CN107686699A - 导热界面材料和导热界面材料制备方法 - Google Patents

导热界面材料和导热界面材料制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种导热界面材料和导热界面材料制备方法，该导热界面材料包括：石墨烯复合界面材料垫片、喷涂树脂、导热绝缘粉体；喷涂树脂和导热绝缘粉体的混合物，覆盖在石墨烯复合界面材料垫片上。根据本发明的技术方案，将已经制备好的高导热石墨烯复合界面材料垫片的表面覆盖一层由喷涂树脂和导热绝缘粉体混合的涂层，喷涂树脂和导热绝缘粉体决定了该涂层具有良好的绝缘性，所以得到的导热界面材料也具有良好的绝缘性；可见根据本发明的技术方案，能够改善导热界面材料表面的绝缘性能，有利于扩大导热界面材料的应用。

Description

导热界面材料和导热界面材料制备方法
技术领域
本发明涉及导热材料领域，尤其涉及一种导热界面材料和导热界面材料制备方法。
背景技术
散热一直是电子工业一项重点研究的工作，电子元器件的实际工作温度是影响其可靠性的关键因素之一。随着电子设备向着小型化、高功耗发展，其功耗密度逐步增加,电子设备的发热量也成倍增加，这也对系统的散热性能提出了更高的要求。导热界面材料是散热系统的关键物料，是连接芯片与散热器之间的热量传递的桥梁，根据导热材料填料以及生产工艺的不同，导热界面材料的导热率也呈现出较大的差异。
石墨烯是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯和少层石墨烯的统称，自从2004年首次被报道以来就受到极大的关注。石墨烯具有优异的导热性能，单层石墨烯的理论导热率在5500W/m.K以上，是目前已知最好的导热材料的数十倍。石墨烯作为导热界面材料导热填充体系制备高效导热界面材料收到越来越多的关注。
然而市面业内，石墨烯性能参次不齐，各家不一，性能差异化较大，导致其直接采用石墨烯作为主材料较为困难，故采用高导热人工石墨片进行粉碎处理制得碎片为主要原料，使石墨烯作为填充效果来制得高导热石墨烯复合材料。经过反复试验验证，终于突破传统导热界面材料领域，使得Z轴方向导热系数达到25W/m.K之高，且具有一定的压缩特性，但奈何其本身原材料所限，其绝缘性能一致无法解决，体积电阻始终＜1000Ω.cm。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种导热界面材料和导热界面材料制备方法,以解决增强导热界面材料的绝缘性。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供的一种导热界面材料，包括：石墨烯复合界面材料垫片、喷涂树脂、导热绝缘粉体；所述喷涂树脂和所述导热绝缘粉体的混合物，覆盖在所述石墨烯复合界面材料垫片上。
可选地，前述的导热界面材料，在所述导热界面材料中，所述石墨烯复合界面材料垫片的质量占比为80％-90％，所述喷涂树脂的质量占比为5％-10％，所述导热绝缘粉体的质量占比为1％-5％，且所述石墨烯复合界面材料垫片、所述喷涂树脂、所述导热绝缘粉体的质量占比总和为100％。
可选地，前述的导热界面材料，所述混合物包覆所述石墨烯复合界面材料垫片，或所述混合物呈三明治式覆盖在所述石墨烯复合界面材料的上下表面上。
可选地，前述的导热界面材料，所述混合物的粘度为50-20000厘帕.秒。
可选地，前述的导热界面材料，所述导热绝缘粉体的中心粒径为0.4-90微米。
可选地，前述的导热界面材料，所述混合物的厚度为10-500微米。
可选地，前述的导热界面材料，所述导热界面材料的压缩率为5-50％,回弹性为5-20％，体积电阻率为103-1012欧姆.厘米。
可选地，前述的导热界面材料，所述石墨烯复合界面材料垫片由石墨烯以及鳞片石墨粉组成，导热率在10-50瓦/米.度；所述喷涂树脂为有机硅胶或聚氨酯；所述导热绝缘粉体为氧化铝、氮化硼、碳化硅或氮化铝。
依据本发明的另一方面，还提供了一种导热界面材料制备方法，包括：将喷涂树脂和导热绝缘粉体混合；将所述喷涂树脂和所述导热绝缘粉体的混合物，喷涂、浸涂或者刷涂在所述石墨烯复合界面材料垫片上，得到导热界面材料。
