电子设备性能不断提高,功率消耗与产生的热量也随之加大。
热量有效散失对于维持设备性能至关重要。
电子元件与散热器接触时,实际接触面积仅为宏观接触面积的约10%,因为空气填充了大部分间隙。
空气作为热的不良导体,其导热系数仅0.026W/(m·K),阻碍了界面间传热,导致芯片与散热器间热阻增加,系统散热效率降低,进而影响芯片使用寿命。
热传递示意图展示了使用热界面材料(TIMs)的重要性。
图①中,来自黑色表面的热量仅能在红色高亮点传导至灰色散热器。
图②中,深蓝色代表热界面材料,大部分浅蓝色气袋已被消除,由更具传导性的热界面材料替代。
热界面材料能填充两个表面之间的空隙,增加有效接触面积,配合其高导热率,有效解决材料接触界面热传导不畅的问题。
多数情况下,完全消除空气几乎不可能,但仍能显著改善热性能。
热界面材料(TIM)对于任何高效热管理系统至关重要,广泛用于消费和工业电子系统中,确保高效散热并防止局部温度过载。
TIM按位置可分为TIM1和TIM2,前者是芯片与封装外壳之间的热界面材料,后者是封装外壳与热沉之间的热界面材料。
TIM1要求低热阻和高热导率,CTE与硅片匹配;TIM2要求相对较低。
聚合物(树脂材料:硅胶、环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸)导热系数约为0.1W/(m·K),通过使用油脂代替空气,热阻可降低约五倍。
目前几乎所有的热界面材料都填充有导热填料颗粒,如金属类填料(尤其是银)、无机颗粒填料(氧化铝、氧化镁、氧化硅、氮化铝、氮化硼和金刚石粉末等)。
这显著提高了聚合物的导热系数,同时保留其柔韧性、低成本以及易于加工成型的优点,热导率可提高至7W/(m·K)范围。
“TC-BGI系列”散热硅橡胶片热界面材料由信越化学提供,具有7W/(m·K)的高导热率,0.3mm厚的片材保证5kV的耐压。
该材料含有高比例的导热填料,采用高热导率的氮化硼化合物作为填料,并应用玻璃布增强,具有优异的撕裂强度。
常见热界面材料产品包括导热膏/导热脂、导热垫片、导热凝胶、导热相变材料、导热胶带及导热灌封胶等。
这些材料根据不同应用设计及生产工艺需求,以不同形态出现,具有各自特点。
导热膏/导热脂呈液态或膏状,流动性好,能降低异质表面间的热阻,主要以硅酮或烃油等高分子材料为基体,填充各类导热材料,如AlN、ZnO、BN、Al2O3、SiC、银、石墨、铝粉及金刚石粉末等。
使用简单,成本较低,但易溢出污染,对使用者亲和力差,多次循环后基体材料易分离。
导热垫片通常以硅橡胶为高分子聚合物基体,添加高导热性填料合成,用于填充发热元器件和散热片或金属底座之间的空隙,完成热传递,同时具有减震、绝缘、密封作用。
导热垫片单侧或两侧具有天然粘性,基体以有机硅聚合物为主,高温下介电性能稳定、耐氧化、绝缘性好,填料如AlN、BN、ZnO、Al2O3等,填充量及配比影响热导率。
绝缘性要求不高时,可添加非缘缘性填料,获得更高热导率。
导热凝胶兼具导热垫片和导热膏的优点,使用时为膏状,流动性好,能填补不平整表面间的间隙,可逐渐硫化,热阻相对较低,适应接触面不规则形状,无溢出风险,稳定状态,使用寿命可达10年,而导热脂一年后通常需要重新涂覆。
导热相变材料通过相变过程吸收或释放热量,额外增加热耗散路径,缓解元器件工作温度,延长使用寿命。
相变材料可选自无硅石蜡的蜡材料或丙烯酸为基础,分为有机相变材料和无机相变材料两大类。
