CN110951199B - 一种半导体用绝缘导热材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于绝缘导热材料领域，公开了一种半导体用绝缘导热材料及其制备方法。按重量份数计，所述半导体用绝缘导热材料包含50‑70份热塑性树脂、7‑13份分散剂、5‑10份固化剂、10‑20份胶黏剂、6‑13份膨胀石墨和8‑15份海泡石粉。本发明中的膨胀石墨具有丰富的孔隙结构、高导热性能，具有很好的热稳定性，与海泡石粉、热塑性树脂组合使用，获得的复合材料不仅可以解决电子器件模块热量积累问题，提高其散热效率，还具备较好的电气绝缘性。

Description

一种半导体用绝缘导热材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及绝缘导热材料领域，具体是涉及一种半导体用绝缘导热材料及其制备方法。
背景技术
LED是建立在半导体晶体管上的半导体发光二极管，随着半导体技术及制造工艺的不断完善，LED的光通量和出光效率不断提高，功率型LED已广泛应用在日常生活以及工业生产中。然而，随着LED向高光强、高功率方向发展，其散热问题日渐突出。
除了LED外，电子器件特别是大功率化、微型化电子元器件的运行过程中都会有大量的热量产生，若散热不及时，积聚过多的热量将影响元器件的正常工作，严重时会使电子元器件失效甚至导致事故的发生。为了解决电子器件模块热量积累问题，提高其散热效率，通常需要在传热间隙填充导热介质，将热量传导至外壳或者散热器等，由于这类导热介质与发热部件和带电部位紧密接触，因此还需要具备较好的电气绝缘性。
石墨烯是近年来新发现的一种由单层碳原子层组成的六方蜂巢状二维纳米材料，其具有低的密度、弱的化学活性、快的导热速度、高的比表面积和大的红外辐射率，使之成为化学、材料科学及物理学领域的研究热点。特别是石墨烯独特的二维结构显示出超高的导热系数，申请号为201310093737.8的发明专利公开的一种高导热绝缘聚合物复合材料中导热填料就包含石墨烯，但是由于石墨烯是导电体，对于复合材料绝缘性能有着致命的损害，当半导体器件工作时产生热量温度升高时，受到高温影响，复合材料的导热通路则可能演变为导电通路，复合材料的绝缘性就更难以保证，使其难以应用在对绝缘性能要求高的绝缘散热场合中。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种半导体用绝缘导热材料及其制备方法，所述半导体用绝缘导热材料不仅具备超高的导热系数，还具有良好的绝缘性能。
为达到本发明的目的，本发明的半导体用绝缘导热材料包含热塑性树脂、分散剂、固化剂、胶黏剂、膨胀石墨和海泡石粉。
进一步地，按重量份数计，所述半导体用绝缘导热材料包含50-70份热塑性树脂、7-13份分散剂、5-10份固化剂、10-20份胶黏剂、6-13份膨胀石墨和8-15份海泡石粉。
进一步地，所述热塑性树脂为聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚苯醚中的一种或多种。
进一步地，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯、聚氧乙烯醚丙烯酸酯中的一种或多种混合。
进一步地，所述胶黏剂为聚苯乙烯类胶黏剂和醋酸乙酯类胶黏剂。
优选地，所述胶黏剂中聚苯乙烯类胶黏剂和醋酸乙酯类胶黏剂的质量比为1：2～3。
优选地，所述半导体用绝缘导热材料中还包含导热绝缘填料。
优选地，所述导热绝缘填料选自氮化硼、氮化铝、氧化铝中的一种或几种。
另一方面，本发明还提供了一种前述半导体用绝缘导热材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：将膨胀石墨和海泡石粉加入到胶黏剂中，搅拌混合均匀后进行超声处理得混合物；
步骤2：向步骤1所得混合物中加入热塑性树脂和分散剂、固化剂，在100～160℃固化得到半导体用绝缘导热材料。
本发明中的膨胀石墨具有丰富的孔隙结构、高导热性能，具有很好的热稳定性，与海泡石粉、热塑性树脂组合使用，获得的复合材料不仅可以解决电子器件模块热量积累问题，提高其散热效率，还具备较好的电气绝缘性。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解，以下描述仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个。
实施例1
按重量份数计，称取60份热塑性树脂、10份分散剂、15份胶黏剂、9份膨胀石墨和12份海泡石粉，按以下方法制备半导体用绝缘导热材料：
(1)将膨胀石墨和海泡石粉加入到胶黏剂中，搅拌混合均匀后进行超声处理得混合物；
(2)往步骤(1)所得混合物中加入热塑性树脂和分散剂、固化剂，在100～160℃固化得到半导体用绝缘导热材料。
其中，热塑性树脂为聚甲基丙烯酸甲酯，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，胶黏剂为聚苯乙烯类胶黏剂和醋酸乙酯类胶黏剂，聚苯乙烯类胶黏剂和醋酸乙酯类胶黏剂的质量比为2：5。
实施例2
按重量份数计，称取50份热塑性树脂、7份分散剂、10份胶黏剂、6份膨胀石墨和8份海泡石粉，按以下方法制备半导体用绝缘导热材料：
(1)将膨胀石墨和海泡石粉加入到胶黏剂中，搅拌混合均匀后进行超声处理得混合物；
(2)往步骤(1)所得混合物中加入热塑性树脂和分散剂、固化剂，在100～160℃固化得到半导体用绝缘导热材料。
