基础材料┃专家谈导热硅脂和导热硅胶的制备与应用

康達科技集團(Qanta Group), 是全球领先的有机硅解决方案供应商之一,致力于提供个性化的有机硅解决方案。其拥有从金属硅到特种有机硅材料的全方位产品供应链。主要業務為特用化學品技術及特殊SILICONE與複合材料相關應用制程技術材料開發、設計、銷售。目前已有18年以上历史,与全球500强企业有合作销售经验,是一家集科研,开发,生产及销售为一体的国家级高新技术企业,拥有国际化品质,技术和管理及提供一条龙Silicone 材料应用整合。公司拥有广泛的销售和研发网络,可提供有利于未来可持续发展的创新技术和基于市场需求的解决方案

主要经营产品包括沉淀胶、气相胶、导电胶、阻燃胶、耐高温胶、绝缘子胶、出油胶、LSR液态射出型硅橡胶、自粘选择性接着液态射出胶、有机硅改质剂、硫化剂、脱模剂、发泡剂等。康达科技集团有机硅事业部二部经营产品专业应用在特殊塗布、延压、㨈出、射出、模压等硅膠制品行业。

产品广泛应用在在按键、密封圈、挤出管、胶辊、垫片、导电黑粒、阳极帽、电线电缆、绝缘子、自润滑油封、耐热、防火、运动器材和医疗保健等硅胶产品,为多数国际知名企业采用。

 

导热硅脂的定义

 

   导热硅脂也被称为硅膏,是一种油脂状的,没有粘接性能,不会干固,是采用特殊配方生产,使用导热性和绝缘性良好的金属氧化物与有机硅氧烷复合而成。产品具有良好的导热性,良好的电绝缘性,较宽的使用温度(工作温度 -60℃ ~ 300℃),很好的使用稳定性,较低的稠度和良好的施工性能,本品无毒、无腐蚀、无味、不干、不溶解。 硅脂为润滑用,可在高负荷下应用,外观类似大黄油,我们一般接触比较少。

而我们通常所说的导热硅脂,应该被称为硅膏,成分为硅油+填料。填料为磨得很细的粉末,成份为ZnO/Al2O3/氮化硼/碳化硅/铝粉等。硅油保证了一定的流动性,而填料填充了CPU和散热器之间的微小空隙,保证了导热性。而由于硅油对温度敏感性低,低温不变稠,高温下也不会变稀,而且不挥发,所以能够使用比较长时间。现在某些导热硅脂使用银粉或铝粉作为填料,是利用了金属的高导热性。

 

导热硅脂是一种高导热绝缘有机硅材料,几乎永远不固化,可在-50-+230℃的温度下长期保持使用时的脂膏状态。既具有优异的电绝缘性,又有优异的导热性,同时具有低游离度(趋向于零),耐高低温、耐水、臭氧、耐气候老化。它可广泛涂覆于各种电子产品,电器设备中的发热体 (功率管、可控硅、电热堆等)与散热设施(散热片、散热条、壳体等)之间的接触面,起传热媒介作用和防潮、防尘、防腐蚀、防震等性能。适用于微波通讯、微波传输设备、微波专用电源、稳压电源等各种微波器件的表面涂覆或整体灌封,此类硅材料对产生热的电子元件,提供了极佳的导热效果。如:晶体管、CPU组装、热敏电阻、温度传感器、汽车电子零部件、汽车冰箱、电源模块、打印机头等。

 

应用范围

 

导热硅脂是用来填充CPU与散热片之间的空隙的材料的一种,这种材料又称之为热界面材料。其作用是用来向散热片传导CPU散发出来的热量,使CPU温度保持在一个可以稳定工作的水平,防止CPU因为散热不良而损毁,并延长使用寿命。

 

在散热与导热应用中,即使是表面非常光洁的两个平面在相互接触时都会有空隙出现,这些空隙中的空气是热的不良导体,会阻碍热量向散热片的传导。而导热硅脂就是一种可以填充这些空隙,使热量的传导更加顺畅迅速的材料。

