CN106916450A - 一种电磁吸波导热组合物及电磁吸波导热垫片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电磁吸波导热组合物，包括质量百分比10％～30％的平均粒径是50μm～150μm的球形导热粒子，质量百分比10％～30％的平均粒径是50μm以下的球形导热粒子第二导热粒子，质量百分比5％～10％的高分子弹性体、树脂或相变材料，其余为平均粒径小于等于100μm的不定形磁性粒子。通过平均粒径不同的第一导热粒子和第二导热粒子的搭配，能够提高导热粒子在聚硅氧烷基体材料中的填充量，从而搭接起高效的热传导网络，提高传热率。通过在组分中填充磁性粒子，能够提高组合物的磁性阻滞，有效使从中穿过的电磁波衰减。从而能够实现在低硬度的前提下实具有良好电磁吸波性能和和优良的散热效果。本发明还提供了一种电磁吸波导热垫片。

Description

一种电磁吸波导热组合物及电磁吸波导热垫片
技术领域
本发明涉及热界面材料技术领域，尤其涉及一种电磁吸波导热组合物及电磁吸波导热垫片。
背景技术
随着微电子技术的发展，电子设备的元器件高度集成，体积越来越小，运行速度越来越快，功率越来越大，随之而产生的发热散热问题和电磁干扰现象对电子产品的影响也越来越大，会影响其正常工作甚至导致产品死机。电子产品的许多部位，如一些具备数字控制或功率放大的芯片位置和强电磁辐射器件，存在着较大的散热和电磁干扰问题。
目前解决散热问题的常规方法是，在发热元件和散热器之间设置导热垫片，辅助将热量有传递至铜或者是铝制的散热器上，使芯片不至过热。解决电磁干扰问题的常规方案为，在干扰源周围设置吸波材料进行电磁吸波。而目前的问题是，由于电子设备的高度集成和体积缩减，其内部用于容纳导热垫片或吸波材料的空间已经非常有限，通常导热垫片已经占据了厚度空间，结构上已经没有多余的厚度空间允许再使用吸波材料。比如有强电磁辐射干扰及高发热的电子元器件，常见的手机主板上的屏蔽罩或通信基站的注塑型金属屏蔽腔体等器件，它们通常在同一个屏蔽腔体或屏蔽罩内，不仅热量不容易散出，且干扰源与敏感源共存或者距离较近，散热和电磁干扰问题非常突出。
针对上述问题，专利号为CN201010156686.5、发明名称为“导热的电磁干扰屏蔽”的专利提供了一种能同时解决散热问题与电磁辐射问题的办法。但是随着电子设备工作频段越来越高，对产品导热性及电磁吸波性的要求也随之提高，需要相应提高导热吸波材料的性能进行应对。
因此，针对上述问题，通过选择适宜的粉体及适宜的组分搭配来提高导热材料的导热性能及电磁吸波性能，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种电磁吸波导热组合物，能够同时实现界面热传导和电磁吸波功能。
本发明提供了一种电磁吸波导热组合物，包括如下质量百分比的各组分：
10％～30％的第一导热粒子，10％～30％的第二导热粒子，5％～10％基体材料，其余为磁性粒子；
所述第一导热粒子为平均粒径是50～150μm的球形粒子；
所述第二导热粒子为平均粒径是50μm以下的球形粒子；
所述磁性粒子为平均粒径小于等于100μm的不定形粒子，
所述基体材料为高分子弹性体、树脂及相变材料中的一种。
优选的，所述磁性粒子包括第一磁性粒子和第二磁性粒子，所述第一磁性粒子的平均粒径为50μm～100μm，所述第二磁性粒子的平均粒径小于50μm。
优选的，所述第一磁性粒子的质量占整个组合物10％～65％，所述第二磁性粒子的质量占整个组合物的10％～65％。
优选的，所述磁性粒子为Fe基磁性粉末、Co基磁性粉末、Ni基磁性粉末、合金磁性粉末和铁氧体粉末中的至少一种。
优选的，所述铁氧体粉末为M型、W型、Y型和Z型的平面六角形铁氧体粉末中的至少一种。
