材料高热导率绝缘材料汇总整编.docx

高热导率绝缘材料整理目录一常见材料的热导率 4二影响材料热导率的因素 4三高热导率材料的制备与性能 43.1高导热基板材料 5.321 高热导率无机物填充聚乙烯复合塑料 5322 高热导率无机物填充酚醛树脂复合塑料 63.3高导热高弹性硅胶材料 63.4高导热粘合剂材料 7.四高热导率材料的一些发展思路 84.1开发新型导热材料 8.4.2 填充粒子表面改性处理 8.4.3成型工艺条件选择及优化 8五热传递解决思路的几个考虑因素 85.1热阻值的考虑 8.5.2接触热阻的考虑 9.六参考文献 10一常见材料的热导率钻石的热导率在已知矿物中最高的各类物质的热导率〔 W/(m・K)〕的大致范围是：金属为50〜415,合金为12〜120，绝热材料为0.03〜0.17 ,液体为0.17〜0.7，气体为0.007〜0.17碳纳米管高达1000以上①一些常用材料的热导率详 见“附录一”二影响材料热导率的因素热导率入与材料本身的关系如下表：①④序号考虑因素影响大小描述1压力关系不大一 一2温度关系很大① 纯金属和大多数液体的热导率随温度 的升 局而降低，但水例外；② 非金属和气体的热导率随温度的升高而增 大。

3含湿量/结构/孔隙度(对于固 体)有关系①一般含湿量大的物料热导率大如干砖 的 热导率约为0.27W/(m • K)而湿砖热导率为0.87W/(m • K)4密度有关系①物质的密度大，其热导率通常也较大5杂质含量有关系①金属含杂质时热导率降低，合金的热导率 比纯金属低6化学成分有关系①化学成分越复杂，杂质含量越多，尤其是 形成固溶体时，热导率卜降越明显，例女 口 ：镁铝尖晶石的热导率比AI2O3和MgO的 都小7气孔率有关系①气孔能显著降低材料的热导率，因为气体 的热导率比固体的要小得多三高热导率材料的制备与性能3.1高导热基板材料高散热系数之基板材料是LED封装的重要部分，氧化铝基板为大功率LED的发展做出了很 大的贡献但随着LED功率更大化的发展，氧化铝材料已经不能够满足如何得到更优良的散热 基板，一直是LED行业追求的方向⑨被寄希望取代氧化铝的材料包含了两类：第一类为单一材质基板，如硅基板、碳化硅基板、阳极化铝基板或氮化铝基板其中硅及碳 化硅基板之材料半导体特性，使其现阶段遇到较严苛的考验而阳极化铝基板则因其阳极化氧化 层强度不足而容易因碎裂导致导通，使其在实际应用上受限因而，现阶段较成熟且普通接受度 较高的即为以氮化铝作为散热基板。

然而，目前受限于氮化铝基板不适用传统厚膜制程 （材料 在银胶印刷后须经850C大气热处理，使其出现材料信赖性问题），因此，氮化铝基板线路需以薄膜制程备制 以薄膜制程备制之氮化铝基板大幅加速了热量从LED晶粒经由基板材料至系统电路板的效能，因 此大幅降低热量由LED晶粒经由金属线至系统电路 板的负担，进而达到高热散的效果⑨第二类为陶瓷基复合材料基板（覆铜板等）3.2高导热塑料材料对填充型导热绝缘高分子，热导率取决于高分子和导热填料的协同作用分散于树脂中的 导热填料，当填料量提高到某一临界值时，填料间形成接触和相互作用，体系内形成了类似网状 或链状结构形态当导热网链的取向与热流方向一致时，材料导热性能提高很快；体系中在热流 方向上未形成导热网链时，会造成热流方向上热阻很大，导致材料导热性能很差因此，在体系 内最大程度上形成热流方向上的网链是核心所在⑤部分无机填料的热导率见下表：⑤材料名称热导率【W/材料名称热导率【W/氮化铝150碳化硅25〜100硼氮立方体1300三氧化二铝25 〜40硼氮六方体40-120氧化镁25 〜503.2.1高热导率无机物填充聚乙烯复合塑料Hatsuo I研究了 BN/PB聚丁二烯）热导率及力学性能，研究发现BN的高导热性和A阶PB树脂低粘度使BN易于被润湿和混合，可实现较大量填充。

