通过罗希特·拉姆纳斯,邦德大师公司
硅酮化合物被用于成千上万的电子系统中,用于密封、粘合、涂覆和封装组件,使它们能够在具有挑战性的条件下可靠地工作。配方师不断改进有机硅,使其更容易使用,并提供更广泛的性能。
有机硅常用于保护敏感的电子元件。
自20世纪80年代以来,电子工业经历了爆炸式的增长,因为更高的晶体管密度推动了实质性的性能进步,同时为小型化铺平了道路。电子电路最初是为计算机和通信系统开发的,现在几乎在每一个主要工业中都普遍使用,从太空卫星系统到人体植入的医疗设备。为了使这些系统正常工作,必须保护其中的电子电路免受极端温度、污染物、冲击和振动以及恶劣的环境条件的影响。
有机硅在电子革命中发挥了重要作用,通过密封和涂层敏感电子产品实现了更大的功能。商业、消费和军事应用都依赖有机硅来保护电子元件免受高温、潮湿、污染和意外损坏。近年来,得益于有机硅的应用越来越多,因为在更小的封装中放置的额外晶体管产生的热量增加,需要更高的耐温性来确保可靠性。通过其独特的特性,有机硅为电子系统提供了在各种环境中提供性能所需的保护。
有机硅的独特组合性能
有机硅的分子结构不同于环氧树脂和其他有机聚合物。硅氧烷键(- si - o - si -)的性质构成了有机硅化合物的骨架,提供了其他有机聚合物所没有的特性。这些硅氧烷键的几何形状、稳定性和高结合能使有机硅比其他聚合物更灵活,更耐高温。正是这种罕见的灵活性和耐高温性的结合,使有机硅脱颖而出。
有机硅能很好地粘附在许多表面上,并提供许多其他有益的特性(表1)。它们具有相对较低的介电常数,高介电强度,低耗散因子,并且是特殊的电绝缘体-在频率范围内几乎没有变化的特性。有机硅是耐用的,经得起风、雨和紫外线的照射,对物理、机械和电气性能的影响最小。
有机硅通常可以承受大约-55°C至200°C的温度范围-特殊配方可承受高达300°C的温度-同时保持其其他有用性能。硅酮的实际使用温度范围和温度稳定性程度可以变化,这取决于配方的特定化学成分。由于其在温度、湿度和频率范围内的稳定性,有机硅通常被选择用于具有挑战性的操作条件的应用中。
满足特定要求的有机硅配方
有机硅有单组分或双组分配方。易于应用的一部分有机硅系统不需要混合,并固化在环境温度下与空气中的水分反应。双组分有机硅系统通过添加固化剂引发的聚合反应固化,并且可以在比单组分系统更厚的部分中固化。虽然有些材料可能需要表面处理,但一组分和二组分有机硅都能很好地粘附在玻璃、塑料、金属、橡胶和其他表面上。值得注意的是,有机硅是唯一能与硅基板结合的材料。
易于应用的一部分有机硅系统不需要混合和固化在环境温度下与空气中的水分反应。
硅树脂系统的某些特性可以通过设计来满足特定的应用要求。例如,虽然有机硅是天然的热绝缘体,但通过使用填料可以使它们具有导热性。填料还可用于提高有机硅的导电性,用于要求EMI/RFI屏蔽的应用。虽然有机硅通常是半透明的,但如果需要,它们可以被配制成光学透明或不透明的,用于光学和光电应用。某些等级符合MIL-A-46146和MIL-A-46146A 1型军用规格,或USP VI级和其他生物相容性规格。由于有机硅不易点燃,因此可以使其符合UL94V-0和UL94V-1阻燃规范,这是某些运输,电器,光电和其他电子系统所需要的。
硅树脂系统的某些特性可以通过设计来满足特定的应用要求。例如,虽然有机硅是天然的热绝缘体,但通过使用填料可以使它们具有导热性。
由于固化程度和填料的使用,硅树脂体系的硬度在一定程度上有所不同。完全固化的有机硅被认为是较软的弹性体。当使用填料时,有机硅总是变硬。通常选择较软的有机硅是因为它们在温度变化时能够提供应力缓解。
有机硅保护敏感的电子元件
有机硅具有广泛的使用温度范围、灵活性、优越的电气性能和保护组件免受环境污染物影响的能力,使其成为粘合剂、密封剂、涂料和灌封化合物的有用材料。它们承受极端环境条件的能力使其在某些应用中优于其他类型的粘合剂和相关化合物。
密封和粘接
有机硅通常用于在印刷电路板(pcb)和模块的组装中密封和粘合基板,并且是唯一一种可以粘附在有机硅基板上的粘合剂。导电硅酮粘合剂可以代替焊料用于组件连接。导热等级可用于将微处理器,LED(发光二极管)阵列和其他发热组件粘合到散热器,确保有效的热传递路径。因为有机硅的性能在高温下保持稳定,所以它们可以承受许多操作环境的高温。
保形涂料
硅基保形涂层可以隔离印刷电路板(PCB)上的所有导体,同时保护电子设备免受湿度、极端温度、腐蚀性和振动的影响。在制造的最后阶段,这些涂层作为一层薄而均匀的涂层,具有低粘度和良好的附着力,因此它们易于流动,符合电子组件的轮廓,并最大限度地减少水分和其他有害污染物的积累。硅基涂料可以配制成光学透明或表现出低脱气。
由于它们在很宽的温度范围内保持低邵氏硬度,因此有机硅通常用于低应力应用,以保护苛刻环境中的敏感部件。柔性有机硅弹性体涂层可以应用于比环氧树脂涂层更厚的层-为需要最大减振的应用提供更高水平的保护。有机硅涂层的另一个好处是,它们比其他材料更容易返工。
灌封和封装
由于其柔软,耐高温,韧性和电绝缘性能,有机硅适用于许多灌封和封装应用。有机硅最常用于极端隔热和坚固的电绝缘性能至关重要的场合。导热硅酮化合物用于封装电源、整流器、变压器和传感器等设备,将热量从这些组件传递出去,同时保护它们免受灰尘、湿度、极端温度和振动的影响。
硅基材料,包括“球形顶部”,保护敏感的裸模和电线键。特殊配方的触变性,这些特殊的密封剂在应用过程中平滑流动,以响应应力-覆盖模具和填充导线之间的间隙-同时迅速增加粘度,以防止它们流动到目标区域之外。硅基球顶提供了一个弹性屏障,防止污染物,同时支持精致的模具和电线。
有机硅的主要特性和优点。
许多行业都依赖有机硅
硅基粘合剂、密封剂、灌封和封装化合物应用于数百种消费、商业、医疗和军事电子系统中。硅树脂主要用于手机、笔记本电脑、办公设备以及其他计算机和通信产品中机电部件的密封、粘接和封装,如功率晶体管、整流器、热敏开关等。他们保护游戏系统,电视,相机和家用电器中的电子元件-提高可靠性并延长数千个消费电子系统的使用寿命。
有机硅用于汽车系统,包括安全气囊、刹车、点火、燃料、空气和传动系统,以保护电子部件免受污染,并使其免受极端温度的影响。在航空和航天系统中,硅酮粘合剂、密封剂和密封剂可以在极端温度范围内保护电子设备免受湿气和污染物的影响,确保这些复杂系统的运行完整性。助听器、脉搏血氧仪、除颤器和其他医疗设备都依赖有机硅来提高可靠性。有机硅通常用于电力电子和高频应用,保护手机基站等系统中的半导体,这些系统经常暴露在恶劣的天气条件下。
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