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CN102372925B - 一种导热绝缘材料、导热绝缘片及其制备方法 - Google Patents

一种导热绝缘材料、导热绝缘片及其制备方法 Download PDF

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CN102372925B CN2010102484947A CN201010248494A CN102372925B CN 102372925 B CN102372925 B CN 102372925B CN 2010102484947 A CN2010102484947 A CN 2010102484947A CN 201010248494 A CN201010248494 A CN 201010248494A CN 102372925 B CN102372925 B CN 102372925B
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Abstract

本发明提供一种导热绝缘材料、导热绝缘片以及制备该导热绝缘材料和导热绝缘片的方法。其中，所述导热绝缘材料主要由如下成分组成：4～40重量份的高分子基体材料；1～20重量份的增粘添加剂，该增粘添加剂中含有与所述高分子基体材料中的至少一种固化活性基团相同或相类似的反应基团；以及40～85重量份的导热绝缘颗粒。本发明的导热绝缘材料良好的导热绝缘性能、又具有粘性，因此无需借助于双面胶或电晕处理就可以粘附在散热器和电子元器件之间。

Description

一种导热绝缘材料、导热绝缘片及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种导热绝缘材料、导热绝缘片以及制备该导热绝缘材料和导热绝缘片的方法。
背景技术
近年来，随着半导体器件集成工艺的迅速发展，半导体器件的集成化程度越来越高。设计工程师都力求在更小的面积上安装更多的半导体器件，以实现仪器设备的小型化。为保证这些高度集成的半导体器件能够稳定运行，各个电子元器件所产生的热量必须有效、及时的传递到周围环境中去。通常的方法是在集成了半导体器件的电子元器件表面安装铜、铝等高导热率的金属散热器，增大散热面积。然而，电子元器件和散热器的表面不能是绝对平整，两者接触时不可避免的产生空气隙，空气隙的存在使得散热效率大大降低。因此，为了让散热片与发热的器件表面更好的结合，使散热效果更好，需要在散热器和电子元器件之间填充能够导热的材料。普通的导热硅脂和相变材料具有很好的导热效果，但是电绝缘性比较差，不能适用于那些需要很高绝缘的场合。柔软的导热填隙材料虽然具有一定的电绝缘性，但是不能用于那些需要很高绝缘的场合，并且这类材料只适合于压力较低的应用，不能胜任像大功率电源，汽车等领域。
既导热又绝缘的导热绝缘材料可以很好的解决在要求高绝缘条件下的导热问题，导热绝缘材料可以有效地连接器件和散热器，提供导热通道以降低热阻，并且良好的电气绝缘性能可以保证器件的正常运转。常规的导热绝缘材料是完全固化的硅树脂复合材料，其一般是采用硅树脂为基材，以氧化铝、氮化铝、氧化锌等导热绝缘的陶瓷颗粒作为填充剂。但是，由于固化完全的硅树脂表面不具有粘性，在使用过程中，在将绝缘材料安装到散热器或器件的过程中容易滑落移位，尤其是在垂直的平面上进行操作时。为了使得材料表面具有粘性，目前常用的方法是将双面胶带附在导热绝缘片的表面，使得导热绝缘材料表面具有一定的粘性。但是该方法带来很多弊端，一方面，导热绝缘材料表面能很低，胶带不能直接粘贴在表面，需要昂贵的硅胶带或者经过额外的电晕等对导热绝缘材料进行处理来提高材料表面能，然后再用胶带粘贴在表面。采用硅胶带无疑增加了成本，而电晕过程又很容易对材料性能尤其是绝缘性能产生破坏。另一方面，双面胶带的导热性很低，因此使得导热绝缘材料整体的导热效果下降。同时，目前的工艺很难在导热绝缘材料两面同时使用粘性胶带来使材料双面都具有粘性，从而限制了导热绝缘材料的使用范围。
发明内容
本发明是鉴于上述现有技术的问题而提出的。本发明的一个发明在于提供一种导热绝缘材料、导热绝缘片以及制备该导热绝缘材料和导热绝缘片的方法，以解决现有技术中存在的一个或更多个问题。
根据本发明的一个方面，提供一种导热绝缘材料，该导热绝缘材料主要由如下成分组成：4～40重量份的高分子基体材料；1～20重量份的增粘添加剂，该增粘添加剂中含有与所述高分子基体材料中的至少一种固化活性基团相同或相类似的反应基团；以及40～85重量份的导热绝缘颗粒。
根据本发明的一个方面，提供一种导热绝缘片，该导热绝缘片包括：支撑膜片；以及涂覆在所述支撑膜片上的导热绝缘材料，该导热绝缘材料主要由如下成分组成：4～40重量份的高分子基体材料；1～20重量份的增粘添加剂，该增粘添加剂中含有与所述高分子基体材料中的至少一种固化活性基团相同或相类似的反应基团；以及40～85重量份的导热绝缘颗粒。
