導熱硅橡膠材料在電子電器行業中的應用
來源:廣州市白云化工實業有限公司 作者:陳思斌，王洪敏，諸泉 日期:2010-8-4 頁面功能 [字體：大 中 小] [ 打印 ] [ 投稿 ] [ 評論 ] [ 啄木鳥 ]| 摘要：介紹了應用于電子電器行業中的導熱硅橡膠材料的種類，并提出了不同行業需導熱產品的應用解決方案。 關鍵詞：導熱 硅橡膠 電子電器 |
隨著工業生產和科學技術的發展，人們對材料不斷提出新的要求。在電子電器領域，由于集成技術和組裝技術的迅速發展，電子元件、邏輯電路向輕、薄、小的方向發展，發熱量也隨之增加，從而需要高導熱的絕緣材料，有效的去除電子設備產生的熱量，這關系到產品的使用壽命和質量的可靠性。
傳統的解決電子設備散熱的方法，是在發熱體與散熱體之間墊一層絕緣的介質作為導熱材料，如云母、聚四氟乙烯及氧化鈹陶瓷等等，這種方法有一定的效果，但存在導熱性能差，機械性能低、價格高等缺點［1］。目前，解決電子設備散熱有些是通過各種形式的散熱器來解決，但大多數必須通過導熱材料來解決，導熱硅橡膠材料是導熱材料中最重要的一員。本文主要是介紹了導熱硅橡膠材料的種類，并提出了一些需導熱產品的應用解決方案。
1、導熱硅橡膠材料導熱的機理
導熱硅橡膠材料是一種典型的高分子復合材料，其導熱性能主要是由導熱填料的種類和導熱填料在硅橡膠基體中的分布情況決定的。金屬填料（如Al、Ag等）具有較高的導熱系數，但是大多數是導熱也導電的；無機非金屬材料（如AlN、SiC等）導熱系數也較高，但價格相當昂貴；目前主要用金屬氧化物（如Al2O3、ZnO等）作為導熱填料，如表1是一些導熱填料的導熱系數。各種填充材料的導熱機理均不同，金屬材料主要是靠電子運動進行導熱，金屬導熱率隨溫度的升高而降低，非金屬的熱擴散速度主要取決于鄰近原子的震動及結合基團，在強共價鍵合的材料中，在有序的晶體晶格中導熱是比較有效率的［2］。所以在采用非金屬材料作為導熱填料時，如何提高體系中的導熱“堆砌度”是提高導熱系數的主要手段。
2.1導熱硅膏和導熱墊片
導熱硅膏是硅油和導熱填料的機械混合膏狀物，具有隨時定型、導熱系數高、不固化、對界面材料無腐蝕等特點。在電子設備中，各種電子元件之間有許多接觸面和裝配面，他們之間存在空隙，導致熱流不暢，為了解決這一問題，通常在接觸面之間填充導熱硅膏，利用導熱硅膏的流動來排除界面間的空氣，降低乃至消除熱阻。導熱墊片是經過特殊的生產工藝加工而成的片狀導熱絕緣硅橡膠材料，具有表面天然粘性，高導熱系數、高耐壓縮性、高緩沖性等等特點，主要應用于發熱器件與散熱片及機殼的縫隙填充材料，因其材質的柔軟及在低壓迫力作用下的彈性變量，可于器件表面甚至為粗糙表面構造密合接觸，減少空氣熱阻抗，很好的解決了導熱硅膏在高溫后有硅油滲出、表面積存灰塵等等缺點。
2.2導熱阻燃硅橡膠材料
近年來，硅橡膠材料在電子電器行業中得到了廣泛的應用，但因其是聚合物材料，易燃，發煙量大，有時卻是火災的直接導火線；因此阻燃型硅橡膠已經慢慢成為電子電器行業中硅橡膠材料的主要力量。本公司采用經過表面處理的導熱填料和自制的阻燃劑開發出了阻燃達到UL94V-0級、導熱系數超過1.0W/m·K（均是經過權威部門測試和認證的）的SKF323導熱阻燃用硅酮密封膠產品，現正廣泛應用于導熱和阻燃均要求較高的汽車模塊、電路模塊和PCB板等等電子電器產品中。
