导热高分子复合材料是指将具有高热导性填料如金属粉末（银、铜、铝）、无机氧化物或氮化物粒子（氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化硼、氮化铝、二氧化硅...）、碳化硅、碳材料（石墨、碳纳米管、碳纤维）、二维过渡金属碳化物和氮化物(MXenes)以及液态金属等与聚合物基体相结合，制备出的具有较高热导性的复合材料。相比金属、陶瓷材料等，导热高分子复合材料具有良好的柔韧性、轻质、优良加工性能、良好的抗冲击性、卓越电气绝缘性能、耐腐蚀性、成本相对较低等优势，被广泛应用于国防、电子电气工业和国民经济的各个领域。下文一起来盘点导热高分子复合材料的制备及应用。

一、导热覆铜板

覆铜箔层压板（Copper Clad Laminate，CCL），简称覆铜板。覆铜板作为“电子电路基材”，是整个印刷电路板（Printed Circuit Board，PCB）制造中首位的重要基础原材料，担负着PCB的导电、绝缘、支撑三大功效，它对于电子设备的性能、可靠性和制造成本有着直接的影响。相关阅读：PCB?覆铜板?傻傻分不清楚？导热覆铜板是在常规覆铜板基础上发展起来的，主要有导热金属基和导热树脂基覆铜板两类，其基本结构与普通覆铜板没有什么不同。

常规的金属和树脂基覆铜板的黏结层（绝缘层）通常由热导率较低的树脂构成，这影响了覆铜板的整体散热和导热性能。导热覆铜板通过在常规覆铜板的树脂中加入导热绝缘无机粒子，形成新型的导热树脂黏结层，从而提升覆铜板的整体导热性能。

金属基导热覆铜板结构示意图

导热增强树脂基覆铜板结构示意图

导热增强树脂基覆铜板的制备过程：导热粉体、树脂与溶剂等搅拌均匀，玻璃布卷（包括无纺布）上胶，烘干，切割、叠层；和铜箔叠合，多层组合，经热压工序压制成品，再裁剪、检验、包装、入库等。

导热增强树脂基覆铜板产品制造工艺过程示意图

在覆铜板（CCL）中应用填料（Fillers）技术，是CCL技术开发中的重要课题。更多相关内容请点击相关阅读：覆铜板升级对粉体依赖越来越大！改性工作真滴重要！

当然除了采用导热填料，从本体树脂方面去提高导热基板的应用性能也是一个不容忽视的渠道。例如液晶环氧在提高基板材料耐热性及高频性、增加柔韧性、降低CTE等方面表现出了明显功效，有着很大发展潜力。更多相关阅读：高频高速覆铜板(电子电路基材)用特种树脂有哪些？

二、导热硅橡胶

导热硅橡胶是指在硅橡胶的基础上添加了特定的导热填充物所形成的一类导热高分子复合材料。导热橡胶多以硅橡胶为主，未填充硅橡胶热导率一般只有0.165W/(m·K)，除硅橡胶外，三元乙丙橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、天然橡胶及活性液体聚丁二烯橡胶等均可用来制备导热橡胶。

硅橡胶是聚硅氧烷在一定固化条件下硫化而成的特殊合成弹性体，其特有的硅—氧主链，及侧链的各类有机基团，使硅橡胶既具有“有机基团”，又具有“无机基团”，从而具备良好的弹性和耐老化性能。硅橡胶基体赋予了导热硅橡胶复合材料独特的橡胶弹性，使其能够适应不同形状的表面，并具有较好的缓冲和振动吸收性能。

硅橡胶的结构

导热硅胶软片（又称导热填隙材料、导热硅胶垫等）是导热硅橡胶复合材料的一个典型产品，其以加成型硅橡胶为基础，添加导热填料、助剂等通过加成反应固化成型的一种软质导热界面片材，具有轻质、耐化学腐蚀、易加工成型、电绝缘性能优异、力学及抗疲劳性能优良等特点。与常规橡胶相比，硅橡胶硅橡胶容易流动，容易加工制造，因而可以在能耗较低的情况下模压，压延，挤出，生产效率高，其制备流程简图如下。

导热硅胶片工艺流程图

导热硅胶软片具有优异的可压缩变形特性，能适应不同形状的界面导热要求，可用作热界面材料（TIM）填充于散热器和热源之间，降低界面接触热阻，提升电子产品的散热效果。

CPU（或其他芯片）和散热器之间的导热硅胶垫

三、导热硅脂

导热硅脂又叫导热膏，呈液态或膏状，具有一定流动性，在一定压强下（100~400Pa）下可以在两个固体表面间形成一层很薄的膜，能极大地降低异质表面间的热阻。导热硅脂是一种高导热有机硅材料复合物，可在-50~+200℃的温度下长期保持使用时的脂膏状态，具有低油离度、耐高低温、耐水、臭氧、耐气候老化等性能。

导热硅脂

导热硅脂是以有机硅酮（基础油）为主要原料，添加导热填料和助剂，经混合研磨加工制成的导热型有机硅脂状复合物。导热硅脂基础油需具有易涂抹、热稳性好、填料复合状态好等特性。常用的基础油是二甲基硅油，另外还有：甲基苯基硅油，具有耐高低温特性；甲基氯代苯基硅油，具有更加良好的润滑性；甲基氟烃基硅油，具有耐油、耐溶剂、耐化学试剂和较佳的润滑性；甲基长链烷基硅油，具有优良的润滑性和相容性。

