在電子產(chǎn)業(yè)極速發(fā)展的當(dāng)下，對于消費(fèi)者而言，對產(chǎn)品需求越高對產(chǎn)品就越嚴(yán)格，同理，對智造生產(chǎn)企業(yè)來說，飛速發(fā)展的前提下，更是一場挑戰(zhàn)，是對技術(shù)、對輔料、對研發(fā)等等環(huán)節(jié)的嚴(yán)控把關(guān)，這就對制程技術(shù)和環(huán)境提出更高要求，每一個(gè)細(xì)節(jié)都要做到細(xì)致、極致，那么，今天就了解下，其中一個(gè)環(huán)節(jié)——導(dǎo)熱硅膠。
一、什么是導(dǎo)熱硅膠？
導(dǎo)熱硅膠是高端的導(dǎo)熱化合物，以及不會固體化，不會導(dǎo)電的特性可以避免諸如電路短路等風(fēng)險(xiǎn)。導(dǎo)熱粘接密封硅橡膠是單組份、導(dǎo)熱型、室溫固化有機(jī)硅粘接密封膠。
是通過空氣中的水份發(fā)生縮合反應(yīng)放出低分子引起交聯(lián)固化，而硫化成高性能彈性體。具有卓越的抗冷熱交變性能、耐老化性能和電絕緣性能。并具有優(yōu)異的防潮、抗震、耐電暈、抗漏電性能和耐化學(xué)介質(zhì)性能?？沙掷m(xù)使用-60?～280°C且保持性能。不溶脹并且對大多數(shù)金屬和非金屬材料具有良好的粘接性。
是指在硅橡膠的基礎(chǔ)上添加了特定的導(dǎo)電填充物所形成的一類硅膠。這類膠一般包括導(dǎo)熱硅膠粘合劑，導(dǎo)熱硅膠灌封料以及已經(jīng)硫化成某種形狀的導(dǎo)熱硅膠片、導(dǎo)熱硅膠墊等。
不同的導(dǎo)熱硅膠所具備的導(dǎo)熱系數(shù)相差很大。其成本價(jià)格差異也極大（但如果不要絕緣，則制作成本可以大大降低而且可以達(dá)到很高的導(dǎo)熱系數(shù)）。普通的導(dǎo)熱硅膠加入三氧化二鋁等，高導(dǎo)熱硅膠加入的是氮化硼等導(dǎo)熱物質(zhì)。導(dǎo)熱硅膠粘合劑或灌封料的生產(chǎn)廠家一般可以根據(jù)需要制作不同的導(dǎo)熱系數(shù)、固化速度、粘稠度、顏色、軟硬度等，導(dǎo)熱硅膠片（墊）生產(chǎn)廠家一般可以根據(jù)需要制作不同形狀的制品。
典型的導(dǎo)熱硅膠粘合劑是單組分室溫固化的一類粘合劑，依靠接觸空氣中水分子而固化。典型的導(dǎo)熱硅膠灌封料是雙組分的，其中包括加成性和縮合型兩類。典型的導(dǎo)熱硅膠片具有導(dǎo)熱、絕緣、防震性能，材質(zhì)柔軟表面自帶粘性（表面黏糊糊的），操作方便，可應(yīng)用在各種不規(guī)則零件表面與散熱器，外殼等之間起導(dǎo)熱填充作用。有些導(dǎo)熱硅膠加有玻璃纖維（或碳纖維）以增加其機(jī)械強(qiáng)度。有些導(dǎo)熱硅膠還涂覆有耐溫壓敏膠。
導(dǎo)熱硅膠高粘結(jié)性能和超強(qiáng)的導(dǎo)熱效果是目前CPU、GPU和散熱器接觸時(shí)最佳的導(dǎo)熱解決方案。
二、導(dǎo)熱硅膠的組成成分
硅凝膠是一種液體與固體一起存在被稱為“固液共存材料”的特種硅橡膠，為高分子化合物構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)特的性能。在固化前一般分為A、B雙組份，在鉑金屬化合物的催化下，導(dǎo)熱有機(jī)硅樹脂基體上的乙烯基或丙烯基，與交聯(lián)劑分子上的硅氫基團(tuán)反應(yīng)而成。整個(gè)反應(yīng)為加成硫化反應(yīng)，不產(chǎn)生副產(chǎn)物，因而無收縮。導(dǎo)熱硅橡膠是直鏈狀聚有機(jī)硅氧烷，具有較高的摩爾質(zhì)量（一般在148000g/mol以上）。
