Ymmärrä lämpöä johtava silikonilevy yhdessä artikkelissa

Perinteiset lämpöä johtavat materiaalit koostuvat pääasiassa metalleista (Ag, Cu ja Al) ja metallioksideista (Al2O3, MgO ja BeO) sekä ei--metallisista materiaaleista (grafiitti, hiilimusta, Si3N4 ja AlN). Lämpöä johtaville materiaaleille on asetettu uusia vaatimuksia teollisen tuotannon sekä tieteen ja tekniikan kehityksen seurauksena. Poikkeuksellisen kokonaisvaltaisten materiaalien halu on havaittu. Sähkö- ja elektroniikkaaloilla elektronisten komponenttien ja logiikkapiirien koko on pienentynyt tuhansia kertoja integraatio- ja kokoonpanoteknologioiden nopean kehityksen seurauksena. Tästä syystä tarvitaan eristysmateriaaleja, joilla on korkea lämmönjohtavuus. Muutaman viime vuosikymmenen aikana polymeerimateriaalien käyttöalueet ovat jatkuvasti laajentuneet. Perinteisten teollisten materiaalien, erityisesti metallimateriaalien, korvaamisesta keinotekoisesti syntetisoiduilla polymeerimateriaaleilla on tullut globaalin tieteellisen tutkimuksen painopiste. I. Mitä ovat lämpöä johtavat silikonilevyt?

Lämpöä johtavat silikonilevyt ovat eräänlainen keskipitkä materiaali, joka syntetisoidaan ainutlaatuisella prosessilla. Tämä prosessi sisältää silikonin käytön perusmateriaalina ja erilaisten apumateriaalien, kuten metallioksidien, lisäämisen. Lämpöä johtava silikonikumi on polymeerikomposiittimateriaali, joka saavuttaa lämmönjohtavuuden täyttämällä sen lämpöä johtavalla jauheella ja käyttämällä organopiihartsia sideaineena.

II. Yleisesti käytetyt matriisimateriaalit ja täyteaineet lämpöä johtaville silikonilevyille

Organopiihartsi (perusraaka-aine)

1. Eristävät ja lämpöä johtavat täyteaineet: alumiinioksidi, magnesiumoksidi, boorinitridi, alumiininitridi, berylliumoksidi, kvartsi jne. Orgaaniset piin pehmittimet

2. Palonestoaineet: Magnesiumhydroksidi, alumiinihydroksidi

3. Epäorgaaniset väriaineet (värien erottelu)

4. Silloitusaine (tarttuvuusvaatimukset)

5. Katalyytti (prosessimuovausvaatimukset)

Huomautus: Lämpöä johtavat silikonityynyt toimivat lämmönjohtavuusfunktiona ja muodostavat hyvän lämmönjohtavuusreitin lämpöä -tuottavan elementin ja lämpöä-haihduttavan laitteen välille. Yhdessä jäähdytyslevyjen, rakenteellisten kiinnittimien (tuulettimien) jne. kanssa ne muodostavat lämmönpoistomoduulin.

Täyteaineita ovat seuraavat metalliset ja epäorgaaniset täyteaineet:

1. Metallijauheen täyteaineet: kuparijauhe, alumiinijauhe, rautajauhe, tinajauhe, nikkelijauhe jne.;

2. Metallioksidit: alumiinioksidi, vismuttioksidi, berylliumoksidi, magnesiumoksidi, sinkkioksidi;

3. Metalli... Nitridit: alumiininitridi, boorinitridi, piinitridi;

4. Epäorgaaniset ei--metallit: grafiitti, piikarbidi, hiilikuitu, hiilinanoputket, grafeeni, berylliumkarbidi jne.

Kuva III. Lämpöä johtavien silikonitiivisteiden luokitus
Lämpöä johtavat silikonitiivisteet voidaan jakaa lämpöä johtaviin silikonityynyihin ja ei--silikonityynyihin. Useimpien lämpöä johtavien silikonitiivisteiden sähköeristysominaisuudet määräytyvät viime kädessä täyteainehiukkasten eristysominaisuuksien mukaan.

1. Lämpöä johtavat silikonityynyt
Lämpöä johtavat silikonityynyt jaetaan edelleen useisiin alakategorioihin, joista jokaisella on omat erityispiirteensä.

