CN102602076A

CN102602076A - 一种导热绝缘片及结构胶

Info

Publication number: CN102602076A
Application number: CN2012100520384A
Authority: CN
Inventors: 杨幸生
Original assignee: KUNSHAN ZHONGDI MATERIALS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Zhongdi New Material Technology Co., Ltd
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2032-03-01
Also published as: CN102602076B

Abstract

本发明公开一种导热绝缘片及结构胶，包括由上至下依次放置的复合导热膜层、导热金属箔层和柔软导热层，其中，所述复合导热膜层和导热金属箔层中间还设置有结构胶层，所述结构胶层中含有超微导热颗粒。本发明实现了小面积热源通过该导热绝缘片扩散到更大面积上，同时还可以控制其在纵向（Z方向）热量扩散的速度，既可以导热也可以阻热，满足了部分特殊结构上对散热的需求，提高了材料对热量的综合传导扩散效果。

Description

一种导热绝缘片及结构胶

技术领域

本发明涉及导热材料领域，尤其涉及一种导热绝缘片及结构胶。

背景技术

导热硅胶片和导热型的绝缘片通常是由硅橡胶制成的比较薄的电绝缘片，厚度为0.1mm~0.3mm；例如，美国专利US4574879、US4602678和US4685987中就描述了这样的导热绝缘垫片，其基础结构由导热硅橡胶层（两侧层）和绝缘层（中间层）构成。

为了增强上述导热绝缘垫片的机械性能和耐电压击穿性能，通常使用聚酰亚胺薄膜和玻璃纤维布作为中间的机械加强层；例如，美国专利US4602678和US4685987中采用玻璃纤维作为中间的绝缘层；然而，由于玻璃纤维通常是导热不良的材料（导热率一般低于：0.3W/m.K）, 因此制得的导热绝缘片在垂直方向上的导热效果差，进而影响了热量在面方向上的均匀分布。

在面状散热效果好的材料中,石墨片是一类非常好的常用材料；例如，美国专利US2007-0110661A1、 US4911972、US6982874和US7160619对此类石墨材料做了很好的描述,其面导热率高达几百W/mK,或者更高, Graphtech公司和日本松下公司均提出过类石墨片材料的专利申请。

但从实际应用角度进行分析, 此类材料也有很多不足；首先，由于石墨材料本身的脆性,其两侧需要采用复合PET膜的方式进行保护,否则很难满足实际使用的机械结构需求，然而由于PET膜的导热系数通常在0.2一下，所以综合产品的垂直导热率就变得很小。从散热原理上来讲，热量是需要先经过垂直的PET膜后，才能在石墨本体上进行面的散热, 所以该种结构的散热效果是打了折扣的，降低了石墨片材的散热效率。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

针对现有技术中导热绝缘材料传热效率低，散热不均匀的技术问题，本发明提供一种及一种导热绝缘片及结构胶，旨在实现小面积热源通过其扩散到更大面积上，同时还可以控制其在纵向（Z方向）热量扩散的速度，既可以导热也可以阻热，以满足部分特殊结构上对散热的需求，以提高材料对热量的综合传导扩散效果。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种导热绝缘片，包括由上至下依次放置的复合导热膜层、导热金属箔层和柔软导热层，其特征在于，所述复合导热膜层和导热金属箔层中间还设置有结构胶层，所述结构胶层中含有超微导热颗粒。