三、導(dǎo)熱硅膠的膠粘特性
聚硅氧烷分子的主鏈通常由Si-O-Si鍵組成。在該分子結(jié)構(gòu)中,R通常為甲基,但為了改善或提高某些性能,也可引入其他基團(tuán),如乙基、乙烯基、苯基、三氟醛基等。R'為羥基或烷基,n代表鏈節(jié)數(shù)。
這種聚硅氧烷材料具有以下主要性能:
1、物理化學(xué)性能穩(wěn)定,基本與溫度無關(guān),可在50250℃溫度范圍內(nèi)使用,電絕緣性能和耐高低溫(-50250℃)性能優(yōu)良。
2、無需底漆或表面處理劑,就能物理粘附于最常見的電子設(shè)備或其他材料表面,固化過程中不會產(chǎn)生副產(chǎn)物或收縮。
3、該體系無色透明,作為灌封料使用時(shí)容易觀察灌封元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在半固化狀態(tài)下固化后,對許多被粘物具有良好的粘結(jié)性和密封性,耐冷熱交變性能優(yōu)良。
4、可操作時(shí)間長,雙組份混合后不會很快凝膠化。加熱會促進(jìn)固化,固化時(shí)間可通過調(diào)節(jié)固化溫度靈活控制。自流平性好,便于流入電路中微元件之間的細(xì)微點(diǎn)。
5、針對不同的應(yīng)用場景，可靈活調(diào)整凝膠的硬度、流動性、固化時(shí)間等性能，也可添加制備成具有阻燃性、導(dǎo)電或?qū)嵝缘墓枘z。
6、自修復(fù)能力好，受外力作用出現(xiàn)裂縫，具有自動修復(fù)的能力，同時(shí)起到防水、防潮、防銹的作用。
四、導(dǎo)熱硅膠應(yīng)用領(lǐng)域
(1) 航空電子設(shè)備某型航電交換機(jī)出現(xiàn)低溫?cái)?shù)據(jù)包丟失故障,是由于原設(shè)計(jì)時(shí)使用的導(dǎo)熱墊片局部應(yīng)力過大造成的。相比傳統(tǒng)的導(dǎo)熱墊片、導(dǎo)熱膠等材料,導(dǎo)熱硅脂作為新型導(dǎo)熱界面材料在高低溫性能、碰撞安全、連續(xù)振動等多項(xiàng)試驗(yàn)中表現(xiàn)優(yōu)異,可應(yīng)用于航電產(chǎn)品生產(chǎn)中。
(2) 5G電子設(shè)備新型導(dǎo)熱硅膠材料不僅可增強(qiáng)熱能傳導(dǎo)效果,還可實(shí)現(xiàn)熱能的有效傳遞。相比傳統(tǒng)導(dǎo)熱材料,新型導(dǎo)熱硅膠在電子元器件應(yīng)用中可有效提高信號傳播效率,促進(jìn)其在5G設(shè)備中的優(yōu)質(zhì)應(yīng)用。
(3) 動力電池動力電池絕大部分采用鋰離子電池,具有能量密度高、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn),但也存在較大安全隱患。在正常行駛和意外情況下,鋰電池可能遭受持續(xù)振動、溫度變化、水浸泡、局部短路、過載、機(jī)械沖擊等影響,威脅駕乘人員安全。
如果使用導(dǎo)熱阻燃硅膠對動力電池單體進(jìn)行封裝,可大幅提高電池組的安全性能。導(dǎo)熱硅膠可起到防水密封、阻燃密封、散熱減震固定等作用,在復(fù)雜甚至意外環(huán)境下維持鋰電池安全運(yùn)行,是各方追求的目標(biāo)。
五、導(dǎo)熱硅膠為何在散熱界如此重要？
1、電子設(shè)備為什么要散熱？
電子設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生大量熱量,這些熱量主要以熱能的形式被浪費(fèi)掉。過高的溫度會嚴(yán)重?fù)p害電子設(shè)備的可靠性和使用壽命。因此,需要通過散熱器快速將這些殘余熱量散出。
