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间隙填充物的特性以及它们如何影响印刷电路板

  本文重点介绍间隙填充物的特性以及它们如何影响印刷电路板(PCB),包括从标准粘弹性材料到腻子再到就地成型各种间隙填充物的压缩特性。PCB非常柔软,很容易变形。将讨论挠度如何影响间隙填充物的整体压缩。最后,本文将提供一些建议,以管理在PCB电子组件上实施填充剂时产生的应力。

  在讨论热界面材料时,最好定义一个热间隙填充物(热界面)。它们不同于旨在降低接触电阻的相变或润滑脂。热间隙填充物会填充因公差而变化的间隙。这意味着在压缩过程中产生的实际应力可能会发生变化,并且在大多数情况下可能会高于期望值。热间隙填充物通常不用于具有固定力的应用中,例如弹簧加载的散热器。相反,它们用于存在间隙可控且存在基于组件和装配公差的公差的应用中。间隙填充物有各种形状系数,但都具有一些局限性和特征,应该理解。

  一般来说,热间隙填充物分为三种类型(图1)。最柔软的是可分配的即用型材料,这是一种有吸引力的选择,因为它们本质上是一种流体或粘性材料,几乎不产生应力。它们是固化的或非固化的。可分配的填充剂需要设备和程序以确保就地成型正确固化,并且没有空气滞留在材料中。在组装之前要创建正确的分配形状,以确保均匀接触。第二种填缝剂是油灰或油灰垫,也不需要特殊设备。垫具有指定的厚度,并且由于它们已经形成,因此无需担心内部残留的空气。它们更多地是粘性塑料材料,并且往往具有很少或没有弹性成分。

  最常见的热间隙填充物是粘弹性的。它们具有各种热导率,从成本有效的材料到每米开尔文10瓦以上的高电导率材料。它们通常具有反弹或保持粘弹性的特征。

  选择热间隙填充物时,数据表是典型的起点。数据表将具有应力应变曲线或其他应力应变数据。通常,此数据仅适用于一个厚度。应力应变将随厚度而变化。数据表可能没有有关压缩速度或速率对压缩的影响的信息,并且可能不包含有关随时间变化的数据。

  边界也起着很大的作用。如果它们干扰材料的流动,则会导致较高的应力。了解厚度之间的压缩特性差异,对压缩速度的影响以及随时间变化的松弛,对于理解PCB在压缩(初始安装)过程中以及随着时间变化所承受的变化应力非常重要。

  应力应变曲线%,因为间隙填充物保留在负载路径中,并且需要更大的力才能达到给定的压缩率。应力应变曲线不是线性的,因此使用单个模量值来描述压缩通常是不准确的。您必须知道您将在应力应变曲线上的什么位置工作;压缩超过该点将导致间隙填充物致密化并停止流动。

  就地形成间隙填充物非常受欢迎,因为它们不会产生过多的应力。它们是基于聚合物的,通常是有机硅或其他合成聚合物基。它们没有交联或几乎没有交联,因此它们没有抗张强度-粘度将所有东西粘合在一起。它们会随着空气压缩而轻易流动,但最终将成为硬停止。在对应力非常敏感的应用中使用它们,并将其压缩到颗粒触底的程度,会损坏PCB和组件。

  缝隙填充物的另一个特征是所产生应力中的压缩率依赖性。这可能是填缝剂最被忽略的特性之一。有一种趋势是只关注垫被压缩了多少而忽略了垫被压缩的速率。间隙填料油灰和粘弹性垫被高度阻尼,并会产生不同的应力。在不同的速度下,力量会发生巨大变化。

  在某些情况下,很难控制压缩率。一种选择是使用固定负载压缩间隙填充物。在给定载荷下,间隙填充物会蠕变;粘弹性材料的蠕变在一定程度上是可逆的。腻子缝隙填充剂的蠕变是不可逆的。一旦压缩它们,就不应再使用它们。如果需要维修,甚至应更换粘弹性垫,因为压缩对填缝剂至关重要。

  该测试系统基本上是具有给定重量的固定装置,其施加的载荷不会超过组件可以承受的最大载荷。与蠕变不同,蠕变中的载荷是固定的,曲线表示随着时间的推移,填隙填充物在该载荷下随时间的推移会压缩多少,而应力松弛则显示出填隙填充物随时间的松弛量。压缩期间力最大,一旦没有进一步的变形,力通常会松弛。

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