एक लेख में थर्मल कंडक्टिव सिलिकॉन शीट को समझें

पारंपरिक तापीय प्रवाहकीय सामग्री में मुख्य रूप से धातु (Ag, Cu, और Al) और धातु ऑक्साइड (Al₂O₃, MgO, और BeO), साथ ही गैर-धात्विक सामग्री (ग्रेफाइट, कार्बन ब्लैक, Si₃N₄, और AlN) शामिल हैं। औद्योगिक उत्पादन और विज्ञान और प्रौद्योगिकी की प्रगति के परिणामस्वरूप तापीय प्रवाहकीय सामग्रियों पर नई आवश्यकताएं लगाई गई हैं। असाधारण व्यापक गुणों वाली सामग्रियों की इच्छा देखी गई है। विद्युत और इलेक्ट्रॉनिक क्षेत्रों में, एकीकरण और असेंबली प्रौद्योगिकियों के तेजी से विकास के परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉनिक घटकों और लॉजिक सर्किट का आकार हजारों गुना कम हो गया है। नतीजतन, उच्च तापीय चालकता वाली इन्सुलेट सामग्री की आवश्यकता होती है। पिछले कुछ दशकों में, पॉलिमर सामग्रियों के अनुप्रयोग क्षेत्रों का लगातार विस्तार हो रहा है। पारंपरिक औद्योगिक सामग्रियों, विशेष रूप से धातु सामग्रियों का कृत्रिम रूप से संश्लेषित पॉलिमर सामग्रियों से प्रतिस्थापन वैश्विक वैज्ञानिक अनुसंधान का केंद्र बन गया है। I. थर्मली कंडक्टिव सिलिकॉन शीट क्या हैं?

सिलिकॉन शीट जो तापीय रूप से प्रवाहकीय होती हैं, एक प्रकार की मध्यम सामग्री होती हैं जिन्हें एक अनूठी प्रक्रिया के माध्यम से संश्लेषित किया जाता है। इस प्रक्रिया में आधार सामग्री के रूप में सिलिकॉन का उपयोग और धातु ऑक्साइड जैसी विभिन्न सहायक सामग्री को शामिल करना शामिल है। थर्मली कंडक्टिव सिलिकॉन रबर एक पॉलिमर मिश्रित सामग्री है जो थर्मली कंडक्टिव पाउडर से भरकर और ऑर्गेनोसिलिकॉन रेजिन को बाइंडर के रूप में उपयोग करके थर्मल चालकता प्राप्त करती है।

द्वितीय. थर्मली कंडक्टिव सिलिकॉन शीट्स के लिए आमतौर पर प्रयुक्त मैट्रिक्स सामग्री और फिलर्स

ऑर्गेनोसिलिकॉन रेज़िन (मूल कच्चा माल)

1. इंसुलेटिंग और थर्मली कंडक्टिव फिलर्स: एल्यूमिना, मैग्नीशियम ऑक्साइड, बोरोन नाइट्राइड, एल्युमिनियम नाइट्राइड, बेरिलियम ऑक्साइड, क्वार्ट्ज, आदि। ऑर्गेनोसिलिकॉन प्लास्टिसाइज़र

2. ज्वाला मंदक: मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड, एल्युमिनियम हाइड्रॉक्साइड

3. अकार्बनिक रंगीन (रंग विभेदन)

4. क्रॉसलिंकिंग एजेंट (आसंजन प्रदर्शन आवश्यकताएँ)

5. उत्प्रेरक (प्रक्रिया मोल्डिंग आवश्यकताएँ)

ध्यान दें: तापीय प्रवाहकीय सिलिकॉन पैड तापीय चालकता का कार्य करते हैं, जिससे ताप उत्पन्न करने वाले तत्व और ताप फैलाने वाले उपकरण के बीच एक अच्छा तापीय संचालन पथ बनता है। हीट सिंक, संरचनात्मक फास्टनरों (पंखे) आदि के साथ मिलकर, वे एक गर्मी अपव्यय मॉड्यूल बनाते हैं।

फिलर्स में निम्नलिखित धातु और अकार्बनिक फिलर्स शामिल हैं:

1. धातु पाउडर भराव: तांबा पाउडर, एल्यूमीनियम पाउडर, लौह पाउडर, टिन पाउडर, निकल पाउडर, आदि;

