一种热沉材料制造技术

本发明专利技术公开了一种热沉材料，由以下原料制成：基体、包裹层；所述基体，由以下原料制成：石墨、氧化铅、氮化铝、碳化硅、纳米碳管、二氧化硅、高岭土、氧化钴、碳酸钙、二氧化锆溶胶、轻质钙、纤维素、衣康酸二甲酯、粘结剂、偶联剂、相容剂、抗氧化剂、安定剂、架桥剂、调节剂、强化剂、聚凝剂、增韧剂、稳定剂、终止剂；所述包裹层，由以下原料制成：碳化硅纤维、石墨烯、二氧化硅、碳化硅、偏硅酸钠、羟甲基纤维素钠、引发剂、交联剂、柔软剂、增粘剂、催化剂、阻燃剂。本发明专利技术制得的热沉材料具有良好的机械性能，优良的绝缘性、导热性和较低的膨胀系数，可以广泛应用于半导体技术中的LED导热‑散热的热沉材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子元器件
和热沉材料制备
，具体涉及一种热沉材料。
技术介绍
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。然而对于大功率LED而言，芯片功率密度大，大的发热量无疑对其散热材料提出了更高的要求。传统LED芯片的散热，在LED芯片的下方设置有基板（即热沉材料），基板的下方再与散热装置相连接，LED芯片的热量通过基板传导到散热装置，再由散热装置散发出去。在系统散热方面，尤其是功率型LED，选择合适的基板，对其散热性和可靠性具有重要影响。大功率LED的基板材料必须有高的电绝缘性能，高稳定性，高热导率，与芯片相近的热膨胀系数以及平整性和较高的强度。目前传统基板材料基本上采用少数能满足高热导率的金属或合金材料。但是，为了保障电绝缘性，并使芯片与基板充分接触，需要在芯片与基板之间涂覆高分子聚合物介质膜，但是，该高分子聚合物介质膜的热导率通常很低，在芯片与基板之间形成了热阻界面，而且温度升高会导致性能变差。另外，该高分子聚合物介质膜与基板之间为机械结合，结合不够紧密，也影响了热传导的性能。石墨是一种很好的散热材料，其导热系数高，可达100-1000w/(m·K)。由于石墨具有六方晶系和层状分布的晶体结构，决定了石墨具有特殊的导热特性。这种导热特性是指石墨层面方向导热系数为垂直于层面方向的几十倍。虽然石墨材料具有优异的导热性，但其是电的良导体，而且机械强度不足，一些强度较高的要求难于实现。另一方面，碳化硅材料具有性能优异、成本低廉、电阻大的优点，其热膨胀系数为3.7×l0-6/℃，热导率为80-270w/(m·K)。因此，如能利用石墨和碳化硅两者的优良性能，生产具有优良的绝缘性、导热性和较低的膨胀系数的热沉材料，成为了研究的趋势。
技术实现思路
本专利技术提供一种热沉材料，以解决现有热沉材料的机械性能、绝缘性差，导热率低，膨胀系数大，包裹层与基体结合紧密度不够，影响热传导性能等问题。本专利技术制得的热沉材料具有良好的机械性能，优良的绝缘性、导热性和较低的膨胀系数，可以广泛应用于半导体技术中的LED导热-散热的热沉材料。为解决以上技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种热沉材料，以重量为单位，由以下原料制成：基体152-295份、包裹层9-14份；所述基体，以重量为单位，由以下原料制成：石墨52-78份、氧化铅6-10份、氮化铝8-12份、碳化硅10-14份、纳米碳管4-8份、二氧化硅5-10份、高岭土2-4份、氧化钴1-2份、碳酸钙2-3份、二氧化锆溶胶4-6份、轻质钙3-5份、纤维素9-13份、衣康酸二甲酯3-5份、粘结剂5-12份、偶联剂1-2份、相容剂1-2份、抗氧化剂0.8-1.4份、安定剂0.8-1.4份、架桥剂0.6-1.2份、调节剂0.5-0.9份、强化剂0.4-0.6份、聚凝剂0.4-0.6份、增韧剂0.2-0.4份、稳定剂0.2-0.4份、终止剂0.1-0.3份；所述偶联剂为环氧硅烷类偶联剂；所述相容剂为马来酸酐接枝相容剂；所述抗氧化剂为抗氧剂1010；所述安定剂组成成分为磷石膏、氧化铁；所述架桥剂为丙烯酸型架桥剂；所述调节剂为丙烯酸酯类加工助剂；所述强化剂为701粉强化剂；所述