在這一散熱過程中,扮演關(guān)鍵角色的就是導(dǎo)熱界面材料。這類材料主要用來填充電子設(shè)備與散熱片接觸時(shí)產(chǎn)生的微小間隙和表面凹凸不平,從而降低熱傳導(dǎo)過程中的熱阻,提高散熱效率。
進(jìn)入5G時(shí)代后,無線移動終端如智能穿戴、自動駕駛汽車、VR/AR設(shè)備等呈現(xiàn)出功耗大幅上升、發(fā)熱劇增的趨勢。同時(shí),5G終端開始采用陶瓷、玻璃等新型外殼材料,這些材料的散熱性能較金屬更差,對導(dǎo)熱界面材料提出了更高要求。另一方面,5G基站建設(shè)也催生了大量散熱器的需求。
可以說,導(dǎo)熱界面材料正成為電子散熱技術(shù)的關(guān)鍵支撐。一方面,電子產(chǎn)品不斷升級換代使得這類材料的應(yīng)用領(lǐng)域和用量持續(xù)擴(kuò)大;另一方面,新興應(yīng)用場景也給導(dǎo)熱界面材料帶來了新的性能挑戰(zhàn)?？梢灶A(yù)見,導(dǎo)熱界面材料將成為推動電子技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵支柱之一。
2、導(dǎo)熱硅膠在在電子、汽車等高科技產(chǎn)業(yè)里大放異彩的“散熱神器”
導(dǎo)熱硅膠的導(dǎo)熱系數(shù)一般在0.8到4.0 W/m·K之間，有的高性能產(chǎn)品甚至能達(dá)到8.0 W/m·K。這個(gè)系數(shù)越高，說明它傳遞熱量的速度越快，散熱效果越好。
比如在電腦CPU散熱模塊中，導(dǎo)熱硅膠能迅速將CPU產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至散熱器，再散發(fā)到周圍環(huán)境中，確保CPU在適宜溫度下穩(wěn)定工作。
再來說說它的電絕緣性，導(dǎo)熱硅膠的擊穿電壓通常不低于10kV/mm，有的產(chǎn)品甚至能達(dá)到15kV以上。這意味著它在高電壓環(huán)境下也能保持良好的絕緣性能，不會對電路造成短路等電氣故障，讓電子設(shè)備安全運(yùn)行。
柔韌性方面，導(dǎo)熱硅膠的硬度一般在18到40 Shore C之間，柔軟且具有一定的彈性，能適應(yīng)不同形狀和表面粗糙度的被接觸物體。它能緊密貼合在各種復(fù)雜的工作環(huán)境下，不留散熱死角。
導(dǎo)熱硅膠能在-40℃到130℃的溫度范圍內(nèi)保持性能穩(wěn)定，有的產(chǎn)品甚至能在-50℃到180℃的環(huán)境下工作。它不易出現(xiàn)硬化、開裂、粉化等老化現(xiàn)象，保證了電子設(shè)備的長期可靠性。
3、在實(shí)際應(yīng)用中，導(dǎo)熱硅膠可謂是“多面手”。
在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，除了CPU散熱，顯卡、主板芯片組等關(guān)鍵部件也離不開它。在通信設(shè)備中，如5G通信基站的電源模塊、功率放大器等關(guān)鍵部件，導(dǎo)熱硅膠能有效傳導(dǎo)熱量，確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。在LED照明領(lǐng)域，導(dǎo)熱硅膠被廣泛應(yīng)用于LED燈珠與散熱片之間，提高散熱效率，延長燈具使用壽命。在汽車電子領(lǐng)域，它為汽車發(fā)動機(jī)的電子控制系統(tǒng)、電動汽車的電池管理系統(tǒng)等提供高效的散熱解決方案。
