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आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स में थर्मली कंडक्टिव एडेसिव चिपकने का महत्व
चूंकि इलेक्ट्रॉनिक उपकरण प्रसंस्करण शक्ति प्राप्त करते समय आकार में सिकुड़ते रहते हैं, प्रभावी थर्मल प्रबंधन एक महत्वपूर्ण डिजाइन विचार बन गया है। थर्मली कंडक्टिव चिपकने वाला (टीसीए) एक दोहरे उद्देश्य की सेवा करते हैं: वे एक साथ घटकों को जोड़ते हैं जबकि ताप स्रोतों जैसे प्रोसेसर, पावर एम्पलीफायर, और एल ई डी से हीट सिंक या चेसिस तक गर्मी के लिए। कुशल गर्मी हस्तांतरण के बिना, प्रदर्शन degrades, विश्वसनीयता बूंदों और समय से पहले विफलता आम हो जाती है। पारंपरिक थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री (टीआईएम) जैसे थर्मल ग्रीस, पैड, या चरण-परिवर्तन सामग्री प्रत्येक में व्यापार-बंद होता है। ग्रीस थर्मल साइकिलिंग के तहत पंप-आउट या ड्राई आउट कर सकते हैं, पैड विद्युत संपीड़न बल की आवश्यकता होती है, और मिलाप उच्च प्रदर्शन की मांग को कम करती है।
टीसीए को अनिवार्य बनाने वाली प्रमुख गुणों में शामिल हैं: थर्मल चालकता (आमतौर पर 0.5-10 डब्ल्यू / एम · के साथ, कुछ उन्नत योगों के साथ 15 डब्ल्यू / एम · के या अधिक तक पहुंचते हैं), कम बंधन-रेखा की मोटाई थर्मल प्रतिरोध को कम करने के लिए, विद्युत इन्सुलेशन के लिए उच्च ढांकता हुआ ताकत, और कंपन और थर्मल तनाव के तहत संयुक्त अखंडता को बनाए रखने के लिए पर्याप्त आसंजन शक्ति। कम तापमान पर इलाज की क्षमता भी तापमान-संवेदनशील सब्सट्रेट जैसे लचीला सर्किट और कार्बनिक पैकेज पर उनके उपयोग को सक्षम बनाती है। 5 जी बुनियादी ढांचे, इलेक्ट्रिक वाहन पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और कॉम्पैक्ट उपभोक्ता उपकरणों के उदय के साथ, उच्च प्रदर्शन टीसीए के लिए मांग तेजी से बढ़ रही है।
TCA Technologies
पिछले पांच वर्षों में, आर एंड डी प्रयासों ने टीसीए का उत्पादन किया है जिसमें थर्मल चालकता पारंपरिक सामग्रियों के लगभग दोगुनी हो जाती है। ये सुधार भराव प्रौद्योगिकी, बहुलक रसायन विज्ञान और रसायन विज्ञान के इलाज में प्रगति से उत्पन्न होते हैं। नीचे हम सबसे प्रभावशाली विकास की जांच करते हैं।
नैनोमटेरियल-वर्धित भराव
बोरॉन नाइट्राइड (BN) प्लेटलेट्स, ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स, कार्बन नैनोट्यूब (CNTs), और एल्यूमिना (Al2O3) कण अब उच्च अंत TCAs में आम हैं। जब उच्च लोड हो रहा है भिन्नता में बिखरे हुए, ये भराव percolation नेटवर्क बनाते हैं जो नाटकीय रूप से गर्मी प्रवाह में सुधार करते हैं। उदाहरण के लिए, ऊर्ध्वाधर रूप से संकर लागत के साथ BN भराव को जोड़ सकते हैं, जो विद्युत इन्सुलेशन को बनाए रखते हुए 10 W / m · K से ऊपर थर्मल चालकता प्राप्त कर सकते हैं। ग्राफीन आधारित चिपकने वाला भी उच्च चालकता प्रदान करते हैं लेकिन शॉर्ट सर्किट से बचने के लिए सावधानीपूर्वक अलगाव की आवश्यकता होती है। हाइब्रिड भराव [FLT: 0]
