本發(fā)明涉及一種用于散熱器件的具有導熱功能的導熱膠及其制備方法，適用于各類熱源發(fā)生器與散熱器之間通過導熱膠進行導熱連接。

背景技術(shù)：

熱傳導一直是電子工業(yè)中的一項重要工藝，元器件的工作溫度常常是可靠性的重要依據(jù)。特別是微電子的組裝越來越密集化，其工作環(huán)境急劇向高溫方向變化，散熱問題也就成為電子產(chǎn)品設(shè)計中至關(guān)重要的考慮因素。各類熱源發(fā)生器與散熱器之間通過導熱膠黏劑進行導熱連接，例如半導體、電源電氣、白色家電及l(fā)ed等等行業(yè)的散熱設(shè)計大多都是這樣。

導熱膠是一種應用于粘接散熱器件和其它的功率消耗元器件的功能性產(chǎn)品，這種膠帶通常具有極強的粘合強度，良好的粘著力及導熱性能，柔軟、可壓縮，易于模切，分為有基材和無基材。

目前的導熱膠普遍存在導熱系數(shù)低、物理性能差等缺陷，對于高散熱環(huán)境適應性差。無基材的雙面膠帶導熱性能受到導熱膠的限制很大，導熱系數(shù)難以通過低成本方案加以提高，且熱阻隨著厚度的增加下降很快。有基材的單雙面膠帶普遍采用pet膜作基材，除了受到導熱膠的限制，還受到基材的限制，難以滿足電子設(shè)備散熱的需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種導熱膠及其制備方法，以減少或避免前面所提到的問題。

具體來說，本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單，操作安全，成本低的片狀導熱填料高定向?qū)崮z，具有較高的導熱系數(shù)，適用于各類熱源發(fā)生器與散熱器之間通過導熱膠進行導熱連接。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種導熱膠，用于設(shè)置于熱源發(fā)生器與散熱器之間通過所述導熱膠進行導熱連接，所述導熱膠為平片狀結(jié)構(gòu)，所述導熱膠具有相互平行的上表面和下表面，所述導熱膠內(nèi)部均勻分布有片狀導熱填料，所述片狀導熱填料的片狀表面垂直于所述上表面和所述下表面。

優(yōu)選地，所述導熱膠由高分子聚合物、片狀導熱填料、表面改性劑、流變改性劑、抗氧劑、增粘劑、溶劑、固化劑為原料制成。

優(yōu)選地，所述導熱膠由如下質(zhì)量份的原料制成：高分子聚合物：100份；片狀導熱填料：20-200份；表面改性劑：0.2-2份；流變改性劑：0.2-2份；抗氧劑：0.1-1份；增粘劑：1-10份；溶劑：100-500份；固化劑：0.1-1份。

優(yōu)選地，所述高分子聚合物為天然橡膠、丁苯橡膠、聚異丁烯橡膠、聚丙烯酸酯、聚乙烯基醚樹脂之一或其混合物。

優(yōu)選地，所述表面改性劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑及硬脂酸之一或其混合物。

優(yōu)選地，所述流變改性劑為膨潤土、有機粘土、二氧化硅、纖維素、黃原膠之一或其混合物。

優(yōu)選地，所述片狀導熱填料為片狀氮化硼、片狀石墨和片狀石墨烯之一或其混合物。

優(yōu)選地，所述片狀導熱填料的直徑為1～30μm，厚度為5～200nm。

本發(fā)明還提供了一種上述導熱膠的制備方法，包括如下步驟：

以高分子聚合物、片狀導熱填料、表面改性劑、流變改性劑、抗氧劑、增粘劑、溶劑、固化劑為原料按照比例均勻混合形成流延料；

提供一個模具，所述模具放置在一個平板輸送帶上，所述模具和所述平板輸送帶之間具有一個間隙；

將所述流延料放入所述模具中并沿所述平板輸送帶朝向所述間隙擠壓所述流延料，同時所述平板輸送帶沿所述擠壓方向移動，在所述流延料上施加一個垂直于所述流延方向的磁場；通過擠壓獲得導熱膠流延片；

