Kai PTFE juosta turi išsklaidyti šilumą, pavyzdžiui, prijungti maitinimo komponentą prie šilumos kriauklės, lipnus sluoksnis turi vienu metu atlikti du veiksmus: perduoti šilumą ir tvirtai laikyti. Pridėjus šilumai laidžių užpildų (aliuminio oksido, boro nitrido ir kt.), pagerėja šilumos laidumas, bet beveik visada sumažėja sukibimas.
Iššūkis yra maksimaliai padidinti šilumos perdavimą prarandant kuo mažiau lipnumo . Atsakymas slypi trijuose užpildo parametruose: dalelių dydis, dalelių forma ir įkrovos procentas.
Aokai PTFE sukūrė šilumos laidumą PTFE juostos, skirtos elektronikai ir pramonei. Šiame straipsnyje paaiškinama, kaip dalelių dydis, morfologija ir įkrova veikia kompromisą ir kaip suformuluoti geriausią balansą.
Dalelių dydis – smulkus ir grubus kompromisas
Dalelių dydis lemia, kaip gerai užpildai sudaro šilumą laidų tinklą ir kaip gerai klijai sušlapina jungiamąjį paviršių.
1. Smulkios dalelės (nuo nano iki submikrono)
Šiluminis efektas: Didelis paviršiaus plotas lemia daugiau dalelių ir dalelių sąlyčio taškų, bet taip pat didesnę sąsajos šiluminę varžą (fonono sklaida). Didelė aglomeracija riboja laidumo gerėjimą.
Sukibimo efektas: Smulkios dalelės sugeria didelį kiekį dervos ir lipnumo, sukietina klijus. Pradinis lipnumas smarkiai sumažėja. Sumažėja takumas, sumažinant sudrėkinimą ant mažai paviršiaus energijos naudojančių PTFE substratų → mažas atsiplėšimo stiprumas.
Verdiktas: retai naudojamas vienas. Itin smulkūs užpildai suteikia nedidelį šilumos padidėjimą, bet naikina sukibimą.
2. Stambios dalelės (nuo mikronų iki dešimčių mikronų)
Šiluminis efektas: mažiau kontaktinių taškų, bet ilgesni individualūs šilumos laidumo keliai. Glaudžiai sukrauti išilgai klijų storio krypties, jie užtikrina gerą laidumą per plokštumą.
Sukibimo efektas: Mažas paviršiaus plotas adsorbuoja mažiau dervos, išsaugodamas klijų minkštumą. Tačiau jei dalelės yra tokio pat storio arba storesnės nei klijų sluoksnis (paprastai 25–100 μm), jos šiurkština juostos paviršių, sumažina efektyvų sukibimo plotą ir sukuria įtempių koncentracijos taškus.
Verdiktas: naudojamas kaip pagrindinis laidus karkasas, bet turi būti mažesnio nei klijų storio.
3. Sprendimas – bimodalinis maišymas
Sumaišykite stambias ir smulkias daleles tam tikru santykiu. Smulkūs grūdeliai užpildo tuštumas tarp stambių dalelių, todėl pasiekiamas kuo glaudesnis sandarumas. Esant tokiai pačiai bendrai užpildo įkrovai, bimodalinis klasifikavimas padidina dalelių sąlyčio taškus (geresnis laidumas) arba, kaip alternatyva, pasiekia tikslinį laidumą naudojant mažiau užpildo , paliekant daugiau ištisinės dervos fazės, kad būtų išsaugotas sukibimas.
Aokai PTFE rekomendacija : 50 μm storio lipniam sluoksniui naudokite stambias 20–30 μm daleles, sumaišytas su smulkiomis 1–5 μm dalelėmis. Šis bimodalinis metodas yra raktas į savybių subalansavimą.
Dalelių morfologija – forma labai svarbi
Ne sferiniai užpildai dengimo ir džiovinimo metu susilygina, paveikdami šilumos laidumą ir sukibimą per plokštumą (Z kryptis).
1. Sferiniai arba beveik sferiniai užpildai (pvz., sferinis aliuminio oksidas)
Terminis poveikis: izotropinis. Dalelės lengvai kaupiasi storio kryptimi, todėl gerai išsklaido šilumą.
Sukibimo efektas: lygūs paviršiai netrukdo dervos tekėjimui. Išsaugo šaltą srautą ir paviršiaus drėkinimą. Iš visų formų esant vienodai apkrovai, sferos išlaiko geriausią sukibimą – ypač pradinį lipnumą.
Balanso pranašumas: geriausias bendras suderinamumas. Maksimalus Z ašies šiluminis padidėjimas su minimaliais sukibimo nuostoliais.
2. Dribsniai užpildai (pvz., boro nitridas, grafenas)
Šiluminis efektas: Didelis kraštinių santykis užtikrina puikų laidumą plokštumoje, tačiau dribsniai išsilygina lygiagrečiai pagrindui, todėl plokštuma šiek tiek pagerinama – prastas PTFE juostoms, kurioms reikalingas vertikalus šilumos perdavimas.
Sukibimo efektas: Dribsniai veikia kaip pertvaros, blokuoja plastiko tekėjimą ir drastiškai sumažina pradinį lipnumą. Aštrūs kraštai sukelia streso koncentraciją, mažina lupimo stiprumą.
