導熱高分子復合材料是指將具有高熱導性填料如金屬粉末（銀、銅、鋁）、無機氧化物或氮化物粒子（氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氮化硼、氮化鋁、二氧化硅...）、碳化硅、碳材料（石墨、碳納米管、碳纖維）、二維過渡金屬碳化物和氮化物(MXenes)以及液態金屬等與聚合物基體相結合，制備出的具有較高熱導性的復合材料。相比金屬、陶瓷材料等，導熱高分子復合材料具有良好的柔韌性、輕質、優良加工性能、良好的抗沖擊性、卓越電氣絕緣性能、耐腐蝕性、成本相對較低等優勢，被廣泛應用于國防、電子電氣工業和國民經濟的各個領域。下文一起來盤點導熱高分子復合材料的制備及應用。

一、導熱覆銅板

覆銅箔層壓板（Copper Clad Laminate，CCL），簡稱覆銅板。覆銅板作為“電子電路基材”，是整個印刷電路板（Printed Circuit Board，PCB）制造中首位的重要基礎原材料，擔負著PCB的導電、絕緣、支撐三大功效，它對于電子設備的性能、可靠性和制造成本有著直接的影響。相關閱讀：PCB?覆銅板?傻傻分不清楚？導熱覆銅板是在常規覆銅板基礎上發展起來的，主要有導熱金屬基和導熱樹脂基覆銅板兩類，其基本結構與普通覆銅板沒有什么不同。

常規的金屬和樹脂基覆銅板的黏結層（絕緣層）通常由熱導率較低的樹脂構成，這影響了覆銅板的整體散熱和導熱性能。導熱覆銅板通過在常規覆銅板的樹脂中加入導熱絕緣無機粒子，形成新型的導熱樹脂黏結層，從而提升覆銅板的整體導熱性能。

金屬基導熱覆銅板結構示意圖

導熱增強樹脂基覆銅板結構示意圖

導熱增強樹脂基覆銅板的制備過程：導熱粉體、樹脂與溶劑等攪拌均勻，玻璃布卷（包括無紡布）上膠，烘干，切割、疊層；和銅箔疊合，多層組合，經熱壓工序壓制成品，再裁剪、檢驗、包裝、入庫等。

導熱增強樹脂基覆銅板產品制造工藝過程示意圖

在覆銅板（CCL）中應用填料（Fillers）技術，是CCL技術開發中的重要課題。更多相關內容請點擊相關閱讀：覆銅板升級對粉體依賴越來越大！改性工作真滴重要！

當然除了采用導熱填料，從本體樹脂方面去提高導熱基板的應用性能也是一個不容忽視的渠道。例如液晶環氧在提高基板材料耐熱性及高頻性、增加柔韌性、降低CTE等方面表現出了明顯功效，有著很大發展潛力。更多相關閱讀：高頻高速覆銅板(電子電路基材)用特種樹脂有哪些？

二、導熱硅橡膠

導熱硅橡膠是指在硅橡膠的基礎上添加了特定的導熱填充物所形成的一類導熱高分子復合材料。導熱橡膠多以硅橡膠為主，未填充硅橡膠熱導率一般只有0.165W/(m·K)，除硅橡膠外，三元乙丙橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠、天然橡膠及活性液體聚丁二烯橡膠等均可用來制備導熱橡膠。

硅橡膠是聚硅氧烷在一定固化條件下硫化而成的特殊合成彈性體，其特有的硅—氧主鏈，及側鏈的各類有機基團，使硅橡膠既具有“有機基團”，又具有“無機基團”，從而具備良好的彈性和耐老化性能。硅橡膠基體賦予了導熱硅橡膠復合材料獨特的橡膠彈性，使其能夠適應不同形狀的表面，并具有較好的緩沖和振動吸收性能。

