Силикон vs. материалы без силикона: выбор подходящего материала для электроники

Электронные устройства эксплуатируются в условиях повышенных требований, которые предъявляются к их надежности, устойчивости и долговечности в различных отраслях. Особенно это касается автомобильной промышленности, где важна стабильность работы в условиях вибраций, экстремальных температур и повышенной влажности.

В аэрокосмической сфере оборудование сталкивается с еще более суровыми условиями, включая воздействие вакуума, резкие перепады температур и высокую радиационную нагрузку. Производство потребительских товаров, несмотря на кажущуюся простоту, также требует от электронных компонентов длительного срока службы и стойкости к механическим повреждениям.

Наконец, промышленное оборудование работает в агрессивных средах, таких как повышенные температуры, давление или контакт с химическими веществами. В этих условиях силикон благодаря своим уникальным свойствам, таким как термостойкость, химическая инертность и эластичность, часто становится незаменимым материалом, обеспечивающим стабильную работу и долговечность устройств.

Преимущества силикона

Силиконовые составы широко применяются в электронике в качестве заливочных материалов, герметиков, прокладок, компаундов и термоинтерфейсов (TIM).

Популярность силикона объясняется его выдающимися характеристиками, включая:

• Устойчивость к механическим и электрическим ударам и вибрациям
• Высокую гибкость и способность к удлинению
• Превосходную долговечность
• Устойчивость к химическим веществам, маслам и воде
• Способность выдерживать экстремальные температуры от -65°C до +200°C
• Низкую токсичность, высокую чистоту и отличные электрические свойства

В приложениях, где критически важен отвод тепла, тепловая стабильность и теплопроводность силикона делают его незаменимым. По мере того как электронные устройства становятся мощнее и сложнее, надежное управление теплом становится обязательным. Силиконовые TIM обеспечивают эффективный отвод тепла, а также обладают огнестойкостью и изоляцией, что важно для мощных и высокотемпературных систем.

Когда силикон не подходит

Несмотря на свои преимущества, в некоторых случаях силикон может быть не идеален, в основном из-за выделения летучих соединений (outgassing).

Это может привести к:

• Загрязнению близлежащих компонентов
• Косметическим проблемам, таким как утечка масла из материала
• Вмешательству в работу чувствительных устройств, например, на заводах автомобильной сборки

Из-за этих факторов необходимо тщательно оценивать условия применения. Например, робот на автомобильном заводе может требовать использования низковолатильного или полностью безсиликонового TIM, чтобы минимизировать риски. Важно отметить, что все полимеры в какой-то степени выделяют летучие соединения. Задача состоит в том, чтобы управлять этим процессом в конкретных условиях эксплуатации.

Альтернативы силикона

Хотя свойства силикона уникальны и их трудно полностью воспроизвести, для выполнения определённых задач существуют альтернативные материалы с различным химическим составом. К числу таких безсиликоновых решений относятся GAP PAD, жидкие теплопроводящие заполнители, фазопереходные материалы (PCM) и специальные защитные покрытия для печатных плат.

Например, теплопроводящие интерфейсные материалы (TIM) на основе полиуретана способны обеспечить теплопроводность, сопоставимую с силиконовыми аналогами. Однако другие их характеристики, такие как механическая прочность, устойчивость к окружающим условиям или адгезия, могут отличаться, что требует тщательного анализа для каждой конкретной области применения.

Важные аспекты выбора

Для TIM увеличение содержания наполнителей может снизить долю силикона, уменьшив риски выделения летучих соединений. Кроме того, высокое содержание наполнителя повышает теплопроводность, достигая двойной цели. Хотя миграция масла из силиконовых TIM возможна, это обычно косметическая проблема, не влияющая на производительность или риск загрязнения.

Силикон остается непревзойденным по своей универсальности и характеристикам, однако существуют надежные альтернативы для случаев, когда его использование вызывает сложности. Выбор между силиконовыми и безсиликоновыми материалами должен основываться на балансе между требованиями к производительности и ограничениями конкретного применения.