Что такое силиконовый термопроводящий гель?

В последние годы с быстрым развитием электронных технологий размер элементов электронных устройств резко сократился с микронного до нанометрового масштаба, при этом степень интеграции продолжает расти высокими темпами — 40–50% в год. В настоящее время на рынке распространёнными теплопроводящими материалами, используемыми в электронной промышленности, являются термопроводящий силиконовый гель и другие аналоги. Что такое термопроводящий силиконовый гель?

Термопроводящий силиконовый гель представляет собой гелеобразное состояние теплопроводящего материала, образованное композицией силиконового геля и теплопроводящего наполнителя. Он обладает высокой теплопроводностью и низким напряжением при сжатии, прост в обработке и позволяет организовать непрерывное автоматизированное производство для применения. Он решает проблему низкой надёжности термопроводящей пасты, выполняет функцию теплопроводящих прокладок, а по некоторым характеристикам превосходит теплопроводящие прокладки.

Следующие 7 аспектов применения термопроводящего силиконового геля в электронной промышленности:

• Почему необходимо рассеивать тепло?
• Из чего состоит термопроводящий силиконовый гель?
• Каковы особенности термопроводящего силиконового геля?
• Какова маслопроницаемость силиконового геля?
• Каковы адгезионные свойства силиконового геля?
• Как наносить термопроводящий силиконовый гель?
• Как улучшить характеристики силиконового геля?

1. Почему необходимо рассеивать тепло?

Потери мощности при работе электронных устройств в основном преобразуются в тепловую энергию, что приводит к повышению температуры электронного оборудования и увеличению термических напряжений, серьёзно влияя на надёжность и срок службы электронных устройств. Поэтому для этого остаточного теплового потока необходимы теплоотводы, чтобы рассеять тепловую энергию как можно быстрее. В этом процессе теплоотвода ключевую роль играют термоинтерфейсные материалы. Теплопроводящие материалы в основном используются для заполнения микроскопических зазоров и неровностей поверхностей, образующихся при контакте электронного устройства с радиатором, снижая тепловое сопротивление теплопередачи.

С наступлением эпохи 5G, характеризующейся высокой частотой и скоростью, и по мере созревания технологии 5G, активно развиваются различные типы беспроводных мобильных терминалов, такие как умные носимые устройства, беспилотные автомобили, VR/AR и т.д., происходит модернизация аппаратных компонентов и узлов, что приводит к существенному увеличению энергопотребления и значительному росту количества выделяемого тепла; количество антенн в беспроводных мобильных терминалах 5G также достигло в 5~10 раз больше, чем в терминалах 4G. В беспроводных мобильных терминалах 5G также используются новые материалы, такие как керамические и стеклянные корпуса, которые не экранируют сигналы 5G, но их теплоотводящие свойства слабее, чем у металлов, поэтому требуются материалы с лучшей теплопроводностью. В то же время, для строительства базовых станций связи 5G также требуется большое количество теплопроводящих интерфейсных материалов для обеспечения быстрого отвода тепла. Таким образом, с одной стороны, новейшее развитие электронных технологий открыло новую область применения для теплопроводящих интерфейсных материалов, делая их роль в различных типах электронных продуктов всё более важной, превращая их в важный материал в проектах по теплоотводу в электронике, и их использование в будущем продолжит резко возрастать; с другой стороны, постоянное обновление и модернизация электронных продуктов предъявляют совершенно новые требования к характеристикам и технологические вызовы для теплопроводящих интерфейсных материалов и связанной с ними отрасли.

2. Из чего состоит термопроводящий силиконовый гель?

Силиконовый гель — это материал, называемый “твердо-жидкофазным или сосуществующим твердым и жидким состоянием” Особым силиконовым каучуком, где полимерные соединения образуют сетчатую структуру, обладающую уникальными свойствами. Перед отверждением он, как правило, разделён на два компонента — А и В, катализируется соединениями металлов платиновой группы, теплопроводящие силиконовые смолы на основе виниловых или пропиленовых групп вступают в реакцию с силанольными группами в молекулах сшивающего агента. Вся реакция вулканизации представляет собой реакцию присоединения, не образующую побочных продуктов и, следовательно, не дающую усадки. Теплопроводящий силиконовый каучук представляет собой линейный полиорганосилоксан с высокой молярной массой (как правило, выше 148 000 г/моль).

