一種球形氧化鋁/石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱硅脂及其制備方法
【專利說明】一種球形氧化鋁/石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱硅脂及其制備方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種大功率電子元器件封裝散熱用的一種球形氧化鋁/石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱娃脂及其制備方法
【背景技術(shù)】
[0003]導(dǎo)熱硅脂是一種高導(dǎo)熱有機硅材料，可在-50~300°C溫度下長期保持膏狀，廣泛應(yīng)用于高功率電子元器件發(fā)熱體與散熱基座之間，有效地降低了界面接觸熱阻。隨著電子元器件向大功率化、集約化發(fā)展，對導(dǎo)熱系數(shù)高、熱穩(wěn)定性優(yōu)異、析油值低的高性能導(dǎo)熱硅脂需求越來越大。
[0004]氧化鋁來源豐富，是電解鋁的主要原料。在鋁合金熔煉過程中，由于突發(fā)情況出現(xiàn)過燒情況，使得部分γ_Α1203氧化成α-Α1 203，α-Α1203俗稱為剛玉，具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能、電器絕緣性能，鋁合金熔煉中將過燒產(chǎn)生的氧化鋁很難再次進行使用。本發(fā)明充分利用α-Α1203所具有的特性，通過與石墨烯的復(fù)配，制備出導(dǎo)熱系數(shù)高、絕緣性能優(yōu)異、性價比高、應(yīng)用范圍廣的導(dǎo)熱硅脂。
[0005]另外，球形氧化鋁其粒子球形率高、粒度分布寬，可進行高密度填充，可得到粘度低、流動性好、熱傳導(dǎo)率高、散熱性好的導(dǎo)熱硅脂。同時因其外觀為球形，對密煉機的磨損大大降低，可延長設(shè)備的使用壽命。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種用于大功率電子元器件封裝散熱用的一種球形氧化鋁/石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱硅脂。
[0008]本發(fā)明提供的一種球形氧化鋁/石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱硅脂，該導(dǎo)熱硅脂由改性球形氧化鋁/石墨烯復(fù)配導(dǎo)熱填料填充硅油，通過密煉機密煉制成。其中各組分質(zhì)量份數(shù)為:硅油10~40份(優(yōu)選25份)，改性球形氧化鋁/石墨烯復(fù)配導(dǎo)熱填料60~80份(優(yōu)選70份)，硅烷偶聯(lián)劑為導(dǎo)熱填料的3%~8% (優(yōu)選5%)，交聯(lián)劑為硅油的0.1%~1% (優(yōu)選0.5%)，抗氧劑為
0.1~1份(優(yōu)選0.5份)。
[0009]所述的硅油為:二甲基硅油:甲基苯基硅油:含氫硅油=1:1:1，其中二甲基硅油在溫度為25°C時粘度為100~1000cps (優(yōu)選500cps)，甲基苯基硅油在溫度為25°C時粘度為100~500cps (優(yōu)選200cps)，含氫硅油在溫度為25°C時粘度為100~500cps (優(yōu)選300cps)。
[0010]所述的球形氧化鋁為:α-Α1203: γ -Α1 203=1:1，其中 γ_Α1203加熱到 950~1300°C轉(zhuǎn)化得到α -Α1203，其中D50為5~20um (優(yōu)選10um)，球化率彡90%。
[0011]所述的石墨烯為通過化學(xué)氣相沉積法(PVDC)制備的石墨烯。
[0012]所述的偶聯(lián)劑為:γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570):甲基苯基二甲氧基硅烷(KH1621):正十二烷基三甲氧基硅烷(KH3112) =1:1:1。
[0013]所述的交聯(lián)劑為過氧化二異丙苯(DCP)。
[0014]所述的抗氧劑為三[2.4- 二叔丁基苯基]亞磷酸酯(抗氧劑168)。
[0015]所述的一種球形氧化鋁/石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱硅脂的制備包括以下步驟:
(1)準確稱取50~70份(優(yōu)選60份)5~20um(優(yōu)選10um)的球形氧化鋁、5~15份(優(yōu)選10份)的石墨稀，通過高速混合機1800~3000r/min (優(yōu)選2400r/min)、10~20min (優(yōu)選15min)混合均勾，待用；
(2)取400份的無水乙醇于反應(yīng)釜中，量取3%~8%(優(yōu)選5%)導(dǎo)熱填料份的硅烷偶聯(lián)劑加入到反應(yīng)釜內(nèi)，恒溫 60~100°C (優(yōu)選 80°C )、100~300r/min (優(yōu)選 200r/min)攪拌 10~20min(優(yōu)選 15min)，
(3)將(1)中的導(dǎo)熱填料加入到乙醇溶液中，超聲攪拌2~4h，待乙醇蒸發(fā)完全，得改性復(fù)配導(dǎo)熱填料；
