CN106273925A - 一种新型高导热绝缘垫片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型高导热绝缘垫片，采用多层复合结构，包括第一改性硅橡胶层、中间层、第二改性硅橡胶层；所述中间层是由树脂基复合材料压制成型制得，所述树脂基复合材料以重量份计包括：氮化硼粉末10‑20份，氮化硼纳米片1‑4份，胶黏剂2‑8份，聚苯乙烯树脂50‑85份；所述第一改性硅橡胶层和第二改性硅橡胶层的材料相同，均由以下重量份的材料固化制得：甲基乙烯基硅橡胶20‑40份，甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶8‑15份，球形纳米氮化铝1‑3份，片状纳米氮化铝0.8‑1.2份，桐油5‑8份，交联剂1‑2份，硫化剂0.5‑0.8份。该绝缘垫片导热性好，绝缘性能佳，力学性能优异。

Description

一种新型高导热绝缘垫片
技术领域：
本发明涉及导热材料技术领域，具体的涉及一种新型高导热绝缘垫片。
背景技术：
随着电子信息技术的发展，封装密度的不断提高，过热问题已经成为限制电子器件发展的瓶颈，高导热垫片作为一种典型的热界面材料(TIM)可以显著地减小因接触空隙而产生的热阻，提高散热效果，在电子器件散热领域得到了广泛应用。它可取代各种导热云母垫片、氧皮披陶瓷垫片、高绝缘铝薄膜垫片以及各种导热膏(脂)，并可广泛用于各种半导体器件、可控硅、集成块与散热器之间(或安装界面间)，能有效地减小热阻，并能明显地提高电子元器件的可靠性，是一种良好的导热绝缘衬垫。但是目前市面上存在的导热垫片内部导热通道不足，从而造成其导热性能比较差，限制了其应用。
发明内容：
本发明公开了一种新型高导热绝缘垫片，该绝缘垫片绝缘性能好，导热性能佳，具有良好的耐磨耐高温性能。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种新型高导热绝缘垫片，采用多层复合结构，包括第一改性硅橡胶层、中间层、第二改性硅橡胶层；所述中间层是由树脂基复合材料压制成型制得，所述树脂基复合材料，以重量份计，包括：氮化硼粉末10-20份，氮化硼纳米片1-4份，胶黏剂2-8份，聚苯乙烯树脂50-85份；所述氮化硼和氮化硼纳米片发生协同作用在导热复合材料中构成独立导热网络；
所述第一改性硅橡胶层和第二改性硅橡胶层的材料相同，均由以下重量份的材料固化制得：甲基乙烯基硅橡胶20-40份，甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶8-15份，球形纳米氮化铝1-3份，片状纳米氮化铝0.8-1.2份，桐油5-8份，交联剂1-2份，硫化剂0.5-0.8份。
作为上述技术方案的优选，所述树脂基复合材料，以重量份计，包括：氮化硼粉末13份，氮化硼纳米片1份，胶黏剂6.5份，聚苯乙烯树脂78份；所述第一改性硅橡胶层和第二改性硅橡胶层的材料相同，均由以下重量份的材料固化制得：甲基乙烯基硅橡胶27份，甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶13份，球形纳米氮化铝2份，片状纳米氮化铝1份，桐油7份，交联剂1份，硫化剂0.68份。
作为上述技术方案的优选，所述氮化硼纳米片的厚度为5-10nm，尺寸大小为50-80μm，其是采用通过溶剂剥离法制备，溶剂法剥离时采用异丙醇作为溶剂。
作为上述技术方案的优选，所述胶黏剂为酚醛-丁腈胶、环氧-丁腈胶中的一种或两种混合。
作为上述技术方案的优选，所述聚苯乙烯树脂的形状为球形或近似球形。
作为上述技术方案的优选，所述树脂基复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将氮化硼纳米片分成2等份分次加入到胶黏剂中，搅拌混合均匀后，然后在1000W功率下进行超声处理30-50min，得到氮化硼纳米片胶黏剂；
