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傲川导热君教你如何正确进行导热材料的选型

 

"研发设计选型——如何确定型号及厚度、选择什么样的固定方式、压缩区间多少合适、对装配表面的平面度粗糙度有没有限制要求 定义:

界面间隙:散热器安装后,发热芯片与散热器两个接触面之间的距离。

器件公差:当散热器为外壳或者其它结构件时,因为是分别生产和固定,装配起来后就会存在一定的器件公差,器件公差 =(最大界面间隙 - 最小界面间隙)/ 最大界面间隙。

界面平整:指的是两个界面的都是平面且粗糙度小于0.1mm。"


本文通过以下几种情况说明如何选择合适的导热材料:


一、当界面间隙很小(≤0.5mm)且界面平整时,那么可以选导热硅脂导热泥(液态)、双组份导热胶(固化型)、超薄导热垫片,液态材料压缩厚度可以压到0.1mm以下,超短的传热距离代表极高的导热效率,追求高效导热时,尽量使用膏状的导热材料。

因为导热硅脂和导热泥属于不固化液态材料,它的缺点也很大,除了绝缘强度差或者不绝缘之外,硅脂长时间使用后因为硅油分子的挥发和迁移,导致干裂失效以及光学污染等问题;而导热胶固化后就是导热垫片,可靠性好,但安装操作性不如硅脂和垫片,可以点胶但无法通过丝网印刷施工;超薄导热垫片的厚度一般在0.2~0.4mm,便于人工安装,可以重工和返修,热稳定性好,0.2mm的绝缘强度可以超过3000V,缺点是厚度无法压缩到0.1mm以下。

二、如果界面间隙较大(>0.5mm)、器件公差较小(≤50%)且界面平整,则根据器件公差选择不同硬度的导热垫片,导热垫片最大有10%的厚度公差,因此压缩率要超过10%,一般建议使用20%~70%,压缩率越大,要求硬度越小。

例如:某散热结构中,芯片与散热器之间的间隙为0.5~1mm,根据20%的最小压缩率,导热垫片的最小厚度为1.0/(1-0.2)=1.25mm,最大压缩率为(1.25-0.5)/1.25=60%,导热垫片要压缩60%且反弹力小必须是比较柔软还要安装性好,导热垫片的硬度应选择在Shore OO 35左右。

三、当界面间隙较大(≥0.5mm)且器件公差也很大(50%~90%)且界面平整时,可以选择超软导热垫片(硬度在ShoreOO 15~25),其压缩率为20%~90%。例如:某散热结构的界面间隙为0.5~3mm器件公差为83.3%时,导热垫片的最小厚度为3.0 /(1-0.2)=3.75mm,最大压缩率为(3.75-0.5)/ 3.75=86.7%,超软导热垫片的安装效率比常规的稍差。

1、导热硅胶垫片

四、当器件公差非常大(≥90%),如果无法改善器件公差,建议使用双组份导热胶(固化型),其压缩率为20%~99%(最薄0.1mm),这种材料可以最大限度的弥补公差,有因为是触变性液态材料,可以堆积且不会流动,可以应用于立体不平整界面。

例如:某电子眼发热芯片通过外壳散热,芯片尺寸为15*15mm,芯片与外壳的距离是0.2~3mm,器件公差为93.3%,因此需要使用导热胶的体积为:15*15*3*120% = 810mm3 = 0.81ml。

不同导热系数的导热胶密度不一样,根据实际情况选择导热系数确定挤出重量,导热胶挤出后会在20分钟内固化,固化后其性能类似于导热垫片具有弹性,散热器和发热芯片也可以轻松分离,缺点是只能一次性装配使用,不能反复装配和维修。

五、如果希望通过导热材料固定散热器,可以选择导热粘接胶、导热双面胶带、双面背胶的导热垫片、双面粘性的导热复合材料,优点是节约装配工序和成本,缺点是导热效率受限且存在脱胶的风险。

导热粘接胶可以压缩到很薄,导热效果最好,但是存在老化脱胶的风险;导热双面胶带的导热系数较低(≤1.0W/mk),耐老化能力一般;双面背胶的导热垫片粘性要比导热双面胶带强,不同背胶厚度和不同导热系数导热垫片组合起来的热阻也不同,可以做到比导热双面胶带更好的导热效果和耐老化性,但是成本更高;双面粘性的导热复合材料是将高分子粘接剂(耐老化、高导热)涂覆在基材(铜片、铝片等)两面,通过加热方式粘接到导热界面,从而实现高效导热和耐老化粘接的效果。