CN101910341B - 导热粘合剂和使用所述导热粘合剂的粘合带 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导热粘合剂，所述导热粘合剂包含粘合剂聚合物树脂、导热填料和微空心填料。除导热填料之外，还包含可形成多孔结构的微空心填料的所述粘合剂可提供具有优异的导热性和粘结特性的粘合带。

Description

导热粘合剂和使用所述导热粘合剂的粘合带
技术领域
本发明涉及导热粘合剂和使用所述导热粘合剂的粘合带。
背景技术
最近几年随着科技的迅速发展，尤其是在电子工业领域，电子部件或装置的粘结技术已经变得至关重要。对于这种粘结技术，一般使用含有粘合剂聚合物的导热粘合剂来粘结在操作时会产生热的电子部件或装置，在所述粘合剂聚合物中分散有导热填料。
通常来讲，导热粘合剂的一个表面粘结至电子部件或装置，而其另一个表面粘结至散热器。这些导热粘合剂使得电子部件或装置间的互粘成为可能，并且用来将电子部件或装置所产生的热通过导热填料传送至散热器，从而将热排放到外部。因此，这些粘合剂也称为传热片。同时，散热器可进一步包括传热引脚以提高热传递效率。
传统的导热粘合剂包括含有金属氧化物、金属氮化物、或金属氢氧化物、以及含有磷和氮的无卤有机阻燃剂的那些。此外，还公开了包括作为导热填料的氧化铝和作为阻燃剂的氢氧化铝的用于传热片的粘合剂。
当这些粘合剂用作电子电器的传热片时，由于它们能够迅速地将热传递到散热器因而显示出高的热排放效率。然而，当持续产生热或瞬间产生过量的热时，这些粘合剂由于受其热传递能力的限制而达到热传递的饱和程度，从而导致粘合剂和电子电器的温度升高。此外，当这些粘合剂具有较大的粘结区域时，粘合剂可能和散热器进行局部接触而留下未接触部分。在这些未接触部分中，电子部件或装置产生的热不能充分地通过散热器排放并且产生局部热集中，从而导致过热点的产生。由于这些热影响的存在，电子部件或装置以及包括所述电子部件或装置的电子电器的质量可能会下降。
因此，人们试图在这些粘合剂中增加导热填料的量，从而可消除局部过热点的产生，或可有效地传递瞬间产生的过量的热。然而，过量导热填料的使用使得在粘合剂制备期间的可加工性降低并且粘合剂的粘结性降低。
发明内容
因此，本发明旨在解决上述问题。本发明的发明人已经进行了多项研究以开发具有高的热传递效率(至散热器)并且具有优异的粘结性来足以防止局部过热点产生的粘合剂。
因此，本发明的发明人已经发现当除导热填料之外，粘合剂还包含由相互独立的且其中具有空隙的多个气泡状粒子形成的微空心填料时，由于其多孔结构，所述粘合剂可具有极好的粘结性同时保持优异的导热性和阻燃性。本发明是基于这个发现。
根据本发明的一个方面，提供了导热粘合剂，所述导热粘合剂包括粘合剂聚合物树脂、导热填料和微空心填料。
根据本发明的另一个方面，提供了片材形式的粘合带，所述粘合带包括施加在基底的任一表面或两个表面上的上述导热粘合剂。另外还提供了用于制备所述粘合带的方法。
如本文所用，术语“可润湿性”是指粘合剂铺展、粘结或紧密接触至固体表面上的程度。
换句话讲，术语“可润湿性”是指液体或固体在固体表面上的铺展性，并用作粘结性的指标。
根据本发明的粘合剂的特征在于，除粘合剂聚合物树脂和导热填料之外还包括微空心填料。
换句话讲，在粘合剂聚合物树脂中具有微空心填料的根据本发明的粘合剂中可形成有多孔结构。由于上述多孔结构的存在，所述粘合剂具有改善的可润湿性和/或柔软性，并且因而可表现出改善的粘结性并且可以与各种表面紧密接触。例如，粘合剂可以与具有粗糙表面的电子部件或装置紧密接触。因此，甚至当粘合剂占据较大的粘结区域时，由于粘合剂和散热器之间非接触部分的减少可防止局部过热点的产生。此外，依据在微空心填料的表面上存在的组分，根据本发明的粘合剂还可具有阻燃性、导热性或电子波屏蔽特性。
