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

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

迪睿合于2021年，将用在电子器件放热的导热垫产品系列中扩充了绝缘型的新产品ZX-11N系列。ZX11N系列的特性为，在保证绝缘性的同时，兼具了导热垫需要的【高导热率·高柔软性·高可靠性】的要素。其中秘密就在于，将传统产品中填料使用的氧化铝或氮化铝更换为我司独自开发的氮化硼（BN）填充技术。

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。

迪睿合开发完成了超过10 W/m･K的用碳纤维作为填料进行配向高性能型导热垫。通过之前培育的技术，成功完成了氮化硼填料的配向。由此，实现了相对于传统产品更低的填料使用量，且兼顾了柔软性与高导热性。

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。

来源：新材料在线