Termal olarak iletken bir polimer bileşiği düşük performans gösterdiğinde, sonuçlar hızla artıyor: bağlantı sıcaklıkları nominal limitleri aşıyor, değer kaybı eğrileri maliyetli aşırı mühendisliğe neden olur, ve tarladan dönüş oranları artıyor. Dolgu seçimi genellikle temel nedendir. Siyah silisyum karbür makro irmik ve ince tozlar, maliyet-iletkenlik oranının geçerli spesifikasyon olduğu soğutucu dolgu uygulamalarında alümina ve bor nitrürün yerini giderek daha fazla alıyor. Bu makale, mühendislerin bu ikameyi titizlikle değerlendirmeleri için ihtiyaç duydukları termal iletkenlik verilerini sunmaktadır..
Yaygın Dolgu Maddelerine Karşı Siyah Silisyum Karbürün İçsel Isı İletkenliği
Toplu siyah silisyum karbür (SiC, 98–� saflık) oda sıcaklığında 100–120 W/m·K'lik içsel bir termal iletkenliğe sahiptir, ASTM E1461'e göre lazer flaş yöntemiyle ölçülmüştür. Bu rakam alüminadan kabaca dört ila beş kat daha yüksektir. (20–30 W/m·K'de Al₂O₃) ve büyüklük sırasına göre altıgen bor nitrür trombositleriyle karşılaştırılabilir, hBN güçlü bir şekilde anizotropik olmasına rağmen. Alüminyum nitrür 170–220 W/m·K'ye ulaşır ancak kilogram başına siyah SiC'ye göre üç ila altı kat daha yüksek bir fiyat avantajına sahiptir.
Aşağıdaki veriler, polimer termal arayüz bileşiklerinde kullanılan dolgu maddeleri için temsili oda sıcaklığında termal iletkenlik değerlerini özetlemektedir.:
| Dolgu Malzemesi | içsel l (W/m·K) | Tipik Yüklü Bileşik λ 60 hacim% (W/m·K) | Göreli Maliyet Endeksi (Al₂O₃ = 1) |
|---|---|---|---|
| Siyah Silisyum Karbür | 100–120 | 6–12 | 1.5–2,0 |
| alümina (Al₂O₃) | 20–30 | 2–4 | 1.0 |
| Alüminyum Nitrür (AlN) | 170–220 | 10–18 | 6–10 |
| Altıgen Bor Nitrür (hBN) | 60–400 (anizotropik) | 4–8 (rastgele yönelim) | 4–7 |
| Magnezyum Oksit (MgO) | 35–60 | 2–5 | 1.2–1.6 |
Parçacık Boyutu Dağılımı Paketleme Yoğunluğunu ve Bileşik İletkenliğini Nasıl Kontrol Ediyor?
Doldurulmuş bir polimerdeki termal iletkenlik, yalnızca dolgunun içsel iletkenliğinin bir fonksiyonu değildir. parçacık paketleme verimliliği matris boyunca iletken yolların ne kadar etkili şekilde oluştuğunu yönetir. Küresel parçacıkların tek modlu bir dağılımı, kabaca rastgele paketlemeyi sınırlar 64% hacimce. Siyah SiC tozları tipik olarak köşeli ve düzensizdir, serbest akışlı paketlemeyi azaltır ancak konsolidasyondan sonra parçacıklar arası temas alanını arttırır, Tane sınırlarında fonon transferinden faydalanmak.
Kaba bir fraksiyonun birleştirilmesi (D50 ~ 45–100 mikron) ince bir fraksiyonla (D50 ~ 3–10 mikron) bir 70:30 ile 60:40 Kütle oranı, ince parçacıkların ara boşlukları doldurmasına olanak tanır, ulaşılabilir yükleme geçmişini zorlamak 70 viskoziteyi orantılı olarak artırmadan hacim%. Bu yükleme seviyesinde epoksi veya silikon matrisinde, 10–15 W/m·K aralığında toplu bileşik iletkenlik değerleri bağımsız olarak rapor edilmiştir. Organosilan birleştirme maddeleri (özellikle aminopropiltrietoksisilan) ile yüzey işlemi, topaklanmayı azaltır ve dolgu maddesi matris yapışmasını iyileştirir, arayüzey termal direncini ölçülebilir şekilde azaltır.
