关于高导热4.0有机硅材料的制备与研究

康達科技集團(Qanta Group), 是全球领先的有机硅解决方案供应商之一,致力于提供个性化的有机硅解决方案。其拥有从金属硅到特种有机硅材料的全方位产品供应链。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年以上历史,与全球500强企业有合作销售经验,是一家集科研,开发,生产及销售为一体的国家级高新技术企业,拥有国际化品质,技术和管理及提供一条龙Silicone 材料应用整合。公司拥有广泛的销售和研发网络,可提供有利于未来可持续发展的创新技术和基于市场需求的解决方案

主要经营产品包括沉淀胶、气相胶、导电胶、阻燃胶、耐高温胶、绝缘子胶、出油胶、LSR液态射出型硅橡胶、自粘选择性接着液态射出胶、有机硅改质剂、硫化剂、脱模剂、发泡剂等。康达科技集团有机硅事业部二部经营产品专业应用在特殊塗布、延压、㨈出、射出、模压等硅膠制品行业。

产品广泛应用在在按键、密封圈、挤出管、胶辊、垫片、导电黑粒、阳极帽、电线电缆、绝缘子、自润滑油封、耐热、防火、运动器材和医疗保健等硅胶产品,为多数国际知名企业采用。关于导热硅脂和导热硅胶 

导热硅脂的定义

   导热硅脂也被称为硅膏,是一种油脂状的,没有粘接性能,不会干固,是采用特殊配方生产,使用导热性和绝缘性良好的金属氧化物与有机硅氧烷复合而成。产品具有良好的导热性,良好的电绝缘性,较宽的使用温度(工作温度 -60℃ ~ 300℃),很好的使用稳定性,较低的稠度和良好的施工性能,本品无毒、无腐蚀、无味、不干、不溶解。 硅脂为润滑用,可在高负荷下应用,外观类似大黄油,我们一般接触比较少。

而我们通常所说的导热硅脂,应该被称为硅膏,成分为硅油+填料。填料为磨得很细的粉末,成份为ZnO/Al2O3/氮化硼/碳化硅/铝粉等。硅油保证了一定的流动性,而填料填充了CPU和散热器之间的微小空隙,保证了导热性。而由于硅油对温度敏感性低,低温不变稠,高温下也不会变稀,而且不挥发,所以能够使用比较长时间。现在某些导热硅脂使用银粉或铝粉作为填料,是利用了金属的高导热性。

 

导热硅脂是一种高导热绝缘有机硅材料,几乎永远不固化,可在-50-+230℃的温度下长期保持使用时的脂膏状态。既具有优异的电绝缘性,又有优异的导热性,同时具有低游离度(趋向于零),耐高低温、耐水、臭氧、耐气候老化。它可广泛涂覆于各种电子产品,电器设备中的发热体 (功率管、可控硅、电热堆等)与散热设施(散热片、散热条、壳体等)之间的接触面,起传热媒介作用和防潮、防尘、防腐蚀、防震等性能。适用于微波通讯、微波传输设备、微波专用电源、稳压电源等各种微波器件的表面涂覆或整体灌封,此类硅材料对产生热的电子元件,提供了极佳的导热效果。如:晶体管、CPU组装、热敏电阻、温度传感器、汽车电子零部件、汽车冰箱、电源模块、打印机头等。

 

应用范围

导热硅脂是用来填充CPU与散热片之间的空隙的材料的一种,这种材料又称之为热界面材料。其作用是用来向散热片传导CPU散发出来的热量,使CPU温度保持在一个可以稳定工作的水平,防止CPU因为散热不良而损毁,并延长使用寿命。

在散热与导热应用中,即使是表面非常光洁的两个平面在相互接触时都会有空隙出现,这些空隙中的空气是热的不良导体,会阻碍热量向散热片的传导。而导热硅脂就是一种可以填充这些空隙,使热量的传导更加顺畅迅速的材料。

市面上的硅脂有很多种类型,不同的参数和物理特性决定了不同的用途。例如有的适用于CPU导热,有的适用于内存导热,有的适用于电源导热。

导热硅脂的液体部分是由硅胶和硅油组成,市场上大部分的产品是用二甲基硅油为原料,而二甲基硅油的沸点是在140°C180°C之间,容易产生挥发,出现渗油现象,线路板上会留有油脂痕迹。油脂脱离现象会使客户感觉硅脂干了。

