随着5G时代的快速发展,导热散热材料在电子产品的热管理设计中的地位越来越重要。选择性能优异的导热散热材料,有助于解决电子设备散热问题,从而提升电子产品的运行速度、可靠性和使用寿命。
在电子产品热管理中,导热垫片是我们常用的导热散热材料之一。热设计师面对不同的电子产品有不同的使用需求,在挑选导热材料时,应该如何选择呢?我们可从以下几个性能指标出发。
一、基体的选择
导热垫片常见的有三种高分子材料作为基体,有机硅、聚氨酯和丙烯酸树脂。后两种一般也称为无硅导热垫片。
有机硅导热垫片继承了有机硅材料的特性,是应用最广的一类导热垫片,但有一个缺点是硅油析出,在一些场合(比如光学设备、硬盘等)无法使用。无硅垫片的主要优点是无硅油析出,而缺点则是耐温性稍差,硬度偏大等。
二、导热率的选择
导热率的选择,一般需要结合应用环境和要求来决定。首先看元件的发热量,功率越高,发热量越大,需要传递的热量越多,因此需要导热垫片的导热率越高。其次是设计间隙厚度、期望降低的温度和传热面积。根据傅里叶方程估算出面积热阻,再根据不同导热率垫片的厚度热阻曲线决定所需垫片的导热率(厚度--热阻曲线中,两者基本呈线性关系,斜率是该垫片导热系数的倒数)。
三、结构的选择
常见导热垫片的结构类型有常规垫片、中间玻纤增强垫片、表面矽胶布增强垫片。
导热垫片加入增强材料后会提升物理强度,但是导热性能相对减小。如果规格比较大,对于厚的产品影响不大,但对于薄(<1mm)的产品则有一定的影响。无增强材料的垫片都会发生伸长等情况,严重的会发生破裂,而加入增强材料的垫片强度大,不会发生尺寸变化。矽胶布在表面的垫片则具有耐刺穿和更好的电绝缘性。
四、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,推荐压缩20-50%厚度后接近间隙厚度的规格。比如间隙厚度为1.5mm,则可推荐2.0mm的产品,因为2.0mm的产品压缩25%后和间隙厚度一致。这个厚度的产品既可以保证填满间隙,也不会产生过大的应力。
另外,产品的硬度对压缩性能影响很大,在物理强度保证的前提下,建议优先选择低硬度的产品。除了应力更小的原因,低硬度的垫片界面亲和性也更好,界面热阻更低。
五、关注环保和安全要求
在选择导热垫片时,还需关注环保和安全要求。随着环保意识的不断提高,越来越多的电子产品需要使用环保材料制成的导热垫片。此外,导热垫片的绝缘性能和防火等级也是需要考虑的因素。在选择时,应确保所选产品符合相关的环保和安全标准。
六、进行实际测试和验证
在选择合适的导热垫片后,还需要进行实际测试和验证。通过在样品上安装导热垫片并进行实际使用测试,可以验证其性能是否符合预期要求。同时,还需要关注产品在长时间使用过程中的稳定性和耐久性等性能表现。
在实际选择过程中,应结合具体的应用场景和需求进行权衡和判断,以确保所选产品能够满足实际需求并保证电子产品的稳定性和可靠性。选择一款合适的导热垫片,是电子产品实现高效散热的前提。而选择一款合适的导热粉体,是制备导热垫片的关键。