全球领先技术车规级TIM导热凝胶(不含硅）

引言：导热界面材料（TIM）广泛应用于工业、汽车和消费电子行业的电子元件散热。目前，绝大多数TIM材料都是有机硅树脂体系，因为有机硅聚合物具有优异的化学稳定性，物理特性随温度变化不明显，例如粘度，模量等。这使得它们特别适合应用在运行中由于高功率或功率波动导致显著温度变化的场景中。然而随着应用场景多元化，有机硅TIM材料的一个普遍风险也日渐突出，那就是有机硅油迁移问题，即挥发和渗油，会对电子元件造成一定危害。在导热材料中，导热垫片主要是以有机硅材料为基体的复合材料，这类材料应用非常广泛。但是随着应用的多元化，有机硅体系的导热垫片一个普遍的风险慢慢地被关注，那就是挥发和渗油的问题。

目前导热硅胶片等导热材料大都是以硅胶为基体填充导热粉体制成，其优点是成本较低，导热良好，具有较好的柔软性，耐200°高温，其缺点就是长期高温下应用有硅油析出，硅氧烷挥发。


有机硅低分子挥发和渗油的危害:
● 安防监控和摄像设备- 挥发的有机硅成分会凝结在镜面上，污染镜头，影响图像清晰度；

● 光学器件- 挥发出的有机硅凝结后影响器件透光率；

● 微型马达-引起线圈铜线的腐蚀；

● 硬盘（HDD）- 渗出的硅油吸附粉尘，造成损伤读取磁头，损伤记录膜，不能正确读写数据；

● 未聚合的硅氧烷，渗出的硅氧烷随着时间迁移到电路板上，吸附灰尘，可能造成短路；

● 挥发的硅氧烷在极端条件下，将会形成二氧化硅的绝缘层，造成接触失效。


热界面材料（Thermal Interface Materials)

一、TIM热界面材料的定义

热界面材料（Thermal Interface Materials，TIM）又称为导热材料、导热界面材料或接口导热材料，是⼀种普遍用于IC封装和电⼦散热的材料，主要用于填补两种材料接合或接触时产生的微空隙及表⾯凹凸不平的孔洞，减少热传递的阻抗，提高散热性。

随着微电子产品对安全散热的要求越来越高，热界面材料也在不断的发展。从最初的导热脂发展到如今的导热垫片、导热凝胶、导热相变材料、导热胶、导热胶带和液态金属等多种品类。传统的聚合物基热界面材料在所有产品中占比接近90%，液态金属热界面材料占比较少，但份额逐步扩大。其中，流动态的导热油脂用作导热材料，有利于使用过程中的自动化，并且其热阻很小，是当前市场份额最大的导热界面材料。


热界面材料应用市场随各终端领域的发展而发展，以通信网络(5G)、汽车电子(新能源)、人工智能、LED等为代表的领域未来发展潜力巨大，相应地会带动热界面材料市场的发展壮大。一是在通信行业规模化应用，5G时代将带来巨大的增量需求。由于通信设备功率不断加大，发热量也在快速上升。导热材料能有效提高设备的可靠性，因此在通讯领域有着广泛的应用。近年来，在电信运营商投资的带动下，通信设备行业目前仍旧保持了较快的发展速度。5G时代下，基站投资额和基站数量将快速增长，对程控交换机和移动通讯基站设备的需求将快速增加。二是支撑5G时代下的物联网应用，除了手机和电脑，5G终端还扩展到了汽车、家用电器、智能穿戴、工业设备等，终端设备的丰富也将直接拉动对导热材料和器件的需求，利好导热材料行业。三是通信设备制造业叠加5G的催化，将带来对导热材料、EMI屏蔽材料等产品的巨大需求，具有深厚技术积累的公司将分享行业发展的红利。

