[發(fā)明專利]一種相變導(dǎo)熱材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810018932.3
• 申請日: 2008-02-01
• 公開（公告）號: CN101225293A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃和;韓毓旺;歐陽金強;胡學(xué)超;孫鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 南京凱匯工業(yè)科技有限公司
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06;C08L83/04;C08L23/16;C08L91/06
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 徐冬濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于有機硅化工領(lǐng)域，涉及一種加熱情況下可以軟化、流動的導(dǎo)熱相變材料及其制備方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代電子儀器設(shè)備的電路設(shè)計越來越復(fù)雜，集成度越來越高。設(shè)計工程師都力求在更小的面積上安裝更多的器件，以實現(xiàn)儀器設(shè)備小型化。要保證這些高度集成的器件能夠穩(wěn)定運行，各個電子元件所產(chǎn)生的熱量必須有效、及時地傳遞到周圍環(huán)境中去。通常的方法是在器件表面安裝銅、鋁等高導(dǎo)熱率的金屬散熱器，同時增大散熱面積。更進一步在散熱器上方安裝風(fēng)扇，使空氣強制對流，加速熱傳遞。然而，電子器件和散熱器的表面都不可能絕對平整，兩者接觸時不可避免地產(chǎn)生空氣隙。由于空氣的導(dǎo)熱率只有2.3×10^-2W/mK，不足金屬導(dǎo)熱率的萬分之一，空氣隙的存在使散熱器的效率大大降低。為了解決這個問題而催生了界面導(dǎo)熱材料。

開始時采用表面潤濕性、流動好性的導(dǎo)熱硅脂來填充器件和散熱器之間的氣隙。但是導(dǎo)熱硅脂使用不方便，容易污染電路板引起短路等故障，而且經(jīng)過多次冷熱循環(huán)后會流失、變干，反而增加熱阻。通過交聯(lián)硫化的硅橡膠導(dǎo)熱填隙材料和導(dǎo)熱絕緣材料雖然使用方便，但是熱阻較大，不能滿足高導(dǎo)熱性的要求，例如圖形處理器芯片、中央處理器芯片等方面的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為避免上述不足之處提供一種高效散熱的相變導(dǎo)熱材料。該相變導(dǎo)熱材料用于發(fā)熱電子元器件和散熱器之間，降低接觸熱阻，增強傳熱效果。

本發(fā)明的另一個目的是提供生產(chǎn)這種相變導(dǎo)熱材料的方法。

本發(fā)明以熱穩(wěn)定的硅樹脂作為粘合劑，石蠟作為軟化溫度的調(diào)控物質(zhì)，將導(dǎo)熱的粉體填料結(jié)合到一起，經(jīng)增粘劑增粘后制成特定形狀的導(dǎo)熱材料。為了增加相變材料的強度，可再加入薄膜來增強。即上述組成的混合物也可以在溶液狀態(tài)下涂布于銅箔、鋁箔、聚萘二酸乙二醇酯(PEN)薄膜或聚酰亞胺(Kapton)薄膜上形成復(fù)合膜。

本發(fā)明的目的具體由如下技術(shù)路徑實現(xiàn)：

一種相變導(dǎo)熱材料，其特征在于該相變導(dǎo)熱材料主要由如下質(zhì)量百分比的組分制得：

硅樹脂????????10～40wt％

三元乙丙橡膠??2～20wt％

導(dǎo)熱粉體??????40～70wt％

石蠟??????????5～25wt％

增粘劑????????5～35wt％

偶聯(lián)劑????????0.1～1.5wt％。

上述相變導(dǎo)熱材料也可以再與增強薄膜復(fù)合。所述的增強薄膜為聚萘二酸乙二醇酯或聚酰亞胺薄膜，銅箔或鋁箔。本發(fā)明在硅樹脂層內(nèi)加入杜邦公司生產(chǎn)的聚萘二酸乙二醇酯(PEN)或聚酰亞胺(Kapton)薄膜，能過顯著提高相變導(dǎo)熱材料強度，與常規(guī)的玻璃纖維相比，增強效果更明顯，而且產(chǎn)品厚度可以更薄。更重要的是高絕緣的薄膜增強使得本發(fā)明的相變材料可以用于需要電絕緣的場合。另外一類增強的薄膜是銅箔或鋁箔，他們本身具有很高的導(dǎo)熱性，不僅可以起到增強的目的，而且可以使導(dǎo)熱材料具有一定的各項異性導(dǎo)熱性，能夠促進散熱界面的溫度均勻分布。根據(jù)產(chǎn)品對導(dǎo)熱性和強度的不同要求，增強薄膜的厚度為0.013～0.102mm。

石蠟是決定軟化溫度的重要組分，可以通過選擇不同長度碳鏈的脂肪烴或者幾種不同碳鏈的脂肪烴混合物來獲得所需要的軟化溫度，上述相變導(dǎo)熱材料的軟化溫度通常控制在40～70℃。

硅樹脂在配方中除了起到粘合的作用，他本身還具有一定的流動性、拉伸性，可以通過加不同特性的硅樹脂，來控制產(chǎn)品的柔順度和粘性。根據(jù)產(chǎn)品對導(dǎo)熱性和柔順性的不同要求，其占相變導(dǎo)熱材料的比例不同。本發(fā)明所用的硅樹脂的黏度50～5000cps。

另外一個提高相變材料柔順性的組分是三元乙丙橡膠(EPDM)。三元乙丙橡膠是由乙烯-丙烯-第三單體非共軛二烯共聚而成，其分子主鏈?zhǔn)秋柡偷模珎?cè)鏈上含有少量的不飽和雙鍵。因三元乙丙橡膠分子內(nèi)無極性取代基存在，分子間內(nèi)聚能較低，所以他能在較寬的溫度范圍內(nèi)保持分子鏈的柔順性。

導(dǎo)熱粉體本身具有較高的導(dǎo)熱率，其種類、含量、尺寸和分散程度是影響產(chǎn)品導(dǎo)熱性的重要因素。本發(fā)明所用導(dǎo)熱粉體為氧化鋁、氧化鎂、氮化鋁、氮化硼中的一種或者幾種組合，或者是一種或幾種導(dǎo)熱粉體的不同粒徑的組合。

為了提高導(dǎo)熱填料在樹脂中的分散程度，可以對粉體表面用偶聯(lián)劑進行處理(粉體用偶聯(lián)劑乙醇溶液浸漬)。偶聯(lián)劑是具有如下結(jié)構(gòu)式的分子R-Si-(OR’)₃，其中R是6個碳以上的烷基，R’為甲基或乙基。如：正己基三甲氧基硅烷，正辛基三乙氧基硅烷，正癸基三乙氧基硅烷。