 |
 |
 |
 |
 |
 |
||
 |
 |
 |
 |
 |
| 9 | 1/1 | 返回列表 |
| 查看: 5546 | 回復: 8 | |||
[交流]
絕緣導熱填料在金屬基板高導熱膠膜中的應用(初稿)
|
|||
|
絕緣導熱填料在金屬基板高導熱膠膜中的應用 趙來輝1、顧云峰1 王鵬2 (1上海百圖高新材料科技有限公司，上海201203 ；2北京化工大學，北京100029） 通訊聯(lián)系人：will@bestry-tech.com 13003121982@126.com 摘要：介紹了金屬基板導熱膠膜導熱系數(shù)的影響因素和金屬基板高導熱膠膜的研究現(xiàn)狀，同時介紹了高分子復合材料的導熱機理，提出了金屬基板高導熱膠膜用絕緣導熱填料的研究方向。 關鍵詞：金屬基板、高導熱膠膜、絕緣導熱填料、球形氧化鋁 引言：隨著集成技術、微電子封裝技術以及照明大功率LED技術的發(fā)展，PCB 板上所搭載的元器件的數(shù)量越來越多，功率越來越大，電子設備所產(chǎn)生的熱量迅速積累、導致元器件的工作環(huán)境向高溫方向變化，為了保證元器件和大功率LED的壽命及可靠性，必須及時的將產(chǎn)生的熱量散逸出去。然而，傳統(tǒng)的FR-4 覆銅板的熱導率僅為0.18～0.25 W /m•K ，無法滿足高導熱的需求。雖然市場上出現(xiàn)了一些高導熱的覆銅板，如Arlon的99N，91ML 系列產(chǎn)品，但是此類產(chǎn)品都是采用了導熱率低的玻纖布作為增強材料，所以其產(chǎn)品導熱率仍然偏低。這種情況下，金屬基覆銅板應運而生，作為新興基板材料被廣泛應用于大功率LED、軍用電子設備及高頻微電子設備中，和FR-4相比，高導熱金屬基板具有近10倍以上的熱導率，高擊穿電壓，體積和表面電阻，耐高溫等優(yōu)異性能[1]。 圖1 金屬基覆銅板的典型結構 金屬基覆銅板的典型結構如圖1所示，基板包括三部分，一是底層金屬基散熱層，一般由金屬鋁板、銅板或鐵板構成；二是中間導熱絕緣層，主要起絕緣和熱傳導作用；最上面一層是導電線路層。 其中，線路板與金屬基板之間的導熱絕緣層即是通常所謂的“導熱膠膜”，是高導熱金屬基板的關鍵核心技術所在，也是高導熱金屬基板的研究熱點。高導熱膠膜必須具備較高的導熱性，與金屬基板和導線層良好的粘結性，優(yōu)異的耐熱性，較高的電氣強度，耐浸焊性，良好介電性及柔韌性等。 1 有機高分子材料的導熱機理 熱能傳輸不是沿著一條直線從物體的一端傳到另一端，而是采用擴散形勢。根據(jù)熱的動力學理論，熱是一種聯(lián)系到分子、原子、電子等的移動、轉動和振動的能量，即所有物質(zhì)的熱傳導，都是由于物質(zhì)內(nèi)部微觀粒子相互碰撞和傳遞的結果。熱能的載體包括電子、光子和聲子[2]。有機材料的主要導熱載體是聲子，但是有機高分子材料的結構規(guī)則性差，聲子傳導性差，因此導熱性能較差。 2 填充型高分子復合材料的導熱機理 制造具有優(yōu)良綜合性能的導熱材料一般有兩種途徑：一種是合成具有高導熱率的結構聚合物；另一種是在聚合物中填充高導熱性的填料。由于具有高導熱率結構的聚合物合成復雜，且高分子材料本身的熱傳導系數(shù)比較小，而樹脂基體中基本上沒有熱傳遞所需要的均一致密的有序晶體結構或載荷子，因此，其導熱性能較差，導熱系數(shù)一般只有0.2W/(m•K)[3]。所以填充型導熱高分子復合材料在市場中比較常見。 填充型高分子復合材料導熱性能主要依賴于填充物的導熱系數(shù)、填充物在基體中的分布以及與基體的相互作用。填料用量較小時，填料雖均勻分散與樹脂中，但彼此間未能形成相互接觸和相互作用，導熱性能提高不大；填料用量提高到某一臨界值時，填料間形成接觸和相互作用，體系內(nèi)形成了類似網(wǎng)狀或鏈狀結構形態(tài)，即形成導熱網(wǎng)鏈。當導熱網(wǎng)鏈的取向與熱流方向一致時，材料導熱性能提高很快；體系中在在熱流方向上未形成導熱網(wǎng)鏈時，會造成熱流方向上熱阻很大，導致材料的導熱性能很差[4]。