聚凝剂为聚合氯化铝；所述增韧剂为炭化硅晶须；所述稳定剂为肪酸类稳定剂；所述终止剂为苯乙烯；所述包裹层，以重量为单位，由以下原料制成：碳化硅纤维40-60份、石墨烯6-8份、二氧化硅10-20份、碳化硅8-15份、偏硅酸钠6-14份、羟甲基纤维素钠4-6份、引发剂1-2份、交联剂2-4份、柔软剂0.4-0.6份、增粘剂0.2-0.4份、催化剂0.1-0.2份、阻燃剂0.2-0.3份；所述热沉材料的制备方法，包括以下步骤：S1：基体的制备，包括以下步骤：S11：将碳酸钙、二氧化锆溶胶溶解在6-8倍于其总质量份数的水中，随后投入纤维素，浸泡6-7h后在68-72℃下干燥至含水量≤8%，制得混合物Ⅰ，将混合物Ⅰ与衣康酸二甲酯混合研磨3-6h后，制得混合物Ⅱ；S12：将石墨、氧化铅、氮化铝、碳化硅、纳米碳管、二氧化硅、高岭土，氧化钴、轻质钙、粘结剂，偶联剂、相容剂、抗氧化剂、安定剂、架桥剂、调节剂、强化剂、聚凝剂、增韧剂、稳定剂、终止剂、300-500份水在微波功率为100-300W，温度为650-700℃，转速为100-400r/min下搅拌3-6h，接着所得物干燥至含水量≤8%，制得混合物Ⅲ；所述粘结剂的制备方法，包括以下步骤：S121：配制浓度为30-35Be’的淀粉浆Ⅰ；S122：向步骤S121中的木薯淀粉浆Ⅰ加入浓度为3%-5%的己二酸二甲酯、二甲基丁酰胺，然后在温度为35-38℃，搅拌转速为60-80r/min下进行交联接枝反应1-1.5h，制得浆料Ⅱ；S123：向步骤S122的浆料Ⅱ中加入氢氧化钡和环氧氯丙烷，然后在温度为40-45℃，搅拌转速为60-80r/min下进行交联反应0.4-0.6h，制得浆料Ⅲ；S124：将步骤S123的浆料Ⅲ进行预糊化并在温度为105-125℃下干燥，制得含水率≤8%的物料Ⅳ；S125：将步骤124的物料Ⅳ粉碎、过100-120目筛子，制得粘结剂；S13：将步骤S11制得的混合物Ⅱ与步骤S12制得的混合物Ⅲ在转速为200-400r/min下搅拌10-15min，投入球磨机中球磨处理，使所得物料的方孔筛余量≤0.08%，制得混合物Ⅳ；S14：将步骤步骤S13制得的混合物Ⅳ送入模具中，在压力为40-50MPa下压制成型，在氮气保护下以400-500℃的温度烧结3-8h，经自然冷却至室温，制得基体；S2：包裹层浆料的制备，包括以下步骤：S21：将碳化硅纤维、石墨烯、二氧化硅、碳化硅、偏硅酸钠、羟甲基纤维素钠、200-400份水在转速为200-300r/min下搅拌5-10min，制得混合物Ⅴ；S22：向步骤S21制得的混合物Ⅴ中加入引发剂、交联剂、柔软剂、增粘剂、催化剂、阻燃剂，在微波功率为100-300W，温度为150-200℃，转速为100-400r/min下搅拌2-4h，制得包裹层浆料；S3：将步骤S2制得的包裹层浆料均匀涂布在步骤S1制得的基体表面上，在烘箱内以75-115℃保持2-8h，制得复合坯体；S4：将步骤S3制得的复合坯体置于烧结炉中，在氮气保护下，以4-16℃/min升温至1000-1100℃烧结3-5h，经自然冷却至室温，制得热沉材料。进一步地，所述引发剂为偶氮二异丁酸（丙烯酸乙二醇）酯。进一步地，所述交联剂为2，5-二甲基-2，5-双(苯甲酰过氧)-己烷。进一步地，所述柔软剂为聚酯纤维。进一步地，所述增粘剂为环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷。进一步地，所述催化剂为铂催化剂。进一步地，所述阻燃剂为聚磷酸铵。