Entenda a folha de silicone condutora térmica em um artigo

Os materiais termicamente condutores tradicionais consistem principalmente em metais (Ag, Cu e Al) e óxidos metálicos (Al₂O₃, MgO e BeO), bem como materiais não{0}}metálicos (grafite, negro de fumo, Si₃N₄ e AlN). Novos requisitos foram impostos aos materiais termicamente condutores como resultado do avanço da produção industrial e da ciência e tecnologia. O desejo por materiais com propriedades abrangentes excepcionais foi observado. Nos sectores eléctrico e electrónico, o tamanho dos componentes electrónicos e dos circuitos lógicos diminuiu milhares de vezes como resultado do rápido desenvolvimento das tecnologias de integração e montagem. Consequentemente, são necessários materiais isolantes com alta condutividade térmica. Nas últimas décadas, os campos de aplicação de materiais poliméricos têm se expandido constantemente. A substituição de materiais industriais tradicionais, particularmente materiais metálicos, por materiais poliméricos sintetizados artificialmente tornou-se um foco de pesquisa científica global. I. O que são folhas de silicone termicamente condutoras?

Folhas de silicone termicamente condutoras são um tipo de material médio sintetizado por meio de um processo único. Este processo envolve o uso de silicone como material de base e a adição de uma variedade de materiais auxiliares, como óxidos metálicos. Borracha de silicone termicamente condutora é um material compósito polimérico que atinge condutividade térmica preenchendo-o com pó termicamente condutor e usando resina de organossilício como aglutinante.

II. Materiais de matriz e enchimentos comumente usados ​​para folhas de silicone termicamente condutoras

Resina de Organossilício (Matéria Prima Básica)

1. Enchimentos isolantes e termicamente condutores: Alumina, Óxido de Magnésio, Nitreto de Boro, Nitreto de Alumínio, Óxido de Berílio, Quartzo, etc.

2. Retardadores de Chama: Hidróxido de Magnésio, Hidróxido de Alumínio

3. Corantes Inorgânicos (Diferenciação de Cores)

4. Agente de reticulação (requisitos de desempenho de adesão)

5. Catalisador (requisitos de moldagem de processo)

Observação: as almofadas de silicone termicamente condutoras desempenham uma função de condutividade térmica, formando um bom caminho de condução térmica entre o elemento-gerador de calor e o dispositivo-dissipador de calor. Juntamente com dissipadores de calor, fixadores estruturais (ventiladores), etc., formam um módulo de dissipação de calor.

Os enchimentos incluem os seguintes enchimentos metálicos e inorgânicos:

1. Enchimentos de pó metálico: pó de cobre, pó de alumínio, pó de ferro, pó de estanho, pó de níquel, etc.;

2. Óxidos metálicos: óxido de alumínio, óxido de bismuto, óxido de berílio, óxido de magnésio, óxido de zinco;

3. Metal... Nitretos: Nitreto de alumínio, Nitreto de boro, Nitreto de silício;

4. Não-metais inorgânicos: grafite, carboneto de silício, fibra de carbono, nanotubos de carbono, grafeno, carboneto de berílio, etc.

Imagem III. Classificação de juntas de silicone termicamente condutoras
As juntas de silicone termicamente condutoras podem ser divididas em: almofadas de silicone termicamente condutoras e almofadas de silicone sem{0}}silicone. As propriedades de isolamento elétrico da maioria das juntas de silicone termicamente condutoras são determinadas, em última análise, pelas propriedades de isolamento das partículas de enchimento.

1. Almofadas de silicone termicamente condutoras
As almofadas de silicone termicamente condutoras são divididas em muitas subcategorias, cada uma com suas próprias características distintas.

2. Almofadas de silicone sem-silicone As almofadas de silicone sem{2}}silicone são um material de alta condutividade térmica, autoadesivo-de dupla face-. Quando utilizados na montagem de componentes eletrônicos, apresentam baixa resistência térmica e boas propriedades de isolamento elétrico sob baixa força compressiva. Eles operam de forma estável de -40 graus a 150 graus e atendem à classificação de retardante de chama UL94V0.

4. Mecanismo de condutividade térmica de silicone termicamente condutivo

A condutividade térmica do silicone termicamente condutivo depende da interação entre o polímero e a carga termicamente condutiva. Diferentes tipos de enchimentos possuem diferentes mecanismos de condutividade térmica.

1. Mecanismo de condutividade térmica de cargas metálicas
As cargas metálicas conduzem calor principalmente por meio do movimento dos elétrons; o processo de movimento dos elétrons é acompanhado pela transferência de calor.

2. Mecanismo de condutividade térmica de enchimentos não{1}metálicos
Os enchimentos não{0}metálicos dependem principalmente da condução de fônons; sua taxa de difusão de calor depende principalmente da vibração de átomos vizinhos ou grupos de ligação. Isso inclui óxidos metálicos, nitretos metálicos e carbonetos.

V. Como usar folhas de silicone termicamente condutoras

Geralmente, as almofadas de silicone termicamente condutoras devem ser incorporadas ao projeto estrutural, de hardware e de circuito desde o estágio inicial do projeto. Os fatores a serem considerados normalmente incluem: condutividade térmica, projeto estrutural, EMC, amortecimento de vibrações e absorção sonora, além de instalação e testes.

1. Escolhendo uma solução de dissipação de calor: Os produtos eletrônicos estão tendendo a designs menores, mais finos e mais leves, geralmente empregando métodos de resfriamento passivos, tradicionalmente baseados em dissipadores de calor. A tendência atual é eliminar totalmente os dissipadores de calor, utilizando componentes estruturais de dissipação de calor (suportes metálicos, invólucros metálicos); ou combinando soluções de dissipadores de calor com componentes estruturais de dissipação de calor. A solução com a melhor relação custo{3}}desempenho deve ser escolhida com base em diferentes requisitos de sistema e ambientes.

