Scopri il foglio di silicone termoconduttivo in un articolo

I tradizionali materiali termoconduttivi sono costituiti principalmente da metalli (Ag, Cu e Al) e ossidi metallici (Al₂O₃, MgO e BeO), nonché da materiali non-metallici (grafite, nerofumo, Si₃N₄ e AlN). Nuovi requisiti sono stati imposti ai materiali termicamente conduttivi come risultato del progresso della produzione industriale, della scienza e della tecnologia. È stato osservato il desiderio di materiali con proprietà globali eccezionali. Nei settori elettrico ed elettronico, le dimensioni dei componenti elettronici e dei circuiti logici sono diminuite di migliaia di volte a causa del rapido sviluppo delle tecnologie di integrazione e assemblaggio. Di conseguenza, sono necessari materiali isolanti con elevata conduttività termica. Negli ultimi decenni i campi di applicazione dei materiali polimerici sono stati in costante espansione. La sostituzione dei materiali industriali tradizionali, in particolare dei materiali metallici, con materiali polimerici sintetizzati artificialmente è diventata il focus della ricerca scientifica globale. I. Cosa sono i fogli di silicone termicamente conduttivi?

I fogli di silicone termicamente conduttivi sono un tipo di materiale medio sintetizzato attraverso un processo unico. Questo processo prevede l'uso del silicone come materiale di base e l'aggiunta di una varietà di materiali ausiliari, come gli ossidi metallici. La gomma siliconica termicamente conduttiva è un materiale composito polimerico che raggiunge la conduttività termica riempiendolo con polvere termicamente conduttiva e utilizzando la resina organosiliconica come legante.

II. Materiali di matrice e riempitivi comunemente utilizzati per fogli di silicone termicamente conduttivi

Resina organosilicica (materia prima di base)

1. Riempitivi isolanti e termicamente conduttivi: allumina, ossido di magnesio, nitruro di boro, nitruro di alluminio, ossido di berillio, quarzo, ecc. Plastificanti organosilicioni

2. Ritardanti di fiamma: idrossido di magnesio, idrossido di alluminio

3. Coloranti inorganici (differenziazione del colore)

4. Agente reticolante (requisiti prestazionali di adesione)

5. Catalizzatore (requisiti di stampaggio del processo)

Nota: i cuscinetti in silicone termicamente conduttivi svolgono una funzione di conduttività termica, formando un buon percorso di conduzione termica tra l'elemento-generatore di calore e il dispositivo-di dissipazione del calore. Insieme ai dissipatori di calore, ai fissaggi strutturali (ventilatori), ecc., formano un modulo di dissipazione del calore.

I riempitivi includono i seguenti riempitivi metallici e inorganici:

1. Riempitivi in ​​polvere metallica: polvere di rame, polvere di alluminio, polvere di ferro, polvere di stagno, polvere di nichel, ecc.;

2. Ossidi metallici: ossido di alluminio, ossido di bismuto, ossido di berillio, ossido di magnesio, ossido di zinco;

3. Metallo... Nitruri: nitruro di alluminio, nitruro di boro, nitruro di silicio;

4. Non-metalli inorganici: grafite, carburo di silicio, fibra di carbonio, nanotubi di carbonio, grafene, carburo di berillio, ecc.

Immagine III. Classificazione delle guarnizioni in silicone termicamente conduttive
Le guarnizioni in silicone termicamente conduttive possono essere suddivise in: cuscinetti in silicone termicamente conduttivi e cuscinetti in silicone non- siliconici. Le proprietà di isolamento elettrico della maggior parte delle guarnizioni siliconiche termicamente conduttive sono in definitiva determinate dalle proprietà di isolamento delle particelle di riempitivo.

1. Cuscinetti in silicone termicamente conduttivi
I cuscinetti in silicone termicamente conduttivo sono ulteriormente suddivisi in molte sottocategorie, ciascuna con le proprie caratteristiche distinte.

