Portuguese 
English 
Spanish 
French 
German 
Russian 
Japanese 
Korean Com o desenvolvimento de produtos eletrónicos rumo à miniaturização, multifuncionalidade e alto desempenho, surgiu a tecnologia de integração de sistemas tridimensionais de alta densidade. A integração tridimensional de sistemas torna a eficiência da montagem elevada, a velocidade de transmissão de sinais rápida e a confiabilidade do sistema melhor. Com estas vantagens, devido ao enorme consumo de energia, também levará a um aumento do calor por unidade de área do substrato, sendo dada cada vez mais atenção à dissipação de calor. Isto coloca requisitos de desempenho mais elevados para os materiais de dissipação de calor das interfaces térmicas. Através do projeto de dissipação de calor, o calor acumulado na interface térmica do produto eletrónico é dissipado a tempo de manter a temperatura de trabalho dentro do intervalo de projeto razoável, garantindo assim a estabilidade e confiabilidade do sistema do produto. A condutividade térmica é usada para descrever a condutividade térmica de um material. Quanto maior a condutividade térmica, maior a condutividade térmica do material. Por conseguinte, o requisito básico dos materiais de dissipadores de calor de alto desempenho é que a condutividade térmica seja suficientemente elevada.
As principais características das juntas termossiliconadas de alto desempenho devem geralmente satisfazer os requisitos de alta condutividade térmica, boa confiabilidade do produto, boa adesão, utilização conveniente, amortecimento de vibrações e redução de ruído, proteção ambiental verde, etc. Para além da condutividade térmica básica, o cliente também prestará atenção à deformação por compressão, alteração da resistência térmica, pressão instantânea e pressão de longo prazo da junta térmica; Para produtos finos, também prestaremos atenção ao desempenho operacional do produto, principalmente à magnitude da força de descolamento, etc.
Como a junta térmica é usada apenas para preencher o espaço, a tensão é muito pequena, portanto as propriedades mecânicas geralmente não são altas, o que torna o produto amplamente utilizado. Com a melhoria contínua dos requisitos de desempenho dos produtos eletrónicos, as exigências para as juntas térmicas estão a tornar-se cada vez mais elevadas. As juntas térmicas serão continuamente atualizadas. Muitas explorações foram feitas, mas a condutividade térmica está maioritariamente abaixo de 3,0 W/(m·K), a formulação é incerta, o que está seriamente desligado da aplicação prática do produto, especialmente a investigação sobre confiabilidade é escassa. Nesta experiência, utilizou-se óleo de silicone reativo como material base, e adicionou-se enchimento térmico de alto desempenho para preparar a junta térmica com condutividade térmica de 4,0 W/(m·K). O produto tem boa usabilidade e confiabilidade e pode satisfazer as exigências dos clientes para juntas térmicas de alto desempenho.
