CN110628223A - 一种导热填料 - Google Patents

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Abstract

本申请技术方案提供的一种导热填料，包括填料料体、二甲基硅油、硬脂酸锌和硅烷偶联剂KH‑560，其中，填料料体包括以氮化铝基片边角料制备的氮化铝类球形颗粒。通过在填料料体中加入以氮化铝基片边角料制备的氮化铝类球形颗粒，由于氮化铝基板有很强的导热能力，热导率远高于现在市面上常见的氧化铝填充料，将氮化铝加工剩余的边角料、破损不能利用的废料，通过一些列的加工，使之成为类球形颗粒，作物填充物添加到硅油中，不仅能显著提高硅脂的导热能力，而且可以有效利用氮化铝基板加工剩余的边角料和破损料，解决现有技术中单纯使用导热硅脂导热能力有限以及以氮化铝粉末为填充物制备导热填料，由于氮化铝粉末球形度差，填充率低等问题。

Description

一种导热填料
技术领域
本申请涉及涉及导热填料的填充技术领域，具体涉及一种导热填料。
背景技术
众所周知，在微处理器领域中，微电子材料表面和散热器之间存在极细微的凹凸不平的空隙，在其直接安装应用的时候，空隙中存在的均为空气，而空气的导热系数很小，会显著降低散热效果。实践发现，电子元器件的温度每升高2℃，其可靠性和稳定性下降约10％，因此，要保证电子元器件的可靠正常运行，改善其散热环境至关重要。现有的普遍做法是在微电子材料表面和散热器之间涂抹导热硅脂，导热硅脂作为硅油的二次加工物，因其热稳定性好、绝缘性高、耐温度冲击等特性被广泛使用。但硅油本身的导热能力并不强，其导热能力的提高，往往取决于硅油中填充物的导热能力。
而氮化铝基片为一种常见的高温导热材料。多晶态的氮化铝热导率达200W/(m.k)以上，比氧化铝高4-7倍，因其优良的导热性，可靠的电绝缘性，较低的介电常数与介电损耗，无毒，与硅相匹配的热膨胀系数，优异的力学性能，耐2200℃极热等特性，被认为是电子封装的理想材料。
现有的技术方法中，以氮化铝粉末为填充物制备导热填料，由于氮化铝粉末球形度差，填充率低，为了提高导热能力，需要不断的提高填充率，但是填充率的提高会使导热填料的粘度迅速升高，导致导热硅脂难以涂覆，并且氮化铝粉末制备工序复杂，技术困难，单纯用氮化铝粉作为填料，成本较高。
氮化铝基片，作为陶瓷的一种，其天然的弱点是脆性高，在后期的机械加工过程中，不可避免的会出现破损，导致生产成本的增加。氮化铝基板在加工和其他生产过程中均会产生大量的边角料，常见的做法是将破损的基片切割加工成更小尺寸的产品，而此加工会进一步产生边角剩余料，加工困难，成本极高，且利用率不高。
发明内容
本申请提供了一种导热填料，以解决现有技术中单纯使用导热硅脂导热能力有限以及以氮化铝粉末为填充物制备导热填料，由于氮化铝粉末球形度差，填充率低，为了提高导热能力，需要不断的提高填充率，但是填充率的提高会使导热填料的粘度迅速升高，导致导热硅脂难以涂覆，并且氮化铝粉末制备工序复杂，技术困难，且单纯用氮化铝粉作为填料，成本较高的问题，而且可以有效利用氮化铝生产企业生产加工过程中产生的氮化铝基板边角料。
本申请解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
一种导热填料，包括填料料体、二甲基硅油、硬脂酸锌和硅烷偶联剂KH-560；
所述填料料体包括以氮化铝基片边角料制备的氮化铝类球形颗粒。
可选的，所述填料料体还包括：氧化铝类球形颗粒和氮化硼类球形颗粒中的一种或两种。
可选的，所述填料料体还包括：氧化铝粉、氮化硼粉或碳热还原法制备的氮化铝粉中的一种或多种。
可选的，所述导热填料采用以下方法制备而成：
将二甲基硅油、氮化铝类球形颗粒、硬脂酸锌和硅烷偶联剂KH-560，混合均匀后搅拌至粉状物消失；
采用真空脱泡搅拌机对上述混合液进行脱泡，脱泡后采用三辊研磨机研磨分散，得到复合导热硅脂。
可选的，所述氮化铝类球形颗粒采用以下方法制备而成：
