Κατανοήστε το θερμικά αγώγιμο φύλλο σιλικόνης σε ένα άρθρο

Τα παραδοσιακά θερμικά αγώγιμα υλικά αποτελούνται κυρίως από μέταλλα (Ag, Cu και Al) και οξείδια μετάλλων (Al2O3, MgO και BeO), καθώς και μη-μεταλλικά υλικά (γραφίτης, αιθάλη, Si3N4 και AlN). Νέες απαιτήσεις έχουν επιβληθεί στα θερμικά αγώγιμα υλικά ως αποτέλεσμα της προόδου της βιομηχανικής παραγωγής και της επιστήμης και της τεχνολογίας. Έχει παρατηρηθεί η επιθυμία για υλικά με εξαιρετικές περιεκτικές ιδιότητες. Στον ηλεκτρικό και ηλεκτρονικό τομέα, το μέγεθος των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων και των λογικών κυκλωμάτων έχει μειωθεί κατά χιλιάδες φορές ως αποτέλεσμα της ταχείας ανάπτυξης των τεχνολογιών ολοκλήρωσης και συναρμολόγησης. Κατά συνέπεια, απαιτούνται μονωτικά υλικά με υψηλή θερμική αγωγιμότητα. Τις τελευταίες δεκαετίες, τα πεδία εφαρμογής πολυμερών υλικών επεκτείνονται σταθερά. Η αντικατάσταση των παραδοσιακών βιομηχανικών υλικών, ιδιαίτερα των μεταλλικών υλικών, με τεχνητά συντιθέμενα πολυμερή υλικά έχει γίνει το επίκεντρο της παγκόσμιας επιστημονικής έρευνας. I. Τι είναι τα θερμικά αγώγιμα φύλλα σιλικόνης;

Τα φύλλα σιλικόνης που είναι θερμικά αγώγιμα είναι ένας τύπος μεσαίου υλικού που συντίθεται μέσω μιας μοναδικής διαδικασίας. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει τη χρήση σιλικόνης ως βασικού υλικού και την προσθήκη μιας ποικιλίας βοηθητικών υλικών, όπως οξείδια μετάλλων. Το θερμικά αγώγιμο καουτσούκ σιλικόνης είναι ένα πολυμερές σύνθετο υλικό που επιτυγχάνει θερμική αγωγιμότητα γεμίζοντας το με θερμικά αγώγιμη σκόνη και χρησιμοποιώντας ρητίνη οργανοπυριτίου ως συνδετικό.

II. Συχνά χρησιμοποιούμενα υλικά Matrix και πληρωτικά για θερμικά αγώγιμα φύλλα σιλικόνης

Ρητίνη οργανοπυριτίου (Βασική πρώτη ύλη)

1. Μονωτικά και θερμικά αγώγιμα υλικά πλήρωσης: αλουμίνα, οξείδιο μαγνησίου, νιτρίδιο βορίου, νιτρίδιο αλουμινίου, οξείδιο βηρυλλίου, χαλαζίας κ.λπ. Πλαστικοποιητές οργανοπυριτίου

2. Επιβραδυντικά φλόγας: Υδροξείδιο του Μαγνησίου, Υδροξείδιο του Αλουμινίου

3. Ανόργανες χρωστικές (Χρωματική διαφοροποίηση)

4. Παράγοντας σταυροσύνδεσης (απαιτήσεις απόδοσης πρόσφυσης)

5. Καταλύτης (απαιτήσεις χύτευσης διαδικασίας)

Σημείωση: Τα θερμικά αγώγιμα επιθέματα σιλικόνης εξυπηρετούν μια λειτουργία θερμικής αγωγιμότητας, σχηματίζοντας μια καλή διαδρομή θερμικής αγωγιμότητας μεταξύ του-στοιχείου παραγωγής θερμότητας και της συσκευής απαγωγής- θερμότητας. Μαζί με ψύκτρες, δομικούς συνδετήρες (ανεμιστήρες) κ.λπ., σχηματίζουν μια μονάδα απαγωγής θερμότητας.

Τα πληρωτικά περιλαμβάνουν τα ακόλουθα μεταλλικά και ανόργανα πληρωτικά:

1. Γεμιστικά μεταλλικής σκόνης: σκόνη χαλκού, σκόνη αλουμινίου, σκόνη σιδήρου, σκόνη κασσίτερου, σκόνη νικελίου, κ.λπ.

2. Οξείδια μετάλλων: οξείδιο του αργιλίου, οξείδιο του βισμούθιου, οξείδιο του βηρυλλίου, οξείδιο μαγνησίου, οξείδιο ψευδαργύρου.

