Comprendre la feuille de silicone thermoconductrice en un seul article

Les matériaux thermiquement conducteurs traditionnels sont principalement constitués de métaux (Ag, Cu et Al) et d'oxydes métalliques (Al₂O₃, MgO et BeO), ainsi que de matériaux non -métalliques (graphite, noir de carbone, Si₃N₄ et AlN). De nouvelles exigences ont été imposées aux matériaux thermiquement conducteurs en raison des progrès de la production industrielle et de la science et de la technologie. Le désir de matériaux aux propriétés globales exceptionnelles a été observé. Dans les secteurs électrique et électronique, la taille des composants électroniques et des circuits logiques a diminué des milliers de fois grâce au développement rapide des technologies d’intégration et d’assemblage. Par conséquent, des matériaux isolants à haute conductivité thermique sont nécessaires. Au cours des dernières décennies, les domaines d’application des matériaux polymères n’ont cessé de s’étendre. Le remplacement des matériaux industriels traditionnels, en particulier des matériaux métalliques, par des matériaux polymères synthétisés artificiellement est devenu un objectif de recherche scientifique mondiale. I. Que sont les feuilles de silicone thermoconductrices ?

Les feuilles de silicone thermoconductrices sont un type de matériau moyen synthétisé selon un processus unique. Ce processus implique l'utilisation de silicone comme matériau de base et l'ajout de divers matériaux auxiliaires, tels que des oxydes métalliques. Le caoutchouc de silicone thermoconducteur est un matériau composite polymère qui atteint la conductivité thermique en le remplissant de poudre thermoconductrice et en utilisant une résine organosiliciée comme liant.

II. Matériaux de matrice et charges couramment utilisés pour les feuilles de silicone thermoconductrices

Résine organosiliciée (matière première de base)

1. Charges isolantes et thermoconductrices : alumine, oxyde de magnésium, nitrure de bore, nitrure d'aluminium, oxyde de béryllium, quartz, etc. Plastifiants organosiliciés

2. Retardateurs de flamme : hydroxyde de magnésium, hydroxyde d'aluminium

3. Colorants inorganiques (différenciation des couleurs)

4. Agent de réticulation (exigences de performances d'adhésion)

5. Catalyseur (exigences de moulage par processus)

Remarque : Les coussinets en silicone thermoconducteurs remplissent une fonction de conductivité thermique, formant un bon chemin de conduction thermique entre l'élément générateur de chaleur-et le dispositif de dissipation de chaleur-. Avec les dissipateurs thermiques, les fixations structurelles (ventilateurs), etc., ils forment un module de dissipation thermique.

Les charges comprennent les charges métalliques et inorganiques suivantes :

1. Charges de poudre métallique : poudre de cuivre, poudre d'aluminium, poudre de fer, poudre d'étain, poudre de nickel, etc. ;

2. Oxydes métalliques : oxyde d'aluminium, oxyde de bismuth, oxyde de béryllium, oxyde de magnésium, oxyde de zinc ;

3. Métal... Nitrures : Nitrure d'aluminium, Nitrure de bore, Nitrure de silicium ;

4. Métaux non-inorganiques : graphite, carbure de silicium, fibre de carbone, nanotubes de carbone, graphène, carbure de béryllium, etc.

Image III. Classification des joints en silicone thermoconducteurs
Les joints en silicone thermoconducteurs peuvent être divisés en : coussinets en silicone thermoconducteurs et coussinets en silicone non-silicone. Les propriétés d'isolation électrique de la plupart des joints en silicone thermoconducteurs sont finalement déterminées par les propriétés d'isolation des particules de charge.

1. Coussinets en silicone thermoconducteurs
Les coussinets en silicone thermoconducteurs sont divisés en plusieurs sous-catégories, chacune avec ses propres caractéristiques distinctes.

