電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)材料之導(dǎo)熱材料教學(xué)課件(24p)

1、電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)材料特性和選擇方法 第九講 導(dǎo)熱材料 （1課時(shí)） 第九講 導(dǎo)熱材料9.1導(dǎo)熱材料的主要參數(shù)9.2導(dǎo)熱材料的種類9.2.1相變導(dǎo)熱絕緣膜墊9.2.2導(dǎo)熱導(dǎo)電膜墊9.2.3導(dǎo)熱絕緣膠帶9.2.4導(dǎo)熱絕緣發(fā)泡墊9.2.5導(dǎo)熱絕緣膠9.2.6導(dǎo)熱硅脂9.3導(dǎo)熱材料的比較和選擇第九講 導(dǎo)熱材料* 導(dǎo)熱材料（Thermal conductive material）也稱為熱管理材料（Thermal management materials）；或者熱界面材料（Thermal Interface Material），它們被用于兩種材料接觸表面做有效的熱量傳遞。* 例如，散熱器和芯片的表面看起來是很平

2、整的，實(shí)際上用顯微鏡看是凸凹不平的，并且有微孔。如果兩者不做任何處理直接接觸，則實(shí)際相連的接觸面積很小，這就不利于熱的傳導(dǎo)。* 利用導(dǎo)熱材料的微、納米級(jí)微小顆粒和它們的流動(dòng)性及柔軟性，可以填充芯片和散熱器之間的微小空隙，增大接觸面積幾十倍，保證不同材料之間的熱傳導(dǎo)。第九講 導(dǎo)熱材料9.1導(dǎo)熱材料的主要參數(shù)1導(dǎo)熱系數(shù)* 導(dǎo)熱系數(shù)（Thermal conductivity）是指在穩(wěn)定傳熱條件下，1m厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為1度時(shí)，在1小時(shí)內(nèi)通過1m2面積所傳遞的熱量，單位為瓦/米度（W/m ）。這個(gè)單位中的“”，國外的導(dǎo)熱材料 常用絕對(duì)溫度單位“K”來表示。* 導(dǎo)熱系數(shù)與材料的組成結(jié)構(gòu)、密度、含

3、水率、溫度等因素有關(guān)。非晶體結(jié)構(gòu)材料、密度較低的材料、材料的含水率較低和溫度較低時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)較小。* 一般而言，金屬的導(dǎo)熱系數(shù)最大，非金屬和液體次之，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)最小。導(dǎo)熱系數(shù)0.055W/m的材料稱為高效絕熱材料，500W/m的料稱為高效導(dǎo)熱材料。* 導(dǎo)熱系數(shù)越大，導(dǎo)熱效果就越好。常見原材料的導(dǎo)熱系數(shù)如表9-1所示。導(dǎo)熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)多在0.55W/m。第九講 導(dǎo)熱材料 表9-1常見材料的導(dǎo)熱系數(shù)第九講 導(dǎo)熱材料 2 熱阻抗* 熱阻抗（Thermal impedance）表示物體的對(duì)熱量傳導(dǎo)的阻礙效果，即物體持續(xù)傳熱功率為1W時(shí)，導(dǎo)熱路徑兩端面上的溫差。簡稱熱阻，單位為/W，或cm2/ W

4、。* 熱阻是越低越好，因?yàn)橄嗤沫h(huán)境溫度與導(dǎo)熱功率下，熱阻越低，發(fā)熱物體的溫度就越低。熱阻的大小與所采用的導(dǎo)熱材料有很大的關(guān)系。導(dǎo)熱硅脂的熱阻均小于0.1/W，優(yōu)秀的可達(dá)到0.005/W。* 導(dǎo)熱系數(shù)是材料的固有特性。而熱阻的大小與材料組成、形狀和尺寸相關(guān)。通常一個(gè)材料的導(dǎo)熱系數(shù)越大，越能做出熱阻小的散熱材料和散熱器件。第九講 導(dǎo)熱材料3接觸壓力 * 接觸壓力（Interface stress）是指施加在導(dǎo)熱材料接觸面上的應(yīng)力，這是一個(gè)應(yīng)用時(shí)的設(shè)計(jì)指標(biāo)。* 在接觸面上施加合適的力可以增大實(shí)際的接觸面積，從而減小熱阻。一般導(dǎo)熱材料受到的壓力在69690KPa(10100psi)之間較為合適。保持

