專利名稱：一種導熱絕緣材料、導熱絕緣片及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種導熱絕緣材料、導熱絕緣片以及制備該導熱絕緣材料和導熱絕緣片的方法。
背景技術：
近年來，隨著半導體器件集成工藝的迅速發(fā)展，半導體器件的集成化程度越來越高。設計工程師都力求在更小的面積上安裝更多的半導體器件，以實現(xiàn)儀器設備的小型化。 為保證這些高度集成的半導體器件能夠穩(wěn)定運行，各個電子元器件所產(chǎn)生的熱量必須有效、及時的傳遞到周圍環(huán)境中去。通常的方法是在集成了半導體器件的電子元器件表面安裝銅、鋁等高導熱率的金屬散熱器，增大散熱面積。然而，電子元器件和散熱器的表面不能是絕對平整，兩者接觸時不可避免的產(chǎn)生空氣隙，空氣隙的存在使得散熱效率大大降低。因此，為了讓散熱片與發(fā)熱的器件表面更好的結合，使散熱效果更好，需要在散熱器和電子元器件之間填充能夠?qū)岬牟牧?。普通的導熱硅脂和相變材料具有很好的導熱效果，但是電絕緣性比較差，不能適用于那些需要很高絕緣的場合。柔軟的導熱填隙材料雖然具有一定的電絕緣性，但是不能用于那些需要很高絕緣的場合，并且這類材料只適合于壓力較低的應用，不能勝任像大功率電源，汽車等領域。既導熱又絕緣的導熱絕緣材料可以很好的解決在要求高絕緣條件下的導熱問題， 導熱絕緣材料可以有效地連接器件和散熱器，提供導熱通道以降低熱阻，并且良好的電氣絕緣性能可以保證器件的正常運轉。常規(guī)的導熱絕緣材料是完全固化的硅樹脂復合材料， 其一般是采用硅樹脂為基材，以氧化鋁、氮化鋁、氧化鋅等導熱絕緣的陶瓷顆粒作為填充劑。但是，由于固化完全的硅樹脂表面不具有粘性，在使用過程中，在將絕緣材料安裝到散熱器或器件的過程中容易滑落移位，尤其是在垂直的平面上進行操作時。為了使得材料表面具有粘性，目前常用的方法是將雙面膠帶附在導熱絕緣片的表面，使得導熱絕緣材料表面具有一定的粘性。但是該方法帶來很多弊端，一方面，導熱絕緣材料表面能很低，膠帶不能直接粘貼在表面，需要昂貴的硅膠帶或者經(jīng)過額外的電暈等對導熱絕緣材料進行處理來提高材料表面能，然后再用膠帶粘貼在表面。采用硅膠帶無疑增加了成本，而電暈過程又很容易對材料性能尤其是絕緣性能產(chǎn)生破壞。另一方面，雙面膠帶的導熱性很低，因此使得導熱絕緣材料整體的導熱效果下降。同時，目前的工藝很難在導熱絕緣材料兩面同時使用粘性膠帶來使材料雙面都具有粘性，從而限制了導熱絕緣材料的使用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)有技術的問題而提出的。本發(fā)明的一個發(fā)明在于提供一種導熱絕緣材料、導熱絕緣片以及制備該導熱絕緣材料和導熱絕緣片的方法，以解決現(xiàn)有技術中存在的一個或更多個問題。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種導熱絕緣材料，該導熱絕緣材料主要由如下成分組成4 40重量份的高分子基體材料；1 20重量份的增粘添加劑，該增粘添加劑中
