• 關于高導熱4.0有機硅材料的制備與研究

    康達科技集團(Qanta Group), 是全球領先的有機硅解決方案供應商之一,致力于提供個性化的有機硅解決方案。其擁有從金屬硅到特種有機硅材料的全方位產品供應鏈。主要業務為特用化學品技術及特殊SILICONE與複合材料相關應用制程技術材料開發、設計、銷售。目前已有18年以上歷史,與全球500強企業有合作銷售經驗,是一家集科研,開發,生產及銷售為一體的國家級高新技術企業,擁有國際化品質,技術和管理及提供一條龍Silicone 材料應用整合。公司擁有廣泛的銷售和研發網絡,可提供有利于未來可持續發展的創新技術和基于市場需求的解決方案

    主要經營產品包括沉淀膠、氣相膠、導電膠、阻燃膠、耐高溫膠、絕緣子膠、出油膠、LSR液態射出型硅橡膠、自粘選擇性接著液態射出膠、有機硅改質劑、硫化劑、脫模劑、發泡劑等??颠_科技集團有機硅事業部二部經營產品專業應用在特殊塗布、延壓、?出、射出、模壓等硅膠制品行業。

    產品廣泛應用在在按鍵、密封圈、擠出管、膠輥、墊片、導電黑粒、陽極帽、電線電纜、絕緣子、自潤滑油封、耐熱、防火、運動器材和醫療保健等硅膠產品,為多數國際知名企業采用。關于導熱硅脂和導熱硅膠 

    導熱硅脂的定義

       導熱硅脂也被稱為硅膏,是一種油脂狀的,沒有粘接性能,不會干固,是采用特殊配方生產,使用導熱性和絕緣性良好的金屬氧化物與有機硅氧烷復合而成。產品具有良好的導熱性,良好的電絕緣性,較寬的使用溫度(工作溫度 -60℃ ~ 300℃),很好的使用穩定性,較低的稠度和良好的施工性能,本品無毒、無腐蝕、無味、不干、不溶解。 硅脂為潤滑用,可在高負荷下應用,外觀類似大黃油,我們一般接觸比較少。

    而我們通常所說的導熱硅脂,應該被稱為硅膏,成分為硅油+填料。填料為磨得很細的粉末,成份為ZnO/Al2O3/氮化硼/碳化硅/鋁粉等。硅油保證了一定的流動性,而填料填充了CPU和散熱器之間的微小空隙,保證了導熱性。而由于硅油對溫度敏感性低,低溫不變稠,高溫下也不會變稀,而且不揮發,所以能夠使用比較長時間?,F在某些導熱硅脂使用銀粉或鋁粉作為填料,是利用了金屬的高導熱性。

     

    導熱硅脂是一種高導熱絕緣有機硅材料,幾乎永遠不固化,可在-50-+230℃的溫度下長期保持使用時的脂膏狀態。既具有優異的電絕緣性,又有優異的導熱性,同時具有低游離度(趨向于零),耐高低溫、耐水、臭氧、耐氣候老化。它可廣泛涂覆于各種電子產品,電器設備中的發熱體 (功率管、可控硅、電熱堆等)與散熱設施(散熱片、散熱條、殼體等)之間的接觸面,起傳熱媒介作用和防潮、防塵、防腐蝕、防震等性能。適用于微波通訊、微波傳輸設備、微波專用電源、穩壓電源等各種微波器件的表面涂覆或整體灌封,此類硅材料對產生熱的電子元件,提供了極佳的導熱效果。如:晶體管、CPU組裝、熱敏電阻、溫度傳感器、汽車電子零部件、汽車冰箱、電源模塊、打印機頭等。

     

    應用范圍

    導熱硅脂是用來填充CPU與散熱片之間的空隙的材料的一種,這種材料又稱之為熱界面材料。其作用是用來向散熱片傳導CPU散發出來的熱量,使CPU溫度保持在一個可以穩定工作的水平,防止CPU因為散熱不良而損毀,并延長使用壽命。

