CN105131699A - 一种金刚石复合散热材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金刚石复合散热涂层材料及其制备方法。所述散热涂层材料包括组分A和组分B，组分A为热发射率大于0.93的金刚石复合材料，组分B为水性离子型改性树脂。本发明获得的散热涂层，具有涂层均匀、致密性好、耐腐性强、散热能力高以及防静电等优点，本发明采用的制备方法具有操作简单，成本低、材料利用率高，与基体结合度高，成膜质量好等特点，本发明可广泛应用到微电子器件和照明灯具等领域的散热中。

Description

一种金刚石复合散热材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料和表面处理技术领域，具体涉及一种金刚石复合散热材料及其制备方法。

背景技术

随着现代科技的迅速发展，电子产品向高频、高速、大功率以及集成电路的密集和小型化方向发展，这使得单位容积电子产品的总功率密度和发热量大幅度地增长,从而使电子产品的冷却问题变得越来越突出。而常规的冷却系统所能达到的冷却能力受到极大挑战，尤其在微电子、信息、照明、能源、汽车、空调、化工等领域，对强化传热、提高散热效率等技术提出了更高的要求。而散热涂料是一种通过提高物体表面的热发射率以达到增强物体的散热能力，所以说如果要降低电子产品体系的温度，。所以把散热功能涂料涂在电子器件或电子产品上的散热体表面就可以降低电子产品的工作温度，从而提高电子产品的工作稳定性和使用寿命。因此，散热材料的配制和相关涂覆技术一直是材料学者们重点的研究内容。

最近十年，发光二极管LED也朝大功率、多芯片集成和微小化封装的方向快速发展，这使得以LED为基础的光电子器件和照明灯具的散热问题受到重视，希望得到有效解决，否则就影响LED的光源稳定性，以及严重缩短LED的使用寿命时间。相关研究指出，LED器件的结温每升高10度，LED器件的使用寿命时间将缩短一半，还存在瞬时烧毁的危险。为了加快LED光源的照明产业发展，就需要解决LED器件的散热问题，使LED的10万小时理论寿命时间成为可能。

目前，市场上基于LED器件应用的散热材料已有相关报道，但应用范围较小，只有部分高端LED产品才应用，这原因归于两方面：1）配制的散热材料成本高，2）散热材料的涂覆技术主要采用喷刷办法，造成散热材料的利用率不高，促使加工成本很高，还污染环境，喷刷办法还容易造成涂覆产品厚度不均匀，结合性差，使产品降温性能不统一，所以影响了散热材料的大范围应用。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种金刚石复合散热材料及其制备方法，降低散热材料成本和改善散热材料涂层的质量差和不均匀问题。

本发明的技术方案如下：

一种金刚石复合散热材料，包括组分A和组分B，组分A为热发射率大于0.93的金刚石复合材料，组分B为水性离子型改性树脂，其中组分A占组分B的重量百分比为2%~15%。

进一步地，所述组分A包括金刚石，还包括石墨、碳纳米管、碳纳米球、石墨烯或氧化物材料中一种以上，其中金刚石、石墨和氧化物的粒径为0.1~7um，碳纳米管和碳纳米球的直径大于30纳米，碳纳米管和石墨烯的长度为0.5~50微米。

进一步地，组分B包括阴离子环氧树脂、阴离子丙烯酸树脂、阴离子环氧丙烯酸树脂和阴离子聚胺酯树脂中的一种或多种混合，或者包括阳离子环氧树脂、阳离子丙烯酸树脂、阳离子环氧丙烯酸树脂和阳离子聚胺酯树脂中的一种或多种混合。