另外，由于根椐发明的粘合剂在粘合剂聚合物树脂中包括具有优异的导热效率的导热填料，因此可迅速地将电子电器中产生的大量的热传递到散热器中并且有效地排放这些热。
根椐本发明的导热粘合剂的导热率为约0.35至0.8W/mK并且可润湿性为至少约50％，因而与传统的粘合剂相比提供改善的导热性和可润湿性。
附图说明
本发明的上述和其它对象、特征和优点通过以下结合附图的详细说明将变得更加显而易见，其中：
图1是显示从根据本发明的实例1获得的粘合带的示意图；
图2是显示从比较例1获得的传统的粘合带的示意图；
图3a是显示根据比较例1的粘合带的可润湿性的光学图；并且
图3b是显示根据实例1的粘合带的可润湿性的光学图，其中深色部分显示在基底和对应粘合带之间进行粘结。
具体实施方式
在下文中将对本发明进行更详细的解释。
对于本发明可使用的粘合剂聚合物树脂没有具体限制。根据本发明的优选实施例，粘合剂聚合物树脂包括丙烯酸类聚合物。对于所属领域的技术人员已知的用作粘合剂的丙烯酸类聚合物树脂以及任何丙烯酸类树脂均可使用，本发明没有具体限制。
丙烯酸类聚合物树脂的具体实例包括通过(甲基)丙烯酸C1至C12烷基酯单体与能够与所述(甲基)丙烯酸烷基酯单体共聚的极性单体的共聚作用而获得的共聚物。
(甲基)丙烯酸C1至C12烷基酯单体的具体实例包括，但不限于：(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸正辛酯、(甲基)丙烯酸异辛基、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸异壬酯、或等等。
可与(甲基)丙烯酸酯单体共聚的极性单体的具体实例包括例如(甲基)丙烯酸、马来酸或富马酸等含羧基的单体、或例如丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮或N-乙烯基己内酰胺等含氮单体、等等。这些极性单体用以对粘合剂赋予附着力并提高粘合性。
在粘合剂聚合物树脂中，对于(甲基)丙烯酸酯单体和极性单体的比率没有具体限制。通常来讲，
(甲基)丙烯酸酯单体和极性单体可以99至80∶1至20的重量比来使用。上述范围使得丙烯酸类树脂显示出粘合剂所需的粘结性。
同时，如本文中所用，术语“微空心填料”是指由其中具有空隙的气泡状粒子形成的填料，其中每个粒子均具有独立的气泡。
这种气泡状的微空心填料可在粘合剂中形成多孔结构。因此，根据本发明的粘合剂显示出增强的柔软性和/或可润湿性，从而当用于电子部件中时具有改善的粘结特性或紧密接触特性。此外，由于微空心填料使用诸如氧化铝、氧化硅、或其混合物的阻燃材料作为表面组分，因而所述微空心填料还用以防止因高温而引起的火灾事故。
微空心填料的非限制性实例包括由火成岩制成的超轻微空心球、通过处理和合成玻璃形成的微玻璃泡、和诸如环氧树脂或聚碳酸酯气泡等树脂气泡。根据本发明的优选实施例，陶瓷泡可用作微空心填料。
根据所需的功能不同，这些微空心填料的表面组分可选自阻燃材料、导热材料、电子波屏蔽材料、或等等。微空心填料的表面组分的非限制性实例包括氧化铝、氧化硅、或其混合物。当使用这些组分时，微空心填料用以防止因高温而引起的火灾事故，并具有较高的热传递效率和优异的导热性和阻燃性。
