材料高熱導(dǎo)率絕緣材料匯總整編

1、.高熱導(dǎo)率絕緣材料整理.目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 o Current Document 常見材料的熱導(dǎo)率 4 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 影響材料熱導(dǎo)率的因素 4 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 高熱導(dǎo)率材料的制備與性能 4 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 高導(dǎo)熱基板材料 5.高熱導(dǎo)率無機物填充聚乙烯復(fù)合塑料 5高熱導(dǎo)率無機物填充酚醛樹脂復(fù)合塑料 6 HYPERLINK l bookmark

2、10 o Current Document 高導(dǎo)熱高彈性硅膠材料 6 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 高導(dǎo)熱粘合劑材料7. HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 四高熱導(dǎo)率材料的一些發(fā)展思路 8 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 開發(fā)新型導(dǎo)熱材料8. HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 填充粒子表面改性處理8. TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark20 o Curren

3、t Document 成型工藝條件選擇及優(yōu)化8 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 五熱傳遞解決思路的幾個考慮因素 8 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 熱阻值的考慮8.接觸熱阻的考慮9. HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 六參考文獻 10.常見材料的熱導(dǎo)率鉆石的熱導(dǎo)率在已知礦物中最高的。各類物質(zhì)的熱導(dǎo)率 W/(mK) 的大致范圍是： 金屬為50415,合金為12120,絕熱材料為 0.030.17, 液體為0.170.7 ,氣體為0.0070.1

4、7,碳納米管高達 1000以上。一些常用材料的熱導(dǎo)率詳見“附錄一”。影響材料熱導(dǎo)率的因素?zé)釋?dǎo)率人與材料本身的關(guān)系如下表：廳P考慮因素影響大小描述1壓力關(guān)系不大-2溫度關(guān)系很大純金屬和大多數(shù)液體的熱導(dǎo)率隨溫度 的開局而降低，但水例外；非金屬和氣體的熱導(dǎo)率隨溫度的升高 而增大。3含濕量/結(jié)構(gòu)/孔隙度 (對于固體)有關(guān)系一般含濕量大的物料熱導(dǎo)率大。如干石專 的熱導(dǎo)率約為0.27W/(m - K)而濕磚熱導(dǎo) 率為 0.87W/(m - K)o4密度有關(guān)系物質(zhì)的密度大，其熱導(dǎo)率通常也較大。5雜質(zhì)含量有關(guān)系金屬含雜質(zhì)時熱導(dǎo)率降低，合金的熱導(dǎo) 率比純金屬低。6化學(xué)成分有關(guān)系化學(xué)成分越復(fù)雜，雜質(zhì)含量越多，尤其

5、 是形成固溶體時，熱導(dǎo)率卜降越明顯，例 如：鎂鋁尖晶石白熱導(dǎo)率比A12O3和MgO 的都小。7氣孔率有關(guān)系氣孔能顯著降低材料的熱導(dǎo)率，因為氣 體的熱導(dǎo)率比固體的要小得多。三高熱導(dǎo)率材料的制備與性能.高導(dǎo)熱基板材料高散熱系數(shù)之基板材料是 LED封裝的重要部分，氧化鋁基板為大功率LED的發(fā)展做出了很大的貢獻。但隨著LED功率更大化的發(fā)展，氧化鋁材料已經(jīng)不能 夠滿足。如何得到更優(yōu)良的散熱基板，一直是 LED行業(yè)追求的方向。被寄希望取代氧化鋁的材料包含了兩類:第一類為單一材質(zhì)基板，如硅基板、碳化硅基板、陽極化鋁基板或氮化鋁基 板。其中硅及碳化硅基板之材料半導(dǎo)體特性，使其現(xiàn)階段遇到較嚴苛的考驗。而 陽極

