इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए ताप अपव्यय - तापीय प्रवाहकीय सिलिकॉन

1. इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को ताप अपव्यय की आवश्यकता क्यों होती है?

इलेक्ट्रॉनिक उपकरण संचालन के दौरान महत्वपूर्ण मात्रा में गर्मी उत्पन्न करते हैं, जो मुख्य रूप से थर्मल ऊर्जा के रूप में बर्बाद हो जाती है। अत्यधिक तापमान इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की विश्वसनीयता और जीवनकाल को गंभीर रूप से नुकसान पहुंचा सकता है। इसलिए, इस अवशिष्ट गर्मी को शीघ्रता से नष्ट करने के लिए हीट सिंक की आवश्यकता होती है।

इस गर्मी अपव्यय प्रक्रिया में मुख्य खिलाड़ी थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री है। इन सामग्रियों का उपयोग मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनिक उपकरण के हीट सिंक से संपर्क करने पर बने छोटे अंतराल और सतह की अनियमितताओं को भरने के लिए किया जाता है, जिससे गर्मी संचालन के दौरान थर्मल प्रतिरोध कम हो जाता है और गर्मी अपव्यय दक्षता में सुधार होता है।

5जी के आगमन के साथ, स्मार्ट वियरेबल्स, स्वायत्त वाहन और वीआर/एआर डिवाइस जैसे वायरलेस मोबाइल टर्मिनलों में बिजली की खपत में उल्लेखनीय वृद्धि और गर्मी उत्पादन में नाटकीय रूप से वृद्धि की प्रवृत्ति दिखाई दे रही है। इसके साथ ही, 5G टर्मिनल सिरेमिक और ग्लास जैसी नई आवरण सामग्री का उपयोग करना शुरू कर रहे हैं, जिनमें धातुओं की तुलना में खराब गर्मी लंपटता प्रदर्शन होता है, जिससे थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री पर अधिक मांग होती है। दूसरी ओर, 5G बेस स्टेशनों के निर्माण ने हीट सिंक की बड़ी मांग को भी बढ़ावा दिया है।

संक्षेप में, थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री इलेक्ट्रॉनिक ताप अपव्यय प्रौद्योगिकी के लिए एक महत्वपूर्ण समर्थन बन रही है। एक ओर, इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के निरंतर उन्नयन से इन सामग्रियों के अनुप्रयोग क्षेत्रों और उपयोग में निरंतर विस्तार हुआ है; दूसरी ओर, उभरते अनुप्रयोग परिदृश्यों ने तापीय प्रवाहकीय इंटरफ़ेस सामग्रियों के लिए नई प्रदर्शन चुनौतियाँ भी ला दी हैं। यह अनुमान लगाया जा सकता है कि तापीय प्रवाहकीय इंटरफ़ेस सामग्री इलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकी के विकास को आगे बढ़ाने वाले प्रमुख स्तंभों में से एक बन जाएगी।

2. तापीय प्रवाहकीय सिलिकॉन की संरचना

सिलिकॉन जेल एक विशेष प्रकार का सिलिकॉन रबर है जिसे "ठोस - तरल सह-अस्तित्व सामग्री" के रूप में जाना जाता है, जहां तरल और ठोस सह-अस्तित्व में होते हैं। यह पॉलिमरिक यौगिकों से बनी एक नेटवर्क संरचना है और इसमें अद्वितीय गुण हैं। इलाज से पहले, इसे आम तौर पर दो घटकों, ए और बी में विभाजित किया जाता है। प्लैटिनम धातु यौगिकों के उत्प्रेरण के तहत, थर्मल प्रवाहकीय ऑर्गेनोसिलिकॉन राल मैट्रिक्स पर विनाइल या प्रोपलीन समूह जेल बनाने के लिए क्रॉसलिंकिंग एजेंट अणुओं पर सिलानोल समूहों के साथ प्रतिक्रिया करते हैं। संपूर्ण प्रतिक्रिया एक अतिरिक्त वल्कनीकरण प्रतिक्रिया है, जो कोई उपोत्पाद उत्पन्न नहीं करती और इसलिए कोई सिकुड़न नहीं होती। तापीय प्रवाहकीय सिलिकॉन रबर एक उच्च दाढ़ द्रव्यमान (आमतौर पर 148,000 ग्राम/मोल से ऊपर) वाला एक रैखिक पॉलीऑर्गनोसिलोक्सेन है।

3. तापीय प्रवाहकीय सिलिकॉन के चिपकने वाले गुण

पॉलीसिलोक्सेन अणुओं की मुख्य श्रृंखला आमतौर पर Si{{0}O-Si बांड से बनी होती है। इस आणविक संरचना में, आर आमतौर पर मिथाइल होता है, लेकिन कुछ गुणों को सुधारने या बढ़ाने के लिए एथिल, विनाइल, फिनाइल और ट्राइफ्लुओरोएल्डिहाइड जैसे अन्य समूहों को पेश किया जा सकता है। R' हाइड्रॉक्सिल या एल्काइल है, और n श्रृंखला इकाइयों की संख्या का प्रतिनिधित्व करता है।

