隨著電子器件性能的不斷提升，其運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量管理問題已成為影響設(shè)備穩(wěn)定性和使用壽命的關(guān)鍵因素之一。為了高效散熱，市場(chǎng)上涌現(xiàn)出多種導(dǎo)熱復(fù)合材料，如導(dǎo)熱膠黏劑、導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱墊片等，它們各有側(cè)重。

其中，導(dǎo)熱灌封膠不僅具備良好的導(dǎo)熱性能，還兼具出色的密封性和機(jī)械保護(hù)作用，能夠?qū)㈦娮釉骷谑褂眠^程中產(chǎn)生的熱量有效傳導(dǎo)至殼體，同時(shí)起到固定、防水、防塵和防震的全方位保護(hù)效果。

根據(jù)材料組成和性能特點(diǎn)，導(dǎo)熱灌封膠主要分為有機(jī)硅灌封膠、環(huán)氧灌封膠和聚氨酯灌封膠三大類。它們?cè)趯?dǎo)熱效率、粘接性能、耐溫范圍等方面各有特點(diǎn)，并廣泛應(yīng)用于高溫設(shè)備、精密電子器件、新能源電池等領(lǐng)域。

本文將系統(tǒng)分析三種導(dǎo)熱灌封膠的材料特點(diǎn)、工藝類型、優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用場(chǎng)景，同時(shí)與其他導(dǎo)熱復(fù)合材料進(jìn)行對(duì)比，并展望導(dǎo)熱灌封膠在未來熱管理領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿Α?/span>

不同基底的灌封膠

在選擇導(dǎo)熱灌封膠時(shí)，基底材料的選擇至關(guān)重要。不同的基材不僅決定了灌封膠的導(dǎo)熱性能和機(jī)械性能，還影響其在特定應(yīng)用場(chǎng)景中的適配性。常見的三類基底——有機(jī)硅、環(huán)氧樹脂和聚氨酯，各自具備獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和局限性，需要根據(jù)具體使用需求進(jìn)行合理選擇。

1、有機(jī)硅灌封膠

有機(jī)硅是一種以硅氧鍵為主鏈的聚合物材料，因具有卓越的耐高低溫性、電氣絕緣性、耐候性、憎水性和耐化學(xué)腐蝕性，同時(shí)具備優(yōu)異的加工性能和成型特性，現(xiàn)已成為電子工業(yè)中的重要基礎(chǔ)材料。

有機(jī)硅

雖然有機(jī)硅灌封膠硬度低、機(jī)械性能差且粘結(jié)力不強(qiáng)，但它在高溫條件下性能表現(xiàn)穩(wěn)定，因此是一種很常見的電子封裝材料，主要應(yīng)用于修補(bǔ)灌封后的電子器件及設(shè)備。有機(jī)硅灌封膠主要分為單組分和雙組分，單組分需要高溫才能固化，雙組分常見的有加成型和縮合型，其中縮合型附著力差且存在固化問題。

2、環(huán)氧灌封膠

環(huán)氧灌封膠是一種環(huán)氧樹脂基體與功能性填料混合而成的封裝材料，在航空航天等領(lǐng)域廣泛用于連接或密封設(shè)備。盡管具有優(yōu)異的粘接性能，良好的耐腐蝕性，較慢的老化速度，較高的硬度等眾多優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格高、固化時(shí)間長(zhǎng)、有毒性等缺點(diǎn)限制了它的應(yīng)用。

環(huán)氧灌封膠

環(huán)氧灌封膠可根據(jù)其成分的不同分為單組分環(huán)氧灌封膠和雙組分的灌封膠。單組分環(huán)氧灌封膠采用潛伏性固化劑，耐高溫性和粘接性出色，使用簡(jiǎn)便但成本高。雙組分環(huán)氧灌封膠常溫固化適用于低壓電子器件，加熱固化適用于高壓電子器件。

3、聚氨酯灌封膠

聚氨酯灌封膠的分子主鏈結(jié)構(gòu)中含有許多帶極性基團(tuán)和活性反應(yīng)基團(tuán)。由于原料選擇和合成技術(shù)的多樣性，聚氨酯灌封膠的成分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著極其廣泛的可調(diào)控變化范圍。因此，聚氨酯灌封膠具備很廣泛的產(chǎn)品系列，可應(yīng)用于不同基材和多樣性能需求的領(lǐng)域。這一特性使得聚氨酯材料具備許多優(yōu)勢(shì)，如耐久性優(yōu)異、粘接性能優(yōu)異、高耐腐蝕性、減震能力強(qiáng)等。

聚氨酯灌封膠

導(dǎo)熱填料及表面改性劑

導(dǎo)熱填料是提升灌封膠導(dǎo)熱性能的核心組成部分，這些填料通過在基體中形成導(dǎo)熱通路，大幅提高灌封膠的熱傳導(dǎo)效率。然而，由于填料與基體材料之間的界面不匹配，可能導(dǎo)致填料分散不均或界面熱阻過高，從而影響導(dǎo)熱性能。

為改善這一問題，表面改性劑的引入顯得尤為重要。表面改性劑可以對(duì)填料進(jìn)行表面處理，增強(qiáng)其與基體的相容性，降低界面熱阻，同時(shí)提升灌封膠的流動(dòng)性和加工性能。通過科學(xué)設(shè)計(jì)導(dǎo)熱填料與表面改性劑的配比和處理工藝，可以進(jìn)一步優(yōu)化灌封膠的綜合性能，滿足不同領(lǐng)域?qū)?dǎo)熱材料的多樣化需求。

