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AA佳日丰泰绝缘导热材料-彭聪邦

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1分钟带你全面了解什么是导热硅胶片及导热硅胶片的优势与行业具体应用

1.首先我们要了解什么是导热硅胶片?

导热硅胶片是以硅胶为基材,添加金属氧化物等各种辅材,通过特殊工艺合成的一种导热介质材料.

导热硅橡胶是以有机硅树脂为粘接材料,填充导热粉体达到导热目的的高分子复合材料。包含以下材料: 

有机硅树脂(基础原料)

绝缘导热填料:氧化铝、氧化镁、氮化硼、氮化铝、氧化铍、石英等有机硅增塑剂

阻燃剂:氢氧化镁、氢氧化铝

无机着色剂(颜色区分)

交联剂(粘结性能要求)


催化剂(工艺成型要求) 

*导热硅胶片只起到导热作用,在发热体与散热器件之间形成良好的导热通路,与散热片,结构固定件(风扇)等一起组成散热模组.

其次,为什么要使用导热硅胶片?

 *选用导热硅胶片的最主要目的是减少热源表面与散热器件接触面之间产生的接触热阻.

*导热硅胶片可以很好的填充接触面的间隙,将空气挤出接触面,空气是热的不良导体,会严重阻碍热量在接触面之间的传递;有了导热硅胶片的补充,可以使接触面更好的充分接触,真正做到面对面的接触.在温度上的反应可以达到尽量小的温差。

最后,要知道导热硅胶片的优势及性能。

导热硅胶片相对于导热硅脂和导热双面胶有以下优势:

*导热系数的范围以及稳定度

*结构上工艺工差的弥合,降低散热器和散热结构件的工艺工差要求

*绝缘的性能

*减震吸音的效果

*安装,测试,可重复使用的便捷性     

**弥合结构工艺工差,降低散热器以及散热结构件的工艺工差要求

导热硅胶片厚度,软硬度可根据设计的不同进行调节,因此在导热通道中可以弥合散热结构,芯片等尺寸工差,降低对结构设计中对散热器件接触面的工差要求,特别是对平面度,粗糙度的工差,如果提高加工精度则会在很大程度上提高产品成本,因此导热硅胶片可以充分增大发热体与散热器件的接触面积,降低了散热器的生产成本。

除了传统的PC行业,现在新的散热方案就是去掉传统的散热器,将结构件和散热器统一成散热结构件。在PCB布局中将散热芯片布局在背面,或在正面布局时,在需要散热的芯片周围开散热孔,将热量通过铜箔等导到PCB背面,然后通过导热硅胶片填充建立导热通道导到PCB下方或侧面的散热结构件(金属支架,金属外壳),对整体散热结构进行优化,同时也降低整个散热方案的成本。

**EMC,绝缘的性能

导热硅胶片因本身材料特性具有绝缘导热特性,对EMC具有很好的防护,由硅胶材质的原因不容易被刺穿和在受压状态下撕裂或破损,EMC可靠性就比较好。

导热双面胶因其材料本身特性的限制,它对EMC防护性能比较低,很多时候达不到客户需求,在使用时比较局限,一般只有在芯片本身做了绝缘处理或芯片表面做了EMC防护时才可以使用。

导热硅脂因材料特性本身的EMC防护性能也比较低,很多时候达不到客户需求,在使用时比较局限,一般只有芯片本身做了绝缘处理或芯片表面做了EMC防护才可以使用。

**减震吸音的效果

导热硅胶片的硅胶载体决定了会有很好弹性和压缩比,从而有很好减震效果,再调整密度和软硬度可以产生对低频电磁噪声起到很好的吸收作用。

导热双面胶的粘接使用方式决定了它不具有减震吸音效果。

导热硅脂硬接触使用方式决定了它不具有减震吸音效果。

**安装,测试,可重复使用的便捷性 

导热硅胶片为稳定固态,被胶强度可选,拆卸方便;有弹性回复,可重复使用。

导热双面胶一旦使用,不易拆卸,存在损坏芯片和周围器件的风险,不易拆卸彻底。在刮彻底时,会刮伤芯片表面以及搽拭时带上粉尘,油污等干扰因素,不利于导热和可靠防护。

导热硅脂不能拆卸,必须小心翼翼的搽拭,也不易搽拭彻底,特别在更换导热介质测试中,会对测试数据的可靠性产生影响,从而影响工程师的判断。

以上都了解了导热硅胶片的信息,那么如何正确使用导热硅胶片呢?

一般在设计初期就要将导热硅胶片加入到结构设计与硬件、电路设计中。考量因素一般有:导热系数考量、结构考量、EMC考量、减震吸音考量、安装测试等方面。

一.选择散热方案:电子产品现在往短小轻薄的趋势发展,一般采用被动散热方式,传统以散热片方案为主;现趋势是取消散热片,采用结构散热件(今属支架,金属外壳);或散热片方案和散热结构件方案结合;在不同的系统要求和环境下,选择性价比最好的方案.

