Разберете термопроводимия силиконов лист в една статия

Традиционните топлопроводими материали се състоят предимно от метали (Ag, Cu и Al) и метални оксиди (Al₂O₃, MgO и BeO), както и не-метални материали (графит, сажди, Si₃N₄ и AlN). В резултат на напредъка на промишленото производство и науката и технологиите към топлопроводимите материали са наложени нови изисквания. Наблюдава се желанието за материали с изключителни всеобхватни свойства. В електрическия и електронния сектор размерът на електронните компоненти и логическите схеми е намалял хиляди пъти в резултат на бързото развитие на технологиите за интеграция и асемблиране. Следователно са необходими изолационни материали с висока топлопроводимост. През последните няколко десетилетия областите на приложение на полимерните материали непрекъснато се разширяват. Замяната на традиционните промишлени материали, особено металните материали, с изкуствено синтезирани полимерни материали се превърна във фокус на глобалните научни изследвания. I. Какво представляват топлопроводимите силиконови листове?

Силиконовите листове, които са топлопроводими, са вид среден материал, който се синтезира чрез уникален процес. Този процес включва използването на силикон като основен материал и добавянето на различни спомагателни материали, като метални оксиди. Топлопроводимият силиконов каучук е полимерен композитен материал, който постига топлопроводимост чрез напълване с топлопроводим прах и използване на органосиликонова смола като свързващо вещество.

II. Често използвани матрични материали и пълнители за топлопроводими силиконови листове

Органосиликонова смола (основна суровина)

1. Изолационни и топлопроводими пълнители: алуминиев оксид, магнезиев оксид, борен нитрид, алуминиев нитрид, берилиев оксид, кварц и др. Органосилициеви пластификатори

2. Забавители на горенето: магнезиев хидроксид, алуминиев хидроксид

3. Неорганични оцветители (диференциране на цветовете)

4. Омрежващ агент (изисквания за адхезия)

5. Катализатор (изисквания за формоване на процеса)

Забележка: Топлопроводимите силиконови подложки изпълняват функция за топлопроводимост, като образуват добра пътека за топлопроводимост между-генериращия топлина елемент и-разсейващото топлина устройство. Заедно с радиатори, структурни крепежни елементи (вентилатори) и др., те образуват модул за разсейване на топлината.

Пълнителите включват следните метални и неорганични пълнители:

1. Метални прахови пълнители: меден прах, алуминиев прах, железен прах, калаен прах, никелов прах и др.;

2. Метални оксиди: алуминиев оксид, бисмутов оксид, берилиев оксид, магнезиев оксид, цинков оксид;

3. Метални... Нитриди: Алуминиев нитрид, Борен нитрид, Силициев нитрид;

4. Неорганични не-метали: графит, силициев карбид, въглеродни влакна, въглеродни нанотръби, графен, берилиев карбид и др.

Изображение III. Класификация на топлопроводимите силиконови уплътнения
Термопроводимите силиконови уплътнения могат да бъдат разделени на: топлопроводими силиконови подложки и не-силиконови силиконови подложки. Електрическите изолационни свойства на повечето топлопроводими силиконови уплътнения в крайна сметка се определят от изолационните свойства на частиците на пълнителя.

1. Термопроводими силиконови подложки
Термопроводимите силиконови подложки са допълнително разделени на много подкатегории, всяка със свои собствени отличителни характеристики.

2. Не-силиконови силиконови подложки Не-силиконовите силиконови подложки са материал с висока топлопроводимост, двустранно-само-залепващо се. Когато се използват в сглобяването на електронни компоненти, те показват ниско термично съпротивление и добри електрически изолационни свойства при ниска сила на натиск. Те работят стабилно от -40 градуса до 150 градуса и отговарят на рейтинга за забавяне на горенето UL94V0.

IV. Механизъм за топлопроводимост на топлопроводимия силикон

Топлопроводимостта на топлопроводимия силикон зависи от взаимодействието между полимера и топлопроводимия пълнител. Различните видове пълнители имат различни механизми на топлопроводимост.

1. Механизъм на топлопроводимост на метални пълнители
Металните пълнители провеждат топлина предимно чрез движение на електрони; процесът на движение на електрони е придружен от пренос на топлина.

2. Механизъм на топлопроводимост на не-метални пълнители
Не{0}}металните пълнители разчитат предимно на фононна проводимост; тяхната скорост на топлинна дифузия зависи главно от вибрациите на съседни атоми или свързващи групи. Те включват метални оксиди, метални нитриди и карбиди.

V. Как да използвате топлопроводими силиконови листове

Като цяло топлопроводимите силиконови подложки трябва да бъдат включени в структурния, хардуерния и схемния дизайн от началния етап на проектиране. Факторите, които трябва да се имат предвид, обикновено включват: топлопроводимост, структурен дизайн, електромагнитна съвместимост, гасене на вибрации и звукопоглъщане, както и монтаж и тестване.

1. Избор на решение за разсейване на топлината: Електронните продукти се насочват към по-малки, по-тънки и по-леки дизайни, като обикновено използват пасивни методи за охлаждане, традиционно разчитащи на радиатори. Настоящата тенденция е да се елиминират напълно радиаторите, като се използват структурни компоненти за разсейване на топлината (метални скоби, метални корпуси); или комбиниране на решения за радиатор със структурни компоненти за разсейване на топлината. Решението с най-добро съотношение цена-производителност трябва да бъде избрано въз основа на различни системни изисквания и среди.

