EN
Technické požiadavky na práškový oxid hlinitý používaný v tepelne vodivom silikóne zahŕňajú predovšetkým nasledujúce aspekty:
Chemická sústava:
Čistota oxidu hlinitého: Obsah oxidu hlinitého sa zvyčajne vyžaduje minimálne 99,0 %. Pre náročné aplikácie môže byť vyžadovaná vyššia čistota, a to 99,5 % alebo viac.
Obsah nečistôt: Nečistoty, ako oxid kremičitý, oxid železitý a oxid sodný, sa musia prísne kontrolovať. Napríklad obsah nesmie prekročiť 0,10 %, obsah nesmie byť vyšší ako 0,03 % a obsah musí zostať pod 0,05 %. Medzi týmito nečistotami je oxid kremičitý hlavnou škodlivou nečistotou, pretože môže negatívne ovplyvniť elektrické vlastnosti kremíkového materiálu.
Obsah vlhkosti: Obsah vlhkosti sa zvyčajne obmedzuje na 0,10 % alebo menej, aby sa predišlo nepriaznivým účinkom počas prípravy a aplikácie kremíkového materiálu.
Fyzikálne parametre:
Veľkosť častíc: Priemerná veľkosť častíc sa musí udržiavať v primeranom rozsahu, zvyčajne medzi 0,1 a 100 μm, v závislosti od konkrétnych požiadaviek aplikácie. Napríklad priemerná veľkosť častíc prášku oxidu hlinitého používaného v niektorých tepelne vodivých kremíkových materiáloch sa pohybuje medzi 5 a 10 μm. V iných prípadoch sa používa nanomateriálový prášok oxidu hlinitého s veľkosťou častíc zvyčajne okolo 100 nm.
Kryštálová štruktúra:
α-fáza oxidu hliníkového má šesťhrannú kryštálovú štruktúru, ktorá je najhustejšia medzi rôznymi fázami oxidu hliníkového a poskytuje vynikajúcu elektrickú izoláciu a vysokú tepelnú vodivosť. Preto sa pre tepelne vodivý kremíkový materiál zvyčajne vyžaduje obsah α-fázy v prášku oxidu hliníkového minimálne 95,0 %.
Morfológia: Kryštálové morfógie oxidu hliníkového zvyčajne zahŕňajú červovité (červovitý tvar), doskovité a guľovité tvary. V súčasnosti sa guľovitý oxid hliníkový používa predovšetkým na plnenie izolačných materiálov s vysokou tepelnou vodivosťou. Vzhľadom na nižšiu povrchovú energiu sa guľovité častice rovnomerne rozptyľujú v matrici, umožňujú vysoké úrovne plnenia, zníženie viskozity systému a zvyšujú pružnosť kremíkového materiálu.
Hodnota absorpcie oleja: Hodnota absorpcie oleja ovplyvňuje miešaciu kompatibilitu medzi práškom oxidu hliníkového a kremíkovou maticou. Táto hodnota sa líši podľa jednotlivých tried výrobkov, ale všeobecne sa vyžaduje v rozmedzí 12 až 26 g/100 g.
Povrchové vlastnosti:
Úprava povrchu: Neupravená oxidová hlinitá látka vykazuje silnú povrchovú polaritu, čo zťažuje jej rovnomerné rozptýlenie v polymérnych matriciach. Vysoké množstvá plniva môžu tiež spôsobiť zvýšenú viskozitu a zhoršenie mechanických vlastností kremíkového gumového materiálu. Preto sa zvyčajne vyžaduje úprava povrchu prášku oxidu hlinitého. Najčastejšie používanými prostriedkami na úpravu sú silánové viažuca činidla. Táto úprava zníži povrchovú polaritu oxidu hlinitého a zlepší jeho kompatibilitu a rozptýliteľnosť v kremíkovom matrixi, čím sa zvyšujú tepelná vodivosť aj mechanický výkon kremíkového výrobku.
Vplyv veľkosti častíc na výkon
Veľkosť častíc je jedným z kľúčových faktorov ovplyvňujúcich tepelné, mechanické a spracovateľné vlastnosti tepelne vodivého kremíkového materiálu. Rôzne rozsahy veľkostí častíc majú odlišný vplyv – od mikroskopických štruktúr zabalenia po makroskopický výkon v konečnom použití – ako je uvedené nižšie:
Vplyv na tepelný výkon
Toto je najkritickejší faktor, kde sa základná logika nachádza v tom, ako veľkosť častíc určuje účinnosť tvorby tepelných vodivých ciest.
Alumínový prášok s veľkou veľkosťou častíc (10–100 μm): Veľké častice majú menej kontaktov medzi sebou a dlhšie jednotlivé vodivé cesty. Po zaplnení je spojitosť tepelnej siete relatívne nízka, čo vedie k obmedzenému zlepšeniu tepelnej vodivosti. Avšak veľké častice zapĺňajú hlavné dutiny v kremíkovom matrixi a tým vytvárajú základnú štruktúru pre následné zaplnenie menšími časticami.