將所述導熱膠流延片干燥固化后獲得所述導熱膠。

優(yōu)選地，所述片狀導熱填料在混合之前需要進行表面改性處理。

本發(fā)明提供的導熱膠中的片狀導熱填料的排列方向是高度定向的，片狀導熱填料都垂直于導熱膠的平片方向，因而獲得的導熱膠具有較高的導熱取向性，避免了雜亂排列的導熱顆粒的導熱損耗，減少了片狀導熱填料的卡片搭橋結(jié)構(gòu)，提高了導熱膠垂直方向的導熱系數(shù)，并且定向排列的導熱顆粒同時還可以在垂直方向獲得更大的機械強度和抗撕裂強度，物理性能明顯提高。

附圖說明

以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中，

圖1顯示的是根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的導熱膠的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2顯示的是根據(jù)本發(fā)明的另一個具體實施例的導熱膠的制備方法示意圖；

圖3顯示的是根據(jù)本發(fā)明的又一個具體實施例的導熱膠的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖說明本發(fā)明的具體實施方式。其中，相同的部件采用相同的標號。

正如背景技術(shù)所述，為了提高導熱膠的導熱性能，本發(fā)明提供了一種改進的導熱膠的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，其顯示的是根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的導熱膠100的剖視結(jié)構(gòu)示意圖，如圖，本發(fā)明的用于設(shè)置于熱源發(fā)生器與散熱器之間通過所述導熱膠100進行導熱連接，所述導熱膠100為平片狀結(jié)構(gòu)，即導熱膠100具有相互平行的上表面10和下表面20，導熱膠100內(nèi)部均勻分布有片狀導熱填料30，其中片狀導熱填料30的片狀表面垂直于導熱膠100的上表面10和下表面20。本發(fā)明所提供的上述導熱膠可以是直接用于產(chǎn)品導熱連接用的片狀結(jié)構(gòu)的成品或者半成品，即，其可以進一步與離型紙配合包裝的膠帶，也可以是生產(chǎn)出來之后直接用于產(chǎn)品連接的半成品形式。

與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，本發(fā)明的導熱膠中，均勻混合填充的是片狀的導熱填料，而不是顆粒狀或其它形狀的導熱填料。其次，本發(fā)明的導熱膠中的片狀導熱填料30的片狀表面是與導熱膠100的上下表面垂直的。也就是說，本發(fā)明 提供的導熱膠100中的片狀導熱填料30的排列方向是高度定向的，片狀導熱填料30都垂直于導熱膠的平片方向(圖1中為了顯示清楚，對片狀導熱填料30的排列方向進行了簡化畫法，其實際排列有可能不會這么規(guī)整，雖然所有片狀導熱填料30的片狀表面都是垂直于導熱膠的平片方向的，但是片狀導熱填料30在垂直狀態(tài)下有可能是可以任意偏轉(zhuǎn)的，例如如圖2中所示的那樣排列，實際情況可能會更類似于圖2所示的排列狀態(tài)，后面還會對此進一步說明)，因而獲得的導熱膠具有較高的導熱取向性，避免了雜亂排列的導熱顆粒的導熱損耗，減少了片狀導熱填料的卡片搭橋結(jié)構(gòu)，提高了導熱膠垂直方向的導熱系數(shù)，并且定向排列的導熱顆粒同時還可以在垂直方向獲得更大的機械強度和抗撕裂強度，物理性能明顯提高。

在一個具體實施例中，所述片狀導熱填料30可為片狀氮化硼、片狀石墨和片狀石墨烯之一或其混合物。

在另一個具體實施例中，優(yōu)選地，所述導熱膠100可以由高分子聚合物、片狀導熱填料、表面改性劑、流變改性劑、抗氧劑、增粘劑、溶劑、固化劑為原料，經(jīng)攪拌、流延定向成型、固化后制成。

例如，在一個具體實施例中，可以以如下質(zhì)量份的原料制備本發(fā)明的上述導熱膠，所述原料為：高分子聚合物：100份；片狀導熱填料：20-200份；表面改性劑：0.2-2份；流變改性劑：0.2-2份；抗氧劑：0.1-1份；增粘劑：1-10份；溶劑50-500份；固化劑：0.1-1份。

具體地，所述高分子聚合物可為天然橡膠、丁苯橡膠、聚異丁烯橡膠、聚丙烯酸酯、聚乙烯基醚樹脂之一或其混合物。所述表面改性劑可為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑及硬脂酸之一或其混合物。所述流變改性劑可為膨潤土、有機粘土、二氧化硅、纖維素、黃原膠之一或其混合物。

