Comprenda la lámina de silicona termoconductora en un artículo

Los materiales térmicamente conductores tradicionales se componen principalmente de metales (Ag, Cu y Al) y óxidos metálicos (Al₂O₃, MgO y BeO), así como de materiales no{0}}metálicos (grafito, negro de humo, Si₃N₄ y AlN). Como resultado del avance de la producción industrial y de la ciencia y la tecnología, se han impuesto nuevas exigencias a los materiales térmicamente conductores. Se ha observado el deseo de materiales con propiedades integrales excepcionales. En los sectores eléctrico y electrónico, el tamaño de los componentes electrónicos y los circuitos lógicos se ha reducido miles de veces como resultado del rápido desarrollo de las tecnologías de integración y ensamblaje. En consecuencia, se requieren materiales aislantes con alta conductividad térmica. En las últimas décadas, los campos de aplicación de los materiales poliméricos se han ampliado constantemente. La sustitución de materiales industriales tradicionales, en particular materiales metálicos, por materiales poliméricos sintetizados artificialmente se ha convertido en un foco de investigación científica mundial. I. ¿Qué son las láminas de silicona térmicamente conductoras?

Las láminas de silicona que son térmicamente conductoras son un tipo de material medio que se sintetiza mediante un proceso único. Este proceso implica el uso de silicona como material base y la adición de una variedad de materiales auxiliares, como óxidos metálicos. El caucho de silicona térmicamente conductor es un material compuesto polimérico que logra conductividad térmica llenándolo con polvo térmicamente conductor y utilizando resina organosilícica como aglutinante.

II. Materiales de matriz y rellenos de uso común para láminas de silicona térmicamente conductoras

Resina Organosilícica (Materia Prima Básica)

1. Rellenos aislantes y térmicamente conductores: alúmina, óxido de magnesio, nitruro de boro, nitruro de aluminio, óxido de berilio, cuarzo, etc. Plastificantes organosilicios

2. Retardantes de llama: hidróxido de magnesio, hidróxido de aluminio

3. Colorantes inorgánicos (diferenciación de colores)

4. Agente reticulante (requisitos de rendimiento de adhesión)

5. Catalizador (requisitos de moldeo del proceso)

Nota: Las almohadillas de silicona térmicamente conductoras cumplen una función de conductividad térmica, formando una buena ruta de conducción térmica entre el elemento-generador de calor y el dispositivo-disipador de calor. Junto con los disipadores de calor, sujetadores estructurales (ventiladores), etc., forman un módulo de disipación de calor.

Las cargas incluyen las siguientes cargas metálicas e inorgánicas:

1. Rellenos de polvo metálico: polvo de cobre, polvo de aluminio, polvo de hierro, polvo de estaño, polvo de níquel, etc.;

2. Óxidos metálicos: óxido de aluminio, óxido de bismuto, óxido de berilio, óxido de magnesio, óxido de zinc;

3. Metal... Nitruros: Nitruro de aluminio, Nitruro de boro, Nitruro de silicio;

4. Metales no-inorgánicos: grafito, carburo de silicio, fibra de carbono, nanotubos de carbono, grafeno, carburo de berilio, etc.

Imagen III. Clasificación de juntas de silicona térmicamente conductoras
Las juntas de silicona térmicamente conductoras se pueden dividir en: almohadillas de silicona térmicamente conductoras y almohadillas de silicona sin-silicona. Las propiedades de aislamiento eléctrico de la mayoría de las juntas de silicona térmicamente conductoras están determinadas en última instancia por las propiedades de aislamiento de las partículas de relleno.

1. Almohadillas de silicona térmicamente conductoras
Las almohadillas de silicona térmicamente conductoras se dividen en muchas subcategorías, cada una con sus propias características distintivas.