根据本发明的一个方面，提供一种制备导热绝缘材料的方法，该方法包括如下步骤：提供4～40重量份的未固化的高分子基体材料和1～20重量份的增粘添加剂，并将该高分子基体材料和增粘添加剂混合均匀，其中该增粘添加剂中含有与所述高分子基体材料中的至少一种固化活性基团相同或相类似的反应基团；提供40～85重量份的导热绝缘颗粒，并将该导热绝缘颗粒均匀地添加到混合后的所述高分子基体材料和增粘添加剂中；以及对添加了所述导热绝缘颗粒的高分子基体材料和增粘添加剂的混合物进行固化成型。
根据本发明的一个方面，提供一种制备导热绝缘片的方法，该方法包括如下步骤：提供4～40重量份的未固化的高分子基体材料和1～20重量份的增粘添加剂，并将该高分子基体材料和增粘添加剂混合均匀，其中该增粘添加剂中含有与所述高分子基体材料中的至少一种固化活性基团相同或相类似的反应基团；提供40～85重量份的导热绝缘颗粒，并将该导热绝缘颗粒均匀地添加到混合后的所述高分子基体材料和增粘添加剂中；提供支撑膜片，将添加了所述导热绝缘颗粒的高分子基体材料和增粘添加剂的混合物涂覆在所述支撑膜片上；以及将涂覆在所述支撑膜片上的混合物进行固化成型。
上述高分子基体材料为适于用在电子元器件和散热器之间的材料。优选地，所述高分子基体材料可选自乙烯基硅树脂、聚异丁烯聚合物、有机硅橡胶、聚氨酯、甲基丙烯酸甲酯、有机聚硅氧烷、丙烯酸酯和聚酰胺树脂中的一种或几种；所述增粘添加可剂选自MQ硅树脂、石油松香脂、硅酮树脂、多元醇、丙烯酸乙酯、松香和乙烯苯基醋酸树脂中的一种或几种。
优选地，所述导热绝缘颗粒可选自氧化铝、氮化硼、氮化铝、氧化镁和氧化锌中的一种或更多种。
优选地，所述支撑膜片选自玻璃纤维布、PEN或PI。
本发明实施例的导热绝缘材料既具有良好的导热绝缘性能，又具有粘性，无需使用双面胶带就能够粘附在散热器和电子元器件之间。
此外，本发明实施例中的导热绝缘材料没有为了使用胶带而引入的电晕等额外工艺，避免了对材料绝缘性能的损坏，同时也克服了胶带导热系数低，影响产品整体导热能力的问题。整个制程没有额外的工艺，相比于之前的设计极大的简化了制备工艺和成本。因此，本发明的导热绝缘材料在保证绝缘性的前提下，更好的实现了与散热器和器件的表面接触，提供了更好的导热效果。
具体实施方式
下面将对本发明的具体实施方式进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施方式中实践本发明。
应该强调的是，在以下的说明中使用的用语“包括/包含/具有”用于指明所描述的特征、步骤等的存在，而并不排除其它特征、步骤或它们的组合的存在。
本发明实施例提供的导热绝缘材料主要由如下材料组成：高分子基体材料、用于提供粘性的添加剂(可称为增粘添加剂)和导热绝缘颗粒。具体地，本发明主要通过将弹性的高分子基体材料和刚性的增粘添加剂相混合，并填充导热绝缘颗粒来形成导热绝缘材料。其中增粘添加剂可具有提供粘性的活性基团(如羟基官能团或其它能够提供粘性的官能团)，并还具有与高分子基体材料中的至少一种固化活性基团相同或相类似的反应基团(如乙烯基等)，以便可以与基体材料发生固化交联反应。
本发明实施例中，弹性的高分子基体材料可以是高分子树脂或其它高分子聚合物等材料。增粘添加剂例如可以是低分子树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。
下面进行详细举例说明。
实施例1
本实施例中提供的导热绝缘材料中，高分子基体材料为乙烯基硅树脂、增粘添加剂为乙烯基MQ硅树脂。
在一个具体示例中，导热绝缘材料包括：4重量份的乙烯基硅树脂，1重量份的乙烯基MQ硅树脂和40重量份的具有不同粒度的氧化铝颗粒。
在另一具体示例中，导热绝缘材料包括：20重量份的乙烯基硅树脂，10重量份的乙烯基MQ硅树脂和70重量份的具有不同粒度的氧化铝颗粒。
在另一具体示例中，导热绝缘材料包括：40重量份的乙烯基硅树脂，20重量份的乙烯基MQ硅树脂和85重量份的具有不同粒度的氧化铝颗粒。
但如上各成分的重量份仅为示例，本发明并不限于上述个成分的重量份取值。优选地，本实施例的导热绝缘材料中，可以包含4～40重量份的乙烯基硅树脂、1～20重量份的乙烯基MQ硅树脂和40～85重量份的导热绝缘颗粒。但本发明也不限于该优选的情况，而是还可以根据实际需要和有限的实验进行各成分的含量的合理的变更。
上述成分中，乙烯基MQ硅树脂具有羟基官能团，同时，该乙烯基MQ硅树脂还具有与乙烯基硅树脂的固化活性基团相同的反应基团，即不饱和双键。
导热绝缘颗粒可以为一种或更多种金属氧化物和/或金属氮化物颗粒，例如选自氧化铝、氮化硼、氮化铝、氧化镁和氧化锌中的一种或更多种。导热绝缘颗粒的粒径例如可以选择1～30微米，但并不限于此。在选择导热绝缘颗粒时，可以选择均匀粒径的一种或更多种导热绝缘颗粒，也可以选择一种或更多种金属氧化物和/或金属氮化物颗粒的不同粒径的组合，例如，可以选择10～30微米的氧化铝颗粒和1～10微米的氮化硼颗粒的组合。在此所列举的数字仅为优选示例，完全可以根据实际需要选择具有更宽或更窄粒径范围的导热绝缘颗粒。