优选的，所述第一导热粒子和所述第二导热粒子为金属氧化物粉末、金属粉末和氮化物粉末中的至少一种。
优选的，所述金属氧化物粉末为氧化铝、氧化镁、氧化锌和氧化钛，所述金属粉末为铝粉和铜粉，所述氮化物粉末为氮化铝、氮化硼和氮化硅。
优选的，所述基材为聚硅氧烷、氟聚硅氧烷、天然橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯、热塑性弹性体、环氧树脂、聚酯树脂和相变石蜡中的至少一种。
一种电磁吸波导热垫片，由上述任意一项所述的电磁吸波组合物成型加工制得。
本发明提供的技术方案，包括质量百分比10％～30％的平均粒径是50μm～150μm的球形导热粒子，质量百分比10％～30％的平均粒径是50μm以下的球形导热粒子第二导热粒子，质量百分比5％～10％的聚硅氧烷基体材料，其余为平均粒径小于等于100μm的不定形磁性粒子。通过平均粒径不同的第一导热粒子和第二导热粒子的搭配，能够提高导热粒子在聚硅氧烷基体材料中的填充量，从而搭接起高效的热传导网络，提高传热率。通过在组分中填充磁性粒子，能够提高组合物的磁性阻滞，有效使从中穿过的电磁波衰减。又因为，磁性粒子形状不规则、大小不同，能够进一步填充导热粒子之间的间隙，增大压缩率，有效的提高热传导性。从而能够实现在低硬度的前提下实具有良好电磁吸波性能和和优良的散热效果。
由于本发明提供的电磁吸波导热组合物具有上述有益效果，因而由该电磁吸波导热组合物制得的电磁吸波导热垫片也具有以上有益效果，此处不再赘述。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的电磁吸波导热组合物，具有第一导热粒子、第二导热粒子、磁性粒子和基体材料。导热粒子和磁性粒子混合均匀，由基体材料粘合为一体，构成可导热可电磁吸波的组合物，由该组合物制成的成品可导热可吸收电磁干扰杂波。
其中，导热粒子为导热率较高的金属粉体、金属氧化物粉体或者氮化物等，导热粒子之间互相接触形成立体导热网络，用于热传导；导热粒子分为第一导热粒子和第二导热粒子，两种导热粒子具有不同的平均粒径，本技术方案中，第一导热粒子占垫片材料的总质量比例范围为10％～30％、第二导热粒子占10％～30％，第一导热粒子是平均粒径50μm～150μm的球形粒子；第二导热粒子是平均粒径50μm以下的球形粒子。通过合理的配比，能够使其在基体材料中实现更密实的填充，在微观角度上，即导热粒子之间能有更多的接触点，形成连接数更多的导热网络，提高导热率。
上述的导热粒子，一般为铝粉、铜粉、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化钛、氮化铝、氮化硼和氮化硅中的一种或多种的组合。
另外，磁性粒子还分为第一磁性粒子和第二磁性粒子，第一磁性粒子是平均粒径50μm～100μm的不定形粒子，第二磁性粒子是50μm以下的不定形粒子。磁性粒子用于吸收电磁波，可以是磁性金属粉末，例如Fe基、Co基或Ni基粉末；也可以是合金粉末，如Fe-Ni基、Fe-Co基、Fe-Al基，Fe-Si基、Fe-Si-Al基、Fe-Si-Cr基粉末中的至少一种；还可以是铁氧体粉末，比如ZnFe2O4，MnFe2O4，CoFe2O4，NiFe2O4，Fe3O4，CuZn铁氧体、NiZn铁氧体、Mn-Zn铁氧体的尖晶石铁氧体，以及可以是M型、W型、Y型和Z型的平面六角形铁氧体粉末中的至少一种。
制备所述电磁吸波导热组合物时，将上述技术方案中所述的各组分按照一定比例混合，再通过捏合机、混合器搅拌均匀，之后将混合物通过合适的成型工艺如压延成型而制成片状，最终获得电磁吸波导热垫片。经测试，根据本发明技术方案所得的电磁吸波导热垫片的样本，能够达到的效果为，导热率0.5W/mK～5W/mK，对1GHz波段电磁波的衰减度为0.5～10dB/cm，2.4GHz波段电磁波的衰减度为0.5dB/cm～20dB/cm，10GHz波段电磁波的衰减度为30～100dB/cm,Shore00硬度为20～70。