1.1 Principais matérias-primas e equipamentos
1.2 Preparação de almofadas termossiliconadas
2.1 Índice de desempenho da junta térmica
2.2 Efeito da espessura na deformação por compressão da junta térmica
2.3 Efeito da espessura na resistência térmica da junta térmica
2.4 Efeito da pressão instantânea e de longo prazo na deformação por compressão das juntas térmicas
2.5 Efeito da força de descolamento no desempenho operacional das juntas térmicas
2.6 Confiabilidade das almofadas térmicas
XJY Silicones – First choice raw material supplier of silicone thermally conductive materials
1. Experiência
1.1 Principais matérias-primas e equipamentos
Óleo de silicone vinílico de baixa viscosidade: viscosidade 200 mPa·s, fração molar de vinil 0,35% ; óleo de silicone vinílico de alta viscosidade: viscosidade 5000 mPa·s, fração molar de vinil 0,35% ; óleo de silicone hidrogenado: viscosidade 50 mm²/s, fração mássica de hidrogénio ativo 0,1% ; resina de silicone modificada; catalisador de platina, inibidor ; alumina: pureza ≥99%, tamanho médio de partícula 20 μm; nitreto de alumínio: pureza 99,5%, tamanho médio de partícula 0,5 μm; alumina esférica: pureza ≥99,8%, tamanho médio de partícula 70 μm. Misturador planetário duplo; forno, tipo ciclo térmico., ｡
1.2 Preparação de almofadas termossiliconadas
Adicionar 80 g de óleo de silicone vinílico de baixa viscosidade, 8 g de óleo de silicone vinílico de alta viscosidade, 6 g de óleo de silicone hidrogenado, 5 g de resina de silicone modificada, 1,0 g de catalisador e 0,2 g de inibidor ao tanque de agitação, agitar durante 0,5 h e desaerear a vácuo para remover bolhas; depois adicionar 55 g de nitreto de alumínio, agitar durante 0,5 h, depois adicionar 445 g de alumina, agitar uniformemente e depois desaerear a vácuo para remover bolhas; finalmente, adicionar 402 g de alumina esférica, agitar durante 0,5 h e desaerear a vácuo para remover bolhas. A pasta obtida é formada entre os filmes de libertação até uma determinada espessura, primeiro vulcanizada a 120 °C durante 30 minutos e depois curada a 150 °C durante 30 minutos para obter uma junta térmica de silicone.
1.3 Teste de Desempenho
- Condutividade térmica: Usando o instrumento de medição de condutividade térmica TPS2500S, testado de acordo com a ASTM D5470-2006.
- Resistência térmica: Usando o medidor de resistência térmica LW9389 testado de acordo com a ASTM D5470-2006.
- Dureza: Utilizando o medidor de dureza tipo Shore OO.
- Densidade: Utilizando o densímetro verdadeiro DPY-31 testado pelo método de densidade verdadeira por hélio.
- Resistência à tração: Utilizando a máquina universal eletrônica de teste LS1 testada de acordo com ASTMD412-2006.
- Alongamento na ruptura: Utilizando a máquina universal eletrônica de controle ETM103A testada de acordo com ASTMD412-2006.
- Resistividade volumétrica: Utilizando o testador de isolamento 1508 testado de acordo com ASTMD257-2007;
- Permissividade relativa: Testador de tensão de ruptura HJC-50kV testado de acordo com ASTMD150-2011;
- Força de descolamento 180°: Testado pelo testador de força de descolamento AR-1000.
- Propriedade de envelhecimento em alta temperatura: Adota forno de ciclo térmico Z120306. Método de teste: A amostra é colocada a 150℃ por 440h e resfriada à temperatura ambiente para testar a resistência térmica;
- Propriedade de envelhecimento por choque frio e quente: Testado pela caixa de choque de alta e baixa temperatura WIEETS60. Método de teste: -40~125℃ para teste de ciclo frio e quente, a amostra é colocada a -40℃ por 0,5h e depois a 125℃ por 0,5h, este processo é 1 ciclo, um total de 440 ciclos são testados e depois resfriado à temperatura ambiente para testar a resistência térmica da amostra.
- Moisture and heat aging property: Use the KTHB-415TBS constant temperature and humidity box. The thermal resistance of the sample was measured after being placed at 85°C and 85% relative humidity for 440 hours and then cooled to room temperature.
- Instantaneous pressure: At the specified compression rate, the test reaches the specified compression deformation pressure.
- Pressão de longa duração: Na taxa de compressão especificada, o teste mantém a deformação de compressão especificada por mais de 5 minutos.
2. Resultados e Discussão
2.1 Índice de desempenho da junta térmica
Os requisitos de condutividade térmica de almofadas térmicas de alto desempenho são relativamente altos. Geralmente, alta condutividade térmica é alcançada por uma grande quantidade de cargas térmicas condutivas. Quando a quantidade de cargas térmicas condutivas representa 90% da massa total do sistema, a condutividade térmica atinge 4,0 W/m•K; neste momento, a densidade é 3,4 g/cm³. Comparada com a almofada térmica condutiva comum, o alongamento na ruptura é visivelmente reduzido, e a excelente performance de isolamento elétrico ainda é mantida. As propriedades das almofadas térmicas de silicone preparadas são mostradas na Tabela 1.
