一种绝缘吸波导热垫片及其制备方法

技术领域

本申请涉及热界面材料的领域，尤其是涉及一种绝缘吸波导热垫片及其制备方法。

背景技术

随着现代电子技术的不断升级发展，以半导体+元器件为代表的电子零部件越来越精密，尺寸越来越小，集成功能越来越多，芯片所耗散的热量呈指数式增加，严重影响了产品的功能稳定性及使用寿命，给电子元器件的散热能力带来了极大的挑战，同时电子元器件的集成化伴随而来的电磁干扰问题也越来越严重。

电磁波在传播过程中遇到金属材料会被反射形成更多杂乱电磁波，进一步加剧了产品内部的电磁干扰问题。为此常见的解决电磁干扰的方法是采用电磁屏蔽网、接地线等，但是随着产品的小型化及天线的内置化，类似解决方式逐渐被淘汰，因此市场也出现了用于解决电磁干扰问题的产品，例如吸波材料、电磁屏蔽涂料、导电塑料，导热吸波垫片等，但是普遍都存在导热系数偏低，且不具有电绝缘性。

在CN212970243U专利中，采用了铝箔+导热吸波层+双面胶的方式，通过双面胶将铝箔和导热吸波垫片粘接固定，虽然解决了方便装配与吸波的问题，但是由于有双面胶和铝箔的存在，严重降低了产品本身的导热性能，并且由于铝箔存在不绝缘的问题，很难同时满足吸波效果好，导热性能佳的双功能。因此如何在产品小型化的基础上，有效降低电子零部件的热量，同时大幅度的减少其产生的电磁干扰问题，已成为电子产品设计的重要课题。

发明内容

针对上述技术问题，本申请提供一种绝缘吸波导热垫片及其制备方法，以期在提升热界面材料导热性能的同时降低电子产品产生的电磁干扰问题。

第一方面，本申请提供一种绝缘吸波导热垫片，采用如下的技术方案：

一种绝缘吸波导热垫片，包括依次叠层设置的第一导热吸波层、导电谐振圈以及第二导热吸波层，所述导电谐振圈由导电浆料制成。

可选的，所述导电谐振圈由导电浆料通过丝网印刷的方式贴附于所述第一导热吸波层上。

可选的，所述导电浆料包括以下重量百分比的原材料：UV固化树脂10～20％，导电填料75～85％，抑制剂0.01～0.05％，固化剂0.5～5％，催化剂0.1～0.5％，抗氧剂0.05～3％。

通过采用上述技术方案，由第一导热吸波层、导电谐振圈以及第二导热吸波层叠层形成三明治结构，位于导电谐振圈两侧的导热吸波层起到吸波导热的作用，通过与导电谐振圈之间的配合，使得导热垫片在具有良好导热性能的同时具备较高的吸波效果，导电谐振线圈通过谐振效应将部分电信号转化成热量并反射部分信号回到导热吸波层，在此过程中可以增加信号吸收，减少信号透射，并且具有一定的反射效果，进而降低电子产品使用过程中的电磁干扰问题。导电谐振圈通过丝网印刷的方式贴附在第一导热吸波层上，通过材料自身的粘接特性与导热吸波层粘接固定，不需要额外增加粘接层，有效避免对导热垫片导热性能的影响；同时工艺简单可靠，并且可以根据需要调整导电谐振圈的大小和规格，导电谐振圈与上下两层导热吸波层分开制备，非一体化的设置使得导电谐振圈在导热垫片中既具有反射效应，又具有谐振效应，有效降低电子产品的电磁干扰问题。

