低渗油低应力高导热垫片及其制备方法与流程

本发明涉及热管理材料，特别涉及一种低渗油低应力高导热垫片及其制备方法。

背景技术：

1、随着人工智能（artificial intelligence，ai）、高性能计算（high performancecomputing，hpc）、数据中心及高速通信等领域的快速发展，高性能芯片的功耗和热流密度持续提高，芯片与散热器之间的热界面材料（thermal interface material，tim）需要具备更高的导热性能、更低的界面热阻以及更好的长期服役可靠性。导热垫片因具有良好的压缩顺应性、界面填充能力及电绝缘性能，被广泛应用于gpu、cpu、ai加速器及各类高功率电子器件的散热系统中。

2、为了获得较高的导热性能，现有导热垫片通常采用聚硅氧烷作为树脂基体，并填充大量氧化铝、氮化铝、氮化硼、氧化锌等导热填料，部分产品还引入金刚石等高导热填料以进一步提高导热性能。然而，随着导热填料填充量不断提高，现有导热垫片普遍存在以下技术问题：

3、（1）渗油问题。为保证高填充体系具有良好的加工流动性及对导热填料的润湿能力，现有技术通常采用较高比例的硅油或低分子量聚硅氧烷体系作为基体或增塑组分。该类低分子组分在长期受热、持续受压或冷热循环条件下容易发生迁移析出，形成渗油现象，不仅会污染芯片、pcb及周边电子元件，还会降低导热垫片的尺寸稳定性及长期可靠性。

4、（2）压缩应力较大。为提高导热系数，导热垫片通常需要填充大量无机粉体，高填充率使材料体系粘度升高、弹性模量增大、压缩应力提高。在应用于裸芯片、薄型封装芯片或大尺寸ai计算芯片时，过高的压缩应力容易传递至芯片及封装结构，导致芯片翘曲、焊点疲劳甚至封装失效，影响电子器件的长期可靠性。

5、（3）高填充体系界面稳定性不足。随着导热填料含量不断提高，粉体与有机树脂之间容易出现界面结合力不足、填料团聚及界面热阻增加等问题，不仅影响导热性能，而且容易在热循环过程中产生界面脱粘、结构松散等现象，降低导热垫片的机械性能及服役稳定性。

6、因此，现有技术中高导热垫片普遍存在导热性能、低渗油性能及低压缩应力之间难以兼顾的问题。一方面，提高导热性能通常需要进一步增加导热填料含量，从而导致材料硬度及压缩应力增加；另一方面，为改善加工性能而增加低分子量硅油组分，又容易引起渗油现象，降低长期可靠性。此外，高填充体系中导热填料与有机基体之间的界面结合能力有限，也进一步制约了导热性能和结构稳定性的提升。

7、因此，现有技术需要进行改进。

技术实现思路

1、现有技术中，高导热垫片普遍存在导热性能、低渗油性能及低压缩应力之间难以兼顾的问题，因此，本发明提供一种低渗油低应力高导热垫片及其制备方法用于解决上述问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种低渗油低应力高导热垫片，其包括以下质量分数的组分：

3、树脂基体：3%-3.5%；

4、长链硅烷偶联助剂：0.2%-0.5%；

5、平均粒径为0.3um-1um的第一粉体：7%-15%；

6、平均粒径为6um-15um的第二粉体：15%-27%；

7、平均粒径为1.5um-3um的第三粉体：10%-18%；

8、平均粒径为100um-150um的金刚石粉体：37.1%-50%；

9、其中，所述树脂基体为聚异丁烯和端乙烯基硅油复合基体，其包括以下质量分数的组分：

10、聚异丁烯：65-75%；

11、端乙烯基硅油：25%-35%；

12、端氢硅油：0.1%-0.3%；

13、铂金催化剂：0.03%-0.06%；

14、所述长链硅烷偶联助剂包括以下质量分数的组分：

15、有机硅烷偶联剂：98%-99.5%；

16、端氢硅油：0.3%-0.6%；

17、抑制剂：0.1%-0.2%；

18、铂金催化剂：0.04%-0.08%；

19、所述金刚石粉体为经过偶联剂表面改性的金刚石粉体。

20、在一种实现方式中，所述第一粉体为氧化铝和/或氧化锌，所述第二粉体为氧化铝和/或氮化铝，所述第三粉体为氧化铝和/或氮化铝，所述有机硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷。