下面通过实施例进一步说明本技术方案，表一为各实施例所得样本的性能数据汇总。
实施例一
称取如下质量百分比的各组分：
球形氧化铝粉末10％，粉末颗粒的平均粒径为150μm；
球形氮化铝粉末10％，粉末颗粒的平均粒径为30μm；
不定形Fe基磁性粉末10％，粉末颗粒的平均粒径为100μm；
不定形Mn-Zn铁氧体粉末65％，粉末颗粒的平均粒径为5μm；
聚硅氧烷5％。
将上述组分混合并搅拌均匀，可通过捏合机或搅拌机等本领域常用设备实现，获得电磁吸波导热组合物；
将上述所得的电磁吸波导热组合物进行压延成型，切片后获得电磁吸波导热垫片。
所得电磁吸波导热垫片导热率为0.5W/mK，对1GHz波段电磁波的衰减度为10dB/cm，2.4GHz波段电磁波的衰减度为20dB/cm，10GHz波段电磁波的衰减度为100dB/cm,Shore00硬度为20。
实施例二
称取如下质量百分比的各组分：
球形铝粉10％，铝粉颗粒的平均粒径为50μm；
球形氧化铝粉末10％，粉末颗粒的平均粒径为5μm；
不定形Fe-Ni基粉末65％，粉末粒子的平均粒径为50μm；
不定形CuZn铁氧体粉末10％，粉末颗粒的平均粒径为10μm；
天然橡胶5％。
将上述组分混合并搅拌均匀，可通过捏合机或搅拌机等本领域常用设备实现，获得电磁吸波导热组合物；
将上述所得的电磁吸波导热组合物进行压延成型，切片后获得电磁吸波导热垫片。
所得电磁吸波导热垫片导热率为1W/mK，对1GHz波段电磁波的衰减度为8dB/cm，2.4GHz波段电磁波的衰减度为15dB/cm，10GHz波段电磁波的衰减度为70dB/cm,Shore00硬度为60。
实施例三
称取如下质量百分比的各组分：
球形铝粉20％，粉末颗粒的平均粒径为100μm；
球形氧化铝粉末20％，粉末颗粒的平均粒径为1μm；
不定形Fe-Ni基磁性粉末25％，粉末颗粒的平均粒径为60μm；
不定形M型平面六角铁氧体粒子25％，平均粒径为20μm；
丁腈橡胶和氯丁橡胶10％。
将上述组分混合并搅拌均匀，可通过捏合机或搅拌机等本领域常用设备实现，获得电磁吸波导热组合物；
将上述所得的电磁吸波导热组合物进行压延成型，切片后获得电磁吸波导热垫片。
所得电磁吸波导热垫片导热率为3W/mK，对1GHz波段电磁波的衰减度为0.5dB/cm，2.4GHz波段电磁波的衰减度为0.5dB/cm，10GHz波段电磁波的衰减度为30dB/cm,Shore00硬度为20。
实施例四
称取如下质量百分比的各组分：
球形铝粉20％，粉末颗粒的平均粒径为120μm；
球形氧化铝粉末20％，粉末颗粒的平均粒径为40μm；
不定形Fe-Ni基磁性粉末25％，粉末颗粒的平均粒径为80μm；
不定形NiZn铁氧体磁性粉末25％，平均粒径为30μm；
氯磺化聚乙烯10％。
将上述组分混合并搅拌均匀，可通过捏合机或搅拌机等本领域常用设备实现，获得电磁吸波导热组合物；
将上述所得的电磁吸波导热组合物进行压延成型，切片后获得电磁吸波导热垫片。
所得电磁吸波导热垫片导热率为3W/mK，对1GHz波段电磁波的衰减度为0.8dB/cm，2.4GHz波段电磁波的衰减度为1dB/cm，10GHz电磁波衰减度40dB/cm Shore00硬度为40。
实施例五
称取如下质量百分比的各组分：
球形氮化硼粉末30％，粉末颗粒的平均粒径为80μm；
球形氧化铝粉末30％，粉末的平均粒径为10μm；
不定形Fe-Si基磁性粉末12％，粉末颗粒的平均粒径为90μm；
不定形Fe-Si-Al基磁性粉末20％，粉末颗粒的平均粒径为10μm；