(2)向步骤(1)制得的氮化硼纳米片胶黏剂中加入聚苯乙烯树脂，搅拌均匀，使得混有氮化硼纳米片的胶黏剂均匀的分布在聚苯乙烯树脂表面；
(3)将氮化硼粉末分5等份分次加入到步骤(2)制得的包裹有氮化硼纳米片胶黏剂的聚苯乙烯树脂中，搅拌均匀，然后在50-75℃下干燥20-30h，得到具有核壳结构式的树脂基复合材料。
作为上述技术方案的优选，所述交联剂为含氢硅油、四乙氧基硅烷、甲基三丁酮肟基硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三异丙烯氧基硅烷中的一种或多种混合。
作为上述技术方案的优选，所述硫化剂为氧化锌、氧化镁的混合物，二者质量比为1:2。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的新型高导热绝缘垫片采用两层改性硅橡胶层作为表面层，树脂基复合材料压制成型的薄层作为中间层，改性硅橡胶层中加入适量的片状纳米氮化铝以及球状的纳米氮化铝，二者相互协同，大大提高了改性硅橡胶层的导热性能；
对于中间的树脂基复合薄膜层，本发明采用聚苯乙烯树脂作为基底树脂，并添加氮化硼和氮化硼纳米片，制得的树脂基复合材料为核壳式结构，其最外层为氮化硼粉末，中心为树脂，中间层为氮化硼纳米片胶黏剂，氮化硼与氮化硼纳米片可以形成两条导热通道，形成独立的导热网络，大大提高了材料的导热性能，且其导热填料添加量小，对基底材料的机械性能以及加工性能无影响。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
一种新型高导热绝缘垫片，采用多层复合结构，包括第一改性硅橡胶层、中间层、第二改性硅橡胶层；所述中间层是由树脂基复合材料压制成型制得，所述树脂基复合材料，以重量份计，包括：氮化硼粉末10份，氮化硼纳米片1份，胶黏剂2份，聚苯乙烯树脂50份；所述氮化硼和氮化硼纳米片发生协同作用在导热复合材料中构成独立导热网络；
所述第一改性硅橡胶层和第二改性硅橡胶层的材料相同，均由以下重量份的材料固化制得：甲基乙烯基硅橡胶20份，甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶8份，球形纳米氮化铝1份，片状纳米氮化铝0.8份，桐油5份，含氢硅油1份，硫化剂0.5份。
所述树脂基复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将氮化硼纳米片分成2等份分次加入到胶黏剂中，搅拌混合均匀后，然后在1000W功率下进行超声处理30min，得到氮化硼纳米片胶黏剂；
(2)向步骤(1)制得的氮化硼纳米片胶黏剂中加入聚苯乙烯树脂，搅拌均匀，使得混有氮化硼纳米片的胶黏剂均匀的分布在聚苯乙烯树脂表面；
(3)将氮化硼粉末分5等份分次加入到步骤(2)制得的包裹有氮化硼纳米片胶黏剂的聚苯乙烯树脂中，搅拌均匀，然后在50℃下干燥30h，得到具有核壳结构式的树脂基复合材料。
实施例2
一种新型高导热绝缘垫片，采用多层复合结构，包括第一改性硅橡胶层、中间层、第二改性硅橡胶层；所述中间层是由树脂基复合材料压制成型制得，所述树脂基复合材料，以重量份计，包括：氮化硼粉末20份，氮化硼纳米片4份，胶黏剂8份，聚苯乙烯树脂85份；所述氮化硼和氮化硼纳米片发生协同作用在导热复合材料中构成独立导热网络；
所述第一改性硅橡胶层和第二改性硅橡胶层的材料相同，均由以下重量份的材料固化制得：甲基乙烯基硅橡胶40份，甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶15份，球形纳米氮化铝3份，片状纳米氮化铝1.2份，桐油8份，四乙氧基硅烷2份，硫化剂0.8份。
所述树脂基复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将氮化硼纳米片分成2等份分次加入到胶黏剂中，搅拌混合均匀后，然后在1000W功率下进行超声处理50min，得到氮化硼纳米片胶黏剂；
