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Almohadillas térmicas de silicona para chips de CPU/GPU

10/07/2024

chip CPU/GPU almohadillas térmicas de siliconadesempeñan un papel crucial en la gestión del calor generado por los procesadores modernos. Al transferir eficientemente el calor de las CPU y las GPU a disipadores de calor, estosmateriales de interfaz térmica ayudan a mantener temperaturas de funcionamiento estables y a mejorar la fiabilidad general del dispositivo. A medida que la potencia informática sigue aumentando en los centros de datos, los sistemas de juegos y la electrónica de consumo, almohadillas térmicas de silicona Se han convertido en componentes esenciales para una refrigeración eficaz de los chips.

La lámina de silicona termoconductora es un tipo de material conductor térmico sintetizado mediante un proceso especial con silicona como material base y diversos materiales auxiliares como óxidos metálicos. En la industria, también se le conoce como almohadilla de silicona termoconductora, lámina de silicona termoconductora, almohadilla termoconductora blanda, junta de silicona termoconductora, etc. Se produce especialmente para el diseño de transferencia de calor a través de huecos. Puede rellenar los huecos y completar la Calor TrTransfiere calor entre la parte calefactora y la disipadora. Al mismo tiempo, cumple funciones de aislamiento, absorción de impactos y sellado. Cumple con los requisitos de diseño de miniaturización y ultrafinura de los equipos. Es altamente procesable y utilizable, y se adapta a una amplia gama de espesores. Es un excelente material de relleno termoconductor.

El proceso de producción de láminas de silicona termoconductoras 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 los óxidos metálicos (como Al₂O₃, MgO, BeO, etc.) y los 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 en forma de lámina presentan una mejor conductividad térmica.

2. Plastificación y mezcla

La plastificación y la mezcla son procesos en el procesamiento de 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 termoconductora 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

Si se desea 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 puede denominarse curado. Tras calentar y formar la silicona termoconductora líquida en la primera etapa, su densidad de reticulación resulta insuficiente. Por lo tanto, requiere una vulcanización adicional para aumentar la resistencia a la tracción, la elasticidad, la dureza, el grado de hinchamiento, la densidad y la estabilidad térmica de la lámina. Este proceso ofrece mejores resultados que la vulcanización primaria. Si no se realiza la vulcanización secundaria, el rendimiento de la lámina de silicona termoconductora obtenida puede verse afectado, impidiendo la obtención de un producto con un rendimiento óptimo. Los parámetros del producto tras la vulcanización primaria no son exactamente iguales a los de la vulcanización secundaria, lo cual depende del proceso y los pasos específicos del mismo.

4. Recortar y cortar

Tras el tratamiento térmico a alta temperatura, la lámina de silicona termoconductora debe reposar durante un tiempo y enfriarse naturalmente antes de cortarla en diferentes tamaños y especificaciones. No se deben utilizar otros métodos de enfriamiento rápido, ya que esto afectaría 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 a la tensión, resistencia 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 rendimiento de aislamiento, un rango de espesor ajustable relativamente grande, adecuado para rellenar cavidades, y tiene adherencia natural en ambos lados, fuerte operatividad y facilidad de mantenimiento;

2. El objetivo principal de seleccionar láminas de silicona térmicamente conductoras 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 térmicamente conductoras 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. Instalar láminas de silicona térmicamente conductoras 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 térmicamente conductoras, la superficie de contacto entre la fuente de calor y el disipador de calor puede ser mejor y estar en contacto completo, y se puede lograr un contacto cara a cara. La reacción de temperatura puede lograr 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 térmicamente conductora puede salvar la tolerancia del proceso de la estructura y reducir los requisitos de tolerancia del proceso del disipador de calor y 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 efecto de absorción de impactos y de sonido;

9. La lámina de silicona termoconductora es práctica para su instalación, prueba y reutilización.

Campos de aplicación de las láminas de silicona termoconductoras

◆Uso en la industria 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 del suministro de energía

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

◆Industria 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 de la electrónica automotriz

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

◆Aplicación para televisores PDP/LED

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

◆Industria de electrodomésticos

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

Selección de láminas de silicona termoconductoras

◆Selección del coeficiente de conductividad térmica

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

La industria de la electrónica de consumo generalmente no permite que la temperatura de la unión del chip supere los 85 grados, y también se recomienda controlar la superficie del chip para que no supere los 75 grados durante las pruebas de 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 primera exposición, o la superficie con la que el cliente final puede entrar en contacto, esté por debajo de los 45 grados a temperatura ambiente. Elegir una lámina de silicona termoconductora con una conductividad térmica más alta puede cumplir con los requisitos de diseño y mantener cierto margen de diseño.

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 temperatura de la superficie del dispositivo. La temperatura de la unión permite medir el tiempo necesario para la disipación de calor desde la oblea semiconductora hasta la carcasa del dispositivo y la resistencia térmica.

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