聚酯类热塑性弹性体8％。
将上述组分混合并搅拌均匀，可通过捏合机或搅拌机等本领域常用设备实现，获得电磁吸波导热组合物；
将上述所得的电磁吸波导热组合物进行压延成型，切片后获得电磁吸波导热垫片。
所得电磁吸波导热垫片导热率为5W/mK，对1GHz波段电磁波的衰减度为4dB/cm，2.4GHz波段电磁波的衰减度为5dB/cm，10GHz波段电磁波的衰减度为50dB/cm,Shore00硬度为50。
实施例六
称取如下质量百分比的各组分：
球形氮化硼粉末30％，粉末颗粒的平均粒径为80μm；
球形氧化铝粉末30％，粉末的平均粒径为10μm；
不定形Fe-Si基磁性粉末12％，粉末颗粒的平均粒径为90μm；
不定形Fe-Si-Al基磁性粉末20％，粉末颗粒的平均粒径为10μm；
相变材料石蜡8％。
将上述组分混合并搅拌均匀，可通过捏合机或搅拌机等本领域常用设备实现，获得电磁吸波导热组合物；
将上述所得的电磁吸波导热组合物进行压延成型，切片后获得电磁吸波导热垫片。
所得电磁吸波导热垫片导热率为5W/mK，对1GHz波段电磁波的衰减度为5dB/cm，2.4GHz波段电磁波的衰减度为8dB/cm，10GHz波段电磁波的衰减度为50dB/cm,Shore00硬度为50。
表一
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种电磁吸波导热组合物，其特征在于，包括如下质量百分比的各组分：
10％～30％的第一导热粒子，10％～30％的第二导热粒子，5％～10％基体材料，其余为磁性粒子；
所述第一导热粒子为平均粒径是50～150μm的球形粒子；
所述第二导热粒子为平均粒径是50μm以下的球形粒子；
所述磁性粒子为平均粒径小于等于100μm的不定形粒子，
所述基体材料为高分子弹性体、树脂及相变材料中的一种。
2.根据权利要求1所述的电磁吸波导热组合物，其特征在于，所述磁性粒子包括第一磁性粒子和第二磁性粒子，所述第一磁性粒子的平均粒径为50μm～100μm，所述第二磁性粒子的平均粒径小于50μm。
3.根据权利要求2所述的电磁吸波导热组合物，其特征在于，所述第一磁性粒子的质量占整个组合物10％～65％，所述第二磁性粒子的质量占整个组合物的10％～65％。
4.根据权利要求1或3所述的电磁吸波导热组合物，其特征在于，所述磁性粒子为Fe基磁性粉末、Co基磁性粉末、Ni基磁性粉末、合金磁性粉末和铁氧体粉末中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的电磁吸波导热组合物，其特征在于，所述铁氧体粉末为M型、W型、Y型和Z型的平面六角形铁氧体粉末中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的电磁吸波导热组合物，其特征在于，所述第一导热粒子和所述第二导热粒子为金属氧化物粉末、金属粉末和氮化物粉末中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的电磁吸波导热组合物，其特征在于，所述金属氧化物粉末为氧化铝、氧化镁、氧化锌和氧化钛，所述金属粉末为铝粉和铜粉，所述氮化物粉末为氮化铝、氮化硼和氮化硅。
8.根据权利要求7所述的电磁吸波导热组合物，其特征在于，所述基材为聚硅氧烷、氟聚硅氧烷、天然橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯、热塑性弹性体、环氧树脂、聚酯树脂和相变石蜡中的至少一种。
9.一种电磁吸波导热垫片，其特征在于，由权利要求1-8中任意一项所述的电磁吸波组合物成型加工制得。
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