(2)向步骤(1)制得的氮化硼纳米片胶黏剂中加入聚苯乙烯树脂，搅拌均匀，使得混有氮化硼纳米片的胶黏剂均匀的分布在聚苯乙烯树脂表面；
(3)将氮化硼粉末分5等份分次加入到步骤(2)制得的包裹有氮化硼纳米片胶黏剂的聚苯乙烯树脂中，搅拌均匀，然后在75℃下干燥20h，得到具有核壳结构式的树脂基复合材料。
实施例3
一种新型高导热绝缘垫片，采用多层复合结构，包括第一改性硅橡胶层、中间层、第二改性硅橡胶层；所述中间层是由树脂基复合材料压制成型制得，所述树脂基复合材料，以重量份计，包括：氮化硼粉末12份，氮化硼纳米片2份，胶黏剂4份，聚苯乙烯树脂60份；所述氮化硼和氮化硼纳米片发生协同作用在导热复合材料中构成独立导热网络；
所述第一改性硅橡胶层和第二改性硅橡胶层的材料相同，均由以下重量份的材料固化制得：甲基乙烯基硅橡胶24份，甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶10份，球形纳米氮化铝1.3份，片状纳米氮化铝0.9份，桐油6份，甲基三丁酮肟基硅烷1.2份，硫化剂0.6份。
所述树脂基复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将氮化硼纳米片分成2等份分次加入到胶黏剂中，搅拌混合均匀后，然后在1000W功率下进行超声处理35min，得到氮化硼纳米片胶黏剂；
(2)向步骤(1)制得的氮化硼纳米片胶黏剂中加入聚苯乙烯树脂，搅拌均匀，使得混有氮化硼纳米片的胶黏剂均匀的分布在聚苯乙烯树脂表面；
(3)将氮化硼粉末分5等份分次加入到步骤(2)制得的包裹有氮化硼纳米片胶黏剂的聚苯乙烯树脂中，搅拌均匀，然后在55℃下干燥22h，得到具有核壳结构式的树脂基复合材料。
实施例4
一种新型高导热绝缘垫片，采用多层复合结构，包括第一改性硅橡胶层、中间层、第二改性硅橡胶层；所述中间层是由树脂基复合材料压制成型制得，所述树脂基复合材料，以重量份计，包括：氮化硼粉末14份，氮化硼纳米片2.5份，胶黏剂5份，聚苯乙烯树脂70份；所述氮化硼和氮化硼纳米片发生协同作用在导热复合材料中构成独立导热网络；
所述第一改性硅橡胶层和第二改性硅橡胶层的材料相同，均由以下重量份的材料固化制得：甲基乙烯基硅橡胶28份，甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶12份，球形纳米氮化铝1.6份，片状纳米氮化铝1.0份，桐油6.5份，甲基三乙酰氧基硅烷1.6份，硫化剂0.7份。
所述树脂基复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将氮化硼纳米片分成2等份分次加入到胶黏剂中，搅拌混合均匀后，然后在1000W功率下进行超声处理40min，得到氮化硼纳米片胶黏剂；
(2)向步骤(1)制得的氮化硼纳米片胶黏剂中加入聚苯乙烯树脂，搅拌均匀，使得混有氮化硼纳米片的胶黏剂均匀的分布在聚苯乙烯树脂表面；
(3)将氮化硼粉末分5等份分次加入到步骤(2)制得的包裹有氮化硼纳米片胶黏剂的聚苯乙烯树脂中，搅拌均匀，然后在60℃下干燥25h，得到具有核壳结构式的树脂基复合材料。
实施例5
一种新型高导热绝缘垫片，采用多层复合结构，包括第一改性硅橡胶层、中间层、第二改性硅橡胶层；所述中间层是由树脂基复合材料压制成型制得，所述树脂基复合材料，以重量份计，包括：氮化硼粉末18份，氮化硼纳米片3.5份，胶黏剂7份，聚苯乙烯树脂80份；所述氮化硼和氮化硼纳米片发生协同作用在导热复合材料中构成独立导热网络；
所述第一改性硅橡胶层和第二改性硅橡胶层的材料相同，均由以下重量份的材料固化制得：甲基乙烯基硅橡胶38份，甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶13份，球形纳米氮化铝2.5份，片状纳米氮化铝1.1份，桐油7份，乙烯基三异丙烯氧基硅烷1.6份，硫化剂0.75份。
