Termisk ledende pastaer, lim, forbindelser og isolerende termiske grensesnitt – formål og bruk

For å forbedre kvaliteten på varmeoverføringen fra en overflate som må kjøles effektivt til en enhet designet for å gjenvinne denne varmen, brukes såkalte termiske grensesnitt.

Et termisk grensesnitt er et lag, vanligvis av en flerkomponent termisk ledende forbindelse, vanligvis en pasta eller forbindelse.

De mest populære termiske grensesnittene i dag er de som brukes til mikroelektroniske komponenter i datamaskiner: for prosessorer, for skjermkortbrikker, etc. Termiske grensesnitt er mye brukt i annen elektronikk, hvor kraftkretser også opplever høy oppvarming og derfor trenger effektiv og høykvalitets kjøling... Termiske grensesnitt er også anvendelige i alle typer varmeforsyningssystemer.

På en eller annen måte brukes ulike varmeledende forbindelser i produksjon av kraftelektronikk, radioelektronikk, data- og måleutstyr, i enheter med temperatursensorer etc., det vil si der det vanligvis er komponenter som varmes opp av driftsstrømmen eller på en annen måte.med stor varmespredning. I dag er det termiske grensesnitt av følgende former: pasta, lim, forbindelse, metall, pakning.

Varmeoverføringspasta

Termisk pasta eller ganske enkelt termisk pasta er en veldig vanlig form for moderne termisk grensesnitt. Det er en flerkomponent plastblanding med god varmeledningsevne. Termiske pastaer brukes for å redusere den termiske motstanden mellom to kontaktflater, for eksempel mellom en brikke og en kjøleribbe.

Takket være den termisk ledende pastaen erstattes luften med sin lave varmeledningsevne mellom radiatoren og den avkjølte overflaten med en pasta med betydelig høyere varmeledningsevne.

De vanligste russiskproduserte pastaene er KPT-8 og AlSil-3. Zalman, Cooler Master og Steel Frost-pastaer er også populære.

Hovedkravene til den termisk ledende pastaen er at den har lavest mulig termisk motstand, at den beholder sine egenskaper stabilt over tid og gjennom hele arbeidstemperaturområdet, at den er enkel å påføre og vaske av, og i noen tilfeller er nyttig at det er egnet elektriske isolerende egenskaper.

Produksjonen av termisk ledende pastaer er knyttet til bruk av de beste varmeledende komponentene og fyllstoffene med tilstrekkelig høy varmeledningsevne.

Mikrodispergerte og nanodispergerte pulvere og blandinger basert på wolfram, kobber, sølv, diamant, sink og aluminiumoksid, aluminium og bornitrid, grafitt, grafen, etc.

Bindemidlet i sammensetningen av pastaen kan være mineralsk eller syntetisk olje, forskjellige blandinger og væsker med lav flyktighet. Det er termiske pastaer hvis bindemiddel er polymerisert i luft.

Det hender at for å øke tettheten til pastaen, tilsettes lett fordampede komponenter til sammensetningen slik at når den påføres, er pastaen flytende og deretter blir til et termisk grensesnitt med høy tetthet og termisk ledningsevne. Termiske ledningsevnesammensetninger av denne typen har den karakteristiske egenskapen å nå maksimal varmeledningsevne etter 5 til 100 timers normal drift.

Det finnes metallbaserte pastaer som er flytende ved romtemperatur. Slike pastaer består av rent gallium og indium, samt legeringer basert på dem.

De beste og dyreste pastaene er laget av sølv. Pastaer basert på aluminiumoksid anses som optimale. Sølv og aluminium gir den laveste termiske motstanden til sluttproduktet. Keramikkbaserte pastaer er billigere, men også mindre effektive.

Den enkleste termiske pastaen kan lages ved å blande blypulveret til en vanlig grafittblyant gnidd på sandpapir med noen dråper mineralsk smøreolje.

Som nevnt ovenfor er en vanlig bruk av termisk pasta som termiske grensesnitt i elektroniske enheter der det er nødvendig og påført mellom et varmegenererende element og en varmeavledende struktur, for eksempel mellom en prosessor og en kjøler.

Det viktigste å observere når du bruker termisk ledende pasta er å holde tykkelsen på laget til et minimum. For å oppnå dette er det nødvendig å følge anbefalingene fra produsenten av pastaen strengt.

Litt pasta påføres det termiske kontaktområdet til de to delene og smuldres deretter opp mens de to overflatene presses sammen. Dermed vil pastaen fylle de minste gropene på overflatene og vil bidra til dannelsen av et homogent miljø for fordeling og overføring av varme til utsiden.

Termisk fett er bra for å kjøle ulike sammenstillinger og komponenter av elektronikk, hvis varmeavgivelse er høyere enn tillatt for en viss komponent, avhengig av typen og egenskapene til en bestemt sak. Mikrokretser og transistorer for bytte av strømforsyninger, lineære skannere av bildelampeenheter, effekttrinn til akustiske forsterkere, etc. De er vanlige steder å bruke termisk pasta.

