สารนำความร้อน กาว สารประกอบ และฉนวนส่วนต่อประสานความร้อน — วัตถุประสงค์และการใช้งาน

เพื่อปรับปรุงคุณภาพการถ่ายเทความร้อนจากพื้นผิวที่ต้องระบายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพไปยังอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อกู้คืนความร้อนนี้ จึงมีการใช้อินเทอร์เฟซการระบายความร้อนที่เรียกว่า

ส่วนต่อประสานในการระบายความร้อนเป็นชั้น โดยปกติจะเป็นสารประกอบนำความร้อนที่มีส่วนประกอบหลายองค์ประกอบ ซึ่งโดยปกติจะเป็นแป้งหรือสารประกอบ

อินเทอร์เฟซการระบายความร้อนที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในปัจจุบันคืออินเทอร์เฟซที่ใช้สำหรับส่วนประกอบไมโครอิเล็กทรอนิกส์ในคอมพิวเตอร์: สำหรับโปรเซสเซอร์ สำหรับชิปการ์ดแสดงผล ฯลฯ อินเทอร์เฟซการระบายความร้อนใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ ซึ่งวงจรไฟฟ้าก็มีความร้อนสูงเช่นกัน ดังนั้นจึงต้องการการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพและมีคุณภาพสูง... อินเทอร์เฟซการระบายความร้อนยังใช้ได้กับระบบจ่ายความร้อนทุกประเภทอีกด้วย

ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง สารประกอบนำความร้อนต่างๆ ถูกนำมาใช้ในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง, วิทยุอิเล็กทรอนิกส์, คอมพิวเตอร์และอุปกรณ์การวัด, ในอุปกรณ์ที่มีเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ ฯลฯ ซึ่งโดยปกติแล้วส่วนประกอบต่างๆ จะได้รับความร้อนจากกระแสไฟฟ้าในการทำงานหรือ โดยวิธีอื่นด้วยการกระจายความร้อนที่ดี วันนี้มีส่วนต่อประสานการระบายความร้อนในรูปแบบต่อไปนี้: วาง, กาว, สารประกอบ, โลหะ, ปะเก็น

วางการถ่ายเทความร้อน

เทอร์มัลเพสต์หรือเทอร์มอลเพสต์เป็นรูปแบบทั่วไปของส่วนต่อประสานการระบายความร้อนสมัยใหม่ เป็นพลาสติกผสมหลายองค์ประกอบที่มีการนำความร้อนได้ดี เทอร์มอลเพสต์ใช้เพื่อลดความต้านทานความร้อนระหว่างพื้นผิวสัมผัสสองหน้า เช่น ระหว่างชิปกับฮีทซิงค์

ต้องขอบคุณเพสต์ที่นำความร้อน อากาศที่มีค่าการนำความร้อนต่ำระหว่างหม้อน้ำและพื้นผิวที่เย็นจะถูกแทนที่ด้วยเพสต์ที่มีค่าการนำความร้อนสูงกว่ามาก

เพสต์ที่ผลิตในรัสเซียที่พบมากที่สุดคือ KPT-8 และ AlSil-3 ซอส Zalman, Cooler Master และ Steel Frost ก็เป็นที่นิยมเช่นกัน

ข้อกำหนดหลักสำหรับเพสต์ที่เป็นตัวนำความร้อนคือต้องมีค่าความต้านทานความร้อนต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งคงคุณสมบัติไว้อย่างเสถียรตลอดเวลาและตลอดช่วงอุณหภูมิการทำงานทั้งหมด ทาและล้างออกได้ง่าย และในบางกรณี เป็นประโยชน์ที่มีความเหมาะสม คุณสมบัติของฉนวนไฟฟ้า.

