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什么是用于傳熱的軟性導熱凝膠？

什么是用于傳熱的軟性導熱凝膠？

研究表明，高達 55% 的電子元件故障與散熱不良有關。此外，用于散熱的硬質導熱墊在過大壓力下會導致脆弱的裸芯片破裂或使多層 PCB 板變形。在這種情況下，用于傳熱的軟性導熱凝膠成為理想的解決方案。

通過使用合適的導熱凝膠解決方案，我們可以有效降低電子元件的溫度，延長元件壽命并提高可靠性。無論您是熱工程師、產品設計師還是制造專家，了解用于傳熱的軟性導熱凝膠對于現代產品開發都至關重要。

軟性導熱凝膠的化學和物理特性

軟性導熱凝膠的主要特點是低模量（柔韌性）和高穩定性。標準導熱硅脂是一種簡單的流體混合物，在熱循環過程中極易泄漏，而導熱凝膠則采用特殊的聚合物基質，這種材料基于分子鏈相互連接的聚合物。這可以防止材料流動或遷移，即使元件因受熱膨脹也不會發生這種情況。這種交聯網絡確保材料保持在原位，在產品的使用壽命內提供可靠的傳熱性能，這是優于傳統導熱膏的關鍵優勢。材料的柔軟度使用肖氏 00 硬度計進行測量，大多數高性能軟性凝膠的肖氏 00 硬度值在 20 到 45 之間，使其具有極高的柔韌性，這意味著該材料只需很小的力即可貼合每個微小的表面缺陷，幾乎消除了元件損壞或 PCB 板翹曲的風險。

軟性導熱凝膠與導熱墊和導熱硅脂的比較

了解何時選擇軟性導熱凝膠而不是傳統的導熱硅脂或間隙墊需要研究它們在實際應用中的性能差異。

軟性導熱凝膠與導熱硅脂（導熱膏）的比較

軟性導熱凝膠 vs 導熱墊

導熱墊因其易于操作而備受青睞，但這也帶來了較高的機械應力，并影響了導熱接觸。

導熱墊的缺點：需要施加較大的壓力才能達到所需的表面潤濕效果，從而最大限度地降低接觸電阻。這種壓力會對脆弱的元件造成損害。

導熱凝膠的優勢：軟性導熱凝膠能夠自動實現優異的潤濕效果，其流動性使其能夠覆蓋整個界面，即使是復雜的輪廓也能輕松應對。

鍵合線厚度 (BLT) 的優勢

導熱墊：其厚度受限于固定的標稱厚度（例如 1.0 毫米）。

軟性導熱凝膠：由于凝膠具有流動性，自動點膠可以達到由間隙高度決定的最小鍵合線厚度。正是由于這種均勻的薄層，導熱凝膠通常比具有相同原始導熱系數的導熱墊具有更低的整體導熱電阻。

軟導熱凝膠在傳熱領域的常見應用

LED和照明散熱管理

LED驅動器需要極長的使用壽命，通常額定壽命為50,000小時。因此材料必須能夠承受金屬芯PCB的熱膨脹應力。軟性導熱凝膠能夠吸收熱循環應力而不脫落或開裂，從而防止產品使用壽命期間因熱降解而導致的閃爍或顏色偏移。

汽車和電動汽車應用

電動汽車行業是可分散導熱材料的主要用戶。軟性導熱凝膠用于大功率逆變器、車載充電器，并且越來越多地用作電動汽車電池單元和冷卻板之間的間隙填充物，其低密度和原位固化能力使其成為大規模生產自動化生產線的理想選擇。

工業和電信設備

這些應用需要在惡劣環境下保持高可靠性，比如5G遠程射頻單元 (RRU) 和工業電源通常需要垂直安裝，這要求導熱界面材料 (TIM) 必須保持垂直穩定性。具有高觸變性的軟性導熱凝膠對于確保材料保持在分配位置至關重要，從而在長達十年的戶外使用中可靠地冷卻芯片。

如何選擇導熱凝膠

單組分（預固化）：這類凝膠本身就很穩定，無需混合，最適合返工常見的非關鍵性應用。

雙組分（固化）：需要在噴嘴處混合兩種組分（A 和 B）。這樣可以形成高度穩定的固化彈性體。它具有最佳的長期可靠性和絕對的垂直穩定性，但返工難度更大。

計算點膠模式：軟導熱膠的點膠方式對于避免氣泡滯留至關重要。

自動化投資回報率：自動化點膠設備（機械臂、容積泵）的資本投資很快就能得到回報。省去了切割和放置數百個導熱墊所需的人工，顯著提高了生產效率。

常見問題解答

問：我可以重復使用軟質導熱凝膠嗎？

答：不可以。一旦被壓縮，凝膠的結構就會受損，無法再次可靠地貼合。返工時必須將其徹底擦拭干凈并重新涂抹。

問：導熱凝膠會隨著時間推移而變干嗎？

答：高質量的硅酮或丙烯酸導熱凝膠經過特殊配方，可在設備的使用壽命內有效防止干燥和分層。這是其優于廉價導熱膏的關鍵優勢。

問：軟質導熱凝膠導電嗎？

答：幾乎所有軟質導熱凝膠都不導電。導熱凝膠使用電絕緣陶瓷填料（例如氧化鋁），因此可以安全地與導電引線和引腳直接接觸。

問：軟質導熱凝膠和導熱膏一樣嗎？

答：不一樣。軟質凝膠經過特殊設計，可以限制油的流動性（減少滲油），通常具有觸變性，更容易實現自動化；而導熱膏成本較低，但更容易發生遷移。

問：我應該多久對生產中的凝膠進行一次重新認證？

答：在任何工藝變更或供應商變更后；每年進行抽樣檢查，或者如果現場監測到溫差漂移超過約 5°C 時。

問：凝膠會釋放氣體并污染光學器件嗎？

答：有些凝膠會。用于光學器件時，請使用不含硅酮或低 VOC 的凝膠，并索取 TML/CVCM 數據。

問：軟質導熱凝膠可以用于電腦的 CPU 和 GPU 散熱嗎？

答：可以。軟質導熱凝膠非常適合 CPU/GPU 散熱，尤其是在筆記本電腦中，因為筆記本電腦對耐振動性和長期穩定性要求較高。

問：我可以混合使用不同品牌的導熱凝膠嗎？

答：不建議這樣做。不同的配方可能存在化學不兼容性，混合后的凝膠可能會發生相分離或固化不當。

問：導熱凝膠需要什么樣的儲存條件？

答：正確的儲存方法可以延長保質期并保持性能。建議嚴格遵循產品手冊中提供的使用和儲存說明。

軟性導熱凝膠是一種成熟可靠的導熱界面材料技術。只要選擇合適的規格，軟性導熱凝膠就能在貼合性、低機械應力和易于制造性之間實現完美平衡。

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