2. धातु ऑक्साइड: एल्यूमीनियम ऑक्साइड, बिस्मथ ऑक्साइड, बेरिलियम ऑक्साइड, मैग्नीशियम ऑक्साइड, जिंक ऑक्साइड;

3. धातु... नाइट्राइड: एल्युमिनियम नाइट्राइड, बोरोन नाइट्राइड, सिलिकॉन नाइट्राइड;

4. अकार्बनिक अकार्बनिक धातुएँ: ग्रेफाइट, सिलिकॉन कार्बाइड, कार्बन फाइबर, कार्बन नैनोट्यूब, ग्राफीन, बेरिलियम कार्बाइड, आदि।

छवि III. थर्मली कंडक्टिव सिलिकॉन गास्केट का वर्गीकरण
तापीय प्रवाहकीय सिलिकॉन गास्केट को निम्न में विभाजित किया जा सकता है: तापीय प्रवाहकीय सिलिकॉन पैड और गैर -सिलिकॉन सिलिकॉन पैड। अधिकांश तापीय प्रवाहकीय सिलिकॉन गास्केट के विद्युत इन्सुलेशन गुण अंततः भराव कणों के इन्सुलेशन गुणों द्वारा निर्धारित होते हैं।

1. थर्मली कंडक्टिव सिलिकॉन पैड
तापीय प्रवाहकीय सिलिकॉन पैड को आगे कई उपश्रेणियों में विभाजित किया गया है, जिनमें से प्रत्येक की अपनी विशिष्ट विशेषताएं हैं।

2. गैर{{1}सिलिकॉन सिलिकॉन पैड गैर-सिलिकॉन सिलिकॉन पैड एक उच्च तापीय चालकता सामग्री, डबल{3}}स्वयं चिपकने वाला{{4}है। जब इलेक्ट्रॉनिक घटक असेंबली में उपयोग किया जाता है, तो वे कम संपीड़न बल के तहत कम तापीय प्रतिरोध और अच्छे विद्युत इन्सुलेशन गुण प्रदर्शित करते हैं। वे -40 डिग्री से 150 डिग्री तक स्थिर रूप से काम करते हैं और UL94V0 लौ रिटार्डेंट रेटिंग को पूरा करते हैं।

चतुर्थ. तापीय प्रवाहकीय सिलिकॉन की तापीय चालकता तंत्र

तापीय प्रवाहकीय सिलिकॉन की तापीय चालकता पॉलिमर और तापीय प्रवाहकीय भराव के बीच परस्पर क्रिया पर निर्भर करती है। विभिन्न प्रकार के भरावों में अलग-अलग तापीय चालकता तंत्र होते हैं।

1. धातु भराव की तापीय चालकता तंत्र
धातु भराव मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉन आंदोलन के माध्यम से गर्मी का संचालन करते हैं; इलेक्ट्रॉन संचलन की प्रक्रिया ऊष्मा स्थानांतरण के साथ होती है।

2. गैर -धातु भरावों की तापीय चालकता तंत्र
गैर -धातु भराव मुख्य रूप से फोनन चालन पर निर्भर करते हैं; उनकी ऊष्मा प्रसार दर मुख्य रूप से पड़ोसी परमाणुओं या बंधन समूहों के कंपन पर निर्भर करती है। इनमें धातु ऑक्साइड, धातु नाइट्राइड और कार्बाइड शामिल हैं।

V. थर्मली कंडक्टिव सिलिकॉन शीट्स का उपयोग कैसे करें

आम तौर पर, थर्मल प्रवाहकीय सिलिकॉन पैड को प्रारंभिक डिजाइन चरण से संरचनात्मक, हार्डवेयर और सर्किट डिजाइन में शामिल किया जाना चाहिए। विचार करने वाले कारकों में आम तौर पर शामिल हैं: तापीय चालकता, संरचनात्मक डिजाइन, ईएमसी, कंपन भिगोना और ध्वनि अवशोषण, और स्थापना और परीक्षण।

1. हीट डिसिपेशन समाधान चुनना: इलेक्ट्रॉनिक उत्पाद छोटे, पतले और हल्के डिज़ाइन की ओर रुझान कर रहे हैं, आम तौर पर निष्क्रिय शीतलन विधियों को नियोजित करते हैं, पारंपरिक रूप से हीट सिंक पर निर्भर होते हैं। वर्तमान प्रवृत्ति संरचनात्मक ताप अपव्यय घटकों (धातु ब्रैकेट, धातु आवरण) का उपयोग करके हीट सिंक को पूरी तरह से खत्म करने की है; या संरचनात्मक ताप अपव्यय घटकों के साथ हीट सिंक समाधानों का संयोजन। सर्वोत्तम लागत प्रदर्शन अनुपात वाला समाधान विभिन्न सिस्टम आवश्यकताओं और परिवेशों के आधार पर चुना जाना चाहिए।