การผลิตเพสต์ที่นำความร้อนเกี่ยวข้องกับการใช้ส่วนประกอบและฟิลเลอร์ที่นำความร้อนได้ดีที่สุดที่มีค่าการนำความร้อนสูงเพียงพอ

ผงและสารผสมที่กระจายตัวในระดับไมโครและนาโนซึ่งมีฐานเป็นทังสเตน ทองแดง เงิน เพชร สังกะสีและอะลูมิเนียมออกไซด์ อะลูมิเนียมและโบรอนไนไตรด์ กราไฟต์ กราฟีน ฯลฯ

สารยึดเกาะในส่วนผสมของเพสต์อาจเป็นน้ำมันแร่หรือน้ำมันสังเคราะห์ สารผสมต่างๆ และของเหลวที่มีความผันผวนต่ำ มีเทอร์มอลเพสต์ที่มีตัวประสานเป็นโพลีเมอไรเซชันในอากาศ

มันเกิดขึ้นเพื่อเพิ่มความหนาแน่นของเพสต์ ส่วนประกอบที่ระเหยได้ง่ายจะถูกเพิ่มเข้าไปในองค์ประกอบของมัน ดังนั้นเมื่อทาเพสต์จะเป็นของเหลวและจากนั้นจะกลายเป็นส่วนต่อประสานความร้อนที่มีความหนาแน่นสูงและการนำความร้อน องค์ประกอบการนำความร้อนประเภทนี้มีคุณสมบัติเฉพาะในการถึงค่าการนำความร้อนสูงสุดหลังจาก 5 ถึง 100 ชั่วโมงของการทำงานปกติ

มีเพสต์ที่เป็นโลหะซึ่งเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง เพสต์ดังกล่าวประกอบด้วยแกลเลียมและอินเดียมบริสุทธิ์ รวมถึงโลหะผสมที่มีพื้นฐานมาจากพวกมัน

น้ำพริกที่ดีที่สุดและแพงที่สุดทำจากเงิน การวางตามอลูมิเนียมออกไซด์ถือว่าเหมาะสมที่สุด เงินและอะลูมิเนียมให้ความต้านทานความร้อนต่ำสุดของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย เพสต์ที่ทำจากเซรามิกมีราคาถูกกว่า แต่ก็มีประสิทธิภาพน้อยกว่าเช่นกัน

ซิลิโคนทาความร้อนที่ง่ายที่สุดสามารถทำได้โดยการผสมผงตะกั่วของดินสอกราไฟต์ธรรมดาถูบนกระดาษทรายกับน้ำมันหล่อลื่นแร่ธาตุสองสามหยด

ตามที่ระบุไว้ข้างต้น การใช้งานทั่วไปของแผ่นระบายความร้อนคือส่วนต่อประสานในการระบายความร้อนในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่จำเป็นและนำไปใช้ระหว่างองค์ประกอบสร้างความร้อนและโครงสร้างการกระจายความร้อน ตัวอย่างเช่น ระหว่างโปรเซสเซอร์และเครื่องทำความเย็น

สิ่งสำคัญที่ต้องสังเกตเมื่อใช้การวางนำความร้อนคือการรักษาความหนาของชั้นให้น้อยที่สุด เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้จำเป็นต้องปฏิบัติตามคำแนะนำของผู้ผลิตแปะอย่างเคร่งครัด

วางแปะเล็กน้อยบนพื้นที่สัมผัสความร้อนของทั้งสองส่วน จากนั้นเพียงบี้ในขณะที่กดพื้นผิวทั้งสองเข้าด้วยกัน ดังนั้นการวางจะเติมหลุมที่เล็กที่สุดบนพื้นผิวและจะทำให้เกิดสภาพแวดล้อมที่เป็นเนื้อเดียวกันเพื่อกระจายและถ่ายเทความร้อนสู่ภายนอก

จาระบีระบายความร้อนนั้นดีสำหรับการระบายความร้อนของส่วนประกอบและส่วนประกอบต่างๆ ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งการปล่อยความร้อนนั้นสูงกว่าที่อนุญาตสำหรับส่วนประกอบบางอย่าง ขึ้นอยู่กับประเภทและลักษณะของเคสเฉพาะ ไมโครเซอร์กิตและทรานซิสเตอร์ของสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย, เครื่องสแกนเชิงเส้นของอุปกรณ์หลอดภาพ, เพาเวอร์สเตจของเครื่องขยายเสียงอะคูสติก ฯลฯ พวกเขาเป็นสถานที่ทั่วไปที่จะใช้แผ่นความร้อน

