金刚石基导热填料及制备方法、复合导热材料和电子设备技术

本申请提供一种复合导热材料，包括有机基体、导热填料和粘接介质。所述导热填料包括分布在所述有机基体中的多个大粒径颗粒以及多个小粒径颗粒。小粒径颗粒的平均粒径小于大粒径颗粒的平均粒径。多个小粒径颗粒包括多个第一小粒径颗粒和多个第二小粒径颗粒。第一小粒径颗粒粘接在大粒径颗粒的表面，第二小粒径颗粒随机分布在所述有机基体中。粘接介质附着在大粒径颗粒的表面以使第一小粒径颗粒通过粘接介质粘接在大粒径颗粒的表面。本申请还提供包括该复合导热材料的电子设备、金刚石基导热填料及其制备方法。所述复合导热材料的导热系数高且维持良好可应用性。数高且维持良好可应用性。数高且维持良好可应用性。

【技术实现步骤摘要】
金刚石基导热填料及制备方法、复合导热材料和电子设备


[0001]本申请涉及导热材料领域，尤其涉及复合导热材料、复合导热材料中的金刚石基导热填料及其制备方法、应用复合导热材料的电子设备。

技术介绍

[0002]电子设备中发热功率器件，例如芯片，产生的热量通常需借助散热器实现热量向外部扩散。从微观角度看，芯片与散热器的接触界面为凹凸不平的，通常使用界面导热材料填充在芯片与散热器之间，降低接触热阻。界面导热材料通常包含导热硅脂、导热垫、导热凝胶、相变导热材料、导热胶等；且根据不同的应用场景，可使用不同类型、不同导热系数的界面导热材料。
[0003]界面导热材料可采用复合导热材料，而为了提高复合导热材料的导热系数，采用更高导热系数的导热填料是常规手段。当前采用导热系数约为27W/mk的氧化铝填料体系，填料含量重量百分比接近96％，体积百分比接近86％时，导热凝胶最高导热系数约6W/mk。采用氮化铝填料体系时，当填料含量重量百分比接近96％，体积百分比接近86％时导热凝胶导热系数可提升至10～12W/mk，接近采用氮化铝填料体系的能力极限。人工金刚石粉末呈绝缘特性，导热系数通常在1000W/mk以上，理论上采用金刚石填料有可能实现导热凝胶的导热系数提升至12W/mk以上。但金刚石导热填料容易团聚，当金刚石导热填料的体积百分比超过15％，会出现无法分散，胶体成胶成型差，易发生相分离等缺点，从而导致无法进行后端加工。而少量添加金刚石导热填料对导热凝胶导热系数的提升作用不大，难以提升导热凝胶的导热系数至12W/mk以上。r/>
技术实现思路