所述树脂基复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将氮化硼纳米片分成2等份分次加入到胶黏剂中，搅拌混合均匀后，然后在1000W功率下进行超声处理45min，得到氮化硼纳米片胶黏剂；
(2)向步骤(1)制得的氮化硼纳米片胶黏剂中加入聚苯乙烯树脂，搅拌均匀，使得混有氮化硼纳米片的胶黏剂均匀的分布在聚苯乙烯树脂表面；
(3)将氮化硼粉末分5等份分次加入到步骤(2)制得的包裹有氮化硼纳米片胶黏剂的聚苯乙烯树脂中，搅拌均匀，然后在70℃下干燥28h，得到具有核壳结构式的树脂基复合材料。

Claims (8)

1.一种新型高导热绝缘垫片，采用多层复合结构，包括第一改性硅橡胶层、中间层、第二改性硅橡胶层；其特征在于：所述中间层是由树脂基复合材料压制成型制得，所述树脂基复合材料，以重量份计，包括：氮化硼粉末10-20份，氮化硼纳米片1-4份，胶黏剂2-8份，聚苯乙烯树脂50-85份；所述氮化硼和氮化硼纳米片发生协同作用在导热复合材料中构成独立导热网络；
所述第一改性硅橡胶层和第二改性硅橡胶层的材料相同，均由以下重量份的材料固化制得：甲基乙烯基硅橡胶20-40份，甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶8-15份，球形纳米氮化铝1-3份，片状纳米氮化铝0.8-1.2份，桐油5-8份，交联剂1-2份，硫化剂0.5-0.8份。
2.如权利要求1所述的一种新型高导热绝缘垫片，其特征在于，所述树脂基复合材料，以重量份计，包括：氮化硼粉末13份，氮化硼纳米片1份，胶黏剂6.5份，聚苯乙烯树脂78份；所述第一改性硅橡胶层和第二改性硅橡胶层的材料相同，均由以下重量份的材料固化制得：甲基乙烯基硅橡胶27份，甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶13份，球形纳米氮化铝2份，片状纳米氮化铝1份，桐油7份，交联剂1份，硫化剂0.68份。
3.如权利要求1所述的一种新型高导热绝缘垫片，其特征在于：所述氮化硼纳米片的厚度为5-10nm，尺寸大小为50-80μm，其是采用通过溶剂剥离法制备，溶剂法剥离时采用异丙醇作为溶剂。
4.如权利要求1所述的一种新型高导热绝缘垫片，其特征在于：所述胶黏剂为酚醛-丁腈胶、环氧-丁腈胶中的一种或两种混合。
5.如权利要求1所述的一种新型高导热绝缘垫片，其特征在于：所述聚苯乙烯树脂的形状为球形或近似球形。
6.如权利要求1至5任一所述的一种新型高导热绝缘垫片，其特征在于，所述树脂基复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将氮化硼纳米片分成2等份分次加入到胶黏剂中，搅拌混合均匀后，然后在1000W功率下进行超声处理30-50min，得到氮化硼纳米片胶黏剂；
(2)向步骤(1)制得的氮化硼纳米片胶黏剂中加入聚苯乙烯树脂，搅拌均匀，使得混有氮化硼纳米片的胶黏剂均匀的分布在聚苯乙烯树脂表面；
(3)将氮化硼粉末分5等份分次加入到步骤(2)制得的包裹有氮化硼纳米片胶黏剂的聚苯乙烯树脂中，搅拌均匀，然后在50-75℃下干燥20-30h，得到具有核壳结构式的树脂基复合材料。
7.如权利要求1所述的一种新型高导热绝缘垫片，其特征在于：所述交联剂为含氢硅油、四乙氧基硅烷、甲基三丁酮肟基硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三异丙烯氧基硅烷中的一种或多种混合。
8.如权利要求1所述的一种新型高导热绝缘垫片，其特征在于：所述硫化剂为氧化锌、氧化镁中的混合物，二者质量比为1:2。
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