微空心填料优选地具有约20μm至500μm粒径。当使用具有小于20μm粒径的微空心填料时，即使微空心填料在粘合剂聚合物树脂中形成多孔结构，但由于孔径过小，粘合剂不能提供所需程度的柔软性或可润湿性。另一方面，当使用具有大于500μm较大粒径的微空心填料时，由于孔径过大，所得的粘合剂与电子部件具有减少的粘结区域。在后一种情况下，电子部件之间不能保持互粘，并且操作这些电子部件时所产生的热不能有效地传递至散热器。
此外，在根据本发明的粘合剂中，按粘合剂聚合物树脂100份重量计可以约10至200重量份的量使用微空心填料。当以少于10重量份的量使用微空心填料时，不可能形成提供所需程度可润湿性的多孔结构。另一方面，当以大于200重量份的量使用微空心填料时，粘合剂中形成有过量的多孔结构从而降低传热速率。
可用于本发明的导热填料的具体实例包括金属氧化物、金属氢氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属硼化物、碳纤维、石墨、碳化硅、铝硅铁(Al 6重量％-Si 9重量％-Fe 85重量％)。其中氧化铝、氮化铝以及氢氧化铝是优选的。
导热填料优选地具有约1μm至100μm的粒径。如果导热填料的粒径小于1μm，在粘合剂制备过程中在与粘合剂聚合物树脂混合的步骤中，所得的粘合剂可显示出增加的浆料粘度，从而导致可操作性降低。因此，当通过使用根据本发明的粘合剂来制备粘合片时，粘合剂在基底上可表现出较差的可涂敷性。此外，如果导热填料的粒径大于100μm，所得的粘合剂可具有优异的热传递特性，但导热填料可在与粘合剂聚合物树脂的混合步骤或涂层固化步骤中沉淀。
此外，在根据本发明优选实施例的粘合剂中，按粘合剂聚合物树脂100份重量计可以约10至200重量份的量使用导热填料。如果以少于10重量份的量使用导热填料，则所得的粘合剂的热传递速率可降低。另一方面，如果以大于200重量份的量使用导热填料，则所得的粘合剂可表现出显著增加的硬度，从而导致粘合剂柔软性的降低以及与粘合剂的紧密接触特性的下降。
根据本发明的粘合剂可根据传统的粘合剂制备方法来制备。
例如，将用于粘合剂聚合物树脂的材料与微空心填料和导热填料混合，并且对用于聚合物树脂的材料进行聚合，并随后固化从而得到粘合剂。如果需要，粘合剂还可包括其他添加剂。
更优选地的是，为了便于微空心填料与导热填料和其他添加剂的混合，对用于粘合剂聚合物树脂的材料进行预聚合从而得到浆料，并随后将微空心填料、导热填料和其他添加剂添加到所述浆料上，并搅拌和固化所得的混合物从而得到粘合剂。
为了提供粘合带，将用于粘合剂聚合物树脂的浆料状的材料与微空心填料、导热填料和其他添加剂混合，并搅拌所得的混合物。随后，将混合物施加并涂覆到薄基底上，并对涂层进行固化。
在下文中，将对用于通过使用根据本发明的粘合剂来制备粘合带的方法的一个实施例进行更详细的说明。C1至C12(甲基)丙烯酸酯单体和可与单体共聚的极性单体优选地通过加热来进行部分聚合反应，以得到粘度为约1,000至20,000的浆料。将上述导热填料和微空心填料(如，用作导热填料的Al(OH)3和用作微空心填料的陶瓷泡)可任选地与交联剂、光引发剂、抗氧化剂等一起添加至所述浆料中，并随后混合和搅拌上述材料从而得到混合物。然后，将混合物施加到基底上，并在光线(紫外光线)照射下进行光聚合和交联以获得粘合带。
根据本发明的粘合剂可用于通过将其施加到基底的任一表面或两个表面上来制备单面或双面粘合带。可按控制的量来使用交联剂以改变粘合剂的粘结特性。优选地，按100重量份的粘合剂聚合物树脂计可以约0.05至2重量份的量来使用交联剂。可用于制备根据本发明的粘合剂的交联剂的具体实例包括，但不限于：多官能团丙烯酸酯，例如包括1，6-己二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、1，2-乙二醇二丙烯酸酯、1，12-十二烷二醇丙烯酸酯、或等等的可交联的单体。
