填料导热胶黏剂的性能研究 符远翔.doc

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：113249 填料导热胶黏剂的性能研究 符远翔，姚汉伟，吕树申.. （中山大学化学与化工学院，广州 510275） (Tel:020 Email: lvshsh@mail.sysu.edu.cn ) 摘要：以石墨，铜粉，铝粉三种导热填料填充到环氧树脂E-44中制备导热胶粘剂，同时研究了不同导热材料的导热性能的变化，并对比讨论了三种填料在质量是环氧树脂1.2倍时的导热系数，和最大填充比例时胶粘剂的导热系数。实验中用SEM和金相显微镜对材料进行形貌表征，TPS 2500导热系数测定仪测试样品的导热系数。 关键词：胶粘剂；导热材料；导热系数 0 前言 随着电子元器件向微型化、高性能化，逻辑电路的体积越来越小, 快速散热能力成为影响其使用寿命的重要因素[1,2]。传统的金属材料虽然自身导热性能较好，但不耐腐蚀；高分子材料具有优异的物理和化学性能，但自身是热的不良导体，为此需提高高分子材料的导热性能，以拓宽其应用范围[3,4]。通常的方法是在高分子基体中,添加高导热性填料来实现材料导热系数的提高[5]，这就形成了导热胶粘剂。环氧树脂是常用作导热胶粘剂的高分子基体，其具有优良的物理机械性能、电绝缘性能和粘结性能, 在大规模集成电路的封装和极端条件下被广泛用作基体材料[6]。石墨具有很好的导热性能209W?(m?K)-1，且具有片状结构能很好构成热流通路；铜粉和铝粉也因其导热系数高，分别是380W?(m?K)-1 和190 W?(m?K)-1 [7] , 且这两种金属具有价格便宜等优点大量的用于现代工业中。本研究选取石墨、铜粉和铝粉三种导热填料填充到环氧树脂中制备导热胶粘剂，同时研究了三种导热材料的导热性能的变化，并对比讨论了三种填料在填充质量不同时的导热系数，实验过程中用SEM和金相显微镜对材料进行形貌表征，用导热系数测定仪测试其导热系数。 1 试验部分 1.1 主要试验原料 层状石墨粉（含C98.0%），分析纯，天津基准化学试剂有限公司；电解铜粉，分析纯，天津科密欧化学试剂有限公司；电解铝粉，分析纯，天津科密欧化学试剂有限公司；液态环氧树脂E-44(环氧值0.41~0.47mol/100g)，佛山南海宝盛有机化工厂；固化剂:650型低分子聚酰胺（胺值 200±20mgKOH/g）佛山南海宝盛有机化工厂; 硅烷偶联剂:3-胺基三乙氧基硅烷（98%）（KH-550），Aladdin Chemistry .Co.Ltd.。 1.2 试验仪器 实验过程中使用的仪器有JJ-1精密增力电动搅拌器,常州澳华仪器有限公司; 电热鼓风恒温干燥箱，上海迅能电热设备有限公司; Hot Disk 导热系数测定仪（TPS 2500） ,瑞典凯戈纳斯有限公司，扫描电镜（Quanta 400F）,FEI美国量子公司; 正置金相显微镜 (DMM-220C),上海蔡康光学仪器有限公司。 1.3 胶粘剂的制备 先取计算量的环氧树脂：固化剂=1:1在实验器皿中慢速混合，然后根据配方设计称取上述三种所需的导热填料和一些其它的性能助剂一同加入上述混合均匀的树脂和固化剂中，再进行约30min的中速搅拌混合，得到导热胶粘剂。将胶粘剂浇铸PTFE模具(直径 35mm,厚度 10mm), 80℃恒温30min，然后取出自然固化成型，并进行表面切割处理，最后进行性能测试。 1.4 性能测试 用Quanta 400 FEG场发射扫描电子显微镜(SEM)和DMM-220C正置金相显微镜进行样品形貌观察，用Hotdisk-TPS 2500导热系数分析仪测定热导率。 2 结果与讨论 2.1 三种不同填料的导热胶导热性能 选取铜粉，铝粉和石墨粉作为导热填料，以环氧树脂E-44作为基础树脂，以 表1 三种导热材料的导热胶粘剂导热性能 编号 填料 固化剂/树脂/填料 导热系数/W·(m·K)-1 1 石墨 1:0.8 0.7210 2 石墨 1:1.1 1.0870 3 石墨 1:1.2 1.1770 4 石墨 1:1.3 1.0500 5 铜粉 1:1.2 0.3095 6 7 8 9 10 11 12 铜粉 粉 粉 粉 粉 粉 粉 1:2.3 1:1:3.3 1:1:4.3 1:1:1.2 1:1:2.4 1:1:3.5 1:1:4.6 0.4376 0.5453 0.7442 0.3311 0.5078 0.8081 1.1140 （a）石墨填充导热系数曲