可选的，所述导电谐振圈包括若干阵列分布的导电圈，相邻所述导电圈相互接触，所述导电圈的直径为8～15mm。

可选的，所述导电谐振圈的厚度为0.1～0.5mm。

通过采用上述技术方案，导电谐振圈由多个相互接触的导电圈组成，多个阵列排布的导电圈组成的导电谐振圈通过谐振效应可以将电子器件产生的电信号部分转化成热量，同时将一部分信号反射至第二导热吸波层并被导热吸波层吸收。导电圈的直径大小会对信号产生直接的影响，导电线圈的直径过大会导致谐振效应减少，对信号的转化降低；而导电圈的直径过小的话会出现内部信号反射偏移，形成二次反射，无法很好地解决电磁干扰问题，影响到导热垫片的功效。

可选的，所述UV光固化树脂的粘度为800～1500mPa·s。

可选的，所述导电填料包括镍碳粉、银铝粉、银玻璃粉、石墨烯中的一种或多种的组合。

通过采用上述技术方案，以上导电填料在具有良好的导电性能的同时还具有较高的导热作用，可以使得两层导热吸波层的热量传递更加高效快捷，提升导热垫片的导热性能。

可选的，所述导电填料中粉体的粒径为10～50μm。

可选的，所述抑制剂乙炔基环己醇。

可选的，所述催化剂为铂金催化剂。

可选的，所述固化剂为含氢硅油或含氢扩链剂；所述含氢硅油的含氢量为0.18～2％，所述含氢扩链剂的含氢量为0.01～0.08％。

可选的，所述第一导热吸波层和第二导热吸波层均包括以下重量百分比的原材料：液态有机硅树脂5～15％，导热填料20～70％，吸波填料20～70％，抑制剂0.01～0.05％，固化剂0.5～5％，催化剂0.1～0.5％。

进一步优选，所述第一导热吸波层包括以下重量份的原材料：

液态有机硅树脂5～15％，导热填料50～70％，吸波填料20～35％，抑制剂0.01～0.05％，固化剂0.5～5％，催化剂0.1～0.5％。

进一步优选，所述第二导热吸波层包括以下重量份的原材料：

液态有机硅树脂5～15％，导热填料20～30％，吸波填料60～70％，抑制剂0.01～0.05％，固化剂0.5～5％，催化剂0.1～0.5％。

通过采用上述技术方案，第一导热吸波层和第二导热吸波层均起到良好的导热吸波功效，原材料中的导热填料可以提供良好的热传导效果，使两层导热吸波层可以将电子器件产生的热量快速传导出去。吸波填料可以有效吸收电子器件产生的电磁波，减少电磁波干扰。另外，液态有机硅树脂在固化后其表面具有一定的粘性，可以解决现有导热吸波垫片需要额外提供粘性背胶的问题，通过配方自身的特性实现较好的粘性。

在进一步优选方案中，第一导热吸波层和第二导热吸波层中导热填料和吸波填料的添加比例不同，通过此设置，可以使第一导热吸波层和第二导热吸波层具有不同的电磁波吸收频段，使得导热垫片具备更宽频的电磁波吸收性能。

可选的，所述第一导热吸波层的厚度为0.1～0.3mm。

可选的，所述第二导热吸波层的厚度为1～5mm。

通过采用上述技术方案，通过调整第一导热吸波层和第二导热吸波层的厚度与吸波填料的添加量相配合，可以进一步扩宽导热垫片对电磁波的吸收频段，获得更好的宽频吸波效果。

可选的，所述液态有机硅树脂包括端乙烯基硅油、侧链乙烯基硅油、甲基硅油、MQ硅树脂、乙烯基苯基硅油中一种或多种组合。

可选的，所述端乙烯基硅油的粘度为500～100000mPa·s，所述侧链乙烯基硅油的粘度为500～100000mPa·s，所述甲基硅油的粘度为100～500mPa·s，所述乙烯基苯基硅油的粘度为500～10000mPa·s。

可选的，所述导热填料包括球形氧化铝、金刚石、球形氮化铝、银粉中的一种或多种组合。

可选的，所述吸波填料包括软性磁粉、球形羰基铁粉、片状羰基铁粉、球铁硅铬、铁硅铝中的一种或多种组合。

进一步优选，所述吸波填料经过表面绝缘包覆处理。

通过采用上述技术方案，通过喷涂工艺在填料的表面包覆一层磷酸，或者采用溶胶凝胶法在吸波填料表面包覆一层二氧化硅，通过此方式在吸波填料表面形成一层绝缘层，通过此方式可以进一步提升导热吸波层的绝缘性能。

