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電子產品為什麽需要散熱,如何散熱?
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電子產品為什麽需要散熱,如何散熱?

2024.06.12 11:21:10   Clicks

近年來,隨著電子技術的飛速發展,電子器件的特征尺寸已由微米級急劇縮小到納米級,而集成度卻以每年40%~50%的高速度遞增。目前市場上電子行業(ye) 常用的導熱界麵材料有導熱矽脂等。什麽(me) 是導熱矽脂?



導熱矽膠


導熱矽膠是一種導熱性能優(you) 良的矽基材料,通常被用作導熱材料或導熱界麵材料。它由矽膠基體(ti) 和導熱填料組成,通過填充導熱材料(如金屬氧化物、金屬顆粒等)來增強其導熱性能。導熱矽膠具有良好的導熱性、電絕緣性、柔韌性和耐高溫性能,因此在電子器件、散熱器、LED燈具、電腦CPU等領域得到廣泛應用。


本文導航:



1、電子設備為什麽要散熱?


電子設備工作時損耗的電能主要轉化成熱能,造成電子設備溫度升高和熱應力增大,嚴(yan) 重影響電子設備的可靠性和使用壽命,因此需要散熱器將這些殘餘(yu) 熱能盡快散發出去。在這個(ge) 散熱過程中,導熱界麵材料起著至關(guan) 重要的作用。導熱材料主要用來填充電子設備與(yu) 散熱器接觸時產(chan) 生的微縫隙和不平整的表麵孔洞,降低熱傳(chuan) 遞的熱阻。


隨著以高頻、高速率為(wei) 特征的5G時代的到來以及5G技術的日趨成熟,智能穿戴、無人駕駛汽車、VR/AR等各類無線移動終端正在大力發展,硬件零部件不斷更新換代,導致功耗大幅提升,發熱量也大幅增加;5G無線移動終端的天線數量也達到了4G無線移動終端的5~10倍。5G無線移動終端還采用了陶瓷、玻璃等不屏蔽5G信號的新型材料外殼,但這些材料的散熱性能比金屬弱,因此需要導熱性能更優(you) 的材料。同時,5G通信基站的建設也需要大量的散熱片。界麵材料才能起到快速散熱的作用。因此,一方麵,電子技術的最新發展為(wei) 導熱界麵材料開辟了全新的應用領域,使得導熱界麵材料在各類電子產(chan) 品中的作用越來越重要,成為(wei) 電子散熱工程中的重要材料,且未來的使用量仍將大幅增加;另一方麵,電子產(chan) 品的不斷更新換代,對產(chan) 業(ye) 鏈相關(guan) 的導熱界麵材料提出了全新的性能要求和技術挑戰。



導熱矽膠


2、導熱矽膠的成分是什麽?


矽凝膠是一種液體(ti) 與(yu) 固體(ti) 一起存在被稱為(wei) “固液共存材料”的特種矽橡膠,為(wei) 高分子化合物構成網狀結構,具有獨特的性能。在固化前一般分為(wei) A、B雙組份,在鉑金屬化合物的催化下,導熱有機矽樹脂基體(ti) 上的乙烯基或丙烯基,與(yu) 交聯劑分子上的矽氫基團反應而成。整個(ge) 反應為(wei) 加成硫化反應,不產(chan) 生副產(chan) 物,因而無收縮。導熱矽橡膠是直鏈狀聚有機矽氧烷,具有較高的摩爾質量(一般在148000g/mol以上)。 


3、導熱矽膠片的特點有哪些?


R通常為(wei) 甲基,但為(wei) 了改善或提高某些性能,也可引入其它基團,如乙基、乙烯基、苯基、三氟醛基等,R ′為(wei) 羥基或烷基,n代表鏈節數。聚矽氧烷分子中的主鏈由Si-O-Si鍵組成,其主要性能有:


(1)物理化學性能穩定,基本與(yu) 溫度無關(guan) ,可在50~250 ℃溫度範圍內(nei) 使用,電絕緣性能和耐高低溫(-50~250 ℃ )性能優(you) 良

(2)無需底漆或表麵處理劑,就能物理粘附於(yu) 最常見的電子設備或其他材料的表麵,並且固化過程中不會(hui) 產(chan) 生副產(chan) 物或收縮。

(3)該體(ti) 係無色透明,作為(wei) 灌封料使用時容易觀察灌封​​元件的內(nei) 部結構,在半固化狀態下固化後,對許多被粘物具有良好的粘結性和密封性,耐冷熱交變性能優(you) 良。

(4)可操作時間長,雙組份混合後不會(hui) 很快凝膠化。加熱會(hui) 促進固化,固化時間可通過調節固化溫度靈活控製。自流平性好,便於(yu) 流入電路中微元件之間的細微點。

(5)針對不同的應用場景,可靈活調整凝膠的硬度、流動性、固化時間等性能,也可添加製備成具有阻燃性、導電或導熱性的矽凝膠。

(6)自修複能力好,受外力作用出現裂縫,具有自動修複的能力,同時起到防水、防潮、防鏽的作用。


4、矽膠的透油性怎麽樣?


