הבן את יריעת הסיליקון המוליך תרמי במאמר אחד

חומרים מסורתיים מוליכים תרמית מורכבים בעיקר ממתכות (Ag, Cu ו-Al) ותחמוצות מתכות (Al₂O₃, MgO ו-BeO), כמו גם חומרים לא -מתכתיים (גרפיט, פחמן שחור, Si₃N₄ ו-AlN). דרישות חדשות הוטלו על חומרים מוליכים תרמית כתוצאה מהתקדמות הייצור התעשייתי והמדע והטכנולוגיה. הרצון לחומרים בעלי תכונות מקיפות יוצאות דופן נצפתה. במגזרי החשמל והאלקטרוניקה, גודלם של רכיבים אלקטרוניים ומעגלים לוגיים הצטמצם באלפי מונים כתוצאה מההתפתחות המהירה של טכנולוגיות אינטגרציה והרכבה. כתוצאה מכך, נדרשים חומרי בידוד בעלי מוליכות תרמית גבוהה. במהלך העשורים האחרונים, תחומי היישום של חומרים פולימריים מתרחבים בהתמדה. החלפת חומרים תעשייתיים מסורתיים, במיוחד חומרים מתכתיים, בחומרים פולימרים מסונתזים באופן מלאכותי הפכה למוקד של מחקר מדעי עולמי. א. מהן יריעות סיליקון מוליכות תרמית?

יריעות סיליקון המוליכות תרמית הן סוג של חומר בינוני המסונתז בתהליך ייחודי. תהליך זה כולל שימוש בסיליקון כחומר בסיס ותוספת של מגוון חומרי עזר, כגון תחמוצות מתכת. גומי סיליקון מוליך תרמית הוא חומר מרוכב פולימרי המשיג מוליכות תרמית על ידי מילויו באבקה מוליכה תרמית ושימוש בשרף אורגני סיליקון כחומר מקשר.

II. חומרי מטריקס וחומרי מילוי נפוצים עבור יריעות סיליקון מוליכות תרמית

שרף אורגני סיליקון (חומר גלם בסיסי)

1. חומרי מילוי מבודדים ומוליכים תרמית: אלומינה, מגנזיום אוקסיד, בורון ניטריד, אלומיניום ניטריד, בריליום אוקסיד, קוורץ וכו'.

2. מעכבי בעירה: מגנזיום הידרוקסיד, אלומיניום הידרוקסיד

3. חומרי צבע לא אורגניים (הבדל צבע)

4. חומר צולב (דרישות ביצועי הידבקות)

5. זרז (דרישות תהליך דפוס)

הערה: רפידות סיליקון מוליכות תרמית משרתות פונקציית מוליכות תרמית, ויוצרות נתיב הולכה תרמית טוב בין האלמנט-היוצר חום לבין ההתקן המפזר-חום. יחד עם גופי קירור, מחברים מבניים (מאווררים) וכו', הם יוצרים מודול פיזור חום.

חומרי המילוי כוללים את חומרי המילוי המתכתיים והאנאורגניים הבאים:

1. חומרי מילוי אבקת מתכת: אבקת נחושת, אבקת אלומיניום, אבקת ברזל, אבקת פח, אבקת ניקל וכו';

2. תחמוצות מתכת: תחמוצת אלומיניום, תחמוצת ביסמוט, תחמוצת בריליום, תחמוצת מגנזיום, תחמוצת אבץ;

3. מתכת... ניטרידים: ניטריד אלומיניום, ניטריד בורון, ניטריד סיליקון;

4. מתכות לא- אורגניות: גרפיט, סיליקון קרביד, סיבי פחמן, ננו-צינוריות פחמן, גרפן, בריליום קרביד וכו'.

תמונה III. סיווג אטמי סיליקון מוליכים תרמית
ניתן לחלק את אטמי הסיליקון המוליכים תרמית ל: רפידות סיליקון מוליכות תרמית ורפידות סיליקון שאינן-סיליקון. תכונות הבידוד החשמלי של רוב אטמי הסיליקון המוליכים תרמית נקבעות בסופו של דבר על ידי תכונות הבידוד של חלקיקי המילוי.

1. רפידות סיליקון מוליכות תרמית
רפידות סיליקון מוליכות תרמית מחולקות עוד לתת-קטגוריות רבות, כל אחת עם מאפיינים ייחודיים משלה.