硅橡膠的結構

導熱硅膠軟片（又稱導熱填隙材料、導熱硅膠墊等）是導熱硅橡膠復合材料的一個典型產品，其以加成型硅橡膠為基礎，添加導熱填料、助劑等通過加成反應固化成型的一種軟質導熱界面片材，具有輕質、耐化學腐蝕、易加工成型、電絕緣性能優異、力學及抗疲勞性能優良等特點。與常規橡膠相比，硅橡膠硅橡膠容易流動，容易加工制造，因而可以在能耗較低的情況下模壓，壓延，擠出，生產效率高，其制備流程簡圖如下。

導熱硅膠片工藝流程圖

導熱硅膠軟片具有優異的可壓縮變形特性，能適應不同形狀的界面導熱要求，可用作熱界面材料（TIM）填充于散熱器和熱源之間，降低界面接觸熱阻，提升電子產品的散熱效果。

CPU（或其他芯片）和散熱器之間的導熱硅膠墊

三、導熱硅脂

導熱硅脂又叫導熱膏，呈液態或膏狀，具有一定流動性，在一定壓強下（100~400Pa）下可以在兩個固體表面間形成一層很薄的膜，能極大地降低異質表面間的熱阻。導熱硅脂是一種高導熱有機硅材料復合物，可在-50~+200℃的溫度下長期保持使用時的脂膏狀態，具有低油離度、耐高低溫、耐水、臭氧、耐氣候老化等性能。

導熱硅脂

導熱硅脂是以有機硅酮（基礎油）為主要原料，添加導熱填料和助劑，經混合研磨加工制成的導熱型有機硅脂狀復合物。導熱硅脂基礎油需具有易涂抹、熱穩性好、填料復合狀態好等特性。常用的基礎油是二甲基硅油，另外還有：甲基苯基硅油，具有耐高低溫特性；甲基氯代苯基硅油，具有更加良好的潤滑性；甲基氟烴基硅油，具有耐油、耐溶劑、耐化學試劑和較佳的潤滑性；甲基長鏈烷基硅油，具有優良的潤滑性和相容性。

導熱硅脂制備工藝流程簡圖

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四、導熱相變材料

根據相變材料在相變過程中相態的變化，相變材料可以分為四種，即固－液相變材料，固－氣相變材料，固－固相變材料，液－氣相變材料。但是由于液－氣相變材料和固－氣相變材料在相變過程中涉及很大的體積變化，在實際應用中很少應用。實際應用中固-固相變材料和固-液相變材料最為常見。

導熱相變材料一般是由導熱填料、相變材料、高分子以及改性添加劑組成。相變材料通常是石蠟、羧酸、羧酸酯、多元醇、結晶水和鹽、聚醚等。高分子材料通常是橡膠，如天然橡膠、氯丁橡膠、丁苯橡膠、乙丙橡膠、丁基橡膠、聚硫橡膠、氯醇橡膠、丙烯酸酯橡膠、硅橡膠、氟橡膠等中的一種或幾種混合體。此外，還有環氧樹脂、硅樹脂等。改性添加劑通常有增黏劑、增稠劑、增韌劑、偶聯劑、分散劑、穩定劑、表面活性劑、阻燃劑、著色劑等。導熱相變材料的通用制備工藝：①導熱粉體干燥。將不同種類和粒徑的導熱粉體在150℃的條件下干燥數小時，烘干，除去水分；②導熱粉體粒徑配合。按照不同的比例分別取大、中、小三種粒徑的導熱粉體在高速混合機內進行預混，使不同粒徑的導熱粉體初步混合；③混合。將高分子和一種改性添加劑放在捏合機內加熱捏合均勻，捏合溫度為60~230℃。將石蠟相變材料，另一種改性添加劑加熱混合均勻，加熱溫度為60~150℃。再將兩種預混合體在60~230℃的條件下捏合均勻，完畢，再加入已混好的導熱粉體，混合均勻；④成型。將混合好的導熱相變材料在定型機上冷卻定型成為目標產物。

