Факторы, которые следует учитывать при выборе материалов теплового интерфейса

От бытовой электроники до аэрокосмической отрасли все электронные устройства требуют активного управления температурным режимом для эффективного отвода тепла от компонентов. Узким местом управления температурным режимом часто является теплопроводность между компонентами, выделяющими тепло, и компонентами охлаждения. К сожалению, многие электронные устройства не могут получить достаточное охлаждение от радиаторов или вентиляторов из-за ограниченного пространства. В этих приложениях эффективность материалов теплового интерфейса еще важнее.

Наиболее распространенными методами отвода тепла от мощного компьютерного процессора (CPU) или системы на кристалле (SOC) являются термопаста или смазка. Хотя эти решения обеспечивают высокую производительность, они имеют недостатки. Они могут быть грязными, трудоемкими и могут иметь плохую долгосрочную надежность. Кроме того, известно, что традиционные теплопроводящие материалы (ТИМ) с высокой проводимостью (> 20 Вт/мК) дороги и сопряжены с трудностями и проблемами при производстве.

Каковы основные функции ИМП?

Когда радиатор размещается поверх тепловыделяющего компонента, возникают естественные воздушные зазоры. Эти воздушные зазоры создают высокое термическое сопротивление, что приводит к перегреву. ТИМы решают эту проблему, заменяя воздушные зазоры теплопроводными материалами. Это создает более эффективный тепловой путь за счет снижения общего теплового сопротивления в системе. TIM также могут обеспечивать электрическую изоляцию или клеевое крепление без необходимости дополнительного механического крепления, когда это необходимо.

ТИМы должны соответствовать неровностям поверхности, иначе будет повышенное тепловое сопротивление в контактных слоях. Некоторое контактное сопротивление неизбежно, но любые теплопроводные материалы полезнее воздуха.

В то время как инженеры-конструкторы хотят иметь как можно более тонкий зазор, чтобы сократить длину теплового пути, иногда необходимо поддерживать определенную толщину для лучшего смачивания или контакта с неровным основанием. В зависимости от типа полимерной смолы, типа наполнителя и уровня содержания наполнителя смачивающая способность может быть разной. Кроме того, производительность ТИМ может варьироваться в зависимости от термомеханических свойств, а также давления при нанесении, качества поверхности подложки и окружающей среды.

Факторы, которые следует учитывать при выборе TIM

Форм-фактор

Существует много типов материалов теплового интерфейса, таких как смазка, гель, прокладки, паста, ленты, материалы с фазовым переходом (PCM) и даже металл. При выборе TIM важно быть знакомым с продуктом и его характеристиками. Для заполнения тонких зазоров обычно используется смазка или PCM, а для заполнения толстых зазоров пользователи ищут прокладки, гель или пасту-замазку.

TIM также можно разделить на приложения TIM 1, TIM 2 или TIM 1.5. Эта категоризация основана на том, где они используются по отношению к кристаллу кристалла устройства и распределителю тепла или крышке. Например, приложение TIM 1 использует TIM между чипом кристалла и распределителем тепла или крышкой, и его основная цель — уменьшить контактное сопротивление и отвести сильное тепло непосредственно от процессоров. Традиционно для этого применения используется металлический припой; однако сегодня также можно использовать смазку, гель или PCM.

С другой стороны, приложение TIM 2 применяется между радиатором и распределителем тепла или SOC на уровне корпуса. В этом приложении обычно используются более толстые TIM, такие как прокладки, поскольку управление теплом на уровне корпуса не является экстремальным, как на уровне чипа. Приложение TIM 2 может потребовать доработок и сжимаемости, что обеспечивает большее влияние из-за потребностей подключенного радиатора.

В приложении TIM 1.5 кристалл кристалла находится в прямом контакте с охлаждающим компонентом без распределителя тепла. Эта категория TIM обычно используется в мобильных устройствах.

Гель и паста иногда предпочтительнее прокладок, потому что их более тонкие линии скрепления позволяют им иметь более высокую сжимаемость и тепловые характеристики по сравнению с прокладками. Прокладки Thermexit™ решают обе проблемы, обеспечивая отличную прилегаемость и тепловые характеристики.

