导热胶技术教程

硅酮胶
优点
玻璃化温度Tg低 (-60oF) 在大范围的温度区间 内表现稳定 耐高温性能出色 模量低 多种固化方式 耐极性溶剂能力佳
3871
4 4 4
3872
4 4 4
3873 4
4 4
丙烯酸酯粘结剂
优点
对多种基材粘结力佳 内聚力高 模量范围广 耐碳氢化合物的影响
局限
耐高温极限为300oF 大部分是高模量材料 自由基固化会受到氧气 抑制作用
丙烯酸酯粘结剂典型应用
BGA与散热片 针状排列与散热片 晶体管与散热片
紫外/热固化丙烯酸酯典型应用
丙烯酸酯粘结剂
丙烯酸酯 / 聚氨酯
OUTPUT 315 383 384 3151 3870
AR
4
4
4
4
AR/UR
4
UV (fixture)
4
4
Heat Cure (Accelerate)
4
4
4
4
4
Activator Cure
4
4
4
7387
a. 单组份系统 b. 加速剂/热固化, 易自动涂胶,产品有效期长 c. 玻璃化温度 (Tg), 60°C d. 剪切强度高 >1000 psi
优点
有效期长 固化充分
双组份固化
局限
相对较长的固化时间 (15-30分钟) 必须混合
设备维护保养 报废较多
准确的混合比例 有工作时间限制
导热胶的类型
丙烯酸酯 (AR) 聚氨酯 (UR)
可以填充同类的导热填料,绝 缘填料
可以形成热固化组份
硅酮胶 (SR) 环氧树脂(ER)
可以根据单体的不同而具备 不同的特性
降低元器件的工作效率
工作在高温状态会缩短工件的使用寿命
热传导知识
热传导的途径
对流传导 接触传导 辐射传导
通过散热片的接触传导使电子元器件有效 散热是最通用的导热技术
热传导知识
影响热传导的因素:
温度差 接触表面积 导热介质厚度 导热系数
•Example Thermal Analysis Diagram
导热胶基础教程
导热技术在电子行业的应用
内容
➢为什么需要导热技术 ➢热传导知识 ➢导热工艺
➢传统工艺-无粘结剂 ➢导热胶工艺
➢导热胶的固化和产品选择 ➢客户关心的问题
为什么需要导热技术
线路板设计
更小的元器件 更紧密的元器件排布空间 更强功能的元器件
工件的正常运作受温度的限制 高温会导致材料电阻率的升高
高产量应用: 晶体管与散热片粘结
环氧树脂粘结剂
3860, 3861, 3862
a. 双组份混合 - 适配期较长 b. 3860, 1 hr @ 65°C
3861, 2 hrs @ 100°C 3862, 2 hrs @ 100°C c. 剪切强度高, Al - Al (>1 ksi) d. 玻璃化温度(Tg)高, > 60°C e. 导热系数 1.2 W/m-K
导热胶工艺
优点
无气穴存在 电气绝缘性能佳 不移动 不松动 可进行自动涂胶 减少库存
局限
必须要固化 胶存在有效期的限 制 一定的施胶工艺
粘结剂固化方式
加速剂固化: 快速达到固化强度, 15mils固化厚度 紫外光固化: 快速定位的需求, 10秒定位(150 mW/cm2 @ 365 nm) 紫外光+加速剂固化: 快速固化 热固化: 固化时间需数小时, 固化充分 加速剂+紫外光+热固化: 快速固化流程 双组份固化: 需要混合,固化时间需数小时
环氧树脂粘结剂
优点
对大部分材料粘结 强度高 内聚力高 收缩率低 耐热和耐化学性能 佳 玻璃化温度(Tg) 高
局限
对塑料材料粘结力 不强 大不份很脆 固化时间长 固化工艺麻烦 卤素含量高
环氧树脂粘结剂典型应用
倒装芯片
灌封
ห้องสมุดไป่ตู้
硅酮胶
5403 and 5404
a. 单组份 b. 热固化, 150°C *10分钟 c. 抗热循环性能佳 - 40°C 至 150°C d. 玻璃化温度(Tg)低, < - 40°C e. 剪切强度低, 100 至 500 psi
银
419
传统工艺-无粘结剂
机械紧固 应用导热油脂的机械紧固 应用导热垫片的机械紧固 有粘结性能的导热垫片
机械紧固
卡子
螺栓
优点
快速 安装简便
机械紧固
局限
有气穴存在 无电气绝缘 有松动的危险 零件需要库存 难以自动化 装配工序繁复
导热油脂
与机械紧固相比 增加了导热油脂 其流动特性影响可靠性!
导热油脂
•300 MHz •PENTIUM CLASS PROCESSOR •43 Watts
•Heatsink or Heatsink Fan Assembly •SYSTEM INTEGRATOR
•PROCESSOR •MANUFACTURER
•Thermal Grease •Thermal Plate •Thermal Grease
•Heat Slug •Silicon Die
•BGA Package
•PC Board
热传导知识
导热系数的单位:
公制单位: W/m-oC 或 W/m-oK 英制单位: BTU-in/hr-ft2-oF
热传导知识
常见材料的导热系数(W/m-K)
空气
0.024
水
0.556
PVC塑料 0.14
铝
204
导热垫片
优点
电气绝缘性能好 快速 无移动危险
局限
每个工件的垫片尺寸 是独特的 垫片需要库存 紧固力矩要求严格 压力设置或应用误差 会导致气穴的产生 难以实现自动化
导热胶工艺
导热胶工艺
导热胶工艺:用粘结剂粘结发热元件和散热 片，既能达到粘结的目的，又能导热，同 时还能绝缘。
粘结剂的种类, 导热填料的类型,固化方式 可以根据特定的应用进行选择.
加速剂固化
优点
快速固化(一般2-5分钟) 无需混合 有效期长
局限
固化深度 (0.015”) 加速剂溶剂危害 无溶剂型加速剂的涂敷
紫外光固化
优点
高速定位(10秒) 易实现自动化
局限
阴影部分难以固化 设备投资 可能使塑料变色或变型
优点
简便 易实现自动化 确保固化充分
热固化
局限
相对较长的固化时间 (15-30分钟) 温度曲线的控制 粘结剂在固化前可能流 淌 固化炉占空间 能耗高 流程控制 高温可能损坏基材
优点
消除了气穴的产生
局限
需要机械紧固配合 使用 油脂存在污染的危 险
油脂受热易流淌
电气绝缘性能差
导热垫片
与机械紧固相比,增加了垫片. 因为其规格特定,难以实现自动化,并需要额外库存!
导热垫片
导热垫片的组成
硅橡胶 玻璃纤维颗粒 导热填充料
铝 氮化硼
配合使用压敏胶或机械紧固进行安装 导热系数为: 0.9 - 2.0 W/m oK