一种导热石墨垫片及其制备方法与流程

1.本发明涉及导热垫片领域，分类号为h05k7/20，更具体地，本发明涉及一种导热石墨垫片及其制备方法。


背景技术：

2.导热垫片是一种高性能的间隙填充材料，主要用于基板和散热片之间。石墨片具有良好的导热性能，其水平方向导热性能良好，但垂直方向导热性能较差，并且由于有些导热垫片的硬度较大，致使垫片与接触面之间的空气热阻较高，导致整体的导热性能较差。
3.专利cn201910222178.3的专利公开了一种石墨烯材料定向排布及与硅胶垫复合成型方法以及导热硅胶垫片制品，通过有机类可挥发稀释溶剂和偶联剂实现对石墨烯粉体材料的浸润分散和表面改性，增强了石墨烯材料和垫片之间的结合强度，解决了容易产生脱落的问题，但其并未解决导热垫片的冲击强度和拉伸强度的问题。
4.专利cn201910026603.1的专利公开了一种相变石墨烯柔性导热片，以膨胀石墨、氧化石墨烯、高分子相变材料和其余添加剂为原料混合、压制成片做为上、下两层，和中间层叠放后一起加热压制成片，使得导热片与器件间的热阻更低，中间层的石墨片导热系数高，能耗低等优点，但其并未解决导热垫片的冲击强度和拉伸强度的问题。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明的第一个方面提供了一种导热石墨垫片，所述导热石墨垫片包括基体和粘接剂。
6.优选的，所述基体为石墨片。
7.优选的，所述粘接剂的制备原料，按重量份计，包括：有机硅胶10-20份、导热填料1-3份、醚类化合物1-3份、硅氧烷偶联剂0-2份、胺类固化剂5-10份、有机溶剂20-30份。
8.进一步优选的，所述粘接剂的制备原料，按重量份计，包括：有机硅胶15-20份、导热填料2-3份、醚类化合物1-3份、硅氧烷偶联剂1-2份、胺类固化剂6-9份、有机溶剂25-30份。
9.进一步优选的，所述有机硅胶为20份、导热填料3份、醚类化合物2份、硅氧烷偶联剂1.5份、胺类固化剂8份、有机溶剂30份。
10.进一步优选的，所述醚类化合物为丁基缩水甘油醚，所述胺类固化剂为二乙基甲苯二胺，所述有机溶剂为丙酮。
11.进一步优选的，所述粘接剂的制备方法如下：按重量份将有机硅胶和丙酮加入搅拌机混合10min后，转速为600r/min，再加入导热填料，醚类化合物、硅氧烷偶联剂混合20min，转速为700r/min，制成粘接剂。
12.优选的，所述粘接剂中包括有机硅胶和导热填料，两者的质量比为(15-20)：(2-3)。
13.进一步优选的，所述粘接剂中包括有机硅胶和导热填料，两者的质量比为20：3。
14.有机硅胶的用量过少，交联点较少，固化后交联程度较低，导致粘合效果差，进而影响垫片的力学性能，有机硅胶的用量过多，其粘度较大，使得加工和实用性能差，且有机硅胶中导热填料的分散效果较差，进而影响硅胶层的导热性能，本技术人发现，当有机硅胶和导热填料两者的质量比为(15-20)：(2-3)时，石墨片和有机硅胶固化后相互交联，结合紧密，不易脱落，不仅提升了垫片的拉伸性能，还进一步提升了垫片的强度和抗冲击能力，并且改善了导热填料在有机硅胶内的分散性，进而提高了垫片垂直方向的导热性能。
15.优选的，所述导热填料包括氮化硼，氮化铝，氮化硅，碳化硅和氧化铝中的至少一种。
16.进一步优选的，所述导热填料为氮化硼。
17.优选的，所述硅氧烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅氧烷。本发明所述偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷，提高了导热垫片垂直方向的导热性能。氨丙基三乙氧基硅烷中的氨基和乙基可以把有机硅胶和氮化铝连接，进而促进了导热填料和石墨片与硅胶的连接网络的交联，形成硅胶-石墨片-导热填料复合导热网络，进一步增强硅胶层的导热性能，导热填料的介入可以形成良好的桥接层状结构之间的电热传递，提高垫片垂直方向的导热性能。
18.本发明第二方面提供了一种导热石墨垫片的制备方法，包括以下步骤：
19.(1)预处理；