2. यदि हीट सिंक समाधान का उपयोग किया जा रहा है, तो कम तापीय चालकता वाले तापीय प्रवाहकीय डबल-पक्षीय टेप का उपयोग करने की अनुशंसा नहीं की जाती है; न ही कंपन अवमंदन क्षमताओं के बिना थर्मल ग्रीस का उपयोग करने की अनुशंसा की जाती है। ऑपरेशन के लिए 0.5 मिमी का चयन करते हुए धातु के हुक या प्लास्टिक पुशपिन का उपयोग करने का सुझाव दिया गया है... अन्य तरीकों के साथ संयोजन में मोटे तापीय प्रवाहकीय सिलिकॉन पैड का उपयोग सुविधाजनक स्थापना प्रदान करता है और चिपकने वाले समर्थन की आवश्यकता को समाप्त करता है। इसके परिणामस्वरूप डबल-पक्षीय तापीय प्रवाहकीय टेप की तुलना में काफी बेहतर गर्मी अपव्यय होता है, और यह अधिक सुरक्षित और विश्वसनीय है। इकाई मूल्य, श्रम और उपकरण सहित कुल लागत अधिक प्रतिस्पर्धी है।

3. गर्मी अपव्यय संरचनाओं का चयन करते समय, गर्मी अपव्यय संरचना के संरचनात्मक रूप पर विचार करना आवश्यक है, जैसे संपर्क सतह पर स्थानीय उभार या अवकाश। संरचनात्मक डिजाइन और तापीय प्रवाहकीय सिलिकॉन पैड के आकार के बीच संतुलन बनाया जाना चाहिए। यदि प्रक्रिया अनुमति देती है, तो अत्यधिक मोटे तापीय प्रवाहकीय सिलिकॉन पैड चुनने से बचने की सलाह दी जाती है। संचालन में आसानी के लिए, आम तौर पर एक तरफा चिपकने वाला समर्थन की सिफारिश की जाती है, जिसमें गर्मी अपव्यय संरचना पर चिपकने वाला लेपित पक्ष लगाया जाता है। तापीय प्रवाहकीय सिलिकॉन पैड पर पर्याप्त दबाव सुनिश्चित करने के लिए अच्छे संपीड़न अनुपात वाला पैड चुनना महत्वपूर्ण है। (थर्मल प्रवाहकीय सिलिकॉन पैड की मोटाई गर्मी अपव्यय संरचना और गर्मी स्रोत के बीच निकासी की सैद्धांतिक ऊपरी सीमा से अधिक होनी चाहिए, आमतौर पर 1 मिमी-2 मिमी।) गर्मी अपव्यय संरचनाओं का चयन करते समय, पीसीबी लेआउट के दौरान घटकों की स्थिति, ऊंचाई और पैकेज प्रकार पर भी विचार किया जाना चाहिए। नियमित रूप से ताप स्रोत रखने से ताप अपव्यय संरचना की लागत कम हो सकती है।

