Bột nhão dẫn nhiệt, chất kết dính, hợp chất và giao diện nhiệt cách điện - mục đích và ứng dụng

Để cải thiện chất lượng truyền nhiệt từ bề mặt cần được làm mát hiệu quả sang thiết bị được thiết kế để thu hồi lượng nhiệt này, cái gọi là giao diện nhiệt được sử dụng.

Giao diện nhiệt là một lớp, thường là hợp chất dẫn nhiệt đa thành phần, thường là bột nhão hoặc hợp chất.

Các giao diện nhiệt phổ biến nhất hiện nay là những giao diện được sử dụng cho các thành phần vi điện tử trong máy tính: cho bộ vi xử lý, cho chip thẻ video, v.v. Giao diện nhiệt được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử khác, nơi mà các mạch nguồn cũng có nhiệt độ cao và do đó cần làm mát hiệu quả và chất lượng cao... Giao diện nhiệt cũng được áp dụng trong tất cả các loại hệ thống cung cấp nhiệt.

Bằng cách này hay cách khác, các hợp chất dẫn nhiệt khác nhau được sử dụng trong sản xuất điện tử công suất, điện tử vô tuyến, thiết bị tính toán và đo lường, trong các thiết bị có cảm biến nhiệt độ, v.v., nghĩa là, nơi thường có các bộ phận được làm nóng bởi dòng điện hoạt động hoặc bằng một số cách khác. Với khả năng tản nhiệt tuyệt vời. Ngày nay có các giao diện nhiệt có dạng sau: dán, keo, hợp chất, kim loại, miếng đệm.

dán truyền nhiệt

Keo tản nhiệt hay đơn giản là keo tản nhiệt là một dạng giao diện nhiệt hiện đại rất phổ biến. Là hỗn hợp nhựa đa thành phần, dẫn nhiệt tốt. Keo tản nhiệt được sử dụng để giảm điện trở nhiệt giữa hai bề mặt tiếp xúc, ví dụ giữa chip và bộ tản nhiệt.

Nhờ lớp dán dẫn nhiệt, không khí có độ dẫn nhiệt thấp giữa bộ tản nhiệt và bề mặt được làm mát được thay thế bằng lớp dán có độ dẫn nhiệt cao hơn đáng kể.

Các loại bột nhão phổ biến nhất do Nga sản xuất là KPT-8 và AlSil-3. Bột nhão Zalman, Cooler Master và Steel Frost cũng rất phổ biến.

Các yêu cầu chính đối với keo dẫn nhiệt là nó có khả năng chịu nhiệt thấp nhất có thể, nó duy trì ổn định các đặc tính của nó theo thời gian và trong toàn bộ phạm vi nhiệt độ làm việc, dễ dàng sử dụng và rửa sạch, và trong một số trường hợp, nó là hữu ích mà có phù hợp đặc tính cách điện.

Việc sản xuất bột nhão dẫn nhiệt có liên quan đến việc sử dụng các thành phần dẫn nhiệt tốt nhất và chất độn có độ dẫn nhiệt đủ cao.

Bột và hỗn hợp được phân tán vi mô và nano và hỗn hợp dựa trên vonfram, đồng, bạc, kim cương, kẽm và oxit nhôm, nhôm và boron nitride, than chì, graphene, v.v.

Chất kết dính trong thành phần của bột nhão có thể là dầu khoáng hoặc dầu tổng hợp, các hỗn hợp khác nhau và chất lỏng có độ bay hơi thấp. Có những loại bột nhão nhiệt mà chất kết dính của nó được polyme hóa trong không khí.

Nó xảy ra rằng để tăng mật độ của bột nhão, các thành phần dễ bay hơi được thêm vào thành phần của nó để khi bôi, bột nhão ở dạng lỏng và sau đó biến thành một giao diện nhiệt có mật độ và độ dẫn nhiệt cao. Các chế phẩm dẫn nhiệt thuộc loại này có đặc tính đặc trưng là đạt độ dẫn nhiệt tối đa sau 5 đến 100 giờ hoạt động bình thường.