5、合適接觸壓力，可以保證熱能的傳導(dǎo)，它是重要的導(dǎo)熱材料指標(biāo)。第九講 導(dǎo)熱材料4顏色 導(dǎo)熱材料的顏色被用來區(qū)分導(dǎo)熱材料依據(jù)其導(dǎo)熱性能。通常國外的導(dǎo)熱材料產(chǎn)品，導(dǎo)熱性能從弱至強(qiáng)分為白、灰、藍(lán)、粉紅、黃和橙等顏色。5. 成分 導(dǎo)熱導(dǎo)電材料通常由硅樹脂和高分子薄膜材料，添加鋁粉末和其它金屬微粒材料組成。導(dǎo)熱絕緣材料通常由由硅膠或高分子薄膜材料添加氮化硼和石墨等組成。也有直接用鋁和銅箔做成的高導(dǎo)熱材料。導(dǎo)熱薄膜材料有帶和不帶背膠兩種。 第九講 導(dǎo)熱材料6厚度 通常，被導(dǎo)熱的兩個(gè)界面是金屬材料，如散熱片和芯片的表面。導(dǎo)熱材料含有非金屬成分，它們的導(dǎo)熱性能不如金屬，所以導(dǎo)熱薄膜材料越薄越好。7工作溫度這是考核

6、導(dǎo)熱材料的環(huán)境溫度適應(yīng)性，差的材料，比如導(dǎo)熱硅膠在低溫時(shí)會(huì)脆化開裂，高溫時(shí)流動(dòng)，均會(huì)影響使用功能。實(shí)際使用發(fā)現(xiàn)，這個(gè)實(shí)物往往不能達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)，是要特別關(guān)注的指標(biāo)。 第九講 導(dǎo)熱材料8固化時(shí)間固化時(shí)間（Cure cycle）是指導(dǎo)熱膠涂敷后的凝固時(shí)間。這個(gè)時(shí)間依環(huán)境溫度而不同，溫度越高，凝固的時(shí)間越快。這個(gè)參數(shù)對(duì)生產(chǎn)時(shí)的效率有影響，從便于生產(chǎn)的角度，固化時(shí)間越短越好。目前多數(shù)導(dǎo)熱膠的常溫初始凝固時(shí)間在幾分鐘至一小時(shí)；達(dá)到粘接強(qiáng)度的常溫固化時(shí)間需2448小時(shí)。有些雙組分導(dǎo)熱膠，在使用時(shí)需混合，混合后會(huì)隨著時(shí)間的推移，粘度會(huì)逐漸上升直至固化到不可涂敷，這個(gè)時(shí)間稱為可使用壽命（Pot life），一

7、般為110小時(shí)。第九講 導(dǎo)熱材料9除氣性能 除氣（Out gassing）率是衡量導(dǎo)熱材料在固化的過程中可揮發(fā)物的損失，通常用總質(zhì)量損失（Total mass loss：TML）率和收集可凝揮發(fā)物（Collected volatile condensable materials：CVCM）率來表示。美國ASTM E595標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了這兩種數(shù)據(jù)的測試方法。 除氣率越小越好，高的除氣率會(huì)引起結(jié)合面的空隙，不利于導(dǎo)熱。第九講 導(dǎo)熱材料10 貯存壽命 存貯壽命（Shelf life），相變導(dǎo)熱絕緣襯墊和導(dǎo)熱膠、導(dǎo)熱硅脂等材料有存貯壽命的限值，通常在624個(gè)月。相對(duì)單組分的材料而言，雙組分膠存貯壽命較長。

