Tek bir makalede termal iletken silikon tabakayı anlayın

Geleneksel termal iletken malzemeler temel olarak metallerden (Ag, Cu ve Al) ve metal oksitlerden (Al₂O₃, MgO ve BeO) ve ayrıca -metalik olmayan malzemelerden (grafit, karbon siyahı, Si₃N₄ ve AlN) oluşur. Endüstriyel üretimin ve bilim ve teknolojinin ilerlemesi sonucunda termal olarak iletken malzemelere yeni gereksinimler getirilmiştir. Olağanüstü kapsamlı özelliklere sahip malzemelere yönelik istek gözlemlenmiştir. Elektrik ve elektronik sektöründe entegrasyon ve montaj teknolojilerinin hızla gelişmesi sonucunda elektronik bileşenlerin ve mantık devrelerinin boyutları binlerce kat azalmıştır. Bu nedenle ısı iletkenliği yüksek yalıtım malzemelerine ihtiyaç duyulmaktadır. Son birkaç on yılda polimer malzemelerin uygulama alanları giderek genişlemektedir. Geleneksel endüstriyel malzemelerin, özellikle de metalik malzemelerin yapay olarak sentezlenmiş polimer malzemelerle değiştirilmesi küresel bilimsel araştırmaların odak noktası haline geldi. I. Termal İletken Silikon Levhalar Nelerdir?

Termal olarak iletken olan silikon levhalar, benzersiz bir işlemle sentezlenen bir tür orta malzemedir. Bu işlem, temel malzeme olarak silikonun kullanılmasını ve metal oksitler gibi çeşitli yardımcı malzemelerin eklenmesini içerir. Termal olarak iletken silikon kauçuk, termal olarak iletken tozla doldurularak ve bağlayıcı olarak organosilikon reçine kullanılarak termal iletkenlik elde eden bir polimer kompozit malzemedir.

II. Termal İletken Silikon Levhalar için Yaygın Olarak Kullanılan Matris Malzemeleri ve Dolgu Maddeleri

Organosilikon Reçine (Temel Hammadde)

1. Yalıtım ve Termal İletken Dolgular: Alümina, Magnezyum Oksit, Bor Nitrür, Alüminyum Nitrür, Berilyum Oksit, Kuvars vb. Organosilikon Plastikleştiriciler

2. Alev Geciktiriciler: Magnezyum Hidroksit, Alüminyum Hidroksit

3. İnorganik Renklendiriciler (Renk Farklılaşması)

4. Çapraz bağlama maddesi (yapışma performansı gereksinimleri)

5. Katalizör (proses kalıplama gereksinimleri)

Not: Termal olarak iletken silikon pedler, ısı-üreten eleman ile ısı-yayan cihaz arasında iyi bir termal iletim yolu oluşturarak termal iletkenlik işlevi görür. Isı emiciler, yapısal bağlantı elemanları (fanlar) vb. ile birlikte bir ısı dağıtım modülü oluştururlar.

Dolgu maddeleri aşağıdaki metal ve inorganik dolgu maddelerini içerir:

1. Metal tozu dolgu maddeleri: bakır tozu, alüminyum tozu, demir tozu, kalay tozu, nikel tozu vb.;

2. Metal oksitler: alüminyum oksit, bizmut oksit, berilyum oksit, magnezyum oksit, çinko oksit;

3. Metal... Nitrürler: Alüminyum nitrür, Bor nitrür, Silikon nitrür;

4. İnorganik-olmayan metaller: Grafit, Silisyum karbür, Karbon fiber, Karbon nanotüpleri, Grafen, Berilyum karbür vb.

Resim III. Termal İletken Silikon Contaların Sınıflandırılması
Termal olarak iletken silikon contalar şu şekilde ayrılabilir: termal olarak iletken silikon pedler ve-silikon olmayan silikon pedler. Çoğu termal olarak iletken silikon contanın elektriksel yalıtım özellikleri, sonuçta dolgu parçacıklarının yalıtım özellikleri tarafından belirlenir.

1. Termal İletken Silikon Pedler
Termal olarak iletken silikon pedler ayrıca her biri kendine özgü özelliklere sahip birçok alt kategoriye ayrılır.

2.-Silikon Olmayan Silikon Pedler-Silikon olmayan silikon pedler, çift-taraflı kendinden yapışkanlı, yüksek ısı iletkenliğine sahip bir malzemedir. Elektronik bileşen montajında ​​kullanıldıklarında düşük ısıl direnç ve düşük basınç kuvveti altında iyi elektriksel yalıtım özellikleri sergilerler. -40 dereceden 150 dereceye kadar stabil çalışırlar ve UL94V0 alev geciktirici derecesini karşılarlar.

