[發明專利]一種基于氮化硼的復合熱界面材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710760089.5
• 申請日: 2017-08-30
• 公開（公告）號: CN107501610A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 張平;冼耀琪;袁朋;姜雄;曾建華;楊道國
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: C08K9/06
• 分類號: C08K9/06;C08K9/02;C08K7/00;C08K7/18;C08K3/08;C08L63/00;C09K5/14
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司45112
• 代理人: 周雯

技術領域

本發明涉及熱界面材料技術領域，具體涉及一種基于氮化硼的復合熱界面材料及其制備方法。

背景技術

隨著電子系統和包括機械結構在內的器件制造工藝的飛速發展，集成電路(IC)芯片一直以來都近似以摩爾定律來發展，近幾年來更是隨著電子系統的多功能化、集成化、工作頻率、組裝密度的急速發展，其衍生出來的副作用便是電子器件發熱量的急劇飛升。根據半導體工業聯合會（The Semiconductor Industry Association）出版的ITRS 2010報告預測電子器件的功率密度在不久的將來即將突破100 W/cm2，對整個冷卻系統的熱阻也要求控制在50 mm2 K/W以下。

為了獲得兩個表面之間良好的熱接觸，熱界面材料被廣泛用來填充由加工方式產生的表面形貌空隙和凹槽，以此來提高表面間的接觸面積，增強接觸界面之間的傳熱效率。目前常用的導熱膏、導熱膠和相變材料（PCM）等熱界面材料，不僅其自身有效導熱系數低，還很容易在循環載荷下發生老化、滲漏、失效等問題，從而嚴重制約電子器件的可靠性和壽命。由于低維材料和金屬焊料的優良導熱性能，目前下一代熱界面材料的研究熱點主要集中于納米技術在熱界面材料的應用和低溫燒結型熱界面材料。有研究指出，單根多壁碳納米管的熱導率可達1000 W/m K甚至更高，研究者通常以碳納米管作為環氧樹脂基體的填料制成具有較高熱導率的復合材料，通過不同比例的混合可使環氧復合材料的熱導率提高60%以上。但由于此類納米顆粒與基體材料間的微觀界面熱阻較大，形成的復合材料傳熱性能較傳統的熱界面材料優勢不是特別的突出。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明要解決的技術問題是如何提高環氧樹脂基復合熱界面材料的熱導率與減少接觸熱阻。

針對上述技術問題，本發明提供的的技術方案是：一種基于氮化硼的復合熱界面材料制備方法，包括以下步驟：

步驟一，制備納米銅和環氧樹脂的復合熱界面材料，具體分步驟如下：

（1）將環氧樹脂與固化劑混合攪拌得到混合液；

（2）將除雜且干燥后的納米銅顆粒加入所述混合液中，并加入稀釋劑攪拌研磨；

（3）加入丙酮并且進行超聲分散；

（4）加熱攪拌并真空脫泡3~5小時得到納米銅和環氧樹脂的復合熱界面材料；

步驟二，制備基于氮化硼的復合熱界面材料，具體分步驟如下：

（1）使用硅烷偶聯劑對氮化硼進行表面改性處理并進行真空干燥；

（2）將干燥后的氮化硼加入所述納米銅和環氧樹脂的復合熱界面材料中，并加入稀釋劑攪拌研磨得到復合物混合液；

（3）在所述復合物混合液中加入丙酮并超聲分散；

（4）將消聲分散后的復合物混合液在真空下加熱并緩慢攪拌，真空脫泡 5-8 小時得到基于氮化硼的復合熱界面材料。

所述步驟一中：

分步驟（1）的混合攪拌時間為40mins，且溫度條件為40℃；

分步驟（2）的攪拌研磨時間為1h；

分步驟（3）的溫度條件為55℃且超聲分散15mins；

分步驟（4）的真空抽吸速率為2升/秒，控制溫度為70℃。

所述步驟二中：

分步驟（1）的真空干燥溫度為60℃，干燥24h；

分步驟（2）的攪拌研磨時間為1h；

分步驟（3）的溫度調節為55℃且超聲分散30mins；

分步驟（4）的真空抽吸速率為2升/秒，控制溫度為70-90℃。

本發明還提供了一種基于氮化硼的復合熱界面材料，按上述基于氮化硼的復合熱界面材料制備方法制成，其組分組成以重量份計為：

氮化硼 10~50份，

納米銅顆粒 30~225份，

環氧樹脂 70~80份，

固化劑 5~15份，

稀釋劑 5~15份，

偶聯劑 5~15份。

所述環氧樹脂為液晶環氧樹脂，進一步為4,4’-二聯苯酚酯；

所述固化劑為芳香族多胺、酸酐、咪唑類、聚酰胺樹脂固化劑中的至少一種，優選為聚酰胺樹脂；

所述稀釋劑為660A型環氧丙丁烷；

所述偶聯劑為Z-6020硅烷偶聯劑或鈦酸酯偶聯劑,優選為Z-6020硅烷偶聯劑；

所述氮化硼為六方氮化硼顆粒，顆粒大小為0.1~50μm，形狀可為片狀或球狀或兩者混合；

所述納米銅顆粒的平均粒徑為100nm。

與現有技術相比，本發明有益效果：