2. Se estiver usando uma solução de dissipador de calor, não é recomendado usar fita dupla-condutiva termicamente com baixa condutividade térmica; nem é recomendado o uso de pasta térmica sem capacidade de amortecimento de vibração. Sugere-se o uso de ganchos de metal ou pinos de plástico para operação, selecionando 0,5 mm... O uso de almofadas de silicone termicamente condutoras mais espessas em conjunto com outros métodos oferece instalação conveniente e elimina a necessidade de adesivo. Isso resulta em uma dissipação de calor significativamente melhor do que a fita dupla-condutiva termicamente e é mais segura e confiável. O custo geral, incluindo preço unitário, mão de obra e equipamento, é mais competitivo.

3. Ao escolher estruturas de dissipação de calor, é necessário considerar a forma estrutural da estrutura de dissipação de calor, como saliências locais ou reentrâncias na superfície de contato. Deve ser alcançado um equilíbrio entre o projeto estrutural e o tamanho da almofada de silicone termicamente condutora. Se o processo permitir, é aconselhável evitar a escolha de almofadas de silicone termicamente condutoras excessivamente espessas. Para facilitar a operação, geralmente é recomendado um adesivo-único, com o lado revestido-adesivo aplicado à estrutura de dissipação de calor. É crucial escolher uma almofada com uma boa taxa de compressão para garantir pressão suficiente na almofada de silicone termicamente condutora. (A espessura da almofada de silicone termicamente condutora deve exceder o limite superior teórico da folga entre a estrutura de dissipação de calor e a fonte de calor, normalmente em 1 mm-2 mm.) Ao selecionar estruturas de dissipação de calor, a posição, a altura e o tipo de pacote dos componentes também devem ser considerados durante o layout da PCB. A colocação regular de fontes de calor pode reduzir o custo da estrutura de dissipação de calor.

VI. Como escolher folhas de silicone condutoras térmicas
A seleção da condutividade térmica depende principalmente do consumo de energia da fonte de calor e da capacidade de dissipação de calor do dissipador de calor ou da estrutura de dissipação de calor. Geralmente, chips com especificações de baixa temperatura, alta sensibilidade à temperatura ou alta densidade de fluxo de calor (geralmente superior a 0,6 W/cm³ exigindo dissipação de calor, enquanto aqueles com densidade de fluxo de calor superficial inferior a 0,04 W/cm² requerem apenas convecção natural) requerem dissipação de calor, e folhas de silicone condutoras térmicas com maior condutividade térmica devem ser selecionadas. Na indústria de eletrônicos de consumo, as temperaturas de junção do chip geralmente não podem exceder 85 graus Celsius, e é recomendado controlar a temperatura da superfície do chip abaixo de 75 graus Celsius durante testes de alta-temperatura. Os componentes de toda a placa são em sua maioria de nível-comercial, portanto, recomenda-se que a temperatura interna do sistema não exceda 50 graus Celsius em temperatura ambiente. A superfície da primeira superfície, ou a superfície com a qual o cliente final pode entrar em contato, deve idealmente ter uma temperatura inferior a 45 graus Celsius à temperatura ambiente. A escolha de folhas de silicone condutoras térmicas com maior condutividade térmica pode atender aos requisitos do projeto e permitir alguma margem de projeto.

Nota: Densidade de fluxo de calor: definida como: a densidade de fluxo de calor por unidade de área (1 metro quadrado) por unidade de tempo (1 A temperatura da junção (JT) mede a quantidade de calor que passa através do wafer semicondutor até o invólucro do dispositivo embalado em segundos. Geralmente é maior que a temperatura da caixa e a temperatura da superfície do dispositivo. A temperatura da junção mede o tempo necessário para a dissipação de calor do wafer semicondutor para o invólucro do dispositivo embalado, bem como a resistência térmica.

VII. Fatores que afetam a condutividade térmica do silicone termicamente condutivo

1. Tipo e propriedades do material da matriz polimérica: Um material de matriz com maior condutividade térmica, melhor dispersão da carga na matriz e uma melhor ligação entre a matriz e a carga resultam em melhor condutividade térmica do material compósito.

2. Tipo de enchimento: Maior condutividade térmica do enchimento geralmente leva a uma melhor condutividade térmica do material compósito.

3. Formato do enchimento: Geralmente, a ordem de facilidade de formação de vias térmicas é bigodes > fibras > flocos > grânulos. Quanto mais fácil for para o enchimento formar caminhos térmicos, melhor será a condutividade térmica.

4. Conteúdo da carga A distribuição das cargas dentro do polímero determina a condutividade térmica dos materiais compósitos. Quando o teor de carga é baixo, o efeito da condutividade térmica não é significativo; quando o teor de carga é excessivo, as propriedades mecânicas do material compósito são bastante afetadas. No entanto, quando o conteúdo do preenchimento aumenta para um determinado valor, a interação entre os preenchimentos forma uma rede-semelhante a uma rede ou uma cadeia-semelhante a uma rede termicamente condutiva no sistema. A condutividade térmica é ótima quando a direção desta rede está alinhada com a direção do fluxo de calor. Portanto, existe um valor crítico para a quantidade de carga termicamente condutora.

5. Características de ligação entre a carga e o material da matriz Quanto maior o grau de ligação entre a carga e a matriz, melhor será a condutividade térmica. Usar um agente de acoplamento adequado para tratar a superfície do enchimento pode aumentar a condutividade térmica em 10% a 20%.