EN
Technické požadavky na prášek oxidu hlinitého používaný v tepelně vodivém silikonu zahrnují především následující aspekty:
Chemické složení:
Čistota oxidu hlinitého: Obsah oxidu hlinitého se obvykle vyžaduje nejméně 99,0 %. Pro náročné aplikace může být vyžadována vyšší čistota, až 99,5 % nebo více.
Obsah nečistot: Nečistoty jako oxid křemičitý, oxid železitý a oxid sodný je třeba přísně kontrolovat. Například obsah nesmí překročit 0,10 %, obsah nesmí být vyšší než 0,03 % a obsah musí zůstat pod 0,05 %. Mezi nimi je hlavní škodlivou nečistotou, protože může negativně ovlivnit elektrické vlastnosti silikonu.
Obsah vlhkosti: Obsah vlhkosti je obvykle omezen na 0,10 % nebo méně, aby se zabránilo nepříznivým účinkům během přípravy a aplikace silikonu.
Fyzikální parametry:
Velikost částic: Průměrná velikost částic by měla být udržována v příslušném rozmezí, obvykle mezi 0,1 a 100 μm, v závislosti na konkrétních požadavcích aplikace. Například průměrná velikost částic prášku oxidu hlinitého používaného v určitých tepelně vodivých silikonech se pohybuje mezi 5 a 10 μm. V jiných případech se používá nanoměřítkový prášek oxidu hlinitého s velikostí částic obvykle kolem 100 nm.
Krystalová struktura:
alfa-fáze oxidu hlinitého má šestúhelníkovou krystalickou strukturu, která je nejhustší mezi všemi fázemi oxidu hlinitého a poskytuje vynikající elektrickou izolaci a vysokou tepelnou vodivost. Proto vyžadují práškové směsi oxidu hlinitého pro tepelně vodivé silikonové materiály obvykle obsah alfa-fáze nejméně 95,0 %.
Morfologie: Krystalické morfologie oxidu hlinitého zahrnují obvykle červíkovitý (červovitý), listovitý a kulovitý tvar. V současné době je kulovitý oxid hlinitý hlavní volbou pro plnění izolačních materiálů s vysokou tepelnou vodivostí. Díky nižší povrchové energii se kulovité částice rovnoměrně dispergují v matrici, umožňují vysoké úrovně plnění, snižují viskozitu systému a zvyšují pružnost silikonu.
Hodnota absorpce oleje: Hodnota absorpce oleje ovlivňuje míru kompatibility mezi práškem oxidu hlinitého a silikonovou maticí. Tato hodnota se liší podle jednotlivých tříd produktů, ale obecně se vyžaduje v rozmezí 12 až 26 g/100 g.
Vlastnosti povrchu:
Úprava povrchu: Neupravená oxidová hlinitá hmota vykazuje silnou povrchovou polaritu, což ztěžuje její rovnoměrné rozptýlení v polymerových matricích. Vysoké obsahy plniva mohou také vést ke zvýšení viskozity a snížení mechanických vlastností křemičitanového pryže. Proto je obvykle nutná povrchová úprava prášku oxidu hlinitého. Nejčastěji používanými činidly pro úpravu jsou silanové vazební činidla. Tato úprava snižuje povrchovou polaritu oxidu hlinitého a zlepšuje jeho kompatibilitu a rozptýlitelnost v křemičitanové matici, čímž se zvyšují jak tepelná vodivost, tak mechanický výkon křemičitanového výrobku.
Vliv velikosti částic na výkon
Velikost částic patří mezi klíčové faktory ovlivňující tepelné, mechanické a zpracovatelské vlastnosti tepelně vodivé křemičitanové hmoty. Různé rozsahy velikosti částic mají odlišný dopad – od mikroskopických struktur uspořádání částic až po makroskopický výkon ve finálním použití – jak je podrobně popsáno níže:
Vliv na tepelný výkon
Toto je nejdůležitější faktor, jehož základní logika spočívá v tom, jak velikost částic určuje účinnost vytváření tepelně vodivých cest.
Hlinitan hlinitý prášek s velkou velikostí částic (10–100 μm): Velké částice mají mezi sebou méně kontaktů a delší jednotlivé vodivé dráhy. Po naplnění je spojitost tepelné sítě poměrně nízká, což vede k omezenému zlepšení tepelné vodivosti. Velké částice však zaplňují hlavní dutiny v křemíkové matrici a vytvářejí základní strukturu pro následné doplnění menšími částicemi.
