热管理材料系列：导热硅胶片

什么是导热硅胶片

导热硅胶片是以硅胶为基材，添加金属氧化物等各种辅材，通过特殊工艺合成的一种导热介质材料，在行业内，又称为导热硅胶垫，导热矽胶片，软性导热垫，导热硅胶垫片等等，是专门为利用缝隙传递热量的设计方案生产，能够填充缝隙，完成发热部位与散热部位间的热传递，同时还起到绝缘、减震、密封等作用，能够满足设备小型化及超薄化的设计要求，是极具工艺性和使用性，且厚度适用范围广，一种极佳的导热填充材料。

导热硅胶片

导热硅胶片生产工艺过程，其生产工艺步骤主要有：原材料准备→塑炼、混炼→成型硫化→修整裁切→检验等。下面简单介绍导热硅胶片的生产工艺流程：

1、原材料准备

普通有机硅胶的热导率通常只有0.2W/m·K 左右。但是在普通硅胶中混合导热填料可提高其导热性能。常用的导热填料有金属氧化物(如Al2O3、MgO、BeO 等)、金属氮化物(如SiN、AlN、BN 等)。填料的热导率不仅与材料本身有关，而且与导热填料的粒径分布、形态、界面接触、分子内部的结合程度等密切相关。一般而言，纤维状或箔片状的导热填料的导热效果更好。

2、塑炼、混炼

塑炼、混炼是硅胶加工的一个工序，指采用机械或化学的方法，降低生胶分子量和粘度以提高其可塑性，并获适当的流动性，以满足混炼和成型进一步加工的需要。导热硅胶片制作原料一般是使用机械高速搅拌进行破坏。经过配色混炼后由乳白色硅胶变位各种颜色的片料。

3、成型硫化

如果想要做成柔软有弹性且耐拉的导热硅胶片需要用的就是要进行过二次硫化的有机硅胶。硫化实际上也可以叫固化。液态的导热硅胶在第一阶段加热成型后,其交联密度不够,要使其进一步硫化反应才能增加导热硅胶片的拉升强度、回弹性、硬度、溶胀程度、密度、热稳定性都比一次硫化有较大的改善。如果不进行二次硫化,也许生产的导热硅胶片在性能上会受到一定的影响，得不到性能更好的产品。一次硫化后的产品参数与二次硫化的参数不尽相同，这与实际操作过程及步骤也有关。