    在散熱與導熱應用中,即使是表面非常光潔的兩個平面在相互接觸時都會有空隙出現,這些空隙中的空氣是熱的不良導體,會阻礙熱量向散熱片的傳導。而導熱硅脂就是一種可以填充這些空隙,使熱量的傳導更加順暢迅速的材料。

    市面上的硅脂有很多種類型,不同的參數和物理特性決定了不同的用途。例如有的適用于CPU導熱,有的適用于內存導熱,有的適用于電源導熱。

    導熱硅脂的液體部分是由硅膠和硅油組成,市場上大部分的產品是用二甲基硅油為原料,而二甲基硅油的沸點是在140°C180°C之間,容易產生揮發,出現滲油現象,線路板上會留有油脂痕跡。油脂脫離現象會使客戶感覺硅脂干了。

    導熱硅脂既具有優異的電絕緣性,又有優異的導熱性,同時具有低油離度(趨向于零),耐高低溫、耐水、臭氧、耐氣候老化。并且幾乎永遠不固化,可在-50-+230℃的溫度下長期保持使用時的脂膏狀態。是電子元器件理想的填隙導熱介質。

     

    二選對導熱硅脂,提升散熱效果

    散熱器作為散熱環節中重要的組成部分,看似無所謂的導熱硅脂其實在整個散熱過程中扮演著非常重要的角色。選擇合適的導熱硅脂,對提升元器件的散熱效果有很大的幫助!

    想提升元器件的散熱性能靠什么?散熱器本身的性能?沒錯,但是你考慮過其他方面會對散熱帶來的影響么?導熱硅脂!我們要說的就是導熱硅脂,每個人都知道如何正確的去涂抹導熱硅脂,如何增大散熱器和CPU的貼合程度來提高散熱效果。但是,當我們面對那些顏色、類型不同的導熱硅脂時,有沒有想過,只要選對合適的硅脂,不僅會對提升散熱能力有一定的幫助,而且也會帶來不錯的靜音效果。更為重要的是,可以為我們省下一筆升級散熱器的費用。

    由于導熱硅脂的不會凝固、導熱能力強、價格便宜等特點,讓其已經成為了當下DIY市場上的主流產品。大多數導熱硅脂是由硅油+填充物組成的,由于填充物的不同,使得硅脂有多種顏色。而導熱硅膠通常用于低端顯卡等設備上,有些膏狀硅膠凝固之后,很難再被取下,并不適用于在民用CPU上使用,其導熱能力要比導熱硅脂差,凝固后很難將散熱器取下,不便于玩家的日常清理及升級,所以玩家們使用時通常用的是導熱硅脂。

    對于導熱硅脂來說,其性能參數并不比一款機箱少多少。對于普通玩家來說,我們只要看重其導熱系數和傳熱系數兩個主要參數即可。

    導熱硅脂目前市面上常見的有白色、灰色兩種顏色的產品。顧名思義,導熱硅脂的主要成分為硅油,其特點為特性穩定,耐高溫和低溫,并且不會出現變稠和變稀的情況出現,加上不易發揮、價格便宜等特點,讓其成為目前主流的熱傳導介質。

     ?  白色導熱硅脂

    白色的導熱硅脂成分主要為硅油,添加物相對來說也比較少,在導熱能力上較弱,所以價格非常便宜,在一些低端顯卡上我們經??梢钥吹剿挠白?。不過隨著目前硬件對散熱需求的增加,這種白色導熱硅脂已經逐漸退出市場。

    ?  灰色導熱硅脂

    灰色的導熱硅脂由于內部添加物較多,所以顏色相對要深一些。大部分灰色硅脂內部的填充物為石墨、鋁粉。不過由于金屬粉末具備一定的導電性,如果溢出的話會對硬件造成損害,所以目前有些導熱硅脂使用較高絕緣度的金屬氧化物來代替金屬粉末,不必再為導電性而發愁。為了進一步提高導熱硅脂的導熱能力,目前一些廠商還會在硅脂中添加一定比例的銀粉。

     

    三導熱硅脂應用于電腦處理器散熱的神奇功效

     

           對于電腦來說,是一個非??鋸埱覐碗s的電子系統,他會發出很高的熱量,如果沒有導熱硅脂,甚至當你在玩大型3D游戲的時候,你的四核處理器會撐不過1個小時就死機了。導熱硅脂真的這么神奇么?

