CN107396610B - 各向异性绝缘导热垫及其制造方法 - Google Patents

各向异性绝缘导热垫及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种各向异性绝缘导热垫及其制造方法，导热垫，包括：热固性绝缘高分子基板及通过热固化方式植入在热固性绝缘高分子基板内的碳纤维，所述碳纤维具有垂直于高分子基板方向的取向性，碳纤维的底端不穿透高分子基板的底部。由于本发明采用热固定绝缘高分子作为基板，碳纤维在植入过程中并未穿透该基板，使得整个导热垫具有较好的绝缘性能，不会影响整个电器的工作，且本发明中导热垫的碳纤维具有垂直基板的取向性，在垂直基板的方向导热性能更佳。

Description

各向异性绝缘导热垫及其制造方法
技术领域
本发明涉及导热元件技术领域，具体涉及一种各向异性绝缘导热垫及其制造方法。
背景技术
现今热界面材料经过几十年的发展，从最初的导热油、导热硅脂、导热矽胶布等低端产品逐步发展到导热垫片、相变化材料、导热凝胶以及液态金属等高端的产品，技术也逐步得到提升，其中以导热垫片发展最为迅速，应用最为广泛。
传统的导热垫片基本都是以硅胶或者其它高分子材料作为基体材料，通过填充导热粉体，使复合材料具有导热通道，从而起到材料的热传导作用，填充的粉体越多，粉体粒径搭配越合理，导热通道越多，相应的材料导热系数越高，但是随着填充材料越来越多，产品的力学性能，尤其是拉伸强度和可压缩性大幅下降，从而在很多场合应用受到局限，同时，填充的粉体越多，材料的密度也随之增加，显然与当今追求轻质化和用户体检的大潮流不符。
虽然在一些导热接合元件中将高导热性能的碳纤维通过取向化作为填充材料，但其加工过程中碳纤维在接合层的上下表面均伸出，这样的取向化碳纤维导热垫在实际应用中会存在与电路板上相关电气元件接触导电的风险，从而导致影响整个电器的工作。
发明内容
本发明提供一种各向异性绝缘导热垫及其制造方法，以解决上述问题。
本发明提供的一种各向异性绝缘导热垫，包括：热固性绝缘高分子基板及通过热固化方式植入在热固性绝缘高分子基板内的碳纤维，所述碳纤维具有垂直于高分子基板方向的取向性，碳纤维的底端不穿透高分子基板的底部。
优选地，高分子基板包括绝缘底胶和位于底胶之上用于浸润碳纤维的面胶，碳纤维以静电植绒方式植入底胶，碳纤维外露于底胶的部分由面胶填充包覆。
优选地，碳纤维植入底胶的深度为底胶厚度的四分之三至四分之一。
优选地，所述底胶包括按重量计的如下成分：5～10份甲基乙烯基硅橡胶、30～50份乙烯基硅油、30～60份二甲基硅油、300～600份氧化铝、100～200份氢氧化铝、3～5份含氢硅油、1～2份铂金催化剂。
优选地，所述面胶包括按重量计的如下成分：80～120份乙烯基硅油、10～15份含氢硅油、1～2.5份铂金催化剂。
优选地，在面胶之上还涂覆有第二层底胶，第二层底胶内植入第二层碳纤维，第二层碳纤维外露于底胶的部分由第二层面胶填充包覆，形成双倍厚度的导热垫。
优选地，将两片相同结构的导热垫扣合形成双面绝缘的各向异性绝缘导热垫。
本发明提供的一种各向异性绝缘导热垫制造方法，包括如下步骤：
A：在离型膜上涂覆底胶；
B：通过静电植绒的方式将碳纤维排布在底胶上；
C：在底胶上涂覆面胶使面胶能够填充包覆外露于底胶上的碳纤维，形成半成品；
D：将所述半成品加热固化形成各向异性绝缘导热垫成品。
优选地，步骤D之前还包括如下步骤：将半成品放置于真空箱中抽真空。
优选地，真空箱中的条件为真空度≤-0.09Mpa，时间＞10min；加热固化的条件为80～150℃，时间10～30min。
上述技术方案可以看出，由于本发明采用热固定绝缘高分子作为基板，碳纤维在植入过程中并未穿透该基板，使得整个导热垫具有较好的绝缘性能，不会影响整个电器的工作，且本发明中导热垫的碳纤维具有垂直基板的取向性，在垂直基板的方向导热性能更佳。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例1中导热垫的结构示意图；
图2是本发明实施例2中导热垫的结构示意图；
图3是本发明实施例3中双倍厚度导热垫的结构示意图；
图4是本发明另一实施例中双面绝缘导热垫的结构示意图；
