由於應用複雜程度增加，材料供應商幫助製造商選擇合適材料的能力比以前更為關鍵。無論應用是否要求傳導材料或者只是要求靜電耗散材料，應用操作溫度均會大幅影響傳導性。由於硅樹脂具有絕緣性質以及熱膨脹係數（CTE）較大，在溫度上升時的持續傳導率要求特別了解硅樹脂的化學性質和填料技術。調整硅樹脂矩陣中填料的類型、數量以及微粒尺寸和分佈可以維持傳導率。本文討論了在量身定製硅樹脂以保持升高溫度的傳導性時人們期望的平衡以及幫助解釋為何出現變化。
為何選擇硅樹脂？
通常經歷極端溫度的航空和其它惡劣環境中幾十年使用獲得的傳統是許多應用中大多數人選擇硅樹脂的原因。與標準有機材料相比，基於硅氧烷的聚合系統屬於獨特的聚合物。固化硅樹脂一般模數低，在熱循環期間吸收應力，在最高250℃的連續操作溫度不會退化。硅樹脂的其它屬性如下：
★典型介電強度>500V/密耳；
★體積電阻>1011歐姆·厘米；
★生物惰性；
★低濕氣吸收率<0.4%（85℃/85RH/168小時）；
★低模數；
★多種多樣，可以填充各種傳導性填料。
從絕緣至傳導
決定選擇哪種產品或填料之前，了解特別應用要求的傳導率十分重要。
雖然硅樹脂本質絕緣，但是可以優化，以達到各種傳導率。
◆絕緣（絕緣體）
★>1011歐姆·厘米
★防止或限制電子穿過其表面或通過其體積流動；
◆靜電耗散
★（104?1011）歐姆·厘米
★電子穿過或通過材料流動並採用體積或表面電阻控制。電荷傳輸一般需要的時間比傳導材料更長：
◆傳導性
★<104歐姆·厘米
★低電阻，且電子容易通過其表面或體積流動。
傳導性填料
與基於碳的聚合物相比，由於硅樹脂具有巨大的自由體積以及極性性質，可以使用各種填料優化硅樹脂的傳導率。填料技術也是一個快速發展的領域，可以將各種微粒尺寸和形狀的填料添加到硅樹脂，以產生重要的特性，例如維持升高溫度的傳導率。在考慮將填料用於特定傳導特性時務必小心。雖然一些填料只產生一種類型的傳導率，但是，其它填料（例如銀）可以同時提高熱傳導率以及電氣傳導率。通常存在三種主要類型的填料：電氣絕緣陶瓷填料，只作用於熱傳導率；碳填料，作用於電氣傳導率以及在某種程度上作用於熱傳導率；最後是金屬填料，大幅作用於電氣傳導率和熱傳導率。圖1顯示了填料的示例、其目標特性以及考慮的填料形狀描述。
添加填料對硅樹脂的物理影響
填料形狀和尺寸會大幅影響材料的流變性、機械特性和傳導率。從物理方面看，可以添加的填料數量受到聚合物和填料之間的交互作用控制。了解雖然最大負載能夠提供最佳傳導率，但是更改硅的物理特性、硬度、拉伸率等較為常見也是十分重要的。一般來說，圖2顯示了材料物理特性的預期變化。CTE對傳導率的影響
硅樹脂本質絕緣，因此，填料的點與點接觸對於維持傳導率十分重要。但是，在您考慮硅樹脂展示的較大CTE（120-1,000ppm/℃）以及填料和硅樹脂之間的CTE不配時，這種要求變成了一種挑戰。維持硅樹脂膨脹時點與點接觸的主要考慮是微粒尺寸和分佈。除了正在使用的填料類型以外，填料的尺寸和形狀將大幅確定硅樹脂的傳導性如何以及在什麼溫度停止傳導（圖3）。填料比較
為了評估不同填料的性能，比較了下列各種升高溫度的傳導率開展研究：28℃、80℃、100℃、125℃、150℃、175℃和200℃。研究中評估了傳統填料，例如炭黑和銀球（參見圖4）。◆試驗方法
★體積電阻，根據ASTMD257（ASTMD4495）
★固化，根據試樣設計規格，露出表面；
★4線；
★Agilent34401A數字萬用表；
★BlueM對流爐；
★在28℃、80℃、100℃、125℃、150℃、175℃和200℃測量體積電阻其中VR=體積電阻，單位歐姆·厘米；
R=萬用表電阻讀數，單位歐姆；
W=樣品平均寬度，單位厘米；
T2=樣品和試樣平均厚度，單位厘米；
T1=試樣平均厚度，單位厘米；以及
L=試樣內部銅條之間的距離，單位厘米。
傳統傳導性材料示例
表1顯示了採用以下三種不同類型傳統填料的目前NuSil材料的示例：無定形炭黑（ECS1）、炭黑纖維（ECS2）和鍍銀金屬球體（ECS3）。評審這些數據時，應注意三種重要現象。首先，正如預期一樣，含有傳導性最佳的填料ECS3的材料產生在室溫傳導率最高的硅樹脂材料。但是，當溫度增高時，在80℃觀察到第二種現象：帶有纖維的材料具有更佳的縱橫比，在溫度增加時變化最小（圖3和圖4）。當硅樹脂材料隨著熱量膨脹時維持點與點接觸的能力解釋了這一現象。雖然銀球傳導性更強，但是填料的形狀並沒有幫助，因為它們在硅樹脂膨脹時相互分離。第三，在某些溫度（在此顯示的溫度大約為150℃），傳統填料均在靜電耗散性方面失效，在硅樹脂隨著溫度繼續膨脹時，將最終變為絕緣。新型填料提高性能
對於一些應用，上面所示的性能已經足夠，標準技術能夠滿足其需要。但是，一些應用處於惡劣環境，必須維持導熱率或導電率。為了滿足這種需要，NuSil已經使用表2所述的新型填料開發了產品。ECS4和ECS6均使用動態填料包，使其在更高溫度仍然可行。事實上，雖然加成固化硅樹脂ECS6證明在80℃能夠維持10-2歐姆·厘米的傳導率，但是，縮合固化硅樹脂ECS4證明能夠在200℃維持10-3歐姆·厘米的傳導率。另外，為了補償大量填料作用於傳導性材料和應用的添加質量，NuSil開發了一種較低比重的材料ECS5。通過集成鍍了銀的較輕球體，我們能夠提供一種密度只是相似傳統材料三分之一的材料。平衡方法
確定選擇最佳產品需要全面了解應用的要求。有時，需要在物理特性和需要傳導率的變化之間達到平衡。除了材料的物理變化之外，必須考慮其加工材料的能力。NuSil技術公司提供幾種標準產品，例如ECS1-ECS3，在許多不同應用中設計性能優良；但是，由於限制推動以及應用中碰到更為惡劣的環境，必須開發新型解決方案。解決這些挑戰的步驟已經開始，一些示例是ECS4-ECS6。