Теплопроводность

Еще одним важным фактором, который следует учитывать, являются тепловые характеристики. В электронном устройстве есть компоненты, выделяющие тепло, и компоненты охлаждения, которые определяют, сколько тепла может быть рассеяно. Это означает, что температура окружающей среды и наличие компонентов активного охлаждения могут определять тепловой баланс. Как только вы узнаете свой тепловой баланс, вы сможете решить, какие материалы теплового интерфейса необходимы, поскольку TIM можно легко настроить в соответствии с вашим тепловым расчетом.

Физические и механические свойства

Также следует учитывать механические свойства материалов теплового интерфейса, такие как твердость, прогиб и остаточная деформация при сжатии. Некоторые пользователи предпочитают составы или гели для защиты своих чувствительных компонентов, даже несмотря на то, что эти одноразовые продукты могут иметь недостатки, которые будут обсуждаться позже. Важно найти правильный TIM для вашего рабочего давления и толщины зазора.

Электроизоляция

Другим важным фактором является то, является ли TIM электроизоляцией или нет. Некоторые приложения очень чувствительны к электрической непрерывности. Большинство прокладок с тепловым зазором обеспечивают отличную электрическую изоляцию благодаря их относительно толстому нанесению, в отличие от смазки, геля или продуктов PCM.

Приложение

При выборе TIM следует учитывать долгосрочную надежность. Сегодня существует множество электронных устройств, используемых в чрезвычайно суровых условиях, которые требуют больших циклов питания. Кроме того, важно, чтобы TIM в автомобильной промышленности испытывали на механическую вибрацию.

Факторы применения

Каждый форм-фактор связан с фактором применения, таким как приложенное давление, метод крепления, толщина линии соединения, геометрия и окружающая среда. Простыми факторами, такими как простота в обращении и окружающая среда, можно легко пренебречь, но нельзя игнорировать.

Думайте не только о таблицах

Хотя технические описания TIM содержат полезную информацию, они не должны быть единственным ресурсом, используемым при выборе TIM. Большая часть данных от поставщиков TIM основана на отраслевых стандартах или их собственных методах испытаний для оптимизации характеристик продукта. Однако один и тот же продукт TIM работает по-разному в зависимости от условий. Как правило, мы ожидаем, что более высокая теплопроводность приведет к лучшей производительности, но всегда ли это так? Кроме того, мы должны спросить, нужен ли TIM с более высокой теплопроводностью, когда TIM с более низкой теплопроводностью может иметь достаточную производительность для приложения. Иногда, если TIM с более высокой теплопроводностью используется в приложении, которое не требует этого, TIM не обеспечивает таких же преимуществ.

Тип пробела 

Наконец, предположим, что мы решили использовать пробел. Прежде чем мы рассмотрим теплопроводность или сжимаемость, нам нужно взглянуть на основные свойства и требования. Например, температура применения устройства будет определять необходимый химический состав смолы. Также важно знать, требуется ли для устройства высокотемпературный силиконовый TIM или можно использовать альтернативную полимерную систему. Некоторые прокладки для зазоров имеют основу из тканевого стекла, что может не подходить для определенных применений. Иногда одна только правильная толщина может решить многие серьезные проблемы с температурой.

Термексит ™ Решения

Thermexit™ разрабатывает прокладки для зазоров с высокой теплопроводностью, которые преодолевают более толстые линии склеивания и превосходят материалы для теплового интерфейса с тонкими связями. Наша уникальная не содержащая силикона высокотемпературная смола может заменить химию силиконовой смолы и свести к минимуму загрязнение маслом. Наша смоляная система также является неотверждаемой системой, которая обеспечивает отличные долгосрочные характеристики.

Подушечки Thermexit™ обладают высокой сжимаемостью для минимизации контактного сопротивления без больших усилий и нагрузки на компоненты. Их легко наносить и наносить, они естественным образом липкие, без остатков пасты или геля. Thermexit предлагает две линейки продуктов:Thermexit EI (электроизоляционные) и Thermexit HP (высокоэффективные). Обе прокладки обладают высокой теплопроводностью>15 Вт/мК и 40 Вт/мК соответственно.

Для получения дополнительной информации посетите сайт thermexit.com и свяжитесь с нами по адресу [email protected].