当导热垫片失效时,产品或者系统的其他部分也可能会受到严重损坏。往往是这些垫片破裂或者失效造成泄漏才能检查得到,因此我们常常忽视问题的根源,没有在初始设计导热垫片的时候就理清楚。
以下是一些可能导致导热垫片失效的常见原因。这些将根据垫片的具体用途以及制成垫片的材料而有所不同。
过热
虽然导热材料设计用于承受高温,但每种材料都有其适合的温度范围才能实现最佳功能。超过这些温度,即使是短时间,也足够让导热垫片失效,从而增加破裂和泄漏的风险。
选择正确类型的垫片材料,不仅能够承受典型温度,而且能够承受极端温度,对于防止故障发生至关重要。
压力
压力会对导热垫片产生额外的负担,尤其是在温度升高的情况下。一些垫片材料专门强化了其弹性功能,允许它们随着垫片一侧或两侧的压力变化而拉伸和收缩。导热垫片在设备运行过程中会发生严重变形,这是导致故障的另一个关键原因。
如何选择导热垫片?
一、基材的选择
常见的导热垫片的基材有两种高分子材料:有机硅、非硅。
应用最广泛的导热垫片就数有机硅导热垫片了, 其继承了有机硅良好的耐温性(-50℃~200℃),耐化学腐蚀等特性;但在长期使用中会释放硅油小分子,在一些场合,比如光学设备、高灵敏探头、高清摄像头等高端电子电器行业上使用受限。
相反,非硅导热垫片解决了有机硅导热垫片硅油小分子释放的问题,避免激光探头雾化,不会影响元器件,从而保证精密电子产品的稳定性,但是存在耐温性稍差等缺点。
二、导热率的选择
对于导热率的选择则需要结合应用环境和要求决定。
第一:看电子元器件的发热量。功率越高,发热量越大,需要散发的热量越大,因此需要导热垫片的导热率越高。
第二:看设计间隙厚度、期望降低的温度值和传热面积。根据傅里叶方程估算电子元器件的面积热阻,再结合不同导热率垫片的厚度-热阻曲线就可以决定所需产品的导热率了(厚度--热阻曲线中,两者基本呈线性关系,斜率是该垫片导热系数的倒数)。
三、结构的选择
常见导热垫片的结构类型有以下三种:
四、厚度的选择
导热垫片的厚度一般是根据电子元器件设计间隙宽度来选择,一般推荐压缩20%-50%厚度后接近间隙厚度的规格。比如间隙厚度为1.5mm,则可推荐2.0mm的产品,因为2.0mm的导热垫片压缩25%后和间隙厚度一致。这个厚度的产品既可以保证填满间隙,又不至于产生过大的应力。
产品的硬度对压缩性能影响很大,在物理强度保证的前提下,建议优先选择低硬度的产品。除了应力更小的原因,低硬度的垫片界面亲和性也更好,界面热阻更低。
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