導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料是指將具有高熱導(dǎo)性填料如金屬粉末（銀、銅、鋁）、無機(jī)氧化物或氮化物粒子（氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氮化硼、氮化鋁、二氧化硅...）、碳化硅、碳材料（石墨、碳納米管、碳纖維）、二維過渡金屬碳化物和氮化物(MXenes)以及液態(tài)金屬等與聚合物基體相結(jié)合，制備出的具有較高熱導(dǎo)性的復(fù)合材料。相比金屬、陶瓷材料等，導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料具有良好的柔韌性、輕質(zhì)、優(yōu)良加工性能、良好的抗沖擊性、卓越電氣絕緣性能、耐腐蝕性、成本相對較低等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于國防、電子電氣工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。下文一起來盤點(diǎn)導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的制備及應(yīng)用。

一、導(dǎo)熱覆銅板

覆銅箔層壓板（Copper Clad Laminate，CCL），簡稱覆銅板。覆銅板作為“電子電路基材”，是整個(gè)印刷電路板（Printed Circuit Board，PCB）制造中首位的重要基礎(chǔ)原材料，擔(dān)負(fù)著PCB的導(dǎo)電、絕緣、支撐三大功效，它對于電子設(shè)備的性能、可靠性和制造成本有著直接的影響。相關(guān)閱讀：PCB?覆銅板?傻傻分不清楚？導(dǎo)熱覆銅板是在常規(guī)覆銅板基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要有導(dǎo)熱金屬基和導(dǎo)熱樹脂基覆銅板兩類，其基本結(jié)構(gòu)與普通覆銅板沒有什么不同。

常規(guī)的金屬和樹脂基覆銅板的黏結(jié)層（絕緣層）通常由熱導(dǎo)率較低的樹脂構(gòu)成，這影響了覆銅板的整體散熱和導(dǎo)熱性能。導(dǎo)熱覆銅板通過在常規(guī)覆銅板的樹脂中加入導(dǎo)熱絕緣無機(jī)粒子，形成新型的導(dǎo)熱樹脂黏結(jié)層，從而提升覆銅板的整體導(dǎo)熱性能。

金屬基導(dǎo)熱覆銅板結(jié)構(gòu)示意圖

導(dǎo)熱增強(qiáng)樹脂基覆銅板結(jié)構(gòu)示意圖

導(dǎo)熱增強(qiáng)樹脂基覆銅板的制備過程：導(dǎo)熱粉體、樹脂與溶劑等攪拌均勻，玻璃布卷（包括無紡布）上膠，烘干，切割、疊層；和銅箔疊合，多層組合，經(jīng)熱壓工序壓制成品，再裁剪、檢驗(yàn)、包裝、入庫等。

導(dǎo)熱增強(qiáng)樹脂基覆銅板產(chǎn)品制造工藝過程示意圖

在覆銅板（CCL）中應(yīng)用填料（Fillers）技術(shù)，是CCL技術(shù)開發(fā)中的重要課題。更多相關(guān)內(nèi)容請點(diǎn)擊相關(guān)閱讀：覆銅板升級對粉體依賴越來越大！改性工作真滴重要！

當(dāng)然除了采用導(dǎo)熱填料，從本體樹脂方面去提高導(dǎo)熱基板的應(yīng)用性能也是一個(gè)不容忽視的渠道。例如液晶環(huán)氧在提高基板材料耐熱性及高頻性、增加柔韌性、降低CTE等方面表現(xiàn)出了明顯功效，有著很大發(fā)展?jié)摿Α８嘞嚓P(guān)閱讀：高頻高速覆銅板(電子電路基材)用特種樹脂有哪些？

二、導(dǎo)熱硅橡膠

導(dǎo)熱硅橡膠是指在硅橡膠的基礎(chǔ)上添加了特定的導(dǎo)熱填充物所形成的一類導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料。導(dǎo)熱橡膠多以硅橡膠為主，未填充硅橡膠熱導(dǎo)率一般只有0.165W/(m·K)，除硅橡膠外，三元乙丙橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠、天然橡膠及活性液體聚丁二烯橡膠等均可用來制備導(dǎo)熱橡膠。

