CN106739235A - 一种导热元件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种导热元件，所述导热元件包括导热层、非粘性层和不粘贴；所述非粘性层，其一面设置有凹槽，另一面与所述导热层的一面贴附，凹槽的设置可以增加摩擦力，在安装时候，传热元件不易滑脱，没有设置凹槽的一面与导热层贴附，使得导热层和非粘性层的连接更紧密。非粘性层是以40～50质量份的相变材料为基体，并与600～800质量份的金属填料和300～600质量份的陶瓷填料组合形成，同时，在非粘性层的另一面还设置有不粘贴，这样，在未使用传热元件的时候，可以防止导热层与其它构件发生粘连，并且可以避免灰尘进入，使得导热层失去粘性。在此基础上，本发明还提供一种该导热元件的制备方法。

Description

一种导热元件及其制备方法

技术领域

本发明涉及电子散热技术领域，尤其涉及一种导热元件及其制备方法。

背景技术

近些年来随着电子产品的快速发展，电子产品集成度越来越高，做工也越来越精致，这样就对产品内部的电子元件的性能要求更高。

所有的电子元件都涉及到的一个散热问题，因为电子元件在使用过程中温度会升高，尤其是晶体管和一些半导体部件特别容易发热，当电子元件的温度升高时，电子元件性能会下降，最终导致电子产品的质量下降。

因此，为了保障电子产品的质量，首先要解决的就是处理好电子元件的散热问题。通常体积较大的电子产品配有散热用的风扇，但对于体积较小的电子产品，由于产品内部空间不足，需要配备体积更小的散热元件进行散热。在散热元件与发热元件连接时，通常需要用填充材料和导热材料来填充发热元件与散热元件之间的间隙。导热垫片即为一种常用的导热界面材料。

现有技术中，经常使用的导热方式是将超软导热垫片贴附于发热元件上，再装配固定于散热元件上。但导热垫片的两侧表面都具有粘性，硬度低，且存在如下问题：一是因粘手而使导热垫片贴装位置不易对准；二是在装配发热元件时，需要导热垫片表面与散热元件之间的摩擦阻力大不能精准装配；三是双面带粘性的导热垫片长时间使用后，会与散热元件粘接的非常紧密，使得维修人员进行拆卸维修时操作困难的情况，从而影响维修效率。

因此，现有技术的导热垫片存在拆装困难，安装精度低的缺陷，有鉴于此，亟待针对这种情况发明一种新型导热元件，以提高导热垫片的拆装效率以及安装精度，从而提高电子产品的质量。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种导热元件，以解决现在技术所存在的导热垫片存在拆装困难，安装精度低的问题。

本发明提供了一种设置在散热元件与发热元件之间的导热元件，包括导热层、非粘性层和不粘贴，所述非粘性层，其一面设置有凹槽，另一面与所述导热层的一面贴附；其中，所述非粘性层以40～50质量份的相变材料为基体，与600～800质量份的金属填料和300～600质量份的陶瓷填料组合形成；所述不粘贴设置在所述导热层的另一面，所述不粘贴的表面积大于所述导热层与所述不粘贴接触的表面积。

优选地，所述非粘性层的厚度为0.02～0.3mm，所述金属填料包括粒径为8～15μm的Al。

优选地，所述陶瓷填料包括粒径为0.8～1.5μm的Al2O3、AlN、BN、ZnO和SiN中的一种或多种的组合。

优选地，所述导热层以5～10质量份的基体，与20～80质量份的粒径为5～40μm的Al、Al2O3、AlN、BN、ZnO和SiN中一种或多种组合形成。

优选地，所述基体为聚硅氧烷或有机硅，所述聚硅氧烷的链端或侧链至少含有两个链烯基。

优选地，所述聚硅氧烷包括粘度为10～5000mPa.s的聚二甲基硅氧烷。

本发明还提供一种导热元件的制备方法，包括：

1)以10～30质量份的相变材料为基体，与150～300质量份金属填料和30～100质量份的陶瓷填料组成混合物，在110～150℃下搅拌120～180min；再经过压延工艺，制备出非粘性层；

2)以5～10质量份的聚硅氧烷或有机硅作为基体，与20～80质量份的Al、Al2O3、AlN、BN、ZnO和SiN中一种或多种组成混合物，搅拌60～120min；经过压延工艺，制备出导热层，再在110～130℃温度下烘烤20～40min；

