导热垫【高性能·绝缘型】-同时实现高热传导·高柔软性·高可靠性的技术
来源:新材料在线发布时间:2023-03-223580浏览
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迪睿合于2021年11月新开发了新的高导热率导热垫【绝缘高瓦特型】ZX11N系列，并开始销售。ZX11N系列以兼具绝缘性跟高导热的氮化硼作为填料，在确保电气可靠性的同时实现高效散热。本文详细介绍了该系列高导热率、高柔软性、高可靠性的特性。
氮化硼填料为绝缘型导热垫带来革新
氮化硼填充物呈小块形状，在厚度方向的导热率为10 W/m･K，而在面方向为200〜400W/m･K，显示出较高的导热率。迪睿合将氮化硼作为填料，针对片材的厚度方向采用【直立混合技术】，实现了业界顶级的高导热率。
在高温环境中长期使用也可以保持优异的柔软性
ZX11N系列的特性之一就是优异的柔软性。导热垫是填充作发热IC与放热所用的散热器之间的缝隙，使之密切接触来实现高效率散热的材料。为了发挥产品性能，能够填充接触面的凹凸的柔软性是不可或缺的。另外，通过保持高柔软性，可以通过改变导热垫本身的厚度，来吸收多个IC封装的段差（贴装高度的公差）。导热垫是在树脂中填充导热性能优异的填料。填料放入的越多导热性越好，但导热垫整体会变得更硬，导热性跟柔软性二者无法兼得。
下图是用Bruggeman理论求出的，金刚石、氮化铝、氮化硼、氧化铝填料的导热率与填料填充率的关系。通过这个图，我们可以明白，即使高导热率的金刚石，为了实现超过10 W/m･K的片材导热率也需要73%的高填充。同时，如果填充率都是60%的话，导热率并不会产生差异。也就是说，很难实现柔软性与导热率的兼顾。同时，单纯提高填料的导热率，并不能降低填充率。这次，ZX11N的开发的时候，目标就是开发60%的低填充来实现高导热的导热垫。
在150℃下经过3000小时后也能保持柔软性
另外，ZX11N系列中采用氮化硼作为填料的最大理由是，与传统的绝缘填料相比更稳定，也就是可靠性更加优异。下图列表为，将ZX11N与填充了具有高导热率的氮化铝作为填料的片材分别放置在150℃环境下，横轴经过时间，纵轴表示导热垫的压缩率（柔软性）。因为氮化铝具有容易因为水解反应发生劣化的特性，氮化铝填料会随着时间的经过，破坏周围的硅胶树脂，发生硬化并开裂。与此相比，ZX11N的使用耐水性等物性更加优异，填充量可以更少的氮化硼填料。虽然会因为持续高温导致树脂变化多少丧失一些柔软性，但仍保持一定的柔软度，经过1000小时后依旧保持用镊子夹住弯折的弹性。我司在之后也继续试验，确认3000小时后ZX11N仍可保持柔软性。
在运行过程中温度变高的电子部品的内部，会发生导热垫发生劣化像石膏板一样变硬，造成由于导热性能变低或丧失柔软性而带来机械负荷等问题。迪睿合认为，通过使用ZX11N可以避免这样的问题。另外，氮化硼与氧化铝或氮化铝等其他的陶瓷填料相比介电常数更低，电气性能也会更优异，在电子部品上使用也会有优势。
应力较低对IC的负担也会降低
除此之外，ZX11N系列还有【高柔软性，组装时、组装后对IC的负担比较小】的优点。下图所示，纵轴（1）为压缩应力（2）为残余应力，横轴为组装时候导热垫的压缩率。黄色的氮化铝填充品随着导热垫的压缩，应力不断上涨到823Kpa。组装之后预计残余应力为83Kpa。与此相比，绿色的ZX11N，即使压缩50%也只上升到37Kpa，残余应力只有7Kpa。也就是说，与氮化铝填充品相比，ZX11N在组装时、组装后对IC·基板的机械负担非常小，这不仅解决了散热难题，也考虑到了组装跟使用时的故障风险。
在整个片材上实现高绝缘特性
ZX11N由于作为基材的硅胶跟填料的氮化硼两者都具有绝缘特性，所以在整个片材上保持着高绝缘性。因此，不用担心碰到IC封装四周的端子,是兼具绝缘、高导热、高柔软、高可靠性的产品，今后有望在需要大量信号处理的5G通信基站或数据中心的散热对策中广泛应用。现在，迪睿合在正在进一步改进本产品，以实现更高的热导率。今后也请关注本产品的发展。
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