IV. Termal İletken Silikonun Termal İletkenlik Mekanizması

Termal olarak iletken silikonun termal iletkenliği, polimer ile termal olarak iletken dolgu maddesi arasındaki etkileşime bağlıdır. Farklı dolgu türleri farklı termal iletkenlik mekanizmalarına sahiptir.

1. Metal Dolguların Isıl İletkenlik Mekanizması
Metal dolgular öncelikle ısıyı elektron hareketi yoluyla iletir; Elektron hareketi sürecine ısı transferi eşlik eder.

2.-Metal Olmayan Dolgu Maddelerinin Isıl İletkenlik Mekanizması
-Metal olmayan dolgu maddeleri öncelikle fonon iletimine dayanır; ısı yayılma hızları esas olarak komşu atomların veya bağ gruplarının titreşimine bağlıdır. Bunlar metal oksitleri, metal nitrürleri ve karbürleri içerir.

V. Termal İletken Silikon Levhaların Kullanımı

Genel olarak termal olarak iletken silikon pedler, ilk tasarım aşamasından itibaren yapısal, donanım ve devre tasarımına dahil edilmelidir. Göz önünde bulundurulması gereken faktörler tipik olarak şunları içerir: termal iletkenlik, yapısal tasarım, EMC, titreşim sönümleme ve ses emilimi ile kurulum ve test.

1. Isı Dağıtımı Çözümünün Seçilmesi: Elektronik ürünler, genellikle pasif soğutma yöntemleri kullanan ve geleneksel olarak ısı emicilere dayanan daha küçük, daha ince ve daha hafif tasarımlara yöneliyor. Mevcut eğilim, yapısal ısı dağıtma bileşenleri (metal braketler, metal muhafazalar) kullanılarak ısı emicilerin tamamen ortadan kaldırılması yönündedir; veya ısı emici çözümlerinin yapısal ısı dağıtma bileşenleriyle birleştirilmesi. Farklı sistem gereksinimlerine ve ortamlara göre en iyi maliyet-performans oranına sahip çözüm seçilmelidir.

2. Bir ısı emici çözümü kullanılıyorsa, düşük ısı iletkenliğine sahip, ısı iletken çift-taraflı bant kullanılması önerilmez; Titreşim sönümleme özelliği olmayan termal gresin kullanılması da tavsiye edilmez. Çalıştırma için 0,5 mm seçilerek metal kancalar veya plastik raptiyelerin kullanılması önerilir... Diğer yöntemlerle birlikte daha kalın termal iletken silikon pedlerin kullanılması, kolay kurulum sağlar ve yapışkan destek ihtiyacını ortadan kaldırır. Bu, çift-taraflı termal iletken banttan önemli ölçüde daha iyi ısı dağılımı sağlar ve daha güvenli ve güvenilirdir. Birim fiyat, işçilik ve ekipman dahil olmak üzere genel maliyet daha rekabetçidir.

3. Isı dağıtma yapılarını seçerken, temas yüzeyindeki yerel çıkıntılar veya girintiler gibi ısı dağıtma yapısının yapısal formunun dikkate alınması gerekir. Yapısal tasarım ile termal olarak iletken silikon yastığın boyutu arasında bir denge kurulmalıdır. İşlem izin veriyorsa aşırı kalın, termal iletken silikon pedlerin seçilmesinden kaçınılması tavsiye edilir. Kullanım kolaylığı için, genellikle tek-taraflı yapışkan arkalık tavsiye edilir ve yapışkan-kaplamalı tarafı ısı dağıtma yapısına uygulanır. Termal olarak iletken silikon ped üzerinde yeterli basıncı sağlamak için iyi bir sıkıştırma oranına sahip bir ped seçmek çok önemlidir. (Termal olarak iletken silikon yastığın kalınlığı, ısı dağıtma yapısı ile ısı kaynağı arasındaki boşluğun teorik üst sınırını, tipik olarak 1 mm-2 mm aşmalıdır.) Isı dağıtma yapılarını seçerken, PCB yerleşimi sırasında bileşenlerin konumu, yüksekliği ve paket tipi de dikkate alınmalıdır. Isı kaynaklarının düzenli olarak yerleştirilmesi, ısı dağıtma yapısının maliyetini azaltabilir.