     

           像是Corei7這樣的處理器,Intel在廣告里花言巧語的宣稱,他們的性能多么的強大,但是他們的功耗又如此的低廉。事實上呢,一顆Corei7處理器的TDP會高達130W,他們會在一個非常小的面積上,非常集中的發散出巨大的熱量,我們需要通過CPU散熱器,把它發散出來的熱量快速的帶走。由此,導熱硅脂就成為了處理器頂蓋與散熱器之間,熱量交換傳導的紐帶。

     

           也許你可能盲目的認為,無論是處理器還是散熱器,他們的表面都足夠光滑,但是如果你在顯微鏡下觀察的話,你就會發現他們的表面并不像是你看到的那么平整,各種溝槽和表面起伏都會嚴重影響到散熱傳導的效率。細小的溝槽和突起,使得他們的表面并不能完美的貼在一起,因此在這些縫隙之間就會存有空氣。而空氣算不良的導熱材料,隨著處理器的工作與發熱,這些細縫中的空氣也會膨脹,由此處理器與散熱器之間的縫隙就會進一步擴大。

     

           不過現在我們有了一個救星,那就是導熱硅脂。它可以填補處理器與散熱器表面之間的空隙與溝壑,處理器與散熱器表面無縫貼合,這樣就極大的增加了熱傳導的面積,增加了換熱的效率。

     

           導熱硅脂是糊狀的,通常會采用小袋、管子、瓶子、或者是注射器來承載。一些低端的導熱硅脂都是以硅為基礎的油脂,通常他們都是白色的粘稠狀的混合物,他們可以很好的填補處理器和散熱器之間的細縫;而品質較好一些的導熱硅脂一般是灰色的粘稠狀的混合物。

     

           在涂抹導熱硅脂的時候,一定不能貪多。經過長時間的實踐,只要少量的導熱硅脂,就可以發揮極大的作用,米粒大小的導熱硅脂足以保證處理器和散熱器之間高效換熱。對于較舊或者是移動型處理器,如Athlon XPPentium III這樣處理器核心暴露在外的,導熱硅脂的用量則要更少。

     

           一旦你已經將導熱硅脂涂抹在處理器表面時,下面你就可以將它們延展開來。此時你需要準備一個塑料薄膜,拉伸薄膜,將它套在食指上,然后你必須使用較小的壓力,推動導熱硅脂在你處理器的各種紋路上延展開來,填平所有細小的縫隙和溝壑。在此時你必須小心謹慎,不能給處理器施加太大壓力,否則如果用力過猛,你的處理器引腳肯能發生彎曲。

     

           另外還要記得,當你涂抹導熱硅脂的時候,一定要讓他們的密度保持一致。也許有些導熱硅脂在長期的存放時,它的密度會出現不均勻的情況。你就要用你敏感的手指,將這些較大的顆粒都一一找出來,同時你也可以通過觀察處理器表面導熱硅脂的顏色來判定,顏色如果不一致的話,那導熱硅脂涂抹的厚度也不盡相同。

     

           大多數人在涂抹導熱硅脂的時候,還有一個較大的誤區需要注意:很多人在涂抹完導熱硅脂后,會立刻將散熱器裝在處理器上,這是不科學的,即使是一般的導熱硅脂也需要一定的時間定型凝固。

     

