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      汽車電子元件的重要材料-二甲基硅油的應用
      來源:【VZ】 作者:強力化工 發布時間:2022-04-07 09:18 閱讀次數:1329

          據估計,現今所有汽車應用創新中85%與電氣或電子相關。由于機電正逐漸快速的替代傳統機械和液壓功能,以及消費者對新附加價值的電子功能的要求,一些專家相信,每輛車電子技術價值含量不久可達到平均40%,而十年前人們還認為這不可能。不幸的是,由于電氣/電子故障引起的故障率也呈上升趨勢,促使oem和1級供用商采用苛刻的可靠性標準,從而使得許多制造商努力尋求改變這一趨勢的新材料和新設計。

      熱(特別是高濕度和其它不利環境條件也同時存在時)經常導致元器件失效。當溫度大范圍波動時(汽車應用中最常見情況), 接頭和元器件會經歷熱膨脹和收縮引起的疲勞,從而導致機械故障。金屬樹枝狀結晶可在電路板痕跡之間的緊湊空間中生長,最終導致短路和元器件失效。人們也發現半導體器件可靠性和壽命取決于連接點溫度,溫度降低10-15°c就可提高元件壽命兩倍。  

      傳統化學材料的局限性


           傳統電子設備材料用于改善汽車電子產品可靠性,包括廣泛的化學材料和應用。材料通常為環氧樹脂、 聚氨酯橡膠、 聚異丁烯(pib)、對二甲苯和丙烯酸,每一種材料具有其獨特優點和局限性。應用包括粘合劑、密封膠、 敷形涂料、 凝膠、灌封劑和導熱材料。它們通常都能與不同的底材粘結。它們能在室溫或加熱下固化。但如果長期用于高溫環境中,它們的性能就會受限。但有大多數它們很難應付這些高溫環境,特別是高濕度環境,且不易修復,缺乏降低熱沖擊中膨脹和收縮引起的應力的能力,有些材料相對高成本、對污染物敏感,也限制了它的使用。

      有機硅新材料—聚二甲基硅氧烷


           在電子工業中,有機硅經常用作不同聚合材料的總稱,大多數商用有機硅配方都基于PDMS(聚二甲基硅氧烷)分子式。電子元件制造商以粘結劑、密封劑、灌封膠、凝膠、敷形涂料、熱管理材料,甚至元件封裝材料和半導體涂料形式提供有機硅配方。另外,硅是有機硅的基本材料。純硅是半導體金屬,是大部分主動性半導體元件的主要材料。 

          有機硅化學提供一系列不同的保護材料,包括堅韌、耐摩擦彈塑性涂料和軟質、消除應力彈性體產品。電路板制造商可在一系列的室溫固化(rtv)材料(室溫固化材料能在中溫下加速固化)中進行選擇,也可指定適合于高速加工的無溶劑熱固化配方。有機硅的性能使得汽車電子產品元件具有更高的可靠性和更長的壽命。這些性能包括: 熱穩定性、彈性、耐濕性、對常用底材粘附性、低離子雜質以及與加工技術的相容性。   

          30年前有機硅材料第一次用于電子應用時,其最有用的性質之一是在廣泛溫度和頻率范圍下穩定的介電性能。有機硅聚合物分子間作用力隨時間變化非常?。ㄉ踔猎诤軓V的溫度波動下也一樣),因而物理性能和電氣性能非常穩定。

          另一個改善元件可靠性的重要因素是耐濕性。有機硅憎水性意味著它們不容易吸收水分子。同時,高氣體滲透性使得濕氣快速散逸,從而消除潛在腐蝕源。此外,PDMS(聚二甲基硅氧烷)非常低的表面張力和優異的潤濕特性,以及通過先進的粘性增強劑得到的粘結特性,幫助實現無空隙粘結,從而進一步提高整體可靠性。 

          由于彈性材料能幫助減小振動影響并能吸收可能破壞敏感組件和底材的熱膨脹差異,因而低模量對于使電子組件應力最小化也很重要。在汽車電子典型操作溫度范圍中,當前有機硅配方不顯示出玻璃溫度(tg),因此模量在這個周期中保持相當恒定。這一表現明顯不同于用于電子的彈性環氧樹脂。彈性環氧樹脂的模量在汽車應用經常遇到的極端高低溫之間增加三個以上的數量級。固化有機硅呈化學惰性,極端穩定。許多產品在溫度在250°c 范圍(-50°c~+200°c)內變動時進行操作,也能保持其物理性質。這使得有機硅成為能承受惡劣環境(汽車電子元件必須工作的惡劣環境)的化學材料之一。 