本专利技术具有以下有益效果：（1）本专利技术制得的热沉材料具有良好的综合性能，其中冲击强度达到了29.22MPa以上，伸长率达到了11.98%以上，断裂伸长率达到了269.03%以上，导热率达到了241.58w/(m·K)以上，热膨胀系数达到了4.41×10-6/℃以下，具有良好的机械性能，优良的绝缘性、导热性和较低的膨胀系数，可以广泛应用于半导体技术中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热沉材料，其特征在于，以重量为单位，由以下原料制成：基体152‑295份、包裹层9‑14份；所述基体，以重量为单位，由以下原料制成：石墨52‑78份、氧化铅6‑10份、氮化铝8‑12份、碳化硅10‑14份、纳米碳管4‑8份、二氧化硅5‑10份、高岭土2‑4份、氧化钴1‑2份、碳酸钙2‑3份、二氧化锆溶胶4‑6份、轻质钙3‑5份、纤维素9‑13份、衣康酸二甲酯3‑5份、粘结剂5‑12份、偶联剂1‑2份、相容剂1‑2份、抗氧化剂0.8‑1.4份、安定剂0.8‑1.4份、架桥剂0.6‑1.2份、调节剂0.5‑0.9份、强化剂0.4‑0.6份、聚凝剂0.4‑0.6份、增韧剂0.2‑0.4份、稳定剂0.2‑0.4份、终止剂0.1‑0.3份；所述偶联剂为环氧硅烷类偶联剂；所述相容剂为马来酸酐接枝相容剂；所述抗氧化剂为抗氧剂1010；所述安定剂组成成分为磷石膏、氧化铁；所述架桥剂为丙烯酸型架桥剂；所述调节剂为丙烯酸酯类加工助剂；所述强化剂为701粉强化剂；所述聚凝剂为聚合氯化铝；所述增韧剂为炭化硅晶须；所述稳定剂为肪酸类稳定剂；所述终止剂为苯乙烯；所述包裹层，以重量为单位，由以下原料制成：碳化硅纤维40‑60份、石墨烯6‑8份、二氧化硅10‑20份、碳化硅8‑15份、偏硅酸钠6‑14份、羟甲基纤维素钠4‑6份、引发剂1‑2份、交联剂2‑4份、柔软剂0.4‑0.6份、增粘剂0.2‑0.4份、催化剂0.1‑0.2份、阻燃剂0.2‑0.3份；所述热沉材料的制备方法，包括以下步骤：S1：基体的制备，包括以下步骤：S11：将碳酸钙、二氧化锆溶胶溶解在6‑8倍于其总质量份数的水中，随后投入纤维素，浸泡6‑7h后在68‑72℃下干燥至含水量≤8%，制得混合物Ⅰ，将混合物Ⅰ与衣康酸二甲酯混合研磨3‑6h后，制得混合物Ⅱ；S12：将石墨、氧化铅、氮化铝、碳化硅、纳米碳管、二氧化硅、高岭土，氧化钴、轻质钙、粘结剂，偶联剂、相容剂、抗氧化剂、安定剂、架桥剂、调节剂、强化剂、聚凝剂、增韧剂、稳定剂、终止剂、300‑500份水在微波功率为100‑300W，温度为650‑700℃，转速为100‑400r/min下搅拌3‑6h，接着所得物干燥至含水量≤8%，制得混合物Ⅲ；所述粘结剂的制备方法，包括以下步骤：S121：配制浓度为30‑35Be’的淀粉浆Ⅰ；S122：向步骤S121中的木薯淀粉浆Ⅰ加入浓度为3%‑5%的己二酸二甲酯、二甲基丁酰胺，然后在温度为35‑38℃，搅拌转速为60‑80r/min下进行交联接枝反应1‑1.5h，制得浆料Ⅱ；S123：向步骤S122的浆料Ⅱ中加入氢氧化钡和环氧氯丙烷，然后在温度为40‑45℃，搅拌转速为60‑80r/min下进行交联反应0.4‑0.6h，制得浆料Ⅲ；S124：将步骤S123的浆料Ⅲ进行预糊化并在温度为105‑125℃下干燥，制得含水率≤8%的物料Ⅳ；S125：将步骤124的物料Ⅳ粉碎、过100‑120目筛子，制得粘结剂；S13：将步骤S11制得的混合物Ⅱ与步骤S12制得的混合物Ⅲ在转速为200‑400r/min下搅拌10‑15min，投入球磨机中球磨处理，使所得物料的方孔筛余量≤0.08%，制得混合物Ⅳ；S14：将步骤步骤S13制得的混合物Ⅳ送入模具中，在压力为40‑50MPa下压制成型，在氮气保护下以400‑500℃的温度烧结3‑8h，经自然冷却至室温，制得基体；S2：包裹层浆料的制备，包括以下步骤：S21：将碳化硅纤维、石墨烯、二氧化硅、碳化硅、偏硅酸钠、羟甲基纤维素钠、200‑400份水在转速为200‑300r/min下搅拌5‑10min，制得混合物Ⅴ；S22：向步骤S21制得的混合物Ⅴ中加入引发剂、交联剂、柔软剂、增粘剂、催化剂、阻燃剂，在微波功率为100‑300W，温度为150‑200℃，转速为100‑400r/min下搅拌2‑4h，制得包裹层浆料；S3：将步骤S2制得的包裹层浆料均匀涂布在步骤S1制得的基体表面上，在烘箱内以75‑115℃保持2‑8h，制得复合坯体；S4：将步骤S3制得的复合坯体置于烧结炉中，在氮气保护下，以4‑16℃/min升温至1000‑1100℃烧结3‑5h，经自然冷却至室温，制得热沉材料。...

