Begrijp het thermisch geleidende siliconenvel in één artikel

Traditionele thermisch geleidende materialen bestaan ​​voornamelijk uit metalen (Ag, Cu en Al) en metaaloxiden (Al₂O₃, MgO en BeO), maar ook uit niet-metalen materialen (grafiet, roet, Si₃N₄ en AlN). Er zijn nieuwe eisen gesteld aan thermisch geleidende materialen als resultaat van de vooruitgang van de industriële productie en van wetenschap en technologie. Het verlangen naar materialen met uitzonderlijke uitgebreide eigenschappen is waargenomen. In de elektrische en elektronische sector is de omvang van elektronische componenten en logische circuits duizenden malen kleiner geworden als gevolg van de snelle ontwikkeling van integratie- en assemblagetechnologieën. Daarom zijn isolatiematerialen met een hoge thermische geleidbaarheid vereist. De afgelopen decennia zijn de toepassingsgebieden van polymeermaterialen gestaag uitgebreid. De vervanging van traditionele industriële materialen, met name metallische materialen, door kunstmatig gesynthetiseerde polymeermaterialen is een focus geworden van mondiaal wetenschappelijk onderzoek. I. Wat zijn thermisch geleidende siliconenplaten?

Siliconenvellen die thermisch geleidend zijn, zijn een soort mediummateriaal dat via een uniek proces wordt gesynthetiseerd. Dit proces omvat het gebruik van siliconen als basismateriaal en de toevoeging van diverse hulpmaterialen, zoals metaaloxiden. Thermisch geleidend siliconenrubber is een polymeercomposietmateriaal dat thermische geleidbaarheid bereikt door het te vullen met thermisch geleidend poeder en organosiliciumhars als bindmiddel te gebruiken.

II. Veelgebruikte matrixmaterialen en vulstoffen voor thermisch geleidende siliconenplaten

Organosiliciumhars (basisgrondstof)

1. Isolerende en thermisch geleidende vulstoffen: aluminiumoxide, magnesiumoxide, boornitride, aluminiumnitride, berylliumoxide, kwarts, enz. Organosiliciumweekmakers

2. Vlamvertragers: magnesiumhydroxide, aluminiumhydroxide

3. Anorganische kleurstoffen (kleurdifferentiatie)

4. Verknopingsmiddel (vereisten voor hechtingsprestaties)

5. Katalysator (procesvormvereisten)

Opmerking: Thermisch geleidende siliconen pads hebben een thermische geleidbaarheidsfunctie en vormen een goed thermisch geleidingspad tussen het warmte- genererende element en het warmte- apparaat. Samen met koellichamen, structurele bevestigingsmiddelen (ventilatoren), enz. Vormen ze een warmteafvoermodule.

Vulstoffen omvatten de volgende metalen en anorganische vulstoffen:

1. Metaalpoedervullers: koperpoeder, aluminiumpoeder, ijzerpoeder, tinpoeder, nikkelpoeder, enz .;

2. Metaaloxiden: aluminiumoxide, bismutoxide, berylliumoxide, magnesiumoxide, zinkoxide;

3. Metaal... Nitriden: aluminiumnitride, boornitride, siliciumnitride;

4. Anorganische niet-metalen: grafiet, siliciumcarbide, koolstofvezel, koolstofnanobuisjes, grafeen, berylliumcarbide, enz.

Afbeelding III. Classificatie van thermisch geleidende siliconenpakkingen
Thermisch geleidende siliconen pakkingen kunnen worden onderverdeeld in: thermisch geleidende siliconen pads en niet- siliconen siliconen pads. De elektrische isolatie-eigenschappen van de meeste thermisch geleidende siliconenpakkingen worden uiteindelijk bepaald door de isolatie-eigenschappen van de vulstofdeeltjes.

1. Thermisch geleidende siliconenkussentjes
Thermisch geleidende siliconen pads zijn verder onderverdeeld in vele subcategorieën, elk met zijn eigen specifieke kenmerken.

2. Niet-siliconen siliconenpads Niet-siliconen siliconenpads zijn materiaal met een hoge thermische geleidbaarheid, dubbelzijdig-zijdig zelf-klevend. Bij gebruik bij de assemblage van elektronische componenten vertonen ze een lage thermische weerstand en goede elektrische isolatie-eigenschappen bij lage drukkracht. Ze werken stabiel van -40 graden tot 150 graden en voldoen aan de UL94V0 vlamvertragende classificatie.

