Trong những năm gần đây, nguy cơ quá nhiệt dẫn đến cháy nổ thiết bị điện tử đang trở thành một vấn đề đáng báo động. Quản trị nhiệt là yếu tố cần thiết để đảm bảo các thiết bị điện tử hoạt động ổn định trong giới hạn thiết kế. Một vấn đề đau đầu của nhiều nhà sản xuất là việc lựa chọn giữa vật liệu tản nhiệt (TIM) chứa silicone hay không chứa silicone. Hai loại vật liệu này khác biệt về hiệu suất, độ bền và tính ứng dụng như thế nào? Trong bài viết này, chúng tôi sẽ phân tích đặc điểm, ưu nhược điểm của TIMs chứa silicone và không chứa silicone, giúp bạn lựa chọn giải pháp quản trị nhiệt tối ưu nhất cho nhu cầu của mình.
Vật liệu tản nhiệt (TIMs)
Để đạt hiệu suất tối ưu và độ tin cậy cao hơn của thiết bị, việc tản nhiệt một cách hiệu quả từ thiết bị trong quá trình hoạt động rất quan trọng. Đó là lý do tại sao vật liệu tản nhiệt (TIMs) ra đời. TIM đóng vai trò quan trọng trong các thiết bị điện tử để tăng cường chuyển nhiệt giữa các bề mặt tiếp xúc. Hiện nay, có rất nhiều loại TIM trên thị trường. Một yếu tố quan trọng trong việc cân nhắc lựa chọn TIM phù hợp là thành phần của vật liệu phụ thuộc vào ứng dụng và độ dẫn nhiệt mong muốn. Khi các kĩ thuật công nghệ và vật liệu hiện đại được tạo ra, công thức và thành phần chính xác của các loại vật liệu tản nhiệt cũng có thể thay đổi theo thời gian.
Để hiểu thêm về cách chọn các vật liệu tản nhiệt bề mặt (TIMs) phù hợp, bạn có thể tham khảo bài viết: Vật liệu tản nhiệt bề mặt TIMs và hiệu quả tản nhiệt cho PCB
Vật liệu tản nhiệt chứa Silicone
Các TIMs chứa Silicone được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử. Silicone là một loại vật liệu tổng hợp dựa trên một lớp gốc siloxane polymer chứa silic và các nguyên tử oxy được gắn vào các nguyên tử silic. Nó được phân loại thành elastomers, chất lỏng hoặc nhựa tùy thuộc vào phạm vi liên kết chéo. Nhựa Silicone là cấu trúc liên kết chéo cao, và ở nhiệt độ phòng chúng có thể là chất lỏng hoặc chất rắn.
Ưu điểm của vật liệu tản nhiệt chứa Silicone
- Tính dẫn nhiệt cao: Tản nhiệt chủ yếu xảy ra thông qua sự rung động của các nguyên tử gọi là phonons. Trong khi polymer cơ bản trong TIMs silicone là một chuỗi siloxane có các liên kết Si-O mạnh, do đó chúng truyền chuyển động này một cách hiệu quả theo chuỗi, cho phép dẫn nhiệt hiệu quả. Đó là lý do tại sao TIMs dựa trên Silicone cung cấp dẫn nhiệt cao hơn so với một số lựa chọn không dựa trên Silicone.
- Dải nhiệt độ rộng: Polyme Silicone sở hữu các liên kết silicon-oxy (Si-O) mạnh. Những liên kết này rất chịu đựng không bị phá vỡ ở cả nhiệt độ cao và thấp, cho phép vật liệu duy trì cấu trúc và chức năng của mình trên một phạm vi rộng.
- Nén tốt: Lớp gốc siloxane có các nhóm hữu cơ gắn vào các nguyên tử silic có liên kết yếu hơn so với các liên kết Si-O mạnh, do đó chúng cung cấp một số độ linh hoạt cho cấu trúc. Do đó, cấu trúc gốc silicone có thể uốn cong và linh hoạt để nén vào các khe nhỏ, thậm chí là các bề mặt và sự biến thiên kích thước lớn. Điều này đảm bảo tiếp xúc nhiệt tối ưu và tăng khả năng tản nhiệt.
Prostech cung cấp sản phẩm TIM Silicone có tính dẫn nhiệt cao giúp tăng cường tản nhiệt, giúp kéo dài vòng đời sản phẩm. Liên hệ với chúng tôi để nhận thông tin chi tiết và tư vấn từ chuyên gia.
Nhược điểm của vật liệu tản nhiệt chứa Silicone
- Hiện tượng thoát khí: Hiện tượng này là sự phát ra của các khí bay hơi khi TIM dựa trên silicone được tiếp xúc với nhiệt độ cao và/hoặc áp suất không khí thấp. Điều này có thể là một vấn đề lớn trong các ứng dụng điện tử nhạy cảm, các thành phần quang học, đặc biệt là các ứng dụng hàng không vũ trụ nơi khí tự giải phóng được tăng tốc do áp suất giảm và cũng có thể gây ra các vấn đề trong các gói chất đóng kín.
