三种填料对有机硅电子灌封胶的各项性能的简单研究

三种填料对有机硅电子灌封胶的各项性能的简单研究

材料化学

091103117

向雷摘要：：采用端乙烯基硅油为基胶、含氢硅油为交联剂，以三氧化二铝(A12O3)为主导热填料，硅微粉作为填料和添加少量β一碳化硅晶须制得有机硅电子灌封胶。采用控制变量法研究了A12O3的粒径及用量、不同粒径A12O3并用、硅微粉用量和碳化硅晶须用量对灌封胶性能的影响。

关键词：有机硅、端乙烯基硅油、导热、灌封胶、A12O3、硅微粉、β一碳化硅晶须

1、有机硅电子灌封胶的发展现状

有机硅材料由于具有优异的耐高低温、耐候和电绝缘性能而广泛应用于电子灌封领域。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。如何提高封装材料的导热性已成为研究热点，目前提高灌封胶导热性的方法主要是添加导热填料。但使用单一导热填料的作用有限，增加导热填料用量虽能提高灌封胶的热导率，却要牺牲灌封胶的流动性和力学性能。因而对现有填料的控制变量研究有着重要的意义。

2、三种填料对有机硅电子灌封胶性能的研究结果显示

2.1、A12O3为导热填料变量的研究

2.1.1、A12O3粒径对灌封胶性能的影响

A12O3粒径对灌封胶热导率的影响:在相同填充量下，A12O3的粒径越大，灌封胶的热导率越大。这是由于大粒径A12O3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，受到的接触热阻较小，所以热导率较高。但当A12O3

粒径小到1．6μm时，热导率有所增大。这是由于当A12O3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。

A12O3粒径对灌封胶黏度和力学性能的影响:在相同填充量下，AI：O，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A1：O，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AI：O，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 la,m的A1203。

2.1.2、A1：0，用量对灌封胶性能的影响

A1：0，用量对灌封胶热导率的影响：灌封胶的热导率首先随着A1：0，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A1：0，用量的增加，A1：0，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A1：O，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A1：0，的用量，灌封胶的热导率增速变缓。

A1：0，用量对灌封胶黏度和力学性能的影响：随着A1：0，用量的增大，灌封胶的黏度上升；在用量大于200份后，黏度急剧上升。这是因为随着Al：O，用量的增加，填料所占的体积分数增加，同时AI：0，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。灌封胶的拉伸强度随着A1：0，用量的增加而增大。这是因为A1：0，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，A1：0，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AI：0，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，AI：0，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裂l_7|，因此造成扯断伸长率下降。

2.1.3、不同粒径A1，0，并用对灌封胶性能的影响

固定A1：O，用量为200质量份，两种不同粒径的AI：0，并用对灌封胶性能的影响如下表所示。从表2中可以看到，灌封胶并用两种粒径的AI：0，时比单独使用一种粒径的A1：0，时的热导率大，当18斗m A120，和5 Ixm A1203的质量比为120：80时，灌封胶的热导率达到0．716 W／(m·K)。这是因为不同粒径的Al：O，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旧‘9-；而填充单一粒径的AI：0，则没有这个效果。

2.2、硅微粉为导热填料变量的研究

2.2.1、硅微粉用量对有机硅电子灌封胶黏度的影响

随着硅微粉用量的增加，灌封胶的黏度不断上升，且用改性硅微粉制备的灌封胶B和灌封胶C的黏度明显低于用普通硅微粉制备的灌封胶A，这是由于硅微粉表面具有活性羟基，且粒径较小，在灌封胶中会与硅橡胶发生化学键合和物理吸附作用旧J，随着硅微粉用量的增加，其与硅橡胶的这种相互作用力也随之增加，从而导致灌封胶黏度不断上升。

2.2.2、硅微粉用量对有机硅电子灌封胶力学性能的影响

随着硅微粉用量的增加，灌封胶的拉伸强度呈先增后降的趋势，并在硅微粉为180份时出现最大值。这是因为硅微粉为硅橡胶的半补强材料，随着硅微粉用量的增加，其与硅橡胶之间的相互作用力增强，所以灌封胶的拉伸强度提高；但当硅微粉用量大于180份时，硅微粉会因灌封胶黏度过大而分散不均，造成局部团聚现象，从而导致灌封胶的拉伸强度下降。随着硅微粉用量的增加，灌封胶的断裂伸长率呈下降趋势。这是由于随着硅微粉的用量增加，硅微粉与硅橡胶的相互作用力相应增大，导致聚硅氧烷高分子链间的自由滑动受限作用增强所致。

2.2.3、硅微粉用量对有机硅电子灌封胶导热性能的影响

随着硅微粉用量的增加，灌封胶的热导率逐渐增大。这是因为随着硅微粉用量的增加，硅微粉在灌封胶中的体积分数相应增大，粒子与粒子之间的距离减少，传热阻力减少，因此刚开始时热导率迅速增加；但当硅微粉用量达到一定程度后，体系中已形成有效的导热网络，这时再增加硅微粉的用量，灌封胶的热导率增速变缓。

2.2.4、硅微粉用量对有机硅电子灌封胶电学性能的影响

随着硅微粉用量的增加，灌封胶的相对介电常数逐渐增大，这是因为硅微粉的极性大，其相对介电常数大于硅橡胶，所以随着硅微粉用量的增加，灌封胶的相对介电常数增大。随着硅微粉用量的增加，灌封胶的体积电阻率逐渐减少，这是由于硅微粉的体积电阻率低于硅橡胶所致。在相同硅微粉用量时，灌封胶A、灌封胶B、灌封胶C的体积电阻率依次增大，这是因为硅微粉经过偶联剂处理后，增加