2. רפידות סיליקון שאינן-סיליקון רפידות סיליקון שאינן-רפידות סיליקון הן חומר מוליכות תרמית גבוהה, דו-צדדית-עצמית-. בשימוש בהרכבת רכיבים אלקטרוניים, הם מציגים התנגדות תרמית נמוכה ותכונות בידוד חשמלי טובות תחת כוח דחיסה נמוך. הם פועלים ביציבות מ-40 מעלות עד 150 מעלות ועומדים בדירוג מעכב בעירה UL94V0.

IV. מנגנון מוליכות תרמית של סיליקון מוליכות תרמית

המוליכות התרמית של סיליקון מוליך תרמית תלויה באינטראקציה בין הפולימר למילוי המוליך תרמית. לסוגים שונים של חומרי מילוי יש מנגנוני מוליכות תרמית שונים.

1. מנגנון מוליכות תרמית של חומרי מילוי מתכת
חומרי מילוי מתכת מוליכים בעיקר חום באמצעות תנועת אלקטרונים; תהליך תנועת האלקטרונים מלווה בהעברת חום.

2. מנגנון מוליכות תרמית של חומרי מילוי שאינם-מתכתיים
חומרי מילוי שאינם-מתכתיים מסתמכים בעיקר על הולכה פונון; קצב פיזור החום שלהם תלוי בעיקר ברטט של אטומים שכנים או קבוצות מליטה. אלה כוללים תחמוצות מתכות, ניטרידים מתכתיים וקרבידים.

V. כיצד להשתמש ביריעות סיליקון מוליכות תרמית

באופן כללי, יש לשלב רפידות סיליקון מוליכות תרמית בתכנון המבני, החומרה והמעגלים משלב התכנון הראשוני. גורמים שיש לקחת בחשבון כוללים בדרך כלל: מוליכות תרמית, עיצוב מבני, EMC, שיכוך רעידות ובלימת קול, והתקנה ובדיקה.

1. בחירת פתרון פיזור חום: מוצרים אלקטרוניים נוטים לכיוון עיצובים קטנים, דקים וקלים יותר, בדרך כלל משתמשים בשיטות קירור פסיביות, המסתמכות באופן מסורתי על גופי קירור. המגמה הנוכחית היא לבטל לחלוטין את גופי הקירור, תוך שימוש ברכיבי פיזור חום מבניים (תושבת מתכת, מארזי מתכת); או שילוב של פתרונות גוף קירור עם רכיבי פיזור חום מבניים. יש לבחור את הפתרון עם יחס העלות-הטוב ביותר על סמך דרישות מערכת וסביבות שונות.

2. אם משתמשים בתמיסת גוף קירור, לא מומלץ להשתמש בסרט דו-צדדי-מוליך תרמית עם מוליכות תרמית נמוכה; גם לא מומלץ להשתמש בגריז תרמי ללא יכולות שיכוך רעידות. מומלץ להשתמש בווי מתכת או בסיכות פלסטיק להפעלה, בחירת 0.5 מ"מ... שימוש ברפידות סיליקון מוליכות תרמית עבות יותר בשילוב עם שיטות אחרות מציע התקנה נוחה ומבטל את הצורך בגיבוי דבק. זה מביא לפיזור חום טוב יותר באופן משמעותי מאשר סרט מוליך תרמי דו-צדדי, והוא בטוח ואמין יותר. העלות הכוללת, כולל מחיר יחידה, עבודה וציוד, תחרותית יותר.

3. בעת בחירת מבנים לפיזור חום, יש לקחת בחשבון את הצורה המבנית של מבנה פיזור החום, כגון בליטות מקומיות או שקעים על משטח המגע. יש ליצור איזון בין העיצוב המבני לגודל כרית הסיליקון המוליכה תרמית. אם התהליך מאפשר, רצוי להימנע מבחירת רפידות סיליקון עבות מדי. לנוחות התפעול, מומלץ בדרך כלל גיבוי דבק חד צדדי-, כאשר הצד המצופה בדבק- מוחל על מבנה פיזור החום. חשוב לבחור רפידה עם יחס דחיסה טוב כדי להבטיח לחץ מספיק על רפידת הסיליקון המוליכה תרמית. (עובי כרית הסיליקון המוליכה תרמית חייב לחרוג מהגבול העליון התיאורטי של המרווח בין מבנה פיזור החום למקור החום, בדרך כלל ב-1 מ"מ-2 מ"מ.) בעת בחירת מבנים לפיזור חום, יש לקחת בחשבון גם את המיקום, הגובה וסוג האריזה של הרכיבים במהלך פריסת ה-PCB. הצבת מקורות חום באופן קבוע יכולה להוזיל את העלות של מבנה פיזור החום.