采用破碎设备对氮化铝基片边角料进行破碎，并筛分出粒径不大于1mm的氮化铝颗粒；
用粉磨设备对所述氮化铝颗粒进行研磨，根据研磨后的氮化铝颗粒粒径，筛选符合要求的氮化铝颗粒；
采用酸液对所述符合要求的氮化铝颗粒进行酸洗除杂，酸洗除杂后采用有机溶剂漂洗去除残留的酸液，进而烘干得到氮化铝烘干粉；
根据要求向所述氮化铝烘干粉中加入粘结剂、分散剂，混合均匀后得到氮化铝浆料；
采用所述浆料进行喷雾造粒后，得到氮化铝粉料，并在400℃-800℃下进行加热，完成脱胶；
将所述在400℃-800℃下加热后的氮化铝粉料放入高温烧结炉中，加热至1800℃，保温2-5h进行烧结，得到氮化铝类球形颗粒；
根据实际需求，选择适当孔径的筛网，筛分所述氮化铝类球形颗粒，得到目标粒度分布范围内的氮化铝类球形颗粒。
可选的，所述氧化铝类球形颗粒或氮化硼类球形颗粒采用以下方法制备而成：
选用市售小于3000目的氧化铝粉体或氮化硼粉体，向所述氧化铝粉体或氮化硼粉体中加入粘结剂、分散剂，混合均匀后得到氮化铝浆料或氮化硼浆料；
采用所述氮化铝浆料或氮化硼浆料进行喷雾造粒后，得到氧化铝粉料或氮化硼粉料，并在400℃-800℃下进行加热，完成脱胶；
将所述在400℃-800℃下加热后的氧化铝粉料或氮化硼粉料放入高温烧结炉中，加热至1800℃，保温2-5h进行烧结，得到氧化铝类球形颗粒或氮化硼类球形颗粒；
根据实际需求，选择适当孔径的筛网，筛分所述氧化铝类球形颗粒或氮化硼类球形颗粒，得到目标粒度分布范围内的氧化铝类球形颗粒或氮化硼类球形颗粒。
可选的，所述破碎设备包括颚式破碎机、圆锥破碎机、锤石破碎机或反击式破碎机。
可选的，所述粉磨设备包括雷蒙磨、筒磨机、振动磨、莱歇磨或高压辊式磨。
可选的，所述酸液包括氢氟酸、硝酸、稀盐酸、稀硫酸、稀磷酸中的一种或多种。
本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：
本申请技术方案提供的一种导热填料，包括填料料体、二甲基硅油、硬脂酸锌和硅烷偶联剂KH-560，其中，填料料体包括以氮化铝基片边角料制备的氮化铝类球形颗粒。通过在填料料体中加入以氮化铝基片边角料制备的氮化铝类球形颗粒，由于氮化铝基板有很强的导热能力，热导率远高于现在市面上常见的氧化铝填充料，将氮化铝加工剩余的边角料、破损不能利用的废料，通过一些列的加工，使之成为类球形颗粒，作物填充物添加到硅油中，不仅能显著提高硅脂的导热能力，而且可以有效利用氮化铝基板加工剩余的边角料和破损料，解决现有技术中单纯使用导热硅脂导热能力有限以及以氮化铝粉末为填充物制备导热填料，由于氮化铝粉末球形度差，填充率低，为了提高导热能力，需要不断的提高填充率，但是填充率的提高会使导热填料的粘度迅速升高，导致导热硅脂难以涂覆，并且氮化铝粉末制备工序复杂，技术困难，且单纯用氮化铝粉作为填料，成本较高的问题。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供的一种导热填料，包括填料料体、二甲基硅油、硬脂酸锌和硅烷偶联剂KH-560；
所述填料料体包括以氮化铝基片边角料制备的氮化铝类球形颗粒。
通过在填料料体中加入以氮化铝基片边角料制备的氮化铝类球形颗粒，由于氮化铝基板有很强的导热能力，热导率远高于现在市面上常见的氧化铝填充料，将氮化铝基板加工剩余的边角料、破损不能利用的废料，通过一些列的加工，使之成为类球形颗粒，作物填充物添加到硅油中，不仅能显著提高硅脂的导热能力，而且可以有效利用氮化铝基板加工剩余的边角料和破损料。
可选的，所述填料料体还包括：氧化铝类球形颗粒和氮化硼类球形颗粒中的一种或两种。
可选的，所述填料料体还包括：氧化铝粉、氮化硼粉或碳热还原法制备的氮化铝粉中的一种或多种。
为了充分说明本申请实施例提供的导热填料高的导热性能，本申请还提供了具体的实施例：
实施例1：选取氮化铝类球形颗粒、二甲基硅油(测得其热导率为0.4W/m.K)、硬脂酸锌、硅烷偶联剂KH-560按下表1中的重量比例复配，用平板稳态法导热仪测定的热导率为2.8W/m.K。