8、超過存貯壽命材料的粘接性能不能保證，也就不應(yīng)再使用。第九講 導(dǎo)熱材料ttu9.2導(dǎo)熱材料的種類9.2.1相變導(dǎo)熱絕緣膜墊* 相變導(dǎo)熱絕緣膜墊（Phase change material）是一種由高導(dǎo)熱填料與相變化合物混合而成的新型薄膜材料。有多種材料可以作為相變材料，如高聯(lián)高密度聚乙烯、層狀鈣鈦礦和多元醇，其低溫相變是核心技術(shù)。* 物質(zhì)從一種狀態(tài)變到另一種狀態(tài)叫相變。相變導(dǎo)熱絕緣膜墊在5070以上時(shí)，材料軟化成微熔融狀，從而可以有效填充結(jié)合面的不平和微孔，達(dá)到高效導(dǎo)熱的目的。這種相變是隨著溫度變化可逆的。第九講 導(dǎo)熱材料 圖9-1相變導(dǎo)熱絕緣襯墊 相變導(dǎo)熱絕緣襯墊其產(chǎn)品形狀為薄膜，如圖9-1所

9、示。厚度有0.13/0.2/0.25/0.5mm幾種規(guī)格。第九講 導(dǎo)熱材料9.2.2 導(dǎo)熱導(dǎo)電膜墊*材料組成導(dǎo)熱導(dǎo)電膜墊（Electrical and thermally conductive interface pad）由合成纖維、硅橡膠加導(dǎo)電微粒制成。其熱傳導(dǎo)能力和材料本身具備的柔韌性，可以滿足功率元器件的熱傳導(dǎo)和安裝要求。除了具有導(dǎo)電性能外，這種材料與相變導(dǎo)熱絕緣襯墊性能接近。* 材料形狀 導(dǎo)熱導(dǎo)電襯墊的厚度有0.13/0.2/0.25/0.5mm幾種規(guī)格，長度和寬度尺寸可定制。這種材料背面帶膠，但粘接力只能保證此襯墊與散熱器的貼合，并不能起到將散熱器緊固在芯片表面，緊固散熱器還需螺釘?shù)?/p>

10、緊固方式。 第九講 導(dǎo)熱材料9.2.3 導(dǎo)熱絕緣膠帶* 材料組成 導(dǎo)熱絕緣膠帶（Thermally conductive insulator）是增強(qiáng)氮化硼和硅橡膠制成的薄膜。* 材料形狀 導(dǎo)熱絕緣膠帶的厚度有0.25/0.51/0.76mm幾種；長寬尺寸均為200mm左右，也可定制長寬尺寸。這種膠帶只起導(dǎo)熱、絕緣和貼合的作用，裝散熱片時(shí)還需再用加螺釘或其他方式緊固。用于需要和散熱器絕緣的功率元器件。這種薄膜具有很好的機(jī)械性能，大部分材料可以在螺釘?shù)膲壕o下不破損。 第九講 導(dǎo)熱材料9.2.4 導(dǎo)熱絕緣發(fā)泡墊* 材料組成 導(dǎo)熱絕緣發(fā)泡墊（Thermally conductive foam insu

11、lator），也稱為導(dǎo)熱絕緣填充墊（Thermally conductive gap fillers）。目前使用的基材主要是硅橡膠，填充物為氧化鋁顆粒或者氧化鋁、氧化鎂或氮化硼的混合顆粒，背面可帶導(dǎo)熱壓敏膠，具有良好的導(dǎo)熱性能，同時(shí)能夠起到絕緣的作用。* 材料形狀 導(dǎo)熱絕緣發(fā)泡墊是一種有彈性的，有一定厚度的導(dǎo)熱襯墊。厚度在15mm之間，長寬尺寸在100300mm之間，長和寬的尺寸也可定制。第九講 導(dǎo)熱材料9.2.5 導(dǎo)熱絕緣膠 * 導(dǎo)熱絕緣膠（Thermally conductive and insulative adhesive；Thermal interface compounds and