實施例1

原料：聚丙烯酸酯100份；片狀導熱填料石墨烯70份；片狀導熱填料石墨40份；硅烷偶聯(lián)劑1份；膨潤土1份；抗氧劑0.5份；增粘劑5份；溶劑180份；固化劑0.5份。

首先片狀導熱填料30進行表面改性處理，改性后的片狀導熱填料30與其它原料經(jīng)攪拌、流延定向成厚度為5-150μm的導熱膠流延片，流延的同時施加垂直方向的磁場使片狀導熱填料30磁化后偏轉(zhuǎn)到與磁場方向一致，從而形成垂直于導熱膠的片狀導熱填料(下面將對此進一步詳細說明)。片狀導熱填料30表面改性的目的是改善片狀導熱填料30在高分子聚合物基體中的相容性，也可在改性劑中加入順磁性的粉體使導熱填料具有磁性，流延定向成型的目的是使片狀導熱填料30在導熱膠中通過磁場的作用定向排列。再將流延成型后的導熱膠流延片放入干燥機中在50-100℃下干燥、固化成型5-30min，自然冷卻后得到導熱系數(shù)為20-30w/(m·k)的高定向高導熱系數(shù)的導熱膠。

實施例2

本實施例的方法與實施例1相同，不同之處為：本實施例中，片狀導熱填料石墨烯40份；片狀導熱填料石墨50份。本實施例制備的高定向高導熱系數(shù)的導熱膠材料導熱系數(shù)為22w/(m·k)。

實施例3

本實施例的方法與實施例1相同，不同之處為：本實施例中，片狀導熱填料石墨烯50份；片狀導熱填料氮化硼40份。本實施例制備的高定向高導熱系數(shù)的導熱膠材料導熱系數(shù)為20w/(m·k)。

實施例4

本實施例的方法與實施例1相同，不同之處為：本實施例中，原料中高分子聚合物采用天然橡膠100份。本實施例制備的高定向高導熱系數(shù)的導熱膠材料導熱系數(shù)為26w/(m·k)。

從實施例1可以看出，本發(fā)明的導熱膠是通過流延定向成型外加垂直磁場的技術(shù)實現(xiàn)片狀導熱填料30在導熱膠100中高度定向排布的，如圖2所示，其中顯示的是根據(jù)本發(fā)明的另一個具體實施例的導熱膠的制備方法示意圖，如圖， 所述制備方法包括如下步驟：

首先以高分子聚合物、片狀導熱填料、表面改性劑、流變改性劑、抗氧劑、增粘劑、溶劑、固化劑為原料按照比例均勻混合形成流延料。為了改善片狀導熱填料在高分子聚合物基體中的相容性，優(yōu)選片狀導熱填料在混合之前需要利用表面改性劑對其進行表面改性處理。

然后提供一個模具200，模具200放置在一個平板輸送帶300上，模具200和平板輸送帶300之間具有一個間隙400。

之后將片狀導熱填料30和其它原料均勻混合形成的流延料放入模具200中，并沿著間隙400的方向擠壓所述流延料(如圖2中箭頭方向)，擠壓流延料的同時平板輸送帶300也沿著箭頭方向所示的擠壓方向移動，并且在擠壓的同時在流延料上施加垂直于流延方向的磁場；從而在圖2的右側(cè)通過擠壓獲得導熱膠流延片500，導熱膠流延片500干燥固化后即可獲得圖1所示的導熱膠100，導熱膠流延片500和導熱膠100的對照圖顯示在圖3中，其顯示的是根據(jù)本發(fā)明的又一個具體實施例的導熱膠的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖3中的片狀導熱填料30的排列方向也是采用了簡化畫法，實際情況也有可能會更類似于圖2所示的排列狀態(tài)。

