不同填料的高導熱膠黏劑

高導熱膠黏劑結合了高分子樹脂的可加工性和填料的 高導熱性，廣泛應用于智能手機芯片封裝、大功率 LED 照明等電子封裝行業(yè)。其中，聚合物樹脂提供了足夠的黏合強度和機械強度 。

高導熱膠已廣泛用于電子和電氣行業(yè)，它們可以用作 熱介面材料來散發(fā)電子元件產生的熱量，并可以延長電子設備的使用壽命。導熱填料主要決定散熱能力，常見的填料包括碳化硅（SiC）、氮化鋁（AlN）、氧化鋁（Al2O3）、氧 化鎂（MgO）、氮化硅（SiN）和其他金屬（Ag、Cu、Al 等） 及金屬氧化物 。

2.1?非金屬填料的導熱膠

根據(jù)使用方法的不同，非金屬填料的導熱膠有絕緣膠 和導電膠兩種。不同填料的復配對導熱膠的性能起到?jīng)Q定作用。

張曉輝等制備了一系列含環(huán)氧樹脂和不同填料（SiC、 AlN、Al2O3）的導熱膠。研究結果表明，填料含量存在一個臨界點。這可以歸因于內部有效的導熱鏈。與這些填料相比， 當填料含量為 53.9wt% 時，SiC 填料的導熱系數(shù)較高。這是因為 SiC 填料價格低廉，導熱系數(shù)高，同時 SiC 復合材料也保持了良好的力學性能。

Teng采用表面功能化的 BN 和 MWCNTs 等無機填料單獨或組合制備環(huán)氧復合材料。結果表明，由于混雜填料的協(xié)同作用，混雜填料復合材料的導熱系數(shù)高于單一填料復合材料。含 30% 改性 BN 和 1% 功能化 MWCNTs 的環(huán)氧復合材料的導熱系數(shù)明顯高于含 30% 純 BN 和 1% 純 MWCNTs 的環(huán)氧 復合材料的導熱系數(shù)。

Tang 等研究了填料形態(tài)對導熱系數(shù)的影響，采用納米氮化硼為原料制備了不同形態(tài)的顆粒，包括球體、竹子、 圓柱管和塌陷管，如圖 3 所示。結果表明，球形顆粒的復合材料導熱系數(shù)較低，而氮化硼塌陷的復合材料導熱系數(shù)較高，且球形顆粒的表面積較大，因此通過這些表面的熱量損失很大。相反，塌陷的 BN 顆粒之間有較大的有效接觸面積。當熱量沿塌陷的 BN 顆粒的線性方向傳遞時，耐熱性非常低，因此復合材料表現(xiàn)出良好的導熱性。

除了前文提到的導電填料，常用的非金屬導電填料還 有石墨、炭黑、碳納米、碳纖維管等碳系填料，這些新型的導電填料廣泛應用于印刷電子行業(yè)。其中，石墨烯和碳納米管作為兩種較為理想的優(yōu)質填料，受到廣泛關注。石墨烯是一種二維單原子層的納米材料，具有機械強度大、 導電導熱性能強等優(yōu)點，其電導率為 108 S/m，遠優(yōu)于金屬銅和銀。碳納米管管壁的基本骨架為碳六元環(huán)，導電性能和力學性能良好，其長徑比可達 1000 以上，使之更易于搭建導電通路。這兩種性能優(yōu)良的新型碳系導電填料發(fā)展?jié)摿O大，且應用前景廣闊，但使用的分散性欠佳，穩(wěn)定性尚需改進，并且制備成本昂貴，至今尚未在市場上大規(guī)模生產和推廣使用。

2.2?金屬填料的導熱膠

與其他金屬類填料相比，銅粉不僅具有與銀相近的導 電性（20℃時，銀的電阻率為 1.59×10-6Ω·cm，銅的電阻率為 1.72×10-6Ω·cm），而且作為一種價格低廉、來源廣 泛的賤金屬，銅還具有良好的耐遷移性能。但在實際應用中，由于其活潑的化學性質，銅在空氣或高溫環(huán)境下極易被氧化，生成難以導電的氧化銅或氧化亞銅，使其電阻增大。 目前研究的重點仍然是改善銅的易氧化性，使以銅作填料的電子漿料具有更強的市場競爭力 。

在銅粉表面鍍銀得到銀包銅粉作為導電相，是目前改 善銅漿料氧化問題的主要方法。該方法不僅改善了銅極易氧化的缺點，與純銀填料相比，還降低了體系的成本，同時具有良好的導電導熱性能。但是，銀包銅粉在使用中穩(wěn)定性不佳，改善銅包銀粉在使用中的穩(wěn)定性、提高其使用性能仍然需要更深入的研究。

在金屬填充材料中，銀具有優(yōu)良的導熱性［純銀導熱 率為 400W/（m?K）］和抗氧化性。在電子工業(yè)中，作為導電漿料的功能相，銀及其化合物具有更高的性價比，因此， 針對其的應用與研究也最多，約 80% 電子漿料產品的主體功能相是各類銀粉。當燒結行為發(fā)生時，銀粉的界面電阻會顯著降低。然而，因為在中溫下很難燒結，在低溫下制備具有較高熱導率的銀基樣品仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。銀導電膠的另一缺陷是，在電場的作用下，銀會產生電子遷移， 使得導電膠的導電性能下降，從而影響器件的壽命。

經(jīng)過大量的研究試驗得出，導電銀漿厚膜漿料的致密 性和電阻率受銀粉形貌和含量的影響顯著。故可以通過改善銀粉的形貌、微粒尺寸來提高銀漿的導電性能。因此， 為了制備燒結后更致密且具有更好導電導熱性能的導電漿料，可以選用微米級和納米級的導電銀粉進行復配。根據(jù)粉末最緊密堆積理論，不同粒徑的粉體搭配使用能降低分體體系的孔隙率，使燒結后的導電膜層更致密，且具有更好的導電性。而且，由于球形微粒之間是電接觸的形式， 而片狀微粒之間的接觸則是線接觸或面接觸，這就使得在體積與配比形式相同的情況下，球狀微粒的電阻要大于片狀微粒。涂布形成一定的厚度后，片狀銀粉之間呈魚鱗狀重疊，且流動性良好，使得銀漿的燒結更致密化，表現(xiàn)出更加良好的導電性能。與此同時，體系的導熱性能也得到了顯著的改善 。

銀漿料作為使用最為廣泛的導熱導電膠填料，為了解決使用中存在的銀遷移問題，通常采用片狀及納米級銀粉來解決。對于銀膠中銀粉使用量大、成本較高的問題，則是通過在銀粉中摻雜賤金屬（Ni、Al、Cu 等）或其他導電物質來減少體系中銀粉的用量，達到降低成本的目的。