[发明专利]一种导热电绝缘复合材料组份及其制造方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种改性的复合材料，尤其是涉及一种易于注塑成型(moldable)或 热压模塑(hot press)或挤出(extrudable)的高导热电绝缘复合材料。

背景技术

随着各类电子元器件运行高速化和高功率化，设备在使用和运行过程中会产生相对高温， 从而可能导致电子元器件的过热而损害其性能，导致可靠性降低，甚至大幅度地降低整套系 统的寿命。常规的工程塑料，包括热塑性和热固性塑料，具有机械性能良好，化学稳定，电 绝缘等优势，被广泛地应用在日常电器等外壳等领域，但因其导热系数太低，属于热的不良 导体，不但不能解决高散热问题，而且由于热量不能得到有效的释放，可能使一些热敏感的 元器件过热，从而大幅度降低系统的寿命或者运行效率。

众所周知，金属材料具有非常好的导热性能，已经被应用于半导体器件组件的散热部件 中.但是金属存在如下潜在的缺点：

(1)金属属于电的良导体，在许多运用场合，基于安全考虑，希望使用电绝缘的材料；

(2)金属制件加工效率较低，一般需要从块状材料切削或机械加工成所需的复杂形状，需 要特种机加工设备，单位成本相对较高；

(3)金属材料密度相对较大，通常均大于2.4g/cm³，从而导致制品相对笨重；

(4)金属相对于塑料材料，易受腐蚀；

(5)金属加工需要相对较高的温度，能耗相对较大。

综上所述，开发一种低成本，高效率和相对于金属较轻的导热绝缘材料具有巨大的商业 价值。

在已有的技术中，中国专利CN101333434A公开了一种利用纳米导热粉料和立方氮化硼 对热塑性材料进行改性，获得一种可进行热塑性成型加工的高导热材料，但由于大量的纳米 粉末加入，可能导致材料的加工流动性能大幅下降，而且其表面电导率已达到10⁵欧姆/米， 即属于一种半导体材料。中国专利99815810.0利用两种不同长径比的导热填料，获得了一类 具有网状结构的高导热材料。由于使用了大量的导电填料，所以这类材料是非绝缘体。公开 号为CN101225234A描述了一种具有纤维增强或薄膜增强结构的，以有机硅树脂为基体的导热 材料，解决了一类界面导热的问题。另外，已知的导热复合材料，往往使用大量非常昂贵的 填料，如大于30％重量含量的氮化硼等，使得材料总体成本非常高。

同时，由于应用环境通常需要复杂的几何形状来实现，若在材料体系中含大量的无机填 料，其成型加工性能，比如材料的流动性能由于填料/树脂含量的在一定范围内可能波动， 导致其加工成型稳定性较低，在要求较高精密度的应用领域，现有的复合材料性能比期望的 要差得多。

本发明总体上涉及一种改进的复合材料。更具体的是，以较低的成本代价，获得一类高 导热电绝缘材料，具有最大化的导热性和稳定的加工成型等总体性能，能够通过热压成型或 注塑成型，实现复杂几何形状的产品。

发明内容

本发明总体上涉及一类新颖和独特的导热复合材料，具有能将热量从高温一端较快地转 移到另一端，从而达到散热的目的。本发明的复合材料体系是一种以较低的成本来制造的导 热复合材料，在满足其导热性能的范围内，可通过匹配填料相对比例来稳定材料的加工流动 性。本发明的复合材料具有导热率高于0.5瓦/米.度，同时具有电绝缘性能，其表面电阻＞10¹²欧姆/平方厘米。该类导热材料组份包括一类重量含量15-65％的热固性树脂。该类导热材料 组份还包括第一种导热填料，重量含量为20-60％，为至少两种尺寸的高结晶型球状金属氧化 物粉末，其大尺寸粉末颗粒R和小尺寸粉末r满足：r大于0.005R且r小于0.2R。该类导热 组份还包括第二类填料，约3-30％重量含量的片状导热填料。本发明的组合物，经过一定的 混合工艺，所获得的导热复合材料的流动性能可以通过匹配不同尺寸的球状填料进行稳定化。 在本发明的复合材料的成型过程中，材料能够在其加工窗口内稳定地加入到模腔内，可获得 各种复杂几何形状的制品。