Termal olarak iletken macunlar, yapıştırıcılar, bileşikler ve yalıtkan termal arayüzler - amaç ve uygulama

Etkili bir şekilde soğutulması gereken bir yüzeyden bu ısıyı geri kazanmak için tasarlanmış bir cihaza ısı transferinin kalitesini artırmak için termal arayüzler kullanılır.

Termal arayüz, genellikle çok bileşenli termal olarak iletken bir bileşikten, genellikle bir macun veya bileşikten oluşan bir katmandır.

Günümüzde en popüler termal arabirimler, bilgisayarlardaki mikroelektronik bileşenler için kullanılanlardır: işlemciler, video kartı yongaları vb. Termal arabirimler, güç devrelerinin de yüksek ısınmaya maruz kaldığı ve bu nedenle verimli ve yüksek kaliteli soğutmaya ihtiyaç duyduğu diğer elektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır... Termal arabirimler ayrıca her tür ısı besleme sisteminde uygulanabilir.

Öyle ya da böyle, güç elektroniği, radyo elektroniği, bilgi işlem ve ölçüm ekipmanı üretiminde, sıcaklık sensörlü cihazlarda vb., yani genellikle çalışma akımı tarafından ısıtılan bileşenlerin bulunduğu çeşitli termal iletken bileşikler kullanılır. başka bir şekilde. büyük ısı dağılımı ile. Bugün aşağıdaki formların termal arayüzleri vardır: macun, yapıştırıcı, bileşik, metal, conta.

Isı transfer macunu

Termal macun veya basitçe termal macun, modern termal arayüzün çok yaygın bir şeklidir. İyi ısı iletkenliğine sahip çok bileşenli bir plastik karışımıdır. Termal macunlar, örneğin bir çip ve bir soğutucu arasındaki iki temas yüzeyi arasındaki termal direnci azaltmak için kullanılır.

Termal olarak iletken macun sayesinde, radyatör ile soğutulan yüzey arasında ısıl iletkenliği düşük olan hava, önemli ölçüde daha yüksek termal iletkenliğe sahip bir macunla değiştirilir.

En yaygın Rus yapımı macunlar KPT-8 ve AlSil-3'tür. Zalman, Cooler Master ve Steel Frost macunları da popülerdir.

Termal olarak iletken macun için temel gereksinimler, mümkün olan en düşük termal dirence sahip olması, özelliklerini zaman içinde ve tüm çalışma sıcaklıkları aralığında kararlı bir şekilde koruması, uygulanmasının ve yıkanması kolay olması ve bazı durumlarda uygun olması yararlıdır elektriksel yalıtım özellikleri.

Termal olarak iletken macunların üretimi, termal olarak en iyi iletken bileşenlerin ve yeterince yüksek termal iletkenliğe sahip dolgu maddelerinin kullanılmasıyla ilgilidir.

Tungsten, bakır, gümüş, elmas, çinko ve alüminyum oksit, alüminyum ve bor nitrür, grafit, grafen vb. bazlı mikro-dağılmış ve nano-dağılmış tozlar ve karışımlar.

Macun bileşimindeki bağlayıcı, mineral veya sentetik yağ, çeşitli karışımlar ve düşük uçuculuğa sahip sıvılar olabilir. Bağlayıcısı havada polimerize olan termal macunlar vardır.

Macunun yoğunluğunu arttırmak için bileşimine kolayca buharlaşan bileşenler eklenir, böylece macun uygulandığında sıvıdır ve ardından yüksek yoğunluklu ve termal iletkenliğe sahip bir termal arayüze dönüşür. Bu türdeki termal iletkenlik bileşimleri, 5 ila 100 saatlik normal çalışmadan sonra maksimum termal iletkenliğe ulaşma karakteristik özelliğine sahiptir.

Oda sıcaklığında sıvı olan metal bazlı macunlar vardır. Bu tür macunlar, saf galyum ve indiyumun yanı sıra bunlara dayalı alaşımlardan oluşur.

En iyi ve en pahalı macunlar gümüşten yapılır. Alüminyum okside dayalı macunların optimal olduğu kabul edilir. Gümüş ve alüminyum, nihai ürünün en düşük termal direncini verir. Seramik bazlı macunlar daha ucuzdur ancak aynı zamanda daha az etkilidir.

En basit termal macun, zımpara kağıdına sürülen sıradan bir grafit kalemin kurşun tozunun birkaç damla mineral yağlama yağı ile karıştırılmasıyla yapılabilir.

Yukarıda belirtildiği gibi, termal macunun yaygın bir kullanımı, örneğin bir işlemci ve bir soğutucu arasında, bir ısı üreten eleman ile ısı yayan bir yapı arasında ihtiyaç duyulan ve uygulanan elektronik cihazlarda termal arayüzlerdir.

Termal iletken macun kullanırken dikkat edilmesi gereken en önemli şey, tabakanın kalınlığını minimumda tutmaktır. Bunu başarmak için, macun üreticisinin tavsiyelerine kesinlikle uymak gerekir.

İki parçanın termal temas alanına biraz macun sürülür ve ardından iki yüzey birbirine bastırılarak basitçe ufalanır. Böylece macun yüzeylerdeki en küçük çukurları dolduracak ve ısının dışarıya dağılımı ve transferi için homojen bir ortam oluşmasına katkı sağlayacaktır.

Termal gres, belirli bir kasanın tipine ve özelliklerine bağlı olarak, ısı salınımı belirli bir bileşen için izin verilenden daha yüksek olan çeşitli elektronik tertibatlarını ve bileşenlerini soğutmak için iyidir. Anahtarlamalı güç kaynaklarının mikro devreleri ve transistörleri, resim lambası cihazlarının doğrusal tarayıcıları, akustik amplifikatörlerin güç aşamaları vb. Termal macun kullanımının yaygın olduğu yerlerdir.

