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pads thermiques en silicone pour puces CPU/GPU

10/07/2024

Puce CPU/GPU coussinets thermiques en siliconejouent un rôle crucial dans la gestion de la chaleur générée par les processeurs modernes. En transférant efficacement la chaleur des CPU et des GPU vers Dissipateurs thermiques, cesmatériaux d'interface thermique contribuer à maintenir des températures de fonctionnement stables et à améliorer la fiabilité globale des appareils. À mesure que la puissance de calcul continue d'augmenter dans les centres de données, les systèmes de jeu et l'électronique grand public, coussinets thermiques en silicone sont devenus des composants essentiels pour un refroidissement efficace des puces.

La feuille de silicone thermoconductrice est un matériau conducteur thermique synthétisé par un procédé spécial à base de silicone et de divers matériaux auxiliaires tels que des oxydes métalliques. Dans l'industrie, elle est également appelée coussinet en silicone thermoconducteur, feuille de silicone thermoconductrice, coussinet thermoconducteur souple, joint en silicone thermoconducteur, etc. Elle est spécialement conçue pour la transmission de chaleur à travers les interstices. Elle permet de combler ces interstices et d'assurer la continuité de l'isolation thermique. ChauffageCe matériau assure le transfert de chaleur entre la partie chauffante et la partie dissipatrice. Il joue également un rôle d'isolation, d'absorption des chocs et d'étanchéité. Il répond aux exigences de miniaturisation et d'ultra-minceur des équipements. Facile à mettre en œuvre et à utiliser, il se décline dans une large gamme d'épaisseurs. C'est un excellent matériau de remplissage thermoconducteur.

Le processus de production de feuilles de silicone thermoconductrices comprend principalement les étapes suivantes : préparation des matières premières → plastification, mélange → moulage et vulcanisation → découpe et ébarbage → contrôle, etc.

Flux de processus :

1. Préparation des matières premières

La conductivité thermique du silicone organique ordinaire est généralement d'environ 0,2 W/m·K. Cependant, l'incorporation de charges thermoconductrices dans le silicone ordinaire permet d'améliorer sa conductivité thermique. Les charges thermoconductrices couramment utilisées sont les oxydes métalliques (tels que Al₂O₃, MgO, BeO, etc.) et les nitrures métalliques (tels que SiN, AlN, BN, etc.). La conductivité thermique de la charge dépend non seulement du matériau lui-même, mais aussi de la distribution granulométrique, de la morphologie, du contact interfacial et du degré de liaison au sein de ses molécules. De manière générale, les charges thermoconductrices fibreuses ou en feuillets présentent une meilleure conductivité thermique.

2. Plastification et mélange

La plastification et le mélange sont des procédés de transformation du silicone qui consistent à réduire, par des méthodes mécaniques ou chimiques, la masse moléculaire et la viscosité du caoutchouc brut afin d'améliorer sa plasticité et d'obtenir la fluidité appropriée pour les étapes de transformation ultérieures par mélange et moulage. Les matières premières destinées à la fabrication de feuilles de silicone thermoconductrices sont généralement broyées par agitation mécanique à grande vitesse. Après coloration et mélange, le silicone blanc laiteux se transforme en paillettes de différentes couleurs.

3. Moulage et vulcanisation

Pour fabriquer une feuille de silicone thermoconductrice souple, élastique et résistante à la traction, il est nécessaire d'utiliser un silicone organique ayant subi une seconde vulcanisation. La vulcanisation, ou durcissement, intervient après la première étape de chauffage et de mise en forme du silicone thermoconducteur liquide. Sa densité de réticulation est alors insuffisante. Une seconde vulcanisation est donc indispensable pour améliorer la résistance à la traction, la résilience, la dureté, le degré de gonflement, la densité et la stabilité thermique de la feuille. Cette seconde vulcanisation est bien plus performante qu'une première vulcanisation. Sans elle, les performances de la feuille obtenue peuvent être altérées, et il est impossible d'obtenir un produit optimal. Les paramètres du produit après une première vulcanisation diffèrent légèrement de ceux obtenus après une seconde vulcanisation, en fonction du procédé et des étapes de fabrication.

4. Élagage et découpe

Après traitement à haute température, la feuille de silicone thermoconductrice doit reposer et refroidir naturellement avant d'être découpée aux dimensions souhaitées. Tout refroidissement rapide est proscrit, sous peine d'altérer les performances du produit.

5. Inspection du produit fini

Les principaux éléments à contrôler pour les produits finis sont : la conductivité thermique, la plage de résistance à la température, la résistivité volumique, la résistance à la tension, la résistance à la flamme, la résistance à la traction, la dureté, l’épaisseur, etc.

