להקות פולימר מתקדמות לשיפור יכולת הירומית באלקטרוניקה

התפקיד הבסיסי של ניהול התרמומל באלקטרוניקה

חום הוא האויב העיקרי של אמינות אלקטרונית.כל רכיב במעגל - מהתנגדות פשוטה למיקרומעבד מורכב - מתפזר אנרגיה כמו חום במהלך המבצע. כאשר עומס תרמי זה עולה על הגבולות החומריים של בידוד שמסביב, תת-שכבות, או encapsulants, מצבי כישלונ כגון דלמנטום, התמוטטות חשמלית, והתנהלות fiveila מאיצה באופן דרמטי את המוליכים למחצה של כל אחד מהם, אך ורק על פני טמפרטורות אלקטרו-סיות מתקדמות, לא יכולות להשפיע על פני טמפרטורות יעילות של חומר זה רק על פני שטח מודרניות, אלא רק 10 מעלות צלזיוס, אך ורק על פני כל אחד, אך ורק על פני השטח של חומר זה, אך ורק על פני טמפרטורות יעילות גבוהה יותר מאשר טמפרטורות יעילות של טמפרטורות יעילות, אך ורק על פני טמפרטורות יעילות של חומר זה, אך ורק על פני טמפרטורות מורכבות של טמפרטורות יעילות של טמפרטורות יעילות יותר מאשר טמפרטורות יעילות, אך ורק על פני טמפרטורות מורכבות, אך ורק על פני טמפרטורות מורכבות של טמפרטורות מורכבות, אך ורק על פני טמפרטורות מורכבות של חומר זה, אך ורק על פני 10 מעלות צלזיוס, אך ורק על פני השטח של טמפרטורות מורכבות, אך ורק על פני טמפרטורות מורכבות, אשר משמשות, רק 10 מעלות צלזיוס, אך ורק על פני

תערובת פולימרים מתקדמות להתמודד עם האתגר הזה על ידי שילוב של יכולת התהליך והעיצוב חופש של פולימרים אורגניים עם החוסן התרמית הנדרשת כדי לשרוד את ההתחדשות, ניתוח כוח גבוה, וסביבות נוחיות קשות.בניגוד פולימרים חד-צדדיים, אשר לעתים קרובות מציג חלון צר של ביצועים תרמיים, תערובות מעוצבות היטב יכול להשיג אפקטים סינרגיים - עלייה בטמפרטורות, שיפור, עיוותים, פחת ולהפחית את יכולת הפחתת תפקוד תת-מתאים גבוהה יותר (מתאים).

Polymer בלנדרים: A Materials Science Review

תערובת פולימרית היא תערובת פיזית של שני מינים מקרו-מולקולאריים או יותר, בשילוב ללא קשר כימי משמעותי ביניהם.הכוונה היא לייצר חומר עם פרופיל רכוש שעולה על מה שכל פולימרים בודדים יכולים להציע. בהקשר של אלקטרוניקה, השיפורים המבוקשים ביותר כוללים טמפרטורות שימוש מתמשך יותר, יותר להבה מחדש, ספיגה נמוכה יותר, ויציבות ממדית גבוהה תחת רכיבה על אופניים תרמיים.

Defining Polymer בלנדרים ואפקטים הסינרגיים שלהם

ניתן לסווג את התבלינים כשגויים (Single-phase), בלתי-סביר (multi-phase), או באופן חלקי לא-אכילה (בשיפור יציבות תרמי, תערובת בלתי-סבירות חלקית לעתים קרובות לספק את האיזון הטוב ביותר: השלב המתמשך מציע יושרה ויציבות תהליכים מבניים, בעוד שלב מפוזר תורם עמידות עתירה גבוהה ונוקשות.

ההתקדמות האחרונה בטכנולוגיית המיומנות - באמצעות בלוק copolymers או reactive grafting - איפשר ליצור תערובת יציבה של פולימרים כי אחרת יהיה בלתי אפשרי.זה פתח את הדלת לשלב פולימרים סחורות עם התחדשות ביצועים גבוהים ביצועים מיוחדים, צמצום העלות תוך שמירה על הרבה של היתרון התרמית.