理想的热界面材料应具有的特性是：高热导性、高柔韧性、表面润湿性、适当的黏性、高压力敏感性、冷热循环稳定性好、可重复使用等。因此，需要进⼀步解决的问题：一是在聚合物基复合材料的设计方面，需要更先进的增强体设计，在保证力学性能的前提下，提高热传导性能；二是在材料的制备与加工方面，需要改善填料、增强体与基体的界面结合，获得理想的复合材料构型；三是在研究方面，需要进⼀步深入理解多尺度上的声子热传导、载流子传导机制、声子-电子耦合机制、界面处复杂的电子与声子传输机制等，为热界面材料的设计提供理论依据。

二、TIM热界面材料的选择

热界面材料（Thermal Interface Material, TIM）
选择理想的热界面材料需要关注如下因素：

1）热导率：热界面材料的体热导率决定了它在界面间传递热量的能力，减少热界面材料本身的热阻；

2）热阻：理想情况下应尽可能低，以保持设备低于其工作温度；

3）导电性：通常是基于聚合物或聚合物填充的不导电材料；

4）相变温度：固体向液体转变，界面材料填充空隙，保证所有空气被排出的温度；

5）粘度：相变温度以上的相变材料粘度应足够高，以防止在垂直方向放置时界面材料流动滴漏；

6）工作温度范围：必须适应应用环境；

7）压力：夹紧产生的安装压力可以显著改善TIM的性能，使其与表面的一致性达到最小的接触电阻；

8）排气：当材料暴露在高温和/或低气压下时，这种现象是挥发性气体的释放压力；

9）表面光洁度：填充颗粒影响着界面的压实和润湿程度，需要更好地填补了不规则表面的大空隙；

10）易于应用：容易控制材料应用的量；

11）材料的机械性能：处于膏状或液态易于分配和打印；

12）长期的稳定性和可靠性：需要在设备的整个寿命周期内始终如一地执行（如微处理器7-10年，航空电子设备和电信设备的寿命预计为数十年）；
13）成本：针对不同应用，在性能、成本和可制造性等因素进行综合权衡；
14）环保等因素。

三、TIM热界面材料硅挥发的危害

有机硅导热垫片在使用过程中会在散热器或者基材表面“分泌”出油腻物质，称为“冒油现象”。导热垫片在使用过程中必然伴随着高温受热的过程，由于受热过程中而引起的VOC（有机挥发物）释放，称为“挥发”。此类导热材料多用于精密复杂的电子电气产品，一旦出现问题，常见的危害如下：

1. 对人产生危害 ：

有机硅垫片出来的挥发物大多数是二甲基环硅氧烷（DMC）,一般为D3～D10。而在最新的2018年的Reach危害品目录中，已将D4、D5、D6确定为疑似致癌物质，所以这些物质需要严格控制在1000ppm以下；

2. 对设备和产品造成污染，清洗困难；

3. 由于“冒油”造成电性能降低，比如表面电阻降低和击穿电压降低；

4. 导致光学设备透光率降低，严重的会腐蚀透光基材；

5. 周围的杂质和颗粒可能会吸附或粘附在渗油中，对仪器设备的工作和寿命造成潜在的威胁。

四、TIM热界面材料硅挥发（渗油）的因素

TIM材料由聚合物树脂及高导热的填料组成，其中树脂的导热系数 约为0.1W/mK，填料的导热系数在1-1000W/mK，而TIM材料的导热系数在1-15W/mK[3]。TIM材料中的聚合物树脂体系的分子链段结构及不同的交联形式为TIM材料提供了不同的物理形态。


聚合物分子链段通过缠结形成网状结构。TIM材料中的聚合物除了交联的分子簇以外，还有一些没有通过化学键链接在分子簇上的小分子。如果这些小分子的分子链足够短，他们就不会与分子簇形成缠结，并在特定条件下会以液体形式从TIM材料的主体中溢出。而特别小的分子会以气态的方式从材料中挥发出来，并在电子元件的表面富集。基于现有的有机硅理论，导热垫片的“渗油”是不可能彻底杜绝的！原因很简单，因为导热垫片本身就是由“硅油小分子”构成的！

