導(dǎo)熱硅膠片材技術(shù)手冊(cè),導(dǎo)熱傳感再也不必多慮
什么是導(dǎo)熱硅膠片
導(dǎo)熱硅膠片是以硅膠為基材,添加金屬氧化物等各種輔材,通過特殊工藝合成的一種導(dǎo)熱介質(zhì)材料,在行業(yè)內(nèi),又稱為導(dǎo)熱硅膠墊,導(dǎo)熱矽膠片,軟性導(dǎo)熱墊,導(dǎo)熱硅膠墊片等等,是專門為利用縫隙傳遞熱量的設(shè)計(jì)方案生產(chǎn),能夠填充縫隙,完成發(fā)熱部位與散熱部位間的熱傳遞,同時(shí)還起到絕緣、減震、密封等作用,能夠滿足設(shè)備小型化及超薄化的設(shè)計(jì)要求,是極具工藝性和使用性,且厚度適用范圍廣,一種極佳的導(dǎo)熱填充材料。
導(dǎo)熱硅膠片
導(dǎo)熱硅膠墊片生產(chǎn)工藝過程,其生產(chǎn)工藝步驟主要有:原材料準(zhǔn)備→塑煉、混煉→成型硫化→修整裁切→檢驗(yàn)等。下面簡(jiǎn)單介紹導(dǎo)熱硅膠片的生產(chǎn)工藝流程:
1、原材料準(zhǔn)備
普通有機(jī)硅膠的熱導(dǎo)率通常只有0.2W/m·K 左右。但是在普通硅膠中混合導(dǎo)熱填料可提高其導(dǎo)熱性能。常用的導(dǎo)熱填料有金屬氧化物(如Al2O3、MgO、BeO 等)、金屬氮化物(如SiN、AlN、BN 等)。填料的熱導(dǎo)率不僅與材料本身有關(guān),而且與導(dǎo)熱填料的粒徑分布、形態(tài)、界面接觸、分子內(nèi)部的結(jié)合程度等密切相關(guān)。一般而言,纖維狀或箔片狀的導(dǎo)熱填料的導(dǎo)熱效果更好。
2、塑煉、混煉
塑煉、混煉是硅膠片廠家的一個(gè)工序,指采用機(jī)械或化學(xué)的方法,降低生膠分子量和粘度以提高其可塑性,并獲適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)性,以滿足混煉和成型進(jìn)一步加工的需要。導(dǎo)熱硅膠片制作原料一般是使用機(jī)械高速攪拌進(jìn)行破壞。經(jīng)過配色混煉后由乳白色硅膠變位各種顏色的片料。
3、成型硫化
如果想要做成柔軟有彈性且耐拉的導(dǎo)熱硅膠片需要用的就是要進(jìn)行過二次硫化的有機(jī)硅膠。硫化實(shí)際上也可以叫固化。液態(tài)的導(dǎo)熱硅膠在第一階段加熱成型后,其交聯(lián)密度不夠,要使其進(jìn)一步硫化反應(yīng)才能增加導(dǎo)熱硅膠片的拉升強(qiáng)度、回彈性、硬度、溶脹程度、密度、熱穩(wěn)定性都比一次硫化有較大的改善。如果不進(jìn)行二次硫化,也許生產(chǎn)的導(dǎo)熱硅膠片在性能上會(huì)受到一定的影響,得不到性能更好的產(chǎn)品。一次硫化后的產(chǎn)品參數(shù)與二次硫化的參數(shù)不盡相同,這與實(shí)際操作過程及步驟也有關(guān)。
4、修整裁切
高溫處理后的導(dǎo)熱硅膠片需要放置一段時(shí)間,讓其自然冷卻后在進(jìn)行不同尺寸規(guī)格的裁切,而不能采用其他快速冷卻方式。否則會(huì)直接影響導(dǎo)熱硅膠墊的產(chǎn)品性能。
5、成品檢測(cè)
其中硅膠成品需要檢測(cè)的主要項(xiàng)目包括:導(dǎo)熱系數(shù)、耐溫范圍、體積電阻率、耐電壓、阻燃性、抗拉強(qiáng)度、硬度、厚度等。
導(dǎo)熱硅膠片的優(yōu)點(diǎn)
