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導熱硅脂俗稱散熱膏,是一種高導熱絕緣有機硅材料,可在-30℃~180℃的溫度下長期保持使用時的脂膏狀態。導熱硅脂既具有優異的電絕緣性,又具有優異的導熱性,同時游離度低,能耐高低溫,廣泛應用于各種電子產品,電器設備中的發熱體 (功率管、可控硅、電熱堆等)與散熱設施(散熱片、散熱條、殼體等)之間的接觸面,起傳熱媒介的作用。
在選用導熱硅脂時,可以通過以下幾個方面來簡單評價導熱硅脂的適用性。
一、導熱系數(詞條“導熱系數”由行業大百科提供)和熱阻抗
導熱系數是導熱硅脂最重要的性能參數之一。導熱系數是指在穩定傳熱條件下,1m厚的材料,兩側表面的溫差為1開爾文(K),在1秒內,通過1平方米面積傳遞的熱量,用λ表示,單位為瓦/米·開爾文(W/m·K)。導熱系數與材料的結構、密度、濕度、溫度、壓力等因素有關。
熱阻抗指的是當有熱量在物體上傳輸時,在物體兩端溫度差與熱源的功率之間的比值,單位為開爾文每瓦特(K/W)或攝氏度每瓦特(℃/W)。當熱量流過兩個相接觸的固體交界面時,界面本身對熱流呈現出明顯的熱阻,稱為接觸熱阻。
對于導熱硅脂的應用,減小接觸熱阻的措施是:
1)提高導熱硅脂的導熱系數;
2)減少導熱硅脂的涂覆厚度即膠層厚度;
3)增大界面間的壓力,使兩接觸面更緊密接觸。
需要注意的是,導熱系數越高的硅脂,雖然理論上其傳熱效果越好,但并不代表熱阻抗越小,在實際應用時更應該關注如何降低熱阻抗。也因此,導熱硅脂的用量并不是越多越好,涂覆厚度應該在保證用量能夠填滿間隙的前提下盡可能地薄。涂覆厚度過大會導致傳熱路徑增加,界面的熱阻增大,反而對熱傳導效率產生不利的影響。此外,過多的硅脂用量會使硅脂在電子器件移動使用的過程中析出,還容易產生滲油、起霧等不良現象,影響使用效果。
二、細度
細度是指填料等粉狀物質被研細分散在連結料中的程度,以微米(um)表示。細度能夠表征硅脂的細膩程度,細度越小,硅脂所用導熱填料的粒徑越小,硅脂能夠涂覆的厚度就越薄,界面的熱阻抗越小。細度大的硅脂外觀粗糙,涂覆厚度大,涂層疏松多孔不致密,界面的熱阻抗也較大,會影響傳熱效果。下圖1和圖2分別為我司某型號導熱硅脂及市面其他廠家的導熱硅脂施工對比圖,從下圖對比可以看出,我司生產的硅脂涂刮之后,表面非常細膩緊密,而市面上某廠家的產品涂刮之后,表面粗糙多孔。
圖1廣州市白云化工實業有限公司導熱硅脂(表面非常細膩緊密)
圖2其他廠家導熱硅脂(表面粗糙多孔)
三、施工性能
導熱硅脂主要由基體硅油(詞條“硅油”由行業大百科提供)和導熱填料組成,其施工性能與導熱填料的填充量、粒徑大小、形貌、分散狀態以及與硅油的相容性等密切相關。通常希望使填料填充最大化,以獲得更高的導熱效能;使用更小粒徑的填料,以得到更薄的涂覆厚度和接觸熱阻。
這使得填料填充存在復雜的競爭性:硅脂的導熱系數、涂覆厚度和黏度(詞條“黏度”由行業大百科提供)隨著填充量的增加而增加,黏度影響硅脂的施工性能以及硅脂與界面之間的接觸熱阻,填料粒徑則限制著填充量以及硅脂能達到的最小涂覆厚度。這些因素都會對導熱硅脂施工性能產生影響,在實際應用中,還需要根據施工方式的不同選擇不同流變性能的硅脂。導熱硅脂根據流變性能的不同,一般可以分為流淌型硅脂、觸變型硅脂及半流淌型硅脂,如下圖所示:(其中圖3是流淌型,圖4是觸變型,圖5是半流淌型)
圖3流淌型 圖4觸變型 圖5半流淌型
導熱硅脂的施工方式可分為筆涂、點涂、刷涂、點膠和絲網印刷,針對不同的施工方式,需要選擇合適的產品。一般而言,點涂和刷涂等手工施工希望使用黏度低流淌型的硅脂,自動點膠更傾向于使用觸變性好的硅脂,而絲網印刷則要求硅脂具有良好的涂布性能。
綜上所述,在選擇導熱硅脂產品時,應該根據元器件熱設計的需要并結合施工方式,綜合考慮導熱硅脂的導熱性能、流變性和施工性能,在此基礎上盡量選擇細度小膠層厚度薄的硅脂,此外,還需要關注硅脂在應用過程中的長期穩定性和可靠性。