[发明专利]一种纳米γ-氧化铝负载的碳纳米管、制备方法及高导热电绝缘弹性体热界面材料

说明书

一种纳米γ‑氧化铝负载的碳纳米管、制备方法及高导热电绝缘弹性体热界面材料。本发明公开了一种纳米γ‑氧化铝负载的碳纳米管的制备方法，将浓度为3‰～1％的碳纳米管浆液与浓度为1％～30％的纳米γ‑氧化铝分散液混合，超声搅拌静电自组装0.5～5h，离心冷冻干燥得到所述纳米γ‑氧化铝负载的碳纳米管。将所得纳米γ‑氧化铝负载的碳纳米管杂化填料与微米填料复配使用填充至硅橡胶中，所得的弹性体热界面材料具有高的体积电阻率、导热率，能够满足集成电路封装散热的性能要求。此外，本发明还具有加工工艺简便易操作，不涉及使用有毒溶剂，与实际工厂加工设备可以相匹配，可直接用于投产等优点。

技术领域

本发明涉及集成电路封装用热界面材料领域，具体地说，是涉及一种纳米γ-氧化铝负载的碳纳米管、制备方法及高导热电绝缘弹性体热界面材料。

背景技术

随着当代电子技术的迅猛发展，电子工业不断向高功率损耗、集成性及微型化发展，现代电子设备的能量密度大幅提高，其在高功能、高传输速率下工作，各种元件(如CPU等)的工作温度相对大幅升高，电子元件与整机的发热功率也越来越大。由此带来的过高温度将降低芯片的工作稳定性，增加出错率，同时模块内部与其外部环境间所形成的热应力将直接影响到芯片的电性能、工作频率、机械强度及可靠性，并缩短其使用寿命。事实上，不仅仅是计算机芯片，对于大功率军民用电子设备、光电器件以及近年来发展迅速的微/纳电子机械系统等先进设备，都存在着类似的广泛而迫切的散热冷却需要，因此高效地带走电子设备所产生的热量变得异常重要。

而热管理就是一系列解决这个问题的手段。热界面材料是热管理中一类极为关键的材料，它是一种普遍用于集成电路封装和电子散热的材料，主要用于填补两种材料接合或接触时产生的微空隙及表面凹凸不同的孔洞，降低发热电子元件与散热器之间的接触热阻，使散热器的作用得到充分地发挥。热界面材料是确保各类微电子产品与设备安全散热，可靠稳定长期工作的关键材料。

弹性体热界面材料是热界面材料中极为关键的一类，具有高柔性，粘合性好等优势，其主要产品表现为导热胶垫。弹性体热界面材料除了在电脑、手机、光纤等民口设备中的大量应用，在军工武器装备，特别是航母、潜艇中的高精尖温度控制系统和指挥控制系统等大型电子设备中也不可或缺；此外，在航空航天领域，高性能弹性体热界面材料还能有效代替航天器中大型冷装置。

但弹性体TIM的主要不足表现在高导热性、电绝缘与高柔顺性(低接触热阻)难于兼顾。采用高份数填充无机非金属导热填料提高导热性、绝缘性的研究思路，必然影响TIM的柔顺性；而采用碳纳米管、碳纳米管等新型超高导热(导热率约为5000W/(m·K))纳米碳材料，则这类材料同时具有超高的电导率，使热界面材料具有导电性能。所以，如何克服这一弊端同时又能使碳纳米材料充分发挥其导热作用仍是该领域所面临的难题和挑战。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是设计出一种纳米γ-氧化铝负载的碳纳米管，及其填充的高导热、电绝缘弹性体热界面材料，应用于集成电路封装，使其能达到良好的散热且具备高电阻的目的。

本发明的目的之一是提供一种纳米γ-氧化铝负载的碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：

将浓度为3‰～1％的碳纳米管浆液与浓度为1％～30％的纳米γ-氧化铝分散液混合，超声搅拌静电自组装0.5～5h，离心冷冻干燥得到所述纳米γ-氧化铝负载的碳纳米管，

其中，碳纳米管和纳米γ-氧化铝经过改性处理，纳米γ-氧化铝与碳纳米管质量比为0.25：1～10：1，优选为0.5：1～7：1。

所述碳纳米管直径优选为10～200nm；碳纳米管改性处理采用本领域常用的改性方法，优选酸化或接枝改性，如接枝聚多巴胺(PDA)、接枝聚维酮(PVP)等改性方法。

所述纳米γ-氧化铝的粒径优选为10～50nm；纳米γ-氧化铝改性处理采用本领域常用的改性方法，优选采用硅烷偶联剂进行改性处理，如改性剂选用KH550、KH560、KH570、Si69中的一种或多种。