CN104017537A - 一种用于led灯具封装的导热胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于LED灯具封装的导热胶及其制备方法，所述用于LED封装导热胶，是由AB双组份加成型的端甲基乙烯基硅氧烷作为基料，甲基含氢硅氧烷作为交联剂，加入抑制剂、催化剂以及经偶联剂处理过的导热填料，在室温下充分混合固化而成，可以根据催化剂的加入量调节固化时间；制备时导热填料和基体材料于室温下，放入真空搅拌器下充分混合至均匀，使导热填料在基体内形成有效的分布，从而制备出性能优异的导热胶；本发明旨在提高导热胶的导热率，降低LED灯具中基板和散热器之间的热阻，改善固化时间和固化温度的问题，提高热量传递效率。本发明制备的导热胶具有较高的导热率、制备工艺简单、成本较低，完全可以满足LED灯具散热的要求，具有良好的市场前景。

Description

一种用于LED灯具封装的导热胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及导热界面材料，具体涉及一种用于LED灯具封装的导热胶及其制备方法。

技术背景

发光二极管(LED)是一种能够发光的固态半导体器件，与常规照明设备相比具有许多的优点，如耗电量小，发光效率高，响应时间短，体积小，重量轻，光色纯，寿命长等，作为一种新型的固体光源，其在照明和显示领域有着巨大的应用前景和强大的市场潜力。

随着LED向高光强、高功率发展，LED的散热问题日渐突出。一方面功率越做越大，LED封装结构也越来越复杂；另一方面LED的体积越来越小，导致功率密度愈来愈大。目前，比较成熟的商品化的大功率LED输入功率一般为1W，芯片而积1mm×1mm，其热流密度达到了100W/cm²。LED的寿命与LED芯片结点温度的增加成指数形式下降，温度每上升2℃，可靠性下降10％，因此，在LED散热过程中起桥梁作用的导热胶，其散热能力是LED灯具封装必须解决的关键问题。

对于导热胶，人们主要集中在对导热硅脂和导热硅胶的研究，从目前的现状来看，两者都还存在某些方面的不足；对于前者，由于不能够固化，粘结力较差，使得光源模组很容易与散热器脱离，在一定程度上增加了基板与散热器之间的热阻；对于后者，目前的导热硅胶需要通过混炼机混炼、高温固化、压模脱模等工序，这在很大程度上增加了生产成本，同时由于导热硅胶片在使用过程中很难与接触面完全接触，因而界而热阻较大。因此，开发工艺简单，成本低廉，室温固化，热阻较低，粘结力较强，完全满足LED封装散热要求的导热胶已迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的存在的不足，提供一种用于LED灯具封装的导热胶，该导热胶是采用AB双组份加成型制备的液体硅橡胶，A组份包括：基料、导热填料、催化剂，B组份包括：交联剂、导热填料、抑制剂，A、B组份占导热胶原料总量的质量百分含量为A组份50～70％，B组份为30～50％，其中导热填料是经过偶联剂处理的。

A组份中各组分占A组份的质量百分含量分别为端甲基乙烯基硅氧烷30～60％、导热填料20～50％、催化剂0.5～1.5％；B组份中各组分占B组份的质量百分含量分别为甲基含氢硅氧烷40～75％、导热材料20～55％、抑制剂0.1～0.4％。端甲基乙烯基硅氧烷的粘度为50～3000mPs，链端或侧链至少含有两个乙烯基，其中乙烯基含量为1！5％。甲基含氢硅氧烷的粘度为50～3000mPs，含氢量为0.03～0.8％。

导热填料为氧化铝、氮化铝、铜粉、石墨烯和碳纤维中的至少一种，各组分占导热填料的质量百分含量分别为氧化铝12～60％、氮化铝12～60％、铜粉0～15％、石墨烯0～13％、碳纤维0～12％，所述的导热填料的粒径为0.002～20微米，其形状为球形、椭圆形、鳞片状、齿轮型、针状中的一种或者多种。

抑制剂为炔醇类、酰胺化合物、马来酸酯类化合物中的至少一种；偶联剂为氨苯基三乙氧基硅氧烷、缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷、硬脂酸中的至少一种，所述偶联剂的用量为导热填料重量的0.5～3％；催化剂为铂-乙烯基硅氧烷配合物。