雖然金屬材料導熱系數(shù)較高，也可作為導熱高分子復合材料的填料，但是由于金屬材料具有導電性，制成品絕緣性差、易擊穿，不能應用在金屬基板高導熱膠膜的生產(chǎn)中。因此，絕緣導熱填料在金屬基板高導熱膠膜的生產(chǎn)和研發(fā)中扮演著極為重要的角色。 3 常見絕緣導熱填料介紹 3.1 常見絕緣導熱填料的特點 具有電絕緣性的導熱填料很少，目前在復合高分子材料領域所使用的導熱填料多數(shù)為氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、氧化鎂、氧化硅等，其熱導率分別見表1。 表1 常見絕緣導熱填料及其熱導率 Tab.1 Some common heat conductive fillers and their thermal conductivities 填料 分子式 熱導率(W/m•K，20℃) 密度(g/cm3) 六方氮化鋁 AlN(hexagonal) 320 3.3 氧化鈹（有毒） BeO 219 3.02 六方氮化硼 BN(hexagonal) 110（a-axis） 2.29 氧化鎂 MgO 36 3.58 α-氧化鋁 α- Al2O3 30 3.9 氧化硅（結晶型） SiO2 10 2.7 氮化鋁，導熱系數(shù)非常高，但是價格昂貴，通常每公斤在幾百元至上千元；氮化鋁比表面積大、吸油值高，隨著氮化鋁在樹脂中填充率的增加，體系粘度急劇上升，實際制成的導熱膠膜中氮化鋁填充率很低，嚴重影響導熱膠膜的導熱性。另外，氮化鋁吸潮后會與水發(fā)生水解反應AlN+3H2O=Al(OH)3↓+NH3↑，水解產(chǎn)生的Al(OH)3會使導熱通路產(chǎn)生中斷，進而影響聲子的傳遞，因此做成制品后導熱率會不斷降低，即使用硅烷偶聯(lián)劑進行表面處理，也不能保證100%填料表面被包覆[5]。 氧化鈹，雖然其熱導率很高，但是由于其毒性大，導致其在導熱膠膜的實際應用受到了很大的限制。 氮化硼，導熱系數(shù)非常高，性質(zhì)穩(wěn)定。根據(jù)產(chǎn)品純度和粒度不同價格差別較大，從幾百元到上千元每公斤不等。雖然單純使用氮化硼可以達到較高的熱導率，但與氮化鋁類似，隨著氮化硼在樹脂中填充率的增加，在體系中添加量大于40%后體系粘度會急劇上升[6]，給混膠和填料的分散造成很大影響，實際制成的導熱膠膜中氮化硼填充率很低，導熱率較低。有國外廠商生產(chǎn)球形氮化硼，產(chǎn)品粒徑大，比表面積小，填充率高，不易增粘，但是價格極高，限制了其在高導熱膠膜中的應用。 氧化鎂，價格便宜，但是在空氣中易吸潮，容易吸收水分和二氧化碳而逐漸成為堿式碳酸鎂，增粘性較強，不能大量填充，由氧化鎂制成的導熱膠膜導熱率會不斷降低，導熱率極不穩(wěn)定。另外，由于其耐酸性差，限制了其在酸性環(huán)境下的應用。 氧化硅，結晶型硅微粉價格較低，適合大量填充降低成本。但由于其導熱性偏低，不適合生產(chǎn)高導熱產(chǎn)品。 實驗研究證明， 當填料與基體熱導率之比大于100時，提高填料導熱系數(shù)已意義不大。這就意味著應用電絕緣填料如AlN、BN、BeO、MgO等可制備具有較高導熱性能的電絕緣復合材料[7]。而與其他導熱填料相比，Al2O3的導熱率不高，但是其價格較低、來源較廣、填充量較大，因而Al2O3通常單獨填充或與其他填料混合填充生產(chǎn)高導熱膠膜。 3.2 氧化鋁的形態(tài)及特點 氧化鋁主要有α- Al2O3，β-Al2O3，γ- Al2O3三種形態(tài)，其中α-Al2O3是各種氧化鋁變體中最穩(wěn)定的結晶形態(tài)，晶型為六方結構，晶體形態(tài)呈柱狀、粒狀或板狀，一般所指Al2O3的性質(zhì)主要指α- Al2O3的性質(zhì)。目前市售的α相氧化鋁導熱粉主要有針狀、圓柱狀、類球形和球形四種形態(tài)（見圖2至圖5）。 