Alumínový prášok so strednou veľkosťou častíc (1–10 μm): Ako hlavná voľba pre tepelne vodivé kremíkové materiály ponúkajú stredne veľké častice vyváženú veľkosť, ktorá umožňuje tvorbu relatívne spojitých tepelných reťazcov v matrixi a zároveň zapĺňa medzery medzi väčšími časticami. Pri kombinácii s časticami iných veľkostí výrazne zvyšujú hustotu tepelných ciest a dosahujú tak optimálnu tepelnú vodivosť.
Malý / nanoskopický prášok oxidu hliníka (0,1–1 μm): Nanoskopické častice majú vysokú špecifickú povrchovú plochu a vysokú povrchovú energiu, čo ich robí náchylnými na aglomeráciu. Zlá disperzia môže viesť k tepelným „ostrovom“, ktoré znižujú tepelnú účinnosť. Ak sa však tieto ultrajemné častice správne rozptýlia, vyplnia mikroskopické medzery medzi stredne veľkými a veľkými časticami a vytvoria hustejšiu tepelnú sieť, čím výrazne zvyšujú celkovú tepelnú vodivosť.
Vplyv na spracovateľné vlastnosti
Spracovateľné vlastnosti sa prejavujú predovšetkým viskozitou a tekutosťou kremíkového materiálu, čo priamo ovplyvňuje výrobné procesy, ako sú miešanie, formovanie a povlakovanie.
Veľká veľkosť častíc: Veľké častice majú menšiu špecifickú povrchovú plochu a menšiu kontaktnú plochu s kremíkovou matricou, čo vedie k nízkej viskozite systému a vynikajúcej tekutosti. To umožňuje dosiahnuť vyššie zaťaženie plnivom, čo ich robí vhodnými pre formuláciu tepelne vodivých kremíkových podložiek a tepelne vodivých past, ktoré sa aplikujú na veľké plochy.
Malé / nanoskopické častice: V dôsledku svojej vysokej špecifickej povrchovej plochy a silnej povrchovej polarity sa malé / nanoskopické častice intenzívne interagujú s kremíkovou matricou. To spôsobuje prudký nárast viskozity systému a zlú tekutosť, čo komplikuje spracovanie. Na zníženie viskozity a zlepšenie spracovateľnosti sa zvyčajne vyžaduje povrchová úprava (napr. ošetrenie silánovým viažúcim činidlom).
Vplyv na mechanické vlastnosti
Mechanické vlastnosti tepelne vodivého kremíka – ako napr. pevnosť v ťahu, predĺženie pri pretrhnutí a tvrdosť – sú úzko prepojené s veľkosťou častíc prášku oxidu hlinitého.
Veľká veľkosť častíc: Veľké častice vykazujú slabšie rozhranové väzby s kremíkovou matricou a majú tendenciu pôsobiť ako miesta koncentrácie napätia. To viedlo k zníženiu pevnosti v ťahu aj predĺženia pri pretrhnutí, zároveň k vyššej tvrdosti a zníženej pružnosti.
Malé / nanomerné častice: Keď sú rovnomerne rozptýlené, malé častice pomáhajú rovnomerne rozdeliť napätie a vytvárajú tesnejšie rozhranové väzby s maticou. To výrazne zvyšuje pevnosť v ťahu a odolnosť voči trhaniu kremíku pri zachovaní dobrej pružnosti. Naopak, aglomerované nanočastice zhoršia degradáciu mechanických vlastností.
Vplyv na elektrickú izoláciu a vzhľad
Elektrická izolácia: α-fáza oxidu hlinitého má zásadne vynikajúce izolačné vlastnosti, preto veľkosť častíc má len malý priamy vplyv na elektrickú izoláciu. Ak sa však nanotechnologické častice zoskupia, mikroprázdne medzery medzi nimi môžu mierne znížiť objemovú odporovosť. Naopak, rovnomerne rozptýlené väčšie častice zabezpečujú stabilnejšie izolačné vlastnosti.
Vzhľad: Tepelne vodivý kremíkový materiál s menšími časticami má jemnejšiu a hladšiu povrchovú úpravu, čo ho robí ideálnym pre balenie elektronických komponentov vysokej presnosti. Naopak, väčšie častice spôsobujú hrubší povrchový textúr a nižší lesk.
V praxi výroby sa zvyčajne nepoužíva len jedna veľkosť častíc prášku oxidu hlinitého. Namiesto toho sa bežne uplatňuje multimodálna veľkosťová distribúcia („Veľké + Stredné + Malé“). Tento prístup maximalizuje tepelnú vodivosť a zároveň vyváži viskozitu systému a mechanické vlastnosti tak, aby vyhovoval požiadavkám rôznych aplikačných scenárov.
Ak chcete zistiť, ako naše špecializované prášky oxidu hliníka môžu zvýšiť výkonnosť vašich materiálov pre tepelné rozhrania, navštívte nás už dnes na www.greatsunaopeng.com .
