電子機器の放熱 - 熱伝導性シリコーン

1. 電子機器にはなぜ放熱が必要なのでしょうか?

電子デバイスは動作中に大量の熱を発生し、主に熱エネルギーとして廃棄されます。過度の温度は、電子デバイスの信頼性と寿命に重大な損傷を与える可能性があります。したがって、この残留熱を迅速に放散するためにヒートシンクが必要です。

この熱放散プロセスで重要な役割を果たすのは、サーマル インターフェイス マテリアルです。これらの材料は主に、電子デバイスがヒートシンクに接触する際に生じる微小な隙間や表面の凹凸を埋めるために使用され、熱伝導時の熱抵抗を低減し、放熱効率を向上させます。

5Gの出現により、スマートウェアラブル、自動運転車、VR/ARデバイスなどの無線モバイル端末は、消費電力が大幅に増加し、発熱も大幅に増加する傾向にあります。同時に、5G 端末ではセラミックやガラスなどの新しい筐体材料が使用され始めていますが、これらの材料は金属よりも放熱性能が低く、サーマルインターフェース材料に対する要求が高まっています。一方で、5G基地局の建設に伴い、ヒートシンクの需要も急増しています。

つまり、サーマルインターフェースマテリアルは電子放熱技術の重要なサポートになりつつあります。一方で、電子製品の継続的なアップグレードにより、これらの材料の応用分野と使用法が継続的に拡大しています。その一方で、新たな応用シナリオは、熱伝導性界面材料に新たな性能の課題ももたらしています。熱伝導性界面材料が電子技術の発展を推進する重要な柱の 1 つになることが予測されます。

2. 熱伝導性シリコーンの組成

シリコーンゲルは、液体と固体が共存する「固液共存材料」として知られる特殊なシリコーンゴムです。{0}高分子化合物から構成される網目構造であり、独特の性質を持っています。硬化前は、通常、A と B の 2 つの成分に分けられます。白金金属化合物の触媒作用により、熱伝導性有機シリコン樹脂マトリックスのビニル基またはプロピレン基が架橋剤分子のシラノール基と反応してゲルを形成します。反応全体が付加加硫反応であるため、副生成物が生成されず、したがって収縮もありません。熱伝導性シリコーンゴムは、高分子量 (通常 148,000 g/mol 以上) の線状ポリオルガノシロキサンです。

3. 熱伝導性シリコーンの粘着特性

ポリシロキサン分子の主鎖は通常、Si-O-Si 結合で構成されています。この分子構造では、R は通常メチルですが、エチル、ビニル、フェニル、トリフルオロアルデヒドなどの他の基を導入して、特定の特性を改善または強化することができます。 Ｒ'はヒドロキシルまたはアルキルであり、ｎは鎖単位の数を表す。

このポリシロキサン材料には次の主な特性があります。

1. 物理化学的性質が温度にほとんど依存せず安定しており、50～250度の温度範囲で使用可能で、電気絶縁性と高温・低温（-50～250度）に対する耐性に優れています。

2. プライマーや表面処理剤を必要とせずに、ほとんどの一般的な電子デバイスやその他の材料の表面に物理的に接着し、硬化中に副生成物や収縮を生成しません。

3. システムは無色透明であるため、ポッティングコンパウンドとして使用した場合、ポッティング要素の内部構造を容易に観察できます。半硬化状態で硬化した後は、多くの基材に対して良好な接着性とシール性を示し、熱サイクルに対して優れた耐性を示します。

4. 長い作業可能時間; 2 つの成分は混合後すぐにはゲル化しません。加熱により硬化が促進され、硬化温度を調整することで硬化時間を柔軟に制御できます. 5.優れたセルフレベリング特性により、回路内のマイクロコンポーネント間の微細な点への流入が促進されます-。

6. ゲルの硬度、流動性、硬化時間は、さまざまな用途に合わせて柔軟に調整できます。また、難燃性、導電性、または熱伝導性の特性を備えたシリコーンゲルに配合することもできます。-

