Pastes tèrmicament conductores, adhesius, compostos i interfícies tèrmiques aïllants: finalitat i aplicació

Per millorar la qualitat de la transferència de calor des d'una superfície que s'ha de refredar eficaçment a un dispositiu dissenyat per recuperar aquesta calor, s'utilitzen les anomenades interfícies tèrmiques.

Una interfície tèrmica és una capa, generalment d'un compost tèrmicament multicomponent, generalment una pasta o compost.

Les interfícies tèrmiques més populars actualment són les que s'utilitzen per als components microelectrònics dels ordinadors: per a processadors, per a xips de targetes de vídeo, etc. Les interfícies tèrmiques s'utilitzen àmpliament en altres aparells electrònics, on els circuits de potència també experimenten un gran escalfament i, per tant, necessiten una refrigeració eficient i de gran qualitat... Les interfícies tèrmiques també són aplicables a tot tipus de sistemes de subministrament de calor.

D'una manera o altra, en la producció d'electrònica de potència, radioelectrònica, equips informàtics i de mesura s'utilitzen diversos compostos tèrmicament conductors, en dispositius amb sensors de temperatura, etc., és a dir, on normalment hi ha components escalfats pel corrent de funcionament o d'una altra manera.amb una gran dissipació de calor. Avui dia hi ha interfícies tèrmiques de les següents formes: pasta, cola, compost, metall, junta.

Pasta de transferència de calor

La pasta tèrmica o simplement la pasta tèrmica és una forma molt comuna d'interfície tèrmica moderna. És una barreja de plàstic multicomponent amb bona conductivitat tèrmica. Les pastes tèrmiques s'utilitzen per reduir la resistència tèrmica entre dues superfícies de contacte, per exemple entre un xip i un dissipador de calor.

Gràcies a la pasta tèrmicament conductora, l'aire amb la seva baixa conductivitat tèrmica entre el radiador i la superfície refrigerada es substitueix per una pasta amb una conductivitat tèrmica significativament més alta.

Les pastes més habituals de fabricació russa són KPT-8 i AlSil-3. Les pastes Zalman, Cooler Master i Steel Frost també són populars.

Els principals requisits de la pasta tèrmicament conductora són que tingui la menor resistència tèrmica possible, que conservi de manera estable les seves propietats en el temps i en tot el rang de temperatures de treball, que sigui fàcil d'aplicar i rentar, i en alguns casos és útil que n'hi hagi adequats propietats aïllants elèctrics.

La producció de pastes tèrmicament conductores està relacionada amb l'ús dels millors components tèrmicament conductors i farcits amb una conductivitat tèrmica prou alta.

Pols i mescles microdisperses i nanodisperses a base de tungstè, coure, plata, diamant, zinc i òxid d'alumini, nitrur d'alumini i bor, grafit, grafè, etc.

L'aglutinant en la composició de la pasta pot ser oli mineral o sintètic, diverses mescles i líquids de baixa volatilitat. Hi ha pastes tèrmiques l'aglutinant de les quals es polimeritza a l'aire.

Succeeix que per augmentar la densitat de la pasta, s'afegeixen components fàcilment vaporitzables a la seva composició de manera que quan s'aplica la pasta és líquida i després es converteix en una interfície tèrmica amb alta densitat i conductivitat tèrmica. Les composicions de conductivitat tèrmica d'aquest tipus tenen la propietat característica d'assolir la conductivitat tèrmica màxima després de 5 a 100 hores de funcionament normal.

Hi ha pastes a base de metalls que són líquides a temperatura ambient. Aquestes pastes consisteixen en gal·li i indi purs, així com aliatges basats en ells.

Les millors i més cares pastes estan fetes de plata. Les pastes a base d'òxid d'alumini es consideren òptimes. La plata i l'alumini donen la menor resistència tèrmica del producte final. Les pastes a base de ceràmica són més barates, però també menys efectives.

La pasta tèrmica més senzilla es pot fer barrejant la pols de plom d'un llapis de grafit normal fregat sobre paper de vidre amb unes gotes d'oli lubricant mineral.

Com s'ha indicat anteriorment, un ús comú de la pasta tèrmica és com a interfícies tèrmiques en dispositius electrònics quan sigui necessari i s'aplica entre un element generador de calor i una estructura de dissipació de calor, per exemple, entre un processador i un refrigerador.

El més important a observar quan s'utilitza pasta tèrmicament conductora és mantenir el gruix de la capa al mínim. Per aconseguir-ho, cal seguir estrictament les recomanacions del fabricant de la pasta.

S'aplica una mica de pasta a l'àrea de contacte tèrmic de les dues parts i després simplement s'esmicola mentre es pressiona les dues superfícies juntes. Així, la pasta omplirà les fosses més petites de les superfícies i contribuirà a la formació d'un ambient homogeni per a la distribució i transferència de la calor a l'exterior.

El greix tèrmic és bo per refredar diversos conjunts i components de l'electrònica, l'alliberament de calor dels quals és superior al permès per a un component determinat, depenent del tipus i les característiques d'un cas particular. Microcircuits i transistors de fonts d'alimentació de commutació, escàners lineals de dispositius de llum d'imatge, etapes de potència d'amplificadors acústics, etc. Són llocs habituals per utilitzar pasta tèrmica.

