Korisne informacije|Osnovno znanje o toplinski provodljivom silikonu

I. Što su toplinski provodljive silikonske ploče?

Toplinski vodljive silikonske ploče vrsta su toplinski vodljivog srednjeg materijala sintetiziranog posebnim postupkom, koristeći silikon kao osnovni materijal i dodavanjem raznih pomoćnih materijala kao što su metalni oksidi. Toplinski vodljiva silikonska guma je polimerni kompozitni materijal koji koristi organosilicijsku smolu kao vezivo i puni toplinski vodljivim prahom kako bi se postigla toplinska vodljivost.

II. Uobičajeni matrični materijali i punila za toplinski vodljive silikonske ploče

Organosilicijska smola (osnovna sirovina)

1. Izolacijska i toplinski vodljiva punila: glinica, magnezijev oksid, borov nitrid, aluminijev nitrid, berilijev oksid, kvarc itd. i organosilikonski plastifikatori.

2. Usporivači plamena: magnezijev hidroksid, aluminijev hidroksid

3. Anorganska bojila (Razlikovanje boja)

4. Sredstva za umrežavanje (zahtjevi za performanse prianjanja)

5. Katalizatori (Zahtjevi za proces kalupljenja)

Napomena: Silikonske ploče koje provode toplinu funkcioniraju kao vodiči topline, tvoreći dobru stazu toplinske vodljivosti između elementa koji-generira toplinu i uređaja-za raspršivanje topline. Zajedno s hladnjakom, konstrukcijskim pričvrsnim elementima (ventilatorima) itd., oni čine modul za odvođenje topline.

Punila uključuju sljedeća metalna i anorganska punila:

1. Punila od metalnog praha: bakreni prah, aluminijski prah, željezni prah, kositreni prah, nikalni prah itd.

2. Metalni oksidi: aluminijev oksid, bizmutov oksid, berilijev oksid, magnezijev oksid, cinkov oksid;

3. Metalni nitridi: aluminijev nitrid, bor nitrid, silicijev nitrid;

4. Anorganski ne-metali: grafit, silicijev karbid, ugljična vlakna, ugljikove nanocijevi, grafen, berilijev karbid itd.

III. Klasifikacija toplinski provodljivih silikonskih brtvila
Toplinski vodljive silikonske brtve mogu se podijeliti na: toplinski vodljive silikonske jastučiće i ne-silikonske silikonske jastučiće. Svojstva električne izolacije većine toplinski vodljivih silikonskih brtvi u konačnici su određena izolacijskim svojstvima čestica punila.

1. Toplinski provodljivi silikonski jastučići
Toplinski provodljivi silikonski jastučići dalje su podijeljeni u mnoge podkategorije, od kojih svaka ima svoje jedinstvene karakteristike.

2. Silikonski jastučići bez-silikona

Ne-silikonski silikonski jastučići materijal su visoke toplinske vodljivosti, obostrani-samo{2}}ljepivi, pokazuju nisku toplinsku otpornost i dobra električna izolacijska svojstva pod malom silom pritiska tijekom sastavljanja elektroničkih komponenti. Stabilan rad unutar -40 stupnjeva do 150 stupnjeva. Zadovoljava UL94V0 zahtjeve za ocjenu otpornosti na plamen.

IV. Mehanizam toplinske vodljivosti toplinski vodljivih silikonskih ploča

Toplinska vodljivost toplinski vodljivih silikonskih ploča ovisi o interakciji između polimera i toplinski vodljivog punila. Različite vrste punila imaju različite mehanizme toplinske vodljivosti.

1. Mehanizam toplinske vodljivosti metalnih punila
Metalna punila prvenstveno provode toplinu kretanjem elektrona, što je popraćeno prijenosom topline.

2. Mehanizam toplinske vodljivosti ne-metalnih punila
Ne-metalna punila prvenstveno provode toplinu kroz fonone, a njihova brzina difuzije topline ovisi uglavnom o vibracijama susjednih atoma ili veznih skupina. To uključuje metalne okside, metalne nitride i karbide.

V. Kako koristiti toplinski vodljive silikonske ploče
Općenito, toplinski provodljive silikonske ploče trebale bi biti ugrađene u dizajn strukture, hardvera i sklopova od početne faze projektiranja. Razmatranja obično uključuju: toplinsku vodljivost, konstrukcijski dizajn, elektromagnetsku kompatibilnost, prigušivanje vibracija i apsorpciju zvuka te ispitivanje instalacije.

1. Odabir rješenja za odvođenje topline: Elektronički proizvodi teže prema manjim, tanjim i lakšim dizajnima, općenito koristeći metode pasivnog hlađenja, tradicionalno temeljene na hladnjaku. Trenutačni trend je potpuno uklanjanje hladnjaka, korištenjem strukturnih komponenti za raspršivanje topline (metalni nosači, metalna kućišta); ili kombinacija hladnjaka i strukturnih komponenti za odvođenje topline. Odaberite rješenje s najboljim omjerom cijene-izvedbe za različite zahtjeve sustava i okruženja.

2. Ako koristite rješenje hladnjaka, ne preporučuje se korištenje dvostranog ljepila niske toplinske vodljivosti; niti se preporuča korištenje termalne masti bez amortizacije. Preporuča se korištenje metalnih kuka ili plastičnih igala za rad, korištenjem toplinski provodljive silikonske podloge debljine 0,5 mm. Ove dvije metode prikladne su za ugradnju i rad, mogu eliminirati potrebu za ljepilom i nude značajno bolju disipaciju topline od dvostranog ljepila, a istodobno su sigurnije i pouzdanije. Ukupni trošak, uključujući jediničnu cijenu, rad i opremu, bit će konkurentniji.