图5是本发明实施例4中导热垫制造方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明实施例提供一种各向异性绝缘导热垫，结合图1所示，包括：热固性绝缘高分子基板1及通过热固化方式植入在热固性绝缘高分子基板1内的碳纤维2，所述碳纤维2具有垂直于高分子基板1方向的取向性，碳纤维2的底端不穿透高分子基板1的底部。绝缘高分子基板在底部形成绝缘层，在适用于电器、电路板等场合中，不会发生导电，而且该绝缘层具有一定的防电流击穿能力，不会对电器产品或电路板的正常工作产生任何干扰。相比于现有的导热垫只考虑导热性能进而在导热垫自上而下都贯穿设置导热材料，从而忽略导电干扰的因素而言，本发明中在底部设置绝缘层，在不影响导热性能的情况下，避免对了对被散热产品的工作干扰，保证了产品的安全稳定工作。
在本实施例中所述的碳纤维的直径控制5～30μm，长度控制在100～1000μm，能够易于静电植入，且在生产过程中易于掌控碳纤维的分布，提高生产效率，碳纤维为高导热性能纤维，其导热系数为150～1500W/mk。高分子基板可以采用加入了阻燃粉和导热粉的硅胶材质、丙烯酸材质、聚异丁烯材质或者聚氨酯弹性体材质中的一种或几种，在保证导热性能时，还能够具有绝缘效果，尤其是能够很好的固定碳纤维，有利于碳纤维的静电植入。当然，高分子基板还可以精选为具有热传导功能和高绝缘性能的其他材料。
实施例2：
本实施例中对于高分子基板做了进一步改进，如图2所示，高分子基板1包括绝缘底胶11和位于底胶之上用于浸润碳纤维2的面胶12，碳纤维2以静电植绒方式植入底胶11，碳纤维2外露于底胶的部分由面胶12填充包覆。底胶采用加入了阻燃粉和导热粉的硅胶材质、丙烯酸材质、聚异丁烯材质或者聚氨酯弹性体材质中的一种或几种，面胶可以采用与底胶相同的材质，本实施例中面胶优选未加入阻燃粉和导热粉的硅胶材质、丙烯酸材质、聚异丁烯材质或者聚氨酯弹性体材质中的一种或几种，能够在不影响功能的情况下，降低产品密度，使导热垫轻量化。
实施例3：
本实施例中在实施例2的基础上，对底胶和面胶做了进一步的改进。所述底胶包括按重量计的如下成分：5～10份甲基乙烯基硅橡胶、30～50份乙烯基硅油、30～60份二甲基硅油、300～600份氧化铝、100～200份氢氧化铝、3～5份含氢硅油、1～2份铂金催化剂。所述面胶包括按重量计的如下成分：80～120份乙烯基硅油、10～15份含氢硅油、1～2.5份铂金催化剂。
以下表格中是选取了组分不同的三种导热垫所获得的实验数据，三种导热垫的结构相同，即有相同的层厚度，碳纤维的植入深度也相同。
Figure BDA0001379551910000041
由以上数据可以看出底胶中氧化铝作为导热粉、氢氧化铝作为阻燃粉，其加入量对于导热效果的影响并非是越多越好，需要考虑到产品的绝缘性和轻量化。
本发明实施例中碳纤维植入底胶的深度为底胶厚度的四分之三至四分之一。当碳纤维植入底胶的深度为底胶厚度的二分之一时，具有更好的碳纤维固定性，且绝缘性能更好，其击穿电压能够高达1.5KV，当碳纤维植入底胶的深度为底胶的四分之三时，虽然对碳纤维的固定性最佳，但是绝缘性能下降，容易被电压击穿而导电，而碳纤维植入底胶的深度为底胶厚度的四分之一时，绝缘性能很好，但是导热性能会稍逊，且碳纤维的固定性也不够好。
本发明实施例中为了增加整个导热垫的厚度，突破了直接在各层增加厚度的现有思维，如图3所示，而是采用在面胶12之上还涂覆有第二层底胶21，第二层底胶21内植入第二层碳纤维，第二层碳纤维外露于底胶的部分由第二层面胶22填充包覆，形成双倍厚度的导热垫。当然，采用此种结构形成的三倍厚度或多倍厚度的导热垫在满足厚度需求时，散热效果亦不受影响。
在另外的实施例中，如图4所示，可以将两片相同结构的导热垫扣合形成双面绝缘的各向异性绝缘导热垫。在使用时，无需区分正反面，在复杂场合亦能够保证导热垫的绝缘，双面均可贴附散热源。
实施例4：
本实施例提供了一种各向异性绝缘导热垫的制造方法，包括如下步骤：
101：在离型膜上涂覆底胶；本步骤中离型膜涂覆的底胶层厚度为0.03～0.2mm。离型膜是指薄膜表面能有区分的薄膜，离型膜与特定的材料在有限的条件下接触后不具有粘性，或轻微的粘性。离型膜又称剥离膜、隔离膜、分离膜、阻胶膜、离形膜、薄膜、塑料薄膜、掩孔膜、硅油膜、硅油纸、防粘膜、型纸、打滑膜、天那纸、离型纸、silliconfilm、releasefilm、release。