इस पॉलीसिलोक्सेन सामग्री में निम्नलिखित मुख्य गुण हैं:

1. स्थिर भौतिक रासायनिक गुण, काफी हद तक तापमान से स्वतंत्र, 50-250 डिग्री के तापमान रेंज में उपयोग करने योग्य, उत्कृष्ट विद्युत इन्सुलेशन और उच्च और निम्न तापमान (-50-250 डिग्री) के प्रतिरोध के साथ।

2. प्राइमर या सतह उपचार एजेंटों की आवश्यकता के बिना अधिकांश सामान्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों या अन्य सामग्रियों की सतहों पर भौतिक रूप से चिपक जाता है, और इलाज के दौरान उप-उत्पाद या सिकुड़न उत्पन्न नहीं करता है।

3. सिस्टम रंगहीन और पारदर्शी है, जिससे पॉटिंग कंपाउंड के रूप में उपयोग किए जाने पर पॉटेड तत्व की आंतरिक संरचना का निरीक्षण करना आसान हो जाता है। अर्ध-शुद्ध अवस्था में इलाज के बाद, यह कई सब्सट्रेट्स के लिए अच्छा आसंजन और सीलिंग गुण और थर्मल साइक्लिंग के लिए उत्कृष्ट प्रतिरोध प्रदर्शित करता है।

4. लंबे समय तक काम करने योग्य समय; मिश्रण के बाद दोनों घटक जल्दी से आपस में मेल नहीं खाते हैं। तापन इलाज को बढ़ावा देता है, और इलाज के तापमान को समायोजित करके इलाज के समय को लचीले ढंग से नियंत्रित किया जा सकता है। उत्कृष्ट स्व-समतल गुण सर्किट में सूक्ष्म घटकों के बीच बारीक बिंदुओं में प्रवाह की सुविधा प्रदान करते हैं।

6. जेल की कठोरता, प्रवाह क्षमता और इलाज के समय को विभिन्न अनुप्रयोग परिदृश्यों के लिए लचीले ढंग से समायोजित किया जा सकता है। इसे ज्वाला मंदक, प्रवाहकीय, या तापीय प्रवाहकीय गुणों वाले सिलिकॉन जैल में भी तैयार किया जा सकता है।

7. स्वयं को ठीक करने की अच्छी क्षमता; यह बाहरी ताकतों के कारण होने वाली दरारों की स्वचालित रूप से मरम्मत कर सकता है, साथ ही वॉटरप्रूफिंग, नमी सुरक्षा और जंग की रोकथाम भी प्रदान करता है।

8. सिलिकॉन जेल की तेल पारगम्यता

सिलिकॉन जेल के वल्कनीकरण के दौरान, यह कम क्रॉसलिंकिंग घनत्व के साथ एक ठोस{0}तरल सह-अस्तित्व अवस्था में मौजूद होता है। इसलिए, उत्पादित तापीय प्रवाहकीय सिलिकॉन जेल में तेल रिसाव का खतरा होता है, जो इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को दूषित कर सकता है और उनकी दीर्घकालिक विश्वसनीयता को कम कर सकता है। तेल रिसाव से बचने के साथ-साथ सिलिकॉन राल की तापीय चालकता में सुधार करने के लिए, तापीय प्रवाहकीय सिलिकॉन जेल के क्रॉसलिंकिंग घनत्व को बढ़ाना आवश्यक है।

एक उच्च क्रॉस{0}लिंकिंग घनत्व अधिक ऑर्गेनोसिलिकॉन मैक्रोमोलेक्यूल्स को प्रतिक्रिया करने और पूर्ण नेटवर्क संरचना में क्रॉसलिंक करने की अनुमति देता है, जिससे इसे अच्छी तरलता मिलती है। अनक्रॉस-लिंक्ड रेज़िन वस्तुतः अस्तित्वहीन है; भले ही थोड़ी मात्रा में संपूर्ण नेटवर्क संरचना मौजूद हो, यह प्रति इकाई आयतन में घने क्रॉस लिंकिंग पॉइंट बनाता है। अनक्रॉस {{6}लिंक्ड रेज़िन आंदोलन के दौरान नेटवर्क संरचना के साथ घर्षण का एक उच्च गुणांक उत्पन्न करता है, इसके प्रवाह में बाधा डालता है और इस प्रकार तेल रिसाव को कम करता है।

इसलिए, तापीय प्रवाहकीय सिलिकॉन जेल के क्रॉसलिंकिंग घनत्व को बढ़ाना तेल रिसाव की समस्या को हल करने की कुंजी है। फॉर्मूलेशन और प्रक्रिया को अनुकूलित करके, क्रॉस लिंकिंग घनत्व को बढ़ाया जा सकता है, तेल रिसाव को प्रभावी ढंग से रोकने और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की विश्वसनीयता में सुधार करते हुए तापीय चालकता में सुधार किया जा सकता है।

5. सिलिकॉन की चिपकने वाली ताकत कैसी है?