7. 優れた自己治癒能力-。外力によるひび割れを自動的に修復し、防水、防湿、防錆も行います。-

8. シリコーンゲルの油浸透性

シリコーンゲルは加硫中、架橋密度が低い固体{0}}液体共存状態で存在します。-したがって、製造された熱伝導性シリコーン ゲルは油が染み出しやすく、電子機器を汚染し、長期的な信頼性を低下させる可能性があります。-油の浸透を避けながらシリコーン樹脂の熱伝導率を向上させるには、熱伝導性シリコーンゲルの架橋密度を高める必要があります。-

架橋密度が高いと、より多くの有機シリコン高分子が反応して架橋して完全なネットワーク構造を形成し、良好な流動性が得られます。-未架橋-樹脂は事実上存在しません。完全なネットワーク構造が少量存在する場合でも、単位体積あたりに密な架橋点が形成されます。-架橋されていない-樹脂は、移動中にネットワーク構造との高い摩擦係数を生成し、その流れを妨げて油の浸出を減らします。

したがって、熱伝導性シリコーンゲルの架橋密度を高めることが、油の浸出問題を解決する鍵となります。{0}配合とプロセスを最適化することで、架橋密度を高め、熱伝導率を向上させながら油の浸出を効果的に防止し、電子機器の信頼性を向上させることができます。-

5. シリコンの粘着力はどうですか？

バッテリーモジュールの PET フィルムとアルミニウム合金の間など、一部の用途では、熱伝導性シリコーンの接着に一定の要件があります。熱伝導性シリコーンの接着性能は、主にゲルの粘度と嵩強度に関係します。ゲルの粘度は結合界面での接着強度を決定し、一方、バルク強度はゲルが破壊するのに必要な力（一般にゲルの結合力と呼ばれます）を決定します。

界面における付着力の強さは、コロイドの凝集力の相対的な強さによって決まります。コロイドの粘着力がコロイドが破壊するのに必要な凝集力よりも小さい場合、界面破壊が発生し、その粘着力の大きさは主に粘着力、すなわち粘度に依存する。コロイドの粘着力が、コロイドが破壊するのに必要な凝集力よりも大きい場合、凝集破壊が発生し、粘着力の大きさは主にコロイドの凝集力に依存する。

6. 熱伝導性シリコーンの応用分野

(1) アビオニクス機器

特定のタイプのアビオニクス スイッチでは、元の設計で使用されていた熱伝導性パッドの過度の局所応力が原因で、低温データ パケット損失障害が発生しました。{0}熱伝導性シリコーングリースは、従来の熱伝導性パッドや熱伝導性接着剤と比較して、新しいタイプの熱伝導性界面材料として、高温および低温性能、衝突安全性、連続振動などのさまざまな試験で優れた性能を発揮し、アビオニクス製品の製造に応用できます。

(2) 5G電子機器

新しい熱伝導性シリコーン素材は、熱伝導効果を高めるだけでなく、効果的な熱伝達も実現します。従来の熱伝導性材料と比較して、新しい熱伝導性シリコーンは電子部品用途における信号伝播効率を効果的に向上させることができ、5G 機器における高品質な用途を促進します。-

(3) 電源バッテリー

ほとんどの電源バッテリーにはリチウムイオン電池が使用されており、エネルギー密度が高く、耐用年数が長いなどの利点がありますが、重大な安全上の危険もあります。通常の運転や予期せぬ状況下では、リチウム電池は継続的な振動、温度変化、浸水、部分的短絡、過負荷、機械的衝撃などにさらされる可能性があり、ドライバーや同乗者の安全を脅かします。

熱伝導性と難燃性のシリコンを使用して個々の電源バッテリー セルをカプセル化すると、バッテリー パックの安全性能が大幅に向上します。{0}熱伝導性シリコーンは、防水シーリング、難燃性シーリング、放熱、衝撃吸収、固定に役割を果たし、複雑な環境や予想外の環境でもリチウム電池の安全な動作を維持します。これはすべての関係者が追求する目標です。