Tel: 135 90236 911 Email:hanfrd.cn http:/www.frd.cnTel: 135 90236 911 Email:hanfrd.cn http:/www.frd.cn. 9 .8 .7 .6 .4 .3 1 贝格斯导热界面材料选择指南贝格斯导热界面材料选择指南贝格斯导热界面材料选择指南贝格斯导热界面材料选择指南 热传递概述热传递概述热传递概述热传递概述.Bergquist概况概况概况概况. .Sil-pad导热绝缘垫片导热绝缘垫片导热绝缘垫片导热绝缘垫片.Gap pad导热填缝材料导热填缝材料导热填缝材料导热填缝材料.Bond-ply导热双面胶导热双面胶导热双面胶导热双面胶.Hi-flow相变化材料相变化材料相变化材料相变化材料 .Bergquist导热界面材料选择表导热界面材料选择表导热界面材料选择表导热界面材料选择表.Tel: 135 90236 911 Email:hanfrd.cn http:/www.frd.cn1热传递概述热传递概述热传递概述热传递概述 热量管理是半导体行业、光电子行业、消费性行业、汽车行业、工业、医疗行业及国防/航空航天领 域中新一代产品中的关键设计难题，现代电子产品热管理过程的目标是从半导体与周围环境的结合 部分有效的散热。 电子产品热量传递的三个主要阶段： 1半导体组件包装内的热传递 2从包装到散热器（初始散热片）的热传递 3从散热器到周围环境（最终散热片）的热传递 第一阶段的产生不是系统热动力工程师所能控制的，原因是部件的类型决定了内部热传递过程。在 第二和第三阶段，装配工程师的目标是设计从包装表面到初始散热器以及到周围环境的有效热连接。 实现散热目标，不仅需要对热传递基础有全面地了解，而且还要具备可用界面材料的知识及其影响 热传递过程的重要物理特性。 基本理论基本理论基本理论基本理论 傅立叶方程傅立叶方程傅立叶方程傅立叶方程 对界面材料的热传导，一般按一维来处理，其热传导过程可用傅立叶方程描述： QKAT/d (1) 式中：K：导热系数，W/m.k A：接触面积，m2 Q：传热量，W T：热量流入面与流出面之间的温差， d：壁面的厚度，m 导热系数导热系数导热系数导热系数 是描述材料导热能力的一个物理量，为单一材料的固有特性，与材料的大小、形状无关。 而对于采用玻璃丝网或聚合物膜加固的界面材料，由于其导热系数取决于不同材料层的相对厚度及 导热的方向性能，所以用相对导热系数来表征材料的导热性能更合适。 热阻热阻热阻热阻 热阻表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力，表示 为： Rd/K.(2) 对于单一材料， 材料的热阻与材料的厚度成正比； 对于非单一材料， 总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大，但不是纯粹的线形关 系。 导热系数和热阻用来描述热量进入材料中后在材料中的传递。由于实际 表面永远不会真正地平坦或光滑，因此，表面和材料之间的接触面也可能会产生对热流的阻力。右 图描述微观尺度上的表面不规则和宏观尺度上的表面扭曲。实际接触在高点发生，凹陷处会形成空 气间隙。空气间隙抵抗热的流动，迫使更多的热从接触点流过。这种限制阻力叫做表面Tel: 135 90236 911 Email:hanfrd.cn http:/www.frd.cn2接触阻力，可以在所有相互接触的表面上发生。 热阻抗热阻抗热阻抗热阻抗 对于界面材料，用特定装配条件下的热阻抗来表征界面材料导热性能的好坏更合适，热阻 抗 定 义 为 其 热 阻 和 与 接 触 表 面 间 的 接 触 热 阻 之 和 ， 表 示 如 下 ： 两个相互接触的表面以及流过界面的热流的示意图 Zd/(K.A)+Ri(3) 表面平直度、表面粗糙度、紧固压力、材料厚度和压缩模量将对接触热阻产生影响，而这些因 素又与实际应用条件有关，所以界面材料的热阻抗也将取决于实际装配条件。 热阻抗影响因素有： 接触面积A：接触面积增加，装配热阻即减小。 材料厚度d：绝缘厚度增加，材料的装配热阻增大。 装配压力(Pressure)：在理想条件下，装配压力增加，热阻减小，但压力增加到一定值后，热阻 减小的幅度很小，该点的压力则为材料的最佳压力值。 另外，装配热阻的大小还跟测试方法有关。 由于这些表面条件在不同的应用中可能会有所不同，材料的热阻抗也将会随应用的不同而不同。 热界面材料热界面材料热界面材料热界面材料 (TIM) 半导体生成的热必须转移到周围环境中，从而将组件的接合温度控制在安全的操作限制内。通常， 这种散热过程包括从包装表面到散热器的传导，而散热器会更有效地将热传递到周围环境中。散热 器放入包装中时必须十分小心，以便将这种新形成的热接合部分的热阻降至最低。将散热器与半导 体表面连接要求两个商用表面紧密接触。这些表面通常具有如下特点：除给表面造成凹陷、凸出或 扭曲形状的宏观尺度不平坦外，还有微观尺度的表面粗糙度。当两个表面接合时，接触仅在高点发 生。低点处会形成空气间隙。典型的接触面积可能会包含 90% 以上的空气间隙，这对热流是一个 不可轻视的阻力。将导热材料填入粗糙、不平的接触表面，从而消除界面上的这些空气间隙形成流 畅热通路达到散热效果。由于导热材料的导热系数大于它所取代的空气，因此，在接合处遇到的阻 力会减少，组件接合温度会降低。