硅橡膠是聚硅氧烷在一定固化條件下硫化而成的特殊合成彈性體，其特有的硅—氧主鏈，及側(cè)鏈的各類有機(jī)基團(tuán)，使硅橡膠既具有“有機(jī)基團(tuán)”，又具有“無機(jī)基團(tuán)”，從而具備良好的彈性和耐老化性能。硅橡膠基體賦予了導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料獨(dú)特的橡膠彈性，使其能夠適應(yīng)不同形狀的表面，并具有較好的緩沖和振動(dòng)吸收性能。

硅橡膠的結(jié)構(gòu)

導(dǎo)熱硅膠軟片（又稱導(dǎo)熱填隙材料、導(dǎo)熱硅膠墊等）是導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料的一個(gè)典型產(chǎn)品，其以加成型硅橡膠為基礎(chǔ)，添加導(dǎo)熱填料、助劑等通過加成反應(yīng)固化成型的一種軟質(zhì)導(dǎo)熱界面片材，具有輕質(zhì)、耐化學(xué)腐蝕、易加工成型、電絕緣性能優(yōu)異、力學(xué)及抗疲勞性能優(yōu)良等特點(diǎn)。與常規(guī)橡膠相比，硅橡膠硅橡膠容易流動(dòng)，容易加工制造，因而可以在能耗較低的情況下模壓，壓延，擠出，生產(chǎn)效率高，其制備流程簡圖如下。

導(dǎo)熱硅膠片工藝流程圖

導(dǎo)熱硅膠軟片具有優(yōu)異的可壓縮變形特性，能適應(yīng)不同形狀的界面導(dǎo)熱要求，可用作熱界面材料（TIM）填充于散熱器和熱源之間，降低界面接觸熱阻，提升電子產(chǎn)品的散熱效果。

CPU（或其他芯片）和散熱器之間的導(dǎo)熱硅膠墊

三、導(dǎo)熱硅脂

導(dǎo)熱硅脂又叫導(dǎo)熱膏，呈液態(tài)或膏狀，具有一定流動(dòng)性，在一定壓強(qiáng)下（100~400Pa）下可以在兩個(gè)固體表面間形成一層很薄的膜，能極大地降低異質(zhì)表面間的熱阻。導(dǎo)熱硅脂是一種高導(dǎo)熱有機(jī)硅材料復(fù)合物，可在-50~+200℃的溫度下長期保持使用時(shí)的脂膏狀態(tài)，具有低油離度、耐高低溫、耐水、臭氧、耐氣候老化等性能。

導(dǎo)熱硅脂

導(dǎo)熱硅脂是以有機(jī)硅酮（基礎(chǔ)油）為主要原料，添加導(dǎo)熱填料和助劑，經(jīng)混合研磨加工制成的導(dǎo)熱型有機(jī)硅脂狀復(fù)合物。導(dǎo)熱硅脂基礎(chǔ)油需具有易涂抹、熱穩(wěn)性好、填料復(fù)合狀態(tài)好等特性。常用的基礎(chǔ)油是二甲基硅油，另外還有：甲基苯基硅油，具有耐高低溫特性；甲基氯代苯基硅油，具有更加良好的潤滑性；甲基氟烴基硅油，具有耐油、耐溶劑、耐化學(xué)試劑和較佳的潤滑性；甲基長鏈烷基硅油，具有優(yōu)良的潤滑性和相容性。

導(dǎo)熱硅脂制備工藝流程簡圖

更多相關(guān)內(nèi)容請點(diǎn)擊相關(guān)閱讀：導(dǎo)熱膏/導(dǎo)熱脂/導(dǎo)熱墊片/導(dǎo)熱凝膠/導(dǎo)熱膠帶有什么不一樣？

