[发明专利]一种相变导热材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机硅化工领域，涉及一种加热情况下可以软化、流动的导热相变材料及其制备方法。

背景技术

现代电子仪器设备的电路设计越来越复杂，集成度越来越高。设计工程师都力求在更小的面积上安装更多的器件，以实现仪器设备小型化。要保证这些高度集成的器件能够稳定运行，各个电子元件所产生的热量必须有效、及时地传递到周围环境中去。通常的方法是在器件表面安装铜、铝等高导热率的金属散热器，同时增大散热面积。更进一步在散热器上方安装风扇，使空气强制对流，加速热传递。然而，电子器件和散热器的表面都不可能绝对平整，两者接触时不可避免地产生空气隙。由于空气的导热率只有2.3×10^-2W/mK，不足金属导热率的万分之一，空气隙的存在使散热器的效率大大降低。为了解决这个问题而催生了界面导热材料。

开始时采用表面润湿性、流动好性的导热硅脂来填充器件和散热器之间的气隙。但是导热硅脂使用不方便，容易污染电路板引起短路等故障，而且经过多次冷热循环后会流失、变干，反而增加热阻。通过交联硫化的硅橡胶导热填隙材料和导热绝缘材料虽然使用方便，但是热阻较大，不能满足高导热性的要求，例如图形处理器芯片、中央处理器芯片等方面的应用。

发明内容

本发明的目的是为避免上述不足之处提供一种高效散热的相变导热材料。该相变导热材料用于发热电子元器件和散热器之间，降低接触热阻，增强传热效果。

本发明的另一个目的是提供生产这种相变导热材料的方法。

本发明以热稳定的硅树脂作为粘合剂，石蜡作为软化温度的调控物质，将导热的粉体填料结合到一起，经增粘剂增粘后制成特定形状的导热材料。为了增加相变材料的强度，可再加入薄膜来增强。即上述组成的混合物也可以在溶液状态下涂布于铜箔、铝箔、聚萘二酸乙二醇酯(PEN)薄膜或聚酰亚胺(Kapton)薄膜上形成复合膜。

本发明的目的具体由如下技术路径实现：

一种相变导热材料，其特征在于该相变导热材料主要由如下质量百分比的组分制得：

硅树脂        10～40wt％

三元乙丙橡胶  2～20wt％

导热粉体      40～70wt％

石蜡          5～25wt％

增粘剂        5～35wt％

偶联剂        0.1～1.5wt％。

上述相变导热材料也可以再与增强薄膜复合。所述的增强薄膜为聚萘二酸乙二醇酯或聚酰亚胺薄膜，铜箔或铝箔。本发明在硅树脂层内加入杜邦公司生产的聚萘二酸乙二醇酯(PEN)或聚酰亚胺(Kapton)薄膜，能过显著提高相变导热材料强度，与常规的玻璃纤维相比，增强效果更明显，而且产品厚度可以更薄。更重要的是高绝缘的薄膜增强使得本发明的相变材料可以用于需要电绝缘的场合。另外一类增强的薄膜是铜箔或铝箔，他们本身具有很高的导热性，不仅可以起到增强的目的，而且可以使导热材料具有一定的各项异性导热性，能够促进散热界面的温度均匀分布。根据产品对导热性和强度的不同要求，增强薄膜的厚度为0.013～0.102mm。

石蜡是决定软化温度的重要组分，可以通过选择不同长度碳链的脂肪烃或者几种不同碳链的脂肪烃混合物来获得所需要的软化温度，上述相变导热材料的软化温度通常控制在40～70℃。

硅树脂在配方中除了起到粘合的作用，他本身还具有一定的流动性、拉伸性，可以通过加不同特性的硅树脂，来控制产品的柔顺度和粘性。根据产品对导热性和柔顺性的不同要求，其占相变导热材料的比例不同。本发明所用的硅树脂的黏度50～5000cps。

另外一个提高相变材料柔顺性的组分是三元乙丙橡胶(EPDM)。三元乙丙橡胶是由乙烯-丙烯-第三单体非共轭二烯共聚而成，其分子主链是饱和的，但侧链上含有少量的不饱和双键。因三元乙丙橡胶分子内无极性取代基存在，分子间内聚能较低，所以他能在较宽的温度范围内保持分子链的柔顺性。

导热粉体本身具有较高的导热率，其种类、含量、尺寸和分散程度是影响产品导热性的重要因素。本发明所用导热粉体为氧化铝、氧化镁、氮化铝、氮化硼中的一种或者几种组合，或者是一种或几种导热粉体的不同粒径的组合。

为了提高导热填料在树脂中的分散程度，可以对粉体表面用偶联剂进行处理(粉体用偶联剂乙醇溶液浸渍)。偶联剂是具有如下结构式的分子R-Si-(OR’)₃，其中R是6个碳以上的烷基，R’为甲基或乙基。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。