專利名稱：一種使用玻璃纖維網(wǎng)作為支撐結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱貼片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用玻璃纖維網(wǎng)作為支撐結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱貼片的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，電子元器件向著小型化，集成化，多功能化發(fā)展，微電子工業(yè)面對(duì)著散熱瓶頸問題的困擾，溫度升高，電子元件功能降低，可靠性下降，壽命明顯減小。特別是在LED封裝中，散熱困難極大的阻礙了 LED照明功率的提高。傳統(tǒng)的散熱途徑主要有三種風(fēng)冷、循環(huán)水冷和加裝散熱片，受體積小的限制，目前電子材料封裝中普遍使用的是加裝散熱裝置散熱，散熱裝置一般為導(dǎo)熱性能優(yōu)良的金屬銅和金屬鋁，發(fā)熱部件產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到銅基或鋁基散熱板，通過增大熱發(fā)散面積及時(shí)將熱量散出。這種散熱方式在微電子工業(yè)中廣泛應(yīng)用，散熱是以熱傳導(dǎo)為前提的，研究表明，散熱部件優(yōu)良的熱導(dǎo)率并不能保證熱量及時(shí)散出，這是因?yàn)榘l(fā)熱部件和散熱部件之間連接的部分存在較大熱阻。表面看起來光滑的界面存在許多凸凹部位，看起來緊密貼合的兩個(gè)部件之間在顯微鏡下清晰的顯示出其連接存在縫隙，導(dǎo)致連接在一起時(shí)縫隙被空氣占據(jù)， 空氣的熱阻很大，并且占據(jù)縫隙的空氣流通性極差，易產(chǎn)生局部高溫，這不利于散熱。為解決界面?zhèn)鳠岵涣嫉膯栴}，需要在發(fā)熱部件和散熱部件的界面使用熱界面材料(Thermal interface materials)，傳統(tǒng)的熱界面材料有兩種(1)導(dǎo)熱硅脂，在各種有機(jī)油脂中添加導(dǎo)熱填料制得，導(dǎo)熱硅脂在溫度較低時(shí)，流動(dòng)性差，隨著溫度升高，導(dǎo)熱硅脂開始流動(dòng)，能充滿界面間的縫隙，作為填隙材料，導(dǎo)熱硅脂熱導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空氣，能顯著增強(qiáng)散熱。導(dǎo)熱硅脂在電子行業(yè)廣泛應(yīng)用，但是導(dǎo)熱硅脂有明顯的缺點(diǎn)，較高的粘度使得導(dǎo)熱硅脂很難均勻涂覆在界面之間，研究表明，導(dǎo)熱硅脂太少則所起作用有限，涂覆過厚會(huì)導(dǎo)致封裝困難。導(dǎo)熱硅脂溫度升高流動(dòng)性增加，有可能對(duì)電子元件產(chǎn)生污染，甚至?xí)鸲搪?，殘留的油脂不易清除等? 導(dǎo)熱灌封膠，環(huán)氧樹脂中添加導(dǎo)熱填料制得，能較好的整體封裝發(fā)熱部件和散熱部件，同時(shí)導(dǎo)熱填料起到熱傳導(dǎo)通道的作用，但是這種灌封膠的導(dǎo)熱性差，且固化后受環(huán)境溫度變化的影響，易使兩者脫裂，喪失導(dǎo)熱條件。片材比油脂容易處理，導(dǎo)熱硅氧烷橡膠或類似物制成的導(dǎo)熱片材廣泛用于各種各樣的應(yīng)用中。導(dǎo)熱片材通常分為兩類，為了容易處理目的而選擇的通用目的的片材和為了粘合而選擇的低硬度片材。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所用導(dǎo)熱填料在傳統(tǒng)導(dǎo)熱填料的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，使用了常用的三氧化二鋁微米粒子，高熱導(dǎo)率的納米氮化鋁，特別是碳包銅納米復(fù)合粒子，單獨(dú)使用或混合使用。 