单组份加成型绝缘导热硅橡胶的研究

论文摘要

随着微电子封装和集成电路小型化、微型化的发展,器件的功率密度不断升高,人们对导热材料提出了更高的要求。以硅橡胶为基体的热界面材料因其具有耐高低温性、耐老化性、耐候性、耐溶剂性及电器绝缘性能好等优点而引起广泛的关注。本课题通过研究填料的种类（单一、混合）、填料改性方法和催化剂、交联剂添加量对硅橡胶基体的导热胶导热系数、绍尔硬度、固化温度、拉伸剪切强度和绝缘性等性能的影响,成功开发一款导热系数达到1.08W/mK,介电击穿强度达到13kV/mm以上的高性能单组份加成型导热绝缘硅橡胶。该导热绝缘胶的综合性能与Henkel 5404基本相当。在本课题的研究过程中,首先研究了填料种类（单一、混合）对导热性能的影响。试验中通过稳态流法测定导热绝缘胶的导热系数。试验中发现,在相同的试验条件下,各填料的导热绝缘胶的导热系数由高到低的排序为:氮化铝>氧化铝>氧化锌。与单一填料相比,氧化铝、氧化锌和氮化铝、氧化锌混合填料（4:1）可以明显提高导热绝缘胶的导热系数。其次,在填料改性的研究试验中发现,整体混掺法处理填料制备的导热绝缘胶会产生分层的现象,而醇水体系沉积法可以避免该现象的产生,而且使用此方法处理的填料制备的导热绝缘胶的导热性能高于前者。此外,运用红外谱图分析、XRD分析及SEM分析表征了醇水体系沉积法处理填料前后的差别。再次,在调整交联剂和催化剂的添加量以解决固化过程中的气泡问题时发现,随着交联剂添加量的增大,导热绝缘胶的导热系数降低,交联密度降低,绍尔硬度变小,最佳固化温度降低。随着催化剂添加量的增大,导热绝缘胶的导热系数降低,绍尔硬度无明显变化,固化温度降低。并最终通过试验确定交联剂和催化剂的最佳添加量分别为5%和0.2%。最后,研究了不同固化温度（50℃-150℃）对导热绝缘胶性能的影响。试验发现导热绝缘胶的导热系数随着固化温度升高而降低,绍尔硬度随着固化温度的升高而升高。该导热绝缘胶使用铝片测试的拉伸剪切强度高于铜片,并且在待用材料上涂抹硅烷偶联剂能显著提高导热绝缘胶的力学性能。在胶体制备的过程中不影响其他性能的基础上,加入少量的硅烷偶联剂,可明显提高其力学性能。但是随着硅烷偶联剂添加量的增加,拉伸剪切强度降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 热界面材料的研究现状
• 1.2.1 热界面材料导热机理
• 1.2.2 热界面材料的分类
• 1.3 硅橡胶的研究现状
• 1.3.1 硅橡胶的硫化机理
• 1.3.2 加成型液体硅橡胶的基本组成
• 1.3.3 加成型液体硅橡胶的应用
• 1.4 影响热导热胶性能的主要因素
• 1.4.1 填料的影响
• 1.4.2 树脂的影响
• 1.4.3 填料处理的影响
• 1.4.4 温度的影响
• 1.4.5 添加剂的影响
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 第2章 试验材料、设备与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验设备
• 2.3 主要设备测试原理
• 2.3.1 导热系数测试原理
• 2.3.2 Flack Inc DCA150 搅拌器
• 2.3.3 同步综合热分析仪（STA）
• 2.4 试验过程
• 2.4.1 导热绝缘胶的制备
• 2.4.2 导热率测试
• 2.4.3 击穿电压测试
• 2.4.4 绍尔硬度测试
• 2.4.5 拉伸剪切强度测试
• 第3章 填料对导热胶导热系数的影响
• 3.1 引言
• 3.2 填料的作用机理
• 3.3 单一填料的加入量对导热胶导热性能的影响
• 3.3.1 氧化铝填料
• 3.3.2 氮化铝填料
• 3.3.3 氧化锌填料
• 3.4 填料表面处理对导热性能的影响
• 3.4.1 硅烷偶联剂的偶联机理
• 3.4.2 硅烷偶联剂的使用方法
• 3.4.3 醇水体系沉积法改性填料的结果表征
• 3.5 混合填料的导热性能
• 3.5.1 氧化铝和氧化锌混合填料
• 3.5.2 氮化铝和氧化锌混合填料
• 3.6 本章小结
• 第4章 添加剂对导热绝缘胶性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 交联剂添加量对导热绝缘胶性能的影响
• 4.2.1 交联剂添加量对导热系数的影响
• 4.2.2 交联剂添加量对导热绝缘胶交联密度的影响
• 4.2.3 交联剂添加量对导热绝缘胶固化温度的影响
• 4.2.4 交联剂添加量对绍尔硬度的影响
• 4.2.5 交联剂添加量对导热绝缘胶击穿电压的影响
• 4.3 催化剂添加量对导热绝缘胶性能的影响
• 4.3.1 催化剂添加量对导热绝缘胶导热系数的影响
• 4.3.2 催化剂添加量对导热绝缘胶固化温度的影响
• 4.3.3 催化剂添加量对绍尔硬度的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 导热绝缘胶的固化工艺与力学性能
• 5.1 引言
• 5.2 固化工艺对物理性能的影响
• 5.2.1 固化工艺对导热系数的影响
• 5.2.2 固化工艺对绍尔硬度的影响
• 5.3 导热绝缘胶力学性能改善
• 5.4 开发产品与HENKEL5404 对比
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