- Dẫn điện: Mặc dù được coi là chất cách điện ở nhiệt độ phòng, một số TIM dựa trên silicone có thể trở nên dẫn điện một cách nhẹ ở nhiệt độ cao vì electron silic có thể thoát ra khỏi liên kết cộng hóa trị silic. Dẫn điện được kích hoạt bởi sự di chuyển của chúng qua lưới tinh thể. Do đó, cần phải cẩn thận để tránh ngắn mạch khi sử dụng trong các ứng dụng có kết nối điện tiếp xúc hoặc mạch nhạy cảm.
- Tràn ra: Hầu hết các TIM chứa silicone không phải là silicone tinh khiết; chúng chứa dầu silicone là thành phần cơ bản. Dưới áp lực từ lực kẹp giữ tản nhiệt, dầu silicone trong TIM có thể bị ép ra khỏi khe hở giao diện. Điều này làm giảm lượng vật liệu TIM tiếp xúc với cả thành phần và tản nhiệt, làm chậm quá trình truyền nhiệt hiệu quả.
Vật liệu tản nhiệt không chứa Silicone
Vật liệu tản nhiệt không chứa silicone được cấu tạo bởi công thức không chứa hợp chất silicone như acrylics, polyimides, hoặc ceramics…
Vật liệu tản nhiệt không chứa silicone đang trở thành lựa chọn mới cho các ngành công nghiệp về các thiết bị nhạy cảm với silicone trong nhiều ứng dụng, như thiết bị quang học, y tế và cảm biến, là phương pháp thay thế hiệu quả cho các nhà sản xuất sử dụng vật liệu dựa trên silicone.
Ưu điểm của vật liệu tản nhiệt không chứa Silicone
- Ít khí thoát ra: TIM không chứa silicone không được tạo ra bằng các polymer silicone. Kết quả là, chúng không có cấu trúc hóa học giống với siloxanes có trọng lượng phân tử thấp gắn vào phần cốt trung tâm. Đó là lý do tại sao TIM không chứa silicone không thải ra nhiều khí, giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm hoặc suy giảm của các thành phần gần kề.
- Cách điện: Một số vật liệu được sử dụng trong TIM không chứa silicone tự nhiên có tính chất cách điện tốt, ngay cả ở nhiệt độ cao. Thường chúng có ít đường dẫn dẫn điện trong vật liệu. Điều này giảm nguy cơ rò rỉ dòng điện ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng không phải tất cả các loại TIM không chứa silicone đều được tạo ra bằng cách cách điện ở nhiệt độ cao tốt.
Prostech cung cấp một loạt đầy đủ các loại TIM không chứa silicone đặc biệt thân thiện với môi trường và mang lại khả năng cách điện tốt cho ứng dụng của bạn. Liên hệ với chúng tôi để nhận tư vấn từ chuyên gia:
Nhược điểm của vật liệu tản nhiệt không chứa Silicone
- Độ nén thấp: Nhiều loại TIM không chứa silicone sử dụng các vật liệu tự nhiên cứng hơn hoặc ít linh hoạt hơn so với polymer silicone được sử dụng trong TIM dựa trên silicone nên chúng có thể ít dễ nén hơn, điều này làm cho việc đạt được tiếp xúc bề mặt tối ưu và loại bỏ khoảng trống không khí giữa nguồn nhiệt và tản nhiệt trở nên khó khăn.
- Trở nên cứng sau khi tiếp xúc với nhiệt độ lâu dài (elastomer): Sau khi tiếp xúc với nhiệt độ lâu dài, phản ứng liên kết chéo sẽ xảy ra ở nhiệt độ cao. Phản ứng liên kết chéo sẽ làm cho phần elastomer trở nên cứng. Phản ứng liên kết chéo xảy ra do radicals tự do được tạo ra bởi nhiệt độ. Vì lí do này, sau quá trình lão hóa nhiệt, TIM không chứa silicone dạng elastomer sẽ cho thấy hành vi giống như bảo vật, điều này sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tin cậy của thiết bị.
Việc đánh giá đặc tính của các vật liệu tản nhiệt (TIMs) là rất cần thiết để đảm bảo các ứng dụng điện tử hoạt động hiệu quả và hoàn thành đúng tiến độ. TIMs chứa silicone vượt trội với độ ổn định nhiệt và cơ học ở nhiệt độ cao, phù hợp cho các môi trường yêu cầu khắt khe. Trong khi đó, TIMs không chứa silicone lại là lựa chọn tối ưu cho các ứng dụng ưu tiên cách điện, mang lại hiệu suất và độ tin cậy cao. Đặc biệt, với các thiết bị nhạy cảm với silicone, TIMs không chứa silicone là giải pháp hoàn hảo để tránh các vấn đề tương thích.
Việc lựa chọn loại vật liệu tản nhiệt phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng và điều kiện môi trường. Mỗi loại vật liệu đều mang lại những ưu điểm riêng và phù hợp với các yêu cầu khác nhau trong quá trình sản xuất và sử dụng sản phẩm. Với nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực vật liệu chuyên biệt, Prostech sẵn sàng hỗ trợ khách hàng trong việc lựa chọn loại vật liệu tản nhiệt phù hợp và cung cấp giải pháp tích hợp vào dây chuyền sản xuất để tối ưu hóa hiệu quả. Liên hệ với chúng tôi để được tư vấn miễn phí.