3)将非粘性层覆在导热层上，经过压延工艺后将不粘贴覆盖在导热层未覆盖非粘性层的一面，制备出具有单面非粘性的导热元件。

由上述方案可知，本发明提供了一种导热元件，所述导热元件包括导热层、非粘性层和不粘贴；所述非粘性层，其一面设置有凹槽，另一面与所述导热层的一面贴附，凹槽的设置可以增加摩擦力，在安装时候，传热元件不易滑脱，没有设置凹槽的一面与导热层贴附，使得导热层和非粘性层的连接更紧密。

所述非粘性层是以40～50质量份的相变材料为基体，并与600～800质量份的金属填料和300～600质量份的陶瓷填料组合形成的一种导热的PCM材料，其设置在导热层的任一表面，这种材料对导热元件整体的导热性能影响很小。同时，本方案中，导热层的剥离力和摩擦阻力都很小，所以在装配过程中方便安装与调整，可以保障安装的精度，其次，由于非粘性层的存在，发热元件、散热元件和导热元件三者不会同时粘连，在拆卸的时候，也更加便利。

同时，在导热层的另一面还设置有不粘贴，这样，在未使用传热元件的时候，可以防止导热层与其它构件发生粘连，并且可以避免灰尘进入，使得导热层失去粘性。尤其是，所述不粘贴的表面积大于所述导热层与所述不粘贴接触的表面积，这样当使用时候，方便将不粘贴取下。

在本发明的优选方案中，所述导热层是以5～10质量份的基体，并与20～80质量份的粒径为5～40μm的Al、Al₂O₃、AlN、BN、ZnO、SiN中一种或多种的混合物组合制备出的一种材料。所述导热元件设置在散热元件与发热元件之间用来传递热量，导热层导热性能好，可以将发热元件产生的热量快速的传递到散热元件。

本发明还提供了一种导热元件的制备方法，通过上述制备方法制得的导热元件具有内部结构牢固，不易损坏，稳定性好，拆装方便，导热性能优良等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供导热元件一种具体实施例的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图1-2中：

非粘性层1、凹槽11、导热层2、不粘贴3。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供一种设置在散热元件与发热元件之间的导热元件，如图1-2所示。其中，图1为本发明所提供导热元件一种具体实施例的结构示意图。图2为图1的俯视图。该导热元件设置在在散热元件与发热元件之间，其包括导热层2、非粘性层1和不粘贴3，非粘性层1的一面设置有凹槽11，另一面与导热层2的一面贴附，凹槽11的设置可以增加与手的摩擦力，在安装时候，传热元件不易滑脱，没有设置凹槽11的一面与导热层2贴附，使得导热层2和非粘性层1的连接更紧密。这里，图中的导热层2和非粘性层1厚度以及凹槽11的深度均为多倍放大示意，非实际尺寸比例关系。当然，非粘性层1的一面也可以设置成凸点或者肋等能够增强其摩擦力的结构。

其中，非粘性层1是以40～50质量份的相变材料为基体，并与600～800质量份的金属填料和300～600质量份的陶瓷填料组合而成的厚度为0.02～0.3mm的一种导热的PCM材料，其设置在导热层2的任一表面，相比使用表面处理剂或者铝/铜箔作为非粘性层1，本发明以PCM薄膜作为非粘性层1，本身具有一定的导热系数，所以压覆在导热层2表面，对导热元件导热性能影响很小。

同时，在导热层2的另一面还设置有不粘贴3，这样，在未使用传热元件的时候，可以防止导热层2与其它构件发生粘连，并且可以避免灰尘进入，使得导热层2失去粘性。尤其是，当不粘贴3的表面积大于导热层2与不粘贴3接触的表面积，这样当使用时候，方便将不粘贴取下。

当需要安装传热元件的时候只需要将不粘贴3取下，然后将导热层2贴附在安装位置上即可，因为导热层2的剥离力和摩擦阻力都很小，所以在装配过程中方便安装与调整，保障了安装精度，由于非粘性层1的存在，发热元件、散热元件和导热元件三者不会同时粘连，在拆卸的时候，也更加便利。

