一种树脂基液态金属导热绝缘垫片及其制备方法

本发明涉及导热材料，尤其涉及一种树脂基液态金属导热绝缘垫片及其制备方法。

背景技术：

1、随着电子设备性能的不断发展，电子芯片工作频率不断升高，热流密度随之增大，导致电子设备的发热量迅速上升。这些热量若不能确保及时传递并散发，就会严重降低大功率电子设备的连续工作性能，乃至于降低设备的使用寿命。已有研究表明，在电子设备中10-15℃的升温即会导致50％的预期寿命降低，并降低系统可靠性。高功率的电子设备配有散热器，如均温板，热管和相变材料等。然而，电子发热部件与散热器之间通常不能完全贴合，层间的空气作为不良导热体，大大降低了热量传递到散热器的效率。为了增加电子器件的热传递效率，就需要在电子发热部件与散热器中间增加垫片，这种垫片的性能要求主要包括高热导率，高绝缘性，较好的热稳定性，一定的可压缩性和优秀的密封性。

2、目前所用的导热垫片大多为硅胶材质的垫片或硅脂。传统的硅胶材料导热系数主要集中在0.5-4w/m·k，难以满足高热量传导需求。相对地，金属材料具有理想的高导热系数，但是大部分金属板材质地硬，在凹凸不平的表面容易产生空腔，降低传热效率，因此采用熔点低于200℃的低熔点合金，称为液态金属。典型的液态金属采用如汞、铅、镓、铋、铟等元素的合金，其中由于汞、铅等金属毒性高，因而较多采用无毒的镓、铟等。其可以通过组分调节等方式自由改变其熔点、粘度等性质，因而在热界面材料、柔性电子、智能电子等领域有广泛的研究应用。液态金属如镓基液态金属，流动性较好，可以充分填充界面空隙中的空气，但是通常导电性较强，在电子设备中大量使用存在着短路风险，尤其需要防止液态金属渗漏进入电路。因此，改进液态金属的稳定性和降低其导电性是一个重要问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种树脂基液态金属导热绝缘垫片及其制备方法，通过使用12-(2-溴异丁胺)十二烷酸和无机粉体对液态金属进行表面改性提高其对树脂的润湿性，并降低其与铝，铜等金属的相容性，并在树脂基上涂覆液态金属层，使用树脂束缚液态金属以提高其稳定性，减少其电导率，同时保持较高的热导率和一定的可压缩性，解决了现有技术中液态金属的上述性能缺陷。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种树脂基液态金属导热绝缘垫片，其结构包括导热树脂基底层和液态金属层，所述导热树脂基底层具有上表面和下表面，所述上表面和下表面均涂有液态金属层至少一层。

3、一种树脂基液态金属导热绝缘垫片，所述树脂基液态金属导热绝缘垫片包括导热树脂基底层和液态金属层，所述导热树脂基底层具有上表面和下表面，所述上表面和下表面均涂有液态金属层至少一层。

4、本发明技术方案中，所述导热树脂基底层由以重量份计算的以下原料制备而成：液体树脂50-200份、导热填料100-800份、延迟剂0.1-0.5份、固化剂3-10份和催化剂3-10份。

5、本发明技术方案中，所述液体树脂的粘度为100～5000cps/25℃。

6、本发明技术方案中，所述液体树脂包括二甲基硅油、乙烯基硅油、聚烯烃和聚环氧乙烷中的一种或多种组合。

7、本发明技术方案中，所述的导热填料为球形氧化铝、氮化铝、氮化硼、氧化锌、氢氧化铝、硅微粉、金刚石微粉和碳纳米管中的一种或多种组合。

8、本发明技术方案中，所述的延迟剂为已炔基环己醇，所述的固化剂为含氢硅油，所述的催化剂为铂金催化剂。

9、本发明技术方案中，所述液态金属层由以重量份计算的以下成分组成：液态金属95-100份，用于改性所述液态金属的粉体0.01-5份，12-(2-溴异丁胺)十二烷酸(cas号：2095388-80-8)25-50份。

10、本发明技术方案中，所述液态金属为熔点在-40～120℃的液态金属；所述液态金属为镓铟合金、镓锡合金、铟锡合金、锡铋合金、铟铋锡合金和镓铟锡合金中的一种。

11、本发明技术方案中，所述用于改性所述液态金属的粉体为氧化铝、氧化锌、氧化镁、氧化硅、氮化硼、氮化铝、氧化钨、氧化铬、氧化锰、氧化铜、氧化银、硫化钼和银粉中的一种或多种组合。