為改善導(dǎo)熱填料在硅橡膠中的分散性，將硅橡膠溶解配制成硅橡膠溶液，加入硫化劑，導(dǎo)熱填料，偶聯(lián)劑，利用超聲分散法將納米填料均勻分散在硅橡膠中，再用球磨法進(jìn)一步分散均勻。這種混合方法相較于傳統(tǒng)的機(jī)械共混法有明顯的優(yōu)勢(shì)，機(jī)械共混法會(huì)對(duì)填料結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，填料分散困難。本發(fā)明所用溶劑均可以回收再利用，操作簡(jiǎn)單，節(jié)能環(huán)保。超聲分散對(duì)納米填料有較好的分散效果，一般800W 1200W，20min 40min能達(dá)到均一的分散效果，明顯優(yōu)于機(jī)械共混法，球磨法進(jìn)一步分散填料，填料分散均勻穩(wěn)定。高熱導(dǎo)率填料的使用保證了貼片優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，溶液法均勻分散了填料，貼片熱導(dǎo)率均勻一致，涂覆性能較好，表面平整，性能穩(wěn)定。本發(fā)明提供的一種使用玻璃纖維網(wǎng)作為支撐結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱貼片的制備方法有如下步驟將硅橡膠經(jīng)溶劑溶解配制成硅橡膠溶液；依次加入硫化劑、導(dǎo)熱填料、偶聯(lián)劑，經(jīng)超聲分散，球磨至填料分散均勻，得到硅橡膠漿料，將硅橡膠漿料均勻涂布在經(jīng)預(yù)處理的玻璃纖維網(wǎng)上，涂布完漿料的玻璃纖維網(wǎng)充分干燥，模壓硫化成型，修邊即得到使用玻璃纖維網(wǎng)作為支撐結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱貼片。上述硅橡膠是邵氏A硬度小于50度的甲基乙烯基硅橡膠，經(jīng)溶劑溶解配制成硅橡膠占溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25% 40%的硅橡膠溶液，所述溶劑是四氫呋喃或汽油。為加速溶解速度，可適當(dāng)加熱并配合攪拌，但加熱溫度應(yīng)低于60攝氏度，因?yàn)樗臍溥秽?、汽油屬于易燃易爆物。上述硫化劑為雙2，5硫化劑，用量為硅橡膠重量的1. 5% 4. 0%。根據(jù)硫化性能和貼片柔軟度適當(dāng)調(diào)整。上述導(dǎo)熱填料為微米級(jí)三氧化二鋁粒子、氮化鋁納米粒子或碳包銅納米粒子；微米級(jí)三氧化二鋁粒子、氮化鋁納米粒子或碳包銅納米粒子單獨(dú)或者混合使用，導(dǎo)熱填料的總質(zhì)量應(yīng)小于或等于硅橡膠重量的30%。上述的偶聯(lián)劑是硅烷偶聯(lián)劑KH-550、道康寧Z-6020或道康寧Z-6040，用量為導(dǎo)熱填料總重量的0.5% 2%。上述超聲分散時(shí)間20min 40min，功率800w 1200w ；球磨轉(zhuǎn)速100r/min，時(shí)間
球磨 Mh。填料分散均勻即可。上述涂布完漿料的玻璃纖維網(wǎng)放入干燥裝置中干燥，除盡溶劑，干燥溫度60°C，干燥時(shí)間他。上述玻璃纖維網(wǎng)預(yù)處理方法是，濃硫酸或濃硝酸或二者混合酸浸泡玻璃纖維網(wǎng) 4h Mh。視涂布性能合理選擇。上述硫化壓力為IOMPa 20MPa，硫化溫度160°C 190°C，時(shí)間8min 12min。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明制得的導(dǎo)熱貼片厚度薄，中間有一層玻璃纖維網(wǎng)，起到增強(qiáng)傳熱的作用，同時(shí)作為支撐結(jié)構(gòu)，可制備較大面積的導(dǎo)熱貼片。