将未固化的高分子的乙烯基硅树脂和乙烯基MQ硅树脂混合均匀后，将导热绝缘颗粒均匀分散在其中，然后对混合后的材料进行固化，就可以形成既具有良好的导热绝缘性能、又具有粘性的导热绝缘材料，无需借助于双面胶或电晕处理就可以很好的粘附在电子元器件和散热器之间。
通过在电子元器件中的多次实验测试中已经证明，本实施例的如上的导热绝缘材料具有良好的导热绝缘性能，并且具有粘性(也称压敏粘性，即粘性对压力敏感)，能够粘附在散热器和电子元器件之间，而无需使用双面胶带，从而克服了胶带导热系数低，影响产品整体导热能力的问题。
如下表1中列举了本发明实施例中3种导热绝缘材料与现有技术中的三种导热绝缘产品的导热绝缘性能及粘性的比较。表1中，“普通样品”为购买的一种现有的普通的没有粘性的导热绝缘材料产品。“提供了单面粘性的普通样品”为对与普通样品相同的样品的单面贴上了双面胶带之后形成的、提供了单面粘性的导热绝缘材料产品(对于双面都贴上了双面胶带之后的样品，热阻将比提供了单面粘性的普通样品的热阻大的多)。本发明样品1～本发明样品3分别为本发明的添加了不同重量份的乙烯基MQ硅树脂的导热绝缘材料产品。本发明样品1～本发明样品3中，作为基体材料的乙烯基硅树脂的含量都为20重量份，乙烯基MQ硅树脂的含量分别为2、4和6重量份，导热绝缘颗粒(氧化铝)的含量为80份。也就是说，本发明样品1～本发明样品3中MQ硅树脂占乙烯基硅树脂的比例分别为5wt％、10wt％和15wt％。此外，表1中，“自己制备的普通样品”为采用了与本发明样品1～本发明样品3相同的重量份的乙烯基硅树脂和相同的重量份的导热绝缘颗粒(氧化铝)而制成的样品。也就是说，“自己制备的普通样品”中处理不具有乙烯基MQ硅树脂外，其它成分与本发明样品1～本发明样品3相同。此外，本发明样品1～本发明样品3的介质击穿电压(Dielectric breakdown voltage)分别为对各自样品上5个点的击穿电压所取的平均值。
表1.
Figure BSA00000221961800061
从表1可见，与“提供了单面粘性的普通样品”相比，本实施例的添加了MQ硅树脂的本发明样品1～3中，只有样品1的热阻略有升高，样品2和3的热阻都降低，甚至低于“普通样品”的热阻。而与未添加MQ硅树脂的“自己制备的普通样品”相比，本实施例的添加了MQ硅树脂的本发明样品1～3的热阻都有降低，并且介质击穿电压升高，并且还具有了粘性，也就是说，在添加了MQ硅树脂后，导热绝缘性能提高并具有了粘性。因此本发明实施例的添加了MQ硅树脂的导电绝缘材料可以作为电子元器件的导热绝缘材料布置在散热器和电子元器件之间，并且由于材料本身具有了粘性，从而无需双面胶带就可以安装在散热器和电子元器件之间。并且，通过调节作为增粘剂的聚合物(MQ硅树脂)的重量比例，可以获得非常好的导热绝缘效果(甚至优于现有的未贴双面胶带的导热绝缘材料产品)和非常好的粘性效果(甚至优于双面胶带)。
本发明实施例中，通过在未固化的弹性高分子的基体树脂(乙烯基硅树脂)中加入具有提供粘性的活性基团(如羟基)并具有能够与乙烯基硅树脂反应的基团(不饱和双键)的聚合物(MQ硅树脂)，在对基体树脂进行固化成型时，低分子聚合物就能够与基体树脂共同发生交联反应，共同完成交联网络。固化后的材料由于该低分子聚合物的加入可以具有一定的粘性，并且粘性的大小可以根据该低分子聚合物的加入比例进行调节。本实施例中，由于在原位添加具有粘性的低分子聚合物，因此整个材料的制程没有收到任何影响和额外步骤，同时不会对最终产品的导热绝缘性能产生负面影响。在此所述的原位是指添加在制备过程中完成，而不需要在最终产品制备出来后再引入额外的材料或者工艺。
下面详细地说明对根据本实施例的导热绝缘材料的制备方法。该方法包括如下步骤：
(1)提供未固化的高分子基体材料和低分子增粘添加剂，并将该未固化的基体材料和低分子增粘添加剂混合均匀。
本实施例中，该高分子基体材料为4～40重量份的乙烯基硅树脂。低分子增粘添加剂为1～20重量份的乙烯基MQ硅树脂。在此，4～40重量份和1～20重量份仅为优选示例，完全可以根据实际需要来合理的变更含量。
例如可将乙烯基MQ硅树脂均匀分散在未固化的乙烯基硅树脂中。具体地可选用搅拌机(如双行星搅拌机)采用真空搅拌的方式混合均匀。也可以将上述两种树脂(乙烯基硅树脂和乙烯基MQ硅树脂)分别分散到石脑油等溶剂(或甲苯、正庚烷等其它硅树脂溶剂)中，然后采用搅拌设备(如双行星搅拌机)混合均匀。
(2)将导热绝缘颗粒均匀混合到上述分散好的树脂混合物中。
例如，将40～85重量份的符合预定的粒径要求的氧化铝、氮化硼、氮化铝、氧化镁和氧化锌中的一种或更多种采用搅拌设备混合均匀，使颗粒完全分散在上述分散好的树脂混合物中。作为一个示例，将氧化铝粒均匀地分散在上述分散好的树脂混合物中。