 

市面上的硅脂有很多种类型,不同的参数和物理特性决定了不同的用途。例如有的适用于CPU导热,有的适用于内存导热,有的适用于电源导热。

 

导热硅脂的液体部分是由硅胶和硅油组成,市场上大部分的产品是用二甲基硅油为原料,而二甲基硅油的沸点是在140°C180°C之间,容易产生挥发,出现渗油现象,线路板上会留有油脂痕迹。油脂脱离现象会使客户感觉硅脂干了。

 

导热硅脂既具有优异的电绝缘性,又有优异的导热性,同时具有低油离度(趋向于零),耐高低温、耐水、臭氧、耐气候老化。并且几乎永远不固化,可在-50-+230℃的温度下长期保持使用时的脂膏状态。是电子元器件理想的填隙导热介质。

 

  选对导热硅脂,提升散热效果

 

散热器作为散热环节中重要的组成部分,看似无所谓的导热硅脂其实在整个散热过程中扮演着非常重要的角色。选择合适的导热硅脂,对提升元器件的散热效果有很大的帮助!

 

想提升元器件的散热性能靠什么?散热器本身的性能?没错,但是你考虑过其他方面会对散热带来的影响么?导热硅脂!我们要说的就是导热硅脂,每个人都知道如何正确的去涂抹导热硅脂,如何增大散热器和CPU的贴合程度来提高散热效果。但是,当我们面对那些颜色、类型不同的导热硅脂时,有没有想过,只要选对合适的硅脂,不仅会对提升散热能力有一定的帮助,而且也会带来不错的静音效果。更为重要的是,可以为我们省下一笔升级散热器的费用。

 

由于导热硅脂的不会凝固、导热能力强、价格便宜等特点,让其已经成为了当下DIY市场上的主流产品。大多数导热硅脂是由硅油+填充物组成的,由于填充物的不同,使得硅脂有多种颜色。而导热硅胶通常用于低端显卡等设备上,有些膏状硅胶凝固之后,很难再被取下,并不适用于在民用CPU上使用,其导热能力要比导热硅脂差,凝固后很难将散热器取下,不便于玩家的日常清理及升级,所以玩家们使用时通常用的是导热硅脂。

 

对于导热硅脂来说,其性能参数并不比一款机箱少多少。对于普通玩家来说,我们只要看重其导热系数和传热系数两个主要参数即可。

 

导热硅脂目前市面上常见的有白色、灰色两种颜色的产品。顾名思义,导热硅脂的主要成分为硅油,其特点为特性稳定,耐高温和低温,并且不会出现变稠和变稀的情况出现,加上不易发挥、价格便宜等特点,让其成为目前主流的热传导介质。

 

▶  白色导热硅脂

 

白色的导热硅脂成分主要为硅油,添加物相对来说也比较少,在导热能力上较弱,所以价格非常便宜,在一些低端显卡上我们经常可以看到它的影子。不过随着目前硬件对散热需求的增加,这种白色导热硅脂已经逐渐退出市场。

 

▶  灰色导热硅脂

 

灰色的导热硅脂由于内部添加物较多,所以颜色相对要深一些。大部分灰色硅脂内部的填充物为石墨、铝粉。不过由于金属粉末具备一定的导电性,如果溢出的话会对硬件造成损害,所以目前有些导热硅脂使用较高绝缘度的金属氧化物来代替金属粉末,让玩家不必再为导电性而发愁。为了进一步提高导热硅脂的导热能力,目前一些厂商还会在硅脂中添加一定比例的银粉。

 

  导热硅脂应用于电脑处理器散热的神奇功效

 

对于电脑来说,是一个非常夸张且复杂的电子系统,他会发出很高的热量,如果没有导热硅脂,甚至当你在玩大型3D游戏的时候,你的四核处理器会撑不过1个小时就死机了。导热硅脂真的这么神奇么?