圖2 針狀氧化鋁 圖3 圓柱狀氧化鋁 圖4 類球形氧化鋁 圖5 球形氧化鋁 針狀氧化鋁，由大顆粒氧化鋁經(jīng)過粉碎制成，產(chǎn)品價格低。其在樹脂中填充率極低，最大添填充量僅為70~75%，制成的導熱膠膜導熱率非常有限，僅能達到0.5~0.8W/m•K。 圓柱狀氧化鋁，使用氧化鋁在特點溫度經(jīng)過高溫煅燒，使氧化鋁晶體生長成圓柱狀，高溫煅燒工藝增加了其成本，所以價格略高于針狀氧化鋁，但是其填充率可以達到75~80%左右，提高了產(chǎn)品的導熱率，能達到1.0~1.5W/m•K。 類球形氧化鋁，是使用大晶粒的氧化鋁經(jīng)過整形和研磨而成，由于大晶粒氧化鋁需經(jīng)過高溫煅燒，而將其制成類球形又增加了整形和研磨等工序，所以其價格又略高于圓柱狀氧化鋁。類球形氧化鋁的球形率一般為70%左右，其填充率可達80~85%，制成導熱膠膜導熱系數(shù)可達1.5~2.0W/m•K。 球形氧化鋁，采用高溫熔融噴射法生產(chǎn)，球形率可達90%~95%，相較于不規(guī)則的α氧化鋁擁有更好的填充密度和流動性，緊密堆積后可構成四通八達的導熱鏈體系(見圖6)。在導熱膠膜中，球形氧化鋁最大填充率可達到85%~90%，導熱系數(shù)達到2.0~3.0W/m•K。 圖6 球形氧化鋁在樹脂中顆粒致密排列 4 將不同的填料混合填充 復合高分子材料的導熱性除了與填料本身導熱性有關以外，還與填料的尺寸、形狀等密切相關。將不同粒徑、不同形狀、不同種類的導熱填料以適當比例混合使用，可有效地提高復合高分子材料的導熱性。 趙紅振等采用20μm、3μm、0.5μm三種不同粒徑的氧化鋁混合填充硅橡膠，發(fā)現(xiàn)當配比為15：30：10時，熱導率可達1.23W/(m.k)，大于單一粒徑填充時的導熱率[8]。這是因為不同粒徑的粒子堆積時比單一粒子的堆積更緊密，相互接觸點更多，可以形成更多的導熱通路。唐明明[9]發(fā)現(xiàn)在相同填充量下，采用納米Al2O3 填充比用微米Al2O3填充的導熱橡膠具有更好導熱性能和物理力學性能。隨著納米復合技術的發(fā)展，可以預見納米Al2O3 的研究、納米Al2O3 與聚合物基體復合新技術的開發(fā)和應用等將成為今后的研究方向。 5 對填料表面進行改性 體系的導熱系數(shù)不僅取決于填料本身的導熱率，還取決于離子表面的易潤濕程度[8]。這是因為填料表面的潤濕程度影響著填料與基體的粘結程度、基體與填料表面的熱障、填料的分散性、填料的加入量等一些直接影響體系導熱性的因素。尤其是納米填料，如果不能有效的進行表面改性，則無法以納米尺寸分散于樹脂中。通過特殊的工藝使導熱填料在基質(zhì)中形成“隔離分布態(tài)”時，即使很小的用量也會賦予復合材料較高的導熱性[10]。 綜上，不同填料有各自特點，生產(chǎn)高導熱膠膜選擇填料時應充分利用各填料的優(yōu)點，采用幾種填料進行混合使用，發(fā)揮協(xié)同作用，既能保障填料與樹脂基體的混溶性達到高填充率，又能有效的降低成本，同時達到較高的熱導率。 6 結束語 伴隨著電子產(chǎn)品的大功率化、高集成化、高密度化和節(jié)能環(huán)保，資源可再生性的要求，給金屬基板提供了廣闊的市場需求，特別是大功率LED和LCD對金屬基板的需求呈爆發(fā)式增長態(tài)勢。 然而，目前國內(nèi)企業(yè)開發(fā)的金屬基板仍然具有導熱率低這一缺陷，主要為2.0W/m.k以下的產(chǎn)品，熱阻為0.33℃/W以上，而日本和美國等國際領先金屬基板企業(yè)生產(chǎn)的金屬基板導熱系數(shù)可達到3.5W/m.k以上，熱阻降低到0.15℃/W。另外，目前國內(nèi)對于導熱膠膜的研究僅限于簡單的共混復合，高導熱樹脂本體材料和復合材料在導熱機理、應用開發(fā)等方面的研究遠不如導電材料研究深入；熱導率預測理論局限于復合材料各組分導熱率的經(jīng)驗模擬，缺乏導熱機理的理論支持。 