倒装芯片
灌封

硅酮胶
5403 and 5404
a. 单组份 b. 热固化, 150°C *10分钟 c. 抗热循环性能佳 - 40°C 至 150°C d. 玻璃化温度(Tg)低, < - 40°C e. 剪切强度低, 100 至 500 psi

导热垫片
与机械紧固相比,增加了垫片. 因为其规格特定,难以实现自动化,并需要额外库存!

导热垫片
导热垫片的组成
硅橡胶 玻璃纤维颗粒 导热填充料
铝 氮化硼
配合使用压敏胶或机械紧固进行安装 导热系数为: 0.9 - 2.0 W/m oK

导热胶基础教程

导热技术在电子行业的应用

内容
➢为什么需要导热技术 ➢热传导知识 ➢导热工艺
➢传统工ห้องสมุดไป่ตู้-无粘结剂 ➢导热胶工艺
➢导热胶的固化和产品选择 ➢客户关心的问题

为什么需要导热技术
线路板设计
更小的元器件 更紧密的元器件排布空间 更强功能的元器件
工件的正常运作受温度的限制 高温会导致材料电阻率的升高
降低元器件的工作效率
工作在高温状态会缩短工件的使用寿命

热传导知识
热传导的途径
对流传导 接触传导 辐射传导
通过散热片的接触传导使电子元器件有效 散热是最通用的导热技术

加速剂固化
优点
快速固化(一般2-5分钟) 无需混合 有效期长
局限
固化深度 (0.015”) 加速剂溶剂危害 无溶剂型加速剂的涂敷

紫外光固化
优点
高速定位(10秒) 易实现自动化
局限
阴影部分难以固化 设备投资 可能使塑料变色或变型
0.78
0.48
相应材料成本
2个螺钉
涂两次导热胶
2个垫片
涂两次促进剂
2个绝缘衬垫
1个绝缘片
2个锁紧垫片/垫片
2个螺母/锁紧螺母
总计：
1.00
0.01
____________________________________
总计相应htt成p://w本
0.49
Question and Answer

导热油脂
与机械紧固相比 增加了导热油脂 其流动特性影响可靠性!

导热油脂
优点
消除了气穴的产生
局限
需要机械紧固配合 使用 油脂存在污染的危 险
油脂受热易流淌
电气绝缘性能差

4
4
4
7387
a. 单组份系统 b. 加速剂/热固化, 易自动涂胶,产品有效期长 c. 玻璃化温度 (Tg), 60°C d. 剪切强度高 >1000 psi
3871
4 4 4
3872
4 4 4
3873 4
4 4
丙烯酸酯粘结剂
优点
对多种基材粘结力佳 内聚力高 模量范围广 耐碳氢化合物的影响
3~8 C保存，9个月有效期

关心的问题
导热性能 强度 耐冲击振动能力 绝缘强度---耐电压值 维修方法 保存和使用寿命 如何使用

典型装配

典型装配
自成垫片型粘结剂
5 mil 玻璃珠在粘结剂内,确保0.005-0.006” 的最小间隙. 点胶量和夹具安装的稳定性对获得稳定的 粘结厚度非常重要.

可维修型粘结剂
内聚力较弱的丙烯酸酯粘结剂可通过加热 法清除. 硅酮胶的内聚力弱,适合维修.


环氧树脂粘结剂
3860, 3861, 3862
a. 双组份混合 - 适配期较长 b. 3860, 1 hr @ 65°C
3861, 2 hrs @ 100°C 3862, 2 hrs @ 100°C c. 剪切强度高, Al - Al (>1 ksi) d. 玻璃化温度(Tg)高, > 60°C e. 导热系数 1.2 W/m-K

热固化
优点
简便 易实现自动化 确保固化充分
局限
相对较长的固化时间 (15-30分钟) 温度曲线的控制 粘结剂在固化前可能流 淌 固化炉占空间 能耗高 流程控制 高温可能损坏基材

优点
有效期长 固化充分
导热系数
导热系数 [ W/m-K ] @ 110 ± 10°C
常见材料:
空气
000.024
水
000.68
PVC, PBT 000.23
镍
058.89
铝
205.96
铜
377.30
银
411.91

注意点
热冲击
胶层越厚,耐热冲击性能越佳,但导热效率受影 响.
工艺 2: 无粘结剂
1 卡子轨道 1 导热垫片 2 螺丝

工艺 3:导热粘结剂
只用胶 紫外光初固 热固化

成本比较
在PCB板上安装动力元件和散热片
传统方法
导热胶
人工装配时间(s)
56
35
相应装配成本
粘结剂的种类, 导热填料的类型,固化方式 可以根据特定的应用进行选择.