पॉलिमर मैट्रिक्स इनोवेशन
बहुलक मैट्रिक्स की पसंद आसंजन, लचीलापन और विश्वसनीयता निर्धारित करती है। सिलिकॉन आधारित टीसीए अपने व्यापक ऑपरेटिंग तापमान रेंज और स्थिर यांत्रिक गुणों के लिए लोकप्रिय रहते हैं। हालांकि, ऐक्रेलिक और एपॉक्सी सिस्टम अब क्रैकिंग के बिना उच्च-सीटीई के धुंध का सामना करने के लिए लचीले खंडों को शामिल करते हैं। एयरोस्पेस और अंतरिक्ष इलेक्ट्रॉनिक्स में वैक्यूम-सील वाले बाड़ों के लिए कम-आउटगेजिंग फॉर्मूलेशन आवश्यक हैं। हेंकेल की लोक्टाइट रेंज ] और 3M के थर्मल चिपकने वाला व्यावसायिक उत्पादों को अनुकरण करें जो बेहतर वितरण और बेहतर वितरण के लिए उन्नत बहुलक स्थायित्व को एकीकृत करते हैं।
इलाज तंत्र और प्रक्रिया संगतता
पराबैंगनी (यूवी), नमी और गर्मी सक्रिय इलाज प्रणाली निर्माताओं को उत्पादन प्रवाह को अनुरूप बनाने की अनुमति देती है। यूवी-इलाज टीसीए मांग पर तेजी से इलाज प्रदान करते हैं (यूवी के तहत सेकंड) जिससे कैमरा मॉड्यूल और सेंसर जैसे घटकों के उच्च-थ्रूपुट विनिर्माण को सक्षम किया जा सकता है। दोहरी इलाज प्रणाली (यूवी माध्यमिक नमी या गर्मी उपचार के बाद) छाया क्षेत्रों को पूरी तरह से इलाज सुनिश्चित करती है। कम तापमान गर्मी उपचार (60-80 °C) इलेक्ट्रिक वाहनों में बैटरी कनेक्शन के लिए महत्वपूर्ण है जहां अत्यधिक गर्मी कोशिकाओं को नुकसान पहुंचा सकती है।
कम चिपचिपापन और वितरण योग्य योग
घटक घनत्व वृद्धि के रूप में, स्ट्रिंग के बिना ठीक लाइनों या डॉट्स में TCA को फैलाने की क्षमता आवश्यक हो जाती है। हाल ही में तैयार किया गया कम चिपचिपापन चिपकने वाला (<2000 mPa·s) छोटे पैड पर या वायवीय या piezo-driven डिस्पेंसर के माध्यम से संकीर्ण अंतराल में जेट किया जा सकता है। ये सामग्री सतहों को बेहतर गीला करती है, जो 20 माइक्रोन के तहत बॉन्ड लाइन मोटाई को कम करती है और थर्मल प्रतिरोध को कम करती है।
पर्यावरण और विनियामक अनुपालन
अस्थिर कार्बनिक यौगिकों (VOCs) और खतरनाक पदार्थों (Ros, REACH) पर सख्त नियमों ने विलायक मुक्त और कम VOC TCA योगों के विकास को प्रेरित किया है। कार्बन पदचिह्न को कम करने के लिए नए जैव आधारित मोनोमर और पुनर्नवीनीकरण भराव सामग्री का पता लगाया जा रहा है। कई निर्माताओं ने अब UL 94 V-0 मूल्यांकन और हलोजन मुक्त विकल्प प्रदान किया है।
इलेक्ट्रॉनिक्स विनिर्माण के पार अनुप्रयोगों
उन्नत टीसीए इलेक्ट्रॉनिक्स असेंबली के लगभग हर खंड में गोद लेने में मदद करता है। नीचे सबसे महत्वपूर्ण अनुप्रयोग क्षेत्र हैं।
उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स
