基于多維度多尺度微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的柔性導(dǎo)熱膠的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于多維度多尺度微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的柔性導(dǎo)熱膠，設(shè)計(jì)上，導(dǎo)熱組分采用0維、1維、2維多維度以及微米、納米多尺度導(dǎo)熱粒子復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證導(dǎo)熱組分可以為導(dǎo)熱復(fù)合材料提供相對(duì)完善和相對(duì)豐富的聲子輸運(yùn)網(wǎng)絡(luò)，從而提高導(dǎo)熱膠及膠帶材料的熱導(dǎo)率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明產(chǎn)品導(dǎo)熱膠及導(dǎo)熱膠帶具有導(dǎo)熱均勻性好、導(dǎo)熱系數(shù)高、絕緣性能好以及強(qiáng)粘結(jié)力等優(yōu)點(diǎn)，性能穩(wěn)定，不含任何有機(jī)溶劑，可適應(yīng)不同應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】
基于多維度多尺度微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的柔性導(dǎo)熱膠
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]
本發(fā)明涉及新材料領(lǐng)域，具體涉及一種基于多維多尺度微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的柔性導(dǎo)熱膠及膠帶，具有高熱導(dǎo)率、強(qiáng)粘結(jié)力、耐水耐堿和良好的柔韌性。本發(fā)明提供了該膠粘劑及膠帶的制備方法，可操作性強(qiáng)，便于工業(yè)生產(chǎn)。本發(fā)明產(chǎn)品綜合性能優(yōu)異，可模切加工，廣泛用于CPU、功率管、模塊電源等的發(fā)熱器件和散熱片的粘結(jié)，以及手機(jī)、LED等電子產(chǎn)品中屏幕、邊框與注塑模板的粘接。
【背景技術(shù)】
[0002]
隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)高速發(fā)展，電子設(shè)備變得薄且輕，這種結(jié)構(gòu)使得電子設(shè)備內(nèi)部功率密度明顯提高，運(yùn)行中所產(chǎn)生的熱量不易排出、迅速積累而形成高溫。溫度的升高會(huì)導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行速度減慢、器件工作中出故障以及其他性能問(wèn)題，使得電子設(shè)備的可靠性和使用壽命大大降低。因此，當(dāng)前電子行業(yè)對(duì)于作為熱控系統(tǒng)核心部件的散熱材料提出越來(lái)越高的要求，迫切需要高效導(dǎo)熱、輕便的材料迅速將熱量傳遞出去，保障電子設(shè)備正常運(yùn)行。
[0003]導(dǎo)熱膠及膠帶由于厚度可調(diào)、使用方便、更換容易等，廣泛應(yīng)用于芯片與熱沉的粘結(jié)?，F(xiàn)有導(dǎo)熱膠及膠帶存在導(dǎo)熱系數(shù)不高、難以滿足大功率器件散熱需求等缺陷。另一方面，導(dǎo)熱膠及膠帶還需要具有柔韌性和對(duì)發(fā)熱部件及散熱部件的粘附性，然而導(dǎo)熱組分過(guò)量添加將造成粘結(jié)性差、柔韌性降低、使用壽命短的問(wèn)題，如何同時(shí)解決這些問(wèn)題成為研究及發(fā)明的熱點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是:其一、現(xiàn)有導(dǎo)熱膠及膠帶導(dǎo)熱系數(shù)低;其二、隨著導(dǎo)熱組分加入，導(dǎo)熱膠絕緣性能降低;其三、現(xiàn)有導(dǎo)熱絕緣膠及膠帶與熱器件粘結(jié)力差;其四、現(xiàn)有導(dǎo)熱絕緣膠及膠帶柔韌性差、易老化、壽命短，需頻繁更換;其五、模切中，導(dǎo)熱膠帶邊緣卷取、翹起。