Termisk ledende pastaer, klæbemidler, forbindelser og isolerende termiske grænseflader - formål og anvendelse

For at forbedre kvaliteten af ​​varmeoverførslen fra en overflade, der skal køles effektivt, til en enhed, der er designet til at genvinde denne varme, anvendes såkaldte termiske grænseflader.

En termisk grænseflade er et lag, sædvanligvis af en flerkomponent termisk ledende forbindelse, sædvanligvis en pasta eller forbindelse.

De mest populære termiske grænseflader i dag er dem, der bruges til mikroelektroniske komponenter i computere: til processorer, til grafikkortchips osv. Termiske grænseflader er meget udbredt i anden elektronik, hvor strømkredsløb også oplever høj opvarmning og derfor har brug for effektiv køling af høj kvalitet... Termiske grænseflader er også anvendelige i alle typer varmeforsyningssystemer.

På den ene eller anden måde anvendes forskellige termisk ledende forbindelser til fremstilling af effektelektronik, radioelektronik, computer- og måleudstyr, i apparater med temperaturfølere osv., det vil sige, hvor der normalt er komponenter opvarmet af driftsstrømmen eller på en anden måde.med stor varmeafledning. I dag er der termiske grænseflader af følgende former: pasta, lim, forbindelse, metal, pakning.

Varmeoverførselspasta

Termisk pasta eller blot termisk pasta er en meget almindelig form for moderne termisk grænseflade. Det er en flerkomponent plastikblanding med god varmeledningsevne. Termiske pastaer bruges til at reducere den termiske modstand mellem to kontaktflader, for eksempel mellem en chip og en heatsink.

Takket være den termisk ledende pasta erstattes luften med sin lave varmeledningsevne mellem radiatoren og den afkølede overflade af en pasta med væsentligt højere varmeledningsevne.

De mest almindelige russisk-fremstillede pastaer er KPT-8 og AlSil-3. Zalman, Cooler Master og Steel Frost pastaer er også populære.

Hovedkravene til den termisk ledende pasta er, at den har den lavest mulige varmemodstand, at den stabilt bevarer sine egenskaber over tid og i hele arbejdstemperaturområdet, at den er nem at påføre og vaske af, og i nogle tilfælde er nyttigt, at der er egnede elektriske isolerende egenskaber.

Produktionen af ​​termisk ledende pastaer er relateret til brugen af ​​de bedste termisk ledende komponenter og fyldstoffer med tilstrækkelig høj varmeledningsevne.

Mikrodispergerede og nanodispergerede pulvere og blandinger baseret på wolfram, kobber, sølv, diamant, zink og aluminiumoxid, aluminium og bornitrid, grafit, grafen mv.

Bindemidlet i sammensætningen af ​​pastaen kan være mineralsk eller syntetisk olie, forskellige blandinger og væsker med lav flygtighed. Der er termiske pastaer, hvis bindemiddel polymeriseres i luft.

Det sker, at for at øge densiteten af ​​pastaen tilsættes let fordampede komponenter til dens sammensætning, således at pastaen, når den påføres, er flydende og derefter bliver til en termisk grænseflade med høj densitet og termisk ledningsevne. Termiske ledningsevnesammensætninger af denne type har den karakteristiske egenskab at nå maksimal varmeledningsevne efter 5 til 100 timers normal drift.

Der er metalbaserede pastaer, der er flydende ved stuetemperatur. Sådanne pastaer består af rent gallium og indium samt legeringer baseret på dem.

De bedste og dyreste pastaer er lavet af sølv. Pastaer baseret på aluminiumoxid anses for at være optimale. Sølv og aluminium giver den laveste termiske modstand af slutproduktet. Keramikbaserede pastaer er billigere, men også mindre effektive.

Den enkleste termiske pasta kan laves ved at blande blypulveret af en almindelig grafitblyant, der er gnidet på sandpapir, med et par dråber mineralsk smøreolie.

Som bemærket ovenfor er en almindelig anvendelse af termisk pasta som termiske grænseflader i elektroniske enheder, hvor det er nødvendigt og påført mellem et varmegenererende element og en varmeafledende struktur, for eksempel mellem en processor og en køler.

Det vigtigste at observere, når du bruger termisk ledende pasta, er at holde lagets tykkelse på et minimum. For at opnå dette er det nødvendigt nøje at følge anbefalingerne fra producenten af ​​pastaen.

En lille pasta påføres det termiske kontaktområde af de to dele og smuldres derefter, mens de to overflader presses sammen. Således vil pastaen fylde de mindste gruber på overfladerne og vil bidrage til dannelsen af ​​et homogent miljø til fordeling og overførsel af varme til ydersiden.

Termisk fedt er godt til afkøling af forskellige samlinger og komponenter af elektronik, hvis varmeafgivelse er højere end tilladt for en bestemt komponent, afhængigt af typen og karakteristika af en bestemt sag. Mikrokredsløb og transistorer til skiftende strømforsyninger, lineære scannere af billedlampeanordninger, effekttrin af akustiske forstærkere osv. De er almindelige steder at bruge termisk pasta.

