热循环对导热脂降解行为的影响

文章主要内容

作者：

• Pranay P. Nagrani, School of Mechanical Engineering, Purdue University, West Lafayette, IN, USA
• Ritwik V. Kulkarni, School of Mechanical Engineering, Purdue University, West Lafayette, IN, USA
• Amy M. Marconnet, School of Mechanical Engineering, Purdue University, West Lafayette, IN, USA

摘要： 本文研究了热循环对电子设备热管理中使用的导热脂性能退化的影响。由于电子设备功率密度的增加，有效的热管理解决方案变得至关重要。导热脂作为热界面材料，用于降低设备与散热器之间的热阻。然而，导热脂的性能会因为基板之间热膨胀系数（CTE）不匹配导致的热机械循环而随时间恶化，导致界面电阻和结温增加。本研究通过在20°C至100°C之间的温度循环，对DOWSIL 340和DOWSIL TC-5622两种导热脂进行了测试，以隔离热循环对导热脂降解的影响。

实验方法：

• 构建了一个实验装置，用于在固定结合线厚度（BLT）条件下研究热循环对导热脂降解的影响。
• 进行了热损失校准实验，以定量评估导热脂的热性能。
• 使用红外（IR）显微镜对导热脂进行高分辨率温度映射，以评估局部降解。

结果：

• 在较厚的BLT下，DOWSIL-340出现了向外的径向运动和裂纹形成。
• 在较薄的BLT下，DOWSIL-340的降解主要出现在导热脂的周边。
• DOWSIL-5622在所有三个BLT下均未观察到降解。
• 通过粘度测试，发现DOWSIL-340的粘度变化不重复且任意，而DOWSIL-5622显示出稳定且可重复的粘度变化。

结论：

• 热循环是导致导热脂性能退化的主要因素，尤其是对于DOWSIL-340。
• 导热脂的粘度-温度特性是评估其热循环降解行为的关键。
• 未来的工作可以研究在热和机械应力下DOWSIL-5622的行为，以及泵出导致的实际材料损失对归一化面积热阻的影响。

附录：

• 重复性实验显示DOWSIL-340的降解行为在热循环中是可重复的。
• 使用IR显微镜观察了DOWSIL-340在84微米BLT下的空隙形成和径向运动。
• 使用交叉平面技术表征了硅橡胶垫和北极蓝导热垫的热导率。

总结

测试观察装置

文章介绍了一种观测界面材料失效的实验装置，可以在不拆卸的情况下观察界面接触情况。 除了观察界面覆盖情况，还测量了温度，进而计算热阻。

测试结果

通过上面方法观察经过温度循环过程，grease的开裂情况。

340

5622

从结果看5622要优于340。

归一化的面积，覆盖率和热阻变化曲线

热阻的处理计算方法比较复杂，这里不详细介绍。

但是这个测试有几个问题：

• 测试高低温温差只有80°C
• 测试时间只有4天
• 热阻值变化这幅图的歧义较大。文章做了解释，一方面测试误差大，另一方面界面材料比热源面积小，所以即使出现了裂纹这些材料还是填充在热源与散热器之间。因此实验和文章花了很大篇幅计算推到热阻搞了个寂寞。

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