(3)对混合后的材料进行固化成型。
例如，在100～180℃温度下对乙烯基硅树脂、乙烯基MQ硅树脂和导热绝缘颗粒的混合材料进行固化成型。经过若干分钟(如1～10分钟，但并不限于此)后，固化完成。
经过如上工艺，就形成了具有压敏粘性的导热绝缘材料。
此外，为了更方便使用，并增加产品的抗撕裂性，在本发明优选实施例中，还可以在具有如上组成的导热绝缘材料中添加支撑用的载体(或称膜片)，来形成导热绝缘片。该支撑用的载体，例如可为玻璃纤维布或PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PI(聚酰亚胺)等绝缘聚合物膜，但并不限于此。
制备导热绝缘片的方法例如如下：
A、提供未固化的基体材料和低分子增粘添加剂，并将该未固化的基体材料和低分子增粘添加剂混合均匀。
该步骤可与前述的步骤(1)相同。
B、将导热绝缘颗粒均匀混合到上述分散好的树脂混合物中。
该步骤可与前述步骤(2)相同。
C、提供一种载体，将经如上步骤B混合后的材料涂覆在载体的两面。
载体可以选自玻璃纤维布，或PEN、PI等绝缘聚合物膜，但并不先于此，完全还可以是其它的能够起支撑作用的有孔或无孔的薄膜。
薄膜的厚度可根据最终对产品导热、绝缘性能的要求和/或对产品厚度的要求进行选择，一般可以选择在12～100微米之间，但并不限于此。针对不同的载体材料可以选择不同的厚度。作为示例，可选择采用PEN聚合物，薄膜厚度为0.0254mm。
可以用溶剂来调节经如上步骤B混合后的材料，使溶液粘度达到涂覆工艺要求的水平。然后，可将混合好的溶液涂覆在载体PEN聚合物薄膜上。
D、对涂覆在聚合物膜上的混合材料进行固化。
例如在100～180℃温度下经过一定时间(如1～10分钟，但并不限于此)的固化之后，就形成了具有更强的抗拉伸强度的、具有压敏粘性的导热绝缘片。可对形成的导热绝缘片进行打卷或切片，以便于使用。
在本实施例中，乙烯基硅树脂还可由有机聚硅氧烷、丙烯酸酯、聚酰胺树脂中的一种或几种来代替，作为增粘添加剂的乙烯基MQ硅树脂也可以由松香、乙烯苯基醋酸树脂或其它MQ硅树脂等代替，只要增粘添加剂中的至少一种具有提供粘性的基团并具有与基体材料中至少一种相同或相类似的固化反应基团。例如，在此，有机聚硅氧烷的固化活性反应基团为硅氧烷，丙烯酸酯的固化活性反应基团为不饱和双键，聚酰胺树脂的固化活性反应基团为胺基，松香或乙烯苯基醋酸树脂的提供粘性的基团为羟基，与基体材料进行固化交联反应的基团可为硅氢键或者碳碳双键。因此，代替后，同样可以生成具有良好的导热绝缘性能和粘性的导热绝缘材料以及导热绝缘片。
已经经过在电子元器件中的实验测试，测试证明，具有如上组成的导热绝缘片具有良好的导热绝缘性能，并且导热绝缘片的两面都具有粘性。因此在保证绝缘性的前提下，更好的实现了与散热器和器件的表面接触，提供了更好的导热效果。
此外，整个制程没有额外的工艺，相比于之前的设计极大的简化了制备工艺和成本。此外，本实施例制成的导热绝缘材料的压敏粘性可以通过调节乙烯基MQ硅树脂的添加比例来进行调节。
实施例2
在本实施例中，高分子的基体材料为4～40重量份的聚异丁烯聚合物。低分子的增粘添加剂为1～20重量份的石油松香脂。在此，举出的4～40重量份、1～20重量份仅为优选情况，还可以根据实际需要进行含量的合理的变更。
导热绝缘颗粒可以为选自氧化铝、氮化硼、氮化铝、氧化镁和氧化锌中的一种或更多种，所采用的量例如为40～85重量份。在此，40～85重量份仅为优选示例，还可以根据实际需要进行含量的合理的变更。
例如，在一个具体示例中，导热绝缘材料包括：4重量份的聚异丁烯聚合物，1重量份的石油松香脂和60重量份的氮化硼和氧化锌颗粒。
在另一具体示例中，导热绝缘材料包括：20重量份的聚异丁烯聚合物，10重量份的石油松香脂和70重量份的氮化硼和氧化锌颗粒。
在另一具体示例中，导热绝缘材料包括：40重量份的聚异丁烯聚合物，20重量份的石油松香脂和80重量份的氮化硼和氧化锌颗粒。
将未固化的聚异丁烯聚合物、石油松香脂以及导热绝缘颗粒充分混合均匀后，经固化成型，就形成了既具有良好的导热绝缘性能、有具有粘性的导热绝缘材料。
同样，还可以在充分混合后的聚异丁烯聚合物、石油松香脂以及导热绝缘颗粒的混合物中添加支撑用的载体，如可为玻璃纤维布或PEN、PI等绝缘聚合物膜，来形成导热绝缘片。
具体地，制备如上导热绝缘材料或导热绝缘片的工艺如下：
(1)提供未固化的聚异丁烯聚合物和石油松香脂，并将它们混合均匀。
其中，聚异丁烯聚合物的量例如为4～40重量份，石油松香脂的量例如为1～20重量份。
可采用搅拌设备将聚异丁烯聚合物和石油松香脂混合均匀，也可以先将该两种树脂分别分散到石脑油等溶剂中，再用搅拌设备混合均匀。
(2)将导热绝缘颗粒均匀混合到聚异丁烯聚合物和石油松香脂的混合物中。
