導(dǎo)熱界面材料選型注意事項20條
1.首先,熱接觸面的成分要確定。
其中就分為是半導(dǎo)體,IGBT(絕緣柵雙極晶體管),MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管),散熱片,冷卻極板或者其他的。板面上的實際成分可能會限制TIM的類型,如果是一個CPU或者GPU,將使用高性能的產(chǎn)品,如果你試圖改變成分的不同高度,可以使用間隙填充劑。如果你有絕緣的需要,可以選用絕緣體。以下是各種熱界面材料:
相變材料(PCM):該材料柔軟或者在50-100度間融化,可填充兩表面的空隙,減小其間的熱阻;
間隙填充劑:產(chǎn)品可填充表面見0.254-0.508mm(0.01-0.02英寸)的間隙,使用該填充劑可減小熱傳導(dǎo)材料的熱阻;
Putty:極軟的間隙填充劑,可以壓縮到原始尺寸的50%;
導(dǎo)熱膏:可減小接合面的熱阻,該物質(zhì)可在兩表面間產(chǎn)生很小的聯(lián)結(jié)厚度;
絕緣體:降低熱阻的絕緣材料;
高性能材料:熱阻在0.1℃-in2/w(0.65℃-cm2/w)以下的相變材料或者導(dǎo)熱膏
2.測定要擴散的熱量大小十分重要(一般以w為單位)。
如果你試圖散發(fā)大熱量,就該選用性能好的導(dǎo)熱膏或者填充劑,在封裝過程中,低熱阻產(chǎn)品可以帶走更過的熱量。
3.弄清楚熱接觸點的鎖合方式
普通的有螺栓,彈力夾箍,碟形墊圈等等,如果是螺栓性的,可使用間隙填充劑或者絕緣體類的,如果是固定間隙,那么應(yīng)注意間隙的最大和最小尺寸,封裝設(shè)計決定了這個變化。彈力夾箍,碟形墊圈(乃至有壓力的情況下)型應(yīng)選高性能材料;
4.界面尺寸和面積
大面積產(chǎn)品首選填充劑型的,空隙和表面的不平整均可被填充,小面積產(chǎn)品沒有這個限制,故可采用高性能型。分界點是25.4mm*25.4mm,當然也有例外。一般來講,大尺寸產(chǎn)品(如76.2mm*101.6mm,即3in*4in),填充劑型可以很好的填充整個表面,與產(chǎn)品表面的平整度和是否刨光關(guān)系不大。如果你使用0.508mm(20mil)的填充劑,它可以局部是20mil,局部是15mil,5mil或者更厚點的填充劑,可以在1-3mil間使用,但是在4-5mil間使用很困難,因為PCM很難保持5mil的狀態(tài),他會流動或者溢出,將會影響表面的清潔度。這點上大面積的要比小面積(變化細微)的受影響大些。
5.為了更有效的散熱,界面的溫度范圍要確定,間隙填充劑的使用范圍是-40到200度之間,高性能材料大多數(shù)的使用溫度是-25到125度,所以二者的使用參數(shù)應(yīng)保持一致。
6.熱表面的鎖合壓力是決定選用哪種材料的一個因素
如果鎖合壓力在0.14到0.34MPa(20-50PSI),可選用間隙填充劑。如果壓力大于0.34MPa(50PSI),高性能材料則更合適一些,當然也有例外。如果壓力太高,而采用硅樹脂基間隙填充劑的話,累積的熱量會使硅樹脂流出,留在板上的成分隨之改變。如果很小的壓力采用高性能材料的話,界面熱阻就不能最優(yōu)化。如果設(shè)計基于X等級的熱阻,而實際熱阻是Y級,那么熱量將不能如預(yù)期的散發(fā),熱問題和熱失敗也就難免了。
7.決定于附屬成分的條件(如BGA)的熱接合點的壓力限制和焊接限制是否可以預(yù)防疲勞問題呢?
PCB板的饒度壓力也應(yīng)該考慮到。如果板安裝在BGA或者另外的精密成分將會使剛性板發(fā)生扭曲變形,這種情況下,一些軟材料更合適一些,它們不象其它材料一樣要在板上施加很大的壓力,很低的壓力(小于0.07mpa,即小于10psi)。putty和軟的間隙填充劑適合BGA,因為它們不需要高壓且球狀結(jié)構(gòu)優(yōu)于傳統(tǒng)間隙填充物質(zhì)。
8.材料的類型,表面處理,熱接合點的表面平整度也是重要因素。
好的刨光表面或者機械表面(如軍用,航空設(shè)備)使用高性能材料或者空隙填充劑都沒問題。如果是鑄造品或者擠出成型的則該使用間隙填充劑,因為它們可以有效的填充間隙,處理表面不平。
9.確定界面材料是否需要絕緣
現(xiàn)在有導(dǎo)電熱材料,如石墨填充的;間隙填充物是絕緣的;相變類及導(dǎo)熱膏則不能完全確定,如果很厚的話,它們之間沒有空穴,為絕緣型,如果產(chǎn)生空穴且存在金屬離子,則導(dǎo)電。
10.界面材料是否可循環(huán)使用?雖然推薦更換使用過的界面材料,但是某些情況下間隙填充劑可再次利用。高性能材料則必須更換,PCM類的最好在它們還熱的時候更換,室溫下處理要困難點。
11.考慮界面是水平或者垂直方向
間隙填充劑用在垂直方向要好一點,高性能的也可以,具體情況咨詢廠家。
12.震動因素
間隙填充劑吸收震動要優(yōu)于高性能材料。
13.如果是在真空條件下,產(chǎn)品可變硬滿足NASA抽氣條件。
14.如果你必須撤出硅樹脂,如belcore,仍有可滿足belcore標準的硅樹脂基產(chǎn)品。
15.很多情況下有UL阻燃要求,很多TIM材料是HB和V0級,絕緣型和大多數(shù)高性能材料是94v0級。當然也有許多的可能性,建議聯(lián)系權(quán)威專家。
16.模具切割可以降低材料成本
如方角代替圓角可以共享鋼模,這樣可以節(jié)約圓角產(chǎn)品的角和凹槽材料。
17.如果熱襯墊需要粘性壓力敏感材料或者安裝時候需要粘性材料,那么有些材料本身就有粘性。說明:粘性不代表永久黏接,仍然需要一些鎖合裝置。 粘性僅僅是安裝過程中的黏接,要避免誤用,注意粘性和導(dǎo)熱并不成正比,熱性能決定于材料的厚度。
18.如果在拆卸時熱襯墊需要留在一個表面上,某些處理過的材料可以做到這點。
19.如果某些情況下,安裝過程中熱襯墊需要“滑動”,也有一些表面光滑的材料是理想的選擇。也可提供支持滑動和插入的載體。石墨材料由于本身特性也是優(yōu)秀的滑動材料。
20.有些最終要求決定于特殊封裝要求
如kiss-cut,rolls或者special liners,使用TIM產(chǎn)品可以支持這些封裝和外形,如果是某些產(chǎn)品考慮價格節(jié)約成本,可以使用性能差點的產(chǎn)品;如果某些產(chǎn)品空間很小,成本要求不嚴格,高性能材料可以使封裝最佳化。
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