[發明專利]一種導熱界面材料及其應用

有效

• 申請號: 201510873844.1
• 申請日: 2015-12-02
• 公開（公告）號: CN106810877B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 任文才;馬超群;成會明
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C08L83/07
• 分類號: C08L83/07;C08K13/04;C08K7/00;C08K3/04;C08K3/38;C08K3/34;C08K3/08;C08K5/14;C09K5/14;B29B7/46
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

本發明公開了一種導熱界面材料及其應用，屬于新材料及其應用技術領域。該導熱界面材料是由片層狀填料和有機高分子材料基體形成的復合材料，其中：所述片層狀填料有序定向排布于有機高分子材料基體中，從而充分發揮填料在特定方向上的導熱性能的優勢，因此該導熱界面材料具有優異導熱性能、良好彈性和柔韌性。該導熱界面材料易壓縮，可用于填充熱界面間隙，提升器件散熱效率，提高電子產品的可靠性及延長其使用壽命。

技術領域

本發明涉及新材料及其應用技術領域，具體涉及一種導熱界面材料及其應用。

背景技術

隨著科技的發展，電子元器件的微型化及多功能化對器件的散熱性提出了更高的要求。器件的散熱問題已成為迅速發展的電信產業面臨的技術“瓶頸”。

在器件散熱的過程中，熱量需要從器件內部經過器件封裝材料和散熱器界面再經散熱器傳遞到外部環境。熱阻分析表明，器件與散熱器之間的界面熱阻較大。究其原因是固體表面在微觀尺度上粗糙不平，即使兩固體表面在接觸壓力高達10MPa的情況下，其實際接觸面積僅占表觀接觸面積的1～2％，其余部分則為充滿空氣的微小孔隙。因此，如何降低電子元器件與散熱裝置之間的界面熱阻是提高電子元件散熱效率的關鍵之一。

為了減小界面熱阻，人們開發了導熱界面材料。將界面導熱材料填充于接觸面之間，可以去除接觸界面孔隙內的空氣，在整個接觸界面上形成連續的導熱通道，提高電子元器件的散熱效率。傳統的導熱界面材料一般是將導熱顆粒直接混合在硅橡膠等有機高分子材料中制得的復合材料。然而，在這些復合材料中，填料顆粒一般是雜亂無章地分布在高分子基體中，而且被聚合物包裹分離開(圖1(a))，因此嚴重制約了填料導熱性能的發揮。大量導熱填料的加入不僅增加了成本和重量，而且會使材料的彈性下降、硬度增加，但導熱性能卻很難得到明顯提升。

一般來說，片層狀的填料的導熱性能具有各向異性的特點。例如石墨烯，其平面內(徑向)熱導率(～5000W/mK)與垂直平面方向(軸向)熱導率(～10W/mK)相差懸殊。對于導熱界面材料，人們主要關注其垂直于平面方向(軸向)的導熱性能。如果能通過一定的工藝步驟實現此類片層狀填料在基體中的沿軸向排布(如圖1(b)所示)則可以使此類填料的高導熱特性得到更充分發揮。從而達到降低填料添加量，顯著提升復合材料導熱性能的目的。

發明內容

為了解決熱界面材料應用中遇到的上述問題，本發明的目的在于提供一種導熱界面材料及其應用，該導熱界面材料為填料定向排布的有機高分子復合材料，其填料特定的排布方式使之具有高導熱性能，適用于電子器件散熱領域。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種導熱界面材料，該導熱界面材料是由片層狀填料和有機高分子材料基體形成的復合材料，其中：所述片層狀填料有序定向排布于有機高分子材料基體中，填料各片層間緊密連接；所述填料在復合材料中所占的重量百分比為20-90％，優選為60-90％。

所述片層狀填料為鱗片石墨、石墨烯、片狀氮化硼、片狀碳化硅、片狀鋁粉和片狀銀粉中的一種或幾種。

所述片層狀填料的片徑范圍為0.1-500μm，厚度范圍為0.1-100μm。

所述有機高分子材料基體為甲基乙烯基硅橡膠、乙烯基硅油、聚氨酯和聚二甲基硅氧烷中的一種或幾種具有良好彈性和柔韌性的有機高分子彈性材料。

該導熱界面材料為片狀材料，其中的片層狀填料的定向排布方向與該導熱界面材料所在平面相垂直。該導熱界面材料在垂直其所在平面方向上(即沿片層狀填料的定向排布方向)的熱導率可達60W/mK，且具有良好的彈性和可壓縮性。

本發明所述導熱界面材料的制備過程為：先將片層狀填料與有機高分子材料均勻混合，通過擠壓過程實現填料在基體中的有序定向排布，從而充分發揮填料在特定方向上的導熱性能的優勢，進而制備出具有優異導熱性能的導熱界面材料；該制備過程具體包括如下步驟：