BN质量分数为 88%时，体系热导率32.5W/(m.K)SEM表明体系内不形成了导热网络通路，BN与PB相界 面间结合良好，界面热阻小此外，在水中浸泡 24H材料吸水率小于0.1%，随着BN减少，吸水率降低5)另外，美国先进陶瓷公司和EPIC公司开发出热导率20-35 W/(m.K)的BN/PB复合工程 塑料，可用普通工艺如模压成型实现，主要用于电子封装、集成电路板、电子控制元件等产 品 ° (5)3.2.2高热导率无机物填充酚醛树脂复合塑料Hatsuo I以AIN填充酚醛制得了可用于导热，性电子封装材料， AIN最大填充量78.5%(体积比)时，热导率达到了 32.5 W/(m.K)5)3.3高导热高弹性硅胶材料目前在有机硅领域所使用的导热材料多数为氧化铝、 氧化硅、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅等尤其是以微米氧化铝、硅微粉为主体，纳米氧化铝，氮化物做为高导 热领域的填充粉体；而氧化锌大多做为导热膏(导热硅脂)填料用8)常用填充材料的热导率见下表:(8)材料名称热导率【W/(m.K)】备注氧化锻(有毒)270氮化铝80〜320氮化硼125有文章与60 W/(m.K)碳化硅83.6有文章与170〜220 W/(m.K)氧化镁36氧化铝30氧化锌26二氧化硅(结晶型)20以上针对以上材料在产品应用上的优缺点分析如下:材料优势缺M氮化铝热导率非常高① 价格昂贵，通常每公斤在千兀以上；② 氮化铝吸潮后会与水反应会水解AIN+3H20=AI(OH)3+NH3，水解产生的 AI(OH)3会使导热通路产生中断，进而影响声子的传递，因此做成制品后热导 率偏低。

即使用硅烷偶联剂进行表面处理，也不能保证100%填料表面被包覆；③体系粘度极具上升，严重限制了产品的应用领域氮化硼热导率非常 高，性质稳定① 价格很隔，市场价从几百尤到上千尤（品质不问差别较大）；② 大量填充后体系粘度极具上升，严重限制了产品的应用领域听说有国外 厂商有生产球形BN,产品粒径大，比表面积小，填充率禺，不易增粘，价格 极周碳化硅热导率较周① 合成过程中产生的碳及石墨难以去除，导致产品纯度较低，电导率周，不 适合电子用胶；② 密度大，在有机硅类胶中易沉淀分层，影响产品应用环氧胶中较为适 用氧化镁价格便宜① 在空气中易吸潮，增粘性较强，不能大量填充；② 耐酸性差，一般情况下很容易被酸腐蚀，限制了其在酸性环境下的应用a •氧化铝（针状）价格便宜①添加量低，在液体硅胶中，普通针状氧化铝的最大添加量一般为300份左 右，所得产品热导率有限a ■氧化铝（球形）填充量大，在液 体硅胶中，球形 氧化铝最大可添 加到600〜800 份，所得制品热导 率周①价格较贵，但低于氮化硼和氮化铝氧化锌粒径及均匀性很 好，适合生产导 热硅脂① 导热性偏低，不适合生产周导热产品；② 质轻，增粘性较强，不适合灌封。