表1实施例1各组分重量比例
氮化铝球形颗粒/份 二甲基硅油/份 硬脂酸锌/份 KH-560/份
8.6 1 0.15 0.25
实施例2：选取氮化铝类球形颗粒、二甲基硅油、硬脂酸锌、硅烷偶联剂KH-560、碳热还原法制备的氮化铝粉按下表2中的重量比例复配，用平板稳态法导热仪测定的热导率为3.1W/m.K。
表2实施例2各组分重量比例
实施例3：
选取氮化铝类球形颗粒、二甲基硅油、硬脂酸锌、硅烷偶联剂KH-560、氧化铝类球形颗粒按下表中的重量比例复配，用平板稳态法导热仪测定的热导率为3.7W/m.K。
表3实施例3各组分重量比例
实施例4：
选取氮化铝类球形颗粒、二甲基硅油、硬脂酸锌、硅烷偶联剂KH-560、氮化硼类球形颗粒按下表中的重量比例复配，用平板稳态法导热仪测定的热导率为3.5W/m.K。
表4实施例4各组分重量比例
通过以上实施例中的数据可以看出，本申请技术方案提供的导热填料可以满足不同粘度和填充率的要求，其导热能力大于2.8W/m.K，比二甲基硅油热导率0.4W/m.K提升了7倍以上。
同时，本申请实施例还介绍了导热填料的制备步骤，如下：
将二甲基硅油、氮化铝类球形颗粒、硬脂酸锌和硅烷偶联剂KH-560，混合均匀后搅拌至粉状物消失；
采用真空脱泡搅拌机对上述混合液进行脱泡，脱泡后采用三辊研磨机研磨分散，得到复合导热硅脂。
可选的，所述氮化铝类球形颗粒采用以下方法制备而成：
采用破碎设备对氮化铝基片边角料进行破碎，并筛分出粒径不大于1mm的氮化铝颗粒；
用粉磨设备对所述氮化铝颗粒进行研磨，根据研磨后的氮化铝颗粒粒径，筛选符合要求的氮化铝颗粒，同时，根据实际需求，当需要超细颗粒的时候，可以采用行星球磨机、搅拌磨、气流粉碎机或高速机械冲击式粉碎机等超细粉碎机械，将筛选出来的颗粒粉碎处理至更细；
采用酸液对所述符合要求的氮化铝颗粒进行酸洗除杂，清洗去除破碎过程中混进氮化铝颗粒中的金属等杂质，酸洗除杂后采用有机溶剂漂洗去除残留的酸液，进而烘干得到氮化铝烘干粉；
根据要求向所述氮化铝烘干粉中加入粘结剂、分散剂，混合均匀后得到氮化铝浆料；
采用所述浆料进行喷雾造粒后，得到氮化铝粉料，并在马弗炉中400℃-800℃下进行加热，去除有机溶剂，完成脱胶；
将所述在400℃-800℃下加热后的氮化铝粉料放入高温烧结炉中，加热至1800℃，保温2-5h进行烧结，得到氮化铝类球形颗粒；
根据实际需求，选择适当孔径的筛网，筛分所述氮化铝类球形颗粒，得到目标粒度分布范围内的氮化铝类球形颗粒。
可选的，所述氧化铝类球形颗粒或氮化硼类球形颗粒采用以下方法制备而成：
选用市售小于3000目的氧化铝粉体或氮化硼粉体，向所述氧化铝粉体或氮化硼粉体中加入粘结剂、分散剂，混合均匀后得到氮化铝浆料或氮化硼浆料；
采用所述氮化铝浆料或氮化硼浆料进行喷雾造粒后，得到氧化铝粉料或氮化硼粉料，并在400℃-800℃下进行加热，完成脱胶；
将所述在400℃-800℃下加热后的氧化铝粉料或氮化硼粉料放入高温烧结炉中，加热至1800℃，保温2-5h进行烧结，得到氧化铝类球形颗粒或氮化硼类球形颗粒；
根据实际需求，选择适当孔径的筛网，筛分所述氧化铝类球形颗粒或氮化硼类球形颗粒，得到目标粒度分布范围内的氧化铝类球形颗粒或氮化硼类球形颗粒。
同时，也可以选择市售小于3000目的氧化铝粉体或氮化硼粉体，将其直接与二甲基硅油、氮化铝类球形颗粒、硬脂酸锌和硅烷偶联剂KH-560混合均匀制备导热填料。
可选的，所述破碎设备包括颚式破碎机、圆锥破碎机、锤石破碎机或反击式破碎机。
可选的，所述粉磨设备包括雷蒙磨、筒磨机、振动磨、莱歇磨或高压辊式磨。
可选的，所述酸液包括氢氟酸、硝酸、稀盐酸、稀硫酸、稀磷酸中的一种或多种。
