0.2g硅油(消泡劑)加入到反應器中抽真空混合攪拌均勻，加入IOg導熱粉B (氧化鋁)到反應器中真空攪拌均勻，再加入40g的導熱粉D (氧化鋁、氮化硼)到反應器中真空狀態(tài)下攪拌均勻，然后再加入Sg的導熱粉A (氧化鋅)真空狀態(tài)下攪拌均勻，接著加入34g的導熱粉C(球形氧化鋁)。最后，將混合均勻的漿料在125°C溫度下固化30分鐘，即得所述具有高導熱系數(shù)的界面材料。
[0043]上述加入導熱粉的方法為:將導熱粉分成3等份，分別加入至反應器中，同時在真空狀態(tài)下進行攪拌，其中在每一次加入導熱粉的過程中，分別將攪拌速度由IOrpm調節(jié)至50rpm，攪拌5-20分鐘，將攪拌速度調節(jié)至40rpm，攪拌5-20分鐘。
[0044]保持材料壓縮比50%條件下500分鐘，應力損失率38%，導熱系數(shù)4.10W/mK，硬度49(Shore 00)。
[0045]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種應力控制型高導熱高分子界面材料，其特征在于，由以下重量份數(shù)的物質組成:有機硅樹脂5-20份，導熱粉填料80-95份，界面處理劑0-1份； 所述有機娃樹脂為娃氧烷基樹脂； 所述導熱粉填料由導熱粉A，導熱粉B，導熱粉C，導熱粉D，以導熱粉填料總質量分數(shù)為100%,則導熱粉A質量分數(shù)為1-15%，導熱粉B質量分數(shù)為10-30%，導熱粉C質量分數(shù)為20-50 %，導熱粉D質量分數(shù)為30-60 % ； 所述導熱粉A是氧化鋁、氧化鋅、鋁粉、銀粉、氮化硼、氮化鋁、銅粉、氧化鈦、氫氧化鋁、石墨等中的一種或一種以上的混合，粒徑為50nm-10um ； 所述導熱粉B是氧化鋁、氧化鋅、鋁粉、銀粉、氮化硼、氮化鋁、銅粉、氧化鈦、氫氧化鋁、石墨等中的一種或一種以上的混合,粒徑為2-20um ； 所述導熱粉C是氧化鋁、氧化鋅、鋁粉、銀粉、氮化硼、氮化鋁、銅粉、氧化鈦、氫氧化鋁、石墨等中的一種或一種以上的混合,粒徑為30-100um ； 所述導熱粉D是氧化鋁、氧化鋅、鋁粉、銀粉、氮化硼、氮化鋁、銅粉、氧化鈦、氫氧化鋁、石墨等中的一種或一種以上的混合，粒徑為15-80um。
2.根據(jù)權利要求1所述一種應力控制型高導熱高分子界面材料，其特征在于，所述硅氧烷基樹脂為乙烯基聚二甲基硅氧烷，表觀粘度100-800cp，凝膠硬度20-80g。
3.根據(jù)權利要求1所述一種應力控制型高導熱高分子界面材料，其特征在于，所述界面處理劑是硅烷偶聯(lián)劑、鋁 酸酯偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、硅烷交聯(lián)劑、分散劑、消泡劑等中的一種或一種以上。
4.根據(jù)權利要求1所述一種應力控制型高導熱高分子界面材料，其特征在于，所述導熱粉A，導熱粉B，導熱粉C，導熱粉D的形狀是球狀、類球狀、針狀、片狀、破碎狀、六方狀、棱柱狀等中的一種或一種以上的混合。
5.權利要求1所述應力控制型高導熱高分子界面材料的制備方法，其特征在于，按照如下步驟進行: (1)在溫度0°c~30°C條件下，將有機硅樹脂和界面處理劑加入反應器中進行抽真空攪拌均勻； (2)加入導熱粉A—次性或分成2~5等份或不等份分別加入至反應器中，同時在真空狀態(tài)下進行攪拌，其中在每一次加入導熱粉A的過程中，分別將攪拌速度由IOrpm調節(jié)至30rpm,攪拌5_20分鐘，將攪拌速度調節(jié)至40rpm，攪拌5_20分鐘，重復進行上述操作，加入填充導熱粉B、導熱粉C和導熱粉D，制成攪拌均勻的漿料； (3)攪拌均勻的漿料在110-150°C下成型固化10-40分鐘，即可得應力控制型高導熱高分子界面材料。
【文檔編號】C09K5/14GK103788661SQ201410026224
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月21日 優(yōu)先權日:2014年1月21日
【發(fā)明者】萬煒濤 申請人:萬煒濤