2. Almohadillas de silicona sin-silicona Las almohadillas de silicona sin -son un material de alta conductividad térmica, autoadhesivo-de doble cara. Cuando se utilizan en el ensamblaje de componentes electrónicos, presentan una baja resistencia térmica y buenas propiedades de aislamiento eléctrico bajo una fuerza de compresión baja. Operan de manera estable desde -40 grados a 150 grados y cumplen con la clasificación de retardante de llama UL94V0.

IV. Mecanismo de conductividad térmica de silicona térmicamente conductora

La conductividad térmica de la silicona térmicamente conductora depende de la interacción entre el polímero y el relleno térmicamente conductor. Los diferentes tipos de rellenos tienen diferentes mecanismos de conductividad térmica.

1. Mecanismo de conductividad térmica de los rellenos metálicos
Las cargas metálicas conducen principalmente el calor a través del movimiento de electrones; El proceso de movimiento de electrones va acompañado de transferencia de calor.

2. Mecanismo de conductividad térmica de rellenos no metálicos
Los rellenos no-metálicos dependen principalmente de la conducción de fonones; su tasa de difusión de calor depende principalmente de la vibración de los átomos vecinos o de los grupos de enlace. Estos incluyen óxidos metálicos, nitruros metálicos y carburos.

V. Cómo utilizar láminas de silicona térmicamente conductoras

Generalmente, las almohadillas de silicona térmicamente conductoras deben incorporarse en el diseño estructural, de hardware y de circuito desde la etapa de diseño inicial. Los factores a considerar normalmente incluyen: conductividad térmica, diseño estructural, EMC, amortiguación de vibraciones y absorción de sonido, e instalación y pruebas.

1. Elección de una solución de disipación de calor: los productos electrónicos tienden a diseños más pequeños, delgados y livianos, y generalmente emplean métodos de enfriamiento pasivo, tradicionalmente basados ​​en disipadores de calor. La tendencia actual es eliminar por completo los disipadores de calor, utilizando componentes estructurales de disipación de calor (soportes metálicos, carcasas metálicas); o combinar soluciones de disipador de calor con componentes estructurales de disipación de calor. Se debe elegir la solución con la mejor relación costo-rendimiento en función de los diferentes entornos y requisitos del sistema.

2. Si utiliza una solución de disipador de calor, no se recomienda utilizar cinta térmicamente conductora de doble cara-con baja conductividad térmica; Tampoco se recomienda utilizar grasa térmica sin capacidad de amortiguación de vibraciones. Se sugiere utilizar ganchos de metal o chinchetas de plástico para la operación, seleccionando 0,5 mm... El uso de almohadillas de silicona térmicamente conductoras más gruesas junto con otros métodos ofrece una instalación conveniente y elimina la necesidad de un respaldo adhesivo. Esto da como resultado una disipación de calor significativamente mejor que la cinta térmicamente conductora de doble-cara, y es más segura y confiable. El costo general, incluido el precio unitario, la mano de obra y el equipo, es más competitivo.

3. Al elegir estructuras de disipación de calor, es necesario considerar la forma estructural de la estructura de disipación de calor, como protuberancias o huecos locales en la superficie de contacto. Se debe lograr un equilibrio entre el diseño estructural y el tamaño de la almohadilla de silicona térmicamente conductora. Si el proceso lo permite, es aconsejable evitar elegir almohadillas de silicona térmicamente conductoras demasiado gruesas. Para facilitar la operación, generalmente se recomienda un respaldo adhesivo de una sola cara, con el lado recubierto de adhesivo-aplicado a la estructura de disipación de calor. Es fundamental elegir una almohadilla con una buena relación de compresión para garantizar una presión suficiente sobre la almohadilla de silicona térmicamente conductora. (El espesor de la almohadilla de silicona térmicamente conductora debe exceder el límite superior teórico del espacio libre entre la estructura de disipación de calor y la fuente de calor, generalmente entre 1 mm y 2 mm). Al seleccionar estructuras de disipación de calor, la posición, la altura y el tipo de paquete de los componentes también se deben considerar durante el diseño de la PCB. La colocación regular de fuentes de calor puede reducir el costo de la estructura de disipación de calor.