本申请技术方案提供的一种导热填料，包括填料料体、二甲基硅油、硬脂酸锌和硅烷偶联剂KH-560，其中，填料料体包括以氮化铝基片边角料制备的氮化铝类球形颗粒。通过在填料料体中加入以氮化铝基片边角料制备的氮化铝类球形颗粒，由于氮化铝基板有很强的导热能力，热导率远高于现在市面上常见的氧化铝填充料，将氮化铝加工剩余的边角料、破损不能利用的废料，通过一些列的加工，使之成为类球形颗粒，作物填充物添加到硅油中，不仅能显著提高硅脂的导热能力，而且可以有效利用氮化铝基板加工剩余的边角料和破损料，解决现有技术中单纯使用导热硅脂导热能力有限以及以氮化铝粉末为填充物制备导热填料，由于氮化铝粉末球形度差，填充率低，为了提高导热能力，需要不断的提高填充率，但是填充率的提高会使导热填料的粘度迅速升高，导致导热硅脂难以涂覆，并且氮化铝粉末制备工序复杂，技术困难，且单纯用氮化铝粉作为填料，成本较高的问题。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种导热填料，其特征在于，包括填料料体、二甲基硅油、硬脂酸锌和硅烷偶联剂KH-560；
所述填料料体包括以氮化铝基片边角料制备的氮化铝类球形颗粒。
2.根据权利要求1所述的导热填料，其特征在于，所述填料料体还包括：氧化铝类球形颗粒和氮化硼类球形颗粒中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的导热填料，其特征在于，所述填料料体还包括：氧化铝粉、氮化硼粉或碳热还原法制备的氮化铝粉中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的导热填料，其特征在于，所述导热填料采用以下方法制备而成：
将二甲基硅油、氮化铝类球形颗粒、硬脂酸锌和硅烷偶联剂KH-560，混合均匀后搅拌至粉状物消失；
采用真空脱泡搅拌机对上述混合液进行脱泡，脱泡后采用三辊研磨机研磨分散，得到复合导热硅脂。
5.根据权利要求1所述的导热填料，其特征在于，所述氮化铝类球形颗粒采用以下方法制备而成：
采用破碎设备对氮化铝基片边角料进行破碎，并筛分出粒径不大于1mm的氮化铝颗粒；
用粉磨设备对所述氮化铝颗粒进行研磨，根据研磨后的氮化铝颗粒粒径，筛选符合要求的氮化铝颗粒；
采用酸液对所述符合要求的氮化铝颗粒进行酸洗除杂，酸洗除杂后采用有机溶剂漂洗去除残留的酸液，进而烘干得到氮化铝烘干粉；
根据要求向所述氮化铝烘干粉中加入粘结剂、分散剂，混合均匀后得到氮化铝浆料；
采用所述浆料进行喷雾造粒后，得到氮化铝粉料，并在400℃-800℃下进行加热，完成脱胶；
将所述在400℃-800℃下加热后的氮化铝粉料放入高温烧结炉中，加热至1800℃，保温2-5h进行烧结，得到氮化铝类球形颗粒；
根据实际需求，选择适当孔径的筛网，筛分所述氮化铝类球形颗粒，得到目标粒度分布范围内的氮化铝类球形颗粒。
6.根据权利要求2所述的导热填料，其特征在于，所述氧化铝类球形颗粒或氮化硼类球形颗粒采用以下方法制备而成：
选用市售小于3000目的氧化铝粉体或氮化硼粉体，向所述氧化铝粉体或氮化硼粉体中加入粘结剂、分散剂，混合均匀后得到氮化铝浆料或氮化硼浆料；
采用所述氮化铝浆料或氮化硼浆料进行喷雾造粒后，得到氧化铝粉料或氮化硼粉料，并在400℃-800℃下进行加热，完成脱胶；
将所述在400℃-800℃下加热后的氧化铝粉料或氮化硼粉料放入高温烧结炉中，加热至1800℃，保温2-5h进行烧结，得到氧化铝类球形颗粒或氮化硼类球形颗粒；
根据实际需求，选择适当孔径的筛网，筛分所述氧化铝类球形颗粒或氮化硼类球形颗粒，得到目标粒度分布范围内的氧化铝类球形颗粒或氮化硼类球形颗粒。
7.根据权利要求5所述的导热填料，其特征在于，所述破碎设备包括颚式破碎机、圆锥破碎机、锤石破碎机或反击式破碎机。
8.根据权利要求5所述的导热填料，其特征在于，所述粉磨设备包括雷蒙磨、筒磨机、振动磨、莱歇磨或高压辊式磨。
9.根据权利要求5所述的导热填料，其特征在于，所述酸液包括氢氟酸、硝酸、稀盐酸、稀硫酸、稀磷酸中的一种或多种。
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