Khi băng PTFE cần tản nhiệt – ví dụ như liên kết bộ phận nguồn với tản nhiệt – lớp dính phải thực hiện hai việc cùng một lúc: truyền nhiệt và giữ chặt. Việc bổ sung các chất độn dẫn nhiệt (alumina, boron nitride, v.v.) giúp cải thiện độ dẫn nhiệt nhưng hầu như luôn làm giảm độ bám dính.
Thách thức là tối đa hóa sự truyền nhiệt trong khi giảm độ dính ít nhất có thể . Câu trả lời nằm ở ba thông số phụ: kích thước hạt, hình dạng hạt và tỷ lệ phần trăm tải.
Aokai PTFE đã phát triển tính dẫn nhiệt Băng PTFE cho các ứng dụng điện tử và công nghiệp. Bài viết này giải thích kích thước hạt, hình thái và tải trọng ảnh hưởng như thế nào đến sự cân bằng cũng như cách xây dựng công thức để có được sự cân bằng tốt nhất.
Kích thước hạt - Sự đánh đổi giữa mịn và thô
Kích thước hạt quyết định mức độ chất độn tạo thành mạng dẫn nhiệt và mức độ chất kết dính làm ướt bề mặt liên kết.
1. Hạt mịn (nano đến submicron)
Hiệu ứng nhiệt: Diện tích bề mặt cao dẫn đến nhiều điểm tiếp xúc hạt-hạt hơn, nhưng cũng có nhiều điện trở nhiệt bề mặt hơn (tán xạ phonon). Sự tích tụ nghiêm trọng làm hạn chế sự cải thiện độ dẫn điện.
Hiệu ứng bám dính: Các hạt mịn hấp thụ một lượng lớn nhựa và chất kết dính, làm cứng chất kết dính. Độ bám ban đầu giảm mạnh. Khả năng chảy giảm, giảm độ ướt trên chất nền PTFE có năng lượng bề mặt thấp → độ bền bong tróc thấp.
Bản án: Hiếm khi được sử dụng một mình. Chất độn siêu mịn mang lại mức tăng nhiệt nhỏ nhưng lại phá hủy độ bám dính.
2. Hạt thô (micron đến chục micron)
Hiệu ứng nhiệt: Ít điểm tiếp xúc hơn nhưng đường dẫn nhiệt riêng lẻ dài hơn. Khi xếp chồng lên nhau dọc theo hướng dày của chất kết dính, chúng cho độ dẫn điện xuyên mặt phẳng tốt.
Hiệu ứng bám dính: Diện tích bề mặt thấp hấp thụ ít nhựa hơn, giữ được độ mềm của keo. Tuy nhiên, nếu các hạt dày bằng hoặc dày hơn lớp dính (thường là 25-100 μm), chúng sẽ làm nhám bề mặt băng, làm giảm diện tích liên kết hiệu quả và tạo ra các điểm tập trung ứng suất.
Phán quyết: Được sử dụng làm bộ xương dẫn điện chính, nhưng phải có kích thước dưới độ dày keo.
3. Giải pháp – pha trộn hai phương thức
Trộn các hạt thô và mịn theo tỷ lệ cụ thể. Các hạt mịn lấp đầy khoảng trống giữa các hạt thô, đạt được sự đóng gói chặt chẽ nhất. Với tổng tải chất độn như nhau, việc phân loại lưỡng kim làm tăng điểm tiếp xúc của hạt (độ dẫn tốt hơn) hoặc, theo cách khác, đạt được độ dẫn mục tiêu với tổng chất độn ít hơn , để lại pha nhựa liên tục hơn để duy trì độ bám dính.
Khuyến nghị của Aokai PTFE : Đối với lớp keo dày 50 μm, hãy sử dụng các hạt thô 20-30 μm trộn với các hạt mịn 1-5 μm. Cách tiếp cận lưỡng kim này là chìa khóa để cân bằng các thuộc tính.
Hình thái hạt - Hình dạng rất quan trọng
Chất độn không hình cầu thẳng hàng trong quá trình phủ và sấy khô, ảnh hưởng đến độ dẫn nhiệt và độ bám dính trong mặt phẳng (hướng Z).
1. Chất độn hình cầu hoặc bán cầu (ví dụ, alumina hình cầu)
Hiệu ứng nhiệt: đẳng hướng. Các hạt dễ dàng xếp chồng lên nhau dọc theo chiều dày, giúp tản nhiệt xuyên mặt phẳng tốt.
Hiệu ứng bám dính: Bề mặt nhẵn không cản trở dòng nhựa. Bảo quản dòng lạnh và làm ướt bề mặt. Trong số tất cả các hình dạng ở mức tải bằng nhau, hình cầu giữ được độ bám dính tốt nhất – đặc biệt là độ bám dính ban đầu.
Lợi thế cân bằng: Khả năng tương thích tổng thể tốt nhất. Tối đa hóa mức tăng nhiệt trục Z với mức độ mất bám dính tối thiểu.
Hiệu ứng nhiệt: Tỷ lệ khung hình cao mang lại độ dẫn điện trong mặt phẳng tuyệt vời, nhưng các vảy xếp song song với bề mặt, mang lại ít cải thiện xuyên suốt mặt phẳng – kém đối với băng PTFE cần truyền nhiệt theo chiều dọc.
Hiệu ứng bám dính: Các vảy hoạt động giống như màng ngăn, chặn dòng nhựa và cắt giảm đáng kể độ bám dính ban đầu. Các cạnh sắc gây ra sự tập trung ứng suất, làm giảm độ bền của vỏ.