[0004]本申请实施例第一方面提供了一种复合导热材料，包括：
[0005]有机基体；
[0006]导热填料，所述导热填料包括：
[0007]多个大粒径颗粒，分布在所述有机基体中；
[0008]多个小粒径颗粒，
[0009]所述小粒径颗粒的平均粒径小于所述大粒径颗粒的平均粒径，所述多个小粒径颗粒包括多个第一小粒径颗粒和多个第二小粒径颗粒；所述第一小粒径颗粒粘接在所述大粒径颗粒的表面，所述第二小粒径颗粒随机分布在所述有机基体中；
[0010]粘接介质，所述粘接介质附着在所述大粒径颗粒的表面以使所述第一小粒径颗粒通过所述粘接介质粘接在所述大粒径颗粒的表面。
[0011]本申请第一方面的所述复合导热材料，通过第一小粒径颗粒紧密结合在大粒径颗粒的表面，能极大的降低所述复合导热材料内部出现微观空隙的概率，从而所述复合导热材料具有较佳的导热系数。所述复合导热材料的微观导热通路结构为大粒径颗粒
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粘接介质
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第一小粒径颗粒
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其他导热填料颗粒(例如另外一个大粒径颗粒)的相互接触或者搭接
所构成。
[0012]本申请实施方式中，所述大粒径颗粒的平均粒径为20μm以上。
[0013]本申请实施方式中，所述小粒径颗粒的平均粒径为10μm以下。
[0014]本申请实施方式中，所述大粒径颗粒的导热系数高于所述小粒径颗粒的导热系数。
[0015]所述大粒径颗粒的导热系数通常为导热填料中导热系数最高的，其中大粒径颗粒在所述复合导热材料起到了主要的导热作用，小粒径颗粒对所述复合导热材料的流变性能、稳定性能起关键作用。
[0016]本申请实施方式中，所述大粒径颗粒为金刚石颗粒。
[0017]所述大粒径颗粒可为人工金刚石、石墨化金刚石；人工金刚石优选为原生料，多晶或者单晶均可，通常导热系数在600W/mk以上，形貌为多面体形貌；所述大粒径颗粒也可以使用破碎后的人工金刚石，这种金刚石填料的导热系数约200～400W/mk，呈不规则颗粒状形貌。
[0018]本申请实施方式中，所述金刚石颗粒的氮含量为500ppm以下。
[0019]通常金刚石的氮含量越低，其导热系数越高，因此控制所述金刚石颗粒的氮含量为500ppm以下可保证其具有较高的导热系数。
[0020]本申请实施方式中，所述小粒径颗粒的材料选自氧化物、氮化物、碳化物、金属、碳材料中的至少一种。
[0021]当所述复合导热材料对绝缘性有要求时，所述小粒径颗粒选自氧化物、碳化物、氮化物，所述氧化物可包括氧化铝、氧化锌等；所述氮化物包括氮化硼和氮化硅等；所述碳化物包括碳化硅等；当所述复合导热材料对绝缘性无要求时，小粒径颗粒也可以使用铝、银、金、锡、铜、铟等金属及其金属化合物材质。所述小粒径颗粒的材料还可为碳材料，比如石墨、石墨烯、碳纤维等。
[0022]本申请实施方式中，所述有机基体选自有机硅体系、环氧体系、丙烯酸体系、聚氨酯体系、聚酰亚胺体系中的至少一种。
[0023]本申请实施方式中，所述有机基体选自加成聚合反应固化型的有机硅体系。
[0024]本申请实施方式中，所述粘接介质为无机粘接材料。
[0025]所述无机粘接剂可为硅酸盐等粘接助剂，添加溶剂调整粘度后再进行包覆。
[0026]本申请实施方式中，所述粘接介质为有机粘接材料，所述粘接介质与所述有机基体选用相同的聚合物体系，且所述粘接介质的分子量低于所述有机基体的分子量。
[0027]本申请实施方式中，所述大粒径颗粒与所述小粒径颗粒的粒径比大于20。
[0028]所述大粒径颗粒与所述小粒径颗粒的粒径差值越大，同一个大粒径颗粒的表面可粘附的第一小粒径颗粒就越多，总体上会使复合导热材料中导热填料的堆积密度更大。
[0029]本申请实施方式中，所述导热填料还包括中粒径颗粒，所述中粒径颗粒的粒径小于所述大粒径颗粒的粒径且大于所述小粒径颗粒的粒径。
[0030]所述中粒径颗粒的平均粒径优选为10～20μm，通常在60μm以下。所述中粒径颗粒的种类可为碳化物、氮化物、氧化物、金属粉中的至少一种。
[0031]本申请实施方式中，所述小粒径颗粒的比表面积大于1m2/g。
[0032]所述小粒径颗粒的比表面积越大，通常代表其具有较小的粒径。
[0033]本申请实施方式中，所述大粒径颗粒经表面处理以增加所述大粒径颗粒表面的羟基含量，所述大粒径颗粒的表面含氧量>10％。
[0034]添加大粒径颗粒到所述有机基体之前，先对金刚石颗粒进行表面处理，比如酸化、氧化、沉积氧化物或者氮化铝等方式，使得金刚石颗粒表面含有较多的活性官能团，比如羟基，从而使得金刚石颗粒表面含氧量增加。这种带有较多活性官能团的大粒径颗粒可与有机基体，比如硅油，相容性更好，从而进行高填充量的混合。
[0035]本申请实施方式中，所述小粒径颗粒表面含有羟基。
[0036]所述小粒径颗粒选用表面含有大量羟基的氧化物体系，例如氧化铝、氧化锌、氧化铁。优选地小粒径颗粒的表面含氧量大于30％，使用X射线光电子能谱进行测试。
[0037]本申请实施方式中，所述导热填料总的重量百分比为87％以上。
[0038]本申请实施方式中，所有导热填料在所述复合导热材料中的体积百分比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合导热材料，其特征在于，包括：有机基体；导热填料，所述导热填料包括：多个大粒径颗粒，分布在所述有机基体中；多个小粒径颗粒，所述小粒径颗粒的平均粒径小于所述大粒径颗粒的平均粒径，所述多个小粒径颗粒包括多个第一小粒径颗粒和多个第二小粒径颗粒；所述第一小粒径颗粒粘接在所述大粒径颗粒的表面，所述第二小粒径颗粒随机分布在所述有机基体中；粘接介质，所述粘接介质附着在所述大粒径颗粒的表面以使所述第一小粒径颗粒通过所述粘接介质粘接在所述大粒径颗粒的表面。2.根据权利要求1所述的复合导热材料，其特征在于，所述大粒径颗粒的平均粒径为20μm以上。3.根据权利要求1或2所述的复合导热材料，其特征在于，所述小粒径颗粒的平均粒径为10μm以下。4.根据权利要求1至3中任一项所述的复合导热材料，其特征在于，所述大粒径颗粒的导热系数高于所述第一小粒径颗粒的导热系数。