Termiski vadošas pastas, līmvielas, savienojumi un izolācijas termiskās saskarnes — mērķis un pielietojums

Lai uzlabotu siltuma pārneses kvalitāti no virsmas, kas ir efektīvi jāatdzesē, uz ierīci, kas paredzēta šī siltuma atgūšanai, tiek izmantotas tā sauktās termiskās saskarnes.

Termiskā saskarne ir slānis, parasti no daudzkomponentu siltumvadoša savienojuma, parasti pastas vai maisījuma.

Mūsdienās populārākās termiskās saskarnes ir tās, ko izmanto datoru mikroelektroniskajām sastāvdaļām: procesoriem, videokaršu mikroshēmām utt. Termiskās saskarnes tiek plaši izmantotas citā elektronikā, kur arī jaudas ķēdes piedzīvo augstu apsildi un tāpēc nepieciešama efektīva un kvalitatīva dzesēšana... Termiskās saskarnes ir piemērojamas arī visu veidu siltumapgādes sistēmās.

Tā vai citādi dažādus siltumvadošus savienojumus izmanto jaudas elektronikas, radioelektronikas, skaitļošanas un mērīšanas iekārtu ražošanā, ierīcēs ar temperatūras sensoriem u.c., tas ir, kur parasti atrodas ar darba strāvu uzkarsēti komponenti vai. kādā citā veidā.ar lielu siltuma izkliedi. Mūsdienās ir šādas termiskās saskarnes: pasta, līme, savienojums, metāls, blīve.

Siltuma pārneses pasta

Termiskā pasta vai vienkārši termopasta ir ļoti izplatīts mūsdienu termiskās saskarnes veids. Tas ir daudzkomponentu plastmasas maisījums ar labu siltumvadītspēju. Termiskās pastas tiek izmantotas, lai samazinātu siltuma pretestību starp divām saskares virsmām, piemēram, starp mikroshēmu un radiatoru.

Pateicoties siltumvadošajai pastai, gaiss ar zemo siltumvadītspēju starp radiatoru un atdzesēto virsmu tiek aizstāts ar pastu ar ievērojami augstāku siltumvadītspēju.

Visizplatītākās Krievijā ražotās pastas ir KPT-8 un AlSil-3. Populāras ir arī pastas Zalman, Cooler Master un Steel Frost.

Galvenās prasības siltumvadošajai pastai ir, lai tai būtu pēc iespējas zemāka termiskā pretestība, lai tā stabili saglabātu savas īpašības laika gaitā un visā darba temperatūru diapazonā, lai to būtu viegli uzklāt un nomazgāt, kā arī dažos gadījumos ir noderīgi, ka ir piemēroti elektriskās izolācijas īpašības.

Siltumvadošu pastu ražošana ir saistīta ar vislabāko siltumvadošo komponentu un pildvielu izmantošanu ar pietiekami augstu siltumvadītspēju.

Mikrodispersi un nanodispersi pulveri un maisījumi uz volframa, vara, sudraba, dimanta, cinka un alumīnija oksīda, alumīnija un bora nitrīda, grafīta, grafēna u.c. bāzes.

Saistviela pastas sastāvā var būt minerāleļļa vai sintētiska eļļa, dažādi maisījumi un šķidrumi ar zemu gaistību. Ir termopastas, kuru saistviela ir polimerizēta gaisā.

Gadās, ka, lai palielinātu pastas blīvumu, tās sastāvam tiek pievienoti viegli iztvaikojoši komponenti, lai, uzklājot, pasta būtu šķidra un pēc tam pārvērstos par termisko saskarni ar augstu blīvumu un siltumvadītspēju. Šāda veida siltumvadītspējas kompozīcijām ir raksturīga īpašība sasniegt maksimālo siltumvadītspēju pēc 5 līdz 100 stundām normālas darbības.