(3)如果不需要添加支撑载体，则直接对经步骤(2)混合后的材料进行固化成型。
例如在一定的温度(100～180℃，并不限于此)下经过一定时间(如1～10分钟，或更长时间)进行固化成型。固化后即形成了具有压敏粘性的导热绝缘材料。
如果要添加支撑载体，则本步骤中首先将经步骤(2)混合后的材料涂覆在支撑载体(如玻璃纤维布、PEN或PI)的两面，然后再对涂覆在聚合物膜上的混合物进行固化。添加了支撑载体的导热绝缘片具有更好的抗撕裂性。
已经在电子元器件上进行的实验验证，测试证明，本实施例的如上的导热绝缘材料及导热绝缘片具有良好的导热绝缘性能，并且材料表面具有粘性(压敏粘性，即粘性对压力敏感)，因此能够粘附在散热器和电子元器件之间，而无需使用双面胶带。此外，本实施例制备的导热绝缘材料的压敏性能的强弱可以通过控制添加的石油松香脂的比例来进行调节，以适应不同使用环境的要求。通过材料表面具有粘性，更好的实现了与散热器和器件的表面接触，在保证绝缘性的前提下，提供了更好的导热效果。此外，本发明实施例采用的原位添加石油松香脂的方法没有对基体材料的绝缘性能产生任何负面影响，并且额外的粘结胶带或粘结剂也不需要任何额外工艺。
本实施例中，石油松香脂具有提供粘性的基团(如羧基和羟基)，并具有与聚异丁烯聚合物相同的固化活性反应基团(不饱和双键)，因此可以与聚异丁烯聚合物完成交联固化。
实施例3
在本实施例中，高分子的基体材料为4～40重量份的有机硅橡胶。低分子的增粘添加剂为1～20重量份的硅酮树脂。在此，举出的4～40重量份、1～20重量份仅为优选示例，还可以根据实际需要进行含量的合理的变更。
导热绝缘颗粒可以为选自氧化铝、氮化硼、氮化铝、氧化镁和氧化锌中的一种或更多种，所采用的量例如为40～85重量份。在此，40～85重量份仅为优选示例，还可以根据实际需要进行含量的合理的变更。
例如，在一个具体示例中，导热绝缘材料包括：4重量份的有机硅橡胶，1重量份的硅酮树脂和40重量份的氮化硼颗粒。
在另一具体示例中，导热绝缘材料包括：20重量份的有机硅橡胶，10重量份的硅酮树脂和70重量份的氮化硼颗粒。
在另一具体示例中，导热绝缘材料包括：40重量份的有机硅橡胶，20重量份的硅酮树脂和85重量份的氮化硼颗粒。
将如上有机硅橡胶、硅酮树脂以及导热绝缘颗粒充分混合均匀后，经固化成型，就形成了既具有良好的导热绝缘性能、又具有粘性的导热绝缘材料。
同样，还可以在充分混合后的有机硅橡胶、硅酮树脂以及导热绝缘颗粒的混合物中添加支撑用的载体，如可为玻璃纤维布或PEN、PI等绝缘聚合物膜，来形成导热绝缘片。
具体地，制备如上导热绝缘材料或导热绝缘片的工艺如下：
(1)提供未固化的有机硅橡胶和硅酮树脂，并将它们混合均匀。
有机硅橡胶的量例如为4～40重量份，硅酮树脂的量例如为1～20重量份。
可采用搅拌设备将有机硅橡胶和硅酮树脂混合均匀，也可以下将该两种树脂分别分散到石脑油等溶剂中，再用搅拌设备混合均匀。
(2)将导热绝缘颗粒均匀混合到有机硅橡胶和硅酮树脂的混合物中。
(3)如果不需要添加支撑载体，则直接对经步骤(2)混合后的材料进行固化成型。
例如在一定的温度(100～180℃，并不限于此)下经过一定时间(如1～10分钟，或更长时间)进行固化成型。固化后即形成了具有压敏粘性的导热绝缘材料。
如果要添加支撑载体，则本步骤中首先将经步骤(2)混合后的材料涂覆在支撑载体(如玻璃纤维布、PEN或PI)的两面，然后再对涂覆在聚合物膜上的混合物进行固化。添加了支撑载体的导热绝缘片具有更好的抗撕裂性。
已经在电子元器件上进行的实验验证，测试证明，本实施例的如上的导热绝缘材料及导热绝缘片具有良好的导热绝缘性能，并且材料表面具有粘性(压敏粘性，即粘性对压力敏感)，因此能够粘附在散热器和电子元器件之间，而无需使用双面胶带。此外，本实施例制备的导热绝缘材料的压敏性能的强弱可以通过控制添加的硅酮树脂的比例来进行调节，以适应不同使用环境的要求。通过材料表面具有粘性，更好的实现了与散热器和器件的表面接触，在保证绝缘性的前提下，提供了更好的导热效果。此外，本发明实施例采用的原位添加硅酮树脂的方法没有对基体材料的绝缘性能产生任何负面影响，并且额外的粘结胶带或粘结剂也不需要任何额外工艺。
本实施例中，硅酮树脂具有提供粘性的基团(羟基)，并具有与有机硅橡胶相同的固化活性反应基团(不饱和双键)，因此可以与聚异丁烯聚合物完成交联固化。
实施例4
在本实施例中，高分子的基体材料为4～40重量份的聚氨酯。低分子的增粘添加剂为1～20重量份的多元醇。在此，举出的4～40重量份、1～20重量份仅为优选示例，还可以根据实际需要进行含量的合理的变更。
导热绝缘颗粒可以为选自氧化铝、氮化硼、氮化铝、氧化镁和氧化锌中的一种或更多种，所采用的量例如为40～85重量份。在此，40～85重量份仅为优选示例，还可以根据实际需要进行含量的合理的变更。
例如，在一个具体示例中，导热绝缘材料包括：4重量份的聚氨酯，1重量份的多元醇和40重量份的氮化铝颗粒。
