Förstå den termiskt ledande silikonskivan i en artikel

Traditionella värmeledande material består i första hand av metaller (Ag, Cu och Al) och metalloxider (Al2O3, MgO och BeO), såväl som icke-metalliska material (grafit, kimrök, Si₃N4 och AlN). Nya krav har ställts på värmeledande material som ett resultat av framsteg inom industriell produktion och vetenskap och teknik. Önskemålet om material med exceptionellt omfattande egenskaper har observerats. Inom den elektriska och elektroniska sektorn har storleken på elektroniska komponenter och logiska kretsar minskat tusentals gånger som ett resultat av den snabba utvecklingen av integrations- och monteringsteknologier. Följaktligen krävs isoleringsmaterial med hög värmeledningsförmåga. Under de senaste decennierna har användningsområdena för polymermaterial stadigt expanderat. Ersättningen av traditionella industriella material, särskilt metalliska material, med artificiellt syntetiserade polymermaterial har blivit ett fokus för global vetenskaplig forskning. I. Vad är termiskt ledande silikonskivor?

Silikonskivor som är termiskt ledande är en typ av mediummaterial som syntetiseras genom en unik process. Denna process involverar användning av silikon som basmaterial och tillsats av en mängd olika hjälpmaterial, såsom metalloxider. Termiskt ledande silikongummi är ett polymerkompositmaterial som uppnår värmeledningsförmåga genom att fylla det med termiskt ledande pulver och använda kiselorganiskt harts som bindemedel.

II. Vanligt använda matrismaterial och fyllmedel för termiskt ledande silikonskivor

Organokiselharts (grundråvara)

1. Isolerande och termiskt ledande fyllmedel: aluminiumoxid, magnesiumoxid, bornitrid, aluminiumnitrid, berylliumoxid, kvarts, etc. Organokiselmjukgörare

2. Flamskyddsmedel: Magnesiumhydroxid, Aluminiumhydroxid

3. Oorganiska färgämnen (färgdifferentiering)

4. Tvärbindningsmedel (krav vid vidhäftning)

5. Katalysator (krav för processgjutning)

Obs: Värmeledande silikonkuddar har en värmeledningsförmåga och bildar en bra värmeledningsbana mellan det värme-alstrande elementet och den-värmeavledande enheten. Tillsammans med kylflänsar, strukturella fästelement (fläktar) etc. bildar de en värmeavledningsmodul.

Fyllmedel inkluderar följande metall och oorganiska fyllmedel:

1. Metallpulverfyllmedel: kopparpulver, aluminiumpulver, järnpulver, tennpulver, nickelpulver, etc.;

2. Metalloxider: aluminiumoxid, vismutoxid, berylliumoxid, magnesiumoxid, zinkoxid;

3. Metall... Nitrider: aluminiumnitrid, bornitrid, kiselnitrid;

4. Oorganiska icke-metaller: grafit, kiselkarbid, kolfiber, kolnanorör, grafen, berylliumkarbid, etc.

Bild III. Klassificering av termiskt ledande silikonpackningar
Värmeledande silikonpackningar kan delas in i: värmeledande silikonkuddar och icke-silikonkuddar. De elektriska isoleringsegenskaperna hos de flesta värmeledande silikonpackningar bestäms i slutändan av fyllmedelspartiklarnas isoleringsegenskaper.

1. Termiskt ledande silikonkuddar
Termiskt ledande silikonkuddar är ytterligare indelade i många underkategorier, var och en med sina egna distinkta egenskaper.

2. Icke-silikonkuddar Icke-silikonkuddar är ett material med hög värmeledningsförmåga, dubbel-självhäftande-. När de används i montering av elektroniska komponenter uppvisar de lågt termiskt motstånd och goda elektriska isoleringsegenskaper under låg tryckkraft. De fungerar stabilt från -40 grader till 150 grader och uppfyller UL94V0 flamskyddsklassificeringen.

IV. Termisk konduktivitetsmekanism för termiskt konduktivt silikon

Värmeledningsförmågan hos termiskt ledande silikon beror på interaktionen mellan polymeren och det värmeledande fyllmedlet. Olika typer av fyllmedel har olika värmeledningsmekanismer.

1. Termisk konduktivitetsmekanism för metallfyllmedel
Metallfyllmedel leder främst värme genom elektronrörelse; processen för elektronrörelse åtföljs av värmeöverföring.

2. Termisk konduktivitetsmekanism för icke-metallfyllmedel
Icke-fyllmedel förlitar sig främst på fononledning; deras värmediffusionshastighet beror huvudsakligen på vibrationerna hos angränsande atomer eller bindningsgrupper. Dessa inkluderar metalloxider, metallnitrider och karbider.

V. Hur man använder termiskt ledande silikonskivor

Generellt bör termiskt ledande silikonkuddar införlivas i strukturen, hårdvaran och kretsdesignen från det inledande designskedet. Faktorer att överväga inkluderar vanligtvis: värmeledningsförmåga, strukturell design, EMC, vibrationsdämpning och ljudabsorption samt installation och testning.

1. Att välja en värmeavledningslösning: Elektroniska produkter går mot mindre, tunnare och lättare konstruktioner, i allmänhet använder sig av passiva kylningsmetoder, som traditionellt förlitar sig på kylflänsar. Den nuvarande trenden är att eliminera kylflänsar helt och hållet med hjälp av strukturella värmeavledningskomponenter (metallfästen, metallhöljen); eller kombinera kylflänslösningar med strukturella värmeavledningskomponenter. Lösningen med det bästa kostnads-prestandaförhållandet bör väljas utifrån olika systemkrav och miljöer.

