熱伝導性シリコーンシートがこの記事でわかる

従来の熱伝導性材料は、主に金属（Ag、Cu、Al）と金属酸化物（Al₂O₃、MgO、BeO）、および非金属材料（グラファイト、カーボン ブラック、Si₃N₄、AlN）で構成されています。-工業生産と科学技術の進歩の結果、熱伝導性材料には新たな要件が課せられています。優れた総合的特性を備えた材料が求められています。電気および電子分野では、集積および組立技術の急速な発展の結果、電子部品および論理回路のサイズが数千分の1に縮小しました。したがって、熱伝導率の高い断熱材が必要となります。過去数十年にわたり、高分子材料の応用分野は着実に拡大しています。従来の工業用材料、特に金属材料を人工合成ポリマー材料に置き換えることは、世界的な科学研究の焦点となっています。 I. 熱伝導性シリコーンシートとは何ですか?

熱伝導性を有するシリコーンシートは、独自の製法で合成された媒体素材の一種です。このプロセスでは、基材としてシリコーンを使用し、金属酸化物などのさまざまな補助材料を添加します。熱伝導性シリコーンゴムは、有機ケイ素樹脂をバインダーとして熱伝導性粉末を充填し、熱伝導性を実現した高分子複合材料です。

II.熱伝導性シリコーンシートに一般的に使用されるマトリックス材料とフィラー

有機ケイ素樹脂（基本原料）

1. 絶縁性・熱伝導性フィラー：アルミナ、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化ベリリウム、石英など 有機ケイ素系可塑剤

2. 難燃剤：水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム

3. 無機着色剤（色の区別）

4. 架橋剤（接着性能要件）

5. 触媒（プロセス成形要件）

注: 熱伝導性シリコン パッドは熱伝導機能を果たし、発熱要素と熱放散デバイスの間に良好な熱伝導経路を形成します。-ヒートシンク、構造ファスナー (ファン) などとともに、放熱モジュールを形成します。

フィラーには、次の金属および無機フィラーが含まれます。

1.金属粉末フィラー：銅粉末、アルミニウム粉末、鉄粉末、錫粉末、ニッケル粉末など;

金属酸化物：酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ベリリウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛；３．

3.金属…窒化物：窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素。

4. 無機非金属:-: グラファイト、炭化ケイ素、炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン、炭化ベリリウムなど。

画像Ⅲ．熱伝導性シリコーンガスケットの分類
熱伝導性シリコーン ガスケットは、熱伝導性シリコーン パッドと非シリコーン シリコーン パッドに分類できます。-ほとんどの熱伝導性シリコーンガスケットの電気絶縁特性は、最終的にはフィラー粒子の絶縁特性によって決まります。

1. 熱伝導性シリコンパッド
熱伝導性シリコンパッドはさらに多くのサブカテゴリーに分類され、それぞれに独自の特徴があります。

2. 非-シリコン シリコン パッド- 非シリコン シリコン パッドは、熱伝導率の高い素材で、-両面粘着性があります-。電子部品の組み立てに使用すると、低い圧縮力下で低い熱抵抗と良好な電気絶縁特性を示します。 -40 度から 150 度まで安定して動作し、UL94V0 難燃性評価を満たしています。

IV.熱伝導性シリコーンの熱伝導メカニズム

熱伝導性シリコーンの熱伝導率は、ポリマーと熱伝導性フィラーの間の相互作用に依存します。フィラーの種類が異なれば、熱伝導率のメカニズムも異なります。

1. 金属フィラーの熱伝導メカニズム
金属フィラーは主に電子の移動によって熱を伝導します。電子の移動プロセスには熱伝達が伴います。

2. 非金属フィラーの熱伝導メカニズム-
-非金属フィラーは主にフォノン伝導に依存します。熱拡散速度は主に隣接する原子または結合基の振動に依存します。これらには、金属酸化物、金属窒化物、炭化物が含まれます。

V. 熱伝導性シリコーンシートの使用方法

一般に、熱伝導性シリコンパッドは、初期設計段階から構造設計、ハードウェア設計、および回路設計に組み込む必要があります。通常、考慮すべき要素には、熱伝導率、構造設計、EMC、振動減衰と吸音、設置とテストが含まれます。

1. 放熱ソリューションの選択: 電子製品は、従来はヒートシンクに依存していた受動的な冷却方法を採用し、より小型、より薄く、より軽量な設計に向かう傾向にあります。現在の傾向は、構造的な放熱コンポーネント (金属ブラケット、金属ケース) を使用して、ヒートシンクを完全に排除することです。または、ヒートシンク ソリューションと構造的放熱コンポーネントを組み合わせます。さまざまなシステム要件と環境に基づいて、最高のコストパフォーマンス比を持つソリューションを選択する必要があります。-

