一种高导热垫片以及制备方法

本发明涉及导热材料，且更确切地涉及一种高导热垫片以及制备方法。

背景技术：

1、随着电子技术的发展，电子元件的集成度和组装密度不断提高，导致工作功耗和发热量急剧增大，最终导致了热量集中电子元器件失效。所以，热管理已经成为了微电子产品制造不可或缺的一部分。高导热垫片是一种用于电子设备中以提高热管理效率的材料。它主要用于将热量从热源传导到散热器或冷却系统，以防止设备过热，从而延长其使用寿命并保持性能。随着电子设备向更高性能、更小尺寸发展，传统的散热解决方案，如风扇和散热片已不能满足需求。高导热垫片因其出色的热传导性能、良好的柔韧性和易于安装的特点，成为了现代电子设备中不可或缺的组件。高导热垫片广泛应用于各种电子产品中，包括但不限于计算机处理器、智能手机、平板电脑、led照明、电动汽车电池模块和电力电子设备等。

2、由于常规的高导热垫片在使用时候无法针对性地控制垫片的导热性能，降低了高导热垫片的工作效率和导热性能；由于常规的高导热垫片的支撑结构制造过程复杂且不精确，降低了支撑结构的支撑效果；由于常规制造的高导热垫片在制造过程中对导热性能的影响缺少判断和预测，导致高导热垫片制备效率低。

技术实现思路

1、针对上述技术的不足，本发明公开一种高导热垫片以及制备方法，通过所述智能调节模块对高导热垫片导热性能实现自动化的控制和优化，提高了高导热垫片的工作效率和导热性能；通过3d打印制造高导热垫片的骨架结构和外部轮廓，提高高导热垫片支撑结构制备的精确性；通过材料性能模拟算法预测不同材料组合和结构对导热性能的影响，提高了高导热垫片制备效率。

2、为了实现上述技术效果，本发明采用以下技术方案：

3、一种高导热垫片，包括绝缘层、热量传导层、粘合层、支撑结构和表面处理层，

4、绝缘层用于防止电流通过高导热垫片；

5、热量传导层用于将热量从热源传导出去；所述热量传导层包括导热基体材料、导热填料、声子传播通路和智能调节模块，所述导热基体材料采用有机硅材料构成所述热量传导层的基础材料；所述导热填料采用碳纤维材料形成导热路径，以提高垫片的热传导效率；所述声子传播通路通过纳米孔洞减少声子在传播过程中的散射和反射；所述智能调节模块通过温度检测对高导热垫片导热性能实现自动化的控制和优化；

6、粘合层用于将热量传导层牢固地粘贴在基材上；

7、支撑结构用于保持高导热垫片使用过程中形状和尺寸的稳定；

8、表面处理层用于保护高导热垫片的表现。

9、作为上述技术方案的进一步描述，所述绝缘层采包括绝缘层基体材料、绝缘填料、增强材料和导电阻隔材料，所述绝缘层基体材料采用玻璃纤维增强塑料，为所述绝缘层提供结构支持；所述绝缘填料采用氧化铝粉提高所述绝缘层的热导率和机械性能；所述增强材料采用玻璃纤维提高所述绝缘层的机械强度和耐热性；所述导电阻隔材料采用金属铜形成一个可控的电流通路，以防止电弧产生。

10、作为上述技术方案的进一步描述，所述智能调节模块包括温度感知单元、控制单元、通信单元和执行单元，所述温度感知单元采用温度传感器实时监测高导热垫片的温度分布，以收集关键的热参数数据；所述控制单元采用微控制器接收所述温度感知单元传输的数据信号，并下达调节导热性能的指令；所述通信单元通过zigbee实现控制指令和数据信号的传输；所述执行单元通过电磁线圈施加电场以调节垫片的导热性能，所述温度感知单元的输出端连接所述控制单元的输入端，所述控制单元的输出端连接所述通信单元的输入端，所述通信单元的输出端连接所述执行单元的输入端。

11、作为上述技术方案的进一步描述，所述粘合层包括粘合基体材料、粘合剂和增韧剂，所述粘合基体材料采用聚酰亚胺薄膜为所述粘合层提供基体材料；所述粘合剂采用环氧树脂材料，以增强所述粘合层的粘合能力；所述增韧剂采用橡胶粒子提高所述粘合层的冲击性和耐久性。

12、作为上述技术方案的进一步描述，所述支撑结构包括骨架材料、微孔结构和稳定覆盖面，所述骨架材料采用金属铜制成以向垫片结构提供强度和刚性；所述微孔结构通过分布在所述支撑结构的微孔降低垫片的热阻；所述稳定覆盖面位于所述支撑结构的外表面，与电子设备的发热部分直接接触，以确保热量能够从发热源传递到散热系统。