IV. Thermisch geleidbaarheidsmechanisme van thermisch geleidende siliconen

De thermische geleidbaarheid van thermisch geleidende siliconen hangt af van de interactie tussen het polymeer en het thermisch geleidende vulmiddel. Verschillende soorten vulstoffen hebben verschillende thermische geleidbaarheidsmechanismen.

1. Thermisch geleidbaarheidsmechanisme van metaalvulstoffen
Metaalvullers geleiden warmte voornamelijk door elektronenbeweging; het proces van elektronenbeweging gaat gepaard met warmteoverdracht.

2. Thermisch geleidingsmechanisme van niet--metaalvulstoffen
Niet-metalen vulstoffen zijn voornamelijk afhankelijk van fonongeleiding; hun warmtediffusiesnelheid hangt voornamelijk af van de trilling van aangrenzende atomen of bindingsgroepen. Deze omvatten metaaloxiden, metaalnitriden en carbiden.

V. Hoe thermisch geleidende siliconenvellen te gebruiken

Over het algemeen moeten thermisch geleidende siliconenkussentjes vanaf de eerste ontwerpfase worden opgenomen in het structurele, hardware- en circuitontwerp. Factoren waarmee doorgaans rekening moet worden gehouden, zijn onder meer: ​​thermische geleidbaarheid, structureel ontwerp, EMC, trillingsdemping en geluidsabsorptie, en installatie en testen.

1. Kiezen voor een oplossing voor warmteafvoer: Elektronische producten neigen naar kleinere, dunnere en lichtere ontwerpen, waarbij doorgaans gebruik wordt gemaakt van passieve koelmethoden, waarbij traditioneel gebruik wordt gemaakt van koellichamen. De huidige trend is om koellichamen helemaal te elimineren, door gebruik te maken van structurele warmtedissipatiecomponenten (metalen beugels, metalen behuizingen); of het combineren van koellichaamoplossingen met structurele warmteafvoercomponenten. De oplossing met de beste kosten-prestatieverhouding moet worden gekozen op basis van verschillende systeemvereisten en omgevingen.

2. Als u een koellichaamoplossing gebruikt, wordt het gebruik van thermisch geleidende dubbelzijdige-tape met een lage thermische geleidbaarheid afgeraden; het wordt ook niet aanbevolen om thermisch vet te gebruiken zonder trillingsdempende eigenschappen. Voor de bediening wordt aanbevolen om metalen haken of plastic punaises te gebruiken, waarbij u 0,5 mm kiest... Het gebruik van dikkere thermisch geleidende siliconen pads in combinatie met andere methoden biedt een gemakkelijke installatie en elimineert de noodzaak voor zelfklevende achterkant. Dit resulteert in een aanzienlijk betere warmteafvoer dan dubbelzijdige thermisch geleidende tape, en is veiliger en betrouwbaarder. De totale kosten, inclusief eenheidsprijs, arbeid en apparatuur, zijn competitiever.

3. Bij het kiezen van warmtedissipatiestructuren moet rekening worden gehouden met de structurele vorm van de warmtedissipatiestructuur, zoals lokale uitsteeksels of uitsparingen op het contactoppervlak. Er moet een evenwicht worden gevonden tussen het structurele ontwerp en de grootte van het thermisch geleidende siliconenkussen. Als het proces dit toelaat, is het raadzaam om niet te dikke thermisch geleidende siliconenpads te kiezen. Voor gebruiksgemak wordt over het algemeen een enkel-zijdige zelfklevende achterkant aanbevolen, waarbij de lijm-gecoate zijde op de warmtedissipatiestructuur wordt aangebracht. Het is van cruciaal belang om een ​​kussen te kiezen met een goede compressieverhouding om voldoende druk op het thermisch geleidende siliconenkussen te garanderen. (De dikte van het thermisch geleidende siliconenkussen moet de theoretische bovengrens van de speling tussen de warmtedissipatiestructuur en de warmtebron overschrijden, doorgaans met 1 mm-2 mm.) Bij het selecteren van warmtedissipatiestructuren moet ook rekening worden gehouden met de positie, de hoogte en het verpakkingstype van de componenten tijdens de PCB-lay-out. Het regelmatig plaatsen van warmtebronnen kan de kosten van de warmtedissipatiestructuur verlagen.

