Pochopte tepelne vodivú silikónovú fóliu v jednom článku

Tradičné tepelne vodivé materiály pozostávajú predovšetkým z kovov (Ag, Cu a Al) a oxidov kovov (Al₂O3, MgO a BeO), ako aj z nekovových materiálov (grafit, sadze, Si3N4 a AlN). Na tepelne vodivé materiály sa kladú nové požiadavky v dôsledku pokroku priemyselnej výroby a vedy a techniky. Bola pozorovaná túžba po materiáloch s výnimočnými komplexnými vlastnosťami. V elektrotechnickom a elektronickom sektore sa veľkosť elektronických komponentov a logických obvodov tisíckrát zmenšila v dôsledku rýchleho rozvoja integračných a montážnych technológií. V dôsledku toho sú potrebné izolačné materiály s vysokou tepelnou vodivosťou. V posledných desaťročiach sa oblasti použitia polymérnych materiálov neustále rozširujú. Nahradenie tradičných priemyselných materiálov, najmä kovových materiálov, umelo syntetizovanými polymérnymi materiálmi sa stalo stredobodom globálneho vedeckého výskumu. I. Čo sú tepelne vodivé silikónové dosky?

Silikónové dosky, ktoré sú tepelne vodivé, sú typom stredného materiálu, ktorý sa syntetizuje jedinečným procesom. Tento proces zahŕňa použitie silikónu ako základného materiálu a pridanie rôznych pomocných materiálov, ako sú oxidy kovov. Tepelne vodivý silikónový kaučuk je polymérny kompozitný materiál, ktorý dosahuje tepelnú vodivosť naplnením tepelne vodivým práškom a použitím organokremičitej živice ako spojiva.

II. Bežne používané matricové materiály a plnivá pre tepelne vodivé silikónové dosky

Organokremičitá živica (základná surovina)

1. Izolačné a tepelne vodivé plnivá: oxid hlinitý, oxid horečnatý, nitrid bóru, nitrid hlinitý, oxid berylnatý, kremeň atď. Organokremičité plastifikátory

2. Spomaľovače horenia: Hydroxid horečnatý, Hydroxid hlinitý

3. Anorganické farbivá (farebná diferenciácia)

4. Zosieťovacie činidlo (požiadavky na priľnavosť)

5. Katalyzátor (požiadavky na proces formovania)

Poznámka: Tepelne vodivé silikónové podložky plnia funkciu tepelnej vodivosti a vytvárajú dobrú tepelnú vodivosť medzi prvkom generujúcim teplo a zariadením na odvádzanie tepla-. Spolu s chladičmi, konštrukčnými spojovacími prvkami (ventilátormi) atď. tvoria modul na odvod tepla.

Plnivá zahŕňajú nasledujúce kovové a anorganické plnivá:

1. Kovové práškové plnivá: medený prášok, hliníkový prášok, železný prášok, cínový prášok, niklový prášok atď.;

2. Oxidy kovov: oxid hlinitý, oxid bizmutitý, oxid berýlium, oxid horečnatý, oxid zinočnatý;

3. Nitridy kovov: nitrid hliníka, nitrid bóru, nitrid kremíka;

4. Anorganické nekovy-: grafit, karbid kremíka, uhlíkové vlákna, uhlíkové nanorúrky, grafén, karbid berýlia atď.

Obrázok III. Klasifikácia tepelne vodivých silikónových tesnení
Tepelne vodivé silikónové tesnenia možno rozdeliť na: tepelne vodivé silikónové podložky a -silikónové silikónové podložky. Elektrické izolačné vlastnosti väčšiny tepelne vodivých silikónových tesnení sú v konečnom dôsledku určené izolačnými vlastnosťami častíc plniva.

1. Tepelne vodivé silikónové podložky
Tepelne vodivé silikónové podložky sa ďalej delia do mnohých podkategórií, z ktorých každá má svoje vlastné odlišné vlastnosti.

2. Ne-silikónové silikónové podložky Ne-silikónové silikónové podložky sú materiál s vysokou tepelnou vodivosťou, obojstranné-samolepiace-. Pri použití pri montáži elektronických komponentov vykazujú nízky tepelný odpor a dobré elektrické izolačné vlastnosti pri nízkej tlakovej sile. Pracujú stabilne od -40 stupňov do 150 stupňov a spĺňajú triedu spomaľovača horenia UL94V0.

