导热胶技术教程课件

导热胶基础教程导热胶基础教程导热胶基础教程1导热技术在电子行业的应用导热技术在电子行业的应用导热技术在电子行业的应用2内容内容为什么需要导热技术为什么需要导热技术热传导知识热传导知识导热工艺导热工艺传统工艺传统工艺-无粘结剂无粘结剂导热胶工艺导热胶工艺导热胶的固化和产品选择导热胶的固化和产品选择客户关心的问题客户关心的问题内容为什么需要导热技术3为什么需要导热技术为什么需要导热技术z线路板设计线路板设计y更小的元器件更小的元器件y更紧密的元器件排布空间更紧密的元器件排布空间y更强功能的元器件更强功能的元器件z工件的正常运作受温度的限制工件的正常运作受温度的限制z高温会导致材料电阻率的升高高温会导致材料电阻率的升高y降低元器件的工作效率降低元器件的工作效率z工作在高温状态会缩短工件的使用寿命工作在高温状态会缩短工件的使用寿命为什么需要导热技术线路板设计4热传导知识热传导知识z热传导的途径热传导的途径y对流传导对流传导y接触传导接触传导 y辐射传导辐射传导z通过散热片的接触传导使电子元器件有效通过散热片的接触传导使电子元器件有效散热是最通用的导热技术散热是最通用的导热技术热传导知识热传导的途径5热传导知识热传导知识z影响热传导的因素影响热传导的因素:y温度差温度差y接触表面积接触表面积y导热介质厚度导热介质厚度y导热系数导热系数 PC BoardHeat SlugThermal GreaseThermal PlateThermal GreaseHeatsink or Heatsink Fan AssemblyPENTIUM CLASS PROCESSOR300 MHz43 WattsSilicon DieBGA PackageSYSTEM INTEGRATORPROCESSORMANUFACTURERExample Thermal Analysis Diagram热传导知识影响热传导的因素:PC BoardHeat Slu6热传导知识热传导知识z导热系数的单位导热系数的单位:y公制单位公制单位:W/m-oC 或或 W/m-oKy英制单位英制单位:BTU-in/hr-ft2-oF热传导知识导热系数的单位:7热传导知识热传导知识z常见材料的导热系数常见材料的导热系数(W/m-K)y空气空气 0.024y水水0.556yPVC塑料塑料0.14y铝铝204y银银419热传导知识常见材料的导热系数(W/m-K)8传统工艺传统工艺-无粘结剂无粘结剂 z机械紧固机械紧固z应用导热油脂的机械紧固应用导热油脂的机械紧固z应用导热垫片的机械紧固应用导热垫片的机械紧固z有粘结性能的导热垫片有粘结性能的导热垫片传统工艺-无粘结剂 机械紧固9机械紧固机械紧固卡子卡子螺栓螺栓机械紧固卡子螺栓10机械紧固机械紧固z优点优点y快速快速y安装简便安装简便z局限局限y有气穴存在有气穴存在y无电气绝缘无电气绝缘y有松动的危险有松动的危险y零件需要库存零件需要库存y难以自动化难以自动化y装配工序繁复装配工序繁复机械紧固优点局限11导热油脂导热油脂与机械紧固相比与机械紧固相比增加了导热油脂增加了导热油脂其流动特性影响可靠性其流动特性影响可靠性!导热油脂与机械紧固相比12导热油脂导热油脂z优点优点y消除了气穴的产生消除了气穴的产生z局限局限y需要机械紧固配合需要机械紧固配合使用使用y油脂存在污染的危油脂存在污染的危险险y油脂受热易流淌油脂受热易流淌y电气绝缘性能差电气绝缘性能差导热油脂优点局限13导热垫片导热垫片与机械紧固相比与机械紧固相比,增加了垫片增加了垫片.因为其规格特定因为其规格特定,难以实现自动化难以实现自动化,并需要额外库存并需要额外库存!