導(dǎo)熱膠技術(shù)教程

導(dǎo)熱膠基礎(chǔ)教程導(dǎo)熱技術(shù)在電子行業(yè)的應(yīng)用內(nèi)容為什么需要導(dǎo)熱技術(shù)熱傳導(dǎo)知識(shí)導(dǎo)熱工藝傳統(tǒng)工藝-無粘結(jié)劑導(dǎo)熱膠工藝導(dǎo)熱膠的固化和產(chǎn)品選擇客戶關(guān)心的問題為什么需要導(dǎo)熱技術(shù)線路板設(shè)計(jì)更小的元器件更緊密的元器件排布空間更強(qiáng)功能的元器件工件的正常運(yùn)作受溫度的限制高溫會(huì)導(dǎo)致材料電阻率的升高降低元器件的工作效率工作在高溫狀態(tài)會(huì)縮短工件的使用壽命熱傳導(dǎo)知識(shí)熱傳導(dǎo)的途徑對(duì)流傳導(dǎo)接觸傳導(dǎo)

輻射傳導(dǎo)通過散熱片的接觸傳導(dǎo)使電子元器件有效散熱是最通用的導(dǎo)熱技術(shù)熱傳導(dǎo)知識(shí)影響熱傳導(dǎo)的因素:溫度差接觸表面積導(dǎo)熱介質(zhì)厚度導(dǎo)熱系數(shù)

PCBoardHeatSlugThermalGreaseThermalPlateThermalGreaseHeatsinkorHeatsinkFanAssemblyPENTIUMCLASSPROCESSOR300MHz43WattsSiliconDieBGAPackageSYSTEMINTEGRATORPROCESSORMANUFACTURERExampleThermalAnalysisDiagram熱傳導(dǎo)知識(shí)導(dǎo)熱系數(shù)的單位:公制單位:W/m-oC或

W/m-oK英制單位:BTU-in/hr-ft2-oF熱傳導(dǎo)知識(shí)常見材料的導(dǎo)熱系數(shù)(W/m-K)空氣 0.024水 0.556PVC塑料 0.14鋁 204銀 419傳統(tǒng)工藝-無粘結(jié)劑

機(jī)械緊固應(yīng)用導(dǎo)熱油脂的機(jī)械緊固應(yīng)用導(dǎo)熱墊片的機(jī)械緊固有粘結(jié)性能的導(dǎo)熱墊片機(jī)械緊固卡子螺栓機(jī)械緊固優(yōu)點(diǎn)快速安裝簡便局限有氣穴存在無電氣絕緣有松動(dòng)的危險(xiǎn)零件需要庫存難以自動(dòng)化裝配工序繁復(fù)導(dǎo)熱油脂與機(jī)械緊固相比增加了導(dǎo)熱油脂其流動(dòng)特性影響可靠性!導(dǎo)熱油脂優(yōu)點(diǎn)消除了氣穴的產(chǎn)生局限需要機(jī)械緊固配合使用油脂存在污染的危險(xiǎn)油脂受熱易流淌電氣絕緣性能差導(dǎo)熱墊片與機(jī)械緊固相比,增加了墊片.

因?yàn)槠湟?guī)格特定,難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,并需要額外庫存!導(dǎo)熱墊片導(dǎo)熱墊片的組成

硅橡膠

玻璃纖維顆粒

導(dǎo)熱填充料

鋁氮化硼配合使用壓敏膠或機(jī)械緊固進(jìn)行安裝導(dǎo)熱系數(shù)為:0.9-2.0W/moK導(dǎo)熱墊片優(yōu)點(diǎn)電氣絕緣性能好快速無移動(dòng)危險(xiǎn)局限每個(gè)工件的墊片尺寸是獨(dú)特的墊片需要庫存緊固力矩要求嚴(yán)格壓力設(shè)置或應(yīng)用誤差會(huì)導(dǎo)致氣穴的產(chǎn)生難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化導(dǎo)熱膠工藝導(dǎo)熱膠工藝導(dǎo)熱膠工藝:用粘結(jié)劑粘結(jié)發(fā)熱元件和散熱片，既能達(dá)到粘結(jié)的目的，又能導(dǎo)熱，同時(shí)還能絕緣。粘結(jié)劑的種類,導(dǎo)熱填料的類型,固化方式可以根據(jù)特定的應(yīng)用進(jìn)行選擇.導(dǎo)熱膠工藝優(yōu)點(diǎn)無氣穴存在電氣絕緣性能佳不移動(dòng)不松動(dòng)可進(jìn)行自動(dòng)涂膠減少庫存局限必須要固化膠存在有效期的限制一定的施膠工藝粘結(jié)劑固化方式加速劑固化:

