CN111909520A - 低密度定向高导热垫片及其制备方法 - Google Patents

低密度定向高导热垫片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种低密度定向高导热垫片及其制备方法。其中所述低密度定向高导热垫片包括：高分子基体、碳纤维和导热填料粉末；其中碳纤维与导热填料粉末的重量比为50:400～70:80；以及高分子基体与碳纤维和导热填料粉末之和的重量比为100：180～600；本低密度定向高导热垫片及其制备方法通过磁场定向技术，使碳纤维定向排列，同时辅助偶联剂以分散粘结低密度导热填料粉末，并使用超声波裁切刀切割，制备出导热性能和密度都满足散热场景需求的低密度定向高导热垫片，且本低密度定向高导热垫片厚度最薄可以控制在0.3mm左右，在满足导热系数的情况下，完全满足电子行业超薄轻量的要求。

Description

低密度定向高导热垫片及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种低密度定向高导热垫片及其制备方法。
背景技术
在5G或汽车部件等电子设备中，会采用将半导体元件或机械部件等发热体生成的热进行散热的散热器等散热体，并以提高向该散热体的导热效率为目的在发热体和散热体之间配置导热片的情形。
例如，手机的散热方案中，经常采用热管与导热片结合的方式，导热片作用于芯片部位，热管连接导热片将热量传导到其他区域进行散热。但金属热管有许多缺点，比如，(1)金属热管无法任意设计成所需形态，难以在电子设备狭小且不规则的空间内有效导热；(2)在热管的传热路径中不可避免的存在其他精密部件，而金属导热方向不可控，并且热膨胀系数大，势必影响其他部件的稳定性；(3)铜等金属虽然导热性能较好，但由于密度大，不符合电子产品轻薄化的发展趋势。
而5G通讯作为第五代移动通信网络，其峰值理论可达每秒数十Gb，这比4G网络的理论速度快数百倍以上。由于5G通讯采用功率更大、密度更高的芯片，导致产品对散热需求就更高，传统的导热材料根本就无法满足其散热需求。且现在的5G通讯设备，尤其是手机，都在向着小型化超薄化或者轻型化的方向发展，因而要求一个合适且高效的热管理方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种低密度定向高导热垫片及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低密度定向高导热垫片，包括：高分子基体、碳纤维和导热填料粉末；其中碳纤维与导热填料粉末的重量比为50:400～70:80；以及高分子基体与碳纤维和导热填料粉末之和的重量比为100：180～600。
进一步，所述碳纤维的长度为50-150μm。
进一步，所述导热填料粉末为球形氧化铝、氢氧化铝、氮化硼或石墨中的任一种或多种组合；其中球形氧化铝粒径为10～20μm；氢氧化铝粒径为5～25μm；氮化硼粒径为10～50μm；以及石墨粒径为1～25μm。
进一步，所述低密度定向高导热垫片还包括：偶联剂；偶联剂的重量为高分子基体重量的0.01%～0.05%。
进一步，所述低密度定向高导热垫片还包括：催化剂；催化剂的重量为高分子基体重量的0.003%～0.02%。
进一步，所述高分子基体为有机硅橡胶。
又一方面，本发明还提供了一种低密度定向高导热垫片的制备方法，包括：对碳纤维氧化镀磁；将氧化镀磁后的碳纤维与高分子基体、导热填料粉末、偶联剂和催化剂分散混合，形成混合物； 将混合物置于磁场中定向，并在145～155℃温度下固化，形成半成品；以及采用超声波裁切刀对半成品进行切割，得到低密度定向高导热垫片。
本发明的有益效果是，本发明的低密度定向高导热垫片及其制备方法通过磁场定向技术，使碳纤维定向排列，同时辅助偶联剂以分散粘结低密度导热填料粉末，并使用超声波裁切刀切割，制备出导热性能和密度都满足散热场景需求的低密度定向高导热垫片。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明的低密度定向高导热垫片制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例1提供了一种低密度定向高导热垫片，包括：高分子基体、碳纤维和导热填料粉末；其中碳纤维与导热填料粉末的重量比为50:400～70:80；以及高分子基体与碳纤维和导热填料粉末之和的重量比为100：180～600。
在本实施例中，所述碳纤维的长度为50-150μm。