可按控制的量来使用光引发剂以改变粘合剂的聚合化程度。优选地，按100重量份的粘合剂聚合物树脂计可以约0.01至2重量份的量来使用光引发剂。可用于本发明的光引发剂的具体实例包括，但不限于，2，4，6-三甲苯酰二苯基氧化膦、苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、α，α-甲氧基-α-羟基苯乙酮、2-苯甲酰-2-(二甲基氨基)-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮、2，2-二甲氧基2-苯基苯乙酮、或等等。
可按控制的量来使用抗氧化剂以改变粘合剂的聚合化程度。优选地，按100重量份的粘合剂聚合物树脂计可以约0.01至2重量份的量来使用抗氧化剂。可用于本发明的抗氧化剂的具体实例包括，但不限于：3，5-二丁基-4-羟基苯丙酸十八烷醇酯、四[亚甲基(3，5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸)]甲烷、硫代二乙基双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸酯]、或等等。
可用于根据本发明的粘合带中的基底包括塑料、纸、非织造网、等等。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜是优选的。虽然在基底的厚度方面没有具体的限制，但考虑到粘合剂的导热性和可涂敷性，基底的厚度可为1μm至1mm。
基底的厚度可随粘合带的具体用途而异。虽然在粘合带的厚度方面没有具体的限制，但通常粘合带的厚度为50μm至2mm。当粘合带的厚度小于50μm时，尤其是在具有较大表面积的胶粘体上粘合片可提供大量的非接触区域，使得用于进行热传递的接触表面减少。因此，在散热体和散热器之间实现充分的热传递是不可能的。另一方面，当粘合带的厚度大于2mm时，粘合带表现出较低的热传递速率并且需要较长的时间段来完成热传递。
根据本发明的粘合剂还可包括其它添加剂，诸如颜料、抗氧化剂、UV稳定剂、分散剂、消泡剂、增稠剂、增塑剂、增粘树脂、硅烷偶联剂、发泡剂、或等等。
具有如上所述优异的粘结特性和导热性的根据本发明的粘合剂不仅可用于在电子电器(例如等离子体显示面板)中将从散热体产生的热传递到散热器，而且可用于支撑散热体和散热器，所述电子电器在热传递特性方面要求符合相对严格的标准。
现在将详细说明本发明的优选实施例。应当理解以下实例仅仅是示例性的且本发明并不仅限于此。
实例1
首先，在1L的玻璃反应器中通过加热使作为单体的94重量份的丙烯酸-2-乙基己酯(本文所列举的所有重量份都是按100重量份的丙烯酸类聚合物树脂计)和6重量份的丙烯酸进行部分聚合，从而得到粘度为2000cPs的浆料。
然后，将用作光引发剂的0.29重量份的α，α-甲氧基-α-羟基苯乙酮、用作交联剂的0.2重量份的1，6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)和用作抗氧化剂的0.3重量份的3，5-二丁基-4-羟基苯丙酸十八烷醇酯与上述浆料混合并且充分搅拌所得的混合物。向该混合物中加入100重量份的粒径为20μm的导热填料氢氧化铝[Al(OH)3]和20重量份的粒径为50μm的微空心填料陶瓷泡，并且搅拌所得的混合物至完全均质状态。
通过使用真空泵在减压下对该混合物进行去泡，并且通过刮涂方法将其施加到厚度为1mm的聚酯隔离膜上。此时，该涂层被聚酯膜覆盖以防止其与氧气接触。然后，使用金属卤素紫外线灯进行紫外线照射5分钟以得到粘合带。
