1.   电子设备为什么要散热？

电子设备在运转过程中会产生大量热量,这些热量主要以热能的形式被浪费掉。过高的温度会严重损害电子设备的可靠性和使用寿命。因此,需要通过散热器快速将这些残余热量散出。

在这一散热过程中,扮演关键角色的就是导热界面材料。这类材料主要用来填充电子设备与散热片接触时产生的微小间隙和表面凹凸不平,从而降低热传导过程中的热阻,提高散热效率。

进入5G时代后,无线移动终端如智能穿戴、自动驾驶汽车、VR/AR设备等呈现出功耗大幅上升、发热剧增的趋势。同时,5G终端开始采用陶瓷、玻璃等新型外壳材料,这些材料的散热性能较金属更差,对导热界面材料提出了更高要求。另一方面,5G基站建设也催生了大量散热器的需求。

可以说,导热界面材料正成为电子散热技术的关键支撑。一方面,电子产品不断升级换代使得这类材料的应用领域和用量持续扩大;另一方面,新兴应用场景也给导热界面材料带来了新的性能挑战。可以预见,导热界面材料将成为推动电子技术发展的关键支柱之一。

2.  导热硅胶的组成成分

硅凝胶是一种液体与固体一起存在被称为“固液共存材料”的特种硅橡胶，为高分子化合物构成网状结构，具有独特的性能。在固化前一般分为A、B双组份，在铂金属化合物的催化下，导热有机硅树脂基体上的乙烯基或丙烯基，与交联剂分子上的硅氢基团反应而成。整个反应为加成硫化反应，不产生副产物，因而无收缩。导热硅橡胶是直链状聚有机硅氧烷，具有较高的摩尔质量（一般在148000g/mol以上）。

3.  导热硅胶的胶粘特性

聚硅氧烷分子的主链通常由Si-O-Si键组成。在该分子结构中,R通常为甲基,但为了改善或提高某些性能,也可引入其他基团,如乙基、乙烯基、苯基、三氟醛基等。R'为羟基或烷基,n代表链节数。

这种聚硅氧烷材料具有以下主要性能:

1.  物理化学性能稳定,基本与温度无关,可在50250℃温度范围内使用,电绝缘性能和耐高低温(-50250℃)性能优良。

2.  无需底漆或表面处理剂,就能物理粘附于最常见的电子设备或其他材料表面,固化过程中不会产生副产物或收缩。

3.  该体系无色透明,作为灌封料使用时容易观察灌封元件的内部结构。在半固化状态下固化后,对许多被粘物具有良好的粘结性和密封性,耐冷热交变性能优良。

4.  可操作时间长,双组份混合后不会很快凝胶化。加热会促进固化,固化时间可通过调节固化温度灵活控制。自流平性好,便于流入电路中微元件之间的细微点。

5.  针对不同的应用场景，可灵活调整凝胶的硬度、流动性、固化时间等性能，也可添加制备成具有阻燃性、导电或导热性的硅凝胶。

6.  自修复能力好，受外力作用出现裂缝，具有自动修复的能力，同时起到防水、防潮、防锈的作用。

4.  硅胶的透油性

在硅凝胶硫化时,其呈固液共存状态,交联密度较低,因此生产出来的导热硅凝胶很容易出现渗油问题,会污染电子器件,降低其长时间工作的可靠性。为了在提高硅树脂导热率的同时,避免渗油的产生,需要提高导热硅凝胶的交联密度。

较高的交联密度会使更多的有机硅大分子相互反应交联成完整的网络结构体系,赋予其良好的流动性,而未交联的树脂基本不存在,即使有少量完整网络结构存在,在单位体积内也会形成密集的交联点,未交联的树脂在运动时会与网络结构产生较大的摩擦系数,阻碍了其流动,从而减少了渗油量。

由上可知,提高导热硅凝胶的交联密度是解决渗油问题的关键,通过优化配方和工艺,可以增加交联密度,在提高导热性能的同时,有效避免渗油,提高电子设备的使用可靠性。

5.   硅胶的粘接力怎么样？

在一些应用场合，例如电池模组的PET膜与铝合金之间，对导热硅胶的黏附性有一定的要求。导热硅胶的黏附性能主要与凝胶的黏度和本体强度有关，凝胶的黏度决定了其在粘接界面的黏附强度的大小，而本体强度则决定了凝胶本身被破坏时所需要的力，也就是通常所说的凝胶的粘结力。

而界面的黏附力和胶体的内聚力之较小决定的。若胶体的黏附力小于胶体本身被破坏时所需的内聚力，则发生界面破坏，黏附力的大小主要取决于胶体的黏附力即粘度；若胶体的黏附力大于胶体本身被破坏时所需的内聚力，则发生内聚破坏，黏附力的大小主要取决于胶体的内聚力。

6.  导热硅胶应用领域

(1) 航空电子设备某型航电交换机出现低温数据包丢失故障,是由于原设计时使用的导热垫片局部应力过大造成的。相比传统的导热垫片、导热胶等材料,导热硅脂作为新型导热界面材料在高低温性能、碰撞安全、连续振动等多项试验中表现优异,可应用于航电产品生产中。

(2) 5G电子设备新型导热硅胶材料不仅可增强热能传导效果,还可实现热能的有效传递。相比传统导热材料,新型导热硅胶在电子元器件应用中可有效提高信号传播效率,促进其在5G设备中的优质应用。

(3) 动力电池动力电池绝大部分采用锂离子电池,具有能量密度高、使用寿命长等优点,但也存在较大安全隐患。在正常行驶和意外情况下,锂电池可能遭受持续振动、温度变化、水浸泡、局部短路、过载、机械冲击等影响,威胁驾乘人员安全。

如果使用导热阻燃硅胶对动力电池单体进行封装,可大幅提高电池组的安全性能。导热硅胶可起到防水密封、阻燃密封、散热减震固定等作用,在复杂甚至意外环境下维持锂电池安全运行,是各方追求的目标。