    導熱軟片是用于填充發熱器件和散熱片或金屬底座之間的空氣間隙的一種導熱介質材料,它們的柔性、彈性特征使其能夠用于覆蓋非常不平整的表面。熱量從分離器件或整個PCB傳導到金屬外殼或擴散板上,從而能提高發熱電子組件的效率和使用壽命。

     

    四影響導熱硅脂產品性能的七大關鍵參數

    自從導熱硅脂面世以來,就頗受市場的歡迎,它能更好地解決一些電子元器件的散熱問題。而作為一種化學物質,導熱硅脂也有著一些反映自身特性的相關性能參數,了解這些參數的含義,大體上可以有助于購買者、使用者判斷一款導熱硅脂產品的性能高低。下面為大家介紹影響導熱硅脂產品性能的七大關鍵參數:

    1)導熱系數 Thermal Conductivity

    導熱系數是指在穩定傳熱條件下,1m厚的材料,兩側表面的溫差為1度(K,℃),在1秒鐘內(1S),通過1平方米面積傳遞的熱量,單位為W/m·K(此處為K可用℃代替)。

    2)熱傳導系數 Thermal Conductance

     傳熱系數以往稱總傳熱系數。國家現行標準規范統一定名為傳熱系數。傳熱系數K值,是指在穩定傳熱條件下,圍護結構兩側空氣溫差為1度(K,℃),1s內通過1平方米面積傳遞的熱量,單位是W/㎡·K(此處K可用℃代替)。

    3)熱阻系數 Thermal Resistance

    熱阻系數表示物體對熱量傳導的阻礙效果。熱阻的概念與電阻非常類似,單位也與之相仿(/W),即物體持續傳熱功率為1W時,導熱路徑兩端的溫差。熱阻顯然是越低越好,因為相同的環境溫度與導熱功率下,熱阻越低,發熱物體的溫度就越低。熱阻的大小與導熱硅脂所采用的材料有很大的關系。

    4)介電常數

    對于部分沒有金屬頂蓋保護的CPU而言,介電常數是個非常重要的參數,這關系到計算機內部是否存在短路的問題。普通導熱硅脂所采用的都是絕緣性較好的材料,但是部分特殊硅脂(如含銀硅脂等)則可能有一定的導電性?,F在許多CPU都加裝了用于導熱和保護的金屬頂蓋,因此不必擔心導熱硅脂溢出而帶來的短路問題。

    5)黏度 Viscosity

    黏度是將兩塊面積為1m²的板浸于液體中,兩板距離為1米,若加1N的切應力,使兩板之間的相對速率為1m/s,則此液體的黏度為1Pa.s。將流動著的液體看作許多相互平行移動的液層,各層速度不同,形成速度梯度(dv/dx),這是流動的基本特征。由于速度梯度的存在,流動較慢的液層阻滯較快液層的流動,因此,液體產生運動阻力。為使液層維持一定的速度梯度運動,必須對液層施加一個與阻力相反的反向力。

    6)工作溫度

    工作溫度是確保導熱材料處于固態或液態的一個重要參數,溫度過高,導熱材料會因轉化為液體;溫度過低,它又會因黏稠度增加變成固態,這兩種情況都不利于散熱。導熱硅脂的工作溫度一般在-50℃~230℃。對于導熱硅脂的工作溫度,我們不用擔心,畢竟通過常規手段很難將CPU的溫度超出這個范圍。

    7)油離度

    油離度是指產品在200℃下保持24小時后硅油析出量,是評價產品耐熱性和穩定性的指標。將硅脂涂敷在白紙上觀察,會看到滲油現象,油離度高的,分油現象明顯;或打開長期放置裝有硅脂的容器,油離度大的硅脂,在硅脂表面或容器四周看見明顯的分油現象。

    以上七大參數基本涵蓋導熱硅脂的性能說明,也是主要參考導熱硅脂的好壞,因此我們在使用的時候最好能把這些參數了解清楚,才能更好地把握產品的運行性能。

     

