六方氮化硼在電子散熱上的應(yīng)用
隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展,電子元器件也向著集成化、小型化、輕量化、高性能化高功耗的方向發(fā)展。在享受科學(xué)技術(shù)帶來的速度與便利的同時(shí),也面臨著電子器件的功率密度和工作溫度急劇上升的難題,這就要求電子設(shè)備具有優(yōu)秀的散熱能力。電子設(shè)備的散熱性能取決于電子封裝材料的散熱能力,散熱能力越好,就能延長(zhǎng)電子設(shè)備的使用時(shí)間,增強(qiáng)其使用性能。
環(huán)氧樹脂(EP)、聚乙烯(pe)等為常見的電子封裝材料,但其導(dǎo)熱系數(shù)在0.1-0.3W/(m·K)之間,并不能滿足電子元器件的散熱需求。
提升聚合物導(dǎo)熱性能的一個(gè)有效策略是引入具備高導(dǎo)熱性能的填料。這些填料大致可分為三類:碳基材料、金屬材料以及陶瓷材料,它們各自獨(dú)特的性能決定了在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的適用性。
碳基填料以其極高的導(dǎo)熱系數(shù)、優(yōu)異的導(dǎo)電性和良好的機(jī)械性能脫穎而出,成為眾多應(yīng)用中的優(yōu)選。常見的碳基材料包括碳納米管、石墨烯和石墨,它們的應(yīng)用已相當(dāng)成熟且廣泛。
金屬填料則以其金屬本身作為熱的良導(dǎo)體這一特性著稱,不僅導(dǎo)電性能卓越,常用的金屬填料如Al、Ag等金屬粉末或細(xì)片還展現(xiàn)了良好的導(dǎo)熱性。然而,金屬填料與聚合物基體在熱膨脹系數(shù)、彈性模量、流變性能及表面張力等物理特性上存在顯著差異,這在實(shí)際應(yīng)用中帶來了一定的挑戰(zhàn)和限制。
陶瓷填料,在展現(xiàn)出色導(dǎo)熱性能的同時(shí),還兼具優(yōu)異的電絕緣性能、高溫穩(wěn)定性和抗氧化性。這些特性使得陶瓷填料在導(dǎo)熱絕緣領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。常見的陶瓷填料包括氧化鋁(Al?O?)、氮化鋁(AlN)和氮化硼(BN)等,它們?cè)谔嵘酆衔锊牧系木C合性能方面發(fā)揮了重要作用。
陶瓷填料是目前應(yīng)用最廣泛的填料,據(jù)數(shù)據(jù)顯示,當(dāng)前球形氧化鋁以較低的價(jià)格及較高的導(dǎo)熱散熱能力,在中低端導(dǎo)熱領(lǐng)域應(yīng)用上有很大優(yōu)勢(shì),占據(jù)50%左右的導(dǎo)熱粉體市場(chǎng)規(guī)模。
相較于氧化鋁,六方氮化硼以其更優(yōu)異的導(dǎo)熱性能和良好的電絕緣性能,在電子工程領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注,發(fā)展前景廣闊。當(dāng)前以六方氮化硼主要成分制成的導(dǎo)熱系數(shù)3-15W/(m·K)的導(dǎo)熱絕緣片,以氮化硼納米片制成的導(dǎo)熱系數(shù)在40-60W/(m·K)氮化硼散熱膜,以氮化硼為主要填料的導(dǎo)熱灌封膠、導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱絕緣漆等導(dǎo)熱系數(shù)在3-6W/(m·K)的系列產(chǎn)品,以良好的散熱性能及絕緣性,在智能手機(jī)、筆記本電腦、5G通訊、新能源電池、IGBT模塊、大功率電機(jī)上都有成熟應(yīng)用,有效的提升了相關(guān)產(chǎn)品的性能穩(wěn)定性,顯著提高它們的使用壽命。
不同形貌、不同粉體大小以及不同形狀的六方氮化硼導(dǎo)熱填料,采取混雜填充可加大填充率,更容易形成多條導(dǎo)熱通路,在相同填充情況下導(dǎo)熱性能也更好,且可以充分綜合各組分材料的性質(zhì),從而使復(fù)合材料的性能的更優(yōu)異。隨著這一研究的深入,使得六方氮化硼陶瓷填料的混合應(yīng)用在絕緣散熱領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景更多,市場(chǎng)前景更加廣闊。
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