VI. थर्मल कंडक्टिव सिलिकॉन शीट कैसे चुनें
तापीय चालकता का चयन मुख्य रूप से ताप स्रोत की बिजली खपत और ताप सिंक या ताप अपव्यय संरचना की ताप अपव्यय क्षमता पर निर्भर करता है। आम तौर पर, कम तापमान विनिर्देशों, उच्च तापमान संवेदनशीलता, या उच्च ताप प्रवाह घनत्व वाले चिप्स (आम तौर पर 0.6 W/cm³ से अधिक के लिए ताप अपव्यय की आवश्यकता होती है, जबकि 0.04 W/cm² से कम सतह ताप प्रवाह घनत्व वाले चिप्स को केवल प्राकृतिक संवहन की आवश्यकता होती है) को ताप अपव्यय की आवश्यकता होती है, और उच्च तापीय चालकता वाले थर्मल प्रवाहकीय सिलिकॉन शीट का चयन किया जाना चाहिए। उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में, चिप जंक्शन तापमान को आम तौर पर 85 डिग्री सेल्सियस से अधिक की अनुमति नहीं दी जाती है, और उच्च तापमान परीक्षण के दौरान चिप सतह के तापमान को 75 डिग्री सेल्सियस से नीचे नियंत्रित करने की सिफारिश की जाती है। संपूर्ण बोर्ड के घटक अधिकांशतः व्यावसायिक -ग्रेड के हैं, इसलिए कमरे के तापमान पर आंतरिक प्रणाली का तापमान 50 डिग्री सेल्सियस से अधिक नहीं रखने की अनुशंसा की जाती है। पहली सतह की सतह, या वह सतह जिससे अंतिम ग्राहक संपर्क कर सके, का तापमान आदर्श रूप से कमरे के तापमान पर 45 डिग्री सेल्सियस से कम होना चाहिए। उच्च तापीय चालकता वाली तापीय प्रवाहकीय सिलिकॉन शीट का चयन डिज़ाइन आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है और कुछ डिज़ाइन मार्जिन की अनुमति दे सकता है।

नोट: हीट फ्लक्स घनत्व: के रूप में परिभाषित किया गया है: प्रति यूनिट क्षेत्र (1 वर्ग मीटर) प्रति यूनिट समय में हीट फ्लक्स घनत्व (1 जंक्शन तापमान (जेटी) गर्मी की मात्रा को मापता है जो सेमीकंडक्टर वेफर के माध्यम से पैकेज्ड डिवाइस हाउसिंग में सेकंड में गुजरता है। यह आम तौर पर केस तापमान और डिवाइस की सतह के तापमान से अधिक होता है। जंक्शन तापमान सेमीकंडक्टर वेफर से पैकेज्ड डिवाइस हाउसिंग तक गर्मी अपव्यय के लिए आवश्यक समय, साथ ही थर्मल प्रतिरोध को मापता है।

सातवीं. तापीय प्रवाहकीय सिलिकॉन की तापीय चालकता को प्रभावित करने वाले कारक

1. पॉलिमर मैट्रिक्स सामग्री के प्रकार और गुण: एक उच्च तापीय चालकता मैट्रिक्स सामग्री, मैट्रिक्स में बेहतर भराव फैलाव, और मैट्रिक्स और भराव के बीच एक बेहतर बंधन के परिणामस्वरूप मिश्रित सामग्री की बेहतर तापीय चालकता होती है।

2. भराव का प्रकार: उच्च भराव तापीय चालकता आम तौर पर मिश्रित सामग्री की बेहतर तापीय चालकता की ओर ले जाती है।

3. भराव का आकार: आम तौर पर, थर्मल पथ बनाने में आसानी का क्रम मूंछ > फाइबर > गुच्छे > कणिकाएं है। फिलर के लिए तापीय मार्ग बनाना जितना आसान होगा, तापीय चालकता उतनी ही बेहतर होगी।

4. भराव सामग्री पॉलिमर के भीतर भराव का वितरण मिश्रित सामग्री की तापीय चालकता निर्धारित करता है। जब भराव सामग्री कम होती है, तो तापीय चालकता प्रभाव महत्वपूर्ण नहीं होता है; जब भराव सामग्री अत्यधिक होती है, तो मिश्रित सामग्री के यांत्रिक गुण बहुत प्रभावित होते हैं। हालाँकि, जब भराव सामग्री एक निश्चित मूल्य तक बढ़ जाती है, तो भरावों के बीच परस्पर क्रिया सिस्टम में एक नेटवर्क जैसा या श्रृंखला जैसा थर्मल प्रवाहकीय नेटवर्क बनाती है। तापीय चालकता तब इष्टतम होती है जब इस नेटवर्क की दिशा ताप प्रवाह की दिशा के साथ संरेखित होती है। इसलिए, तापीय प्रवाहकीय भराव की मात्रा के लिए एक महत्वपूर्ण मूल्य है।

5. फिलर और मैट्रिक्स सामग्री के बीच बॉन्डिंग विशेषताएँ, फिलर और मैट्रिक्स के बीच बॉन्डिंग की डिग्री जितनी अधिक होगी, तापीय चालकता उतनी ही बेहतर होगी। भराव की सतह के उपचार के लिए एक उपयुक्त युग्मन एजेंट का उपयोग करने से तापीय चालकता 10% -20% तक बढ़ सकती है।