导热硅脂既具有优异的电绝缘性,又有优异的导热性,同时具有低油离度(趋向于零),耐高低温、耐水、臭氧、耐气候老化。并且几乎永远不固化,可在-50-+230℃的温度下长期保持使用时的脂膏状态。是电子元器件理想的填隙导热介质。

 

二选对导热硅脂,提升散热效果

散热器作为散热环节中重要的组成部分,看似无所谓的导热硅脂其实在整个散热过程中扮演着非常重要的角色。选择合适的导热硅脂,对提升元器件的散热效果有很大的帮助!

想提升元器件的散热性能靠什么?散热器本身的性能?没错,但是你考虑过其他方面会对散热带来的影响么?导热硅脂!我们要说的就是导热硅脂,每个人都知道如何正确的去涂抹导热硅脂,如何增大散热器和CPU的贴合程度来提高散热效果。但是,当我们面对那些颜色、类型不同的导热硅脂时,有没有想过,只要选对合适的硅脂,不仅会对提升散热能力有一定的帮助,而且也会带来不错的静音效果。更为重要的是,可以为我们省下一笔升级散热器的费用。

由于导热硅脂的不会凝固、导热能力强、价格便宜等特点,让其已经成为了当下DIY市场上的主流产品。大多数导热硅脂是由硅油+填充物组成的,由于填充物的不同,使得硅脂有多种颜色。而导热硅胶通常用于低端显卡等设备上,有些膏状硅胶凝固之后,很难再被取下,并不适用于在民用CPU上使用,其导热能力要比导热硅脂差,凝固后很难将散热器取下,不便于玩家的日常清理及升级,所以玩家们使用时通常用的是导热硅脂。

对于导热硅脂来说,其性能参数并不比一款机箱少多少。对于普通玩家来说,我们只要看重其导热系数和传热系数两个主要参数即可。

导热硅脂目前市面上常见的有白色、灰色两种颜色的产品。顾名思义,导热硅脂的主要成分为硅油,其特点为特性稳定,耐高温和低温,并且不会出现变稠和变稀的情况出现,加上不易发挥、价格便宜等特点,让其成为目前主流的热传导介质。

 ▶  白色导热硅脂

白色的导热硅脂成分主要为硅油,添加物相对来说也比较少,在导热能力上较弱,所以价格非常便宜,在一些低端显卡上我们经常可以看到它的影子。不过随着目前硬件对散热需求的增加,这种白色导热硅脂已经逐渐退出市场。

▶  灰色导热硅脂

灰色的导热硅脂由于内部添加物较多,所以颜色相对要深一些。大部分灰色硅脂内部的填充物为石墨、铝粉。不过由于金属粉末具备一定的导电性,如果溢出的话会对硬件造成损害,所以目前有些导热硅脂使用较高绝缘度的金属氧化物来代替金属粉末,不必再为导电性而发愁。为了进一步提高导热硅脂的导热能力,目前一些厂商还会在硅脂中添加一定比例的银粉。

 

三导热硅脂应用于电脑处理器散热的神奇功效

 

       对于电脑来说,是一个非常夸张且复杂的电子系统,他会发出很高的热量,如果没有导热硅脂,甚至当你在玩大型3D游戏的时候,你的四核处理器会撑不过1个小时就死机了。导热硅脂真的这么神奇么?

 

       像是Corei7这样的处理器,Intel在广告里花言巧语的宣称,他们的性能多么的强大,但是他们的功耗又如此的低廉。事实上呢,一颗Corei7处理器的TDP会高达130W,他们会在一个非常小的面积上,非常集中的发散出巨大的热量,我们需要通过CPU散热器,把它发散出来的热量快速的带走。由此,导热硅脂就成为了处理器顶盖与散热器之间,热量交换传导的纽带。

 

       也许你可能盲目的认为,无论是处理器还是散热器,他们的表面都足够光滑,但是如果你在显微镜下观察的话,你就会发现他们的表面并不像是你看到的那么平整,各种沟槽和表面起伏都会严重影响到散热传导的效率。细小的沟槽和突起,使得他们的表面并不能完美的贴在一起,因此在这些缝隙之间就会存有空气。而空气算不良的导热材料,随着处理器的工作与发热,这些细缝中的空气也会膨胀,由此处理器与散热器之间的缝隙就会进一步扩大。