较佳地，所述结构胶层的厚度不超过100微米。

较佳地，所述超微导热颗粒的粒径不超过80微米。

较佳地，所述超微导热颗粒为三氧化二铝、氮化硼或碳化硅微粒。

较佳地，所述复合导热膜层为具有导热和绝缘特性的聚酰亚胺，所述导热金属箔层为导热率在50W/mK以上的金属合金。

较佳地，所述金属箔为铜箔、银箔、铝箔、铁箔、金箔或锡箔。

较佳地，所述金属箔层的厚度不高于1毫米。

较佳地，所述金属箔层的厚度不高于0.5毫米。

较佳地，所述金属箔层的厚度不高于0.1毫米。

较佳地，所述金属箔层的厚度不高于0.05毫米。

较佳地，所述导热金属箔层由压延或电解方式制成。

较佳地，所述导热绝缘片的外层设置有阻热层。

较佳地，所述阻热层为多空隙的聚氨酯。

较佳地，所述阻热层为多空隙的聚氨酯的空隙度不低于120个/平方米。

较佳地，所述阻热层的硬度不超过Shore A100，导热率不高于0.3W/mK。

较佳地，所述复合导热膜层中加入有重量百分比不低于30%的陶瓷粉体，所述陶瓷粉体具有导热和绝缘双重属性。

较佳地，所述陶瓷粉体的颗粒度不高于1000纳米。

较佳地，所述复合导热膜层按照重量份数计，由以下组份组成： 100份的聚酰亚胺树脂，60份的二甲基甲酰胺，1份对十二甲基苯磺酸钠和10～35份的纳米碳化硅；所述对十二甲基苯磺酸钠浓度质量百分比为1%。

较佳地，所述复合导热膜层的制备方法如下：

A、称取100克的聚酰亚胺树脂，60克的二甲基甲酰胺，1克质量百分比为1%的对十二甲基苯磺酸钠和10～35克的纳米碳化硅；

B、混合搅拌至均匀；

C、在温度220℃～230℃，热压压力15～25Mpa的条件下采用双向拉伸工艺制成样品；

D、取样测试。

本发明还提供一种应用于所述导热绝缘片的结构胶，其中，按照重量份数计，由以下组成：50份的高剥离强度环氧胶，60份的乙酸乙酯，1.5份的表面活化剂和20～45份的六方氮化硼。

所述的结构胶的制备方法，其步骤如下：

A、称取50克的高剥离强度环氧胶，60克的乙酸乙酯，1.5克的表面活化剂和20～45克的六方氮化硼；

B、混合搅拌至均匀；

C、在温度120℃～130℃，采用单面涂敷工艺将胶体涂敷在ＰＥＴ离型膜上；

D、20分钟后取样测试。

与现有技术相比，本发明所提供的导热绝缘片及结构胶，实现了小面积热源通过该导热绝缘片扩散到更大面积上，同时还可以控制其在纵向（Z方向）热量扩散的速度，既可以导热也可以阻热，满足了部分特殊结构上对散热的需求，提高了材料对热量的综合传导扩散效果。

附图说明

图1是本发明导热绝缘片的结构示意图。

图2是本发明导热绝缘片的实施例2垂直导热率变化示意图。

图3是本发明导热绝缘片的实施例6中结构A的示意图。

图4是本发明导热绝缘片的实施例7中结构B的示意图。

图5是本发明导热绝缘片的实施例7中结构C的示意图。

图6是本发明导热绝缘片的实施例6中结构D的示意图。

图7是本发明导热绝缘片的实施例7中结构E的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

除非特别指明，本发明中术语“高性能导热铜箔”是高纯且通过压延工艺制成的铜箔,采用电解工艺制成的铜箔则不能达到如此好的效果,均简称为:铜箔。

除非特别指明，本发明中术语“复合工艺”是指采用双辊贴合技术，控制一定的辊间距离对样片实施压力加工，以提供复合层间胶层的内部填料密实和厚度。

本发明提供的导热绝缘片，如图1所示，一种导热绝缘片，包括由上至下依次放置的复合导热膜层13、导热金属箔层15和柔软导热层16，点状发热源17放置于柔软导热层16下部；所述复合导热膜层13的上层还设置有阻热层12，所述阻热层12接触外壳11，所述发热源下边是PCB板18；