(4)將(3)得到的改性導(dǎo)熱填料60~80份、10~40份(優(yōu)選25份)硅油、硅油0.1%~1%(優(yōu)選0.5%)的交聯(lián)劑、0.1~1份(優(yōu)選0.5體積份)的抗氧劑加入到密煉機內(nèi)，90°C、10r/min，100°C、25r/min，120°C、40r/min 情況下各密煉 40~60min (優(yōu)選 50min)，得到復(fù)合導(dǎo)熱硅脂。
[0016]本發(fā)明充分利用了石墨烯高導(dǎo)熱系數(shù)的特性，并通過與球形氧化鋁復(fù)配，既有效地提高了導(dǎo)熱系數(shù)，又確保其絕緣性能。導(dǎo)熱填料經(jīng)過偶聯(lián)劑改性，與硅油相容性好、不團聚、界面接觸性好。制備的導(dǎo)熱硅脂熱穩(wěn)定性優(yōu)異，析油值低，長時間使用無干裂、粉化現(xiàn)象。同時，制備工藝簡單、周期短，對提升行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。
【具體實施方式】
[0017]以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0018]實施例1:
(1)準確稱取50份10um的球形氧化招、15份的石墨稀，通過高速混合機2400r/min、15min混合均勾，待用；
(2 )取400份的無水乙醇于反應(yīng)釜中，取3份的硅烷偶聯(lián)劑加入到反應(yīng)釜內(nèi)，恒溫80°C、200r/min攪拌15min，得乙醇溶液；
(3)將(1)中的導(dǎo)熱填料加入到乙醇溶液中，超聲攪拌3h，待乙醇蒸發(fā)完全，得改性復(fù)配導(dǎo)熱填料，待用；
(4)取31.3份硅油、0.2份的DCP、0.5份的抗氧劑168，(3)中改性復(fù)配導(dǎo)熱填料加入到密煉機內(nèi)，90°C、10r/min，100°C、25r/min，120°C、40r/min 情況下各密煉 50min，得到性能優(yōu)異的導(dǎo)熱硅脂。
[0019]經(jīng)檢測，所制備的導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱系數(shù)為4.2 ff/ (m.K)，經(jīng)過230°C、5000h的連續(xù)熱處理，結(jié)果顯示導(dǎo)熱硅脂涂層仍保持膏狀，熱處理后導(dǎo)熱系數(shù)為4.0ff/ (m.K)，熱穩(wěn)定性好。
[0020]
實施例2:
(1)準確稱取60份10um的球形氧化招、10份的石墨稀，通過高速混合機2400r/min、15min混合均勾，待用；
(2)取400份的無水乙醇于反應(yīng)釜中，量取3.5份的硅烷偶聯(lián)劑加入到反應(yīng)釜內(nèi)，恒溫80°C、200r/min攪拌15min，得乙醇溶液；
(3)將(1)中的導(dǎo)熱填料加入到乙醇溶液中，超聲攪拌3h，待乙醇蒸發(fā)完全，得改性復(fù)配導(dǎo)熱填料，待用；
(4)量取25.8份硅油、0.2份的DCP、0.5份的抗氧劑168，并同(3)中改性復(fù)配導(dǎo)熱填料加入到密煉機內(nèi)，90°C、10r/min，100°C、25r/min，120°C、40r/min 情況下各密煉 50min，得到性能優(yōu)異的導(dǎo)熱硅脂。
[0021]經(jīng)檢測，所制備的導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱系數(shù)為4.5ff/ (m.Κ)，經(jīng)過230°C、5000h的連續(xù)熱處理，結(jié)果顯示導(dǎo)熱硅脂涂層仍保持膏狀，熱處理后導(dǎo)熱系數(shù)為4.3ff/ (m.K)，熱穩(wěn)定性好。
[0022]
實施例3:
(1)準確稱取70份10um的球形氧化招、5份的石墨稀，通過高速混合機2400r/min、15min混合均勾，待用；
(2)取400份的無水乙醇于反應(yīng)釜中，量取4份的硅烷偶聯(lián)劑加入到反應(yīng)釜內(nèi)，恒溫80°C、200r/min攪拌15min，得乙醇溶液；
(3)將(1)中的導(dǎo)熱填料加入到乙醇溶液中，超聲攪拌3h，待乙醇蒸發(fā)完全，得改性復(fù)配導(dǎo)熱填料，待用；
(4)量取20.3份硅油、0.2份的DCP、0.5體積份的抗氧劑168，并同(3)中改性復(fù)配導(dǎo)熱填料加入到密煉機內(nèi)，90°C、10r/min, 100°C、25r/min，120°C、40r/min情況下各密煉50min，得到性能優(yōu)異的導(dǎo)熱硅脂。
[0023] 經(jīng)檢測，所制備的導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱系數(shù)為4.1 ff/ (m.K)，經(jīng)過230°C、5000h的連續(xù)熱處理，結(jié)果顯示導(dǎo)熱硅脂涂層仍保持膏狀，熱處理后導(dǎo)熱系數(shù)為4.0ff/ (m.K)，熱穩(wěn)定性好。
【主權(quán)項】
