胶黏剂课件：导热绝缘胶黏剂

导热绝缘胶黏剂主讲内容01020304导热绝缘胶黏剂的基本介绍导热绝缘的机理及测试方法导热绝缘胶黏剂的研究应用一、导热绝缘胶黏剂的基本介绍什么是导热绝缘胶黏剂？同时具有良好的导热性能和良好的绝缘性能的一类胶黏剂导热绝缘胶黏剂导热绝缘胶黏剂的导热机理导热绝缘胶黏剂是一种填充复合材料，所以它的导热性能遵循填充复合型材料的导热机理。即：填料自身的导热性能及其在基体中的分布情况,在很大程度上决定了复合材料的导热性能。目前,导热填料主要以高导热的银、铜、石墨、三氧化二铝、氮化铝、碳化硅、氮化硼等为主。导热复合材料的导热性能最终由复合基体,导热填料以及它们之间的相互作用来共同决定。导热绝缘胶黏剂的组成成分

固化剂脂肪胺和部分脂环胺类（常温固化剂），还有酸酐类导热填料基体树脂环氧树脂类：比如有机硅环氧树脂，增韧的环氧树脂等。高导热的无机绝缘材料，比如AlN,Al2O3，BeO,BeO/Al2O制备方法01环氧树脂的制备02选择合适的固化剂03绝缘填充料的选择04优化配方方案根据用途和技术指标选择适宜的固化剂，一般选用脂肪胺和脂环胺类为常温固化剂。如果要降低固化温度，缩短固化时间的话还需要添加适宜的促进剂。比如选用酸酐类为固化剂的话，可以选用DPM-30为促进剂。不断改变填充料的种类，测试他们在不同温度下的导热效率，选择效率最高的为填料，经查阅资料可知AlN的导热效率最高。测试胶黏剂的综合使用性能，优化调整配方方案。导热绝缘胶黏剂的优点导热性能良好，具有优异的热疲劳性能耐化学腐蚀，良好的化学稳定性抗冲击性能良好质地轻，易加工成型优良的电绝缘性能0102030504导热胶黏剂的应用领域化工生产和废水处理中使用的热交换器武器装备，航空电子设备，电视，通讯，电器设备，仪器所需要的导热绝缘材料。在电磁屏蔽，电子信息，热工测量技术领域中广泛使用的功率管，集成块，热管，集成电路，覆铜板的绝缘导热电子元器件，逻辑电路等体积越来越小，极易积累热量的器件上对胶黏剂导热和绝缘性能要求很高的器件上。导热绝缘胶黏剂的缺点

不增韧时，固化物一般偏脆，抗剥离、抗开裂、抗冲击性能差对极性小的材料(如PP、PP、氟塑料等)粘接力小。必须先进行表面活化处理有些原材料如活性稀释剂、固化剂等有不同程度的毒性和刺激性导热速率取决于填充剂的选择以及合适的加工工艺，否则导热效果不好。

固化时间长0102030504二、导热绝缘的机理(一）、导热机理

导热系数是表明材料传递热量的能力的重要系数，提高传热速率和效果，需选择K值大的材料。2、导热机理：固体材料内部的导热载体分为：光子、电子、声子（声子就是“晶格振动的简正模能量量子），不同材料的导热机理不同，分为：（1）、晶体导热机理：晶体的导热机理是排列整齐的晶粒的热振动，对于金属晶体而言,自由电子的运动对导热起主要作用，非金属材料的导热主要依靠声子。非金属可分为晶体非金属和非晶体非金属两类。晶体非金属其热导率仅次于金属;虽然它是介电体,但仍是一种较好的导热体。(一）、导热机理2、导热机理：（2）、非晶体导热机理：

非晶体的导热机理是依靠无规律排列的分子或原子，围绕某一固定的位置的热振动，将能量依次传递给相邻的分子或原子。由于非晶体可看作是晶粒极细的晶体，因此也可用声子的概念来分析其导热。与有序的晶体相比，非晶体非金属的规律性差,引起声子较强的非弹性散射及热导率的显著下降，无序无定型的固体会呈现较低的导热性。(一）、导热机理2、导热机理：（3）、多晶体或玻璃态绝缘材料导热机理：

对于绝缘高分子材料，其导热性能取决于原子、基团或者是链节的振动。热导率对温度有依赖性，随着温度升高，可以发生更大基团或链节的振动，所以随着温度升高,高分子材料导热性增加。另外也取决于分子内部的结合紧密程度，这种程度除了本身结合紧密外，也可用外界的定向拉伸或模压来提高热导率,因此结晶聚合物热导率远大于非晶态聚合物。同时,热导率也随分子量与交联度、取向度的增加而增加。(一）、导热机理2、导热机理：（4）、填充型复合材料导热机理：

填料自身的导热性能及其在基体中的分布情况，在很大程度上决定了复合材料的导热性能。填料的种类不同其导热机理也不同，如上面所述：金属填料是靠电子运动进行导热；非金属填料的导热主要依靠声子，其热能扩散速率主要取决于邻近原子或结合基团的振动。