通過溶液法，結(jié)合超聲分散和球磨使填料均勻分散在硅橡膠漿料中，控制漿料濃度，將漿料均勻涂布在經(jīng)蝕刻的玻璃纖維網(wǎng)上。經(jīng)過強(qiáng)酸蝕刻的玻璃纖維網(wǎng)絲上面會(huì)形成較多突起及凹槽，這種結(jié)構(gòu)使得硅橡膠漿料能較好的涂覆在玻璃纖維網(wǎng)絲上，涂布性能大大改善。本發(fā)明的導(dǎo)熱填料之一碳包銅納米復(fù)合粒子是一種結(jié)構(gòu)新穎的納米粒子，外層碳完整的包裹住了內(nèi)層金屬銅，既具有銅納米粒子的高導(dǎo)熱性能，外層碳又能限制銅納米粒子的熱膨脹，減少貼片的熱膨脹。研究表明碳納米管的理論熱導(dǎo)率為3000W/m. K，氮化鋁的熱導(dǎo)率320W/m. K，三氧化二鋁的熱導(dǎo)率為30W/m. K，作為導(dǎo)熱填料，在硅橡膠內(nèi)部起到導(dǎo)熱通道的作用。本發(fā)明中硅橡膠具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，熱分解溫度較高，硫化操作簡(jiǎn)單，制備的導(dǎo)熱貼片表面光滑，有一定粘性，能緊密貼合在發(fā)熱部件和散熱部件之間，厚度薄，質(zhì)軟，內(nèi)部有玻璃纖維網(wǎng)作為支撐結(jié)構(gòu)，拆卸簡(jiǎn)單無殘留物污染，熱膨脹系數(shù)較低，與金屬鋁處于同一級(jí)別，在熱傳導(dǎo)過程中能較好的配合，防止熱膨脹產(chǎn)生變形和新的縫隙。DSC-TGA測(cè)試表明導(dǎo)熱貼片可在180°C下長(zhǎng)期使用。
具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施例只是用來詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)越性，本發(fā)明的導(dǎo)熱貼片材料的制造和應(yīng)用并不限于此。實(shí)施例1(1) 30g硅橡膠溶解在90g四氫呋喃中，配制成25%的硅橡膠溶液，加入1. Og雙2， 5硅橡膠硫化劑，攪拌均勻。(2)向步驟(1)中加入4g微米級(jí)三氧化二鋁、2g納米AlN導(dǎo)熱填料，加入0.015g 硅烷偶聯(lián)劑KH-550。(3)步驟⑵中混合液超聲分散20min，功率800W。(4)步驟( 中混合液放入球磨罐中球磨Mh，得到導(dǎo)熱填料分散均勻的硅橡膠漿料。(5)用濃硫酸浸泡玻璃纖維網(wǎng)4h，得到預(yù)處理的玻璃纖維網(wǎng)。(6)步驟(4)得到的漿料均勻涂布在步驟( 經(jīng)預(yù)處理的玻璃纖維網(wǎng)。(7)步驟(6)得到的涂覆有硅橡膠的玻璃纖維放入真空干燥箱烘干，干燥溫度 60°C，干燥時(shí)間8h。(8)步驟(7)中未硫化貼片在平板硫化機(jī)上硫化，硫化壓力為20MPa，硫化溫度 190°C，時(shí)間8min，產(chǎn)品經(jīng)修邊即得導(dǎo)熱貼片。實(shí)施例2(1) 30g硅橡膠溶解在70g四氫呋喃中，配制成30%的硅橡膠溶液，加入0. 6g雙2， 5硅橡膠硫化劑，攪拌均勻。(2)向步驟(1)中加入6g碳包銅納米粒子導(dǎo)熱填料，加入0. 06g硅烷偶聯(lián)劑道康寧 Z-6020。(3)步驟O)中混合液超聲分散30min，功率1200W。(4)步驟(3)中混合液放入球磨罐中球磨池，得到導(dǎo)熱填料分散均勻的硅橡膠漿料。(5)用濃硫酸浸泡玻璃纖維網(wǎng)Mh，得到預(yù)處理的玻璃纖維網(wǎng)。(6)步驟(4)得到的漿料均勻涂布在步驟( 經(jīng)預(yù)處理的玻璃纖維網(wǎng)。(7)步驟(6)得到的涂覆有硅橡膠的玻璃纖維放入真空干燥箱烘干，溫度60°C，干燥時(shí)間他。(8)步驟(7)中未硫化貼片在平板硫化機(jī)上硫化，硫化壓力為14MPa，硫化溫度 160°C，時(shí)間lOmin，產(chǎn)品經(jīng)修邊即得導(dǎo)熱貼片。實(shí)施例3(l)30g硅橡膠溶解在45g四氫呋喃中，配制成40 %的硅橡膠溶液，加入0. 45g雙 2，5硅橡膠硫化劑，攪拌均勻。(2)向步驟(1)中加入9g納米AlN粒子導(dǎo)熱填料，加入0.045g硅烷偶聯(lián)劑道康寧 Z-6040。