导热胶带用作散热元器件的贴合材料,提供高导热性、绝缘、固定功能,具有柔软、服帖、强黏特性,适用于接触面不规则形状,稳固性好,不易移动。
填充导热颗粒有限,热导率较低,适用于小功率元器件。
导热灌封胶在封装操作中起到防尘、防潮、防震作用,延长电子元器件使用寿命。
双组分胶完全固化后,具有流动性的胶液固化为固体,实现其使用价值,热导率可达0.6~2.0W/(m·K)至4.0W/(m·K)。
导热凝胶哪些应用场景中起到作用的
导热凝胶SLD-7350是一款由新亚制程()旗下新亚新材料研发生产的界面填充导热材料(TIM),具有预固化、低挥发和低装配应力的特点。
这种单组份的导热材料易于使用,无需混合,适用于散热器、底座或外壳与高热量IC功率器件之间的热量传递。
导热凝胶的特点包括:1、性能特点:采用纳米高导热填料和预固化技术,具备良好的界面润湿性能;低装配应力、低接触热阻;良好触变,热循环和HAST后依然保持杰出的热稳定特性。
与导热垫片相比,导热凝胶更柔软,表面亲和性更好,可压缩至非常低的厚度,从而显著提升传热效率。
2、连续化作业优势:导热凝胶可满足自动化点胶工艺,可直接称量使用,常用连续化使用方式是点胶机,实现定点定量控制,节省人工,提升生产效率。
导热凝胶在以下应用场景中起到作用:1、电子设备散热:导热凝胶以其优秀的导热性和可压缩性,成为电子设备散热的重要选择,尤其适用于智能手机、服务器以及通信设备等。
2、IC封装和电子散热:导热凝胶连接IC芯片和散热器,填充芯片和散热器之间的空隙,将热量从IC芯片传导到散热器上,实现设备的降温。
3、汽车电子:汽车电子的驱动模块元器件与外壳之间的传热材料,保证汽车的散热问题。
4、LED球泡灯中的驱动电源:导热凝胶对电源进行局部填充,有效导出热量,避免电源散热不均而出现更换问题,节约成本。
导热凝胶的使用方法和注意事项包括清洁表面、挤出导热凝胶、确定位置、压实导热凝胶、固定位置等。
需要注意的是,导热凝胶是一种微弱粘性的材料,使用时需小心,避免弄脏衣物或皮肤。
同时,导热凝胶需存放在阴凉、干燥的环境中,避免长时间暴露在阳光下或高温环境中。
SLD-7350导热凝胶广泛应用于电池模组、水冷板散热、LED芯片、通信设备、手机CPU、内存模块、IGBT及其它功率模块、功率半导体领域。
导热材料有哪些
导热材料有导热硅脂、导热凝胶、导热双面胶、导热垫片、导热灌封胶等几种,而每一种导热材料都有其优点和擅长的领域。
导热绝缘弹性橡胶采用硅橡胶基材,氮化硼、氧化铝等陶瓷颗粒为填充剂,导热效果非常好。
同等条件下,热阻抗要小于其它导热材料。
具有柔软,干净,无污染和放射性,高绝缘性的特点,玻璃纤维加固提供了良好的机械性能,能够防刺穿、抗剪切、抗撕裂,可带导热压敏背胶。
导热橡胶的导热性能不仅和导热材料的厚度有关,还和导热材料的使用面积有关。
导热硅脂:俗称导热膏、散热膏,是一种以硅油做基础油,以金属氧化物做填料,配多种功能添加剂,经特定工艺加工而成的膏状热界面材料。
它是以硅油为原料,并添加增稠剂等填充剂,在经过加热减压、研磨等工艺之后形成的一种酯状物,该物质有一定的黏稠度,没有明显的颗粒感。
可以有效的填充各种缝隙;主要应用环境:高功率的发热元器件与散热器之间。
相变导热绝缘材料,主要用于高性能的微处理器和要求热阻极低的发热元件,以确保良好散热。
相变导热绝缘材料在大约45-50℃时会发生相变。
并在压力作用下流进并填充发热体和散热器之间的不规则间隙,挤走空气,以形成良好导热的界面。