导热垫片出油原理

如果把导热垫比作一个房子，那么硅油小分子就是盖房子用的砖头；而“交联剂”则相当于把砖头砌成房子的水泥，它能和硅油小分子发生反应，把这些短链小分子都连接在一起，形成具有立体网络结构的超大分子集团。体现到宏观层面，就是液态的“硅油”在“交联剂”的作用下最终变成了固态的“导热垫片”。图片

根据迁移能力，TIM材料中的聚合物部分大致可以分为可提取类、可挥发类、可溢出类、缠结类等4类。其中：•可提取类是指可以使用溶剂从TIM材料中溶解出来的游离的有机硅油的总量。即可提取类=可挥发类+可溢出类+缠结类。•可挥发类是指TIM材料中可挥发出来的低分子量有机硅油。•可溢出类是指可以从TIM材料主体中以液态形式渗出的中等分子量的有机硅油。•缠结类（残留）是指保留在TIM材料中的高分子量的液态有机硅油。一般来说，对于有机硅聚合物，这些不同类别的分子量分布（MWD）如下所示：

可挥发类可以在很大程度上进行控制，以缓解迁移产生的影响，而可溢出类的界定和控制则更为复杂。这是因为，每一种迁移行为的驱动因素都各不相同。可溢出类有机硅油在迁移中，受污染的元件区域与TIM材料之间需要一条直接的迁移路径。这种液相可溢出类硅油迁移是由表面张力梯度引起的毛细流动所驱动的。表面张力梯度则是由发热元件与散热器间的温度梯度所致。扩散速度则受到迁移路径的表面张力及扩散的聚合物粘度等因素控制。

五、TIM热界面材料的发展

热界面材料（ThermalInterfaceMaterials，TIM）是一种用于两种材料间的填充物，是热传递的重要桥梁。当两种材料相互接合时，无论是同种材料还是两种不同的材料，即使材料表面平整度很好或施加很大的扣合压力，仍无法达到紧密接触，只能是部分接触，中间一定仍然存在许多微细空隙或孔洞，如下图a所示。空隙间的空气为热传导率相当差的传热介质，会阻碍热传导的路径，增加热阻抗。因此，需要填充一种热界面材料于两种接合材料间，以填补空隙，增进热的传递效率，降低热阻抗，如下图b所示。它是一种应用相当广泛而且非常重要的材料。

有TIM及无TIM示意图

如上所述，热界面材料主要用于填补两种材料接触面间的空隙，降低热阻抗，因此，热传导系数K就是评估热界面材料的重要特性之一。热界面材料应具备以下基本特性：可压缩性及柔软性；高热传导性；低热阻尼；表面湿润性；适当的黏性；对扣合压力的敏感性要高；使用方便；可重复使用；冷热循环的稳定性好等特点。高分子材料（聚合物材料）能够很好地满足以上要求，但是一般的高分子材料（高能的本征导热高分子除外，实在太贵消费不起）热传导系数最好的也只有0.1-0.2W/m.K左右，热传递能力实在是差极，所以往往需要添加热传导率较高20-1000W/m.K的无机粉末或金属粉末或石墨粉来制备成聚合物基导热复合材料改善其热传导性。导热复合材料中，常用金属导热填料有Cu、Ag、Al等；而在要求一定绝缘性能的情况下，需要选用非金属导热填料，比如陶瓷类，如MgO、Al2O3、BN、AlN等，石墨烯、碳纳米管、金刚石等也是现在研究热门对象，此外，也可将多种填料混合使用。

