[发明专利]一种热界面材料及其制备方法

说明书

本发明属于高分子复合材料技术领域，公开了一种热界面材料的制备方法，包括如下步骤，步骤一、将石墨微粉浸渍在酸性水溶液，洗涤，烘干；步骤二、将热固性树脂、有机溶剂、偶联剂、导热填料和步骤一得到的石墨微粉搅拌均匀，得到混合物；步骤三、将混合物涂布在离型膜上，烘干；步骤四、从离型膜上剥离，多层叠加，压制得到层压复合物；步骤五、将层压复合物，沿着层压方向切割；步骤六、固化后得到热界面材料。本发明然后采用涂布方式，实现石墨微粉在热固性树脂中的水平取向，将水平取向的石墨微粉/热固性树脂层层叠加，压制成型，采用切割方式实现石墨微粉在厚度方向的取向，制备出高导热系数的热界面材料。

技术领域

本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种热界面材料及其制备方法。

背景技术

随着5G时代的来临，频段和带宽的增加、联网设备和天线数量的成倍增长、折叠屏和全面屏、以及无线充电功能强化等因素，电子器件的热量聚集问题愈发严重，有效散热已经成为制约现代电子器件发展的关键问题。热界面材料广泛应用于电子器件的散热管理，主要用于填充电子器件与散热器之间空隙，降低电子器件与散热器之间接触热阻，直接影响电子器件的性能和使用寿命。在大功率芯片封装结构中，热界面材料主要用于填补芯片与均热板、均热板与热沉接触时产生的微空隙。热界面材料有这几种材料：导热胶黏剂、导热凝胶、高热膏和导热相变材料。其基本组成为聚合物基体，如环氧树脂或有机硅树脂，和导热填料组成，如铝、氧化铝、氧化锌或金属铜、银。现有商用的热界面材料具有延伸率高、应变高、加工性能好、加工范围大的有点。但是这些材料的缺点是导热系数小于10W/mK，已经无法满足高性能芯片散热的要求。

碳纤维被认为是望制备出高导热系数的热界面材料的填料之一。Kojiro Uetani等采用静电植绒技术实现了碳纤维取向，注入橡胶弹性体后制备了碳纤维/橡胶序构聚合物复合材料，当碳纤维含量为13.2wt％时，其导热系数达到23.3W/mK(AdvancedMaterials,2014,26,5857-5862.)。如能进一步提高碳纤维含量，制备出更高导热系数的聚合物复合材料是非常有可能的。然而受限于静电植绒技术，无法实现更高含量碳纤维的取向。CN111500070A公开了一种碳纤维取向热界面材料及其制备方法。该专利利用震动的方式使一维线性的短切碳纤维沿热界面材料的厚度方向定向排列，实现了碳纤维沿震动方向定向排列，使得导热填料在材料中定向排列而形成纵向导热通道，进而热界面材料的最高导热系数为20.5W/mK，硬度(邵氏C)为40±2。CN110229367A公开了一种各向异性绝缘导热性片材，包括导热片材，制备该各向异性绝缘导热性片材的原料至少包含柔性高分子材料、碳纤维、球形微粉和阻燃剂，实现碳纤维在导热性片材的厚度方向取向。其最高导热系数为29.3W/mK，硬度(邵氏C)为42。然而，高导热碳纤维价格昂贵、且制备的导热系数依然无法突破30.0W/mK。石墨烯具有高的导热系数，是制备热界面材料优异的填料。近年来，已有研究者通过技术手段实现了石墨烯在聚合物的有序排列。如研究者采用以高质量石墨烯微片和氧化石墨烯为原料，采用水热还原、定向冷冻技术、结合高温石墨化工艺制备了高取向度的石墨烯三维导热骨架，注入环氧树脂后制备出导热系数达到35.5W/mK的热界面材料(AcsApplied MaterialsInterfaces,2018,10,17383-17392)。然而，该制备工艺复杂，成本较高。因此，传统热界面材料在满足高性能芯片的冷却需求，如在人工智能、5G通讯、机器学习和超级计算机等方面正迅速达到极限。基于此，开发一种导热系数高且柔顺性好的热界面材料，是本领域亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述背景技术中所提出的问题，本发明的目的在于提供一种热界面材料及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

本发明第一个目的是提供一种热界面材料制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将石墨微粉浸渍在酸性水溶液，使石墨微粉表面接枝含氧基团，采用去离子水将其洗涤至中性，然后烘干待用；