一种CPU用高效导热材料及其制备方法

一种CPU用高效导热材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及计算机散热技术领域，具体涉及一种CPU用高效导热材料及其制备方 法。

背景技术

随着集成电路的高功率化、高集成度，电子元器件的组装密度持续增加和设备的 几何尺寸不断缩减，其耗能输出急剧增大。因此，为了确保敏感器件的运行的可靠性和较长 使用寿命，使得发热电子元器件所产生的热量能够及时排出的导热绝缘材料的研究越来越 重要。

目前用于计算机的CPU散热和导热的实现是通过以下途径，散热片与CPU之间传热 主要通过散热片与CPU之间的直接接触实现。为了解决电子元件导热散热问题，工业界在电 子元件表面安装散热器来进行散热，散热器与CPU之间采用硅脂进行填充，使散热片与 CPU 之间的贴合更加紧密。但实际使用过程中，CPU—硅脂—散热片这三层在贴合后的接触面不 能达到理想的平整面，界面缝隙中仍然存有空气，增加界面热阻，严重阻碍了热量的传导， 而且硅脂在涂抹过程中，并不能很好的控制硅脂的涂抹厚度，影响整体的散热效果，导致导 热和散热的效率不理想。

同时导热剂是一种普遍应用在热源和散热器接口处的热界面材料。综合性能优异 的导热剂不仅需要具有高的导热系数，还必须具备较低的热阻抗，但是目前业界使用过多 的导热填料，导致导热剂粘度增大，涂覆性、摊铺等性能降低，使用时的接触热阻抗增大。

另一方面随着市场上对处理器的性能要求越来越高，相应硅芯片级功率消耗也愈 来愈大，散热问题亟需解决，据统计，由于过热引起的处理器失效占处理器失效总数的 60％；导热材料发挥最佳导热效果的理想状态是和热源之间紧密接触，但由于加工精度的 限制，实际上两者的接触面之间存在很多空隙，导热硅脂具有良好的流动性性能，因而作为 一种新型导热热界面材料广泛应用于填充处理器与散热器之间的空隙；导热硅脂经过多次 冷热循环后会变干、流失，出现老化现象，同时传统的导热硅胶导热系统较低，相变储能较 差。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种CPU用高效导热材料，该导热材料 本发明的导热系数高，导热散热效果好，合理使用填料用量，热阻抗较低，耐候性较好，具有 良好的涂覆性和摊铺性能，同时本发明提供的制备方法材料成本较低、原料易得、工艺简 明，具有较高的使用价值和良好的应用前景。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明提供了一种CPU用高效导热材料，包括以下重量份的原料：

聚丙烯改性硅脂25-35份、14-18份、醋酸乙酯5-10份、硅油12-16份、金属粉添 加剂15-25份、氧化锌12-16份、氮化硼10-14份、碳化硅12-14份、碳纳米管4-6份、石墨烯2-8 份、偶联剂3-5份、聚乙烯蜡1-5份、聚丙烯酰胺2-4份、氮化铝5-8份。

优选地，所述CPU用高效导热材料包括以下重量份的原料：

聚丙烯改性硅脂30份、16份、醋酸乙酯8份、硅油14份、金属粉添加剂20份、氧 化锌14份、氮化硼12份、碳化硅13份、碳纳米管5份、石墨烯5份、偶联剂4份、聚乙烯蜡3份、聚 丙烯酰胺3份、氮化铝6份。

优选地，所述金属粉添加剂为银粉、铝粉、铜粉按照重量比0.5:2:1的比例组成的 混合物。

优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂中的一种。

优选地，所述碳纳米管为直径15-25nm、长度10-30μm的高导热性多壁碳纳米管。

优选地，所述石墨烯为铂掺杂石墨烯，直径为5-10nm。

本发明还提供了一种制备CPU用高效导热材料的方法，包括以下步骤：

步骤一，将金属添加剂、氮化铝、氧化锌、氮化硼和碳化硅颗粒熔融成液态，随后放入到 化学气相沉积炉内在1300-1400℃保温2-3h，冷却后加入高速粉碎机中粉碎，再加入研磨机 中研磨，过800-1200目筛得到混合粉末A；