|
Tabela 1: Propriedades das Almofadas Térmicas de Silicone |
|
|
Itens de teste |
Performance |
|
Condutividade térmica |
4.0 |
|
50 |
|
|
Density |
3.4 |
|
Resistência à Tração |
0.07 |
|
Alongamento na ruptura |
25 |
|
Resistividade volumétrica |
1×1013 |
|
Permissividade relativa |
5.0 |
2.2 Efeito da espessura na deformação por compressão da junta térmica
A deformação por compressão também é um importante indicador das almofadas térmicas de alto desempenho. Quanto maior a deformação por compressão, melhor a flexibilidade do produto, mais fácil é o ajuste apertado e menor a resistência térmica da interface, alcançando assim melhor condutividade térmica. Produtos com diferentes espessuras possuem diferentes deformações por compressão. Geralmente, a taxa de compressão da deformação por compressão é de 0,5 mm/min. O efeito da espessura na deformação por compressão das almofadas térmicas é mostrado em: Figura 1.
Figura 1: Influência da Espessura na Deformação por Compressão da Junta Térmica
Pode-se observar na Figura 1 que, sob a mesma pressão, quanto maior a espessura, maior o ajuste por compressão. Geralmente, a deformação por compressão de produtos espessos deve atingir mais de 60% (geralmente inferior a 0,69 MPa), e os produtos podem ser selecionados inicialmente conforme a curva de deformação por compressão.
2.3 Efeito da espessura na resistência térmica da junta térmica
Uma das características de uma junta térmica condutora de alto desempenho é a baixa resistência térmica. Quanto menor a resistência térmica, melhor o efeito de condução de calor. A resistência térmica de produtos com diferentes espessuras é diferente. Consulte a Fig. 2 para a influência da espessura na resistência térmica da junta condutora de calor.
Figura 2 Efeito da espessura na resistência térmica da junta condutora de calor
Observa-se na Figura 2 que quanto maior a espessura do produto, maior a resistência térmica. A resistência térmica de produtos com a mesma espessura diminui linearmente com o aumento da pressão. A espessura do produto é determinada pelo projeto do elemento condutor de calor. A largura do vão da unidade de projeto condutora de calor corresponde à espessura do produto.
2.4 Efeito da pressão instantânea e de longo prazo na deformação por compressão das juntas térmicas
Os resultados dos testes de pressão instantânea e de longo prazo na junta térmica condutora são mostrados na Tabela 2.
|
Tabela 2: Efeito da pressão instantânea e de longo prazo na deformação compressiva das juntas térmicas condutoras |
||
|
Deformação por compressão/% |
Deformação transitória/MPa |
Tensão crônica/MPa |
|
10 |
0.06 |
0 |
|
20 |
0.14 |
0.01 |
|
30 |
0.26 |
0.04 |
|
0.40 |
0.07 |
|
|
50 |
0.51 |
0.09 |
|
60 |
0.68 |
0.11 |
Nota: 1) Taxa de teste 25,4 mm/min, Espessura 2 mm
A Tabela 2 mostra que, a uma taxa de compressão de 25,4 mm/min, é necessária uma pressão instantânea de 0,259 MPa para atingir uma deformação por compressão de 30% e uma pressão de longo prazo de 0,037 MPa para manter a deformação por compressão de 30%. As pressões instantânea e de longo prazo estão próximas da aplicação e são muito fáceis de usar.