תכונות עיקריות: גלאס טרנזיון, טמפרטורה Decomposition, ו CTE

שלושה פרמטרים תרמיים מגדירים את התאמת תערובת פולימר עבור יישומים אלקטרוניקה:

• הטמפרטורה של FLT:0Glass מעבר הטמפרטורה (Tg): ההרחבה 1 (הטמפרטורה שבה המעברים פולימרים ממצב נוקשה, מזכוכיתי למצב גומי, גמיש יותר. מעל Tg, כוח מכני טיפות במהירות, שינויים ממדיים הופכים להיות בולטים. עבור אלקטרוניקה כי חייב לשרוד גידול ללא מוביל (טמפרטורות 260 מעלות צלזיוס), Tg של לפחות 240 מעלות צלזיוס הוא לעתים קרובות מוגדר.
• הטמפרטורה (FLT:0) של טמפרטורה (Td): ההרחבה שבה הפולימרים מתחילים לפענוח כימי, בדרך כלל נמדדת על ידי ניתוח תרמוגרמטרי (TGA) A גבוה מבטיח כי החומר אינו יוצא גז או מאבד מסה במהלך הרכבה או במבצע עתיר, אשר קריטי עבור סביבות אטמטיות ווואקום.
• (FLT:0) יעיל של התרחבות תרמית (CTE): ההרחבה 1 (CTE): השיעור שבו החומר מתרחב עם טמפרטורה. Mismatches בין CTE של פולימר לבין זה של עקבות נחושת, מפרקים מוכרים, או סיליקון מת ליצור מתח מכני.ל-CTE ניסוחים להפחית את הסיכון של סדקים ומדכאות על אופניים תרמיים.

ניתן להנדס את התערובות הפולימריות המתקדמות כדי לשפר את כל שלושת הפרמטרים בו-זמנית – למשל, על ידי שילוב עצמות אחוריות ארומטיות קשיחות, קבוצות crosslinkable, או ממלאים אורגניים המגבילים את הניידות של שרשרת ולהפחית נפח חופשי.

למה פולימרים מסורתיים נופלים קצר

תרמופלסטים של האמנה כמו פוליאתילן, פוליפרופילן, פוליקרבונט ו ניילון שירתו את תעשיית האלקטרוניקה גם במשך עשרות שנים ביישומים בעלי טמפרטורה נמוכה.אבל, כמו שוניות כוח גדלו ותהליכי ייצור השתנו להובלת הנמכרים, המגבלות של חומרים אלה הפכו לגלויים ביותר.

מגבלות של הסחורות Thermoplastics

פוליקרבונט, למשל, יש Tg סביב 145 מעלות צלזיוס ומתחיל לזרום באופן משמעותי בטמפרטורות מעל 170 מעלות צלזיוס. בתנור זרימה עם טמפרטורה שיא של 260 מעלות צלזיוס, חלקי פוליקרבונט יעופו, נמס או לשרוף. ניילון 6,6 סופג לחות בקלות, וכאשר מחומם, המים נספגים יכולים להתחסן בחומרי נפץ, לגרום למכשולים וסדקים אלה דורשים שימוש בחולשות גבוהות יותר של חומר ממשטח או חומרים הדורשים אלקטרוניים.

אפילו תרמופלסטים הנדסיים כמו פוליפנוילן sulfide (PPS) ופוליסטולון (PSU), בעוד טוב יותר מציוני סחורות, יש מגבלות. PPS הוא רביר ו נוטה לפצח תחת הלם תרמי; PSU יש התנגדות תרמית טובה אבל קשה לעבד בשל הנטיות הגבוהה שלו.לא חומר בלבד מספק את מערך הרכוש המלא - יציבות תרמית, יציבות, קשיחות, קשיחות, קשיחות, קשיחות, כי הוא דורש סודיות אלקטרונית.

הצורך באלטרנטיבה גבוהה

הגירה של תעשיית האלקטרוניקה להובלת מכוניות ללא מטרות, מחייבת על ידי הגבלת של חומרים מסוכנים (RoHS) הוראה, העלתה טמפרטורות על ידי כ -30-40 מעלות צלזיוס בהשוואה להורדת tin-lead. זה שינוי רגולטורי יחיד לכפות החלמה של חומרים לאורך כל שרשרת האספקה.

