Узнайте больше о теплопроводном силиконовом листе в одной статье.

Традиционные теплопроводящие материалы состоят в основном из металлов (Ag, Cu и Al) и оксидов металлов (Al₂O₃, MgO и BeO), а также не-металлических материалов (графита, технического углерода, Si₃N₄ и AlN). В результате развития промышленного производства, науки и техники к теплопроводным материалам предъявляются новые требования. Наблюдается потребность в материалах с исключительными комплексными свойствами. В электротехнической и электронной отраслях размеры электронных компонентов и логических схем уменьшились в тысячи раз в результате быстрого развития технологий интеграции и сборки. Следовательно, необходимы изоляционные материалы с высокой теплопроводностью. За последние несколько десятилетий области применения полимерных материалов неуклонно расширяются. Замена традиционных промышленных материалов, особенно металлических, искусственно синтезированными полимерными материалами стала предметом глобальных научных исследований. I. Что такое теплопроводящие силиконовые листы?

Силиконовые листы, которые являются теплопроводящими, представляют собой тип среднего материала, который синтезируется с помощью уникального процесса. Этот процесс включает использование силикона в качестве основного материала и добавление различных вспомогательных материалов, таких как оксиды металлов. Теплопроводящий силиконовый каучук представляет собой полимерный композиционный материал, теплопроводность которого достигается за счет наполнения его теплопроводящим порошком и использования кремнийорганической смолы в качестве связующего.

II. Часто используемые матричные материалы и наполнители для теплопроводящих силиконовых листов

Кремнийорганическая смола (основное сырье)

1. Изоляционные и теплопроводящие наполнители: оксид алюминия, оксид магния, нитрид бора, нитрид алюминия, оксид бериллия, кварц и др. Кремнийорганические пластификаторы.

2. Антипирены: гидроксид магния, гидроксид алюминия.

3. Неорганические красители (дифференциация цвета).

4. Сшивающий агент (требования к адгезионным характеристикам)

5. Катализатор (требования к технологическому формованию)

Примечание. Теплопроводящие силиконовые прокладки выполняют функцию теплопроводности, образуя хороший путь теплопроводности между элементом,-генерирующим тепло, и устройством,-рассеивающим тепло. Вместе с радиаторами, конструктивными элементами крепления (вентиляторами) и т.п. они образуют модуль отвода тепла.

В состав наполнителей входят следующие металлические и неорганические наполнители:

1. Наполнители из металлических порошков: медный порошок, алюминиевый порошок, железный порошок, оловянный порошок, никелевый порошок и т. д.;

2. Оксиды металлов: оксид алюминия, оксид висмута, оксид бериллия, оксид магния, оксид цинка;

3. Металлические... Нитриды: Нитрид алюминия, Нитрид бора, Нитрид кремния;

4. Неорганические не-металлы: графит, карбид кремния, углеродное волокно, углеродные нанотрубки, графен, карбид бериллия и т. д.

Изображение III. Классификация теплопроводящих силиконовых прокладок
Теплопроводящие силиконовые прокладки можно разделить на: теплопроводящие силиконовые прокладки и несиликоновые силиконовые прокладки. Электроизоляционные свойства большинства теплопроводящих силиконовых прокладок в конечном итоге определяются изоляционными свойствами частиц наполнителя.

1. Теплопроводящие силиконовые прокладки
Теплопроводящие силиконовые прокладки подразделяются на множество подкатегорий, каждая из которых имеет свои отличительные характеристики.

2. Не-силиконовые силиконовые прокладки Не-силиконовые силиконовые прокладки — это материал с высокой теплопроводностью, двусторонний-само-клеящийся материал. При использовании в сборке электронных компонентов они обладают низким термическим сопротивлением и хорошими электроизоляционными свойствами при небольшой силе сжатия. Они стабильно работают при температуре от -40 до 150 градусов и соответствуют огнестойкости UL94V0.

IV. Механизм теплопроводности теплопроводящего силикона

Теплопроводность теплопроводящего силикона зависит от взаимодействия полимера и теплопроводящего наполнителя. Различные типы наполнителей имеют разные механизмы теплопроводности.

1. Механизм теплопроводности металлических наполнителей.
Металлические наполнители в основном проводят тепло за счет движения электронов; процесс движения электронов сопровождается теплообменом.

2. Механизм теплопроводности не-наполнителей.
Не-наполнители в основном полагаются на фононную проводимость; скорость их диффузии тепла в основном зависит от колебаний соседних атомов или связующих групп. К ним относятся оксиды металлов, нитриды металлов и карбиды.

V. Как использовать теплопроводящие силиконовые листы

Как правило, теплопроводящие силиконовые прокладки следует включать в конструкцию, аппаратное обеспечение и схему на начальном этапе проектирования. Факторы, которые следует учитывать, обычно включают: теплопроводность, конструкцию конструкции, ЭМС, гашение вибрации и звукопоглощение, а также установку и испытания.

1. Выбор решения для рассеивания тепла. Электронные продукты имеют тенденцию к уменьшению, тоньше и облегчению конструкции, как правило, с использованием пассивных методов охлаждения, традиционно полагающихся на радиаторы. Текущая тенденция заключается в полном отказе от радиаторов с использованием конструкционных компонентов рассеивания тепла (металлические кронштейны, металлические кожухи); или сочетание решений по отводу тепла со структурными компонентами рассеивания тепла. Решение с лучшим соотношением цены-производительности следует выбирать с учетом различных системных требований и сред.