導熱相變材料（PCM）

來源：Stanford Advanced Materials

由高導熱填料和相變化化合物混合而成的導熱貼片材料--導熱相變材料（PCM），常用于高速、大功率處理器的傳熱界面，產品可在合適的溫度（導熱相變材料相變溫度一般為40~70℃）發生相變，由固態變為液態，從而保證器件與散熱器的表面充分濕潤，使其形成優良的導熱界面層。導熱相變材料具有像導熱硅膠片一樣預先成型適合于器件安裝，又具有像導熱硅脂一樣的低熱阻特性，其結合了兩者的完美特性。

五、導熱封裝膠粘劑

封裝膠黏劑是保證電子元器件集成化、模塊化和小型化的關鍵。無論是分立器件，還是大規模及超大規模集成電路和功能模塊等半導體元器件，為了防止外界水分、塵埃、有害氣體，及沖擊、振動和化學物質等因素對電子元器件的侵入和干擾，減緩振動，防止外力損傷和穩定元器件參數，將外界的不良影響降到最低，保證其正常工作，需對電子元器件進行封裝或絕緣灌封保護。

為滿足電子元器件高速運行、高密度集成電路封裝需求的電子封裝材料除應具備低介電常數

和低介電損耗、低CTE、低吸水性等基本性能外，還必須具有良好的導熱性能。用導熱填料填充聚合物膠黏劑能制得具有相當熱導率的復合型導熱膠，按導熱填料電性能將導熱膠分為導熱導電和導熱電絕緣膠黏劑兩類，如銀粉/環氧和AN/環氧膠。根據所用的樹脂基體可分為環氧，有機硅、聚氨酯及其他導熱膠黏劑。

導熱灌封膠

電子導熱膠黏劑的配方成分主要包括：①樹脂基體的選擇及改性，樹脂基體可以采用單一或復合樹脂；②增韌劑或活性稀釋劑選擇；③其他功能成分，如增黏、阻燃等；④導熱粒子的選擇及表面改性處理；⑤其他無機粒子如防沉降、阻燃等；⑥各類助劑，如偶聯劑、濕潤劑、流平劑等。導熱膠黏劑的制備：導熱無機粒子使用前首先要進行烘干處理，然后對無機粒子進行表面有機化改性處理，多用表面活性劑或偶聯劑、或高分子改性劑以改善和有機樹脂基體親和性，降低界面張力。然后將上述各組分按照配方規定范圍用量進行混合，選擇不同加工設備及相應復合加工方式，如超聲、攪拌分散或研磨至導熱粒子分散均勻，膠料外觀光滑細膩，調整體系黏度至合格范圍，得到電子導熱膠黏劑。

六、導熱塑料

與其他傳統材料相比，塑料提供了設計上的靈活性，這使得它們在不同的最終用途行業中得到了越來越多的應用。工業應用的導熱塑料是在各方面性能兼顧基礎上，突出導熱性能。與金屬比較，導熱塑料具有如下特色及優勢：①質量輕，塑料密度約為金屬鋁密度的1/2；②加工方便，可以用注射成型加工；③設計較復雜的組件，提高設計自由度；④系統簡單，采用塑料絕緣用做外殼散熱系統時，可以采用非隔離啟動系統，不必擔心其安全問題，而用鋁做外殼，由于外殼導電，內部必須采用隔離啟動系統。如下是導熱塑料在工業中的應用案例。

導熱塑料的制備同其他功能塑料的制備工藝基本一樣，在提高熱導率的同時需要兼顧其復合物的力學、電性能，以及流動性及加工成型性能。導熱塑料的基本工藝流程：先將導熱粒子和相關助劑、塑料基體預先在混合器內高速混合，后將混合均勻的混合物加人雙螺桿擠出機，經擠出造粒。粒料經配備一定模具的注塑機注射成成型，注射產品還需經后處理等工序加工，最后檢驗合格后，方能包裝、人庫存放。

參考資料：

導熱高分子材料，周文英，丁小衛 著，2014年

編輯整理：粉體圈 Alpha