所以，納米絕緣導熱填料的研究和開發(fā)、樹脂基體的物理化學改性、基體與導熱填料的復合新技術的開發(fā)、導熱機理的研究等應成為絕緣導熱膠膜的研究方向。 參考文獻 [1] 周文英，齊暑華. 高導熱鋁基覆銅板的研究[J] 材料科學與工藝，2009（17）3：360-363 [2] 閔新民,安繼明,陳峰,饒寶林,吳伯麟.聚合物基復合材料的導熱性能研究[J].功能材料, 2007, 38: 3136-3139. [3] 李勝方.導熱硅橡膠的性能與應用[J].化工新型材料, 2002, 30(12):11-13. [4] 周文英,齊暑華,徐春潮等.絕緣導熱高分子復合材料研究[J].塑料工業(yè),2005,33: 99-102. [5~6] 孔凡旺,蘇民社,楊中強.金屬基板用高導熱膠膜的研究[J].第十一屆覆銅板技術論文集:104-105. [7] 李侃社,王琪.聚合物復合材料導熱性能的研究[J].高分子材料科學與工程, 2002, 18(4):10-15. [8] 趙紅振,齊暑華,周文英等.氧化鋁粒子對導熱硅橡膠性能的影響.特種橡膠制品,2007,5(28):19-22. [9] 唐明明,容敏智. Al2O3的表面處理及離子尺寸對SBR導熱橡膠性能的影響[J]. 合成橡膠工業(yè), 2003(3):104-107. [10] 王鐵如,唐國瑾.導熱絕緣膠的研制與應用方法[J].電子工程師:1998,5(8):37-38. Application of Insulative Thermal Conductive Fillers in High Thermal Conductive Adhesive Film Used for Metal Based Copper Clad Laminate Zhao Lai-hui 1, Gu Yun-feng 1, Wang Peng 2 (1 Shanghai Bestry Performance Materials Co., LTD, Shanghai 201203; 2 Beijing University of chemical industry, Beijing 100029) Abstract: Introduces the influence factors of the thermal conductivity of thermal conductivity adhesive film, and introduces the present research situation of high thermal conductivity adhesive film, proposed the research direction of insulative thermal conductive fillers in High Thermal Conductive Adhesive Film Used for Metal Based Copper Clad. Keywords: Insulative thermal conductive fillers, High thermal conductivity adhesive film, Metal Based Copper Clad Laminate (CCL), Spherical alumina |
回復此樓» 本帖附件資源列表
-
歡迎監(jiān)督和反饋：小木蟲僅提供交流平臺，不對該內(nèi)容負責。
本內(nèi)容由用戶自主發(fā)布，如果其內(nèi)容涉及到知識產(chǎn)權問題，其責任在于用戶本人，如對版權有異議，請聯(lián)系郵箱：xiaomuchong@tal.com - 附件 1 : 絕緣導熱填料在金屬基板高導熱膠膜中的應用(初稿).doc
2012-06-29 13:05:43, 618 K
» 猜你喜歡
085700資源與環(huán)境308求調(diào)劑