2. Ако използвате решение за радиатор, не се препоръчва използването на топлопроводяща двустранна лента с ниска топлопроводимост; също не се препоръчва използването на термична грес без способности за потискане на вибрациите. Препоръчително е да използвате метални куки или пластмасови щифтове за работа, като изберете 0,5 мм... Използването на по-дебели термопроводими силиконови подложки в комбинация с други методи предлага удобен монтаж и елиминира необходимостта от лепило. Това води до значително по-добро разсейване на топлината в сравнение с двустранната термопроводяща лента и е по-безопасно и по-надеждно. Общите разходи, включително единична цена, труд и оборудване, са по-конкурентни.

3. Когато избирате структури за разсейване на топлината, е необходимо да вземете предвид структурната форма на структурата за разсейване на топлината, като локални издатини или вдлъбнатини на контактната повърхност. Трябва да се намери баланс между структурния дизайн и размера на топлопроводимата силиконова подложка. Ако процесът позволява, препоръчително е да избягвате избора на прекалено дебели термопроводими силиконови подложки. За по-лесна работа обикновено се препоръчва едностранна-залепваща подложка, като покритата с лепило-страна се нанася върху структурата за разсейване на топлината. От решаващо значение е да изберете подложка с добро съотношение на компресия, за да осигурите достатъчен натиск върху топлопроводимата силиконова подложка. (Дебелината на топлопроводимата силиконова подложка трябва да надвишава теоретичната горна граница на хлабината между структурата за разсейване на топлината и източника на топлина, обикновено с 1 mm-2 mm.) При избора на структури за разсейване на топлината, позицията, височината и вида на опаковката на компонентите също трябва да се вземат предвид по време на оформлението на печатни платки. Редовното поставяне на източници на топлина може да намали цената на конструкцията за разсейване на топлината.

VI. Как да изберем топлопроводими силиконови листове
Изборът на топлопроводимост зависи главно от консумацията на енергия на източника на топлина и капацитета на разсейване на топлината на радиатора или структурата за разсейване на топлина. Обикновено чипове с ниски температурни спецификации, висока температурна чувствителност или висока плътност на топлинния поток (обикновено над 0,6 W/cm³, изискващи разсейване на топлината, докато тези с повърхностна плътност на топлинния поток под 0,04 W/cm² изискват само естествена конвекция) изискват разсейване на топлината и трябва да се изберат топлопроводими силиконови листове с по-висока топлопроводимост. В индустрията за потребителска електроника температурите на свързване на чипове обикновено не се допускат да надвишават 85 градуса по Целзий и се препоръчва температурата на повърхността на чипа да се контролира под 75 градуса по Целзий по време на високо-температурно изпитване. Компонентите на цялата платка са предимно търговски-клас, така че се препоръчва вътрешната температура на системата да не надвишава 50 градуса по Целзий при стайна температура. Повърхността на първата повърхност или повърхността, с която крайният клиент може да се свърже, в идеалния случай трябва да има температура под 45 градуса по Целзий при стайна температура. Изборът на топлопроводими силиконови листове с по-висока топлопроводимост може да отговори на изискванията за проектиране и да позволи известен марж на дизайна.

Забележка: Плътност на топлинния поток: дефинирана като: плътността на топлинния поток на единица площ (1 квадратен метър) за единица време (1 Температурата на прехода (JT) измерва количеството топлина, което преминава през полупроводниковата подложка към опакования корпус на устройството за секунди. Тя обикновено е по-висока от температурата на корпуса и температурата на повърхността на устройството. Температурата на прехода измерва времето, необходимо за разсейване на топлината от полупроводниковата подложка към опакования корпус на устройството, като както и термичното съпротивление.

VII. Фактори, влияещи върху топлопроводимостта на топлопроводимия силикон

1. Тип и свойства на полимерния матричен материал: Матричен материал с по-висока топлопроводимост, по-добра дисперсия на пълнителя в матрицата и по-добра връзка между матрицата и пълнителя водят до по-добра топлопроводимост на композитния материал.

2. Тип пълнител: По-високата топлопроводимост на пълнителя обикновено води до по-добра топлопроводимост на композитния материал.

3. Форма на пълнителя: Обикновено редът на лесното формиране на топлинни пътища е мустаци > влакна > люспи > гранули. Колкото по-лесно е за пълнителя да образува термични пътища, толкова по-добра е топлопроводимостта.

4. Съдържание на пълнител Разпределението на пълнителите в полимера определя топлопроводимостта на композитните материали. Когато съдържанието на пълнител е ниско, ефектът на топлопроводимост не е значителен; когато съдържанието на пълнител е прекомерно, механичните свойства на композитния материал са силно засегнати. Въпреки това, когато съдържанието на пълнител се увеличи до определена стойност, взаимодействието между пълнителите образува мрежа-подобна или верижна-подобна на топлопроводима мрежа в системата. Топлопроводимостта е оптимална, когато посоката на тази мрежа е изравнена с посоката на топлинния поток. Следователно има критична стойност за количеството топлопроводим пълнител.

5. Характеристики на свързване между пълнителя и матрицата Колкото по-висока е степента на свързване между пълнителя и матрицата, толкова по-добра е топлопроводимостта. Използването на подходящ свързващ агент за третиране на повърхността на пълнителя може да увеличи топлопроводимостта с 10%–20%.