2. Cuscinetti in silicone non-in silicone I cuscinetti in silicone non-in silicone sono un materiale ad alta conduttività termica, bi-auto-adesivo. Se utilizzati nell'assemblaggio di componenti elettronici, mostrano una bassa resistenza termica e buone proprietà di isolamento elettrico con una bassa forza di compressione. Funzionano stabilmente da -40 gradi a 150 gradi e soddisfano la classificazione ignifuga UL94V0.

IV. Meccanismo di conduttività termica del silicone termicamente conduttivo

La conduttività termica del silicone termicamente conduttivo dipende dall'interazione tra il polimero e il riempitivo termicamente conduttivo. Diversi tipi di riempitivi hanno diversi meccanismi di conduttività termica.

1. Meccanismo di conducibilità termica dei riempitivi metallici
I riempitivi metallici conducono il calore principalmente attraverso il movimento degli elettroni; il processo di movimento degli elettroni è accompagnato dal trasferimento di calore.

2. Meccanismo di conduttività termica dei riempitivi non-metallici
I riempitivi non-metallici si basano principalmente sulla conduzione dei fononi; la loro velocità di diffusione del calore dipende principalmente dalla vibrazione degli atomi vicini o dei gruppi di legame. Questi includono ossidi metallici, nitruri metallici e carburi.

V. Come utilizzare i fogli di silicone termicamente conduttivi

In generale, i cuscinetti in silicone termicamente conduttivi dovrebbero essere incorporati nella progettazione strutturale, hardware e circuitale fin dalla fase di progettazione iniziale. I fattori da considerare in genere includono: conduttività termica, progettazione strutturale, EMC, smorzamento delle vibrazioni e assorbimento acustico, installazione e test.

1. Scelta di una soluzione di dissipazione del calore: i prodotti elettronici tendono verso design più piccoli, più sottili e più leggeri, che generalmente impiegano metodi di raffreddamento passivi, tradizionalmente basati su dissipatori di calore. La tendenza attuale è quella di eliminare del tutto i dissipatori di calore, utilizzando componenti strutturali di dissipazione del calore (staffe metalliche, involucri metallici); o combinando soluzioni di dissipatori di calore con componenti strutturali di dissipazione del calore. La soluzione con il miglior rapporto costi-prestazioni dovrebbe essere scelta in base ai diversi requisiti di sistema e ambienti.

2. Se si utilizza una soluzione con dissipatore di calore, non è consigliabile utilizzare nastro biadesivo termicamente conduttivo-con bassa conduttività termica; né è consigliabile utilizzare grasso termico senza capacità di smorzamento delle vibrazioni. Si consiglia di utilizzare ganci metallici o puntine in plastica per il funzionamento, selezionando 0,5 mm... L'utilizzo di cuscinetti in silicone termicamente conduttivo più spessi insieme ad altri metodi offre una comoda installazione ed elimina la necessità di supporto adesivo. Ciò si traduce in una dissipazione del calore significativamente migliore rispetto al nastro biadesivo termicamente conduttivo ed è più sicuro e affidabile. Il costo complessivo, compreso il prezzo unitario, la manodopera e le attrezzature, è più competitivo.

3. Quando si scelgono le strutture di dissipazione del calore, è necessario considerare la forma strutturale della struttura di dissipazione del calore, come sporgenze locali o rientranze sulla superficie di contatto. È necessario trovare un equilibrio tra il design strutturale e le dimensioni del cuscinetto in silicone termicamente conduttivo. Se il processo lo consente, è consigliabile evitare di scegliere cuscinetti in silicone termoconduttivo eccessivamente spessi. Per facilitare il funzionamento, in genere si consiglia l'uso di un supporto adesivo su un lato-con il lato rivestito di adesivo-applicato alla struttura di dissipazione del calore. È fondamentale scegliere un tampone con un buon rapporto di compressione per garantire una pressione sufficiente sul tampone in silicone termoconduttivo. (Lo spessore del cuscinetto in silicone termicamente conduttivo deve superare il limite superiore teorico dello spazio libero tra la struttura di dissipazione del calore e la fonte di calore, in genere di 1 mm-2 mm.) Quando si selezionano le strutture di dissipazione del calore, è necessario considerare anche la posizione, l'altezza e il tipo di contenitore dei componenti durante il layout del PCB. Il posizionamento regolare delle fonti di calore può ridurre il costo della struttura di dissipazione del calore.