6、化鋁基板則因其陽極化氧 化層強度不足而容易因碎裂導(dǎo)致導(dǎo)通，使其在實 際應(yīng)用上受限。因而，現(xiàn)階段較成熟且普通接受度較高的即為以氮化鋁作為散熱 基板。然而，目前受限于氮化鋁基板不適用傳統(tǒng)厚膜制程 （材料在銀膠印刷后須 經(jīng)850c大氣熱處理，使其出現(xiàn)材料信賴性問題），因此，氮化鋁基板線路需以薄 膜制程備制。以薄膜制程備制之氮化鋁基板大幅加速了熱量從 LED晶粒經(jīng)由基板 材料至系統(tǒng)電路板的效能，因此大幅降低熱量由LED晶粒經(jīng)由金屬線至系統(tǒng)電路 板的負擔(dān)，進而達到高熱散的效果。第二類為陶瓷基復(fù)合材料基板（覆銅板等）高導(dǎo)熱塑料材料對填充型導(dǎo)熱絕緣高分子，熱導(dǎo)率取決于高分子和導(dǎo)熱填料的協(xié)同作用。 分 散于樹

7、脂中的導(dǎo)熱填料，當(dāng)填料量提高到某一臨界值時，填料間形成接觸和相互 作用，體系內(nèi)形成了類似網(wǎng)狀或鏈狀結(jié)構(gòu)形態(tài)。 當(dāng)導(dǎo)熱網(wǎng)鏈的取向與熱流方向一 致時，材料導(dǎo)熱性能提高很快；體系中在熱流方向上未形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈時， 會造成 熱流方向上熱阻很大，導(dǎo)致材料導(dǎo)熱性能很差。因此，在體系內(nèi)最大程度上形成 熱流方向上的網(wǎng)鏈是核心所在。部分無機填料的熱導(dǎo)率見下表：材料名稱熱導(dǎo)率【材料名稱熱導(dǎo)率【W(wǎng)/（m.K”氮化鋁150硼氮立方體1300硼氮六方體40120材料名稱熱導(dǎo)率【W(wǎng)/（m.K”碳化硅25100三氧化二鋁2540氧化鎂2550高熱導(dǎo)率無機物填充聚乙烯復(fù)合塑料Hatsuo I研究了 BN/PB僚丁二烯）熱導(dǎo)率及

8、力學(xué)性能，研究發(fā)現(xiàn) BN的高導(dǎo).熱性和A階PB樹脂低粘度使BN易于被潤濕和混合，可實現(xiàn)較大量填充。BN質(zhì) 量分數(shù)為88%寸，體系熱導(dǎo)率32.5W/(m.K)0 SEM表明體系內(nèi)不形成了導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò) 通路，BN與PB相界面間結(jié)合良好，界面熱阻小。止匕外，在水中浸泡24H材料吸水率小于0.1%,隨著BN減少，吸水率降低。(5)另外，美國先進陶瓷公司和 EPI償司開發(fā)出熱導(dǎo)率2035 W/(m.K)的BN/PB 復(fù)合工程塑料，可用普通工藝如模壓成型實現(xiàn)，主要用于電子封裝、集成電路板、 電子控制元件等產(chǎn)品。(5)高熱導(dǎo)率無機物填充酚醛樹脂復(fù)合塑料Hatsuo I以AlN填充酚醛制得了可用于導(dǎo)熱性電子封裝材

9、料，AlN最大填充量78.5% (體積比)時，熱導(dǎo)率達到了 32.5 W/(m.K)0 (5)高導(dǎo)熱高彈性硅膠材料目前在有機硅領(lǐng)域所使用的導(dǎo)熱材料多數(shù)為氧化鋁、氧化硅、氧化鋅、氮化鋁、氮化硼、碳化硅等。尤其是以微米氧化鋁、硅微粉為主體，納米氧化鋁，氮 化物做為高導(dǎo)熱領(lǐng)域的填充粉體；而氧化鋅大多做為導(dǎo)熱膏(導(dǎo)熱硅脂)填料用。 (8)常用填充材料的熱導(dǎo)率見下表：(8)材料名稱熱導(dǎo)率【W(wǎng)/(m.K”備注氧化鍍(有毒)270氮化鋁80320氮化硼125有文章寫60 W/(m.K)碳化硅83.6有文章寫 170220 W/(m.K)氧化鎂36氧化鋁30氧化鋅26二氧化硅(結(jié)晶型)20以上針對以上材料在產(chǎn)

