Van CPU naar IGBT: Thermische Geleidende PastaSelectie- en Thermisch Management Optimalisatiegids

Met de voortdurende toename van de vermogensdichtheid van elektronische apparaten is effectief thermisch management een cruciale factor geworden voor het waarborgen van de betrouwbaarheid en prestaties van het systeem. Van de centrale verwerkingseenheid (CPU) van personal computers tot IGBT's in de vermogenselektronica, als de warmte die door elektronische componenten tijdens het gebruik wordt gegenereerd niet snel wordt afgevoerd, zal de temperatuur snel stijgen, wat de prestaties van de apparatuur beïnvloedt, de levensduur verkort en zelfs storingen kan veroorzaken. Tegen deze achtergrond zijn thermische interface materialen (TIM's) als een cruciale schakel in het thermische geleidingspad steeds belangrijker geworden.

Thermisch geleidende siliconen is een veelvoorkomend type thermisch interfacemateriaal, dat veel wordt gebruikt in de koelsystemen van verschillende elektronische apparaten vanwege de uitstekende thermische geleidbaarheid, het gemakkelijke gebruik en de kostenvoordelen. Om te voldoen aan de diverse eisen van verschillende toepassingsscenario's, blijft het echter een praktische uitdaging voor ingenieurs om thermisch geleidende siliconen wetenschappelijk te selecteren en te gebruiken om goede resultaten op het gebied van thermisch management te bereiken.

Thermisch geleidende siliconen is een pasta-achtig composietmateriaal dat is samengesteld uit een organische siliconenmatrix en een geleidende vulstof. Het werkingsprincipe is het vullen van de microscopische openingen tussen de heatsink en het verwarmingselement, het verwijderen van de lucht tussen de interfaces en het creëren van een effectief warmtegeleidingskanaal. De belangrijkste prestatie-indicatoren van thermisch geleidende siliconen zijn onder meer thermische geleidbaarheid (meestal variërend van 1,2 tot 25 W/m·K), thermische weerstand (aanzienlijk beïnvloed door dikte en contactoppervlak), bedrijfstemperatuurbereik (-40°C tot 200°C), diëlektrische sterkte (belangrijk voor isolatietoepassingen) en reologische eigenschappen zoals viscositeit en thixotropie. In de consumentenelektronica, zoals CPU- en GPU-koeling, zijn vanwege ruimtebeperkingen en esthetische overwegingen vaak thermisch geleidende siliconen met lage viscositeit en gemakkelijk te verwerken vereist, met een thermische geleidbaarheid die typisch in het bereik van 3-8 W/m·K ligt. Deze toepassingen richten zich ook met name op de reinheid en niet-corrosiviteit van de siliconen om schade aan elektronische componenten te voorkomen. In tegenstelling hiermee worden industriële toepassingen zoals IGBT-modulekoeling geconfronteerd met strengere omgevingsomstandigheden. IGBT genereert geconcentreerde warmte en hoge temperaturen tijdens het gebruik, wat een materiaal vereist met een hogere thermische geleidbaarheid (meestal 5-12 W/m·K) en een breder bedrijfstemperatuurbereik. Bovendien vereisen vermogenselektronische apparaten meestal materialen met uitstekende elektrische isolatieprestaties en langdurige stabiliteit om continue thermische cycli en mechanische spanningen te weerstaan.

Thermisch geleidende siliconen is een belangrijk materiaal voor thermisch management in elektronische apparaten. De juiste selectie en toepassing van dit materiaal hebben een aanzienlijke impact op de prestaties en betrouwbaarheid van de apparaten. In de toekomst, naarmate de vermogensdichtheid van elektronische apparaten blijft toenemen en de toepassingsscenario's diverser worden, zal de technologie van thermisch geleidende siliconen zich ontwikkelen in de richting van hogere thermische geleidbaarheid, betere stabiliteit en grotere intelligentie.