随着现代电子技术迅速的发展和升级，电子元器件的集成程度和组装精度不断提高，在提供了强大的使用功能的同时，也导致了其工作功耗和发热量的急剧增大。高温将会对 电子元器件的稳定性、安全性和寿命产生很大的影响，比如过高的温度会危及半导体的结点，损伤电路的连接界面，增加导体的阻值和造成机械应力损伤。因此确保 发热电子元器件所产生的热量能够及时的排出，己经成为微电子产品系统组装的一个重要技术重点，而对于集成程度和组装精度都较高的便携式电子产品(笔记本电脑、IPAD、扫描仪、手持终端等)，散热甚至成为了整个产品的技术重点和难点问题。在微电子领域，逐步发展出一门新兴学科一热管理学科，专门研究各种电子设备的安全散热方式、散热设备及所使用的散热材料。随着微电子产品对安全散热的要求越来越高，导热界面材料也在不断的发展。

SILICON-FREE无硅导热垫片

一

SILICON-FREE系列TIM产品（导热垫片、导热吸波、导热减振、）


二.TIM热界面材料使用案例及专用术语


车规级TIM导热凝胶(不含硅）---SILCONE FREE

一、TIM导热凝胶

导热凝胶是一种柔软的硅树脂导热缝隙填充材料，具有高导热率、低界面热阻及良好的触变性，是大缝隙公差场合应用的理想材料。它填充于需冷却的电子元件与散热器/壳体等之间，使其紧密接触、减小热阻，快速有效地降低电子元件的温度，从而延长电子元件的使用寿命并提高其可靠性。导热凝胶具备优异的自粘性能，便于操作，可重复使用，广泛用于低压力情况下。导热凝胶与导热硅脂都属于半流淌的膏状导热材料，其不同于导热垫片是固态片材状，所以存在一定流动性，而作为众多电子产品来说，导热材料的渗透是影响其稳定性的诱因之一，优质的导热凝胶具有一定抗垂流性能，能够保障产品的可靠性，那么如何对导热凝胶的垂流性能如何测试呢？


首先来说，导热凝胶在日常状态是很稳定，如橡皮泥状的膏状，在遇到冷热冲击后可能会出流动的情况，所以需要将测试的导热凝胶添加在测试工具上，如何放到专门测试导热凝胶的垂流性能的设备-冷热冲击箱，设定超低温与高温交替转换的测试程序，冷热冲击箱进行上千小时的测试，并分不同时间段观察其垂流情况。合格的导热凝胶一般可视为是不垂流、不开裂，所以测试结果其表现状态稳定，而劣质的导热凝胶则出现垂流或者开裂的情况，所以人们在采购导热凝胶的过程中，可通过生产商提供的测试报告和自身的实机测试以确定导热凝胶的性能。

二、TIM导热凝胶与导热硅脂的区别

导热凝胶与导热硅脂的区别一：导热凝胶与导热硅脂的施工方法不同。导热凝胶是一种超高粘度的导热材料，由多种导热粉体及导热硅胶完全熟化后混炼而成，整个生产过程都在真空状态下完成，所以导热凝胶材料中没有一点点空气，导热凝胶的包装也都是针筒包装，施工的时候直接全自动点胶机点胶即可，终结了导热界面材料不能实现自动化生产的历史。而导热硅脂，无论是从配方还是导热硅脂本身的生产工艺，都不同于导热凝胶，包括导热硅脂的包装方式也是简单的罐装，施工方式常规是网印，直接涂抹刮匀即可。但是这么简易的施工方法，也必须得用人工操作。简单说就是，导热凝胶可用全自动点胶工艺施工，而导热硅脂只能用人工才能施工。区别二：导热凝胶与导热硅脂的工作寿命不同。导热凝胶永久不干、可无限压缩，可以跟客户保证10年以上的使用寿命。但是导热硅脂的寿命，却是所有导热界面材料界最短的。因为导热硅脂在使用半年以后，就开始慢慢出现干涸粉化，最长不超过2年就可以全部变成粉末，手一捏就成粉尘了，导热硅脂也就失去了导热性能，也就是导热硅脂的寿命终结了。导热材料也是在不断的更新换代，升级优化，导热凝胶可以说是导热硅脂的升级版本，如果客户的使用寿命要求更长，建议使用导热凝胶，如果就用几个月那用导热硅脂也是可以的，根据具体需要灵活测试选择。

