電子材料中的無機(jī)功能填料三劍客

　　電子設(shè)備在工作期間所消耗的電能，比如射頻功放，F(xiàn)PGA芯片，電源類產(chǎn)品，除了有用功外，大部分轉(zhuǎn)化成熱量散發(fā)。電子設(shè)備產(chǎn)生的熱量，使內(nèi)部溫度迅速上升，如果不及時(shí)將該熱量散發(fā)，設(shè)備會(huì)繼續(xù)升溫，器件就會(huì)因過熱失效，電子設(shè)備的可靠性將下降。隨著電子設(shè)備的安裝密度增大，有效散熱面積減小，設(shè)備溫升嚴(yán)重地影響可靠性，因此，對熱設(shè)計(jì)的研究顯得十分重要。

　　以無機(jī)功能超細(xì)化填料作為增強(qiáng)組元與高分子聚合物材料進(jìn)行復(fù)合，能賦予復(fù)合材料導(dǎo)熱絕緣或環(huán)保阻燃等功能。應(yīng)用于電子材料的無機(jī)填料有很多，下文將對電子材料較為常見的三大類無機(jī)功能填料：氧化鋁，硅微粉和氫氧化鋁的應(yīng)用做簡要介紹。

一、氧化鋁應(yīng)用于導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料

　　隨著集成技術(shù)和組裝技術(shù)的快速更新，電子元器件、邏輯電路的體積越來越小，迫切需要散熱性好的高導(dǎo)熱絕緣材料。

　　說到零件密度大，智能手機(jī)最有話語權(quán)，燙手的手機(jī)估計(jì)不少人都有體會(huì)過。鍵盤機(jī)的時(shí)候，死機(jī)的時(shí)候應(yīng)該不多，現(xiàn)在會(huì)燙手會(huì)死機(jī)的智能機(jī)真不少，這其中散熱不良便是一個(gè)大問題。

　　有機(jī)硅橡膠特殊的柔軟硅氧鏈結(jié)構(gòu)，決定了其具有耐高溫、耐低溫、耐高電壓、耐老化、耐輻射、耐候等優(yōu)異的性能，其作為熱界面材料廣泛應(yīng)用于散熱膏，灌封膠和電子粘合劑。普通硅橡膠的熱導(dǎo)率通常只有住0。2W/m·K左右，加入導(dǎo)熱填料可提高硅橡膠的導(dǎo)熱性能。Al2O3便是是最常用的導(dǎo)熱填料，填充于聚合物中，在保持聚合物材料低介電常數(shù)的同時(shí)，能降低聚合物的熱膨脹系數(shù)，提高聚合物的熱穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性能。

球型氧化鋁是極好的導(dǎo)熱填料，價(jià)格合適，導(dǎo)熱能力還行

　　有機(jī)化處理讓氧化鋁導(dǎo)熱及分散能力錦上添花

　　眾多研究表明，小粒子比大粒子更有利于提高硅橡膠力學(xué)性能。但超細(xì)化氧化鋁的粒徑較小，具有較高的表面能，容易團(tuán)聚，直接添加到聚合物中不利分散，反而使材料性能下降。因此，在實(shí)際應(yīng)用過程中需要對超細(xì)氧化鋁粉體進(jìn)行改性處理，已提升氧化鋁粉體的分散能力。

　　促進(jìn)微細(xì)粒子的分散可通過三種方式實(shí)現(xiàn)：1、增大顆粒表面電位，提高顆粒間靜電排斥作用；2、通過添加高分子分散劑在顆粒表面形成吸附層，產(chǎn)生并強(qiáng)化位阻效應(yīng)；3、增強(qiáng)顆粒表面對分散介質(zhì)的潤濕性提高界面結(jié)構(gòu)比，加大溶劑化膜的強(qiáng)度和厚度，增強(qiáng)溶劑化排斥作用。

　　工業(yè)上常用欽酸脂和硅烷偶聯(lián)劑對超細(xì)Al2O3進(jìn)行表面有機(jī)化處理，使Al2O3幾何表面空間位阻顯著增加，同時(shí)利用偶聯(lián)劑的架橋作用改善其與聚合物基材的界面相容性，降低內(nèi)應(yīng)力和界面熱阻，提升Al2O3的分散效果和復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。

二、硅微粉應(yīng)用于覆銅板和電子封裝

　　硅微粉具有優(yōu)異的物理特性，如高電絕緣性、高熱穩(wěn)定性、耐酸堿性、耐磨性等，作為功能填料應(yīng)用于覆銅板中，不但可降低成本，還能改善覆銅板的力學(xué)性能和耐溫性。

電子信息時(shí)代，無處不在的覆銅板（CCL）

　　硅微粉作為填充料加入封裝樹脂中可以降低封裝樹脂的熱膨脹系數(shù)降低熱應(yīng)力、降低吸水率、降低成型收縮率、減少樹脂溢料、提高機(jī)械性能、提高熱形變溫度和增強(qiáng)耐磨性。在實(shí)際生產(chǎn)中不同形態(tài)SiO2微粉對封裝樹脂的性能影響不同，詳見下表，應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用需要選用不同形態(tài)的SiO2微粉或復(fù)配使用。SiO2微粉的填充量增加使彈性模量增加，但也會(huì)導(dǎo)致封裝樹脂流動(dòng)性下降，粘度增大，因此需根據(jù)不同封裝形式尋找最佳平衡點(diǎn)。

三、氫氧化鋁應(yīng)用于環(huán)保阻燃材料

　　近年世界范圍內(nèi)對電子材料的環(huán)保要求越來越強(qiáng)烈，無鹵阻燃型電子材料勢在必行。氫氧化鋁又稱三水合氧化鋁(Al2O3·3H2O)，簡稱ATH，經(jīng)超細(xì)化后廣泛用作合成材料的環(huán)保無鹵阻燃劑。ATH作為常用的電纜阻燃劑，氫氧化鋁阻燃劑具有價(jià)格低、阻燃性好等優(yōu)點(diǎn)。說個(gè)題外話，除了常見的阻燃電線需要阻燃劑，其他含有大量易燃塑料材料的制品也是需要具有阻燃能力的，例如電氣和電子設(shè)備制品、汽車車廂內(nèi)飾材料，軟體家具等聚合物材料在應(yīng)用時(shí)都要具備優(yōu)秀的阻燃性能。在某歐美國家對軟體家具阻燃性能技術(shù)法規(guī)中阻燃軟體家具遭受香煙襲擊后，在香煙周圍任何方向上的炭化長度不得超過2英寸（51mm）方能稱之為合格的阻燃軟體家居。

     ATH的阻燃機(jī)理：1、ATH受熱脫水分解,吸熱量達(dá)1967。2J/g,能有效抑制聚合物的升溫和熱降解。2、ATH分解釋出大量水蒸氣能稀釋可燃?xì)怏w,抑制燃燒蔓延。3、ATH緊密堆積的雙層晶體結(jié)構(gòu)能捕捉引發(fā)聚合物燃燒的羥基自由基，斷絕連鎖反應(yīng)。4、ATH脫水后在聚合物表面形成耐高溫致密Al2O3保護(hù)膜，隔絕空氣防止火焰蔓延。5、耐高溫致密Al2O3保護(hù)膜還能促進(jìn)聚合物碳化,吸附固體顆粒,抑制濃煙產(chǎn)生。