进一步地，所述氧化物材料包括氧化硅、氧化硼、氧化铝、氧化镁和电气石中的一种以上。

进一步地，组分A由不同粒径或不同长度的材料混合而成。

进一步地，所述的金刚石复合散热材料还包括分散剂和去泡剂，分散剂占组分A的重量百分比为5%~20%，去泡剂占组分B的重量百分比为2%~10%。

制备所述金刚石复合散热材料的方法，包括以下步骤：

a）将组分B和去泡剂按比例加入电导率小于5us/cm的去离子水中，并加热至25℃至32℃搅拌均匀混合，形成水性离子型改性树脂溶剂；

b)把组分A和分散剂按比例倒入配制好的水性离子型改性树脂溶剂中，并进行超声水热中搅拌均匀混合形成散热涂料电泳液；水热温度为25℃~32℃。

c)把上述得到的散热涂料电泳液倒入电泳槽中进行金属表面的成膜；

d)对成膜进行烘干处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果：采用本发明的金刚石复合散热材料，涂覆到散热器表面，可以使散热器表面的热发射率提高至0.93以上，把这样的涂层散热器安装在发热产品（如CPU，LED照明灯具）表面上可明显增强发热产品的散热能力，从而有效降低发热产品的工作温度，提高产品的工作性能。本发明采用的电泳工艺制备方法，具有操作简单，成本低、材料利用率高（即降低散热材料的成本），与基体结合度高，成膜质量好等特点，本发明获得的散热涂层，具有致密性好、耐腐性强、散热能力高以及防静电等优点。

附图说明

图1为本发明实施例中测温仪记录不同涂层散热器下LED光源的温度时间曲线

具体实施方式

本发明提供了一种提高金属器件散热性能的金刚石复合散热材料及其制备方法，为了使本发明的技术方案及其散热效果更加明确，下面通过较佳的具体实例作进一步描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

称量水性阴离子丙烯酸树脂150克（固含量约50%）和去泡剂5克；在超声水热（超声频率40KHz,功率80W,水温28℃，下同）环境中边搅拌边倒入到450克去离子水（电导率小于5us/cm）中，形成溶液A；称量金刚石微粉1.5克（粒径W1.5，下同）、碳纳米管2克（长度50um，下同），研磨均匀混合后，然后用50克去离子水和0.3克分散剂分散金刚石和碳纳米管的复合材料，形成溶液B；再在超声水热中把溶液B边搅拌边倒入至溶液A中，形成电泳液C后倒入电泳槽中；将金属散热器经过除油、碱蚀等前期工序后定为阳极，不锈钢板定为阴极，施加100V直流电压，时间40秒；取出样品经去离子水洗净后放入160摄氏度的高温箱烤干，烤干时间为30分钟，然后取出样品冷却至室温，得到样品A1。

实施例二

称量水性阴离子丙烯酸树脂150克（固含量约50%）和去泡剂5克，在超声水热环境中边搅拌边倒入到450克去离子水（电导率小于5us/cm）中，形成溶液A；称量金刚石微粉、电气石微粉（粒径10000目，下同）、碳纳米管共5克（按重量比1.5:1.5:2）均匀混合后，用50克去离子水和0.4克分散剂分散金刚石、电气石和碳纳米管的复合材料，形成溶液B；再在超声水热中把溶液B边搅拌边倒入至溶液A中，形成电泳液C后倒入电泳槽中；将金属散热器经过除油、碱蚀等前期工序后定为阳极，不锈钢板定为阴极，施加100V直流电压，时间40秒；取出样品经去离子水洗净后放入160摄氏度的高温箱烤干，烤干时间为30分钟，然后取出样品冷却至室温，得到样品A2。

上述实施中的金属散热器为铝合金太阳花散热器。该器件常用的表面处理技术为阳极氧化和喷刷法。为了比较，选用同规格铝合金太阳花散热器进行涂层处理，其中采用阳极氧化方法在金属散热器表面进行氧化发黑处理后形成样品A3，把市场上的黑漆剂通过喷枪处理在金属散热器表面喷涂后形成样品A4，再用一个未经任何处理的金属散热器作为样品A5，共获得的5个样品（A1~A5）。

