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热管理材料的使用注意事项

十一月 09, 2018 | Jade Bridges, Electrolube
热管理材料的使用注意事项

选择广泛适用于特定电子组件及其预期运行条件的热管理材料是一个很好的起点;然而,正如许多诸如此类的事情一样,细节决定成败,所以仍需要考虑许多细节问题。有许多可供选择的材料和方法,不同的材料、不同的方法有不同的用途,可根据具体的实际限制进行相应的选择,应用制约包括环保需考虑的因素、责任的严重性、元器件布局、组件的几何形状等等。

通常,应该问自己的第一个问题是,“我应该采用哪种类型的热管理产品,以及应用时应该注意什么?”热管理材料共有五大类,可根据其材料的化学组成和配方的不同进一步细分。这些材料包括:固化和非固化浆料、粘合材料/粘合剂、灌封树脂、导热间隙填料/垫、以及相变材料。

例如,对于可能需要返工的应用,非固化浆料是较理想的。它们使用不同的基础油来提供一系列所需要的性能,例如硅酮类产品具备较宽的运行温度范围。最近在非硅酮类技术方面取得了一定的进展,研发出的产品具备更高的导热性,可显著减少泄油和蒸发重量损失。

一般来说,非固化产品应尽可能薄,只要达到最低要求量即可。该产品还必须很好地混合,以避免泄油。黄金法则是不要错误地认为涂层越厚,保护效果就越好。涂层过厚不但不能改善保护效果,反而可能会导致问题。切记,热界面材料的厚度是散热速率的决定性一步;超过所需的最低要求量,涂敷得越厚,传热速率会越慢。

如果在组件的使用寿命期间返工可能是不必要的,可以考虑使用固化/粘合热管理产品。然而,对于固化产品或因应用要求而含有溶剂的产品,必须考虑产品的涂敷时间。例如,如果是快干产品,可能就不适合用丝网印刷,因为固化后的产品可能会阻塞丝网开口。

为了避免这个问题,检查丝网开口尺寸是否适合浆料的粒度尺寸,以及丝网是否能够符合所要求的浆料厚度。此外,如果使用的是自动点涂设备,应考虑点分布和浆料的量,以确保可涂敷所要求的最低材料量。

如果散热器需要牢固地固定在适当的位置,又不能使用紧固件,则可能需要选择粘合散热界面的材料。这种情况下,达到适当的粘结强度非常重要,否则如果组件受到冲击或大幅振动,散热器可能就会脱落。另一种选择是采用散热间隙垫,将散热间隙垫预先切成适当的尺寸并手动安装,不会抹得到处都是或浪费,也不需要点涂设备。在热循环期间,散热间隙垫不会移动,因此它们往往不会被挤出,而挤出是一些散热浆料常见的现象。

切记,散热垫提供了一个较厚的界面层,往往具有更高的热阻抗。散热垫最适合在界面上施加压力的应用,该压力可使粘合线最小化,并确保与间隙散热垫的最大接触。这种压力迫使散热垫材料进入气穴,有效地降低了热阻抗。

另一种管理电子设备热量传递的选择是使用导热灌封树脂。这些产品的设计可提供使组件免受环境侵蚀的保护,并允许设备内产生的热量散发到其周围。灌封树脂通常包含导热填料以提高其散热性能,且可以改变基础树脂、硬化剂和其他添加剂,选择范围更大。

当采用灌封树脂时,整个PCB可能都会被覆盖,所需树脂的量将由所要求的保护级别以及其他因素决定,例如树脂会导致重量和体积增加。还需要确保在固化的树脂内没有空隙,因为空隙将损害电气性能和热传递性能。与所有的树脂一样,需要检查混合比是否符合要求,并要采用无空气混合方法充分混合产品。

接下来,您应该考虑基板和预期的粘合线厚度。基板状况怎么样?界面上的缝隙大小是否已知?接触面不同,接触压力也不同。最重要的是没有空气被截留在界面处,因为空气是很差的导热体。由于配合表面不良、散热界面介质的不当应用或实际缝隙比计算值更大,即使在界面处的微量空气截留也会降低热传递效率。

确定应用是否需要涂敷薄的热界面材料,如浆料,或是否需要较厚的缝隙填充物,缝隙填充物通常应用于热界面材料厚度大于500微米的应用。使用任何导热材料,可以确保设备和散热器之间的接口完全填满,并通过将一定量的化合物施加到设备或散热器的配合表面的中心来赶出所有空气。 接下来,将两者粘合在一起,配合压力增加时将去除多余的材料。

最后,考虑首选的涂敷方法。 您是否会使用手工方法(例如注射器),或使用最先进的点涂设备而提供的半自动或全自动方法? 丝网印刷可能是需要考虑的另一种选择。 与材料本身一样,如果您正在决定所采用的涂敷方法,可征求专家的建议,他们可帮助并指导您使用适当的产品和最简单的涂敷方法。目标应该是简化生产工艺,并在初始应用和最终使用中都能提供有效的热传递。

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标签:
#制造工艺与管理  #涂覆 

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