Varmeoverføringslim

Når bruken av varmeledende pasta er umulig av en eller annen grunn, for eksempel på grunn av manglende evne til å presse komponentene tett til hverandre med festemidler, tyr de til bruk av varmeledende lim. Kjøleribben limes ganske enkelt til transistoren, prosessoren, brikken osv.

Forbindelsen viser seg å være uadskillelig, derfor krever den en svært presis tilnærming og overholdelse av teknologien for korrekt liming av høy kvalitet. Hvis teknologien brytes, kan tykkelsen på det termiske grensesnittet vise seg å være veldig stor, og den termiske ledningsevnen til skjøten vil forringes.

Termisk ledende potteblandinger

Når det i tillegg til høy termisk ledningsevne, hermetisitet, elektrisk og mekanisk styrke kreves, fylles de avkjølte modulene ganske enkelt med en polymeriserbar blanding, som er designet for å overføre varme fra den oppvarmede komponenten til enhetshuset.

Hvis den avkjølte modulen må avlede mye varme, må blandingen også ha tilstrekkelig motstand mot oppvarming, termisk syklus og kunne motstå den termiske spenningen som følge av temperaturgradienten inne i modulen.

Lavtsmeltende metaller

Termiske grensesnitt får mer og mer popularitet basert på lodding av to overflater med et lavtsmeltende metall. Hvis teknologien brukes riktig, er det mulig å oppnå rekordlav varmeledningsevne, men metoden er kompleks og har mange begrensninger.

Først av alt er det nødvendig å kvalitativt forberede paringsflatene for installasjon, avhengig av materialet deres, kan dette være en vanskelig oppgave.

I høyteknologiske industrier er det mulig å lodde alle metaller, til tross for at noen av dem krever spesiell overflatebehandling. I hverdagen vil bare metaller som egner seg godt til fortinning bli kvalitativt bundet: kobber, sølv, gull, etc.

Keramikk, aluminium og polymerer egner seg ikke til fortinning i det hele tatt, med dem er situasjonen mer komplisert, her vil det ikke være mulig å oppnå galvanisk isolasjon av delene.

Før du starter lodding, må de fremtidige overflatene som skal skjøtes rengjøres for smuss. Det er viktig å gjøre det effektivt, for å rense det fra spor av korrosjon, fordi ved lave temperaturer vil flukser vanligvis ikke hjelpe.

Rengjøring gjøres vanligvis mekanisk med alkohol, eter eller aceton. Det er for dette at en hard klut og en alkoholserviet noen ganger er til stede i den termiske grensesnittpakken.Arbeidet må gjøres med hansker, siden fettet som kan fås fra hendene vil sikkert forringe kvaliteten på loddingen.

Selve loddingen må gjøres med oppvarming og samsvar med styrken spesifisert av produsenten. Noen av de industrielle termiske grensesnittene krever obligatorisk forvarming av de tilkoblede delene til 60-90 °C, og dette kan være farlig for enkelte sensitive elektroniske komponenter. Innledende oppvarming gjøres vanligvis med en hårføner, og deretter fullføres lodding ved selvoppvarming av arbeidsenheten.

Termiske grensesnitt av denne typen selges i form av herlighetsfolie med et smeltepunkt litt over romtemperatur, så vel som i form av pastaer. For eksempel har Fields' legering i form av folie et smeltepunkt på 50 ° C. Galinstan i form av en pasta smelter ved romtemperatur. I motsetning til folie er pastaer vanskeligere å bruke fordi de må være veldig godt innebygd i overflatene som skal loddes, mens folie kun krever skikkelig oppvarming under montering.

Isolasjonspakninger

I kraftelektronikk er det ofte nødvendig med elektrisk isolasjon mellom varmeoverførings- og varmeavlederelementer. Derfor, når termisk ledende pasta ikke er egnet, brukes silikon, glimmer eller keramiske underlag.

Fleksible myke puter er laget av silikon, harde pads er laget av keramikk. Det er trykte kretskort basert på en kobber- eller aluminiumsplate dekket med et tynt lag keramikk, som spor av kobberfolie er påført.

Vanligvis er dette ensidige plater, på den ene siden av sporet, og på den andre er det en overflate for feste til radiatoren.

I tillegg produseres det i spesielle tilfeller strømkomponenter der metalldelen av huset, som er festet til radiatoren, umiddelbart dekkes med et lag epoksy.

Funksjoner ved bruk av termiske grensesnitt

Når du bruker og fjerner det termiske grensesnittet, er det nødvendig å strengt følge anbefalingene fra produsenten, så vel som produsenten av den avkjølte (kjøle) enheten. Det er viktig å være spesielt forsiktig når du arbeider med elektrisk ledende termiske grensesnitt, siden overskudd kan komme inn i andre kretser og forårsake kortslutning.