一种易填充易返修的导热凝胶及其制作方法

技术领域

本发明涉及热凝胶技术领域，具体涉及一种易填充易返修的导热凝胶及其制作方法。

背景技术

现在电子设备如电视机、收音机、计算机、医疗设备，商业机器、通信设备等等的电路设计都变得越来越复杂，比如电器中的集成电路需要使用成千上万的晶体管。虽然电路的设计越来越复杂，但是电子设备在不断缩小，制造商设计小电子元件的能力越来越强，用更小的面积放置更多的功能元件。最近几年，电子设备变得更小，PCB板的排布更加密集。电子设备的散热对设计者和制造商来说是个巨大的挑战，他们尝试使用各种办法进行热管理。热管理已经发展到可以解决这些电子设备的处理速度和功率的提高而导致的温度升高。新一代的电子设备将各组件压缩到更小的空间，因此热管理变得非常重要。

热管理最基本的是为设备选择一种合适的热界面材料。新的热管理设计已经发明出将热更好散发出去的办法，提高设备的运行效率。其他热管理技术使用冷却板的概念，或者散热器，将他们安放在发热源的附近，达到散热的目的。散热器应该是专用的金属散热片，或者仅仅是设备底盘或者电路板。为了提高散热效率，一种导热的绝缘的材料往往被放置在散热片和发热源的中间，以填充不规则的空隙，防止空气进入(因为空气是热的不良导体)。最初，为了达到这个目的，用填充导热填料如氧化铝的硅脂或者硅胶充当这个导热材料。这些材料在室温下是半固态或者是固态，但是在高温下会液化流淌或者软化不能更好地填充不规则的间隙。前面提到的脂或者蜡在常温下不能保证稳定的形态，在使用的过程中会污染其他器件。后来这些材料又被制作在膜上，易于手工操作，但是散热的两边都贴这种膜，两边粘接时容易产生气泡。除此之外，这种操作全靠人工，将会提高人工成本。

还有一种方法是提供一种已经固化的硅胶垫片，这种材料是将一种或者多种导热填料分散到硅胶中固化成片。基体树脂可以是硅胶、聚氨酯，热固性橡胶或者其他弹性体，导热材料可以是氧化铝，氮化铝，氧化镁，氮化硼等等。

在某些领域需要运用紧固件比如弹簧，夹具提供足够的力量确保导热垫片牢牢贴附在散热器上，起到很好的散热作用。这样明显限制了导热垫片在电子设备中的应用。除此之外，导热垫片只能应用于表面平整散热片和发热器，也限制了它的使用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种易填充易返修的导热凝胶及其制作方法，以解决现有技术中的导热垫片只能应用于表面平整散热片和发热器，不能适用于不规则结构的问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种易填充易返修的导热凝胶，包括以下组分：100份组分A、1-15份组分B、0.01-0.15份C催化剂、400-3500份D导热填料、组分E，所述组分A为烯烃基聚硅氧烷，常温下粘度10-10000mPa·s；所述组分B为直链含氢聚硅氧烷，每分子包含2-4个Si-H键且至少有2个Si-H键在侧链上，常温下粘度1-1000mPa·s，所述组分E其分子式表示为YnSi(OR)

进一步的，所述组分A由一种或者多种烯烃基聚硅氧烷组成，所述组分A其分子结构表示为：

其中R

进一步的，所述催化剂包括铂金催化剂，铑基催化剂，钯金催化剂中的一种，所述铂金催化剂包括铂细粉、氢氯铂酸、酒精稀释的氢氯铂酸、铂乙烯基硅氧烷配位化合物、铂碳酸酯配合物，其中铂金催化剂优选为铂乙烯基硅氧烷配位化合物。

