隨著電子設備變得越來越小,它們散發的熱量不斷增加,這些設備的正常運行需要冷卻和溫度控制。有機硅熱界面材料 (TIM) 含有高比例的填料,具有出色的導熱性,已被證明非常適合此類應用。由于它們是液體分配的,因此可以完全填充加熱元件和散熱器之間的間隙,以降低整體熱阻。選擇正確的熱界面材料的目標是為組件冷卻提供足夠的熱路徑,同時滿足必要的性能標準,例如粘附和/或應力減少。
Q1: 什么是熱阻?它與熱界面材料有何關系?
答:熱阻描述了一種或多種材料堆疊的導熱性能,由堆疊兩側的溫差定義。熱阻越低,傳熱效果越好。
熱界面材料用于改善從電子元件到散熱器的熱傳遞。一般來說,TIM 是比空氣更好的導熱體。通過取代因表面固有(微米級)粗糙度而產生的絕緣氣隙,TIM 能夠改善電子元件和散熱器之間的熱流。連接伙伴之間的總體熱阻主要取決于:
? 熱界面材料的導熱系數(TC)
? 鍵合線厚度 (BLT),即連接伙伴之間使用的熱界面材料的量
? 接觸界面上不同類型材料之間的接觸電阻(電子元件、TIM、散熱器)
? 管理熱界面材料對于維持電子設備的可靠性和使用壽命至關重要。
Q2:如何降低熱阻以獲得更好的傳熱效果?
答:改善傳熱的三種主要方法是:
? 提高熱界面材料的導熱系數
? 減少電子元件與散熱器之間的BLT
? 通過增加固體 TIM 的安裝壓力或使用液體點膠 TIM 來降低接觸電阻
Q3:粘合層厚度如何影響熱性能?
答:一般來說,較低的粘合線會減少熱量從熱源中散出所必須傳播的長度。因此,為了降低熱阻,較薄的粘合線優于較厚的粘合線。BLT 由零件設計決定,主要取決于基板和組件堆疊的公差。一般來說:
? 粘合劑的 BLT 范圍:80 μm 至 300 μm
? 間隙填充物:70 μm 至 2 mm
? 相變和潤滑脂:15 μm 至 50 μm
Q4:顆粒尺寸和壓力如何幫助實現正確的粘合層厚度?
答:其他限制(例如零件設計或電氣絕緣)可能需要更高的 BLT。為了在生產過程中實現精確的粘合線厚度,可以添加具有精確尺寸的玻璃珠以增加可實現的最小 BLT。此外,還可以進行壓力粘合線厚度測試,以更好地了解組裝條件。
Q5:接觸電阻如何影響熱性能以及如何改進?
答:接觸電阻通常取決于 TIM 與熱源和散熱器表面的貼合能力。較高的接觸電阻通常會導致較少的熱傳遞。對于固體材料(例如箔或固化的硅膠片),可以通過在層堆疊上使用更大的壓力來改善接觸電阻。
對于液體或液體分配然后固化的材料,TIM 無需高壓即可輕松貼合,有助于限制電子元件上的應力。
Q6:哪些類型的泵可用于分配熱界面材料?
答:由于 TIM 具有大量填充、高磨蝕性,這些材料的加工需要專門的設備來進行傳輸和計量。
Q7:如何為我的應用選擇正確的點膠模式?
答:能夠實現所需性能的最簡單的點膠模式是最好的。更復雜的點膠模式可能需要更長的時間來生產,并且會減少整體周期時間。 |
Q8:如何選擇合適的點膠針頭(錐形、直型、粒徑)?
答:由于有多種類型的流體具有不同的特性,可以滿足不同的應用要求,因此了解哪種類型的點膠針適合您的特定應用非常重要。使用錯誤的點膠針可能會導致機械損壞和停機、零件質量差以及生產過程效率低下。
最常見的點膠針是通用尖端。該針頭幾乎可以分配任何類型的 TIM;然而,這并不意味著它是適合您的材料或應用的最佳選擇。
一個好的經驗法則是,針頭直徑開口應至少比材料中最大顆粒大 7 至 10 倍(例如,80 μ 最大顆粒尺寸乘以 10 意味著針頭直徑需要至少為 800 μ)。
錐形吸頭通常是用于較稠粘度流體的最佳吸頭類型,因為它們可以促進流動并有助于在最短的時間內分配更多數量的精確、一致的流體沉積物。錐形尖端可讓您降低氣動流體分配器上的壓力。這在分配填充材料時很重要,因為高壓會導致填充材料在注射器筒中分離。點膠粘稠液體時使用錐形針頭可以幫助操作員更快地涂抹沉積物,從而提高點膠過程的生產率。
Q9:如何混合灌封材料以確保材料質量一致?
答:由于聚合物和填料之間的粘度低且密度差(聚合物 1g/cm3與填料 4g/cm3,AL2O3),灌封材料會隨著時間的推移而分離,從而使填料沉降到容器底部。為確保灌封材料發揮最佳性能,重要的是在使用前充分混合灌封材料,以保證材料均勻。
Q10:在使用前需要對材料進行脫氣嗎?
答:由于硅膠會吸收空氣,因此建議在使用前將低粘度導熱材料在真空混合器中脫氣。否則,空氣可能會殘留在固化的有機硅中,并可能導致潛在的問題,包括可見缺陷和介電擊穿。重要的是對真空混合器內的所有低粘度材料進行脫氣,而不僅僅是頂層。
Q11:解凍時間如何影響性能?
答:在打開之前,將儲存在 7°C (44°F) 或以下冰箱中的硅膠解凍是非常重要的。將硅膠加熱至室溫 22°C (71.6°F) 可能需要長達 24 小時,具體取決于包裝和材料數量。如果在達到室溫之前不加熱硅膠并打開它,環境濕度將立即滲入硅膠,并在較高溫度的硫化過程中形成氣泡。這可能導致粘合性能差。
Q12:是否需要準備表面清潔處理才能獲得最大的粘合性能?
答:任何粘合劑的性能都高度依賴于適當的表面處理。準備粘合表面時,請確保其清潔。污染物會削弱粘合力。確保表面干燥。潮濕的表面會帶來與骯臟的表面相同的問題。有效的溶劑清潔物質是用于塑料的異丙醇和用于金屬的丁酮,但需要事先驗證與零件的兼容性。根據基材的不同,可能需要對部件進行一段時間的退火,以除去塑料內部的濕氣。在施加粘合劑之前,基材必須恢復到室溫。
對于難以粘合的基材,應使用底漆或額外的等離子處理來幫助促進粘合
Q13:粘合層厚度如何影響粘合力?
答:適當的粘合力很大程度上取決于粘合線厚度。在大多數情況下,粘合力隨著粘合線厚度的減小而增加。為了保持正確的粘合線厚度,可以使用尺寸精確的玻璃珠配制熱粘合劑,玻璃珠充當間隔物并有助于確保粘合線厚度控制。
Q14:什么是觸變指數 (TI)?為什么它很重要?
答:觸變指數 (TI) 是材料在兩種不同速度下的粘度之比。它是通過在低剪切速率和高剪切速率下進行測量獲得的。由于觸變材料的粘度隨著剪切應力的增加而下降,因此熱界面材料的 TI 值表明材料在受到重力等應力時保持其形狀的能力。高 TI 表明熱界面材料在點膠后能夠抵抗下垂或滑落。
保持其應用的位置對于熱界面性能至關重要。如果熱界面材料不與組件保持接觸,則無法從該組件散熱。