SiC Yükleme Seviyesinin Ölçülen Bileşik Isı İletkenliğine Etkisi
Termal iletkenlik dolgu hacmi fraksiyonuyla doğrusal olmayan şekilde ölçeklenir. Süzme eşiğinin altında (açısal SiC için tipik olarak hacimce -30) iletkenlik kazanımları mütevazıdır çünkü iletken yollar süreksiz kalır. Bu eşiğin üstünde, Siyah SiC'nin her artan hacim yüzdesi, parçacık zincirleri polimer boyunca köprü kurdukça giderek daha büyük kazanımlar sağlar. Silikon bazlı reçine kullanılarak yapılan bileşim denemelerinden elde edilen yayınlanmış veriler aşağıdaki temsili ilişkiyi göstermektedir:
- 30 hacim% siyah SiC: bileşik λ ≈ 2,5–3,5 W/m·K (Saf reçineye göre temel termal arayüz iyileştirmesi)
- 50 hacim% siyah SiC: bileşik λ ≈ 5–7 W/m·K (Pasif ısı emici ped uygulamaları için pratik minimuma yaklaşıyor)
- 60 hacim% siyah SiC: bileşik λ ≈ 8–12 W/m·K (Güç modüllerinin etrafındaki bileşiklerin saklanması için hedef aralık)
- 70+ hacim% siyah SiC (çift modlu dağılım): bileşik λ ≈ 12–18 W/m·K (optimize edilmiş birleştirme maddesi ve yüksek kesmeli karıştırma gerektirir)
İşleme kısıtlamaları pratik bir tavan uygular. Aşan macunlar 75 % hacim yüklemesi ısıtmalı dağıtım ekipmanı gerektirir ve keskin bir şekilde yüksek viskozite sergiler, vakum destekli döküm olmadan karmaşık geometrilerin boşluksuz kapsüllenmesini zorlaştırır.
Termal İletken Uygulamalarda Elektriksel Direnç Konuları
Alümina ve bor nitrürün aksine, siyah silisyum karbür bir yarı iletken, saflık ve safsızlık türüne bağlı olarak 10¹ ila 10³ Ω·cm aralığında toplu elektrik direnci ile. Bu, iletkenler arasındaki elektriksel izolasyonun korunması gereken bileşiklerde doğrudan uygulanmasını sınırlar - yalıtımlı geçit bipolar transistörü için standart gereksinimler (IGBT) modül pottingi tipik olarak 10¹⁰ Ω·cm'nin üzerindeki hacim direncini belirtir. Yüksek yükleme seviyelerinde, Az sayıda birbirine bağlı SiC parçacığı bile dielektrik özelliklerini ihlal eden sızıntı yolları oluşturabilir.
Uygulamada iki azaltma stratejisi kullanılmaktadır. Birinci, Tek tek SiC parçacıklarının sol-jel kaplama yoluyla ince bir alümina veya silika kabukla kapsüllenmesi, termal performansın çoğunu korurken etkili bileşik direncini kabul edilebilir seviyelere yükseltir. Saniye, Siyah SiC'nin hBN veya AlN gibi elektriksel olarak yalıtkan bir dolgu maddesiyle harmanlanması, formülatörlerin hem iletkenlik hem de dielektrik özellikleri aynı anda ayarlamasına olanak tanır. Bu tür karışımlar için kaynak sağlayan tedarik ekipleri, parçacık yüzey kimyasını ve saflık sertifikalarını doğrulamalıdır., Demirle kirlenmiş SiC, direnci önemli ölçüde azalttığından.
Sıcaklık Bağımlılığı: Kriyojenikten Performans Kararlılığına 300 °C
SiC'de fononun hakim olduğu ısı iletimi, ters bir sıcaklık ilişkisini takip eder - sıcaklık arttıkça iletkenlik azalır, yaklaşık olarak 120 W/m·K en 25 °C civarında 70 W/m·K en 200 °C ve 50 W/m·K en 400 °C. Dolu polimer sistemler için, Yine de, polimer matrisi, SiC'nin anlamlı iletkenlik kaybı sergilemesinden çok önce bozulur. Silikon bazlı bileşikler yaklaşık 200–220 °C'ye kadar işlevsel kalır, yüksek sıcaklıktaki epoksiler bunu 250–280 °C'ye kadar uzatır. Bu hizmet pencereleri içinde, siyah SiC dolgu iletkenliği yalnızca orta derecede azalır (~–20), ve bileşik seviyedeki termal performans büyük oranda sabit kalıyor.