3. Prilikom odabira strukturne komponente za odvođenje topline, potrebno je uzeti u obzir strukturni oblik komponente za odvođenje topline, kao što su lokalne izbočine ili udubljenja na kontaktnoj površini, te postići ravnotežu između strukturnog procesa i veličine toplinski vodljive silikonske podloge. Ako postupak dopušta, preporuča se izbjegavati odabir pretjerano debelih silikonskih jastučića koji provode toplinu. Radi lakšeg rada, općenito se preporučuje korištenje jedno-stranog ljepila, pričvršćivanje strane-premazane ljepilom na strukturu za raspršivanje topline. Ključno je odabrati toplinski vodljivi silikonski jastučić s dobrim omjerom kompresije kako bi se osigurao dovoljan pritisak na jastučić. (Debljina toplinski provodljive silikonske podloge mora biti veća od teorijske gornje granice tolerancije razmaka između strukture za raspršivanje topline i izvora topline, općenito je prihvatljivo 1 mm-2 mm više.) Prilikom odabira strukture za raspršivanje topline, položaj, visina i vrsta pakiranja komponenti također treba uzeti u obzir tijekom rasporeda PCB-a. To omogućuje organiziranije postavljanje izvora topline i smanjuje troškove strukture za odvođenje topline.

VI. Kako odabrati toplinski provodljiv silikonski jastučić

Odabir toplinske vodljivosti
Odabir toplinske vodljivosti prvenstveno ovisi o potrošnji energije izvora topline i kapacitetu odvođenja topline hladnjaka ili konstrukcije za odvođenje topline. Općenito, čipovi s relativno niskim temperaturnim specifikacijama, visokom temperaturnom osjetljivošću ili visokom gustoćom toplinskog toka (općenito većim od 0,6 w/cm³ zahtijevaju tretman odvodom topline; oni s površinskom gustoćom toplinskog toka manjom od 0,04 w/cm² zahtijevaju samo prirodnu konvekciju) zahtijevaju tretman odvodom topline i treba odabrati toplinski vodljive silikonske jastučiće s većom toplinskom vodljivošću. U industriji potrošačke elektronike, temperature spoja čipova općenito ne smiju prelaziti 85 stupnjeva Celzijusa, a preporučuje se kontrolirati temperaturu površine čipa ispod 75 stupnjeva Celzijusa tijekom testiranja na visokim-temperaturama. Komponente koje se koriste u cijeloj ploči prvenstveno su komercijalne-klase, pa se preporučuje da unutarnja temperatura sustava ne prelazi 50 stupnjeva Celzija na sobnoj temperaturi. Površina prve vanjske površine, odnosno površine s kojom krajnji kupac može kontaktirati, idealno bi trebala imati temperaturu ispod 45 stupnjeva Celzijusa na sobnoj temperaturi. Odabir toplinski vodljivih silikonskih jastučića s visokom toplinskom vodljivošću može zadovoljiti zahtjeve dizajna i omogućiti određenu marginu dizajna.

Napomena: Gustoća toplinskog toka: Definira se kao količina topline koja prolazi kroz jedinicu površine (1 kvadratni metar) poprečnog-presjeka po jedinici vremena (1 sekunda). Temperatura spoja obično je viša od temperature kućišta i površine uređaja. Temperatura spoja mjeri vrijeme potrebno za disipaciju topline s poluvodičke pločice na zapakirano kućište uređaja, kao i toplinski otpor.

VII. Čimbenici koji utječu na toplinsku vodljivost toplinski vodljivih silikonskih jastučića

1. Vrsta i karakteristike materijala polimerne matrice: Što je veća toplinska vodljivost materijala matrice, to je bolja disperzija punila u matrici, a što je bolja veza između matrice i punila, to je bolja toplinska vodljivost kompozitnog materijala.

2. Vrste punila: Veća toplinska vodljivost punila općenito rezultira boljom toplinskom vodljivošću kompozitnog materijala.

3. Oblik punila: Općenito, redoslijed lakoće oblikovanja putova toplinske vodljivosti je brkovi > vlakna > pahuljice > granule. Što je punilima lakše formirati putove toplinske vodljivosti, to je toplinska vodljivost bolja.

4. Sadržaj punila: Raspodjela punila unutar polimera određuje toplinsku vodljivost kompozitnog materijala. Nizak sadržaj punila rezultira minimalnom toplinskom vodljivošću; prekomjerni sadržaj punila značajno utječe na mehanička svojstva kompozita. Kada se sadržaj punila poveća do određene vrijednosti, interakcija između punila tvori mrežu-poput lančane-poput toplinski vodljive mreže unutar sustava. Toplinska vodljivost je optimalna kada je smjer ove mreže usklađen sa smjerom toka topline. Stoga postoji kritična vrijednost za količinu toplinski vodljivog punila.

5. Karakteristike vezivanja između punila i materijala matrice: Veća veza između punila i matrice rezultira boljom toplinskom vodljivošću. Upotrebom odgovarajućih sredstava za spajanje za površinsku obradu punila može se povećati toplinska vodljivost za 10%-20%.