所述外壳11可以是金属外壳，也可以是塑胶外壳。

所述复合导热膜层中加入有重量百分比不低于30%的陶瓷粉体，所述陶瓷粉体具有导热和绝缘双重属性；所述陶瓷粉体的颗粒度不高于1000纳米；所述复合导热膜层按照重量份数计，由以下组份组成： 100份的聚酰亚胺树脂，60份的二甲基甲酰胺，1份对十二甲基苯磺酸钠和10～35份的纳米碳化硅；所述对十二甲基苯磺酸钠浓度质量百分比为1%。

所述复合导热膜层的制备方法如下：

B、混合搅拌至均匀；

取样测试。

所述复合导热膜层和导热金属箔层中间还设置有结构胶层，所述结构胶层中含有超微导热颗粒；较佳地，所述结构胶层的厚度不超过100微米。

更佳地，所述超微导热颗粒的粒径不超过80微米；所述超微导热颗粒为三氧化二铝、氮化硼或碳化硅微粒；所述复合导热膜层为具有导热和绝缘特性的聚酰亚胺。较佳的膜层的耐压值不低于2KV，导热率不低于0.4W/mK，更优选耐压值不低于3KV，导热率不低于0.5W/mK的阻热层，最优先耐压值不低于3.5KV，导热率不低于0.8W/mK。

所述导热金属箔层为导热率在50W/mK以上的金属合金，所述金属箔为铜箔、银箔、铝箔、铁箔、金箔或锡箔，相关金属箔导热系数如表1所示：

表1

金属类型	导热系数(W/mK)	金属类型	导热系数(W/mK)
				银	429	铝	237
铜	401	铁	80
				金	317	锡	67

例如，可以选用由昆山日菱金属制品有限公司制造的牌号C1100、C1020, (Cu%W>99.9%),河南明泰铝业股份有限公司制造的5083,6061牌号铝箔, 邯郸市高新锅炉有限公司提供的15微米铁箔(Fe%W>99.8%)和30微米镍箔(Ni%W>99.9%),以及25微米铁镍合金箔(FeNi%W>99.8%);等等。

所述导热金属箔层,优先铜铝,最优选铜材;厚度也可以根据实际调节,其分别不高于1毫米，更优选不高于0.5毫米，还优选不高于0.1毫米，最优先不高于0.05毫米；所述导热金属箔层由压延或电解方式制成，优选地通过压延工艺制成的铜箔。

铜箔的单侧或双侧表层经过功能涂层处理，处理技术包含涂覆有石墨，陶瓷材料等混合的油墨材质，提高铜箔的表面抗氧化性能和导热性能，其涂层的作用也可以是提高铜箔的机械强度，提高抗拉伸强度和模量。

所述导热绝缘片的外层设置有阻热层，所述阻热层为多空隙的聚氨酯；

较佳地，所述阻热层为多空隙的聚氨酯的空隙度不低于120个/平方米；所述多空隙的聚氨酯阻热层的空隙包含开空隙和闭合空隙两大类,其中闭合空隙类型的效果比较好,此类材料可以选择由 Rogers Corporation公司制造的Poron??4790系列材料；所述阻热层的硬度不超过Shore A100，导热率不高于0.3W/mK。优选硬度不超过Shore A80，导热率不高于0.25W/mK的阻热层，更优选硬度不超过Shore A60，导热率不高于0.20W/mK的阻热层，最优先硬度不超过Shore A50，导热率不高于0.1W/mK阻热层。