12、 encapsulant）有硅導(dǎo)熱絕緣膠和環(huán)氧導(dǎo)熱絕緣膠兩種。這些膠多為A+B雙組份組成，使用時(shí)按比例混合使用-這是為了保證使用時(shí)的性能，過早的混合會(huì)影響使用性能。也有已混合好的單管膠。* 導(dǎo)熱絕緣膠為罐裝的稠液體，凝固后有極好的韌性，工作溫度很寬，同時(shí)在潮濕環(huán)境下也有極好的絕緣性。但混合后要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)用完，否則影響粘接效果。使用時(shí)可以用手動(dòng)或氣動(dòng)敷料槍。* 導(dǎo)熱絕緣膠用于芯片和小型散熱片之間，如熱功耗在幾瓦的芯片用散熱片?？梢酝瓿蓪?dǎo)熱、絕緣和機(jī)械連接的作用，散熱片不必再用螺釘?shù)冗B接方式。 第九講 導(dǎo)熱材料9.2.6 導(dǎo)熱硅脂 * 導(dǎo)熱硅脂（Thermal grease）是一種加入大量導(dǎo)熱

13、金屬氧化物填料的有機(jī)硅膏狀材料。其基材為聚硅氧烷樹脂（也稱硅酮Silicone），填充物為氧化鋅/氧化鋁/氮化硼/碳化硅/等成份。這種復(fù)合物具有高熱導(dǎo)率、低滲油量和良好的高溫穩(wěn)定性，復(fù)合物能維持稠度直至約 200 。* 通常導(dǎo)熱硅脂是不導(dǎo)電的，也有導(dǎo)電的導(dǎo)熱硅脂，它們是加了銀、鋁、石墨等微粒的復(fù)合物。用于一些芯片外殼需接地的場合，用導(dǎo)電還是不導(dǎo)電的導(dǎo)熱硅脂要根據(jù)芯片是否需接地來確定。* 導(dǎo)熱硅脂多為罐裝和管裝，導(dǎo)熱性能依據(jù)廠家和品種多有不同。 第九講 導(dǎo)熱材料9.3導(dǎo)熱材料的比較和選擇 表9-2 各種導(dǎo)熱材料的比較第九講 導(dǎo)熱材料1導(dǎo)熱參數(shù) 導(dǎo)熱材料選擇最重要的參數(shù)是導(dǎo)熱系數(shù)和熱阻，這要根據(jù)芯

14、片的散熱要求確定。其次也要考慮結(jié)構(gòu)安裝的便利性等其它要素。2根據(jù)電氣特性選擇 在電路中，由于散熱器和功率器件外殼有的需要接地有的不需要接地，所以就有了導(dǎo)電和絕緣兩類材料，在選材料時(shí)要與電路工程師溝通清楚，避免選錯(cuò)。第九講 導(dǎo)熱材料3根據(jù)生產(chǎn)的便利性選擇* 從可生產(chǎn)性考慮，在薄膜、厚襯墊、粘接膠和膏狀物中正確選用。以方便應(yīng)對(duì)不同的產(chǎn)品需求。* 在導(dǎo)熱材料中，導(dǎo)熱硅脂由于其相對(duì)價(jià)格較低，使用方便，性能好是應(yīng)用較多的材料。* 特別要提醒的是：與此產(chǎn)品形態(tài)類似的，還有硅潤滑脂，這是絕熱的硅橡膠，不是導(dǎo)熱材料。而這兩種材料往往會(huì)在一個(gè)工廠均有用到，曾經(jīng)有用錯(cuò)的案例，要細(xì)心避免。4根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸要求選擇*

