1.   電子設備為什么要散熱？

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

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

進入5G時代后,無線移動終端如智能穿戴、自動駕駛汽車、VR/AR設備等呈現出功耗大幅上升、發(fā)熱劇增的趨勢。同時,5G終端開始采用陶瓷、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,導熱界面材料正成為電子散熱技術的關鍵支撐。一方面,電子產品不斷升級換代使得這類材料的應用領域和用量持續(xù)擴大;另一方面,新興應用場景也給導熱界面材料帶來了新的性能挑戰(zhàn)?？梢灶A見,導熱界面材料將成為推動電子技術發(fā)展的關鍵支柱之一。

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為“固液共存材料”的特種硅橡膠，為高分子化合物構成網狀結構，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，導熱有機硅樹脂基體上的乙烯基或丙烯基，與交聯劑分子上的硅氫基團反應而成。整個反應為加成硫化反應，不產生副產物，因而無收縮。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(jié)數。

這種聚硅氧烷材料具有以下主要性能:

1.  物理化學性能穩(wěn)定,基本與溫度無關,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.  無需底漆或表面處理劑,就能物理粘附于最常見的電子設備或其他材料表面,固化過程中不會產生副產物或收縮。

3.  該體系無色透明,作為灌封料使用時容易觀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.  可操作時間長,雙組份混合后不會很快凝膠化。加熱會促進固化,固化時間可通過調節(jié)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。

5.  針對不同的應用場景，可靈活調整凝膠的硬度、流動性、固化時間等性能，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，具有自動修復的能力，同時起到防水、防潮、防銹的作用。

4.  硅膠的透油性

在硅凝膠硫化時,其呈固液共存狀態(tài),交聯密度較低,因此生產出來的導熱硅凝膠很容易出現滲油問題,會污染電子器件,降低其長時間工作的可靠性。為了在提高硅樹脂導熱率的同時,避免滲油的產生,需要提高導熱硅凝膠的交聯密度。

較高的交聯密度會使更多的有機硅大分子相互反應交聯成完整的網絡結構體系,賦予其良好的流動性,而未交聯的樹脂基本不存在,即使有少量完整網絡結構存在,在單位體積內也會形成密集的交聯點,未交聯的樹脂在運動時會與網絡結構產生較大的摩擦系數,阻礙了其流動,從而減少了滲油量。

由上可知,提高導熱硅凝膠的交聯密度是解決滲油問題的關鍵,通過優(yōu)化配方和工藝,可以增加交聯密度,在提高導熱性能的同時,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，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所需要的力，也就是通常所說的凝膠的粘結力。

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,是由于原設計時使用的導熱墊片局部應力過大造成的。相比傳統(tǒng)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(xù)振動等多項試驗中表現優(yōu)異,可應用于航電產品生產中。

(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,還可實現熱能的有效傳遞。相比傳統(tǒng)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,促進其在5G設備中的優(yōu)質應用。

(3) 動力電池動力電池絕大部分采用鋰離子電池,具有能量密度高、使用壽命長等優(yōu)點,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(xù)振動、溫度變化、水浸泡、局部短路、過載、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力電池單體進行封裝,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。