Erfahren Sie mehr über die wärmeleitende Silikonfolie in einem Artikel

Herkömmliche wärmeleitende Materialien bestehen hauptsächlich aus Metallen (Ag, Cu und Al) und Metalloxiden (Al₂O₃, MgO und BeO) sowie nicht{0}}metallischen Materialien (Graphit, Ruß, Si₃N₄ und AlN). Durch die Weiterentwicklung der industriellen Produktion sowie von Wissenschaft und Technologie wurden neue Anforderungen an wärmeleitende Materialien gestellt. Der Wunsch nach Materialien mit außergewöhnlich umfassenden Eigenschaften ist zu beobachten. Im Elektro- und Elektronikbereich hat sich die Größe elektronischer Komponenten und Logikschaltungen durch die rasante Entwicklung der Integrations- und Montagetechnologien um das Tausendfache verringert. Daher sind Dämmstoffe mit hoher Wärmeleitfähigkeit erforderlich. In den letzten Jahrzehnten haben sich die Anwendungsgebiete von Polymerwerkstoffen stetig erweitert. Der Ersatz traditioneller Industriematerialien, insbesondere metallischer Materialien, durch künstlich synthetisierte Polymermaterialien ist zu einem Schwerpunkt der weltweiten wissenschaftlichen Forschung geworden. I. Was sind wärmeleitende Silikonfolien?

Wärmeleitende Silikonfolien sind eine Art Mediummaterial, das durch ein einzigartiges Verfahren synthetisiert wird. Bei diesem Verfahren wird Silikon als Grundmaterial verwendet und verschiedene Hilfsstoffe, wie zum Beispiel Metalloxide, zugesetzt. Wärmeleitfähiger Silikonkautschuk ist ein Polymerverbundmaterial, das Wärmeleitfähigkeit erreicht, indem es mit wärmeleitendem Pulver gefüllt wird und Organosiliciumharz als Bindemittel verwendet.

II. Häufig verwendete Matrixmaterialien und Füllstoffe für wärmeleitende Silikonfolien

Organosiliciumharz (Basisrohstoff)

1. Isolierende und wärmeleitende Füllstoffe: Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Bornitrid, Aluminiumnitrid, Berylliumoxid, Quarz usw. Organosilicium-Weichmacher

2. Flammschutzmittel: Magnesiumhydroxid, Aluminiumhydroxid

3. Anorganische Farbstoffe (Farbdifferenzierung)

4. Vernetzungsmittel (Anforderungen an die Haftungsleistung)

5. Katalysator (Prozessformanforderungen)

Hinweis: Wärmeleitende Silikonpads dienen der Wärmeleitfähigkeit und bilden einen guten Wärmeleitungspfad zwischen dem wärmeerzeugenden Element und dem wärmeableitenden Gerät. Zusammen mit Kühlkörpern, Strukturbefestigungen (Lüftern) etc. bilden sie ein Wärmeableitungsmodul.

Zu den Füllstoffen zählen die folgenden metallischen und anorganischen Füllstoffe:

1. Metallpulverfüllstoffe: Kupferpulver, Aluminiumpulver, Eisenpulver, Zinnpulver, Nickelpulver usw.;

2. Metalloxide: Aluminiumoxid, Wismutoxid, Berylliumoxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid;

3. Metall... Nitride: Aluminiumnitrid, Bornitrid, Siliziumnitrid;

4. Anorganische Nicht-metalle: Graphit, Siliziumkarbid, Kohlenstofffasern, Kohlenstoffnanoröhren, Graphen, Berylliumkarbid usw.

Bild III. Klassifizierung wärmeleitender Silikondichtungen
Wärmeleitende Silikondichtungen können unterteilt werden in: wärmeleitende Silikonkissen und silikonfreie Silikonkissen. Die elektrischen Isolationseigenschaften der meisten wärmeleitenden Silikondichtungen werden letztendlich durch die Isolationseigenschaften der Füllstoffpartikel bestimmt.

1. Wärmeleitfähige Silikonpads
Wärmeleitfähige Silikonpads sind weiter in viele Unterkategorien unterteilt, von denen jede ihre eigenen, unterschiedlichen Eigenschaften aufweist.

2. Nicht-Silikon-Pads Nicht-Silikon-Pads sind ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und doppelseitig-selbstklebend-. Beim Einsatz in der Montage elektronischer Komponenten weisen sie einen geringen Wärmewiderstand und gute elektrische Isolationseigenschaften bei geringer Druckkraft auf. Sie arbeiten stabil von -40 bis 150 Grad und erfüllen die Flammschutzklasse UL94V0.