3. Μέταλλο... Νιτρίδια: Νιτρίδιο αργιλίου, Νιτρίδιο βορίου, Νιτρίδιο πυριτίου;

4. Ανόργανα μη-μέταλλα: γραφίτης, καρβίδιο του πυριτίου, ίνες άνθρακα, νανοσωλήνες άνθρακα, γραφένιο, καρβίδιο του βηρυλλίου κ.λπ.

Εικόνα III. Ταξινόμηση θερμικά αγώγιμων παρεμβυσμάτων σιλικόνης
Τα θερμικά αγώγιμα παρεμβύσματα σιλικόνης μπορούν να χωριστούν σε: θερμικά αγώγιμα επιθέματα σιλικόνης και μη-μαξιλάρια σιλικόνης. Οι ιδιότητες ηλεκτρικής μόνωσης των περισσότερων θερμικά αγώγιμων παρεμβυσμάτων σιλικόνης καθορίζονται τελικά από τις ιδιότητες μόνωσης των σωματιδίων πλήρωσης.

1. Θερμικά αγώγιμα επιθέματα σιλικόνης
Τα θερμικά αγώγιμα επιθέματα σιλικόνης χωρίζονται περαιτέρω σε πολλές υποκατηγορίες, η καθεμία με τα δικά της ξεχωριστά χαρακτηριστικά.

2. Τα επιθέματα σιλικόνης που δεν είναι-Σιλικόνης Τα μη-μαξιλάρια σιλικόνης είναι ένα υλικό υψηλής θερμικής αγωγιμότητας, αυτοκόλλητο-διπλής όψης-. Όταν χρησιμοποιούνται στη συναρμολόγηση ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, παρουσιάζουν χαμηλή θερμική αντίσταση και καλές ιδιότητες ηλεκτρικής μόνωσης υπό χαμηλή θλιπτική δύναμη. Λειτουργούν σταθερά από -40 μοίρες έως 150 μοίρες και πληρούν την κατηγορία επιβραδυντικού φλόγας UL94V0.

IV. Μηχανισμός θερμικής αγωγιμότητας θερμικά αγώγιμης σιλικόνης

Η θερμική αγωγιμότητα της θερμικά αγώγιμης σιλικόνης εξαρτάται από την αλληλεπίδραση μεταξύ του πολυμερούς και του θερμικά αγώγιμου πληρωτικού. Διαφορετικοί τύποι πληρωτικών έχουν διαφορετικούς μηχανισμούς θερμικής αγωγιμότητας.

1. Μηχανισμός θερμικής αγωγιμότητας μεταλλικών πληρωτικών
Τα μεταλλικά πληρωτικά κυρίως μεταφέρουν τη θερμότητα μέσω της κίνησης των ηλεκτρονίων. η διαδικασία της κίνησης των ηλεκτρονίων συνοδεύεται από μεταφορά θερμότητας.

2. Μηχανισμός θερμικής αγωγιμότητας μη-μεταλλικών πληρωτικών
Τα μη μεταλλικά υλικά πλήρωσης βασίζονται κυρίως στην αγωγιμότητα των φωνονίων. Ο ρυθμός διάχυσης της θερμότητάς τους εξαρτάται κυρίως από τη δόνηση γειτονικών ατόμων ή δεσμευτικών ομάδων. Αυτά περιλαμβάνουν οξείδια μετάλλων, νιτρίδια μετάλλων και καρβίδια.

V. Πώς να χρησιμοποιήσετε θερμικά αγώγιμα φύλλα σιλικόνης

Γενικά, τα θερμικά αγώγιμα επιθέματα σιλικόνης θα πρέπει να ενσωματώνονται στη σχεδίαση της δομής, του υλικού και του κυκλώματος από το αρχικό στάδιο σχεδιασμού. Οι παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη συνήθως περιλαμβάνουν: θερμική αγωγιμότητα, δομικό σχεδιασμό, ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα, απόσβεση κραδασμών και ηχοαπορρόφηση και εγκατάσταση και δοκιμή.

1. Επιλογή λύσης απαγωγής θερμότητας: Τα ηλεκτρονικά προϊόντα τείνουν προς μικρότερα, λεπτότερα και ελαφρύτερα σχέδια, χρησιμοποιώντας γενικά μεθόδους παθητικής ψύξης, που παραδοσιακά βασίζονται σε ψύκτρες θερμότητας. Η τρέχουσα τάση είναι να εξαλειφθούν εντελώς οι καταβόθρες θερμότητας, χρησιμοποιώντας δομικά εξαρτήματα απαγωγής θερμότητας (μεταλλικοί βραχίονες, μεταλλικά περιβλήματα). ή συνδυασμός διαλυμάτων ψύκτρας με δομικά εξαρτήματα απαγωγής θερμότητας. Η λύση με την καλύτερη αναλογία απόδοσης-κόστους θα πρέπει να επιλέγεται με βάση διαφορετικές απαιτήσεις συστήματος και περιβάλλοντα.