 

像是Corei7这样的处理器,Intel在广告里花言巧语的宣称,他们的性能多么的强大,但是他们的功耗又如此的低廉。事实上呢,一颗Corei7处理器的TDP会高达130W,他们会在一个非常小的面积上,非常集中的发散出巨大的热量,我们需要通过CPU散热器,把它发散出来的热量快速的带走。由此,导热硅脂就成为了处理器顶盖与散热器之间,热量交换传导的纽带。

 

也许你可能盲目的认为,无论是处理器还是散热器,他们的表面都足够光滑,但是如果你在显微镜下观察的话,你就会发现他们的表面并不像是你看到的那么平整,各种沟槽和表面起伏都会严重影响到散热传导的效率。细小的沟槽和突起,使得他们的表面并不能完美的贴在一起,因此在这些缝隙之间就会存有空气。而空气算不良的导热材料,随着处理器的工作与发热,这些细缝中的空气也会膨胀,由此处理器与散热器之间的缝隙就会进一步扩大。

 

不过现在我们有了一个救星,那就是导热硅脂。它可以填补处理器与散热器表面之间的空隙与沟壑,处理器与散热器表面无缝贴合,这样就极大的增加了热传导的面积,增加了换热的效率。

 

导热硅脂是糊状的,通常会采用小袋、管子、瓶子、或者是注射器来承载。一些低端的导热硅脂都是以硅为基础的油脂,通常他们都是白色的粘稠状的混合物,他们可以很好的填补处理器和散热器之间的细缝;而品质较好一些的导热硅脂一般是灰色的粘稠状的混合物。

 

在涂抹导热硅脂的时候,一定不能贪多。经过长时间的实践,只要少量的导热硅脂,就可以发挥极大的作用,米粒大小的导热硅脂足以保证处理器和散热器之间高效换热。对于较旧或者是移动型处理器,如Athlon XPPentium III这样处理器核心暴露在外的,导热硅脂的用量则要更少。

 

一旦你已经将导热硅脂涂抹在处理器表面时,下面你就可以将它们延展开来。此时你需要准备一个塑料薄膜,拉伸薄膜,将它套在食指上,然后你必须使用较小的压力,推动导热硅脂在你处理器的各种纹路上延展开来,填平所有细小的缝隙和沟壑。在此时你必须小心谨慎,不能给处理器施加太大压力,否则如果用力过猛,你的处理器引脚肯能发生弯曲。

 

另外还要记得,当你涂抹导热硅脂的时候,一定要让他们的密度保持一致。也许有些导热硅脂在长期的存放时,它的密度会出现不均匀的情况。你就要用你敏感的手指,将这些较大的颗粒都一一找出来,同时你也可以通过观察处理器表面导热硅脂的颜色来判定,颜色如果不一致的话,那导热硅脂涂抹的厚度也不尽相同。

 

大多数人在涂抹导热硅脂的时候,还有一个较大的误区需要注意:很多人在涂抹完导热硅脂后,会立刻将散热器装在处理器上,这是不科学的,即使是一般的导热硅脂也需要一定的时间定型凝固。

 

导热软片是用于填充发热器件和散热片或金属底座之间的空气间隙的一种导热介质材料,它们的柔性、弹性特征使其能够用于覆盖非常不平整的表面。热量从分离器件或整个PCB传导到金属外壳或扩散板上,从而能提高发热电子组件的效率和使用寿命。

 

 

 

 影响导热硅脂产品性能的七大关键参数

 

自从导热硅脂面世以来,就颇受市场的欢迎,它能更好地解决一些电子元器件的散热问题。而作为一种化学物质,导热硅脂也有着一些反映自身特性的相关性能参数,了解这些参数的含义,大体上可以有助于购买者、使用者判断一款导热硅脂产品的性能高低。

下面为大家介绍影响导热硅脂产品性能的七大关键参数:

 

1)导热系数 Thermal Conductivity

导热系数是指在稳定传热条件下,1m厚的材料,两侧表面的温差为1度(K,℃),在1秒钟内(1S),通过1平方米面积传递的热量,单位为W/m·K(此处为K可用℃代替)。