IV. Wärmeleitfähigkeitsmechanismus von wärmeleitendem Silikon

Die Wärmeleitfähigkeit von wärmeleitendem Silikon hängt von der Wechselwirkung zwischen dem Polymer und dem wärmeleitenden Füllstoff ab. Verschiedene Arten von Füllstoffen verfügen über unterschiedliche Wärmeleitfähigkeitsmechanismen.

1. Wärmeleitfähigkeitsmechanismus von Metallfüllstoffen
Metallfüllstoffe leiten Wärme hauptsächlich durch Elektronenbewegung; Der Prozess der Elektronenbewegung wird von einer Wärmeübertragung begleitet.

2. Wärmeleitfähigkeitsmechanismus von nicht-metallischen Füllstoffen
Nicht-metallische Füllstoffe beruhen hauptsächlich auf der Phononenleitung; Ihre Wärmediffusionsgeschwindigkeit hängt hauptsächlich von der Schwingung benachbarter Atome oder Bindungsgruppen ab. Dazu gehören Metalloxide, Metallnitride und Carbide.

V. Verwendung wärmeleitender Silikonfolien

Im Allgemeinen sollten wärmeleitende Silikonpads bereits in der ersten Entwurfsphase in die Struktur-, Hardware- und Schaltungskonstruktion integriert werden. Zu den zu berücksichtigenden Faktoren gehören typischerweise: Wärmeleitfähigkeit, Strukturdesign, EMV, Schwingungsdämpfung und Schallabsorption sowie Installation und Prüfung.

1. Auswahl einer Wärmeableitungslösung: Bei elektronischen Produkten geht der Trend zu kleineren, dünneren und leichteren Designs, wobei im Allgemeinen passive Kühlmethoden zum Einsatz kommen und traditionell auf Kühlkörper zurückgegriffen wird. Der aktuelle Trend geht dahin, Kühlkörper vollständig zu eliminieren und strukturelle Wärmeableitungskomponenten (Metallhalterungen, Metallgehäuse) zu verwenden. oder die Kombination von Kühlkörperlösungen mit strukturellen Wärmeableitungskomponenten. Die Lösung mit dem besten Kosten-{3}}Leistungsverhältnis sollte basierend auf unterschiedlichen Systemanforderungen und Umgebungen ausgewählt werden.

2. Bei Verwendung einer Kühlkörperlösung wird die Verwendung von wärmeleitendem doppelseitigem Klebeband mit geringer Wärmeleitfähigkeit nicht empfohlen. Es wird auch nicht empfohlen, Wärmeleitpaste ohne Vibrationsdämpfungsfunktion zu verwenden. Es wird empfohlen, für den Betrieb Metallhaken oder Kunststoff-Stecknadeln zu verwenden und 0,5 mm auszuwählen. Die Verwendung dickerer wärmeleitender Silikonpads in Verbindung mit anderen Methoden ermöglicht eine bequeme Installation und macht eine selbstklebende Rückseite überflüssig. Dies führt zu einer deutlich besseren Wärmeableitung als doppelseitiges wärmeleitendes Klebeband und ist sicherer und zuverlässiger. Die Gesamtkosten, einschließlich Stückpreis, Arbeitsaufwand und Ausrüstung, sind wettbewerbsfähiger.

3. Bei der Auswahl von Wärmeableitungsstrukturen muss die strukturelle Form der Wärmeableitungsstruktur berücksichtigt werden, z. B. lokale Vorsprünge oder Vertiefungen auf der Kontaktfläche. Es muss ein Gleichgewicht zwischen der strukturellen Gestaltung und der Größe des wärmeleitenden Silikonpads gefunden werden. Wenn es der Prozess zulässt, ist es ratsam, keine zu dicken wärmeleitenden Silikonpads zu wählen. Zur Vereinfachung der Bedienung wird im Allgemeinen eine einseitig klebende Rückseite empfohlen, wobei die mit dem Kleber beschichtete Seite auf die Wärmeableitungsstruktur aufgetragen wird. Es ist wichtig, ein Polster mit einem guten Kompressionsverhältnis zu wählen, um einen ausreichenden Druck auf das wärmeleitende Silikonpolster zu gewährleisten. (Die Dicke des wärmeleitenden Silikonkissens muss die theoretische Obergrenze des Abstands zwischen der Wärmeableitungsstruktur und der Wärmequelle überschreiten, typischerweise um 1–2 mm.) Bei der Auswahl der Wärmeableitungsstrukturen sollten beim PCB-Layout auch die Position, Höhe und Gehäuseart der Komponenten berücksichtigt werden. Durch die regelmäßige Platzierung von Wärmequellen können die Kosten der Wärmeableitungsstruktur gesenkt werden.