VI. Come scegliere i fogli di silicone termoconduttivo
La scelta della conduttività termica dipende principalmente dal consumo energetico della fonte di calore e dalla capacità di dissipazione del calore del dissipatore di calore o della struttura di dissipazione del calore. In generale, i chip con specifiche di bassa temperatura, sensibilità alle alte temperature o densità di flusso di calore elevata (generalmente superiore a 0,6 W/cm³ che richiedono dissipazione di calore, mentre quelli con densità di flusso di calore superficiale inferiore a 0,04 W/cm² richiedono solo convezione naturale) richiedono dissipazione di calore e dovrebbero essere selezionati fogli di silicone termoconduttivi con conduttività termica più elevata. Nel settore dell'elettronica di consumo, le temperature di giunzione dei chip generalmente non possono superare gli 85 gradi Celsius e si consiglia di controllare la temperatura della superficie del chip al di sotto di 75 gradi Celsius durante i test ad alta-temperatura. I componenti dell'intera scheda sono per lo più di tipo commerciale-, pertanto si consiglia che la temperatura interna del sistema non superi i 50 gradi Celsius a temperatura ambiente. La superficie della prima superficie, ovvero la superficie con cui il cliente finale può entrare in contatto, dovrebbe idealmente avere una temperatura inferiore a 45 gradi Celsius a temperatura ambiente. La scelta di lastre in silicone termoconduttivo con conduttività termica più elevata può soddisfare i requisiti di progettazione e consentire un certo margine di progettazione.

Nota: Densità del flusso di calore: definita come: la densità del flusso di calore per unità di area (1 metro quadrato) per unità di tempo (1 La temperatura di giunzione (JT) misura la quantità di calore che passa attraverso il wafer semiconduttore all'alloggiamento del dispositivo confezionato in secondi. Solitamente è superiore alla temperatura del case e alla temperatura superficiale del dispositivo. La temperatura di giunzione misura il tempo necessario per la dissipazione del calore dal wafer semiconduttore all'alloggiamento del dispositivo confezionato, nonché la resistenza termica.

VII. Fattori che influenzano la conduttività termica del silicone termicamente conduttivo

1. Tipo e proprietà del materiale della matrice polimerica: un materiale della matrice a conduttività termica più elevata, una migliore dispersione del riempitivo nella matrice e un migliore legame tra la matrice e il riempitivo si traducono in una migliore conduttività termica del materiale composito.

2. Tipo di riempitivo: una maggiore conduttività termica del riempitivo generalmente porta a una migliore conduttività termica del materiale composito.

3. Forma del riempitivo: Generalmente, l'ordine di facilità con cui si formano i percorsi termici è baffi > fibre > scaglie > granuli. Quanto più facile è per il riempitivo formare percorsi termici, tanto migliore è la conduttività termica.

4. Contenuto di riempitivo La distribuzione dei riempitivi all'interno del polimero determina la conduttività termica dei materiali compositi. Quando il contenuto di riempitivo è basso, l'effetto della conduttività termica non è significativo; quando il contenuto di riempitivo è eccessivo le proprietà meccaniche del materiale composito ne risentono notevolmente. Tuttavia, quando il contenuto del riempitivo aumenta fino a un certo valore, l'interazione tra i riempitivi forma una rete termoconduttiva a rete-o a catena-nel sistema. La conduttività termica è ottimale quando la direzione di questa rete è allineata con la direzione del flusso di calore. Pertanto, esiste un valore critico per la quantità di riempitivo termicamente conduttivo.

5. Caratteristiche di legame tra riempitivo e materiale della matrice Maggiore è il grado di legame tra il riempitivo e la matrice, migliore è la conduttività termica. L'utilizzo di un agente legante adatto per trattare la superficie del riempitivo può aumentare la conduttività termica del 10%–20%.