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是提供一種用于微電子器件的壓敏膠帶，導(dǎo)熱組分采用O維、I維、2維多維度以及微米、納米多尺度導(dǎo)熱粒子復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證導(dǎo)熱組分可以為導(dǎo)熱復(fù)合材料提供相對(duì)完善和相對(duì)豐富的聲子輸運(yùn)網(wǎng)絡(luò)，從而提高壓敏膠及膠帶材料的本體熱導(dǎo)率。該壓敏膠及膠帶在垂直方向和水平方向均提高了導(dǎo)熱性能，避免膠帶局部過(guò)熱，實(shí)現(xiàn)了膠帶導(dǎo)熱性能的均勻性的同時(shí)，提高了產(chǎn)品的散熱性能穩(wěn)定性、絕緣性、可靠性，大大降低了產(chǎn)品的成本。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是將采用O維、I維、2維多維度以及微米、納米多尺度導(dǎo)熱粒子復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)熱組分原位聚合進(jìn)入膠粘劑基體中。工藝方法包括以下步驟:
本發(fā)明采用的具體方案為:
一種基于多維度多尺度微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的柔性導(dǎo)熱膠，其特征在于，其是由下述重量份的原料制成:丙稀酸酯軟單體45-80、丙稀酸酯硬單體5-15、功能單體5-8、多維多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的導(dǎo)熱組分2-20、光引發(fā)劑0-5、乳化劑0-5、熱引發(fā)劑0-5、助劑0_5。
[0007]所述的基于多維度多尺度微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的柔性導(dǎo)熱膠，其特征在于，導(dǎo)熱組分通過(guò)原位聚合進(jìn)入膠粘劑中，導(dǎo)熱組分采用O維、I維、2維多維度以及微米、納米多尺度導(dǎo)熱粒子復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即O維微米組分、O維納米組分、I維納米組分、I維微米組分、2維納米組分和2維微米組分等兩種或兩種以上組合，保證導(dǎo)熱組分可以為導(dǎo)熱復(fù)合材料提供相對(duì)完善和相對(duì)豐富的聲子輸運(yùn)網(wǎng)絡(luò)，從而提高導(dǎo)熱膠的本體熱導(dǎo)率。
[0008]所述的導(dǎo)熱膠，其特征在于制備方法可采用本體聚合、乳液聚合或紫外光引發(fā)聚合法；
本體聚合法步驟為:將丙烯酸酯軟單體、丙烯酸酯硬單體和功能單體混合得丙烯酸酯單體混合物，取其中50%左右置于反應(yīng)釜中，通氮?dú)饧訜峄亓?，加?0%左右的熱引發(fā)劑，反應(yīng)30分鐘左右后，滴加剩余的丙烯酸酯單體混合物，繼續(xù)反應(yīng)1-2小時(shí)，冷卻得到預(yù)聚體;隨后，加入多維多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的導(dǎo)熱組分、助劑并補(bǔ)加剩余的熱引發(fā)劑，繼續(xù)反應(yīng)2-3小時(shí)，得到導(dǎo)熱膠;將得到的導(dǎo)熱膠直接涂覆于基材或離型紙上，干燥得到指定厚度的導(dǎo)熱膠帶；乳液聚合法步驟為:稱取乳化劑及一定量的去離子水，置于燒杯I中，攪拌至全部溶解；稱取丙烯酸酯軟單體、硬單體、功能單體，置于燒杯2中，攪拌15-20分鐘;將燒杯1、2中溶液倒入三口燒瓶中，機(jī)械攪拌20-30分鐘，完成乳化過(guò)程。將獲得的乳液置于70-80°C水浴中，邊攪拌邊通氮?dú)猓S后加入熱引發(fā)劑，反應(yīng)30分鐘左右后再加入及助劑，3小時(shí)左右結(jié)束反應(yīng)，得到導(dǎo)熱膠;將得到的導(dǎo)熱膠直接涂覆于基材或離型紙上，干燥得到指定厚度的導(dǎo)熱膠帶；