在另一具体示例中，导热绝缘材料包括：20重量份的聚氨酯，10重量份的多元醇和60重量份的氮化铝颗粒。
在另一具体示例中，导热绝缘材料包括：40重量份的聚氨酯，20重量份的多元醇和85重量份的氮化铝颗粒。
将如上聚氨酯、多元醇以及导热绝缘颗粒充分混合均匀后，经固化成型，就形成了既具有良好的导热绝缘性能、又具有粘性的导热绝缘材料。
同样，还可以在充分混合后的聚氨酯、多元醇以及导热绝缘颗粒的混合物中添加支撑用的载体，如可为玻璃纤维布或PEN、PI等绝缘聚合物膜，来形成导热绝缘片。
具体地，制备如上导热绝缘材料或导热绝缘片的工艺如下：
(1)提供未固化的聚氨酯和多元醇，并将它们混合均匀。
聚氨酯的量例如为4～40重量份，多元醇的量例如为1～20重量份。
可采用搅拌设备将聚氨酯和多元醇混合均匀，也可以下将该两种树脂分别分散到石脑油等溶剂中，再用搅拌设备混合均匀。
(2)将导热绝缘颗粒均匀混合到聚氨酯和多元醇的混合物中。
(3)如果不需要添加支撑载体，则直接对经步骤(2)混合后的材料进行固化成型。
例如在一定的温度(100～180℃，并不限于此)下经过一定时间(如1～10分钟，或更长时间)进行固化成型。固化后即形成了具有压敏粘性的导热绝缘材料。
如果要添加支撑载体，则本步骤中首先将经步骤(2)混合后的材料涂覆在支撑载体(如玻璃纤维布、PEN或PI)的两面，然后再对涂覆在聚合物膜上的混合物进行固化。添加了支撑载体的导热绝缘片具有更好的抗撕裂性。
已经在电子元器件上进行的实验验证，测试证明，本实施例的如上的导热绝缘材料及导热绝缘片具有良好的导热绝缘性能，并且材料表面具有粘性(压敏粘性，即粘性对压力敏感)，因此能够粘附在散热器和电子元器件之间，而无需使用双面胶带。此外，本实施例制备的导热绝缘材料的压敏性能的强弱可以通过控制添加的多元醇的比例来进行调节，以适应不同使用环境的要求。通过材料表面具有粘性，更好的实现了与散热器和器件的表面接触，在保证绝缘性的前提下，提供了更好的导热效果。此外，本发明实施例采用的原位添加多元醇的方法没有对基体材料的绝缘性能产生任何负面影响，并且额外的粘结胶带或粘结剂也不需要任何额外工艺。
本实施例中，多元醇具有提供粘性的基团(羟基)，羟基可以用与聚氨酯发生酯化反应形成交联，因此可以与聚氨酯完成交联固化。
实施例5
在本实施例中，高分子的基体材料为4～40重量份的甲基丙烯酸甲酯。低分子的增粘添加剂为1～20重量份的丙烯酸乙酯。在此，举出的4～40重量份、1～20重量份仅为优选示例，还可以根据实际需要进行含量的合理的变更。
导热绝缘颗粒可以为选自氧化铝、氮化硼、氮化铝、氧化镁和氧化锌中的一种或更多种，所采用的量例如为40～85重量份。在此，40～85重量份仅为优选示例，还可以根据实际需要进行含量的合理的变更。
例如，在一个具体示例中，导热绝缘材料包括：4重量份的甲基丙烯酸甲酯，1重量份的丙烯酸乙酯和40重量份的氧化镁和氧化锌颗粒。
在另一具体示例中，导热绝缘材料包括：20重量份的甲基丙烯酸甲酯，10重量份的丙烯酸乙酯和60重量份的氧化镁和氧化锌颗粒。
在另一具体示例中，导热绝缘材料包括：40重量份的甲基丙烯酸甲酯，20重量份的丙烯酸乙酯和85重量份的氧化镁和氧化锌颗粒。
将如上甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯以及导热绝缘颗粒充分混合均匀后，经固化成型，就形成了既具有良好的导热绝缘性能、又具有粘性的导热绝缘材料。
同样，还可以在充分混合后的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯以及导热绝缘颗粒的混合物中添加支撑用的载体，如可为玻璃纤维布或PEN、PI等绝缘聚合物膜，来形成导热绝缘片。
具体地，制备如上导热绝缘材料或导热绝缘片的工艺如下：
(1)提供未固化的甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸乙酯，并将它们混合均匀。
甲基丙烯酸甲酯的量例如为4～40重量份，丙烯酸乙酯的量例如为1～20重量份。
可采用搅拌设备将甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸乙酯混合均匀，也可以下将该两种树脂分别分散到石脑油等溶剂中，再用搅拌设备混合均匀。
(2)将导热绝缘颗粒均匀混合到甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸乙酯的混合物中。
(3)如果不需要添加支撑载体，则直接对经步骤(2)混合后的材料进行固化成型。
例如在一定的温度(100～180℃，并不限于此)下经过一定时间(如1～10分钟，或更长时间)进行固化成型。固化后即形成了具有压敏粘性的导热绝缘材料。
如果要添加支撑载体，则本步骤中首先将经步骤(2)混合后的材料涂覆在支撑载体(如玻璃纤维布、PEN或PI)的两面，然后再对涂覆在聚合物膜上的混合物进行固化。添加了支撑载体的导热绝缘片具有更好的抗撕裂性。