4含有與所述高分子基體材料中的至少一種固化活性基團相同或相類似的反應基團；以及 40 85重量份的導熱絕緣顆粒。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種導熱絕緣片，該導熱絕緣片包括支撐膜片；以及涂覆在所述支撐膜片上的導熱絕緣材料，該導熱絕緣材料主要由如下成分組成4 40 重量份的高分子基體材料；1 20重量份的增粘添加劑，該增粘添加劑中含有與所述高分子基體材料中的至少一種固化活性基團相同或相類似的反應基團；以及40 85重量份的導熱絕緣顆粒。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種制備導熱絕緣材料的方法，該方法包括如下步驟提供4 40重量份的未固化的高分子基體材料和1 20重量份的增粘添加劑，并將該高分子基體材料和增粘添加劑混合均勻，其中該增粘添加劑中含有與所述高分子基體材料中的至少一種固化活性基團相同或相類似的反應基團；提供40 85重量份的導熱絕緣顆粒，并將該導熱絕緣顆粒均勻地添加到混合后的所述高分子基體材料和增粘添加劑中；以及對添加了所述導熱絕緣顆粒的高分子基體材料和增粘添加劑的混合物進行固化成型。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種制備導熱絕緣片的方法，該方法包括如下步驟 提供4 40重量份的未固化的高分子基體材料和1 20重量份的增粘添加劑，并將該高分子基體材料和增粘添加劑混合均勻，其中該增粘添加劑中含有與所述高分子基體材料中的至少一種固化活性基團相同或相類似的反應基團；提供40 85重量份的導熱絕緣顆粒， 并將該導熱絕緣顆粒均勻地添加到混合后的所述高分子基體材料和增粘添加劑中；提供支撐膜片，將添加了所述導熱絕緣顆粒的高分子基體材料和增粘添加劑的混合物涂覆在所述支撐膜片上；以及將涂覆在所述支撐膜片上的混合物進行固化成型。上述高分子基體材料為適于用在電子元器件和散熱器之間的材料。優(yōu)選地，所述高分子基體材料可選自乙烯基硅樹脂、聚異丁烯聚合物、有機硅橡膠、聚氨酯、甲基丙烯酸甲酯、有機聚硅氧烷、丙烯酸酯和聚酰胺樹脂中的一種或幾種；所述增粘添加可劑選自MQ 硅樹脂、石油松香脂、硅酮樹脂、多元醇、丙烯酸乙酯、松香和乙烯苯基醋酸樹脂中的一種或幾種。優(yōu)選地，所述導熱絕緣顆?？蛇x自氧化鋁、氮化硼、氮化鋁、氧化鎂和氧化鋅中的一種或更多種。 優(yōu)選地，所述支撐膜片選自玻璃纖維布、PEN或PI。本發(fā)明實施例的導熱絕緣材料既具有良好的導熱絕緣性能，又具有粘性，無需使用雙面膠帶就能夠粘附在散熱器和電子元器件之間。此外，本發(fā)明實施例中的導熱絕緣材料沒有為了使用膠帶而引入的電暈等額外工藝，避免了對材料絕緣性能的損壞，同時也克服了膠帶導熱系數(shù)低，影響產(chǎn)品整體導熱能力的問題。整個制程沒有額外的工藝，相比于之前的設計極大的簡化了制備工藝和成本。因此，本發(fā)明的導熱絕緣材料在保證絕緣性的前提下，更好的實現(xiàn)了與散熱器和器件的表面接觸，提供了更好的導熱效果。
