Paste conductoare termic, adezivi, compuși și interfețe termice izolatoare - scop și aplicare

Pentru a îmbunătăți calitatea transferului de căldură de la o suprafață care trebuie răcită eficient la un dispozitiv conceput pentru a recupera această căldură, se folosesc așa-numitele interfețe termice.

O interfață termică este un strat, de obicei dintr-un compus termoconductor multicomponent, de obicei o pastă sau un compus.

Cele mai populare interfețe termice astăzi sunt cele utilizate pentru componentele microelectronice din computere: pentru procesoare, pentru cipurile plăcilor video etc. Interfețele termice sunt utilizate pe scară largă în alte electronice, unde circuitele de putere experimentează și o încălzire ridicată și, prin urmare, au nevoie de o răcire eficientă și de înaltă calitate... Interfețele termice sunt, de asemenea, aplicabile în toate tipurile de sisteme de alimentare cu căldură.

Într-un fel sau altul, diferiți compuși termoconductivi sunt utilizați în producția de electronice de putere, electronice radio, echipamente de calcul și de măsurare, în dispozitive cu senzori de temperatură etc., adică acolo unde există de obicei componente încălzite de curentul de funcționare sau prin alt mod.cu mare disipare a căldurii. Astăzi există interfețe termice de următoarele forme: pastă, lipici, compus, metal, garnitură.

Pasta de transfer termic

Pasta termică sau pur și simplu pasta termică este o formă foarte comună de interfață termică modernă. Este un amestec de plastic multicomponent cu o conductivitate termica buna. Pastele termice sunt folosite pentru a reduce rezistența termică între două suprafețe de contact, de exemplu între un cip și un radiator.

Datorită pastei conductoare termic, aerul cu conductivitate termică scăzută dintre radiator și suprafața răcită este înlocuit cu o pastă cu conductivitate termică semnificativ mai mare.

Cele mai comune paste fabricate în Rusia sunt KPT-8 și AlSil-3. Pastele Zalman, Cooler Master și Steel Frost sunt de asemenea populare.

Principalele cerințe pentru pasta termoconductoare sunt că are cea mai scăzută rezistență termică posibilă, că își păstrează stabil proprietățile în timp și pe toată gama de temperaturi de lucru, că este ușor de aplicat și spălat, iar în unele cazuri este util ca exista potrivite proprietăți de izolare electrică.

Producția de paste termoconductoare este legată de utilizarea celor mai bune componente conductoare termic și a materialelor de umplutură cu conductivitate termică suficient de mare.

Pulberi și amestecuri microdispersate și nanodispersate pe bază de wolfram, cupru, argint, diamant, zinc și oxid de aluminiu, nitrură de aluminiu și bor, grafit, grafen etc.

Liantul din compoziția pastei poate fi ulei mineral sau sintetic, diverse amestecuri și lichide cu volatilitate scăzută. Există paste termice al căror liant este polimerizat în aer.

Se întâmplă ca, pentru a crește densitatea pastei, în compoziția acesteia se adaugă componente ușor vaporizate astfel încât la aplicare pasta să fie lichidă și apoi să se transforme într-o interfață termică cu densitate și conductivitate termică ridicate. Compozițiile de conductivitate termică de acest tip au proprietatea caracteristică de a atinge conductibilitatea termică maximă după 5 până la 100 de ore de funcționare normală.

Există paste pe bază de metal care sunt lichide la temperatura camerei. Astfel de paste constau din galiu și indiu pur, precum și din aliaje pe bază de acestea.

Cele mai bune și mai scumpe paste sunt făcute din argint. Pastele pe bază de oxid de aluminiu sunt considerate optime. Argintul și aluminiul oferă cea mai scăzută rezistență termică a produsului final. Pastele pe bază de ceramică sunt mai ieftine, dar și mai puțin eficiente.

Cea mai simplă pastă termică poate fi făcută amestecând pulberea de plumb a unui creion obișnuit de grafit frecat pe șmirghel cu câteva picături de ulei mineral lubrifiant.

După cum s-a menționat mai sus, o utilizare obișnuită a pastei termice este ca interfețe termice în dispozitivele electronice acolo unde este necesar și aplicată între un element generator de căldură și o structură de disipare a căldurii, de exemplu între un procesor și un răcitor.

Principalul lucru de observat atunci când utilizați pastă termoconductoare este să mențineți grosimea stratului la minimum. Pentru a realiza acest lucru, este necesar să urmați cu strictețe recomandările producătorului pastei.

Se aplică puțină pastă pe zona de contact termic a celor două părți și apoi pur și simplu se sfărâmă în timp ce apăsați cele două suprafețe împreună. Astfel, pasta va umple cele mai mici gropi de pe suprafețe și va contribui la formarea unui mediu omogen pentru distribuirea și transferul căldurii spre exterior.

Unsoarea termică este bună pentru răcirea diferitelor ansambluri și componente ale electronicelor, a căror degajare de căldură este mai mare decât este permisă pentru o anumită componentă, în funcție de tipul și caracteristicile unui anumit caz. Microcircuite și tranzistoare ale surselor de alimentare în comutație, scanere liniare ale dispozitivelor cu lămpi de imagine, trepte de putere ale amplificatoarelor acustice etc. Sunt locuri obișnuite de utilizare a pastei termice.

