[发明专利]一种定向导热片及其制备方法、及半导体散热装置

说明书

本发明属于导热片的制备技术及半导体散热领域，具体公开了一种定向导热片的制备方法，该方法包含以下步骤：S1.制备导热片用流体组合物；S2.将步骤S1所得流体组合物置于取向成型装置中，对流体组合物逐层施加圆周运动的高速剪切力，使流体组合物内的导热填料沿剪切方向上取向，形成取向的薄层组合物，将所述薄层组合物逐层汇集于模具内，形成连续的多层汇集体，S3.将多层汇集体进行热固化，得到取向组合物块体；S4.对取向组合物块体沿垂直于取向的方向上切片，得定向导热片。本发明方法制备的汇集体取向性好，缺陷少，效率高，经过切片处理获得的导热片具有高定向性、高导热性和均一性，同时，该导热片能够很好地应用到半导体散热装置中。

技术领域

本发明涉及导热片的制备技术及半导体散热领域，具体涉及一种定向导热片的制备方法与半导体散热装置。

背景技术

随着5G技术的发展，芯片的功率密度不断增加，对芯片的散热提出了更高的要求。在散热组件中，通常使用导热硅胶垫片来减少芯片与散热器之间的界面热阻，提高散热效率。

目前，常规的导热硅胶垫片是在硅胶基体中填充各向同性的球形导热填料(氧化铝、氮化铝、氧化锌等)实现的，由于球形陶瓷填料的本征导热系数低，因此垫片的导热系数一般难以超过10W/m·k。

在各项异性导热填料中，纤维状或片状导热填料往往沿纤维长度方向或片状面内方向具有高导热性，例如：中间相沥青基碳纤维轴向的导热系数可达900W/m·k，六方氮化硼微片面内导热系数可达400W/m·k。因此，采用各向异性导热填料，并使其沿垫片厚度方向上取向，是制备高导热硅胶垫片的有效方法之一。

在已公开的专利中，一般采用磁场法、挤出法和流体剪切法使各向异性填料发生取向。保力马科技株式会社公布了专利CN100548099C，采用超导磁场并施加一定频率的振动使高填充量的碳纤维在高粘度组合物内沿磁场方向取向，由于添加的氧化铝和碳纤维填料的密度分别是硅树脂基体密度的3.8倍和2倍，在施加振动后，会引起填料沉降，造成组合物整体不均匀，最终影响导热性能的均一性。此外，超导磁体价格及运行费用高，增加了成本。迪睿合株式会社公布了CN107004651A、CN108463882A及CN109891577A，该方法是采用挤出法，使碳纤维沿挤出的方法取向，经我们试验发现，为了制备高导热片，当填充的碳纤维与树脂的质量比大于1.3时，组合物的粘度较大，流动性变差，难以挤出加工。此外，在中空模具内成型时，由于流动性差，相邻挤出体之间容易造成间隙，因此挤出法不适合高填充量组合物的取向。已公开专利CN110734562A采用环形槽作圆周运动，使槽内组合物中的纤维沿旋转方向进行取向，该方法存在以下两个缺点：1.所得环形固化物的尺寸受限于环形槽的尺寸，因此，对环形固化物沿半径方向切片后得到的导热片的宽度也受限于环形槽的宽度，无法获得宽度较大的导热片；2.当环形槽的宽度变大时，此时只有靠近环形槽壁两侧的组合物有取向，而组合物内部无法受到与槽壁之间的摩擦力，因而会使组合物取向不充分，该缺点尤其会体现在高粘度的组合物，导致最终无法获得高取向性、高导热性的导热片。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种定向导热片的制备方法，该方法结合高速剪切取向和连续成型装置，制备的定向导热片具有高取向性、高导热性和均一性。

本发明的另一目的在于提供一种定向导热片。

本发明还有一目的在于提供一种半导体散热装置。

具体方案如下：

一种定向导热片的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1.制备导热片用流体组合物；

S2.取向成型：将步骤S1所得流体组合物置于取向成型装置中，对流体组合物逐层施加圆周运动的高速剪切力，使流体组合物内的导热填料沿剪切方向上取向，形成取向的薄层组合物，将所述薄层组合物逐层汇集于模具内，形成连续的多层汇集体；