[发明专利]一种环氧树脂导热复合材料及其制备与应用

说明书

本发明公开了一种环氧树脂导热复合材料及其制备与应用，其中，该环氧树脂导热复合材料是在环氧树脂中分散有表面包覆有聚合物的氮化硼，氮化硼占该复合材料的体积比例为3％至15％。优选的，氮化硼的平均粒径为10微米至40微米；聚合物为聚甲基丙烯酸缩水甘油酯，包覆在该氮化硼表面的聚合物层的厚度为3纳米至10纳米。本发明通过对该环氧树脂导热复合材料内关键的导热填料结构、以及添加量等进行改进，并采用相应的制备方法，与现有技术相比能够有效解决环氧树脂复合材料导热性能不佳，粘度高等的问题。

技术领域

本发明属于热管理材料领域，更具体地，涉及一种环氧树脂导热复合材料及其制备与应用，该环氧树脂导热复合材料是种环氧树脂/氮化硼导热复合材料。

背景技术

随着芯片电子器件的集成度越来越高，芯片的热管理成为制约电子工业发展的重要因素。电子器件温度的升高对寿命、效率以及耗能方面都会有非常大的影响，因此提高散热能力成为研究工作的热点。具有高散热性能的导热绝缘封装材料是提高电子元器件工作稳定性和使用寿命的关键环节。塑料封装以其优良的电绝缘性能、加工性能与成本优势广泛应用于热界面材料及电子封装领域，其中环氧树脂由于具有收缩率低、粘结性能好、耐腐蚀性能好等优点，广泛应用在塑料封装材料行业。然而环氧树脂导热性能差，造成电子元件散热困难，容易老化，使用寿命短。

向环氧树脂中添加高热导率的无机填料(如氧化铝、氮化铝、氮化硼、氧化镁)可以有效地提高基体材料的热导率。但通常需要在很高的填充量才能明显提高复合材料热导率。无机填料的高填充量导致了复合材料的力学性能和加工性能大幅下降。具体而言，这将导致环氧树脂复合体系的高粘度，难以有效地进行电子元器件的封装。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种环氧树脂导热复合材料及其制备与应用，其中通过对该环氧树脂导热复合材料内关键的导热填料结构、以及添加量等进行改进，并采用相应的制备方法，与现有技术相比能够有效解决环氧树脂复合材料导热性能不佳，粘度高等的问题，本发明是通过在氮化硼表面通过自由基聚合的方法接枝末端带环氧基的聚合物，并以该表面包覆有聚合物的氮化硼粉末为填料，能够改善氮化硼与环氧树脂的界面作用，制备兼具低粘度和高导热特性的环氧树脂基导热复合材料；该环氧树脂导热复合材料内的氮化硼添加量低至3％至15％的体积比，而导热系数最高达1.21W/m·K，在30℃下其黏度小于20Pa·s，导热性好，粘度低，确保了该复合材料良好的力学性能和加工性能制备，尤其适用于作为电子封装材料。此外，本发明通过控制原始氮化硼颗粒的粒径，以及氮化硼羟基改性步骤、接枝γ-巯丙基三甲氧基硅烷步骤、接枝聚甲基丙烯酸缩水甘油酯步骤中各种原料的种类及配比，使得氮化硼表面包覆的聚合物层的厚度为3纳米至10纳米，能够进一步确保该环氧树脂导热复合材料具有低粘度和高导热特性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种环氧树脂导热复合材料，其特征在于，该环氧树脂导热复合材料是在环氧树脂中分散有表面包覆有聚合物的氮化硼，所述氮化硼占该复合材料的体积比例为3％至15％。

作为本发明的进一步优选，所述氮化硼的平均粒径为10微米至40微米。

作为本发明的进一步优选，对于所述表面包覆有聚合物的氮化硼，所述聚合物为聚甲基丙烯酸缩水甘油酯，包覆在该氮化硼表面的聚合物层的厚度为3纳米至10纳米。

作为本发明的进一步优选，所述环氧树脂导热复合材料的导热系数为0.39W/m·K至1.21W/m·K，在30℃下其黏度小于20Pa·s；

所述环氧树脂为双酚A型或双酚F型环氧树脂。

按照本发明的另一方面，本发明提供了制备上述环氧树脂导热复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)表面包覆有聚合物的氮化硼的制备：

(1-1)羟基改性的氮化硼的制备：