CN107602915A - 一种复合导热硅脂 - Google Patents

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陈宇
曾晞
翟建雄
马宝光
彭尚文
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Abstract

本发明涉及一种复合导热硅脂，其包括硅脂、颗粒状添加物和片状添加物，所述颗粒状添加物和片状添加物均添加在所述硅脂中，所述颗粒状添加物和片状添加物的导热系数大于所述硅脂的导热系数，所述颗粒状添加物和/或片状添加物的电导率小于10。本发明实施例的复合导热硅脂，通过在硅脂中添加导热性能好的颗粒状添加物和片状添加物，而且片状添加物可以充当颗粒状添加物之间的导热桥梁，因此使得该复合导热硅脂具有较好的导热性能。

Description

一种复合导热硅脂
技术领域
本发明涉及导热材料领域，尤其涉及一种复合导热硅脂。
背景技术
导热硅脂是一种高导热有机硅材料，可在-50-300℃的温度下长期保持膏状，因此被广泛应用于高功率电子元器件发热体与散热基座之间，有效地降低了界面接触热阻。有研究人员在导热硅脂中添加氧化铝、氮化铝等导热性能好的金属氧化物颗粒，可有效提升导热硅脂的导热性能。但是，如何进一步提升导热硅脂的导热性能，成为摆在研究人员面前的一个难题。
发明内容
基于现有技术的不足，本发明需要解决的技术问题是提供一种导热性能好的复合导热硅脂。
本发明实施例提供一种复合导热硅脂，其包括硅脂、颗粒状添加物和片状添加物，所述颗粒状添加物和片状添加物均添加在所述硅脂中，所述颗粒状添加物和片状添加物的导热系数大于所述硅脂的导热系数，所述颗粒状添加物和/或片状添加物的电导率小于10。
优选地，所述片状添加物的平均长度大于所述颗粒状添加物之间的平均间距。
优选地，所述片状添加物的导热系数大于所述颗粒状添加物的导热系数。
优选地，所述片状添加物满足如下条件:r>3，其中Lmax为单个片状添加物的最大尺寸，Lmin为单个片状添加物的最小尺寸。
优选地，5<r<30。
优选地，所述颗粒状添加物的电导率大于8，所述片状添加物的电导率小于8，所述颗粒状添加物的质量分数小于10％；或者所述片状添加物的电导率大于15，所述颗粒状添加物的电导率小于10，所述片状添加物的质量分数小于5％。
优选地，所述颗粒状添加物包括氧化铝、氮化铝、氮化硼、氧化锌、银、铝、铜和锌中的一种或多种。
优选地，所述片状添加物包括石墨微片或石墨烯微片。
优选地，所述颗粒状添加物的平均粒径在0.1-100微米之间，优选地在0.5-50微米之间；所述片状添加物的平均长度在0.01-10微米之间，优选地在0.1-5微米之间。
优选地，所述颗粒状添加物的导热系数在20-500W/m＊K之间，所述片状添加物的导热系数在500-6000W/m＊K之间。
优选地，所述颗粒状添加物的质量分数为10-75％，进一步优选地为15-30％，所述片状添加物的质量分数为0.1-20％，进一步优选地为0.5-10％。
优选地，所述颗粒状添加物的粒径满足以下公式：Y＝1-exp(x-x0)n其中，x为颗粒状添加物的直径，Y为粒径尺寸小于x的累计体积分数，x0为尺寸大于63.2％的颗粒状添加物的直径，n为颗粒均匀度，n＞1。
优选地，所述片状添加物满足如下条件:2.5＜(L+W/2)/H＜100，其中L为所述片状添加物的长度，W为所述片状添加物的宽度，H为所述片状添加物的高度。
优选地，5＜(L+W/2)/H＜50。
本发明实施例还提供一种复合导热硅脂，其包括硅脂、大颗粒状添加物、小颗粒添加物和片状添加物，所述大颗粒状添加物、小颗粒添加物和片状添加物均添加在所述硅脂中，所述大颗粒状添加物、小颗粒添加物和片状添加物的导热系数大于所述硅脂的导热系数，所述大颗粒添加物的粒径大于50微米，所述小颗粒添加物的粒径小于30微米，所述片状添加物的平均长度大于所述大颗粒状添加物之间的平均间距，所述颗粒状添加物和/或片状添加物的电导率小于10。
本发明实施例的复合导热硅脂，通过在硅脂中添加导热性能好的颗粒状添加物和片状添加物，而且片状添加物可以充当颗粒状添加物之间的导热桥梁，因此使得该复合导热硅脂具有较好的导热性能。
下面结合附图详细说明本发明,其作为本说明书的一部分,通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。
附图说明
图1为本发明的复合导热硅脂的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
