导热有机硅基础教材

1、导热有机硅导热材料广泛应用于航空、航天、电子、电气领域中需要散热和传热的部位。随着电子组装技术和封装技术的迅速发展，组装密度迅速提高，在电子元件和电路体积成千上万倍缩小的同时，工作频率却急剧增加，此时电子设备产生的热量迅速积累，导致电子元器件的可靠性下降。研究表明，电子元器件温度每升高2，其可靠性下降10%；50时的寿命只有25的1/6。为了使电子器件在使用温度下仍能正常运行，就必须把产生的热量迅速散去，就需要使用高散热性的导热材料。导热原理导热原理导热原理导热原理对界面材料的热传导，其遵循最基本的傅立叶定律： Q=KAT/d, R=AT/Q 其中 Q: 热量，W K: 导热率，W/mk A：

2、接触面积 d: 热量传递距离 T：温度差 R: 热阻值将上面两个公式合并，可以得到：R=d/K（理想公式，没有完全光滑的平面）。导热原理导热原理图1. 界面填充后散热示意图(a)粗糙界面 (b)填充后界面导热原理导热原理热阻单位为（/W）或（K/W），是指阻止热量通过一个界面或一种材料传输的阻力大小：产生接触热阻的主要原因：任何外表上看来接触良好的两物体，直接接触的实际面积只是交界面的一部分，其余部分都是缝隙。热量依靠缝隙内气体的热传导和热辐射进行传递，而它们的传热能力远不及一般的固体材料。导热原理导热原理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秒内，通

3、过1平方米面积传递的热量，单位为W/mK，又称为热导率：u 导热系数K是材料本身的固有性能参数，用于描述材料的导热能力。u 这个特性跟材料本身的大小、形状、厚度都是没有关系的，只是跟材料本身的成分有关系。u 不同成分的导热率差异较大，导致由不同成分构成的物料的导热率差异较大导热原理导热原理导热系数反映的是物质在单位体积下的导热能力。实际上它反映了物质导热的固有能力。这种能力是由物质的原子或分子结构决定的。热阻其实是导热系数与物体的几何形状相结合而体现的该形状物体的导热能力。 对非均匀厚度的物体，均匀热流密度的热流通过物体后，两端任意两点的温度差可能是不同的。比如： 同一种材料，截面积相同、长度

4、不同的柱体，它们的导热系数是相同的，而它们 两对面的热阻是绝不同的。a.同一种材料，设计成不同的形状，则不同几何结构之间，它们的两个对面的热阻可能相同。导热原理导热原理 同样的材料，导热率是一个不变的数值，而热阻值是会随厚度发生变化的。 同样的材料，厚度越大，可简单理解为热量通过材料传递出去要走的路程越多，所耗的时间也越多，效能也越差。 对于导热材料，选用合适的导热率、厚度是对性能有很大关系的。 使用什么导热材料给客户，理论上来讲是很困难的一件事情。 专业的用户，会更关注材料的热阻值。 常见产品常见产品 市售的导热类产品主要有以下几大类：导热产品导热产品导热硅脂，如信越746、道康宁DC340

5、、SC102导热灌封胶，如Lord SC309 导热垫片，如道康宁TP-1500粘接剂，如道康宁SE9189、信越KE3493相变材料，如PC2500导热硅脂导热硅脂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。原理原理导热硅脂导热硅脂具备极佳的导热性、电绝缘性和使用稳定性，耐高低温性能好；对接触的金属材料（铜、铝、钢）无腐蚀；具备极低的挥发损失，不干、不熔化、具备良好的材料适应性和较宽的使用温度范围（最高250）；无毒、无味、无腐蚀性，化学

6、、物理性能稳定，是耐热配件理想的介质材料，而且性能稳定，在使用中不会产生腐蚀气体，不会对所接触的金属产生影响。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。应用应用性能性能导热硅脂导热硅脂导热性能研究导热性能研究汪倩等研究了Al2O3、SiC两类导热填料,当粒径分布适当时，可同时得到最高的导热系数和最低的粘度的硅脂；刘俊峰等人制备了一种新型的碳纳米管/导热硅脂复合材料，酯化处理后的碳纳米管有利于其在导热硅脂中的分散Hongyuan Chen等又将功能化的碳纳米管（CN

