许永现：祖籍安徽泗县人，华东理工大学高分子材料硕士毕业，现居住广东江门市（暨南大学经管EMBA）

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关于有机硅导热相变材料“冒油”和“挥发”！从源头提出解决方案！许永现

江门市科骏驰新材料有限公司

导热硅胶片的定义

导热硅胶片是以硅胶为基材，添加导热粉、阻燃剂等各种辅材，通过特殊工艺合成的一种导热介质材料。业内人士也称之为做导热硅胶垫、硅胶导热片等。

问题一：什么叫导热垫片的“冒油”和“挥发”？

有机硅导热垫片在使用过程中会在散热器或者基材表面“分泌”出油腻物质，称为“冒油现象”。

导热垫片在使用过程中必然伴随着高温受热的过程，由于受热过程中而引起的VOC（有机挥发物）释放，称为“挥发”。

问题二：“冒油”和“挥发”有什么危害？

由于此类导热材料多用于精密复杂的电子电气产品，一旦出现此类问题，常见的危害如下：

1.对人产生危害

有机硅垫片出来的挥发物大多数是二甲基环硅氧烷（DMC）,一般为D3～D10。而在最新的年的Reach危害品目录中，已将D4、D5、D6确定为疑似致癌物质，所以这些物质需要严格控制在ppm以下。

2.对设备和产品造成污染，清洗困难；

3.由于“冒油”造成电性能降低，比如表面电阻降低和击穿电压降低；

4.导致光学设备透光率降低，严重的会腐蚀透光基材；

5.周围的杂质和颗粒可能会吸附或粘附在渗油中，对仪器设备的工作和寿命造成潜在的威胁。

问题三：什么因素引起的的“冒油”和“挥发”？

有机硅导热垫片是复合材料，由提供高弹性的有机硅弹性体和提供高导热性能的导热填料两部分混合制备而成。所以影响因素主要有以下几点：

1.有机硅胶交联程度不足，有着游离的未反应的乙烯基硅油，这些硅油在高温下粘度降低便会迁移到垫片表面

2.含氢硅油（包括侧氢和端氢）过量太多，反应过剩造成“冒油”和“挥发”。

3.生产中加入了一些无活性基团的甲基硅油，甚至白油作增塑剂而引起的冒油，这个问题往往是受黑心供应商掺假所累。

4.乙烯基硅油或者含氢硅油本身挥发分太高，主要成分为D3～D10，如长期处在高温下会造成小分子慢慢释放出疑似致癌物质。

5.粉料生产厂家在处理粉的过程中残留的有机物。

问题四：如何解决这些问题？

“冒油”问题

（1）不能人为添加二甲基硅油及白油等无活性基团的增塑剂；（2）尽量使用挥发分低的乙烯基硅油和含氢硅油，不要使用“三无”产品；（3）完善配方，控制好交联剂比例，不要严重不足，也不要严重过量。

“挥发”问题

（1）使用低环体硅油，控制D3～D10含量，减少挥发物；（2）完善配方，控制好交联剂比例，不要严重不足，也不要严重过量。（3）粉料需筛选挥发性低的厂家。

导热硅胶片生产工艺流程：导热硅胶片生产工艺过程，其生产工艺步骤主要有：原材料准备→塑炼、混炼→成型硫化→修整裁切→检验等。下面简单介绍导热硅胶片的生产工艺流程：

1、原材料准备普通有机硅胶的热导率通常只有0.2W/m·K左右。但是在普通硅胶中混合导热填料可提高其导热性能。常用的导热填料有金属氧化物(如Al2O3、MgO、BeO等)、金属氮化物(如SiN、AlN、BN等)。填料的热导率不仅与材料本身有关，而且与导热填料的粒径分布、形态、界面接触、分子内部的结合程度等密切相关。一般而言，纤维状或箔片状的导热填料的导热效果更好。

