Изучение термопрокладок: невоспетые герои рассеивания тепла в электронных устройствах

Семья, технологии в наши дни развиваются очень стремительно, и электронные устройства уже давно стали незаменимыми в нашей жизни. Нас будит телефонный будильник, чтобы начать день; компьютеры помогают нам работать эффективно; а в свободное время мы используем планшеты, чтобы смотреть шоу и играть в игры. Но эти устройства имеют свойство перегреваться после длительного использования. Например, при игре в популярные мобильные игры игровой экран начинает тормозить, а элементы управления перестают отвечать на запросы, когда телефон нагревается; Если на компьютере в течение длительного периода времени работает требовательное программное обеспечение, корпус сильно нагревается, вентилятор вращается громко и может даже выйти из строя. Более того, перегрев не только влияет на удобство использования, но также может повредить устройство и сократить срок его службы.

Почему это происходит? Потому что когда устройства работают, внутренние электронные компоненты выделяют много тепла при обработке данных. Если это тепло не рассеивается вовремя, оно накапливается, повышая температуру и влияя на производительность компонентов, замедляя работу и даже вызывая неисправности. Именно здесь материалы, рассеивающие тепло, становятся невероятно важными, и термопрокладки, безусловно, являются мощным инструментом в этом отношении.

I. Раскрытый состав

Теплопроводящая силиконовая прокладка в основном состоит из подложки и теплопроводящих наполнителей, каждый из которых играет решающую роль.

(I) Подложка – удивительные свойства силиконовой резины

[Изображение] Силиконовая резина в качестве основы представляет собой эластомерный материал, состоящий из кремний-кислородных цепочек, и ее свойства поистине удивительны! Он обладает исключительно сильной устойчивостью к высоким и низким температурам, оставаясь стабильным в диапазоне от -50 до 200 градусов. Будь то холодная Арктика или палящая пустыня, он надежно обеспечивает отвод тепла от оборудования. Независимо от того, подвергается ли наружное оборудование низким температурам зимой или высоким температурам летом, силиконовая резина работает нормально. В то же время его изоляционные свойства превосходны, он действует как «изолирующий защитный костюм» для электронных устройств, предотвращая утечку тока, обеспечивая стабильную передачу тока и безопасную работу компонентов. Кроме того, силиконовая резина обладает высокой химической стабильностью, не склонна к реакции с другими веществами и остается стабильной даже в сложных химических средах, обеспечивая долговременную эффективность теплопроводящей силиконовой накладки. Его превосходная гибкость позволяет теплопроводящей силиконовой прокладке плотно прилегать к неровным поверхностям, снижая контактное тепловое сопротивление, идеально заполняя зазоры между компонентами и радиаторами и повышая эффективность теплопроводности.

(II) Теплопроводящие наполнители – ключ к повышению производительности

Одной подложки из силиконовой резины недостаточно; Для улучшения теплопроводности необходимо добавлять теплопроводящие наполнители. Обычные наполнители включают оксид алюминия (Al₂O₃), нитрид бора (BN) и оксид магния (MgO), каждый из которых обладает превосходной теплопроводностью. Например, оксид алюминия легко доступен,-экономичен и обладает хорошей химической стабильностью и износостойкостью. При равномерном распределении внутри матрицы силиконового каучука он образует теплопроводящую сетку, ускоряющую передачу тепла. Нитрид бора обеспечивает еще более высокую теплопроводность и хорошую изоляцию, гарантируя, что передача тепла не влияет на электрические характеристики оборудования. Различные теплопроводящие наполнители предлагают уникальные преимущества в улучшении характеристик, а их выбор и пропорция влияют на характеристики теплопроводящей силиконовой прокладки. Неправильный выбор или дозировка могут отрицательно повлиять на теплопроводность. Поэтому производители должны тщательно выбирать и рационально корректировать пропорции, исходя из сценария применения и требований. Например, для охлаждения высокопроизводительных компьютерных процессоров может использоваться нитрид бора с точным контролем его соотношения с силиконовым каучуком.