通过填充复合材料，在体系中形成类似网状或链状结构——即导热网链，当导热网链的取向与热流方向一致时，导热性能提高很快，反过来在体系中，热流方向上未形成导热网链时，会造成热流方向上热阻很大，导热性能很差。(一）、导热机理1、绝缘机理：固体材料内部的导电载体分为：自由电子、离子。对于绝缘体，其在通常情况下是不导电的，其特点是分子中的正负电荷束缚得很紧，可以自由移动的电子、离子极少，电阻率很大。此外，电子行为还取决于能带结构，导体、绝缘体、半导体的能带结构示意于下图。导体中有未填满的导带，因而有良好的导电性；绝缘体中虽有空的导带，但导带与价带间的禁带宽度(或能隙)很大，故很难导电；半导体中有空的导带，且导带与价带间的禁带宽度较小，故有一定导电性。(二）、绝缘机理三、导热绝缘胶黏剂性能的

测试方法1、闪光法：原理：闪光法是给一个四周绝热、厚度为L的薄片试样加以均匀的激光脉冲，在试样背面测出的温度随时间的变化关系，确定热扩散率，从而计算出材料热导率的一种测量方法。实验条件：一束能量为Q的脉冲光在t=0时照射在试样表面，且并试样均匀吸收，测试试样背面的升温情况。(一）、导热性能测试方法