VI. Termal İletken Silikon Levhalar Nasıl Seçilir
Isı iletkenliğinin seçimi öncelikle ısı kaynağının güç tüketimine ve soğutucunun veya ısı dağıtma yapısının ısı dağıtma kapasitesine bağlıdır. Genel olarak, düşük sıcaklık özelliklerine, yüksek sıcaklık hassasiyetine veya yüksek ısı akısı yoğunluğuna (genellikle 0,6 W/cm³'den büyük, ısı dağılımı gerektiren, yüzey ısı akısı yoğunluğu 0,04 W/cm²'den az olanlar ise yalnızca doğal konveksiyona ihtiyaç duyan) çipler ısı dağılımı gerektirir ve daha yüksek termal iletkenliğe sahip termal iletken silikon levhalar seçilmelidir. Tüketici elektroniği endüstrisinde çip bağlantı sıcaklıklarının genellikle 85 santigrat dereceyi aşmasına izin verilmez ve yüksek-sıcaklık testi sırasında çip yüzey sıcaklığının 75 santigrat derecenin altında kontrol edilmesi önerilir. Kartın tamamının bileşenleri çoğunlukla ticari-sınıftır, bu nedenle dahili sistem sıcaklığının oda sıcaklığında 50 santigrat dereceyi aşmaması önerilir. Birinci yüzeyin veya son müşterinin temas edebileceği yüzeyin yüzeyi ideal olarak oda sıcaklığında 45 santigrat derecenin altında bir sıcaklığa sahip olmalıdır. Daha yüksek termal iletkenliğe sahip termal iletken silikon levhaların seçilmesi tasarım gereksinimlerini karşılayabilir ve bir miktar tasarım marjına izin verebilir.

Not: Isı akısı yoğunluğu: şu şekilde tanımlanır: birim zaman başına birim alan (1 metrekare) başına ısı akısı yoğunluğu (1 Bağlantı sıcaklığı (JT), yarı iletken levhadan paketlenmiş cihaz muhafazasına saniyeler içinde geçen ısı miktarını ölçer. Tipik olarak kasa sıcaklığından ve cihaz yüzey sıcaklığından daha yüksektir. Bağlantı sıcaklığı, yarı iletken levhadan paketlenmiş cihaz muhafazasına ısı dağıtımı için gereken sürenin yanı sıra termal direnci de ölçer.

VII. Termal İletken Silikonun Isı İletkenliğini Etkileyen Faktörler

1. Polimer Matris Malzemesinin Türü ve Özellikleri: Daha yüksek termal iletkenliğe sahip bir matris malzemesi, matris içinde daha iyi dolgu dispersiyonu ve matris ile dolgu maddesi arasında daha iyi bir bağ, kompozit malzemenin daha iyi termal iletkenliğine yol açar.

2. Dolgu Tipi: Daha yüksek dolgu maddesi termal iletkenliği genellikle kompozit malzemenin daha iyi termal iletkenliğine yol açar.

3. Dolgunun Şekli: Genel olarak termal yol oluşturma kolaylığı sıralaması kıllar > lifler > pullar > granüller şeklindedir. Dolgu maddesinin termal yollar oluşturması ne kadar kolaysa, termal iletkenlik de o kadar iyi olur.

4. Dolgu İçeriği Dolgu maddelerinin polimer içindeki dağılımı, kompozit malzemelerin termal iletkenliğini belirler. Dolgu içeriği düşük olduğunda termal iletkenlik etkisi önemli değildir; dolgu maddesi içeriği fazla olduğunda kompozit malzemenin mekanik özellikleri büyük ölçüde etkilenir. Ancak dolgu içeriği belirli bir değere yükseldiğinde, dolgu maddeleri arasındaki etkileşim, sistemde termal olarak iletken ağ-benzeri veya zincir-gibi bir ağ oluşturur. Bu ağın yönü ısı akışının yönü ile aynı hizada olduğunda termal iletkenlik optimaldir. Bu nedenle termal iletken dolgu maddesi miktarı için kritik bir değer vardır.

5. Dolgu ve Matris Malzemesi Arasındaki Bağlanma Özellikleri Dolgu ve matris arasındaki bağlanma derecesi ne kadar yüksek olursa, termal iletkenlik de o kadar iyi olur. Dolgunun yüzeyini işlemek için uygun bir birleştirme maddesinin kullanılması, termal iletkenliği %10-20 oranında artırabilir.