本發(fā)明涉及導熱材料，特別涉及一種半固化粘接絕緣膜、制備方法、應用及其使用方法。

背景技術：

1、隨著新能源汽車的爆發(fā)式增長，對各類高性能導熱材料有著大量需求。其中各類功率晶體管(mosfet、igbt)是汽車電源裝置的核心器件。當電源工作時，功率晶體管頻繁開關，承受著高電壓、大電流并產生大量的熱量。為保證電源穩(wěn)定、可靠的工作，必須將功率管安裝與各種形狀的散熱器上，并確保功率管與散熱器之間是絕緣的、功率管/散熱器之間的界面熱阻盡可能小。絕緣和散熱問題均可能導致晶體管擊穿短路、過熱炸管，既而導致整個電源裝置炸機，嚴重時燒毀。

2、傳統(tǒng)上述問題的解決都是通過在功率管與散熱器之間墊上導熱絕緣介質(al203陶瓷片+導熱硅脂、導熱絕緣硅膠布、導熱相變膜)，并以機械緊固的方式(螺釘直接鎖固、螺釘+壓條/壓塊鎖固、彈簧夾夾持)將功率管壓緊與散熱器表面來實現。例如，專利cn201320293795.0通過在陶瓷片兩面涂導熱硅脂，增強散熱鋁塊、陶瓷片、散熱器三者之間的導熱，并用z字壓片固定晶體管。這種方式存在陶瓷片易碎和導熱硅脂老化的問題，同時z字壓片機械固定方式占用更多空間和安裝操作不方便。專利cn202320958355.6通過按壓件將晶體管壓緊在導熱絕緣片上，導熱絕緣片另一面與導熱塊接觸，以此方式組裝成晶體管組裝體。這種方式增加按壓件的結構成本，并占用空間，不利于高密度電源設計。

3、綜上所述，通過在功率管與散熱器之間加上導熱絕緣介質，并以機械固定的傳統(tǒng)方式，存在的問題有：1.絕緣距離有限，難以滿足更高絕緣等級要求；2.螺絲安裝，容易導致絕緣介質和功率管受擠壓，導致破損；3.空間占用大，難以滿足高密度電源設計；4.額外固定結構件增加物料成本和設計難度。

4、中國專利cn202110778056.x制備的陶瓷片的使用需要涂布導熱硅脂填補界面縫隙，且陶瓷片存在易碎的風險；中國專利201810383249.3制備的導熱絕緣片，使用時需要額外的結構件固定晶體管和散熱器。

5、在固體物理學中，聲子是晶格振動的量子化形式。聲子傳輸是指晶格振動能量在晶體中的傳遞過程。聲子模式分為四類：擴展模式、局域模式、部分擴展模式和孤立模式。其中擴展模式和局域模式下，兩個晶格之間的聲子都有強關聯，使得一側的聲子散射穿到達另一側，形成聲子橋，從而有助于提升填料之間的熱導；而部分擴展模式和孤立模式對界面熱導貢獻很小。

6、實驗發(fā)現aln/bn和aln/al2o3的聲子模式迥然不同，從而導致熱導很大差異。氮化物之間更容易形成聲子橋，氮化鋁與氮化硼之間的聲子都容易處于擴展模式和局域模式，聲子發(fā)生非彈性散射從而交換能量，促進熱量的傳輸。同時，球形氮化硼容易形成垂直序列化排列，減少聲子的反射和散射，大大降低熱阻，提高導熱性能。

技術實現思路

1、針對現有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種半固化粘接絕緣膜、制備方法、應用及其使用方法。

2、為了實現上述目的，本發(fā)明提供一種半固化粘接絕緣膜，所述半固化粘接絕緣膜為三層復合結構，包括：上下兩層為填充導熱填料的有機硅膠層、以及中間為聚酰亞胺膜。

