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导热垫片是填充加热器件与散热器或金属底座之间的空气间隙,其柔韧性和弹性使其能够覆盖非常不平整的表面。热量从分离器件或整个PCB传递到金属外壳或扩散板,从而提高加热电子元件的效率和使用寿命。目前市场上有很多导热硅胶垫片。在垫片的使用中,压力和温度相互制约。随着温度的升高,设备运行一段时间后,垫片材料软化、蠕变、应力松弛,机械强度降低,密封压力降低。
导热垫片主要用于散热器底部或框架、高速硬盘驱动器、RDRAM内存模块、微热管散热器、汽车发动机控制装置、通信硬件便携式电子装置、半导体自动测试设备等。那怎样才能在众多规格中找到合适的导热垫片呢?主要从以下几个方面考虑:
基体的选择。
常见的导热垫片有三种聚合物材料作为基体,有机硅、聚氨酯和丙烯酸树脂。后两张一般称为无硅导热垫片。硅胶导热垫片继承了硅胶材料的特性,是一种应用广泛的导热垫片,但其缺点之一是硅油沉淀,在某些场合(如光学设备、硬盘等)不能使用。无硅垫片的主要优点是无硅油沉淀,缺点也很明显,包括耐温性差、硬度高等。
选择导热率。
需要根据使用的应用环境和要求来决定选择哪种导热垫片。首先看元件的发热量,二是设计间隙厚度,预计温度和传热面积降低。根据这些,根据傅里叶方程估算面积热阻,然后根据不同导热垫片的厚度热阻曲线确定所需产品。
结构的选择。
一般来说,添加增强材料会提高物理强度,但会牺牲一些导热性能。如果规格比较大,对厚的产品影响不大,但对薄(小于1mm)的产品有一定的影响。没有增强材料的垫片会伸长,严重破裂,而添加增强材料的垫片强度寸不会改变。硅胶布表面的垫片具有耐刺穿性和更好的电绝缘性。
厚度的选择。
垫片的厚度一般需要根据设计的间隙宽度来选择。建议压缩20-50%厚度后接近间隙厚度。例如,如果间隙厚度为1.5mm,可以推荐2.0mm的产品,因为2.0的产品在压缩25%后与间隙厚度一致。该厚度的产品不仅能保证填充间隙,而且不会产生过大的应力。下图是导热垫的压缩率曲线。从图中可以大致了解一定压缩率下瞬时压缩应力的大小。好消息是,保持压缩率的应力远小于瞬时压缩应力。
产品的硬度对压缩性能影响很大。在保证物理强度的前提下,建议优先考虑低硬度产品。除应力较小外,低硬度垫片界面亲和力较好,界面热阻较低。