102：通过静电植绒的方式将碳纤维排布在底胶上；静电植绒是利用电荷同性相斥异性相吸的物理特性,使绒毛带上负电荷,把需要植绒的物体放在零电位或接地条件下,绒毛受到异电位被植物体的吸引,呈垂直状加速飞升到需要植绒的物体表面上,由于被植物体涂有胶,绒毛就被垂直粘在被植物体上,因此静电植绒是利用电荷的自然特性产生的一种生产工艺，此处不再赘述。
本步骤中采用一种高电压低电流设备，制备此步骤材料时，植绒电压大小为10～80KV。实际中碳纤维不可能与基板百分之百的垂直，但本发明实施例中要求至少保证植绒的碳纤维80％以上与离型膜的角度大于等于45°，即视为具有垂直于高分子基板方向的取向性。碳纤维的植入密度不少于0.02g/cm2，一般＞0.04g/cm2为比较好的效果。
103：在底胶上涂覆面胶使面胶能够填充包覆外露于底胶上的碳纤维，形成半成品；植绒完碳纤维的底胶表面还需要覆面胶，面胶层厚度为0.03～0.2mm。本步骤中允许碳纤维在面胶层有冒头的情况，因为碳纤维的长度并不一致，且碳纤维在面胶上表面伸出并不影响导热垫的各方面效果。
104：将半成品放置于真空箱中抽真空；真空箱中的条件为真空度≤-0.09Mpa，时间＞10min；将半成品放置于真空箱中有利于碳纤维更加稳定的固定在底胶和面胶内，保证产品质量。
105：将所述半成品加热固化形成各向异性绝缘导热垫成品；加热固化的条件为80～150℃，时间10～30min。在此温度条件下及经历足够长时间的加热固化，能够保证产品成型。
以上对本发明实施例所提供的一种各向异性绝缘导热垫及其制造方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想和方法，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.各向异性绝缘导热垫，其特征在于，包括：热固性绝缘高分子基板及通过热固化方式植入在热固性绝缘高分子基板内的碳纤维，所述碳纤维具有垂直于高分子基板方向的取向性，碳纤维的底端不穿透高分子基板的底部使绝缘高分子基板在底部形成绝缘层；高分子基板包括绝缘底胶和位于底胶之上用于浸润碳纤维的面胶，碳纤维以静电植绒方式植入底胶，碳纤维外露于底胶的部分由面胶填充包覆；碳纤维植入底胶的深度为底胶厚度的二分之一至四分之一。
2.如权利要求1所述的各向异性绝缘导热垫，其特征在于，所述底胶包括按重量计的如下成分：5～10份甲基乙烯基硅橡胶、30～50份乙烯基硅油、30～60份二甲基硅油、300～600份氧化铝、100～200份氢氧化铝、3～5份含氢硅油、1～2份铂金催化剂。
3.如权利要求1所述的各向异性绝缘导热垫，其特征在于，所述面胶包括按重量计的如下成分：80～120份乙烯基硅油、10～15份含氢硅油、1～2.5份铂金催化剂。
4.如权利要求1所述的各向异性绝缘导热垫，其特征在于，在面胶之上还涂覆有第二层底胶，第二层底胶内植入第二层碳纤维，第二层碳纤维外露于底胶的部分由第二层面胶填充包覆，形成双倍厚度的导热垫。
5.如权利要求1所述的各向异性绝缘导热垫，其特征在于，将两片相同结构的导热垫扣合形成双面绝缘的各向异性绝缘导热垫。
6.各向异性绝缘导热垫制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
A：在离型膜上涂覆底胶；
B：通过静电植绒的方式将碳纤维排布在底胶上，碳纤维植入底胶的深度为底胶厚度的二分之一至四分之一，碳纤维的底端不穿透高分子基板的底部使绝缘高分子基板在底部形成绝缘层；
C：在底胶上涂覆面胶使面胶能够填充包覆外露于底胶上的碳纤维，形成半成品；
D：将所述半成品加热固化形成各向异性绝缘导热垫成品。
7.如权利要求6所述的各向异性绝缘导热垫制造方法，其特征在于，步骤D之前还包括如下步骤：将半成品放置于真空箱中抽真空。
8.如权利要求7所述的各向异性绝缘导热垫制造方法，其特征在于，真空箱中的条件为真空度≤-0.09Mpa，时间＞10min；加热固化的条件为80～150℃，时间为10～30min。
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