CN108753265A - 低热阻散热膏及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低热阻散热膏，包括50～80wt％的导热材料、5～30wt％的基体油和余量的偶联剂；导热材料包括60～80wt％的微米材料A、0～10wt％的微米材料B以及10～40wt％的纳米材料；微米材料A选自氧化铝、氧化锌、氧化镁、氮化铝、氮化硅、氮化硼、铝粉、铜粉、银粉、石墨粉、金刚石粉、无序介孔炭材料中的至少一种，其粒径为0.5μm～100μm；微米材料B为碳纤维，其长度为5μm～50μm；纳米材料为石墨烯纳米片和/或碳纳米管，其粒径为10nm～60nm；基体油选自硅油、聚α烯烃、新戊基多元醇酯基础油、苯基硅油中的至少一种。本发明还公开了上述散热膏的制备方法。本发明的散热膏，热阻低、粘度低、可靠性好，适用于丝网印刷等大规模应用场景。

Description

低热阻散热膏及其制备方法
技术领域
本发明涉及散热材料领域，具体涉及一种低热阻散热膏及其制备方法。
背景技术
随着电子产品的小型化及性能的不断提高，其内部的功率电子元器件的发热量随之不断提高，如何有效的将产生的大量热量快速传导至产品外部，已成为电子产品设计的一个重要课题。热界面材料(TIM)广泛应用在各种需要散热绝缘的界面，例如手机、笔记本电脑、集成电路、通讯设备、汽车、LED照明等。为使用不同场合的需求，TIM的形式主要有相变材料、散热膏、导热凝胶、导热垫片等。
目前的热界面材料，散热膏的综合性能最佳，研究广泛，例如，采用二甲基硅油与氧化锌复合而成，采用表面有机硅烷改性的氧化铝与而甲基硅油复合而成。然而目前的散热膏产品仍具有诸多缺点，例如，热阻抗大、导热界面上下温差大、热传导效率低、耐老化性能差、高温高湿情况下易变干粉化、粘度高、流变性差、不利于丝网印刷等等，这使得其并不能有效解决大功率电子元器件的散热问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低热阻散热膏，与现有技术相比，该散热膏热阻低、粘度低、可靠性好，适用于丝网印刷等大规模应用场景。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低热阻散热膏，包括50～80wt％的导热材料、5～30wt％的基体油和余量的偶联剂；
所述导热材料包括60～80wt％的微米材料A、0～10wt％的微米材料B以及10～40wt％的纳米材料；
所述微米材料A为选自氧化铝、氧化锌、氧化镁、氮化铝、氮化硅、氮化硼、铝粉、铜粉、银粉、石墨粉、金刚石粉、无序介孔炭材料中的至少一种，其粒径为0.5μm～100μm；
所述微米材料B为碳纤维，其长度为5μm～50μm；
所述纳米材料为石墨烯纳米片和/或碳纳米管，其粒径为10nm～60nm；
所述基体油选自硅油、聚α烯烃、新戊基多元醇酯基础油、苯基硅油中的至少一种。
本发明中，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂中的至少一种。
根据本发明的一种实施方式，所述微米材料为无序介孔碳材料、碳纤维、氧化铝和氮化铝；所述纳米材料为石墨烯纳米片和碳纳米管。
本发明中，上述散热膏的制备方法包括：
将导热材料和偶联剂加入超声波分散器，打开工频磁场发生器，加热超声处理的步骤；以及
将处理后的原料与基体混合，真空消泡的步骤。
根据本发明的一种实施方式，加热温度为120℃，超声处理时间为3～5h。
根据本发明的一种实施方式，处理后的原料加入到捏合机中，再加入基体，搅拌2～3h后再真空消泡即得所述的低热阻散热膏。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的散热膏中，其导热材料中至少包括一种微米材料和纳米材料，在散热膏的制备过程中，微米材料(多孔颗粒或纤维材料)与纳米材料(纳米片或纳米管)交叉嵌入，使散热膏内部形成了三维导热通道，从而显著提高了散热膏的导热系数，加速了热量的传导。使用ASTM5470方法测试，其导热系数可达到10W/mk，热阻可低至0.002℃in2/W，可显著降低界面温差，降低芯片温度。
2、本发明的制备方法，通过超声处理使得纳米材料与微米材料充分分散、混合，同时通过工频磁场发生器施加高强度旋转磁场，进一步促进了纳米材料与微米材料的相互嵌入，有利于形成三维导热通道。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
当本说明书以词头“本领域技术人员公知”、“现有技术”或其类似用语来导出材料、物质、方法、步骤、装置或部件等时，该词头导出的对象涵盖本申请提出时本领域常规使用的那些，但也包括目前还不常用，却将变成本领域公认为适用于类似目的的那些。
在本说明书的上下文中，除了明确说明的内容之外，未提到的任何事宜或事项均直接适用本领域已知的那些而无需进行任何改变。而且，本文描述的任何实施方式均可以与本文描述的一种或多种其他实施方式自由结合，由此而形成的技术方案或技术思想均视为本发明原始公开或原始记载的一部分，而不应被视为是本文未曾披露或预期过的新内容，除非本领域技术人员认为该结合是明显不合理的。
表1给出了以下各实施方式中原料的购买厂家和型号。
表1各原料的厂家和型号
原料 公司 型号
二甲基硅油 江西星火有机硅 StarsilTM PDMS 47V350
苯基硅油 广州飞瑞化工 DC556
石墨烯纳米片 先锋纳米 XF086
碳纳米管 北京德科岛金科技 CNT500
氧化铝 中国铝业 A-CF-5
氮化铝 德盛陶瓷材料 ALN
无序介孔炭材料 先锋纳米 XFP05
碳纤维 先锋纳米 XFM60
氧化镁 河北镁神科技 导热专用
硅烷偶联剂 杭州沸点化工 KH550
实施例1
按如下配方备料：
使用超声波分散器、工频磁场发生器将石墨烯纳米片与碳纳米管、氧化铝、氮化铝、硅烷偶联剂在120℃处理3小时，然后转移至捏合机中，添加硅油，搅拌2小时并抽真空0.5h脱泡即可。使用ASTM5470方法测试导热系数：9.22W/mk，热阻可低至0.005℃in2/W。
实施例2
按如下配方备料：
使用超声波分散器、工频磁场发生器将石墨烯纳米片、碳纳米管、无序介孔炭材料、碳纤维、氧化镁与硅烷偶联剂在120℃处理3小时，然后转移至捏合机中，添加硅油，搅拌2小时并抽真空0.5h脱泡即可。用ASTM5470方法测试导热系数：9.86W/mk，热阻可低至0.003℃in2/W。
实施例3
按如下配方备料：
使用超声波分散器、工频磁场发生器将石墨烯纳米片、碳纳米管、无序介孔炭材料、碳纤维、氧化镁与硅烷偶联剂在120℃处理3小时，然后转移至捏合机中，添加硅油，搅拌2小时并抽真空0.5h脱泡即可。用ASTM5470方法测试导热系数：10.13W/mk，热阻可低至0.002℃in2/W。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (6)

