Топлопроводими пасти, лепила, смеси и изолационни термични интерфейси — предназначение и приложение

За да се подобри качеството на топлопреминаване от повърхност, която трябва да бъде ефективно охладена до устройство, предназначено да възстановява тази топлина, се използват така наречените термични интерфейси.

Термичен интерфейс е слой, обикновено от многокомпонентно топлопроводимо съединение, обикновено паста или съединение.

Най-популярните термични интерфейси днес са тези, които се използват за микроелектронни компоненти в компютрите: за процесори, за чипове на видеокарти и др. Термичните интерфейси са широко използвани в друга електроника, където захранващите вериги също изпитват силно нагряване и поради това се нуждаят от ефективни и високо- качествено охлаждане … Термичните интерфейси също са приложими във всички видове системи за топлоснабдяване.

По един или друг начин, различни топлопроводими съединения се използват в производството на силова електроника, радио електроника, изчислителна и измервателна техника, в устройства с температурни сензори и т.н., тоест там, където обикновено има компоненти, загряти от работния ток или по някакъв друг начин.с голямо разсейване на топлината. Днес има термични интерфейси от следните форми: паста, лепило, съединение, метал, уплътнение.

Паста за топлопреминаване

Топлопроводимата паста или просто термопастата е много често срещана форма на съвременния термичен интерфейс. Това е многокомпонентна пластмасова смес с добра топлопроводимост. Термичните пасти се използват за намаляване на термичното съпротивление между две контактни повърхности, например между чип и радиатор.

Благодарение на топлопроводимата паста въздухът с ниската си топлопроводимост между радиатора и охладената повърхност се заменя с паста със значително по-висока топлопроводимост.

Най-често срещаните пасти от руско производство са KPT-8 и AlSil-3. Популярни са и пастите Zalman, Cooler Master и Steel Frost.

Основните изисквания към топлопроводимата паста са, че тя има възможно най-ниската термична устойчивост, че стабилно запазва свойствата си във времето и през целия диапазон от работни температури, лесно се нанася и измива, а в някои случаи е полезно, че има и подходящи електроизолационни свойства.

Производството на топлопроводими пасти е свързано с използването на най-добрите топлопроводими компоненти и пълнители с достатъчно висока топлопроводимост.

Микродисперсни и нанодисперсни прахове и смеси на базата на волфрам, мед, сребро, диамант, цинк и алуминиев оксид, алуминий и борен нитрид, графит, графен и др.

Свързващото вещество в състава на пастата може да бъде минерално или синтетично масло, различни смеси и течности с ниска летливост. Има термопасти, чието свързващо вещество е полимеризирано във въздуха.

Случва се, за да се увеличи плътността на пастата, към нейния състав се добавят лесно изпарени компоненти, така че при нанасяне пастата да е течна и след това да се превърне в термичен интерфейс с висока плътност и топлопроводимост. Композициите за топлопроводимост от този тип имат характерното свойство да достигат максимална топлопроводимост след 5 до 100 часа нормална работа.

Има пасти на метална основа, които са течни при стайна температура. Такива пасти се състоят от чист галий и индий, както и сплави на тяхна основа.

Най -добрите и скъпи пасти са направени от сребро. Пастите на основата на алуминиев оксид се считат за оптимални. Среброто и алуминият дават най -ниската термична устойчивост на крайния продукт. Пастите на керамична основа са по-евтини, но и по-малко ефективни.

Най -простата термопаста може да бъде направена чрез смесване на прах от оловото на обикновен графитен молив, натрит върху шкурка с няколко капки минерално смазочно масло.

Както бе отбелязано по-горе, обичайното използване на термична паста е като термични интерфейси в електронни устройства, където е необходимо, и се прилага между топлогенериращ елемент и топлоразсейваща структура, например между процесор и охладител.

Основното, което трябва да се спазва, когато се използва топлопроводима паста, е дебелината на слоя да бъде минимална. За да се постигне това, е необходимо стриктно да се следват препоръките на производителя на пастата.

Малко паста се нанася върху зоната на термичен контакт на двете части и след това просто се натрошава, докато се притискат двете повърхности една към друга. Така пастата ще запълни най -малките ями по повърхностите и ще допринесе за образуването на хомогенна среда за разпределение и пренос на топлина навън.

Термичната грес е добра за охлаждане на различни възли и компоненти на електрониката, чието отделяне на топлина е по -високо от допустимото за определен компонент, в зависимост от вида и характеристиките на конкретен корпус. Микросхеми и транзистори на импулсни захранвания, линейни скенери на устройства с лампи за картини, стъпала на захранване на акустични усилватели и др. Са често срещани места за използване на термопаста.

