一种铝基填充热界面复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种铝基填充热界面复合材料及其制备方法与应用，以该热界面复合材料的总重量为100％计，其包含10‑70％的环氧树脂基体及30‑90％的导热填料。本发明专利技术还提供了上述铝基填充热界面复合材料的制备方法及其在电子元器件散热中的应用。本发明专利技术所涉及到的工艺流程以及操作都十分简单便捷，生产效率高，设备投入成本低。且本发明专利技术所制备得到的铝基填充热界面复合材料呈现出较高的热导率和耐压性能，用于热界面之间能有效填充空气孔隙，极大提高界面散热性能，是一种极佳的热界面材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铝基填充热界面复合材料及其制备方法与应用，属于热界面材料

技术介绍
在电子器件与散热器两个表面中间存在着很多的凹凸孔隙。正是由于这些孔隙的存在，使得电子器件与散热器之间的固体界面的实际机械接触面积非常小，固体表面的大部分区域是被空气隔开的。而空气的热导率很小(约为0.024W/(m·K))，因此集成电路工作时所产生的大量热量不能通过两个固体界面及时有效地散发出去，进而引起温度的大幅上升。近年来，随着电子器件向微型化方向发展，以及电子芯片的集成度越来越高，电子器件的工作效率和可靠性越来越依赖于散热问题的解决。电子器件在运行时会产生大量的热量，仅仅靠自身散热是很难将热量排除到外界环境中去的。因此，需要借助具有高热导率的热界面材料才能快速有效地将大部分热量传送到外界环境中去。另外，在不同的应用场合中，对热界面材料可能还会有各种不同方面的性能要求，比如导电性能、绝缘性能、阻燃性能等。目前市面上多用氧化铝作为填料直接填充进聚合物中作为热界面材料应用，虽然该材料的耐压性能良好，但是此类材料热导率低。因此，研发出一种性能优异的热界面材料已经成为本领域亟需解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决上述的缺点和不足，一方面，本专利技术的目的在于提供一种铝基填充热界面复合材料。另一方面，本专利技术的目的还在于提供上述铝基填充热界面复合材料的制备方法。再一方面，本专利技术还提供了上述铝基填充热界面复合材料在电子元器件散热中的应用。为达到上述目的，一方面，本专利技术提供了一种铝基填充热界面材料，以该热界面复合材料的总重量为100％计，其包含10-70％的环氧树脂基体及30-90％的导热填料。根据本专利技术所述的复合材料，优选地，该铝基填充热界面材料包含20-50％的环氧树脂基体及50-80％的导热填料。例如，在本专利技术具体实施方式中，导热填料占整个热界面复合材料质量的50％、60％、70％及80％。根据本专利技术所述的复合材料，优选地，以所述环氧树脂基体的总重量为100％计，其由以下组分制备得到：环氧树脂40-60％；固化剂35-55％；促进剂0.2-5.0％。根据本专利技术所述的复合材料，优选地，以所述环氧树脂基体的总重量为100％计，其由以下组分制备得到：环氧树脂50-60％；固化剂38-48％；促进剂0.3-3.0％。根据本专利技术所述的复合材料，优选地，所述环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、溴化双酚A型环氧树脂或酚醛型环氧树脂中的一种。在本专利技术具体的实施方式中，所用环氧树脂包括环氧树脂828、溴化环氧树脂450A80或酚醛型环氧树脂F50中的任一种；其中，环氧树脂828的环氧当量为184-190，其为双酚A型环氧树脂，粘度低，具有良好的电气性能；溴化环氧树脂450A80在双酚A型环氧树脂的分子结构中引入了溴元素，使其固化组成物具有优良的阻燃性、耐热性、电气性能、耐化学品性及粘结性；酚醛型环氧树脂F50的环氧基含量高，黏度较大，固化后产物交联密度高，具有优良的工艺性能、机械性能和物理性能。根据本专利技术所述的复合材料，优选地，所述固化剂包括甲基六氢苯酐(MHHPA)、甲基四氢苯酐(MTHPA)、桐油酸酐(TOA)、邻苯二甲酸酐(PA)、甲基纳迪克酸酐(MNA)及偏苯三甲酸酐(TMA)中的一种或几种的组合。其中，甲基六氢苯酐具有熔点低、与脂环族环氧树脂组成的配合物粘度低、适用期长、固化物的耐热性能好等优点；甲基四氢苯酐具有在室温下能长期存放、凝固点低、挥发性小、毒性低等优异性能，可以广泛用于集成电路的浸渍、浇注与缠绕等；酸酐类固化剂对环氧树脂的配合量大，与环氧树脂混熔后粘度低，可以加入较多的填料以改性，有利于降低成本，且机械性能、电性能优良。根据本专利技术所述的复合材料，当固化剂为甲基六氢苯酐(MHHPA)、甲基四氢苯酐(MTHPA)、桐油酸酐(TOA)、邻苯二甲酸酐(PA)、甲基纳迪克酸酐(MNA)及偏苯三甲酸酐(TMA)中两种或几种的组合时，本专利技术对组合中每种固化剂的具体用量不作具体要求，本领域技术人员可以根据作业需要合理调整每种固化剂的用量，只要保证固化剂的总量在本专利技术限定的范围内即可。根据本专利技术所述的复合材料，优选地，所述促进剂包括2-乙基-4-甲基咪唑、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚(DMP-30)及2-苄基-4-甲基咪唑中的一种或几种的组合。