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先进陶瓷在消费电子应用第一弹:导热填料
2021年06月07日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:97
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消费电子产品是指供日常消费者生活使用的智能电子硬件产品,包括数码设备(如手机,电脑,摄影设备等)、学习硬件(如词典笔,翻译笔等)和可穿戴设备。热材料是电子产品的辅料在,作用在解决电子产品的散热问题,从而提升电子产品的运行速度、可靠性、稳定性和使用寿命,是电子产品中不可或缺的一部分。散热不良,故障随之就会跟上门。

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散热不得劲,吃鸡就费劲

在电子材料表面和散热部件之间存在细微的凹凸不平的空隙,如果将他们直接安装在一起,它们之间存在大量的空气间隙。因为空气热导率只有0.024W/(m.K),将导致电子元器件与散热器间的接触热阻非常大,严重阻碍了热量的传导,造成散热器的效能低下。使用具有高导热性的导热材料填充满这些间隙,排除其中的空气,在电子元件和散热器间建立热传导通道,可以大幅度增加热源与散热器之间的接触面积,减少接触热阻,使散热器的作用良好的发挥。

↓↓↓导热界面材料的作用

随着电子设备芯片发展及功耗增加,导热界面材料的应用风险增加,其可靠性成为越来越关注的性能指标。通用的导热界面材料,多以树脂为基体,填充导热填料,使之易于变形以更好弥合间隙、有效接触以提升散热。

↓↓↓导热界面材料TIM的原料组成如下:

来源:5G通讯电子产品导热界面材料应用及新挑战

中兴通讯股份有限公司,郑金桥

↓↓↓常见的散热界面材料类型

导热对于金属、碳材料等会导电的材料来说,通常难度不大,但对于需要具有优秀绝缘性能的热界面材料来说,难度还是有的,通常,如果想要达到绝缘导热效果,一般会添加具有良好绝缘性和高导热系数陶瓷粉体,如氮化铝、氮化硼、氮化硅、碳化硅、碳化硼、氧化铍、氧化铝、氧化锌、氧化镁及氧化硅等。

几种常见绝缘导热填料优缺点对比:

填料类型

导热系数

应用特点

氮化铝 AIN

80-320 K(w/m.k)

导热系数高,但价格昂贵,通常每公斤几千元以上。 吸潮后会发生水解,水解产生的氢氧化铝会使导热通 路中断,因此制品热导率偏低。单纯使用氮化铝,大 量填充后体系粘度将急剧上升。

氮化硼 BN

60-125 K(w/m.k)

导热系数高,每公斤几百至上千元(根据产品品质不 同差别较大)。与氮化铝类似,大量填充后体系粘度将 急剧上升。有研究表示,球形是解决体系变稠的办法, 可以提高添加量,但制备成本也会相应提高。

氧化铝 (X-AI2O3

38 K(w/m.k)

通常为球形或者类球形。价格适中,根据产品性能差 异,每公斤十几元到数百元不等。填充量大,最大可 添加到600-800份,所得制品导热率高。具体应用见 下文解析。

碳化硅 SiC

83.6-220 K(w/m.k)

导热系数较高,但合成过程中产生的碳及石墨难以去 除,导致产品纯度低,电导率高,不适合电子用胶; 密度大,在有机硅中易沉淀分层,影响产品应用;在 环氧胶中较为适用。

氧化镁 MgO

36 K(w/m.k)

价格便宜,在空气中易吸潮,增粘性较强,不能大量 填充;耐酸性差,很容易被腐蚀,限制了酸性环境下 的应用。

硅微粉 SiO2

5-15 K(w/m.k)

导热性偏低,不适合生产高导热产品,但使用成本相 对于球形氧化铝、氮化铝而言较低,综合性能也非常 适应电子封装,因此市场占有率也不低。

氧化锌 ZnO

26 K(w/m.k)

粒径和均匀性很好,适合生产导热硅脂;导热性偏低, 不适合生产高导热产品。

 

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编辑:粉体圈小白

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