[发明专利]含有铝粉的导热复合材料、该复合材料的生产方法以及该复合材料的用途

说明书

本发明涉及含有铝粉的导热复合材料。此外提出用于生产该复合材料的方法以及该复合材料的用途。

在电气组件和电气构件中由于越来越高的封装和功率密度(高功率电器)，所产生的过程热量的耗散越来越重要(热管理)。在散热不足时，组件或构件的使用寿命急剧降低，使得冷却概念在装配技术中起着重要的作用。

已知的以胶粘剂体系的形式并具有高于5W(m*K)导热率的导热复合材料具有贵金属填充的环氧树脂体系。由于所使用的原材料，该胶粘剂体系是昂贵的。此外已知由含有导热填料例如三氧化二铝(Al₂O₃)、氮化硼(BN)和碳化硅(SiC)的塑料物料组成的复合材料，所述复合材料具有超过3W/(m*K)的相对高的导热率。然而该复合材料的特点在于在非交联状态下的高粘度，这极大限制了其加工性能。

本发明的任务是，提供导热的复合材料，其具有超过5W/(m*K)的高导热率，并且其特点在于好的加工性能。

为解决该任务，给出了含有可交联或至少部分交联的聚合物基材料以及分布在该聚合物基材料中的铝粉的导热复合材料。铝粉含有粒度范围在0.05μm至400μm的铝颗粒，并且粒度小于1μm的铝颗粒占铝粉的份额选自1重量％至50重量％的范围。粒度小于1μm的铝颗粒占铝粉的份额优选选自10重量％至50重量％的范围。

为解决该任务，给出了用于生产该复合材料的方法，具有以下方法步骤：

a)准备聚合物基材料的初始材料和准备铝粉，和b)将该初始材料和该铝粉相互混合。

本发明的基本想法在于使用具有极为不同的粒度的铝颗粒的铝粉作为导热复合材料的填料。此外，小粒度的铝颗粒的份额高。由此成功地实现了高导热率。该导热率在高于7W/(m*K)的范围变化。同时，该复合材料可以在非交联或仅部分交联的状态很好地加工。此外，令人惊讶的是，该复合材料的特点还在于低的导电率。因此该复合材料非常适合用于具有高封装密度和高功率密度的组件和构件。高的防腐蚀性完善了该复合材料的非常好的性能：可以表明，在湿热负荷超过数天(例如7天，85℃，85％的空气相对湿度)的作用下，复合材料仍保持高的导热率。在这样的环境下复合材料未发生降解。可以基本杜绝腐蚀过程。

在一种特别的实施方案中，铝颗粒在每一情况下在颗粒表面都具有铝氧化物涂层(Aluminium-Oxid-Beschichtung)。铝氧化物涂层优选为封闭的。在氧气的存在下(例如空气中的氧气)，通过铝的表面氧化自发生成铝氧化物涂层，其使得复合材料在低导电率方面明显特别有利。同时该铝氧化物涂层促进了铝颗粒的耐腐蚀性，因此也促进了复合材料的耐腐蚀性。

特别有利的是，铝颗粒粒度选自0.05μm至200μm的范围，尤其是选自0.05μm至100μm的范围。因此在实现良好加工性能的同时也可以达到特别高的导热率。高导热率尤其这样实现：即铝粉占复合材料的粉末份额选自10重量％至90重量％的范围。根据一种特别的实施方案，铝粉占复合材料的铝粉份额选自40重量％至90重量％的范围，尤其选自60重量％至90重量％的范围。铝填充率相对高。已经表现出来，聚合物基材料和铝粉的混合比例一方面可以实现非常高的导热率，另一方面可以实现对于相应的用途可接受的复合材料加工性能。

铝颗粒的形状本身是任意的。铝颗粒具有选自薄片、针和球形的铝颗粒形状是特别有利的。铝颗粒的形状促进了复合材料的高导热率。

可以考虑任意一种大分子材料或能加工成大分子的基础材料作为聚合物基材料。该聚合物基材料是可交联的。在此，交联反应的种类及其引发是任意的。因此，交联可以例如是聚合或缩聚反应。交联的引发例如可以通过引入热量或光实现。

该聚合物基材料可以经完全或者几乎完全交联。例如其是固化的塑料。该固化的塑料可以是热塑性塑料、热固性塑料或者弹性体塑料。

作为聚合物基材料可以考虑塑料例如硅酮。根据一种特别的实施方案，该聚合物基材料具有至少一种环氧树脂。其中，该环氧树脂可以是双组分或更多组分的。该环氧树脂尤其是单组分的环氧树脂。