传统上,环氧树脂被认为是热绝缘材料,其导热系数通常为0.1-0.2 W/mK。为了制造导热性更好的胶粘剂,需要添加填料体系,使热量更快地流过固化基质。根据所用填料体系的类型,固化环氧树脂的体积导热系数可在 0.5 W/mK 到 35 W/mK 之间。填料体系的选择有时会受到应用需求限制。
环氧树脂胶中的热传导是如何工作的?
无论填料类型如何,传导机制都是相同的。每一个填料颗粒需要相互间接触良好,以形成足够的热传导路径。这与采用银粉薄片形成导电性能的工作机理是很类似的。颗粒(或薄片)通过适当的固化能够保持彼此之间的良好接触。
更高温度和更快的固化会导致更多的收缩,从而将填料颗粒拉得更近(是的,收缩也可能是一件好事)。最重要的是,固化温度不要过高,以免产生过大的放热。较低的固化温度随后会导致较少的收缩和较少的颗粒接触。这就使得填料颗粒间有更多的非导热的树脂,降低了热流的传递速度。根据这个观念,较大粒径的填料往往能实现更高的热导率。
关于固化温度需要记住的几点重要信息:
1、温度过低会导致固化缓慢、收缩率低和热导率低
2、温度过高会导致高放热,可能产生空隙并导致体系膨胀而不是收缩。空隙会导致导热性降低。3.适当的固化条件可实现最佳收缩率,具有最大的热导率和颗粒间的堆叠。
导热性能的水平
高导热性和导电性
大多数导电胶(ECAs)采用银粉填料。由于银本身的导电性远高于非导电填料,这使得导电胶具有高的导电性和优异的导热性。这类材料的热导率可超过10W/mK。对于没有导电绝缘需求的应用,可以从这类环氧体系中获益。由于这些产品含有高含量的贵金属,他们的成本也较高。
高导热性和电绝缘性
在一些不能使用导电材料的应用中,使用者也可选用仅导热的环氧胶来改善热性能。这一类型的环氧胶可以达到1-5W/mK的导热率。除了少数例外情况,大多数采用这种高于常规导热率的材料所运用的折中的方案,是选用大尺寸颗粒的填料。大颗粒填料可以通过降低颗填料颗粒间的空间来获得更优的导热率。不过遗憾的是,这样一来也会导致胶水具有非常高的粘度,使得它们很难进行点胶,也会导致将胶水施加到狭小空间中去。但是,这种材料仍然是散热器或导热灌封应用中非常好的选择。
标准导热性
大多数导热胶的导热率在0.5W/mK-1W/mK之间。尽管这比热绝缘的环氧胶高出不太多,但在许多应用中足以提供足够的冷却。其他优点包括,这些材料由于粘度较低,往往非常易于使用,并且可以轻松分配或印刷。从芯片粘接到导热灌封,它们都是绝佳选择。
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