 

2)热传导系数 Thermal Conductance

传热系数以往称总传热系数。国家现行标准规范统一定名为传热系数。传热系数K值,是指在稳定传热条件下,围护结构两侧空气温差为1度(K,℃),1s内通过1平方米面积传递的热量,单位是W/㎡·K(此处K可用℃代替)。

 

3)热阻系数 Thermal Resistance

热阻系数表示物体对热量传导的阻碍效果。热阻的概念与电阻非常类似,单位也与之相仿(/W),即物体持续传热功率为1W时,导热路径两端的温差。热阻显然是越低越好,因为相同的环境温度与导热功率下,热阻越低,发热物体的温度就越低。热阻的大小与导热硅脂所采用的材料有很大的关系。

 

4)介电常数

对于部分没有金属顶盖保护的CPU而言,介电常数是个非常重要的参数,这关系到计算机内部是否存在短路的问题。普通导热硅脂所采用的都是绝缘性较好的材料,但是部分特殊硅脂(如含银硅脂等)则可能有一定的导电性。现在许多CPU都加装了用于导热和保护的金属顶盖,因此不必担心导热硅脂溢出而带来的短路问题。

5)黏度 Viscosity

黏度是将两块面积为1m²的板浸于液体中,两板距离为1米,若加1N的切应力,使两板之间的相对速率为1m/s,则此液体的黏度为1Pa.s。将流动着的液体看作许多相互平行移动的液层,各层速度不同,形成速度梯度(dv/dx),这是流动的基本特征。由于速度梯度的存在,流动较慢的液层阻滞较快液层的流动,因此,液体产生运动阻力。为使液层维持一定的速度梯度运动,必须对液层施加一个与阻力相反的反向力。

 

6)工作温度

工作温度是确保导热材料处于固态或液态的一个重要参数,温度过高,导热材料会因转化为液体;温度过低,它又会因黏稠度增加变成固态,这两种情况都不利于散热。导热硅脂的工作温度一般在-50℃~230℃。对于导热硅脂的工作温度,我们不用担心,毕竟通过常规手段很难将CPU的温度超出这个范围。

 

7)油离度

油离度是指产品在200℃下保持24小时后硅油析出量,是评价产品耐热性和稳定性的指标。将硅脂涂敷在白纸上观察,会看到渗油现象,油离度高的,分油现象明显;或打开长期放置装有硅脂的容器,油离度大的硅脂,在硅脂表面或容器四周看见明显的分油现象。

 

以上七大参数基本涵盖导热硅脂的性能说明,也是主要参考导热硅脂的好坏,因此我们在使用的时候最好能把这些参数了解清楚,才能更好地把握产品的运行性能。

 

 

 

  如何区别导热硅脂与导热硅胶

 

很多用户经常会分不清导热硅脂和导热硅胶到底有什么区别,在购买时不知该如何选择,很容易把硅脂和硅胶弄混淆。硅脂和硅胶虽然只是在字面上差一个字,而且都是导热材料,不过它们的特性还是有比较大的差别的,万一使用不当,后果可是很严重的。

 

导热硅脂

导热硅脂也被称为硅膏,是一种油脂状的,没有粘接性能,不会干固,是采用特殊配方生产,使用导热性和绝缘性良好的金属氧化物与有机硅氧烷复合而成。产品具有良好的导热性,良好的电绝缘性,较宽的使用温度(工作温度 -60℃ ~ 300℃),很好的使用稳定性,较低的稠度和良好的施工性能,本品无毒、无腐蚀、无味、不干、不溶解。硅脂为润滑用,可在高负荷下应用,外观类似大黄油,我们一般接触比较少。

 

而我们通常所说的导热硅脂,应该被称为硅膏,成分为硅油+填料。填料为磨得很细的粉末,成份为ZnO/Al2O3/氮化硼/碳化硅/铝粉等。硅油保证了一定的流动性,而填料填充了CPU和散热器之间的微小空隙,保证了导热性。而由于硅油对温度敏感性低,低温不变稠,高温下也不会变稀,而且不挥发,所以能够使用比较长时间。现在某些导热硅脂使用银粉或铝粉作为填料,是利用了金属的高导热性。