2. ヒートシンク ソリューションを使用する場合、熱伝導率の低い熱伝導性両面テープの使用は推奨されません。-また、振動減衰機能のないサーマル グリースの使用も推奨されません。操作には金属製のフックまたはプラスチック製のプッシュピンを使用し、0.5mm を選択することをお勧めします。 より厚い熱伝導性シリコンパッドを他の方法と組み合わせて使用​​すると、取り付けが便利になり、裏面に接着剤を使用する必要がなくなります。これにより、両面熱伝導テープよりも放熱が大幅に向上し、より安全で信頼性が高くなります。{6}}単価、人件費、設備を含む全体的なコストはより競争力があります。

3. 放熱構造を選択する際には、接触面の局所的な凸部や凹部などの放熱構造の構造形状を考慮する必要があります。構造設計と熱伝導性シリコン パッドのサイズの間でバランスを取る必要があります。プロセスが許せば、過度に厚い熱伝導性シリコンパッドを選択しないことをお勧めします。操作を容易にするため、通常は片面接着剤の裏地を使用し、接着剤がコーティングされた面を放熱構造に適用することをお勧めします。-熱伝導性シリコンパッドに十分な圧力を確実に加えるには、圧縮率の良いパッドを選択することが重要です。 (熱伝導性シリコン パッドの厚さは、放熱構造と熱源の間のクリアランスの理論上の上限を通常 1mm ～ 2mm 超える必要があります。) 放熱構造を選択するときは、PCB レイアウト中にコンポーネントの位置、高さ、パッケージ タイプも考慮する必要があります。熱源を定期的に配置することで放熱構造のコストを削減できます。

VI.熱伝導性シリコーンシートの選び方
熱伝導率の選択は主に、熱源の消費電力とヒートシンクまたは熱放散構造の熱放散能力に依存します。一般に、低温仕様、高い温度感度、または高い熱束密度（一般に 0.6 W/cm3 以上の熱放散が必要ですが、表面熱束密度が 0.04 W/cm2 未満のチップは自然対流のみが必要です）のチップには放熱が必要であり、より高い熱伝導率を備えた熱伝導性シリコーン シートを選択する必要があります。家電業界では、一般にチップのジャンクション温度が摂氏 85 度を超えることは許可されておらず、高温テスト中はチップの表面温度を摂氏 75 度未満に制御することが推奨されています。-。ボード全体のコンポーネントはほとんどが商用グレードであるため、システムの内部温度は室温で摂氏 50 度を超えないようにすることが推奨されます。-第 1 の表面、つまり最終顧客が接触できる表面の温度は、室温で摂氏 45 度未満であることが理想的です。より高い熱伝導率の熱伝導性シリコーンシートを選択すると、設計要件を満たし、ある程度の設計マージンを考慮することができます。

注: 熱流束密度: 単位面積 (1 平方メートル) あたり、単位時間あたりの熱流束密度として定義されます (1 ジャンクション温度 (JT) は、半導体ウェハーを通ってパッケージ化されたデバイスのハウジングに伝わる熱量を秒単位で測定します。通常、ケース温度やデバイスの表面温度よりも高くなります。ジャンクション温度は、半導体ウェハーからパッケージ化されたデバイスのハウジングまでの熱放散に必要な時間と熱抵抗を測定します。

VII.熱伝導性シリコーンの熱伝導率に影響を与える要因

1. ポリマーマトリックス材料の種類と特性: マトリックス材料の熱伝導率が高く、マトリックス内でのフィラーの分散が良好で、マトリックスとフィラー間の結合が良好であるほど、複合材料の熱伝導率が向上します。

2. フィラーの種類: 一般に、フィラーの熱伝導率が高いほど、複合材料の熱伝導率も向上します。

3. フィラーの形状：一般に熱経路を形成しやすい順に、ウィスカー＞繊維＞フレーク＞顆粒の順となります。フィラーが熱経路を形成しやすいほど、熱伝導率は高くなります。

4. フィラー含有量 ポリマー内のフィラーの分布によって、複合材料の熱伝導率が決まります。フィラー含有量が低い場合、熱伝導率の効果は顕著ではありません。フィラー含有量が過剰になると、複合材料の機械的特性が大きく影響されます。ただし、フィラー含有量が特定の値まで増加すると、フィラー間の相互作用により、システム内にネットワーク状またはチェーン状の熱伝導ネットワークが形成されます。{{3}このネットワークの方向が熱流の方向と一致している場合、熱伝導率は最適になります。したがって、熱伝導性フィラーの量には臨界値が存在します。

5. フィラーとマトリックス材料の結合特性 フィラーとマトリックス材料の結合度が高いほど、熱伝導率は良くなります。適切なカップリング剤を使用してフィラーの表面を処理すると、熱伝導率を 10% ～ 20% 高めることができます。