石英粉（结晶型）密度大，适合灌 封；价格低，适 合大量填充，降 低成本① 导热性偏低，不适合生产局导热产品；② 密度较高，可能产生分层综上，不同填料有各自特点，选择填料时应充分利用各填料的优点，采用几种填料进行 混合使用，发挥协同作用，既能达到较高的热导率，又能有效的降低 成本，同时保障填料与有 机硅基体的混溶性⑧汪倩等研究了 AIN/AI2O3/SiC/Mg混合填料填充室温硫化硅橡胶的导热性能所 得硅橡胶的热导率为1.3-2.5 W/ （m.K）⑤SEBS勺甲苯溶液与BN或AI2O3混合后，经干燥可制得高导热性和电绝缘性能的弹性体材 料，SEBS/BN甲苯质量比为275:7时，材料热导率达6.4 W/ （m.K）⑤3.4高导热粘合剂材料章文捷等研究了 AIN/AI2O3混合填充的有机硅灌封材料，热导率达到了 0.89W/ （m.K）张晓辉等分别用SiC AIN、AI2O3填充环氧胶黏剂，发现填料分数存在一临界 点，该临界点归因于材料内部有效导热网络的建立由于 SiC价格低，热导率高，填充份数为53.9%时，热导率为4.234 W/(m.K),力学性能较好王铁如以氧化铝和氮化硼填充环氧改j生胶黏剂，制得热导率 1.14 W/(m.K)，体积电阻率10 12次方Q.m,表面电阻率10的14次Q.m的L・1型胶黏剂。

经湿热试验后 电气强度大 于25MV/m，粘结强度大于5MPa,长期工作温度200-250C石红采用AIN填充改性环氧， 制得热导率1.2 W/(m.K)的粘结剂，其击穿强度9.8MV/m，体积电阻率1.04*1的12次方 Q.m⑤四高热导率材料的一些发展思路4.1开发新型导热材料如利用纳米颗粒填充，热导率可增加不少，尤其是某些共价键型材料变为金属键型材料， 导热性能急剧上升②4.2填充粒子表面改性处理树脂和导热填料界面对塑料导热性能有重要影响，所以导热填料表面的润湿程度影响着导 热填料在基体中的分散情况，集体与填料粒子的粘结程度及两者界面的热障②4.3成型工艺条件选择及优化导热填料与塑料的复合方式及成型过程中温度、压力、填料及各种助剂的加 料顺序等对导 热性能有明显影响多种粒径导热填料混合填充时，填料的搭配对提高导热性能和降低粘度有 明显导热填料不同粒径分布变化时，体系导热性 能和粘度发生规律性变化，当粒径分布适合 时，可得到最高热导率和最低粘度的混合体系②五热传递解决思路的几个考虑因素5.1热阻值的考虑傅力叶方程式：Q=X AAT/dR=AAT/Q(Q:热量，W；入：热导率，W/mk ； A :接触面积；d:热量传递距离；温度差；R:热阻值) 将上面两个公式合并，可以得到：入=€)/R o因为入值是不变的，可以看得出热阻R值，同材料厚度d是成正比的。

也就说材料越 厚，热阻越大⑥但如果仔细看一些导热材料的资料，会发现很多导热材料的热阻值 R,同厚度d并不是完全成正比关系这是因为导热材料大都不是单一成分组成， 相应会有非线性变化厚度增加，热阻值一定会增大，但不一定是完全成正比的线性关系，可能是更 陡的曲线关系⑥所以，对于导热材料，选用合适的热导率外，材料厚度是对性能有很大关系的选择热导率很 高的材料，但是厚度很大，也是性能不够好的⑥5.2接触热阻的考虑接触热阻是因为相互接触物体接触面的粗糙度，平面度，以及接触物质的表面处理方式 使得导热通道不顺畅，使得接触面产生热积聚，热源产生的热量不能迅速有效的传导到散热器 表面⑦最理想的散热选择是：热导率高、厚度薄，完美的界面接触目前行业内高良率的散热器加工尺寸工差为+/・0.25mm,平面度为 0.15mm/30mmx30mm，如果提高加工精度则会在很大程度上提高产品成本，因此，接触面的 间隙采用导热介质材料填充， 可以很好的将空气挤出，从而增加系统散热水平⑦目前，有三种介质材料可选择：导热硅脂、导热双面胶、导热硅胶片有了导热硅胶片的补充，可以使接触面更好的充分接触，真正做到面对面的接触•在温度 上的反应可以达到10度以上的温差。

⑦导热硅胶片在热导率方面可选择性较大，可以从0.8w/k.m --3.0w/k.m以上，且性能稳 定⑦导热双面胶目前最。