请参考图1，本发明实施例提供一种复合导热硅脂，其包括硅脂、颗粒状添加物10和片状添加物20。颗粒状添加物10和片状添加物20均添加在硅脂中，颗粒状添加物10和片状添加物20的导热系数大于硅脂的导热系数，颗粒状添加物10和/或片状添加物20的电导率小于10。通过在硅脂中添加导热性能好的颗粒状添加物10和片状添加物20，而且片状添加物20可以充当颗粒状添加物10之间的导热桥梁，因此使得该复合导热硅脂具有较好的导热性能，同时由于颗粒状添加物10和/或片状添加物20的电导率小于10，因此保证该复合导热硅脂具有较好的绝缘性能。
在优选实施例中，片状添加物20的平均长度大于颗粒状添加物10之间的平均间距，这样可以让更多的片状添加物20能够连接两个颗粒状添加物10，使得颗粒状添加物10之间能更好地传热，从而使该复合导热硅脂具有更好的导热性能。
在优选实施例中，片状添加物20的导热系数大于颗粒状添加物10的导热系数。优选地，片状添加物20的导热系数在20-500W/m＊K之间，颗粒状添加物的导热系数10在500-6000W/m＊K之间。由于片状添加物20的导热系数大于颗粒状添加物10的导热系数，因此尽管片状添加物20与颗粒状添加物10的接触面积远小于颗粒状添加物10的表面积，但仍能保证片状添加物20可以快速地在颗粒状添加物10之间传热。
在优选实施例中，片状添加物20满足如下条件:r>3，其中Lmax为单个片状添加物20的最大尺寸，Lmin为单个片状添加物20的最小尺寸，也即Lmax/Lmin为每个片状添加物20的最大尺寸与最小尺寸的之比，对于片状添加物20而言，Lmax就是该片状添加物20的长度，而Lmin则是该片状添加物20的厚度。进一步优选地，5<r<30。
在一些优选实施例中，颗粒状添加物10的电导率大于8，片状添加物20的电导率小于8，且颗粒状添加物10的质量分数小于10％。由于颗粒状添加物10的电导率较高，因此将其在硅脂中的含量限制为质量分数小于10％，由此来保证该复合导热硅脂具有较好的绝缘性能。在另一些优选实施例中，片状添加物20的电导率大于15，颗粒状添加物10的电导率小于10，片状添加物20的质量分数小于5％。与上类似，该特征也是用于保证该复合导热硅脂具有较好的绝缘性能。
在优选实施例中，颗粒状添加物10包括氧化铝、氮化铝、氮化硼、氧化锌、银、铝、铜和锌中的一种或多种。氧化铝的导热系数为33W/m＊K，氮化铝的导热系数为170W/m＊K，氮化硼的导热系数为120W/m＊K，铜的导热系数为380W/m＊K，铝的导热系数为237W/m＊K，银的导热系数为427W/m＊K，锌的导热系数为112W/m＊K，这些材料都具有良好的导热性能。
在优选实施例中，片状添加物20包括石墨微片或石墨烯微片。石墨微片的导热系数可达到600-1700W/m＊K左右，石墨烯微片的导热系数可达到600-3000W/m＊K，甚至高达5300W/m＊K。
在优选实施例中，颗粒状添加物10的平均粒径在0.1-100微米之间，优选地在0.5-50微米之间；片状添加物20的平均长度在0.01-10微米之间，优选地在0.1-5微米之间。
在优选实施例中，颗粒状添加物10的质量分数为10-75％，进一步优选地为15-30％，片状添加物20的质量分数为0.1-20％，进一步优选地为0.5-10％。
在优选实施例中，颗粒状添加物10的粒径满足以下公式：Y＝1-exp(x-x0)n其中，x为颗粒状添加物10的直径，Y为粒径尺寸小于x的累计体积分数，x0为尺寸大于63.2％的颗粒状添加物10的直径，n为颗粒均匀度，n＞1。
在优选实施例中，片状添加物20满足如下条件:2.5＜(L+W/2)/H＜100，其中L为片状添加物20的长度，W为片状添加物20的宽度，H为片状添加物20的高度。进一步优选地，5＜(L+W/2)/H＜50。
本发明实施例还提供一种复合导热硅脂，其包括硅脂、大颗粒状添加物、小颗粒添加物和片状添加物，大颗粒状添加物、小颗粒添加物和片状添加物均添加在硅脂中。大颗粒状添加物和小颗粒添加物可以是由相同材料制成，也可以是由不同材料材料制成。大颗粒状添加物、小颗粒添加物和片状添加物的导热系数大于硅脂的导热系数。大颗粒添加物的粒径大于50微米，小颗粒添加物的粒径小于30微米，也即粒径大于50微米的颗粒状添加物才被视为本申请所指的大颗粒添加物，粒径小于50微米的颗粒状添加物才被视为本申请所指的小颗粒添加物。片状添加物的平均长度大于大颗粒状添加物之间的平均间距，颗粒状添加物和/或片状添加物的电导率小于10。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明申请专利范围所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (15)