 

       不过现在我们有了一个救星,那就是导热硅脂。它可以填补处理器与散热器表面之间的空隙与沟壑,处理器与散热器表面无缝贴合,这样就极大的增加了热传导的面积,增加了换热的效率。

 

       导热硅脂是糊状的,通常会采用小袋、管子、瓶子、或者是注射器来承载。一些低端的导热硅脂都是以硅为基础的油脂,通常他们都是白色的粘稠状的混合物,他们可以很好的填补处理器和散热器之间的细缝;而品质较好一些的导热硅脂一般是灰色的粘稠状的混合物。

 

       在涂抹导热硅脂的时候,一定不能贪多。经过长时间的实践,只要少量的导热硅脂,就可以发挥极大的作用,米粒大小的导热硅脂足以保证处理器和散热器之间高效换热。对于较旧或者是移动型处理器,如Athlon XPPentium III这样处理器核心暴露在外的,导热硅脂的用量则要更少。

 

       一旦你已经将导热硅脂涂抹在处理器表面时,下面你就可以将它们延展开来。此时你需要准备一个塑料薄膜,拉伸薄膜,将它套在食指上,然后你必须使用较小的压力,推动导热硅脂在你处理器的各种纹路上延展开来,填平所有细小的缝隙和沟壑。在此时你必须小心谨慎,不能给处理器施加太大压力,否则如果用力过猛,你的处理器引脚肯能发生弯曲。

 

       另外还要记得,当你涂抹导热硅脂的时候,一定要让他们的密度保持一致。也许有些导热硅脂在长期的存放时,它的密度会出现不均匀的情况。你就要用你敏感的手指,将这些较大的颗粒都一一找出来,同时你也可以通过观察处理器表面导热硅脂的颜色来判定,颜色如果不一致的话,那导热硅脂涂抹的厚度也不尽相同。

 

       大多数人在涂抹导热硅脂的时候,还有一个较大的误区需要注意:很多人在涂抹完导热硅脂后,会立刻将散热器装在处理器上,这是不科学的,即使是一般的导热硅脂也需要一定的时间定型凝固。

 

导热软片是用于填充发热器件和散热片或金属底座之间的空气间隙的一种导热介质材料,它们的柔性、弹性特征使其能够用于覆盖非常不平整的表面。热量从分离器件或整个PCB传导到金属外壳或扩散板上,从而能提高发热电子组件的效率和使用寿命。

 

四影响导热硅脂产品性能的七大关键参数

自从导热硅脂面世以来,就颇受市场的欢迎,它能更好地解决一些电子元器件的散热问题。而作为一种化学物质,导热硅脂也有着一些反映自身特性的相关性能参数,了解这些参数的含义,大体上可以有助于购买者、使用者判断一款导热硅脂产品的性能高低。下面为大家介绍影响导热硅脂产品性能的七大关键参数:

1)导热系数 Thermal Conductivity

导热系数是指在稳定传热条件下,1m厚的材料,两侧表面的温差为1度(K,℃),在1秒钟内(1S),通过1平方米面积传递的热量,单位为W/m·K(此处为K可用℃代替)。

2)热传导系数 Thermal Conductance

 传热系数以往称总传热系数。国家现行标准规范统一定名为传热系数。传热系数K值,是指在稳定传热条件下,围护结构两侧空气温差为1度(K,℃),1s内通过1平方米面积传递的热量,单位是W/㎡·K(此处K可用℃代替)。

3)热阻系数 Thermal Resistance

热阻系数表示物体对热量传导的阻碍效果。热阻的概念与电阻非常类似,单位也与之相仿(/W),即物体持续传热功率为1W时,导热路径两端的温差。热阻显然是越低越好,因为相同的环境温度与导热功率下,热阻越低,发热物体的温度就越低。热阻的大小与导热硅脂所采用的材料有很大的关系。