2. Coussinets en silicone sans-Les coussinets en silicone sans-silicone sont un matériau à haute conductivité thermique, auto-adhésif double-face-. Lorsqu'ils sont utilisés dans l'assemblage de composants électroniques, ils présentent une faible résistance thermique et de bonnes propriétés d'isolation électrique sous une faible force de compression. Ils fonctionnent de manière stable de -40 degrés à 150 degrés et répondent à la norme ignifuge UL94V0.

IV. Mécanisme de conductivité thermique du silicone thermoconducteur

La conductivité thermique du silicone thermoconducteur dépend de l'interaction entre le polymère et la charge thermoconductrice. Différents types de charges ont différents mécanismes de conductivité thermique.

1. Mécanisme de conductivité thermique des charges métalliques
Les charges métalliques conduisent principalement la chaleur par le mouvement des électrons ; le processus de mouvement des électrons s'accompagne d'un transfert de chaleur.

2. Mécanisme de conductivité thermique des charges non-métalliques
Les charges non-métalliques reposent principalement sur la conduction des phonons ; leur taux de diffusion de chaleur dépend principalement de la vibration des atomes ou des groupes de liaison voisins. Ceux-ci comprennent les oxydes métalliques, les nitrures métalliques et les carbures.

V. Comment utiliser des feuilles de silicone thermoconductrices

En règle générale, les coussinets en silicone thermoconducteurs doivent être incorporés dans la conception structurelle, matérielle et des circuits dès la phase de conception initiale. Les facteurs à prendre en compte comprennent généralement : la conductivité thermique, la conception structurelle, la CEM, l'amortissement des vibrations et l'absorption acoustique, ainsi que l'installation et les tests.

1. Choisir une solution de dissipation thermique : les produits électroniques tendent vers des conceptions plus petites, plus fines et plus légères, employant généralement des méthodes de refroidissement passives, reposant traditionnellement sur des dissipateurs thermiques. La tendance actuelle est d’éliminer complètement les dissipateurs thermiques, en utilisant des composants structurels de dissipation thermique (supports métalliques, boîtiers métalliques) ; ou en combinant des solutions de dissipateur thermique avec des composants structurels de dissipation thermique. La solution offrant le meilleur rapport coût-performance doit être choisie en fonction des différentes exigences système et des différents environnements.

2. Si vous utilisez une solution de dissipateur thermique, il n'est pas recommandé d'utiliser du ruban adhésif double-thermiquement conducteur à faible conductivité thermique ; il n'est pas non plus recommandé d'utiliser de la graisse thermique sans capacité d'amortissement des vibrations. Il est suggéré d'utiliser des crochets métalliques ou des punaises en plastique pour le fonctionnement, en sélectionnant 0,5 mm... L'utilisation de tampons en silicone thermoconducteurs plus épais en conjonction avec d'autres méthodes offre une installation pratique et élimine le besoin de support adhésif. Cela se traduit par une dissipation thermique nettement meilleure que le ruban thermiquement conducteur double-, et est plus sûr et plus fiable. Le coût global, y compris le prix unitaire, la main d’œuvre et l’équipement, est plus compétitif.

3. Lors du choix des structures de dissipation thermique, il est nécessaire de prendre en compte la forme structurelle de la structure de dissipation thermique, telle que les saillies locales ou les évidements sur la surface de contact. Un équilibre doit être trouvé entre la conception structurelle et la taille du coussinet en silicone thermoconducteur. Si le procédé le permet, il est conseillé d'éviter de choisir des tampons en silicone thermoconducteurs trop épais. Pour faciliter l'utilisation, un support adhésif simple face-est généralement recommandé, le côté adhésif-appliqué sur la structure de dissipation thermique. Il est crucial de choisir un coussinet avec un bon taux de compression pour assurer une pression suffisante sur le coussinet en silicone thermoconducteur. (L'épaisseur du tampon en silicone thermoconducteur doit dépasser la limite supérieure théorique de l'espace entre la structure de dissipation thermique et la source de chaleur, généralement de 1 à 2 mm.) Lors de la sélection des structures de dissipation thermique, la position, la hauteur et le type de boîtier des composants doivent également être pris en compte lors de la disposition du PCB. Le placement régulier de sources de chaleur peut réduire le coût de la structure de dissipation thermique.