Hlinitan hlinitý prášek se střední velikostí částic (1–10 μm): Jako hlavní volba pro tepelně vodivé křemíkové materiály nabízí středně velké částice vyváženou velikost, která umožňuje vytvořit relativně spojité tepelné řetězce v rámci matrice a zároveň vyplnit mezery mezi většími částicemi. Při kombinaci s částicemi jiných velikostí výrazně zvyšují hustotu tepelných cest a dosahují tak optimální tepelné vodivosti.
Malý / nanoměřítkový prášek oxidu hlinitého (0,1–1 μm): Nanoměřítkové částice mají vysokou měrnou povrchovou plochu a vysokou povrchovou energii, což je činí náchylnými k aglomeraci. Špatná disperze může vést ke vzniku tepelných „ostrovů“, které snižují tepelnou účinnost. Pokud jsou však tyto ultrajemné částice správně dispergovány, vyplní mikroskopické mezery mezi středně velkými a velkými částicemi a vytvoří hustější tepelnou síť, která výrazně zvyšuje celkovou tepelnou vodivost.
Vliv na zpracovatelský výkon
Zpracovatelský výkon se projevuje především viskozitou a tekutostí silikonu, což přímo ovlivňuje procesy jako míchání, formování a nanášení povlaku během výroby.
Velká velikost částic: Velké částice mají menší měrnou povrchovou plochu a menší kontaktní plochu s křemičitanovou matricí, což vede ke snížené viskozitě systému a vynikající tekutosti. To usnadňuje dosažení vysokého obsahu plniva a činí je vhodnými pro formulaci tepelně vodivých křemičitanových podložek a tepelných past, které vyžadují aplikaci na velké ploše.
Malé / nanoměřítkové částice: Díky vysoké měrné povrchové ploše a silné povrchové polaritě se malé / nanoměřítkové částice intenzivně vážou k křemičitanové matrici. To způsobuje prudký nárůst viskozity systému a špatnou tekutost, čímž se ztěžuje zpracování. K snížení viskozity a zlepšení zpracovatelnosti je obvykle nutná povrchová úprava (např. ošetření vazebním činidlem na bázi silanu).
Vliv na mechanické vlastnosti
Mechanické vlastnosti tepelně vodivých křemičitanů – jako pevnost v tahu, prodloužení při přetržení a tvrdost – jsou úzce spojeny s velikostí částic prášku oxidu hlinitého.
Velká velikost částic: Velké částice vykazují slabší mezifázové vazby s křemičitanovou matricí a mají tendenci působit jako místa koncentrace napětí. To vede ke snížení pevnosti v tahu i prodloužení při přetržení, zároveň se zvyšuje tvrdost a snižuje pružnost.
Malé / nanometrové částice: Při rovnoměrném rozptýlení malé částice pomáhají rovnoměrně rozvádět napětí a vytvářejí pevnější mezifázové vazby s maticí. To výrazně zvyšuje pevnost v tahu i odolnost proti trhání křemičitanu, přičemž se udržuje dobrá pružnost. Naopak aglomerované nanočástice zhorší degradaci mechanických vlastností.
Vliv na elektrickou izolaci a vzhled
Elektrická izolace: Alfa-fáze oxidu hlinitého má z přirozenosti vynikající izolační vlastnosti, takže velikost částic má na elektrickou izolaci jen nepatrný přímý vliv. Pokud se však nanotechnologické částice shlukují, mohou mikroprázdniny mezi částicemi mírně snížit objemový odpor. Naopak rovnoměrně rozptýlené větší částice poskytují stabilnější izolační vlastnosti.
Vzhled: Tepelně vodivý silikon s menšími částicemi má jemnější a hladší povrchovou úpravu, což jej činí ideálním pro balení vysoce přesných elektronických součástek. Naopak větší částice vedou k hrubšímu povrchu a nižšímu lesku.
V praxi se při výrobě zpravidla nepoužívá pouze jedna velikost částic prášku oxidu hlinitého. Místo toho se obvykle upřednostňuje multimodální rozdělení velikostí („Velké + střední + malé“). Tento přístup maximalizuje tepelnou vodivost a zároveň vyváží viskozitu i mechanické vlastnosti systému, aby vyhovoval požadavkům různých aplikačních scénářů.
Chcete-li zjistit, jak naše specializované prášky oxidu hlinité mohou zlepšit vaše tepelně vodivé materiály, navštivte nás ještě dnes na www.greatsunaopeng.com .
