隨著信息時代快速發展,工業技術的發展與人們生活水平的提高,對工業電子產品與消費產品的更高性能化、小型化提出了更高的要求,高度集成的電子設備在使用過程中,無法避免地產生熱量,影響電子元件的性能與效率,降低了電子元件的使用壽命。因此電子元件的散熱問題是我們必須面對和解決的問題。
目前,發熱元件與散熱元件之間的傳熱界面,主要使用的是導熱硅膠墊片,它是專門為利用縫隙傳遞熱量的設計方案生產,能夠填充縫隙,打通發熱部位與散熱元件間的熱通道,有效提升熱傳遞效率,同時還起到絕緣、減震、密封等作用,能夠滿足設備小型化及超薄化的設計要求,是極具工藝性和使用性,且厚度適用范圍廣,一種極佳的導熱界面材料。由于普通硅膠是熱的不良導體,因此需要添加適合的導熱填料以提高其導熱性能,而在無機非金屬導熱絕緣粉體填料中,最為常見的有:氮化鋁、氧化鋁、氧化鈹、氮化硼等
與其他填料相比較,氧化鋁擁有能夠滿足導熱界面材料導熱率要求,且來源廣泛,制造成本低,性價比高等優點。所以氧化鋁是高導熱絕緣聚合物的經濟適用型填料。不過導熱硅膠墊片也對氧化鋁填料有著獨特的要求。
對形貌的需求
氧化鋁填料之所以能夠起到導熱作用,是因為添加了足夠多的填料后,它們能在硅膠基體中相互接觸,并在復合材料中形成局部的導熱鏈或導熱網。因此為了提高導熱材料的導熱率,一方面需要填料能在基體中形成導熱鏈或導熱網,另一方面則需要提高氧化鋁填料自身導熱率。
一定范圍內,隨著氧化鋁用量的增加,封裝膠的熱導率逐步增加(來源:《電子封裝用加成型硅橡膠的研制》)
雖說片狀氧化鋁更易形成導熱鏈和導熱網,但由于顆粒和顆粒的接觸碰撞大,會導致體系的粘度大且硅膠柔韌性大幅下降,因此并不適用于導熱硅膠中,因此當前在高導熱絕緣材料中填充的氧化鋁形貌主要以球形(類球形)為主。當氧化鋁顆粒的球形度越高,其表面能就越小,球的表面流動性越好,與基體攪拌成膜均勻,體系粘度就越低。因此制備成硅膠材料時,填料氧化鋁球形度越高,其柔韌性越高。
球形氧化鋁
片狀氧化鋁
在提高氧化鋁自身的導熱率方面,需要從晶體的結晶程度和致密度下手。因為α相氧化鋁為六方結構,是氧化鋁變體中最為致密的結構,因此氧化鋁填料必須具有高的α相含量。制備球形氧化鋁通常有兩種工藝,熔融法和高溫煅燒法。其中熔融法所得的氧化鋁顆粒雖然球形度夠高,但因為熔融過程在晶體內部往往會形成氣孔及空位等晶體缺陷,因此會導致顆粒的致密度降低,從而降低其導熱率。而后者是長時間的晶體生長,其結晶發育完整,化學純度高,顆粒具有非常高的真比重,因此其導熱率要比熔融法生產的球形氧化鋁高。
我們針對市場需求開發了ZHA系列球型氧化鋁,以普通不規則形狀的Al2O3經過高溫噴射熔融法煅燒而成,所得氧化鋁具有球化率高、α-Al2O3相含量高等特點,結合后段水洗和表面處理工藝,產品性能更優越。該產品因其優異的特性,被廣泛用作導熱界面材料、導熱工程塑料以及鋁基覆銅板的填充材料
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