กาวถ่ายเทความร้อน

เมื่อไม่สามารถใช้กาวนำความร้อนได้ด้วยเหตุผลบางอย่าง เช่น เนื่องจากไม่สามารถกดส่วนประกอบให้แน่นด้วยตัวยึด พวกเขาหันไปใช้กาวนำความร้อน ฮีทซิงค์ติดอยู่กับทรานซิสเตอร์ โปรเซสเซอร์ ชิป ฯลฯ

การเชื่อมต่อกลายเป็นสิ่งที่แยกจากกันไม่ได้ ดังนั้นจึงต้องใช้แนวทางที่แม่นยำสูงและสอดคล้องกับเทคโนโลยีเพื่อการติดกาวที่ถูกต้องและมีคุณภาพสูง หากเทคโนโลยีถูกละเมิด ความหนาของอินเทอร์เฟซในการระบายความร้อนอาจมีขนาดใหญ่มากและค่าการนำความร้อนของข้อต่อจะลดลง

หม้อผสมนำความร้อน

เมื่อนอกเหนือจากค่าการนำความร้อนสูง ความสามารถในการปิดผนึก ความแข็งแรงทางไฟฟ้าและทางกลแล้ว โมดูลที่ระบายความร้อนจะถูกเติมด้วยส่วนผสมที่สามารถเกิดโพลิเมอร์ได้ ซึ่งออกแบบมาเพื่อถ่ายเทความร้อนจากส่วนประกอบที่ให้ความร้อนไปยังตัวเครื่อง

หากโมดูลระบายความร้อนต้องกระจายความร้อนจำนวนมาก ดังนั้นสารประกอบจะต้องมีความต้านทานเพียงพอต่อการให้ความร้อน วงจรความร้อน และสามารถทนต่อความเครียดจากความร้อนที่เป็นผลมาจากการไล่ระดับอุณหภูมิภายในโมดูล

โลหะหลอมต่ำ

อินเทอร์เฟซการระบายความร้อนกำลังได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อย ๆ จากการบัดกรีสองพื้นผิวด้วยโลหะที่หลอมละลายต่ำ หากใช้เทคโนโลยีอย่างถูกต้อง เป็นไปได้ที่จะได้รับค่าการนำความร้อนต่ำเป็นประวัติการณ์ แต่วิธีการนี้ซับซ้อนและมีข้อจำกัดมากมาย

ประการแรกจำเป็นต้องเตรียมพื้นผิวการผสมพันธุ์สำหรับการติดตั้งในเชิงคุณภาพโดยขึ้นอยู่กับวัสดุซึ่งอาจเป็นงานที่ยาก

ในอุตสาหกรรมที่มีเทคโนโลยีสูงสามารถบัดกรีโลหะได้แม้ว่าบางชิ้นจะต้องการการเตรียมพื้นผิวพิเศษก็ตาม ในชีวิตประจำวัน เฉพาะโลหะที่ให้การติดดีบุกได้ดีเท่านั้นที่จะถูกพันธะคุณภาพ: ทองแดง เงิน ทอง ฯลฯ

เซรามิกส์ อลูมิเนียม และโพลิเมอร์ไม่ให้ยืมตัวเองไปติดไฟเลย เนื่องจากสถานการณ์มีความซับซ้อนมากขึ้น จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะแยกชิ้นส่วนด้วยไฟฟ้าออกจากกัน

ก่อนเริ่มการบัดกรี พื้นผิวที่จะเชื่อมต่อในอนาคตจะต้องทำความสะอาดสิ่งสกปรกใดๆ สิ่งสำคัญคือต้องทำอย่างมีประสิทธิภาพเพื่อทำความสะอาดจากร่องรอยของการกัดกร่อนเนื่องจากโดยทั่วไปแล้วฟลักซ์ที่อุณหภูมิต่ำจะไม่ช่วยอะไร