VI. So wählen Sie wärmeleitende Silikonfolien aus
Die Auswahl der Wärmeleitfähigkeit hängt in erster Linie von der Leistungsaufnahme der Wärmequelle und der Wärmeableitungskapazität des Kühlkörpers bzw. der Wärmeableitungsstruktur ab. Im Allgemeinen erfordern Chips mit niedrigen Temperaturspezifikationen, hoher Temperaturempfindlichkeit oder hoher Wärmeflussdichte (im Allgemeinen mehr als 0,6 W/cm³, die eine Wärmeableitung erfordern, während Chips mit einer Oberflächenwärmeflussdichte von weniger als 0,04 W/cm² nur natürliche Konvektion erfordern) eine Wärmeableitung, und wärmeleitende Silikonfolien mit höherer Wärmeleitfähigkeit sollten ausgewählt werden. In der Unterhaltungselektronikindustrie dürfen die Chip-Verbindungstemperaturen im Allgemeinen 85 Grad Celsius nicht überschreiten, und es wird empfohlen, die Chipoberflächentemperatur während Hochtemperaturtests auf unter 75 Grad Celsius zu halten. Die Komponenten der gesamten Platine sind größtenteils handelsüblicher Qualität, daher wird empfohlen, dass die interne Systemtemperatur 50 Grad Celsius bei Raumtemperatur nicht überschreitet. Die Oberfläche der ersten Fläche bzw. der Oberfläche, die der Endkunde berühren kann, sollte bei Raumtemperatur idealerweise eine Temperatur unter 45 Grad Celsius haben. Die Wahl wärmeleitender Silikonplatten mit höherer Wärmeleitfähigkeit kann Designanforderungen erfüllen und einen gewissen Designspielraum ermöglichen.

Hinweis: Wärmeflussdichte: definiert als: die Wärmeflussdichte pro Flächeneinheit (1 Quadratmeter) pro Zeiteinheit (1 Die Sperrschichttemperatur (JT) misst die Wärmemenge, die in Sekunden durch den Halbleiterwafer zum Gehäuse des verpackten Geräts gelangt. Sie ist typischerweise höher als die Gehäusetemperatur und die Oberflächentemperatur des Geräts. Die Sperrschichttemperatur misst die Zeit, die für die Wärmeableitung vom Halbleiterwafer zum Gehäuse des verpackten Geräts erforderlich ist, sowie den Wärmewiderstand.

VII. Faktoren, die die Wärmeleitfähigkeit von wärmeleitendem Silikon beeinflussen

1. Art und Eigenschaften des Polymermatrixmaterials: Ein Matrixmaterial mit höherer Wärmeleitfähigkeit, eine bessere Füllstoffverteilung in der Matrix und eine bessere Bindung zwischen Matrix und Füllstoff führen zu einer besseren Wärmeleitfähigkeit des Verbundmaterials.

2. Art des Füllstoffs: Eine höhere Wärmeleitfähigkeit des Füllstoffs führt im Allgemeinen zu einer besseren Wärmeleitfähigkeit des Verbundmaterials.

3. Form des Füllstoffs: Im Allgemeinen ist die Reihenfolge der Bildung thermischer Pfade in der Reihenfolge Whisker > Fasern > Flocken > Granulat. Je leichter der Füllstoff Wärmepfade ausbilden kann, desto besser ist die Wärmeleitfähigkeit.

4. Füllstoffgehalt Die Verteilung der Füllstoffe im Polymer bestimmt die Wärmeleitfähigkeit von Verbundwerkstoffen. Bei geringem Füllstoffgehalt ist der Wärmeleitfähigkeitseffekt nicht signifikant; Bei einem zu hohen Füllstoffgehalt werden die mechanischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffs stark beeinträchtigt. Steigt der Füllstoffanteil jedoch auf einen bestimmten Wert, bildet sich durch die Wechselwirkung zwischen den Füllstoffen ein netzwerk--artiges oder kettenartiges-artiges wärmeleitendes Netzwerk im System. Die Wärmeleitfähigkeit ist optimal, wenn die Richtung dieses Netzwerks mit der Richtung des Wärmeflusses übereinstimmt. Daher gibt es einen kritischen Wert für die Menge an wärmeleitendem Füllstoff.

5. Bindungseigenschaften zwischen Füllstoff und Matrixmaterial Je höher der Bindungsgrad zwischen Füllstoff und Matrix, desto besser ist die Wärmeleitfähigkeit. Durch die Behandlung der Oberfläche des Füllstoffs mit einem geeigneten Haftvermittler kann die Wärmeleitfähigkeit um 10–20 % erhöht werden.