5.根据权利要求1至4中任一项所述的复合导热材料，其特征在于，所述大粒径颗粒为金刚石颗粒。6.根据权利要求5所述的复合导热材料，其特征在于，所述金刚石颗粒的氮含量为500ppm以下。7.根据权利要求1至6中任一项所述的复合导热材料，其特征在于，所述小粒径颗粒的材料选自氧化物、氮化物、碳化物、金属、碳材料中的至少一种。8.根据权利要求1至7中任一项所述的复合导热材料，其特征在于，所述有机基体选自有机硅体系、环氧体系、丙烯酸体系、聚氨酯体系、聚酰亚胺体系中的至少一种。9.根据权利要求1至8中任一项所述的复合导热材料，其特征在于，所述有机基体为加成聚合反应固化型的有机硅体系。10.根据权利要求1至9中任一项所述的复合导热材料，其特征在于，所述粘接介质为无机粘接材料。11.根据权利要求1至9中任一项所述的复合导热材料，其特征在于，所述粘接介质为有机粘接材料，所述粘接介质与所述有机基体选用相同的聚合物体系，且所述粘接介质的分子量低于所述有机基体的分子量。12.根据权利要求1至11中任一项所述的复合导热材料，其特征在于，所述大粒径颗粒与所述小粒径颗粒的粒径比大于20。13.根据权利要求12所述的复合导热材料，其特征在于，所述导热填料还包括中粒径颗粒，所述中粒径颗粒的平均粒径小于所述大粒径颗粒的平均粒径且大于所述小粒径颗粒的平均粒径。14.根据权利要求1至13中任一项所述的复合导热材料，其特征在于，所述小粒径颗粒的比表面积大于1m2/g。15.根据权利要求1至14中任一项所述的复合导热材料，其特征在于，所述大粒径颗粒经表面处理以增加所述大粒径颗粒表面的羟基含量，所述大粒径颗粒的表面含氧量>10％。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的复合导热材料，其特征在于，所述小粒径颗粒表面含有羟基。17.根据权利要求1至16中任一项所述的复合导热材料，其特征在于，所述导热填料在所述复合导热材料中总的重量百分比为87％以上。18.根据权利要求1至17中任一项所述的复合导热材料，其特征在于，所有导热填料在所述复合导热材料中的体积百分比为76％以上。19.根据权利要求1至18中任一项所述的复合导热材料，其特征在于，所述第一小粒径颗粒的数量占所述导热填料中粒径为10μm以下的小粒径颗粒数量的50％以下。20.一种电子设备，其包括电子元件以及设置在所述电子元件上的如权利要求1至19中任一项所述的复合导热材料的固化产物。21.根据权利要求20所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括设置在所述电子元件上的散热器，所述电子元件与所述散热器之间设置有界面导热材料，所述界面导热材料为如权利要求1至19中任一项所述的复合导热材料的固化产物。22.一种复合导热材料，其特征在于，包括：有机基体；分布在所述有机基体中的导热填料，所述导热填料包括：多个大粒径颗粒；多个自融合导热颗粒，所述自融合导热颗粒为合金颗粒或金属颗粒，所述自融合导热颗粒能够在不高于所述有机基体的固化反应温度下相互融合从而与所述大粒径颗粒形成金属键结合。23.根据权利要求22所述的复合导热材料，其特征在于，所述大粒径颗粒的导热系数高于所述自融合导热颗粒的导热系数。24.根据权利要求22或23所述的复合导热材料，其特征在于，所述大粒径颗粒为金刚石颗粒。25.根据权利要求22至24中任一项所述的复合导热材料，其特征在于，所述大粒径颗粒的平均粒径大于5μm。26.根据权利要求22至25中任一项所述的复合导热材料，其特征在于，所述金属颗粒包括纳米银、纳米铜、纳米金、微米银、微米铜、微米金中的至少一种。27.根据权利要求22至26中任一项所述的复合导热材料，其特征在于，所述金属颗粒的烧结温度为120度～250度。28.根据权利要求22至27中任一项所述的复合导热材料，其特征在于，所述金属颗粒表面包覆有表面活性剂。29.根据权利要求22至25中任一项所述的复合导热材料，其特征在于，所述合金颗粒的熔点为150度以下。30.根据权利要求22至25和29中任一项所述的复合导热材料，其特征在于，所述合金颗粒为Sn
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Cu、Sn
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Al、Sn
‑
Zn、Sn
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Pt、Sn
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Mn、Sn
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Mg、Sn
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Ag、Sn
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Au、Sn
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Bi、Sn
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In、Sn
‑
Pd、Sn
‑
Bi
‑
In、Bi
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Pb
‑
Sn、Bi
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Pb、Al
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Li、Ga
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In
‑
Sn、Ga
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【专利技术属性】
技术研发人员：徐焰，方浩明，傅博，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：