การทำความสะอาดมักทำโดยใช้กลไกโดยใช้แอลกอฮอล์ อีเทอร์ หรืออะซิโตน ด้วยเหตุนี้บางครั้งจึงมีผ้าแข็งและผ้าเช็ดแอลกอฮอล์อยู่ในแพ็คเกจอินเทอร์เฟซการระบายความร้อนงานต้องทำด้วยถุงมือเนื่องจากจาระบีที่ได้จากมือจะทำให้คุณภาพของการบัดกรีลดลงอย่างแน่นอน

การบัดกรีต้องทำด้วยความร้อนและสอดคล้องกับความแข็งแรงที่ระบุโดยผู้ผลิต อินเทอร์เฟซการระบายความร้อนทางอุตสาหกรรมบางประเภทจำเป็นต้องอุ่นชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อล่วงหน้าเป็น 60-90 °C และอาจเป็นอันตรายต่อชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่บอบบางบางชิ้น โดยทั่วไปแล้วการทำความร้อนเบื้องต้นจะทำด้วยเครื่องเป่าผมจากนั้นการบัดกรีจะเสร็จสิ้นโดยการให้ความร้อนแก่อุปกรณ์ทำงานด้วยตนเอง

อินเทอร์เฟซการระบายความร้อนประเภทนี้มีจำหน่ายในรูปของฟอยล์รัศมีที่มีจุดหลอมเหลวสูงกว่าอุณหภูมิห้องเล็กน้อยเช่นเดียวกับในรูปของแป้ง ตัวอย่างเช่นโลหะผสมของ Fields ในรูปของฟอยล์มีจุดหลอมเหลวที่ 50 ° C Galinstan ในรูปของแป้งจะละลายที่อุณหภูมิห้อง เพสต์จะใช้ยากกว่าเพราะต้องฝังแน่นในพื้นผิวที่จะบัดกรี ในขณะที่ฟอยล์ต้องใช้ความร้อนที่เหมาะสมระหว่างการประกอบเท่านั้น

ปะเก็นฉนวน

ในระบบอิเล็กทรอนิกส์กำลัง จำเป็นต้องมีการแยกทางไฟฟ้าระหว่างองค์ประกอบการถ่ายเทความร้อนและฮีตซิงก์ ดังนั้นเมื่อการวางแบบนำความร้อนไม่เหมาะสม ให้ใช้ซิลิโคน ไมกา หรือเซรามิก

แผ่นนุ่มยืดหยุ่นทำจากซิลิโคน แผ่นแข็งทำจากเซรามิก มีแผงวงจรพิมพ์ที่ทำจากแผ่นทองแดงหรืออลูมิเนียมที่หุ้มด้วยเซรามิกบาง ๆ ซึ่งมีร่องรอยของฟอยล์ทองแดงติดอยู่

โดยปกติจะเป็นกระดานด้านเดียวที่ด้านหนึ่งของรางและอีกด้านหนึ่งมีพื้นผิวสำหรับติดกับหม้อน้ำ

นอกจากนี้ ในกรณีพิเศษ มีการผลิตส่วนประกอบกำลังซึ่งส่วนโลหะของตัวเรือนซึ่งติดอยู่กับหม้อน้ำนั้นถูกเคลือบด้วยชั้นอีพ็อกซี่ทันที

คุณสมบัติของการใช้อินเทอร์เฟซการระบายความร้อน

เมื่อใช้และถอดอินเทอร์เฟซการระบายความร้อนจำเป็นต้องปฏิบัติตามคำแนะนำของผู้ผลิตอย่างเคร่งครัดรวมถึงผู้ผลิตอุปกรณ์ระบายความร้อน (ระบายความร้อน) สิ่งสำคัญคือต้องระมัดระวังเป็นพิเศษเมื่อทำงานกับส่วนต่อประสานความร้อนที่นำไฟฟ้า เนื่องจากส่วนเกินอาจเข้าไปในวงจรอื่นและทำให้เกิดการลัดวงจรได้