2.5 Efeito da força de descolamento no desempenho operacional das juntas térmicas
Com uma alta adição de cargas térmicas, a condutividade térmica da junta térmica é alta, mas o produto fica menos resistente por si só e, em casos graves, também mancha os componentes eletrônicos e o produto apresenta defeitos ambientais. Portanto, o projeto de juntas térmicas de alto desempenho deve levar em consideração a relação entre a força de descascamento e a operabilidade do produto. De modo geral, produtos finos exigem maior trabalhabilidade do que produtos grossos. Mesmo que a junta não contamine o filme de liberação, uma junta fina com alta força de descascamento levantar-se-á e deslocar-se-á durante a remoção do filme, afetando seu uso. O efeito da força de descascamento na operabilidade das juntas térmicas condutoras de calor é mostrado na Tabela 3.
|
Tabela 3: Influência da força de descascamento na operabilidade da junta térmica condutora de calor |
|
|
Força de descascamento |
Operabilidade |
|
20 |
Manutenção de filmes de liberação |
|
12 |
Filme de liberação não manchante, fácil de deslocar |
|
8 |
Filme de liberação não manchante, sem deslocamento |
Como visto na Tabela 3, para uma junta térmica de 0,8 mm, a operação é pobre quando a força de descascamento é maior que 12g/25mm, e melhor quando a força de descascamento é de 8g/25mm. Como quanto mais grosso o produto, mais fácil é remover o filme de liberação, apenas produtos finos são discutidos neste experimento.
2.6 Confiabilidade das almofadas térmicas
A atualização de um novo produto geralmente requer um teste de comparação de confiabilidade. O teste de confiabilidade inclui teste de envelhecimento em alta temperatura, teste de envelhecimento por choque térmico e teste de envelhecimento em calor úmido. No processo de atualização do produto, o cliente exige que a condutividade térmica da junta térmica não seja menor do que a da amostra de referência original após o envelhecimento por 440 horas. Os resultados do teste de confiabilidade são mostrados da Figura 3 à Figura 5.
Figura 3: Envelhecimento em alta temperatura da junta térmica condutora de calor
Figura 4: Envelhecimento por choque térmico da junta térmica condutora de calor
Figura 5: Envelhecimento por calor e umidade das juntas térmicas condutoras de calor
Pode-se observar da Figura 3 à Figura 5 que a resistência térmica da junta térmica é menor do que a da amostra de referência durante o processo de envelhecimento a 150 °C por 440 h; a resistência térmica da junta térmica é menor do que a da amostra de referência durante o processo de envelhecimento por choque térmico de 440 h; o processo de envelhecimento por calor úmido de 440 h, a resistência térmica da junta térmica é menor do que a da amostra de referência.
Em resumo, a confiabilidade atualizada das juntas térmicas da mesma espessura é melhor do que a das amostras de referência originais.
3. Conclusão
Uma junta térmica de alto desempenho é preparada usando óleo de silicone reativo como base e alumina e nitreto de alumínio como carga térmica. A fórmula preferida é: 80 g de óleo de silicone vinílico de baixa viscosidade, 8 g de óleo de silicone vinílico de alta viscosidade, 6 g de óleo de silicone contendo hidrogênio, 5 g de resina de silicone modificada, 1,0 g de catalisador e 0,2 g do inibidor são adicionados ao tanque de agitação e agitados por 0,5 h, e evacuado para remover bolhas de ar; em seguida, adicionar 55 g de nitreto de alumínio, agitar por 0,5 h, depois adicionar 445 g de alumina, agitar uniformemente e, em seguida, fazer vácuo para remover bolhas de ar; finalmente, adicionar 402 g de alumina esférica, agitar por 0,5 h e fazer vácuo para remover bolhas de ar. A condutividade térmica do produto preparado por esta fórmula atinge 4,0 W/(m·K), que é fácil de operar e usar, e tem boa confiabilidade, podendo atender aos requisitos dos clientes para juntas térmicas condutoras de calor de alto desempenho.
Silicone XJYs – Fornecedor preferencial de matéria-prima de materiais de silicone termicamente condutores
| A XJY Silicones, uma das principais Resina de silicone MQ e VMQ Os fabricantes de silicones termicamente condutivos possuem 30+ anos de experiência em P&D e manufatura, com assistência técnica de 15+ patentes relacionadas na indústria de silicone, e também podem personalizar produtos de silicone termicamente condutivo com custo-benefício conforme os requisitos dos seus dispositivos eletrônicos. |  |