紫外光引發(fā)聚合法步驟為:將丙烯酸酯軟單體、丙烯酸酯硬單體、功能單體以及20%左右光引發(fā)劑、助劑和多維多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的導(dǎo)熱組分混合后置于反應(yīng)釜中，通氮?dú)?，UV紫外光輻照，待預(yù)聚體粘度為1000-5000厘泊時(shí)停止反應(yīng)，得到導(dǎo)熱膠;將80%左右光引發(fā)劑、加入得到的導(dǎo)熱膠中，混合均勻、脫泡后涂布于離型膜、離型紙或基材上，置于紫外燈下輻照固化，得到所需導(dǎo)熱膠帶。
[0009]所述的導(dǎo)熱膠，其特征在于，丙烯酸酯軟單體選自丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸異辛酯、甲基丙烯酸異辛酯、丙烯酸月桂酯和丙烯酸十八酯中的一種或兩種以上的混合物;丙烯酸酯硬單體選自苯乙烯、醋酸乙烯酯、丙烯腈、丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸甲酯中的一種或兩種以上的混合物。
[0010]功能單體選自丙烯酸、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、羥甲基丙烯酰胺、丁氧基羥甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、衣康酸和3-甲氧基-3-甲基-1-丁醇和甲基丙烯酸縮水甘油酯中的一種或幾種。
[0011]所述的導(dǎo)熱膠，其特征在于，所述多維多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的導(dǎo)熱組分為不同微米、納米尺寸的AlN、BN、A1203、SiC、Ag、Cu、Al、石墨、碳納米管和石墨烯中兩種或多種共混。
[0012]所述的導(dǎo)熱膠，其特征在于，乳化劑選自十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉中的一種或兩種；熱引發(fā)劑選自過(guò)氧化苯甲?；蚺嫉惗‰嬷械囊环N或兩種。紫外光引發(fā)劑選自二苯甲酮、安息香甲醚、安息香乙醚、安息香正丁醚、1-羥基-環(huán)己基苯酮、2，2-二甲氧基苯乙酮，2，2_ 二甲氧基-2-苯基-1-苯乙酮苯偶姻甲醚和苯偶姻異丙醚中的一種或幾種。助劑選自萜烯樹(shù)脂、松香樹(shù)脂、二氧化硅、玻璃微珠、有機(jī)樹(shù)脂微球和多官能(甲基)丙烯酸酯中的一種或幾種。
[0013]所述的導(dǎo)熱膠，其特征在于，導(dǎo)熱膠可涂布于離型紙或離型膜上，制成無(wú)基材雙面膠帶;也可以涂覆于基材上，基材選自無(wú)彈性布基、膜材、無(wú)紡布、彈性布料、彈性無(wú)紡布、各種紙基、金屬膜和玻璃纖維布中的一種或幾種，制成導(dǎo)熱膠帶。
[0014]所述的導(dǎo)熱膠，其特征在于，該壓敏膠及膠帶具有高熱導(dǎo)率、強(qiáng)粘結(jié)力、耐水耐堿和良好的柔韌性。
[0015]所述的導(dǎo)熱膠，其特征在于，基體不局限于聚丙烯酸酯，也可以是其他常用基材。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
1、本發(fā)明制備的導(dǎo)熱膠及膠帶具有良好的導(dǎo)熱性能、粘結(jié)性能、柔韌性及耐老化性能，且耐水耐堿。
[0017]2、產(chǎn)品電絕緣性能優(yōu)越，耐高溫、使用壽命長(zhǎng)。
[0018]3、產(chǎn)品熱導(dǎo)率可根據(jù)成本及導(dǎo)熱需求調(diào)節(jié)。
[0019]4、反應(yīng)物中不添加任何有機(jī)溶劑，降低環(huán)境污染。
[0020]5、本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)過(guò)程、儲(chǔ)存過(guò)程穩(wěn)定、安全，易控制，便于操作，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0022]實(shí)施例1
將丙烯酸酯軟單體丙烯酸異辛酯720克、硬單體甲基丙烯酸甲酯100克、功能單體甲基丙烯酸65克混合，取其中50%置于反應(yīng)釜中，通氮?dú)?0 0C下加熱回流，加入2克引發(fā)劑偶氮二異丁腈，反應(yīng)30分鐘后，滴加，繼續(xù)反應(yīng)2小時(shí)，得到預(yù)聚體。接著，向體系中逐滴加入125微米的銅粉15克、管徑為50nm的碳納米管5克、石墨烯I克，二氧化硅20克，玻璃微球28克和剩余的50%丙烯酸酯單體的混合物，追加1.5克引發(fā)劑偶氮二異丁腈，繼續(xù)反應(yīng)2小時(shí)。脫泡、涂覆、干燥得到壓敏膠帶。經(jīng)測(cè)試，制得的壓敏膠帶導(dǎo)熱系數(shù)為4.2W/mK; 180度剝離強(qiáng)度為68.9~25111111，1'剝離強(qiáng)度為38.6~25臟，持粘力>200011，膠帶可耐熱200°(:。膠帶可重復(fù)使用50次。