已經(jīng)有4人回復
-
生物學調(diào)劑招人�。�！
已經(jīng)有4人回復
-
0817 化學工程 299分求調(diào)劑 有科研經(jīng)歷 有二區(qū)文章
已經(jīng)有17人回復
-
一志愿武漢理工材料工程專碩調(diào)劑
已經(jīng)有5人回復
-
0856調(diào)劑，是學校就去
已經(jīng)有7人回復
-
申博26年
已經(jīng)有3人回復
-
一志愿吉林大學材料學碩321求調(diào)劑
已經(jīng)有10人回復
-
0703化學調(diào)劑 ，六級已過，有科研經(jīng)歷
已經(jīng)有12人回復
-
294求調(diào)劑材料與化工專碩
已經(jīng)有13人回復
-
288求調(diào)劑
已經(jīng)有14人回復
» 本主題相關商家推薦: (我也要在這里推廣)
» 本主題相關價值貼推薦，對您同樣有幫助:
- 塑料加玻纖后流動性變化
已經(jīng)有8人回復
- 20μm高分子薄膜法向和面向的熱導率測量求助�。。。。。。。。�！
已經(jīng)有7人回復
- 六方氮化硼使用溫度
已經(jīng)有7人回復
- 導熱高分子材料
已經(jīng)有15人回復
- 導熱料難下料問題
已經(jīng)有23人回復
- 金屬中的自由電子導熱
已經(jīng)有16人回復
- 六方氮化硼的制備
已經(jīng)有9人回復
- MgO的比表面積一般多少?
已經(jīng)有13人回復
- SiO2氣凝膠的導熱系數(shù)
已經(jīng)有6人回復
- 如何確定石墨的粒度與純度
已經(jīng)有2人回復
- 高分子納米球有什么用途？聚酰亞胺納米球喲什么用途�。�
已經(jīng)有10人回復
- 六方氮化硼粉末壓制
已經(jīng)有4人回復
- 誰有關于絕緣陶瓷材料的介電性能與頻率和溫度的相關資料。
已經(jīng)有2人回復
- 預浸料膠膜的制備
已經(jīng)有5人回復
- 關于聚合物基的導熱材料
已經(jīng)有25人回復
- 急~~可用于聚氨酯泡沫中的導熱填料？
已經(jīng)有5人回復
- γ-Al2O3的性質(zhì)和用途
已經(jīng)有6人回復
- 如何降低導熱系數(shù)
已經(jīng)有5人回復
» 搶金幣啦！回帖就可以得到:
-
2026年國基求好運！
+5/315
-
電力全國重點實驗室雙一流A類長江學者團隊招2026年全日制博士1名（4月3日截止）
+2/100
-
【技術服務】研究所橫向技術開發(fā)及服務
+1/98
-
中國電氣裝備集團研究院招收AI+材料等相關崗位實習生
+1/92
-
散金幣，求基金中標�。�
+1/90
-
華南理工-廣中醫(yī)聯(lián)合招收生物醫(yī)學與材料交叉學科博士生
+1/86
-
福建師范大學招收2026年化學、材料碩士3-4名
+1/78
-
湘潭大學化工學院國家級人才團隊2026年博士研究生招生
+1/64
-
西北大學化學與材料科學學院博士招生（還有兩個名額，3月30日截至）
+1/64
-
吲哚美辛原料藥合成交流
+1/41
-
2026年重慶工商大學管理科學與工程專業(yè)學術碩士招生調(diào)劑，風景總在柳暗花明處
+1/35
-
2026年工科碩士調(diào)劑-上海大學全國重點實驗室團隊-材料數(shù)據(jù)挖掘方向-研究生3-5人
+1/30
-
武漢紡織大學紡織纖維及制品教育部重點實驗室招收博士研究生
+1/16
-
南昌航空大學代威力教授招收光催化和光熱催化研究方向博士生
+1/9
-
新加坡國立大學藥學系化學生物學課題組招PhD
+1/8
-
青島科技大學可持續(xù)高分子團隊 考研招生
+1/7
-
國家級人才團隊誠聘生物信息相關專業(yè)的科研助理
+1/5
-
2026考研的同學，分數(shù)不夠？想調(diào)劑上岸的同學，來看
+1/4
-