快速達(dá)到固化強(qiáng)度,15mils固化厚度紫外光固化:

快速定位的需求,10秒定位(150mW/cm2@365nm)紫外光+加速劑固化:

快速固化熱固化:

固化時(shí)間需數(shù)小時(shí),

固化充分

加速劑+紫外光+熱固化:快速固化流程雙組份固化:

需要混合,固化時(shí)間需數(shù)小時(shí)加速劑固化優(yōu)點(diǎn)快速固化(一般2-5分鐘)無需混合有效期長局限固化深度(0.015”)加速劑溶劑危害無溶劑型加速劑的涂敷紫外光固化優(yōu)點(diǎn)高速定位(10秒)易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化局限陰影部分難以固化設(shè)備投資可能使塑料變色或變型熱固化優(yōu)點(diǎn)簡便易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化確保固化充分局限相對(duì)較長的固化時(shí)間(15-30分鐘)溫度曲線的控制粘結(jié)劑在固化前可能流淌固化爐占空間能耗高流程控制高溫可能損壞基材雙組份固化優(yōu)點(diǎn)有效期長固化充分局限相對(duì)較長的固化時(shí)間(15-30分鐘)必須混合設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)報(bào)廢較多準(zhǔn)確的混合比例有工作時(shí)間限制導(dǎo)熱膠的類型丙烯酸酯(AR)聚氨酯(UR)硅酮膠(SR)環(huán)氧樹脂(ER)可以填充同類的導(dǎo)熱填料,絕緣填料可以形成熱固化組份可以根據(jù)單體的不同而具備不同的特性丙烯酸酯粘結(jié)劑丙烯酸酯/聚氨酯c. 玻璃化溫度(Tg),60°Cb. 加速劑/熱固化,易自動(dòng)涂膠,產(chǎn)品有效期長a. 單組份系統(tǒng)d. 剪切強(qiáng)度高>1000psiOUTPUT31538338431513870387138723873AR44444AR/UR444UV(fixture)4444HeatCure(Accelerate)44444444ActivatorCure73874444丙烯酸酯粘結(jié)劑優(yōu)點(diǎn)對(duì)多種基材粘結(jié)力佳內(nèi)聚力高模量范圍廣耐碳?xì)浠衔锏挠绊懢窒弈透邷貥O限為300oF大部分是高模量材料自由基固化會(huì)受到氧氣抑制作用丙烯酸酯粘結(jié)劑典型應(yīng)用BGA與散熱片針狀排列與散熱片晶體管與散熱片紫外/熱固化丙烯酸酯典型應(yīng)用高產(chǎn)量應(yīng)用:晶體管與散熱片粘結(jié)環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑3860,3861,3862a. 雙組份混合-適配期較長b. 3860, 1hr@65°C 3861, 2hrs@100°C 3862, 2hrs@100°Cc. 剪切強(qiáng)度高,Al-Al(>1ksi)d. 玻璃化溫度(Tg)高,>60°Ce. 導(dǎo)熱系數(shù)