4)介电常数

对于部分没有金属顶盖保护的CPU而言,介电常数是个非常重要的参数,这关系到计算机内部是否存在短路的问题。普通导热硅脂所采用的都是绝缘性较好的材料,但是部分特殊硅脂(如含银硅脂等)则可能有一定的导电性。现在许多CPU都加装了用于导热和保护的金属顶盖,因此不必担心导热硅脂溢出而带来的短路问题。

5)黏度 Viscosity

黏度是将两块面积为1m²的板浸于液体中,两板距离为1米,若加1N的切应力,使两板之间的相对速率为1m/s,则此液体的黏度为1Pa.s。将流动着的液体看作许多相互平行移动的液层,各层速度不同,形成速度梯度(dv/dx),这是流动的基本特征。由于速度梯度的存在,流动较慢的液层阻滞较快液层的流动,因此,液体产生运动阻力。为使液层维持一定的速度梯度运动,必须对液层施加一个与阻力相反的反向力。

6)工作温度

工作温度是确保导热材料处于固态或液态的一个重要参数,温度过高,导热材料会因转化为液体;温度过低,它又会因黏稠度增加变成固态,这两种情况都不利于散热。导热硅脂的工作温度一般在-50℃~230℃。对于导热硅脂的工作温度,我们不用担心,毕竟通过常规手段很难将CPU的温度超出这个范围。

7)油离度

油离度是指产品在200℃下保持24小时后硅油析出量,是评价产品耐热性和稳定性的指标。将硅脂涂敷在白纸上观察,会看到渗油现象,油离度高的,分油现象明显;或打开长期放置装有硅脂的容器,油离度大的硅脂,在硅脂表面或容器四周看见明显的分油现象。

以上七大参数基本涵盖导热硅脂的性能说明,也是主要参考导热硅脂的好坏,因此我们在使用的时候最好能把这些参数了解清楚,才能更好地把握产品的运行性能。

 

五如何区别导热硅脂与导热硅胶

很多用户经常会分不清导热硅脂和导热硅胶到底有什么区别,在购买时不知该如何选择,很容易把硅脂和硅胶弄混淆。硅脂和硅胶虽然只是在字面上差一个字,而且都是导热材料,不过它们的特性还是有比较大的差别的,万一使用不当,后果可是很严重的。

 

导热硅脂

导热硅脂也被称为硅膏,是一种油脂状的,没有粘接性能,不会干固,是采用特殊配方生产,使用导热性和绝缘性良好的金属氧化物与有机硅氧烷复合而成。产品具有良好的导热性,良好的电绝缘性,较宽的使用温度(工作温度 -60℃ ~ 300℃),很好的使用稳定性,较低的稠度和良好的施工性能,本品无毒、无腐蚀、无味、不干、不溶解。硅脂为润滑用,可在高负荷下应用,外观类似大黄油,我们一般接触比较少。

而我们通常所说的导热硅脂,应该被称为硅膏,成分为硅油+填料。填料为磨得很细的粉末,成份为ZnO/Al2O3/氮化硼/碳化硅/铝粉等。硅油保证了一定的流动性,而填料填充了CPU和散热器之间的微小空隙,保证了导热性。而由于硅油对温度敏感性低,低温不变稠,高温下也不会变稀,而且不挥发,所以能够使用比较长时间。现在某些导热硅脂使用银粉或铝粉作为填料,是利用了金属的高导热性。

 

导热硅胶

导热硅胶是一种单组份脱醇型室温固化硅橡胶,具有对电子器件冷却和粘接功效。可在短时间内固化成硬度较高的弹性体。固化后与其接触表面紧密贴合以降低热阻,从而有利于热源与其周围的散热片、主板、金属壳及外壳的热传导。具有导热性能高、绝缘性能好以及便于使用等优点,对包括铜、铝、不锈钢等金属有良好的粘接性, 固化形式为脱醇型,对金属和非金属表面不产生腐蚀。

与导热硅脂相比低很多,而且一旦固化,很难将粘合的物体分开,一般只能用在显卡、内存散热片。如果用在了CPU上会导致过热,而且很难将散热片取下来,用力往下拔有可能直接损坏CPUCPU插座。而如果用力往下拔硅胶粘合的显卡散热片则有可能将显示芯片从PCB上拔下来。

 

