【经验】如何为芯片与壳体之间散热选择一款合适的导热垫片?

2018-11-30 世强
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为改善芯片与壳体间的散热能力,更大程度上降低芯片表面的温度,一般需要在芯片表面与壳体间加一填充的高导热垫片做热传递处理,那么,如何选择一款合适的导热垫片呢?一般需要考虑以下几个因素:

1、 高导热系数

2、 低热阻

3、 是否需要压缩量?

4、 尺寸

5、 是否需要带胶?

6、 是否需要绝缘?

7、 成本

 

下面以某轨道交通门机驱动器控制板举例说明,在控制板上运算处理芯片(32位DSP)与壳体间,需要一款低成本、高导热、需要一定压缩量、最终芯片和壳体间距1.4mm、双面带胶、无需绝缘的25mm*100mm导热垫片。

根据如上的设计需求,可推荐LAIRD(莱尔德)Tflex™ HD300系列导热垫片,型号为Tflex HD360,可满足设计需求,该导热垫片颜色为粉色,实物图参考如下图1所示。

图1:LAIRD(莱尔德)Tflex HD360导热垫片实物图

LAIRD(莱尔德)Tflex HD360导热垫片采用陶瓷填充硅片工艺,颜色为粉色,厚度为1.5mm,可压缩,双面带胶,导热系数为2.7W/mK,热阻典型值0.573°C–in2/W(@10psi,40mil),宽工作温度范围-40℃~200℃,防火等级通过UL94V-0最高级测试认证,典型性能参数参考如下图2所示。

图2:LAIRD(莱尔德)Tflex HD360导热垫片典型性能参数对照表

那么,Laird(莱尔德)Tflex HD360导热垫片的厚度和型号的定义关系是什么样的呢?

HD3xxx表示Tflex HD300产品线厚度以mil为单位 (0.001"),1mil=0.0254mm(换算公式)。

u  Tflex HD340,厚度=40mil=40x0.0254mm=1mm;

u  Tflex HD360,厚度=60mil=60x0.0254mm=1.5mm;

u  Tflex HD380,厚度=80mil=80x0.0254mm=2mm;

u  Tflex HD3100,厚度=100mil=100x0.0254mm=2.5mm;

故,Tflex HD360导热垫片的厚度是1.5mm。


Tflex HD360导热垫片在不同压力下的形变与热阻是什么样的呢?参考如下图3所示中的绿色曲线。

图3:LAIRD(莱尔德)Tflex HD360导热垫片在不同压力条件下的形变量和热阻关系图 

通过如上图示易知:

从10psi压力逐渐增加到100psi压力时,Tflex HD360导热垫片的压缩量随着压力的增加,压缩量会逐渐增加,压缩量最高变化率约45%(25%→70%);而Tflex HD360导热垫片的热阻随着压力的增加,热阻会逐渐减少,热阻在100psi时低至约0.28°C–in2/W。

下面,再提供下LAIRD(莱尔德)Tflex HD360导热垫片使用指引,参考如下图4所示。

1、 将导热垫片的一面透明保护膜撕除,注意尽可能接近180°角度沿着一个方向匀速撕除;

2、 折叠模切间隙填充物,从角落推动间隙填充物使其与透明保护膜分离;

3、 从透明保护膜剥离小块导热垫片并将其放置在所需的芯片表面上;

4、 避免灰尘和碎片污染表面。

图4:LAIRD(莱尔德)Tflex HD360导热垫片使用指引

LAIRD(莱尔德)Tflex HD360导热垫片材料的竞争优势:

1、高导热系数:达2.7W/mK,相比空气(0.031 W/mK@100℃下),提升87倍,更有利于热传导。

2、低热阻:典型热阻低至0.573°C–in2/W@10psi40mils),受压力时,热阻更低,更利于传热。

3、宽工作温度范围:-40~200

4、防火等级通过UL94V-0最高级测试认证,具备高安全性。

5、具有低成本特性

6、支持定制化尺寸服务

7LAIRD(莱尔德)Tflex™ HD300系列为双面粘性材料,不过有单面粘性材料可选,在尾缀上加上DC1,如Tflex™ HD3100DC1厚度2.5mm、单面粘性导热垫片,选择性灵活。

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