相变材料:在热管理特色图片创新
相变材料:在热管理创新

热界面材料(TIM的)在电子应用中使用,以提高热传递的效率,并降低器件的工作温度。它们通过至散热器,其中所述热通过对流的方式辐射到周围的环境改善的热传导工作。用于电子器件改进的热管理的需求正在不断增加,特别是在其中需要在一个封装既小型化和高性能的应用。新一代热相变材料(PCM的)已经开发了Electrolube的中国的奔汉(苏州)提供更传统的热管理解决方案,如非固化热膏或油脂实用和有效的替代品。亚博平台APP

的PCM被设计成在相变温度,以改变它的状态,这意味着它将从固体材料转换到高于相变温度的较软的,适形接口。这允许产物以适应表面的轮廓,填充在所有的空隙和小的间隙,就像膏会做应用,从而允许最小的粘合线厚度和最小的热阻在界面处。

强化传热

将从强化传热效率中获益的典型应用包括在更小的电子设备,如移动智能手机,游戏机,平板电脑等这些小器件具有卓越的速度执行许多任务,需要在为了做到这一点增加的电力使用的技术。该设备装置的大小,通过在功率的增加产生的热量会对装置本身的性能和/或寿命有负面影响。依赖于最佳的热管理的另一个显著区域包括功率电子器件,其被广泛用于应用例如配电,传感器技术,电动车辆和高功率发光二极管,仅举几例。选择正确的TIM为这些应用是设备的长期可靠性至关重要。

用于测试合适的TIM的初始选择通常高堆积的热导率的基础上进行的,指示热传递通过TIM本身的效率。然而,仅靠堆积导热率,可以得到所需要的性能的假象。测试时应用的条件下进行,该装置的低热阻表示TIM的真实的热传递效率,并且可以使用下面的公式来理解:

的装置的总热阻=(BLT / K)+ RC

BLT = TIM的界面厚度
TIM的K =体积导热率
RC =总接触热阻在接口

这个公式表明,该整体导热率是很重要的,但仅在施加了TIM的厚度结合和TIM的跨越接口表面上的均匀性。式也亮点为什么热糊剂继续是一个普遍的选择,提供用于低接触电阻的接触表面的良好的润湿性,同时也提供最小的粘合线厚度,寻址配合接口的表面粗糙度。然而,相变材料已被引入到这些地区的热糊提供相似的性能,同时也提高问题上,如泵出和热稳定性随时间的影响。

热糊剂和凝胶的曲线图1个典型的导电性和电阻值,相对于相变材料,从Electrolube的亚博平台APP

泵出

的IGBT广泛应用于电力电子和理解泵出的影响提供了一个很好的例子。它们由一个热堆,其包括不同的热膨胀系数(CTE的)和各种体热导率的材料,从而导致温度梯度在整个IGBT的。

图解1  - 热界面材料

一般IGBT和大多数设备将经历某种形式的热循环,即使是简单的接通和关断的器件。当温度发生变化时,在单元中的所有材料将膨胀或收缩至一定程度,这取决于温度在操作中,装置到达,最终的温度,各个部件达到。热膨胀系数会有所不同,从部件到部件等收缩和膨胀可以以不同的速率发生,具有不利影响,如泵出发生作为结果。

插图2  - 造成热诱发的底板运动的夸大图“泵出”

当解决与泵出的问题,了解有关情况和材料是很重要的。泵出在配合基片之间的界面发生期间的温度变化相对于彼此移动。这导致在表面,可导致在从它的原始施加位置的界面材料和该材料的移动的流变学变化的剪切类型的动作。相变材料改变它们的状态的上方和下方的相变温度,因此它们能够抵抗泵出的影响,并保持在许多热循环更加稳定。

图 -  TPM550  - 热循环后的热阻

其他测试

动力循环还导致所述装置的温度的变化,进而,所述界面温度。供电设备还表现出在使用过程中自身热循环,这可通过外界环境条件而进一步加剧。不管什么原因,热变化将导致某种形式的泵出效果,因此所选择的TIM的最终使用条件下的稳定性是评价是至关重要的。
作为应用程序的要求支配预期环境条件下,典型的是看到的范围内的线中的与所述应用程序,而不是一组标准的条件进行测试。这种测试通常是类似的框架内进行的,示出了温度循环,高温烘烤和HAST(高加速应力试验)后的TIM的热稳定性,并且利用热阻值作为稳定性的指示。如可从下面的曲线图中可以看出,此加速试验提供了一个更大的比较使用的确切的条件下进行标准功率循环试验当理解一个TIM的寿命。

