[发明专利]一种3D导热复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及3D复合材料技术领域，提供了一种3D导热复合材料，包括平面层和垂直植入平面层的导热增强体，所述平面层包括层叠设置的导热膜层，相邻的两层导热膜层由树脂层粘结，所述导热增强体为纤维pin针或金属针，本发明通过在平面层的厚度方向植入导热增强体纤维pin针或金属针，建立了厚度方向的导热通道，利用纤维pin针或金属针的高导热性实现了厚度方向的快速传热，而且平面层由单一的导热膜经树脂粘结构成，实现了复合材料面内温度的快速均一化，同步提高了3D复合材料的面内和厚度热导率。同时，导热增强体纤维pin针或金属针起到了层间增强的作用，提高了层间剪切性能。

技术领域

本发明涉及3D复合材料技术领域，尤其涉及一种3D导热复合材料及其制备方法。

背景技术

随着电子器件工作功率、集成度、封装密度的不断提高，电子器件单位面积的产热量迅速增大，研究数据表明，电子器件温度每上升10℃，其可靠性和稳定性下降50％，因此，对于电子器件的散热性能的要求也越来越高。

在当前研究阶段，石墨膜、石墨烯膜等碳基高导热膜材料由于其具有质轻、贴覆性好、优良的面内导热性能、耐腐蚀等优点，被广泛应用于电子工业散热领域。但因为石墨膜等碳基高导热膜大都为平面材料，厚度较小，对于其在厚度方向的热导率并没有过多研究和重视，而当石墨膜等碳基高导热膜材料叠加形成3D材料时发现其在厚度方向的热导率较低，面内和厚度方向的传热性能差异性较大，导致复合材料的散热局部差异较大，无法实现各个方向快速平衡的散热，无法满足当前电子器件的高散热性能的要求，而且在采用石墨膜等碳基高导热膜材料制备复合材料时，层间选用的大都是低导热的树脂作为粘结层，进一步阻隔了复合材料在厚度方向的传热性能，因而现有的3D复合材料在厚度方向的散热性能普遍不佳，不能实现面内和厚度方向散热性能的平衡，同时，由于石墨膜等碳基高导热膜材料的表面惰性，其与树脂的界面粘结强度较低，层间剪切强度低，这些都极大的限制了其在电子器件中的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种厚度方向具有较高热导率和层间剪切强度的3D导热复合材料及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种3D导热复合材料，其特征在于，包括平面层和垂直植入平面层的导热增强体，所述平面层包括交替层叠设置的导热膜层和树脂层，相邻两层导热膜层由树脂层粘结，所述导热增强体为纤维pin针或金属针。

优选的，所述导热增强体的植入间距为(0，5]mm。

优选的，所述导热增强体的直径为0.5～2mm，长度为0.1～10cm。

优选的，所述导热膜层包括石墨膜、石墨烯膜和碳纳米管膜中的一种或多种。

优选的，所述纤维pin针包括沥青基碳纤维复合材料pin针、PAN基碳纤维复合材料pin针、碳纳米管纤维复合材料pin针和气相生长碳纤维复合材料pin针中的一种或多种。

优选的，所述金属针包括铜针、铝针和银针中的一种或多种。

本发明还提供了上述的3D导热复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将导热膜浸渍树脂胶液后进行多层铺贴、压实得到平面层；

2)将导热增强体垂直植入所述平面层中，固化得到3D导热复合材料。

优选的，所述树脂胶液由包括树脂、固化剂、稀释剂、促进剂、引发剂和填料的混合料液加热制备得到。

优选的，所述填料包括碳纳米管粉末、石墨粉末、石墨鳞片和沥青基短切碳纤维中的一种或多种。

优选的，所述固化的方式包括热压固化、真空袋固化和热压罐固化中的任意一种。