六关于导热软片产品的六大关键参数

导热软片是用于填充发热器件和散热片或金属底座之间的空气间隙的一种导热介质材料,它们的柔性、弹性特征使其能够用于覆盖非常不平整的表面。热量从分离器件或整个PCB传导到金属外壳或扩散板上,从而能提高发热电子组件的效率和使用寿命。

导热软片材料的六大关键参数:

       1)导热系数;

       2)材料厚度;

       3)材料硬度(压缩比);

       4)热阻抗;

       5)击穿电压(绝缘性能);

       6)可持续工作稳定。

影响导热软片的因素:

在导热软片的使用中,压力和温度二者是相互制约的,随着温度的升高,在设备运转一段时间后,导热软片材料发生软化、蠕变、应力松弛现象,机械强度也会下降,密封的压力降低,反之亦然。

       1)有良好的弹性和恢复性,能适应压力变化和温度波动;

       2)有适当的柔软性,能与接触面很好地贴合;

       3)不污染工艺介质;

       4)有足够的韧性而不因压力和紧固力造成破环;

       5)低温时不硬化,收缩量小;

       6)加工性能好,安装、压紧方便;

       7)不粘结密封面、拆卸容易;

(8)价格便宜,使用寿命长。

七如何正确使用导热软片

现今,导热界面材料中的导热软片系列产品已经应用于电子电器产品的控制主板、电子电器、汽车机械、电脑主机、笔记本电脑、DVDVCD及任何需要填充以及散热模组的材料,其主要功能是专门为利用缝隙传递热量,同时还起到绝缘、减震、密封等作用。

 

正确使用导热软片的步骤:

 

▶  第一步:保持与导热硅胶片接触面的干净,用不脱毛棉布檫干净器件表面(芯片与散热板),预防导热软片黏上污秽,污秽的导热软片自粘性和密封导热性会变差。

 

▶  第二步:用浸过工业清洁剂的棉布檫干净器件表面(芯片与散热板),去油污及污秽。

 

▶  第三步:导热软片两面都带保护膜,先撕下其中一面导热软片上的保护膜,不能同时撕去两面保护膜,减少直接接触导热软片的次数和面积,保持导热软片自粘性及导热性不至于受损。

 

▶  第四步:撕去保护膜的一面,朝向散热器或发热源,先将导热软片对齐散热器或发热源。贴合导热软片时一定要注意平整度,皱褶不平的导热软片会影响安装及导热效果。导热软片可反复使用,使其安装平整即可。

 

▶  第五步:撕去导热软片的另一面保护膜,应轻盈操作避免将它拉起移动而受到损坏。对准发热源或散热器轻压,以使导热软片在散热源与散热器之间粘接牢固平整。

 

▶  第六步:导热软片自带微粘性,散热器安装需要螺丝或其它固定粘接才可以牢牢固定。

导热软片应用范围越来越广,其规格适用于产品上也是多样多化,MSK是一致力于导热软片、电子粘接胶、导热灌封胶、导热硅脂、水性漆乳液等新材料研究开发、生产及经营的品牌,可根据顾客的需求裁切、可选厚度、可依需求背胶,更好的达到客户的要求。

 

高导热4.0有机硅材料的制备与研究

随着电子产品向整机小型化、多功能化和高性能化发展,高密度三维系统集成技术应运而生。三维系统集成使得组装效率高、信号传输速度快、系统可靠性更好。具有这些优点的同时也会导致基板单位面积上发热量增大,散热问题越来越引起重视。这就对散热材料提出了更高的性能要求。通过散热设计将电子产品内集聚的热量及时导出,维持工作温度在合理的设计范围内,从而保证产品的系统稳定性和可靠性。热导率用来描述材料的导热能力,热导率越高,表明材料的导热能力越高。因此,高性能散热材料最基本的要求就是热导率足够高。