2. При использовании теплоотвода не рекомендуется использовать теплопроводящую двустороннюю-ленту с низкой теплопроводностью; Не рекомендуется также использовать термопасту, не способную гасить вибрацию. Для работы предлагается использовать металлические крючки или пластиковые кнопки, выбрав 0,5 мм. Использование более толстых теплопроводящих силиконовых прокладок в сочетании с другими методами обеспечивает удобную установку и исключает необходимость использования клеевой основы. Это приводит к значительно лучшему рассеиванию тепла, чем двусторонняя теплопроводящая лента, и является более безопасным и надежным. Общая стоимость, включая цену за единицу продукции, рабочую силу и оборудование, более конкурентоспособна.

3. При выборе теплоотводящих конструкций необходимо учитывать конструктивную форму теплоотводящей конструкции, например, локальные выступы или углубления на контактной поверхности. Необходимо найти баланс между конструкционной конструкцией и размером теплопроводящей силиконовой прокладки. Если процесс позволяет, желательно избегать использования слишком толстых теплопроводящих силиконовых прокладок. Для простоты эксплуатации обычно рекомендуется использовать одностороннюю-клейкую основу, при этом сторона с клейким-покрытием наносится на структуру рассеивания тепла. Крайне важно выбрать прокладку с хорошей степенью сжатия, чтобы обеспечить достаточное давление на теплопроводящую силиконовую прокладку. (Толщина теплопроводящей силиконовой прокладки должна превышать теоретический верхний предел зазора между структурой рассеивания тепла и источником тепла, обычно на 1–2 мм.) При выборе структур рассеивания тепла при компоновке печатной платы также следует учитывать положение, высоту и тип корпуса компонентов. Регулярное размещение источников тепла позволяет снизить стоимость теплоотводящей конструкции.

VI. Как выбрать теплопроводящие силиконовые листы
Выбор теплопроводности в первую очередь зависит от потребляемой мощности источника тепла и теплоотводящей способности радиатора или теплоотводящей конструкции. Как правило, чипы с низкими температурными характеристиками, высокой температурной чувствительностью или высокой плотностью теплового потока (обычно более 0,6 Вт/см³, требующие рассеивания тепла, тогда как чипы с поверхностной плотностью теплового потока менее 0,04 Вт/см² требуют только естественной конвекции) требуют рассеивания тепла, и следует выбирать теплопроводные силиконовые листы с более высокой теплопроводностью. В отрасли бытовой электроники температура перехода кристалла обычно не должна превышать 85 градусов Цельсия, и во время испытаний при высоких-температурах рекомендуется контролировать температуру поверхности чипа ниже 75 градусов Цельсия. Компоненты всей платы в основном изготовлены из коммерческого-класса, поэтому рекомендуется, чтобы внутренняя температура системы не превышала 50 градусов Цельсия при комнатной температуре. Поверхность первой поверхности или поверхность, с которой может контактировать конечный потребитель, в идеале должна иметь температуру ниже 45 градусов Цельсия при комнатной температуре. Выбор теплопроводных силиконовых листов с более высокой теплопроводностью может удовлетворить проектные требования и обеспечить некоторый запас конструкции.

Примечание. Плотность теплового потока: определяется как: плотность теплового потока на единицу площади (1 квадратный метр) в единицу времени (1). Температура перехода (JT) измеряет количество тепла, которое проходит через полупроводниковую пластину к корпусу упакованного устройства в секундах. Обычно она выше, чем температура корпуса и температура поверхности устройства. Температура перехода измеряет время, необходимое для рассеивания тепла от полупроводниковой пластины к корпусу упакованного устройства, а также тепловое сопротивление.

VII. Факторы, влияющие на теплопроводность теплопроводящего силикона

1. Тип и свойства материала полимерной матрицы. Матричный материал с более высокой теплопроводностью, лучшая дисперсия наполнителя в матрице и лучшая связь между матрицей и наполнителем приводят к лучшей теплопроводности композиционного материала.

2. Тип наполнителя. Более высокая теплопроводность наполнителя обычно приводит к лучшей теплопроводности композитного материала.

3. Форма наполнителя. Как правило, порядок легкости формирования тепловых путей следующий: усы > волокна > хлопья > гранулы. Чем легче наполнителю образовывать тепловые пути, тем лучше теплопроводность.

4. Содержание наполнителя. Распределение наполнителей внутри полимера определяет теплопроводность композиционных материалов. При низком содержании наполнителя эффект теплопроводности незначителен; когда содержание наполнителя чрезмерное, механические свойства композиционного материала сильно ухудшаются. Однако когда содержание наполнителя увеличивается до определенного значения, взаимодействие между наполнителями образует в системе сетчатую -или цепную-подобную теплопроводящую сетку. Теплопроводность оптимальна, когда направление этой сети совпадает с направлением теплового потока. Поэтому существует критическое значение количества теплопроводящего наполнителя.

5. Характеристики сцепления между наполнителем и материалом матрицы. Чем выше степень сцепления между наполнителем и матрицей, тем лучше теплопроводность. Использование подходящего связующего агента для обработки поверхности наполнителя позволяет увеличить теплопроводность на 10–20%.