Ir pastas uz metāla bāzes, kas istabas temperatūrā ir šķidras. Šādas pastas sastāv no tīra gallija un indija, kā arī uz to bāzes izgatavotiem sakausējumiem.

Labākās un dārgākās pastas ir izgatavotas no sudraba. Par optimālām tiek uzskatītas pastas, kuru pamatā ir alumīnija oksīds. Sudrabs un alumīnijs nodrošina gala produkta zemāko termisko pretestību. Pastas uz keramikas bāzes ir lētākas, taču arī mazāk efektīvas.

Vienkāršāko termopastu var pagatavot, sajaucot uz smilšpapīra ierīvēta parasta grafīta zīmuļa svina pulveri ar dažiem pilieniem minerālās smēreļļas.

Kā minēts iepriekš, termisko pastu parasti izmanto kā termiskās saskarnes elektroniskajās ierīcēs, kur tas ir nepieciešams, un izmanto starp siltumu ģenerējošu elementu un siltumu izkliedējošu struktūru, piemēram, starp procesoru un dzesētāju.

Galvenais, kas jāievēro, lietojot siltumvadošo pastu, ir minimāla slāņa biezuma samazināšana. Lai to panāktu, ir stingri jāievēro pastas ražotāja ieteikumi.

Nedaudz pastas uzklāj uz abu daļu termiskā kontakta laukuma un pēc tam vienkārši sadrupina, vienlaikus saspiežot abas virsmas. Tādējādi pasta aizpildīs mazākās bedres uz virsmām un veicinās viendabīgas vides veidošanos siltuma sadalei un nodošanai uz āru.

Termiskā smērviela ir piemērota dažādu elektronikas mezglu un komponentu dzesēšanai, kuru siltuma atdeve ir lielāka par pieļaujamo noteiktai sastāvdaļai atkarībā no konkrētā korpusa veida un īpašībām. Komutācijas barošanas avotu mikroshēmas un tranzistori, attēla lampu ierīču lineārie skeneri, akustisko pastiprinātāju jaudas pakāpes utt. Tās ir izplatītas termiskās pastas izmantošanas vietas.

Siltuma pārneses līme

Ja kāda iemesla dēļ siltumvadošas pastas izmantošana nav iespējama, piemēram, nespējas cieši piespiest komponentus viens otram ar stiprinājumiem, viņi izmanto siltumvadošu līmi. Radiators ir vienkārši pielīmēts pie tranzistora, procesora, mikroshēmas utt.

Savienojums izrādās neatdalāms, tādēļ nepieciešama ļoti precīza pieeja un atbilstība tehnoloģijai pareizai un kvalitatīvai līmēšanai. Ja tehnoloģija tiek pārkāpta, termiskās saskarnes biezums var izrādīties ļoti liels un šuves siltumvadītspēja pasliktināsies.

Termiski vadoši podiņu maisījumi

Ja papildus augstajai siltumvadītspējai ir nepieciešama hermētiskums, elektriskā un mehāniskā izturība, atdzesētos moduļus vienkārši piepilda ar polimerizējamu maisījumu, kas paredzēts siltuma pārnešanai no apsildāmās sastāvdaļas uz ierīces korpusu.

Ja atdzesētajam modulim ir jāizkliedē daudz siltuma, tad savienojumam ir jābūt arī pietiekamai pretestībai pret karsēšanu, termisko ciklu un jāspēj izturēt termisko spriegumu, kas rodas no temperatūras gradienta moduļa iekšpusē.

Zemas kušanas metāli

Arvien lielāku popularitāti iegūst termiskās saskarnes, kuru pamatā ir divu virsmu lodēšana ar zemu kūstošu metālu. Pareizi pielietojot tehnoloģiju, ir iespējams iegūt rekordzemu siltumvadītspēju, taču metode ir sarežģīta un tai ir daudz ierobežojumu.