20.用激光切割机将石墨片切割成21个的小长方形图案，制成条状石墨片。
21.(2)粘合；
22.将粘接剂涂覆在条状石墨片表面后，将其与另一条状石墨片粘接，依次重复此步骤，层层堆叠后再进行固化后得到粘合后的石墨垫片，固化时间为24h，温度为25℃。
23.(3)二次切割；
24.使用多线切割机将粘合后的石墨垫片进行纵向切割，制成垂直丝状分布的石墨垫片；
25.(4)加热；
26.将该垂直丝状分布的石墨垫片放置在烘箱中烘烤后，制成导热石墨垫片。
27.进一步优选的，所述步骤(2)中涂覆厚度为43μm。
28.优选的，所述步骤(3)中垂直丝状分布的石墨垫片中包括石墨层和硅胶层，所述石墨层和硅胶层的厚度之比为(15-20)：(35-50)。
29.进一步优选的，所述石墨层和硅胶层的厚度之比为20：43。
30.优选的，所述步骤(4)中的烘烤温度为190-200℃，时间为1-3h。
31.进一步优选的，所述步骤(4)中的烘烤温度为200℃，时间为2h。将导热垫片在200度的温度下烘烤，石墨片与有机硅胶间存在着缝隙，加热过久，有机硅胶会融化过度，导致流动性大大增加，致使出现渗胶等问题，造成粘接不良等问题，而加热时间过短，有机硅胶还没有开始融化，不能达到减小石墨片和有机硅胶间的空气热阻，从而降低导热性能以及柔性。本技术人发现：当导热垫片在200度的温度下烘烤2h时，石墨片与有机硅胶间的缝隙减小，进而降低了空气热阻，使得导热垫片的导热性能增强，柔性增加。
32.优选的，所述步骤(4)中导热石墨垫片的厚度为0.2-2mm。
33.进一步优选的，所述步骤(4)中导热石墨垫片的厚度为0.2-0.8mm。
34.进一步优选的，所述步骤(4)中导热石墨垫片的厚度为0.5mm。
35.有益效果：
36.1.本发明通过设置有机硅胶和导热填料两者的质量比为(15-20)：(2-3)，使得石墨片和有机硅胶粘接牢固，不易脱落，同时垫片具有一定的柔性，能够和电子器件更好的贴合，不仅提升了垫片的拉伸性能，还进一步提升了垫片的强度和抗冲击能力，降低了石墨片和胶粘剂间的空气热阻，改善了垫片垂直方向的导热性能。
37.2.本发明中所使用的硅氧烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅氧烷，促进了导热填料和石墨片与硅胶的连接网络的交联，形成硅胶-石墨片-导热填料复合导热网络，提高了垫片垂直方向的导热性能。
38.3.本发明中将导热垫片在200度的温度下烘烤2h，不仅提高了导热垫片的柔性，还改善了其导热性能。
39.4.本发明中的制备方法简单，无明显的废料排放，环保且制作成本低。
附图说明
40.图1为石墨片的结构示意图；
41.图2为条状石墨片的结构示意图；
42.图3为粘合后的石墨垫片的结构示意图；
43.图4为垂直丝状分布的石墨垫片的结构示意图。
44.附图标记：1.石墨层，2.硅胶层，3.纵向切割方向。
实施例
45.实施例1
46.一种导热石墨垫片，所述导热石墨垫片包括基体和粘接剂。
47.所述基体为石墨片，购自迪瑾。
48.所述粘接剂的制备原料，按重量份计，包括：有机硅胶为20份、导热填料3份、醚类化合物2份、硅氧烷偶联剂1.5份、胺类固化剂8份、有机溶剂30份。
49.所述有机硅胶购自东莞市信越电子材料有限公司，型号为sy-4607。
50.所述导热填料为氮化硼。
51.所述有机硅胶和氮化硼，两者的质量比为20：3。
52.所述醚类化合物为丁基缩水甘油醚，所述硅氧烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅氧烷，所述胺类固化剂为二乙基甲苯二胺，所述有机溶剂为丙酮。
53.所述粘接剂的制备方法如下：按重量份将有机硅胶和丙酮加入搅拌机混合10min后，转速为600r/min，再加入导热填料，醚类化合物、硅氧烷偶联剂混合20min，转速为700r/min，制成粘接剂。
54.本发明第二方面提供了一种导热石墨垫片的制备方法，包括以下步骤：
55.(1)预处理；
56.用激光切割机将石墨片切割成21个的小长方形图案，制成条状石墨片。
