3D 导热复合材料及其制备技术

随着电子器件工作功率、集成度、封装密度的不断提高，电 子器件单位面积的产热量迅速增大，研究数据表明，电子器件温 度每上升 10℃，其可靠性和稳定性下降 50％，因此，对于电子 器件的散热性能的要求也越来越高。 在当前研究阶段，石墨膜、石墨烯膜等碳基高导热膜材料由 于其具有质轻、贴覆性好、优良的面内导热性能、耐腐蚀等优点， 被广泛应用于电子工业散热领域。但当石墨膜等碳基高导热膜材 料叠加形成 3D 材料时发现其在厚度方向的热导率较低，面内和 — 5 — 厚度方向的传热性能差异性较大，导致复合材料的散热局部差异 较大，无法实现各个方向快速平衡的散热，而且在采用石墨膜复 合材料层间大都是低导热的树脂作为粘结层，进一步阻隔了在厚 度方向的传热性能，因而现有的 3D 复合材料在厚度方向的散热 性能普遍不佳，不能实现面内和厚度方向散热性能的平衡，同时， 石墨膜等碳基高导热膜材料与树脂的界面粘结强度较低，层间剪 切强度低，极大的限制了其在电子器件中的广泛应用。 针对以上问题，本项目研发了一种厚度方向具有较高热导率 和层间剪切强度的 3D 导热复合材料及其制备技术。 技术描述: 本项目涉及 3D 复合材料技术领域，研发了一种 3D 导热复合 材料，包括平面层和垂直植入平面层的导热增强体。平面层包括 层叠设置的导热膜层，相邻的两层导热膜层由树脂层粘结，导热 增强体为纤维 pin 针或金属针，通过在平面层的厚度方向植入导 热增强体纤维 pin 针或金属针，建立了厚度方向的导热通道，利 用纤维 pin 针或金属针的高导热性实现了厚度方向的快速传热， 而且平面层由单一的导热膜经树脂粘结构成，实现了复合材料面 内温度的快速均一化，同步提高了 3D 复合材料的面内和厚度热 导率。同时，导热增强体纤维 pin 针或金属针起到了层间增强的 作用，提高了层间剪切性能。实验结果表明，3D 导热复合材料的 面内热导率可达到 130～180W/mk，厚度方向热导率可达到 4～ 16W/mk，层间剪切强度从原来的最高 20MPa 提升到了 42MPa。