步骤二，将聚丙烯改性硅脂、、醋酸乙酯加入搅拌机中在搅拌转速为150- 200r/min下搅拌15-25分钟，再加入聚乙烯蜡、聚丙烯酰胺在200-250r/min下继续搅拌10- 20分钟得到混合物B；

步骤三，将步骤一制得的混合物A、步骤二制得的混合物B、偶联剂、硅油、碳纳米管、石 墨烯加入高速搅拌机，在温度为55-65℃、搅拌转速为300-400r/min下，搅拌1-2小时，自然 冷却后得到发明的CPU用高效导热材料。

优选地，所述的CPU用高效导热材料的制备方法，其制备步骤为：

步骤一，将金属添加剂、氮化铝、氧化锌、氮化硼和碳化硅颗粒熔融成液态，随后放入到 化学气相沉积炉内在1350℃保温2.5h，冷却后加入高速粉碎机中粉碎，再加入研磨机中研 磨，过1000目筛，得到混合粉末A；

步骤二，将聚丙烯改性硅脂、、醋酸乙酯加入搅拌机中在搅拌转速为180r/min 下搅拌20分钟，再加入聚乙烯蜡、聚丙烯酰胺在220r/min下继续搅拌15分钟得到混合物B；

步骤三，将步骤一制得的混合物A、步骤二制得的混合物B、偶联剂、硅油、碳纳米管、石 墨烯加入高速搅拌机，在温度为60℃、搅拌转速为350r/min下，搅拌1.5小时，自然冷却后得 到发明的CPU用高效导热材料。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明的一种CPU用高效导热材料添加了氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅，作为导 热材料的填充物能够有效增加材料的耐磨、耐热和耐电压性能。

（2）本发明的一种CPU用高效导热材料添加的金属粉添加剂主要为银粉、铝粉、铜 粉能够有效增加材料的导热性能，同时还添加了少许石墨烯材料，石墨烯材料分散均匀能 够有效提高材料的热导率。

（3）本发明的一种CPU用高效导热材料采用了 聚丙烯改性硅脂、、醋酸乙 酯、聚乙烯蜡、聚丙烯酰胺提高了材料的表面平整性；添加了一定量的碳纳米管作为补强填 料，一方面能够大大提高材料的拉升强度和撕裂强度，另一方面增加了材料的热导性。

（4）本发明的一种CPU用高效导热材料的制备方法简单、工艺简明、材料成本较低、 原料易得、适合大规模工业生产，具有较高的实用价值和广泛的应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例，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。

实施例1.

本实施例的一种CPU用高效导热材料，包括以下重量份的原料：

聚丙烯改性硅脂25份、14份、醋酸乙酯5份、硅油12份、金属粉添加剂15份、氧 化锌12份、氮化硼10、碳化硅12份、碳纳米管4份、石墨烯2份、偶联剂3份、聚乙烯蜡1份、聚丙 烯酰胺2份、氮化铝5份。

本实施例中金属粉添加剂为银粉、铝粉、铜粉按照重量比0.5:2:1的比例组成的混 合物。

本实施例中偶联剂为硅烷偶联剂。

本实施例中碳纳米管为直径15-25nm、长度10-30μm的高导热性多壁碳纳米管。

本实施例中石墨烯为铂掺杂石墨烯，直径为5-10nm。

本实施例的CPU用高效导热材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将金属添加剂、氮化铝、氧化锌、氮化硼和碳化硅颗粒熔融成液态，随后放入到 化学气相沉积炉内在1300℃保温3h，冷却后加入高速粉碎机中粉碎，再加入研磨机中研磨， 过800目筛，得到混合粉末A；

步骤二，将聚丙烯改性硅脂、、醋酸乙酯加入搅拌机中在搅拌转速为150r/min 下搅拌25分钟，再加入聚乙烯蜡、聚丙烯酰胺在200r/min下继续搅拌20分钟得到混合物B；

步骤三，将步骤一制得的混合物A、步骤二制得的混合物B、偶联剂、硅油、碳纳米管、石 墨烯加入高速搅拌机，在温度为55℃、搅拌转速为300r/min下，搅拌2小时，自然冷却后得到 发明的CPU用高效导热材料。

实施例2.