57.(2)粘合；
58.将粘接剂涂覆在条状石墨片表面，涂覆厚度为43μm，之后，将其与另一条状石墨片粘接，依次重复此步骤，层层堆叠后25℃下固化24h制成粘合后的石墨垫片。
59.(3)二次切割；
60.使用多线切割机将粘合后的石墨垫片进行纵向切割，制成垂直丝状分布的石墨垫片；
61.(4)加热；
62.将该垂直丝状分布的石墨垫片在温度为200℃的烘箱中烘烤1h，，制成导热石墨垫片，厚度为0.5mm。
63.所述石墨层和硅胶层的厚度之比为20：43。
64.实施例2
65.一种导热石墨垫片，所述导热石墨垫片包括基体和粘接剂。
66.所述基体为石墨片，购自迪瑾。
67.所述粘接剂的制备原料，按重量份计，包括：有机硅胶为20份、导热填料2份、醚类化合物2份、硅氧烷偶联剂1.5份、胺类固化剂8份、有机溶剂30份。
68.所述有机硅胶购自东莞市信越电子材料有限公司，型号为sy-4607。
69.所述导热填料为氮化硼。
70.所述有机硅胶和氮化硼，两者的质量比为20：43。
71.所述醚类化合物为丁基缩水甘油醚，所述硅氧烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅氧烷，所述胺类固化剂为二乙基甲苯二胺，所述有机溶剂为丙酮。
72.所述粘接剂的制备方法如下：按重量份将有机硅胶和丙酮加入搅拌机混合10min后，转速为600r/min，再加入导热填料，醚类化合物、硅氧烷偶联剂混合20min，转速为700r/min，制成粘接剂。
73.本发明第二方面提供了一种导热石墨垫片的制备方法，包括以下步骤：
74.(1)预处理；
75.用激光切割机将石墨片切割成21个的小长方形图案，制成条状石墨片。
76.(2)粘合；
77.将粘接剂涂覆在条状石墨片表面，涂覆厚度为43μm，之后，将其与另一条状石墨片粘接，依次重复此步骤，层层堆叠后25℃下固化24h制成粘合后的石墨垫片。
78.(3)二次切割；
79.使用多线切割机将粘合后的石墨垫片进行纵向切割，制成垂直丝状分布的石墨垫片；
80.(4)加热；
81.将该垂直丝状分布的石墨垫片在温度为200℃的烘箱中烘烤2h，，制成导热石墨垫片，厚度为0.2mm。
82.所述石墨层和硅胶层的厚度之比为20：43。
83.实施例3
84.一种导热石墨垫片，所述导热石墨垫片包括基体和粘接剂。
85.所述基体为石墨片，购自迪瑾。
86.所述粘接剂的制备原料，按重量份计，包括：有机硅胶为20份、导热填料3份、醚类化合物2份、硅氧烷偶联剂1.5份、胺类固化剂8份、有机溶剂30份。
87.所述有机硅胶购自东莞市信越电子材料有限公司，型号为sy-4607。
88.所述导热填料为氮化硼。
89.所述有机硅胶和氮化硼，两者的质量比为20：43。
90.所述醚类化合物为丁基缩水甘油醚，所述硅氧烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅氧烷，所述胺类固化剂为二乙基甲苯二胺，所述有机溶剂为丙酮。
91.所述粘接剂的制备方法如下：按重量份将有机硅胶和丙酮加入搅拌机混合10min后，转速为600r/min，再加入导热填料，醚类化合物、硅氧烷偶联剂混合20min，转速为700r/min，制成粘接剂。
92.本发明第二方面提供了一种导热石墨垫片的制备方法，包括以下步骤：
93.(1)预处理；
94.用激光切割机将石墨片切割成21个的小长方形图案，制成条状石墨片。
95.(2)粘合；
96.将粘接剂涂覆在条状石墨片表面，涂覆厚度为43μm，之后，将其与另一条状石墨片粘接，依次重复此步骤，层层堆叠后25℃下固化24h，制成粘合后的石墨垫片。
97.(3)二次切割；
98.使用多线切割机将粘合后的石墨垫片进行纵向切割，制成垂直丝状分布的石墨垫片；
99.(4)加热；
100.将该垂直丝状分布的石墨垫片在温度为190℃的烘箱中烘烤3h，制成导热石墨垫片，厚度为0.8mm。
101.所述石墨层和硅胶层的厚度之比为20：43。
102.对比例1
