导热有机硅电子灌封胶的制备与性能研究

1) 100 份端乙烯基硅油 + 150 份 A l2 O3。
由表 1 可见 , 在相同填充量下, A l2 O3 粒径 越小, 灌封胶的拉伸强度和扯断伸长率越好, 但 黏度越大。这是因为在相同填充量下, 粒径较小 的 A l2O 3 比表面积较大 , 易与硅橡胶发生物理吸 附作用 , 使填料与硅橡胶的界面相互作用较强, 因此灌 封 胶 的 力 学 性 能较 好 ; 但 由 于 小 粒 径 A l2O 3 表面的羟基含量较多, 粒子间的氢键作用 较强, 从而导致黏度较大 , 不利于灌封。为了兼 顾力学 性能和加 工性能 , 宜选择粒 径 5 m 或 18 m的 A l2 O3。
1 实验
1 1 主要原料及设备 端乙烯基硅油: 黏度分别为 300 、 1 000 mPa s ,
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第 24 卷
有限公司。 1 2 试样的制备 1 2 1 基料的制备 将 100 份端乙烯基硅油 ( 黏度为 300 mP a s 和 1 000 m Pa s 的端乙烯基硅油的质量比为 1 1 , 下同 ) 和 A l2 O3 ( 变 量 ) 在 真 空 捏 合 机 内 于 110 ∀ 、 0 06~ 0 1 MP a 真空度下 共混 2 h , 获 得基料。 A l2O 3 表面改性 : 采 用整体渗混法 , 将 KH - 570 和端乙烯基硅油加入到真空捏合机中, 混 合 均 匀 后 再 加 入 A l2O 3, 于 110 ∀ 、 0 06 ~ 0 1M P a 真空度下混合 2 h , 获得基料。 1 2 2 导热灌封胶试样的制备 取 100份基料 , 加入适量的含氢硅油和炔基 环己醇 , 在高速剪切分散机中分散 10 m in , 制得 A 组分。 取 100份基料 , 加入适量的铂催化剂 , 在高 速剪切分散机中分散 10 m in, 制得 B 组分。 将等质量的 A、 B 组分混合均匀 , 放于真空 烘箱中真空排泡 10~ 20 m in; 气泡完全排除后, 倒入尺寸为 160 mm # 160 mm # 3 mm 的模具中, 室温硫化 24 h 。 1 3 性能测试 热导率 : 按 GB / T 11205! 2009 、采用热导 率测试仪 测定。将尺寸 为 150 mm # 150 mm # 3 mm的试样放在平板上并施加一定的压 力, 在 热面加入稳定的热面温度 , 热量通过试样传递到 冷面, 测量传递的热流, 再按式 1计算热导率。 = (Q 式中, L ) /[A (T a - T d ) ]
图 2 A l2 O3 用量 对灌封胶热导率的影响
由图 2 可 见 , 灌 封 胶 的 热 导 率 首 先 随 着 A l2O 3 用量的增加而迅速增大; 但当其用量超过 200份后增幅减缓。这是因为随着 A l 2 O3 用量的 增加, A l2 O3 粒子与粒子之间的距离减少, 传热 阻力减少, 因此热导率迅速增加; 但当 A l2 O3 用 量达到一定程度后, 体系中已形成了有效的导热 网络, 此时再增加 A l2 O3 的用量 , 灌封胶的热导 率增速变缓。当 A l2O 3 用量为 200 份时 , 灌封胶 的热导率达到了 0 623 W / ( m K ), 比不加导热 填料的有机硅灌封胶提高了 210 %。 2 2 2 A l2 O3 用量对灌封胶黏度和力学 性能的 影响 A l2O 3 用 量 对 灌 封 胶 黏 度 的 影 响 如 图 3 所示。
[ 6]
。
2 1 2 A l2 O3 粒径对灌封胶黏度和力学 性能的
( 1)
为材料的热导率 , W / ( m
K ); Q 为热
流 , W; A 为试样截 面积, m ; L 为 试样厚 度, m; T a 为 试样热 面温度 , K; T d 为试 样冷面 温 度 , K。 黏度: 按 GB /T 2794! 1995 、用旋转黏度计 测定; 拉伸强度和断裂伸长率 : 按 GB / T 528! 2009 、用电子万能试验机电子万能试验机测定。
但由于其导热性差, 热导率只有 0 2 W / ( m K ) 左右, 导致电子设备所产生的热量无法及时散发 出去, 从而使电子元器件的可靠性和寿命下降。 据统计 , 电子元器件的温度每升高 2 ∀ , 可靠性 下降 10 % ; 50 ∀ 时的寿命只有 25 ∀ 时的 1 / 6 。 因此, 制备导热型有机硅电子灌封胶具有非常重 要的意义。 目前, 提高灌封胶热导率的常用方法是填充 绝缘性 良好的 导热 填料 ( 如 A l2 O3、 M gO 等 ), 但填充量往往很大。 W Y Zhou 等人指出, 材料 并用两种粒径 A l2 O3 时的热导率优于填充单一粒 径 A l2O 3 时的热导率
2 2 Al 2 O 3 用量对灌封胶性能的影响 2 2 1 A l2 O3 用量对灌封胶热导率的影响 图 2 为 A l2 O3 ( 粒径 5 m ) 用量对 灌封胶 热导率的影响。
胶的黏度上升; 在用量大于 200 份后 , 黏度急剧 上升。这是因为随着 A l 2 O3 用量的增加 , 填料所 占的体积分数增加, 同时 A l 2 O3 表面的羟基与灌 封胶之间的氢键作用力增强, 因此灌封胶的黏度 上升。 图 4 为 A l2 O3 用 量 对 灌 封 胶 力 学 性 能 的 影响。