具體實施例方式下面將對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細說明。在下面的描述中，出于解釋而非限制的目的，闡述了具體細節(jié)，以幫助全面地理解本發(fā)明。然而，對本領域技術人員來說顯而易見的是，也可以在脫離了這些具體細節(jié)的其它實施方式中實踐本發(fā)明。應該強調(diào)的是，在以下的說明中使用的用語“包括/包含/具有”用于指明所描述的特征、步驟等的存在，而并不排除其它特征、步驟或它們的組合的存在。本發(fā)明實施例提供的導熱絕緣材料主要由如下材料組成高分子基體材料、用于提供粘性的添加劑(可稱為增粘添加劑)和導熱絕緣顆粒。具體地，本發(fā)明主要通過將彈性的高分子基體材料和剛性的增粘添加劑相混合，并填充導熱絕緣顆粒來形成導熱絕緣材料。其中增粘添加劑可具有提供粘性的活性基團(如羥基官能團或其它能夠提供粘性的官能團)，并還具有與高分子基體材料中的至少一種固化活性基團相同或相類似的反應基團 (如乙烯基等)，以便可以與基體材料發(fā)生固化交聯(lián)反應。本發(fā)明實施例中，彈性的高分子基體材料可以是高分子樹脂或其它高分子聚合物等材料。增粘添加劑例如可以是低分子樹脂等低分子聚合物也可以是其它低分子材料，但并不限于此。下面進行詳細舉例說明。實施例1本實施例中提供的導熱絕緣材料中，高分子基體材料為乙烯基硅樹脂、增粘添加劑為乙烯基MQ硅樹脂。在一個具體示例中，導熱絕緣材料包括4重量份的乙烯基硅樹脂，1重量份的乙烯基MQ硅樹脂和40重量份的具有不同粒度的氧化鋁顆粒。在另一具體示例中，導熱絕緣材料包括20重量份的乙烯基硅樹脂，10重量份的乙烯基MQ硅樹脂和70重量份的具有不同粒度的氧化鋁顆粒。在另一具體示例中，導熱絕緣材料包括40重量份的乙烯基硅樹脂，20重量份的乙烯基MQ硅樹脂和85重量份的具有不同粒度的氧化鋁顆粒。但如上各成分的重量份僅為示例，本發(fā)明并不限于上述個成分的重量份取值。優(yōu)選地，本實施例的導熱絕緣材料中，可以包含4 40重量份的乙烯基硅樹脂、1 20重量份的乙烯基MQ硅樹脂和40 85重量份的導熱絕緣顆粒。但本發(fā)明也不限于該優(yōu)選的情況， 而是還可以根據(jù)實際需要和有限的實驗進行各成分的含量的合理的變更。上述成分中，乙烯基MQ硅樹脂具有羥基官能團，同時，該乙烯基MQ硅樹脂還具有與乙烯基硅樹脂的固化活性基團相同的反應基團，即不飽和雙鍵。導熱絕緣顆?？梢詾橐环N或更多種金屬氧化物和/或金屬氮化物顆粒，例如選自氧化鋁、氮化硼、氮化鋁、氧化鎂和氧化鋅中的一種或更多種。導熱絕緣顆粒的粒徑例如可以選擇1 30微米，但并不限于此。在選擇導熱絕緣顆粒時，可以選擇均勻粒徑的一種或更多種導熱絕緣顆粒，也可以選擇一種或更多種金屬氧化物和/或金屬氮化物顆粒的不同粒徑的組合，例如，可以選擇10 30微米的氧化鋁顆粒和1 10微米的氮化硼顆粒的組合。在此所列舉的數(shù)字僅為優(yōu)選示例，完全可以根據(jù)實際需要選擇具有更寬或更窄粒徑范圍的導熱絕緣顆粒。將未固化的高分子的乙烯基硅樹脂和乙烯基MQ硅樹脂混合均勻后，將導熱絕緣顆粒均勻分散在其中，然后對混合后的材料進行固化，就可以形成既具有良好的導熱絕緣性能、又具有粘性的導熱絕緣材料，無需借助于雙面膠或電暈處理就可以很好的粘附在電子元器件和散熱器之間。