10、品應(yīng)用上的優(yōu)缺點分析如下:材料優(yōu)勢缺點氮化鋁熱導(dǎo)率非常高價格昂貴，通常每公斤在千兀以上；氮化鋁吸潮后會與水反應(yīng)會水解AlN+3H20=Al(OH)3+NH3 ,水解產(chǎn)生的Al(OH)3會使導(dǎo)熱通路產(chǎn)生中斷，進而影響聲于的傳 遞，因此做成制品后熱導(dǎo)率偏低。即使用硅烷偶聯(lián)劑進行表面處 理，也不能保證100啜料表面被包覆；.體系粘度極具上升，嚴重限制了產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。氮化硼熱導(dǎo)率非常 高，性質(zhì)穩(wěn)定價格很高，市場價從幾百兀到上千兀（品質(zhì)7、同差別較大）；大量填充后體系粘度極具上升，嚴重限制了產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。聽說有國外1商有生產(chǎn)球形 BN廣品粒徑大，比表面積小，填充 率高，不易增粘，價格極高。碳化硅熱導(dǎo)

11、率較局合成過程中產(chǎn)生的碳及石墨難以去除，導(dǎo)致產(chǎn)品純度較低，電 導(dǎo)率高，不適合電子用膠；密度大，在有機硅類膠中易沉淀分層，影響產(chǎn)品應(yīng)用。環(huán)氧膠 中較為適用。氧化鎂價格便宜在空氣中易吸潮，增粘性較強，不能大量填充；耐酸性差，一般情況下很容易被酸腐蝕，限制J具在酸性環(huán)境 下的應(yīng)用。a -氧化鋁 （針狀）價格便宜添加量低，在液體硅膠中，普通針狀氧化鋁的最大添加量一般 為300份左右，所得產(chǎn)品熱導(dǎo)率有限。a -氧化鋁 （球形）填充里大，仕 液體硅膠中， 球形氧化鋁最 大可添加到600800 份， 所得制品熱導(dǎo)率局價格較貴，但低于氮化硼和氮化鋁。氧化鋅粒徑及均勻性 很好，適合生 產(chǎn)導(dǎo)熱硅脂導(dǎo)熱性偏低，不適

12、合生產(chǎn)高導(dǎo)熱產(chǎn)品；質(zhì)輕，增粘性較強，不適合灌封。石英粉（結(jié)晶型）譽度大，適合 灌封；價格低， 適合大量填 充，降低成本。導(dǎo)熱性偏低，不適合生產(chǎn)高導(dǎo)熱產(chǎn)品； 密度較高，可能產(chǎn)生分層。綜上，不同填料有各自特點，選擇填料時應(yīng)充分利用各填料的優(yōu)點， 采用幾 種填料進行混合使用，發(fā)揮協(xié)同作用，既能達到較高的熱導(dǎo)率，又能有效的降低 成本，同時保障填料與有機硅基體的混溶性。汪倩等研究了 AlN/Al2O3/SiC/MgO混合填料填充室溫硫化硅橡膠的導(dǎo)熱 性能。所得硅橡膠的熱導(dǎo)率為1.32.5 W/（m.K）。SEBS勺甲苯溶液與BN或Al2O3混合后，經(jīng)干燥可制得高導(dǎo)熱性和電絕緣性能的彈性體材料，SEBS/

13、BN用苯質(zhì)量比為2:7.5:7時，材料熱導(dǎo)率達6.4 W/（m.K）。高導(dǎo)熱粘合劑材料章文捷等研究了 AlN/Al2O3混合填充的有機硅灌封材料，熱導(dǎo)率達到了 0.89W/（m.K）0張曉輝等分別用 SiC AlN、Al2O3填充環(huán)氧膠黏劑，發(fā)現(xiàn)填料分數(shù)存 在一臨界點，該臨界點歸因于材料內(nèi)部有效導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的建立。由于SiC價格低，.熱導(dǎo)率高，填充份數(shù)為53.9%寸，熱導(dǎo)率為4.234 WZ(m.K),力學(xué)性能較好。王鐵 如以氧化鋁和氮化硼填充環(huán)氧改性膠黏劑，制得熱導(dǎo)率1.14 WZ(m.K),體積電阻率10 12次方Q .m,表面電阻率10的14次Q .m的L-1型膠黏劑。經(jīng)濕熱試驗后 電氣強度