2、塑炼、混炼塑炼、混炼是硅胶加工的一个工序，指采用机械或化学的方法，降低生胶分子量和粘度以提高其可塑性，并获适当的流动性，以满足混炼和成型进一步加工的需要。导热硅胶片制作原料一般是使用机械高速搅拌进行破坏。经过配色混炼后由乳白色硅胶变位各种颜色的片料。3、成型硫化如果想要做成柔软有弹性且耐拉的导热硅胶片需要用的就是要进行过二次硫化的有机硅胶。硫化实际上也可以叫固化。液态的导热硅胶在第一阶段加热成型后,其交联密度不够,要使其进一步硫化反应才能增加导热硅胶片的拉升强度、回弹性、硬度、溶胀程度、密度、热稳定性都比一次硫化有较大的改善。如果不进行二次硫化,也许生产的导热硅胶片在性能上会受到一定的影响，得不到性能更好的产品。一次硫化后的产品参数与二次硫化的参数不尽相同，这与实际操作过程及步骤也有关。4、修整裁切高温处理后的导热硅胶片需要放置一段时间，让其自然冷却后在进行不同尺寸规格的裁切，而不能采用其他快速冷却方式。否则会直接影响导热硅胶垫的产品性能。5、成品检测其中成品需要检测的主要项目包括：导热系数、耐温范围、体积电阻率、耐电压、阻燃性、抗拉强度、硬度、厚度等。

导热硅胶片的优点：1、材料较软，压缩性能好，导热绝缘性能好，厚度的可调范围比较大，适合填充空腔，两面具有天然粘性，可操作性和维修性强；2、选用导热硅胶片的最主要目的是减少热源表面与散热器件接触面之间产生的接触热阻，导热硅胶片可以很好的填充接触面的间隙；3、由于空气是热的不良导体，会严重阻碍热量在接触面之间的传递，而在发热源和散热器之间加装导热硅胶片可以将空气挤出接触面；4、有了导热硅胶片的补充，可以使发热源和散热器之间的接触面更好的充分接触，真正做到面对面的接触.在温度上的反应可以达到尽量小的温差；5、导热硅胶片的导热系数具有可调控性，导热稳定度也更好；6、导热硅胶片在结构上的工艺工差弥合，降低散热器和散热结构件的工艺工差要求；7、导热硅胶片具有绝缘性能（该特点需在制作当中添加合适的材料）；8、导热硅胶片具减震吸音的效果；9、导热硅胶片具有安装，测试，可重复使用的便捷性。导热硅胶片的缺点：相对导热硅脂，导热硅胶片有以下缺点：1、虽然导热系数比导热硅脂高，但是热阻同样也比导热硅胶要高；2、厚度0.5mm以下的导热硅胶片工艺复杂，热阻相对较高；3、导热硅脂耐温范围更大，它们分别导热硅脂-60℃～℃，导热硅胶片-50℃～℃；4、价格：导热硅脂已普遍使用，价格较低，导热硅胶片多应用在笔记本电脑等薄小精密的电子产品中，价格稍高。导热硅胶片的选型◆导热系数选择导热系数选择最主要还是要看热源功耗大小，以及散热器或散热结构的散热能力大小。一般芯片温度规格参数比较低，或对温度比较敏感，或热流密度比较大（一般大于0.6w/cm3需要做散热处理，一般表面小于0.04w/cm2时候都只需要自然对流处理就可以）这些芯片或热源都需要进行散热处理，并且尽量选择导热系数高点的导热硅胶片。消费电子行业一般不允许芯片结温高于85度，也建议控制芯片表面在高温测试时候小于75度，整个板卡的元器件也基本采用的是商业级元器件，所以系统内部温度常温下建议不超过50度。第一外观面，或终端客户受能接触的面建议温度在常温下得低于45度。选择导热系数较高的导热硅胶片可以满足设计要求和保留一些设计裕度。注解：热流密度：定义为：单位面积（1平方米）的截面内单位时间（1秒）通过的热量.结温它通常高于外壳温度和器件表面温度。结温可以衡量从半导体晶圆到封装器件外壳间的散热所需时间以及热阻。◆影响导热硅胶导热系数的因素1、聚合物基体材料的种类和特性基体材料的导热系数超高，填料在基体的分散性越好及基体与填料结合程度越好，导热复合材料导热性能越好。2、填料的种类填料的导热系数越高，导热复合材料的导热性能越好。3、填料的形状一般来说，容易形成导热通路的次序为晶须纤维状片状颗粒状，填料越容易形成导热通路，导热性能越好。4、填料的含量填料在高分子的分布情况决定着复合材料的导热性能。当填料含量较小时，起到的导热效果不明显；当填料过多时，复合材料的力学性能会受到较大的影响。而当填料含量增至某一值时，填料之间相互作用在体系中形成类似网状或者链状的导热网链，当导热网链的方向与热流方向一致时，导热性能最好。因此，导热填料的量存在着某一临界值。5、填料与基体材料界面的结合特性填料与基体的结合程度越高，导热性能越好，选用合适的偶联剂对填料进行表面处理，导热系数可提高10%—20%。