    五如何區別導熱硅脂與導熱硅膠

    很多用戶經常會分不清導熱硅脂和導熱硅膠到底有什么區別,在購買時不知該如何選擇,很容易把硅脂和硅膠弄混淆。硅脂和硅膠雖然只是在字面上差一個字,而且都是導熱材料,不過它們的特性還是有比較大的差別的,萬一使用不當,后果可是很嚴重的。

     

    導熱硅脂

    導熱硅脂也被稱為硅膏,是一種油脂狀的,沒有粘接性能,不會干固,是采用特殊配方生產,使用導熱性和絕緣性良好的金屬氧化物與有機硅氧烷復合而成。產品具有良好的導熱性,良好的電絕緣性,較寬的使用溫度(工作溫度 -60℃ ~ 300℃),很好的使用穩定性,較低的稠度和良好的施工性能,本品無毒、無腐蝕、無味、不干、不溶解。硅脂為潤滑用,可在高負荷下應用,外觀類似大黃油,我們一般接觸比較少。

    而我們通常所說的導熱硅脂,應該被稱為硅膏,成分為硅油+填料。填料為磨得很細的粉末,成份為ZnO/Al2O3/氮化硼/碳化硅/鋁粉等。硅油保證了一定的流動性,而填料填充了CPU和散熱器之間的微小空隙,保證了導熱性。而由于硅油對溫度敏感性低,低溫不變稠,高溫下也不會變稀,而且不揮發,所以能夠使用比較長時間?,F在某些導熱硅脂使用銀粉或鋁粉作為填料,是利用了金屬的高導熱性。

     

    導熱硅膠

    導熱硅膠是一種單組份脫醇型室溫固化硅橡膠,具有對電子器件冷卻和粘接功效??稍诙虝r間內固化成硬度較高的彈性體。固化后與其接觸表面緊密貼合以降低熱阻,從而有利于熱源與其周圍的散熱片、主板、金屬殼及外殼的熱傳導。具有導熱性能高、絕緣性能好以及便于使用等優點,對包括銅、鋁、不銹鋼等金屬有良好的粘接性, 固化形式為脫醇型,對金屬和非金屬表面不產生腐蝕。

    與導熱硅脂相比低很多,而且一旦固化,很難將粘合的物體分開,一般只能用在顯卡、內存散熱片。如果用在了CPU上會導致過熱,而且很難將散熱片取下來,用力往下拔有可能直接損壞CPUCPU插座。而如果用力往下拔硅膠粘合的顯卡散熱片則有可能將顯示芯片從PCB上拔下來。

     

    六關于導熱軟片產品的六大關鍵參數

    導熱軟片是用于填充發熱器件和散熱片或金屬底座之間的空氣間隙的一種導熱介質材料,它們的柔性、彈性特征使其能夠用于覆蓋非常不平整的表面。熱量從分離器件或整個PCB傳導到金屬外殼或擴散板上,從而能提高發熱電子組件的效率和使用壽命。

    導熱軟片材料的六大關鍵參數:

           1)導熱系數;

           2)材料厚度;

           3)材料硬度(壓縮比);

           4)熱阻抗;

           5)擊穿電壓(絕緣性能);

           6)可持續工作穩定。

    影響導熱軟片的因素:

    在導熱軟片的使用中,壓力和溫度二者是相互制約的,隨著溫度的升高,在設備運轉一段時間后,導熱軟片材料發生軟化、蠕變、應力松弛現象,機械強度也會下降,密封的壓力降低,反之亦然。

           1)有良好的彈性和恢復性,能適應壓力變化和溫度波動;

           2)有適當的柔軟性,能與接觸面很好地貼合;

           3)不污染工藝介質;

           4)有足夠的韌性而不因壓力和緊固力造成破環;

           5)低溫時不硬化,收縮量??;

           6)加工性能好,安裝、壓緊方便;

           7)不粘結密封面、拆卸容易;

