お役立ち情報 |熱伝導性シリコーンの基礎知識
ご伝言
I. 熱伝導性シリコーンシートとは何ですか?
熱伝導性シリコーンシートは、シリコーンを基材とし、金属酸化物などの各種副原料を加え、特殊なプロセスにより合成された熱伝導性媒体材料の一種です。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、熱伝導性粉末を充填して熱伝導性を持たせ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・熱伝導フィラー：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、石英等、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（要求される接着性能）
5. 触媒 (プロセス成形要件)
注: 熱伝導性シリコン シートは熱伝導体として機能し、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．
金属窒化物：窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素；４．
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。
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性があります。
2. 非-シリコンシリコンパッド
非シリコン{0}}シリコン パッドは、熱伝導率が高く、両面自己粘着性を備えた素材です。-電子部品の組み立て中に低い圧縮力で低い熱抵抗と良好な電気絶縁特性を示します。- -40度～150度の範囲で安定動作します。 UL94V0 難燃性評価要件を満たしています。
IV.熱伝導性シリコーンシートの熱伝導メカニズム
熱伝導性シリコーンシートの熱伝導率は、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、熱伝達を伴う電子の移動によって熱を伝導します。
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を介して熱を伝導し、その熱拡散率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、熱伝導性シリコーンシートは、初期設計段階から構造設計、ハードウェア設計、回路設計に組み込む必要があります。通常、考慮事項には、熱伝導率、構造設計、EMC、振動減衰と吸音、設置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、より小型、より薄く、より軽量な設計に向かう傾向にあり、一般に従来はヒートシンクをベースとした受動的冷却方式が採用されています。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、ヒートシンクと構造的熱放散コンポーネントの組み合わせ。さまざまなシステム要件や環境に最適なコスト パフォーマンス比のソリューションを選択してください。-
2. ヒートシンク ソリューションを使用する場合、熱伝導率の低い両面接着剤の使用は推奨されません。-また、衝撃吸収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、厚さ 0.5 mm の熱伝導性シリコン パッドを使用することをお勧めします。これら 2 つの方法は、設置と操作が便利で、接着剤の必要性がなくなり、両面接着剤よりも大幅に優れた放熱性を実現できると同時に、より安全で信頼性が高くなります。-単価、人件費、設備を含む全体的なコストの競争力が高まります。
3. 構造的な放熱部品を選択する際には、接触面の局所的な突起や凹みなどの放熱部品の構造形状を考慮し、構造プロセスと熱伝導性シリコーンパッドのサイズの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、通常は片面接着剤を使用し、接着剤が塗布された面を放熱構造に取り付けることをお勧めします。-パッドに十分な圧力がかかるようにするには、圧縮率の高い熱伝導性シリコン 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ギャップの理論上の上限公差より大きくなければなりません。一般的には 1mm ～ 2mm 以上許容されます。) 放熱構造を選択するときは、PCB レイアウト時にコンポーネントの位置、高さ、およびパッケージのタイプも考慮する必要があります。これにより、熱源のより組織的な配置が可能になり、放熱構造のコストが削減されます。
VI.熱伝導性シリコンパッドの選び方
熱伝導率の選択
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、比較的低温仕様のチップ、高い温度感度、または高い熱束密度（一般に 0.6w/cm3 を超える放熱処理が必要。表面熱束密度が 0.04w/cm2 未満のチップは自然対流のみが必要）のチップには放熱処理が必要であり、より高い熱伝導率を備えた熱伝導性シリコン パッド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。-。ボード全体で使用されているコンポーネントは主に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 の外面の表面、つまり最終顧客が接触できる表面は、室温で摂氏 45 度未満の温度であることが理想的です。熱伝導率の高い熱伝導性シリコンパッドを選択すると、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:- 断面の単位面積 (1 平方メートル) を単位時間 (1 秒) に通過する熱量として定義されます。通常、ジャンクション温度は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、熱抵抗だけでなく、半導体ウェーハからパッケージされたデバイスのケースまでの熱放散に必要な時間も測定します。
VII.熱伝導性シリコーンパッドの熱伝導率に影響を与える要因
1. 高分子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いほど、マトリックス内でのフィラーの分散が良くなり、マトリックスとフィラーの間の結合が良くなり、複合材料の熱伝導率も良くなります。
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、熱伝導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。フィラーが熱伝導経路を形成しやすいほど、熱伝導率は向上します。
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と、熱伝導率が最小限になります。過剰なフィラー含有量は、複合材料の機械的特性に大きな影響を与えます。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-またはチェーン-のような熱伝導ネットワークが形成されます。このネットワークの方向が熱流の方向と一致する場合、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間の結合特性: フィラーとマトリックス間の結合が強化されると、熱伝導率が向上します。適切なカップリング剤を使用してフィラーの表面処理を行うと、熱伝導率を 10% ～ 20% 高めることができます。