Adhesiu de transferència de calor

Quan l'ús de pasta conductora de calor és impossible per alguna raó, per exemple, a causa de la incapacitat de pressionar els components amb força entre si amb elements de fixació, recorren a l'ús de cola conductora de calor. El dissipador de calor simplement s'enganxa al transistor, processador, xip, etc.

La connexió resulta ser inseparable, per tant requereix un enfocament molt precís i el compliment de la tecnologia per a un encolat correcte i de gran qualitat. Si es viola la tecnologia, el gruix de la interfície tèrmica pot resultar molt gran i la conductivitat tèrmica de la junta es deteriorarà.

Mescles d'envasos tèrmicament conductores

Quan, a més d'una alta conductivitat tèrmica, es requereix hermeticitat, resistència elèctrica i mecànica, els mòduls refrigerats s'omplen simplement amb una mescla polimeritzable, que està dissenyada per transferir calor del component escalfat a la carcassa del dispositiu.

Si el mòdul refrigerat ha de dissipar molta calor, llavors el compost també ha de tenir una resistència suficient a l'escalfament, al cicle tèrmic i ser capaç de suportar l'estrès tèrmic resultant del gradient de temperatura dins del mòdul.

Metalls de baix punt de fusió

Les interfícies tèrmiques estan guanyant cada cop més popularitat a partir de la soldadura de dues superfícies amb un metall de baixa fusió. Si la tecnologia s'aplica correctament, és possible obtenir una conductivitat tèrmica rècord, però el mètode és complex i comporta moltes limitacions.

En primer lloc, cal preparar qualitativament les superfícies d'acoblament per a la instal·lació, depenent del seu material, això pot ser una tasca difícil.

A les indústries d'alta tecnologia, és possible soldar qualsevol metall, malgrat que alguns d'ells requereixen una preparació especial de la superfície. A la vida quotidiana, només s'uniran qualitativament els metalls que es presten bé a l'estanya: coure, plata, or, etc.

La ceràmica, l'alumini i els polímers no es presten gens a l'estanyat, amb ells la situació és més complicada, aquí no es podrà aconseguir l'aïllament galvànic de les peces.

Abans de començar a soldar, les futures superfícies a unir s'han de netejar de qualsevol brutícia. És important fer-ho de manera eficaç, per netejar-lo de restes de corrosió, perquè a baixes temperatures els fluxos generalment no ajudaran.

La neteja es fa normalment de forma mecànica amb alcohol, èter o acetona. És per això que de vegades hi ha un drap dur i una tovallola amb alcohol al paquet d'interfície tèrmica.El treball s'ha de fer amb guants, ja que el greix que es pot obtenir de les mans, sens dubte, deteriorarà la qualitat de la soldadura.

La soldadura en si s'ha de fer amb calefacció i el compliment de la força especificada pel fabricant. Algunes de les interfícies tèrmiques industrials requereixen un preescalfament obligatori de les parts connectades a 60-90 °C i això pot ser perillós per a alguns components electrònics sensibles. L'escalfament inicial es fa generalment amb un assecador de cabells, i després la soldadura es completa mitjançant l'autoescalfament del dispositiu de treball.

Les interfícies tèrmiques d'aquest tipus es venen en forma de làmina de glòria amb un punt de fusió lleugerament superior a la temperatura ambient, així com en forma de pastes. Per exemple, l'aliatge de Fields en forma de làmina té un punt de fusió de 50 ° C. Galinstan en forma de pasta es fon a temperatura ambient. A diferència de la làmina, les pastes són més difícils d'utilitzar perquè han d'estar molt ben incrustades a les superfícies a soldar, mentre que la làmina només requereix un escalfament adequat durant el muntatge.

Juntes d'aïllament

En electrònica de potència, sovint es requereix un aïllament elèctric entre els elements de transferència de calor i dissipador de calor. Per tant, quan la pasta tèrmicament conductora no és adequada, s'utilitzen substrats de silicona, mica o ceràmica.

Els coixinets suaus flexibles estan fets de silicona, els coixinets durs estan fets de ceràmica. Hi ha plaques de circuits impresos a base d'una làmina de coure o alumini coberta amb una fina capa de ceràmica, sobre la qual s'apliquen traces de làmina de coure.

Normalment es tracta de taulers d'una sola cara, a un costat de la via, i a l'altre hi ha una superfície per a la fixació al radiador.

A més, en casos especials, es produeixen components d'energia en què la part metàl·lica de la carcassa, que està connectada al radiador, es cobreix immediatament amb una capa d'epoxi.

Característiques de l'ús d'interfícies tèrmiques

En aplicar i treure la interfície tèrmica, cal seguir estrictament les recomanacions del seu fabricant, així com del fabricant del dispositiu refrigerat (refrigeració). És important tenir especial cura quan es treballa amb interfícies tèrmiques conductores de l'electricitat, ja que el seu excés pot entrar en altres circuits i provocar un curtcircuit.