אדריכלות: Thermal Stability

מחקר מודרני ופיתוח מסחרי יצרו מספר ארכיטקטורות פולימרים מבוססות היטב אשר משפרות באופן משמעותי את היציבות התרמית.מערכות אלה ממנפיקות ביצועים גבוהים, תוספים פונקציונליים, ומונדסים מהונדסים כדי להשיג ערכי Tg מעל 250 מעלות צלזיוס וטמפרטורות בשימוש מתמשך מעל 200 מעלות צלזיוס.

Polyimide ופוליאתריד בלנדרים

פולימרים (PI) ופוליתפריידים (PEIs) הם בין פולימרים תרמופלסטיים היציבים ביותר זמינים.פולימרים Aromatic יכול להציג ערכי Tg מעל 350 מעלות צלזיוס וערכים Td מעל 500 מעלות צלזיוס, מה שהופך אותם מתאימים לסביבות קיצוניות (pSol) עם חומרים פולימדבקות כל כך קשה לעבד כי הם חסרי או בלתי ניתנים להשגה בצורתם הסופית של תערובת (למשל, כגון: חומצה פולימרופת) עם חומרים מוגמרת (ממים) או חומצה פולימרים) עם חומרים מסוכנים (מתאים כל כך (מתאים יותר) או חומצה פולימרים (מתאים יותר) עם חומצה פולימרים) או חומצה פולימרים (מתאים יותר (מתאים יותר) עם חומצה פולימרים) עם חומצה פולימרים טהורים) עם חומצה פולימרים טהורים (מתאים כל כך גבוה (מתאים כל כך) עם חומצה פולימרים) עם כל כך (מתאים יותר (מתאים כל כך גבוהה (מתאים כל כך גבוה (מתאים כל כך גבוה) עם חומרים פולימרים) עם חומרים פולימרים) עם חומצה פולימרים) עם חומצה פולימרים טהורים) עם חומצה פולימרים) עם חומצה פולימרים טהורים) עם חומצה פולימרים טהורים) עם חומצה פולימרים טהור

התפתחות חשובה נוספת היא תערובת של פולימרים עם פולימרים נוזליים (LCPs) LCPs לספק CTE נמוך במיוחד ויציבות ממדית גבוהה, בעוד פולימדיד תורם קשיחות והתנגדות טמפרטורה גבוהה יותר. תבלינים אלה משמשים יישומים דק-סרט כגון תת-שכבות מעגלים גמישים ואריזות בקנה מידה שבב, שבו שליטה ממדית היא קריטית.

Crystal Polymer (LCP)

גבישים נוזליים הם סוג ייחודי של חומרים שצורה דומיינים מסודרים במצב ההיתוך, וכתוצאה מכך נמוך מאוד CTE ונוקשות גבוהה.עם זאת, LCPs יכול להיות anisotropic - תכונותיהם שונות באופן משמעותי בכיוון זרימה מול הכיוון ההפוך - והם לעתים קרובות מפגינים עלייה גרועה לחומרים אחרים.לחתוך LCPs עם תרמופלסטיקה מוערכת כמו פולית או פוליטרופסים אלה הם להפחית את התערובת נמוכה.

Thermoplastic / Ceramic ו Hybrid Composites

הוספת ממלאי קרמיקה כגון אלומיניום, בורון nitride, או אלומיניום nitride תערובת פולימר יוצר תרכובת היברידית המשלבת את יכולת התהליך של פולימר עם מוליכות תרמית והתרחבות נמוכה של הקרמיקה. בעוד לא רק תערובת פולימר פולימר, מערכות היברידיות אלה מסווגות לעתים קרובות יחד עם תערובת, כי המרחץ פולימר עצמו עשוי להיות תערובת של שני או יותר רטיניים.