三、TIM导热凝胶的研究及发展

介绍了导热硅凝胶的组成和特点，分别阐述了导热硅凝胶在导热机制、渗油性、密着力性能等方面的研究进展。综述了导热硅凝胶在航空电子设备、5G电子设备、动力电池等方面的应用，最后对其发展方向进行展望。电子器件运行中功率的损耗主要转化为热能， 从而造成电子设备温度的上升和热应力的增加，严重影响电子器件的可靠性和使用寿命，所以需要将这些多余热能量尽快散出去。在这个散热的过程中，热界面材料就起到了至关重要的作用。热界面材料主要用于填补电子器件与散热器接触时产生 的微空隙及表面凹凸不平的孔洞，减少热传递的热阻。

近年来，随着电子技术的迅速发展，电子器件的特征尺寸急剧减小，已从微米量级迈向纳米量级，同时集成度每年以40%~50%的高速度递增。随着以高频、高速为特征的5G时代的到来和5G技术的日臻成熟，智能穿戴、无人驾驶汽车、VR/AR等各类无线移动终端设备正在得到大力地发展，出现了硬件零部件的升级。相对于4G无线移动终端 设备，5G无线移动终端设备的芯片处理能力大幅提高到4G的4~5倍，因而功耗大幅提升，所产生的热量也显著提升；5G无线移动终端的天线数量也达到了4G无线移动终端的5~10倍。5G无线移动终端还采用了不会对5G信号产生屏蔽作用的陶瓷和玻璃外壳等新材料，但这些材料的散热性能比金属弱，因此需要导热性能更优秀的材料。同时5G通信基站的建设也需要大量的热界面材料起到快速散热作用。因此，一方面电子技术的最新发展为热界面材料开拓了全新的应用领域，使得热界面材料在各类电子产品中的作用愈发重要，成为电子散热工程中的重要材料，未来使用量也将持续大幅增加；另一方面，电子产品的持 续更新升级对产业链上相关的热界面材料提出了 全新的性能要求和技术挑战。目前市场上常见的热界面材料有导热硅凝胶、 导热垫片、导热硅脂、导热胶粘剂、导热胶带、相变 化材料、焊接材料和碳基导热界面材料等。不同导热界面材料的主要特点和优缺点如表1所示。

01导热硅凝胶的组成和特点

有机硅凝胶是一种是由液体和固体共同组成的称之为“固液共存型材料”的特殊有机硅橡胶， 以高分子化合物构成网状结构，具有独特的性能。其固化前一般分为A、B双组分，在金属铂化合物的催化作用下，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发生反应。整个反应硫化为加成反应，不会产生副产物，因此不会产生收缩。硅橡胶是一种摩尔质量较高（一般在148 000 g/mol以上）的直链状聚有机硅氧烷，其与硅油类似的结构通式如图1所示。

由图可知：R通常为甲基，但为了改善或提高某些性能，也可引入乙基、乙烯基、苯基和三氟醛基等其他基团，R′为羟基或烷基，n代表链接数。由Si—O—Si键组成聚硅氧烷分子中的主链，其主要特性有：