1、材料較軟,壓縮性能好,導(dǎo)熱絕緣性能好,厚度的可調(diào)范圍比較大,適合填充空腔,兩面具有天然粘性,可操作性和維修性強(qiáng);
2、選用導(dǎo)熱硅膠片的最主要目的是減少熱源表面與散熱器件接觸面之間產(chǎn)生的接觸熱阻,導(dǎo)熱硅膠片可以很好的填充接觸面的間隙;
3、由于空氣是熱的不良導(dǎo)體,會(huì)嚴(yán)重阻礙熱量在接觸面之間的傳遞,而在發(fā)熱源和散熱器之間加裝導(dǎo)熱硅膠片可以將空氣擠出接觸面;
4、有了導(dǎo)熱硅膠片的補(bǔ)充,可以使發(fā)熱源和散熱器之間的接觸面更好的充分接觸,真正做到面對(duì)面的接觸。在溫度上的反應(yīng)可以達(dá)到盡量小的溫差;
5、導(dǎo)熱硅膠片的導(dǎo)熱系數(shù)具有可調(diào)控性,導(dǎo)熱穩(wěn)定度也更好;
6、導(dǎo)熱硅膠片在結(jié)構(gòu)上的工藝工差彌合,降低散熱器和散熱結(jié)構(gòu)件的工藝工差要求;
7、導(dǎo)熱硅膠片具有絕緣性能(該特點(diǎn)需在制作當(dāng)中添加合適的材料);
8、導(dǎo)熱硅膠片具減震吸音的效果;
9、導(dǎo)熱硅膠片具有安裝,測(cè)試,可重復(fù)使用的便捷性。
導(dǎo)熱硅膠片的缺點(diǎn)
相對(duì)導(dǎo)熱硅脂,導(dǎo)熱硅膠片有以下缺點(diǎn):
1、雖然導(dǎo)熱系數(shù)比導(dǎo)熱硅脂高,但是熱阻同樣也比導(dǎo)熱硅膠要高;
2、厚度0.5mm以下的導(dǎo)熱硅膠片工藝復(fù)雜,熱阻相對(duì)較高;
3、導(dǎo)熱硅脂耐溫范圍更大,它們分別導(dǎo)熱硅脂-60℃~300℃,導(dǎo)熱硅膠片-50℃~220℃;
4、價(jià)格:導(dǎo)熱硅脂已普遍使用,價(jià)格較低,導(dǎo)熱硅膠片多應(yīng)用在筆記本電腦等薄小精密的電子產(chǎn)品中,價(jià)格稍高。
導(dǎo)熱硅膠片的應(yīng)用領(lǐng)域
◆LED行業(yè)使用
●導(dǎo)熱硅膠片用于鋁基板與散熱片之間
●導(dǎo)熱硅膠片用于鋁基板與外殼之間
◆ 電源行業(yè)
用與MOS管、變壓器(或電容/PFC電感)與散熱片或外殼之間的導(dǎo)熱
◆ 通訊行業(yè)
●產(chǎn)品在主板IC與散熱片或外殼間的導(dǎo)熱散熱
●機(jī)頂盒DC-DC IC與外殼之間導(dǎo)熱散熱
◆ 汽車電子行業(yè)的應(yīng)用
汽車電子行業(yè)應(yīng)用(如氙氣燈鎮(zhèn)流器、音響,車載系列產(chǎn)品等)均可用到導(dǎo)熱硅膠片
◆PDP /LED電視的應(yīng)用
功放IC、圖像解碼器IC與散熱器(外殼)之間的導(dǎo)熱
◆家電行業(yè)
微波爐/空調(diào)(風(fēng)扇電機(jī)功率IC與外殼間)/電磁爐(熱敏電阻與散熱片間)
導(dǎo)熱硅膠片的選型
◆導(dǎo)熱系數(shù)選擇
導(dǎo)熱系數(shù)選擇最主要還是要看熱源功耗大小,以及散熱器或散熱結(jié)構(gòu)的散熱能力大小。一般芯片溫度規(guī)格參數(shù)比較低,或?qū)囟缺容^敏感,或熱流密度比較大(一般大于0.6w/cm3 需要做散熱處理,一般表面小于0.04w/cm2 時(shí)候都只需要自然對(duì)流處理就可以)這些芯片或熱源都需要進(jìn)行散熱處理,并且盡量選擇導(dǎo)熱系數(shù)高點(diǎn)的導(dǎo)熱硅膠片。
