两种类型的散热膏:含硅与无硅

散热膏是电子产品热管理中另一个至关重要的组件。它也被称为散热器填料、导热膏或导热硅脂。当与放热组件一起使用时,散热膏可以防止形成可能影响热传递(到散热器)效果的气穴,并增强热导率,最终使PCB更加稳定。

散热膏通常有两种类型

  1. 含硅基
  2. 无硅基

含硅基 化学配方广泛用于电子应用中,这得益于它们的增强特性。硅适合用于要求苛刻的操作环境,包括抗振、耐化学腐蚀和宽温度范围。这些配方通常由硅聚合物(如硅油或油脂)组成,并与填料混合以增强热导率。它是一种非导电材料,具有良好的热导率,能够承受高温。它易于涂抹和移除,因此非常适合于需要频繁维护或更换的应用。

无硅基 配方不含硅化合物,而是依赖于非硅聚合物,如丙烯酸、聚酰亚胺、金属或陶瓷。由于不含硅,它们的排气倾向较低,减少了对邻近组件造成污染或劣化的可能性。


无硅基散热膏的类型

金属基散热膏: 金属基散热膏是一种含有金属颗粒(如铜、银或铝)的散热膏。这些颗粒提高了膏体的热导率,使其更有效地从电子组件中传递热量。

陶瓷基散热膏: 陶瓷基散热膏是一种含有陶瓷颗粒(如硼氮化物或氧化铝)的散热膏。这些颗粒能够提供高热导率和出色的热稳定性,因而非常适用于高温应用。陶瓷基散热膏通常比其他类型的散热膏更昂贵,但在极端环境下可以提供更优越的性能。

碳基散热膏: 碳基散热膏是一种含有碳颗粒的散热膏。这些颗粒能够提供良好的热导率,并且比金属或陶瓷基散热膏更便宜。碳基散热膏可以用于多种应用,但在高温环境下可能不如其他类型的散热膏有效。

相变散热膏: 相变散热膏是一种在达到一定温度时从固态变为液态的散热膏。因此,它能够适应电子组件的表面,并提供出色的热导率。相变散热膏通常比其他类型的散热膏更昂贵,并且可能难以涂抹和移除。

石墨烯基散热膏: 石墨烯基散热膏是一种相对较新的散热膏品种,其中含有石墨烯颗粒。石墨烯具有出色的热导率,与其他类型的散热膏相比,可以提供更优越的散热效果。石墨烯基散热膏通常比其他类型的散热膏更昂贵,并且可能需要专门的设备进行涂抹。


技术提示: 一些散热材料使用的是导电粉末(有时是绝缘的),这使它们能够吸收或衰减杂散的电磁辐射。这形成了类似于法拉第笼的保护,在集成电路上尤为有用。


结论

本案例研究讨论了热老化对含硅基和无硅基热填料的影响。结果显示,在125℃热老化后,无硅基材料经历了硬化过程,而含硅基材料保持了其粘弹性质。这表明含硅基材料可能可以在高温应用中长期使用。

虽然含硅基材料在高温环境下表现出优越的机械和热特性,但无硅基材料的介电特性显示出较低的导电性,因而更适合需要更大电气绝缘的应用。此外,硅物质来源(硅橡胶、硅油、硅密封胶、硅基涂料材料、硅基散热膏等)可能会释放挥发性硅气体(低分子硅氧烷等,称为排气),这种现象在封闭、高温、低压/真空或潮湿环境中尤为明显。

在继电器(或其他开关机制)附近使用硅时,如果在有硅气体的情况下开关连接头会导致硅附着在连接头上,这可能导致连接头故障(硅气体可能通过塑料渗透到继电器内部,即使是塑料密封型继电器中也是如此)。在这种情况下,应使用不含硅的替代物料。或者,有时被称为“密封胶囊型”的密封型继电器是唯一一种在硅周围使用时可受到保护的继电器结构,因为它具有气密和密封特性。

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参考资料 - 化学电子学:针对防弹设备的加固电子产品最佳实践
化学电子学:用散热膏修复和避免电子产品的故障
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