II. Полный анализ производственного процесса

Процесс производства теплопроводящих силиконовых прокладок довольно сложен и включает несколько ключевых этапов.

(I) Подготовка сырья

Этот шаг подобен приготовлению ингредиентов поваром. Тип и соотношение силиконовой резины и теплопроводящего наполнителя определяют характеристики теплопроводящей силиконовой прокладки. Производители должны регулировать соотношение этих двух материалов в соответствии с потребностями различных сценариев применения для достижения определенной теплопроводности и физических свойств. Например, теплопроводящая силиконовая прокладка для охлаждения компьютерных процессоров может потребовать более высокой доли теплопроводящего наполнителя для увеличения теплопроводности; для электронных устройств, требующих высокой гибкости, формула силиконового каучука должна быть соответствующим образом скорректирована, чтобы сделать ее мягче.

(II) Смешивание

Замешивание — это процесс тщательного смешивания силиконовой резиновой основы и теплопроводящего наполнителя, аналогичный смешиванию муки и воды с тестом. Однородность особенно важна. Обычно для смешивания используется двух-валковая мельница или внутренний смеситель. В двухвалковой мельнице используются два валка, вращающиеся с разной скоростью, для сжатия и перемешивания материалов, что позволяет им сплавляться; внутренний смеситель в закрытой среде использует мощную силу перемешивания для равномерного смешивания сырья.

(III) Формование

Смешанному силиконовому компаунду необходимо придать необходимую форму. Методы формования включают компрессионное формование, экструзионное формование и литьевое формование. Компрессионное формование является наиболее распространенным; Как и при приготовлении торта в форме, смесь помещают в предварительно нагретую форму и при определенной температуре и давлении позволяют ей заполнить полость. После выдерживания давления он первоначально формируется. Экструзионное формование включает экструзию смеси через матрицу с образованием непрерывного полосового или листового продукта. Литейное формование включает заливку смеси в форму, позволяющую ей течь и заполняться естественным путем, что подходит для изготовления изделий сложной формы или с низкими требованиями к точности.

(IV) Вулканизация

Формованный силиконовый компаунд необходимо подвергнуть вулканизации. Этот шаг подобен приданию силиконовой прокладке «души», позволяющей силикону скреститься-и стать изделием из силиконовой резины, обладающим эластичностью и прочностью. Во время вулканизации применяется нагрев и давление, чтобы позволить молекулам силикона скреститься-и сформировать трехмерную сетчатую структуру, тем самым улучшая эластичность, прочность и стабильность. Однако контроль температуры и времени вулканизации имеет решающее значение для производительности. Если время отверждения слишком велико, силиконовая прокладка станет слишком твердой и ее гибкость уменьшится; если время отверждения слишком короткое, сшивка-будет неполной, что приведет к недостаточной прочности и стабильности.

(V) Обработка поверхности

После вулканизации теплопроводящие силиконовые прокладки обычно требуют обработки поверхности, чтобы сделать поверхность гладкой и плоской, обеспечивая тесный контакт с электронными компонентами и снижая контактное тепловое сопротивление. Сюда входит удаление заусенцев и выравнивание поверхности. Некоторые-продукты высокого класса также подвергаются обработке покрытием для повышения водонепроницаемости и-маслостойкости. Например, теплопроводящие силиконовые прокладки, используемые в наружном электронном оборудовании, подвергаются водонепроницаемому покрытию для предотвращения проникновения влаги.

(VI) Тестирование и упаковка

После производства теплопроводящие силиконовые прокладки должны пройти строгие испытания качества, такие как испытания на теплопроводность, испытания на твердость и испытания на изоляцию. К следующему этапу могут перейти только продукты, прошедшие испытания. После резки в соответствии со спецификациями их упаковывают в готовую продукцию и транспортируют туда, где они необходимы для отвода тепла от электронного оборудования.

