相变金属界面传热强化技术研究+文献综述(6)
时间:2017-06-06 21:51 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
与上述非永久性的界面不同，许多界面涉及到永久性的粘连部位。这种结合可以由环氧树脂、富含铅的软焊剂或金/锡合金这样的硬焊剂形成。由于原材料和结合材料之间的界面热阻，连接部位的实际热阻大于按连接材料之间的厚度L和热导率k计算的理论值（L/k）。在加工制造或者正常运行期间，由热循环造成的空隙和裂缝也会对环氧粘接和焊剂焊接处的热阻产生不利影响。 而由于热界面材料的主要作用是填充两种不同界面之间的空隙，因此，热界面材料应该具备以下基本特征[12-16]：无毒性；可压缩性及柔软性；高热传导性；表面有较好的浸润性；适当的粘性，不从界面处泄漏；容易使用及处理，可重复使用；冷热循环时稳定性好等。目前，市场上应用的主要热界面材料有导热硅脂(thermal grease)、导热凝胶(thermal gel)、相变材料(phase change material，PCM)、焊料(solder)、相变金属合金(phase change metallic alloy，PCMA)等几大类。 1.4.1 导热硅脂 导热硅脂一般又称为导热膏[17-19]，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，同时具有低油离度（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。 目前市场上出现的导热膏由于不需要固化处理且一般属于液态材料,因此大多可以添加填充料的体积比大多较高,而且其热导率也就一般比其他热界面材料高,市售的导热膏材料的热阻多介于0.2~0.6K•cm²/W，热导率通常介于2~6W/m•K，有一些性能好一点的可以大于8 W/m•K。导热膏不需要太大的扣合压力，因为其本身就具有流动性，为了降低其热阻还可以经过压缩使其厚度变得相当薄。但是将其压缩的缺点是易产生溢出及相分离（Phase Separation）的一些问题，因此导致在制造和使用过程就很容易将环境弄脏；而在另一方面，为了降低粘性有时导热膏还会添加微量的溶剂，随着时间的变长这些溶剂会挥发从而导致导热膏干涸，这样导热膏原有的特性将会改变。 1.4.2 导热凝胶 导热凝胶[20]一般是在石蜡和硅油中添加银粉、氧化铝以及铝粉等等一些导热填充料所组成的，在此之后通常再进行一些固化处理。而在铰链处理之后材料具有较强的内聚力，因此组装时就无需再经过加热冷凝的步骤。它的热导率大约在1~3W/m•k[21]左右，所以其所提供的传热路径比导热胶或粘胶剂更有效，此外能顺应接触表面的不规则性进行空隙填补是其主要优点，而且较强的内聚力也是得在使用时不用担心其溢出以及移动问题，因此使用起来也更加方便。但是导热凝胶也有一些缺点，如：热传导性没有导热膏好，而粘接力没有导热胶强，以及需要固化处理等等；不过其整体热阻还是和导热膏比较接近的。 1.4.3 相变材料 相变材料（PCM-Phase Change Material）是从80年代开始发展的，在90年代时由于其良好的散热性和工艺性而迅速被人们关注。其随着温度的变化而改变形态并且提供潜热，其由液态变为固态或由固态变为液态的过程称为相变过程，在相变时其会释放或者吸收大量的潜热。相变材料可以分为水合（Hydrated）相变材料和蜡质（Paraffin Wax）相变材料，也可以分为无机（Inorganic）相变材料和有机（Organic）相变材料。主要有低聚酯(Low Molecular Weight Po1yesters)、聚烯烃(Polyolefin)、丙烯酸树脂(Acrylics) 、环氧树脂(Epoxy)等材料。通常在这些基体中添一些金属材料或者碳纤文、石墨等微细颗粒可以改善其热导率较低的缺点。主要由低熔点蜡或石蜡决定其相变，而根据电子元件或晶圆片的工作温度，其熔点或相变温度一般会控制在45~60℃之间。 (责任编辑：qin) |