21、在一种实现方式中，所述树脂基体的粘度为10000-30000mpa·s。

22、第二方面，本发明还提供一种低渗油低应力高导热垫片的制备方法，其特用于制备上述的低渗油低应力高导热垫片，具体包括以下步骤：

23、s1、按照配方将端乙烯基硅油、端氢硅油和聚异丁烯高速分散均匀，得到分散后的液体，再加入铂金催化剂，搅拌得到预处理的树脂基体；

24、s2、按照配方将所述有机硅烷偶联剂、端氢硅油和抑制剂进行混合，搅拌均匀后加入所述铂金催化剂，搅拌得到所述长链硅烷偶联助剂；

25、s3、对金刚石粉体进行球磨处理，球磨后进行干燥与等离子体处理，加入偶联剂预混液进行复合改性，得到表面改性的金刚石粉体；

26、s4、按照配方将s1制得的预处理的树脂基体和s2制得的长链硅烷偶联助剂加入搅拌釜中，真空下搅拌；

27、s5、搅拌釜中加入所述第一粉体和第二粉体真空下搅拌，搅拌一段时间后再加入所述第三粉体搅拌，再加入s3制得的金刚石粉体搅拌；

28、s6：降低温度继续搅拌得到原胶块，将胶块取出放到压延设备上压延成片，得到导热垫片。

29、在一种实现方式中，在s1中，加入铂金催化剂后在90-110℃下搅拌3.5-4.5h。

30、在一种实现方式中，在s2中，加入铂金催化后在90-110℃下搅拌2-3h，得到所述长链硅烷偶联助剂。

31、在一种实现方式中，在s3中，加入偶联剂预混液具体包括：将s2制得的长链硅烷偶联助剂与钛酸酯偶联剂和无水乙醇按质量比15:15:70（长链硅烷偶联助剂：钛酸酯：无水乙醇）混合，搅拌10-15分钟使之均匀分散，得到偶联剂预混液。

32、在一种实现方式中，在s4中，搅拌条件为：在大于0.09mpa的真空下，以速度20-40r/min搅拌10-20min，搅拌温度为90-110℃。

33、在一种实现方式中，在s5中，加入所述第一粉体和第二粉体后抽真空搅拌30-50min分钟，速度为50-60r/min，真空度＞0.09mpa；再加入所述第三粉体搅拌后，不抽真空，继续搅拌40-60分钟，转速30-40r/min，温度120-130℃。

34、在一种实现方式中，在s5中，加入s3制得的金刚石粉体搅拌具体包括：

35、加入配方1/2的金刚石填料，不抽真空，继续搅拌，转速10-20r/min，30-50分钟；加入配方剩下1/2的金刚石填料，搅拌，转速10-20r/min，60-120分钟，后在真空环境下搅拌30-50分钟。

36、有益效果：本发明提供的低渗油低应力高导热垫片，通过树脂基体经加成交联形成连续的三维网络结构；长链硅烷偶联助剂中的偶联组分在粉体表面形成界面连接层，并与树脂基体发生协同作用，使聚异丁烯链段及硅氧烷链段对粉体形成充分的包覆与物理缠绕，同时通过偶联剂形成稳定的化学键连接以及分子间范德华作用共同提高界面结合强度，从而保证导热垫片具有优异的整体性、结构稳定性及长期服役可靠性，使本发明提供的导热垫片能够应用于ai高功率芯片，提供了一种兼具高导热、低渗油、低应力特性且适用于自动化吸附贴装工艺的导热垫片。