1.一种复合导热硅脂，其特征在于，包括硅脂、颗粒状添加物和片状添加物，所述颗粒状添加物和片状添加物均添加在所述硅脂中，所述颗粒状添加物和片状添加物的导热系数大于所述硅脂的导热系数，所述颗粒状添加物和/或片状添加物的电导率小于10。
2.如权利要求1所述的复合导热硅脂，其特征在于，所述片状添加物的平均长度大于所述颗粒状添加物之间的平均间距。
3.如权利要求1所述的复合导热硅脂，其特征在于，所述片状添加物的导热系数大于所述颗粒状添加物的导热系数。
4.如权利要求1所述的复合导热硅脂，其特征在于，所述片状添加物满足如下条件:r>3，其中Lmax为单个片状添加物的最大尺寸，Lmin为单个片状添加物的最小尺寸。
5.如权利要求4所述的复合导热硅脂，其特征在于，5<r<30。
6.如权利要求1所述的复合导热硅脂，其特征在于，所述颗粒状添加物的电导率大于8，所述片状添加物的电导率小于8，所述颗粒状添加物的质量分数小于10％；或者所述片状添加物的电导率大于15，所述颗粒状添加物的电导率小于10，所述片状添加物的质量分数小于5％。
7.如权利要求1所述的复合导热硅脂，其特征在于，所述颗粒状添加物包括氧化铝、氮化铝、氮化硼、氧化锌、银、铝、铜和锌中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的复合导热硅脂，其特征在于，所述片状添加物包括石墨微片或石墨烯微片。
9.如权利要求1所述的复合导热硅脂，其特征在于，所述颗粒状添加物的平均粒径在0.1-100微米之间，优选地在0.5-50微米之间；所述片状添加物的平均长度在0.01-10微米之间，优选地在0.1-5微米之间。
10.如权利要求1至9任一项所述的复合导热硅脂，其特征在于，所述颗粒状添加物的导热系数在20-500W/m*K之间，所述片状添加物的导热系数在500-6000W/m*K之间。
11.如权利要求1至10任一项所述的复合导热硅脂，其特征在于，所述颗粒状添加物的质量分数为10-75％，优选地为15-30％，所述片状添加物的质量分数为0.1-20％，优选地为0.5-10％。
12.如权利要求1至11任一项所述的复合导热硅脂，其特征在于，所述颗粒状添加物的粒径满足以下公式：Y＝1-exp(x-x0)n其中，x为颗粒状添加物的直径，Y为粒径尺寸小于x的累计体积分数，x0为尺寸大于63.2％的颗粒状添加物的直径，n为颗粒均匀度，n＞1。
13.如权利要求1至12任一项所述的复合导热硅脂，其特征在于，所述片状添加物满足如下条件:2.5＜(L+W/2)/H＜100，其中L为所述片状添加物的长度，W为所述片状添加物的宽度，H为所述片状添加物的高度。
14.如权利要求13所述的复合导热硅脂，其特征在于，5＜(L+W/2)/H＜50。
15.一种复合导热硅脂，其特征在于，包括硅脂、大颗粒状添加物、小颗粒添加物和片状添加物，所述大颗粒状添加物、小颗粒添加物和片状添加物均添加在所述硅脂中，所述大颗粒状添加物、小颗粒添加物和片状添加物的导热系数大于所述硅脂的导热系数，所述大颗粒添加物的粒径大于50微米，所述小颗粒添加物的粒径小于30微米，所述片状添加物的平均长度大于所述大颗粒状添加物之间的平均间距，所述颗粒状添加物和/或片状添加物的电导率小于10。
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