其中，2-乙基-4-甲基咪唑与环氧树脂有极其良好的相溶性，能充当环氧树脂的催化型固化剂，与其它固化剂相比，最终产物具有更加优异的机械性能、介电性能和热稳定性；2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚可在常温下快速固化或低温固化环氧树脂，促使环氧树脂在相当短的时间内完全固化；而2-苄基-4-甲基咪唑作为环氧树脂的中温固化促进剂，适用于电气、电子零件的浇铸和浸渍等。根据本专利技术所述的复合材料，当促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚(DMP-30)及2-苄基-4-甲基咪唑中两种或三种的组合时，本专利技术对组合中每种促进剂的具体用量不作具体要求，本领域技术人员可以根据作业需要合理调整每种促进剂的用量，只要保证促进剂的总量在本专利技术限定的范围内即可。根据本专利技术所述的复合材料，优选地，所述导热填料为氧化铝包覆铝粉颗粒填料；其中，以该氧化铝包覆铝粉的颗粒填料的总重量为100％计，其包括5-40％的氧化铝和60-95％的铝粉。根据本专利技术所述的复合材料，优选地，所述氧化铝包覆铝粉颗粒填料的氧化铝包覆层厚度为2-40nm。根据本专利技术所述的复合材料，优选地，所述氧化铝包覆铝粉颗粒填料的热导率为150-200W/m·k，耐压值为3500-5000v/mm。根据本专利技术所述的复合材料，优选地，所述氧化铝包覆铝粉颗粒填料是由铝粉经自钝化处理后得到的。根据本专利技术所述的复合材料，优选地，所述铝粉的粒径为1～10μm。根据本专利技术所述的复合材料，优选地，所述铝粉自钝化处理的温度为200-600℃，时间为6-15h。根据本专利技术所述的复合材料，所述经自钝化处理后的铝粉填料(氧化铝包覆铝粉颗粒填料)综合了铝的高热导率和氧化铝的高绝缘性能；将其作为填料制备而成的热界面复合材料具备了良好的导热绝缘性能。根据本专利技术所述的复合材料，优选地，常温下，该复合材料的粘度为5-500Pa·s，热导率为0.5-5W/m·k，耐压值为1000-5000V/mm。另一方面，本专利技术还提供了上述铝基填充热界面复合材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)、将环氧树脂与固化剂、促进剂按照一定的配比充分混合均匀，得到环氧树脂基体；(2)、再将氧化铝包覆铝粉颗粒填料填充至环氧树脂基体中充分混合均匀，制备得到所述铝基填充热界面复合材料。根据本专利技术所述的铝基填充热界面复合材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)、分别取环氧树脂、固化剂、促进剂一定量，在常温下按照一定的比例在混料机中混合3-10min并抽真空使之混合均匀，得到环氧树脂基体；(2)、再将氧化铝包覆铝粉颗粒填料填充至步骤(1)所制得的环氧树脂基体当中，常温下在混料机中充分混合10-20min，混合均匀之后即得到所述铝基填充热界面复合材料，最后抽真空除去铝基填充热界面复合材料中的空气孔隙。根据本专利技术所述的制备方法，本专利技术对步骤(1)中环氧树脂、固化剂、促进剂这三种物质的加入顺序不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝基填充热界面复合材料，以该热界面复合材料的总重量为100％计，其包含10‑70％的环氧树脂基体及30‑90％的导热填；优选地，其包含20‑50％的环氧树脂基体及50‑80％的导热填料。

【技术特征摘要】
1.一种铝基填充热界面复合材料，以该热界面复合材料的总重量为100％计，其包含10-70％的环氧树脂基体及30-90％的导热填；优选地，其包含20-50％的环氧树脂基体及50-80％的导热填料。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，以所述环氧树脂基体的总重量为100％计，其由以下组分制备得到：环氧树脂40-60％；固化剂35-55％；促进剂0.2-5.0％；优选地，其由以下组分制备得到：环氧树脂50-60％；固化剂38-48％；促进剂0.3-3.0％。3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、溴化双酚A型环氧树脂或酚醛型环氧树脂中的一种。4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述固化剂包括甲基六氢苯酐、甲基四氢苯酐、桐油酸酐、邻苯二甲酸酐、甲基纳迪克酸酐及偏苯三甲酸酐中的一种或几种的组合。5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述促进剂包括2-乙基-4-甲基咪唑、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚及2-苄基-4-甲基咪唑中的一种或几种的组合。6.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述导热填料为氧化铝包覆铝粉颗粒填料；其...

【专利技术属性】
技术研发人员：符显珠，毛大厦，孙蓉，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44