13、作为上述技术方案的进一步描述，所述表面处理层包括耐磨涂层、耐腐蚀涂层、润滑涂层和抗静电涂层，所述耐磨涂层采用氮化铬构成，以抵抗对垫片的刮擦和机械应力；所述耐腐蚀涂层采用钛合金保护垫片免受化学和环境因素的侵蚀；所述润滑涂层采用石墨作为润滑剂，以减少垫片在运动部件中的摩擦；所述抗静电涂层通过镍粉末减少垫片表面的静电积累。

14、作为上述技术方案的进一步描述，一种高导热垫片制备方法包括如下步骤：

15、步骤1、选择高导热垫片制备所需的材料；

16、选择玻璃纤维增强塑料作为为所述绝缘层基体材料、氧化铝粉作为所述绝缘填料、玻璃纤维作为所述增强材料和金属铜作为所述导电阻隔材料；选择有机硅材料作为所述导热基体材料和碳纤维材料作为所述导热填料；选择聚酰亚胺薄膜作为所述粘合基体材料、环氧树脂材料作为所述粘合剂和橡胶粒子作为所述增韧剂；选择金属铜作为所述骨架材料；选择氮化铬作为所述耐磨涂层、钛合金作为所述耐腐蚀涂层、石墨作为所述润滑涂层和镍粉末作为所述抗静电涂层；

17、步骤2、将选择的材料进行加工处理；

18、通过切割和冲压的方式将所述绝缘层、热量传导层和粘合层制成相同形状和大小，并通过点胶方式将所述粘合层均匀地施加到所述热传导层的外表面上，并将所述粘合层进行固化和干燥以确保所述粘合层牢固地附着在所述热传导层上；

19、步骤3、制备高导热垫片的支撑结构；

20、通过3d打印制造高导热垫片的骨架结构和外部轮廓，将所述支撑结构的骨架包围在高导热垫片的外圈周围，并通过层压将所述热传导层和粘合层进行结合；

21、步骤4、对高导热垫片进行表面处理；

22、通过耐磨涂层、耐腐蚀涂层、润滑涂层和抗静电涂层对高导热垫片的表面进行涂层处理，并通过机械打磨和化学蚀刻操作去除高导热垫片表面存在的瑕疵；

23、步骤5、将处理后的高导热垫片进行切割；

24、对处理后的高导热垫片进行切割成型，并去除高导热垫片的边缘毛刺以确保高导热垫片的边缘平滑；

25、步骤6、对制备的高导热垫片进行质量检测；

26、通过材料性能模拟算法预测不同材料组合和结构对导热性能的影响，对对制备的高导热垫片进行质量检测。

27、作为上述技术方案的进一步描述，所述材料性能模拟算法的实现步骤为：

28、1)几何模型构建；

29、使用cad仿真软件创建垫片的三维几何模型，包括纤维的排布和填料的分布微观结构；

30、2)网格划分；

31、对几何模型进行网格划分，生成有限元分析所需的网格，以几何模型确保仿真结果的准确性；

32、3)边界条件和初始条件设定；

33、根据高导热垫片工况设定适当的边界条件和初始条件，包括高导热垫片的温度、压力和载荷参数；

34、4)求解器配置；

35、根据求解器对数值关系进行数值求解，包括热传导关系、应力应变关系和流体流动的求解；

36、5)仿真执行和结果验证；

37、运行仿真程序，根据验证函数将仿真结果与实验数据进行对比，以验证模型的准确性和可靠性，所述验证函数的公式表达式为：

38、

39、在公式(1)中，x表示验证函数，i表示当前验证次序，n表示验证次序总数，αi表示待验证的数据值，δ表示函数验证系数，γ表示函数对比因子，表示函数验证数据集，ln[(eδαi+γ)2+3secαiδγ]表示函数与实验数据对比方程，e表示欧拉常数；

40、6)参数优化；

41、根据仿真结果和数据优化算法调整材料参数和结构设计，以达到预期的性能目标，所述数据优化算法的公式表达式为：

42、

43、在公式(2)中，y表示数据优化算法，θ表示函数优化系数，βi表示待进行优化的数据值，i表示当前进行优化的次序，ξ表示函数结构关系因子，[tan(2eθ+βiθ)2+ξβi]表示函数进行参数调整方程，表示函数进行结构比较方程，e表示欧拉常数；

44、7)结果分析和应用；

45、详细分析仿真结果并提取有用信息，将其应用于垫片的设计改进、工艺优化和性能预测中。

46、本发明区别于现有技术有益的技术效果在于：一种高导热垫片以及制备方法，通过智能调节模块对高导热垫片导热性能实现自动化的控制和优化，提高了高导热垫片的工作效率和导热性能；通过3d打印制造高导热垫片的骨架结构和外部轮廓，提高高导热垫片支撑结构制备的精确性；通过材料性能模拟算法预测不同材料组合和结构对导热性能的影响，提高了高导热垫片制备效率。