(3)步驟O)中混合液超聲分散40min，功率1200W。(4)步驟( 中混合液放入球磨罐中球磨Mh，得到導(dǎo)熱填料分散均勻的硅橡膠漿料。(5)用濃硫酸和濃硝酸混合強(qiáng)酸浸泡玻璃纖維網(wǎng)20h，得到預(yù)處理的玻璃纖維網(wǎng)。(6)步驟(4)得到的漿料均勻涂布在步驟( 經(jīng)預(yù)處理的玻璃纖維網(wǎng)。(7)步驟(6)得到的涂覆有硅橡膠的玻璃纖維放入真空干燥箱烘干，溫度60攝氏度，》1。(8)步驟(7)中未硫化貼片在平板硫化機(jī)上硫化，硫化壓力為lOMPa，硫化溫度 180°C，時(shí)間9min，產(chǎn)品經(jīng)修邊即得導(dǎo)熱貼片。實(shí)施例4(1) 30g硅橡膠溶解在70g汽油，配制成30%的硅橡膠溶液，加入0. 6g雙2，5硅橡膠硫化劑，攪拌均勻。(2)向步驟(1)中加入1. 5g納米氮化鋁、和4. 5g微米級(jí)三氧化二鋁導(dǎo)粒子，1. 5g 碳包銅納米粒子熱填料，加入0. 15g硅烷偶聯(lián)劑KH-550。(3)步驟⑵中混合液超聲分散30min，功率1000W。(4)步驟( 中混合液放入球磨罐中球磨20h，得到導(dǎo)熱填料分散均勻的硅橡膠漿料。(5)用濃硫酸浸泡玻璃纖維網(wǎng)14h，得到預(yù)處理的玻璃纖維網(wǎng)。(6)步驟(4)得到的漿料均勻涂布在步驟( 經(jīng)預(yù)處理的玻璃纖維網(wǎng)。(7)步驟(6)得到的涂覆有硅橡膠的玻璃纖維放入真空干燥箱烘干，干燥溫度 60°C，干燥時(shí)間8h。(8)步驟(7)中未硫化貼片在平板硫化機(jī)上硫化，硫化壓力為12MPa，硫化溫度 170°C，時(shí)間8min，產(chǎn)品經(jīng)修邊即得導(dǎo)熱貼片。實(shí)施例5(1) 30g硅橡膠溶解在70g汽油中，配制成30%的硅橡膠溶液，加入1. 2g雙2，5硅橡膠硫化劑，攪拌均勻。(2)向步驟(1)中加入4. 5g碳包銅納米粒子和4. 5g微米級(jí)三氧化二鋁粒子導(dǎo)熱填料，加入0. Ig偶聯(lián)劑但康寧Z-6040。(3)步驟⑵中混合液超聲分散40min，功率800W。(4)步驟(3)中混合液放入球磨罐中球磨4h，得到導(dǎo)熱填料分散均勻的硅橡膠漿料。(5)用濃硝酸浸泡玻璃纖維網(wǎng)10h，得到預(yù)處理的玻璃纖維網(wǎng)。(6)步驟(4)得到的漿料均勻涂布在步驟( 經(jīng)預(yù)處理的玻璃纖維網(wǎng)。(7)步驟(6)得到的涂覆有硅橡膠的玻璃纖維放入真空干燥箱烘干，干燥溫度 60°C，干燥時(shí)間8h。(8)步驟(7)中未硫化貼片在平板硫化機(jī)上硫化，硫化壓力為20MPa，硫化溫度 160°C，時(shí)間12min，產(chǎn)品經(jīng)修邊即得導(dǎo)熱貼片。 權(quán)利要求