消費(fèi)電子行業(yè)一般不允許芯片結(jié)溫高于85 度,也建議控制芯片表面在高溫測(cè)試時(shí)候小于75 度,整個(gè)板卡的元器件也基本采用的是商業(yè)級(jí)元器件,所以系統(tǒng)內(nèi)部溫度常溫下建議不超過 50度。第一外觀面,或終端客戶受能接觸的面建議溫度在常溫下得低于 45 度。選擇導(dǎo)熱系數(shù)較高的導(dǎo)熱硅膠片可以滿足設(shè)計(jì)要求和保留一些設(shè)計(jì)裕度。
注解:熱流密度:定義為:?jiǎn)挝幻娣e(1 平方米)的截面內(nèi)單位時(shí)間(1 秒)通過的熱量。結(jié)溫它通常高于外殼溫度和器件表面溫度。結(jié)溫可以衡量從半導(dǎo)體晶圓到封裝器件外殼間的散熱所需時(shí)間以及熱阻。
◆影響導(dǎo)熱硅膠導(dǎo)熱系數(shù)的因素
1、聚合物基體材料的種類和特性
基體材料的導(dǎo)熱系數(shù)超高,填料在基體的分散性越好及基體與填料結(jié)合程度越好,導(dǎo)熱復(fù)合材料導(dǎo)熱性能越好。
2、填料的種類
填料的導(dǎo)熱系數(shù)越高,導(dǎo)熱復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能越好。
3、填料的形狀
一般來說,容易形成導(dǎo)熱通路的次序?yàn)榫ы?>纖維狀 > 片狀 > 顆粒狀,填料越容易形成導(dǎo)熱通路,導(dǎo)熱性能越好。
4、填料的含量
填料在高分子的分布情況決定著復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。當(dāng)填料含量較小時(shí),起到的導(dǎo)熱效果不明顯;當(dāng)填料過多時(shí),復(fù)合材料的力學(xué)性能會(huì)受到較大的影響。而當(dāng)填料含量增至某一值時(shí),填料之間相互作用在體系中形成類似網(wǎng)狀或者鏈狀的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈,當(dāng)導(dǎo)熱網(wǎng)鏈的方向與熱流方向一致時(shí),導(dǎo)熱性能最好。因此,導(dǎo)熱填料的量存在著某一臨界值。
5、填料與基體材料界面的結(jié)合特性
填料與基體的結(jié)合程度越高,導(dǎo)熱性能越好,選用合適的偶聯(lián)劑對(duì)填料進(jìn)行表面處理,導(dǎo)熱系數(shù)可提高10%—20%。
導(dǎo)熱硅膠片的安裝方法
1、保持與導(dǎo)熱硅膠片結(jié)束面的干凈,預(yù)防導(dǎo)熱硅膠片黏上污穢,污穢的導(dǎo)熱硅膠片自粘性和密封導(dǎo)熱性會(huì)變差。
2、拿去導(dǎo)熱硅膠墊片時(shí),面積大的導(dǎo)熱硅膠片應(yīng)該從中心部位抓取,面積較小片材抓取不予要求,因?yàn)榇髩K的導(dǎo)熱硅膠片受力不均,會(huì)導(dǎo)致變形,影響后續(xù)操作,甚至損壞硅膠片。
3、左手拿片材,右手撕去其中一面離型保護(hù)膜。不能同時(shí)撕去兩面保護(hù)膜,減少直接接觸導(dǎo)熱硅膠片的次數(shù)和面積,保持導(dǎo)熱硅膠片自粘性及導(dǎo)熱性不至于受損。
4、撕去保護(hù)膜的一面,朝向散熱器,先將導(dǎo)熱硅膠片對(duì)齊散熱器。緩慢放下導(dǎo)熱硅膠片時(shí)。要小心避免氣泡的產(chǎn)生。
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