所述的结构胶的制备方法，其步骤如下：

B、混合搅拌至均匀；

D、20分钟后取样测试。

本发明中所使用的原料及来源一览表如表2所示：

表2

原料名	作用	来源（厂家）	备注
				TCP003	微米级导热填料粉	德国 ESK氮化硼公司	六方氮化硼（3微米）
纳米碳化硅（40纳米）	纳米级别的导热粉填料	合肥开尔纳米技术发展有限责任公司	导热颗粒,作为胶的导热性能改善
				HH4007	粘接胶层的母体	Hardman	Hardman高剥离强度环氧胶4007
C1020	均热层,	昆山日菱金属制品有限公司,	压延铜箔,高纯度,35微米厚
				3022-22	稀释剂	北京世纪东方化工有限公司	乙酸乙酯
7211	表面活化剂	乐泰
				TY002	制造聚酰亚胺导热绝缘膜	沁阳市天益化工有限公司	聚酰亚胺树脂
FH44	稀释剂	韩国三星	二甲基甲酰胺（DMF）
				TX-10	聚酯树脂表面活化剂，提高粒子在聚酯中的分散性	日本三井	对十二甲基苯磺酸钠
15U-250U	结构胶的载体	东莞市美琪复合材料有限公司	ＰＥＴ离型膜
				Kapton HN	绝缘阻热膜,参比	美国杜邦公司	聚酰亚胺薄膜
4790-92-30012-04P(0.3mm)	Poron聚氨酯泡棉	Rogers Corporation	阻热填塞层
				DAW07	绝缘导热颗粒	Denka Chemical	填料
Gel-100A/B	绝缘硅胶	Waker Chemical	硅胶

实施例1

关于导热型的电绝缘聚酰亚胺膜的制备的原料配比如表3所示：

表3

Figure 2012100520384100002DEST_PATH_IMAGE001

其制备过程依次为：称量、混合和分散均匀，本品采用双向拉伸工艺，温度：220℃～230℃，热压压力：15～25Mpa，热压时间随制品的厚度而定；

所制样品规格参数及测试结果如表4所示：

表4

Figure 2012100520384100002DEST_PATH_IMAGE002

参比样品如表5所示：

表5

参比样品	Kapton HN(25um)	Kapton HN(13um)
			厚度(微米)	25	13
导热率W/m.K, 1	0.198	0.202
			交流耐压值(KV),2	11.2	10.5

上述实验中导热率测试方法: ASTM D 4935，绝缘材料交流耐压测试方法：ASTM D 149。

实施例2

复合用结构胶的制备，其原料配比如表6所示：

表6

原材料	样品Ｄ	样品Ｅ	样品Ｆ
				HH4007 (克)	50	50	50
3022-22 (克)	60	60	60
				7211 (３%) (克)	1.5	1.5	1.5
TCP003 (克)	20	35	45

其制备过程依次为：称量、混合和分散均匀，然后采用单面涂敷工艺将胶体涂敷在ＰＥＴ离型膜上，为下一道复合做准备，其温度控制为120℃～130℃,时间＞２０分钟。

所制样品规格参数及测试结果如表7所示：

表7

Figure 2012100520384100002DEST_PATH_IMAGE003

其中导热率测试方法为 ASTM D 1000,并进行 90度剥离强度测试。

实施例3

本发明采用导热型ＰＩ膜和热复合胶进行铜箔的复合，其制备和结果如表8所示：

表8

上述样品的垂直导热率如图2所示，本试验方案中的样本例子Ｘ１～Ｘ６都呈现了比参比样品高的性能表现。

实施例4

面扩散层与阻热层的复合制备及测试，如表9所示，其中采用12微米的PET对多孔Poron进行双面复合成T1和T2样品;

表9

Figure 2012100520384100002DEST_PATH_IMAGE005

实施例5

具有电绝缘属性的柔软导热层的制备如表10所示:

表10

原材料	参比样品X10	样品 G	样品 H	样品 I
					Gel-100A(克)	50	10	15	20
Gel-100B (克)	50	10	15	20
					DAW07 (克)	0	75	65	55
TCP003 (克)	0	5	5	5

其制备过程依次为，称量、混合三棍研磨分散均匀制成样品G,H和I, 然后采用单面涂敷工艺将按样品G,H和I混合涂敷在铜箔一侧；其中混合采用Ross 2 Gallon混合设备, 混合40分钟以上；最后过烘箱，其温度为120℃～130℃,时间1０分钟以上。

其测试结果如表11所示：

表11

实施例6

应用于金属材质的外壳结构(如图3所示的结构A 和如图6所示的结构D)的热扩散片的测试，如表12所示：

表12

Figure 2012100520384100002DEST_PATH_IMAGE007

由上表可见，其Z方向的导热率很好, 且面方向的导热效果也很好,这正好适合一些金属外壳设备散热要求.