导热垫片与机械紧固相比,增加了垫片.14导热垫片导热垫片z导热垫片的组成导热垫片的组成y 硅橡胶硅橡胶y 玻璃纤维颗粒玻璃纤维颗粒y 导热填充料导热填充料 x铝铝x氮化硼氮化硼z配合使用压敏胶或机械紧固进行安装配合使用压敏胶或机械紧固进行安装z导热系数为导热系数为:0.9-2.0 W/m oK导热垫片导热垫片的组成15导热垫片导热垫片z优点优点y电气绝缘性能好电气绝缘性能好y快速快速y无移动危险无移动危险z局限局限y每个工件的垫片尺寸每个工件的垫片尺寸是独特的是独特的y垫片需要库存垫片需要库存y紧固力矩要求严格紧固力矩要求严格y压力设置或应用误差压力设置或应用误差会导致气穴的产生会导致气穴的产生y难以实现自动化难以实现自动化导热垫片优点局限16 导热胶工艺导热胶工艺 导热胶工艺17导热胶工艺导热胶工艺z导热胶工艺导热胶工艺:用粘结剂粘结发热元件和散热用粘结剂粘结发热元件和散热片，既能达到粘结的目的，又能导热，同片，既能达到粘结的目的，又能导热，同时还能绝缘时还能绝缘。z粘结剂的种类粘结剂的种类,导热填料的类型导热填料的类型,固化方式固化方式可以根据特定的应用进行选择可以根据特定的应用进行选择.导热胶工艺导热胶工艺:用粘结剂粘结发热元件和散热片，既能达到18导热胶工艺导热胶工艺z优点优点y无气穴存在无气穴存在y电气绝缘性能佳电气绝缘性能佳y不移动不移动y不松动不松动y可进行自动涂胶可进行自动涂胶y减少库存减少库存z局限局限y必须要固化必须要固化y胶存在有效期的限胶存在有效期的限制制y一定的施胶工艺一定的施胶工艺导热胶工艺优点局限19粘结剂固化方式粘结剂固化方式z加速剂固化加速剂固化:快速达到固化强度快速达到固化强度,15mils固化厚度固化厚度z紫外光固化紫外光固化:快速定位的需求快速定位的需求,10秒定位秒定位(150 mW/cm2 365 nm)z紫外光紫外光+加速剂固化加速剂固化:快速固化快速固化z热固化热固化:固化时间需数小时固化时间需数小时,固化充分固化充分 z加速剂加速剂+紫外光紫外光+热固化热固化:快速固化流程快速固化流程z双组份固化双组份固化:需要混合需要混合,固化时间需数小时固化时间需数小时粘结剂固化方式加速剂固化:快速达到固化强度,15mils20加速剂固化加速剂固化z优点优点y快速固化快速固化(一般一般2-5分钟分钟)y无需混合无需混合y有效期长有效期长z局限局限y固化深度固化深度(0.015”)y加速剂溶剂危害加速剂溶剂危害y无溶剂型加速剂的涂敷无溶剂型加速剂的涂敷加速剂固化优点局限21紫外光固化紫外光固化z优点优点y高速定位高速定位(10秒秒)y易实现自动化易实现自动化z局限局限y阴影部分难以固化阴影部分难以固化y设备投资设备投资y可能使塑料变色或变型可能使塑料变色或变型紫外光固化优点局限22热固化热固化z优点优点y简便简便y易实现自动化易实现自动化y确保固化充分确保固化充分z局限局限y相对较长的固化时间相对较长的固化时间(15-30分钟分钟)y温度曲线的控制温度曲线的控制y粘结剂在固化前可能流粘结剂在固化前可能流淌淌y固化炉占空间固化炉占空间y能耗高能耗高y流程控制流程控制y高温可能损坏基材高温可能损坏基材热固化优点局限23双组份固化双组份固化z优点优点y有效期长有效期长y固化充分固化充分z局限局限y相对较长的固化时间相对较长的固化时间 (15-30分钟分钟)y必须混合必须混合x设备维护保养设备维护保养x报废较多报废较多y准确的混合比例准确的混合比例y有工作时间限制有工作时间限制双组份固化优点局限24导热胶的类型导热胶的类型z丙烯酸酯丙烯酸酯(AR)z聚氨酯聚氨酯 (UR)z硅酮胶硅酮胶 (SR)z环氧树脂环氧树脂(ER)z可以填充同类的导热填料可以填充同类的导热填料,绝缘填料绝缘填料z可以形成热固化组份可以形成热固化组份z可以根据单体的不同而具备可以根据单体的不同而具备不同的特性不同的特性导热胶的类型丙烯酸酯(AR)可以填充同类的导热填料,绝缘填25丙烯酸酯粘结剂丙烯酸酯粘结剂 丙烯酸酯丙烯酸酯/聚氨酯聚氨酯c.玻璃化温度玻璃化温度(Tg),60Cb.加速剂加速剂/热固化热固化,易自动涂胶易自动涂胶,产品有效期长产品有效期长a.单组份系统单组份系统d.剪切强度高剪切强度高 1000 psiOUTPUT31538338431513870387138723873AR44444AR/UR444UV(fixture)4444Heat Cure(Accelerate)44444444Activator Cure73874444丙烯酸酯粘结剂 丙烯酸酯/聚氨酯c.