1.一種使用玻璃纖維網(wǎng)作為支撐結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱貼片的制備方法，其特征在于該方法有如下步驟將硅橡膠經(jīng)溶劑溶解配制成硅橡膠溶液；依次加入硫化劑、導(dǎo)熱填料、偶聯(lián)劑，經(jīng)超聲分散，球磨至填料分散均勻，得到硅橡膠漿料，將硅橡膠漿料均勻涂布在經(jīng)預(yù)處理的玻璃纖維網(wǎng)上，涂布完漿料的玻璃纖維網(wǎng)充分干燥，模壓硫化成型，修邊即得到使用玻璃纖維網(wǎng)作為支撐結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱貼片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于上述硅橡膠是邵氏A硬度小于50度的甲基乙烯基硅橡膠，經(jīng)溶劑溶解配制成硅橡膠占溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25 % 40 %的硅橡膠溶液，所述溶劑是四氫呋喃或汽油。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于上述硫化劑為雙2，5硫化劑，用量為硅橡膠重量的1.5% 4.0%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于上述導(dǎo)熱填料為微米級(jí)三氧化二鋁粒子、氮化鋁納米粒子或碳包銅納米粒子；微米級(jí)三氧化二鋁粒子、氮化鋁納米粒子或碳包銅納米粒子單獨(dú)或者混合使用，導(dǎo)熱填料的總質(zhì)量應(yīng)小于或等于硅橡膠重量的30 %。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于上述的偶聯(lián)劑是硅烷偶聯(lián)劑KH-550、 道康寧Z-6020或道康寧Z-6040，用量為導(dǎo)熱填料總重量的0. 5% 2%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于上述超聲分散時(shí)間20min 40min， 功率800w 1200w ；球磨轉(zhuǎn)速100r/min,時(shí)間球磨2h 24h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于上述涂布完漿料的玻璃纖維網(wǎng)放入干燥裝置中干燥，除盡溶劑，干燥溫度60°C，干燥時(shí)間他。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于上述玻璃纖維網(wǎng)預(yù)處理方法是，濃硫酸或濃硝酸或二者混合酸浸泡玻璃纖維網(wǎng)4h Mh。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于上述硫化壓力為IOMPa 20MPa，硫化溫度160°C 190°C，時(shí)間8min 12min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種使用玻璃纖維網(wǎng)作為支撐結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱貼片的制備方法，該制備方法包括將硅橡膠溶解配制成硅橡膠溶液，依次加入硫化劑，導(dǎo)熱填料，硅烷偶聯(lián)劑，經(jīng)超聲分散，球磨混合均勻，配制成粘度適中，涂布性能較好的漿料；將硅橡膠漿料均勻涂布在經(jīng)預(yù)處理的玻璃纖維網(wǎng)上，經(jīng)揮發(fā)溶劑，干燥，模壓硫化，修邊，得到導(dǎo)熱貼片；這種導(dǎo)熱貼片熱導(dǎo)率較高，柔軟，熱膨脹系數(shù)小，熱穩(wěn)定性高，表面有一定粘度，并且粘度可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，使用拆卸方便，滿足絕緣性能要求。
文檔編號(hào)C09J7/00GK102153955SQ20101056245
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者張海燕, 曹曉國(guó), 曾國(guó)勛, 林錦, 洪浩群, 陳易明 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)