通常情況下，磁場的磁力只會對鐵磁性材料產(chǎn)生作用，但是當磁場強度達到一定的程度時，例如磁場強度達到1t以上(優(yōu)選磁場強度10t～20t)，磁力作用可達到原子尺度，即便是非鐵磁性材料，例如片狀導熱填料這種弱磁性體也可在強磁場中表現(xiàn)出明顯的磁效應。在磁場中，具有磁各向異性的片狀導熱填料，不同方向所受的磁化能不同，因此片狀導熱填料在磁力作用下具有發(fā)生旋轉(zhuǎn)的趨勢，直到所受的磁性力達到最小為止，這是磁場中磁各向異性材料的旋轉(zhuǎn)趨向基本原理。在強磁場誘導下，片狀導熱填料很容易形成定向排列，從而可以獲得片狀導熱填料垂直于導熱膠的上下表面的排列效果?；蛘咴诹硪粋€具體實施例中，可以在對片狀導熱填料30進行表面改性處理的時候，在表面改性劑中增加少量具備鐵磁性的材料，例如超順磁性的四氧化三鐵粉末，使得片狀導熱填料30表面粘附一些鐵磁性材料，從而可以間接獲得具備磁性的片狀導熱填料30。這種情況下僅需相對較低的磁場強度即可實現(xiàn)定向排列的效果，可 以節(jié)約電磁鐵的制造和能耗成本。

其中，圖2中右側(cè)部分顯示的混合狀態(tài)下的片狀導熱填料30是雜亂排列的，經(jīng)過磁場的作用，使得圖2中右側(cè)獲得的導熱膠流延片500中的片狀導熱填料30基本上處于垂直狀態(tài)。當然，實際情況下不可能如圖1或3所示的那樣排列得那樣規(guī)整，更有可能是如圖2右側(cè)所示的導熱膠流延片500中的片狀導熱填料30的垂直狀態(tài)，雖然所有片狀導熱填料30在磁場作用下都處于垂直狀態(tài)，但是磁場也沒有辦法控制片狀導熱填料30繞其垂直軸線的轉(zhuǎn)動方向，除非在制備過程中在導熱膠的橫向側(cè)再施加一個磁場，才有可能實現(xiàn)如圖1或3所示的狀態(tài)。

因此，在一個具體實施例中，本發(fā)明同時也將“在流延料上再施加一個垂直于圖示磁場方向的磁場”的技術(shù)方案概括到本發(fā)明要求保護的范圍中，即，前述實施例中所述的“在流延料上施加垂直于流延方向的磁場”包括了“在流延料上施加垂直于流延方向的兩個相互垂直的磁場”的技術(shù)方案(本方案圖中未示出)，用以獲得如圖1或3所示的片狀導熱填料30具有更加高的取向性的排列的技術(shù)效果，可以獲得更好的導熱性能和物理性能。

在一個具體實施例中，導熱膠100由導熱膠流延片500干燥固化而成，所述導熱膠流延片具有一個厚度h1，所述片狀導熱填料30具有一個直徑r，其中10r≤h1≤200r。優(yōu)選地，片狀導熱填料30的直徑為1～30μm，厚度為5～200nm；導熱膠流延片的厚度為10～200μm。

導熱膠流延片500干燥固化之后，片狀導熱填料30不會發(fā)生變化，但是干燥固化后得到的導熱膠100的厚度會變小，即，如圖1所示，在一個具體實施例中，導熱膠100具有一個厚度h，片狀導熱填料30具有一個直徑r，其中r≤h≤5r。同樣優(yōu)選地，片狀導熱填料30的直徑為1～30μm，厚度為5～200nm；導熱膠100的厚度為5～150μm。

綜上所述，本發(fā)明采用流延法制備的導熱膠流延片厚度只有10～200μm，在流延過程中，片狀導熱填料通過磁場作用取向，片層垂直于流延片表面；采用的片狀導熱填料沿垂直方向的導熱系數(shù)高，片狀氮化硼導熱系數(shù)≥300w/(m·k)、片狀石墨≥1500w/(m·k)和片狀石墨烯≥5000w/(m·k)，而導熱填 料在導熱膠中高定向排列，減少了片狀導熱填料的卡片搭橋結(jié)構(gòu)，使得導熱系數(shù)、物理性能明顯提高。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解，雖然本發(fā)明是按照多個實施例的方式進行描述的，但是并非每個實施例僅包含一個獨立的技術(shù)方案。說明書中如此敘述僅僅是為了清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應當將說明書作為一個整體加以理解，并將各實施例中所涉及的技術(shù)方案看作是可以相互組合成不同實施例的方式來理解本發(fā)明的保護范圍。

以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實施方式，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化、修改與結(jié)合，均應屬于本發(fā)明保護的范圍。