比较例1
采用实施例1中所描述的相同方式来提供粘合带，不同的是没有使用微空心填料。
测量根据实施例1和比较例1的粘合带的导热性和可润湿性。
测定后，与根据比较例1的不含微空心填料的传统的粘合带相比，根据实例1的粘合带显示出稍微降低的导热性，但上述粘合带却提供了优异的可润湿性特性，如可由54％的可润湿性水平看出(参见下表1和图3)。因此，可以看出根据本发明的粘合带具有优异的可润湿性(即粘结性)，同时保持了优异的导热性。
表1
  导热性(W/mK)   可润湿性(％)
  实施例1   0.4440   54
  比较例1   0.5078   20
从上述可以看出，除导热填料之外，还包含可以形成多孔结构的微空心填料的根据本发明的粘合剂可提供具有优异的导热性和粘接特性的粘合带。
尽管出于示例性之目的，本文已对本发明的若干优选实施例进行了说明，但所属领域的技术人员应理解，在不脱离由所附权利要求书所公开的本发明的范围和精神的情况下，可对上述实施例进行各种修改、补充和替换。

Claims (12)

1.一种导热粘合剂，所述导热粘合剂包含粘合剂聚合物树脂、导热填料和微空心填料，其中按100重量份的粘合剂聚合物树脂计以10至200重量份的量使用所述微空心填料，和其中所述导热粘合剂的导热性为0.3至0.8W/mK且其可润湿性至少为50％，
其中所述粘合剂聚合物树脂是丙烯酸类聚合物树脂，所述导热填料选自氧化铝、氮化铝和氢氧化铝，所述微空心填料选自氧化铝、氧化硅及其混合物。
2.根据权利要求1所述的导热粘合剂，其中所述微空心填料包括其中具有空隙的气泡状粒子。
3.根据权利要求1所述的导热粘合剂，其中所述微空心填料包括陶瓷泡。
4.根据权利要求1所述的导热粘合剂，其中所述微空心填料的粒径为20μm至500μm。
5.根据权利要求1所述的导热粘合剂，其中按100重量份的粘合剂聚合物树脂计以10至200重量份的量使用所述导热填料。
6.根据权利要求1所述的导热粘合剂，其中所述导热填料的粒径为1μm至100μm。
7.根据权利要求1所述的导热粘合剂，其中所述丙烯酸类聚合物树脂是通过(甲基)丙烯酸C1至C12烷基酯单体与能够与所述(甲基)丙烯酸酯单体共聚的极性单体进行共聚而获得的聚合物树脂。
8.一种粘合带，所述粘合带通过将根据权利要求1至7中任一项所述的导热粘合剂施加到基底的任一表面或两个表面上而获得。
9.根据权利要求8所述的粘合带，其中所述基底选自由塑料、纸和非织造网组成的组。
10.一种用于制备粘合带的方法，该方法包括以下步骤：
(i)使丙烯酸单体与能够与所述丙烯酸单体共聚的极性单体进行部分聚合以提供浆料；
(ii)将导热填料和微空心填料加入所述浆料中，并混合和搅拌这些材料以提供混合物，其中按100重量份的粘合剂聚合物树脂计以10至200重量份的量使用所述微空心填料；
(iii)将所述混合物施加到基底的任一表面或两个表面上；以及
(iv)对所述混合物进行光照射以进行聚合和交联，其中所述导热粘合剂的导热性为0.3至0.8W/mK且其可润湿性至少为50％，
其中所述导热填料选自氧化铝、氮化铝和氢氧化铝，所述微空心填料选自由氧化铝、氧化硅及其混合物。
11.根据权利要求10所述的用于制备粘合带的方法，其中步骤(i)中的所述浆料的粘度为1000至20,000cPs。
12.根据权利要求10所述的用于制备粘合带的方法，其中所述微空心填料包括其中具有空隙的气泡状粒子。
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