1.一種球形氧化鋁/石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱硅脂，其各組分及質(zhì)量份數(shù)組成為:硅油10~40份，改性球形氧化鋁/剛玉/石墨烯復(fù)配導(dǎo)熱填料60~80份，硅烷偶聯(lián)劑為導(dǎo)熱填料的3%~8%，交聯(lián)劑為硅油的0.1%~1%，抗氧劑為0.1~1份。2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的硅油為:二甲基硅油:甲基苯基硅油:含氫硅油=1:1:1，其中二甲基硅油在溫度為25°C時粘度為100~1000cps，甲基苯基硅油在溫度為25°C時粘度為100~500cps，含氫硅油在溫度為25°C時粘度為100~500cps。3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種球形氧化鋁/石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱硅脂，其特征在于:所述改性球形氧化鋁/石墨烯復(fù)配導(dǎo)熱填料，其特征在于包括以下步驟: (1)準確稱取50~70份5~20um的球形氧化招、5~15份的石墨稀，通過高速混合機1800~3000r/min、10~20min 混合均勻，待用； (2 )取400份的無水乙醇于反應(yīng)釜中，取3°/『8%導(dǎo)熱填料的硅烷偶聯(lián)劑加入到反應(yīng)釜內(nèi)，恒溫60~100°C、100~300r/min攪拌10~20min，將(1)中的導(dǎo)熱填料加入到乙醇溶液中，超聲攪拌2~4h，待乙醇蒸發(fā)完全，得改性復(fù)配導(dǎo)熱填料。4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種球形氧化鋁/石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱硅脂，其特征在于:其制備包括如下步驟:改性導(dǎo)熱填料60~80份、10~40份硅油、硅油份的0.1%~1%的交聯(lián)劑、0.1~1 份的抗氧劑加入到密煉機內(nèi)，90°C、10r/min，100°C、25r/min，120°C、40r/min 情況下各密煉40~60min，得到復(fù)合導(dǎo)熱硅脂。5.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種球形氧化鋁/石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱硅脂，其特征在于:所述的球形氧化鋁為:α -Α1203: γ -Α1 203=1:1，其中γ_Α1203加熱到950~1300 °C轉(zhuǎn)化得到α -Α1203，其中 D50 為 5~20um (優(yōu)選 10um)，球化率彡 90%。6.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種球形氧化鋁/石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱硅脂，其特征在于:所述的偶聯(lián)劑為:γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570):甲基苯基二甲氧基硅烷(ΚΗ1621):正十二烷基三甲氧基硅烷(ΚΗ3112) =1:1:1。7.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種球形氧化鋁/石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱硅脂，其特征在于:所述的石墨烯為通過化學(xué)氣相沉積法(PVDC)制備的石墨烯。8.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種球形氧化鋁/石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱硅脂，其特征在于:所述的交聯(lián)劑為過氧化二異丙苯(DCP)。9.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種球形氧化鋁/石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱硅脂，其特征在于:所述的抗氧劑為三[2.4- 二叔丁基苯基]亞磷酸酯(抗氧劑168)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種球形氧化鋁/石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱硅脂及其制備方法。是由硅油、球形氧化鋁、石墨烯、偶聯(lián)劑、交聯(lián)劑、抗氧劑混合后經(jīng)密煉機攪拌均勻得到的產(chǎn)品。該導(dǎo)熱硅脂充分利用了鋁合金熔煉中過燒產(chǎn)生的含有大量導(dǎo)熱性能優(yōu)異的α-Al2O3的氧化鋁，通過與石墨烯復(fù)配制得的導(dǎo)熱硅脂，能有效地降低大功率電子元器件發(fā)熱體與散熱裝置的界面接觸熱阻，加速熱量傳遞，同時制備工藝簡單。
【IPC分類】C08K13/06, C08K3/22, C08K9/06, C08K3/04, C08K5/14, C08K5/526, C08K7/18, C08L83/04, C08L83/05
【公開號】CN105400201
【申請?zhí)枴緾N201510919526
【發(fā)明人】曾廣勝
【申請人】湖南工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年12月14日