Có những loại bột nhão làm từ kim loại ở dạng lỏng ở nhiệt độ phòng. Bột nhão như vậy bao gồm gali và indi nguyên chất, cũng như các hợp kim dựa trên chúng.

Các loại bột nhão tốt nhất và đắt tiền nhất được làm bằng bạc. Bột nhão dựa trên oxit nhôm được coi là tối ưu. Bạc và nhôm cho khả năng chịu nhiệt thấp nhất của sản phẩm cuối cùng. Bột nhão gốc gốm rẻ hơn, nhưng cũng kém hiệu quả hơn.

Keo tản nhiệt đơn giản nhất có thể được tạo ra bằng cách trộn bột chì của bút chì than chì thông thường được chà trên giấy nhám với một vài giọt dầu bôi trơn khoáng chất.

Như đã lưu ý ở trên, cách sử dụng phổ biến của keo tản nhiệt là làm giao diện nhiệt trong các thiết bị điện tử khi cần thiết và được áp dụng giữa bộ phận tạo nhiệt và cấu trúc tản nhiệt, ví dụ như giữa bộ xử lý và bộ làm mát.

Điều chính cần quan sát khi sử dụng keo dẫn nhiệt là giữ độ dày của lớp ở mức tối thiểu. Để đạt được điều này, cần phải tuân thủ nghiêm ngặt các khuyến nghị của nhà sản xuất miếng dán.

Một ít hồ dán được bôi lên vùng tiếp xúc nhiệt của hai bộ phận và sau đó chỉ cần vò nát trong khi ép hai bề mặt lại với nhau. Do đó, bột nhão sẽ lấp đầy các lỗ nhỏ nhất trên bề mặt và sẽ góp phần hình thành môi trường đồng nhất để phân phối và truyền nhiệt ra bên ngoài.

Mỡ tản nhiệt rất tốt để làm mát các cụm và linh kiện điện tử khác nhau, khả năng giải phóng nhiệt cao hơn mức cho phép đối với một linh kiện nhất định, tùy thuộc vào loại và đặc điểm của từng trường hợp cụ thể. Vi mạch và bóng bán dẫn của nguồn điện chuyển mạch, máy quét tuyến tính của thiết bị đèn hình, tầng công suất của bộ khuếch đại âm thanh, v.v. Chúng là những nơi phổ biến để sử dụng keo tản nhiệt.

keo truyền nhiệt

Khi việc sử dụng keo dẫn nhiệt là không thể vì một lý do nào đó, chẳng hạn như do không thể ép chặt các bộ phận vào nhau bằng ốc vít, thì họ sử dụng keo dẫn nhiệt. Tản nhiệt chỉ đơn giản được dán vào bóng bán dẫn, bộ xử lý, chip, v.v.

Kết nối hóa ra là không thể tách rời, do đó, nó đòi hỏi một cách tiếp cận có độ chính xác cao và tuân thủ công nghệ để dán chính xác và chất lượng cao. Nếu công nghệ bị vi phạm, độ dày của giao diện nhiệt có thể rất lớn và khả năng dẫn nhiệt của khớp sẽ kém đi.

Hỗn hợp bầu dẫn nhiệt

Khi, ngoài tính dẫn nhiệt cao, độ kín, độ bền điện và cơ học, các mô-đun được làm mát chỉ đơn giản được lấp đầy bằng hỗn hợp có thể trùng hợp, được thiết kế để truyền nhiệt từ bộ phận được làm nóng đến vỏ thiết bị.

Nếu mô-đun được làm mát phải tản nhiều nhiệt, thì hợp chất cũng phải có đủ khả năng chống nóng, chu trình nhiệt và có thể chịu được ứng suất nhiệt do chênh lệch nhiệt độ bên trong mô-đun.

Kim loại nóng chảy thấp

Giao diện nhiệt ngày càng trở nên phổ biến dựa trên việc hàn hai bề mặt bằng kim loại nóng chảy thấp. Nếu áp dụng đúng công nghệ, có thể đạt được độ dẫn nhiệt thấp kỷ lục, nhưng phương pháp này phức tạp và có nhiều hạn chế.