为适应电子包装市场的不断变化的需要，BCTEC已经开发出了各 种不同类型的导热界面材料。 Tel: 135 90236 911 Email:hanfrd.cn http:/www.frd.cnTel: 135 90236 911 Email:hanfrd.cn http:/www.frd.cn3美国BERGQUIST公司导热界面材料为控制和管理电子整机及线路板中产 生的热量提供解决方案，BERGQUIST是世界领先的导热材料的开发商和 生产商拥有超过35年的历史, 拥有杰出的品质和强劲的创新工程能力，开发了260多种导热界面材 料被众行业的世界顶级企业所广泛使用, 确立了在行业中的领导地位。在世界范围内为众多行业服 务，如汽车，电脑，军队，航空，电信等。 Cannon Falls, MN (90,000 Sq. Ft.) Prescott, WI (34,000 Sq. Ft.) Big Fork, MN (27,000 Sq. Ft.) BERGQUIST公司20多年前开发了著名的Sil-Pad产品,从此为业界确立了弹性导热材料的标 准。 目前贝格斯公司以发展成为世界上最主要的导热产品的专业供应商,生产的产品有导热绝缘垫片, 固态导热添缝材料,导热粘合剂,导热灌封胶,导热双面胶带及金属基覆铜板等多系列产品。应用于汽 车、家用电器、计算机、散热器、电源供应器、军事用品、大功率LED及电马达控制等产品有7大 类、数百个品种，这些材料包括： Sil-Pad导热绝缘材料导热绝缘材料导热绝缘材料导热绝缘材料分为玻纤基材与薄膜基材两种。 在多种电子产品应用中是云母片， 陶瓷片或导 热膏的有效替代物，非常干净。 Gap-Pad导热填缝材料导热填缝材料导热填缝材料导热填缝材料家族具有众多不同厚度，不同导热系数，不同软硬度的产品。为高低不平的 表面，间隙和粗糙的表面提供有效的传热界面。 Gap-Filler液态导热材料液态导热材料液态导热材料液态导热材料是可以现场成型的产品。 Bond-Ply导热双面胶导热双面胶导热双面胶导热双面胶分为无基材，玻纤基材，薄膜基材三种形式，可以将散热片永久性的粘接到芯 片上并减弱不同热胀系数导致的应力。 Liquid-Bond导热胶导热胶导热胶导热胶可以理想的将发热元件粘接到带有金属外壳或散热片的线路板上。 Hi-Flow导热相变材料导热相变材料导热相变材料导热相变材料在一个特定的相变温度下，有固态变成可控制的流动状态，以确保界面的润 湿。效果可以与高品质导热稿媲美，但没有脏腻，污染等 TIC导热膏导热膏导热膏导热膏是高性能的导热混合物，在高端电脑处理器和散热片之间充当一个导热界面. 当今电子工业的日新月异,为了适应发展提高应变能力来快速有效的开发客户需要的产品。 BERGQUIST位于Chanhassen的总部建立了一个尖端技术的研发试验工程中心，由具有专业高技能 的化学工程师，试验技术员和生产工程师组成，致力于研究,开发,测试最新的导热界面材料，应对当Tel: 135 90236 911 Email:hanfrd.cn http:/www.frd.cn4前电子工业的高速发展形成的对导热材料的需求 BERGQUIST SIL PAD 系列系列系列系列 SIL PAD 材料是一种干净、无油，柔软的导热绝缘材料，由粘接料， 承载料和填料构成。 粘接料粘接料粘接料粘接料大多数SIL-PAD的粘接料是有机硅橡胶，他具有低介电常数，高 绝缘强度，良好的耐化学品性和较高的热稳定性。有机硅橡胶还具有一 种冷流性质，这种冷流性使其在填充界面时排除空气，从而避免使用导 热膏。与表面平整的SIL-PAD相比，表面粗糙的SIL-PAD需要更多的 流动性以消除界面的空气。 而较平表面材料则需要较小的压力润湿表面。 承载料承载料承载料承载料 承载料提供机械增强并提高绝缘强度。用密网纹布提高绝缘和机械强度但损失导热性。稀网纹布 降低热阻，绝缘和抗切割性。SIL-PAD使用的承载料有玻纤、介电膜和聚脂膜。 填料填料填料填料 添加各种高导热性的组分可提高SIL-PAD的导热性并改变机械特性。例如某些填料使得硅橡胶 在压力下保持流动的同时变硬、变韧以提高抗切割性。而另外一些填料使得硅橡胶变软以改变对 粗糙表面的适应性。玻纤基材的绝缘体（SIL-PAD 400，SIL-PAD 1500）表面较粗，在24小时 后全热阻会有15-20%的降低。 薄膜基材的SIL-PAD（SIL-PAD K4、SIL-PAD K6、SIL-PAD K10） 开始较平，在同样时间后会有5%的降低。 SIL PAD系列是硅树脂涂层绝缘导热片，有各种导热系数。能模切成各标准二极管形状，安装方 便干净，免除硅油的安装及污染的缺点。 ? SP400 价格经济，有一定的导热绝缘特性，应用于螺丝固定安装，广泛应用于电源、电 视、空调及电脑。 ? SP900S 高导热系数，价格便宜，适用于特殊电源。 ? SPK4 / SPK6 / SPK10 “Kapton”绝缘基膜，导热性良好，有更高抗刺穿强度，应用于高电 压、高导热要求的通信电源。 ? PP400 / PP1000聚酯材料，适用于对硅油敏感的应用，如通讯电极插头。 ? SP1750特别应用于潮湿环境的导热绝缘。 Tel: 135 90236 911 Email:hanfrd.cn http:/www.frd.cnTel: 135 90236 911