導熱灌封膠是一種雙組分的硅酮膠作為基礎原料,添加一定比例的抗熱阻燃的添加劑形成的有機硅導熱灌封膠。它可以通過室溫固化或加熱固化,并且具有溫度越高固化越快的特性。其導熱性能優良,導熱系數在1.0~3.0 W/m·K之間,可以有效地幫助發熱電子元件擴散熱量,避免溫度過高引發的不良影響。同時,它還能承受260度以下的環境溫度,具有良好的耐高溫性能。此外,導熱灌封膠固化后會形成密封保護層,防止水、灰塵等細小顆粒物的滲入,保障設備在惡劣環境下的穩定運行。
導熱灌封膠其核心功能是通過填充間隙實現高效熱傳導,同時提供防護(如防潮、防塵、抗震)。
一、優異的導熱性能
高導熱系數
范圍:導熱系數通常在0.5~10 W/(m·K)之間,高d產品可達20 W/(m·K)以上(如液態金屬基灌封膠)。
作用:快速將發熱元件(如CPU、IGBT)的熱量傳導至散熱器或外殼,降低熱阻,防止局部過熱導致的性能下降或損壞。
對比:普通空氣的熱導率僅0.026 W/(m·K),導熱灌封膠可顯著提升熱傳導效率。
低熱阻設計
通過優化填料(如氧化鋁、氮化硼、碳化硅)的粒徑分布和表面處理,減少膠體與接觸面之間的微小空隙,進一步降低熱阻。
應用場景:高功率密度電子設備(如新能源汽車電池包、5G基站)中,低熱阻是保障長期穩定運行的關鍵。
二、良好的電氣絕緣性能
高體積電阻率
體積電阻率通常≥1×10¹²Ω·cm,可有效隔離帶電部件,防止短路或漏電。
應用場景:電源模塊、變壓器、電容器等需要電氣隔離的場合。
耐電壓性能
擊穿電壓可達10~30 kV/mm,滿足高壓設備(如逆變器、充電樁)的絕緣要求。
優勢:相比傳統絕緣材料(如硅膠片),灌封膠可填充復雜結構間隙,提供更可靠的絕緣防護。
三、環境適應性
防潮防塵
固化后形成致密保護層,阻隔水汽、灰塵和腐蝕性氣體(如鹽霧、硫化氫)的侵入,延長設備使用壽命。
應用場景:戶外LED顯示屏、海洋探測設備等惡劣環境。
抗震抗沖擊
膠體具有一定彈性(如硅橡膠基灌封膠),可吸收機械振動和沖擊,保護脆性元件(如陶瓷電容、玻璃封裝二極管)。
對比:剛性灌封膠(如環氧樹脂)抗震性較弱,但耐高溫性能更優。
耐溫范圍廣
低溫性能:部分硅橡膠基灌封膠可耐受-60℃低溫,適用于極地或航天領域。
高溫性能:環氧樹脂基灌封膠可長期工作于150℃~200℃,短期耐溫甚至達300℃(如汽車發動機控制單元)。
四、工藝靈活性
多種固化方式
室溫固化:無需加熱,適合小批量生產或現場施工(如LED燈具維修)。
加熱固化:通過升溫縮短固化時間(如從24小時縮短至2小時),提高生產效率。
UV固化:適用于薄層灌封或光透射區域(如光學傳感器封裝),固化速度可達秒級。
雙組分混合固化:通過調整A/B組分比例控制固化速度和硬度,適應不同工藝需求。
流動性可調
自流平型:低粘度膠體可自動填充細微縫隙(如芯片底部),無需額外壓力。
觸變型:高粘度膠體在靜止時保持形狀,防止流掛(如垂直表面灌封),施工后通過振動或加壓實現填充。
可修復性
部分灌封膠(如硅橡膠)支持局部加熱軟化后拆卸,便于元件維修或更換;而環氧樹脂灌封膠通常為永9性固化,需破壞性拆除。
五、材料多樣性
有機硅基灌封膠
特點:耐高低溫、彈性好、憎水性強,但導熱系數較低(通常<3 W/(m·K))。
應用:戶外電子設備、新能源汽車電池包。
環氧樹脂基灌封膠
特點:硬度高、耐化學腐蝕、導熱系數中等(1~5 W/(m·K)),但脆性較大。
應用:電源模塊、工業控制器。
聚氨酯基灌封膠
特點:柔韌性好、耐磨損、成本低,但耐高溫性能較弱(長期工作溫度<120℃)。
應用:消費電子、家用電器。
丙烯酸基灌封膠
特點:固化速度快、透明度高、耐候性好,但導熱性能一般。
應用:光學器件、顯示屏封裝。
六、環保與安全性
低VOC排放
現代灌封膠多采用無溶劑配方,揮發性有機化合物(VOC)含量極低,符合RoHS、REACH等環保標準。
優勢:減少施工過程中的空氣污染,保障操作人員健康。
阻燃性能
可通過添加阻燃劑(如氫氧化鋁、磷系阻燃劑)實現UL94 V-0級阻燃,滿足消防安全要求。
應用場景:數據中心、軌道交通等對防火要求嚴格的領域。
無毒或低毒
食品級灌封膠(如有機硅)符合FDA標準,可用于醫療設備或食品加工設備;工業級產品也需通過皮膚刺激性、急性毒性等測試。
七、經濟性
成本效益
相比金屬散熱片或熱管,導熱灌封膠成本更低,且可簡化散熱結構設計(如減少散熱片面積)。
案例:在LED燈具中,使用導熱灌封膠可降低散熱成本30%以上。
長期穩定性
優質灌封膠壽命可達10年以上,減少維護和更換頻率,降低全生命周期成本。
八、局限性
導熱系數上限
即使高d產品,導熱系數也難以超過20 W/(m·K),遠低于金屬材料(如銅401 W/(m·K)),需通過優化散熱設計彌補。
固化收縮應力
環氧樹脂灌封膠固化時可能產生收縮應力,導致元件位移或焊點脫落,需通過添加填料或彈性體緩解。
返修難度
永9性固化灌封膠(如環氧樹脂)返修需破壞性拆除,可能損壞元件或基板。