7、Ts）引入到硅脂中和实际存在的金属氧化物粒子（微米级的氧化铝，亚微米级氧化锌）共同作用，加强作为热界面材料（TIMs）的复合油脂的接触热导率。俸颢、刘静茹用惰性气体蒸发法和电弧等离子体法制备了纳米铜粒子，并以此作为导热填料，研制出了具有高导热系数的新型纳米铜导热硅脂inho Hong等研究了多壁纳米碳管（MWVNT）在硅脂中的分散状态对硅脂导热性能的影响Lifei Chen，Huaqing Xie提出可以通过对导热填料的形态进行控制以制备良好性能的硅脂导热硅脂导热硅脂应用研究应用研究张淑芳等研究发现，在LED系统集成电路板上加入导热涂层能提高其散热效率，涂层导热率越高，散热效果越好；在LED的

8、封装数量大时，散热效果更为突出。才彬研究了导热硅脂在数显钢轨测温中的应用，发现在探头上加入导热硅脂，热源温度更快地传递，而且这种方法对测量结果的不确定度影响不大，并可提高工作效率。颜则东等利用自行研制的空间出气分子污染低温凝结效应环模测试设备，原位、定量测试航天器导热硅脂的出气性能，给出相应的实验测试数据和分析结论，并结合以往数据分析了该材料在航天器上使用的可能性，为该类材料在航天器上的使用提供设计依据。导热硅脂导热硅脂 导热硅脂导热系数（导热硅脂导热系数（W/mK）公司0.5-1.01.0-1.51.5-2.02.0-2.52.5-3.03.0-3.53.5-4.0信越G746（0.77）G

9、747（1.03）G777（3.1） G775（3.6）X-23-7783D（3.5）X-23-7762（4.0）道康宁(耐高温较差)DC340（0.59）SC102（0.8）SE4490CV（1.7）TC-5026（2.6）TC-5021（3.3）TC-5022（4.0）可固化，金属导热TC-5121（3.3） 回天0111F(1.07)0112(1.56)0113(2.05)导热硅橡胶导热硅橡胶简介简介导热硅橡胶包括室温硫化的和高温硫化的，其主要用于电子、电器、仪表等行业的弹性粘接、散热、绝缘及密封等。一般来讲高温硫化导热硅橡胶的导热性要高于室温硫化的，高温硫化导热硅橡胶主要以片的形式来应

10、用，作为垫片或散热片；室温硫化导热硅橡胶主要用于电子、家电等行业需散热部件的粘接和封装等。导热硅橡胶导热硅橡胶分类分类导热硅橡胶导热硅橡胶金属氧化物填充硅橡胶金属氧化物填充硅橡胶周文英等研究了微米Al2O3与纳米Al2O3填充硅橡胶进行了对比，不同粒径的Al2O3以质量比为合适比例混合填充硅橡胶的导热系数高达1.45W/（mK）；马凤国、刘春霞采用氧化锌（ZnO）为导热填料，研究了填料对脱醇型室温硫化（RTV）硅橡胶力学性能、导热性能的影响。结果表明，随着导热填料ZnO用量的增加，RTV硅橡胶的热导率逐渐升高，且随测试温度的升高，热导率呈现出逐渐升高的趋势。Lianxiang Ma等人用SiC

11、p （SiC颗粒）SiCp/SiCW（碳化硅晶体）和石墨作导热填料，制备导热硅橡胶，并研究了填充量、填料形状、填充物尺寸和偶联剂对硅橡胶的热导率的影响。林锦、张海燕等用碳包铝纳米粒子填充硅橡胶制备散热复合材料，增加其分散性、热稳定性和导热性能。Zhou等对氧化铝/硅橡胶复合体系的性能进行了研究，结果表明：当氧化铝按照粒径25m：5m：0.5m：50nm=2:5:1:1（质量比）进行配比、w（偶联剂）=2%和（氧化铝）=64%时，复合体系的热导率达到最大值1.50W/（mK）；导热硅橡胶导热硅橡胶非金属材料填充硅橡胶非金属材料填充硅橡胶Sebnem Kemaloglu 等研究了微米和纳米BN对硅

12、橡胶导热性能的影响，添加BN可以降低硅橡胶的机械性能及热膨胀系数，同时提高硅橡胶的模量、硬度和导热率。涂春潮等发现随着氮化硼用量的增大，MVQ的热导率增大而工艺性能变差，小粒径氮化硼填充MVQ的物理性能较好，工艺性能稍差。不同粒径氮化硼按适当比例配合填充MVQ的导热性能优于单一粒径氮化硼填充MVQ，且物理性能得到改善。导热硅橡胶导热硅橡胶导热灌封胶导热灌封胶作用作用灌封简单说就是把构成电子元器件的各部分按要求进行合理的布置、组装、键合、连接与环境隔离和保护等操作工艺。应用应用导热有机硅灌封胶的主要应用领域是电子、电器元器件及电器组件的灌封，也有用于类似温度传感器灌封等场合，电源、电源控制装置、