VI. כיצד לבחור יריעות סיליקון מוליכות תרמיות
בחירת המוליכות התרמית תלויה בעיקר בצריכת החשמל של מקור החום וביכולת פיזור החום של גוף הקירור או מבנה פיזור החום. בדרך כלל, שבבים עם מפרט טמפרטורה נמוך, רגישות לטמפרטורה גבוהה או צפיפות שטף חום גבוהה (בדרך כלל יותר מ-0.6 W/cm³ הדורשים פיזור חום, בעוד שאלו עם צפיפות שטף חום פני השטח של פחות מ-0.04 W/cm² דורשים פיזור חום בלבד, ויש לבחור ביריעות סיליקון מוליכות תרמית בעלות מוליכות גבוהה יותר. בתעשיית האלקטרוניקה הצרכנית, טמפרטורות של צומת שבבים אינן מורשות בדרך כלל לעלות על 85 מעלות צלזיוס, ומומלץ לשלוט בטמפרטורת פני השבב מתחת ל-75 מעלות צלזיוס במהלך בדיקות טמפרטורה- גבוהה. הרכיבים של הלוח כולו הם לרוב בדרגה מסחרית-, לכן מומלץ שטמפרטורת המערכת הפנימית לא תעלה על 50 מעלות צלזיוס בטמפרטורת החדר. פני השטח של המשטח הראשון, או המשטח שהלקוח הסופי יכול ליצור איתו קשר, צריך להיות בטמפרטורה נמוכה מ-45 מעלות צלזיוס בטמפרטורת החדר. בחירה ביריעות סיליקון מוליכות תרמית עם מוליכות תרמית גבוהה יותר יכולה לעמוד בדרישות התכנון ולאפשר מרווח עיצובי מסוים.

הערה: צפיפות שטף החום: מוגדרת כ: צפיפות שטף החום ליחידת שטח (1 מטר מרובע) ליחידת זמן (1 טמפרטורת הצומת (JT) מודדת את כמות החום שעוברת דרך פרוסת המוליכים למחצה לבית המכשיר הארוז בשניות. היא בדרך כלל גבוהה יותר מטמפרטורת המארז וטמפרטורת פני השטח של המכשיר. טמפרטורת הצומת מודדת את הזמן הדרוש מהתקן ה-Smi-conductor כאריזת החום, כמו אריזה. כמו ההתנגדות התרמית.

VII. גורמים המשפיעים על המוליכות התרמית של סיליקון מוליך תרמית

1. סוג ומאפייני חומר המטריצה ​​הפולימרי: חומר מטריצת מוליכות תרמית גבוהה יותר, פיזור טוב יותר של חומרי מילוי במטריצה ​​וקשר טוב יותר בין המטריצה ​​לחומר המילוי מביאים למוליכות תרמית טובה יותר של החומר המרוכב.

2. סוג מילוי: מוליכות תרמית גבוהה יותר של חומר מילוי מובילה בדרך כלל למוליכות תרמית טובה יותר של החומר המרוכב.

3. צורת המילוי: בדרך כלל, סדר הקלות של יצירת מסלולים תרמיים הוא שפם > סיבים > פתיתים > גרגירים. ככל שלחומר המילוי קל יותר ליצור מסלולים תרמיים, כך המוליכות התרמית טובה יותר.

4. תכולת מילוי התפלגות חומרי המילוי בתוך הפולימר קובעת את המוליכות התרמית של חומרים מרוכבים. כאשר תכולת המילוי נמוכה, השפעת המוליכות התרמית אינה משמעותית; כאשר תכולת חומר המילוי מוגזמת, התכונות המכניות של החומר המרוכב מושפעות מאוד. עם זאת, כאשר תוכן המילוי עולה לערך מסוים, האינטראקציה בין חומרי המילוי יוצרת רשת-כמו או שרשרת-כמו רשת מוליכה תרמית במערכת. המוליכות התרמית היא אופטימלית כאשר הכיוון של רשת זו מיושר עם כיוון זרימת החום. לכן, יש ערך קריטי לכמות המילוי המוליך תרמית.

5. מאפייני הדבקה בין חומר מילוי למטריצה ​​ככל שדרגת ההתקשרות בין חומר המילוי למטריצה ​​גבוהה יותר, כך המוליכות התרמית טובה יותר. שימוש בחומר צימוד מתאים לטיפול בפני השטח של חומר המילוי יכול להגביר את המוליכות התרמית ב-10%-20%.