通過在電子元器件中的多次實驗測試中已經(jīng)證明，本實施例的如上的導熱絕緣材料具有良好的導熱絕緣性能，并且具有粘性(也稱壓敏粘性，即粘性對壓力敏感)，能夠粘附在散熱器和電子元器件之間，而無需使用雙面膠帶，從而克服了膠帶導熱系數(shù)低，影響產(chǎn)品整體導熱能力的問題。如下表1中列舉了本發(fā)明實施例中3種導熱絕緣材料與現(xiàn)有技術中的三種導熱絕緣產(chǎn)品的導熱絕緣性能及粘性的比較。表1中，“普通樣品”為購買的一種現(xiàn)有的普通的沒有粘性的導熱絕緣材料產(chǎn)品?！疤峁┝藛蚊嬲承缘钠胀悠贰睘閷εc普通樣品相同的樣品的單面貼上了雙面膠帶之后形成的、提供了單面粘性的導熱絕緣材料產(chǎn)品(對于雙面都貼上了雙面膠帶之后的樣品，熱阻將比提供了單面粘性的普通樣品的熱阻大的多)。本發(fā)明樣品1 本發(fā)明樣品3分別為本發(fā)明的添加了不同重量份的乙烯基MQ硅樹脂的導熱絕緣材料產(chǎn)品。本發(fā)明樣品1 本發(fā)明樣品3中，作為基體材料的乙烯基硅樹脂的含量都為20 重量份，乙烯基MQ硅樹脂的含量分別為2、4和6重量份，導熱絕緣顆粒(氧化鋁)的含量為80份。也就是說，本發(fā)明樣品1 本發(fā)明樣品3中MQ硅樹脂占乙烯基硅樹脂的比例分別為5wt^UOwtW和15wt%。此外，表1中，“自己制備的普通樣品”為采用了與本發(fā)明樣品1 本發(fā)明樣品3相同的重量份的乙烯基硅樹脂和相同的重量份的導熱絕緣顆粒(氧化鋁)而制成的樣品。也就是說，“自己制備的普通樣品”中處理不具有乙烯基MQ硅樹脂外， 其它成分與本發(fā)明樣品1 本發(fā)明樣品3相同。此外，本發(fā)明樣品1 本發(fā)明樣品3的介質(zhì)擊穿電壓(Dielectric breakdown voltage)分別為對各自樣品上5個點的擊穿電壓所取的平均值。表 1.
權利要求
1.一種導熱絕緣材料，其特征在于，所述導熱絕緣材料主要由如下成分組成 4 40重量份的高分子基體材料；1 20重量份的增粘添加劑，該增粘添加劑中含有與所述高分子基體材料中的至少一種固化活性基團相同或相類似的反應基團；以及 40 85重量份的導熱絕緣顆粒。
2.根據(jù)權利要求1所述的導熱絕緣材料，其中所述高分子基體材料選自乙烯基硅樹脂、聚異丁烯聚合物、有機硅橡膠、聚氨酯、甲基丙烯酸甲酯、有機聚硅氧烷、丙烯酸酯和聚酰胺樹脂中的一種或幾種；所述增粘添加劑選自MQ硅樹脂、石油松香脂、硅酮樹脂、多元醇、丙烯酸乙酯、松香和乙烯苯基醋酸樹脂中的一種或幾種。
3.根據(jù)權利要求2所述的導熱絕緣材料，其中所述導熱絕緣顆粒選自氧化鋁、氮化硼、 氮化鋁、氧化鎂和氧化鋅中的一種或更多種。
4.一種導熱絕緣片，其特征在于所述導熱絕緣片包括 支撐膜片；以及涂覆在所述支撐膜片上的導熱絕緣材料，該導熱絕緣材料主要由如下成分組成 4 40重量份的高分子基體材料；1 20重量份的增粘添加劑，該增粘添加劑中含有與所述高分子基體材料中的至少一種固化活性基團相同或相類似的反應基團；以及 40 85重量份的導熱絕緣顆粒。
5.根據(jù)權利要求4所述的導熱絕緣材料，其中所述高分子基體材料選自乙烯基硅樹脂、聚異丁烯聚合物、有機硅橡膠、聚氨酯、甲基丙烯酸甲酯、有機聚硅氧烷、丙烯酸酯和聚酰胺樹脂中的一種或幾種；所述增粘添加劑選自MQ硅樹脂、石油松香脂、硅酮樹脂、多元醇、丙烯酸乙酯、松香和乙烯苯基醋酸樹脂中的一種或幾種。
6.根據(jù)權利要求4所述的導熱絕緣材料，其中所述導熱絕緣顆粒選自氧化鋁、氮化硼、 氮化鋁、氧化鎂和氧化鋅中的一種或更多種。
7.根據(jù)權利要求4所述的導熱絕緣材料，其中所述支撐膜片選自玻璃纖維布、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN或聚酰亞胺PI。