Avantages de la feuille de silicone thermoconductrice

1. Le matériau est relativement souple, possède de bonnes performances de compression, une bonne conductivité thermique et de bonnes performances d'isolation, une plage d'épaisseur réglable relativement large, convient au remplissage des cavités et possède une adhérence naturelle des deux côtés, une grande facilité d'utilisation et d'entretien ;

2. Le principal objectif du choix des feuilles de silicone thermoconductrices est de réduire la résistance thermique de contact entre la surface de la source de chaleur et la surface de contact du dispositif de dissipation thermique. Les feuilles de silicone thermoconductrices permettent de combler efficacement les interstices de la surface de contact.

3. L'air étant un mauvais conducteur de chaleur, il entravera sérieusement le transfert de chaleur entre les surfaces de contact. L'installation de feuilles de silicone thermoconductrices entre la source de chaleur et le dissipateur thermique permet d'éliminer l'air de la surface de contact ;

4. Grâce à l'ajout de feuilles de silicone thermoconductrices, la surface de contact entre la source de chaleur et le dissipateur thermique est améliorée et assure un contact direct. La différence de température est ainsi minimale.

5. Le coefficient de conductivité thermique de la feuille de silicone thermoconductrice est ajustable, et la stabilité thermique est également meilleure ;

6. La feuille de silicone thermoconductrice peut combler la tolérance de processus de la structure et réduire les exigences de tolérance de processus du dissipateur thermique et de la structure de dissipation de chaleur ;

7. La feuille de silicone thermoconductrice possède des propriétés isolantes (cette caractéristique nécessite l'ajout de matériaux appropriés lors de la production) ;

8. La feuille de silicone thermoconductrice a un effet d'absorption des chocs et d'absorption acoustique ;

9. La feuille de silicone thermoconductrice est pratique pour l'installation, les tests et la réutilisation.

Domaines d'application des feuilles de silicone thermoconductrices

◆Utilisation dans l'industrie des LED

Une feuille de silicone thermoconductrice est utilisée entre le substrat en aluminium et le dissipateur thermique.

●Une feuille de silicone thermoconductrice est utilisée entre le substrat en aluminium et la coque

Industrie de l'alimentation électrique

Utilisé pour la conduction thermique entre le tube MOS, le transformateur (ou le condensateur/l'inductance PFC) et le dissipateur thermique ou le boîtier.

◆Industrie de la communication

●Conduction thermique et dissipation de la chaleur entre le circuit intégré de la carte mère et le dissipateur thermique ou le boîtier

●Conduction thermique et dissipation de la chaleur entre le circuit intégré CC-CC du décodeur et le boîtier

◆Application dans l'industrie de l'électronique automobile

Les applications de l'industrie électronique automobile (telles que les ballasts de lampes au xénon, les systèmes audio, les produits destinés aux voitures, etc.) peuvent toutes utiliser des feuilles de silicone thermoconductrices.

◆Application PDP/LED TV

Conduction thermique entre le circuit intégré de l'amplificateur de puissance, le circuit intégré du décodeur d'image et le dissipateur thermique (coque)

◆Industrie des appareils électroménagers

Four à micro-ondes/climatiseur (entre le circuit intégré de puissance du moteur du ventilateur et le boîtier)/plaque à induction (entre la thermistance et le dissipateur thermique)

Sélection de feuilles de silicone thermoconductrices

◆Sélection du coefficient de conductivité thermique

Le choix de la conductivité thermique dépend principalement de la consommation électrique de la source de chaleur et de la capacité de dissipation thermique du dissipateur ou de la structure de refroidissement. Généralement, les paramètres de température des puces sont relativement bas, ou bien elles sont sensibles à la température, ou encore la densité de flux thermique est relativement élevée (généralement supérieure à 0,6 W/cm³, un traitement de dissipation thermique est nécessaire ; inférieure à 0,04 W/cm², un traitement par convection naturelle suffit). Ces puces ou sources de chaleur nécessitent une dissipation thermique, et il est recommandé d'utiliser des feuilles de silicone thermoconductrices à conductivité thermique élevée.

L'industrie de l'électronique grand public interdit généralement que la température de jonction des puces dépasse 85 degrés. Il est également recommandé de maintenir la température de surface des puces en dessous de 75 degrés lors des tests à haute température. Les composants de la carte étant majoritairement de qualité commerciale, il est recommandé que la température interne du système ne dépasse pas 50 degrés à température ambiante. La surface de première exposition, c'est-à-dire la surface avec laquelle l'utilisateur final peut entrer en contact, doit être maintenue à une température inférieure à 45 degrés à température ambiante. Le choix d'une feuille de silicone thermoconductrice à conductivité thermique élevée permet de répondre aux exigences de conception tout en conservant une certaine marge de manœuvre.

Remarque : Densité de flux thermique : définie comme la quantité de chaleur traversant une section par unité de surface (1 m²) et par unité de temps (1 s). La température de jonction est généralement supérieure à la température du boîtier et à la température de surface du composant. Elle permet d’évaluer le temps de dissipation thermique de la plaquette de semi-conducteur vers le boîtier et la résistance thermique.

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