一种制造技术

本发明专利技术公开了一种

【技术实现步骤摘要】
一种AlN/Al2O3复合填料导热膏及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种复合填料导热膏及其制备方法，具体是一种
AlN/Al2O3复合填料导热膏及其制备方法，属于热界面导热材料

。

技术介绍

[0002]中央处理器
(CPU)
在计算机中的地位举足轻重，安装具有良好的散热性能的散热器，对维持
CPU
的使用寿命及运行速率十分重要
。
当
CPU
散热效果不佳时，过高的工作温度不仅会影响性能，甚至容易使元件失效，尤其随着
CPU
芯片集成技术的飞速发展，高性能的处理器也伴随着高热能的产出，散热问题不仅会影响处理器的性能和寿命，还会增加能源消耗和维护成本，因此提高散热性能在
CPU
的发展过程中也是至关重要的
。
[0003]提高
CPU
和散热器之间的热传导性能可以大大提高散热性能
。CPU
和散热器两个固体平面之间的接触处存在着界面，界面间应该具备良好的接触，以进行有效的排热
。
当两个表面接触时，用我们的肉眼从这些表面看似乎实现了完美接触
。
但是，从微观层面上来看这些界面间的实际接触面积仅为1％，即使再光滑的表面都具有微米级的凹槽和低谷
。
在这些细小间隙中充满了空气，空气是一种不良的热导体，其导热系数仅为
0.22W/(m
·
K)
，大大阻碍了两个表面之间的热传递，我们将两个接触组件之间的空气去除，取而代之的是导热材料，用来增强两接触面间的热传导
。
目前，热界面材料的研究方向主要有以下两个：一个是研发具有高导热系数的本征高分子材料，另一个是在传统高分子材料中加入不同的填料粒子合成高效导热材料
。
目前来讲，第一种本征导热高分子材料的发展已经取得了一定的成果，但是由于其制备过程复杂
、
造价昂贵等限制因素，目前还没有在工业领域广泛应用
。
[0004]在服务器等电子设备领域内使用的导热膏需要具有电绝缘性能
。
绝缘导热膏实质是在高分子基体中添加无机高导热填料
。
目前导热膏的性能主要由两方面决定，一个是高分子基体本身的选择，另一方面就是所选导热填料的导热率等性能参数，制备导热膏常用的导热填料有：金属氧化物如
Al2O3、MgO、BeO、ZnO、CaO
等；氮化物如
AlN、BN
等；碳化物如
SiC、B4C3等
。
[0005]对于已经选定的硅油基体和导热填料，导热率主要取决于导热填料
、
硅油基体以及两者之间的结合
。
从导热的本质分析，提高导热率主要有以下三个途径：第一，减小导热填料和硅油基体之间的接触热阻，就是让硅油和导热填料之前更好的结合起来；第二，增加导热路径，可以通过增加填料的添加量来实现；第三，减小路径之间的热阻，通过合理安排规划不同粒径的排布来实现
。
在实际操作上，主要包括以下两种方式：第一，使用偶联剂对导热填料进行表面处理，通过化学键将无机的导热填料与有机的硅油基体紧密的结合起来，从而减小导热填料与硅油基体之间的界面热阻，第二，通过合理的安排导热填料的种类
、
含量
、
粒径等参数，增加导热路径和减小导热路径之间的热阻
。
[0006]现有的导热膏在导热系数上还是很不理想，导热系数偏低
。
金属的导热系数高，作为填料制备成的高性能导热膏却不能满足绝缘的要求，这些含导体粒子的导热膏可以导电，如果界面处的导热硅脂被挤出过多时会导致电气短路，这些都限制了导热膏作为有效
的
CPU
散热界面材料的使用
。
[0007]目前市面上采用较多的无机绝缘高导热填料主要有
Al2O3、MgO、BeO、ZnO、AlN、BN
等，作为导热填料时通常为简单的微米级
、
纳米级的粉末颗粒形态，但是由于这种颗粒形态的填料往往会带来更高的表面积和接触点，因此其提升导热膏性能的作用很局限，在其他形态方面的性能还有待研究
。
[0008]无机绝缘高导热填料中
AlN
的导热性能是最好的，但
AlN
易与空气中的水分反应而失效，因此需经过表面处理等方式处理后才可进行使用
。
即使用硅烷偶联剂进行表面处理，也不能保证
100
％填料表面被包覆
。
因此在
AlN
的高效使用处理方法上还存在很大的发展空间
。
并且由于
AlN
的价格非常昂贵，在工业生产中需要严格控制成本，因此
AlN
在导热膏填料中的应用目前尚未成熟
。
[0009]除此之外，单纯使用
AlN
，虽然可以达到较高的热导率，但体系粘度急剧上升，严重限制了产品的应用领域，因此很少单独作为填料进行使用
。
且目前
AlN
在导热膏填料中的应用方法仅为物理掺杂方式，虽对导热膏的性能产生了一定的提升作用，但是并未从机理方面进行进一步的研究
。