【技术特征摘要】
1.一种热沉材料，其特征在于，以重量为单位，由以下原料制成：基体152-295份、包裹层9-14份；所述基体，以重量为单位，由以下原料制成：石墨52-78份、氧化铅6-10份、氮化铝8-12份、碳化硅10-14份、纳米碳管4-8份、二氧化硅5-10份、高岭土2-4份、氧化钴1-2份、碳酸钙2-3份、二氧化锆溶胶4-6份、轻质钙3-5份、纤维素9-13份、衣康酸二甲酯3-5份、粘结剂5-12份、偶联剂1-2份、相容剂1-2份、抗氧化剂0.8-1.4份、安定剂0.8-1.4份、架桥剂0.6-1.2份、调节剂0.5-0.9份、强化剂0.4-0.6份、聚凝剂0.4-0.6份、增韧剂0.2-0.4份、稳定剂0.2-0.4份、终止剂0.1-0.3份；所述偶联剂为环氧硅烷类偶联剂；所述相容剂为马来酸酐接枝相容剂；所述抗氧化剂为抗氧剂1010；所述安定剂组成成分为磷石膏、氧化铁；所述架桥剂为丙烯酸型架桥剂；所述调节剂为丙烯酸酯类加工助剂；所述强化剂为701粉强化剂；所述聚凝剂为聚合氯化铝；所述增韧剂为炭化硅晶须；所述稳定剂为肪酸类稳定剂；所述终止剂为苯乙烯；所述包裹层，以重量为单位，由以下原料制成：碳化硅纤维40-60份、石墨烯6-8份、二氧化硅10-20份、碳化硅8-15份、偏硅酸钠6-14份、羟甲基纤维素钠4-6份、引发剂1-2份、交联剂2-4份、柔软剂0.4-0.6份、增粘剂0.2-0.4份、催化剂0.1-0.2份、阻燃剂0.2-0.3份；所述热沉材料的制备方法，包括以下步骤：S1：基体的制备，包括以下步骤：S11：将碳酸钙、二氧化锆溶胶溶解在6-8倍于其总质量份数的水中，随后投入纤维素，浸泡6-7h后在68-72℃下干燥至含水量≤8%，制得混合物Ⅰ，将混合物Ⅰ与衣康酸二甲酯混合研磨3-6h后，制得混合物Ⅱ；S12：将石墨、氧化铅、氮化铝、碳化硅、纳米碳管、二氧化硅、高岭土，氧化钴、轻质钙、粘结剂，偶联剂、相容剂、抗氧化剂、安定剂、架桥剂、调节剂、强化剂、聚凝剂、增韧剂、稳定剂、终止剂、300-500份水在微波功率为100-300W，温度为650-700℃，转速为100-400r/min下搅拌3-6h，接着所得物干燥至含水量≤8%，制得混合物Ⅲ；所述粘结剂的制备方法，包括以下步骤：S121：配制浓度为30-35Be’的淀粉浆Ⅰ；S122：向步骤S121中的木薯淀粉浆Ⅰ加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄宇，
申请(专利权)人：黄宇，
类型：发明
国别省市：广西;45