需要说明的是，本实施例中提到的金属填料可以是粒径为8～15μm的Al，陶瓷填料包括粒径为0.8～1.5μm的Al₂O₃、AlN、BN、ZnO、SiN中的一种或多种的组合。当然，金属也可以选用其它金属来替代Al。只要为金属且应用后能起到上述效果均在本申请请求保护的范围内。

进一步的，导热元件设置在散热元件(图中未示出)与发热元件(图中未示出)之间用来传递热量，导热层2是导热元件的主要传热元件，导热层2导热性能的好坏，直接影响到传热效果。因此，本发明的导热层2是以5～10质量份的聚硅氧烷或有机硅为基体，并与20～80质量份的粒径为5～40μm的Al、Al₂O₃、AlN、BN、ZnO、SiN中一种或多种的混合物组合制备出的。作为导热层2基体的聚硅氧烷的链端或侧链至少含有两个链烯基，聚硅氧烷包括粘度为10～5000mPa.s的聚二甲基硅氧烷。如此制造的导热层2导热效果良好，可以将发热元件产生的热量快速的传递到散热元件。

除此之外，本实施方式还提供了该导热元件的制备方法：

首先，以10～30质量份的相变材料为基体，并与150～300质量份金属填料和30～100质量份的陶瓷填料组成的混合物在110～150℃温度下搅拌120～180min，制备出组合材料，再经过压延工艺，制备出非粘性层1；

其次，以5～10质量份的聚硅氧烷或有机硅作为基体，并与20～80质量份的Al、Al₂O₃、AlN、BN、ZnO、SiN中一种或多种的混合物搅拌60～120min，经过压延工艺，制备出导热层2，再在110～130℃温度下烘烤20～40min；优选地，制备出的导热层2厚度为2.0～2.5mm，当然此范围只是本申请的优选范围，对于本方案所限定的保护范围并不构成限制。

再次，将非粘性层1覆在导热层2上，经过压延工艺后将不粘贴3覆盖在导热层2未覆盖非粘性层1的一面，制备出具有单面非粘性的导热元件。

制备方法中为了使得搅拌混合的更加均匀，可以使用行星搅拌混合方式。

下面参照几个不同的实施例详细描述本发明，值得理解的是，下列实施例只是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。

实施例1

取50质量份相变材料、700质量份粒径为15μm的Al填料和600质量份粒径为1.5μm的ZnO填料依次加入，在110℃的温度下通过行星搅拌的方式搅拌120min，经过压延机压延制备出0.13mm厚的导热PCM材料；

分步取8质量份的聚硅氧烷，25质量份粒径为5μm的Al₂O₃和40质量份粒径为40μmAl₂O₃，通过行星搅拌的方式搅拌60分钟，经过压延机压延出2.0mm的导热层2，再在110℃下烘烤40min；

取0.13mm厚的PCM，覆至压延好的导热层2的任一面，经过压延，将不粘贴3覆盖在导热层2未覆盖非粘性层1的一面，制备出具有单面非粘性的导热元件。

随机取得单面非粘性的导热元件样本，对样本进行导热系数(w/k.m)和剥离力(N)的测试，测试结果如表1。

实施例2

取40质量份相变材料、600质量份粒径为8μm的Al填料和300质量份粒径为0.8μm的Al₂O₃填料依次加入，在150℃的温度下通过行星搅拌的方式搅拌180min，经过压延机压延制备出0.3mm厚的导热PCM材料；

分步取10质量份的聚硅氧烷，15质量份粒径为5μm的Al和65质量份的25μm的Al2O3，通过行星搅拌的方式搅拌120分钟，经过压延机压延出2.5mm的导热层2，再在130℃下烘烤20min；

取0.3mm厚的PCM，覆至压延好的导热层2的任一面，经过压延，将不粘贴3覆盖在导热层2未覆盖非粘性层1的一面，制备出具有单面非粘性的导热元件。

随机取得单面非粘性的导热元件样本，对样本进行导热系数(w/k.m)和剥离力(N)的测试，测试结果如表1。

实施例3

取45质量份相变材料、800质量份粒径为10μm的Al填料和600质量份粒径为1.0μm的ZnO填料依次加入，在130℃的温度下通过行星搅拌的方式搅拌160min，经过压延机压延制备出0.02mm厚的导热PCM材料；

分步取10质量份的聚硅氧烷，20质量份粒径为40μm的AlN，通过行星搅拌的方式搅拌80分钟，经过压延机压延出2.2mm的导热层2，再在120℃下烘烤30min；

