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Almohadilla térmica de silicona para una disipación de calor avanzada

8 de julio de 2024

La lámina de silicona termoconductora es un material conductor térmico sintetizado mediante un proceso especial, utilizando silicona como material base y diversos materiales auxiliares como óxidos metálicos. En la industria, también se la conoce como almohadilla de silicona termoconductora, lámina de silicona termoconductora, almohadilla termoconductora blanda, junta de silicona termoconductora, etc. Se fabrica especialmente para el diseño de sistemas de transferencia de calor a través de huecos. Puede rellenar los huecos y completar el aislamiento térmico. Tracción térmicaPermite la transferencia de calor entre la zona de calentamiento y la de disipación. Además, cumple funciones de aislamiento, absorción de impactos y sellado, entre otras. Cumple con los requisitos de miniaturización y ultradelgado de los equipos. Es altamente procesable y fácil de usar, y se puede aplicar en una amplia gama de espesores. Es un excelente material de relleno termoconductor.

El proceso de producción de conductividad térmica Silicona SEl proceso incluye principalmente los siguientes pasos: preparación de la materia prima → plastificación, mezcla → moldeo y vulcanización → recorte y corte → inspección, etc.

Flujo del proceso:

1. Preparación de la materia prima

La conductividad térmica de la silicona orgánica común suele ser de tan solo 0,2 W/m·K. Sin embargo, la adición de cargas termoconductoras a la silicona común puede mejorar su conductividad térmica. Las cargas termoconductoras más utilizadas son óxidos metálicos (como Al₂O₃, MgO, BeO, etc.) y nitruros metálicos (como SiN, AlN, BN, etc.). La conductividad térmica de la carga no solo depende del material en sí, sino también de la distribución del tamaño de partícula, la morfología, el contacto interfacial y el grado de enlace dentro de la molécula de la carga termoconductora. En general, las cargas termoconductoras fibrosas o laminares presentan una mejor conductividad térmica.

2. Plastificación y mezcla

La plastificación y la mezcla son procesos en la industria de la silicona que consisten en el uso de métodos mecánicos o químicos para reducir el peso molecular y la viscosidad del caucho crudo, mejorando así su plasticidad y obteniendo la fluidez adecuada para su posterior procesamiento mediante mezcla y moldeo. Las materias primas para la fabricación de láminas de silicona termoconductoras generalmente se trituran mediante agitación mecánica a alta velocidad. Tras la igualación de colores y la mezcla, la silicona de color blanco lechoso se transforma en escamas de diversos colores.

3. Vulcanización por moldeo

Para fabricar una lámina de silicona termoconductora suave, elástica y resistente a la tracción, es necesario utilizar silicona orgánica sometida a vulcanización secundaria. La vulcanización, también conocida como curado, se produce cuando la silicona termoconductora líquida, tras calentarse y formarse en la primera etapa, presenta una densidad de reticulación insuficiente. Por ello, requiere una vulcanización adicional para incrementar la resistencia a la tracción, la resiliencia, la dureza, el grado de hinchamiento, la densidad y la estabilidad térmica de la lámina. Este proceso ofrece resultados muy superiores a los de la vulcanización primaria. Si no se realiza la vulcanización secundaria, el rendimiento de la lámina resultante puede verse afectado, impidiendo obtener un producto óptimo. Los parámetros del producto tras la vulcanización primaria difieren de los obtenidos tras la vulcanización secundaria, dependiendo del proceso y las etapas específicas de fabricación.

4. Recortar y cortar

Tras el tratamiento a alta temperatura, la lámina de silicona termoconductora debe reposar durante un tiempo y enfriarse de forma natural antes de cortarla en diferentes tamaños y especificaciones. No se deben utilizar otros métodos de enfriamiento rápido, ya que afectarían directamente al rendimiento de la almohadilla de silicona termoconductora.

5. Inspección del producto terminado

Los principales aspectos que deben inspeccionarse en los productos terminados incluyen: conductividad térmica, rango de resistencia a la temperatura, resistividad volumétrica, resistencia al voltaje, retardancia a la llama, resistencia a la tracción, dureza, espesor, etc.