Trước hết, cần chuẩn bị chất lượng các bề mặt tiếp xúc để lắp đặt, tùy thuộc vào vật liệu của chúng, đây có thể là một nhiệm vụ khó khăn.

Trong các ngành công nghiệp công nghệ cao, có thể hàn bất kỳ kim loại nào, mặc dù thực tế là một số kim loại cần chuẩn bị bề mặt đặc biệt. Trong cuộc sống hàng ngày, chỉ những kim loại có khả năng đóng hộp tốt mới được liên kết định tính: đồng, bạc, vàng, v.v.

Gốm sứ, nhôm và polyme hoàn toàn không cho phép đóng hộp, với chúng, tình hình phức tạp hơn, ở đây sẽ không thể đạt được sự cách ly điện của các bộ phận.

Trước khi bắt đầu hàn, các bề mặt được nối trong tương lai phải được làm sạch bụi bẩn. Điều quan trọng là phải làm điều đó một cách hiệu quả, để làm sạch nó khỏi các dấu vết ăn mòn, bởi vì ở nhiệt độ thấp, chất trợ dung nói chung sẽ không giúp ích được gì.

Việc làm sạch thường được thực hiện một cách cơ học bằng cách sử dụng rượu, ête hoặc axeton. Chính vì điều này mà một miếng vải cứng và khăn lau cồn đôi khi có trong gói giao diện nhiệt.Công việc phải được thực hiện với găng tay, vì dầu mỡ có thể dính vào tay chắc chắn sẽ làm giảm chất lượng hàn.

Việc hàn phải được thực hiện với hệ thống sưởi và tuân thủ cường độ do nhà sản xuất chỉ định. Một số giao diện nhiệt công nghiệp yêu cầu bắt buộc phải làm nóng trước các bộ phận được kết nối đến 60-90 °C và điều này có thể gây nguy hiểm cho một số linh kiện điện tử nhạy cảm. Quá trình gia nhiệt ban đầu thường được thực hiện bằng máy sấy tóc, sau đó quá trình hàn hoàn tất bằng cách tự gia nhiệt cho thiết bị làm việc.

Các giao diện nhiệt loại này được bán ở dạng lá vinh quang có nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt độ phòng một chút, cũng như ở dạng bột nhão. Ví dụ, hợp kim của Fields ở dạng lá mỏng có nhiệt độ nóng chảy là 50 ° C. Galinstan ở dạng bột nhão tan chảy ở nhiệt độ phòng. Không giống như giấy bạc, bột nhão khó sử dụng hơn vì chúng phải được nhúng rất tốt vào bề mặt được hàn, trong khi giấy bạc chỉ cần gia nhiệt thích hợp trong quá trình lắp ráp.

gioăng cách nhiệt

Trong điện tử công suất, thường yêu cầu cách ly điện giữa các phần tử truyền nhiệt và tản nhiệt. Do đó, khi keo dẫn nhiệt không phù hợp, chất nền silicon, mica hoặc gốm được sử dụng.

Miếng đệm mềm linh hoạt được làm bằng silicone, miếng đệm cứng được làm bằng gốm. Có các bảng mạch in dựa trên một tấm đồng hoặc nhôm được phủ một lớp gốm mỏng, trên đó có dấu vết của lá đồng.

Thông thường, đây là những tấm ván một mặt, ở một bên là đường ray và mặt khác có bề mặt để gắn vào bộ tản nhiệt.

Ngoài ra, trong những trường hợp đặc biệt, các bộ phận nguồn được sản xuất trong đó phần kim loại của vỏ, được gắn vào bộ tản nhiệt, ngay lập tức được phủ một lớp epoxy.

Các tính năng của việc sử dụng các giao diện nhiệt

Khi áp dụng và loại bỏ giao diện nhiệt, cần tuân thủ nghiêm ngặt các khuyến nghị của nhà sản xuất, cũng như nhà sản xuất thiết bị làm mát (làm mát). Điều quan trọng là phải đặc biệt cẩn thận khi làm việc với các giao diện nhiệt dẫn điện, vì lượng dư thừa của nó có thể xâm nhập vào các mạch khác và gây đoản mạch.