Bu stabilite profili, siyah SiC dolgulu bileşikleri otomotiv güç elektroniği için uygun hale getirir, nerede IEC 60068 -40 °C ile termal bisiklet testleri +150 °C standart yeterlilik gereksinimleridir. SiC'nin düşük termal genleşme katsayısı (4.0–4,5 × 10⁻⁶ /°C) ayrıca döngü sırasında dolgu matrisi arayüzündeki termomekanik gerilimi azaltır, Daha yüksek CTE uyumsuzluğuna sahip dolgu maddelerine göre daha uzun bileşik servis ömrüne katkıda bulunur.
Formülasyonunuz için Doğru Parçacık Derecesini Seçme
Derece seçimi son kullanım geometrisine bağlıdır, işleme yöntemi, ve hedef iletkenliği. Aşağıdaki termal arayüz pedleri gibi ince bağlantı hattı uygulamaları için 250 µm, maksimum parçacık boyutu sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir - aşağıda D99 40 µm, bağ hattı boşluğunu önlemek için yaygın bir spesifikasyondur. Isı emici boşluklarına yerleştirmek ve döküm yapmak için, F46 veya F60 tane boyutlarına kadar daha kaba dağılımlar, daha yüksek yükleme verimliliği ve üstün iletkenlik sağlar. Siyah SiC aynı zamanda diğer endüstriyel sektörlerde de kullanılıyor; örneğin, aşındırıcı olarak taş parlatma işlemleri — bu, yerleşik küresel tedarik zincirlerinin geniş ölçekte mevcut olduğu anlamına gelir, termal yönetim hacimleri için güvenilir tedarikin desteklenmesi.
Bir formülatörün tedarikçiden talep etmesi gereken temel spesifikasyon parametreleri şunları içerir:: kimyasal saflık (SiC ≥ 98.5 ağırlıkça %), serbest karbon içeriği (≤ 0.3 ağırlıkça %), demir içeriği (≤ 0.1 ağırlıkça %), ISO'ya göre lazer kırınımına göre D10/D50/D90 parçacık boyutu dağılımı 13320, ve BET yüzey alanı. Demir ve serbest karbon üzerinde sıkı saflık kontrolü özellikle önemlidir çünkü her ikisi de nihai bileşikte dielektrik performansından ödün veren elektronik iletkenlik yolları sunar. Arkasındaki kimyanın aksine kaplama endüstrilerinde kullanılan yeşil silisyum karbür, siyah SiC, Acheson fırın konumu ve hammadde seçiminden kaynaklanan biraz farklı safsızlık profilleriyle üretilmektedir., Genel SiC spesifikasyonları yerine sınıfa özel veri sayfalarını zorunlu hale getirmek.
Sık sorulan sorular
Q: Siyah silisyum karbür dolgulu bir epoksi bileşiğinin ölçülen ısıl iletkenliği nedir? 60 hacim% yükleme?
A: Şu tarihte: 60 standart bir epoksi matriste hacim% siyah SiC yüklemesi, toplu bileşiğin termal iletkenliği tipik olarak 8 ve 12 W/m·K, ASTM D7984'e göre geçici sıcak tel yöntemiyle veya ASTM E1461'e göre lazer flaş yöntemiyle ölçülmüştür. Kesin değerler parçacık boyutu dağılımına bağlıdır, yüzey işleme kalitesi, ve tedavi sırasında içeriğin geçersiz olması. Bimodal dağılımlar yüklemeyi doğru itiyor 70 hacim% bu aralığı 12–15 W/m·K'ye kadar genişletebilir.
Q: Siyah silisyum karbür elektriksel olarak yalıtkan termal arayüz malzemelerinde kullanılabilir mi??
A: Yüksek voltaj uygulamaları için değiştirilmemiş toplu formda değil. Siyah SiC yalnızca 10¹–10³ Ω·cm'lik toplu elektrik direncine sahiptir, IGBT veya güç modülü kaplama bileşikleri için tipik olarak gereken minimum 10¹⁰ Ω·cm'nin çok altında. SiC parçacıklarını dielektrik bir kabukla kapsüllemek (sol-jel yoluyla alümina veya silika) veya AlN veya hBN gibi yalıtım dolgularıyla harmanlamak, termal faydayı korurken dielektrik performansını iyileştirmek için uygun stratejilerdir..