2.3導熱灌封硅橡膠材料
灌封分為局部灌封和整體灌封。局部灌封是只對大功率器件進行灌封，使其通過導熱灌封硅橡膠材料與散熱體連接在一起，使產生的熱量能夠迅速的傳到散熱體。整體灌封是對印制線路板上的所有元器件全部灌封，使其產生的熱量能夠迅速擴散，直接散發到外界環境中［3］。此類產品一般是雙組分的，使用時將兩種組分混合排泡后，灌于線路板上，硫化成彈性體的，此類產品不僅有散熱絕緣作用，而且還有減震和三防的作用，現在正廣泛應用于 LED燈的灌封和粘結，其他電路、家用電器的絕緣密封。
2.4高導熱硅橡膠粘合劑
高導熱粘合劑多用于絕緣性場合，因為在電子電器工業發展中，電子電器材料領域急需導熱絕緣材料，特別是大功率散熱的場合，如半導體和散熱器的粘合、管心的保護、管殼的密封、電子整流器、熱敏電阻器的導熱絕緣，微包裝中多層板的導熱絕緣組裝等需要不同工藝性能的導熱絕緣膠。
2.5導熱耐高溫硅橡膠
導熱耐高溫硅橡膠主要應用于諸如低壓大電流變壓器的粘結和密封；雷達磁場線圈的導熱絕緣；各種高溫功率管與散熱器、印制板的組裝；微包裝技術、電用電器及軍用電器等高溫散熱體。
3、總結
導熱硅橡膠材料在國外的研究較為成熟，如道康寧、GE東芝等等就開發了多種導熱硅橡膠產品，而國內還在開拓階段，如能解決綜合性能和工藝性能的一致統一，導熱硅橡膠必然會有很好的發展前景。總之，導熱硅橡膠不僅具有良好的導熱性能，還具有很多其他材料所不具備的性能，如耐侯性、粘結性等等，故其開發前景可觀，應用也將越來越廣泛。
參考文獻
1 李勝方.導熱硅橡膠的性能和應用.化工新型材料，2002.12
2 張立群等.導熱高分子材料的研究和開發進展.合成橡膠材料，1998，21（1）：57～62
3 陳元章.絕緣導熱灌封硅橡膠的應用.航天工藝，1997.2
傳統的解決電子設備散熱的方法，是在發熱體與散熱體之間墊一層絕緣的介質作為導熱材料，如云母、聚四氟乙烯及氧化鈹陶瓷等等，這種方法有一定的效果，但存在導熱性能差，機械性能低、價格高等缺點［1］。目前，解決電子設備散熱有些是通過各種形式的散熱器來解決，但大多數必須通過導熱材料來解決，導熱硅橡膠材料是導熱材料中最重要的一員。本文主要是介紹了導熱硅橡膠材料的種類，并提出了一些需導熱產品的應用解決方案。
1、導熱硅橡膠材料導熱的機理
導熱硅橡膠材料是一種典型的高分子復合材料，其導熱性能主要是由導熱填料的種類和導熱填料在硅橡膠基體中的分布情況決定的。金屬填料（如Al、Ag等）具有較高的導熱系數，但是大多數是導熱也導電的；無機非金屬材料（如AlN、SiC等）導熱系數也較高，但價格相當昂貴；目前主要用金屬氧化物（如Al2O3、ZnO等）作為導熱填料，如表1是一些導熱填料的導熱系數。各種填充材料的導熱機理均不同，金屬材料主要是靠電子運動進行導熱，金屬導熱率隨溫度的升高而降低，非金屬的熱擴散速度主要取決于鄰近原子的震動及結合基團，在強共價鍵合的材料中，在有序的晶體晶格中導熱是比較有效率的［2］。所以在采用非金屬材料作為導熱填料時，如何提高體系中的導熱“堆砌度”是提高導熱系數的主要手段。
2.1導熱硅膏和導熱墊片