技术实现思路

[0010]为了制备出满足
CPU
等电子领域内所需要的绝缘高导热性的导热膏，本专利技术提供了一种
AlN/Al2O3复合填料导热膏及其制备方法
。
本专利技术首先将
AlN(
本专利技术中所使用的
AlN
粉末皆需进行采用偶联剂进行表面预处理
)
和
Al2O3两种填料以不同的粒径和比例复合，然后在微米级粉末颗粒的形态基础上，添加纳米枝状
Al2O3以增加所制备导热膏的性能，并对导热膏的导热性能进行分析发现，本专利技术的
AlN/Al2O3复合填料导热膏不仅可以有效的改善导热膏的导热性能，同时微量的添加
AlN
对于成本的控制也比较容易
。
[0011]本专利技术的技术方案是：一种
AlN/Al2O3复合填料导热膏的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
[0012](1)
配制
AlN/Al2O3复合填料
[0013]将粒径尺寸为
40
μ
m
的
Al2O3粉末和粒径尺寸为5μ
m
的
AlN
粉末
(
需要偶联剂进行表面预处理
)
按照质量比8‑
9:1
的比例进行混合，混合物中再添加总质量
2.5
‑3％的高温烧结制备的纳米枝状
Al2O3，得到复合
AlN/Al2O3混合粉体；
[0014](2)...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
AlN/Al2O3复合填料导热膏的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)
配制
AlN/Al2O3混合粉体将粒径尺寸为
40
μ
m
的
Al2O3粉末和粒径尺寸为5μ
m
的
AlN
粉末按照质量比8‑
9:1
的比例进行混合，混合物中再添加总质量
2.5
‑3％的高温烧结制备的纳米枝状
Al2O3，得到
AlN/Al2O3混合粉体；所述
AlN
粉末需要预先采用偶联剂进行表面预处理；
(2)
搅拌脱泡在脱泡机中加入二甲基硅油和步骤
(1)
获得的
AlN/Al2O3混合粉体搅拌脱泡处理，得到混合完全的
AlN/Al2O3复合填料导热膏
。2.
如权利要求1所述的
AlN/Al2O3复合填料导热膏的制备方法，其特征是，所述高温烧结制备纳米枝状
Al2O3具体为：将纳米
Al2O3粉末于坩埚中，在
1200
‑
1300℃
的马弗炉中烧结4‑
5h
，得到纳米枝状
Al2O3。3.
如权利要求2所述的
AlN/Al2O3复合填料导热膏的制备方法，其特征是，为保证纳米
Al2O3粉末加热均匀，需要尽快使炉内温度加热至
1200
‑
1300℃
，采用的升温速率为
80
‑
120℃/min。4.
如权利要求2所述的
AlN/Al2O3复合填料导热膏的制备方法，其特征是，所述
AlN
粉末表面预处理采用的偶联剂为硅烷偶联剂
KH570、
硅烷偶联剂
KH550、
硅烷偶联剂
KH570
中的任一种或者多种
。5.
如权利要求4所述的
AlN/Al2O3复合填料导热膏的制备方法，其特征是，所述
AlN
粉末表面预处理采用的偶联剂为硅烷偶联剂
KH570
，所述硅烷偶联剂
KH570
的加入量为
AlN
粉末质量的
0.08
‑
0.12
％
。6.
如权利要求4所述的
AlN/Al2O3复合填料导热膏的制备方法，其特征是，所述
AlN
粉末表面预处理方法为：将偶联剂和乙醇配成
0.5
‑
1.0
％的溶液，将
AlN
粉末添加到溶液中搅拌均匀，再采用
75
‑
80℃
水浴加热继续搅拌
10
‑
30
分钟；然后用蒸馏水清洗并过滤得到
AlN
粉末；最后烘烤
、
研磨筛分，获得
AlN
粉末
。7.
如权利要求6所述的
AlN/Al2O3复合填料导热膏的制备方法，其特征是，所述

【专利技术属性】
技术研发人员：张丽强，李晓卿，
申请(专利权)人：苏州浪潮智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：