Q: Siyah SiC, maliyet-performans bazında soğutucu dolgu maddesi olarak alüminayla nasıl karşılaştırılır??
A: Siyah SiC, alüminaya göre kilogram başına yaklaşık 1,5–2 kat daha pahalıdır ancak alümina için 20–30 W/m·K'ye karşılık 100–120 W/m·K'lik içsel termal iletkenlik sağlar. Eşdeğerde 60 hacim% yükleme, SiC dolgulu bileşikler, alümina dolgulu sistemler için 2–4 W/m·K'ye karşılık 8–12 W/m·K'ye ulaşır; bu, dolgu maliyetinin kabaca iki katı için bileşik iletkenliğinde üç ila dört kat iyileşme anlamına gelir. Bağlantı sıcaklığının azaltılmasının cihazın güvenilirliği veya güç kaybı üzerinde doğrudan etkiye sahip olduğu uygulamalar için, maliyet primi genellikle haklıdır.
Q: İnce bağ hattı termal arayüz ped uygulamaları için hangi parçacık boyutu spesifikasyonunu talep etmeliyim??
A: Aşağıdaki bağlantı hattı kalınlıkları için 250 µm, D99'u belirtin ≤ 40 µm bireysel parçacıkların bağ hattı boşluğunu kapatmasını ve stres konsantrasyonları veya eksik ıslanma yaratmasını önlemek için. Yaklaşık 8-12 µm D50 içeren iki modlu bir karışım (kaba fraksiyon) ve 1–3 µm (ince kesir) bir 65:35 kütle oranı yaygın olarak kullanılan bir başlangıç noktasıdır. ISO'ya göre lazer kırınımıyla D99'u doğrulayın 13320, elek analizi değil, eleme yöntemleri uzun açısal parçacıkları eksik saydığından.
Q: Siyah SiC dolgunun termal iletkenliği –40 °C'de nasıl değişir? +150 °C otomotiv çalışma aralığı?
A: İçsel SiC iletkenliği ~120 W/m·K'den azalır 25 °C ile ~95 W/m·K arasında 150 °C – yaklaşık olarak 20% kesinti. Silikon veya yüksek sıcaklıkta epoksi bileşiği içinde, bu, tüm otomotiv yelpazesinde toplu bileşik iletkenliğinde -18 oranında mütevazı bir azalma anlamına gelir. Malzeme IEC boyunca mekanik ve kimyasal olarak stabil kalır 60068-2-14 -40 °C ile termal bisiklet testleri +150 °C, aşağıda belgelenmiş faz değişikliği veya oksidasyon başlangıcı yok 800 Havada °C.
Henan Üstün Aşındırıcılar Hakkında (HSA)
Henan Üstün Zımparalar (HSA) Çin merkezli bir üretici ve dünya çapındaki endüstriyel uygulamalara yönelik yüksek performanslı aşındırıcı ve gelişmiş seramik malzemelerin küresel tedarikçisidir.. Temel ürün yelpazemiz siyah silisyum karbür içerir, yeşil silisyum karbür, elektronik dereceli silisyum karbür (SiC), beyaz erimiş alümina, kahverengi erimiş alümina, bor karbür, kaynaşmış kalsiyum alüminatlar, ve SG aşındırıcılar.
Müşterilere hizmet vermek 30+ ülkeler, HSA aşındırıcılar için güvenilir malzemeler sağlıyor, refrakterler, teknik seramik, yarı iletken uygulamalar, hassas parlatma, kumlama, metalurji, ve yüksek performanslı inşaat malzemeleri.
Teklif Alın veya Ücretsiz Örnek Alın
Birinci sınıf aşındırıcı ve gelişmiş seramik malzemelerin güvenilir bir tedarikçisini arıyoruz? Bugün teknik ekibimizle iletişime geçin; zamanında yanıt veririz 24 Nitelikli projeler için saatlerce ve ücretsiz numuneler düzenleyebilir.
- 📧 E-posta: sales@superior-abrasives.com
- 💬 Naber: +86-186-3863-8803