图表显示热烘
图表显示HAST循环

稳定的重要性

蒂姆斯的稳定性可以被认为是一个视觉测试,简单地说,已经将产品留在地方下面的测试程序?如果热测试中的界面材料移动时,无论是通过泵出或通过重力的在垂直方向的影响,很可能的是,产品的性能也将ALTER。简单的测试可包括将两个基板之间的产物和热冲击测试中评价材料的任何运动或分离。这个简单的测试可以突出显示的热界面材料的应用的重要性,特别是在热脂的情况下。这些非固化产品被设计成在围绕50-100微米的薄膜被施加,但往往在高得多的厚度使用,这可导致在糊中分离或相对容易地移动一次泵出的剪切作用发生,并且热传递的总效率降低。一种相变材料没有通过除热脂泵出,并显示更大的物理稳定性以相同的方式受到影响。

在TIM选择和材料稳定性的更广泛的背景下,更谈不上什么替代方法用户可以考虑是非常重要的。亚博平台APPElectrolube的不断推出,提供传统的热管理解决方案的优势,同时结合高的热循环应用所需的稳定的一些新产品。这些只提供了一个表面固化和形成可以,如果需要再加工容易地除去一个稳定的化合物。提供具有高稳定性完全治愈等传统产品包括单部分硅树脂或双组分环氧树脂,然而,返工是困难得多这些产品,它们是不可能达到传统导热膏的低热阻。
不管热界面材料看起来像这些测试之后,最关键的一点就是,如果在界面热阻一直保持低且稳定,因为这是会影响器件性能的主要因素。

下的范围内的条件作为界面材料使用时的PCM表明一致的热阻,因此,被选择用于它们的稳定性和保持低热阻容量。但是,为什么他们比传统的热贴这些困难的条件下进行好多了?
相变材料改变其状态从固态到较软的材料高于设定的温度,通常围绕50˚C范围。这个功能是通过使用聚合物材料,而不是基础油,作为TIM制剂的基础来实现的。在固体和软化状态两者中的聚合物链提供增强的热填料分散体的稳定性。这导致增强的热导率和长期,低热阻,当材料被保持在一个更一致的状态在其整个在器件寿命。在另一方面热糊剂,用较短的分子链,提供优异的润湿为了初始应用程序,但有可能导致问题,包括泵出,干燥和油出血随着时间的推移由基础油。

图像 - 长链和短链的聚合物结构之间的差

PCM的另一个重要特性是因为状态的改变发生的存储能力和能量释放。这导致一些热吸收并保护在温度突然尖峰装置由于电力的快速变化,例如。

当考虑该申请是适合于PCM,它必须有温度和温度分布的正确理解,该装置将在操作期间经受。例如,当一个设备受到热循环或工作在一个持续稳定的温度将决定什么样的TIM类型是有可能实现最高效的性能,相变材料存在相变温度要考虑的另外一个因素。如果该设备的连续工作温度低于相变温度时,产品将不会在通常预期它的级别执行。

新产品推广

亚博平台APPElectrolube的最近增加了两个新的导热相变材料,TPM350TPM550,其热管理产品组合。TPM350具有3.5W / m.k的导热率和在变成约50℃是可行的。在这种“软化”温度它改变状态成为一个更适形的材料,在界面处最小化热电阻和改善的热传递。一旦冷却,它恢复到原来的状态。该材料的先进的配方可确保最小的接触热阻。

TPM550具有5.5W / m.k的的更高的导热性,并且具有45℃的软化温度。在具有共同TPM350,TPM550不产生的混乱,由于其触变特性,这防止流定义的接口的外部。两个PCM中可以返工多的应用可以为每个材料公斤送达,降低了生产成本。
这些新的PCM不含硅树脂,具有工作温度范围-40至+ 125℃,符合RoHS指令。既TPM350和TPM550是丝网印刷和,而他们做含有少量的溶剂以改进应用的润湿性,这迅速蒸发以下应用离开固体相变材料的衬底上。

结论

相变材料,高于其相变温度一旦被加热,成为执行以及高触变性液体 - 甚至比有时 - 传统的热油脂。此外,它们的低相变温度确保在宽的温度范围内具有低的热阻,维护最小粘合线厚度具有改善的稳定性和泵出阻力。相变材料的应用方法大批量生产意味着大多数可以在现有的生产流程可以利用最小的,如果有的话,修改,同时还允许容易返工,提供许多传统的热膏同样的好处。因为他们与热油脂相比提供了更大的长期稳定性,但它们更适合于散热困难的应用,其中产品寿命和可靠性可能是关键的;如汽车电子或位于远程的风功率逆变器,例如。传统的热贴/油脂将继续成为一个受欢迎的选择,但对于某些应用程序,特别是那些需要更大的长期稳定性,相变材料很容易拉拢的人群。