导热硅橡胶材料在电子电器行业中的应用
来源:广州市白云化工实业有限公司 作者:陈思斌，王洪敏，诸泉 日期:2010-8-4 页面功能 [字体：大 中 小] [ 打印 ] [ 投稿 ] [ 评论 ] [ 啄木鸟 ]| 摘要：介绍了应用于电子电器行业中的导热硅橡胶材料的种类，并提出了不同行业需导热产品的应用解决方案。 关键词：导热 硅橡胶 电子电器 |
随着工业生产和科学技术的发展，人们对材料不断提出新的要求。在电子电器领域，由于集成技术和组装技术的迅速发展，电子元件、逻辑电路向轻、薄、小的方向发展，发热量也随之增加，从而需要高导热的绝缘材料，有效的去除电子设备产生的热量，这关系到产品的使用寿命和质量的可靠性。
传统的解决电子设备散热的方法，是在发热体与散热体之间垫一层绝缘的介质作为导热材料，如云母、聚四氟乙烯及氧化铍陶瓷等等，这种方法有一定的效果，但存在导热性能差，机械性能低、价格高等缺点［1］。目前，解决电子设备散热有些是通过各种形式的散热器来解决，但大多数必须通过导热材料来解决，导热硅橡胶材料是导热材料中最重要的一员。本文主要是介绍了导热硅橡胶材料的种类，并提出了一些需导热产品的应用解决方案。
1、导热硅橡胶材料导热的机理
导热硅橡胶材料是一种典型的高分子复合材料，其导热性能主要是由导热填料的种类和导热填料在硅橡胶基体中的分布情况决定的。金属填料（如Al、Ag等）具有较高的导热系数，但是大多数是导热也导电的；无机非金属材料（如AlN、SiC等）导热系数也较高，但价格相当昂贵；目前主要用金属氧化物（如Al2O3、ZnO等）作为导热填料，如表1是一些导热填料的导热系数。各种填充材料的导热机理均不同，金属材料主要是靠电子运动进行导热，金属导热率随温度的升高而降低，非金属的热扩散速度主要取决于邻近原子的震动及结合基团，在强共价键合的材料中，在有序的晶体晶格中导热是比较有效率的［2］。所以在采用非金属材料作为导热填料时，如何提高体系中的导热“堆砌度”是提高导热系数的主要手段。
2.1导热硅膏和导热垫片
导热硅膏是硅油和导热填料的机械混合膏状物，具有随时定型、导热系数高、不固化、对界面材料无腐蚀等特点。在电子设备中，各种电子元件之间有许多接触面和装配面，他们之间存在空隙，导致热流不畅，为了解决这一问题，通常在接触面之间填充导热硅膏，利用导热硅膏的流动来排除界面间的空气，降低乃至消除热阻。导热垫片是经过特殊的生产工艺加工而成的片状导热绝缘硅橡胶材料，具有表面天然粘性，高导热系数、高耐压缩性、高缓冲性等等特点，主要应用于发热器件与散热片及机壳的缝隙填充材料，因其材质的柔软及在低压迫力作用下的弹性变量，可于器件表面甚至为粗糙表面构造密合接触，减少空气热阻抗，很好的解决了导热硅膏在高温后有硅油渗出、表面积存灰尘等等缺点。
2.2导热阻燃硅橡胶材料
近年来，硅橡胶材料在电子电器行业中得到了广泛的应用，但因其是聚合物材料，易燃，发烟量大，有时却是火灾的直接导火线；因此阻燃型硅橡胶已经慢慢成为电子电器行业中硅橡胶材料的主要力量。本公司采用经过表面处理的导热填料和自制的阻燃剂开发出了阻燃达到UL94V-0级、导热系数超过1.0W/m·K（均是经过权威部门测试和认证的）的SKF323导热阻燃用硅酮密封胶产品，现正广泛应用于导热和阻燃均要求较高的汽车模块、电路模块和PCB板等等电子电器产品中。
2.3导热灌封硅橡胶材料
灌封分为局部灌封和整体灌封。局部灌封是只对大功率器件进行灌封，使其通过导热灌封硅橡胶材料与散热体连接在一起，使产生的热量能够迅速的传到散热体。整体灌封是对印制线路板上的所有元器件全部灌封，使其产生的热量能够迅速扩散，直接散发到外界环境中［3］。此类产品一般是双组分的，使用时将两种组分混合排泡后，灌于线路板上，硫化成弹性体的，此类产品不仅有散热绝缘作用，而且还有减震和三防的作用，现在正广泛应用于 LED灯的灌封和粘结，其他电路、家用电器的绝缘密封。
2.4高导热硅橡胶粘合剂
高导热粘合剂多用于绝缘性场合，因为在电子电器工业发展中，电子电器材料领域急需导热绝缘材料，特别是大功率散热的场合，如半导体和散热器的粘合、管心的保护、管壳的密封、电子整流器、热敏电阻器的导热绝缘，微包装中多层板的导热绝缘组装等需要不同工艺性能的导热绝缘胶。
2.5导热耐高温硅橡胶
导热耐高温硅橡胶主要应用于诸如低压大电流变压器的粘结和密封；雷达磁场线圈的导热绝缘；各种高温功率管与散热器、印制板的组装；微包装技术、电用电器及军用电器等高温散热体。
3、总结
导热硅橡胶材料在国外的研究较为成熟，如道康宁、GE东芝等等就开发了多种导热硅橡胶产品，而国内还在开拓阶段，如能解决综合性能和工艺性能的一致统一，导热硅橡胶必然会有很好的发展前景。总之，导热硅橡胶不仅具有良好的导热性能，还具有很多其他材料所不具备的性能，如耐侯性、粘结性等等，故其开发前景可观，应用也将越来越广泛。
