来源

中原工学院学报

作者

李建忠，张勇，李晋峰，张岩岩单位

中铝郑州有色金属研究院有限公司精细氧化铝事业部摘要:介绍了导热界面材料的分类、主要技术指标、导热机理,并论述了作为导热填料Al2O3的技术指标对导热界面材料性能的影响,讨论了Al2O3的形貌对填充性能的影响。结果表明,颗粒形貌越规整,体系黏度越低,填充率越高,以及颗粒结晶程度越高,热导率越高。并阐述了填料Al2O3的杂质对导热界面材料的性能影响,最后提出导热填料Al2O3技术发展趋势。

关键词：导热材料，填料，Al2O3

随着微电子集成电路组装密度和工作频率越来越高，其在运行过程中产生的热量也越来越大，若不能及时将运行过程中产生的废热传导出去，会形成局部高温，进而损伤电子元器件，影响系统的可靠性和正常工作周期。

界面导热材料(ThermalInterfaceMaterials，TIMs)近年来针对电子设备的热传导要求而设计的，采用弹性聚合物制成，用在发热的元件和散热器中间(见图1)，可以在两个表面形成良好接触，从而驱除其间热导率较低的空气(热导率只有0.W/m·K)，同时可以将散热器效率由不足40%提高到90%以上，因此广泛应用于IC封装、锂电池散热、LED封装、电机散热等。目前元件和散热器使用的导热界面材料主要有导热硅胶片、导热硅脂、导热阻燃胶、导热黏接胶、灌封胶、导热相变材料等。

图1散热器与发热元器件之间的导热界面材料

本文重点介绍了导热界面材料的分类、主要技术指标、导热机理，填料Al2O3技术指标对导热界面材料性能的影响，并分析了导热填料Al2O3的技术发展趋势。01导热界面材料的分类及主要技术指标1.1导热界面材料的分类及应用导热界面材料主要用于电子设备的散热，因此一般要求具有以下特征：(1)高导热性；(2)高柔韧性，保证在较低安装压力条件下热界面材料能够最充分地填充接触表面的空隙，保证热界面材料与接触面间的接触热阻很小；(3)绝缘及无毒。按其存在状态及用途可大致分为导热胶、导热硅脂、导热胶垫、相变材料等。导热界面材料是一种以高分子材料为基体、以具有绝缘、导热性能的粉体为填料，经过交联或硫化制成的聚合物复合材料，通常是有机硅烷类和环氧类化合物，用于黏接固定电子元器件，并起到防潮、减震的作用。导热界面材料主要有：(1)导热灌封胶，用于模块的整体封装；(2)导热硅脂(导热膏)，具有一定流动性或呈黏稠状的膏状物，用于填充微小间隙，比如将膏体涂覆在CPU和散热器之间，发热堆和壳体之间，将空气挤压出去，形成散热通道；(3)导热胶垫，是一种柔性可压缩的弹性材料，在施加一定压力的情况下，能很好地顺应接触不规则的表面，填补固体间的空隙，而又不会对元器件造成污染，用于电子电器产品的控制主板、LED散热、电机内外部垫脚、锂电池热管理等；(4)导热相变材料，在常温时处于固态，在吸收功率器件热量后，达到一定温度才融化为液态，因此可以很好地浸润固体界面，从而减少热阻，它既能吸收热量，又有良好的传热性，综合了导热硅脂和导热胶垫的优势，既解决了硅脂涂抹操作难的问题，也解决了导热胶垫因为厚度和界面热阻带来的导热效果的问题。1.2主要技术指标表征导热界面材料的性能的技术指标除常规的密度、白度等物理指标外，还包括导热性能指标以及机械强度、电气性能指标。常规的物理指标包括密度、颜色、阻燃等级、挥发份、锥入度、游离度等。导热性能通常以热导率、热阻来表征。机械强度一般针对导热胶垫类产品,通常以拉伸强度、硬度等表示。电气性能一般包括体积电阻率、击穿电压等指标。热导率和热阻是衡量导热界面材料最重要的指标，根据傅里叶定律，热导率是与传导热量、温度梯度、时间和垂直于热导方向的面积相关的一个性能指标,其单位为W/(m·K)。当温差(温度梯度)一定时，热阻越大，单位时间通过的热量越小，热阻的大小决定了通过单位流量Q时所需要的温差。同时，从式中也能看出热阻与材料的厚度正相关，厚度越大，热阻也越大。因此，在研究导热界面材料的导热性能时，除了

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