Pusiausvyros trūkumas: prastai tinka Z krypties šilumos poreikiams, labai pablogina būdingą lipnumą. Nerekomenduojama kaip pagrindinis užpildas.
3. Pluoštiniai arba netaisyklingi užpildai
Šiluminis efektas: Didelis kraštinių santykis gali sukurti laidžius tinklus esant mažai apkrovai.
Sukibimo efektas: drastiškai padidinkite klijų klampumą, sutvirtinkite PSA mechaniniu blokavimu ir sunaikinkite lipnumą. Aštrūs kraštai pažeidžia klijų ir PTFE sąsają.
Verdiktas: retai naudojamas kaip pagrindinis užpildas; tik nedidelis papildymas kaip pagalbinė jungiamoji medžiaga.
Didėjant užpildo apkrovai, šilumos laidumas iš pradžių kyla lėtai, tada smarkiai šokinėja ties prasiskverbimo slenksčiu , o vėliau – plokščiakalniais. Tačiau sukibimas nuolat mažėja.
1. Maža apkrova (<30 tūrio proc.)
Užpildai yra izoliuotos salelės ištisinėje dervos matricoje. Šilumos laidumas vos nepagerėja. Sukibimas išlieka artimas grynam PSA. Saugi zona lipnumui išsaugoti, tačiau šiluminis padidėjimas nereikšmingas.
2. Vidutinė ir didelė apkrova (30-60 tūrio proc.) – kritinis langas
Dalelės pradeda liestis ir sudaro laidžius kelius. Šilumos laidumas didėja eksponentiškai. Tuo tarpu ištisinė dervos matrica suskaidoma. Klijai tampa trapūs; pradinis lipnumas ir lupimo stiprumas smarkiai sumažėja.
Tai optimizavimo zona. Tikslas yra veikti esant apatinei prasiskverbimo slenksčio ribai – pakankamai aukštai, kad atitiktų šilumines specifikacijas, ir pakankamai žemai, kad išlaikytų nenutrūkstamą dervos fazę, kad sukibimas būtų priimtinas.
3. Itin didelė apkrova (>60 tūrio proc.)
Tankus dalelių sandarumas sulėtina tolesnį šilumos padidėjimą (plokštuma). Derva negali užpildyti visų spragų; susidaro tuštumos. Klijai tampa sausi, trapūs ir beveik neliplūs. Juosta tampa trapia termo plėvele. Turto likutis visiškai prarastas.
Speciali pastaba dėl PTFE juostos (silikono PSA): silikonas turi mažesnę sanglaudos energiją ir prastesnį užpildo suderinamumą nei akrilas. Jis toleruoja mažesnę maksimalią užpildo apkrovą. Per didelis užpildymas sukelia klijų susmulkinimą.
Aokai PTFE empiriniai duomenys : Sferinio aliuminio oksido silikono PSA prasiskverbimo slenkstis yra maždaug 35–45 tūrio proc. Optimali pusiausvyra pasiekiama maždaug 40–45 tūrio%, naudojant bimodalinį pasiskirstymą. Virš 55 tūrio % sukibimas tampa nepriimtinas daugeliu atvejų.
Santrauka – „Trys viename“ balansavimo formulė
Norint pasiekti stabilų šilumos laidumo ir sukibimo balansą aukštos temperatūros PTFE lipniose juostose:
naudokite sferines stambias daleles (20-30 μm) – jos užtikrina laidumą per plokštumą su minimaliais sukibimo nuostoliais. Kaip pirminį laidų karkasą
Įpilkite smulkių dalelių (1-5 μm), kad sukurtumėte bimodalinį pasiskirstymą – užpildo tuštumas, sumažėja viso užpildo poreikio, išsaugoma dervos matrica.
Laikykite bendrą užpildo apkrovą apatiniame-viduriniame prasiskverbimo slenksčio diapazone (apie 40–45 tūrio % sferiniam aliuminio oksidui silikono PSA).
apribokite sluoksniuotus arba pluoštinius užpildus iki <5 masės % – jie kenkia lipnumui ir neduoda naudos skersai plokštumoje. Jei reikia,
Rezultatas: šilumai laidži PSA juosta, kuri iš tikrųjų prilimpa ir išlieka.
Aokai PTFE gamina šilumai laidžias PTFE juostas, naudodamas šią bimodalinio sferinio užpildo strategiją. Galime pritaikyti šilumos laidumo ir sukibimo lygius pagal jūsų paskirtį.
Final Takeaway
Šilumos laidumo gerinimas PTFE lipniose juostose visada kovoja su sukibimu. Geriausias kompromisas pasiekiamas naudojant sferines daleles + bimodalinio dydžio pasiskirstymą + įkėlimą tik po prasiskverbimo . Venkite dribsnių ir pluoštų, nebent jūsų programai ypač reikalingas laidumas plokštumoje ir jis gali toleruoti mažą lipnumą.
Didelio našumo klijavimui su šilumos išsklaidymu, šilumai laidži PTFE juosta yra patikrintas sprendimas. Susisiekite su Aokai PTFE dėl formulių, atitinkančių jūsų šilumos ir lupimo reikalavimus.