2. Om du använder en kylflänslösning rekommenderas det inte att använda termiskt ledande dubbel-tejp med låg värmeledningsförmåga; Det rekommenderas inte heller att använda termiskt fett utan vibrationsdämpande kapacitet. Det rekommenderas att använda metallkrokar eller plaststift för användning, välja 0,5 mm... Användning av tjockare värmeledande silikonkuddar i kombination med andra metoder ger bekväm installation och eliminerar behovet av självhäftande baksida. Detta resulterar i betydligt bättre värmeavledning än dubbel- värmeledande tejp och är säkrare och mer pålitlig. Den totala kostnaden, inklusive enhetspris, arbetskraft och utrustning, är mer konkurrenskraftig.

3. När du väljer värmeavledningsstrukturer är det nödvändigt att överväga den strukturella formen av värmeavledningsstrukturen, såsom lokala utsprång eller urtag på kontaktytan. En balans måste göras mellan den strukturella designen och storleken på den värmeledande silikonkudden. Om processen tillåter, är det lämpligt att undvika att välja alltför tjocka värmeledande silikonkuddar. För enkel användning rekommenderas i allmänhet enkel-adhesiv baksida, med den adhesiv-belagda sidan applicerad på värmeavledningsstrukturen. Det är avgörande att välja en dyna med ett bra kompressionsförhållande för att säkerställa tillräckligt tryck på den termiskt ledande silikonkudden. (Tjockleken på den termiskt ledande silikonkudden måste överstiga den teoretiska övre gränsen för spelet mellan värmeavledningsstrukturen och värmekällan, vanligtvis med 1 mm-2 mm.) Vid val av värmeavledningsstrukturer bör komponenternas position, höjd och förpackningstyp även beaktas under PCB-layouten. Att regelbundet placera värmekällor kan minska kostnaderna för värmeavledningsstrukturen.

VI. Hur man väljer termiskt ledande silikonskivor
Valet av värmeledningsförmåga beror i första hand på värmekällans energiförbrukning och värmeavledningskapaciteten hos kylflänsen eller värmeavledningsstrukturen. Generellt kräver chips med lågtemperaturspecifikationer, hög temperaturkänslighet eller hög värmeflödestäthet (i allmänhet större än 0,6 W/cm³ som kräver värmeavledning, medan de med ytvärmeflödestäthet mindre än 0,04 W/cm² endast kräver naturlig konvektion) värmeavledning, och värmeledande silikonskivor bör väljas som högre ledningsförmåga. Inom hemelektronikindustrin tillåts chipövergångstemperaturer i allmänhet inte överstiga 85 grader Celsius, och det rekommenderas att kontrollera chipets yttemperatur under 75 grader Celsius under hög-temperaturtestning. Komponenterna i hela kortet är för det mesta kommersiella-klassade, så den interna systemtemperaturen rekommenderas att inte överstiga 50 grader Celsius vid rumstemperatur. Ytan på den första ytan, eller ytan som slutkunden kan komma i kontakt med, bör helst ha en temperatur under 45 grader Celsius vid rumstemperatur. Att välja värmeledande silikonskivor med högre värmeledningsförmåga kan uppfylla designkraven och ge en viss designmarginal.

Obs: Värmeflödestäthet: definieras som: värmeflödestätheten per ytenhet (1 kvadratmeter) per tidsenhet (1 Kopplingstemperaturen (JT) mäter mängden värme som passerar genom halvledarskivan till det förpackade enhetshöljet på sekunder. Den är vanligtvis högre än höljets temperatur och enhetens yttemperatur. Övergångstemperaturen mäter tiden som krävs för värmeavledning eller enhet som förpackning till halvledarpaketet. som det termiska motståndet.

VII. Faktorer som påverkar den termiska ledningsförmågan hos termiskt ledande silikon

1. Typ och egenskaper hos polymermatrismaterialet: Ett matrismaterial med högre värmeledningsförmåga, bättre spridning av fyllmedel i matrisen och en bättre bindning mellan matrisen och fyllmedlet resulterar i bättre värmeledningsförmåga hos kompositmaterialet.

2. Typ av fyllmedel: Högre värmeledningsförmåga för fyllmedlet leder i allmänhet till bättre värmeledningsförmåga hos kompositmaterialet.

3. Formen på fyllmedlet: I allmänhet är ordningen för hur lätt det är att bilda termiska vägar morrhår > fibrer > flingor > granulat. Ju lättare det är för fyllmedlet att bilda värmevägar, desto bättre värmeledningsförmåga.

4. Fyllmedelsinnehåll Fördelningen av fyllmedel i polymeren bestämmer värmeledningsförmågan hos kompositmaterial. När fyllmedelshalten är låg är den termiska konduktivitetseffekten inte signifikant; när fyllmedelshalten är för hög påverkas kompositmaterialets mekaniska egenskaper kraftigt. Men när fyllnadsinnehållet ökar till ett visst värde, bildar interaktionen mellan fyllmedlen ett nätverk-liknande eller kedja-liknande värmeledande nätverk i systemet. Värmeledningsförmågan är optimal när riktningen för detta nätverk är i linje med värmeflödets riktning. Därför finns det ett kritiskt värde för mängden värmeledande fyllmedel.

5. Bindningsegenskaper mellan fyllmedel och matrismaterial Ju högre bindningsgrad mellan fyllmedlet och matrisen, desto bättre värmeledningsförmåga. Användning av ett lämpligt kopplingsmedel för att behandla ytan på fyllmedlet kan öka värmeledningsförmågan med 10 %–20 %.