实施例7

应用于塑料材质的外壳结构(如图4所示的结构B、如图5所示的结构C 和如图7所示的结构E)的热扩散片的测试，如表13所示：

表13

Figure 2012100520384100002DEST_PATH_IMAGE008

综上所述，本发明所提供的导热绝缘片及结构胶，实现了小面积热源通过该导热绝缘片扩散到更大面积上，同时还可以控制其在纵向（Z方向）热量扩散的速度，既可以导热也可以阻热，满足了部分特殊结构上对散热的需求，提高了材料对热量的综合传导扩散效果。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种导热绝缘片，包括由上至下依次放置的复合导热膜层、导热金属箔层和柔软导热层，其特征在于，所述复合导热膜层和导热金属箔层中间还设置有结构胶层，所述结构胶层中含有超微导热颗粒。

2.根据权利要求1所述的导热绝缘片，其特征在于，所述结构胶层的厚度不超过100微米。

3.根据权利要求1所述的导热绝缘片，其特征在于，所述超微导热颗粒的粒径不超过80微米。

4.根据权利要求2或3所述的导热绝缘片，其特征在于，所述超微导热颗粒为三氧化二铝、氮化硼或碳化硅微粒。

5.根据权利要求1所述的导热绝缘片，其特征在于，所述复合导热膜层为具有导热和绝缘特性的聚酰亚胺，所述导热金属箔层为导热率在50W/mK以上的金属合金。

6.根据权利要求5所述的导热绝缘片，其特征在于，所述金属箔为铜箔、银箔、铝箔、铁箔、金箔或锡箔。

7.根据权利要求6所述的导热绝缘片，其特征在于所述金属箔层的厚度不高于1毫米。

8.根据权利要求6所述的导热绝缘片，其特征在于，所述导热金属箔层由压延或电解方式制成。

9.根据权利要求1所述的导热绝缘片，其特征在于，所述导热绝缘片的外层设置有阻热层。

10.根据权利要求9所述的导热绝缘片，其特征在于，所述阻热层为多空隙的聚氨酯，其空隙度不低于120个/平方米。

11.根据权利要求9所述的导热绝缘片，其特征在于，所述阻热层的硬度不超过Shore A100，导热率不高于0.3W/mK。

12.根据权利要求1所述的导热绝缘片，其特征在于，所述复合导热膜层中加入有重量百分比不低于30%的陶瓷粉体，所述陶瓷粉体具有导热和绝缘双重属性，所述陶瓷粉体的颗粒度不高于1000纳米。

13.根据权利要求1所述的导热绝缘片，其特征在于，所述复合导热膜层按照重量份数计，由以下组份组成： 100份的聚酰亚胺树脂，60份的二甲基甲酰胺，1份对十二甲基苯磺酸钠和10～35份的纳米碳化硅；所述对十二甲基苯磺酸钠浓度质量百分比为1%。

14.根据权利要求13所述的导热绝缘片，其特征在于，所述复合导热膜层的制备方法如下：

B、混合搅拌至均匀；

D、取样测试。

15.一种应用于权利要求1所述导热绝缘片的结构胶，其特征在于，按照重量份数计，由以下组成：50份的高剥离强度环氧胶，60份的乙酸乙酯，1.5份的表面活化剂和20～45份的六方氮化硼。

16.一种如权利15所述的结构胶的制备方法，其步骤如下：

B、混合搅拌至均匀；

D、 20分钟后取样测试。