其中，热塑性树脂为聚酰胺，分散剂为聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯，胶黏剂为聚苯乙烯类胶黏剂和醋酸乙酯类胶黏剂，聚苯乙烯类胶黏剂和醋酸乙酯类胶黏剂的质量比为1：3。
实施例3
按重量份数计，称取70份热塑性树脂、13份分散剂、20份胶黏剂、13份膨胀石墨和15份海泡石粉，按以下方法制备半导体用绝缘导热材料：
(1)将膨胀石墨和海泡石粉加入到胶黏剂中，搅拌混合均匀后进行超声处理得混合物；
(2)往步骤(1)所得混合物中加入热塑性树脂和分散剂，加入固化剂，在100～160℃固化得到半导体用绝缘导热材料。
其中，热塑性树脂为聚苯醚，所述分散剂为聚氧乙烯醚丙烯酸酯，胶黏剂为聚苯乙烯类胶黏剂和醋酸乙酯类胶黏剂，聚苯乙烯类胶黏剂和醋酸乙酯类胶黏剂的质量比为1：2。
实施例4
按重量份数计，称取60份热塑性树脂、10份分散剂、15份胶黏剂、9份膨胀石墨，按以下方法制备半导体用绝缘导热材料：
(1)将膨胀石墨加入到胶黏剂中，搅拌混合均匀后进行超声处理得混合物；
(2)往步骤(1)所得混合物中加入热塑性树脂和分散剂、固化剂，在100～160℃固化得到半导体用绝缘导热材料。
其中，热塑性树脂为聚甲基丙烯酸甲酯，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，胶黏剂为聚苯乙烯类胶黏剂和醋酸乙酯类胶黏剂，聚苯乙烯类胶黏剂和醋酸乙酯类胶黏剂的质量比为2：5。
实施例5
按重量份数计，称取60份热塑性树脂、10份分散剂、15份胶黏剂和12份海泡石粉，按以下方法制备半导体用绝缘导热材料：
(1)将海泡石粉加入到胶黏剂中，搅拌混合均匀后进行超声处理得混合物；
(2)往步骤(1)所得混合物中加入热塑性树脂和分散剂、固化剂，在100～160℃固化得到半导体用绝缘导热材料。
其中，热塑性树脂为聚甲基丙烯酸甲酯，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，胶黏剂为聚苯乙烯类胶黏剂和醋酸乙酯类胶黏剂，聚苯乙烯类胶黏剂和醋酸乙酯类胶黏剂的质量比为2：5。
实施例6
按重量份数计，称取60份热塑性树脂、10份分散剂、15份胶黏剂、18份膨胀石墨和5份海泡石粉，按以下方法制备半导体用绝缘导热材料：
(1)将膨胀石墨和海泡石粉加入到胶黏剂中，搅拌混合均匀后进行超声处理得混合物；
(2)往步骤(1)所得混合物中加入热塑性树脂和分散剂、固化剂，在100～160℃固化得到半导体用绝缘导热材料。
其中，热塑性树脂为聚甲基丙烯酸甲酯，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，胶黏剂为聚苯乙烯类胶黏剂和醋酸乙酯类胶黏剂，聚苯乙烯类胶黏剂和醋酸乙酯类胶黏剂的质量比为2：5。
效果实施例
按照ASTMD149中规定的方法对所得材料的击穿电压进行测定，按照ASTMD5470中规定的方法对所得材料的导热系数进行测定，所得结果如表1所示。
表1各实施例所得材料的击穿电压和导热系数
Figure BDA0002351050840000061
由表1可知，在本发明所述半导体用绝缘导热材料中同时添加膨胀石墨和海泡石粉可以使得材料兼顾绝缘性与导热性，其中，海泡石粉的添加可以显著改善材料的绝缘性，对导热性能的提高也有一定帮助；膨胀石墨的添加更多的是提高材料的导热系数，对绝缘性的改善也有一定帮助。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种半导体用绝缘导热材料，其特征在于，所述半导体用绝缘导热材料包含热塑性树脂、分散剂、固化剂、胶黏剂、膨胀石墨和海泡石粉，按重量份数计，所述半导体用绝缘导热材料包含50-70份热塑性树脂、7-13份分散剂、5-10份固化剂、10-20份胶黏剂、6-13份膨胀石墨和8-15份海泡石粉。
2.根据权利要求1所述的半导体用绝缘导热材料，其特征在于，所述热塑性树脂为聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚苯醚中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的半导体用绝缘导热材料，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯、聚氧乙烯醚丙烯酸酯中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的半导体用绝缘导热材料，其特征在于，所述胶黏剂为聚苯乙烯类胶黏剂和醋酸乙酯类胶黏剂。
5.根据权利要求4所述的半导体用绝缘导热材料，其特征在于，所述胶黏剂中聚苯乙烯类胶黏剂和醋酸乙酯类胶黏剂的质量比为1：2～3。
6.根据权利要求1所述的半导体用绝缘导热材料，其特征在于，还包括导热绝缘填料。
7.根据权利要求6所述的半导体用绝缘导热材料，其特征在于，所述导热绝缘填料选自氮化硼、氮化铝、氧化铝中的一种或几种。
8.权利要求1-7任一项所述半导体用绝缘导热材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：将膨胀石墨和海泡石粉加入到胶黏剂中，搅拌混合均匀后进行超声处理得混合物；
步骤2：向步骤1所得混合物中加入热塑性树脂和分散剂、固化剂，在100～160℃固化得到半导体用绝缘导热材料。
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