（1）物理化学性质稳定，基本不受温度影响，可在50~250℃的温度范围内使用，电气绝缘性能和耐高低温性能（-50~250℃）都很优异。

（2）无需底涂剂或表面处理剂，便能与大多数常见电子器件或其他材料的表面起到物理黏附，且固化过程中无副产物产生，无收缩。

（3）体系无色透明，作为灌封材料使用时可方便观察灌封组件内部结构。固化后呈半凝固态，对许多被粘物具有良好的黏附性和密封性能，具有极优的抗冷热交变性能。

（4）可操作时间较长，双组分混合后不会快速凝胶。加热会促进固化，可通过调整固化温度来灵活控制固化时间。具备较好的自流平性，方便流入电路中微型组件间的细微之处。

（5）针对不同应用场景，可灵活调整凝胶的硬度、流动性、固化时间等性能，也可添加功能性填料，制备具有阻燃性、导电性或导热性的硅凝胶。

（6）自修复能力良好，受外力开裂后，具有自动愈合的能力，同时起到防水、防潮和防锈等作用。

导热硅凝胶则是一种凝胶状态的导热材料，通过把有机硅凝胶和导热填料复合在一起形成的一 种具有导热性能的有机硅凝胶。它具有较高的导 热系数和较低的压缩变形应力，容易操作，可实现应用时的可连续性自动化生产。它能解决导热硅脂性能可靠性差的问题，起到导热垫片的作用，且在某些性能方面，更优于导热垫片。其与导热垫片的比较如表2所示。

02导热机制与导热凝胶的研究进展

2.1导热机制

不同的材料的导热机制也是不同的，对于金属晶体来说，其晶格中的自由电子对导热功能发挥重要的作用，对于金属晶体中的声子来说可以忽略其导电功能。然而非金属的导热机理主要还是靠分子和原子的无规则运动来完成的，由于非晶体也可以被看做及细的晶体，因此也可以通过声子运动来分析它的导热机理，除此之外对于一些投射性十分好的玻璃或者单晶体来说，其中的光子对导热也起着十分重要的作用，因此可以总结材料内部的导热载体一共有三种，分别是声子、电子、光子。

高分子材料内部的热传导主要通过声子进行传递。在高分子材料中存在着晶体结构和无定形结构，晶体结构中的分子链排列规整，能够实现声子在的快速传递。然而，高分子材料的热导率并不高，这主要是由于高分子材料中同样存在着无定形结构。无定型结构中的分子链相互缠绕，呈现无规律排列，分子链中的原子存在着多种振动方式，导致了声子在传输过程中发生散射，降低了高分子材料的热导率。

目前一般通过两种方法来提高其导热性能：（1）提高结晶度，利用声子在晶格中的传播导热。但该方法复杂、成本高，难以实现大规模的工业化生产。（2）加入具有较高导热系数的导热填料如氮化铝、氮化硼和碳纳米管等，制备填充型导热复合材料。该方法因易于加工成型和低成本而被广泛应用。

2.2 影响导热率的因素

高分子材料热导率的主要影响因素有：导热填料的种类以及百分比、温度、结晶度、分子链取向、密度和湿度等。

（1）理想的导热填料首先得具备以下几个条件，首先导热填料能够发挥其导热能力，这种能力取决于填料的颗粒形状、尺寸比、表面特征、本身导热性、环境因素等。其次填料要具备良好的可填充性。试验证明导热填料表面经偶联剂或表面处理剂处理后，可以提高导热填料与基体之间的相容性，从而提高基体材料的导热性能和不显著降低其力学性能。

（2）高聚物热导率与温度的依赖关系是比较复杂的总的说来随温度的升高热导率增大。但结晶聚合物和非结晶聚合物的热导率随温度的变化规律有所不同。

（3）聚合物的结晶度对热导率有非常大的影响。这是因为在晶区内分子链的排列结构具有长程有序从而格波在晶区内部传播过程中声子间碰撞几率较小，相应的声子平均自由程较大，故晶区部分的热导率较高。而在非晶区内由于分子链排列杂乱无章声子受到的散射严重，相应的声子平均自由程较小，从而非晶区部分的热导率较低。

（4）高聚物的热导率受分子链取向影响很大。拉伸非晶态聚合物，大分子链沿拉伸方向取向，因为链的共价键热传导能力比链间热传导能力强得多，所以沿拉伸方向的热导率分子链比垂直方向的大得多，产生强烈的各向异性。