Ventajas de la lámina de silicona termoconductora

1. El material es relativamente blando, tiene buen rendimiento de compresión, buena conductividad térmica y capacidad de aislamiento, un rango de ajuste de espesor relativamente amplio, es adecuado para rellenar cavidades y tiene adherencia natural en ambos lados, gran operatividad y facilidad de mantenimiento;

2. El objetivo principal de seleccionar láminas de silicona termoconductoras es reducir la resistencia térmica de contacto entre la superficie de la fuente de calor y la superficie de contacto del dispositivo de disipación de calor. Las láminas de silicona termoconductoras pueden rellenar muy bien los huecos en la superficie de contacto;

3. Dado que el aire es un mal conductor del calor, dificultará seriamente la transferencia de calor entre las superficies de contacto. La instalación de láminas de silicona termoconductoras entre la fuente de calor y el disipador de calor puede expulsar el aire de la superficie de contacto;

4. Con la adición de láminas de silicona termoconductoras, la superficie de contacto entre la fuente de calor y el disipador de calor puede ser mejor y completamente contactada, lográndose un contacto cara a cara. La reacción de temperatura puede alcanzar la menor diferencia de temperatura posible;

5. El coeficiente de conductividad térmica de la lámina de silicona termoconductora es ajustable, y la estabilidad térmica también es mejor;

6. La lámina de silicona termoconductora puede compensar la tolerancia del proceso de la estructura y reducir los requisitos de tolerancia del proceso del disipador de calor y de la estructura de disipación de calor;

7. La lámina de silicona termoconductora tiene propiedades aislantes (esta característica requiere la adición de materiales apropiados durante la producción);

8. La lámina de silicona termoconductora tiene el efecto de absorción de impactos y de sonido;

9. La lámina de silicona termoconductora es conveniente para la instalación, las pruebas y la reutilización.

Campos de aplicación de las láminas de silicona termoconductoras

◆Uso industrial de LED

●Se utiliza una lámina de silicona termoconductora entre el sustrato de aluminio y el disipador de calor.

●Se utiliza una lámina de silicona termoconductora entre el sustrato de aluminio y la carcasa.

Industria de suministro eléctrico

Se utiliza para la conducción de calor entre el transistor MOSFET, el transformador (o el condensador/inductor PFC) y el disipador de calor o la carcasa.

◆Sector de las comunicaciones

●Conducción térmica y disipación de calor entre el circuito integrado de la placa base del producto y el disipador de calor o la carcasa

●Conducción térmica y disipación de calor entre el circuito integrado CC-CC del decodificador y la carcasa

◆Aplicación en la industria electrónica automotriz

Las aplicaciones de la industria electrónica automotriz (como balastos para lámparas de xenón, audio, productos para automóviles, etc.) pueden utilizar láminas de silicona termoconductoras.

◆Aplicación para PDP/TV LED

Conducción térmica entre el circuito integrado del amplificador de potencia, el circuito integrado del decodificador de imagen y el disipador de calor (carcasa).

◆Industria de electrodomésticos

Horno microondas/aire acondicionado (entre el circuito integrado de potencia del motor del ventilador y la carcasa)/cocina de inducción (entre el termistor y el disipador de calor)

Selección de lámina de silicona termoconductora

◆Selección del coeficiente de conductividad térmica

La selección de la conductividad térmica depende principalmente del consumo energético de la fuente de calor y de la capacidad de disipación térmica del disipador o estructura de disipación. Generalmente, los parámetros de temperatura del chip son relativamente bajos, son sensibles a la temperatura o presentan una densidad de flujo térmico relativamente alta (generalmente superior a 0,6 W/cm³, que requiere tratamiento térmico; y cuando es inferior a 0,04 W/cm², solo se requiere convección natural). En estos casos, los chips o fuentes de calor necesitan disipación térmica, por lo que se recomienda utilizar láminas de silicona con alta conductividad térmica.

En general, la industria de la electrónica de consumo no permite que la temperatura de la unión del chip supere los 85 grados, y se recomienda controlar la temperatura de la superficie del chip para que sea inferior a 75 grados durante las pruebas a alta temperatura. Los componentes de la placa son básicamente de grado comercial, por lo que se recomienda que la temperatura interna del sistema no supere los 50 grados a temperatura ambiente. Se recomienda que la superficie de contacto con el cliente final sea inferior a 45 grados a temperatura ambiente. Elegir una lámina de silicona termoconductora con una conductividad térmica elevada permite cumplir con los requisitos de diseño y mantener cierto margen de seguridad.

Nota: Densidad de flujo de calor: se define como la cantidad de calor que atraviesa una sección transversal por unidad de área (1 metro cuadrado) por unidad de tiempo (1 segundo). La temperatura de la unión suele ser superior a la temperatura de la carcasa y a la de la superficie del dispositivo. La temperatura de la unión permite medir el tiempo necesario para la disipación del calor desde la oblea semiconductora hasta la carcasa del dispositivo y la resistencia térmica.

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