导热胶工艺
优点
无气穴存在 电气绝缘性能佳 不移动 不松动 可进行自动涂胶 减少库存
局限
必须要固化 胶存在有效期的限 制 一定的施胶工艺

导热垫片
优点
电气绝缘性能好 快速 无移动危险
局限
每个工件的垫片尺寸 是独特的 垫片需要库存 紧固力矩要求严格 压力设置或应用误差 会导致气穴的产生 难以实现自动化

导热胶工艺

导热胶工艺
导热胶工艺:用粘结剂粘结发热元件和散热 片，既能达到粘结的目的，又能导热，同 时还能绝缘。
粘结剂固化方式
加速剂固化: 快速达到固化强度, 15mils固化厚度 紫外光固化: 快速定位的需求, 10秒定位(150 mW/cm2 @ 365 nm) 紫外光+加速剂固化: 快速固化 热固化: 固化时间需数小时, 固化充分 加速剂+紫外光+热固化: 快速固化流程 双组份固化: 需要混合,固化时间需数小时
局限
耐高温极限为300oF 大部分是高模量材料 自由基固化会受到氧气 抑制作用

丙烯酸酯粘结剂典型应用
BGA与散热片 针状排列与散热片 晶体管与散热片

紫外/热固化丙烯酸酯典型应用
高产量应用: 晶体管与散热片粘结
机械紧固 应用导热油脂的机械紧固 应用导热垫片的机械紧固 有粘结性能的导热垫片

机械紧固
卡子

螺栓
优点
快速 安装简便
机械紧固
局限
有气穴存在 无电气绝缘 有松动的危险 零件需要库存 难以自动化 装配工序繁复
导热性能 强度
可维修强度类/拉剪强度 = 6.9MPa 高强度类/拉剪强度 = 17.2MPa

关心的问题
导热性能
强度
耐冲击振动能力
耐冲击强度 ft-lb
5

关心的问题
导热性能 强度 耐冲击振动能力 绝缘强度---耐电压值
•PROCESSOR •MANUFACTURER
•Thermal Grease •Thermal Plate •Thermal Grease
•Heat Slug •Silicon Die
•BGA Package
•PC Board

热传导知识
导热系数的单位:
公制单位: W/m-oC 或 W/m-oK 英制单位: BTU-in/hr-ft2-oF

热传导知识
常见材料的导热系数(W/m-K)
空气
0.024
水
0.556
PVC塑料 0.14
铝
204
银
419

传统工艺-无粘结剂

环氧树脂粘结剂
优点
对大部分材料粘结 强度高 内聚力高 收缩率低 耐热和耐化学性能 佳 玻璃化温度(Tg) 高
局限
对塑料材料粘结力 不强 大不份很脆 固化时间长 固化工艺麻烦 卤素含量高

环氧树脂粘结剂典型应用
稳定一致的胶层厚度对获得稳定一致的导 热性能是非常重要的. 在塑料部件上的硅质脱模剂残留会对非硅 酮胶粘结剂产生影响.

关心的问题
导热性能
导热系数 0.3 ~ 1.6w/mC = > 导热油

关心的问题
硅酮胶
优点
局限
玻璃化温度Tg低 (-60oF)
在大范围的温度区间 内表现稳定
耐高温性能出色
内聚力低
可能成为污染源头 耐非极性溶剂能力 弱
模量低
多种固化方式
耐极性溶剂能力佳

硅酮胶典型应用
PCB与散热片的粘结


热传导知识
影响热传导的因素:
温度差 接触表面积 导热介质厚度 导热系数
•Example Thermal Analysis Diagram
•300 MHz •PENTIUM CLASS PROCESSOR •43 Watts
•Heatsink or Heatsink Fan Assembly •SYSTEM INTEGRATOR
1mm厚胶层，耐电压值27000伏

关心的问题
导热性能 强度 耐冲击振动能力 绝缘强度--- 耐电压值 维修方法
用热风吹后，强度会下降，再用工具撬除

关心的问题
导热性能 强度 耐冲击振动能力 绝缘强度---耐电压值 维修方法 保存和使用寿命

双组份固化
局限
相对较长的固化时间 (15-30分钟) 必须混合
设备维护保养 报废较多
准确的混合比例 有工作时间限制