一种陶瓷复合散热器件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种陶瓷复合散热器件及其制备方法。所述陶瓷复合散热器件由陶瓷复合散热材料通过热压烧结加工而成，所述陶瓷复合散热材料包括陶瓷颗粒、聚合物颗粒、纤维填料、偶联剂以及抗氧剂，其中所述陶瓷颗粒与所述纤维填料为预先经过偶联剂表面改性处理再与其他原料组分复合。本发明专利技术利用陶瓷材料本征具备的优异绝缘性能，耐击穿电压高，且制得散热器件工作时不滋生电磁干扰问题，无需进行接地工艺或使用其他补救措施，可有降低成本，且可降低散热器件的自重，实现产品轻量化；使用聚合物颗粒作为粘结料，利用其在软化点温度时熔融并表现出流动性，在冷却固化后形成高力学强度的结构，有效解决了散热器件传统制备中高温烧结所产生的高能耗问题。

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷复合散热器件及其制备方法
本专利技术涉及高分子聚合物
，特别是涉及一种陶瓷复合散热器件及其制备方法。
技术介绍
在电子产品的热管理方案中，以铝和铜为代表的金属材料，凭借其高导热系数，被广泛作为散热材料并应用于电子散热器件的制备中。但由于在电子产品中存在相对特殊的应用场景，金属材料的某些本征特性遂成为短板，限制其使用，例如以下亟待解决的问题：1、金属材料的导电特性，作为散热器使用时会产生EMI(电磁干扰)问题，甚至存在安全隐患，因此需要进行接地以及绝缘处理，导致加工成本和材料成本的上升、界面热阻增加等问题；2、金属材料密度大，导致器件整体重量上升，不利于产品的轻量化，同时其加工自由度相对较低；3、金属材料耐腐蚀性差，需要进行复杂的表面处理工艺，进一步的增加了生产成本和生产周期，也会带来环境污染的问题；4、金属材料表面的辐射系数低，辐射散热能力弱，同样需要增加表面处理工艺以提高其辐射系数。另外，现有技术中有使用陶瓷材料制备陶瓷基材散热器件的技术方案，但是其加工中烧结温度一般在1000℃以上，最高超过1800℃，导致其生产能耗高，批量化加工困难，以及在高温烧结过程中产生大量二氧化碳，存在不环保等问题，极大地限制了陶瓷散热器件的应用。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的在于，提供一种陶瓷复合散热器件，其散热效果良好，具有优异的绝缘性能、耐高击穿电压、不滋生电磁干扰问题、自重较轻且成本较低的优点。一种陶瓷复合散热器件，其由陶瓷复合散热材料通过热压烧结加工而成；所述陶瓷复合散热材料包括以下按照质量份数计的各原料组分：其中所述陶瓷颗粒与所述纤维填料为预先经过偶联剂表面改性处理再与其他原料组分复合。本专利技术实施例所述陶瓷复合散热器件，其由陶瓷复合散热材料通过热压烧结加工而成，其使用陶瓷作为主体材料，利用陶瓷材料本征具备的优异绝缘性能，耐击穿电压高，且制得散热器件工作时不滋生电磁干扰问题，无需进行接地工艺，无需使用导电泡棉、金属焊针等补救措施，可有降低成本，使用场景广泛；其次，相对于传统金属材料，陶瓷材料的密度较小，重量轻，有利于降低制得散热器件的自重，符合产品轻量化的需求，且便于加工，结构设计及加工自由度较高；同时，陶瓷材料天然具有良好的表面耐腐蚀性能，制得所述陶瓷复合散热材料无需对其进行表面处理，且其具有远高于金属的辐射系数，避免了由二次表面加工带来的环境污染、成本增加等问题；另外，本专利技术实施例所述陶瓷复合散热器件采用热压烧结成型工艺，通过使用聚合物颗粒作为粘结料，利用其在软化点温度时熔融并表现出流动性，进一步润湿复合物材料之间的接触面和间隙，在冷却固化后形成高力学强度的整体结构，从而有效解决了散热器件传统制备中高温烧结成型所产生的高能耗问题，将制成温度有效降低，缩短了加工周期且降低了工艺难度；进一步地，本专利技术实施例中还加入了偶联剂，通过使用偶联剂对填料进行表面改性处理，提高了无机与有机材料之间的界面强度，同时纤维填料的加入可进一步提升复合材料的力学强度，获得比传统高温烧结陶瓷制件更优异的韧性。进一步地，所述陶瓷颗粒包括两种粒径范围不同的陶瓷颗粒，分别为粒径范围为10～50μm的陶瓷颗粒以及粒径范围为1～5μm的陶瓷颗粒，其中粒径范围为10～50μm的陶瓷颗粒与粒径范围为1～5μm的陶瓷颗粒的质量比为3:1～1:5。通过按照优化的比例搭配不同粒径大小的陶瓷颗粒，粒径较小的陶瓷颗粒能够填充到粒径较大的陶瓷颗粒之间的间隙中，可在较大程度上提高陶瓷颗粒的填充量，实现高致密度，从而构建高效导热路径，提高导热系数；同时，致密度的提高亦有利于散热器件力学性能的提升。进一步地，所述聚合物颗粒的粒径范围为0.5～5μm，其选自PFA颗粒、PA6颗粒、PA66颗粒、PA46颗粒、POM颗粒、PC颗粒、HDPE颗粒、PE颗粒、ABS颗粒中的一种或多种混合。通过对聚合物颗粒进行了粒径优选，以及使用不同种类的聚合物颗粒复配使用，使得聚合物颗粒能更加有效的分散和填充到陶瓷颗粒的间隙中，在随后的烧结过程中，聚合物颗粒达到软化点，熔融塑化，表现出流动性和粘性，烧结设备提供的压力进一步促进其流动，将整个复合材料连接成整体，冷却脱模后能够获得更高的结构强度，在有效避免由于聚合物颗粒粒径过小，导致其粉体比重小，难以填充的同时，避免了由于聚合物颗粒粒径过大，使得聚合物与陶瓷颗粒、纤维填料复合并经热压烧结制成散热器件后，在局部形成较厚的聚合物层，进而在该区域形成极大的传热热阻，导致散热器件散热性能降低的技术问题。进一步地，所述纤维填料中纤维的长度范围为0.1～1.5mm，其选自氧化铝纤维、碳化硅晶须、二氧化硅纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的一种或多种混合。纤维填料的使用能够明显增强所制得散热器件的力学性能，通过对纤维填料的纤维长度进行优选，能够避免由于纤维长度过长而导致在制得的散热器件表面出现浮纤，影响外观的问题，同时避免由于纤维长度过长使得容易在模腔内形成架空，导致填料不实，进而使得烧结制得的散热器件产生结构缺陷的技术问题。进一步地，所述陶瓷颗粒选自氮化铝陶瓷颗粒、氮化硅陶瓷颗粒、氧化铝陶瓷颗粒、氮化硼陶瓷颗粒、碳化硅陶瓷颗粒、二氧化硅陶瓷颗粒中的一种或多种混合。进一步地，所述偶联剂选自硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570、钛酸酯偶联剂NDZ101、钛酸酯偶联剂NDZ102中的一种或多种混合；所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂1010、受阻酚类抗氧剂1076、受阻酚类抗氧剂245、亚磷酸酯类抗氧剂168、亚磷酸酯类抗氧剂PEP-36中的一种或多种混合。另外，本专利技术实施例还提供一种陶瓷复合散热器件的制备方法，其包括以下具体操作步骤：S1、将无水乙醇与去离子水按照90：10～98：2的体积比混合，并加入至混合容器中，加入配方量的偶联剂，在不停搅拌下水浴加热，制得偶联剂稀释液备用；S2、称取配方量的陶瓷颗粒、纤维填料加入至分散设备中，在不停搅拌下将步骤S1所制得的偶联剂稀释液雾化喷入所述分散设备，使所述偶联剂与所述陶瓷颗粒、所述纤维填料分散并充分接触；随后收集所得混合物，干燥后即得经偶联剂表面改性处理的陶瓷颗粒和纤维填料混合物；S3、向步骤S2所得混合物中添加配方量的聚合物颗粒和抗氧剂，并通过机械搅拌使其混合均匀，得到混合粉料；S4、将步骤S3所得的混分粉料装入至具有预设形状的模具型腔中，并初步加压压实；S5、设定升温程序，加压烧结成型；随后自然冷却至室温，脱模取出后即可得到所述陶瓷复合散热器件。进一步地，步骤S2中为在立式高速分散机中进行分散，分散时间为30～45min，干燥温度为60～65℃，干燥时间为1.5～2h；步骤S3中为在立式高速分散机中进行机械搅拌混料，其中搅拌速率为1000～5000rpm，混料程序为每混合15～60s，暂停10s，再向反方向混合15～60s，重复混合以上过程3～10次。进一步地，步骤S4中装料过程为在工作台上进行，所述工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陶瓷复合散热器件，其特征在于，由陶瓷复合散热材料通过热压烧结加工而成；/n所述陶瓷复合散热材料包括以下按照质量份数计的各原料组分：/n

