[发明专利]一种具有方向性的导热硅凝胶复合片材的制备方法

说明书

一种具有方向性的导热硅凝胶复合片材的制备方法，本发明涉及导热硅凝胶复合片材的制备方法。解决现有应用于电子元器件的硅凝胶热导率低的问题。制备方法：一、密堆金刚石层的制备；二、金刚石/硅凝胶复合材料的制备，得到具有方向性的导热硅凝胶复合片材。本发明用于具有方向性的导热硅凝胶复合片材的制备。

技术领域

本发明涉及导热硅凝胶复合片材的制备方法。

背景技术

如今，随着电子元器件的高功率化、高集成化以及三维集成化，芯片的热管理已经成为限制下一代电子器件发展的核心技术。在温度为70℃～80℃的水平上，每升高2℃，GaN晶体管的可靠性降低10％；硅基氧化物半导体晶体管元件的操作温度会影响整个继承电路的时钟速度。

电路与散热片之间存在微观沟壑和空隙，只要以空气为主，是热的不良导体，因此，需要高导热的热界面材料增大接触面积、排除空气间隙。硅凝胶具有良好的弹性和耐化学腐蚀性，是热界面材料的常用基体材料。然而由于其热导率较低，约为0.2W/mK，不适宜直接用于散热。通常提高硅凝胶热导率的方法是填充大量的较高导热材料。目前，填充体包含如氧化铝、氮化硼和氮化铝等陶瓷材料，高导热碳材料如石墨烯、碳纳米管等。中等热导率填料需要填充体积分数50％以上才能达到要求的热导率，而高导热碳材料通常价格高且为电的良导体，因而限制了填充量。

发明内容

本发明要解决现有应用于电子元器件的硅凝胶热导率低的问题，而提供一种具有方向性的导热硅凝胶复合片材的制备方法。

一种具有方向性的导热硅凝胶复合片材的制备方法是按以下步骤进行：

一、密堆金刚石层的制备：

将表面活性剂加水稀释，得到表面活性剂溶液，将金刚石颗粒加入到表面活性剂溶液中，搅拌5min～10min，得到混合溶液，将混合溶液放置于模具中，在温度为30℃～50℃的条件下，加热直至水分蒸干，得到密堆金刚石层；

所述的表面活性剂溶液中表面活性剂的质量百分数为1％～5％；所述的金刚石颗粒平均粒径为1μm～60μm；所述的金刚石颗粒与表面活性剂溶液中表面活性剂的质量比为1:(0.05～0.25)；所述的密堆金刚石层的厚度为30μm～200μm；

二、金刚石/硅凝胶复合材料的制备：

将密堆金刚石层和硅凝胶层依次层层堆叠于模具中，在压力为300MPa～1000MPa及室温下真空中脱泡10min～40min，然后在室温下固化5h～24h，最后将固化后的复合材料从模具中取出，在垂直于金刚石薄片平面方向上进行机械切削，得到具有方向性的导热硅凝胶复合片材；

所述的密堆金刚石层与硅凝胶层的质量比为1:(0.7～4.8)。

本发明的有益效果是：

1、对金刚石颗粒采用蒸发自组装的方法进行密堆金刚石层的制备，且薄片热导率及厚度可控。

2、提出了利用层状堆叠和机械加工的方法在硅凝胶中实现金刚石层状平行排布的结构，对金刚石片在硅凝胶中的多层平行排布情况进行了表征，平行排布效果明显，提高了复合材料片材的热导率。测得本发明制备的具有方向性的导热硅凝胶复合片材中金刚石体积含量为24％时，延密堆金刚石层方向的热导率为2.0W/mK。

本发明用于一种具有方向性的导热硅凝胶复合片材的制备方法。

附图说明

图1为本发明制备具有方向性的导热硅凝胶复合片材的流程图；

图2为实施例一制备的具有方向性的导热硅凝胶复合片材应用于电子元器件的结构示意图，1为散热片，2为芯片，3为硅凝胶层，4为密堆金刚石层；

图3为实施例一步骤一制备的密堆金刚石层的扫描电镜图；