Adeziv de transfer termic

Când utilizarea pastei termoconductoare este imposibilă dintr-un motiv oarecare, de exemplu, din cauza incapacității de a presa strâns componentele între ele cu elemente de fixare, acestea recurg la utilizarea adezivului termoconductor. Radiatorul este pur și simplu lipit de tranzistor, procesor, cip etc.

Conexiunea se dovedește a fi inseparabilă, prin urmare necesită o abordare extrem de precisă și respectarea tehnologiei pentru lipirea corectă și de înaltă calitate. Dacă tehnologia este încălcată, grosimea interfeței termice se poate dovedi a fi foarte mare și conductivitatea termică a îmbinării se va deteriora.

Amestecuri de ghiveci conductoare termic

Atunci când, pe lângă conductivitatea termică ridicată, ermeticitatea, rezistența electrică și mecanică sunt necesare, modulele răcite sunt pur și simplu umplute cu un amestec polimerizabil, care este proiectat să transfere căldura de la componenta încălzită la carcasa dispozitivului.

Dacă modulul răcit trebuie să disipeze multă căldură, atunci compusul trebuie să aibă și o rezistență suficientă la încălzire, cicluri termice și să poată rezista la stresul termic rezultat din gradientul de temperatură din interiorul modulului.

Metale cu punct de topire scăzut

Interfețele termice câștigă din ce în ce mai multă popularitate pe baza lipirii a două suprafețe cu un metal cu punct de topire scăzut. Dacă tehnologia este aplicată corect, este posibil să se obțină o conductivitate termică scăzută, dar metoda este complexă și are multe limitări.

În primul rând, este necesar să se pregătească calitativ suprafețele de împerechere pentru instalare, în funcție de materialul lor, aceasta poate fi o sarcină dificilă.

În industriile de înaltă tehnologie, este posibilă lipirea oricăror metale, în ciuda faptului că unele dintre ele necesită o pregătire specială a suprafeței. În viața de zi cu zi, numai metalele care se pretează bine la cositorit vor fi lipite calitativ: cupru, argint, aur etc.

Ceramica, aluminiul și polimerii nu se pretează deloc la cositorit, cu ele situația este mai complicată, aici nu se va putea realiza izolarea galvanică a pieselor.

Înainte de a începe lipirea, viitoarele suprafețe care vor fi îmbinate trebuie curățate de orice murdărie. Este important să o faceți eficient, să o curățați de urme de coroziune, pentru că la temperaturi scăzute fluxurile în general nu vor ajuta.

Curățarea se face de obicei mecanic folosind alcool, eter sau acetonă. Din acest motiv, o cârpă tare și un șervețel cu alcool sunt uneori prezente în pachetul de interfață termică.Lucrarea trebuie făcută cu mănuși, deoarece grăsimea care poate fi obținută de la mâini va deteriora cu siguranță calitatea lipirii.

Lipirea în sine trebuie făcută cu încălzire și respectând rezistența specificată de producător. Unele dintre interfețele termice industriale necesită preîncălzirea obligatorie a pieselor conectate la 60-90 °C și acest lucru poate fi periculos pentru unele componente electronice sensibile. Încălzirea inițială se face de obicei cu un uscător de păr, iar apoi lipirea este finalizată prin autoîncălzirea dispozitivului de lucru.

Interfețele termice de acest tip sunt vândute sub formă de folie de glorie cu un punct de topire puțin peste temperatura camerei, precum și sub formă de paste. De exemplu, aliajul Fields sub formă de folie are un punct de topire de 50 ° C. Galinstanul sub formă de pastă se topește la temperatura camerei. Spre deosebire de folie, pastele sunt mai greu de folosit deoarece trebuie să fie foarte bine încorporate în suprafețele de lipit, în timp ce folia necesită doar o încălzire adecvată în timpul asamblarii.

Garnituri de izolare

În electronica de putere, este adesea necesară izolarea electrică între elementele de transfer de căldură și radiatoare. Prin urmare, atunci când pasta termoconductoare nu este adecvată, se folosesc substraturi de silicon, mica sau ceramică.

Tampoanele moi flexibile sunt fabricate din silicon, tampoanele dure sunt din ceramică. Există plăci cu circuite imprimate pe bază de tablă de cupru sau aluminiu acoperită cu un strat subțire de ceramică, pe care se aplică urme de folie de cupru.

De obicei, acestea sunt plăci cu o singură față, pe o parte a șinei, iar pe cealaltă există o suprafață pentru atașarea la radiator.

În plus, în cazuri speciale, sunt produse componente de putere în care partea metalică a carcasei, care este atașată la radiator, este imediat acoperită cu un strat de epoxi.

Caracteristici ale utilizării interfețelor termice

La aplicarea și îndepărtarea interfeței termice, este necesar să urmați cu strictețe recomandările producătorului acesteia, precum și ale producătorului dispozitivului (răcire) răcit. Este important să fiți deosebit de atenți atunci când lucrați cu interfețe termice conductoare electric, deoarece excesul acestuia poate ajunge în alte circuite și poate provoca un scurtcircuit.