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如何根据产品特点进行导热材料的选择

日期:2017年2月20日 09:39

  今天我们主要以导热材料在散热器上的应用进行导热材料的选材。目前主流散热器的安装方式有两种,独立散热器一般是通过螺母或者弹力装配,界面间隙小,多采用膏状和超薄材料;当散热器采用结构件或者外壳充当时,因为器件公差的原因,界面间隙比较大,多采用导热硅胶垫片,以弥补公差。

界面间隙确定导热材料选材的方法

  1、当界面间隙很小(≤0.5mm)且界面平整时,那么可以选择导热硅脂、导热泥(液态)、双组份导热胶(固化型)、超薄导热垫片,液态材料压缩厚度可以压到0.1mm以下,超短的传热距离代表极高的导热效率,追求高效导热时,尽量使用膏状的导热材料。

  因为导热硅脂和导热泥属于不固化液态材料,它的缺点也很大,除了绝缘强度差或者不绝缘之外,硅脂长时间使用后因为硅油分子的挥发和迁移,导致干裂失效以及光学污染等问题;而导热胶固化后就是导热垫片,可靠性好,但安装操作性不如硅脂和垫片,可以点胶但无法通过丝网印刷施工;超薄导热垫片的厚度一般在0.2~0.4mm,便于人工安装,可以重工和返修,热稳定性好,0.2mm的绝缘强度可以超过3000V,缺点是厚度无法压缩到0.1mm以下。

导热硅脂

  2、如果界面间隙较大(>0.5mm)、器件公差较小(≤50%)且界面平整,则根据器件公差选择不同硬度的导热垫片,导热垫片最大有10%的厚度公差,因此压缩率要超过10%,一般建议使用20%~70%,压缩率越大,要求硬度越小。

 

  例如:某散热结构中,芯片与散热器之间的间隙为0.5~1mm,根据20%的最小压缩率,导热垫片的最小厚度为1.0/1-0.2=1.25mm,最大压缩率为(1.25-0.5/1.25=60%,导热垫片要压缩60%且反弹力小必须是比较柔软还要安装性好,导热垫片的硬度应选择在Shore OO 35左右。

导热硅胶片

  3、当界面间隙较大(≥0.5mm)且器件公差也很大(50%~90%)且界面平整时,可以选择超软导热垫片(硬度在ShoreOO 15~25),其压缩率为20%~90%。例如:某散热结构的界面间隙为0.5~3mm器件公差为83.3%时,导热垫片的最小厚度为3.0 /1-0.2=3.75mm,最大压缩率为(3.75-0.5/ 3.75=86.7%,超软导热垫片的安装效率比常规的稍差。

 

  4、当器件公差非常大(≥90%),如果无法改善器件公差,建议使用双组份导热胶(固化型),其压缩率为20%~99%(最薄0.1mm),这种材料可以最大限度的弥补公差,有因为是触变性液态材料,可以堆积且不会流动,可以应用于立体不平整界面。

 

  例如:某电子眼发热芯片通过外壳散热,芯片尺寸为15*15mm,芯片与外壳的距离是0.2~3mm,器件公差为93.3%,因此需要使用导热胶的体积为:15*15*3*120% = 810mm3 = 0.81ml。不同导热系数的导热胶密度不一样,根据实际情况选择导热系数确定挤出重量,导热胶挤出后会在20分钟内固化,固化后其性能类似于导热垫片具有弹性,散热器和发热芯片也可以轻松分离,缺点是只能一次性装配使用,不能反复装配和维修。

 

  5、如果希望通过导热材料固定散热器,可以选择导热粘接胶、导热双面胶带、双面背胶的导热垫片、双面粘性的导热复合材料,优点是节约装配工序和成本,缺点是导热效率受限且存在脱胶的风险。

 

  导热粘接胶可以压缩到很薄,导热效果最好,但是存在老化脱胶的风险;导热双面胶带的导热系数较低(1.0W/mk),耐老化能力一般;双面背胶的导热垫片粘性要比导热双面胶带强,不同背胶厚度和不同导热系数导热垫片组合起来的热阻也不同,可以做到比导热双面胶带更好的导热效果和耐老化性,但是成本更高;双面粘性的导热复合材料是将高分子粘接剂(耐老化、高导热)涂覆在基材(铜片、铝片等)两面,通过加热方式粘接到导热界面,从而实现高效导热和耐老化粘接的效果。

所属类别: 解决方案

该资讯的关键词为:导热材料  导热硅脂  导热硅胶片