¿Qué es el gel de silicona de conductividad térmica?

En los últimos años, con el rápido desarrollo de la tecnología electrónica, el tamaño característico de los dispositivos electrónicos se ha reducido drásticamente de la escala micrómetro a la escala nanómetro, mientras que el grado de integración aumenta a un ritmo elevado del 40% al 50% anual. Actualmente, en el mercado, los materiales de interfaz térmica comunes utilizados en la industria electrónica son el gel de silicona térmicamente conductor, entre otros. ¿Qué es el gel de silicona térmicamente conductor?

El gel de silicona conductor térmico es un estado gel del material de conducción térmica, formado mediante la combinación de gel de silicona y rellenos conductores del calor. Posee alta conductividad térmica y bajo estrés por deformación por compresión, además de ser fácil de manejar, lo que permite una producción automatizada continua para diversas aplicaciones. Puede solucionar el problema de baja fiabilidad en el rendimiento de las grasas conductoras térmicas, cumplir la función de juntas conductoras del calor y, en algunos aspectos de rendimiento, superar a las juntas conductoras térmicas.

Los siguientes 7 aspectos de la aplicación del gel de silicona térmicamente conductor en la industria electrónica:

• ¿Por qué es necesario disipar el calor?
• ¿Cuál es la composición del gel de silicona térmicamente conductor?
• ¿Cuáles son las características del gel de silicona térmicamente conductor?
• ¿Cómo es la permeabilidad al aceite del gel de silicona?
• ¿Cuál es la adhesión del gel de silicona?
• ¿Cómo aplicar el gel de silicona térmicamente conductor?
• ¿Cómo mejorar el rendimiento del gel de silicona?

1. ¿Por qué es necesario disipar el calor?

La pérdida de potencia en el funcionamiento de los dispositivos electrónicos se convierte principalmente en energía térmica, lo que provoca un aumento de la temperatura del equipamiento electrónico y un incremento del estrés térmico, afectando seriamente la fiabilidad y la vida útil de los dispositivos electrónicos, por lo que es necesario que los disipadores de calor disipen esta energía térmica residual lo antes posible. En este proceso de disipación, los materiales de interfaz térmica juegan un papel crucial. Los materiales térmicamente conductores se utilizan principalmente para rellenar los microhuecos y los agujeros superficiales irregulares generados cuando el dispositivo electrónico está en contacto con el disipador de calor, reduciendo la resistencia térmica de la transferencia de calor.

Con la llegada de la era 5G, caracterizada por alta frecuencia y alta velocidad, y la maduración de la tecnología 5G, se están desarrollando vigorosamente varios tipos de terminales móviles inalámbricos como wearables inteligentes, automóviles autónomos, VR/AR, etc., y se está produciendo la actualización de las piezas y componentes de hardware, lo que conlleva un aumento sustancial del consumo de energía y un incremento significativo de la cantidad de calor generado; las antenas de los terminales móviles inalámbricos 5G también han alcanzado de 5 a 10 veces el número de los terminales 4G. Los terminales móviles inalámbricos 5G también utilizan nuevos materiales como carcasas de cerámica y vidrio que no bloquean las señales 5G, pero el rendimiento de disipación de calor de estos materiales es más débil que el de los metales, por lo que se necesitan materiales con mejor conductividad térmica. Al mismo tiempo, la construcción de estaciones base de comunicación 5G también requiere una gran cantidad de materiales de interfaz térmica para lograr una disipación de calor rápida. Por lo tanto, por un lado, el último desarrollo de la tecnología electrónica ha abierto un nuevo campo de aplicación para los materiales de interfaz térmica, haciendo que el papel de los materiales de interfaz térmica en diversos tipos de productos electrónicos sea cada vez más importante, convirtiéndose en un material importante en el proyecto de disipación de calor electrónico, y su uso futuro continuará aumentando dramáticamente; por otro lado, la continua actualización y mejora de los productos electrónicos plantea requisitos de rendimiento y desafíos tecnológicos completamente nuevos para los materiales de interfaz térmica relacionados con la cadena de suministro.

2. ¿Cuál es la composición del gel de silicona térmicamente conductor?

El gel de silicona es un tipo de material llamado de coexistencia sólido-líquido, “donde sólido y líquido se encuentran juntos.” Es un tipo especial de caucho de silicona, compuesto por compuestos poliméricos que forman una estructura en red, con propiedades únicas. Antes del curado, generalmente se divide en dos componentes, A y B, catalizados por compuestos metálicos de platino, donde la resina de silicona conductora térmica tiene grupos vinilo o propileno en su matriz, y reacciona con los grupos de hidrógeno de silicio en las moléculas del agente reticulante. Toda la reacción de vulcanización es una reacción de adición, que no produce subproductos y, por lo tanto, no hay contracción. El caucho de silicona conductor térmico es un poliorganosiloxano de cadena lineal con una masa molar alta (generalmente por encima de 148,000 g/mol).