四、導(dǎo)熱相變材料

根據(jù)相變材料在相變過程中相態(tài)的變化，相變材料可以分為四種，即固－液相變材料，固－氣相變材料，固－固相變材料，液－氣相變材料。但是由于液－氣相變材料和固－氣相變材料在相變過程中涉及很大的體積變化，在實(shí)際應(yīng)用中很少應(yīng)用。實(shí)際應(yīng)用中固-固相變材料和固-液相變材料最為常見。

導(dǎo)熱相變材料一般是由導(dǎo)熱填料、相變材料、高分子以及改性添加劑組成。相變材料通常是石蠟、羧酸、羧酸酯、多元醇、結(jié)晶水和鹽、聚醚等。高分子材料通常是橡膠，如天然橡膠、氯丁橡膠、丁苯橡膠、乙丙橡膠、丁基橡膠、聚硫橡膠、氯醇橡膠、丙烯酸酯橡膠、硅橡膠、氟橡膠等中的一種或幾種混合體。此外，還有環(huán)氧樹脂、硅樹脂等。改性添加劑通常有增黏劑、增稠劑、增韌劑、偶聯(lián)劑、分散劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑、阻燃劑、著色劑等。導(dǎo)熱相變材料的通用制備工藝：①導(dǎo)熱粉體干燥。將不同種類和粒徑的導(dǎo)熱粉體在150℃的條件下干燥數(shù)小時(shí)，烘干，除去水分；②導(dǎo)熱粉體粒徑配合。按照不同的比例分別取大、中、小三種粒徑的導(dǎo)熱粉體在高速混合機(jī)內(nèi)進(jìn)行預(yù)混，使不同粒徑的導(dǎo)熱粉體初步混合；③混合。將高分子和一種改性添加劑放在捏合機(jī)內(nèi)加熱捏合均勻，捏合溫度為60~230℃。將石蠟相變材料，另一種改性添加劑加熱混合均勻，加熱溫度為60~150℃。再將兩種預(yù)混合體在60~230℃的條件下捏合均勻，完畢，再加入已混好的導(dǎo)熱粉體，混合均勻；④成型。將混合好的導(dǎo)熱相變材料在定型機(jī)上冷卻定型成為目標(biāo)產(chǎn)物。

導(dǎo)熱相變材料（PCM）

來源：Stanford Advanced Materials

由高導(dǎo)熱填料和相變化化合物混合而成的導(dǎo)熱貼片材料--導(dǎo)熱相變材料（PCM），常用于高速、大功率處理器的傳熱界面，產(chǎn)品可在合適的溫度（導(dǎo)熱相變材料相變溫度一般為40~70℃）發(fā)生相變，由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，從而保證器件與散熱器的表面充分濕潤，使其形成優(yōu)良的導(dǎo)熱界面層。導(dǎo)熱相變材料具有像導(dǎo)熱硅膠片一樣預(yù)先成型適合于器件安裝，又具有像導(dǎo)熱硅脂一樣的低熱阻特性，其結(jié)合了兩者的完美特性。

五、導(dǎo)熱封裝膠粘劑

封裝膠黏劑是保證電子元器件集成化、模塊化和小型化的關(guān)鍵。無論是分立器件，還是大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路和功能模塊等半導(dǎo)體元器件，為了防止外界水分、塵埃、有害氣體，及沖擊、振動(dòng)和化學(xué)物質(zhì)等因素對電子元器件的侵入和干擾，減緩振動(dòng)，防止外力損傷和穩(wěn)定元器件參數(shù)，將外界的不良影響降到最低，保證其正常工作，需對電子元器件進(jìn)行封裝或絕緣灌封保護(hù)。

為滿足電子元器件高速運(yùn)行、高密度集成電路封裝需求的電子封裝材料除應(yīng)具備低介電常數(shù)

