[发明专利]一种高强高导热绝缘材料

说明书

技术领域

本发明属于新型导热材料领域，所涉及的是一种利用高导热的含铍碳化硅纤维制备的高强高导热绝缘材料。

背景技术

电子封装密度越来越高，电子器件的体积越来越小，适应了目前集成电路高密度发展的要求，但随之而来的散热问题不容忽视。20世纪70年代到90年代间，集成电路芯片中的热流密度从约10W·cm^-2增加到100W·cm^-2量级，目前最高已达到200Wcm^-2，；这一数值增大的趋势仍在继续。如此大的能量密度，如果不能合理地进行热管理设计，就会导致微处理器的失效。

热失效是由于器件工作时，如电流通过引脚以及三极管组成的半导体器件受到一定的阻抗后，电能转变为热量，导致器件内部温度升高。当温度上升到某一值时，器件将因失效而瞬间停止工作，严重时甚至会引起封装材料的燃烧。除了因温度升高直接引起的失效以外，温度升高还会引发其它模式的失效，如键合材料的机械蠕变、寄生化学反应和杂质扩散等等。

元件过热不但会导致产品失效，还有可能导致事故，造成难以估量的人身伤害及经济损失。据外媒报道，一位用户持有的苹果ipod播放器在车厢内突然起火，导致东京城郊列车被迫停运8分钟。所幸没有人员在此次事故中受伤。而自2007年11月以来，日本已发生了27起iPodnano音乐播放器过热或着火事件，其中4起导致用户轻微烧伤。据日本产经新闻2110年6月30日报道：索尼30日发布，名为“bio”的笔记本电脑一部分机型自今年3月末起，在除日本外的很多国家，因零件过热引发插座部位变形的事故已有39起。在日本本土暂时没有此类事故发生。因事故可能会对使用者造成伤害，索尼采取紧急应对方案，召回对象包括海外约53万5千台，日本本土约5万2千台的笔记本电脑。

电子元器件的高效散热问题与传热学、流体力学等原理的应用密切相关。电子器件散热的目的是对电子设备的运行温度进行控制(或称热控制),以保证其工作的稳定性和可靠性。这其中涉及了与传热有关的散热或冷却方式、材料等多方面内容。从应用的角度看,常用的方法主要有:自然散热或冷却、强制散热或冷却、液体冷却、制冷方式、疏导电子元器件的高效散热问题与传热学、流体力学等原理的应用密切相关。不管采用哪种散热方式度需要将元器件或者继承电路产生的热量传输到外壳或者专门的散热器。

大功率LED产品覆盖了整个LED应用领域约75%的市场份额，2012年我国半导体照明及相关产业产值预计将达到3000亿元，大功率LED照明产品市场销售额预计约1000亿元。未来大功率LED将成为LED照明应用的主体，并将在背光源、汽车、景观装饰、特种工作照明、通用照明等领域全面取代传统照明光源，其在手机和中大尺寸LCD面板背光都有广泛的应用，市场潜力巨大。但是目前可靠性差、相关标准缺乏、价格昂贵等一系列问题困扰着LED明产业的发展，特别是高亮度LED照明系统中的热管理问题。LED照明系统的热管理高亮度LED的亮度会随着芯片的结温成指数递减。因此，良好的散热管理是LED固态照明系统向大功率发展的一个关键因素。LED固态照明系统的散热与微电子封装的散热一样，器件工作产生的热量，首先由导热经过多层不同材料组成的封装系统传导到热阱，再由对流传热散到环境中。

在新能源汽车、军事等领域动力电池应用广乏。在减重和提高功率的压力下动力电池功率密度不断增长，由于固有的内阻，电池不可能不发热，如果不将热量即使导出，电池会因为过热而失效，甚至发生爆炸使整个系统失效，造成危险的事故。

在没有专门特殊的材料通过灌封或者封接桥接时，热量通过热导率差的空气（导热系数0.02W/m.K）传导至外壳，或者是通过传导性很差得气隙传导至散热器，导致电子电器整体散热性能差。传统的灌封胶如有机硅、环氧树脂灌封胶可以固定电子元器件，但是导热系数很低（0.1-0.2W/m.K），仍然不能满足现代电子技术发展的需要。

为了满足这种电子、电器、电池等电驱动同时发热的器件模块的散热问题，需要一种特殊的导热材料将热量导出外部。同时由于这些部件、器件是带电的，这种材料需要与带电部位紧密接触，因此这种材料应该绝缘。其他还有使用要方便、密度不能太高、耐环境性能要好、高电压应用场合介电强度要大，有一定的阻燃性等性能要求。导热绝缘材料是解决散热问题的一种特殊材料。导热材料电工作部件的散热问题中意义重大，它在填充传热间隙后，在保证电绝缘的情况下有小地将热量传导至外壳或者散热器等热进，最终将热量散发到环境中保证系统不因过热而失效或者性能降低。