Pirmkārt, ir nepieciešams kvalitatīvi sagatavot pārošanās virsmas uzstādīšanai, atkarībā no to materiāla tas var būt sarežģīts uzdevums.

Augsto tehnoloģiju nozarēs ir iespējams lodēt jebkuru metālu, neskatoties uz to, ka dažiem no tiem nepieciešama īpaša virsmas sagatavošana. Ikdienā kvalitatīvi tiks savienoti tikai tie metāli, kas ir labi piemēroti alvēšanai: varš, sudrabs, zelts utt.

Keramika, alumīnijs un polimēri vispār nav piemēroti alvošanai, ar tiem situācija ir sarežģītāka, šeit nebūs iespējams panākt detaļu galvanisko izolāciju.

Pirms lodēšanas uzsākšanas nākamās savienojamās virsmas ir jānotīra no jebkādiem netīrumiem. Ir svarīgi to darīt efektīvi, attīrīt no korozijas pēdām, jo ​​zemā temperatūrā plūsmas parasti nepalīdzēs.

Tīrīšanu parasti veic mehāniski, izmantojot spirtu, ēteri vai acetonu. Tieši tāpēc termiskās saskarnes iepakojumā dažreiz atrodas cieta drāna un spirta salvete.Darbs jāveic ar cimdiem, jo ​​smērviela, ko var iegūt no rokām, noteikti pasliktinās lodēšanas kvalitāti.

Pati lodēšana jāveic ar karsēšanu un atbilstību ražotāja norādītajai stiprībai. Dažām rūpnieciskajām termiskajām saskarnēm ir nepieciešama pievienoto daļu obligāta iepriekšēja uzsildīšana līdz 60–90 °C, un tas var būt bīstami dažiem jutīgiem elektroniskiem komponentiem. Sākotnējā sildīšana parasti tiek veikta ar matu žāvētāju, un pēc tam lodēšanu pabeidz ar darba ierīces pašsildīšanu.

Šāda veida termiskās saskarnes tiek pārdotas glory folijas veidā ar kušanas temperatūru nedaudz virs istabas temperatūras, kā arī pastas veidā. Piemēram, Fīldsa sakausējuma folijas formā kušanas temperatūra ir 50 ° C. Galinstan pastas formā kūst istabas temperatūrā. Atšķirībā no folijas pastas ir grūtāk izmantot, jo tām ir ļoti labi jāiestrādājas lodējamās virsmās, savukārt folijai montāžas laikā nepieciešama tikai pareiza karsēšana.

Izolācijas blīves

Spēka elektronikā bieži ir nepieciešama elektriskā izolācija starp siltuma pārneses un siltuma izlietnes elementiem. Tāpēc, ja siltumvadoša pasta nav piemērota, tiek izmantoti silikona, vizlas vai keramikas substrāti.

Elastīgie mīkstie paliktņi ir izgatavoti no silikona, cietie paliktņi ir izgatavoti no keramikas. Ir iespiedshēmu plates, kuru pamatā ir vara vai alumīnija loksne, kas pārklāta ar plānu keramikas kārtu, uz kuras tiek uzklātas vara folijas pēdas.

Parasti tie ir vienpusēji dēļi, vienā trases pusē, bet otrā ir virsma piestiprināšanai pie radiatora.

Turklāt īpašos gadījumos tiek ražoti jaudas komponenti, kuros korpusa metāla daļa, kas piestiprināta pie radiatora, tiek nekavējoties pārklāta ar epoksīda slāni.

Termisko saskarņu izmantošanas iezīmes

Uzliekot un noņemot termisko interfeisu, ir stingri jāievēro tā ražotāja, kā arī dzesēšanas (dzesēšanas) ierīces ražotāja ieteikumi. Ir svarīgi būt īpaši uzmanīgiem, strādājot ar elektriski vadošām siltuma saskarnēm, jo ​​tā pārpalikums var nokļūt citās ķēdēs un izraisīt īssavienojumu.