1、導(dǎo)熱填料

導(dǎo)熱填料主要分為碳基填料，金屬填料以及陶瓷填料。金屬填料有Cu、Al等，它們自身的熱導(dǎo)率很高，但絕緣性很低，所以不適用于對(duì)絕緣性有一定要求的領(lǐng)域；碳基填料主要有石墨烯和碳納米管等，相比較于金屬填料熱導(dǎo)率更高，導(dǎo)電性能優(yōu)異、耐腐蝕性更優(yōu)異以及相對(duì)較低的熱膨脹系數(shù)，但成本偏高，改性過程相對(duì)復(fù)雜，無法大規(guī)模推廣應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域；陶瓷材料主要有SiC、AlN等，其導(dǎo)熱性能優(yōu)異，同時(shí)還具備較高的絕緣性能，因此其多使用于對(duì)絕緣性有一定要求的電子元器件。目前常用的導(dǎo)熱填料在常溫下的導(dǎo)熱系數(shù)如表所示。

氮化鋁填料

另外，填料的導(dǎo)熱系數(shù)的大小，粒徑以及形狀都會(huì)影響材料整體的導(dǎo)熱性能。導(dǎo)熱填料自身的導(dǎo)熱性能越高，復(fù)合材料整體的導(dǎo)熱性能也相對(duì)越高。導(dǎo)熱填料的粒徑及形狀則會(huì)影響填料在基體中的分布方式及致密程度，分布方式更合理，致密程度更高，更容易有效地構(gòu)建導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，因此它們對(duì)復(fù)合材料的導(dǎo)熱性也存在影響。

不同形狀填料間復(fù)配的協(xié)同作用

導(dǎo)熱填料在復(fù)合材料中的填充量，分散程度以及填料與基體之間的相互作用程度也都會(huì)對(duì)復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能有影響。隨著填充量的慢慢增加，填料的致密性也在慢慢增加，當(dāng)填充量達(dá)到一定數(shù)值后，使得分散在基體中的填料能夠相互接觸，有效地構(gòu)成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，使得熱量能夠快速有效的傳輸，從而提高復(fù)合材料整體的導(dǎo)熱性能。

2、表面改性劑

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，只是簡(jiǎn)單的摻混導(dǎo)熱填料，提高填料的填充量，可以提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，但無法使得導(dǎo)熱復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能得到最大的提升。解決上述問題最為常見的方法就是使用表面改性劑改性導(dǎo)熱填料，提高填料在基體中的分散性，加強(qiáng)填料與基體之間的相互作用，提高填料與基體之間的結(jié)合程度，進(jìn)而進(jìn)一步提高導(dǎo)熱復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。

（1）偶聯(lián)劑改性

目前，導(dǎo)熱填料表面改性劑最常用的是偶聯(lián)劑。這其中應(yīng)用最為廣泛的就是硅烷偶聯(lián)劑，由于它特有的分子結(jié)構(gòu)，使得它既存在能和無機(jī)材料結(jié)合的基團(tuán)，又存在能和有機(jī)材料結(jié)合的基團(tuán)。通過這種方式它就可以將差異很大、相性較差的兩種材料連接起來，加強(qiáng)材料之間的相互作用力，進(jìn)而使得復(fù)合材料有更加優(yōu)異的性能。

偶聯(lián)劑工作原理

（2）表面接枝改性及有機(jī)物包覆

除了偶聯(lián)劑，還可以使用特殊的改性劑對(duì)導(dǎo)熱填料進(jìn)行表面接枝改性或者使用有機(jī)物包覆導(dǎo)熱填料。如Yang等首先用聚鄰苯二酚/聚胺（PCPA）對(duì)功能化BN片進(jìn)行改性，然后用雙-（γ-三乙氧基硅丙基）-四硫化物接枝改性BN片，而后與天然橡膠共混制備成復(fù)合材料。結(jié)果表明導(dǎo)熱填料改性后的復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能與力學(xué)性能都得到顯著提高。

結(jié)語

綜上所述，導(dǎo)熱灌封膠因其優(yōu)異的導(dǎo)熱性能與多功能保護(hù)作用，在電子器件熱管理領(lǐng)域中發(fā)揮著不可或缺的作用。通過科學(xué)選擇基底材料、優(yōu)化導(dǎo)熱填料的種類與分散性，并合理引入表面改性劑，可顯著提升導(dǎo)熱灌封膠的綜合性能，滿足各類復(fù)雜應(yīng)用需求。未來，隨著新型材料和工藝的不斷發(fā)展，導(dǎo)熱灌封膠將在電子、汽車、新能源等領(lǐng)域展現(xiàn)更廣闊的應(yīng)用潛力，助力高性能設(shè)備的長(zhǎng)效穩(wěn)定運(yùn)行。

資料來源：

1、袁浩楠.基于改性導(dǎo)熱填料高導(dǎo)熱聚氨酯灌封膠的研究[D].山東理工大學(xué),2024.

2、朱洪濤,李紅強(qiáng),吳向榮,等.導(dǎo)熱有機(jī)硅材料的研究進(jìn)展[J].有機(jī)硅材料,2023,37(05):70-77.

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