14、大于25MV/m,粘結(jié)強度大于5MPa,長期工作溫度200250C。石紅 采用AlN填充改性環(huán)氧，制得熱導(dǎo)率1.2 W/(m.K)的粘結(jié)劑，具擊穿強度9.8MV/m , 體積電阻率1.04*10的12次方Q .m。四高熱導(dǎo)率材料的一些發(fā)展思路開發(fā)新型導(dǎo)熱材料如利用納米顆粒填充，熱導(dǎo)率可增加不少，尤其是某些共價鍵型材料變?yōu)榻?屬鍵型材料，導(dǎo)熱性能急劇上升。填充粒子表面改性處理樹脂和導(dǎo)熱填料界面對塑料導(dǎo)熱性能有重要影響，所以導(dǎo)熱填料表面的潤濕 程度影響著導(dǎo)熱填料在基體中的分散情況， 集體與填料粒子的粘結(jié)程度及兩者界 面的熱障。成型工藝條件選擇及優(yōu)化導(dǎo)熱填料與塑料的復(fù)合方式及成型過程中溫度、壓力、填

15、料及各種助劑的加 料順序等對導(dǎo)熱性能有明顯影響。多種粒徑導(dǎo)熱填料混合填充時，填料的搭配對 提高導(dǎo)熱性能和降低粘度有明顯 。導(dǎo)熱填料不同粒徑分布變化時，體系導(dǎo)熱性 能和粘度發(fā)生規(guī)律性變化，當(dāng)粒徑分布適合時，可得到最高熱導(dǎo)率和最低粘度的 混合體系。五熱傳遞解決思路的幾個考慮因素?zé)嶙柚档目紤]傅力葉方程式:Q=X AAT/dR=5/Q(Q:熱量，W;入：熱導(dǎo)率，W/mk ; A：接觸面積；d:熱量傳遞距離；溫度差；R:熱阻值).將上面兩個公式合并，可以得到:入=d/R。因為人值是不變的，可以看得出熱阻R值，同材料厚度d是成正比的。也就 說材料越厚，熱阻越大。但如果仔細看一些導(dǎo)熱材料的資料，會發(fā)現(xiàn)很多導(dǎo)

16、熱材料的熱阻值R,同厚度d并不是完全成正比關(guān)系。這是因為導(dǎo)熱材料大都不是單一成分組成， 相應(yīng)會 有非線性變化。厚度增加，熱阻值一定會增大，但不一定是完全成正比的線性關(guān) 系，可能是更陡的曲線關(guān)系。所以，對于導(dǎo)熱材料，選用合適的熱導(dǎo)率外，材料厚度是對性能有很大關(guān)系的 選擇熱導(dǎo)率很高的材料，但是厚度很大，也是性能不夠好的。接觸熱阻的考慮接觸熱阻是因為相互接觸物體接觸面的粗糙度 ，平面度，以及接觸物質(zhì)的表 面處理方式使得導(dǎo)熱通道不順暢，使得接觸面產(chǎn)生熱積聚，熱源產(chǎn)生的熱量不能迅 速有效的傳導(dǎo)到散熱器表面。最理想的散熱選擇是：熱導(dǎo)率高、厚度薄，完美的界面接觸。目前行業(yè)內(nèi)高良率的散熱器加工尺寸工差為 +/-0.25mm,平面度為 0.15mm/30mmx30mm ,如果提高加工精度則會在很大程度上提高產(chǎn)品成本，因 此，接觸面的間隙采用導(dǎo)熱介質(zhì)材料填充，可以很好的將空氣擠出，從而增加系統(tǒng)散熱水平。目前，有三種介質(zhì)材料可選擇：導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱雙面膠、導(dǎo)熱硅膠片。有了導(dǎo)熱硅膠片的補充，可以使接觸面更好的充分接觸，真正做到面對面的 接觸.在溫度上的反應(yīng)可以達到10度以上的溫差。導(dǎo)熱硅膠片在熱導(dǎo)率方面可選擇性較大，可以從0.8w/k.m -3.0w/k.m以上， 且性能穩(wěn)定。 TOC o 1-5 h z 導(dǎo)熱