2. Εάν χρησιμοποιείτε διάλυμα ψύκτρας, δεν συνιστάται η χρήση θερμικά αγώγιμης ταινίας διπλής-όψης με χαμηλή θερμική αγωγιμότητα. ούτε συνιστάται η χρήση θερμικού γράσου χωρίς δυνατότητες απόσβεσης κραδασμών. Προτείνεται η χρήση μεταλλικών γάντζων ή πλαστικών πινέζων για λειτουργία, επιλέγοντας 0,5mm... Η χρήση παχύτερων θερμικά αγώγιμων μαξιλαριών σιλικόνης σε συνδυασμό με άλλες μεθόδους προσφέρει άνετη εγκατάσταση και εξαλείφει την ανάγκη για κολλητική βάση. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα σημαντικά καλύτερη απαγωγή θερμότητας από την θερμικά αγώγιμη ταινία διπλής-όψης και είναι ασφαλέστερη και πιο αξιόπιστη. Το συνολικό κόστος, συμπεριλαμβανομένης της τιμής μονάδας, της εργασίας και του εξοπλισμού, είναι πιο ανταγωνιστικό.

3. Κατά την επιλογή δομών απαγωγής θερμότητας, είναι απαραίτητο να λάβετε υπόψη τη δομική μορφή της δομής απαγωγής θερμότητας, όπως τοπικές προεξοχές ή εσοχές στην επιφάνεια επαφής. Πρέπει να επιτευχθεί μια ισορροπία μεταξύ του δομικού σχεδιασμού και του μεγέθους του θερμικά αγώγιμου μαξιλαριού σιλικόνης. Εάν η διαδικασία το επιτρέπει, καλό είναι να αποφύγετε την επιλογή υπερβολικά παχύ θερμικά αγώγιμων μαξιλαριών σιλικόνης. Για ευκολία στη λειτουργία, συνιστάται γενικά η μονόπλευρη αυτοκόλλητη επένδυση-με την επικαλυμμένη με κόλλα-πλευρά να εφαρμόζεται στη δομή απαγωγής θερμότητας. Είναι σημαντικό να επιλέξετε ένα επίθεμα με καλή αναλογία συμπίεσης για να εξασφαλίσετε επαρκή πίεση στο θερμικά αγώγιμο επίθεμα σιλικόνης. (Το πάχος του θερμικά αγώγιμου μαξιλαριού σιλικόνης πρέπει να υπερβαίνει το θεωρητικό ανώτερο όριο της απόστασης μεταξύ της δομής απαγωγής θερμότητας και της πηγής θερμότητας, συνήθως κατά 1mm-2mm.) Κατά την επιλογή δομών απαγωγής θερμότητας, η θέση, το ύψος και ο τύπος συσκευασίας των εξαρτημάτων θα πρέπει επίσης να λαμβάνονται υπόψη κατά τη διάταξη PCB. Η τακτική τοποθέτηση πηγών θερμότητας μπορεί να μειώσει το κόστος της δομής απαγωγής θερμότητας.

VI. Πώς να επιλέξετε θερμικά αγώγιμα φύλλα σιλικόνης
Η επιλογή της θερμικής αγωγιμότητας εξαρτάται κυρίως από την κατανάλωση ισχύος της πηγής θερμότητας και την ικανότητα απαγωγής θερμότητας της ψύκτρας ή της δομής απαγωγής θερμότητας. Γενικά, τα τσιπ με προδιαγραφές χαμηλής θερμοκρασίας, ευαισθησία σε υψηλή θερμοκρασία ή υψηλή πυκνότητα ροής θερμότητας (γενικά μεγαλύτερη από 0,6 W/cm³ που απαιτεί απαγωγή θερμότητας, ενώ εκείνα με επιφανειακή πυκνότητα ροής θερμότητας μικρότερη από 0,04 W/cm² απαιτούν μόνο φυσική μεταφορά) απαιτούν απαγωγή θερμότητας και τα θερμικά αγώγιμα φύλλα σιλικόνης θα πρέπει να επιλέγονται με υψηλότερη αγωγιμότητα. Στη βιομηχανία ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης, οι θερμοκρασίες σύνδεσης τσιπ δεν επιτρέπεται γενικά να υπερβαίνουν τους 85 βαθμούς Κελσίου και συνιστάται ο έλεγχος της θερμοκρασίας της επιφάνειας του τσιπ κάτω από 75 βαθμούς Κελσίου κατά τη διάρκεια δοκιμών υψηλής{{6} θερμοκρασίας. Τα εξαρτήματα ολόκληρης της πλακέτας είναι ως επί το πλείστον εμπορικής- ποιότητας, επομένως η εσωτερική θερμοκρασία του συστήματος συνιστάται να μην υπερβαίνει τους 50 βαθμούς Κελσίου σε θερμοκρασία δωματίου. Η επιφάνεια της πρώτης επιφάνειας, ή η επιφάνεια με την οποία μπορεί να έρθει σε επαφή ο τελικός πελάτης, θα πρέπει ιδανικά να έχει θερμοκρασία κάτω από 45 βαθμούς Κελσίου σε θερμοκρασία δωματίου. Η επιλογή θερμικά αγώγιμων φύλλων σιλικόνης με υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις σχεδιασμού και να επιτρέψει κάποιο περιθώριο σχεδιασμού.