התפקיד של Stabilizers ו Additives

מעבר לתערובת הבסיס, ייצוב משחק תפקיד מכריע ביציבות תרמית ארוכת טווח.אנטיoxidants, כגון phenols ו זרפים, scavenge רדיקלים חופשיים המתיזום השפלה תרמית. Metal deactivators למנוע הדבקה קטליטית הנגרמת על ידי נחושת או בצל מתכת אחרים במגע עם הפולימרים.

שיקולים של ייצור ותהליכים

הביצועים של פולימר מתקדם הוא רק טוב כמו עיבוד שלה. תערובת עני, ייבוש לא מספיק, או היסטוריה תרמית לא נכונה יכול לשלול את היתרונות של ניסוח אחר מתוכנן היטב.הבנת היחסים בין תנאי עיבוד לנכסים הסופיים חיוני לייצור חומרים עקביים ואמינים.

מליט בללינג לעומת פתרון בלגן

מלת תערובת - בדרך כלל מבוצעת ב- תאום-screw extruders - היא השיטה הנפוצה ביותר לייצור תערובת פולימר כי זה פתרון ללא גבול והיקף ל כרכים תעשייתיים.כוחות הרהר הגבוה בפיזור extruder את השלב הקטן לתוך טיפות קנס, יצירת מתפזר חומרים מולקולריים או מתמוססים.

אתגרים ב-Achieving Homogeneous Dispersion

כאשר משלבים פולימרים לא מפוזרים, גודל התחום של השלב המפוזר חייב להיות נשלט כדי להשיג את האיזון הרצוי הנכס.דומיינים שהם גדולים מדי ליצור ממשקים חלשים שיכולים ליזום סדקים; תחומים שהם קטנים מדי עשויים לא לספק את היתרון התרמית המיועד. השימוש ב- specatibilizers - כגון ft copolymers כי הקשר לשתי השלבים - להפחית מתחים בין-גזעיים וייצוב של אמצעי בקרה, יש צורך בזהירות כדי ליצור כלי חימום, כגון פיזור זמן, כגון סגסוגת.

יישומים מעבר ל-Electronic Landscape

תערובת פולימרים מתקדמות מצאו את דרכם כמעט לכל קטגוריה של מכשיר אלקטרוני, מסמארטפונים צרכניים ועד לממירי חשמל תעשייתיים.היכולת שלהם לעמוד בטמפרטורות גבוהות תוך שמירה על בידוד חשמלי ושלמות מכנית הופכת אותם הכרחיים לייצור אלקטרוניקה מודרני.

High-Temperature Printed Circle Boards

סטנדרטי FR-4 epoxy laminates יש Tg סביב 140 מעלות צלזיוס והם לא מתאימים עבור עתירי עתירה גבוהה או גבוה אחריות גבוהה. תערובת פולימרים מתקדמת המבוססת על פוליimide triazine (BT), או cyanate ester משמשים לייצר תת-קרקעית שמירה על יציבות ממדית באמצעות מחזורי רבים של מחזורי זרם ללא מוביל אלה הם חיוני עבור ציוד CBD, שבו חומרים CBD-אווירה, 000.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

Encapsulants להגן על רכיבים רגישים לחות, רטט, וזעזוע תרמי. epoxy encapsulants יכול סדק או delaminate תחת רכיבה תרמית. Polyurethane / פוליתאתידים ומחסנים סיליקון-epoxy מציעים יציבות תרמית מוגברת וגמישות, ומאפשר להם לשרוד תנודות טמפרטורה מ -55 מעלות צלזיוס ל +200 מעלות צלזיוס ללא חומרים אלה משמשים ביחידות כוח, מודולים, ונהגים LED.

קישורים ושיכון

מחברים בסביבות עתירה גבוהה - כגון אלה ביחידות בקרת מנוע, חיישנים תעשייתיים, והפצת כוח מרכז נתונים - דורשים חומרים לשמור על תכונות האביב שלהם דיוק ממדי בטמפרטורות גבוהות. Polyetherimide /polyethersoneערובות ופולימניידי / LCP תערובת לספק את השילוב ההכרחי של Tg, CTE נמוך, והתנגדות. חומרים אלה מציעים גם מעולה להבה, עמידה, עמידה בדרישות VULD ללא דרישות VD.