    (8)價格便宜,使用壽命長。

    七如何正確使用導熱軟片

    現今,導熱界面材料中的導熱軟片系列產品已經應用于電子電器產品的控制主板、電子電器、汽車機械、電腦主機、筆記本電腦、DVD、VCD及任何需要填充以及散熱模組的材料,其主要功能是專門為利用縫隙傳遞熱量,同時還起到絕緣、減震、密封等作用。

     

    正確使用導熱軟片的步驟:

     

    ?  第一步:保持與導熱硅膠片接觸面的干凈,用不脫毛棉布檫干凈器件表面(芯片與散熱板),預防導熱軟片黏上污穢,污穢的導熱軟片自粘性和密封導熱性會變差。

     

    ?  第二步:用浸過工業清潔劑的棉布檫干凈器件表面(芯片與散熱板),去油污及污穢。

     

    ?  第三步:導熱軟片兩面都帶保護膜,先撕下其中一面導熱軟片上的保護膜,不能同時撕去兩面保護膜,減少直接接觸導熱軟片的次數和面積,保持導熱軟片自粘性及導熱性不至于受損。

     

    ?  第四步:撕去保護膜的一面,朝向散熱器或發熱源,先將導熱軟片對齊散熱器或發熱源。貼合導熱軟片時一定要注意平整度,皺褶不平的導熱軟片會影響安裝及導熱效果。導熱軟片可反復使用,使其安裝平整即可。

     

    ?  第五步:撕去導熱軟片的另一面保護膜,應輕盈操作避免將它拉起移動而受到損壞。對準發熱源或散熱器輕壓,以使導熱軟片在散熱源與散熱器之間粘接牢固平整。

     

    ?  第六步:導熱軟片自帶微粘性,散熱器安裝需要螺絲或其它固定粘接才可以牢牢固定。

    導熱軟片應用范圍越來越廣,其規格適用于產品上也是多樣多化,MSK是一致力于導熱軟片、電子粘接膠、導熱灌封膠、導熱硅脂、水性漆乳液等新材料研究開發、生產及經營的品牌,可根據顧客的需求裁切、可選厚度、可依需求背膠,更好的達到客戶的要求。

     

    高導熱4.0有機硅材料的制備與研究

    隨著電子產品向整機小型化、多功能化和高性能化發展,高密度三維系統集成技術應運而生。三維系統集成使得組裝效率高、信號傳輸速度快、系統可靠性更好。具有這些優點的同時也會導致基板單位面積上發熱量增大,散熱問題越來越引起重視。這就對散熱材料提出了更高的性能要求。通過散熱設計將電子產品內集聚的熱量及時導出,維持工作溫度在合理的設計范圍內,從而保證產品的系統穩定性和可靠性。熱導率用來描述材料的導熱能力,熱導率越高,表明材料的導熱能力越高。因此,高性能散熱材料最基本的要求就是熱導率足夠高。

    高性能的導熱墊片一般要滿足熱導率足夠高、產品可靠性好、使用方便、減震降噪、綠色環保等要求。除了基本的熱導率以外,客戶還會關注導熱墊片的壓縮形變量、熱阻的變化以及瞬時壓力和長期壓力等;對于薄制品還會關注產品的操作性能,主要是剝離力的大小等。因導熱墊片用于填充縫隙而已,受力很小,所以力學性能普遍要求不高,所以產品應用廣泛。隨著電子產品的性能要求不斷提高,對導熱墊片的要求也越來越高。導熱墊片將不斷的升級換代。對此,人們做了很多探索,但是熱導率多在3.0W/(m·K)以下,配方不確定性大,與實際產品應用嚴重脫離,特別是對于可靠性的研究更少。本實驗以反應性硅油為基料,添加高性能導熱填料,制得熱導率4.0W/(m·K)的導熱墊片,產品使用性、可靠性好,能滿足客戶高性能導熱墊片的使用要求。

