[发明专利]一种有机硅/石墨烯热界面材料的制备方法

说明书

本发明属于热界面材料技术领域，公开了一种有机硅/石墨烯热界面材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)、将石墨膜或石墨烯膜表面一侧涂覆一层粘结剂；(2)、将硅胶垫与涂覆有粘结剂石墨膜或石墨烯膜的一侧进行贴合；(3)、将步骤(2)得到硅胶垫样品的一侧的表面涂覆一层粘结剂；(4)、再将新的石墨膜或石墨烯膜与步骤(3)得到样品进行贴合；(5)在步骤(4)获得样品的基础上，重复步骤(1)～(3)，获得堆叠结构的有机硅/石墨烯热界面材料。本发明将石墨膜应用到有机硅体系的热界面材料中，该方法制备的热界面材料，具有高导热、机械性能良好、兼容性好的优点。

技术领域

本发明属于热界面材料技术领域，涉及一种有机硅/石墨烯热界面材料的制备方法。

背景技术

热界面材料是电子封装领域不可或缺的热管理材料，它用于填充两个界面接触区域的空隙，降低传热阻抗，对于电子器件的性能、寿命和稳定性起着至关重要的作用。热界面材料通常由高导热填料和材质轻软的聚合物基材复合而成。有机硅[1]，是目前工业界应用最广泛的聚合物基材之一，材料柔软、性能稳定，得到业界持续认可。传统的导热填料主要为陶瓷类(氧化铝、氮化硼)、金属类(铝粉、银粉)等。随着，芯片发热量日益增大，芯片散热问题成为制约芯片发展的关键因素之一，传统的热界面材料已经不能满足需求。石墨烯具有超高的热导率，实验测量结果高达5000+W/(m·K)[2]。其次，石墨烯国产程度较高，国内相关产品性能世界领先。成熟的商业化石墨膜热导率也可达1600W/(m·K)。因此，石墨烯有望成为热界面材料领域的新贵。但是，石墨烯与有机硅相结合时，有机硅经常发生不固化的现象。一种可能的解释是：石墨烯在制备过程中，引入一些氮、磷、硫元素，这些元素导致有机硅固化所需的铂金催化剂中毒，因此难以固化。

现有技术方案采用的有金属/有机硅复合材料、陶瓷/有机硅复合材料以及碳基填料/有机硅复合材料作为热界面材料。其中，1、金属/有机硅复合材料：Inoue M[3]等研究银片、银颗粒作为填料时的复合材料导热性能。银片和银颗粒按一定比例进行复配，当银质量分数为85％时，热界面材料的面内热导率可达26W/(m·K)。如果采用银颗粒随机分布的形式进行填充聚合物，热界面材料的热导率可达11W/(m·K)。热界面材料在应用过程中，热量通过垂直方向进行传递，因此垂直方向的热导率指标更为重要。2、陶瓷/有机硅复合材料：陶瓷颗粒有氧化铝、氮化硼、氮化铝、碳化硅、氧化锌等。通常用于电绝缘性能要求较高的领域。氧化铝最常用，成本最低，但是本征热导率较低，约30W/(m·K),氮化铝本征热导率很高，达170W/(m·K)，但是成本高。王红玉等[4]将氧化铝和氮化铝按照89:11的质量比例进行复配，制备复合材料，当填料质量分数为90％时，热导率达4.0W/(m·K)。3、碳基填料/有机硅复合材料：碳纤维是一种高导热填料，热导率可达700W/(m·K)。Uetani等[5]利用静电植绒方法，制备碳纤维基热界面材料，垂直方向热导率可达23.3W/(m·K)，填料含量13.2wt％。

现有技术中上述热界面材料存在以下缺点：1、现有的采用氧化铝作为填料的热界面材料，导热性能不足，难以适应5G时代的散热需求。而采用银、氮化铝等高导热填料的热界面材料，制备成本高昂，且并未有完全利用好自身的高导热性能，譬如银的本征热导率可达429W/(m·K)，而当银质量分数85％时，热界面材料的热导率也仅为26W/(m·K)。2、碳基填料中，性能好、技术成熟的材料主要有碳纤维，但是碳纤维成本高昂，且主要进口自日本，存在原材料被国外控制的风险。生产石墨膜的国内厂商众多，导热性能高于碳纤维，石墨膜导热性能1600W/(m·K)，碳纤维约900W/(m·K)。但是石墨膜难以在有机硅体系的热界面材料中推广应用的主要原因是，石墨膜容易导致硅胶催化剂中毒不固化。

参考文献：

[1]苏俊杰,李苗,冯乙洪,曾幸荣,程宪涛,吴向荣.制备工艺对有机硅导热垫片性能影响分析[J].有机硅材料,2020,34(06):54-57.