אלקטרוניקה גמישה ולבוש

השוק הגדל למכשירים גמישים ולבושיים מציג אתגרים ייחודיים: המצע חייב להיות nd שוב ושוב תוך שמירה על יציבות תרמית במהלך החזקה של רכיב. פולימד / פוליתמיד תערובות להטיל סרטים דקים המציעים איזון מצוין של גמישות, יציבות תרמית, ונכסים דיאלקטריים.התפתחויות אחרונות בנוסחאות יצרו סרטים עם Tg מעל 250 מעלות צלזיוס ו elongation ב-Break 20%, ומאפשרים לשרוד דינמית, שעונים רפואיים חכמים, מתקפלים, מתקפלים, וחכמים, מתקפלים.

ביצועים השוואתיים: תבלינים מתקדמים לעומת חומרים מסורתיים

כדי להמחיש את פער הביצועים, לשקול השוואה ישירה של שלוש מערכות חומר המשמשות לדיור מחבר מבודד מודול סוללה של רכב חשמלי:

• (FLT:0)Standard פולימיד 6,6 (PA66):03FLT 1 Tg - 50°C, Td - 350 ° C, CTE 80-100m / ° C. טמפרטורה רציפה - 100 ° C. Susceptible to Pool and hydrolysis. Low Cost, אך נכשל ברכיבה תרמית מעל 125 מעלות צלזיוס.
• (FLT:0)Polyphenylene sulfide (PPS): LT:1 Tg - 90 ° C, Td -500 ° C, CTE 30-50 ppm / ° C. טמפרטורה רציפה -220 ° C. התנגדות כימית טובה אבל בוהק, נוטה לפצח תחת לחץ מכני קשה להתחבר עם דבקים.
• (FLT:0)PEI /PES תערובת עם ממלא זכוכית:03FLT 1 Tg -215 ° C, Td -500 ° C, CTE 15-25 ppm / ° C. טמפרטורה רציפה -200 ° C. קשיחות טובה, דבקות מעולה, וקליטת לחות נמוכה.

תערובת PEI /PES מציעה בבירור את השילוב הכללי הטוב ביותר של יציבות תרמית, עמידות מכנית, ומיומנות עבור יישום תובעני זה. CTE שלה קרוב לזה של אלומיניום (23m / ° C), צמצום הלחץ התרמי בממשק עם כיור חום או ברים אוטובוס.התערובת גם עובר את מבחן ההלם התרמי דורש של -40 מעלות צלזיוס ל - 150 מעלות צלזיוס עבור 1000 ללא קריקר - דרישה כי לא יכול לעמוד P66 באופן עקבי.

גבולות המחקר והכיוונים העתידיים

תחום הפולימרים ליציבות תרמית ממשיך להתפתח במהירות.אזורי מחקר מתפתחים מבטיחים לדחוף את הגבולות עוד יותר, ומאפשרים יישומים חדשים בסביבה קיצונית ולתרום למטרות קיימות.

ננופלר-Enhanced בלנדרים

שילוב ננוקלים - כגון גרפן ננופליות, צינורות פחמן, או בורון nitride ננוגליונים - לתוך תערובת פולימר יכול לשפר באופן דרמטי את ההתנהגויות התרמיות ואת יציבות תרמית עם רמות טעינה נמוכות מאוד (1-5 wt%) אלה nanofillers טופס זיהום פני השטח כי התנהגות יעילה, צמצום הטמפרטורות המקומיות על ידי 10-20 מעלות צלזיוס הפעלה תרמית באותו זמן, הם מגבילים את ה- 10 ° CTER.

להקות פולימר מבוססות וקיימות

לחץ אחריות מניע את העניין בתערובת פולימרית שמקורה במשאבים מתחדשים.בעוד פולימרים המבוססים על פולימרים כגון חומצה פולילאקטית (PLA) ופוליhydroxyalkanoates (PHA) יש יציבות תרמית גרועה עבור אלקטרוניקה, ערבוב אותם עם חומרים אלקטרוניקה בעלי ביצועים גבוהים או שינוי כימי יכול לשפר את עמידות החום שלהם.