13、高压变压器、镇流变压器、回扫高压变压器、射频感应加热变压器、放大器组件、高压电阻组件、泄放电阻、电子控制/传感装置、连接器，继电器、起重磁铁、负载线圈灌封。导热硅橡胶导热硅橡胶市场市场 接线盒、连接器的灌封胶用量超过了20000t； 中高端的产品全是来自进口，主要来自道康宁、信越、瓦克和GE公司； 中国市场上主要厂家有天山、回天两大家，一般导热系数在0.4-1.2之间，且灌封性能一般； 低导热且粘度低的灌封胶出货量更大，其导热系数更多集中在0.4-0.6W/m.K左右，价格差异较大，大概在70-160元/Kg之间波动； 乙烯基硅油，国内如浙江新安、山东东岳，价格大概在36-38/Kg之间。我们

14、要做一个导热系数在0.4-0.8W/m.K之间成本大概在30-40元/Kg，在市场上的价格在60-100元/Kg之间。导热硅橡胶导热硅橡胶 双组份加成型灌封胶导热系数（双组份加成型灌封胶导热系数（W/mK）公司信越道康宁回天Lord安品0.3-0.5KE1204（0.3）DC170（0.4）CN8760（0.4）6299HY（0.48）0.5-0.8KE132（0.61）DC160（0.58）5299（0.63）对标KE132（0.61）KE1861（0.83）Q3-3600（0.77）5295（0.68）SC303（0.8）AP905（0.70）0.8-1.1KE1223（1.05）SE44

15、10（0.92）SC309（1.0）导热硅胶片导热硅胶片导热硅橡胶导热硅橡胶导热硅胶片导热硅胶片导热硅橡胶导热硅橡胶导热硅胶片可以很好的填充接触面的间隙，将空气挤出接触面，空气是热的不良导体，会严重阻碍热量在接触面之间的传递；有了导热硅胶片的补充，可以使接触面更好的充分接触，真正做到面对面的接触。在温度上的反应可以达到尽量小的温差。原理原理导热硅橡胶导热硅橡胶导热硅胶片导热硅胶片导热硅橡胶导热硅橡胶导热硅胶片在导热系数方面可选择性较大，可以从0.8w/k.m -3.0w/k.m以上，且性能稳定，长期使用可靠；导热双面胶目前最高导热系数不超过1.0w/k.m的，导热效果不理想；导热硅脂属在高温状

16、态下易产生表面干裂，性能不稳定，容易挥发以及流动，导热能力会逐步下降，不利于长期的可靠系统运作。导热硅橡胶导热硅橡胶导热硅胶片厚度，软硬度可根据设计的不同进行调节，因此在导热通道中可以弥合散热结构，芯片等尺寸工差，降低对结构设计中对散热器件接触面的工差要求，特别是对平面度，粗糙度的工差，如果提高加工精度则会在很大程度上提高产品成本，因此导热硅胶片可以充分增大发热体与散热器件的接触面积，降低了散热器的生产成本。导热硅橡胶导热硅橡胶导热硅胶片因本身材料特性具有绝缘导热特性，对EMC具有很好的防护，由硅胶材质的原因不容易被刺穿和在受压状态下撕裂或破损，EMC可靠性就比较好。导热粘接胶和导热硅脂因其材

17、料本身特性的限制，对EMC防护性能比较低，很多时候达不到客户需求，在使用时比较局限，一般只有在芯片本身做了绝缘处理或芯片表面做了EMC防护时才可以使用。导热硅橡胶导热硅橡胶导热硅胶片的硅胶载体决定了它会有很好的弹性和压缩比，从而有很好的减震效果，再调整密度和软硬度可以对低频电磁噪声起到很好的吸收作用。导热粘接胶的粘接使用方式决定了它不具有减震吸音效果，导热硅脂硬接触使用方式决定了它不具有减震吸音效果。导热硅橡胶导热硅橡胶导热硅胶片为稳定固态，被胶强度可选，拆卸方便；有弹性回复，可重复使用。导热双面胶一旦使用，不易拆卸，存在损坏芯片和周围器件的风险，不易拆卸彻底，在刮彻底时，会刮伤芯片表面以及搽