在矽凝膠硫化時為(wei) 固液共存狀態,交聯密度較低,因此生產(chan) 出來的導熱矽凝膠很容易出現滲油問題,從(cong) 而汙染電子器件,降低其長時間工作的可靠性,為(wei) 了在提高矽樹脂導熱率的同時,需要避免滲油的產(chan) 生。導熱矽凝膠交聯密度越大,滲油量越小。這是因為(wei) 交聯密度影響導熱矽凝膠體(ti) 係中,更多的有機矽大分子相互反應交聯成完整的網絡結構體(ti) 係而具有流動性,而未交聯的樹脂基本不存在,即使有微量的完整的網絡結構體(ti) 係存在,在單位體(ti) 積內(nei) 形成密集的交聯點,未交聯的樹脂在運動時與(yu) 網絡結構產(chan) 生較大的摩擦係數,阻止了未交聯樹脂的流動,阻礙了未交聯樹脂的流動,從(cong) 而減少了滲油量。


5、矽膠的粘接力怎麽樣?


在一些應用場合,例如電池模組的PET膜與(yu) 鋁合金之間,對導熱矽膠的黏附性有一定的要求。導熱矽膠的黏附性能主要與(yu) 凝膠的黏度和本體(ti) 強度有關(guan) ,凝膠的黏度決(jue) 定了其在粘接界麵的黏附強度的大小,而本體(ti) 強度則決(jue) 定了凝膠本身被破壞時所需要的力,也就是通常所說的凝膠的粘結力。黏附力的大小取決(jue) 於(yu) 產(chan) 生的膠體(ti) 由界麵的黏附力和膠體(ti) 的內(nei) 聚力之較小決(jue) 定的。若膠體(ti) 的黏附力小於(yu) 膠體(ti) 本身被破壞時所需的內(nei) 聚力,則發生界麵破壞,黏附力的大小主要取決(jue) 於(yu) 膠體(ti) 的黏附力即粘度;若膠體(ti) 的黏附力大於(yu) 膠體(ti) 本身被破壞時所需的內(nei) 聚力,則發生內(nei) 聚破壞,黏附力的大小主要取決(jue) 於(yu) 膠體(ti) 的內(nei) 聚力。



導熱矽膠


6、如何使用導熱矽膠?


(1)航空電子設備


某型航電交換機低溫數據包丟(diu) 失故障是由於(yu) 原設計時使用的導熱墊片局部應力過大造成的。導熱矽脂、導熱膠、導熱墊片等傳(chuan) 統介質材料相比,導熱矽脂作為(wei) 一種新型導熱界麵材料,在高低溫性能試驗、碰撞安全試驗、連續振動試驗等多項針對性試驗中取得了較好的試驗效果,可以應用於(yu) 航電產(chan) 品的生產(chan) 中。


(2)5G電子設備


新型導熱矽膠材料的使用既可以增強熱能的傳(chuan) 導效果,又可以實現熱能的傳(chuan) 導,相比傳(chuan) 統導熱材料,新型導熱矽膠材料在電子元器件的應用上可以有效提高信號傳(chuan) 播的效率,促進新型導熱矽膠材料的優(you) 質應用。


(3)動力電池


動力電池絕大多數采用鋰離子電池,具有能量密度高、使用壽命長等優(you) 點,但也存在較大的安全隱患。在電動汽車正常行駛過程中,鋰電池可能承受的影響包括持續振動、大的溫度變化、雨水浸泡等。在電池故障和交通事故(如碰撞、落入河流)中,電池可能承受的影響包括局部短路、過載、強烈的機械衝(chong) 擊、浸入水或其他液體(ti) 、火災等。因此,在複雜在複雜甚至意外的環境下,鋰電池可能遭受的影響雖然不如其他電池嚴(yan) 重,但可能會(hui) 更加嚴(yan) 重。因此,在複雜甚至意外的環境下維持鋰電池的安全運行,保障電動汽車駕乘人員的安全是各方追求的目標。如果使用導熱阻燃矽膠對動力電池單體(ti) 進行封裝,可以大大提高動力電池組的安全性能,導熱矽膠可以起到防水密封、阻燃密封、散熱減震固定等作用。