求調(diào)劑｜一志愿廣東工業(yè)大學控制工程｜總分355｜本科電氣｜有項目/競賽/論文經(jīng)歷
+1/4
-
北航國新院鄭爽教授2026年招生招聘（江雷院士團隊/仿生界面材料全國重點實驗室）
+1/1
2樓2012-06-29 16:00:58
3樓2012-07-20 11:20:20
4樓2012-09-19 15:57:48
，剛接觸，多謝了~~ 5樓2012-10-08 23:49:04
7樓2013-05-27 10:25:34
9樓2015-05-25 14:39:38
簡單回復
2013-04-17 16:46
回復
九州一葉8樓
2013-11-18 22:17
回復
頂一下
相關版塊跳轉
我要訂閱樓主 gowunbong 的主題更新
| 9 | 1/1 | 返回列表 |
| 最具人氣熱帖推薦 [查看全部] | 作者 | 回/看 | 最后發(fā)表 | |
|---|---|---|---|---|
|
[考研] 307求調(diào)劑 +8 | 冷笙123 2026-03-17 | 8/400 |
|
|---|---|---|---|---|
|
[考博] 東華理工大學化材專業(yè)26屆碩士博士申請 +8 | zlingli 2026-03-13 | 8/400 |
|
|
|
[考研] 一志愿天津大學化學工藝專業(yè)（081702）315分求調(diào)劑 +11 | yangfz 2026-03-17 | 11/550 |
|
|
|
[考研] 346求調(diào)劑[0856] +3 | WayneLim327 2026-03-16 | 6/300 |
|
|
|
[考研] 本科鄭州大學物理學院，一志愿華科070200學碩，346求調(diào)劑 +4 | 我不是一根蔥 2026-03-18 | 4/200 |
|
|
|
[考研] 26調(diào)劑/材料/英一數(shù)二/總分289/已過A區(qū)線 +7 | 步川酷紫123 2026-03-13 | 7/350 |
|
|
|
[考研] 304求調(diào)劑 +12 | 小熊joy 2026-03-14 | 13/650 |
|
|
|
[考研] 工科材料085601 279求調(diào)劑 +6 | 困于星晨 2026-03-17 | 6/300 |
|
|
|
[考研] 環(huán)境工程調(diào)劑 +8 | 大可digkids 2026-03-16 | 8/400 |
|
|
|
[考博] 26申博 +4 | 八6八68 2026-03-16 | 4/200 |
|
|
|
[考研] [導師推薦]西南科技大學國防/材料導師推薦 +3 | 尖角小荷 2026-03-16 | 6/300 |
|
|
|
[考研] 藥學383 求調(diào)劑 +3 | 藥學chy 2026-03-15 | 4/200 |
|
|
|
[考研] 304求調(diào)劑 +3 | 曼殊2266 2026-03-14 | 3/150 |
|
|
|
[考研] 一志愿華中師范071000，325求調(diào)劑 +6 | RuitingC 2026-03-12 | 6/300 |
|
|
|
[考研] 0856求調(diào)劑 +3 | 劉夢微 2026-03-15 | 3/150 |
|
|
|
[考研] 本科南京大學一志愿川大藥學327 +3 | 麥田耕者 2026-03-14 | 3/150 |
|
|
|
[考研] 266求調(diào)劑 +4 | 學員97LZgn 2026-03-13 | 4/200 |
|
|
|
[考研] 招收0805（材料）調(diào)劑 +3 | 18595523086 2026-03-13 | 3/150 |
|
|
|
[考研] 295求調(diào)劑 +3 | 小匕仔汁 2026-03-12 | 3/150 |
|
|
|
[考研] 290求調(diào)劑 +3 | ADT 2026-03-13 | 3/150 |
|