导热膏成分分析及配方还原

  • 发布时间:2019-10-21 10:49:18,加入时间:2019年05月22日(距今2222天)
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                  集成电路的微型化程度越来越高,电 子元件变得越来越精细化,使得单位面积电子组件发热量剧增,为将 电子组件工作时所产生的热量尽快散发而采用各种散热方式,如利用 风扇散热,水冷辅助散热和热管散热等方式,并取得一定散热效果, 然而,由于散热装置与电子组件的接触界面并不平整,一般相互接触 只有不到总面结的10%,散热效率较低,没有理想的接触界面,影响 了电子组件向散热装置进行热传递的效果,因此需要在电子组件与散 热装置之间添加一导热膏,以确保界面充分接触,利用导热膏的可流 动性及高导热性能使电子组件产生的热量迅速传到散热装置,然后再 通过散热装置把热量散发出去,确保电子组件能稳定运行。

导热硅脂是电子元器件散热的关键组件。在电子器件表面和散热器之间存在极细微的凹凸不平的空隙,如果将他们直接安装在一起,它们间的实际接触面积大约只有散热器底座面积的10%,其余均为空气间隙。由于空气是热的不良导体,将在电子元件与散热器间形成接触热阻,降低散热器的效能。导热硅脂通过填充于电子发热器件与散热器之间以排除其中的空气,并在其间建立有效的热传导通道,降低接触热阻,提升传热性能。

电子组件因为散热需要必须安装铝或铜制金属散热片。散热片与组件表面的接合处往往有空气隙的存在。空气隙造成散热困难,需要加入导热材料弥补空气隙以增加导热。基于上述需求1960年代世界开始生产导热膏。各式导热膏以石化工业高分子材料硅酮、硅橡胶或者是环氧树酯为基础配合金属氧化物或者矿石粉末为主要成分。

但是,上述常用导热膏所使用的导热材料受到限制,造成生产制造的不便,且使得成本难以降低。

再者,常用的硅酮基导热膏使用一段时间之后会干化,其原因是导热膏中的硅酮逐步分解,干化之后的导热膏成为干粉层,热阻增加导致组件老化以及损坏。硅橡胶为固态或者胶状物质,制造与施工不易。环氧树脂主要是作为导热膏使用,储存要放在冰箱之中,使用之后要在摄氏200度烘烤90分钟,而且安装之后分解困难。常用的导热膏长期使用温度在摄氏65度以下,对于长期高温摄氏90度以上不适用。显然常用导热膏具有储存及使用困难的问题。

液态金属导热膏是一种高端的热界面材料,液态金属导热膏具有远超传统导热硅脂的热导率,传热效果显著,常见的液态金属导热膏为镓基合金、铟基合金及铋基合金,其中镓基合金熔点低,常温下呈液态,因而最早被用作导热膏,但镓基合金对铝材质有严重的腐蚀性,使用前需对铝材质表面进行防腐蚀处理(如表面氧化、镀镍等),操作相对复杂,影响了其大规模应用。铟基铋基合金也具有较高的热导率,但其熔点较高(约60oC),常温下为固体。虽然有产品将其制成片状充当导热界面,但因其固体强度高,压接力大,用户仍然较难操作。而且,片状铟基铋基合金在没有表面活性剂和触变剂等成分的情况下,较难润湿界面,并且会因为界面氧化物增加接触热阻。

低熔点金属导热膏配方为活化剂磷酸乙二胺6%;触变剂有机膨润土3%;树脂聚乙烯11%;溶剂硅酮40%;低熔点金属颗粒为质量分数是32.5% Bi,51% In,16.5% Sn的铋铟锡合金。

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