第二方面，本申请提供一种绝缘吸波导热垫片及其制备方法，采用如下的技术方案：一种绝缘吸波导热垫片及其制备方法，包括以下步骤：

S1、混料：按配比，取各层原材料，分别混合均匀，分别得到第一导热吸波层导热浆料、第二导热吸波层导热浆料以及导电浆料；

S2、一次压延：取第一导热吸波层导热浆料，压延得到指定厚度，固化得到第一导热吸波层；

S3、丝印：取导电浆料，通过丝网印刷的方式将导电浆料涂覆贴附在第一导热吸波层表面，导电浆料固化后得到导电谐振圈；

S4、二次压延：取第二导热吸波层导热浆料，压延得到指定厚度，并贴附于导电谐振圈上，固化后得到第二导热吸波层；

S5、裁切：将步骤S4中得到产品裁切成一定大小，制得导热垫片。

通过采用上述技术方案，第一导热吸波层、导电谐振圈和第二导热吸波层形成三明治结构的导热垫片，两层导热吸波层通过自身之间的粘结作用将导电谐振圈固定在两层导热吸波层之间。采用丝网印刷的方式制作导电谐振圈，可以根据需求调整导电谐振圈的大小。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请技术方案中，导热垫片由第一导热吸波层+导电谐振圈+第二导热吸波层组成的三明治结构，两层导热吸波层具有良好的导热吸波作用，可以起到有效的传递热量并吸收产生的电磁波，降低电子产品使用过程中的电磁波干扰；导电谐振圈通过丝网印刷的方式贴附在第一导热吸波层上，不需要额外设置粘接层，可以降低粘接层对导热垫片导热性能的影响；导电谐振圈通过谐振效应将部分电信号转化成热量并反射部分信号回到导热吸波层，在此过程中可以增加信号吸收，减少信号透射，并且具有一定的反射效果，进而降低电子产品使用过程中的电磁干扰问题。

2.本申请技术方案中，导电谐振圈由多个阵列分布的导电圈组成，导电圈的直径大小限定在一定范围内，使导电谐振圈保持较高的谐振效应的同时，减少二次反射的产生，有效解决电磁干扰问题。

3.本申请技术方案中，吸波填料经过表面绝缘处理，通过喷涂工艺在填料的表面包覆一层磷酸，或者采用溶胶凝胶法在吸波填料表面包覆一层二氧化硅，通过此方式在吸波填料表面形成一层绝缘层，通过此方式可以进一步提升导热吸波层的绝缘性能。

4.本申请技术方案中，通过采用导热吸波层和导电谐振圈的配合，并且将两层导热吸波层设置为不同厚度，可以有效拓宽导热吸波层对电磁波的吸收频段，获得更宽频段的吸波效果。

附图说明

图1是本申请实施例中绝缘吸波导热垫片的结构示意图。

附图标记说明：1、第一导热吸波层；2、导电谐振圈；3、第二导热吸波层。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本申请作进一步详细说明。需要说明的是，以下实施例中未注明具体者，均按照常规条件或制造商建议的条件进行；以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。

导热浆料的制备例

制备例1

按照表1配比，取粘度为500mPa·s的双封端乙烯基硅油、含氢量为0.18％的含氢硅油、平均粒径为3.5μm的绝缘包覆球形羰基铁粉、平均粒径为150μm的氮化铝、抑制剂(乙炔及环己醇)、铂金催化剂，将上述原材料加入开炼机中搅拌混合均匀，并通过抽真空排出气泡，制得导热浆料。