VI. Cómo elegir láminas de silicona conductoras térmicas
La selección de la conductividad térmica depende principalmente del consumo de energía de la fuente de calor y de la capacidad de disipación de calor del disipador de calor o de la estructura de disipación de calor. Generalmente, los chips con especificaciones de baja temperatura, alta sensibilidad a la temperatura o alta densidad de flujo de calor (generalmente superior a 0,6 W/cm³ requieren disipación de calor, mientras que aquellos con una densidad de flujo de calor superficial inferior a 0,04 W/cm² solo requieren convección natural) requieren disipación de calor, y se deben seleccionar láminas de silicona termoconductoras con mayor conductividad térmica. En la industria de la electrónica de consumo, generalmente no se permite que las temperaturas de unión de los chips excedan los 85 grados Celsius, y se recomienda controlar la temperatura de la superficie del chip por debajo de los 75 grados Celsius durante las pruebas de alta-temperatura. Los componentes de toda la placa son en su mayoría de calidad comercial-, por lo que se recomienda que la temperatura interna del sistema no supere los 50 grados Celsius a temperatura ambiente. Lo ideal es que la superficie de la primera superficie, o la superficie con la que el cliente final pueda entrar en contacto, tenga una temperatura inferior a 45 grados centígrados a temperatura ambiente. La elección de láminas de silicona termoconductoras con mayor conductividad térmica puede cumplir con los requisitos de diseño y permitir cierto margen de diseño.

Nota: Densidad de flujo de calor: definida como: la densidad de flujo de calor por unidad de área (1 metro cuadrado) por unidad de tiempo (1. La temperatura de la unión (JT) mide la cantidad de calor que pasa a través de la oblea semiconductora hasta la carcasa del dispositivo empaquetado en segundos. Por lo general, es más alta que la temperatura de la carcasa y la temperatura de la superficie del dispositivo. La temperatura de la unión mide el tiempo requerido para la disipación de calor desde la oblea semiconductora hasta la carcasa del dispositivo empaquetado, así como la resistencia térmica.

VII. Factores que afectan la conductividad térmica de la silicona térmicamente conductora

1. Tipo y propiedades del material de matriz polimérica: un material de matriz de mayor conductividad térmica, una mejor dispersión del relleno en la matriz y una mejor unión entre la matriz y el relleno dan como resultado una mejor conductividad térmica del material compuesto.

2. Tipo de relleno: una mayor conductividad térmica del relleno generalmente conduce a una mejor conductividad térmica del material compuesto.

3. Forma del relleno: Generalmente, el orden de facilidad para formar vías térmicas es bigotes > fibras > escamas > gránulos. Cuanto más fácil sea para el relleno formar vías térmicas, mejor será la conductividad térmica.

4. Contenido de relleno La distribución de rellenos dentro del polímero determina la conductividad térmica de los materiales compuestos. Cuando el contenido de carga es bajo, el efecto de la conductividad térmica no es significativo; cuando el contenido de carga es excesivo, las propiedades mecánicas del material compuesto se ven muy afectadas. Sin embargo, cuando el contenido de relleno aumenta hasta un cierto valor, la interacción entre los rellenos forma una red-similar a una red-similar a una red térmicamente conductora en el sistema. La conductividad térmica es óptima cuando la dirección de esta red está alineada con la dirección del flujo de calor. Por lo tanto, existe un valor crítico para la cantidad de relleno térmicamente conductor.

5. Características de unión entre el material de relleno y la matriz Cuanto mayor sea el grado de unión entre el relleno y la matriz, mejor será la conductividad térmica. El uso de un agente de acoplamiento adecuado para tratar la superficie del relleno puede aumentar la conductividad térmica entre un 10% y un 20%.