如何根據(jù)產品結構特點進行導熱材料的選擇
今天我們主要以導熱材料在散熱器上的應用進行導熱材料的選材。目前主流散熱器的安裝方式有兩種,獨立散熱器一般是通過螺母或者彈力裝配,界面間隙小,多采用膏狀和超薄材料;當散熱器采用結構件或者外殼充當時,因為器件公差的原因,界面間隙比較大,多采用導熱硅膠墊片,以彌補公差。
界面間隙確定導熱材料選材的方法
1、當界面間隙很?。?le;0.5mm)且界面平整時,那么可以選擇導熱硅脂、導熱泥(液態(tài))、雙組份導熱膠(固化型)、超薄導熱墊片,液態(tài)材料壓縮厚度可以壓到0.1mm以下,超短的傳熱距離代表極高的導熱效率,追求高效導熱時,盡量使用膏狀的導熱材料。
因為導熱硅脂和導熱泥屬于不固化液態(tài)材料,它的缺點也很大。
(1)除了絕緣強度差或者不絕緣之外,硅脂長時間使用后因為硅油分子的揮發(fā)和遷移,導致干裂失效以及光學污染等問題;
?(2)導熱膠固化后就是導熱墊片,可靠性好,但安裝操作性不如硅脂和墊片,可以點膠但無法通過絲網(wǎng)印刷施工;
(3)超薄導熱墊片的厚度一般在0.2~0.4mm,便于人工安裝,可以重工和返修,熱穩(wěn)定性好,0.2mm的絕緣強度可以超過3000V,缺點是厚度無法壓縮到0.1mm以下。
2、當界面間隙較大(≥0.5mm)且器件公差也很大(50%~90%)且界面平整時,可以選擇超軟導熱墊片(硬度在ShoreOO 15~25),其壓縮率為20%~90%。例如:某散熱結構的界面間隙為0.5~3mm器件公差為83.3%時,導熱墊片的最小厚度為3.0 /(1-0.2)=3.75mm,最大壓縮率為(3.75-0.5)/ 3.75=86.7%,超軟導熱墊片的安裝效率比常規(guī)的稍差。
3、當器件公差非常大(≥90%),如果無法改善器件公差,建議使用雙組份導熱膠(固化型),其壓縮率為20%~99%(最薄0.1mm),這種材料可以最大限度的彌補公差,有因為是觸變性液態(tài)材料,可以堆積且不會流動,可以應用于立體不平整界面。
例如:某電子眼發(fā)熱芯片通過外殼散熱,芯片尺寸為15*15mm,芯片與外殼的距離是0.2~3mm,器件公差為93.3%,因此需要使用導熱膠的體積為:15*15*3*120% = 810mm3 = 0.81ml。
不同導熱系數(shù)的導熱膠密度不一樣,根據(jù)實際情況選擇導熱系數(shù)確定擠出重量,導熱膠擠出后會在20分鐘內固化,固化后其性能類似于導熱墊片具有彈性,散熱器和發(fā)熱芯片也可以輕松分離,缺點是只能一次性裝配使用,不能反復裝配和維修。
4、如果希望通過導熱材料固定散熱器,可以選擇導熱粘接膠、導熱雙面膠帶、雙面背膠的導熱墊片、雙面粘性的導熱復合材料,優(yōu)點是節(jié)約裝配工序和成本,缺點是導熱效率受限且存在脫膠的風險。使用導熱粘接膠的優(yōu)勢。
(1)導熱粘接膠可以壓縮到很薄,導熱效果最好,但是存在老化脫膠的風險;
(2)導熱雙面膠帶的導熱系數(shù)較低(≤1.0W/mk),耐老化能力一般;
(3)雙面背膠的導熱墊片粘性要比導熱雙面膠帶強,不同背膠厚度和不同導熱系數(shù)導熱墊片組合起來的熱阻也不同,可以做到比導熱雙面膠帶更好的導熱效果和耐老化性,但是成本更高;
(4)雙面粘性的導熱復合材料是將高分子粘接劑(耐老化、高導熱)涂覆在基材(銅片、鋁片等)兩面,通過加熱方式粘接到導熱界面,從而實現(xiàn)高效導熱和耐老化粘接的效果。
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