高性能的导热垫片一般要满足热导率足够高、产品可靠性好、使用方便、减震降噪、绿色环保等要求。除了基本的热导率以外,客户还会关注导热垫片的压缩形变量、热阻的变化以及瞬时压力和长期压力等;对于薄制品还会关注产品的操作性能,主要是剥离力的大小等。因导热垫片用于填充缝隙而已,受力很小,所以力学性能普遍要求不高,所以产品应用广泛。随着电子产品的性能要求不断提高,对导热垫片的要求也越来越高。导热垫片将不断的升级换代。对此,人们做了很多探索,但是热导率多在3.0W/(m·K)以下,配方不确定性大,与实际产品应用严重脱离,特别是对于可靠性的研究更少。本实验以反应性硅油为基料,添加高性能导热填料,制得热导率4.0W/(m·K)的导热垫片,产品使用性、可靠性好,能满足客户高性能导热垫片的使用要求。

1 实验

1.1 主要原料及设备

低黏度乙烯基硅油:黏度200mPa·s,乙烯基摩尔分数0.35%;高黏度乙烯基硅油:黏度5000mPa·s,乙烯基摩尔分数0.35%;含氢硅油:黏度50mm2/s,活性氢质量分数0.1%;乙烯基MQ硅树脂;铂金催化剂(D5000C)、抑制剂乙炔环己醇SC601H;氧化铝:纯度99%,平均粒径20μm,中国铝业股份有限公司郑州研究院;氮化铝:纯度99.5%,平均粒径0.5μm,上海申驿新材料科技发展有限公司;球形氧化铝:纯度≥99.8%,平均粒径70μm,南京天行新材料有限公司。双行星搅拌机:DMP-1QT型,罗斯设备有限公司;烘箱:Z120306型,热循环式,深圳市章氏电热设备有限公司。

1.2 有机硅导热垫片的制备

将低黏度乙烯基硅油80g、高黏度乙烯基硅油8g、含氢硅油6g、改性硅树脂5g、催化剂1.0g、抑制剂0.2g加入到搅拌釜中搅拌0.5h,抽真空脱去气泡;然后加入氮化铝55g,搅拌0.5h,再加入氧化铝445g,搅拌均匀后抽真空脱去气泡;最后加入球形氧化铝402g,搅拌0.5h,抽真空脱去气泡。将所得膏状物在离型膜之间成型一定厚度,先在120℃硫化30min,然后在150℃下烘烤30min,制得有机硅导热垫片。

1.3 性能测试

热导率:采用瑞典HotDisk公司的TPS2500S型导热系数测量仪,按ASTMD54702006测试;热阻:采用台湾瑞领科技股份有限公司的LW9389型热阻仪,按ASTMD54702006测试;硬度:采用上海奥瓦测试仪器有限公司的邵氏OO型硬度计测试;密度:采用美国康塔仪器公司的DPY-31型真密度仪,以氦气真密度法测试;拉伸强度:采用美国阿美特克有限公司的LS1型电子万能试验机,按ASTMD4122006测试;拉断伸长率:采用深圳万测实验设备有限公司的ETM103A型控制电子万能试验机,按ASTMD4122006测试;体积电阻率:采用上海世禄仪器有限公司的1508型绝缘测试仪,按ASTMD2572007测试;相对介电常数:采用吉林省华洋仪器设备有限公司的HJC-50kV击穿电压测试仪按ASTMD1502011测试;180°剥离力:采用Chemsultants International Inc.AR-1000型剥离力测试仪测试;高温老化性:采用深圳市章氏电热设备有限公司的Z120306型热循环式烘箱;测试方法:样品在150℃放置440h冷却到室温测试热阻;冷热冲击老化性:采用烟台信达仪表有限公司的WIEETS60型高低温冲击箱测试;测试方法:-40~125℃进行冷热循环实验,样品-40℃放置0.5h然后125℃放置0.5h,这样的过程为1个循环,共计测试440个循环后冷却至室温,测试样品热阻;湿热老化性:采用东莞市庆声实验设备有限公司的KTHB-415TBS型恒温恒湿箱于85℃、相对湿度85%条件下中放置440h后冷却到室温测试样品热阻。

 

瞬时压力:在指定压缩速率下,测试达到指定压缩形变量的压力;长期压力:在指定压缩速率下,测试维持指定压缩形变量5min以上的压力。

2 结果与讨论

2.1 导热垫片的性能指标

高性能导热垫片的热导率要求比较高,一般来讲高热导率都是靠高的导热填料量来实现的,当导热填料量占到体系总质量的90%时,热导率达4.0W/m·K;此时密度3.4g/cm3,相对于普通导热垫片来讲,拉断伸长率降低明显,仍然保持优异的电绝缘性能。所制得有机硅导热垫片的性能见表1

