一种含有石墨烯的高导热导电胶制备方法技术

本发明专利技术提供一种含有石墨烯的高导热导电胶制备方法，包括：（1）：石墨烯的表面功能化：石墨烯加入到含有共轭环的有机物的丙酮溶液在40-100oC激烈超声波震荡6-48h小时后，形成非共价修饰的石墨烯；（2）：将环氧树脂和环氧稀释剂在室温下混合3～30分钟，得到环氧树脂和环氧稀释剂的混合物，金属粉、偶联剂依次加入到混合物中；（3）：将步骤（1）制备的非共价修饰的石墨烯加入步骤（2）的混合物中；（4）：固化剂加入到步骤（3）的混合物中，制备得到均匀导电胶。?本发明专利技术的优点在于：通过非共价键对石墨烯进行表面功能化，有利于其在环氧体系中的分散和增强界面结合，然后与金属粉混合使用，获得高导热的导电胶，具有在大功率器件应用的前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种含有石墨烯的导电胶制备，特别适用于高导热导电胶的制备方法。
技术介绍
导电胶是一种固化后具有一定导电和导热性能的胶黏剂，它通常由基体树脂、导电填料和助剂等组成。树脂基体主要起到粘结作用，填料用来形成导电通路。基体树脂主要为热固性的环氧树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂等；导电填料可以是金、银、铜、铝、锌、铁、镍的粉末和镀银金属粉等。导电胶在微电子封装和LED封装领域主要用作互连材料，起到导热和导电的作用，但是随着半导体器件工作频率的进一步提高，功率容量的增大以及效率和可靠性的提高，特别是集成度越来越高，要求器件越来越小和越来越轻，将使电子系统发生新的变化。这些演变将会对器件的封装、组装、以及它们的可靠性、散热性和工艺性等都带来重大挑战，特别对导电胶的导热性和导电性都提出了新的要求，所以开发出一类高导热导电粘结剂满足电子材料市场的迫切需求，成为科学界和工业界都非常关心的问题。目前，增加导电胶的导热性主要有两种途径，一种是用增加导电胶中的金属粉含量，有些导电胶厂家采用银粉含量达到95wt%以上，导电胶的导热性才能大幅度提高，可以达到25W/m K，但是这种方法面临一些问题，例如，如此高的金属粉含量将会带来成本的显著增加，加大了市场推广的难度和降低了客户的接受程度；增加银粉的用量将会降低树脂的含量，而导电胶中起到粘结作用的主要是树脂，所以高填料的导电胶的力学性能可能会下降，对封装器件的可靠性带来不利的影响；增加导电金属粉的含量必将会增加导电胶的粘度，在高速点胶时会可能产生拉丝拖尾等现象，不利于导电胶的应用。这些缺点都限制了该方法在导电胶的应用。另一种方法就是在导电胶中加入导热性很高的石墨烯材料，这种方法由于可靠性高，综合 性能较好等优点已经吸引了人们的广泛注意。石墨烯结构可以看作被剥离的单原子层石墨，结构为SP2杂化碳原子形成的类六元环苯单元并无限扩展的二维晶体材料，这是目前世界上仅有单原子厚度的材料，这种特殊结构使石墨烯表现出许多优异性质，具体包括石墨烯具有优异的电学性能(室温下电子迁移率可达2 X IO5Cm2/(V.s))，突出的导热性能(5000 W/(m.K))，超常的比表面积(2630 m2/g)，其杨氏模量(IlOOGPa)和断裂强度(125 GPa)也可与碳纳米管媲美。虽然石墨烯具有优异的电，热和力学性能，但是石墨烯具有较大的比表面积，在高分子基体中容易聚集等特点，因此解决石墨烯在环氧树脂体系中的分散和界面结合是发挥其高导热导电性能的前提条件。为此，本专利技术通过非共价键对石墨烯进行表面功能化，有利于其在环氧体系中的分散和增强界面结合，然后与微米级银片混合使用，通过调整微米银粉和石墨烯的比例，获得高导热的导电胶，具有在大功率器件应用的前景
技术实现思路
本专利技术针对导电胶在大功率器件中应用时导电性和导热性不足，通过引入石墨烯纳米材料，提供一种能够制备高导热导电胶的方法，从而能够满足大功率器件的需求。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下:本专利技术提供，该导电胶是由较少量的石墨烯与金属粉、环氧树脂、环氧稀释剂、固化剂和添加剂等成分组成的均匀混合物。本专利技术通过石墨烯和导电金属粉混合使用，大幅度提高导电胶的导热性，制备综合性能优异的导电胶，该含有石墨烯的高导热导电胶制备方法的具体步骤如下:步骤(I):石墨烯的表面功能化:石墨烯加入到含有共轭环的有机物的丙酮(二甲基甲酰胺、乙醇、嘧啶或者四氢呋喃等)溶液在40_100°c激烈超声波震荡6_48h小时后，含有共轭环的有机物会与石 墨烯通过共轭形成非共价修饰的石墨烯，有利于石墨烯的分散；步骤(2 ):将环氧树脂和环氧稀释剂在室温下混合3 30分钟，得到环氧树脂和环氧稀释剂的混合物，金属粉、偶联剂依次加入到环氧树脂和环氧稀释剂的混合物中，室温下混合3 30分钟，如果有固体原料颗粒不易分散均匀时，可在三辊研磨机上室温下进行研磨3分钟 30分钟，成为细腻的均匀混合物；步骤(3):将步骤(I)制备的非共价修饰的石墨烯加入步骤(2)的混合物中，超声波分散1-5小时，然后室温下混合3 30分钟；步骤(4):固化剂加入到步骤(3)的混合物中，并在30_50°C下通过真空搅拌除去溶剂，并通过搅拌60-120min混合均匀，制备得到均匀导电胶。