XJY-705 Тетраметилциклотетрасилоксан (TMCTS) является реакционноспособным органосиликоном, содержащим кремний-водородные связи, который может вступать в реакцию присоединения с ненасыщенными олефинами и может использоваться для синтеза силиконового каучука, отверждаемого при комнатной температуре.

XJY-8206N Метилвинилсиликоновая смола MQ + винилполидиметилсилоксан представляет собой бесцветную прозрачную жидкую смолу, содержащую метильные и винильные группы, состоящую из винил-MQ силиконовой смолы и винилсиликонового масла, которую можно использовать для LCR (жидкого силиконового каучука) литьевого формования с низким тепловым сопротивлением.

XJY-711 Водород (в контексте силиконового сшивающего агента) Tтерминированный Mэтилгидрогенсилоксан DГексилметилсилоксан CСополимер представляет собой бесцветную прозрачную жидкость, которую можно использовать в качестве сшивающего агента для силиконового каучука с превосходной теплопроводностью.

3. Каковы особенности термопроводящего силиконового геля?

R обычно представляет собой метильную группу, но для улучшения или усиления определенных свойств могут также вводиться другие группы, такие как этил, винил, фенил и трифторальдегидная группа. R′ может быть гидроксильной или алкильной группой, n представляет количество звеньев. Основная цепь в молекуле полисилоксана состоит из связей Si-O-Si, и её основные свойства таковы:

(1) Физико-химические свойства стабильны, практически не зависят от температуры, могут использоваться в диапазоне температур от -50 до 250 ℃, °C, электроизоляционные свойства и устойчивость к высоким и низким температурам (-50 ~ 250 ℃°C) превосходны.

(2) Без грунтовки или обработки поверхности может физически прилипать к поверхности большинства распространенных электронных устройств или других материалов, при этом в процессе отверждения не образуется побочных продуктов или усадки.

(3) Система бесцветна и прозрачна, что удобно для наблюдения за внутренней структурой залитого компонента при использовании в качестве заливочного материала. После отверждения в полутвердом состоянии материал демонстрирует хорошую адгезию и герметизирующие свойства ко многим поверхностям, а также отличную устойчивость к циклическим перепадам температур (тепло-холод).

(4) Время технологической жизнеспособности (рабочее время) продолжительное, после смешивания двух компонентов быстрое гелеобразование не происходит. Нагрев ускоряет отверждение, время отверждения можно гибко контролировать, регулируя температуру отверждения. Обладает хорошим самовыравниванием, что удобно для проникновения в микроскопические зазоры между компонентами в схеме.

(5) Для различных сценариев применения свойства геля, такие как твердость, текучесть, время отверждения и другие, могут гибко регулироваться. Также в него можно добавлять добавки для получения силиконового геля с огнестойкими, электропроводящими или теплопроводящими свойствами.

(6) Хорошая способность к самовосстановлению: при растрескивании под внешним воздействием обладает способностью к автономному заживлению, а также обеспечивает водонепроницаемость, защиту от влаги и коррозии.

4. Какова маслопроницаемость силиконового геля?

В процессе вулканизации силиконового геля в состоянии сосуществования твёрдой и жидкой фаз низкая плотность сшивки, поэтому при производстве теплопроводящий силиконовый гель склонен к проблемам масловыделения, что приводит к загрязнению электронных устройств и снижению надёжности их длительной работы. Чтобы одновременно повысить коэффициент теплопроводности силиконовых смол, нам необходимо избежать образования масловыделения. Чем выше плотность сшивки теплопроводящего силиконового геля, тем меньше величина масловыделения. Это объясняется тем, что при большей плотности сшивки системы теплопроводящего силиконового геля, больше силиконовых макромолекул взаимодействуют друг с другом и сшиваются в целостную сетчатую структурную систему с ограниченной подвижностью. Несшитая смола практически отсутствует, и даже если присутствуют следы, в системе с плотными узлами сшивки на единицу объёма, движение несшитой смолы создаёт больший коэффициент трения с сетчатой структурой, препятствуя течению несшитой смолы и тем самым уменьшая количество масловыделения.

5. Каковы адгезионные свойства силиконового геля?