本实施例的一种CPU用高效导热材料，包括以下重量份的原料：

聚丙烯改性硅脂35份、18份、醋酸乙酯10份、硅油16份、金属粉添加剂25份、氧 化锌16份、氮化硼14份、碳化硅14份、碳纳米管6份、石墨烯8份、偶联剂5份、聚乙烯蜡5份、聚 丙烯酰胺4份、氮化铝8份。

本实施例中金属粉添加剂为银粉、铝粉、铜粉按照重量比0.5:2:1的比例组成的混 合物。

本实施例中偶联剂为钛酸酯偶联剂。

本实施例中碳纳米管为直径15-25nm、长度10-30μm的高导热性多壁碳纳米管。

本实施例中石墨烯为铂掺杂石墨烯，直径为5-10nm。

本实施例的CPU用高效导热材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将金属添加剂、氮化铝、氧化锌、氮化硼和碳化硅颗粒熔融成液态，随后放入到 化学气相沉积炉内在1400℃保温2h，冷却后加入高速粉碎机中粉碎，再加入研磨机中研磨， 过1200目筛，得到混合粉末A；

步骤二，将聚丙烯改性硅脂、、醋酸乙酯加入搅拌机中在搅拌转速为200r/min 下搅拌15分钟，再加入聚乙烯蜡、聚丙烯酰胺在250r/min下继续搅拌10分钟得到混合物B；

步骤三，将步骤一制得的混合物A、步骤二制得的混合物B、偶联剂、硅油、碳纳米管、石 墨烯加入高速搅拌机，在温度为65℃、搅拌转速为400r/min下，搅拌1小时，自然冷却后得到 发明的CPU用高效导热材料。

实施例3.

本实施例的一种CPU用高效导热材料，包括以下重量份的原料：

聚丙烯改性硅脂30份、16份、醋酸乙酯8份、硅油14份、金属粉添加剂20份、氧 化锌14份、氮化硼12份、碳化硅13份、碳纳米管5份、石墨烯5份、偶联剂4份、聚乙烯蜡3份、聚 丙烯酰胺3份、氮化铝6份。

本实施例中金属粉添加剂为银粉、铝粉、铜粉按照重量比0.5:2:1的比例组成的混 合物。

本实施例中偶联剂为硅烷偶联剂。

本实施例中碳纳米管为直径15-25nm、长度10-30μm的高导热性多壁碳纳米管。

本实施例中石墨烯为铂掺杂石墨烯，直径为5-10nm。

本实施例的CPU用高效导热材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将金属添加剂、氮化铝、氧化锌、氮化硼和碳化硅颗粒熔融成液态，随后放入到 化学气相沉积炉内在1350℃保温2.5h，冷却后加入高速粉碎机中粉碎，再加入研磨机中研 磨，过1000目筛，得到混合粉末A；

步骤二，将聚丙烯改性硅脂、、醋酸乙酯加入搅拌机中在搅拌转速为180r/min 下搅拌20分钟，再加入聚乙烯蜡、聚丙烯酰胺在220r/min下继续搅拌15分钟得到混合物B；

步骤三，将步骤一制得的混合物A、步骤二制得的混合物B、偶联剂、硅油、碳纳米管、石 墨烯加入高速搅拌机，在温度为60℃、搅拌转速为350r/min下，搅拌1.5小时，自然冷却后得 到发明的CPU用高效导热材料。

以上各实施例制得的CPU用高效导热材料的性能测试结果如下：

实验项目 实施例1 实施例2 实施例3 现有技术

热导率W/(m·k) 11.5 12.7 12.1 7.8

本发明的一种CPU用高效导热材料，其导热系数高，导热散热效果好，合理使用填料用 量，热阻抗较低，耐候性较好，具有良好的涂覆性和摊铺性能，同时本发明提供的制备方法 材料成本较低、原料易得、工艺简明，具有较高的使用价值和良好的应用前景。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在 不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论 从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权 利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有 变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包 含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当 将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员 可以理解的其他实施方式。