VI. Hoe u thermisch geleidende siliconenvellen kiest
De keuze van de thermische geleidbaarheid hangt in de eerste plaats af van het energieverbruik van de warmtebron en de warmtedissipatiecapaciteit van het koellichaam of de warmtedissipatiestructuur. Over het algemeen vereisen chips met lage temperatuurspecificaties, hoge temperatuurgevoeligheid of hoge warmtefluxdichtheid (doorgaans groter dan 0,6 W/cm³ waarvoor warmtedissipatie nodig is, terwijl chips met een oppervlaktewarmtefluxdichtheid van minder dan 0,04 W/cm² alleen natuurlijke convectie vereisen) warmtedissipatie, en thermisch geleidende siliconenplaten met een hogere thermische geleidbaarheid moeten worden geselecteerd. In de consumentenelektronica-industrie mogen chipjunctietemperaturen over het algemeen niet hoger zijn dan 85 graden Celsius, en het wordt aanbevolen om de oppervlaktetemperatuur van de chip onder de 75 graden Celsius te houden tijdens tests bij hoge- temperaturen. De componenten van het hele bord zijn grotendeels van commerciële- kwaliteit, dus het wordt aanbevolen dat de interne systeemtemperatuur bij kamertemperatuur niet boven de 50 graden Celsius uitkomt. Het oppervlak van het eerste oppervlak, of het oppervlak waarmee de eindklant contact kan maken, zou bij kamertemperatuur idealiter een temperatuur onder de 45 graden Celsius moeten hebben. Het kiezen van thermisch geleidende siliconenplaten met een hogere thermische geleidbaarheid kan aan de ontwerpvereisten voldoen en enige ontwerpmarge toestaan.

Opmerking: Warmtefluxdichtheid: gedefinieerd als: de warmtefluxdichtheid per oppervlakte-eenheid (1 vierkante meter) per tijdseenheid (1) De junctietemperatuur (JT) meet de hoeveelheid warmte die in seconden door de halfgeleiderwafel naar de behuizing van het verpakte apparaat gaat. Deze is doorgaans hoger dan de temperatuur van de behuizing en de oppervlaktetemperatuur van het apparaat. De junctietemperatuur meet de tijd die nodig is voor warmtedissipatie van de halfgeleiderwafel naar de behuizing van het verpakte apparaat, evenals de thermische weerstand.

VII. Factoren die de thermische geleidbaarheid van thermisch geleidende siliconen beïnvloeden

1. Type en eigenschappen van het polymeermatrixmateriaal: Een matrixmateriaal met een hogere thermische geleidbaarheid, een betere dispersie van het vulmiddel in de matrix en een betere binding tussen de matrix en het vulmiddel resulteren in een betere thermische geleidbaarheid van het composietmateriaal.

2. Type vulmiddel: Een hogere thermische geleidbaarheid van het vulmiddel leidt doorgaans tot een betere thermische geleidbaarheid van het composietmateriaal.

3. Vorm van het vulmiddel: Over het algemeen is de volgorde van het gemak waarmee thermische paden kunnen worden gevormd: snorharen > vezels > vlokken > korrels. Hoe gemakkelijker het voor het vulmiddel is om thermische paden te vormen, hoe beter de thermische geleidbaarheid.

4. Vulstofgehalte De verdeling van vulstoffen in het polymeer bepaalt de thermische geleidbaarheid van composietmaterialen. Wanneer het vulstofgehalte laag is, is het thermische geleidbaarheidseffect niet significant; wanneer het vulstofgehalte te hoog is, worden de mechanische eigenschappen van het composietmateriaal sterk beïnvloed. Wanneer het vulstofgehalte echter tot een bepaalde waarde stijgt, vormt de interactie tussen de vulstoffen een netwerk-achtig of keten-achtig thermisch geleidend netwerk in het systeem. De thermische geleidbaarheid is optimaal wanneer de richting van dit netwerk is uitgelijnd met de richting van de warmtestroom. Daarom is er een kritische waarde voor de hoeveelheid thermisch geleidend vulmiddel.

5. Hechtingskarakteristieken tussen vulmiddel en matrixmateriaal Hoe hoger de mate van hechting tussen het vulmiddel en de matrix, hoe beter de thermische geleidbaarheid. Het gebruik van een geschikt koppelmiddel om het oppervlak van het vulmiddel te behandelen kan de thermische geleidbaarheid met 10%–20% verhogen.