Лепило за топлопреминаване

Когато използването на топлопроводима паста е невъзможно по някаква причина, например поради невъзможността да се притискат плътно компонентите един към друг с крепежни елементи, те прибягват до използване на топлопроводимо лепило. Радиаторът е просто залепен към транзистора, процесора, микросхемата и т.н.

Връзката се оказва неразделима, следователно изисква високо прецизен подход и спазване на технологията за правилно и висококачествено залепване. Ако технологията бъде нарушена, дебелината на термичния интерфейс може да се окаже много голяма и топлопроводимостта на фугата ще се влоши.

Топлопроводими смеси за саксии

Когато в допълнение към високата топлопроводимост се изисква херметичност, електрическа и механична якост, охладените модули просто се заливат с полимеризуема смес, която е предназначена за пренос на топлина от нагрятия компонент към корпуса на устройството.

Ако охладеният модул трябва да разсейва много топлина, тогава съединението също трябва да има достатъчна устойчивост на нагряване, термичен цикъл и да може да издържи на термичното напрежение, произтичащо от температурния градиент вътре в модула.

Ниско топящи се метали

Термичните интерфейси набират все по-голяма популярност въз основа на запояване на две повърхности с ниско топящ се метал. Ако технологията се прилага правилно, е възможно да се получи рекордно ниска топлопроводимост, но методът е сложен и носи много ограничения.

На първо място, необходимо е качествено да се подготвят чифтосващите повърхности за монтаж, в зависимост от материала им, това може да бъде трудна задача.

Във високотехнологичните индустрии е възможно запояване на всякакви метали, въпреки факта, че някои от тях изискват специална подготовка на повърхността. В ежедневието само метали, които се поддават добре на калайдисване, ще се окажат качествено свързани: мед, сребро, злато и т.н.

Керамиката, алуминият и полимерите изобщо не се поддават на калайдисване, при тях ситуацията е по -сложна, тук няма да е възможно да се постигне галванична изолация на частите.

Преди да започнете запояване, бъдещите повърхности, които трябва да се съединят, трябва да бъдат почистени от всякакви замърсявания. Важно е да го направите ефективно, да го почистите от следи от корозия, защото при ниски температури потоците по принцип няма да помогнат.

Почистването обикновено се извършва механично с помощта на алкохол, етер или ацетон. Именно за това понякога в опаковката с термичен интерфейс присъстват твърда кърпа и алкохолизирана салфетка. Работата трябва да се извършва с ръкавици, тъй като мазнината, която може да се получи от ръцете, със сигурност ще влоши качеството на запояването.

Самото запояване трябва да се извършва с нагряване и спазване на силата, посочена от производителя. Някои от индустриалните термични интерфейси изискват задължително предварително загряване на свързаните части до 60-90 ° C и това може да бъде опасно за някои чувствителни електронни компоненти. Първоначалното нагряване обикновено се извършва със сешоар, а след това запояването завършва чрез самонагряване на работещото устройство.

Термичните интерфейси от този тип се продават под формата на фолио от слава с точка на топене малко над стайната температура, както и под формата на пасти. Например сплавта на Фийлдс под формата на фолио има точка на топене 50 ° C. Galinstan под формата на паста се топи при стайна температура. За разлика от фолиото, пастите са по -трудни за използване, тъй като те трябва да бъдат много добре вградени в повърхностите, които трябва да бъдат запоени, докато фолиото изисква само правилно нагряване по време на монтажа.

Изолационни уплътнения

В силовата електроника често се изисква електрическа изолация между топлопреносните и топлоприемащите елементи. Ето защо, когато топлопроводимата паста не е подходяща, се използват силиконови, слюдени или керамични субстрати.

Гъвкавите меки подложки са изработени от силикон, твърдите подложки са от керамика. Има печатни платки на базата на меден или алуминиев лист, покрит с тънък слой керамика, върху който са нанесени следи от медно фолио.

Обикновено това са едностранни дъски, от едната страна на коловоза, а от другата има повърхност за закрепване към радиатора.

Освен това в специални случаи се произвеждат захранващи компоненти, в които металната част на корпуса, която е прикрепена към радиатора, веднага се покрива със слой от епоксид.

Характеристики на използването на термични интерфейси

При прилагане и премахване на термичния интерфейс е необходимо стриктно да се спазват препоръките на неговия производител, както и на производителя на охладеното (охлаждащо) устройство. Важно е да бъдете особено внимателни при работа с електропроводими термични интерфейси, тъй като излишъкът му може да попадне в други вериги и да причини късо съединение.