一种氮化硼填充的导热界面材料及其制备方法技术

本申请提供了一种氮化硼填充的导热界面材料，包括：填料骨架和硅树脂基体；所述填料骨架呈蜂窝状网络结构；所述蜂窝状网络结构由网状平面在垂直方向上延伸形成；其中，所述网状平面由若干镂空的正六边形周期排列形成；所述硅树脂基体包括硅树脂、扩链剂、交联剂、催化剂和抑制剂；所述硅树脂为脱去全部第一硅氧烷和一半以上第二硅氧烷的双封乙烯基硅油；其中，所述第一硅氧烷包括硅原子数量为3

A boron nitride filled thermal conductive interface material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种氮化硼填充的导热界面材料及其制备方法


[0001]本申请涉及导热界面材料
，特别是一种氮化硼填充的导热界面材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]在电子信息产业领域中，电子设备在运行过程中，不可避免产生热量，电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10％；温升50℃时的寿命只有温升25℃时的1/6。随着电子技术的迅速发展，技术进步和市场需求促使电子元器件向小型精密化、高性能化以及智能化方向发展，电子元器件的集成程度和功率密度不断提高，电子器件的耗散功率密度和发热量越来越大。因此，解决散热问题变得越来越重要，对热管理技术的要求也更加严格。
[0003]氮化硼(BN)包含六种晶型，常见的BN有立方氮化硼(c
‑
BN)和六方氮化硼(h
‑
BN)。立方氮化硼与金刚石类似，一般用于制造切割工具。六方氮化硼具有类似石墨的层状结构，具有出色的力学性能，其面内机械强度可以达500N/m。六方氮化硼还具有出色的耐高温性能，在空气中抗氧化温度为900℃，在真空条件下更是可以达到2000℃。同时六方氮化硼还具有超高的热导率和优良的绝缘性能。六方氮化硼用高纯单晶在300k下测得导热系数为730w/m.k，立方氮化硼的导热系数则大于1000W/m.k，而目前市场上最常用的类球形金刚石填料导热系数仅30W/m.k。氮化硼不仅可有效提高聚合物基体的导热性，同时还能保持材料的电绝缘性，所以是制备填充型高导热、绝缘复合材料的首选。用氮化硼填充硅胶基材制备而成的高导热界面材料具有非常低的介电常数，保证信号传输中的延迟时间足够短，而不是阻碍信号传输，从而保证信号接收和传输的顺利进行，因此它也最先广泛应用于网络通信设备中。目前市面上此类低介电导热材料做得最为成熟的是莱尔德公司开发的TFLEX 700HD，其介电常数为5.0，导热系数为5W/mk。
[0004]但是，由于氮化硼化学稳定性很好，不容易形成化学键，而且容易团聚，所以氮化硼与基质材料的亲和力差，在填充过程中难以混合均匀。除了分散性较差以外，随着氮化硼填充量的提高，基质材料的粘度较高会导致其无法充分润湿所有氮化硼粉体，在加工过程中可能出现掉粉、干裂现象。并且，在装配过程中，导热界面材料的硬度过高可能会压坏芯片，而延伸率过低则会导致产品本身被压碎。为提高产品的柔软性，现有的导热界面材料采用大量的小分子硅油作为增塑剂，但是这类小分子硅油极易在高温下挥发和析出，导致产品的耐老化性急剧下降，长时间高温工作后，产品容易出现干裂粉化现象，从而导致导热功能下降甚至失效。此外，采用现有的生产工艺在对氮化硼和基质材料进行混合时难以避免包裹空气，进而导致成品出现大量的空洞和凹陷，极大地影响了良品率。