IV. Mechanizmus tepelnej vodivosti tepelne vodivého silikónu

Tepelná vodivosť tepelne vodivého silikónu závisí od interakcie medzi polymérom a tepelne vodivým plnivom. Rôzne typy plnív majú rôzne mechanizmy tepelnej vodivosti.

1. Mechanizmus tepelnej vodivosti kovových plnív
Kovové plnivá primárne vedú teplo pohybom elektrónov; proces pohybu elektrónov je sprevádzaný prenosom tepla.

2. Mechanizmus tepelnej vodivosti ne-kovových plnív
Ne{0}}kovové plnivá sa primárne spoliehajú na fonónové vedenie; ich rýchlosť difúzie tepla závisí hlavne od vibrácií susedných atómov alebo väzbových skupín. Patria sem oxidy kovov, nitridy kovov a karbidy.

V. Ako používať tepelne vodivé silikónové dosky

Vo všeobecnosti by sa tepelne vodivé silikónové podložky mali začleniť do konštrukčného, ​​hardvérového a obvodového dizajnu od počiatočnej fázy návrhu. Faktory, ktoré je potrebné zvážiť, zvyčajne zahŕňajú: tepelnú vodivosť, konštrukčný návrh, EMC, tlmenie vibrácií a absorpciu zvuku a inštaláciu a testovanie.

1. Výber riešenia odvodu tepla: Elektronické produkty smerujú k menším, tenším a ľahším dizajnom, vo všeobecnosti využívajúce metódy pasívneho chladenia, ktoré sa tradične spoliehajú na chladiče. Súčasným trendom je úplné eliminovanie chladičov pomocou konštrukčných komponentov na odvod tepla (kovové konzoly, kovové kryty); alebo kombináciou riešení chladičov s konštrukčnými komponentmi na odvod tepla. Riešenie s najlepším pomerom ceny-výkonu by sa malo vyberať na základe rôznych systémových požiadaviek a prostredí.

2. Ak používate riešenie chladiča, neodporúča sa používať tepelne vodivú obojstrannú- pásku s nízkou tepelnou vodivosťou; neodporúča sa ani používať tepelné mazivo bez schopnosti tlmiť vibrácie. Na ovládanie sa odporúča použiť kovové háčiky alebo plastové špendlíky, výber 0,5 mm... Použitie hrubších tepelne vodivých silikónových podložiek v spojení s inými metódami ponúka pohodlnú inštaláciu a eliminuje potrebu lepiacej podložky. Výsledkom je výrazne lepší odvod tepla ako obojstranná-tepelne vodivá páska a je to bezpečnejšie a spoľahlivejšie. Celkové náklady vrátane jednotkovej ceny, práce a vybavenia sú konkurencieschopnejšie.

3. Pri výbere konštrukcií na odvod tepla je potrebné zvážiť konštrukčnú formu konštrukcie na odvod tepla, ako sú lokálne výstupky alebo vybrania na kontaktnej ploche. Je potrebné nájsť rovnováhu medzi konštrukčným návrhom a veľkosťou tepelne vodivej silikónovej podložky. Ak to proces umožňuje, je vhodné vyhnúť sa výberu príliš hrubých tepelne vodivých silikónových podložiek. Na uľahčenie prevádzky sa všeobecne odporúča jednostranná lepiaca podložka, pričom strana s lepidlom-potiahnutým lepidlom sa aplikuje na štruktúru odvádzajúcu teplo. Je dôležité vybrať si podložku s dobrým kompresným pomerom, aby sa zabezpečil dostatočný tlak na tepelne vodivú silikónovú podložku. (Hrúbka tepelne vodivej silikónovej podložky musí presahovať teoretickú hornú hranicu vzdialenosti medzi konštrukciou na odvádzanie tepla a zdrojom tepla, zvyčajne o 1 mm – 2 mm.) Pri výbere konštrukcií na odvádzanie tepla by sa pri usporiadaní dosky plošných spojov mala zvážiť aj poloha, výška a typ balenia komponentov. Pravidelné umiestňovanie zdrojov tepla môže znížiť náklady na štruktúru odvodu tepla.