 

导热硅胶

导热硅胶是一种单组份脱醇型室温固化硅橡胶,具有对电子器件冷却和粘接功效。可在短时间内固化成硬度较高的弹性体。固化后与其接触表面紧密贴合以降低热阻,从而有利于热源与其周围的散热片、主板、金属壳及外壳的热传导。具有导热性能高、绝缘性能好以及便于使用等优点,对包括铜、铝、不锈钢等金属有良好的粘接性, 固化形式为脱醇型,对金属和非金属表面不产生腐蚀。

 

与导热硅脂相比低很多,而且一旦固化,很难将粘合的物体分开,一般只能用在显卡、内存散热片。如果用在了CPU上会导致过热,而且很难将散热片取下来,用力往下拔有可能直接损坏CPUCPU插座。而如果用力往下拔硅胶粘合的显卡散热片则有可能将显示芯片从PCB上拔下来。

 

 关于导热软片产品的六大关键参数

导热软片是用于填充发热器件和散热片或金属底座之间的空气间隙的一种导热介质材料,它们的柔性、弹性特征使其能够用于覆盖非常不平整的表面。热量从分离器件或整个PCB传导到金属外壳或扩散板上,从而能提高发热电子组件的效率和使用寿命。

 

导热软片材料的六大关键参数:

1)导热系数;

2)材料厚度;

3)材料硬度(压缩比);

4)热阻抗;

5)击穿电压(绝缘性能);

6)可持续工作稳定。

 

影响导热软片的因素:

在导热软片的使用中,压力和温度二者是相互制约的,随着温度的升高,在设备运转一段时间后,导热软片材料发生软化、蠕变、应力松弛现象,机械强度也会下降,密封的压力降低,反之亦然。

1)有良好的弹性和恢复性,能适应压力变化和温度波动;

2)有适当的柔软性,能与接触面很好地贴合;

3)不污染工艺介质;

4)有足够的韧性而不因压力和紧固力造成破环;

5)低温时不硬化,收缩量小;

6)加工性能好,安装、压紧方便;

7)不粘结密封面、拆卸容易;

(8)价格便宜,使用寿命长。

 

七如何正确使用导热软片

现今,导热界面材料中的导热软片系列产品已经应用于电子电器产品的控制主板、电子电器、汽车机械、电脑主机、笔记本电脑、DVDVCD及任何需要填充以及散热模组的材料,其主要功能是专门为利用缝隙传递热量,同时还起到绝缘、减震、密封等作用。

 

正确使用导热软片的步骤:

 

▶  第一步:保持与导热硅胶片接触面的干净,用不脱毛棉布檫干净器件表面(芯片与散热板),预防导热软片黏上污秽,污秽的导热软片自粘性和密封导热性会变差。

 

▶  第二步:用浸过工业清洁剂的棉布檫干净器件表面(芯片与散热板),去油污及污秽。

 

▶  第三步:导热软片两面都带保护膜,先撕下其中一面导热软片上的保护膜,不能同时撕去两面保护膜,减少直接接触导热软片的次数和面积,保持导热软片自粘性及导热性不至于受损。

 

▶  第四步:撕去保护膜的一面,朝向散热器或发热源,先将导热软片对齐散热器或发热源。贴合导热软片时一定要注意平整度,皱褶不平的导热软片会影响安装及导热效果。导热软片可反复使用,使其安装平整即可。

 

▶  第五步:撕去导热软片的另一面保护膜,应轻盈操作避免将它拉起移动而受到损坏。对准发热源或散热器轻压,以使导热软片在散热源与散热器之间粘接牢固平整。

 

▶  第六步:导热软片自带微粘性,散热器安装需要螺丝或其它固定粘接才可以牢牢固定。


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