[發明專利]熱界面材料制備方法

有效

• 申請號: 200610060342.8
• 申請日: 2006-04-21
• 公開（公告）號: CN101058721A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發明（設計）人: 宋鵬程;劉長洪;范守善
• 申請（專利權）人: 清華大學;鴻富錦精密工業(深圳)有限公司
• 主分類號: C09K5/14
• 分類號: C09K5/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種熱界面材料的制備方法，尤其涉及一種包含碳納米管的熱界面材料的制備方法。

背景技術

近年來，隨著半導體器件集成工藝的快速發展，半導體器件的集成化程度越來越高，而器件體積卻變得越來越小，其散熱成為一個越來越重要的問題，其對散熱的要求也越來越高。為了滿足這些需要，各種散熱方式被大量的運用，如利用風扇散熱、水冷輔助散熱和熱管散熱等方式，并取得一定的散熱效果，但由于散熱器與半導體集成器件的接觸界面并不平整，一般相互接觸的只有不到2％的面積，沒有理想的接觸界面，從根本上極大地影響了半導體器件向散熱器進行熱傳遞的效果，因此在散熱器與半導體器件的接觸界面間增加一導熱系數較高的熱界面材料來增加界面的接觸面積就顯得十分必要。

傳統的熱界面材料是將一些導熱系數較高的顆粒分散到聚合物材料中形成復合材料，如石墨、氮化硼、氧化硅、氧化鋁、銀或其它金屬等。此種材料的導熱性能在很大程度上取決于聚合物載體的性質。其中以油脂、相變材料為載體的復合材料因其使用時為液態而能與熱源表面浸潤故接觸熱阻較小，而以硅膠和橡膠為載體的復合材料的接觸熱阻就比較大。這些材料的一個普遍缺陷是整個材料的導熱系數比較小，典型值在1W/mK，這已經越來越不能適應半導體集成化程度的提高對散熱的需求，而增加聚合物載體中導熱顆粒的含量使顆粒與顆粒盡量相互接觸可以增加整個復合材料的導熱系數，如某些特殊的界面材料因此可達到4-8W/mK，但當聚合物載體中導熱顆粒的含量增加到一定程度時，會使聚合物失去所需的性能，如油脂會變硬，從而浸潤效果會變差，橡膠也會變硬，從而失去柔韌性，這都會使熱界面材料性能大大降低。

近來有一種新的熱界面材料，是將定向排列的導熱系數約為1100W/mK的碳纖維一端或整個用聚合物固定在一起，從而在聚合物薄膜的垂直方向上形成定向排列的碳纖維陣列，這樣每根碳纖維就可以形成一個導熱通道，極大提高了這種聚合物薄膜的導熱系數，可達到50-90W/mK。但這類材料的一個缺點是不能做得很薄，厚度必須在40微米以上，而材料的熱阻與薄膜的厚度成正比，所以，它的熱阻降低到一定的程度就難以再進一步降低。

隨著碳納米管高導熱性能的發現，為改善熱界面材料的性能，提高其熱傳導系數，一種含有碳納米管的熱界面材料被廣泛應用。該熱界面材料利用碳納米管較高的導熱特性，通過將預先生長的碳納米管摻到復合材料中并使二者結成一體而制成。但是，現有技術中所提供的含有碳納米管的熱界面材料的導熱性能與預期效果仍有一定差距。究其原因，是由于制備上述熱界面材料的碳納米管在生長過程中長度較大易發生相互纏繞或自我纏繞，因此不能充分利用碳納米管的縱向導熱性高的特點。

綜上所述，確有必要提供一種熱界面材料的制備方法，采用該方法制備的熱界面材料能夠較充分地利用碳納米管的縱向導熱性以提高熱界面材料的導熱系數。

發明內容

下面將以實施例說明一種熱界面材料的制備方法，采用該方法制備的熱界面材料具有較高的導熱性能。

一種熱界面材料的制備方法，包括以下步驟：

(一)提供一定量的碳納米管及液態聚合物基底材料，且碳納米管在該液體聚合物基底材料中的質量百分比濃度為0.1-5％；

(二)將碳納米管球磨4小時以上，球磨后碳納米管平均長度為600～2000納米且其至少一末端呈開口狀；以及

(三)將球磨后的碳納米管與液態聚合物基底材料混合并使二者形成固態進而得到熱界面材料。

其中：在步驟(一)中，所述的碳納米管的平均長度為1000～1600納米。

在步驟(一)中進一步提供若干納米金屬微粒和/或納米陶瓷微粒。

在步驟(三)中，所述的碳納米管管徑為20～60納米。

在步驟(一)中，所述的碳納米管的制備方法采用化學氣相沉積法、電弧放電法或激光蒸發法。

在步驟(一)中，所述的聚合物基底材料為雙組分硅酮彈性體A、B。

在步驟(三)中，將球磨后的碳納米管與液態聚合物基底材料混合并使二者形成固態的方法為：

混合硅酮彈性體A與部分碳納米管，可同時使用超聲波進行震蕩處理20～40分鐘；

混合硅酮彈性體B與其它部分碳納米管，可同時使用超聲波進行震蕩處理20～40分鐘；以及

混合含有碳納米管的硅酮彈性體A和硅酮彈性體B，并將混合后的物質在室溫下放置約24小時即可以得到熱界面材料。