在本实施例中，所述导热填料粉末为球形氧化铝、氢氧化铝、氮化硼或石墨中的任一种或多种组合；其中球形氧化铝粒径为10～20μm；氢氧化铝粒径为5～25μm；氮化硼粒径为10～50μm；以及石墨粒径为1～25μm。
在本实施例中，所述低密度定向高导热垫片还包括：偶联剂；偶联剂的重量为高分子基体重量的0.01%～0.05%。
具体的，所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述偶联剂可以增加粘性，防止各组分不互溶甚至分离。
在本实施例中，所述低密度定向高导热垫片还包括：催化剂；催化剂的重量为高分子基体重量的0.003%～0.02%。
具体的，所述催化剂为铂金催化剂，所述催化剂可以调节反应进程，以达到最佳反应时间。
在本实施例中，所述高分子基体为有机硅橡胶。
实施例2
如图1所示，在实施例1的基础上，本实施例2提供了一种低密度定向高导热垫片的制备方法，包括：对碳纤维氧化镀磁；将氧化镀磁后的碳纤维与高分子基体、导热填料粉末、偶联剂和催化剂分散混合，形成混合物； 将混合物置于磁场中定向，并在145～155℃温度下固化，形成半成品；以及采用超声波裁切刀对半成品进行切割，得到低密度定向高导热垫片。
实施例3
本实施例3的低密度定向高导热垫片的制备方法包括：对80重量份且粒径为150μm的碳纤维氧化镀磁；将氧化镀磁后的碳纤维与100重量份高分子基体、350重量份且粒径为20μm的氧化铝、50重量份且粒径为10μm的氮化硼、0.2重量份的偶联剂和0.9重量份的催化剂分散混合，形成混合物； 将混合物置于磁场中定向，并在150℃温度下固化，形成半成品；以及采用超声波裁切刀对半成品进行切割，得到低密度定向高导热垫片。
本实施例3得到的低密度定向高导热垫片的导热系数为8.33，密度为2.22。
实施例4
本实施例4的低密度定向高导热垫片的制备方法包括：对150重量份且粒径为150μm的碳纤维氧化镀磁；将氧化镀磁后的碳纤维与100重量份高分子基体、350重量份且粒径为20μm的氧化铝、80重量份且粒径为10μm的氮化硼、0.2重量份的偶联剂和0.9重量份的催化剂分散混合，形成混合物； 将混合物置于磁场中定向，并在150℃温度下固化，形成半成品；以及采用超声波裁切刀对半成品进行切割，得到低密度定向高导热垫片。
本实施例4得到的低密度定向高导热垫片的导热系数为15.62W/mk，密度为2.25g/cm3。
综上所述，本低密度定向高导热垫片及其制备方法通过磁场定向技术，使碳纤维定向排列，辅助以低密度导热填料粉末，并使用超声波裁切刀切割，制备出导热性能和密度都满足散热场景需求的低密度定向高导热垫片，且本低密度定向高导热垫片厚度最薄可以控制在0.3mm左右，在满足导热系数的情况下，完全满足电子行业超薄轻量的要求。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种低密度定向高导热垫片，其特征在于，包括：
高分子基体、碳纤维和导热填料粉末；其中
碳纤维与导热填料粉末的重量比为50:400～70:80；以及
高分子基体与碳纤维和导热填料粉末之和的重量比为100：180～600。
2.根据权利要求1所述的低密度定向高导热垫片，其特征在于，
所述碳纤维的长度为50-150μm。
3.根据权利要求1所述的低密度定向高导热垫片，其特征在于，
所述导热填料粉末为球形氧化铝、氢氧化铝、氮化硼或石墨中的任一种或多种组合；其中
球形氧化铝粒径为10～20μm；
氢氧化铝粒径为5～25μm；
氮化硼粒径为10～50μm；以及
石墨粒径为1～25μm。
4.根据权利要求1所述的低密度定向高导热垫片，其特征在于，
所述低密度定向高导热垫片还包括：偶联剂；
偶联剂的重量为高分子基体重量的0.01%～0.05%。
5.根据权利要求1所述的低密度定向高导热垫片，其特征在于，
所述低密度定向高导热垫片还包括：催化剂；
催化剂的重量为高分子基体重量的0.003%～0.02%。
6.根据权利要求1所述的低密度定向高导热垫片，其特征在于，
所述高分子基体为有机硅橡胶。
7.一种低密度定向高导热垫片的制备方法，其特征在于，包括：
对碳纤维氧化镀磁；
将氧化镀磁后的碳纤维与高分子基体、导热填料粉末、偶联剂和催化剂分散混合，形成混合物；
将混合物置于磁场中定向，并在145～155℃温度下固化，形成半成品；以及
采用超声波裁切刀对半成品进行切割，得到低密度定向高导热垫片。
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