技术 \\ 电子产品常用的导热硅胶
信息来源：5G行业观察
"传统的导热材料多为金属如：Ag、Cu、Al和金属氧化物如Al2O3、MgO、BeO以及其他非金属材料如石墨、炭黑、Si3N4、AlN。随着工业生产和科学技术的发展,人们对导热材料提出了新的要求，希望材料具有优良的综合性能。如在电气电子领域由于集成技术和组装技术的迅速发展，电子元件、逻辑电路的体积成千成万倍的缩小，则需要高导热性的绝缘材料。近几十年来，高分子材料的应用领域不断拓展，用人工合成的高分子材料代替传统工业中使用的各种材料,特别是金属材料,已成为世界科研努力的方向之一。"
导热硅胶片是以硅胶为基材,添加金属氧化物等各种辅材,通过特殊工艺合成的一种导热介质材料。导热硅橡胶是以有机硅树脂为粘接材料，填充导热粉体达到导热目的的高分子复合材料。1.绝缘导热填料：氧化铝、氧化镁、氮化硼、氮化铝、氧化铍、石英等有机硅增塑剂注：导热硅胶片起到导热作用,在发热体与散热器件之间形成良好的导热通路，与散热片,结构固定件(风扇)等一起组成散热模组。1.金属粉末填料：铜粉.铝粉.铁粉.锡粉.镍粉等；2.金属氧化物：氧化铝.氧化铋.氧化铍.氧化镁.氧化锌；4.无机非金属：石墨.碳化硅.碳纤维.碳纳米管.石墨烯.碳化铍等导热硅胶可分为：导热硅胶垫片和非硅硅胶垫片。绝大多数导热硅胶的电绝缘性能，最终是由填料粒子的绝缘性能决定的。导热硅胶垫片又分为很多小类，每个都有自己不同的特性。非硅硅胶垫片是一款高导热性能的材料，双面自粘，在电子组件装配使用时，低压缩力下表现出较低的热阻和较好的电气绝缘特性。在-40℃~150℃可以稳定工作。满足UL94V0的阻燃等级要求。导热硅胶的导热性能取决于聚合物与导热填料的相互作用。不同种类的填料具有不同的导热机理。金属填料的导热主要是靠电子运动进行导热,电子运动的过程伴随着热量的传递。非金属填料导热主要依靠声子导热，其热能扩散速率主要取决于邻近原子或结合基团的振动。包括金属氧化物、金属氮化物以及碳化物。
一般在设计初期就要将导热硅胶片加入到结构设计与硬件、电路设计中。考量因素一般有：导热系数考量、结构考量、EMC 考量、减震吸音考量、安装测试等方面。1、选择散热方案：电子产品现在往短小轻薄的趋势发展，一般采用被动散热方式,传统以散热片方案为主;现趋势是取消散热片,采用结构散热件(金属支架,金属外壳);或散热片方案和散热结构件方案结合;在不同的系统要求和环境下,选择性价比最好的方案。2、若采用散热片方案，不建议直接采用低导热能力的导热双面胶；也不建议采用不具备减震功能的导热硅脂；建议采用金属挂钩接或塑胶 pushpin 来操作，选用 0.5mm 厚度的导热硅胶片配合使用，这两种方案安装操作方便，还可以不使用被胶，散热效果会比导热双面胶好很多，更安全可靠。总的成本上包括单价，人力，设备会更有竞争力。3、选择散热结构件类散热，则需要考虑散热结构件在接触面的结构形态局部突起、局部避位等，在结构工艺和导热硅胶片的尺寸选择上做好平衡。在工艺允许的条件下尽量建议不选择特别厚的导热硅胶片。这里一般为操作方便建议采用单面被胶，将带被胶面贴到散热结构件上；这里要特别选择压缩比好的，保证一定的压力给导热硅胶片.（导热硅胶片的厚度选择必须大于散热结构件与热源的理论间隙上限工差，一般可以多 1mm---2mm。）选择散热结构件散热时也要在 PCB 布局时考虑元器件的位置，高低和封装形式，可以将一些热源放置规律，减少散热结构件成本。导热系数选择最主要还是要看热源功耗大小，以及散热器或散热结构的散热能力大小。一般芯片温度规格参数比较低，或对温度比较敏感，或热流密度比较大（一般大于0.6w/cm3 需要做散热处理，一般表面小于0.04w/cm2 时候都只需要自然对流处理就可以）这些芯片或热源都需要进行散热处理，并且尽量选择导热系数高点的导热硅胶片。消费电子行业一般不允许芯片结温高于85 度，也建议控制芯片表面在高温测试时候小于75 度，整个板卡的元器件也基本采用的是商业级元器件，所以系统内部温度常温下建议不超过 50度。第一外观面，或终端客户受能接触的面建议温度在常温下得低于 45 度。选择导热系数较高的导热硅胶片可以满足设计要求和保留一些设计裕度。注解：热流密度：定义为：单位面积（1 平方米）的截面内单位时间（1 秒）通过的热量.结温它通常高于外壳温度和器件表面温度。结温可以衡量从半导体晶圆到封装器件外壳间的散热所需时间以及热阻。基体材料的导热系数超高，填料在基体的分散性越好及基体与填料结合程度越好，导热复合材料导热性能越好。一般来说，容易形成导热通路的次序为晶须 >纤维状 > 片状 > 颗粒状，填料越容易形成导热通路，导热性能越好。填料在高分子的分布情况决定着复合材料的导热性能。当填料含量较小时，起到的导热效果不明显；当填料过多时，复合材料的力学性能会受到较大的影响。而当填料含量增至某一值时，填料之间相互作用在体系中形成类似网状或者链状的导热网链，当导热网链的方向与热流方向一致时，导热性能最好。因此，导热填料的量存在着某一临界值。填料与基体的结合程度越高，导热性能越好，选用合适的偶联剂对填料进行表面处理，导热系数可提高10%—20%。------------- END -------------
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