本发明的另一个目的是提供一种用于LED灯具封装导热胶的制备方法，其具体步骤为：

a、将无水乙醇倒入三口烧瓶中，加入醋酸调节PH至5～6，搅拌下加入偶联剂，进行5～10min水解，加入未处理导热填料搅拌20～40min，水浴加热至70～80℃，并在超波分散下搅拌20～30min，然后过滤得到导热填料，再浸入无水乙醇中，反复漂洗2～3次，室温晾干后放入100～120℃烘箱干燥4h，得到表面处理后的导热填料；

b、将端甲基乙烯基硅氧烷、导热填料、催化剂按一定比例加入器皿内，将该器皿放入真空搅拌器内室温搅拌10～20分钟，转速为500～1000转/分，充分混合制得A组分；

c、将甲基含氢硅氧烷、导热材料、抑制剂，按一定的比例加入器皿内，将该器皿放入真空搅拌器内室温搅拌10～20分钟，转速为500～1000转/分，充分混合制得B组分；

d、将A、B组分按适当比例混合均匀，制得室温下固化的AB组份液体加成型导热胶。

本发明的有益效果在于：

采用加成型的AB组份配合使用，填充不同种类和粒径的高导热率粒子，使导热胶具有较高的热导热率，涂敷于基板与散热器的接触界面处，降低界面之间的热阻值。本发明的导热胶制备工艺简单，成本低廉，可以在室温下完全固化，解决了导热胶固化时间和温度的问题，整合了导热硅胶片和导热硅脂的优点，完全满足LED封装散热的要求，具有良好的市场前景。

附图说明

图是本发明导热胶的制备工艺流程图

具体实施方式

下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。

实施例1

a、取160mPas乙烯基含量为2.5％的端甲基乙烯基硅氧烷10g，粒径为5μm球形氧化铝10g，铂-乙烯基硅氧烷配合物催化剂0.2g，放在器皿内，将该器皿放在真空搅拌器内，室温下，真空度在1×10^-1MPa以下搅拌15min，转速为500转/分，制得A组分；

b、取140mPas含氢量为0.18％的含氧硅氧烷7g，粒径为13nm的球形氧化铝6g，炔醇类抑制剂0.01g，放在器皿内，将该器皿放在真空搅拌器内，室温下，真空度在1×10^-1MPa以下搅拌15min，转速为500转/分，制得B组分；

c、将A组分和B组分混合，放入真空搅拌器内，室温下，真空度在1×10^-1MPa以下搅拌15min，转速为600转/分，制得AB组份导热胶。将混合好的物料涂覆于LED基板与散热器之间的界面处，厚度在0.3～1mm，在室温下让其自行固化。

实施例2

a、取160mPas乙烯基含量为2.5％的端甲基乙烯基硅氧烷10g，粒径为5μm球形氧化铝6g，粒径为50nm的球形氮化铝4g，铂-乙烯基硅氧烷配合物催化剂0.3g，放在器皿内，将该器皿放在真空搅拌器内，室温下，真空度在1×10^-1MPa以下搅拌15min，转速为500转/分，制得A组分；

b、取140mPas含氢量为0.18％的含氢硅氧烷7g，粒径为13nm的球形氧化铝4g，粒径为2μm的球形氮化铝2g，炔醇类抑制剂0.01g，放在器皿内，将该器皿放在真空搅拌器内，室温下，真空度在1×10^-1MPa以下搅拌15min，转速为500转/分，制得B组分；

c、将A组分和B组分混合，放入真空搅拌器内，室温下，真空度在1×10^-1MPa以下搅拌15min，转速为600转/分，制得AB组份导热胶。将混合好的物料涂覆于LED基板与散热器之间的界面处，厚度在0.3～1mm，在室温下让其自行固化。

实施例3

a、取160mPas乙烯基含量为2.5％的端甲基乙烯基硅氧烷10g，粒径为5μm球形氧化铝6g，粒径为50nm的球形氮化铝4g，铂-乙烯基硅氧烷配合物催化剂0.3g，放在器皿内，将该器皿放在真空搅拌器内，室温下，真空度在1×10^-1MPa以下搅拌15min，转速为500转/分，制得A组分；

b、取140mPas含氢量为0.18％的含氢硅氧烷7g，粒径为13nm的球形氧化铝3g，粒径为2μm的球形氮化铝2g，粒径为10μm球形铜粉1g，炔醇类抑制剂0.01g，放在器皿内，将该器皿放在真空搅拌器内，室温下，真空度在1×10^-1MPa以下搅拌15min，转速为500转/分，制得B组分；

c、将A组分和B组分混合，放入真空搅拌器内，室温下，真空度在1×10^-1MPa以下搅拌15min，转速为600转/分，制得AB组份导热胶。将混合好的物料涂覆于LED基板与散热器之间的界面处，厚度在0.3～1mm，在室温下让其自行固化。

实施例4

a、取160mPas乙烯基含量为2.5％的端甲基乙烯基硅氧烷10g，粒径为5μm球形氧化铝5g，粒径为50nm的球形氮化铝4g，粒径为19nm的鳞片状石墨烯1g，铂-乙烯基硅氧烷配合物催化剂0.3g，放在器皿内，将该器皿放在真空搅拌器内，室温下，真空度在1×10^-1MPa以下搅拌15min，转速为500转/分，制得A组分；

b、取140mPas含氢量为0.18％的含氧硅氧烷7g，粒径为13nm的球形氧化铝3g，粒径为2μm的球形氮化铝2g，粒径为10μm球形铜粉1g，炔醇类抑制剂0.01g，放在器皿内，将该器皿放在真空搅拌器内，室温下，真空度在1×10^-1MPa以下搅拌15min，转速为500转/分，制得B组分；

c、将A组分和B组分混合，放入真空搅拌器内，室温下，真空度在1×10^-1MPa以下搅拌15min，转速为600转/分，制得AB组份导热胶。将混合好的物料涂覆于LED基板与散热器之间的界面处，厚度在0.3～1mm，在室温下让其自行固化。