其中，羰基铁粉的表面包覆为采用溶胶凝胶法在其表面包覆一层二氧化硅。

制备例2～4

制备例2～4与制备例1的区别在于，第一导热吸波层导热浆料原材料组分配比不同，具体参照表1，其余均与制备例1保持一致。

表1：制备例1～4原材料组分配比(质量百分比)

表1中各实施例中原材料总量为1㎏。

制备例5

本制备例与制备例1的区别在于，吸波填料包括质量比为3:1的球形羰基铁粉和铁硅铝的组合，球形铁粉和铁硅铝均经过表面绝缘包覆处理，铁硅铝的平均粒径为60μm，其余均与制备例1保持一致。

制备例6

本制备例与制备例5的区别在于，导热填料包括质量比为1:15:1.5的氮化铝、微米氧化铝和纳米金刚石粉体，氧化铝的粒径为80μm，其余均与制备例5保持一致。

制备例7

本制备例与制备例6的区别在于，液态有机硅树脂包括质量比为10:2:1的双封端乙烯基硅油、乙烯基苯基硅油、MQ树脂的组合，乙烯基苯基硅油的粘度为10000Pa·s，MQ硅树脂的粘度为5000Pa·s，其余均与制备例6保持一致。

导电浆料的制备例

制备例8

按照表2配比，取粘度为1000mPa·s的UV光固化树脂、粒径为20μm的银铝粉、抗氧剂1010、抑制剂(乙炔基环己醇)、铂金催化剂、含氢量为0.18％的含氢硅油，将上述原材料加入均质混合机中抽真空混合均匀，得到导电浆料。

制备例9～10

制备例9～10与制备例8的区别在于，原材料组分配比不同，具体参照表2，其余均与制备例9保持一致。

表2：制备例8～10原材料组分配比

表2中各实施例中原材料总量为1㎏。

实施例1

一种绝缘吸波导热垫片，参照图1，包括依次叠层设置的第一导热吸波层1、导电谐振圈2以及第二导热吸波层3，绝缘吸波导热垫片通过以下方法制得：

S1、一次压延：取制备例1中制得的导热浆料，在四辊压延机上进行压延成0.2mm厚度，然后通过底板加热机快速固化得到第一导热吸波层1；

S2、丝印：取制备例8中制得的导电浆料，通过丝网印刷的方式涂覆贴合在第一导热吸波层1上，印刷厚度0.1mm，通过紫外灯照射固化得到导电谐振圈2，导电谐振圈由多个阵列排布的导电圈组成，相邻导电圈接触相连，导电圈的直径大小为10mm；

S3、二次压延：取制备例1中制得的导热浆料，在四辊压延机上压延至1.8mm的厚度并压合至导电谐振圈2上制成第二导热吸波层3，通过高温隧道炉固化后得到具有三明治结构的绝缘宽频导热吸波垫片。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，导电浆料由制备例9制得，其余均与实施例1保持一致。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于，导电浆料由制备例10制得，其余均与实施例1保持一致。

对比例1

本对比例与实施例1的区别在于，不设置导电谐振圈，其余均与实施例1保持一致。

性能检测

对各实施例和对比例中制得的导热垫片进行性能检测，检测项目如下：

1.导热性能：依据ASTM D 5470标准测试导热垫片的导热系数；

2.机械性能：依据ASTM D 2240标准测试导热垫片的硬度；依据ASTM D 412标准测试导热垫片的拉伸强度；依据ASTM D 792标准测试导热垫片的密度；

3.绝缘性能：依据ASTM D 149标准测试导热垫片的击穿电压；依据ASTM D 150标准测试导热垫片的介电常数；

4.吸波性能：依据GJB 2038A-2011弓形天线法测试导热垫片的反射损耗和有效吸波频段。

实施例1～3及对比例1性能检测结果见下表3。

表3：实施例1～3及对比例1性能检测结果

通过表3中的数据可以看出，本申请技术方案中提供的三明治结构的导热垫片兼具良好的导热、绝缘和吸波性能，由于导电谐振圈的存在，通过导电谐振圈与两层导热吸波层的配合，电子器件产生的电磁波通过导电谐振圈的谐振效应将部分电信号转化成热量被导热吸波层吸收传递出去，并且导电谐振圈会将部分信号反射回第二导热吸波层增加信号的吸收，减少信号透射，有效降低电磁波的干扰。