(一）、导热性能测试方法1、高阻仪测聚合物电阻：仪器：高阻仪微电流计，三电阻系统(一）、绝缘性能测试方法1、高阻仪测聚合物电阻：(一）、绝缘性能测试方法

三、导热绝缘胶黏剂的研究与应用高导热铝基板用导热胶黏剂散热铝基板的用途用途：功率混合IC（HIC）。1.音频设备：输入、输出放大器、平衡放大器、音频放大器、前置放大器、功率放大器等。2.电源设备：开关调节器`DC/AC转换器`SW调整器等。3.通讯电子设备：高频增幅器`滤波电器`发报电路。4.办公自动化设备：电动机驱动器等。5.汽车：电子调节器`点火器`电源控制器等。6.计算机：CPU板`软盘驱动器`电源装置等。7.功率模块：换流器`固体继电器`整流电桥等。8、灯具灯饰：随着节能灯的提倡推广，各种节能绚丽的LED灯大受市场欢迎，而应用于LED灯的铝基板也开始大规模应用。真情大回馈导热铝基板一般由铜箔、导热绝缘层、散热铝板三部分组成。导热绝缘层是铝基板的核心部分，它直接影响铝基板的综合性能。目前，导热绝缘层大多以环氧树脂作为基体．通过添加具有高热导率的无机粒子来增加绝缘层的热导率。导热绝缘层导热性能的优劣主要取决于导热填料本身热导率、颗粒形态和填加量。因此选择导热性能好、无毒、价格低廉的无机填料是提高铝基板导热性能的关键。另外．研究发现，对无机粒子进行表面改性可以提高导热复合材料的综合性能。一般导热材料中选用的导热绝缘填科主要包括金属氧化物和氮化物．如：氮化铝、氮化硅、氧化铝、氧化铍、氧化镁、碳化硅等。研究综合考虑了填料的导热性能、价格及安全因素，选用由Al203、Si3N4、BN和SiO2组成的混合填料，以环氧树脂为基体制备的一种用于铝基板导热层的导热绝缘胶。高导热铝基板用导热胶黏剂由于铝基覆铜板的尺寸稳定性对其后续加工具有重要影响，因此我们尽量选取热膨胀系数小的填料。通过对比作者在氮化铝、氮化硅、氮化硼、氧化铝、氧化铍、二氧化硅、氧化镁、碳化硅等常用导热填料中选取氮化硅、氮化硼、二氧化硅和氧化铝作为填料。氮化硅、氮化硼不仅具有较高的热导率，而且与氮化铝相比其性价比较高；氧化铝价格较低，同时它的加入可以提高胶粘剂的综合性能；选用二氧化硅的主要目的是降低原料的成本，其次考虑到硅烷偶联剂对二氧化硅的处理效果比一般填料要好，它的加入可以提高混合填料在树脂中的的分散性为了确保复合材料的高热导率，作者按氮化硅：氮化硼：二氧化硅：氧化铝=3：3：1：1(质量比)作为混合填料的配比，表面处理剂——硅烷偶联剂：硅烷偶联剂的分子结构式一般为:Y-R-Si(OR)3(式中Y一有机官能基,SiOR一硅烷氧基)。硅烷氧基对无机物具有反应性，有机官能基对有机物具有反应性或相容性。填料表面处理及填料用量对导热绝缘胶剥离强度的影响随着混合填料填加量的增加，铝基覆铜板的剥离强度呈先增大后减小的趋势，原因是：少量填料的加入可使胶液涂布更均匀，剥离强度增大，但大量的填料会在胶层里引入过多气泡，进而造成剥离强度的减小；填料经表面处理后与环氧树脂的相容性增加，胶层里气泡量减少，在填料填充量相同的情况下，铝基覆铜板的剥离强度稍有增大。填料种类与用量对导热绝缘胶热导率的影响各填料单一使用都可以提高环氧树脂的热导率，在填加量相同的情况下，填料的热导率越高所得胶粘剂的热导率就越高。同种填料随其填加量的增加环氧胶的热导率先缓慢增加，当填加量到达某一值时环氧胶的热导率骤然升高，随后其热导率升高趋缓。造成这一象的原因是，在低填充量下无机粒子之间树脂隔离没有形成有效地导热网络，体系的界面热阻较大，声子散射严重，因此环氧树脂的热导率增加缓慢。随着导热填料填充量的增加，环氧树脂中的导热填料颗粒间相互连结成“网络”结构，热量可以在网络中有效传递，因此环氧树脂的热导率骤然升高。若继续加入导热填料，由于“网络”基本达到饱和，环氧树脂热导率的升高相对平缓。表面处理对导热绝缘胶热导率的影响混合填料填充量相同的情况下，添加经表面处理的混合填料所得环氧胶的热导率较高。混合填料用量为60wt％时，经过一定量硅烷偶联剂处理后热导率从3．49W／(m·K)提高到了3．8lW／(m·K)。种现象可以解释为：经偶联剂处理，混合填料与树脂的相容性提高，均匀分散的填料更容易形成导热网络。另外，由于填料与树脂间存在少量的微小气泡，空气的导热率很低。因而会对环氧胶热导率的提高产生负面影响，经过偶联剂处理的填料与树脂问的气泡减少，所以环氧胶的导热率相对提高。从胶膜表面的金相显微镜图中可以观察到填料经过表面处理后其分散性能提高．填料在树脂基体中团聚的现象减少。图1和2混合填料的填加量30wt%；图3和4混合填料的填加量为60wt％，图1和3中填料未经处理；图2和4中填料经硅烷偶联剂处理。随着混合填料填充量的增加，环氧胶的介电常数升高，而体积电阻率降低。此现象产生的原因是：一方面，与环氧树脂相比，无机填料的绝缘性能较低，它的加入势必引起体系的介电常数升高和体积电阻率降低；另一方面，无机填料与树脂间存在气泡、空隙等缺陷造成体系绝缘性能降低。混合填料经过硅烷偶联荆处理后。与未处理的相比在填充量相同的情况下．环氧胶的介电常数明显降低，体积电阻率明显升高．混合填料用最为60％时，经过一定量的硅烷偶联剂处理后介电常数从4．9降低到T4．6，体积电阻率从4．0X10“n·ca提高到T4．7×10“n·cm。这是因为填料经硅烷偶联荆处理后与树脂的相容性增加．体系中的气泡，空隙等缺陷减少，其绝缘性能提高。混合填料用量与偶联剂对导热绝缘胶电性能的影响随着高密度组装技术在国内逐步展开,电子设备的组装密度较以前大为提高,此时电子设备所产生的热量就大大增加,要使电子元器件在周围高温环境下,仍能高可靠地正常工作,就必须进行合理的热设计。而导热绝缘胶接技术又是热设计中必不可少的重要环节。空芯印制板高密度组装技术就是按照这一热设计思想进行组装设计的。空芯印制板导热绝缘胶接技术导热绝缘胶黏剂在LED封装的应用在导热胶黏剂基体中加入EVA(乙烯一醋酸乙烯酯共聚物)胶膜和拥有80％质量分数的偶联剂改性Al2O3粒子后，合成出的导热胶具有优良的热稳定性，在黏接强度、韧性和界面结合性能等方面表现优异，并且可以成功将原导热系数提高1．2倍以上。通过以DW一3低温胶黏剂为基体树脂，在基体中添加HGH一400硅微粉作为导热绝缘的填料，配制合成了低温导热绝缘胶黏剂可被运用于运载火箭氢氧发动机系统表面温度传感器的端封和胶接安装。超低温用绝缘导热胶黏剂超低温一般指液氧（—183℃）及以下的温度区间。一般适用于航空航天，国防工业领域环氧树脂：双酚A或双酚F型的缩水甘油醚环氧树脂（四氢领苯二甲酸二缩水甘油醚，领（间）苯二甲酸二缩水甘油醚）导热粉体填料：1、金属填料：银粉，铜粉，镍粉，锡粉，金粉，铝粉等2、非金属导热粉体：氮化铝、氧化铝、氧化锌、碳化硅，二氧化硅、氮化硼、氧化硼、氮化硅粉体尺寸：都要在1nm—500nm之间，可为颗粒，片状，纤维状。问答环节！！1、导热绝缘胶黏剂的导热填料有哪些？AlN,Al2O3,BeO,Beo/Al22、导热绝缘胶黏剂有哪些优点？导热性能良好，具有优异的热疲劳性能。耐化学腐蚀，良好的化学稳定性。抗冲击性能良好，优良的电绝缘性能。质地轻，易加工成型。3、导热绝缘胶黏剂的缺点？不增韧时，固化物一般偏脆，抗剥离，抗开裂，抗冲击性能差要进行活化处理毒性和刺激性固化时间长加工工艺要求苛刻。4.导热绝缘胶黏剂主要应用在哪些领域？环保行业，废水处理电子信息行业