XJY-705 Tetrametilciclotetrasiloxano TMCTS es un organosilicio reactivo que contiene enlace silicio-hidrógeno, que puede reaccionar con olefinas insaturadas en una reacción de adición, y puede utilizarse para la síntesis de caucho de silicona vulcanizado a temperatura ambiente.

Resina de silicona MQ metil vinilo XJY-8206N + polidimetilsiloxano vinílico es una resina líquida incolora y transparente que contiene grupos metilo y vinilo, compuesta por resina de silicona MQ vinílica y aceite de silicona vinílico, que puede utilizarse para caucho de silicona de moldeo por adición líquida (LSR) con baja resistencia térmica.

XJY-711 Hydrogen Terminated Methylhydrogensiloxane Dimethylsiloxane Copolymer es un líquido incoloro y transparente, que puede utilizarse como agente reticulante de caucho de silicona con excelente conductividad térmica.

3. ¿Cuáles son las características del gel de silicona térmicamente conductor?

R suele ser Metilo, pero para mejorar o potenciar ciertas propiedades, también se pueden introducir otros grupos como etilo, vinilo, fenilo y grupo trifluoroaldehído, R′ es hidroxilo o alquilo, n representa el número de eslabones. La cadena principal en la molécula de polisiloxano está compuesta por enlaces Si-O-Si, y sus principales propiedades son:

(1) Las propiedades físicas y químicas son estables, básicamente independientes de la temperatura, puede usarse en el rango de temperatura de 50 ~ 250 ℃, °C, las propiedades de aislamiento eléctrico y la resistencia a altas y bajas temperaturas (-50 ~ 250 ℃°C) son excelentes.

(2) Sin imprimador o agente de tratamiento de superficie, puede adherirse físicamente a la superficie de la mayoría de los dispositivos electrónicos comunes u otros materiales, y no hay subproductos ni contracción durante el proceso de curado.

(3) El sistema es incoloro y transparente, por lo que es fácil observar la estructura interna del componente encapsulado cuando se usa como material de encapsulación. Después del curado en estado semi-solidificado, muchos de los adherentes tienen buena adhesión y rendimiento de sellado, y excelente resistencia a ciclos alternos de calor y frío.

(4) El tiempo de trabajo es largo, y no gelifica rápidamente tras mezclar los dos componentes. El calor promueve el curado, y el tiempo de curado puede controlarse de manera flexible ajustando la temperatura de curado. Con buena auto-nivelación, fluye convenientemente hacia los puntos finos entre los micro-componentes del circuito.

(5) Para diferentes escenarios de aplicación, las propiedades del gel como dureza, fluidez, tiempo de curado y otras pueden ajustarse de manera flexible, y también puede añadirse para preparar gel de silicona con retardante de llama, y conductividad eléctrica o térmica.

(6) Buena capacidad de auto-reparación; si se fisura por fuerzas externas, tiene la capacidad de sanar automáticamente, y al mismo tiempo cumple una función de impermeabilización, resistencia a la humedad y a la oxidación.

4. ¿Cómo es la permeabilidad al aceite del gel de silicona?

Durante la vulcanización del gel de silicona en el estado de coexistencia sólido-líquido, la densidad de reticulación es baja, por lo que en la producción de gel de silicona conductor térmico es común que surjan problemas de exudación de aceite, contaminando así los dispositivos electrónicos y reduciendo la fiabilidad de su funcionamiento a largo plazo. Para mejorar la tasa de conductividad térmica de las resinas de silicona al mismo tiempo, debemos evitar la generación de exudación de aceite. Cuanto mayor sea la densidad de reticulación del gel de silicona conductor térmico, menor será la cantidad de exudación de aceite. Esto se debe a que, con una mayor densidad de reticulación en el sistema de gel de silicona conductor térmico, más macromoléculas de silicona reaccionan entre sí y se reticulan en un sistema de estructura de red completo, y la movilidad de la resina no reticulada es limitada; básicamente no existe resina no reticulada, y si existe una cantidad mínima, la formación de puntos de reticulación densos en el volumen unitario del sistema de estructura de red completa genera un mayor coeficiente de fricción con el movimiento de la resina no reticulada, impidiendo el flujo de la resina no reticulada y reduciendo así la cantidad de exudación de aceite.

5. ¿Cuál es la adhesión del gel de silicona?