VI. Comment choisir des feuilles de silicone thermoconductrices
Le choix de la conductivité thermique dépend principalement de la consommation électrique de la source de chaleur et de la capacité de dissipation thermique du dissipateur thermique ou de la structure de dissipation thermique. Généralement, les puces avec des spécifications de basse température, une sensibilité à haute température ou une densité de flux thermique élevée (généralement supérieure à 0,6 W/cm³ nécessitant une dissipation thermique, tandis que celles avec une densité de flux thermique de surface inférieure à 0,04 W/cm² ne nécessitent qu'une convection naturelle) nécessitent une dissipation thermique, et des feuilles de silicone thermoconductrices avec une conductivité thermique plus élevée doivent être sélectionnées. Dans l'industrie de l'électronique grand public, les températures de jonction des puces ne doivent généralement pas dépasser 85 degrés Celsius, et il est recommandé de contrôler la température de la surface de la puce en dessous de 75 degrés Celsius lors des tests à haute température. Les composants de l'ensemble de la carte sont pour la plupart de qualité commerciale-, il est donc recommandé que la température interne du système ne dépasse pas 50 degrés Celsius à température ambiante. La surface de la première surface, ou la surface avec laquelle le client final peut entrer en contact, doit idéalement avoir une température inférieure à 45 degrés Celsius à température ambiante. Le choix de feuilles de silicone thermoconductrices avec une conductivité thermique plus élevée peut répondre aux exigences de conception et permettre une certaine marge de conception.

Remarque : Densité du flux thermique : définie comme : la densité du flux thermique par unité de surface (1 mètre carré) par unité de temps (1). La température de jonction (JT) mesure la quantité de chaleur qui traverse la plaquette semi-conductrice jusqu'au boîtier de l'appareil emballé en secondes. Elle est généralement supérieure à la température du boîtier et à la température de la surface de l'appareil.

VII. Facteurs affectant la conductivité thermique du silicone thermoconducteur

1. Type et propriétés du matériau matriciel polymère : Un matériau matriciel à conductivité thermique plus élevée, une meilleure dispersion de la charge dans la matrice et une meilleure liaison entre la matrice et la charge entraînent une meilleure conductivité thermique du matériau composite.

2. Type de charge : Une conductivité thermique plus élevée de la charge conduit généralement à une meilleure conductivité thermique du matériau composite.

3. Forme de la charge : Généralement, l'ordre de facilité de formation des voies thermiques est le suivant : moustaches > fibres > flocons > granules. Plus il est facile pour la charge de former des chemins thermiques, meilleure est la conductivité thermique.

4. Teneur en charges La répartition des charges au sein du polymère détermine la conductivité thermique des matériaux composites. Lorsque la teneur en charges est faible, l'effet de conductivité thermique n'est pas significatif ; lorsque la teneur en charges est excessive, les propriétés mécaniques du matériau composite sont fortement affectées. Cependant, lorsque la teneur en charges augmente jusqu'à une certaine valeur, l'interaction entre les charges forme un réseau thermiquement conducteur en forme de réseau-ou de chaîne-dans le système. La conductivité thermique est optimale lorsque la direction de ce réseau est alignée avec la direction du flux thermique. Par conséquent, il existe une valeur critique pour la quantité de charge thermiquement conductrice.

5. Caractéristiques de liaison entre la charge et le matériau de matrice Plus le degré de liaison entre la charge et la matrice est élevé, meilleure est la conductivité thermique. L'utilisation d'un agent de couplage approprié pour traiter la surface de la charge peut augmenter la conductivité thermique de 10 à 20 %.