1.   電子設備為什么要散熱？

電子設備在運轉過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量熱量,這些熱量主要以熱能的形式被浪費掉。過(guò)高的溫度會(huì )嚴重損害電子設備的可靠性和使用壽命。因此,需要通過(guò)散熱器快速將這些殘余熱量散出。

在這一散熱過(guò)程中,扮演關(guān)鍵角色的就是導熱界面材料。這類(lèi)材料主要用來(lái)填充電子設備與散熱片接觸時(shí)產(chǎn)生的微小間隙和表面凹凸不平,從而降低熱傳導過(guò)程中的熱阻,提高散熱效率。

進(jìn)入5G時(shí)代后,無(wú)線(xiàn)移動(dòng)終端如智能穿戴、自動(dòng)駕駛汽車(chē)、VR/AR設備等呈現出功耗大幅上升、發(fā)熱劇增的趨勢。同時(shí),5G終端開(kāi)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,對導熱界面材料提出了更高要求。另一方面,5G基站建設也催生了大量散熱器的需求。

可以說(shuō),導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(lèi)材料的應用領(lǐng)域和用量持續擴大;另一方面,新興應用場(chǎng)景也給導熱界面材料帶來(lái)了新的性能挑戰?？梢灶A見(jiàn),導熱界面材料將成為推動(dòng)電子技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵支柱之一。

2.  導熱硅膠的組成成分

硅凝膠是一種液體與固體一起存在被稱(chēng)為“固液共存材料”的特種硅橡膠，為高分子化合物構成網(wǎng)狀結構，具有獨特的性能。在固化前一般分為A、B雙組份，在鉑金屬化合物的催化下，導熱有機硅樹(shù)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反應而成。整個(gè)反應為加成硫化反應，不產(chǎn)生副產(chǎn)物，因而無(wú)收縮。導熱硅橡膠是直鏈狀聚有機硅氧烷，具有較高的摩爾質(zhì)量（一般在148000g/mol以上）。

3.  導熱硅膠的膠粘特性

聚硅氧烷分子的主鏈通常由Si-O-Si鍵組成。在該分子結構中,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,如乙基、乙烯基、苯基、三氟醛基等。R'為羥基或烷基,n代表鏈節數。

這種聚硅氧烷材料具有以下主要性能:

1.  物理化學(xué)性能穩定,基本與溫度無(wú)關(guān),可在50250℃溫度范圍內使用,電絕緣性能和耐高低溫(-50250℃)性能優(yōu)良。

2.  無(wú)需底漆或表面處理劑,就能物理粘附于最常見(jiàn)的電子設備或其他材料表面,固化過(guò)程中不會(huì )產(chǎn)生副產(chǎn)物或收縮。

3.  該體系無(wú)色透明,作為灌封料使用時(shí)容易觀(guān)察灌封元件的內部結構。在半固化狀態(tài)下固化后,對許多被粘物具有良好的粘結性和密封性,耐冷熱交變性能優(yōu)良。

4.  可操作時(shí)間長(cháng),雙組份混合后不會(huì )很快凝膠化。加熱會(huì )促進(jìn)固化,固化時(shí)間可通過(guò)調節固化溫度靈活控制。自流平性好,便于流入電路中微元件之間的細微點(diǎn)。

5.  針對不同的應用場(chǎng)景，可靈活調整凝膠的硬度、流動(dòng)性、固化時(shí)間等性能，也可添加制備成具有阻燃性、導電或導熱性的硅凝膠。

6.  自修復能力好，受外力作用出現裂縫，具有自動(dòng)修復的能力，同時(shí)起到防水、防潮、防銹的作用。

4.  硅膠的透油性

在硅凝膠硫化時(shí),其呈固液共存狀態(tài),交聯(lián)密度較低,因此生產(chǎn)出來(lái)的導熱硅凝膠很容易出現滲油問(wèn)題,會(huì )污染電子器件,降低其長(cháng)時(shí)間工作的可靠性。為了在提高硅樹(shù)脂導熱率的同時(shí),避免滲油的產(chǎn)生,需要提高導熱硅凝膠的交聯(lián)密度。

較高的交聯(lián)密度會(huì )使更多的有機硅大分子相互反應交聯(lián)成完整的網(wǎng)絡(luò )結構體系,賦予其良好的流動(dòng)性,而未交聯(lián)的樹(shù)脂基本不存在,即使有少量完整網(wǎng)絡(luò )結構存在,在單位體積內也會(huì )形成密集的交聯(lián)點(diǎn),未交聯(lián)的樹(shù)脂在運動(dòng)時(shí)會(huì )與網(wǎng)絡(luò )結構產(chǎn)生較大的摩擦系數,阻礙了其流動(dòng),從而減少了滲油量。

由上可知,提高導熱硅凝膠的交聯(lián)密度是解決滲油問(wèn)題的關(guān)鍵,通過(guò)優(yōu)化配方和工藝,可以增加交聯(lián)密度,在提高導熱性能的同時(shí),有效避免滲油,提高電子設備的使用可靠性。

5.   硅膠的粘接力怎么樣？

在一些應用場(chǎng)合，例如電池模組的PET膜與鋁合金之間，對導熱硅膠的黏附性有一定的要求。導熱硅膠的黏附性能主要與凝膠的黏度和本體強度有關(guān)，凝膠的黏度決定了其在粘接界面的黏附強度的大小，而本體強度則決定了凝膠本身被破壞時(shí)所需要的力，也就是通常所說(shuō)的凝膠的粘結力。

而界面的黏附力和膠體的內聚力之較小決定的。若膠體的黏附力小于膠體本身被破壞時(shí)所需的內聚力，則發(fā)生界面破壞，黏附力的大小主要取決于膠體的黏附力即粘度；若膠體的黏附力大于膠體本身被破壞時(shí)所需的內聚力，則發(fā)生內聚破壞，黏附力的大小主要取決于膠體的內聚力。

6.  導熱硅膠應用領(lǐng)域

(1) 航空電子設備某型航電交換機出現低溫數據包丟失故障,是由于原設計時(shí)使用的導熱墊片局部應力過(guò)大造成的。相比傳統的導熱墊片、導熱膠等材料,導熱硅脂作為新型導熱界面材料在高低溫性能、碰撞安全、連續振動(dòng)等多項試驗中表現優(yōu)異,可應用于航電產(chǎn)品生產(chǎn)中。

(2) 5G電子設備新型導熱硅膠材料不僅可增強熱能傳導效果,還可實(shí)現熱能的有效傳遞。相比傳統導熱材料,新型導熱硅膠在電子元器件應用中可有效提高信號傳播效率,促進(jìn)其在5G設備中的優(yōu)質(zhì)應用。

(3) 動(dòng)力電池動(dòng)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(cháng)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振動(dòng)、溫度變化、水浸泡、局部短路、過(guò)載、機械沖擊等影響,威脅駕乘人員安全。

如果使用導熱阻燃硅膠對動(dòng)力電池單體進(jìn)行封裝,可大幅提高電池組的安全性能。導熱硅膠可起到防水密封、阻燃密封、散熱減震固定等作用,在復雜甚至意外環(huán)境下維持鋰電池安全運行,是各方追求的目標。