（5）由于气体的热导率一般远小于固体，所以增大材料中气相的比例可以降低整体材料的热导率，如泡沫高分子材料。但若气相比例过高，相应增大了材料的气体孔径，会使气孔相互串通从而使对流换热加强及辐射热增加、会造成热导率的增大。由此可见，在一定温度范围内热导率随气相比例的变化存在一个最小值，这个最小值就是保温材料的最佳值。由于气体的热导率一般远小于固体，所以对同种材料来讲，其密度越大，材料的导热性能越高。

（6）高分子材料与潮湿空气接触时总要或多或少从空气中吸收一些水汽。材料从空气中吸收水分的多少与周围空气的温度、湿度、材料本身的分子结构、化学成分等因素有关。空气的温度越低，湿度越大，材料吸收的水汽就越多。吸收水汽后，由于材料孔隙中有了水分，因此除空气分子的导热、对流传热和孔隙壁面的辐射换热外，还存在着因蒸汽扩散引起的附加热传导，以及通过孔隙中的水分子的导热。而水的热导率是空气的20多倍，因此整个材料的热导率将会增大。

2.3 渗油性的研究进展

硅凝胶硫化后为固液共存的状态，交联密度较低（为加成型硅橡胶的1/10~1/5），使得制得的导热硅凝胶容易出现渗油的问题，从而污染电子器件， 降低其长时间工作的可靠性，因此在提高有机硅树脂导热率的同时，需要避免渗油的产生。导热硅凝胶的交联密度越大，其渗油量越小。这是因为交联密度大的导热硅凝胶体系中，更多的有机硅高分子相互反应和交联成完整的网络结构体系，流动性好、未交联树脂基本上不存在，哪怕有微量存在， 由于完整网络结构体系在单位体积形成密集的交联点数，未交联树脂在运动时与网络结构产生较大的摩擦系数，阻碍了这些未交联树脂的流动，因此减少了渗油量的产生。

有研究结果表明：基础硅油的黏度越大，导热硅凝胶的渗油量越小；体系中随着Si—H/Si—Vi的 物质的量的比值增大以及导热填料用量的增加，材料的渗油量都会减小。而随着扩链剂/交联剂的物质的量的比值增大，材料的渗油量则会逐渐增大；当扩链剂/交联剂的物质的量的比值达到一定值时，甚至会导致材料交联度过低而无法成型。导热硅凝胶的流速和渗油率成正比，流速越大， 渗油率越大；在硅油黏度保持不变时，随着导热填料的不断增加，导热系数增加，导热硅凝胶的流速出现明显的下降，渗油率也逐渐降低；随着生胶硅油比的增大，导热硅凝胶的流速降低，渗油减少；氧化锌的导热系数比氧化铝的高，同时氧化锌的粒径比氧化铝的小，吸油值较高，渗油率也就相对要低；而改性后的氧化铝导热系数比未改性的氧化铝高， 且和硅油的接触效果更好，就更利于构建导热通路，在保持较好的导热系数的同时，渗油率更低，流速更高。

2.4 密着力性能的研究进展

在某些应用场合，如电池模组的PET膜和铝合金之间对导热硅凝胶有一定的密着力性能要求。导热硅凝胶的密着力性能主要与胶体的黏性和本体强度相关，胶体的黏性决定了其在粘接界面上的粘接强度的大小，本体强度则决定了胶体本身被破坏时所需要的力，即通常所说的胶体的内聚力。密着力大小取决于胶体产生的界面粘接力与本体内聚力中较小者。如果胶体的粘接力小于胶体本身 被破坏时所需要的内聚力时，发生界面破坏，密着力大小主要取决于胶体的粘接力即黏性；如果胶体的粘接力大于胶体本身被破坏时所需要的内聚力时，发生内聚破坏，密着力大小主要取决于本体内聚力。