二.若采用散热片方案,不建议直接采用低导热能力的导热双面胶;也不建议采用不具备减震功能的导热硅脂;建议采用金属挂钩接或塑胶pushpin来操作,选用0.5mm厚度的导热硅胶片配合使用,这两种方案安装操作方便,还可以不使用被胶,散热效果会比导热双面胶好很多,更安全可靠。总的成本上包括单价,人力,设备会更有竞争力

三.选择散热结构件类散热,则需要考虑散热结构件在接触面的结构形态局部突起、局部避位等,在结构工艺和导热硅胶片的尺寸选择上做好平衡。在工艺允许的条件下尽量建议不选择特别厚的导热硅胶片。这里一般为操作方便建议采用单面被胶,将带被胶面贴到散热结构件上;这里要特别选择压缩比好的,保证一定的压力给导热硅胶片。(导热硅胶片的厚度选择必须大于散热结构件与热源的理论间隙上限工差,一般可以多1mm---2mm。)

选择散热结构件散热时也要在PCB布局时考虑元器件的位置,高低和封装形式,可以将一些热源放置规律,减少散热结构件成本。

四.其他参数的选择参考

导热硅胶片大小选择以覆盖热源为最佳选择,而不是覆盖散热器或散热结构件的接触面,选择尺寸比发热源大时并不会对散热有很大改善或提高。

导热硅胶片的厚度选择与产品的密度、硬度、压缩比等参数相关,建议样品测试后再确定具体参数。

击穿电压、介电常数、体积电阻、表面电阻率等则满足要求就可以,特别是满足波峰值大小为最佳。

考虑到产品费用分摊,降低成本等因素,建议在设计时选择导热硅胶片厂商现有的规格型号,直接选用常用规格,不进行特殊处理或形状,此时需对PCB布局、散热器形状、散热结构件形状等进行考量。

导热硅胶片在行业中的具体应用。

1、LED灯的传热模型

LED灯一般的导热路径:发热芯片---封装底板---铝基板----导热介质----灯壳(散热器)

一般LED灯珠里面的芯片温度要求是低于125度,封装带来的温度差与功率成正比,热阻一般式10度的样子,铝基板带来的温度差也是将近10度。铝基板也是PCB板,英文名字:MCPCB。

LED灯中导热硅胶片的应用

一般LED灯中,导热硅胶片应用与PCB板与散热器之间,或者PCB板与灯壳之间。封装芯片中一般不会选择用导热硅胶片。

在LED行业的应用中,导热硅脂与导热硅胶片相比,各自的优缺点是什么。

•导热膏: 

•优点:材料为膏状,常用的导热率在3-4W/M.K,优点是材料的适应性比较好,适合各种形状的铝基板,导热性能好,不会产生边角料

•缺点:大面积的涂抹操作不方便,长期高温状态下使用,导热膏内有游离物质析出,污染灯具透镜,影响透光率,使用这类材料时应注意材料在长期高温状态下的性能,逸出物质越少越好

•导热硅胶片 

•优点:单一硅树脂基材的柔性衬垫,材料较软,压缩性能好,厚度的可调范围比较大,适合填充空腔,两面具有粘性,可操作性和维修性强

•缺点:当导热面积较大时,由于这类材料较软,涉及到安装孔一类有尺寸要求的零件时会由于材料变形导致尺寸偏差,无法对齐,而且由于材料双面具有粘性,当铝基板无法一次准确安装到散热底座需要反复移动时,材料会发生褶皱甚至拉脱导致新的空腔产生,进而影响导热效果,使用该材料时应注意对工人的培训,或使用一定的工具降低加工导致的产品问题

2、铝基板

 铝基板 又叫MCPCB,也是PCB的一种,他由三层构成,第一层是用来走线的PCB,第二层是绝缘胶水一类的物质,第三层是铝板,用来导热和散热的。铝基板是现在的LED中用得最多和最广的一种PCB,经常会在铝基板和散热器或者灯壳之间加上导热硅胶片。

•3、笔记本电脑中导热硅胶片的应用

一般笔记本电脑中应用的地方时CPU和南北桥芯片,如果是在发热源与散热器之间,我们一般会选择TP300,厚度选择0.5mm的,如果笔记本的热设计,是利用键盘和底壳来散热的,那厚度就需要客户那边提供他们芯片到机壳的间隙距离。

•4、LCD,PDP电视:控制芯片,变压器与壳体、散热器之间,

•5、电源:三极管与散热片之间,,散热片与壳体之间,变压器与壳体之间

•6、  蓝光DVD,机顶盒:IC与散热器之间,IC与壳体之间

•7、散热模组:散热器底部

LED背光模组,LED投影仪:LED光源与散热器之间,散热器与壳体之间

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