4、修整裁切

高温处理后的导热硅胶片需要放置一段时间，让其自然冷却后在进行不同尺寸规格的裁切，而不能采用其他快速冷却方式。否则会直接影响导热硅胶垫的产品性能。

5、成品检测

其中成品需要检测的主要项目包括：导热系数、耐温范围、体积电阻率、耐电压、阻燃性、抗拉强度、硬度、厚度等。

导热硅胶片的优点

1、材料较软，压缩性能好，导热绝缘性能好，厚度的可调范围比较大，适合填充空腔，两面具有天然粘性，可操作性和维修性强；

2、选用导热硅胶片的最主要目的是减少热源表面与散热器件接触面之间产生的接触热阻，导热硅胶片可以很好的填充接触面的间隙；

3、由于空气是热的不良导体，会严重阻碍热量在接触面之间的传递，而在发热源和散热器之间加装导热硅胶片可以将空气挤出接触面；

4、有了导热硅胶片的补充，可以使发热源和散热器之间的接触面更好的充分接触，真正做到面对面的接触.在温度上的反应可以达到尽量小的温差；

5、导热硅胶片的导热系数具有可调控性，导热稳定度也更好；

6、导热硅胶片在结构上的工艺工差弥合，降低散热器和散热结构件的工艺工差要求；

7、导热硅胶片具有绝缘性能（该特点需在制作当中添加合适的材料）；

8、导热硅胶片具减震吸音的效果；

9、导热硅胶片具有安装，测试，可重复使用的便捷性。

导热硅胶片的缺点

相对导热硅脂，导热硅胶片有以下缺点：

1、虽然导热系数比导热硅脂高，但是热阻同样也比导热硅胶要高；

2、厚度0.5mm以下的导热硅胶片工艺复杂，热阻相对较高；

3、导热硅脂耐温范围更大，它们分别导热硅脂-60℃～300℃，导热硅胶片-50℃～220℃；

4、价格：导热硅脂已普遍使用，价格较低，导热硅胶片多应用在笔记本电脑等薄小精密的电子产品中，价格稍高。

导热硅胶片的应用领域

LED行业使用

1、导热硅胶片用于铝基板与散热片之间

2、导热硅胶片用于铝基板与外壳之间

电源行业

用与MOS管、变压器（或电容/PFC电感）与散热片或外壳之间的导热

通讯行业

1、产品在主板IC与散热片或外壳间的导热散热

2、机顶盒DC-DC IC与外壳之间导热散热

汽车电子行业的应用

汽车电子行业应用（如氙气灯镇流器、音响，车载系列产品等）均可用到导热硅胶片

PDP /LED电视的应用

功放IC、图像解码器IC与散热器（外壳）之间的导热

家电行业

微波炉/空调（风扇电机功率IC与外壳间）/电磁炉（热敏电阻与散热片间）

导热硅胶片的选型

导热系数选择

导热系数选择最主要还是要看热源功耗大小，以及散热器或散热结构的散热能力大小。一般芯片温度规格参数比较低，或对温度比较敏感，或热流密度比较大（一般大于0.6w/cm3 需要做散热处理，一般表面小于0.04w/cm2 时候都只需要自然对流处理就可以）这些芯片或热源都需要进行散热处理，并且尽量选择导热系数高点的导热硅胶片。

消费电子行业一般不允许芯片结温高于85 度，也建议控制芯片表面在高温测试时候小于75 度，整个板卡的元器件也基本采用的是商业级元器件，所以系统内部温度常温下建议不超过 50度。第一外观面，或终端客户受能接触的面建议温度在常温下得低于 45 度。选择导热系数较高的导热硅胶片可以满足设计要求和保留一些设计裕度。

注解：热流密度：定义为单位面积（1 平方米）的截面内单位时间（1 秒）通过的热量.结温它通常高于外壳温度和器件表面温度。结温可以衡量从半导体晶圆到封装器件外壳间的散热所需时间以及热阻。

影响导热硅胶导热系数的因素

1、聚合物基体材料的种类和特性

基体材料的导热系数超高，填料在基体的分散性越好及基体与填料结合程度越好，导热复合材料导热性能越好。

2、填料的种类

填料的导热系数越高，导热复合材料的导热性能越好。

3、填料的形状

一般来说，容易形成导热通路的次序为晶须 >纤维状 > 片状 > 颗粒状，填料越容易形成导热通路，导热性能越好。

4、填料的含量

填料在高分子的分布情况决定着复合材料的导热性能。当填料含量较小时，起到的导热效果不明显；当填料过多时，复合材料的力学性能会受到较大的影响。而当填料含量增至某一值时，填料之间相互作用在体系中形成类似网状或者链状的导热网链，当导热网链的方向与热流方向一致时，导热性能最好。因此，导热填料的量存在着某一临界值。

5、填料与基体材料界面的结合特性

填料与基体的结合程度越高，导热性能越好，选用合适的偶联剂对填料进行表面处理，导热系数可提高10%—20%。

导热硅胶片的安装方法

1、保持与导热硅胶片结束面的干净，预防导热硅胶片黏上污秽，污秽的导热硅胶片自粘性和密封导热性会变差。

2、拿去导热硅胶片时，面积大的导热硅胶片应该从中心部位抓取，面积较小片材抓取不予要求，因为大块的导热硅胶片受力不均，会导致变形，影响后续操作，甚至损坏硅胶片。

3、左手拿片材，右手撕去其中一面离型保护膜。不能同时撕去两面保护膜，减少直接接触导热硅胶片的次数和面积，保持导热硅胶片自粘性及导热性不至于受损。

4、撕去保护膜的一面，朝向散热器，先将导热硅胶片对齐散热器。缓慢放下导热硅胶片时。要小心避免气泡的产生。

5、操作中如果产生了气泡，可拉起硅胶片一端重复上述步骤，或借助工具轻轻抹去气泡，力量不宜过大，以免导热硅胶片受到损害。

6、撕去另一面保护膜，放入散热器，撕去最后一面保护膜力度要小，避免拉伤或拉起导热硅胶片。

7、紧固或用强粘性导热硅胶片后，对散热器施加一定的压力，并存放一段时间，保证把导热硅胶片固定好。