Nhược điểm về độ cân bằng: Không phù hợp với nhu cầu nhiệt theo hướng Z, làm suy giảm nghiêm trọng độ dính vốn có. Không được khuyến khích làm chất độn chính.
3. Chất độn dạng sợi hoặc không đều
Hiệu ứng nhiệt: Tỷ lệ khung hình cao có thể xây dựng mạng dẫn điện ở mức tải thấp.
Hiệu ứng bám dính: Tăng mạnh độ nhớt của chất kết dính, làm cứng PSA thông qua khóa liên động cơ học và loại bỏ độ bám dính. Các cạnh sắc làm hỏng bề mặt dính-PTFE.
Nhận định: Hiếm khi được sử dụng làm chất độn chính; chỉ bổ sung nhỏ làm vật liệu cầu nối phụ trợ.
Đang tải phụ – Tìm điểm ngọt ngào cho quá trình thẩm thấu
Khi tải chất độn tăng lên, độ dẫn nhiệt lúc đầu tăng chậm, sau đó tăng mạnh ở ngưỡng thẩm thấu , sau đó ổn định. Tuy nhiên, độ bám dính giảm liên tục.
1. Tải thấp (<30% thể tích)
Chất độn là các hòn đảo biệt lập trong một ma trận nhựa liên tục. Độ dẫn nhiệt hầu như không được cải thiện. Độ bám dính vẫn gần với PSA nguyên chất. Vùng an toàn để bảo quản độ bám dính nhưng mức tăng nhiệt không đáng kể.
2. Tải từ trung bình đến cao (30-60 vol%) – cửa sổ quan trọng
Các hạt bắt đầu chạm vào và hình thành các đường dẫn điện. Độ dẫn nhiệt tăng theo cấp số nhân. Trong khi đó, ma trận nhựa liên tục bị phân mảnh. Chất kết dính trở nên giòn; độ bám dính ban đầu và độ bền bong tróc giảm mạnh.
Đây là vùng tối ưu hóa. Mục tiêu là hoạt động ở đầu dưới của ngưỡng thẩm thấu - đủ cao để đáp ứng các thông số nhiệt, đủ thấp để giữ lại pha nhựa liên tục để có độ bám dính chấp nhận được.
3. Tải cực cao (>60 vol%)
Việc đóng gói hạt dày đặc làm chậm quá trình tăng nhiệt (bình nguyên). Nhựa không thể lấp đầy mọi khoảng trống; dạng rỗng. Chất kết dính trở nên khô, giòn và gần như không dính. Băng trở thành một màng nhiệt dễ vỡ. Số dư tài sản bị mất hoàn toàn.
Lưu ý đặc biệt đối với băng PTFE (silicone PSA): Silicone có năng lượng kết dính thấp hơn và khả năng tương thích chất độn kém hơn acrylic. Nó chịu được tải phụ tối đa thấp hơn. Đổ đầy quá mức sẽ gây ra hiện tượng nghiền thành bột keo.
Dữ liệu thực nghiệm của Aokai PTFE : Đối với alumina hình cầu trong silicone PSA, ngưỡng thẩm thấu là khoảng 35-45 vol%. Sự cân bằng tối ưu đạt được khoảng 40-45% thể tích với phân phối hai chiều. Trên 55% thể tích, độ bám dính trở nên không thể chấp nhận được đối với hầu hết các ứng dụng.
Tóm tắt – Công thức cân bằng ba trong một
Để đạt được sự cân bằng dẫn nhiệt-bám dính ổn định trong băng dính nhiệt độ cao PTFE:
Sử dụng các hạt thô hình cầu (20-30 μm) làm bộ khung dẫn điện chính - chúng cung cấp độ dẫn điện xuyên mặt phẳng với mức độ mất bám dính tối thiểu.
Thêm các hạt mịn (1-5 μm) để tạo ra sự phân bố lưỡng kim – lấp đầy các khoảng trống, giảm tổng lượng chất độn cần thiết, bảo toàn ma trận nhựa.
Giữ tổng lượng chất độn ở phạm vi dưới-trung bình của ngưỡng thẩm thấu (khoảng 40-45% thể tích đối với alumina hình cầu trong silicone PSA).
Hạn chế chất độn dạng mảnh hoặc dạng sợi ở mức <5% trọng lượng nếu cần - chúng gây hại cho độ bám dính và mang lại ít lợi ích xuyên suốt mặt phẳng.
Kết quả: Một loại băng PSA dẫn nhiệt thực sự bám dính và bền lâu.
Aokai PTFE sản xuất băng PTFE dẫn nhiệt bằng cách sử dụng chiến lược độn hình cầu lưỡng kim này. Chúng tôi có thể điều chỉnh mức độ dẫn nhiệt và độ bám dính cho ứng dụng của bạn.
Bài học cuối cùng
Cải thiện độ dẫn nhiệt trong băng dính PTFE luôn chống lại sự bám dính. Sự thỏa hiệp tốt nhất đến từ các hạt hình cầu + phân bố kích thước lưỡng kim + tải vừa qua quá trình thẩm thấu . Tránh dạng vảy và sợi trừ khi ứng dụng của bạn đặc biệt cần độ dẫn điện trong mặt phẳng và có thể chịu được độ bám dính thấp.
Để liên kết hiệu suất cao với khả năng tản nhiệt, băng PTFE dẫn nhiệt là một giải pháp đã được chứng minh. Liên hệ với Aokai PTFE để biết các công thức phù hợp với yêu cầu về nhiệt và vỏ của bạn.