18、拭时带上粉尘，油污等干扰因素，不利于导热和可靠防护。导热硅脂不能拆卸，必须小心翼翼的搽拭，也不易搽拭彻底，特别在更换导热介质测试中，会对测试数据的可靠性产生影响。导热硅橡胶导热硅橡胶应用领域应用领域LEDLED行业使用行业使用汽车电子行业应用（如氙气灯镇流器、音响，车载系列产品等）均可用到导热硅胶片导热硅橡胶导热硅橡胶导热硅胶片导热硅胶片赵红振等研究氧化铝和氧化镁晶须对导热性硅橡胶垫片性能的影响。结果表明，MVQ胶料的导热系数随氧化铝用量的增大而升高，氧化铝氧化镁晶须填充的MVQ导热系数优于单一粒子填充的MVQ。李勤等研究了氧化铝和氮化硼粒子用量对硅橡胶热膨胀系数、热稳定性及热导率的影响。发现

19、加入两种填料均显著降低了橡胶热膨胀系数，提高了热稳定性及热导率。按 照一定比例混合这两种填料所得混合填料填充硅橡胶可获得最大热导率及较佳性能。杜茂平对MgOAl2O3、MgO石墨、Al2O3石墨混合 填料填充硅橡胶的力学性能、导热性能以及电性结果表明，在相同配比下，热导率顺序为：MgO石墨填充硅橡胶Al2O3，石墨填充硅橡胶MgOAl2O3填充硅橡胶。涂春潮以甲基乙烯基硅橡胶为基胶，选用不同粒径氮化硅粒子和碳化硅晶须为填料制备了导热硅橡胶。研究表明将碳化硅晶须和氮化硅粒子并用，在较低用量下体系呈现较高热导率。此外，随混合填料用量增加橡胶热膨胀系数降低，热稳定性提高。陈琪采用熔融共混法制备氧化铝

20、甲基乙烯基硅橡胶（MVQ）导热复合材料，研究氧化铝导热网络结构和MVQ交联网络结构对复 合材料导热性能和物理性能的影响。结果表明，在氧化铝导热网络开始形成至网络结构遍布整个复合材料的过程中，复合材料的导热性能随氧化 铝用量的增大而提高的幅度最大；MVQ交联密度对复合材料的导热性能影响不显著，但MVQ交联密度过小会导致复合材料的导热性能略有下降。齐暑华研究发现氧化铝经偶联剂处理后，体系的热导率和拉伸强度有所增大，线膨胀系数有所下降。林晓丹的研究结果表明氧化镁用量在200份以下时，小粒径氧化镁填充硅橡胶的热导率和拉伸强度大于大粒径氧化镁填充硅橡胶，而拉断伸长率则相反；大粒径氧化镁小粒径氧化镁并用比

21、为100100时硅橡胶的热导率功率最大；添加适量的硅烷偶联剂有利于提高硅橡胶效率提高。硅橡胶的热导率，其最佳用量约为大粒径氧化镁用量的0.5%。导热硅橡胶导热硅橡胶 单组份硅胶导热系数（单组份硅胶导热系数（W/mK）公司0.2-0.40.4-0.60.6-0.90.9-1.01.0-1.51.5-2.02.0-2.5信越KE4560（0.69）KE3493（1.6）X-32-2020（1.9）KE1862(0.83)道康宁SE9189(0.84)SE4400（0.92）SE4450（1.97）SE9184CV（0.84）SE4402CV（0.92）回天HT-906T（0.22）HT-906Z电

22、源（0.61）对标9189（0.8）HT-906W（0.35）HT-916（0.58）导热复合材料导热复合材料姚印华就导热绝缘阻燃胶片的生胶和填充体系进行了初步研究。确定了三元乙丙橡胶与硅橡胶并用体系，且其比例为100/20较为合适；优选出ZnO，Al2O3，以300100的比例作为导热绝缘填料；采用阻燃协效剂Sb2O3，与ZR10组成溴-锑协效阻燃体系；最终获得了性能良好的导热绝缘阻燃胶片配方。摸索出了厚度仅为0.20.3mm超薄胶片的制造工艺，获得了各项性能良好的制品。Mingxia Shen等人用晶体硅和弹性乙烯-乙烯基醋酸盐聚合物混合制作一种密封材料来提高热导率。这个封装材料不仅显示出了更好的导热率和粘结性，还有很好的热稳定性和韧性。粘接剂粘接剂粘接剂：1、需固化，固化后为形成永久粘接2、低应力、可消除不同膨胀系数材料之间的应力3、常用于固定散热器、高功率元器件、或粘接