已经在电子元器件上进行的实验验证，测试证明，本实施例的如上的导热绝缘材料及导热绝缘片具有良好的导热绝缘性能，并且材料表面具有粘性(压敏粘性，即粘性对压力敏感)，因此能够粘附在散热器和电子元器件之间，而无需使用双面胶带。此外，本实施例制备的导热绝缘材料的压敏性能的强弱可以通过控制添加的丙烯酸乙酯的比例来进行调节，以适应不同使用环境的要求。通过材料表面具有粘性，更好的实现了与散热器和器件的表面接触，在保证绝缘性的前提下，提供了更好的导热效果。此外，本发明实施例采用的原位添加丙烯酸乙酯的方法没有对基体材料的绝缘性能产生任何负面影响，并且额外的粘结胶带或粘结剂也不需要任何额外工艺。
本实施例中，丙烯酸乙酯具有提供粘性的基团(如羟基和羧基)，并具有与甲基丙烯酸甲酯相同的固化活性反应基团(不饱和双键)，因此可以与甲基丙烯酸甲酯完成交联固化。
实施例6
在如上实施例的导热绝缘材料或导热绝缘片中，各含有一种高分子基体材料和一种低分子增粘添加剂，但在实际使用中，并不限于这样的情况，一种导热绝缘材料或导热绝缘片中不仅可以含有多种高分子基体材料，还可以含有多种低分子增粘添加剂。
在本实施例中，高分子的基体材料选自乙烯基硅树脂、聚异丁烯聚合物、有机硅橡胶、聚氨酯、甲基丙烯酸甲酯、有机聚硅氧烷、甲基乙烯基硅树脂、丙烯酸酯和聚酰胺树脂中的一种或几种。该基体材料的总的含量为4～40重量份。在此，4～40重量份仅为优选示例，还可以根据实际需要进行含量的合理的变更。
低分子增粘添加剂选自MQ硅树脂、石油松香脂、硅酮树脂、多元醇、丙烯酸乙酯、松香和乙烯苯基醋酸树脂等中的一种或几种，只要选择的低分子增粘添加剂中的至少一种具有提供粘性的基团并具有与选择的基体材料中至少一种相同或相类似的固化反应基团。选择的低分子增粘添加剂的总含量为1～20重量份。在此，1～20重量份仅为优选示例，还可以根据实际需要进行含量的合理的变更。
作为示例，对于基体材料，例如可以选择各占15重量份的乙烯基硅树脂、聚异丁烯聚合物和有机硅橡胶，总共占45重量份。对于增粘添加剂，可选择各占3重量份的MQ硅树脂和石油松香脂，共占9重量份。
导热绝缘颗粒可以为一种或更多种金属氧化物和/或金属氮化物颗粒，例如选自氧化铝、氮化硼、氮化铝、氧化镁和氧化锌中的一种或更多种，所采用的量例如为40～85重量份。在此，40～85重量份仅为优选示例，还可以根据实际需要进行含量的合理的变更。作为示例，例如可以选择65重量份的氮化硼颗粒。
将选择的基体材料、低分子增粘添加剂以及导热绝缘颗粒充分混合均匀后，经固化成型，就可以形成既具有良好的导热绝缘性能、又具有粘性的导热绝缘材料。
同样，还可以在充分混合后的基体材料、低分子增粘添加剂以及导热绝缘颗粒的混合物中添加支撑用的载体，如可为玻璃纤维布或PEN、PI等绝缘聚合物膜，来形成导热绝缘片。
具体地，制备如上导热绝缘材料或导热绝缘片的工艺如下：
(1)提供未固化的基体材料和低分子增粘添加剂，并将它们混合均匀。
其中，基体选自乙烯基硅树脂、聚异丁烯聚合物、有机硅橡胶、聚氨酯、甲基丙烯酸甲酯、有机聚硅氧烷、丙烯酸酯和聚酰胺树脂中的一种或几种。该基体材料的总的含量为4～40重量份。
低分子增粘添加剂选自MQ硅树脂、石油松香脂、硅酮树脂、多元醇、丙烯酸乙酯、松香和乙烯苯基醋酸树脂等中的一种或几种，只要选择的低分子增粘添加剂中的至少一种具有提供粘性的活性基团并具有与选择的基体材料中至少一种相同或相类似的固化反应基团。选择的低分子增粘添加剂的总含量为1～20重量份。
可采用搅拌设备将选择的基体材料和低分子增粘添加剂混合均匀，也可以下将选择的基体材料和低分子增粘添加剂分别分散到石脑油等溶剂中，再用搅拌设备混合均匀。
(2)将导热绝缘颗粒均匀混合到选择的基体材料和低分子增粘添加剂的混合物中。
(3)如果不需要添加支撑载体，则直接对经步骤(2)混合后的材料进行固化成型。
例如在一定的温度(100～180℃，并不限于此)下经过一定时间(如1～10分钟，或更长时间)进行固化成型。固化后即形成了具有压敏粘性的导热绝缘材料。
如果要添加支撑载体，则本步骤中首先将经步骤(2)混合后的材料涂覆在支撑载体(如玻璃纤维布、PEN或PI)的两面，然后再对涂覆在聚合物膜上的混合物进行固化。添加了支撑载体的导热绝缘片具有更好的抗撕裂性。
已经在电子元器件上进行的实验验证，测试证明，本实施例的如上的导热绝缘材料具有良好的导热绝缘性能，并且材料表面具有粘性(压敏粘性，即粘性对压力敏感)，因此能够粘附在散热器和电子元器件之间，而无需使用双面胶带。
此外，本实施例制备的导热绝缘材料的压敏性能的强弱可以通过控制添加的增粘添加剂的比例来进行调节，以适应不同使用环境的要求。通过材料表面具有粘性，更好的实现了与散热器和器件的表面接触，在保证绝缘性的前提下，提供了更好的导热效果。此外，本发明实施例采用的原位添加增粘添加剂的方法没有对基体材料材料的绝缘性能产生任何负面影响，并且额外的粘结胶带或粘结剂也不需要任何额外工艺。