导热硅脂制备工艺流程简图

更多相关内容请点击相关阅读：导热膏/导热脂/导热垫片/导热凝胶/导热胶带有什么不一样？

四、导热相变材料

根据相变材料在相变过程中相态的变化，相变材料可以分为四种，即固－液相变材料，固－气相变材料，固－固相变材料，液－气相变材料。但是由于液－气相变材料和固－气相变材料在相变过程中涉及很大的体积变化，在实际应用中很少应用。实际应用中固-固相变材料和固-液相变材料最为常见。

导热相变材料一般是由导热填料、相变材料、高分子以及改性添加剂组成。相变材料通常是石蜡、羧酸、羧酸酯、多元醇、结晶水和盐、聚醚等。高分子材料通常是橡胶，如天然橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、聚硫橡胶、氯醇橡胶、丙烯酸酯橡胶、硅橡胶、氟橡胶等中的一种或几种混合体。此外，还有环氧树脂、硅树脂等。改性添加剂通常有增黏剂、增稠剂、增韧剂、偶联剂、分散剂、稳定剂、表面活性剂、阻燃剂、着色剂等。导热相变材料的通用制备工艺：①导热粉体干燥。将不同种类和粒径的导热粉体在150℃的条件下干燥数小时，烘干，除去水分；②导热粉体粒径配合。按照不同的比例分别取大、中、小三种粒径的导热粉体在高速混合机内进行预混，使不同粒径的导热粉体初步混合；③混合。将高分子和一种改性添加剂放在捏合机内加热捏合均匀，捏合温度为60~230℃。将石蜡相变材料，另一种改性添加剂加热混合均匀，加热温度为60~150℃。再将两种预混合体在60~230℃的条件下捏合均匀，完毕，再加入已混好的导热粉体，混合均匀；④成型。将混合好的导热相变材料在定型机上冷却定型成为目标产物。

导热相变材料（PCM）

来源：Stanford Advanced Materials

由高导热填料和相变化化合物混合而成的导热贴片材料--导热相变材料（PCM），常用于高速、大功率处理器的传热界面，产品可在合适的温度（导热相变材料相变温度一般为40~70℃）发生相变，由固态变为液态，从而保证器件与散热器的表面充分湿润，使其形成优良的导热界面层。导热相变材料具有像导热硅胶片一样预先成型适合于器件安装，又具有像导热硅脂一样的低热阻特性，其结合了两者的完美特性。

五、导热封装胶粘剂

封装胶黏剂是保证电子元器件集成化、模块化和小型化的关键。无论是分立器件，还是大规模及超大规模集成电路和功能模块等半导体元器件，为了防止外界水分、尘埃、有害气体，及冲击、振动和化学物质等因素对电子元器件的侵入和干扰，减缓振动，防止外力损伤和稳定元器件参数，将外界的不良影响降到最低，保证其正常工作，需对电子元器件进行封装或绝缘灌封保护。

为满足电子元器件高速运行、高密度集成电路封装需求的电子封装材料除应具备低介电常数

和低介电损耗、低CTE、低吸水性等基本性能外，还必须具有良好的导热性能。用导热填料填充聚合物胶黏剂能制得具有相当热导率的复合型导热胶，按导热填料电性能将导热胶分为导热导电和导热电绝缘胶黏剂两类，如银粉/环氧和AN/环氧胶。根据所用的树脂基体可分为环氧，有机硅、聚氨酯及其他导热胶黏剂。

导热灌封胶

电子导热胶黏剂的配方成分主要包括：①树脂基体的选择及改性，树脂基体可以采用单一或复合树脂；②增韧剂或活性稀释剂选择；③其他功能成分，如增黏、阻燃等；④导热粒子的选择及表面改性处理；⑤其他无机粒子如防沉降、阻燃等；⑥各类助剂，如偶联剂、湿润剂、流平剂等。导热胶黏剂的制备：导热无机粒子使用前首先要进行烘干处理，然后对无机粒子进行表面有机化改性处理，多用表面活性剂或偶联剂、或高分子改性剂以改善和有机树脂基体亲和性，降低界面张力。然后将上述各组分按照配方规定范围用量进行混合，选择不同加工设备及相应复合加工方式，如超声、搅拌分散或研磨至导热粒子分散均匀，胶料外观光滑细腻，调整体系黏度至合格范围，得到电子导热胶黏剂。

六、导热塑料

与其他传统材料相比，塑料提供了设计上的灵活性，这使得它们在不同的最终用途行业中得到了越来越多的应用。工业应用的导热塑料是在各方面性能兼顾基础上，突出导热性能。与金属比较，导热塑料具有如下特色及优势：①质量轻，塑料密度约为金属铝密度的1/2；②加工方便，可以用注射成型加工；③设计较复杂的组件，提高设计自由度；④系统简单，采用塑料绝缘用做外壳散热系统时，可以采用非隔离启动系统，不必担心其安全问题，而用铝做外壳，由于外壳导电，内部必须采用隔离启动系统。如下是导热塑料在工业中的应用案例。

导热塑料的制备同其他功能塑料的制备工艺基本一样，在提高热导率的同时需要兼顾其复合物的力学、电性能，以及流动性及加工成型性能。导热塑料的基本工艺流程：先将导热粒子和相关助剂、塑料基体预先在混合器内高速混合，后将混合均匀的混合物加人双螺杆挤出机，经挤出造粒。粒料经配备一定模具的注塑机注射成成型，注射产品还需经后处理等工序加工，最后检验合格后，方能包装、人库存放。

参考资料：

导热高分子材料，周文英，丁小卫 著，2014年

编辑整理：粉体圈 Alpha