    1 實驗

    1.1 主要原料及設備

    低黏度乙烯基硅油:黏度200mPa·s,乙烯基摩爾分數0.35%;高黏度乙烯基硅油:黏度5000mPa·s,乙烯基摩爾分數0.35%;含氫硅油:黏度50mm2/s,活性氫質量分數0.1%;乙烯基MQ硅樹脂;鉑金催化劑(D5000C)、抑制劑乙炔環己醇SC601H;氧化鋁:純度99%,平均粒徑20μm,中國鋁業股份有限公司鄭州研究院;氮化鋁:純度99.5%,平均粒徑0.5μm,上海申驛新材料科技發展有限公司;球形氧化鋁:純度≥99.8%,平均粒徑70μm,南京天行新材料有限公司。雙行星攪拌機:DMP-1QT型,羅斯設備有限公司;烘箱:Z120306型,熱循環式,深圳市章氏電熱設備有限公司?

    1.2 有機硅導熱墊片的制備

    將低黏度乙烯基硅油80g、高黏度乙烯基硅油8g、含氫硅油6g、改性硅樹脂5g、催化劑1.0g、抑制劑0.2g加入到攪拌釜中攪拌0.5h,抽真空脫去氣泡;然后加入氮化鋁55g,攪拌0.5h,再加入氧化鋁445g,攪拌均勻后抽真空脫去氣泡;最后加入球形氧化鋁402g,攪拌0.5h,抽真空脫去氣泡。將所得膏狀物在離型膜之間成型一定厚度,先在120℃硫化30min,然后在150℃下烘烤30min,制得有機硅導熱墊片。

    1.3 性能測試

    熱導率:采用瑞典HotDisk公司的TPS2500S型導熱系數測量儀,按ASTMD54702006測試;熱阻:采用臺灣瑞領科技股份有限公司的LW9389型熱阻儀,按ASTMD54702006測試;硬度:采用上海奧瓦測試儀器有限公司的邵氏OO型硬度計測試;密度:采用美國康塔儀器公司的DPY-31型真密度儀,以氦氣真密度法測試;拉伸強度:采用美國阿美特克有限公司的LS1型電子萬能試驗機,按ASTMD4122006測試;拉斷伸長率:采用深圳萬測實驗設備有限公司的ETM103A型控制電子萬能試驗機,按ASTMD4122006測試;體積電阻率:采用上海世祿儀器有限公司的1508型絕緣測試儀,按ASTMD2572007測試;相對介電常數:采用吉林省華洋儀器設備有限公司的HJC-50kV擊穿電壓測試儀按ASTMD1502011測試;180°剝離力:采用Chemsultants International Inc.AR-1000型剝離力測試儀測試;高溫老化性:采用深圳市章氏電熱設備有限公司的Z120306型熱循環式烘箱;測試方法:樣品在150℃放置440h冷卻到室溫測試熱阻;冷熱沖擊老化性:采用煙臺信達儀表有限公司的WIEETS60型高低溫沖擊箱測試;測試方法:-40~125℃進行冷熱循環實驗,樣品-40℃放置0.5h然后125℃放置0.5h,這樣的過程為1個循環,共計測試440個循環后冷卻至室溫,測試樣品熱阻;濕熱老化性:采用東莞市慶聲實驗設備有限公司的KTHB-415TBS型恒溫恒濕箱于85℃、相對濕度85%條件下中放置440h后冷卻到室溫測試樣品熱阻。

     

    瞬時壓力:在指定壓縮速率下,測試達到指定壓縮形變量的壓力;長期壓力:在指定壓縮速率下,測試維持指定壓縮形變量5min以上的壓力。

    2 結果與討論

    2.1 導熱墊片的性能指標

    高性能導熱墊片的熱導率要求比較高,一般來講高熱導率都是靠高的導熱填料量來實現的,當導熱填料量占到體系總質量的90%時,熱導率達4.0W/m·K;此時密度3.4g/cm3,相對于普通導熱墊片來講,拉斷伸長率降低明顯,仍然保持優異的電絕緣性能。所制得有機硅導熱墊片的性能見表1。

    2.2 厚度對導熱墊片壓縮形變的影響

    壓縮形變也是高性能導熱墊片的重要指標,壓縮形變越大,產品柔順性越好,更易于貼合緊密,界面熱阻越小,從而達到更好的導熱效果。不同厚度的產品有不同的壓縮形變,一般情況下,壓縮形變壓縮速率為0.5mm/min,厚度對導熱墊片壓縮形變影響見圖1?

