在電子電氣領(lǐng)域,由于集成技術(shù)和微封裝技術(shù)的發(fā)展,電子元器件和電子設(shè)備向小型化和微型化的方向發(fā)展,這種趨勢(shì)的后果便是在有限的體積內(nèi)產(chǎn)生了更多的熱量,如果熱量不能及時(shí)地散失掉,熱量積聚過(guò)多將會(huì)導(dǎo)致元器件的工作溫度升高,影響其正常工作,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使電子元器件失效。大多數(shù)金屬材料的散熱速度比較快,在一定程度上能夠滿足導(dǎo)熱需求,但是金屬材料有密度大、導(dǎo)電、不耐腐蝕、對(duì)不同形狀的導(dǎo)熱界面適應(yīng)性差的缺點(diǎn),限制了其在特定領(lǐng)域的應(yīng)用。
因此,廣大科研人員轉(zhuǎn)向?qū)崮z黏劑的研究和開(kāi)發(fā)中去。由于膠黏劑自身的熱導(dǎo)率低、導(dǎo)熱性能不好,所以如何提高膠黏劑的高導(dǎo)熱性能引起了廣大科研工作者越來(lái)越多的關(guān)注。目前,提高膠黏劑高導(dǎo)熱性的方法主要是在膠黏劑中加入適量的高導(dǎo)熱填料,如鋁、銅和銀等金屬粉類填料,氧化鋁、氧化鎂等金屬氧化物類填料,碳化硅、氮化鋁和氮化硅等非金屬導(dǎo)熱填料來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其主要應(yīng)用于微電子和電子元器件的粘接與散熱(如下圖),半導(dǎo)體管陶瓷基片與銅座的黏合、管心的保護(hù)、管殼的密封,整流器、熱敏電阻器的導(dǎo)熱絕緣,微包裝中多層板的導(dǎo)熱絕緣以及化工熱交換器的粘接和導(dǎo)熱灌封等領(lǐng)域。
目前,按照導(dǎo)熱膠的電絕緣性能來(lái)劃分,可分為非絕緣導(dǎo)熱膠黏劑和絕緣導(dǎo)熱膠黏劑兩大類,如銅粉環(huán)氧膠和三氧化鋁環(huán)氧膠等。復(fù)合型導(dǎo)熱膠具有價(jià)格低廉、工藝簡(jiǎn)單、成型加工性能好等優(yōu)點(diǎn)。
膠黏劑的導(dǎo)熱性能與樹(shù)脂基體、導(dǎo)熱填料以及加工工藝有關(guān)。粉狀、纖維狀、片狀等導(dǎo)熱填料分散于樹(shù)脂基體中,當(dāng)用量較少時(shí),填料雖然能均勻分散在體系中,但彼此間未能形成相互接觸和相互作用,此時(shí),填料對(duì)體系的貢獻(xiàn)不大,所得導(dǎo)熱膠的導(dǎo)熱性能不夠理想。只有當(dāng)填料的添加量達(dá)到某一臨界值時(shí),填料間才能真正地形成接觸和相互作用,此時(shí),體系內(nèi)形成了大量的類似網(wǎng)狀或鏈狀的結(jié)構(gòu)形態(tài),即導(dǎo)熱網(wǎng)鏈,當(dāng)導(dǎo)熱網(wǎng)鏈的取向與熱流方向一致時(shí),導(dǎo)熱性能提高很快;體系中在熱流方向上未形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈時(shí),會(huì)造成熱流方向上的熱阻很大,導(dǎo)熱性能很差。因此,如何在體系內(nèi)最大限度地在熱流方向上形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈成為獲得高導(dǎo)熱膠黏劑的關(guān)鍵所在。
各向異性導(dǎo)電膠(ACF)是適應(yīng)電子工業(yè)發(fā)展需要出現(xiàn)的膠黏劑品種,它被廣泛應(yīng)用于電器和電子裝配過(guò)程中需要接通電路的地方,以粘代焊(如下圖)。目前,許多電子儀器設(shè)備中的零部件已開(kāi)始微型化,并使用一些難以焊接的材料和耐熱性不高的高分子材料,在這些零部件的制造與裝配過(guò)程中,若采用一般的焊料焊接方法進(jìn)行元件間的導(dǎo)電連接,需要高溫高熱,極易損傷元器件,且使用極少量的焊料進(jìn)行極準(zhǔn)確的焊接也難以控制,往往會(huì)發(fā)生連接處的接頭不牢,零件變形,使用性能下降。導(dǎo)電膠則是比焊接更理想的連接方法,它不僅可以代替焊接,而且可以制成導(dǎo)電漿料,利用導(dǎo)電膠對(duì)很多材料良好的黏結(jié)性能,將圖形條印刷于不同材質(zhì)的線路板上,作為導(dǎo)電線路。
導(dǎo)電膠是由膠黏劑、導(dǎo)電性填料、溶劑和添加劑組成的。常用的導(dǎo)電性填料有金屬粉、石墨粉等。在金屬粉中,金粉的化學(xué)穩(wěn)定性好,導(dǎo)電性高,但價(jià)格高昂,只能用于要求高度可靠性的航空、航天或軍工等方面和厚膜集成電路上。銅粉、鋁粉則易氧化,導(dǎo)電性不穩(wěn)定。而應(yīng)用最多的是銀粉,銀粉具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和耐腐蝕性,在空氣中氧化極慢,銀粉的大小和形狀對(duì)配制導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性有很大的影響,一般顆粒越小,形狀越不規(guī)則,導(dǎo)電性越好。常用的膠黏劑有單組分環(huán)氧樹(shù)脂膠,因其固化物堅(jiān)韌、耐磨和耐熱,所以常用于硬件;酚醛樹(shù)脂膠可以用于要求硬度高和耐磨的地方;聚酰亞胺為基礎(chǔ)的膠黏劑,可在高溫下使用。使用時(shí),樹(shù)脂常??梢圆⒂没蚣釉鏊軇┖吞砑觿┘右愿男裕缭谀z液中可加入醇類、酯類溶劑進(jìn)行稀釋,以調(diào)節(jié)黏度及干燥速率;可加入適量的分散劑使導(dǎo)電性填料分散良好等。添加劑的加入可以改進(jìn)膠液的性能,但加入量大了,對(duì)導(dǎo)電性有不良的影響,所以要盡量少用。推薦閱讀什么是導(dǎo)電膠?導(dǎo)電膠的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些?