3、優(yōu)選地，所述有機硅膠層由以下重量份的組分組成：

4、6－8重量份的高粘度液態(tài)有機硅橡膠、2－3重量份的低粘度液態(tài)有機硅橡膠、0.5－0.8重量份的含氫硅油、0.1－0.5重量份的抑制劑、0.1－0.2重量份的鉑金催化劑、0.1－0.3重量份的硅烷偶聯劑、0.1－0.3重量份的有機硅增粘劑、10－20重量份的納米球形氮化硼粉、20－40重量份的氮化鋁粉、50－100份有機溶劑；其中納米級球形氮化硼是一種新型的納米材料，通過高溫高壓合成技術制備，具有高熔點、良好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性等特點；球形氮化硼相比片狀氮化硼，擁有更小的比表面積，可以帶來更高的粉體填充量，提高熱導率。同時相對片狀氮化硼，容易形成垂直序列化排列，更有利于降低熱界面材料的熱阻，提高熱導率。

5、優(yōu)選地，所述的高粘度液態(tài)有機硅橡膠選自粘度范圍為100000－800000cs的雙端乙烯基硅油、單端乙烯基硅油、側鏈乙烯基硅油、mq乙烯基硅油中的一種或多種。

6、優(yōu)選地，所述低粘度液態(tài)有機硅橡膠選自粘度范圍為50cs－500cs的雙端乙烯基硅油、單端乙烯基硅油、側鏈乙烯基硅油中的一種或多種。

7、優(yōu)選地，所述含氫硅油選自含氫值在0.05－0.18％范圍的甲基封端側氫硅油、雙端含氫硅油、端側氫硅油、苯基側氫硅油中的一種或多種。

8、優(yōu)選地，所述抑制劑為3，7，11－三甲基十二炔－3－醇；

9、所述鉑金催化劑為微膠囊型鉑金催化劑，該膠囊粒徑為50μm，軟化點在120℃，包裹濃度2000ppm的氯鉑酸催化劑；

10、所述硅烷偶聯劑選自三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ－甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、γ－氨丙基三乙氧基硅烷、n－β氨乙基－γ－氨丙基三甲氧基硅烷中的一種或多種。

11、優(yōu)選地，所述有機硅增粘劑選自硅硼增粘劑、mq硅樹脂增粘劑中的一種；

12、所述納米球形氮化硼粉為：粒徑100nm球形氮化硼粉或粒徑500nm球形氮化硼粉；

13、所述氮化鋁粉為：粒徑1μm球狀氮化鋁粉或粒徑5μm球狀氮化鋁粉。

14、所述有機溶劑為石油醚、環(huán)己烷或乙醇。

15、本發(fā)明提供一種半固化絕緣粘接膜的制備方法，包括如下步驟：

16、步驟s1：將高粘度液態(tài)有機硅橡膠、低粘度液態(tài)有機硅橡膠、含氫硅油、抑制劑、硅烷偶聯劑、增粘劑、有機溶劑按比例混合到一起攪拌均勻；

17、步驟s2：再添加球形氮化硼粉、氮化鋁粉，放入均質機2000rpm真空高速攪拌10min；

18、步驟s3：最后添加微膠囊型鉑金催化劑，放入均質機1500rpm真空高速攪拌5min，得到導熱粘接硅膠漿料；

19、步驟s4：使用可調式刮刀，調整刮刀高度為150μm，涂布速度為3m/min，將導熱粘接硅膠漿料涂布在25μm聚酰亞胺膜上，在80℃溫度下5min烘干，使硅膠層達到半固化狀態(tài)；

20、步驟s5：采用同樣的方式涂布聚酰亞胺膜的背面并烘干，得到半固化絕緣粘接膜；

21、步驟s6：最后在半固化絕緣粘接膜的上下兩面覆上pet離型膜，冷藏0－10℃保存。

22、優(yōu)選地，所述pet離型膜為有機硅離型膜、非硅離型膜、氟素離型膜中的一種。

23、優(yōu)選地，所制備的半固化絕緣粘接膜，其應用于功率晶體管，實現散熱器與功率管的粘接。

24、本發(fā)明還提供一種使用所述的半固化粘接絕緣膜的方法，包括以下步驟：

25、步驟x1：將散熱器、半固化粘接絕緣膜、功率管依次放置并定位；

26、步驟x2：對絕緣膜施加100－140psi的壓力，持續(xù)10秒，使絕緣膜在壓力下發(fā)生形變，填充功率管與散熱器界面之間的縫隙，有效的降低界面熱阻；