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷复合散热器件，其特征在于，由陶瓷复合散热材料通过热压烧结加工而成；
所述陶瓷复合散热材料包括以下按照质量份数计的各原料组分：



其中所述陶瓷颗粒与所述纤维填料为预先经过偶联剂表面改性处理再与其他原料组分复合。


2.根据权利要求1所述的陶瓷复合散热器件，其特征在于：所述陶瓷颗粒包括两种粒径范围不同的陶瓷颗粒，分别为粒径范围为10～50μm的陶瓷颗粒以及粒径范围为1～5μm的陶瓷颗粒，其中粒径范围为10～50μm的陶瓷颗粒与粒径范围为1～5μm的陶瓷颗粒的质量比为3:1～1:5。


3.根据权利要求1所述的陶瓷复合散热器件，其特征在于：所述聚合物颗粒的粒径范围为0.5～5μm，其选自PFA颗粒、PA6颗粒、PA66颗粒、PA46颗粒、POM颗粒、PC颗粒、HDPE颗粒、PE颗粒、ABS颗粒中的一种或多种混合。


4.根据权利要求1所述的陶瓷复合散热器件，其特征在于：所述纤维填料中纤维的长度范围为0.1～1.5mm，其选自氧化铝纤维、碳化硅晶须、二氧化硅纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的一种或多种混合。


5.根据权利要求2所述的陶瓷复合散热器件，其特征在于：所述陶瓷颗粒选自氮化铝陶瓷颗粒、氮化硅陶瓷颗粒、氧化铝陶瓷颗粒、氮化硼陶瓷颗粒、碳化硅陶瓷颗粒、二氧化硅陶瓷颗粒中的一种或多种混合。


6.根据权利要求1所述的陶瓷复合散热器件，其特征在于：所述偶联剂选自硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570、钛酸酯偶联剂NDZ101、钛酸酯偶联剂NDZ102中的一种或多种混合；所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂1010、受阻酚类抗氧剂1076、受阻酚类抗氧剂245、亚磷酸酯类抗氧剂168、亚磷酸酯类抗氧剂PEP-36中的一种或多种混合。


7.一种根据权利要求1～6任...

【专利技术属性】
技术研发人员：万虎，冯先强，
申请(专利权)人：广州视源电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44