    由圖1可以看出,相同壓力下,厚度越大,壓縮形變越高。一般要求厚產品的壓縮形變能達到60%以上(一般小于0.69MPa),可以根據壓縮形變曲線初步選擇產品。

    2.3 厚度對導熱墊片熱阻的影響

    高性能導熱墊片特征之一就是低熱阻,熱阻越低,導熱效果越好。不同厚度的產品熱阻不同。厚度對導熱墊片熱阻的影響見圖2?

    由圖2可見,產品厚度越大,其熱阻越大。相同厚度的產品隨著壓力的增大,其熱阻接近線性下降。產品厚度的選擇是根據導熱元件的設計決定的,導熱設計單元縫隙的寬度對應產品的厚度?

     

    2.4 瞬時壓力及長期壓力對導熱墊片壓縮形變的影響

    導熱墊片瞬時壓力及長期壓力測試結果見表2?

    由表2可見,在25.4mm/min的壓縮速率下,要達到30%的壓縮形變,則需要瞬時壓力0.259MPa,維持30%的壓縮形變則需要長期壓力0.037MPa。瞬時壓力和長期壓力貼近應用,使用十分方便。

    2.5 剝離力對導熱墊片操作使用性能的影響

    導熱填料添加量大,導熱墊片的熱導率高,但產品的本體強度變小,嚴重的也會沾污電子元件,產品有環保方面的缺陷。因此,高性能導熱墊片設計時要考慮剝離力與產品操作性的關系。一般來講,薄制品要求操作性高于厚制品。即使導熱墊片不沾污離型膜,但在揭掉離型膜的過程中,薄的導熱墊片如果剝離力較大,離型膜會將導熱墊片帶起移位,影響使用。剝離力對導熱墊片操作性的影響見表3。

    由表3可見,對于0.8mm的導熱墊片,當剝離力大于12g/25mm時,操作性差,剝離力為8g/25mm時,操作性最好。因為產品越厚越容易揭掉離型膜,所以本實驗只討論薄產品?

     

    2.6 導熱墊片的可靠性

    一款新產品的升級換代,一般都需做可靠性對比測試??煽啃詼y試包括高溫老化測試、冷熱沖擊老化測試和濕熱老化測試。在產品升級換代過程中,客戶要求導熱墊片老化440h后,其導熱性能不低于原參比樣品??煽啃詼y試結果見圖3~5。


    由圖3~5可見,導熱墊片150℃老化440h的過程中,熱阻低于參比樣品;冷熱沖擊老化440h過程中,導熱墊片熱阻低于參比樣品;濕熱老化440h過程中,導熱墊片熱阻低于參比樣品。

    綜合來看,相同厚度的導熱墊片升級后的可靠性好于原參比樣品?

    3 結論

    以反應性硅油為基料,氧化鋁和氮化鋁為導熱填料制得高性能的導熱墊片。較佳配方為:低黏度乙烯基硅油80g、高黏度乙烯基硅油8g、含氫硅油6g、改性硅樹脂5g、催化劑1.0g、抑制劑0.2g加入到攪拌釜中攪拌0.5h,抽真空脫去氣泡;然后加入氮化鋁55g,攪拌0.5h,再加入氧化鋁445g攪拌均勻后抽真空脫去氣泡;最后加入球形氧化鋁402g,攪拌0.5h抽真空脫去氣泡。此配方制得的產品熱導率達4.0W/m·K),操作使用方便,可靠性好,能滿足客戶高性能導熱墊片的使用要求?


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