導熱硅膏是硅油和導熱填料的機械混合膏狀物，具有隨時定型、導熱系數高、不固化、對界面材料無腐蝕等特點。在電子設備中，各種電子元件之間有許多接觸面和裝配面，他們之間存在空隙，導致熱流不暢，為了解決這一問題，通常在接觸面之間填充導熱硅膏，利用導熱硅膏的流動來排除界面間的空氣，降低乃至消除熱阻。導熱墊片是經過特殊的生產工藝加工而成的片狀導熱絕緣硅橡膠材料，具有表面天然粘性，高導熱系數、高耐壓縮性、高緩沖性等等特點，主要應用于發熱器件與散熱片及機殼的縫隙填充材料，因其材質的柔軟及在低壓迫力作用下的彈性變量，可于器件表面甚至為粗糙表面構造密合接觸，減少空氣熱阻抗，很好的解決了導熱硅膏在高溫后有硅油滲出、表面積存灰塵等等缺點。
2.2導熱阻燃硅橡膠材料
近年來，硅橡膠材料在電子電器行業中得到了廣泛的應用，但因其是聚合物材料，易燃，發煙量大，有時卻是火災的直接導火線；因此阻燃型硅橡膠已經慢慢成為電子電器行業中硅橡膠材料的主要力量。本公司采用經過表面處理的導熱填料和自制的阻燃劑開發出了阻燃達到UL94V-0級、導熱系數超過1.0W/m·K（均是經過權威部門測試和認證的）的SKF323導熱阻燃用硅酮密封膠產品，現正廣泛應用于導熱和阻燃均要求較高的汽車模塊、電路模塊和PCB板等等電子電器產品中。
2.3導熱灌封硅橡膠材料
灌封分為局部灌封和整體灌封。局部灌封是只對大功率器件進行灌封，使其通過導熱灌封硅橡膠材料與散熱體連接在一起，使產生的熱量能夠迅速的傳到散熱體。整體灌封是對印制線路板上的所有元器件全部灌封，使其產生的熱量能夠迅速擴散，直接散發到外界環境中［3］。此類產品一般是雙組分的，使用時將兩種組分混合排泡后，灌于線路板上，硫化成彈性體的，此類產品不僅有散熱絕緣作用，而且還有減震和三防的作用，現在正廣泛應用于 LED燈的灌封和粘結，其他電路、家用電器的絕緣密封。
2.4高導熱硅橡膠粘合劑
高導熱粘合劑多用于絕緣性場合，因為在電子電器工業發展中，電子電器材料領域急需導熱絕緣材料，特別是大功率散熱的場合，如半導體和散熱器的粘合、管心的保護、管殼的密封、電子整流器、熱敏電阻器的導熱絕緣，微包裝中多層板的導熱絕緣組裝等需要不同工藝性能的導熱絕緣膠。
2.5導熱耐高溫硅橡膠
導熱耐高溫硅橡膠主要應用于諸如低壓大電流變壓器的粘結和密封；雷達磁場線圈的導熱絕緣；各種高溫功率管與散熱器、印制板的組裝；微包裝技術、電用電器及軍用電器等高溫散熱體。
3、總結
導熱硅橡膠材料在國外的研究較為成熟，如道康寧、GE東芝等等就開發了多種導熱硅橡膠產品，而國內還在開拓階段，如能解決綜合性能和工藝性能的一致統一，導熱硅橡膠必然會有很好的發展前景。總之，導熱硅橡膠不僅具有良好的導熱性能，還具有很多其他材料所不具備的性能，如耐侯性、粘結性等等，故其開發前景可觀，應用也將越來越廣泛。
參考文獻
1 李勝方.導熱硅橡膠的性能和應用.化工新型材料，2002.12
2 張立群等.導熱高分子材料的研究和開發進展.合成橡膠材料，1998，21（1）：57～62
3 陳元章.絕緣導熱灌封硅橡膠的應用.航天工藝，1997.2
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