进一步的，所述组分D导热填料包括金属、金属氧化物、金属氮化物、金属氢氧化物，金属碳化物，金属硅化物，碳纤维，软磁性合金和铁氧体中的一种或者几种粉末或者纤维。

进一步的，所述组分D导热填料优选为金属氧化物、金属氮化物、碳纤维。

进一步的，所述组分D导热填料包括D1、D2、D3、D4，其中D1为平均粒径0.1-30微米的片状的氮化硼粉末，D2为平均粒径0.1-50微米的规则的氮化硼粉末，D3为平均粒径0.01-50微米的球形氧化铝粉末，D4为平均粒径0.01-50微米的球形石墨。

进一步的，所述组分D导热填料优选为平均粒径0.01-50微米。

进一步的，还包括反应抑制剂用于延长其储存期，所述反应抑制剂包括乙炔基环己醇、胺基、羧酸酯基、亚磷酸酯基抑制剂。

进一步的，其特征在于，包括以下步骤：先将组分D和组分E混合，对组分D进行表面处理，然后倒入组分A、B、催化剂C，进行搅拌。

进一步的，其特征在于，包括以下步骤：先混合组分A、D、E，待组分D表面处理完成后，再混合组分B、催化剂C，进行搅拌。

进一步的，其特征在于，在进行搅拌时所用的混合搅拌器需要有抽真空的功能，真空度能达到0.1MPa，包括单桨搅拌器、双浆搅拌器、捏合机。

本发明的有益效果：

(1)导热凝胶放置在电子设备发热器和散热单元如散热器、电路板之间，起到导热冷却发热器的作用。本发明涉及的导热凝胶通过控制其流变学性能，它除了可以用于水平的表面，还能用于垂直的表面，它都可以渗透到发热器的微观结构中，起到很好的导热作用。包含这种导热凝胶的散热结构能够很好的将热散逸出去，提高散热结构在使用过程中的稳定性和可靠性。

(2)本发明所涉及的导热凝胶有高的导热性、流动性和粘接性，对缝隙的填充能力很强，所以不论发热器的表面是多么不规则的结构，导热凝胶都能充分接触，起到很好的导热效果。

(3)导热凝胶可以在没固化的状态下应用，也可以在固化后的状态应用。25℃时，导热凝胶在没固化时粘度在10-500Pa·s，最优是50-400Pa·s。

(4)本发明涉及的导热凝胶对导热填料具有高填充性，性能稳定，其导热系数可以达到3-7W/mK。

(5)本发明中聚硅氧烷含有活性基团在没固化时能抑制厚度，它还有烷基醇或者醚基团。除此之外，它还具有对导热粉体进行表面处理的功能，由于这个原因导热凝胶的厚度和渗油得到抑制，同时可操作性不受影响。

具体实施方式

固化温度在70-130℃时，导热凝胶可以被做成单组分的的包装。为了提高导热凝胶的储存期和可操作性，可以采用微胶囊包裹的铂金催化剂分散在导热凝胶中。

当在室温或者50℃以下固化时，导热凝胶可以采用单组分包装，也可以采用多组分包装。多组分的导热凝胶混合以后，可以在室温或者50℃以下固化1小时甚至几天。

组分B作为交联剂，在导热凝胶的配方中，逐渐交联成凝胶状态，使得其具有优异的可剥离性能，弹性，方便电子设备进行二次维修。

组分E每分子含有6碳以上的烷基，优选是6-20个碳原子的烷基，如果烷基少于6个碳原子，导热凝胶的粘度将会增加，影响导热凝胶的流动性和对缝隙的填充性。如果烷基的碳原子大于20，导致组分E和组分A的相容性差，难以完成工业化生产。

