5G通訊、新能源、新光源、物聯網等電子產業的迅速發展,電子產品向更輕、更快、更薄、更集成的方向發展,使得安裝在電路板上的電子部件密度提高,電子設備的發熱量增大,嚴重影響電子元器件的操作可靠性和安全性能,因此需要添加高導熱天填料來提高電子封裝材料和基板的熱導率,將電子器件產生的熱量快速傳遞出去,避免溫度升高過多而影響電子產品的性能。
常用的導熱填料有金屬填料、碳材料、陶瓷材料三大類。雖然金屬填料和碳材料本身具有較高的熱導率,能顯著地提高聚合物材料的熱導率,然而在高負載時卻易破壞材料的絕緣性能,因此無法用于對電氣絕緣性要求較高的電子設備中。而碳化硅、氮化鋁、氧化鋁等陶瓷填料則因其優異的熱傳輸性能和高的絕緣性能,在制備高導熱復合材料領域得到了越來越多的關注。其中氧化鋁價格相對較低,且來源廣泛,性能穩定,耐酸堿腐蝕,是一種性價比很高的無機陶瓷填料。 不過與氮化鋁、碳化硅等其他陶瓷填料相比,氧化鋁的導熱系數相對較低,為30W/(m·K)。
要想提高氧化鋁基電子封裝材料和基板的熱導率,最為有效的方法是提高氧化鋁導熱填料的填充率和導熱系數。
高的填充率可以使氧化鋁在聚合物基體中相互接觸和堆積,形成盡可能多的導熱網絡。不過值得注意的是,過高的填充量容易導致填料發生團聚,使填料間存在空隙,反而讓體系熱導率下降,且使用過程中還會出現基體流動性差、性能不穩定及易分離等問題。因此要通過提高填充率來提高基板熱導性,可以采用具有高球形度的球形氧化鋁作為導熱填料,相比不規則形貌的氧化鋁填料,比表面積更小,流動性更好,吸油率更小,不易團聚,當添加到有機聚合物的體系中時對粘度影響較小。
而要提高填料的熱導率則需要盡可能消除填料中的結晶缺陷,并提高球形氧化鋁中α-氧化鋁的含量,目前通過添加特殊礦化劑對球形氧化鋁二次煅燒即可制備出具有完整結晶、雜質含量更低、α-氧化鋁相含量高達98%的大單晶類球形氧化鋁,逐漸受到導熱領域的廣泛關注。
不過當前球形及類球形氧化鋁技術壁壘較高,最大的技術難點在于球化工藝和生產設備的研發,尤其對于大單晶結構的類球形氧化鋁,其硬度太高,對設備磨損更加嚴重,因此需要研發出更有效的球形化設備及技術。即將于4月23-25日在寧波舉辦的“2024年全國氧化鋁粉體與制品創新發展論壇(第八屆)”上,粉體圈作為主辦方邀請了中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司的王建立教授級高工現場分享報告《導熱用球形氧化鋁的制備及應用》,屆時他將介紹導熱用球形及類球形氧化鋁的應用及制備現狀,內容包括:
1、球形氧化鋁的制備方法;
2、類球形單晶氧化鋁的制備方法
3、導熱球形氧化鋁的應用
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報告人介紹
王建立,工學博士,教授級高工,中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司特種氧化鋁研究所副所長,有多年氧化鋁研發經驗。主持或為主參加了國家科技攻關項目、國家科技部專項、國家自然科學基金項目以及中國鋁業公司重大科技項目二十多項,近年來獲省部級科技進步一等獎2項,科技進步二等獎3項,申請國家發明專利近20余項,已獲專利授權13項,參加了《鋁冶煉生產技術手冊》、《濕法冶金手冊》和《有色金屬進展》等專著的編寫工作,在國內外學術期刊上發表學術論文40余篇。
寧波氧化鋁論壇會務組
作者:寧波氧化鋁論壇會務組
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