III. Углубленный-анализ принципа работы

(I) Заполнение пробелов и снижение термического сопротивления воздуха

Электронные компоненты и радиаторы часто имеют крошечные неровные поверхности или зазоры, что ограничивает площадь прямого контакта и влияет на эффективность теплопередачи. Теплопроводящие силиконовые прокладки являются гибкими и при приложении давления могут плотно заполнять эти зазоры, уменьшая воздушные карманы и повышая эффективность теплопередачи. Например, использование теплопроводящей силиконовой прокладки между процессором компьютера и радиатором заполняет эти крошечные зазоры, ускоряя передачу тепла от процессора к радиатору и снижая температуру процессора.

(II) Построение каналов теплопроводности

Теплопроводящие наполнители в теплопроводящих силиконовых прокладках обладают высокой теплопроводностью и равномерно распределены внутри подложки из силиконовой резины. Когда тепло передается от электронных компонентов к теплопроводящей силиконовой прокладке, эти наполнители образуют эффективные каналы теплопроводности, позволяя быстро передавать тепло к радиатору для эффективного рассеивания тепла. Например, в светодиодных светильниках с использованием теплопроводящих силиконовых прокладок, содержащих наполнитель из нитрида бора, тепло от светодиодного чипа может быстро передаваться к радиатору через каналы, образованные нитридом бора, что предотвращает накопление тепла, обеспечивает нормальную работу светодиода и продлевает срок его службы. (III) Электрическая изоляция для безопасности

Эффективно проводя тепло, теплопроводящие силиконовые прокладки также должны обеспечивать отличную электрическую изоляцию. Превосходные изоляционные свойства подложки из силиконовой резины предотвращают утечку тока, исключают опасность поражения электрическим током и защищают электронное оборудование. В высоковольтном электронном оборудовании, таком как силовые модули, изоляционные свойства теплопроводящих силиконовых прокладок предотвращают электрические короткие замыкания, вызванные теплопроводностью, обеспечивая безопасную и стабильную работу.

(IV) Вибрация и поглощение напряжений

Во многих случаях электронное оборудование вибрирует или подвергается внешнему механическому воздействию во время работы. Теплопроводящие силиконовые прокладки, благодаря своей хорошей гибкости и эластичности, могут поглощать эти вибрации и напряжения, уменьшая повреждение компонентов, действуя как амортизирующая подушка для смягчения внешних воздействий. Кроме того, их мягкость позволяет им сохранять хороший контакт с компонентами даже при изменении температуры или старении оборудования, непрерывно выполняя свою функцию теплопроводности. Например, в автомобильном электронном оборудовании удары и вибрации во время движения автомобиля могут повлиять на электронные компоненты; теплопроводящие силиконовые прокладки могут поглощать вибрации и нагрузки, защищая компоненты и обеспечивая эффективность рассеивания тепла.

IV. Области применения

(I) Компьютерная сфера: обеспечение производительности

В компьютерах основные компоненты, такие как процессор и графический процессор, во время работы выделяют значительное количество тепла. Если это тепло не будет рассеиваться своевременно, это повлияет на производительность и может даже привести к сбою системы. Термопрокладки широко используются между процессором, графическим процессором и радиатором. Они заполняют крошечные зазоры, повышая эффективность теплопередачи и обеспечивая стабильную работу основных компонентов при низких температурах. В высокопроизводительных-игровых ПК процессор и графический процессор работают под высокой нагрузкой в ​​течение длительного времени, выделяя значительное количество тепла. Термопрокладки быстро передают это тепло радиатору, который затем рассеивается вентилятором, что обеспечивает плавный игровой процесс и предотвращает задержки при запуске ресурсоемких игр.