技术实现思路

[0005]鉴于所述问题，提出了本申请以便提供克服所述问题或者至少部分地解决所述问题的一种氮化硼填充的导热界面材料及其制备方法，包括：
[0006]一种氮化硼填充的导热界面材料，包括：填料骨架和硅树脂基体；
[0007]所述填料骨架呈蜂窝状网络结构；所述蜂窝状网络结构由网状平面在垂直方向上延伸形成；其中，所述网状平面由若干镂空的正六边形周期排列形成；
[0008]所述填料骨架包括氮化硼复配粉体和成型剂；所述氮化硼复配粉体包括改性氮化硼粉体、第一类球形金刚石粉体、第二类球形金刚石粉体和第三类球形金刚石粉体；所述改性氮化硼粉体包括球形氮化硼粉体和沉积在所述球形氮化硼表面的氮化硅膜；所述改性氮化硼粉体的粒径为200μm；所述第一类球形金刚石粉体的粒径为20
‑
30μm，所述第二类球形金刚石粉体的粒径为1
‑
3μm，所述第三类球形金刚石粉体的粒径为100
‑
300nm；
[0009]所述硅树脂基体包括硅树脂、扩链剂、交联剂、催化剂和抑制剂；所述硅树脂为脱去全部第一硅氧烷和一半以上第二硅氧烷的双封乙烯基硅油；其中，所述第一硅氧烷包括硅原子数量为3
‑
20的硅氧烷，所述第二硅氧烷包括硅原子数量为20
‑
50的硅氧烷；所述硅树脂、所述扩链剂、所述交联剂、所述催化剂和所述抑制剂的质量比为100：20
‑
40：30
‑
50：8：1。
[0010]优选地，所述成型剂为纳米二氧化硅。
[0011]优选地，所述扩链剂为端含氢硅油；所述交联剂为侧链含氢硅油；所述催化剂为铂金催化剂；所述抑制剂为乙炔环己醇。
[0012]一种根据上述任一项所述的导热界面材料的制备方法，包括：
[0013]将改性氮化硼粉体、第一类球形金刚石粉体、第二类球形金刚石粉体和第三类球形金刚石粉体混合均匀，制得所述氮化硼复配粉体；
[0014]将所述氮化硼复配粉体和所述成型剂混合均匀，制得混合浆料；
[0015]通过3D打印将所述混合浆料构筑形成具有所述蜂窝状网络结构的所述填料骨架；
[0016]将所述硅树脂、所述扩链剂、所述交联剂、所述催化剂和所述抑制剂按照100：20
‑
40：30
‑
50：8：1的质量比混合均匀，制得所述硅树脂基体；
[0017]通过真空浸渍将所述硅树脂基体注入所述填料骨架的空隙中，得到所述导热界面材料。
[0018]优选地，所述将改性氮化硼粉体、第一类球形金刚石粉体、第二类球形金刚石粉体和第三类球形金刚石粉体混合均匀，制得所述氮化硼复配粉体的步骤之前，还包括：
[0019]将球形氮化硼粉体装入反应炉并加热至第一指定温度；
[0020]依次将含氮气体和叠氮基三甲基硅烷气体输入所述反应炉；
[0021]在第一指定时长内持续转动所述反应炉，使所述球形氮化硼粉体与所述含氮气体和所述叠氮基三甲基硅烷气体充分接触，制得所述改性氮化硼粉体。
[0022]优选地，所述改性氮化硼粉体的粒径为200μm；所述第一类球形金刚石粉体的粒径为20
‑
30μm，所述第二类球形金刚石粉体的粒径为1
‑
3μm，所述第三类球形金刚石粉体的粒径为100
‑
300nm；所述将改性氮化硼粉体、第一类球形金刚石粉体、第二类球形金刚石粉体和第三类球形金刚石粉体混合均匀，制得所述氮化硼复配粉体的步骤，包括：
[0023]按照第一指定梯度调整第一混合比例，并测量按照所述第一混合比例混合均匀的所述改性氮化硼粉体和所述第一类球形金刚石粉体的第一振实密度，直至所述第一振实密度达到最大值，将与最大的所述第一振实密度对应的所述第一混合比例作为第一最佳混合比例；
[0024]按照所述第一最佳混合比例将所述改性氮化硼粉体和所述第一类球形金刚石粉体混合均匀，制得一级氮化硼复配粉体；
[0025]按照第二指定梯度调整第二混合比例，并测量按照所述第二混合比例混合均匀的所述一级氮化硼复配粉体和所述第二类球形金刚石粉体的第二振实密度，直至所述第二振实密度达到最大值，将与最大的所述第二振实密度对应的所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化硼填充的导热界面材料，其特征在于，包括：填料骨架和硅树脂基体；所述填料骨架呈蜂窝状网络结构；所述蜂窝状网络结构由网状平面在垂直方向上延伸形成；其中，所述网状平面由若干镂空的正六边形周期排列形成；所述填料骨架包括氮化硼复配粉体和成型剂；所述氮化硼复配粉体包括改性氮化硼粉体、第一类球形金刚石粉体、第二类球形金刚石粉体和第三类球形金刚石粉体；所述改性氮化硼粉体包括球形氮化硼粉体和沉积在所述球形氮化硼表面的氮化硅膜；所述改性氮化硼粉体的粒径为200μm；所述第一类球形金刚石粉体的粒径为20
‑
30μm，所述第二类球形金刚石粉体的粒径为1
‑
3μm，所述第三类球形金刚石粉体的粒径为100
‑
300nm；所述硅树脂基体包括硅树脂、扩链剂、交联剂、催化剂和抑制剂；所述硅树脂为脱去全部第一硅氧烷和一半以上第二硅氧烷的双封乙烯基硅油；其中，所述第一硅氧烷包括硅原子数量为3
‑
20的硅氧烷，所述第二硅氧烷包括硅原子数量为20
‑
50的硅氧烷；所述硅树脂、所述扩链剂、所述交联剂、所述催化剂和所述抑制剂的质量比为100：20
‑
40：30
‑
50：8：1。2.根据权利要求1所述的导热界面材料，其特征在于，所述成型剂为纳米二氧化硅。3.根据权利要求1所述的导热界面材料，其特征在于，所述扩链剂为端含氢硅油；所述交联剂为侧链含氢硅油；所述催化剂为铂金催化剂；所述抑制剂为乙炔环己醇。4.一种根据权利要求1
‑
3任一项所述的导热界面材料的制备方法，其特征在于，包括：将所述改性氮化硼粉体、所述第一类球形金刚石粉体、所述第二类球形金刚石粉体和所述第三类球形金刚石粉体混合均匀，制得所述氮化硼复配粉体；将所述氮化硼复配粉体和所述成型剂混合均匀，制得混合浆料；通过3D打印将所述混合浆料构筑形成具有所述蜂窝状网络结构的所述填料骨架；将所述硅树脂、所述扩链剂、所述交联剂、所述催化剂和所述抑制剂按照100：20
‑
40：30
‑
50：8：1的质量比混合均匀，制得所述硅树脂基体；通过真空浸渍将所述硅树脂基体注入所述填料骨架的空隙中，得到所述导热界面材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述将改性氮化硼粉体、第...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓辉，
申请(专利权)人：深圳市傲川科技有限公司，
类型：发明
国别省市：