对上述获得5个样品进行常温下的散热实验比较，实验是采用同一电源驱动同一个7W的LED贴片光源，当光源工作时，光源产生的热量就直接传导到散热器样品上，然后热量从样品表面扩散至空气中，实现对光源的降温。由于LED贴片光源直接封装在铝基板上，为了测量LED光源的工作温度，测温仪的热电偶探头直接与铝基板相连，铝基板通过螺丝固定在金属散热器上。注意的是，铝基板与散热器样品的接触面是直接紧密接触，即没有涂层隔开。在同一实验环境下，上述A1~A5的散热器样品对LED贴片光源的散热测温结果见图1所示。由图1可知，LED光源点亮20分钟后散热器样品就达到热平衡，其中实例1的金刚石复合散热材料涂层散热器A1在热平衡条件下LED光源的工作温度约为63.1度，而未涂层的散热器A5为70.2度，即与未涂层的散热器A5比较，金刚石复合散热材料涂层可使LED光源工作温度降低7.1度。而阳极氧化发黑涂层的散热器A3和黑漆涂层散热器A4的降温效果差别较小，比未涂层散热器A5仅降低5度左右。

由图1还得知，实例2的金刚石复合散热材料涂层散热器A2在热平衡条件下LED光源的工作温度约为62度，比未涂层散热器A5的LED光源工作温度降低了11.7%，显示了金刚石复合散热涂层材料散热器有较好的降温效果。

以上实施例的金刚石复合材料组分和电泳工艺参数仅为示意，对本领域技术人员来说，可以根据上述说明和实例加以改进或变换，所有这些相关改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。例如，作为更多的实例，在其他条件不变的情况下，称量阴离子丙烯酸树脂150克（固含量约50%）和去泡剂5克，倒入到450克去离子水（电导率小于5us/cm）中，形成溶液A；称量金刚石微粉、电气石微粉和碳纳米管共14克（按重量比3:2:2）均匀混合后用60克去离子水和1.5克分散剂分散金刚石、电气石和碳纳米管的复合材料，形成溶液B；再通过上述相同电泳工艺和同样的测试方法，在前述限定范围内一样得出与上述实例相同的结论。

Claims (7)

1.一种金刚石复合散热材料，其特征在于包括组分A和组分B，组分A为热发射率大于0.93的金刚石复合材料，组分B为水性离子型改性树脂，其中组分A占组分B的重量百分比为2%~15%。

2.根据权利要求1所述的金刚石复合散热材料，其特征在于所述组分A包括金刚石，还包括石墨、碳纳米管、碳纳米球、石墨烯或氧化物材料中一种以上，其中金刚石、石墨和氧化物的粒径为0.1~7um，碳纳米管和碳纳米球的直径大于30纳米，碳纳米管和石墨烯的长度为0.5~50微米。

3.根据权利要求1所述的金刚石复合散热材料，其特征在于组分B包括阴离子环氧树脂、阴离子丙烯酸树脂、阴离子环氧丙烯酸树脂和阴离子聚胺酯树脂中的一种或多种混合，或者包括阳离子环氧树脂、阳离子丙烯酸树脂、阳离子环氧丙烯酸树脂和阳离子聚胺酯树脂中的一种或多种混合。

4.根据权利要求2所述的金刚石复合散热材料，其特征在于所述氧化物材料包括氧化硅、氧化硼、氧化铝、氧化镁和电气石中的一种以上。

5.根据权利要求1所述的金刚石复合散热材料，其特征在于组分A由不同粒径或不同长度的材料混合而成。

6.根据权利要求1所述的金刚石复合散热材料，其特征在于还包括分散剂和去泡剂，分散剂占组分A的重量百分比为5%~20%，去泡剂占组分B的重量百分比为2%~10%。

7.制备权利要求1~6任一项所述金刚石复合散热材料的方法，其特征在于包括以下步骤：

a）将组分B和去泡剂按比例加入电导率小于5us/cm的去离子水中，并加热至25℃至32℃搅拌均匀混合，形成水性离子型改性树脂溶剂；

b)把组分A和分散剂按比例倒入配制好的水性离子型改性树脂溶剂中，并进行超声水热中搅拌均匀混合形成散热涂料电泳液；水热温度为25℃~32℃；

c)把上述得到的散热涂料电泳液倒入电泳槽中进行金属表面的成膜；

d)对成膜进行烘干处理。