15、在需要墊高，以保證某種尺寸要求時(shí)，可以用厚的導(dǎo)熱絕緣發(fā)泡墊。如既有散熱要求，又有墊高需要時(shí)，或者對(duì)會(huì)受沖擊振動(dòng)的移動(dòng)設(shè)備（厚的導(dǎo)熱絕緣發(fā)泡墊有阻尼減振作用）。否則盡可能采用薄的材料。第九講 導(dǎo)熱材料相變導(dǎo)熱絕緣膜墊是導(dǎo)熱材料發(fā)展方向，隨這價(jià)格降低和技術(shù)的推廣，會(huì)有更廣泛的應(yīng)用。通常金屬、非金屬，液態(tài)、空氣導(dǎo)熱性能呈極差遞減。導(dǎo)熱絕緣膜墊越薄越好。導(dǎo)熱膠是有使用壽命的。1、不是井里沒有水，而是你挖的不夠深。不是成功來得慢，而是你努力的不夠多。2、孤單一人的時(shí)間使自己變得優(yōu)秀，給來的人一個(gè)驚喜，也給自己一個(gè)好的交代。3、命運(yùn)給你一個(gè)比別人低的起點(diǎn)是想告訴你，讓你用你的一生去奮斗出一個(gè)絕地反擊的故事

16、，所以有什么理由不努力!4、心中沒有過分的貪求，自然苦就少?？诶锊徽f多余的話，自然禍就少。腹內(nèi)的食物能減少，自然病就少。思緒中沒有過分欲，自然憂就少。大悲是無淚的，同樣大悟無言。緣來盡量要惜，緣盡就放。人生本來就空，對(duì)人家笑笑，對(duì)自己笑笑，笑著看天下，看日出日落，花謝花開，豈不自在，哪里來的塵埃!5、心情就像衣服，臟了就拿去洗洗，曬曬，陽光自然就會(huì)蔓延開來。陽光那么好，何必自尋煩惱，過好每一個(gè)當(dāng)下，一萬個(gè)美麗的未來抵不過一個(gè)溫暖的現(xiàn)在。6、無論你正遭遇著什么，你都要從落魄中站起來重振旗鼓，要繼續(xù)保持熱忱，要繼續(xù)保持微笑，就像從未受傷過一樣。7、生命的美麗，永遠(yuǎn)展現(xiàn)在她的進(jìn)取之中;就像大樹的美麗

17、，是展現(xiàn)在它負(fù)勢向上高聳入云的蓬勃生機(jī)中;像雄鷹的美麗，是展現(xiàn)在它搏風(fēng)擊雨如蒼天之魂的翱翔中;像江河的美麗，是展現(xiàn)在它波濤洶涌一瀉千里的奔流中。8、有些事，不可避免地發(fā)生，陰晴圓缺皆有規(guī)律，我們只能坦然地接受;有些事，只要你愿意努力，矢志不渝地付出，就能慢慢改變它的軌跡。9、與其埋怨世界，不如改變自己。管好自己的心，做好自己的事，比什么都強(qiáng)。人生無完美，曲折亦風(fēng)景。別把失去看得過重，放棄是另一種擁有;不要經(jīng)常艷羨他人，人做到了，心悟到了，相信屬于你的風(fēng)景就在下一個(gè)拐彎處。10、有些事想開了，你就會(huì)明白，在世上，你就是你，你痛痛你自己，你累累你自己，就算有人同情你，那又怎樣，最后收拾殘局的還是要靠你自己。11、人生的某些障礙，你是逃不掉的。與其費(fèi)盡周折繞過去，不如勇敢地攀登，或許這會(huì)鑄就你人生的高點(diǎn)。12、有些壓力總是得自己扛過去，說出來就成了充滿負(fù)能量的抱怨。尋求安慰也無濟(jì)于事，還徒增了別人的煩惱。13、認(rèn)識(shí)到我們的所見所聞都是假象，認(rèn)識(shí)到此生都是虛幻，我們才能真正認(rèn)識(shí)到佛法的真相。錢多了會(huì)壓死你，你承受得了嗎?帶，帶不走，放，放不下。時(shí)時(shí)刻刻發(fā)悲心，饒益眾生為他人。14、夢想總是跑在我的前面。努力追尋它們，為了那一瞬間的同步，這就是動(dòng)人的生命奇跡。15、懶惰不會(huì)讓你一下子跌倒，但會(huì)在不知不覺中減少你的收獲;勤奮也不會(huì)讓你