מודלים וסימפוציה של ביצועי בלנדר

שיטות Computational הופכות הכרחיות לתכנון תערובת פולימרי מתקדמות.דמיות מולקולריות (MD) יכולות לחזות את הפרמטרים של Tg, Solubility, והתנהגות בין-גזעית של רכיבי תערובת לפני כל עבודה ניסיונית מתחילה.מודלים למידה מכונה המוכשרים על מסדי נתונים של תכונות פולימרים יכולים למסך אלפי נוסחאות פוטנציאליות ב-Tapico, זיהוי המועמדים המבטיחים ביותר לאימות ניסיוני.

מסקנה

תערובת פולימרים מתקדמות מייצגת פתרון בוגר אך עדיין מתקדם במהירות לאתגרים יציבות תרמיים המגבילים את האלקטרוניקה המודרנית.על ידי שילוב התכונות המשלימות של ריבוני בסיס ביצועים גבוהים - פולימדידים, פוליתידים, LCPs - עם compatibilizers נבחר בקפידה, מלאנים, וייצובים, חומרים יכולים מהנדסי פלסטיק לשרוד את הסביבות התרמיות הקשות של מובילי-מדומים, תפעול גבוה, ותנאים אלקטרוניים קיצוניים, כבר, יש יותר, מקיפים יותר, ואקלים תעשייתיים, כבר, יותר, חומרים אלקטרוניים, יותר, יותר, יותר, ומזגים, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, חומרים אלקטרוניים יציבים, מקיפים יותר, יותר, חומרים, יותר, חומרים, יותר, יותר, חומרים, חומרים, חומרים, יותר, יותר, יותר, חומרים, יכולים מהנדסי רכב יציבים יותר, יותר, יותר, חומרים, חומרים, יותר, יותר, יותר, חומרים אלקטרוניים, יכולים מהנדסי אקלים תעשייתיים יותר, חומרים, ומזגים, חומרים, יכולים מהנדסי אקלים תעשייתיים יותר, חומרים, יותר, יותר, חומרים, חומרים, כבר, חומרים, חומרים, חומרים, חומרים, חומרים, חומרים, חומרים, יכולים מהנדסי רכב יציבים יותר, חומרים, כי הם יכולים

(התעשייה נעה לכיוון אפילו יותר של נחיתות כוח, מוליכים למחצה רחבים יותר (כגון סיליקון carbide ו-Geium nitride), וגורמים גמישים, הביקוש לתערובת פולימרית יציבה תרמית רק ירחיב את האינטגרציה של ננופלרים חיצוניים, רכיבים מבוססי-ביו-בסיסיים וכלים עיצוב חישוביים מבטיח לספק את הדור הבא של חומרים שאינם רק עמידים יותר חום-אוויריים, אלא גם למהנדסים חיוניים, עבור חומרים חיוניים, כמו גם עלות-Fable, ואפקטים חיוניים, כלומר, עלות, עלות, עלות, עלות, על בסיס קבועות, על בסיס משאבים חיוניים, על-תועלת, על-תועלת, על-ידי פיתוחים, ואפקטים חיוניים, ואפקטים חיוניים, על-תועלת, ואפקטים חיוניים, על-ידי צוות של מוצרים חיוניים, על-ידי פיתוחים של מוצרים חיוניים, ו-תועלת, על-תועלת, וכן על-ידי פיתוחים של מוצרים חיוניים, וכן על-ידי פיתוחים של מוצרים חיוניים, על-ידי מערכת ניהול חומרים חיוניים, עבור מוצרים חיוניים, וכן על-ידי מערכת ניהוליתנים, על-ידי מערכת ניהוליתנים, על-ידי פיתוח:

בסופו של דבר, האבולוציה המתמשכת של טכנולוגיית תערובת פולימרים תמלא תפקיד מרכזי במתן מכשירים אלקטרוניים של מחר - מכשירים שהם חזקים יותר, קומפקטיים יותר, ואמינה יותר מכל דבר זמין כיום.האתגרים הם משמעותיים, אבל החידושים הנובעים ממעבדות ברחבי העולם מספקים בסיס מוצק לפגוש אותם ראש על.