导热脂配方：PDMS 基料与 Al₂O₃、BN、ZnO 填料
title: "导热脂配方：PDMS 基料与 Al₂O₃、BN、ZnO 填料" description: "导热界面脂如何以 PDMS 硅油为基料与导热填料复配而成——填料选型、填充量及性能权衡。" section: "midstream"
导热脂的作用
导热界面材料（TIM）用于填充热源（CPU、功率晶体管、LED 封装）与散热器之间微观级空气间隙。空气导热系数约 0.025 W/m·K，配方良好的导热脂可达 3～12 W/m·K。导热脂本身并非主要导热体——填料才是——其核心功能是排出空气，并在安装紧固件压力下贴合两侧接触面。
PDMS 硅油（通常 50～5,000 cSt）是主流载体，原因在于：在 –50 至 +200 °C 范围内保持流动状态、不干涸、电绝缘且与大多数电子材料化学惰性兼容。金属基和相变型材料存在于高性能极端场合，但有机硅基导热脂占 TIM 市场体量的 60% 以上。
填料选型
| 填料 | 导热系数 | 密度 | 成本 | 局限性 |
|---|---|---|---|---|
| Al₂O₃（氧化铝） | 20～36 W/m·K | 3.9 g/cm³ | 低 | 硬度中等；高填量时有磨蚀性 |
| ZnO（氧化锌） | 25～54 W/m·K | 5.6 g/cm³ | 低 | 密度高，增加脂的重量 |
| BN（六方氮化硼） | 60～300 W/m·K（面内） | 2.1 g/cm³ | 中～高 | 各向异性，需定向排列控制 |
| AlN（氮化铝） | 170～200 W/m·K | 3.3 g/cm³ | 高 | 遇水解，水解生成 Al(OH)₃ |
| 金刚石 | 1,000～2,200 W/m·K | 3.5 g/cm³ | 极高 | 仅限航空航天及高价值电子 |
氧化铝是商品导热脂的主导填料，提供球形（最佳堆积效率）和角形（更高比表面积）两种形态，d50 通常为 1～10 µm。
配方与填充量
典型导热脂配方：填料占质量分数 75～92%，分散于 PDMS 基料中。在此填量下（超过临界颜料体积浓度），填料颗粒直接接触形成导热通路；硅基体填充颗粒间空隙，赋予导热脂的顺形性。
主要配方难点：
- 泵出效应：高填量导热脂在反复热循环中因 PDMS 受机械压力迁移而发生相分离。用硅烷偶联剂（如 KH-570）对填料进行表面处理，或选用更高黏度基础油，可有效抑制泵出。
- 渗油：低黏度 PDMS 可能从结合线横向渗出。对 PDMS 基料进行适度交联（触变型牌号）可控制渗油。
- 黏度：成品导热脂须满足印刷（网印或钢网）工艺要求（50,000～500,000 cP），同时在夹紧压力（50～200 kPa）下能流动贴合。