和低介電損耗、低CTE、低吸水性等基本性能外，還必須具有良好的導(dǎo)熱性能。用導(dǎo)熱填料填充聚合物膠黏劑能制得具有相當(dāng)熱導(dǎo)率的復(fù)合型導(dǎo)熱膠，按導(dǎo)熱填料電性能將導(dǎo)熱膠分為導(dǎo)熱導(dǎo)電和導(dǎo)熱電絕緣膠黏劑兩類，如銀粉/環(huán)氧和AN/環(huán)氧膠。根據(jù)所用的樹脂基體可分為環(huán)氧，有機(jī)硅、聚氨酯及其他導(dǎo)熱膠黏劑。

導(dǎo)熱灌封膠

電子導(dǎo)熱膠黏劑的配方成分主要包括：①樹脂基體的選擇及改性，樹脂基體可以采用單一或復(fù)合樹脂；②增韌劑或活性稀釋劑選擇；③其他功能成分，如增黏、阻燃等；④導(dǎo)熱粒子的選擇及表面改性處理；⑤其他無機(jī)粒子如防沉降、阻燃等；⑥各類助劑，如偶聯(lián)劑、濕潤劑、流平劑等。導(dǎo)熱膠黏劑的制備：導(dǎo)熱無機(jī)粒子使用前首先要進(jìn)行烘干處理，然后對無機(jī)粒子進(jìn)行表面有機(jī)化改性處理，多用表面活性劑或偶聯(lián)劑、或高分子改性劑以改善和有機(jī)樹脂基體親和性，降低界面張力。然后將上述各組分按照配方規(guī)定范圍用量進(jìn)行混合，選擇不同加工設(shè)備及相應(yīng)復(fù)合加工方式，如超聲、攪拌分散或研磨至導(dǎo)熱粒子分散均勻，膠料外觀光滑細(xì)膩，調(diào)整體系黏度至合格范圍，得到電子導(dǎo)熱膠黏劑。

六、導(dǎo)熱塑料

與其他傳統(tǒng)材料相比，塑料提供了設(shè)計(jì)上的靈活性，這使得它們在不同的最終用途行業(yè)中得到了越來越多的應(yīng)用。工業(yè)應(yīng)用的導(dǎo)熱塑料是在各方面性能兼顧基礎(chǔ)上，突出導(dǎo)熱性能。與金屬比較，導(dǎo)熱塑料具有如下特色及優(yōu)勢：①質(zhì)量輕，塑料密度約為金屬鋁密度的1/2；②加工方便，可以用注射成型加工；③設(shè)計(jì)較復(fù)雜的組件，提高設(shè)計(jì)自由度；④系統(tǒng)簡單，采用塑料絕緣用做外殼散熱系統(tǒng)時(shí)，可以采用非隔離啟動(dòng)系統(tǒng)，不必?fù)?dān)心其安全問題，而用鋁做外殼，由于外殼導(dǎo)電，內(nèi)部必須采用隔離啟動(dòng)系統(tǒng)。如下是導(dǎo)熱塑料在工業(yè)中的應(yīng)用案例。

導(dǎo)熱塑料的制備同其他功能塑料的制備工藝基本一樣，在提高熱導(dǎo)率的同時(shí)需要兼顧其復(fù)合物的力學(xué)、電性能，以及流動(dòng)性及加工成型性能。導(dǎo)熱塑料的基本工藝流程：先將導(dǎo)熱粒子和相關(guān)助劑、塑料基體預(yù)先在混合器內(nèi)高速混合，后將混合均勻的混合物加人雙螺桿擠出機(jī)，經(jīng)擠出造粒。粒料經(jīng)配備一定模具的注塑機(jī)注射成成型，注射產(chǎn)品還需經(jīng)后處理等工序加工，最后檢驗(yàn)合格后，方能包裝、人庫存放。

參考資料：

導(dǎo)熱高分子材料，周文英，丁小衛(wèi) 著，2014年

編輯整理：粉體圈 Alpha