VI. Ako si vybrať tepelne vodivé silikónové dosky
Výber tepelnej vodivosti závisí predovšetkým od spotreby energie zdroja tepla a kapacity odvodu tepla chladiča alebo konštrukcie na odvod tepla. Vo všeobecnosti čipy so špecifikáciami na nízke teploty, citlivosťou na vysokú teplotu alebo vysokou hustotou tepelného toku (vo všeobecnosti vyššou ako 0,6 W/cm³ vyžadujúce odvod tepla, zatiaľ čo čipy s hustotou povrchového tepelného toku menšou ako 0,04 W/cm² vyžadujú iba prirodzené prúdenie) vyžadujú odvod tepla a mali by sa zvoliť tepelne vodivé silikónové dosky s vyššou tepelnou vodivosťou. V priemysle spotrebnej elektroniky teploty spojov čipov vo všeobecnosti nesmú prekročiť 85 stupňov Celzia a počas testovania pri vysokej teplote sa odporúča kontrolovať teplotu povrchu čipu pod 75 stupňov Celzia. Komponenty celej dosky sú väčšinou komerčnej-triedy, preto sa odporúča, aby vnútorná teplota systému neprekročila 50 stupňov Celzia pri izbovej teplote. Povrch prvého povrchu, prípadne povrch, s ktorým sa koncový zákazník môže dotknúť, by mal mať v ideálnom prípade teplotu pod 45 stupňov Celzia pri izbovej teplote. Výber tepelne vodivých silikónových fólií s vyššou tepelnou vodivosťou môže splniť konštrukčné požiadavky a umožniť určitú konštrukčnú rezervu.

Poznámka: Hustota tepelného toku: definovaná ako: hustota tepelného toku na jednotku plochy (1 meter štvorcový) za jednotku času (1 Teplota prechodu (JT) meria množstvo tepla, ktoré prejde polovodičovým plátkom do puzdra zbaleného zariadenia v sekundách. Zvyčajne je vyššie ako teplota puzdra a povrchová teplota zariadenia. Teplota prechodu meria čas potrebný na odvod tepla rovnako ako tepelný odpor puzdra wa z puzdra alebo tepelného odporu puzdra do polovodiča.

VII. Faktory ovplyvňujúce tepelnú vodivosť tepelne vodivého silikónu

1. Typ a vlastnosti materiálu polymérnej matrice: Matricový materiál s vyššou tepelnou vodivosťou, lepšia disperzia plniva v matrici a lepšia väzba medzi matricou a plnivom vedie k lepšej tepelnej vodivosti kompozitného materiálu.

2. Typ plniva: Vyššia tepelná vodivosť plniva všeobecne vedie k lepšej tepelnej vodivosti kompozitného materiálu.

3. Tvar plniva: Vo všeobecnosti je poradie ľahkosti vytvárania tepelných dráh fúzy > vlákna > vločky > granule. Čím ľahšie plnivo vytvára tepelné cesty, tým lepšia je tepelná vodivosť.

4. Obsah plniva Distribúcia plnív v polyméri určuje tepelnú vodivosť kompozitných materiálov. Keď je obsah plniva nízky, účinok tepelnej vodivosti nie je významný; keď je obsah plniva nadmerný, mechanické vlastnosti kompozitného materiálu sú značne ovplyvnené. Keď sa však obsah plniva zvýši na určitú hodnotu, interakcia medzi plnivami vytvorí v systéme sieťovú-podobnú alebo reťazovú-sieť. Tepelná vodivosť je optimálna, keď je smer tejto siete zarovnaný so smerom tepelného toku. Preto existuje kritická hodnota pre množstvo tepelne vodivého plniva.

5. Charakteristiky väzby medzi výplňou a materiálom matrice Čím vyšší je stupeň väzby medzi výplňou a matricou, tým lepšia je tepelná vodivosť. Použitie vhodného spojovacieho činidla na ošetrenie povrchu plniva môže zvýšiť tepelnú vodivosť o 10% až 20%.