1.2W/m-K環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑優(yōu)點(diǎn)對(duì)大部分材料粘結(jié)強(qiáng)度高內(nèi)聚力高收縮率低耐熱和耐化學(xué)性能佳玻璃化溫度(Tg)高局限對(duì)塑料材料粘結(jié)力不強(qiáng)大不份很脆固化時(shí)間長固化工藝麻煩鹵素含量高環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑典型應(yīng)用倒裝芯片灌封硅酮膠5403and5404a. 單組份b. 熱固化,150°C*10分鐘c. 抗熱循環(huán)性能佳 -40°C至150°Cd. 玻璃化溫度(Tg)低,<-40°Ce. 剪切強(qiáng)度低,100至500psi硅酮膠優(yōu)點(diǎn)玻璃化溫度Tg低(-60oF)在大范圍的溫度區(qū)間內(nèi)表現(xiàn)穩(wěn)定耐高溫性能出色模量低多種固化方式耐極性溶劑能力佳局限內(nèi)聚力低可能成為污染源頭耐非極性溶劑能力弱硅酮膠典型應(yīng)用PCB與散熱片的粘結(jié)自成墊片型粘結(jié)劑5mil玻璃珠在粘結(jié)劑內(nèi),確保0.005-0.006”的最小間隙.點(diǎn)膠量和夾具安裝的穩(wěn)定性對(duì)獲得穩(wěn)定的粘結(jié)厚度非常重要.可維修型粘結(jié)劑內(nèi)聚力較弱的丙烯酸酯粘結(jié)劑可通過加熱法清除.硅酮膠的內(nèi)聚力弱,適合維修.導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)

[W/m-K]@110±10°C空氣 000.024水

000.68PVC,PBT

000.23鎳

058.89鋁

205.96銅

377.30銀

411.91常見材料:注意點(diǎn)熱沖擊膠層越厚,耐熱沖擊性能越佳,但導(dǎo)熱效率受影響.穩(wěn)定一致的膠層厚度對(duì)獲得穩(wěn)定一致的導(dǎo)熱性能是非常重要的.在塑料部件上的硅質(zhì)脫模劑殘留會(huì)對(duì)非硅酮膠粘結(jié)劑產(chǎn)生影響.關(guān)心的問題導(dǎo)熱性能導(dǎo)熱系數(shù)0.3~1.6w/mC=>導(dǎo)熱油關(guān)心的問題導(dǎo)熱性能強(qiáng)度可維修強(qiáng)度類/拉剪強(qiáng)度=6.9MPa高強(qiáng)度類/拉剪強(qiáng)度=17.2MPa關(guān)心的問題導(dǎo)熱性能強(qiáng)度耐沖擊振動(dòng)能力耐沖擊強(qiáng)度 ft-lb 5關(guān)心的問題導(dǎo)熱性能強(qiáng)度耐沖擊振動(dòng)能力絕緣強(qiáng)度---耐電壓值1mm厚膠層，耐電壓值27000伏關(guān)心的問題導(dǎo)熱性能強(qiáng)度耐沖擊振動(dòng)能力絕緣強(qiáng)度---耐電壓值維修方法用熱風(fēng)吹后，強(qiáng)度會(huì)下降，再用工具撬除關(guān)心的問題導(dǎo)熱性能強(qiáng)度耐沖擊振動(dòng)能力絕緣強(qiáng)度---耐電壓值維修方法保存和使用壽命3~8C保存，9個(gè)月有效期關(guān)心的問題導(dǎo)熱性能強(qiáng)度耐沖擊振動(dòng)能力絕緣強(qiáng)度---耐電壓值維修方法保存和使用壽命如何使用典型裝配典型裝配促進(jìn)劑固化型丙烯酸樹脂促進(jìn)劑涂敷在一個(gè)表面膠涂敷在另一表面兩表面裝配2～3分鐘固定完全固化4～12小時(shí)邊緣24小時(shí)脫黏工藝1:無粘結(jié)劑1支撐條1橡膠密封圈3螺母/螺栓1導(dǎo)熱薄膜工藝2:無粘結(jié)劑1卡子軌道1導(dǎo)熱墊片2螺絲工藝3:導(dǎo)熱粘結(jié)劑只用膠紫外光初固熱固化成本比較

在PCB板上安裝動(dòng)力元件和散熱片

傳統(tǒng)方法 導(dǎo)熱膠人工裝配時(shí)間(s) 56 35相應(yīng)裝配成本 0.78 0.48相應(yīng)材料成本2個(gè)螺釘 涂兩次導(dǎo)熱膠2個(gè)墊片 涂兩次促進(jìn)劑2個(gè)絕緣襯墊