103.将有机硅胶和氮化硼，两者的质量比改为10：3，将步骤(3)中的垂直丝状分布的石墨垫片中的石墨层和硅胶层的厚度之比为20：60，其余同实施例1。
104.对比例2
105.所述粘接剂中不加硅氧烷偶联剂氨丙基三乙氧基硅烷，将步骤(4)中的烘烤温度改为180℃，其余同实施例1。
106.对比例3
107.将步骤(4)中的烘烤温度改为150℃，时间为4h，其余同实施例1。
108.性能评价
109.(1)纵向热阻测试：对实施例1-3和对比例1-3进行纵向热阻的测定，测试标准为astmd5470-2006，测试数据如下表1。
110.(2)拉伸强度测试：对实施例1-3和对比例1-3进行拉伸强度测试，测试标准为astm d 412-2006，测试数据如下表1。
111.表1
112.测试项目纵向热阻(cm2k/w)拉伸强度(mpa)实施例10.1520实施例20.1819实施例30.2017对比例10.4310
对比例20.5413对比例30.4010

技术特征：
1.一种导热石墨垫片，其特征在于，所述导热石墨垫片包括基体和粘接剂。2.根据权利要求1所述的一种导热石墨垫片，其特征在于，所述基体为石墨片。3.根据权利要求1或2所述的一种导热石墨垫片，其特征在于，所述粘接剂的制备原料，按重量份计，包括：有机硅胶10-20份、导热填料1-3份、醚类化合物1-3份、硅氧烷偶联剂0-2份、胺类固化剂5-10份、有机溶剂20-30份。4.根据权利要求3所述的一种导热石墨垫片，其特征在于，所述粘接剂中包括有机硅胶和导热填料，两者的质量比为(15-20)：(2-3)。5.根据权利要求3所述的一种导热石墨垫片，其特征在于，所述粘接剂中包括导热填料，所述导热填料包括氮化硼，氮化铝，氮化硅，碳化硅和氧化铝中的至少一种。6.根据权利要求3所述的一种导热石墨垫片，其特征在于，所述粘接剂中包括硅氧烷偶联剂，所述硅氧烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅氧烷。7.一种根据权利要求所述的导热石墨垫片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)预处理；用激光切割的方式将石墨片切割成小长方形图案，制成条状石墨片；(2)粘合；将粘接剂涂覆在条状石墨片表面后，将其与另一条状石墨片粘接，依次重复此步骤，层层堆叠后再进行固化后得到粘合后的石墨垫片；(3)二次切割；将粘合后的石墨垫片进行纵向切割，制成垂直丝状分布的石墨垫片；(4)加热；将该垂直丝状分布的石墨垫片放置在烘箱中烘烤后，制成导热石墨垫片。8.根据权利要求7所述的一种导热石墨垫片的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中垂直丝状分布的石墨垫片中包括石墨层和硅胶层，所述石墨层和硅胶层的厚度之比为(15-20)：(35-50)。9.根据权利要求7所述的一种导热石墨垫片的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中的烘烤温度为190-200℃，时间为1-3h。10.根据权利要求7所述的一种导热石墨垫片的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中导热石墨垫片的厚度为0.2-2mm。

技术总结
本发明公开了一种导热石墨垫片及其制备方法，导热石墨垫片包括基体和粘接剂，基体为石墨片，其制备方法包括：(1)预处理；(2)粘合；(3)二次切割；(4)加热。通过设置有机硅胶和导热填料两者的质量比，使得石墨片和有机硅胶粘接牢固，不易脱落，能够和电子器件更好的贴合，降低了石墨片和胶粘剂间的空气热阻，改善了垫片垂直方向的导热性能；同时，导热填料的加入，形成了硅胶-石墨片-导热填料复合导热网络，进一步提高了垫片垂直方向的导热性能；本发明中的制备方法简单，无明显的废料排放，环保且制作成本低。作成本低。


技术研发人员：廖江福
受保护的技术使用者：东莞市光钛科技有限公司
技术研发日：2022.10.19
技术公布日：2023/9/23