可选地，前述的导热界面材料制备方法，将喷涂树脂和导热绝缘粉体混合，具体包括：在所述喷涂树脂中添加所述导热绝缘粉体并进行搅拌。
根据以上技术方案，可知本发明的导热界面材料和导热界面材料制备方法至少具有以下优点：
根据本发明的技术方案，将已经制备好的高导热石墨烯复合界面材料垫片的表面覆盖一层由喷涂树脂和导热绝缘粉体混合的涂层，喷涂树脂和导热绝缘粉体决定了该涂层具有良好的绝缘性，所以得到的导热界面材料也具有良好的绝缘性；可见根据本发明的技术方案，能够改善导热界面材料表面的绝缘性能，有利于扩大导热界面材料的应用。
附图说明
图1为本发明实施例的一种导热界面材料的剖面图；
图2为本发明实施例的一种导热界面材料的剖面图；
图3为本发明实施例的一种导热界面材料制备方法的流程图；
图4为本发明实施例的一种导热界面材料制备方法的流程图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的一个实施例中提供了一种导热界面材料，包括：
石墨烯复合界面材料垫片110、喷涂树脂、导热绝缘粉体。在本实施例中，对于石墨烯复合界面材料垫片110、喷涂树脂、导热绝缘粉体的类型不进行限制，具体可以例如以下：石墨烯复合界面材料垫片由石墨烯以及鳞片石墨粉组成，导热率在10-50瓦/米.度；喷涂树脂为有机硅胶或聚氨酯，或其他高强度树脂体系；导热绝缘粉体为氧化铝、氮化硼、碳化硅或氮化铝，或其他非金属粉体。其中，石墨烯高导热垫片，其具体可以选用15W/m.K，20W/m.K，25W/m.K三种高导热率石墨烯复合垫片材料，其体积电阻＜1000Ω·cm，具体如下表所示。
喷涂树脂和导热绝缘粉体的混合物120，覆盖在石墨烯复合界面材料垫片上。在本实施例中，对于将混合物120覆盖在石墨烯复合界面材料垫片110上的方式不进行限制。
根据本发明的技术方案，将已经制备好的高导热石墨烯复合界面材料垫片的表面覆盖一层由喷涂树脂和导热绝缘粉体混合的涂层，喷涂树脂和导热绝缘粉体决定了该涂层具有良好的绝缘性，所以得到的导热界面材料也具有良好的绝缘性；可见根据本发明的技术方案，能够改善导热界面材料表面的绝缘性能，有利于扩大导热界面材料的应用。
本发明的一个实施例中提供了一种导热界面材料，相比于前述的实施例，本实施例的导热界面材料，在导热界面材料中，石墨烯复合界面材料垫片的质量占比为80％-90％，喷涂树脂的质量占比为5％-10％，导热绝缘粉体的质量占比为1％-5％，且石墨烯复合界面材料垫片、喷涂树脂、导热绝缘粉体的质量占比总和为100％。在本实施例中，石墨烯复合界面材料垫片、喷涂树脂、导热绝缘粉体等各个组分的比例之和为100％。上述各组份比例，使得导热界面材料兼具良好的导热性能和绝缘性能。
如图1和图2所示，本发明的一个实施例中提供了一种导热界面材料，相比于前述的实施例，本实施例的导热界面材料，混合物包覆石墨烯复合界面材料垫片，具体如图1所示，或混合物呈三明治式覆盖在石墨烯复合界面材料的上下表面上，具体如图2所示。上述两种包覆方式均适用于本实施例的技术方案。
本发明的一个实施例中提供了一种导热界面材料，相比于前述的实施例，本实施例的导热界面材料，混合物的粘度为50-20000厘帕.秒。在本实施例中，由有机硅胶、或者聚氨酯等有机物与导热绝缘陶瓷粉末(Al2O3、BN、SiC、AlN)组成的粘度在50-20000厘帕.秒以内的混合物，可以稳定地附着在石墨烯复合界面材料垫片上，形成的涂层不容易脱落。导热绝缘粉体的中心粒径为0.4-90微米，形状有不规则状，球形，六方体状等。混合物的厚度为10-500微米，该厚度的混合物涂层同时保证良好的导热性能和绝缘性能。根据以上技术方案，得到的导热界面材料的压缩率为5-50％,回弹性为5-20％，体积电阻率为103-1012欧姆.厘米，其绝缘性能远优于现有产品。
根据以上多个实施例的技术方案得到的多种导热界面材料具体如下表所示：
如图3所示，本发明的一个实施例中提供了一种导热界面材料制备方法，包括：
步骤S310，将喷涂树脂和导热绝缘粉体混合。
