一种双相变导热相变界面材料及其制备方法技术

本申请涉及导热界面材料技术领域，尤其是涉及一种双相变导热相变界面材料及其制备方法,双相变导热相变界面材料，包括由以下重量份的原料制成：2

【技术实现步骤摘要】
一种双相变导热相变界面材料及其制备方法


[0001]本申请涉及导热界面材料
，尤其是涉及一种双相变导热相变界面材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前对于高功能芯片与散热器间界面导热材料，主要有导热硅脂、导热相变材料和液态金属。通过这些材料的润湿、形变，将界面中的空气挤出，形成高导热、低热阻、超薄的导热界面层。
[0003]导热硅脂是以低导热硅油为基体，内部悬浮分散大量高导热金属或陶瓷粉体，粉体尺寸从几十微米到亚微米级。由于在导热硅脂中，绝大多数导热粉体都被低导热硅油包覆，在传热路径上形成阻碍，因此导热硅脂的导热率很难超过5W/mk；同时由于粉体尺寸的限制，导热硅脂的应用厚度很难被压到很薄，一般在20μm左右，从而导致了导热硅胶应用中的热阻很难进一步降低，目前热阻最低的导热硅脂实测值约为0.007℃inch2/W；再者由于基体是低粘度的硅油，使材料更容易变干，长期可靠性差。
[0004]液态金属，虽然其导热率高(一般为10
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100W/mK)，可以压缩到亚微米甚至纳米尺寸的厚度，但是由于其高的表面能，同时由于其特殊金属键，使其无法和硅表面，金属表面氧化层有较好的吸附，从而造成很难挤出界面内微小空气，润湿粗糙界面，因此也很难进一步降低界面热阻，另外由于液态金属导电，在使用时，很容易造成电子设备内部短路。如果接触到的金属表面氧化层较薄或不够致密，还会导致严重的腐蚀。
[0005]导热相变材料，与导热硅脂结构类似，仅把低导热硅油基体更换为相变材料，在相变温度以下，导热相变材料为固体，在相变温度以上，材料为粘稠流体，在散热界面中受到压力作用变薄，起到类似导热硅脂的作用形成低界面热阻的超薄导热界面层。由于其基体为非硅的相变材料，赋予了导热相变材料更好长期可靠性。但是由于其基体
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填料悬浮体系与导热硅脂相同，因此具有与硅脂相同的缺点，导热率低，热阻很难进一步降低。
[0006]因此，提高导热相变界面材料的导热率同时降低导热相变界面材料热阻对于发热器件具有重要的意义。

