先進陶瓷在消費電子應用第一彈：導熱填料

發布時間 | 2021-06-07 14:29 分類 | 粉體應用技術點擊量 | 1410

石墨氧化鋅碳化硅氧化鎂硅微粉氮化硅氮化硼氮化鋁氧化硅氧化鋁

導讀：消費電子產品是指供日常消費者生活使用的智能電子硬件產品，包括數碼設備(如手機，電腦，攝影設備等)、學習硬件(如詞典筆，翻譯筆等)和可穿戴設備。

消費電子產品是指供日常消費者生活使用的智能電子硬件產品，包括數碼設備(如手機，電腦，攝影設備等)、學習硬件(如詞典筆，翻譯筆等)和可穿戴設備。導熱材料是電子產品的輔料在，作用在解決電子產品的散熱問題，從而提升電子產品的運行速度、可靠性、穩定性和使用壽命，是電子產品中不可或缺的一部分。散熱不良，故障隨之就會跟上門。

↑↑↑紅魔游戲手機立體多維散熱系統

散熱不得勁，吃雞就費勁

在電子材料表面和散熱部件之間存在細微的凹凸不平的空隙，如果將他們直接安裝在一起，它們之間存在大量的空氣間隙。因為空氣熱導率只有0.024W/(m.K)，將導致電子元器件與散熱器間的接觸熱阻非常大，嚴重阻礙了熱量的傳導，造成散熱器的效能低下。使用具有高導熱性的導熱材料填充滿這些間隙，排除其中的空氣，在電子元件和散熱器間建立熱傳導通道，可以大幅度增加熱源與散熱器之間的接觸面積，減少接觸熱阻，使散熱器的作用良好的發揮。

↓↓↓導熱界面材料的作用

隨著電子設備芯片發展及功耗增加，導熱界面材料的應用風險增加，其可靠性成為越來越關注的性能指標。通用的導熱界面材料，多以樹脂為基體，填充導熱填料，使之易于變形以更好彌合間隙、有效接觸以提升散熱。

↓↓↓導熱界面材料TIM的原料組成如下：

來源：5G通訊電子產品導熱界面材料應用及新挑戰

中興通訊股份有限公司，鄭金橋

↓↓↓常見的散熱界面材料類型

導熱對于金屬、碳材料等會導電的材料來說，通常難度不大，但對于需要具有優秀絕緣性能的熱界面材料來說，難度還是有的，通常，如果想要達到絕緣導熱效果，一般會添加具有良好絕緣性和高導熱系數陶瓷粉體，如氮化鋁、氮化硼、氮化硅、碳化硅、碳化硼、氧化鈹、氧化鋁、氧化鋅、氧化鎂及氧化硅等。

幾種常見絕緣導熱填料優缺點對比:
填料類型	導熱系數	應用特點
氮化鋁 AIN	80-320 K(w/m.k)	導熱系數高，但價格昂貴，通常每公斤幾千元以上。吸潮后會發生水解，水解產生的氫氧化鋁會使導熱通路中斷，因此制品熱導率偏低。單純使用氮化鋁，大量填充后體系粘度將急劇上升。
氮化硼 BN	60-125 K(w/m.k)	導熱系數高，每公斤幾百至上千元（根據產品品質不同差別較大）。與氮化鋁類似，大量填充后體系粘度將急劇上升。有研究表示，球形是解決體系變稠的辦法，可以提高添加量，但制備成本也會相應提高。
氧化鋁 (X-AI2O3	38 K(w/m.k)	通常為球形或者類球形。價格適中，根據產品性能差異，每公斤十幾元到數百元不等。填充量大，最大可添加到600-800份，所得制品導熱率高。具體應用見下文解析。
碳化硅 SiC	83.6-220 K(w/m.k)	導熱系數較高，但合成過程中產生的碳及石墨難以去除，導致產品純度低，電導率高，不適合電子用膠；密度大，在有機硅中易沉淀分層，影響產品應用；在環氧膠中較為適用。
氧化鎂 MgO	36 K(w/m.k)	價格便宜，在空氣中易吸潮，增粘性較強，不能大量填充；耐酸性差，很容易被腐蝕，限制了酸性環境下的應用。
硅微粉 SiO₂	5-15 K(w/m.k)	導熱性偏低，不適合生產高導熱產品，但使用成本相對于球形氧化鋁、氮化鋁而言較低，綜合性能也非常適應電子封裝，因此市場占有率也不低。
氧化鋅 ZnO	26 K(w/m.k)	粒徑和均勻性很好，適合生產導熱硅脂；導熱性偏低，不適合生產高導熱產品。