स्मार्टफोन और टैबलेट में, टीसीए सीपीयू / एसओसी को ईएमआई ढाल या मध्य-फ्रेम पर बांधता है, जो संवेदनशील घटकों को ढालते समय गर्मी का संचालन करता है। पतला, लचीला चिपकने वाला भी बैटरी को शिकंजा या क्लैंप की आवश्यकता के बिना सुरक्षित रखता है। फोल्डेबल फोन के लिए, एक स्ट्रेचेबल टीसीए जो बार-बार झुकने के माध्यम से चालकता बनाए रखता है, को व्यावसायिक रूप से विकसित किया गया है।
मोटर वाहन और इलेक्ट्रिक वाहन (EVs)
पावर इनवर्टर, ऑन-बोर्ड चार्जर्स और बैटरी प्रबंधन प्रणालियों को थर्मल चिपकने की आवश्यकता होती है जो व्यापक तापमान स्विंग (-40 °C से +150 °C) और उच्च वोल्टेज से बच जाती है। थर्मली कंडक्टिव गैप फिलर (कभी-कभी डिस्पेंसेबल पैड कहा जाता है) बैटरी कोशिकाओं और कूलिंग प्लेटों के बीच बड़े अंतराल को भरते हैं। DOW's DOWSILTM TC-2035 एक-भाग का एक उदाहरण है, तेजी से इलाज चिपकने वाला EV पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए डिज़ाइन किया गया है। ये सामग्री तेल, ग्रीस और ऑटोमोटिव तरल पदार्थ का भी विरोध करती है।
उच्च प्रदर्शन कम्प्यूटिंग और डाटा सेंटर
सर्वर में प्रोसेसर, जीपीयू और मेमोरी मॉड्यूल प्रति यूनिट क्षेत्र में भारी गर्मी उत्पन्न करते हैं। टीसीए कुछ असेंबली में थर्मल ग्रीस की जगह लेते हैं जहां यांत्रिक प्रतिधारण की भी आवश्यकता होती है। कम मॉड्यूलस चिपकने वाला थर्मल साइकिलिंग के दौरान बड़े-डाई पैकेज पर तनाव को कम करते हैं। चिपलेट आर्किटेक्चर के उदय के साथ, टीसीए का उपयोग इंटरपोजर या हीट स्प्रेडर के लिए चिपलेट को बंधन करने के लिए किया जाता है, जो समान थर्मल पथ सुनिश्चित करता है।
एलईडी प्रकाश और पावर मॉड्यूल
उच्च शक्ति एलईडी जंक्शन तापमान के प्रति संवेदनशील होते हैं; सीमा से अधिक प्रकाश उत्पादन और जीवनकाल को कम कर देता है। टीसीए एल्यूमीनियम सब्सट्रेट्स को थर्मल पथ प्रदान करते हुए शिकंजा या क्लिप की आवश्यकता को समाप्त करते हैं। इन्सुलेटेड-गेट द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर (IGBT) मॉड्यूल में, विद्युत रूप से टीसीए के बंधन को अलग करने के लिए सिरेमिक सब्सट्रेट्स की मृत्यु हो जाती है, अक्सर> 10 केवी अलगाव पर काम करती है।
पहनने योग्य और चिकित्सा उपकरण
पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स को लचीला, जैव-संगत चिपकने वाला की आवश्यकता होती है जो पसीना और आंदोलन का सामना कर सकते हैं। जैव-संगत टीसीए अब त्वचा संपर्क सेंसर और प्रत्यारोपण योग्य उपकरणों में उपयोग किए जाते हैं। अंतराल के बिना घुमावदार, लघु सतहों के लिए बंधन की उनकी क्षमता असेंबली को सरल बनाती है।
चुनौतियां और भविष्य की दिशा
प्रभावशाली प्रगति के बावजूद, टीसीए के पहले कई बाधाएं पारंपरिक टीआईएम और सोल्डर को पूरी तरह से अलग कर सकती हैं।
पर्यावरण तनाव के तहत विश्वसनीयता