有研究结果表明，随着基础聚合物黏度的变大，导热硅凝胶密着力先增加后降低，选用黏度500 mPa·s的基础聚合物，密着力相对最好；随着交联剂中氢含量的增加，导热硅凝胶的密着力先增加再减低，选用氢含量为0.1的含氢硅油，密着力相对最好；随着Si—H/Si—Vi的物质的量的比值升高，导热硅凝胶的密着力先增加再降低，Si—H/Si—Vi的物质的量的比值为0.8时，密着力相对最好；随着导热填料的增加，导热硅凝胶的密着力先增加再降低，导热填料和基体的质量比为8时，密着力相对最好。

03导热硅凝胶的应用

3.1 在航空电子设备中的应用

研究人员通过技术排查发现，某型航空电子产 品交换机低温数据丢包故障的原因为原设计使用的导热垫片的局部应力过大。对导热硅凝胶、导热硅脂、导热胶和导热垫片等四种热界面材料的物理性能和应用范围进行分析，以及对部分样品进行实 际装配试验，试验结果表明：相对于导热硅脂、导热胶和导热垫片等传统介质材料，导热硅凝胶作为新 型热界面材料在高低温性能测试、坠撞安全测试、持续震动试验等多项针对性测试中都取得了更好的试验结果，可以应用于航空电子产品的生产。

3.2在5G电子设备中的应用

研究人员对新型导热硅凝胶材料在5G电子设备中应用的实际特性进行分析研究，发现新型导热硅凝胶材料的使用既可增进热能的传导效应，又能实现热能的传导。发现与传统的导热材料相比，将新型导热硅凝胶材料使用在电子元件的应用之中，能够有效地提升信号的传播效率，也能促进新型导热硅凝胶材料的高质量应用。

3.2在动力电池中的应用

动力电池绝大部分都采用锂离子电芯，具有能量密度高和使用寿命长等优势，但也存在较大的安全隐患。在电动汽车正常行驶过程中，锂电池 可能承受的冲击包括持续振动、大幅温度变化、雨水浸泡等，而在电池故障及交通意外条件下（如撞击、坠河），可能承受的冲击还包括局部短路、过载、强机 械冲击、水或其他液体浸泡、火灾等。因此，在复杂甚至意外环境下维持锂电池的安全运行，保护电动车内驾乘人员的安全，是各方都追求的目标。若采用导热阻燃型硅凝胶来封装动力电池电芯，则能够大大提升动力电池组的安全性能，导热硅凝胶能起到防水密封、阻燃密封、散热以及减震固定的作用。导热硅凝胶作为一种特殊的热界面材料被广泛地应用在各个领域，但目前国内导热硅凝胶的高端市场基本上被国外热界面材料公司所占据，国内导热硅凝胶的技术参差不齐。目前，导热硅凝胶仅限于有机硅基体与常见的导热粉体的共混复合，所得到的导热硅凝胶的综合性能欠佳，无法应用于高端领域。因此，需要从有机硅树脂本体、导热粉体以及本体和导热粉体复合等方面来提升导热硅凝胶的综合性能，如从有机硅基体的类型、分子量及其分布、黏度、比例等方面进行基体的设计，引入功能侧链等方式进行基体的改性，借助树枝状或大环形结构的含氢硅氧烷对基体进行交联度优化，对导热填料进行表面功能化，基体和导热填料复合时对填料的杂化处理等，这些都将成为导热硅凝胶研究的新方向。随着高频、高速5G时代的到来，电子器件的集成度的提高、联网设备数量的增加以及天线数量的增长，设备的功耗不断增大，发热量也随之快速上升。具有优异综合性能的新型导热硅凝胶也必将成为战略性新兴领域必不可少的材料之一，并广泛应用于各个领域。

四、车规级TIM导热凝胶(不含硅）---SILICONE FREE

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