      聚二甲基硅氧烷在其中的應用


      除了以上展示,還有以下的應用

          按照有機硅應用的用途去分類,主要分為以下三類:粘結劑/密封劑灌封劑絕緣凝膠,它們的主要成分是硅酮,即二甲基硅油,分子式:(CH3)3SiO(CH3)2SiOnSi(CH3)3 ,系有機硅氧化物的聚合物,是一系列不同分子量的聚二甲基硅氧烷,黏度隨分子量增大而增加。

          第一,粘結劑/密封劑主要用于在電子模塊之中粘結組件,或用于封裝外殼來隔離灰塵、水或其它雜質。有機硅粘結劑主要優勢在于其通過獨特的彈性和應力消除提高可靠性的潛力。當元件和電路板由于快速熱循環膨脹收縮時,彈性體有機硅粘結劑有助于吸收熱膨脹,避免由剛性粘結劑傳遞至組件的應力。它們的獨特熱穩定性使得它們能在極端溫度和反復熱沖擊下保持彈性。

          當存在散熱問題時,使用導熱填料可顯著增強有機硅粘結劑熱導率。熱導有機硅粘結劑設計用于幫助消除組件和電路的熱量,從而使得高溫條件下發動機艙內元器件的更高可靠性和更長壽命。  


         在汽車電子應用中,使用具有良好緊密粘著性的材料會更好,該粘著性能在多種使用環境下長時期維持其性能不變。由于其固化后低模量,有機硅粘結劑能非常有效地消除熱應力和機械應力,從而明顯增強可靠性和使用壽命。


         第二,灌封劑是設計為完全植入電子元件和電路的保護材料。它們特別用于將電路與非常惡劣的使用環境隔離,并為高壓電路提供高壓絕緣,從而保護接頭免受熱和機械應力的影響。有機硅灌封劑通常都用于厚層。

          越來越多的有機硅灌封劑具有自粘著能力,當固化加熱至100°c以上時, 它們能很好地與許多常用底材粘結。而其它材料則需要先噴底漆才能獲得完全粘結。在接近實際使用條件下的測試(或加速測試)對于預測任何應用中的長期性能是很關鍵的。 

          就像多數有機硅產品一樣,灌封劑也能提供多種選擇。它們具有高抗剪強度,光學清澈性,阻燃性或極端低溫性能。特定材料提供熱導性或揮發性,而其它材料用于滿足ul規范。 

          第三,絕緣凝膠是特殊等級的灌封劑,能固化成具有良好緩沖、彈性和自我修復性質的極軟材料。膠體提供緩解熱應力和機械應力的 最佳方法,同時保持彈性體體積穩定。它們特別地用于厚層,用以完全密封更密架構,特別是高密度引線。特別材料用于提高性能,諸如高光學穿透性,耐溶劑性和耐油性,低揮發性或阻燃性。 

      未來趨勢

          許多汽車電子產品市場使用的有機粘結劑和保護材料不能承受新設計導致的更高熱量。更高可靠性要求也超過傳統用于生產元件和電路板的產品極限。更高溫度也會加劇熱膨脹系數(cte)的不匹配,增加了元件表面的應力,導致彎曲、物理損壞和過早故障。

          在目前和剛問世的汽車設計中,發動機艙中的更高溫度和增加的電子元件功率(特別是在機電應用或hev(混合電氣車輛)控制單元中)都導致需要更高的耐熱性。此外,光學清澈的有機硅正快速進入汽車市場,這越來越明顯地體現在:它們是發光二極管和成型光學儀器和光學感應器穩定性保護的關鍵因素。


         由于物理性質和廣泛商用的加工屬性,有機硅不久會成為汽車電子產品的啟動器。通過改進電子、光學電路和組件的性能并減少其故障,有機硅材料設計用于滿足汽車工業對更安全,更輕型,更高性能元件的需求具有比以往更高的可靠性–能在逐漸惡劣的環境中應用。









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