В некоторых применениях, например, между ПЭТ-плёнкой модуля батареи и алюминиевым сплавом, существуют определённые требования к адгезии теплопроводящего силиконового геля. Адгезионные свойства теплопроводящего силиконового геля в основном связаны с вязкостью геля и его собственной прочностью. Вязкость геля определяет величину адгезионной прочности на границе склеивания, а собственная прочность определяется силой, необходимой для разрушения самого геля, которая обычно называется когезионной силой геля. Величина адгезии зависит от того, что меньше: адгезионная сила на границе или когезионная сила материала. Если адгезионная сила геля меньше, чем когезионная сила, требуемая для разрушения самого геля, происходит нарушение границы раздела, и величина адгезии в основном зависит от адгезионной силы геля, то есть его вязкости. Если адгезионная сила геля больше, чем когезионная сила, требуемая для разрушения самого геля, происходит когезионное разрушение, и величина адгезии в основном зависит от когезионной силы материала. с интерфейсом адгезионной силы и когезионной силы тела является меньшим. Если адгезионная сила коллоида меньше, чем когезионная сила, требуемая для разрушения самого коллоида, происходит разрушение на границе раздела, и величина адгезии в основном зависит от адгезионной силы коллоида, то есть его вязкости; если адгезионная сила коллоида больше, чем когезионная сила, требуемая для разрушения самого коллоида, происходит когезионное разрушение, и величина адгезии в основном зависит от когезионной силы тела.

6. Как наносить термопроводящий силиконовый гель?

(1) Авионика

Отказ электронного авиационного переключателя с потерей пакетов данных при низких температурах произошёл из-за того, что первоначальная конструкция с использованием теплопроводящих прокладок создавала чрезмерное локальное напряжение. По сравнению с традиционными диэлектрическими материалами, такими как теплопроводящая силиконовая смазка, теплопроводящий клей и теплопроводящая прокладка, теплопроводящий силиконовый гель как новый тип термоинтерфейсного материала показал лучшие результаты испытаний в ряде целевых тестов, таких как испытания на высокие и низкие температуры, испытания на ударную безопасность, испытания на непрерывную вибрацию и т. д., и он может применяться при производстве авионики.

(2) 5G электронное оборудование

Использование нового материала теплопроводящего силиконового геля позволяет как усилить эффект проведения тепловой энергии, так и реализовать её передачу. По сравнению с традиционными теплопроводящими материалами, использование новых материалов теплопроводящего силиконового геля в применении электронных компонентов может эффективно повысить эффективность распространения сигналов и способствовать высококачественному применению новых материалов теплопроводящего силиконового геля.

(3) Силовые батареи

Подавляющее большинство силовых батарей используют литий-ионные аккумуляторы, которые обладают преимуществами высокой плотности энергии и длительного срока службы, но также несут серьёзные риски для безопасности. Во время нормальной эксплуатации электромобилей воздействия, которые могут выдержать литиевые батареи, включают непрерывную вибрацию, значительные перепады температур, погружение под дождь и т. д. В случае отказа батареи и дорожно-транспортных происшествий (например, столкновение, падение в реку) воздействия, которые может выдержать батарея, включают локальное короткое замыкание, перегрузку, сильное механическое воздействие, погружение в воду или другие жидкости, пожар и т. д. Поэтому в сложных или даже непредвиденных условиях воздействия, которые могут выдержать литиевые батареи, не так серьёзны, как у других батарей, но они могут быть более серьёзными. Поэтому поддержание безопасной работы литий-ионных аккумуляторов в сложных или даже непредвиденных условиях и защита безопасности водителей и пассажиров в электромобилях являются целями, к которым стремятся все стороны. Если для инкапсуляции силового элемента батареи использовать теплопроводящий и огнестойкий силиконовый гель, это может значительно улучшить показатели безопасности силового аккумуляторного блока, а теплопроводящий силиконовый гель может выполнять функции водонепроницаемого герметика, огнестойкого уплотнения, теплоотвода, амортизации и фиксации.

7. Как улучшить характеристики силиконового геля?

С наступлением высокочастотной, высокоскоростной эры 5G, интеграцией электронных устройств, увеличением количества сетевых устройств и числа антенн, энергопотребление оборудования продолжает расти, а тепловыделение также быстро возрастает. Новые теплопроводящие силиконовые материалы с хорошими тепловыми свойствами также непременно станут незаменимыми материалами в стратегически важных новых областях и будут широко использоваться в различных сферах. Как повысить конкурентоспособность вашей продукции?

XJY Силиконы является одним из ведущих силиконовая смола MQ и Силикон VMQ производители в Китае, с более чем 30-летним опытом исследований и разработок и производства в силиконовой промышленности и более чем 15 соответствующими патентами и технической поддержкой. Наш продукты из силиконового сырья может удовлетворить потребности область электроники и поддержка предоставления диверсифицированныхиндивидуальных решений.