产品
应用
, 2010,
24 ( 5):
283~ 287
SI LI CONE MATER I AL
导热有机硅电子灌封胶的制备与性能研究
李国一 , 陈精华 , 林晓丹 , 胡新嵩 , 曾幸荣
1 1 1 2 1 * *
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(1 . 华南理工大学 , 广州 510640 ; 2. 广州高士实业有限公司 , 广州 510450) 摘要 : 采用端乙烯基硅 油为基胶 、 含氢硅 油为交 联剂 、 三氧 化二铝 ( A l2 O 3 ) 为 导热 填料 , 制 备了导 热有机硅电子灌封胶 。 研究了 A l 2 O 3 的粒径及用量 、 不同粒 径 A l 2 O 3 并用和 硅烷偶 联剂对 灌封胶性 能的影 响 。 结果表明 , A l2 O3 的粒径越大 , 灌封胶的热导率越大 , 但拉伸强度和扯断伸 长率减小 , 适合的 A l2 O3 粒 径为 5 m 或 18 m; 随着 A l2 O3 用量的增加 , 灌封胶的热导率 、 拉伸强度增大 , 扯断伸长率先增后减 , 但 黏度上升 , A l2 O3 适合的加入量为 150~ 200 份 ; 将不同粒径的 A l2 O3 并用填 充到灌 封胶中 可以提高 灌封胶 的热导率 , 当 18 m A l2 O3 和 5 m A l2 O3 的质量比为 120 80 时 , 灌封胶的热导率达到 0 716W / ( m K ) , 且 对灌封胶的黏度和力学 性能基本没影响 ; 加入 KH - 570 可改善灌封胶的力学性能 , 但热导率 有所下降 , 适 宜的用量为 A l2 O3 质 量的 0 5% 。 关键词 : 导热 , 灌封胶 , A l2 O3 , 端乙烯基硅油 , 甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷 中图分类号 : TQ 333 93 文献 标识码 : 文章编号 : 1009- 4369 ( 2010) 05- 0283- 005
图 4 A l2 O3 用量对灌封胶力学性能的影响
从图 4 可知 , 灌封胶的拉伸强度随着 A l2 O3 用量的增加而增大。这是因为 A l2 O3 是一种半补 强填料 , 其表面羟基与基体材料之间存在相互作 用力, A l2 O3 用量越大 , 相互作用力越强, 因此 拉伸强 度 提 高。 灌 封 胶的 扯 断 伸 长 率 则 随 着 A l2O 3 用量的增加先增后降 , 在用量为 150 份时 达到最大。这是因为在一定填充量下, A l2 O3 会 显示出补强作用 ; 当填充量进一步增加时 , 填料 之间的 直 接 接 触 增 大, 在 应 力 作 用 下 容 易 断 [ 7] 裂 , 因 此 造成 扯断 伸长 率下 降。综上 所 述, 为了兼顾 灌封 胶的 黏度、热导 率 和机 械性 能, A l2O 3 的加入量以 150~ 200 份为宜。 2 3 不同粒径 A l2 O3 并用对灌封胶性能的影响 固定 A l2 O3 用量为 200 质量份, 两种不同粒 径的 A l2 O3 并用对 灌封胶性能的 影响如表 2 所 示。从表 2 中可以看到 , 灌封胶并用两种粒径的 A l2O 3 时比单独使用一种粒径的 A l2 O3 时的热导 率大, 当 18 m A l2 O3 和 5 m A l2O 3 的质量比为 120 80时, 灌封胶的热导率达到 0 716W / ( m K )。 这是因为不同粒径的 A l 2 O3 并用可以使小粒径颗 粒嵌入大 粒径颗粒的空隙 , 形成比较紧 密的堆 积 , 有利于形成有效的导热网络
收稿日期 : 2010 06 28 。 作者简介 : 李国一 ( 1985! ) , 男 , 硕士生 , 主要从事功能 高分子材料的研究。 * 基 金 项目 : 粤 港 关键 领 域 重 点 突破 项 目 ( 项 目 编号 : 2008A 092000002) ; 广 州 市 科 技 计 划 项 目 ( 项 目 编 号 : 2009Z2- D 421) 。 * * 联系人 , E m ai: l p sxrzeng@ scu t edu cn 。
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图 1 A l2 O3 粒 径对灌封胶热导率的影响
由图 1 可见 , 在相同填充量下, A l2 O3 的粒 径越大 , 灌封胶的热导率越大。这是由于大粒径 A l2O 3 的比表面积较小 , 与基体聚合物混合时被 聚合物包 裹的表面积较小 , 受到的接触 热阻较 [ 5] 小 , 所以热导率较高。但当 A l2 O3 的粒径小到 1 6 m 时 , 热导率有所增大。这是由于当 A l2 O3 填充量达到一定值时 , 粒径越小, 粉体之间的距 离越小 , 所以热导率提高 影响 A l2O 3 粒径对灌封胶黏度和力学性能的影响 如表 1 所示。
2 结果与讨论
2 1 Al 2 O 3 粒径对灌封胶性能的影响 2 1 1 A l2 O3 粒径对灌封胶热导率的影响 图 1 为 A l2O 3 粒径对 灌封胶热 导率的 影响 ( 100 份端乙烯基硅油中加 150 份 A l2 O3 ) 。