En algunas aplicaciones, como entre la película PET de un módulo de batería y el aluminio, existen ciertos requisitos para la adhesión de los geles de silicona conductores térmicos. El rendimiento adhesivo del gel de silicona conductor térmico está principalmente relacionado con la viscosidad del gel y la resistencia del cuerpo; la viscosidad del gel determina la magnitud de su fuerza adhesiva en la interfaz de unión, y la resistencia del cuerpo está determinada por la fuerza requerida para destruir el gel en sí, a lo que comúnmente se refiere como la fuerza de cohesión del gel. La magnitud de la adhesión depende del coloide producido. por la interfaz de la fuerza adhesiva y la fuerza cohesiva del cuerpo del más pequeño. Si la fuerza adhesiva del coloide es menor que la requerida para destruir el coloide mismo cuando se necesita la fuerza cohesiva, la aparición de daño interfacial y el tamaño de la adhesión dependen principalmente de la fuerza adhesiva del coloide que tiene viscosidad; si la fuerza adhesiva del coloide es mayor que la requerida para destruir el coloide mismo cuando se necesita la fuerza cohesiva, ocurre daño cohesivo, y el tamaño de la adhesión depende principalmente de la fuerza cohesiva del cuerpo.

6. ¿Cómo aplicar el gel de silicona térmicamente conductor?

(1) Equipos de aviónica

Un tipo de fallo por pérdida de datos a baja temperatura en un conmutador de aviónica debido a que el diseño original del uso de juntas térmicas de conducción produce un estrés local excesivo. Comparado con materiales dieléctricos tradicionales como la grasa térmica de silicona, el adhesivo térmico y el espaciador térmico, el gel de silicona térmico, como un nuevo tipo de material de interfaz térmica, ha logrado mejores resultados en varias pruebas dirigidas como la prueba de rendimiento a altas y bajas temperaturas, la prueba de seguridad ante impactos, la prueba de vibración continua, etc., y puede aplicarse a la producción de productos de aviónica.

(2) Equipos electrónicos 5G

El uso del nuevo material de gel de silicona térmico puede tanto mejorar el efecto de conducción de la energía térmica como realizar la conducción de la energía térmica. Comparado con los materiales conductores de calor tradicionales, el uso de nuevos materiales de gel de silicona térmico en la aplicación de componentes electrónicos puede mejorar eficazmente la eficiencia de propagación de señales y promover la aplicación de alta calidad de los nuevos materiales de gel de silicona térmico.

(3) Batería de potencia

La gran mayoría de las baterías de potencia utilizan baterías de iones de litio, que tienen las ventajas de alta densidad de energía y larga vida útil, pero también presentan importantes riesgos de seguridad. Durante la conducción normal de vehículos eléctricos, los impactos que las baterías de litio pueden soportar incluyen vibración continua, grandes cambios de temperatura, inmersión por lluvia, etc. En caso de fallo de la batería y accidentes de tráfico (por ejemplo, colisión, caída a un río), los impactos que la batería puede soportar incluyen cortocircuito local, sobrecarga, fuerte impacto mecánico, inmersión en agua u otros líquidos, incendio, etc. Por lo tanto, en entornos complejos o incluso inesperados, los impactos que las baterías de litio pueden soportar no son tan graves como los de otras baterías, pero pueden ser más graves. Por lo tanto, mantener la operación segura de las baterías de iones de litio en entornos complejos o incluso inesperados, y proteger la seguridad de los conductores y pasajeros en vehículos eléctricos, son los objetivos perseguidos por todas las partes. Si se utiliza gel de silicona térmico e ignífugo para encapsular la celda de la batería de potencia, se puede mejorar enormemente el rendimiento de seguridad del paquete de baterías de potencia, y el gel de silicona térmico puede desempeñar las funciones de sellado impermeable, sellado ignífugo, disipación de calor y amortiguación y fijación.

7. ¿Cómo mejorar el rendimiento del gel de silicona?

Con la llegada de la era 5G de alta frecuencia y alta velocidad, la integración de dispositivos electrónicos, y el aumento en la cantidad de dispositivos conectados y el número de antenas, el consumo de energía del equipo continúa incrementándose, y la generación de calor también aumenta rápidamente. Los nuevos materiales de silicona térmica con buenas propiedades térmicas también están destinados a convertirse en materiales indispensables en campos estratégicos emergentes y ampliamente utilizados en diversos campos. ¿Cómo mejorar la competitividad de sus productos?

Siliconas XJY es uno de los principales resina de silicona MQ y Silicona VMQ fabricantes en China, con más de 30 años de experiencia en I+D y fabricación en la industria de silicona y más de 15 patentes relacionadas y soporte técnico. Nuestro materias primas de silicona puede satisfacer las necesidades campo de la electrónica y apoyar la provisión de soluciones personalizadas diversificadas.