本实施例中，增粘添加剂具有提供粘性的活性基团，并具有与基体材料这的至少一种相同的活性固化反应基团，因此可以与基体材料完成交联固化，并使得固化后的材料具有粘性。
在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种导热绝缘材料，其特征在于，所述导热绝缘材料由如下成分组成：
4～40重量份的高分子基体材料；
1～20重量份的增粘添加剂，该增粘添加剂中含有与所述高分子基体材料中的至少一种固化活性基团相同或相类似的反应基团；以及
40～85重量份的导热绝缘颗粒，
其中所述高分子基体材料选自乙烯基硅树脂、聚异丁烯聚合物、有机硅橡胶、聚氨酯、有机聚硅氧烷、丙烯酸酯和聚酰胺树脂中的一种或几种；
所述增粘添加剂选自MQ硅树脂、石油松香脂、硅酮树脂、多元醇、丙烯酸乙酯、松香和乙烯苯基醋酸树脂中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的导热绝缘材料，其中所述导热绝缘颗粒选自氧化铝、氮化硼、氮化铝、氧化镁和氧化锌中的一种或更多种。
3.一种导热绝缘片，其特征在于所述导热绝缘片包括：
支撑膜片；以及
涂覆在所述支撑膜片上的导热绝缘材料，该导热绝缘材料由如下成分组成：
4～40重量份的高分子基体材料；
1～20重量份的增粘添加剂，该增粘添加剂中含有与所述高分子基体材料中的至少一种固化活性基团相同或相类似的反应基团；以及
40～85重量份的导热绝缘颗粒，
其中所述高分子基体材料选自乙烯基硅树脂、聚异丁烯聚合物、有机硅橡胶、聚氨酯、有机聚硅氧烷、丙烯酸酯和聚酰胺树脂中的一种或几种；
所述增粘添加剂选自MQ硅树脂、石油松香脂、硅酮树脂、多元醇、丙烯酸乙酯、松香和乙烯苯基醋酸树脂中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的导热绝缘片，其中所述导热绝缘颗粒选自氧化铝、氮化硼、氮化铝、氧化镁和氧化锌中的一种或更多种。
5.根据权利要求3所述的导热绝缘片，其中所述支撑膜片选自玻璃纤维布、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN或聚酰亚胺PI。
6.一种制备权利要求1或2所述的导热绝缘材料的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
提供4～40重量份的未固化的高分子基体材料和1～20重量份的增粘添加剂，并将所述高分子基体材料和增粘添加剂混合均匀，其中所述增粘添加剂中含有与所述高分子基体材料中的至少一种固化活性基团相同或相类似的反应基团；
提供40～85重量份的导热绝缘颗粒，并将所述导热绝缘颗粒均匀地添加到混合后的所述高分子基体材料和增粘添加剂中；以及
对添加了所述导热绝缘颗粒的高分子基体材料和增粘添加剂的混合物进行固化成型，
其中所述高分子基体材料选自乙烯基硅树脂、聚异丁烯聚合物、有机硅橡胶、聚氨酯、有机聚硅氧烷、丙烯酸酯和聚酰胺树脂中的一种或几种；
所述增粘添加剂选自MQ硅树脂、石油松香脂、硅酮树脂、多元醇、丙烯酸乙酯、松香和乙烯苯基醋酸树脂中的一种或几种。
7.一种制备权利要求3～5中任一项所述的导热绝缘片的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
提供4～40重量份的未固化的高分子基体材料和1～20重量份的增粘添加剂，并将所述高分子基体材料和增粘添加剂混合均匀，其中所述增粘添加剂中含有与所述高分子基体材料中的至少一种固化活性基团相同或相类似的反应基团；
提供40～85重量份的导热绝缘颗粒，并将所述导热绝缘颗粒均匀地添加到混合后的所述高分子基体材料和增粘添加剂中；
提供支撑膜片，将添加了所述导热绝缘颗粒的高分子基体材料和增粘添加剂的混合物涂覆在所述支撑膜片上；以及
将涂覆在所述支撑膜片上的混合物进行固化成型，
其中所述高分子基体材料选自乙烯基硅树脂、聚异丁烯聚合物、有机硅橡胶、聚氨酯、有机聚硅氧烷、丙烯酸酯和聚酰胺树脂中的一种或几种；
所述增粘添加剂选自MQ硅树脂、石油松香脂、硅酮树脂、多元醇、丙烯酸乙酯、松香和乙烯苯基醋酸树脂中的一种或几种。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述导热绝缘颗粒选自氧化铝、氮化硼、氮化铝、氧化镁和氧化锌中的一种或更多种。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述支撑膜片选自玻璃纤维布、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN或聚酰亚胺PI。
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