(II) Сфера связи: обеспечение стабильной передачи сигнала

С быстрым развитием технологий связи 5G также возрастают требования к отводу тепла в коммуникационном оборудовании. В базовых станциях 5G основные компоненты, такие как усилители мощности и фильтры, во время работы выделяют большое количество тепла, что требует чрезвычайно высокой эффективности и надежности рассеивания тепла. Теплопроводящие силиконовые прокладки обладают как превосходной электроизоляцией, так и высокой теплопроводностью, гарантируя, что электронные компоненты не подвергаются коротким замыканиям или другим неисправностям в условиях эксплуатации с высоким напряжением и сильным током. Они также быстро проводят тепло, гарантируя стабильность оборудования при длительной-работе с высокими-нагрузками. В конструкции базовых станций 5G широко используются теплопроводящие силиконовые прокладки между усилителями мощности и радиаторами для решения проблем рассеивания тепла, обеспечивая стабильную передачу сигнала и обеспечивая более быструю и стабильную работу сети.

(III) Автомобильная электроника: решение сложных экологических проблем

Во время эксплуатации автомобиля электронное оборудование должно выдерживать сложные условия, такие как высокие температуры и вибрации, сохраняя при этом стабильную работу. Теплопроводящие силиконовые прокладки играют решающую роль в автомобильном электронном оборудовании, например в бортовых зарядных устройствах-и системах управления аккумулятором. В аккумуляторных модулях транспортных средств на новых источниках энергии между аккумулятором и радиаторами используются теплопроводящие силиконовые прокладки для быстрого отведения тепла, выделяемого во время зарядки и разрядки аккумулятора, поддержания сбалансированной температуры аккумулятора, повышения эффективности зарядки и разрядки, продления срока службы аккумулятора и предотвращения угроз безопасности, вызванных перегревом аккумулятора. У одного нового бренда энергетических автомобилей увеличился запас хода аккумулятора на 5–10 %, а показатели безопасности значительно улучшились после оптимизации системы управления температурой аккумулятора с использованием теплопроводящих силиконовых прокладок.

(IV) Светодиодное освещение: повышение светоотдачи и срока службы

Когда светодиодные фонари работают, только 10 %-40 % электрической энергии преобразуется в энергию света; остальное почти полностью преобразуется в тепло. Если тепло не рассеивается вовремя, температура светодиодного чипа повысится, что снизит светоотдачу и эффективность люминофорной генерации. Когда температура превышает определенное значение, частота отказов устройства увеличивается в геометрической прогрессии. Теплопроводящие силиконовые прокладки широко используются между алюминиевой подложкой и радиатором, а также между алюминиевой подложкой и корпусом светодиодных фонарей. Они эффективно проводят тепло, улучшают эффективность рассеивания тепла, а также увеличивают светоотдачу и срок службы светодиодов. Светодиодные уличные фонари высокой-мощности после использования теплопроводящих силиконовых прокладок продемонстрировали значительно улучшенное рассеивание тепла, повышенную светоотдачу и увеличенный срок службы, обеспечивая более яркое и продолжительное освещение в ночное время в городе.

Теплопроводящие силиконовые прокладки, как ключевой материал для отвода тепла в электронных устройствах, играют жизненно важную роль во многих областях благодаря уникальному сочетанию материалов, сложному производственному процессу и эффективному принципу работы. Состоящие из подложки из силиконовой резины и теплопроводящих наполнителей, они решают проблему отвода тепла электронных устройств и обеспечивают стабильную работу за счет заполнения зазоров, построения каналов теплопроводности, обеспечения электроизоляции и поглощения вибрационных напряжений.

Благодаря постоянному технологическому прогрессу производительность электронных устройств постоянно улучшается, что предъявляет более высокие требования к материалам для рассеивания тепла. В будущем теплопроводящие силиконовые прокладки будут развиваться в направлении более высокой теплопроводности, более низкого теплового сопротивления, более тонких профилей и большей гибкости, чтобы удовлетворить все более жесткие требования электронных устройств к рассеиванию тепла. Между тем, быстрое развитие новых отраслей, таких как транспортные средства на новой энергии, связь 5G и Интернет вещей, будет продолжать стимулировать рыночный спрос на теплопроводящие силиконовые прокладки, а области их применения будут продолжать расширяться. Считается, что теплопроводящие силиконовые прокладки и дальше будут использоваться в области рассеивания тепла электронных устройств, способствуя технологическому прогрессу.