玻璃化温度(Tg26丙烯酸酯粘结剂丙烯酸酯粘结剂z优点优点y对多种基材粘结力佳对多种基材粘结力佳y内聚力高内聚力高y模量范围广模量范围广y耐碳氢化合物的影响耐碳氢化合物的影响z局限局限y耐高温极限为耐高温极限为300oFy大部分是高模量材料大部分是高模量材料y自由基固化会受到氧气自由基固化会受到氧气抑制作用抑制作用丙烯酸酯粘结剂优点局限27丙烯酸酯粘结剂典型应用丙烯酸酯粘结剂典型应用BGA与散热片与散热片针状排列与散热片针状排列与散热片晶体管与散热片晶体管与散热片丙烯酸酯粘结剂典型应用BGA与散热片针状排列与散热片晶体管与28紫外紫外/热固化丙烯酸酯典型应用热固化丙烯酸酯典型应用高产量应用高产量应用:晶体管与散热片粘结晶体管与散热片粘结紫外/热固化丙烯酸酯典型应用高产量应用:晶体管与散热片粘结29环氧树脂粘结剂环氧树脂粘结剂3860,3861,3862a.双组份混合双组份混合-适配期较长适配期较长b.3860,1 hr 65C3861,2 hrs 100C3862,2 hrs 100Cc.剪切强度高剪切强度高,Al-Al(1 ksi)d.玻璃化温度玻璃化温度(Tg)高高,60Ce.导热系数导热系数 1.2 W/m-K环氧树脂粘结剂3860,3861,3862a.双组份混30环氧树脂粘结剂环氧树脂粘结剂z优点优点y对大部分材料粘结对大部分材料粘结强度高强度高y内聚力高内聚力高y收缩率低收缩率低y耐热和耐化学性能耐热和耐化学性能佳佳y玻璃化温度玻璃化温度(Tg)高高z局限局限y对塑料材料粘结力对塑料材料粘结力不强不强y大不份很脆大不份很脆y固化时间长固化时间长y固化工艺麻烦固化工艺麻烦y卤素含量高卤素含量高环氧树脂粘结剂优点局限31环氧树脂粘结剂典型应用环氧树脂粘结剂典型应用倒装芯片倒装芯片灌封灌封环氧树脂粘结剂典型应用倒装芯片灌封32硅酮胶硅酮胶5403 and 5404a.单组份单组份b.热固化热固化,150C*10分钟分钟c.抗热循环性能佳抗热循环性能佳-40C 至至 150Cd.玻璃化温度玻璃化温度(Tg)低低,导热油关心的问题导热性能40关心的问题关心的问题z导热性能z强度x可维修强度类/拉剪强度=6.9MPax高强度类/拉剪强度=17.2MPa关心的问题导热性能41关心的问题关心的问题z导热性能z强度z耐冲击振动能力x耐冲击强度ft-lb5关心的问题导热性能42关心的问题关心的问题z导热性能z强度z耐冲击振动能力z绝缘强度-耐电压值x1mm厚胶层，耐电压值27000伏关心的问题导热性能43关心的问题关心的问题z导热性能z强度z耐冲击振动能力z绝缘强度-耐电压值z维修方法x用热风吹后，强度会下降，再用工具撬除关心的问题导热性能44关心的问题关心的问题z导热性能z强度z耐冲击振动能力z绝缘强度-耐电压值z维修方法z保存和使用寿命x38 C保存，9个月有效期关心的问题导热性能45关心的问题关心的问题z导热性能z强度z耐冲击振动能力z绝缘强度-耐电压值z维修方法z保存和使用寿命z如何使用关心的问题导热性能46典型装配典型装配典型装配47典型装配典型装配 促进剂固化型丙烯酸树脂促进剂涂敷在一个表面胶涂敷在另一表面两表面装配23分钟固定完全固化 4 12 小时边缘24小时脱黏典型装配 促进剂固化型丙烯酸树脂48工艺工艺1:无粘结剂无粘结剂z1 支撑条z1 橡胶密封圈z3 螺母/螺栓z1 导热薄膜工艺1:无粘结剂1 支撑条49工艺工艺 2:无粘结剂无粘结剂z1 卡子轨道z1 导热垫片z2 螺丝工艺 2:无粘结剂1 卡子轨道50工艺工艺 3:导热粘结剂导热粘结剂z只用胶z紫外光初固z热固化工艺 3:导热粘结剂只用胶51成本比较成本比较在在PCB板上安装动力元件和散热片板上安装动力元件和散热片 传统方法传统方法 导热胶导热胶 人工装配时间(s)56 35 相应装配成本 0.78 0.48 相应材料成本 2个螺钉 涂两次导热胶 2个垫片 涂两次促进剂 2个绝缘衬垫 1个绝缘片 2个锁紧垫片/垫片 2个螺母/锁紧螺母 总计：1.00 0.01 _ 总计相应成本 1.78 0.49成本比较在PCB板上安装动力元件和散热片 52Question and AnswerQuestion and Answer53