实施例5

a、取160mPas乙烯基含量为2.5％的端甲基乙烯基硅氧烷10g，粒径为5μm球形氧化铝5g，粒径为50nm的球形氮化铝4g，粒径为19nm的鳞片状石墨烯1g，铂-乙烯基硅氧烷配合物催化剂0.3g，放在器皿内，将该器皿放在真空搅拌器内，室温下，真空度在1×10^-1MPa以下搅拌15min，转速为500转/分，制得A组分；

b、取140mPas含氢量为0.18％的含氢硅氧烷7g，粒径为13nm的球形氧化铝2g，粒径为2μm的球形氮化铝2g，粒径为10μm球形铜粉1g，粒径为20nm的碳纤维1g，炔醇类抑制剂0.01g，放在器皿内，将该器皿放在真空搅拌器内，室温下，真空度在1×10^-1MPa以下搅拌15min，转速为500转/分，制得B组分；

c、将A组分和B组分混合，放入真空搅拌器内，室温下，真空度在1×10^-1MPa以下搅拌15min，转速为600转/分，制得AB组份导热胶。将混合好的物料涂覆于LED基板与散热器之间的界面处，厚度在0.3～1mm，在室温下让其自行固化。

Claims (9)

1.一种用于LED灯具封装的导热胶，其特征在于是采用AB双组份加成型液体硅氧烷制备，A组份包括：基料、导热填料、催化剂，B组份包括：交联剂、导热填料、抑制剂，A、B组份占导热胶原料总量的质量百分含量为A组份50～70％，B组份为30～50％，其中，所述的导热填料是经过偶联剂处理的。

2.根据权利要求1所述的一种用于LED灯具封装的导热胶，其特征在于：所述的A组份中各组分占A组份的质量百分含量分别为端甲基乙烯基硅氧烷30～60％、导热填料20～50％、催化剂0.5～1.5％；所述的B组份中各组分占B组份的质量百分含量分别为甲基含氢硅氧烷40～75％、导热材料20～55％、抑制剂0.1～0.4％。

3.根据权利要求1所述的一种用于LED灯具封装的导热胶，其特征在于：所述的基料为端甲基乙烯基硅氧烷，其粘度为50～3000mPs，链端或侧链至少含有两个乙烯基，其中乙烯基含量为1～5％。

4.根据权利要求1所述的一种用于LED灯具封装的导热胶，其特征在于：所述的交联剂为甲基含氢硅氧烷，其粘度为50～3000mPs，含氢量为0.03～0.8％。

5.根据权利要求1所述的一种用于LED灯具封装的导热胶，其特征在于：所述的导热填料为氧化铝、氮化铝、铜粉、石墨烯和碳纤维中的至少一种，各组分占导热填料的质量百分含量分别为氧化铝12～60％、氮化铝12～60％、铜粉0～15％、石墨烯0～13％、碳纤维0～12％，所述的导热填料的粒径为0.002～20微米，其形状为球形、椭圆形、鳞片状、齿轮型、针状中的一种或者多种。

6.根据权利要求1所述的一种用于LED灯具封装的导热胶，其特征在于：所述的抑制剂为炔醇类、酰胺化合物、马来酸酯类化合物中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种用于LED灯具封装的导热胶，其特征在于：所述的偶联剂为氨苯基三乙氧基硅氧烷、缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷、硬脂酸中的至少一种，所述偶联剂的用量为导热填料重量的0.5～3％。

8.根据权利要求1所述的一种用于LED灯具封装的导热胶，其特征在于：所述的催化剂为铂-乙烯基硅氧烷配合物。

9.根据权利要求1所述的一种用于LED灯具封装导热胶的制备方法，是通过以下步骤实现的：

a、将无水乙醇倒入三口烧瓶中，加入醋酸调节PH至5～6，搅拌下加入偶联剂，进行5～10min水解，加入未处理导热填料搅拌20～40min，水浴加热至70～80℃，并在超波分散下搅拌20～30min，然后过滤得到导热填料，再浸入无水乙醇中，反复漂洗2～3次，室温晾干后放入100～120℃烘箱干燥4h，得到表面处理后的导热填料；

b、将端甲基乙烯基硅氧烷、导热填料、催化剂按一定比例加入器皿内，将该器皿放入真空搅拌器内室温搅拌10～20分钟，转速为500～1000转/分，充分混合制得A组分；

c、将甲基含氢硅氧烷、导热材料、抑制剂，按一定的比例加入器皿内，将该器皿放入真空搅拌器内室温搅拌10～20分钟，转速为500～1000转/分，充分混合制得B组分；

d、将A、B组分按适当比例混合均匀，制得室温下固化的AB组份液体加成型导热胶。