[0023]實(shí)施例2
稱取乳化劑十二烷基硫酸鈉5公斤及一定量的去離子水，置于燒杯I中，攪拌至全部溶解;稱取丙烯酸異辛酯760公斤、醋酸乙烯酯50公斤和甲基丙烯酸50公斤，置于燒杯2中，攪拌15分鐘;將燒杯1、2中溶液倒入三口燒瓶中，機(jī)械攪拌20分鐘，完成乳化過(guò)程。接著，將獲得的乳液置于70°C水浴中，邊攪拌邊通氮?dú)饧尤脒^(guò)氧化苯甲酰，反應(yīng)30分鐘后加入15微米的BN 5克、20微米的AlN 5克、100納米銀粉2克、石墨烯I克、有機(jī)樹(shù)脂微球助劑，3小時(shí)后結(jié)束反應(yīng)。將壓敏膠乳液刮涂至PET離型上，烘干制得壓敏膠帶。經(jīng)測(cè)試，制得的壓敏膠帶導(dǎo)熱系數(shù)為3.43ff/mK ； 180度剝離強(qiáng)度為35.8N/25mm，T剝離強(qiáng)度為25.7N/25mm，持粘力>3000h，膠帶可耐熱200°C。膠帶可重復(fù)使用30次。
[0024]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明的一種基于多維多尺度微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的柔性導(dǎo)熱膠及其制備方法進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對(duì)本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于多維度多尺度微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的柔性導(dǎo)熱膠，其特征在于，其是由下述重量份的原料制成:丙稀酸酯軟單體45-80、丙稀酸酯硬單體5-15、功能單體5-8、多維多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的導(dǎo)熱組分2-20、光引發(fā)劑0-5、乳化劑0-5、熱引發(fā)劑0-5、助劑0_5。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多維度多尺度微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的柔性導(dǎo)熱膠，其特征在于，導(dǎo)熱組分通過(guò)原位聚合進(jìn)入膠粘劑中，導(dǎo)熱組分采用O維、I維、2維多維度以及微米、納米多尺度導(dǎo)熱粒子復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即O維微米組分、O維納米組分、I維納米組分、I維微米組分、2維納米組分和2維微米組分等兩種或兩種以上組合，保證導(dǎo)熱組分可以為導(dǎo)熱復(fù)合材料提供相對(duì)完善和相對(duì)豐富的聲子輸運(yùn)網(wǎng)絡(luò)，從而提高導(dǎo)熱膠的本體熱導(dǎo)率。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱膠，其特征在于制備方法可采用本體聚合、乳液聚合或紫外光引發(fā)聚合法； 本體聚合法步驟為:將丙烯酸酯軟單體、丙烯酸酯硬單體和功能單體混合得丙烯酸酯單體混合物，取其中50%左右置于反應(yīng)釜中，通氮?dú)饧訜峄亓?，加?0%左右的熱引發(fā)劑，反應(yīng)30分鐘左右后，滴加剩余的丙烯酸酯單體混合物，繼續(xù)反應(yīng)1-2小時(shí)，冷卻得到預(yù)聚體;隨后，加入多維多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的導(dǎo)熱組分、助劑并補(bǔ)加剩余的熱引發(fā)劑，繼續(xù)反應(yīng)2-3小時(shí)，得到導(dǎo)熱膠;將得到的導(dǎo)熱膠直接涂覆于基材或離型紙上，干燥得到指定厚度的導(dǎo)熱膠帶； 乳液聚合法步驟為:稱取乳化劑及一定量的去離子水，置于燒杯I中，攪拌至全部溶解；稱取丙烯酸酯軟單體、硬單體、功能單體，置于燒杯2中，攪拌15-20分鐘;將燒杯1、2中溶液倒入三口燒瓶中，機(jī)械攪拌20-30分鐘，完成乳化過(guò)程;將獲得的乳液置于70-80°C水浴中，邊攪拌邊通氮?dú)?