高导热纤维炭粉

导热硅胶片的安装方法1、保持与导热硅胶片结束面的干净，预防导热硅胶片黏上污秽，污秽的导热硅胶片自粘性和密封导热性会变差。2、拿去导热硅胶片时，面积大的导热硅胶片应该从中心部位抓取，面积较小片材抓取不予要求，因为大块的导热硅胶片受力不均，会导致变形，影响后续操作，甚至损坏硅胶片。3、左手拿片材，右手撕去其中一面离型保护膜。不能同时撕去两面保护膜，减少直接接触导热硅胶片的次数和面积，保持导热硅胶片自粘性及导热性不至于受损。4、撕去保护膜的一面，朝向散热器，先将导热硅胶片对齐散热器。缓慢放下导热硅胶片时。要小心避免气泡的产生。5、操作中如果产生了气泡，可拉起硅胶片一端重复上述步骤，或借助工具轻轻抹去气泡，力量不宜过大，以免导热硅胶片受到损害。6、撕去另一面保护膜，放入散热器，撕去最后一面保护膜力度要小，避免拉伤或拉起导热硅胶片。

一、什么是导热硅胶片导热硅胶片是以硅胶为基材,添加金属氧化物等各种辅材,通过特殊工艺合成的一种导热介质材料。导热硅橡胶是以有机硅树脂为粘接材料，填充导热粉体达到导热目的的高分子复合材料。二、常用导热硅胶片基体材料与填料有机硅树脂（基础原料）1.绝缘导热填料：氧化铝、氧化镁、氮化硼、氮化铝、氧化铍、石英等有机硅增塑剂2.阻燃剂：氢氧化镁、氢氧化铝3.无机着色剂（颜色区分）4.交联剂（粘结性能要求）5.催化剂（工艺成型要求）注：导热硅胶片起到导热作用,在发热体与散热器件之间形成良好的导热通路，与散热片,结构固定件(风扇)等一起组成散热模组.填料包括以下金属和无机填料：1.金属粉末填料：铜粉.铝粉.铁粉.锡粉.镍粉等；2.金属氧化物：氧化铝.氧化铋.氧化铍.氧化镁.氧化锌；3.金属氮化物：氮化铝.氮化硼.氮化硅；4.无机非金属：石墨.碳化硅.碳纤维.碳纳米管.石墨烯.碳化铍等三.导热硅胶的分类导热硅胶可分为：导热硅胶垫片和非硅硅胶垫片。绝大多数导热硅胶的电绝缘性能，最终是由填料粒子的绝缘性能决定的。1、导热硅胶垫片导热硅胶垫片又分为很多小类，每个都有自己不同的特性。、非硅硅胶垫片非硅硅胶垫片是一款高导热性能的材料，双面自粘，在电子组件装配使用时，低压缩力下表现出较低的热阻和较好的电气绝缘特性。在-40℃~℃可以稳定工作。满足UL94V0的阻燃等级要求。四.导热硅胶的导热机理导热硅胶的导热性能取决于聚合物与导热填料的相互作用。不同种类的填料具有不同的导热机理。1、金属填料的导热机理金属填料的导热主要是靠电子运动进行导热,电子运动的过程伴随着热量的传递。非金属填料的导热机理非金属填料导热主要依靠声子导热，其热能扩散速率主要取决于邻近原子或结合基团的振动。包括金属氧化物、金五.如何使用导热硅胶片一般在设计初期就要将导热硅胶片加入到结构设计与硬件、电路设计中。考量因素一般有：导热系数考量、结构考量、EMC考量、减震吸音考量、安装测试等方面。1.、选择散热方案：电子产品现在往短小轻薄的趋势发展，一般采用被动散热方式,传统以散热片方案为主;现趋势是取消散热片,采用结构散热件(今属支架,金属外壳);或散热片方案和散热结构件方案结合;在不同的系统要求和环境下,选择性价比最好的方案.2.