Informações úteis|Conhecimento básico de silicone condutor térmico

I. O que são folhas de silicone termicamente condutoras?

As folhas de silicone termicamente condutoras são um tipo de material médio termicamente condutor sintetizado através de um processo especial, usando silicone como material de base e adicionando vários materiais auxiliares, como óxidos metálicos. A borracha de silicone termicamente condutora é um material compósito polimérico que usa resina de organossilício como aglutinante e é preenchido com pó termicamente condutor para obter condutividade térmica.

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., e plastificantes de organossilício.

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

3. Corantes Inorgânicos (Diferenciação de Cores)

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

5. Catalisadores (requisitos de moldagem de processo)

Observação: folhas de silicone termicamente condutoras funcionam como condutores de calor, 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. Nitretos metálicos: 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.

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 características únicas.

2. Almofadas de silicone sem-silicone

As almofadas de silicone sem{0}}silicone são um material com alta condutividade térmica, autoadesivo-de dupla face-, exibindo baixa resistência térmica e boas propriedades de isolamento elétrico sob baixa força de compressão durante a montagem de componentes eletrônicos. Operação estável entre -40 graus e 150 graus. Atende aos requisitos de classificação de retardante de chama UL94V0.

4. Mecanismo de condutividade térmica de folhas de silicone termicamente condutoras

A condutividade térmica das folhas de silicone termicamente condutoras depende da interação entre o polímero e a carga termicamente condutora. 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, que é acompanhado pela transferência de calor.

2. Mecanismo de condutividade térmica de enchimentos não{1}metálicos
Os enchimentos não{0}metálicos conduzem principalmente calor através de fônons, e 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, folhas de silicone termicamente condutoras devem ser incorporadas ao projeto estrutural, de hardware e de circuito desde o estágio inicial do projeto. As considerações normalmente incluem: condutividade térmica, projeto estrutural, EMC, amortecimento de vibração e absorção sonora e testes de instalação.

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 passivo, 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 uma combinação de dissipador de calor e componentes estruturais de dissipação de calor. Escolha a solução com a melhor relação custo{3}}desempenho para diferentes requisitos de sistema e ambientes.

2. Se estiver usando uma solução de dissipador de calor, não é recomendado usar adesivo dupla-de baixa condutividade térmica; nem é recomendado o uso de pasta térmica sem absorção de choques. Sugere-se a utilização de ganchos de metal ou pinos de plástico para operação, utilizando uma almofada de silicone termicamente condutora de 0,5 mm de espessura. Esses dois métodos são convenientes de instalar e operar, podem eliminar a necessidade de adesivo e oferecem dissipação de calor significativamente melhor do que o adesivo-de dupla face, além de serem mais seguros e confiáveis. O custo global, incluindo preço unitário, mão de obra e equipamento, será mais competitivo.

3. Ao escolher um componente estrutural de dissipação de calor, é necessário considerar a forma estrutural do componente de dissipação de calor, como saliências ou reentrâncias locais na superfície de contato, e encontrar um equilíbrio entre o processo estrutural e o tamanho da almofada de silicone termicamente condutora. Se o processo permitir, é recomendável evitar a escolha de almofadas de silicone termicamente condutoras excessivamente espessas. Para facilitar a operação, geralmente é recomendado usar adesivo-único, fixando o lado-revestido com adesivo à estrutura de dissipação de calor. É crucial selecionar uma almofada de silicone termicamente condutora com uma boa taxa de compressão para garantir pressão suficiente na almofada. (A espessura da almofada de silicone termicamente condutora deve ser maior do que o limite superior teórico de tolerância da lacuna entre a estrutura de dissipação de calor e a fonte de calor, geralmente 1 mm a 2 mm a mais é aceitável.) Ao selecionar uma estrutura de dissipação de calor, a posição, altura e tipo de pacote dos componentes também devem ser considerados durante o layout da PCB. Isto permite uma colocação mais organizada das fontes de calor e reduz o custo da estrutura de dissipação de calor.

VI. Como escolher uma almofada de silicone termicamente condutora

Seleção de condutividade térmica
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 temperatura relativamente baixas, alta sensibilidade à temperatura ou alta densidade de fluxo de calor (geralmente superior a 0,6 w/cm³ exigindo tratamento de dissipação de calor; aqueles com densidade de fluxo de calor superficial inferior a 0,04 w/cm² requerem apenas convecção natural) requerem tratamento de dissipação de calor, e almofadas de silicone termicamente condutoras 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 para menos de 75 graus Celsius durante testes de alta-temperatura. Os componentes usados ​​em toda a placa são principalmente 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 externa, 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 almofadas de silicone termicamente condutoras com alta condutividade térmica pode atender aos requisitos de projeto e permitir alguma margem de projeto.

Observação: Densidade de fluxo de calor: definida como a quantidade de calor que passa através de uma área unitária (1 metro quadrado) de seção-transversal por unidade de tempo (1 segundo). A temperatura da junção é normalmente mais alta 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 das almofadas de silicone termicamente condutoras

1. Tipo e características do material da matriz polimérica: Quanto maior a condutividade térmica do material da matriz, melhor será a dispersão da carga na matriz e quanto melhor for a ligação entre a matriz e a carga, melhor será a condutividade térmica do material compósito.

2. Tipos de cargas: Maior condutividade térmica das cargas geralmente resulta em melhor condutividade térmica do material compósito.

3. Formato dos enchimentos: Geralmente, a ordem de facilidade de formação de vias de condução térmica é bigodes> fibras> flocos> grânulos. Quanto mais fácil for para os enchimentos formarem caminhos de condução térmica, melhor será a condutividade térmica.

4. Conteúdo da carga: A distribuição das cargas dentro do polímero determina a condutividade térmica do material compósito. O baixo teor de carga resulta em condutividade térmica mínima; o conteúdo excessivo de carga impacta significativamente as propriedades mecânicas do compósito. 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 dentro do sistema. A condutividade térmica é ideal quando a direção desta rede se alinha com a direção do fluxo de calor. Portanto, existe um valor crítico para a quantidade de enchimento termicamente condutor.

5. Características de ligação entre as cargas e o material da matriz: Maior ligação entre a carga e a matriz resulta em melhor condutividade térmica. O uso de agentes de acoplamento apropriados para tratamento de superfície do enchimento pode aumentar a condutividade térmica em 10% a 20%.