实施例4

本实施例与实施例3的区别在于，导电圈的直径为15mm，其余均与实施例3保持一致。

实施例5

本实施例与实施例3的区别在于，导电圈的直径为20mm，其余均与实施例3保持一致。

实施例6

本实施例与实施例3的区别在于，导电圈的直径为5mm，其余均与实施例3保持一致。

实施例7

本实施例与实施例3的区别在于，导电谐振圈一体化设置，通过丝网印刷的方式在第一导热吸波层的表面形成正面的导电谐振圈，其余均与实施例3保持一致、

实施例4～7性能检测结果见下表4。

表4：实施例4～7性能检测结果

通过表4中的数据可以看出，导电谐振圈中导电圈的直径大小会对导热垫片的吸波性能产生明显的影响。可以看出，当导电圈的直径过大或者过小时，均会导致导热垫片的吸波性能明显下降，经过分析，这可能是因为导电圈直径过大时谐振效应会减少，而导电圈的直径过小时会出现内部信号的反射偏移，形成二次反射。实施例7中将导电谐振圈做成一体化，可以看出，一体化设置的导电谐振圈使得导热垫片的吸波性能明显减弱，这是由于一体化的导电谐振圈只有反射效应，没有谐振效应，使得一部分电信号不能转化成热量被导热垫片吸收传导，因此电子产品产生的电磁干扰会进一步升高。

实施例8

本实施例与实施例3的区别在于，制备第二导热吸波层所用的导热浆料由制备例2制得，其余均与实施例3保持一致。

实施例9

本实施例与实施例3的区别在于，制备第一导热吸波层所用的导热浆料由制备例3制得，制备第二导热吸波层所用的导热浆料由制备例4制得，其余均与实施例3保持一致。

实施例10

本实施例与实施例9的区别在于，第一导热吸波层和第二导热吸波层的厚度均为1.8mm，其余均与实施例9保持一致。

实施例11

本实施例与实施例9的区别在于，制备第二导热吸波层的导热浆料由制备例5制得，其余均与实施例9保持一致。

实施例12

本实施例与实施例9的区别在于，制备第二导热吸波层的导热浆料由制备例6制得，其余均与实施例9保持一致。

实施例13

本实施例与实施例9的区别在于，制备第二导热吸波层的导热浆料由制备例7制得，其余均与实施例9保持一致。

实施例14

本实施例与实施例9的区别在于，吸波填料不经过表面包覆处理，其余均与实施例9保持一致。

实施例8～14制得的导热垫片的性能检测结果见下表5。

表5：实施例8～14性能检测结果

通过表5中的数据可以看出，通过调整第一导热吸波层和第二导热吸波层中导热填料的添加量，可以使得导热垫片对电磁波的吸收频段进一步拓宽，获得更加宽频的吸波效果。实施例8～10中分别对第一导热吸波层和第二导热吸波层中吸波填料的添加量做了调整，可以看出，当第二导热吸波层的远厚于第一导热吸波层的同时其中吸波填料的添加量高于第一导热吸波层时，导热垫片的吸波频段可以达到1～20GHz。实施例10中将第一导热吸波层和第二导热吸波层的厚度设置为相同，可以看出导热垫片的吸波频段有一定的变窄，说明导热填料的添加量和导热吸波层的厚度进行合理的搭配才能达到最好的吸波效果。实施例14中对吸波填料不进行表面绝缘包覆处理，制得的导热垫片的吸波性能得到进一步提升，但是其绝缘性能有明显减弱。实施例11～13中对导热浆料中的原材料做了进一步的调整，可以看出导热垫片的性能得到了进一步的提升。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。