2. Ei--silikonisilikoniset tyynyt Ei--silikonisilikonityynyt ovat korkean lämmönjohtavuuden materiaalia, kaksipuoleisia-itseliimautuvia. Kun niitä käytetään elektroniikkakomponenttien kokoonpanossa, niillä on alhainen lämpövastus ja hyvät sähköeristysominaisuudet pienellä puristusvoimalla. Ne toimivat vakaasti -40 asteesta 150 asteeseen ja täyttävät UL94V0 palonestoluokitus.

IV. Lämpöä johtavan silikonin lämmönjohtavuusmekanismi

Lämpöä johtavan silikonin lämmönjohtavuus riippuu polymeerin ja lämpöä johtavan täyteaineen välisestä vuorovaikutuksesta. Erityyppisillä täyteaineilla on erilaiset lämmönjohtavuusmekanismit.

1. Metallien täyteaineiden lämmönjohtavuusmekanismi
Metalliset täyteaineet johtavat ensisijaisesti lämpöä elektronien liikkeen kautta; elektronien liikkumisprosessiin liittyy lämmönsiirto.

2. Ei--metallitäyteaineiden lämmönjohtavuusmekanismi
Ei--metallitäyteaineet perustuvat ensisijaisesti fononien johtamiseen; niiden lämmön diffuusionopeus riippuu pääasiassa viereisten atomien tai sidosryhmien värähtelystä. Näitä ovat metallioksidit, metallinitridit ja karbidit.

V. Kuinka käyttää lämpöä johtavia silikonilevyjä

Yleensä lämpöä johtavat silikonityynyt tulisi sisällyttää rakenne-, laitteisto- ja piirisuunnitteluun suunnitteluvaiheesta lähtien. Yleensä huomioitavia tekijöitä ovat: lämmönjohtavuus, rakennesuunnittelu, EMC, tärinänvaimennus ja äänenvaimennus sekä asennus ja testaus.

1. Lämmönpoistoratkaisun valitseminen: Elektroniikkatuotteet ovat suuntaamassa kohti pienempiä, ohuempia ja kevyempiä malleja, joissa käytetään yleensä passiivisia jäähdytysmenetelmiä ja perinteisesti jäähdytyselementtejä. Nykyinen suuntaus on poistaa jäähdytyselementit kokonaan käyttämällä rakenteellisia lämmönpoistokomponentteja (metallikannattimet, metallikotelot); tai jäähdytyselementtiratkaisujen yhdistäminen rakenteellisiin lämmönpoistokomponentteihin. Ratkaisu, jolla on paras kustannus-suorituskykysuhde, tulee valita erilaisten järjestelmävaatimusten ja ympäristöjen perusteella.

2. Jos käytät jäähdytyselementtiratkaisua, ei ole suositeltavaa käyttää lämpöä johtavaa kaksipuolista teippiä, jonka lämmönjohtavuus on alhainen. ei myöskään ole suositeltavaa käyttää lämpörasvaa ilman tärinää vaimentavia ominaisuuksia. Suosittelemme käyttämään metallikoukkuja tai muovisia työntötappeja, valitessasi 0,5 mm... Paksumpien lämpöä johtavien silikonityynyjen käyttö yhdessä muiden menetelmien kanssa mahdollistaa kätevän asennuksen ja eliminoi tartuntataustan tarpeen. Tämä johtaa huomattavasti parempaan lämmönpoistoon kuin kaksipuolinen lämpöä johtava teippi, ja se on turvallisempi ja luotettavampi. Kokonaiskustannukset, mukaan lukien yksikköhinta, työvoima ja laitteet, ovat kilpailukykyisempiä.

3. Lämmönpoistorakenteita valittaessa on otettava huomioon lämmönpoistorakenteen rakenteellinen muoto, kuten kosketuspinnan paikalliset ulkonemat tai syvennykset. Rakenteellisen suunnittelun ja lämpöä johtavan silikonityynyn koon välillä on löydettävä tasapaino. Jos prosessi sallii, on suositeltavaa välttää liian paksujen lämpöä johtavien silikonityynyjen valitsemista. Käytön helpottamiseksi suositellaan yleensä yksipuolista-liimautuvaa taustaa, jolloin liima{5}}päällystetty puoli kiinnitetään lämmönpoistorakenteeseen. On tärkeää valita hyvä puristussuhde, jotta lämpöä johtavaan silikonityynyyn kohdistuu riittävä paine. (Lämpöä johtavan silikonityynyn paksuuden tulee ylittää lämmönpoistorakenteen ja lämmönlähteen välisen välyksen teoreettinen yläraja, tyypillisesti 1 mm-2 mm.) Lämmönpoistorakenteita valittaessa tulee huomioida myös komponenttien sijainti, korkeus ja pakkaustyyppi piirilevyasettelussa. Lämmönlähteiden säännöllinen sijoittaminen voi vähentää lämmönpoistorakenteen kustannuksia.