2.2 厚度对导热垫片压缩形变的影响

压缩形变也是高性能导热垫片的重要指标,压缩形变越大,产品柔顺性越好,更易于贴合紧密,界面热阻越小,从而达到更好的导热效果。不同厚度的产品有不同的压缩形变,一般情况下,压缩形变压缩速率为0.5mm/min,厚度对导热垫片压缩形变影响见图1

由图1可以看出,相同压力下,厚度越大,压缩形变越高。一般要求厚产品的压缩形变能达到60%以上(一般小于0.69MPa),可以根据压缩形变曲线初步选择产品。

2.3 厚度对导热垫片热阻的影响

高性能导热垫片特征之一就是低热阻,热阻越低,导热效果越好。不同厚度的产品热阻不同。厚度对导热垫片热阻的影响见图2

由图2可见,产品厚度越大,其热阻越大。相同厚度的产品随着压力的增大,其热阻接近线性下降。产品厚度的选择是根据导热元件的设计决定的,导热设计单元缝隙的宽度对应产品的厚度。

 

2.4 瞬时压力及长期压力对导热垫片压缩形变的影响

导热垫片瞬时压力及长期压力测试结果见表2

由表2可见,在25.4mm/min的压缩速率下,要达到30%的压缩形变,则需要瞬时压力0.259MPa,维持30%的压缩形变则需要长期压力0.037MPa。瞬时压力和长期压力贴近应用,使用十分方便。

2.5 剥离力对导热垫片操作使用性能的影响

导热填料添加量大,导热垫片的热导率高,但产品的本体强度变小,严重的也会沾污电子元件,产品有环保方面的缺陷。因此,高性能导热垫片设计时要考虑剥离力与产品操作性的关系。一般来讲,薄制品要求操作性高于厚制品。即使导热垫片不沾污离型膜,但在揭掉离型膜的过程中,薄的导热垫片如果剥离力较大,离型膜会将导热垫片带起移位,影响使用。剥离力对导热垫片操作性的影响见表3

由表3可见,对于0.8mm的导热垫片,当剥离力大于12g/25mm时,操作性差,剥离力为8g/25mm时,操作性最好。因为产品越厚越容易揭掉离型膜,所以本实验只讨论薄产品。

 

2.6 导热垫片的可靠性

一款新产品的升级换代,一般都需做可靠性对比测试。可靠性测试包括高温老化测试、冷热冲击老化测试和湿热老化测试。在产品升级换代过程中,客户要求导热垫片老化440h后,其导热性能不低于原参比样品。可靠性测试结果见图3~5


由图3~5可见,导热垫片150℃老化440h的过程中,热阻低于参比样品;冷热冲击老化440h过程中,导热垫片热阻低于参比样品;湿热老化440h过程中,导热垫片热阻低于参比样品。

综合来看,相同厚度的导热垫片升级后的可靠性好于原参比样品。

3 结论

以反应性硅油为基料,氧化铝和氮化铝为导热填料制得高性能的导热垫片。较佳配方为:低黏度乙烯基硅油80g、高黏度乙烯基硅油8g、含氢硅油6g、改性硅树脂5g、催化剂1.0g、抑制剂0.2g加入到搅拌釜中搅拌0.5h,抽真空脱去气泡;然后加入氮化铝55g,搅拌0.5h,再加入氧化铝445g搅拌均匀后抽真空脱去气泡;最后加入球形氧化铝402g,搅拌0.5h抽真空脱去气泡。此配方制得的产品热导率达4.0W/m·K),操作使用方便,可靠性好,能满足客户高性能导热垫片的使用要求。


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中拉型气相硅橡胶是硅胶产品一种常见性能硅胶制品,信越CHN-6000-U系列替代料(等同品)

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MD5151是一种长寿命周期的硅橡胶,在固化状态下硬度为50(邵氏A),可用于制造具有优异抗疲劳性的硅橡胶产品。

具有比一般膠更好的透明度可達到液體膠透明度高抗撕的固態膠。

沉淀硅橡胶是硅胶产品一种常见性能硅胶产品,信越KE-900-U系列替代料(等同品)