Varmeoverførende klæbemiddel

Når brugen af ​​varmeledende pasta af en eller anden grund er umulig, for eksempel på grund af manglende evne til at presse komponenterne tæt til hinanden med fastgørelseselementer, tyer de til brugen af ​​varmeledende lim. Kølepladen er simpelthen limet til transistoren, processoren, chippen osv.

Forbindelsen viser sig at være uadskillelig, derfor kræver den en meget præcis tilgang og overholdelse af teknologien til korrekt limning af høj kvalitet. Hvis teknologien krænkes, kan tykkelsen af ​​den termiske grænseflade vise sig at være meget stor, og den termiske ledningsevne af leddet vil forringes.

Termisk ledende potteblandinger

Når der ud over høj termisk ledningsevne, hermeticitet, elektrisk og mekanisk styrke kræves, fyldes de afkølede moduler blot med en polymeriserbar blanding, som er designet til at overføre varme fra den opvarmede komponent til apparathuset.

Hvis det afkølede modul skal aflede meget varme, så skal forbindelsen også have tilstrækkelig modstandsdygtighed over for opvarmning, termisk cykling og være i stand til at modstå den termiske belastning, der følger af temperaturgradienten inde i modulet.

Lavtsmeltende metaller

Termiske grænseflader vinder mere og mere popularitet baseret på lodning af to overflader med et lavtsmeltende metal. Hvis teknologien anvendes korrekt, er det muligt at opnå rekordlav varmeledningsevne, men metoden er kompleks og har mange begrænsninger.

Først og fremmest er det nødvendigt at kvalitativt forberede de parrende overflader til installation, afhængigt af deres materiale kan dette være en vanskelig opgave.

I højteknologiske industrier er det muligt at lodde alle metaller, på trods af at nogle af dem kræver speciel overfladeforberedelse. I hverdagen vil kun metaller, der egner sig godt til fortinning, blive kvalitativt bundet: kobber, sølv, guld osv.

Keramik, aluminium og polymerer egner sig slet ikke til fortinning, med dem er situationen mere kompliceret, her vil det ikke være muligt at opnå galvanisk isolering af delene.

Før lodning påbegyndes, skal de fremtidige overflader, der skal sammenføjes, renses for snavs. Det er vigtigt at gøre det effektivt, at rense det fra spor af korrosion, for ved lave temperaturer vil flux generelt ikke hjælpe.

Rengøring udføres normalt mekanisk med alkohol, æter eller acetone. Det er til dette, at en hård klud og en spritserviet nogle gange er til stede i den termiske grænsefladepakke.Arbejdet skal udføres med handsker, da det fedt, der kan opnås fra hænderne, helt sikkert vil forringe kvaliteten af ​​lodningen.

Selve lodningen skal udføres med opvarmning og overholdelse af den styrke, der er angivet af producenten. Nogle af de industrielle termiske grænseflader kræver obligatorisk forvarmning af de tilsluttede dele til 60-90 °C, og dette kan være farligt for nogle følsomme elektroniske komponenter. Indledende opvarmning udføres normalt med en hårtørrer, og derefter afsluttes lodning ved selvopvarmning af arbejdsanordningen.

Termiske grænseflader af denne type sælges i form af herlighedsfolie med et smeltepunkt lidt over stuetemperatur, såvel som i form af pastaer. For eksempel har Fields' legering i form af folie et smeltepunkt på 50 ° C. Galinstan i form af en pasta smelter ved stuetemperatur. I modsætning til folie er pastaer sværere at bruge, fordi de skal være meget godt indlejret i overfladerne, der skal loddes, mens folie kun kræver ordentlig opvarmning under montering.

Isolerende pakninger

I kraftelektronik er der ofte behov for elektrisk isolering mellem varmeoverførsel og kølepladeelementer. Derfor, når termisk ledende pasta ikke er egnet, anvendes silikone, glimmer eller keramiske substrater.

Fleksible bløde puder er lavet af silikone, hårde puder er lavet af keramik. Der er printplader baseret på en kobber- eller aluminiumsplade beklædt med et tyndt lag keramik, hvorpå der er påført spor af kobberfolie.

Normalt er der tale om enkeltsidede brædder, på den ene side af banen, og på den anden side er der en overflade til fastgørelse til radiatoren.

Derudover produceres der i særlige tilfælde strømkomponenter, hvor metaldelen af ​​huset, som er fastgjort til radiatoren, straks dækkes med et lag epoxy.

Funktioner ved brugen af ​​termiske grænseflader

Når du anvender og fjerner den termiske grænseflade, er det nødvendigt nøje at følge anbefalingerne fra producenten såvel som producenten af ​​den afkølede (kølende) enhed. Det er vigtigt at være særlig forsigtig, når du arbejder med elektrisk ledende termiske grænseflader, da dets overskud kan komme ind i andre kredsløb og forårsage en kortslutning.