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)。
导热灌封胶与力王相变凝胶的性能区别在哪里?
导热灌封胶与力王相变凝胶的一些相同的特性:导热,都有导热的作用;阻燃绝缘,都有一定的阻燃绝缘的作用;降温防震密封保护。
导热灌封胶与力王相变凝胶的区别主要在:1、力王相变凝胶有吸热储热的作用,而普通的导热灌封胶是没有的;2、力王相变凝胶还有一定的放热保温作用,在相变点上能保温一定的时间;3、力王相变凝胶散热降温的效率比普通的导热灌封胶要好,除了能快速导热,还能将短时间无法及时导散出去的热量快速吸收,避免因短时间发热波动而无法散热时造成电子元器件的损伤。
导热凝胶与导热硅脂有什么区别?
导热凝胶与导热硅脂是电子产品中常用的两种导热介质,它们在应用领域广泛。
两者在成分、结构、导热性能以及特性上有显著差异,下面我们具体分析。
成分和结构方面,导热凝胶由导热填料与胶体材料组成,常见填料为氧化铝、氮化硼或氧化硅,而胶体材料多为硅橡胶。
导热凝胶呈凝胶状,具有柔软特性,易于成型及填充空隙。
相比之下,导热硅脂主要由金属氧化物填料和有机硅胶构成,以硅氧键连接,形成膏状或胶状结构,同样能均匀分散填料,便于在导热表面涂抹并填充间隙。
在导热性能上,导热凝胶的导热系数一般在1.0~10.0 W/mK之间,适用于对导热性能要求不高场景,如电路板散热、LED灯散热等。
而导热硅脂的导热系数普遍较高,可达1.0~20.0 W/mK以上,适用于对导热性能要求高的场合,例如CPU、GPU散热、电源模块散热及电子元器件导热。
特殊性质方面,导热凝胶具备良好的柔软性,适合适应不规则表面或填充微小间隙,同时,一些产品具有较好的绝缘性能,能防止电子元件间的短路。
导热硅脂则因高粘度而在表面形成均匀导热层,且部分产品具有耐高温性能,在高温环境下保持稳定导热。
应用领域上,导热凝胶适用于对导热性能要求不高、对绝缘性能有要求的场合,如电子设备、LED照明等。
导热硅脂则主要用于要求高导热性能及耐高温性能的应用,如高性能电子设备、电源模块及高热环境下的电子元器件散热。
综上,导热凝胶与导热硅脂在成分、结构、导热性能及特性上有所区别,选择合适导热材料时,需根据具体应用场景和性能需求来决定。