技术实现思路

[0007]为了提高导热相变界面材料的导热率，降低导热相变界面材料的热阻，本申请提供一种双相变导热相变界面材料及其制备方法。
[0008]第一方面，本申请提供一种双相变导热相变界面材料，采用如下的技术方案：一种双相变导热相变界面材料，包括由以下重量份的原料制成：2
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69份相变基体、0
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30份非相变流变助剂、30
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97份相变填料和0.05
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10份复合分散助剂；所述相变基体为相变温度为30
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130℃的高分子有机材料，相变填料为相变温度为47
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150℃的低熔点合金。
[0009]通过采用上述技术方案，一方面，相变基体和相变填料在使用过程中均发生相变，形成双连续相结构，使液态金属形成连续无阻碍导热通路，从而获得更高的导热率。同时由
于相变基体和相变填料都可以发生相变形成液体，因此可以被压缩到更薄的状态，从而获得更低热阻。故本申请的双相变导热相变界面材料具有高导热、低热阻的优异特性，作为导热界面材料可广泛应用于通讯、电脑、汽车等领域的电子设备中的高功耗芯片或发热元件与散热器将界面热阻降低，提高芯片的散热效率。另一方面，由于相变基体的存在改善了相变填料的润湿性，降低了相变填料液化后不受控制流动导致短路的风险，提高了芯片的使用寿命。
[0010]优选的，所述相变填料为一种或多种粒径为亚微米、微米和几十微米的低熔点合金。
[0011]通过采用上述技术方案，小颗粒的低熔点合金能够进入大颗粒的低熔点合金无法占据的空间，存在于大颗粒的低熔点合金之间的间隙中，与大颗粒或小颗粒的低熔点合金形成更紧密的堆积，从而使混合加工过程中，添加更多的低熔点合金粉体的同时，整体体系粘度不会大幅提高，使基体润湿分散粉体更快，分散效果更好。
[0012]优选的，所述复合分散助剂为纳米级粉体和液态分散剂的复合体系；所述纳米级粉体为粒径10
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200nm的二氧化硅、炭黑、石墨烯粉体、碳酸钙、蒙脱土、二氧化钛、氧化锌中的一种或多种；所述液态分散剂为硅烷偶联剂、TEOS、钛酸酯偶联剂、离子表面活性剂、非离子表面活性剂中的一种或多种。
[0013]通过采用上述技术方案，分散剂可以提高相变基体与相变填料之间混合效果，同时使用纳米级粒径的粉体，可以使复合分散助剂更加均匀地分散在相变基体和相变填料中，提高整个体系的混合的均匀性，从而提高双相变导热相变界面材料的综合性能；另外纳米级的粉体具有超高的比表面，可以有效降低液态金属在使用过程中熔融后的表面张力，从而有助于液态金属由分散相形成连续相。
[0014]相变基体为高分子有机材料，而相变填料为低熔点合金，故采用硅烷偶联剂、TEOS或钛酸酯偶联剂分子结构中含有性质不同的两个基团，一个是亲无机物的基团，可以与低熔点合金表面发生物理吸附或化学反应，另一个是亲有机物的基团，能与高分子有机物发生物理吸附或化学反应，因此硅烷偶联剂、TEOS或钛酸酯偶联剂改善了相变基体与相变填料之间的界面作用，从而大大提高双相变导热相变界面材料的性能。
[0015]优选的，所述相变基体为聚反式
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1,4
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异戊二烯、聚顺式
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1,4
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异戊二烯、聚氯代丁二烯、聚环氧乙烷、聚乙二醇、热塑性聚酰胺弹性体、聚乙烯蜡、EVA蜡或石蜡中的一种。
[0016]通过采用上述技术方案，聚顺式
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1,4
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异戊二烯(天然橡胶)，内能大、顺式异构两个电负性相同的原子处于分子的同侧,偶奇距较大,因此有较低的熔点,较大的溶解度.柔顺性较好,因此弹性较高；聚反式
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1,4
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异戊二烯(古塔橡胶)，原子排列比较对称,分子能规则的排入晶体结构中,因而具有较高的熔点,电负性不同的原子和原子团排在同一侧,因此偶奇距较小,溶解度较低，性质比较稳定,易结晶,柔顺性较差；两者熔点相差就大，制成的双相变导热相变界面材料可满足不同发热温度的芯片。
[0017]聚氯代丁二烯(氯丁橡胶)具有优良的耐油、耐候、耐臭氧养老化性，不仅可提高体系的稳定性，而且还可提高双相变导热相变界面材料的抗拉强度。
[0018]聚环氧乙烷由于存在C
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O
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C键，通常具有柔顺性，形成的双相变导热相变界面材料与芯片的附着性较好。
[0019]聚乙二醇具有良好的水溶性，对低熔点合金具有良好的润滑性、保湿性和分散性。
[0020]热塑性聚酰胺弹性体具有优异的柔软性、小荧星和耐紫外光的性能；耐油性、翘曲性、耐疲劳性、耐磨性及耐化学药品性优良；具有良好的弹性，可增强双相变导热相变界面材料的综合性能。
[0021]聚乙烯蜡具有优良的耐寒性、耐热性、耐化学性和耐磨性，熔点较高，制成的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双相变导热相变界面材料，其特征在于：包括由以下重量份的原料制成：2
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69份相变基体、0
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30份非相变流变助剂、30
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97份相变填料和0.05
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10份复合分散助剂；所述相变基体为相变温度为30
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130℃的高分子有机材料，相变填料为相变温度为47
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150℃的低熔点合金。2.根据权利要求1所述的一种双相变导热相变界面材料，其特征在于：所述相变填料为一种或多种粒径为亚微米、微米和几十微米的低熔点合金。3.根据权利要求1所述的一种双相变导热相变界面材料，其特征在于：所述复合分散助剂为纳米级粉体和液态分散剂的复合体系；所述纳米级粉体为粒径10
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200nm的 二氧化硅、炭黑、石墨烯粉体、碳酸钙、蒙脱土、二氧化钛、氧化锌中的一种或多种；所述液态分散剂为硅烷偶联剂、TEOS、钛酸酯偶联剂、离子表面活性剂、非离子表面活性剂中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种双相变导热相变界面材料，其特征在于：所述相变基体为聚反式
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1,4
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异戊二烯、聚顺式
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1,4
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异戊二烯、聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锴，夏洋洋，韩冰，李兆强，
申请(专利权)人：苏州泰吉诺新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：