1.一种低热阻散热膏，其特征在于，包括50～80wt％的导热材料、5～30wt％的基体油和余量的偶联剂；
所述导热材料包括60～80wt％的微米材料A、0～10wt％的微米材料B以及10～40wt％的纳米材料；
所述微米材料A为选自氧化铝、氧化锌、氧化镁、氮化铝、氮化硅、氮化硼、铝粉、铜粉、银粉、石墨粉、金刚石粉、无序介孔炭材料中的至少一种，其粒径为0.5μm～100μm；
所述微米材料B为碳纤维，其长度为5μm～50μm；
所述纳米材料为石墨烯纳米片和/或碳纳米管，其粒径为10nm～60nm；
所述基体油选自硅油、聚α烯烃、新戊基多元醇酯基础油、苯基硅油中的至少一种。
2.如权利要求1所述的低热阻散热膏，其特征在于，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂中的至少一种。
3.如权利要求1所述的低热阻散热膏，其特征在于，所述微米材料为无序介孔碳材料、碳纤维、氧化铝和氮化铝；所述纳米材料为石墨烯纳米片和碳纳米管。
4.根据权利要求1～3任一项的低热阻散热膏的制备方法，其特征在于，包括：
将导热材料和偶联剂加入超声波分散器，打开工频磁场发生器，加热超声处理的步骤；以及
将处理后的原料与基体混合，真空消泡的步骤。
5.如权利要求4所述的低热阻散热膏的制备方法，其特征在于，加热温度为120℃，超声处理时间为3～5h。
6.如权利要求4所述的低热阻散热膏的制备方法，其特征在于，处理后的原料加入到捏合机中，再加入基体，搅拌2～3h后再真空消泡即得所述的低热阻散热膏。
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