कुछ अनुप्रयोगों में, जैसे कि बैटरी मॉड्यूल में पीईटी फिल्म और एल्यूमीनियम मिश्र धातु के बीच, थर्मल प्रवाहकीय सिलिकॉन के आसंजन के लिए कुछ आवश्यकताएं होती हैं। तापीय प्रवाहकीय सिलिकॉन का चिपकने वाला प्रदर्शन मुख्य रूप से जेल की चिपचिपाहट और थोक ताकत से संबंधित है। जेल की चिपचिपाहट बॉन्डिंग इंटरफ़ेस पर इसकी चिपकने वाली ताकत को निर्धारित करती है, जबकि थोक ताकत जेल को तोड़ने के लिए आवश्यक बल को निर्धारित करती है, जिसे आमतौर पर जेल के बॉन्डिंग बल के रूप में जाना जाता है।

इंटरफ़ेस पर चिपकने वाले बल की ताकत कोलाइड के एकजुट बल की सापेक्ष ताकत से निर्धारित होती है। यदि कोलाइड का चिपकने वाला बल कोलाइड को तोड़ने के लिए आवश्यक चिपकने वाले बल से कम है, तो इंटरफ़ेस विफलता होती है, और चिपकने वाले बल का परिमाण मुख्य रूप से चिपकने वाले बल, यानी चिपचिपाहट पर निर्भर करता है। यदि कोलाइड का चिपकने वाला बल कोलाइड के टूटने के लिए आवश्यक चिपकने वाले बल से अधिक है, तो एकजुट विफलता होती है, और चिपकने वाले बल का परिमाण मुख्य रूप से कोलाइड के चिपकने वाले बल पर निर्भर करता है।

6. थर्मली कंडक्टिव सिलिकॉन के अनुप्रयोग क्षेत्र

(1) एवियोनिक्स उपकरण

एक निश्चित प्रकार के एवियोनिक्स स्विच में कम तापमान वाले डेटा पैकेट हानि दोष का अनुभव हुआ, जो मूल डिज़ाइन में उपयोग किए गए तापीय प्रवाहकीय पैड में अत्यधिक स्थानीय तनाव के कारण हुआ। पारंपरिक थर्मल प्रवाहकीय पैड और थर्मल प्रवाहकीय चिपकने वाले की तुलना में, थर्मल प्रवाहकीय सिलिकॉन ग्रीस, एक नए प्रकार के थर्मल प्रवाहकीय इंटरफ़ेस सामग्री के रूप में, उच्च और निम्न तापमान प्रदर्शन, टकराव सुरक्षा और निरंतर कंपन जैसे विभिन्न परीक्षणों में उत्कृष्ट प्रदर्शन करता है, और एवियोनिक्स उत्पादों के उत्पादन में लागू किया जा सकता है।

(2) 5जी इलेक्ट्रॉनिक उपकरण

नई तापीय प्रवाहकीय सिलिकॉन सामग्री न केवल ताप संचालन प्रभाव को बढ़ा सकती है, बल्कि प्रभावी ताप हस्तांतरण भी प्राप्त कर सकती है। पारंपरिक तापीय प्रवाहकीय सामग्रियों की तुलना में, नया तापीय प्रवाहकीय सिलिकॉन इलेक्ट्रॉनिक घटक अनुप्रयोगों में सिग्नल प्रसार दक्षता में प्रभावी ढंग से सुधार कर सकता है, जिससे 5G उपकरणों में इसके उच्च गुणवत्ता वाले अनुप्रयोग को बढ़ावा मिलता है।

(3) पावर बैटरियां

अधिकांश पावर बैटरियां लिथियम आयन बैटरियों का उपयोग करती हैं, जिनके उच्च ऊर्जा घनत्व और लंबी सेवा जीवन जैसे फायदे हैं, लेकिन ये महत्वपूर्ण सुरक्षा खतरे भी पैदा करते हैं। सामान्य ड्राइविंग और अप्रत्याशित परिस्थितियों में, लिथियम बैटरी लगातार कंपन, तापमान परिवर्तन, पानी में डूबने, आंशिक शॉर्ट सर्किट, ओवरलोड, यांत्रिक प्रभाव आदि के अधीन हो सकती है, जिससे ड्राइवरों और यात्रियों की सुरक्षा को खतरा हो सकता है।

यदि तापीय प्रवाहकीय और ज्वाला मंदक सिलिकॉन का उपयोग व्यक्तिगत पावर बैटरी कोशिकाओं को घेरने के लिए किया जाता है, तो बैटरी पैक के सुरक्षा प्रदर्शन में काफी सुधार किया जा सकता है। थर्मल प्रवाहकीय सिलिकॉन जलरोधक सीलिंग, ज्वाला मंदक सीलिंग, गर्मी अपव्यय, सदमे अवशोषण और निर्धारण में भूमिका निभा सकता है, जटिल या यहां तक ​​कि अप्रत्याशित वातावरण में लिथियम बैटरी के सुरक्षित संचालन को बनाए रखता है, जो कि सभी पक्षों द्वारा अपनाया जाने वाला लक्ष्य है।