上述制备过程中用到的各成分的重量百分比为:石墨烯0-20%、金属粉50% 80%、环氧树脂10% 25%、环氧稀释剂3% 10%、固化剂1% 5%、偶联剂0.5% 2%。所述石墨烯为单层石墨烯、多层石墨烯纳米片的一种或者一种以上的混合物，厚度范围为Ι-lOOnm，优选厚度为1-1Onm范围。所述含有共轭环的有机物是1-芘丁酸，芘四酸酐，茈四甲酰二亚胺和1-芘胺等芘类衍生物的一种或者一种以上的混合物。所述环氧树脂选自缩水甘油醚类双酚A型、双酚F型环氧树脂、缩水甘油酯环氧树月旨、脂肪族环氧树脂、脂环族环氧树脂、丙烯酸改性环氧树脂、有机硅改性环氧树脂的一种或者一种以上的混合物。所述的环氧稀释剂为1，4_ 丁二醇缩水甘油醚、新戊二醇缩水甘油醚、1，6_己二醇二缩水甘油醚、二乙二醇缩水甘油醚、1，4_环己烷二醇缩水甘油醚、三羟甲基丙烷缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚中的一种或几种的混合物。所述的固化剂选自苄基二甲胺、2，4，6—三(二甲胺基甲基)苯酚(DMP-30)及其改性物、2-乙基-4-甲基咪唑、氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MZ-CN)、苄基二甲胺的改性物、甲基咪唑、二氨基二苯砜、2-1^一烷基咪唑、2-十七烷基咪唑、2，4- 二氨基-6-(2-1^一烷基咪唑-1-乙基)-S-三嗪及其衍生物和盐中其改性物中的一种或者一种以上的混合物。所述偶联剂为Y—氨丙基二乙氧基娃烧、Y—氨丙基二甲氧基娃烧、Y — (2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、Y—甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、Ν-(β-氨乙基)_ Y _氛丙基二乙氧基娃烧、N— β —(氛乙基)一 Y —氛丙基二甲氧基娃烧、N— β —(氨乙基)一 Y—氨丙基甲基二甲氧基硅烷、Y—氨丙基甲基二甲氧基硅烷、Y —氨丙基甲基_■乙氧基娃烧、乙稀基二乙氧基娃烧中的一种或几种的混合物。所述金属粉为微米级金属粉末，包括银粉、金粉、镍粉、铜粉、铁粉或镀银粉末，镀银粉末包括镀银铜粉、镀银镍粉或镀银铝粉中的任意一种或几种的混合。微米级金属粉末粒径范围为0.5微米 100微米，优选的粒径范围为I微米 50微米。本专利技术与现有技术相比具有以下优点:(I)由于石墨烯具有高比表面积，容易团聚，导致其在环氧树脂基体中很难分散，本专利技术通过用含有共轭结构的有机物对石墨烯进行表面功能化，该有机物能够与石墨烯通过J1-Ji作用对其进行修饰，使其较好的分散在树脂基体中，固化时该有机物具有氨基、羧基或者酸酐等与环氧树脂发生反应，使交联的环氧网络分子插层到石墨烯片层之间，从而达到分散石墨烯的效果。(2)本专利技术采用的高导热的石墨烯能够大幅提高导电胶的导热性，从而能够广泛应用在大功率器件中。(3)本专利技术制备的高导热导电胶具有较好的力学性能和较低的吸潮性，能够满足无铅回流的要求。具体实施方式以下对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例1在常本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有石墨烯的高导热导电胶制备方法，其特征在于：包括下述步骤：步骤（1）：石墨烯的表面功能化：石墨烯加入到含有共轭环的有机物的丙酮溶液在40?100oC激烈超声波震荡6?48h小时后，含有共轭环的有机物会与石墨烯通过π?π共轭形成非共价修饰的石墨烯；步骤（2）：将环氧树脂和环氧稀释剂在室温下混合3～30分钟，得到环氧树脂和环氧稀释剂的混合物，金属粉、偶联剂依次加入到环氧树脂和环氧稀释剂的混合物中，室温下混合3～30分钟，如果有固体原料颗粒不易分散均匀时，在三辊研磨机上室温下进行研磨3分钟～30分钟，成为细腻的均匀混合物；步骤（3）：将步骤（1）制备的非共价修饰的石墨烯加入步骤（2）的混合物中，超声波分散1?5小时，然后室温下混合3～30分钟；步骤（4）：固化剂加入到步骤（3）的混合物中，并在30?50oC下通过真空搅拌除去溶剂，并通过搅拌60?120min混合均匀，制备得到均匀导电胶。该导电胶是由较少量的石墨烯与金属粉、环氧树脂、环氧稀释剂、固化剂和添加剂等成分组成的均匀混合物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高宏，胡国俊，邹嘉佳，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：