27、步驟x3：將絕緣膜加熱至150℃，保持15min，使有機硅膠層發(fā)生交聯反應，實現散熱器與功率管的粘接，當溫度超過120℃鉑金催化劑的膠囊軟化，釋放鉑金催化劑引發(fā)硅氫加成聚合，將mos管上下粘接固化。

28、采用本發(fā)明的技術方案，具有以下有益效果：

29、本發(fā)明通過在聚酰亞胺膜的兩面復合填充導熱填料的有機硅膠層，制成半固化絕緣粘接膜。本發(fā)明半固化絕緣粘接膜，占用空間小，組裝工藝簡單、絕緣可靠性高以及使用成本低。

30、本發(fā)明具備高效散熱：本發(fā)明的半固化粘接絕緣膜采用三層復合結構，上下兩層為填充有導熱填料的有機硅膠層，中間層為聚酰亞胺膜。這種結構設計有效提高了熱傳導效率，降低了功率晶體管與散熱器之間的界面熱阻，從而提高了散熱性能。

31、本發(fā)明具備簡便安裝：使用本發(fā)明的半固化粘接絕緣膜，只需將散熱器、半固化粘接絕緣膜、功率晶體管依次放置并定位，然后施加100-140psi的壓力10秒鐘，再加熱至150℃保持15min，即可實現散熱器與功率晶體管的粘接。該方法簡化了安裝過程，提高了生產效率，降低了勞動強度。

32、本發(fā)明具備高絕緣性能：聚酰亞胺膜作為中間層，提供了優(yōu)異的電絕緣性能，確保了功率晶體管與散熱器之間的電氣隔離，避免了短路和擊穿的風險。

33、本發(fā)明的機械強度高：有機硅膠層在固化后形成穩(wěn)定的粘接，與聚酰亞胺膜的結合提供了良好的機械強度，保證了功率晶體管在各種工作環(huán)境下的穩(wěn)定性和可靠性。

34、本發(fā)明的空間利用率高：本發(fā)明的半固化粘接絕緣膜厚度均勻，占用空間小，有利于電子設備的小型化和高密度安裝，滿足了現代電子設備對空間的嚴格要求。

35、本發(fā)明的成本低：本發(fā)明的半固化粘接絕緣膜省去了傳統(tǒng)的機械緊固結構件，減少了材料成本和制造成本，同時簡化了生產工藝，有利于降低整體成本。

36、本發(fā)明環(huán)境適應性強：有機硅膠層具有良好的耐高溫、耐低溫、耐老化性能，使得本發(fā)明的半固化粘接絕緣膜適用于各種環(huán)境條件，包括極端溫度和濕度環(huán)境。

37、本發(fā)明的使用壽命長：由于本發(fā)明的半固化粘接絕緣膜具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性，因此具有較長的使用壽命，減少了維護和更換的頻率。

38、由本發(fā)明的方案可以發(fā)現aln/al2o3的熱阻遠高于aln/bn，說明aln/al2o3之間的聲子存于部分擴展模式和孤立模式，aln晶格聲子散射未能達到al2o3晶格，不能形成聲子橋，導致熱量的傳輸效率較低；同時加納米球形氮化硼粉的粘接膜抗擊穿電壓高于類球狀氧化鋁粉，提升了粘接膜的絕緣性能；mq硅樹脂增粘劑對粘接剪切強度有明顯提升，說明mq硅氧烷官能團能夠與種基材表面的活潑基團(如羥基、氨基等)發(fā)生反應，形成更穩(wěn)定的粘接層。