如何根据产品结构特点选择导热硅胶垫片
导热硅胶垫片常用于热界面间隙填充,能够有效将热量传递至散热元件,同时还起到防震、吸收装配公差、密封等作用。能够满足社设备小型化,超薄化的设计要求,是极具工艺性和使用性的高性能材料。再因为操作简单,使用方便,可靠性佳等原因,导热垫片一直都受到工程师们的极度青睐,在热界面材料行业中占有了一半以上的市场份额。
导热硅胶垫片的产品厚度一般是0.3mm~5mm,特殊应用下可以做到15mm,导热系数高,业内导热系数按照国际测定标准最高标称达到6.0W/m.K,同时具有非常好的绝缘和耐高低温性能。那么,如何在众多规格中如何根据产品的特点找到合适的导热垫片呢?今天跨越小编带领大家了解一下。
根据产品结构的选择导热硅胶垫片
三种结构类型的导热垫片各有优缺,都有其独特之处。一般来说,加入增强材料后会提升物理强度,但是会牺牲一些导热性能。如果规格比较大,对于厚的产品影响不大,但对于薄(<1mm)的产品则有一定的影响,无增强材料的垫片都会发生伸长等情况,严重的会发生破裂,而加入增强材料的垫片强度大,不会发生尺寸变化。矽胶布在表面的垫片则具有耐刺穿和更好的电绝缘性。
导热硅胶垫片厚度的选择
导热硅胶垫片的厚度一般需要根据设计的间隙宽度来选择,推荐压缩20-50%厚度后接近间隙厚度的规格。比如间隙厚度为1.5mm,则可推荐2.0mm的产品,因为2.0的产品压缩25%后和间隙厚度一致。这个厚度的产品既可以保证填满间隙,有不至于产生过大的应力。下图为某款导热硅胶垫的压缩率曲线,从图中可以大概了解某一压缩率下瞬间压缩应力的大小,我们可以看出维持该压缩率的应力则远小于瞬间压缩应力。
产品的硬度对压缩性能影响很大,在物理强度保证的前提下,建议优先选择低硬度的产品。除了应力更小的原因,低硬度的垫片界面亲和性也更好,界面热阻更低。
导热率的选择
该选用何种导热率的垫片,则需要结合使用的应用环境和要求来决定。首先是看元件的发热量,其次是设计间隙厚度、期望降低的温度和传热面积。根据这些就根据傅里叶方程估算出面积热阻,再根据不同导热率垫片的厚度热阻曲线就可以决定需要的产品。
厚度Vs热阻曲线是选择导热系数的好助手,两者基本呈线性关系,斜率是该垫片的导热系数的倒数。
举个栗子,某电源功率为5W,芯片和外壳间隙约为2mm,希望芯片温度能在70℃以下,外壳温度低于50℃,芯片大小为1in2。
面积热阻I=△T*A/Q=6℃*in2/W,说明使用的导热垫片的面积热阻必须小于6℃*in2/W,在结合曲线,2mm对应的热阻约为2.8℃*in2/W,说明该1.5W/mK的到垫片是完全满足要求的。
导热材料基体的选择
导热垫片常见的有三种高分子材料作为基体,有机硅、聚氨酯和丙烯酸树脂。后两张一般也称为无硅导热垫片。有机硅导热垫片继承了有机硅材料的特性,是应用最广的一类导热垫片,但有一个缺点是硅油析出,在一些场合(比如光学设备、硬盘等)无法使用。无硅的垫片的主要优点是无硅油析出,缺点也很明显,包括耐温性稍差,硬度偏大,绝缘性能较差等。
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