下面通过实施例进一步详细描述本发明的实施方案，但本发明的实施方式不限于此。

实施例使用的原料如下：

A-1：二甲基乙烯基硅氧烷封端的二甲基聚硅氧烷，粘度400mPa.s，乙烯基含量0.43％。

B-1：三甲基硅氧烷封端的甲基含氢硅氧烷和二甲基硅氧烷共聚物，每分子含有两个侧氢。粘度20mPa.s，Si-H的含量为0.1％。

NonB-2：甲基氢基硅氧烷和二甲基硅氧烷共聚物被三甲基硅氧烷封端，每分子含有5个侧氢。粘度5mPa.s，Si-H的含量为0.75％。

NonB-3：二甲基硅氧烷被二甲基氢基硅氧烷封端，每个分子含有两个端氢基，不含侧氢。粘度10mPa.s，Si-H的含量为0.15％。

C-1：为铂金与1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷的配合物。

抑制剂：乙炔基环己醇，浓度为0.6％。

D-1:三氧化二铝粉末，粒径2.5微米。

D-2:三氧化二铝粉末，粒径5微米。

D-3:球形三氧化二铝粉末，粒径50微米。

E：十二烷基三甲氧基硅烷。

实施例1

将100份A-1、250份D-1、280份D-2、850份D-3、E在160℃真空条件下(真空度0.09MPa)混合1小时，然后冷却至常温，冷却后加8份B-1、0.12份C-1再进行混合搅拌。

实施例2

将100份A-1、260份D-1、290份D-2、860份D-3、E在160℃真空条件下(真空度0.09MPa)混合1小时，然后冷却至常温，冷却后加12份B-1、0.12份C-1再进行混合搅拌。

实施例3

将100份A-1、260份D-1、290份D-2、860份D-3、E在160℃真空条件下(真空度0.09MPa)混合1小时，然后冷却至常温，冷却后加8份B-1、3.5份NonB-3、0.12份C-1再进行混合搅拌。

实施例4

将100份A-1、260份D-1、290份D-2、860份D-3、E在160℃真空条件下(真空度0.09MPa)混合1小时，然后冷却至常温，冷却后加6份B-1、5份NonB-3、0.12份C-1再进行混合搅拌。

实施例5

将100份A-1、260份D-1、290份D-2、860份D-3、E在160℃真空条件下(真空度0.09MPa)混合1小时，然后冷却至常温，冷却后加4份B-1、6份NonB-3、0.12份C-1再进行混合搅拌。

实施例6

将100份A-1、250份D-1、280份D-2、850份D-3、E在160℃真空条件下(真空度0.09MPa)混合1小时，然后冷却至常温，冷却后加7份B-1、0.13份NonB-2、0.12份C-1再进行混合搅拌。

对比例1

将100份A-1、250份D-1、280份D-2、850份D-3、E在160℃真空条件下(真空度0.09MPa)混合1小时，然后冷却至常温，冷却后加7份NonB-3、0.12份C-1再进行混合搅拌。

对比例2

将100份A-1、260份D-1、290份D-2、860份D-3、E在160℃真空条件下(真空度0.09MPa)混合1小时，然后冷却至常温，冷却后加10份NonB-3、0.12份C-1再进行混合搅拌。

对比例3

将100份A-1、260份D-1、290份D-2、860份D-3、E在160℃真空条件下(真空度0.09MPa)混合1小时，然后冷却至常温，冷却后加12.5份NonB-3、0.12份C-1再进行混合搅拌。

对比例4

将100份A-1、260份D-1、290份D-2、860份D-3、E在160℃真空条件下(真空度0.09MPa)混合1小时，然后冷却至常温，冷却后加7份NonB-3、0.12份C-1再进行混合搅拌。

对比例5

将100份A-1、260份D-1、290份D-2、860份D-3、E在160℃真空条件下(真空度0.09MPa)混合1小时，然后冷却至常温，冷却后加3份B-1、7.5份NonB-3、0.12份C-1再进行混合搅拌。

对比例6

将100份A-1、250份D-1、280份D-2、850份D-3、E在160℃真空条件下(真空度0.09MPa)混合1小时，然后冷却至常温，冷却后加1.5份B-1、8份NonB-3、0.12份C-1再进行混合搅拌。

将实施例1-6和对比例1-6的导热凝胶进行试验，结果如表所示：

实施例1、5、6在给定的压力条件下，导热凝胶展现出应力松弛，在实际应用时可以将其剥离，方便维修设备。对比例1-6应用了端氢聚硅氧烷，做出来的凝胶比较硬，压缩变形性差，在实际应用时难以剥离，不方便维修设备。