VI. Kuinka valita lämpöä johtavat silikonilevyt
Lämmönjohtavuuden valinta riippuu ensisijaisesti lämmönlähteen tehonkulutuksesta ja jäähdytyselementin tai lämmönpoistorakenteen lämmönpoistokapasiteetista. Yleensä lastut, joilla on alhaiset lämpötilatiedot, korkea lämpötilaherkkyys tai korkea lämpövuon tiheys (yleensä yli 0,6 W/cm³ vaativat lämmönpoistoa, kun taas ne, joiden pintalämpövuon tiheys on alle 0,04 W/cm², edellyttävät vain luonnollista konvektiota) vaativat lämmönpoistoa, ja lämpöä johtavat silikonilevyt tulisi valita korkeammalla lämmönjohtavuudella. Kulutuselektroniikkateollisuudessa sirun liitoslämpötilat eivät yleensä saa ylittää 85 celsiusastetta, ja sirun pinnan lämpötilaa suositellaan kontrolloimaan alle 75 celsiusastetta korkean lämpötilan testauksen aikana. Koko levyn komponentit ovat enimmäkseen kaupallista-laatua, joten järjestelmän sisäisen lämpötilan ei suositella ylittäväksi 50 celsiusastetta huoneenlämmössä. Ensimmäisen pinnan pinnan tai pinnan, johon loppuasiakas voi koskettaa, tulisi ihanteellisesti olla huoneenlämmössä alle 45 celsiusastetta. Lämmönjohtavien silikonilevyjen valitseminen, joilla on korkeampi lämmönjohtavuus, voi täyttää suunnitteluvaatimukset ja sallia jonkin verran suunnittelumarginaalia.

Huomautus: Lämpövuon tiheys: määritellään seuraavasti: lämpövuon tiheys pinta-alayksikköä (1 neliömetriä) kohti aikayksikköä kohti (1 Liitoslämpötila (JT) mittaa lämpömäärää, joka kulkee puolijohdekiekon läpi pakattuun laitekoteloon sekunneissa. Se on tyypillisesti korkeampi kuin kotelon lämpötila ja laitteen pinnan lämpötila. Liitoslämpötila mittaa aikaa, joka kuluu lämpökiekosta puolijohdelaitteena koteloon. kuin lämpövastus.

VII. Lämpöä johtavan silikonin lämmönjohtavuuteen vaikuttavat tekijät

1. Polymeerimatriisimateriaalin tyyppi ja ominaisuudet: Korkeamman lämmönjohtavuuden omaava matriisimateriaali, parempi täyteaineen dispersio matriisissa ja parempi sidos matriisin ja täyteaineen välillä johtavat komposiittimateriaalin parempaan lämmönjohtavuuteen.

2. Täyteainetyyppi: Korkeampi täyteaineen lämmönjohtavuus johtaa yleensä komposiittimateriaalin parempaan lämmönjohtavuuteen.

3. Täyteaineen muoto: Yleensä lämpöteiden muodostumisen helppousjärjestys on viikset > kuidut > hiutaleet > rakeet. Mitä helpommin täyteaine muodostaa lämpöreittejä, sitä parempi on lämmönjohtavuus.

4. Täyteainepitoisuus Täyteaineiden jakautuminen polymeerin sisällä määrää komposiittimateriaalien lämmönjohtavuuden. Kun täyteainepitoisuus on alhainen, lämmönjohtavuusvaikutus ei ole merkittävä; kun täyteainepitoisuus on liian suuri, komposiittimateriaalin mekaaniset ominaisuudet vaikuttavat suuresti. Kuitenkin, kun täyteainepitoisuus kasvaa tiettyyn arvoon, täyteaineiden välinen vuorovaikutus muodostaa järjestelmään verkko-tai ketju-lämpöä johtavan verkon. Lämmönjohtavuus on optimaalinen, kun tämän verkon suunta on linjassa lämmön virtauksen suunnan kanssa. Siksi lämpöä johtavan täyteaineen määrällä on kriittinen arvo.

5. Täyteaineen ja matriisin väliset sidosominaisuudet Mitä korkeampi sidosaste täyteaineen ja matriisin välillä on, sitä parempi lämmönjohtavuus. Sopivan kytkentäaineen käyttö täyteaineen pinnan käsittelyyn voi lisätä lämmönjohtavuutta 10–20 %.