8.一種制備導熱絕緣材料的方法，其特征在于所述方法包括如下步驟提供4 40重量份的未固化的高分子基體材料和1 20重量份的增粘添加劑，并將所述高分子基體材料和增粘添加劑混合均勻，其中所述增粘添加劑中含有與所述高分子基體材料中的至少一種固化活性基團相同或相類似的反應基團；提供40 85重量份的導熱絕緣顆粒，并將所述導熱絕緣顆粒均勻地添加到混合后的所述高分子基體材料和增粘添加劑中；以及對添加了所述導熱絕緣顆粒的高分子基體材料和增粘添加劑的混合物進行固化成型。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中所述高分子基體材料選自乙烯基硅樹脂、聚異丁烯聚合物、有機硅橡膠、聚氨酯、甲基丙烯酸甲酯、有機聚硅氧烷、丙烯酸酯和聚酰胺樹脂中的一種或幾種；所述增粘添加劑選自MQ硅樹脂、石油松香脂、硅酮樹脂、多元醇、丙烯酸乙酯、松香和乙烯苯基醋酸樹脂中的一種或幾種。
10.一種制備導熱絕緣片的方法，其特征在于所述方法包括如下步驟提供4 40重量份的未固化的高分子基體材料和1 20重量份的增粘添加劑，并將所述高分子基體材料和增粘添加劑混合均勻，其中所述增粘添加劑中含有與所述高分子基體材料中的至少一種固化活性基團相同或相類似的反應基團；提供40 85重量份的導熱絕緣顆粒，并將所述導熱絕緣顆粒均勻地添加到混合后的所述高分子基體材料和增粘添加劑中；提供支撐膜片，將添加了所述導熱絕緣顆粒的高分子基體材料和增粘添加劑的混合物涂覆在所述支撐膜片上；以及將涂覆在所述支撐膜片上的混合物進行固化成型。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中所述高分子基體材料選自乙烯基硅樹脂、聚異丁烯聚合物、有機硅橡膠、聚氨酯、甲基丙烯酸甲酯、有機聚硅氧烷、丙烯酸酯和聚酰胺樹脂中的一種或幾種；所述增粘添加劑選自MQ硅樹脂、石油松香脂、硅酮樹脂、多元醇、丙烯酸乙酯、松香和乙烯苯基醋酸樹脂中的一種或幾種。
12.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中所述導熱絕緣顆粒選自氧化鋁、氮化硼、氮化鋁、氧化鎂和氧化鋅中的一種或更多種。
13.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中所述支撐膜片選自玻璃纖維布、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN或聚酰亞胺PI。
全文摘要
本發(fā)明提供一種導熱絕緣材料、導熱絕緣片以及制備該導熱絕緣材料和導熱絕緣片的方法。其中，所述導熱絕緣材料主要由如下成分組成4～40重量份的高分子基體材料；1～20重量份的增粘添加劑，該增粘添加劑中含有與所述高分子基體材料中的至少一種固化活性基團相同或相類似的反應基團；以及40～85重量份的導熱絕緣顆粒。本發(fā)明的導熱絕緣材料良好的導熱絕緣性能、又具有粘性，因此無需借助于雙面膠或電暈處理就可以粘附在散熱器和電子元器件之間。
文檔編號C08L75/04GK102372925SQ20101024849
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月5日 優(yōu)先權日2010年8月5日
發(fā)明者汪友森, 趙敬棋 申請人:天津萊爾德電子材料有限公司