Σημείωση: Πυκνότητα ροής θερμότητας: ορίζεται ως: η πυκνότητα ροής θερμότητας ανά μονάδα επιφάνειας (1 τετραγωνικό μέτρο) ανά μονάδα χρόνου (1 Η θερμοκρασία διακλάδωσης (JT) μετρά την ποσότητα θερμότητας που διέρχεται από τη γκοφρέτα ημιαγωγών στο συσκευασμένο περίβλημα της συσκευής σε δευτερόλεπτα. Είναι συνήθως υψηλότερη από τη θερμοκρασία της θήκης και τη θερμοκρασία της επιφάνειας της συσκευής. περίβλημα, καθώς και η θερμική αντίσταση.

VII. Παράγοντες που επηρεάζουν τη θερμική αγωγιμότητα της θερμικά αγώγιμης σιλικόνης

1. Τύπος και ιδιότητες του υλικού πολυμερούς μήτρας: Ένα υλικό μήτρας υψηλότερης θερμικής αγωγιμότητας, καλύτερη διασπορά πληρωτικού στη μήτρα και καλύτερος δεσμός μεταξύ της μήτρας και του υλικού πλήρωσης έχουν ως αποτέλεσμα καλύτερη θερμική αγωγιμότητα του σύνθετου υλικού.

2. Τύπος πληρωτικού: Η υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα του πληρωτικού γενικά οδηγεί σε καλύτερη θερμική αγωγιμότητα του σύνθετου υλικού.

3. Σχήμα Γεμίσματος: Γενικά, η σειρά ευκολίας σχηματισμού θερμικών οδών είναι μουστάκια > ίνες > νιφάδες > κόκκοι. Όσο πιο εύκολο είναι για το πληρωτικό να σχηματίσει θερμικές οδούς, τόσο καλύτερη είναι η θερμική αγωγιμότητα.

4. Περιεχόμενο πληρωτικού Η κατανομή των πληρωτικών μέσα στο πολυμερές καθορίζει τη θερμική αγωγιμότητα των σύνθετων υλικών. Όταν η περιεκτικότητα σε πληρωτικό είναι χαμηλή, η επίδραση της θερμικής αγωγιμότητας δεν είναι σημαντική. όταν η περιεκτικότητα του πληρωτικού υλικού είναι υπερβολική, οι μηχανικές ιδιότητες του σύνθετου υλικού επηρεάζονται σε μεγάλο βαθμό. Ωστόσο, όταν το περιεχόμενο πλήρωσης αυξάνεται σε μια ορισμένη τιμή, η αλληλεπίδραση μεταξύ των πληρωτικών σχηματίζει ένα δίκτυο-όπως ή αλυσίδα-όπως θερμικά αγώγιμο δίκτυο στο σύστημα. Η θερμική αγωγιμότητα είναι βέλτιστη όταν η κατεύθυνση αυτού του δικτύου είναι ευθυγραμμισμένη με την κατεύθυνση της ροής θερμότητας. Επομένως, υπάρχει μια κρίσιμη τιμή για την ποσότητα του θερμικά αγώγιμου πληρωτικού.

5. Χαρακτηριστικά σύνδεσης μεταξύ πληρωτικού υλικού και υλικού μήτρας Όσο υψηλότερος είναι ο βαθμός σύνδεσης μεταξύ του πληρωτικού και της μήτρας, τόσο καλύτερη είναι η θερμική αγωγιμότητα. Η χρήση κατάλληλου παράγοντα σύζευξης για την επεξεργασία της επιφάνειας του πληρωτικού μπορεί να αυξήσει τη θερμική αγωγιμότητα κατά 10%-20%.