、若采用散热片方案，不建议直接采用低导热能力的导热双面胶；也不建议采用不具备减震功能的导热硅脂；建议采用金属挂钩接或塑胶pushpin来操作，选用0.5mm厚度的导热硅胶片配合使用，这两种方案安装操作方便，还可以不使用被胶，散热效果会比导热双面胶好很多，更安全可靠。总的成本上包括单价，人力，设备会更有竞争力3.、选择散热结构件类散热，则需要考虑散热结构件在接触面的结构形态局部突起、局部避位等，在结构工艺和导热硅胶片的尺寸选择上做好平衡。在工艺允许的条件下尽量建议不选择特别厚的导热硅胶片。这里一般为操作方便建议采用单面被胶，将带被胶面贴到散热结构件上；这里要特别选择压缩比好的，保证一定的压力给导热硅胶片.（导热硅胶片的厚度选择必须大于散热结构件与热源的理论间隙上限工差，一般可以多1mm---2mm。）选择散热结构件散热时也要在PCB布局时考虑元器件的位置，高低和封装形式，可以将一些热源放置规律，减少散热结构件成怎么选择导热硅胶片导热系数选择导热系数选择最主要还是要看热源功耗大小，以及散热器或散热结构的散热能力大小。一般芯片温度规格参数比较低，或对温度比较敏感，或热流密度比较大（一般大于0.6w/cm3需要做散热处理，一般表面小于0.04w/cm2时候都只需要自然对流处理就可以）这些芯片或热源都需要进行散热处理，并且尽量选择导热系数高点的导热硅胶片。消费电子行业一般不允许芯片结温高于85度，也建议控制芯片表面在高温测试时候小于75度，整个板卡的元器件也基本采用的是商业级元器件，所以系统内部温度常温下建议不超过50度。第一外观面，或终端客户受能接触的面建议温度在常温下得低于45度.选择导热系数较高的导热硅胶片可以满足设计要求和保留一些设计裕度。注解：热流密度：定义为：单位面积（1平方米）的截面内单位时间（1秒）通过的热量.结温它通常高于外壳温度和器件表面温度。结温可以衡量从半导体晶圆到封装器件外壳间的散热所需时间以及热阻。七、影响导热硅胶导热系数的因素1、聚合物基体材料的种类和特性基体材料的导热系数超高，填料在基体的分散性越好及基体与填料结合程度越好，导热复合材料导热性能越好。2、填料的种类填料的导热系数越高，导热复合材料的导热性能越好。3、填料的形状一般来说，容易形成导热通路的次序为晶须纤维状片状颗粒状，填料越容易形成导热通路，导热性能越好。4、填料的含量填料在高分子的分布情况决定着复合材料的导热性能。当填料含量较小时，起到的导热效果不明显；当填料过多时，复合材料的力学性能会受到较大的影响。而当填料含量增至某一值时，填料之间相互作用在体系中形成类似网状或者链状的导热网链，当导热网链的方向与热流方向一致时，导热性能最好5、填料与基体材料界面的结合特性填料与基体的结合程度越高，导热性能越好，选用合适的偶联剂对填料进行表面处理，导热系数可提高10%—20%

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