गर्मी, आर्द्रता और थर्मल साइकिलिंग के लंबे समय तक संपर्क में चिपकने वाला बंधन और भराव नेटवर्क को कम कर सकता है, जो समय के साथ थर्मल प्रतिरोध को बढ़ाता है। त्वरित उम्र बढ़ने परीक्षण (]] टीसीए विश्वसनीयता पर आईईईईईई अध्ययन ) यह दर्शाता है कि भराव सेटलिंग और बहुलक क्रीप प्राथमिक विफलता मोड हैं। शोधकर्ता थिक्सिट्रॉपिक योजक की खोज कर रहे हैं ताकि भराव को निलंबित कर दिया जा सके और रेंगने का प्रतिरोध किया जा सके।
लागत और स्केलेबिलिटी
BN या graphene जैसे उच्च गुणवत्ता वाले नैनोफिलर्स महंगे रहते हैं। विनिर्माण प्रक्रियाएं जो कि वितरण के दौरान भराव को संरेखित करती हैं, जटिलता को जोड़ती हैं। हालांकि, उत्पादन की मात्रा में वृद्धि और पुनर्चक्रण में सुधार के रूप में, लागत को गिरावट के लिए पेश किया जाता है। बाहर निकालना में कतरनी-प्रेरित संरेखण जैसे स्केलेबल तरीकों का विकास वादा किया जाता है।
प्रक्रिया एकीकरण चुनौतियां
कई विधानसभा लाइनों को मिलाप रिफ्लो या थर्मल ग्रीस वितरण के लिए अनुकूलित किया गया है। चिपकने वाली प्रक्रिया में बदलने के लिए लंबे समय तक इलाज के समय, अतिरिक्त जुड़नार या सावधानीपूर्वक सफाई की आवश्यकता हो सकती है। कम तापमान, तेज इलाज चिपकने वाला जो मौजूदा पिक-एंड-प्लेस लाइनों में एकीकृत किया जा सकता है, एक फोकस क्षेत्र है।
भविष्य अनुसंधान निर्देश
आगे देख रहे हैं, कई रुझान टीसीए की अगली पीढ़ी को आकार देंगे। मशीन लर्निंग का उपयोग इष्टतम भराव आकृति विज्ञान और बहुलक रचनाओं की भविष्यवाणी करने के लिए किया जा रहा है, प्रायोगिक पुनरावृत्ति को कम करने के लिए। स्वयं-चिकित्सा चिपकने वाला [[FLT: 3]] जो थर्मल तनाव के कारण सूक्ष्म-क्रैक की मरम्मत नाटकीय रूप से लंबी अवधि के कॉर्पोरेट लक्ष्यों को पूरा कर सकता है। Anisotropic थर्मल चिपकने वाला जो गर्मी को बेहतर ढंग से एक दिशा में (जैसे, विमान के माध्यम से) संचालित करता है, जो बाद में 3LT-संयोजनाक्षित चिप्स] होगा।
निष्कर्ष
थर्मली कंडक्टिव चिपकने वाला आला उत्पादों से आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स असेंबली के आवश्यक सक्षम लोगों में विकसित हुआ है। थर्मल चालकता अब 10 W/m·K से अधिक है, मजबूत विद्युत इन्सुलेशन और बहुमुखी इलाज विकल्प, वे थर्मल प्रबंधन चुनौतियों को हल करते हैं जो पारंपरिक सामग्री नहीं कर सकती हैं। चूंकि डिवाइस पावर घनत्व बढ़ना जारी रखते हैं और असेंबली प्रक्रियाएं अधिक सादगी की मांग करती हैं, टीसीए नवाचार का एक जीवंत क्षेत्र बने रहेंगे। इंजीनियरों और डिजाइनरों को सामग्री की प्रगति के बारे में सूचित रहना चाहिए और आपूर्तिकर्ताओं के साथ सहयोग करना चाहिए ताकि उनके विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए इष्टतम चिपकने वाला चयन किया जा सके - संतुलन प्रदर्शन, लागत और गतिशीलता। आने वाले दशक की संभावना है कि टीसीए कई उच्च-वोल्यूम इलेक्ट्रॉनिक्स में मिलाप के साथ समानता हासिल कर रहे हैं।