步骤S320，将喷涂树脂和导热绝缘粉体的混合物，喷涂、浸涂或者刷涂在所述石墨烯复合界面材料垫片上，得到导热界面材料。
在本实施例中，高导热石墨烯复合界面材料垫片制备过程如下：1)导热填料表面处理；2)石墨烯、石墨微片导热填料与硅橡胶基体通过共混形成定向排列的石墨烯导热垫片材料；3)高温压延硫化；4)经模切后，得到厚度0.2-5mm可控、邵氏00硬度30-70可控的、导热系数在10-25W/m.K(瓦/米·度)可控的、但是绝缘性能较差的石墨烯复合材料垫片。
根据本发明的技术方案，将已经制备好的高导热石墨烯复合界面材料垫片的表面覆盖一层由喷涂树脂和导热绝缘粉体混合的涂层，喷涂树脂和导热绝缘粉体决定了该涂层具有良好的绝缘性，所以得到的导热界面材料也具有良好的绝缘性；可见根据本发明的技术方案，能够改善导热界面材料表面的绝缘性能，有利于扩大导热界面材料的应用。
如图4所示，本发明的一个实施例中提供了一种导热界面材料制备方法，包括：
步骤S410，在喷涂树脂中添加导热绝缘粉体并进行搅拌。在本实施例中，其中包覆的最终涂料为，喷涂树脂添加导热绝缘粉体，经混合搅拌均匀后，对高导热石墨烯垫片以喷涂，浸润，涂刮的形式来进行整面的包覆处理，包覆厚度大约30μm-500μm。
步骤S420，将混合物喷涂、浸涂或者刷涂在石墨烯复合界面材料垫片上。在本实施例中，采用喷涂、浸涂或者刷涂绝缘性涂层的方式提升导热界面材料表面绝缘性能；喷涂(或者浸涂、刷涂)的制备的导热界面材料其形式可以是包覆式或者三明治式。
以上参照附图说明了本发明的优选实施例，并非因此局限本发明的权利范围。本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明，比如作为一个实施例的特征可用于另一实施例而得到又一实施例。凡在运用本发明的技术构思之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本发明的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种导热界面材料，其特征在于，包括：
石墨烯复合界面材料垫片、喷涂树脂、导热绝缘粉体；
所述喷涂树脂和所述导热绝缘粉体的混合物，覆盖在所述石墨烯复合界面材料垫片上。
2.根据权利要求1所述的导热界面材料，其特征在于，
在所述导热界面材料中，所述石墨烯复合界面材料垫片的质量占比为80％-90％，所述喷涂树脂的质量占比为5％-10％，所述导热绝缘粉体的质量占比为1％-5％，且所述石墨烯复合界面材料垫片、所述喷涂树脂、所述导热绝缘粉体的质量占比总和为100％。
3.根据权利要求1所述的导热界面材料，其特征在于，
所述混合物包覆所述石墨烯复合界面材料垫片，或所述混合物呈三明治式覆盖在所述石墨烯复合界面材料的上下表面上。
4.根据权利要求1所述的导热界面材料，其特征在于，
所述混合物的粘度为50-20000厘帕.秒。
5.根据权利要求1所述的导热界面材料，其特征在于，
所述导热绝缘粉体的中心粒径为0.4-90微米。
6.根据权利要求1所述的导热界面材料，其特征在于，
所述混合物的厚度为10-500微米。
7.根据权利要求1所述的导热界面材料，其特征在于，
所述导热界面材料的压缩率为5-50％,回弹性为5-20％，体积电阻率为103-1012欧姆.厘米。
8.根据权利要求1所述的导热界面材料，其特征在于，
所述石墨烯复合界面材料垫片由石墨烯以及鳞片石墨粉组成，导热率在10-50瓦/米.度；
所述喷涂树脂为有机硅胶或聚氨酯；
所述导热绝缘粉体为氧化铝、氮化硼、碳化硅或氮化铝。
9.一种导热界面材料制备方法，其特征在于，包括：
将喷涂树脂和导热绝缘粉体混合；
将所述喷涂树脂和所述导热绝缘粉体的混合物，喷涂、浸涂或者刷涂在所述石墨烯复合界面材料垫片上。
10.根据权利要求9所述的导热界面材料制备方法，其特征在于，将喷涂树脂和导热绝缘粉体混合，具体包括：
在所述喷涂树脂中添加所述导热绝缘粉体并进行搅拌。
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