12、一种上述的树脂基液态金属导热绝缘垫片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

13、s1：将液体树脂和导热填料在搅拌混合设备中搅拌至混合均匀；

14、s2：将步骤s1中得到的混合料冷却至室温后，依次添加延迟剂和固化剂并搅拌混合均匀，然后加入催化剂继续搅拌至混合均匀，得到导热树脂基底层；

15、s3：将用于改性液态金属的粉体和12-(2-溴异丁胺)十二烷酸与液态金属混合加入搅拌混合设备，加热并搅拌至混合均匀，得到改性液态金属；

16、s4：利用刮涂设备将上述改性液态金属涂覆在导热树脂基底层的上表面和/或下表面，形成沿着刮涂的方向平行地排列在导热树脂基底层的厚度为0.01-0.5mm有液态金属层，得到树脂基液态金属导热绝缘垫片；

17、优选：所述步骤s1和所述步骤s2中的搅拌混合工艺条件为：转速50-3000r/min，温度20-80℃，时间5-60min，真空度为30-100pa；所述步骤s3中的搅拌混合工艺条件为：转速3500-5000r/min，温度100-120℃，时间20-30min，真空度为30-100pa。

18、本发明的有益效果是：本发明的树脂基液态金属导热绝缘垫片及其制备方法，利用12-(2-溴异丁胺)十二烷酸和无机粉体对液态金属进行改性修饰，有效提高了液态金属与树脂的亲和能力，所制备的树脂基液态金属导热绝缘垫片具有相对未改性液态金属片更高的稳定性，大大降低其导电性，同时保持较高的热导率和一定的可压缩性，可以满足高功率电子发热部件的工作需求，成效显著。同时，本发明应用较便利，成本较低。

技术特征：

1.一种树脂基液态金属导热绝缘垫片，其特征在于，所述树脂基液态金属导热绝缘垫片包括导热树脂基底层和液态金属层，所述导热树脂基底层具有上表面和下表面，所述上表面和下表面均涂有液态金属层至少一层。

2.根据权利要求1所述的树脂基液态金属导热绝缘垫片，其特征在于，所述导热树脂基底层由以重量份计算的以下原料制备而成：液体树脂50-200份、导热填料100-800份、延迟剂0.1-0.5份、固化剂3-10份和催化剂3-10份。

3.根据权利要求2所述的树脂基液态金属导热绝缘垫片，其特征在于，所述液体树脂的粘度为100～5000cps/25℃。

4.根据权利要求2所述的具有树脂基液态金属导热绝缘垫片，其特征在于，所述液体树脂包括二甲基硅油、乙烯基硅油、聚烯烃和聚环氧乙烷中的一种或多种组合。

5.根据权利要求2所述的具有树脂基液态金属导热绝缘垫片，其特征在于，所述的导热填料为球形氧化铝、氮化铝、氮化硼、氧化锌、氢氧化铝、硅微粉、金刚石微粉和碳纳米管中的一种或多种组合。

6.根据权利要求2所述的具有树脂基液态金属导热绝缘垫片，其特征在于，所述的延迟剂为已炔基环己醇，所述的固化剂为含氢硅油，所述的催化剂为铂金催化剂。

7.根据权利要求1所述的树脂基液态金属导热绝缘垫片，其特征在于，所述液态金属层由以重量份计算的以下成分组成：液态金属95-100份，用于改性所述液态金属的粉体0.01-5份，12-(2-溴异丁胺)十二烷酸(cas号：2095388-80-8)25-50份。

8.根据权利要求7所述的树脂基液态金属导热绝缘垫片，其特征在于，所述液态金属为熔点在-40～120℃的液态金属；所述液态金属为镓铟合金、镓锡合金、铟锡合金、锡铋合金、铟铋锡合金和镓铟锡合金中的一种。

9.根据权利要求7所述的树脂基液态金属导热绝缘垫片，其特征在于，所述用于改性所述液态金属的粉体为氧化铝、氧化锌、氧化镁、氧化硅、氮化硼、氮化铝、氧化钨、氧化铬、氧化锰、氧化铜、氧化银、硫化钼和银粉中的一种或多种组合。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的树脂基液态金属导热绝缘垫片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种树脂基液态金属导热绝缘垫片及其制备方法，通过使用12‑(2‑溴异丁胺)十二烷酸和无机粉体对液态金属进行表面改性提高其对树脂的润湿性，在树脂基上涂覆液态金属层，使用树脂束缚液态金属以提高其稳定性，减少其电导率，同时保持较高的热导率和一定的可压缩性，解决了现有技术中液态金属的性能缺陷，性能优异。本发明经测试可以满足高功率电子发热部件的工作需求。

技术研发人员：顾奕杰,蒋天尘,张羽杰,阚司源,刘子航,徐恒舟,张雨婷,陈嘉慧,张力文,刘颖,金俊阳
受保护的技术使用者：南京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15