，隨后加入熱引發(fā)劑，反應(yīng)30分鐘左右后再加入及助劑，3小時(shí)左右結(jié)束反應(yīng)，得到導(dǎo)熱膠;將得到的導(dǎo)熱膠直接涂覆于基材或離型紙上，干燥得到指定厚度的導(dǎo)熱膠帶； 紫外光引發(fā)聚合法步驟為:將丙烯酸酯軟單體、丙烯酸酯硬單體、功能單體以及20%左右光引發(fā)劑、助劑和多維多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的導(dǎo)熱組分混合后置于反應(yīng)釜中，通氮?dú)?，UV紫外光輻照，待預(yù)聚體粘度為1000-5000厘泊時(shí)停止反應(yīng)，得到導(dǎo)熱膠;將80%左右光引發(fā)劑、加入得到的導(dǎo)熱膠中，混合均勻、脫泡后涂布于離型膜、離型紙或基材上，置于紫外燈下輻照固化，得到所需導(dǎo)熱膠帶。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱膠，其特征在于，丙烯酸酯軟單體選自丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸異辛酯、甲基丙烯酸異辛酯、丙烯酸月桂酯和丙烯酸十八酯中的一種或兩種以上的混合物;丙烯酸酯硬單體選自苯乙烯、醋酸乙烯酯、丙烯腈、丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸甲酯中的一種或兩種以上的混合物； 功能單體選自丙烯酸、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、羥甲基丙烯酰胺、丁氧基羥甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、衣康酸和3-甲氧基-3-甲基-1-丁醇和甲基丙烯酸縮水甘油酯中的一種或幾種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱膠，其特征在于，所述多維多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的導(dǎo)熱組分為不同微米、納米尺寸的六11'1、1^、41203、3;[(]、48、(]11、41、石墨、碳納米管和石墨稀中兩種或多種共混。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱膠，其特征在于，乳化劑選自十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉中的一種或兩種;熱引發(fā)劑選自過(guò)氧化苯甲?；蚺嫉惗‰嬷械囊环N或兩種；紫外光引發(fā)劑選自二苯甲酮、安息香甲醚、安息香乙醚、安息香正丁醚、1-羥基-環(huán)己基苯酮、2，2_ 二甲氧基苯乙酮，2，2_二甲氧基-2-苯基-1-苯乙酮苯偶姻甲醚和苯偶姻異丙醚中的一種或幾種;助劑選自萜烯樹(shù)脂、松香樹(shù)脂、二氧化硅、玻璃微珠、有機(jī)樹(shù)脂微球和多官能(甲基)丙烯酸酯中的一種或幾種。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱膠，其特征在于，導(dǎo)熱膠可涂布于離型紙或離型膜上，制成無(wú)基材雙面膠帶;也可以涂覆于基材上，基材選自無(wú)彈性布基、膜材、無(wú)紡布、彈性布料、彈性無(wú)紡布、各種紙基、金屬膜和玻璃纖維布中的一種或幾種，制成導(dǎo)熱膠帶。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱膠，其特征在于，該壓敏膠及膠帶具有高熱導(dǎo)率、強(qiáng)粘結(jié)力、耐水耐堿和良好的柔韌性。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱膠，其特征在于，基體不局限于聚丙烯酸酯，也可以是其他常用基材。
【文檔編號(hào)】C09J11/08GK105950076SQ201610201477
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月1日
【發(fā)明人】臧秀蘭
【申請(qǐng)人】合肥第六元素光電科技有限公司