取0.02mm厚的PCM，覆至压延好的导热层2的任一面，经过压延，将不粘贴3覆盖在导热层2未覆盖非粘性层1的一面，制备出具有单面非粘性的导热元件。

随机取得单面非粘性的导热元件样本，对样本进行导热系数(w/k.m)和剥离力(N)的测试，测试结果如表1。

实施例4

取46质量份相变材料、650质量份粒径为14μm的Al填料、200质量份粒径为1.5μm的ZnO和120质量份粒径为1.2μm的Al₂O₃填料依次加入，在120℃的温度下通过行星搅拌的方式搅拌140min，经过压延机压延制备出0.25mm厚的导热PCM材料；

分步取5质量份的有机硅，30质量份粒径为8μm的ZnO和25质量份粒径为35μmAl₂O₃，通过行星搅拌的方式搅拌90分钟，经过压延机压延出2.4mm的导热层2，再在125℃下烘烤40min；

取0.25mm厚的PCM，覆至压延好的导热层2的任一面，经过压延，将不粘贴3覆盖在导热层2未覆盖非粘性层1的一面，制备出具有单面非粘性的导热元件。

随机取得单面非粘性的导热元件样本，对样本进行导热系数(w/k.m)和剥离力(N)的测试，测试结果如表1。

对比例

分步取12质量份的聚硅氧烷，25质量份粒径为5μm的Al₂O₃和40质量份粒径为40μmAl₂O₃，通过行星搅拌的方式搅拌60分钟，经过压延机压延出2.0mm的导热层2，再在110℃下烘烤40min，制备出双面粘性的导热元件。

随机取得双面粘性的导热元件样本，对样本进行导热系数(w/k.m)和剥离力(N)的测试，测试结果如表1。

	实施例一	实施例二	实施例三	实施例四	对比例
						导热系数	1.12	1.23	1.12	1.14	1.3(w/m.k)
剥离力	0.001	0.003	0.001	0.002	0.3(N)

表1

通过表1可以看出，通过上述制备方法制得的导热元件具有剥离力低，拆装方便，导热性能优良等优点。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种导热元件，用于设置在散热元件与发热元件之间，其特征在于，包括：

导热层；

非粘性层，其一面设置有凹槽，另一面与所述导热层的一面贴附；其中，所述非粘性层以40～50质量份的相变材料为基体，与600～800质量份的金属填料和300～600质量份的陶瓷填料组合形成；

不粘贴，设置在所述导热层的另一面，所述不粘贴的表面积大于所述导热层与所述不粘贴接触的表面积。

2.根据权利要求1所述的导热元件，其特征在于：所述非粘性层的厚度为0.02～0.3mm，所述金属填料包括粒径为8～15μm的Al。

3.根据权利要求2所述的导热元件，其特征在于：所述陶瓷填料包括粒径为0.8～1.5μm的Al₂O₃、AlN、BN、ZnO和SiN中的一种或多种的组合。

4.根据权利要求3所述的导热元件，其特征在于：所述导热层以5～10质量份的基体，与20～80质量份的粒径为5～40μm的Al、Al₂O₃、AlN、BN、ZnO和SiN中一种或多种组合形成。

5.根据权利要求4所述的导热元件，其特征在于：所述基体为聚硅氧烷或有机硅，所述聚硅氧烷的链端或侧链至少含有两个链烯基。

6.根据权利要求5所述的导热元件，其特征在于：所述聚硅氧烷包括粘度为10～5000mPa.s的聚二甲基硅氧烷。

7.一种导热元件的制备方法，其特征在于，包括：

1)以40～50质量份的相变材料为基体，与600～800质量份金属填料和300～600质量份的陶瓷填料组成混合物，在110～150℃下搅拌120～180min；再经过压延工艺，制备出非粘性层；

2)以5～10质量份的聚硅氧烷或有机硅作为基体，与20～80质量份的Al、Al₂O₃、AlN、BN、ZnO和SiN中一种或多种组成混合物，搅拌60～120min；经过压延工艺，制备出导热层，再在110～130℃温度下烘烤20～40min；

3)将非粘性层覆在导热层上，经过压延工艺后将不粘贴覆盖在导热层未覆盖非粘性层的一面，制备出具有单面非粘性的导热元件。