参考文献
1 李胜方.导热硅橡胶的性能和应用.化工新型材料，2002.12
2 张立群等.导热高分子材料的研究和开发进展.合成橡胶材料，1998，21（1）：57～62
3 陈元章.绝缘导热灌封硅橡胶的应用.航天工艺，1997.2
传统的解决电子设备散热的方法，是在发热体与散热体之间垫一层绝缘的介质作为导热材料，如云母、聚四氟乙烯及氧化铍陶瓷等等，这种方法有一定的效果，但存在导热性能差，机械性能低、价格高等缺点［1］。目前，解决电子设备散热有些是通过各种形式的散热器来解决，但大多数必须通过导热材料来解决，导热硅橡胶材料是导热材料中最重要的一员。本文主要是介绍了导热硅橡胶材料的种类，并提出了一些需导热产品的应用解决方案。
1、导热硅橡胶材料导热的机理
导热硅橡胶材料是一种典型的高分子复合材料，其导热性能主要是由导热填料的种类和导热填料在硅橡胶基体中的分布情况决定的。金属填料（如Al、Ag等）具有较高的导热系数，但是大多数是导热也导电的；无机非金属材料（如AlN、SiC等）导热系数也较高，但价格相当昂贵；目前主要用金属氧化物（如Al2O3、ZnO等）作为导热填料，如表1是一些导热填料的导热系数。各种填充材料的导热机理均不同，金属材料主要是靠电子运动进行导热，金属导热率随温度的升高而降低，非金属的热扩散速度主要取决于邻近原子的震动及结合基团，在强共价键合的材料中，在有序的晶体晶格中导热是比较有效率的［2］。所以在采用非金属材料作为导热填料时，如何提高体系中的导热“堆砌度”是提高导热系数的主要手段。
2.1导热硅膏和导热垫片
导热硅膏是硅油和导热填料的机械混合膏状物，具有随时定型、导热系数高、不固化、对界面材料无腐蚀等特点。在电子设备中，各种电子元件之间有许多接触面和装配面，他们之间存在空隙，导致热流不畅，为了解决这一问题，通常在接触面之间填充导热硅膏，利用导热硅膏的流动来排除界面间的空气，降低乃至消除热阻。导热垫片是经过特殊的生产工艺加工而成的片状导热绝缘硅橡胶材料，具有表面天然粘性，高导热系数、高耐压缩性、高缓冲性等等特点，主要应用于发热器件与散热片及机壳的缝隙填充材料，因其材质的柔软及在低压迫力作用下的弹性变量，可于器件表面甚至为粗糙表面构造密合接触，减少空气热阻抗，很好的解决了导热硅膏在高温后有硅油渗出、表面积存灰尘等等缺点。
2.2导热阻燃硅橡胶材料
近年来，硅橡胶材料在电子电器行业中得到了广泛的应用，但因其是聚合物材料，易燃，发烟量大，有时却是火灾的直接导火线；因此阻燃型硅橡胶已经慢慢成为电子电器行业中硅橡胶材料的主要力量。本公司采用经过表面处理的导热填料和自制的阻燃剂开发出了阻燃达到UL94V-0级、导热系数超过1.0W/m·K（均是经过权威部门测试和认证的）的SKF323导热阻燃用硅酮密封胶产品，现正广泛应用于导热和阻燃均要求较高的汽车模块、电路模块和PCB板等等电子电器产品中。
2.3导热灌封硅橡胶材料
灌封分为局部灌封和整体灌封。局部灌封是只对大功率器件进行灌封，使其通过导热灌封硅橡胶材料与散热体连接在一起，使产生的热量能够迅速的传到散热体。整体灌封是对印制线路板上的所有元器件全部灌封，使其产生的热量能够迅速扩散，直接散发到外界环境中［3］。此类产品一般是双组分的，使用时将两种组分混合排泡后，灌于线路板上，硫化成弹性体的，此类产品不仅有散热绝缘作用，而且还有减震和三防的作用，现在正广泛应用于 LED灯的灌封和粘结，其他电路、家用电器的绝缘密封。
2.4高导热硅橡胶粘合剂
高导热粘合剂多用于绝缘性场合，因为在电子电器工业发展中，电子电器材料领域急需导热绝缘材料，特别是大功率散热的场合，如半导体和散热器的粘合、管心的保护、管壳的密封、电子整流器、热敏电阻器的导热绝缘，微包装中多层板的导热绝缘组装等需要不同工艺性能的导热绝缘胶。
2.5导热耐高温硅橡胶
导热耐高温硅橡胶主要应用于诸如低压大电流变压器的粘结和密封；雷达磁场线圈的导热绝缘；各种高温功率管与散热器、印制板的组装；微包装技术、电用电器及军用电器等高温散热体。
3、总结
导热硅橡胶材料在国外的研究较为成熟，如道康宁、GE东芝等等就开发了多种导热硅橡胶产品，而国内还在开拓阶段，如能解决综合性能和工艺性能的一致统一，导热硅橡胶必然会有很好的发展前景。总之，导热硅橡胶不仅具有良好的导热性能，还具有很多其他材料所不具备的性能，如耐侯性、粘结性等等，故其开发前景可观，应用也将越来越广泛。
参考文献
1 李胜方.导热硅橡胶的性能和应用.化工新型材料，2002.12
2 张立群等.导热高分子材料的研究和开发进展.合成橡胶材料，1998，21（1）：57～62
3 陈元章.绝缘导热灌封硅橡胶的应用.航天工艺，1997.2
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