Isı transfer yapıştırıcısı

Herhangi bir nedenle, örneğin bileşenlerin bağlantı elemanları ile birbirine sıkıca bastırılamaması nedeniyle ısı ileten macunun kullanılması imkansız olduğunda, ısı ileten yapıştırıcı kullanımına başvururlar. Soğutucu, transistöre, işlemciye, çipe vb. basitçe yapıştırılır.

Bağlantının ayrılmaz olduğu ortaya çıkıyor, bu nedenle doğru ve yüksek kaliteli yapıştırma için son derece hassas bir yaklaşım ve teknolojiye uyum gerektiriyor. Teknoloji ihlal edilirse, termal arayüzün kalınlığı çok büyük olabilir ve eklemin termal iletkenliği bozulabilir.

Termal olarak iletken çömlek karışımları

Yüksek termal iletkenliğe ek olarak hermetiklik, elektriksel ve mekanik dayanıklılık gerektiğinde, soğutulan modüller, ısıyı ısıtılmış bileşenden cihaz muhafazasına aktarmak için tasarlanmış polimerize edilebilir bir karışımla kolayca doldurulur.

Soğutulan modülün çok fazla ısı dağıtması gerekiyorsa, bileşik ayrıca ısıtmaya, termal döngüye karşı yeterli dirence sahip olmalı ve modülün içindeki sıcaklık gradyanından kaynaklanan termal strese dayanabilmelidir.

Düşük erimeli metaller

Termal arabirimler, iki yüzeyi düşük erime noktalı bir metalle lehimlemeye dayalı olarak giderek daha fazla popülerlik kazanıyor. Teknoloji doğru bir şekilde uygulanırsa rekor düzeyde düşük ısıl iletkenlik elde etmek mümkündür, ancak yöntem karmaşıktır ve birçok sınırlama taşır.

Her şeyden önce, malzemelerine bağlı olarak, montaj için çiftleşme yüzeylerini kalitatif olarak hazırlamak gerekir, bu zor bir iş olabilir.

Yüksek teknoloji endüstrilerinde, bazılarının özel yüzey hazırlığı gerektirmesine rağmen, herhangi bir metali lehimlemek mümkündür. Günlük yaşamda, yalnızca kalaylamaya uygun metaller niteliksel olarak bağlanır: bakır, gümüş, altın vb.

Seramik, alüminyum ve polimerler kalaylamaya hiç uygun değiller, onlarla durum daha karmaşık, burada parçaların galvanik izolasyonunu sağlamak mümkün olmayacak.

Lehimlemeye başlamadan önce, ileride birleştirilecek yüzeyler her türlü kirden arındırılmalıdır. Korozyon izlerinden temizlemek için bunu etkili bir şekilde yapmak önemlidir, çünkü düşük sıcaklıklarda akılar genellikle yardımcı olmaz.

Temizleme genellikle alkol, eter veya aseton kullanılarak mekanik olarak yapılır. Bunun için termal arayüz paketinde bazen sert bir bez ve alkollü mendil bulunur.Elden bulaşabilecek yağlar lehimin kalitesini kesinlikle bozacağından iş mutlaka eldivenle yapılmalıdır.

Lehimlemenin kendisi, ısıtma ve üretici tarafından belirtilen mukavemete uygun olarak yapılmalıdır. Bazı endüstriyel termal arayüzler, bağlı parçaların 60-90 °C'ye kadar zorunlu ön ısıtmasını gerektirir ve bu, bazı hassas elektronik bileşenler için tehlikeli olabilir. İlk ısıtma genellikle saç kurutma makinesi ile yapılır ve ardından çalışan cihazın kendi kendine ısınmasıyla lehimleme tamamlanır.

Bu tip termal arayüzler, oda sıcaklığının biraz üzerinde bir erime noktasına sahip zafer folyosu şeklinde ve ayrıca macun şeklinde satılmaktadır. Örneğin, folyo şeklindeki Fields alaşımının erime noktası 50 °C'dir. Macun şeklindeki Galinstan, oda sıcaklığında erimektedir. Folyodan farklı olarak macunların kullanımı daha zordur çünkü lehimlenecek yüzeylere çok iyi gömülmeleri gerekirken folyo sadece montaj sırasında uygun ısıtma gerektirir.

Yalıtım contaları

Güç elektroniğinde, ısı transferi ve ısı emici elemanlar arasında elektriksel izolasyon sıklıkla gereklidir. Bu nedenle ısıyı ileten macun uygun olmadığında silikon, mika veya seramik yüzeyler kullanılır.

Esnek yumuşak pedler silikondan, sert pedler seramikten yapılmıştır. Üzerine bakır folyo izlerinin uygulandığı ince bir seramik tabakasıyla kaplı bakır veya alüminyum levhaya dayalı baskılı devre kartları vardır.

Genellikle bunlar tek taraflı levhalardır, rayın bir tarafında diğer tarafında radyatörü tutturmak için bir yüzey vardır.

Ayrıca özel durumlarda, radyatöre takılan gövdenin metal kısmının hemen bir epoksi tabakası ile kaplandığı güç bileşenleri üretilir.

Termal arayüzlerin kullanımının özellikleri

Termal arayüzü uygularken ve çıkarırken, üreticisinin ve soğutulmuş (soğutucu) cihazın üreticisinin tavsiyelerine kesinlikle uymak gerekir. Fazlası diğer devrelere girip kısa devreye neden olabileceğinden, elektriksel olarak iletken termal arabirimlerle çalışırken özellikle dikkatli olunması önemlidir.