Pasta konduktif termal, perekat, senyawa dan antarmuka termal isolasi — tujuan dan aplikasi

Untuk meningkatkan kualitas perpindahan panas dari permukaan yang perlu didinginkan secara efektif ke perangkat yang dirancang untuk memulihkan panas ini, yang disebut antarmuka termal digunakan.

Antarmuka termal adalah lapisan, biasanya senyawa konduktif termal multi-komponen, biasanya pasta atau senyawa.

Antarmuka termal paling populer saat ini adalah yang digunakan untuk komponen mikroelektronik di komputer: untuk prosesor, untuk chip kartu video, dll. Antarmuka termal banyak digunakan dalam elektronik lain, di mana rangkaian daya juga mengalami pemanasan tinggi dan karenanya membutuhkan pendinginan yang efisien dan berkualitas tinggi... Antarmuka termal juga berlaku di semua jenis sistem pasokan panas.

Dengan satu atau lain cara, berbagai senyawa konduktif termal digunakan dalam produksi elektronika daya, elektronika radio, peralatan komputasi dan pengukuran, pada perangkat dengan sensor suhu, dll., Di mana biasanya ada komponen yang dipanaskan oleh arus operasi atau dengan cara lain. dengan pembuangan panas yang besar. Saat ini ada antarmuka termal dari bentuk berikut: pasta, lem, kompon, logam, paking.

Pasta transfer panas

Pasta termal atau hanya pasta termal adalah bentuk antarmuka termal modern yang sangat umum. Ini adalah campuran plastik multi-komponen dengan konduktivitas termal yang baik. Pasta termal digunakan untuk mengurangi hambatan termal antara dua permukaan kontak, misalnya antara chip dan heatsink.

Berkat pasta konduktif termal, udara dengan konduktivitas termal rendah antara radiator dan permukaan yang didinginkan digantikan oleh pasta dengan konduktivitas termal yang jauh lebih tinggi.

Pasta buatan Rusia yang paling umum adalah KPT-8 dan AlSil-3. Pasta Zalman, Cooler Master, dan Steel Frost juga populer.

Persyaratan utama untuk pasta konduktif termal adalah memiliki ketahanan termal serendah mungkin, mempertahankan sifat-sifatnya secara stabil dari waktu ke waktu dan di seluruh rentang suhu kerja, mudah diaplikasikan dan dicuci, dan dalam beberapa kasus itu berguna bahwa ada yang cocok sifat isolasi listrik.

Produksi pasta konduktif termal terkait dengan penggunaan komponen dan pengisi konduktif termal terbaik dengan konduktivitas termal yang cukup tinggi.

Serbuk dan campuran mikrodispersed dan nanodispersed berdasarkan tungsten, tembaga, perak, intan, seng dan aluminium oksida, aluminium dan boron nitrida, grafit, graphene, dll.

Pengikat dalam komposisi pasta dapat berupa minyak mineral atau sintetis, berbagai campuran dan cairan dengan volatilitas rendah. Ada pasta termal yang pengikatnya dipolimerisasi di udara.

Kebetulan untuk meningkatkan densitas pasta, komponen yang mudah menguap ditambahkan ke komposisinya sehingga saat diaplikasikan pasta berbentuk cair dan kemudian berubah menjadi antarmuka termal dengan densitas tinggi dan konduktivitas termal. Komposisi konduktivitas termal jenis ini memiliki sifat karakteristik untuk mencapai konduktivitas termal maksimum setelah 5 hingga 100 jam operasi normal.

Ada pasta berbasis logam yang cair pada suhu kamar. Pasta semacam itu terdiri dari galium dan indium murni, serta paduan berdasarkan keduanya.

Pasta terbaik dan termahal terbuat dari perak. Pasta berbahan dasar aluminium oksida dianggap optimal. Perak dan aluminium memberikan ketahanan termal terendah dari produk akhir. Pasta berbasis keramik lebih murah, tetapi juga kurang efektif.

Pasta termal paling sederhana dapat dibuat dengan mencampurkan bubuk timbal dari pensil grafit biasa yang digosokkan pada kertas ampelas dengan beberapa tetes minyak pelumas mineral.

Seperti disebutkan di atas, penggunaan pasta termal yang umum adalah sebagai antarmuka termal pada perangkat elektronik jika diperlukan dan diterapkan antara elemen penghasil panas dan struktur pembuangan panas, misalnya antara prosesor dan pendingin.

Hal utama yang harus diperhatikan saat menggunakan pasta konduktif termal adalah menjaga ketebalan lapisan seminimal mungkin. Untuk mencapai ini, Anda harus benar-benar mengikuti rekomendasi dari produsen pasta.

Sedikit pasta dioleskan ke area kontak termal dari dua bagian dan kemudian dihancurkan begitu saja sambil menekan kedua permukaan bersamaan. Dengan demikian, pasta akan mengisi lubang terkecil di permukaan dan akan berkontribusi pada pembentukan lingkungan yang homogen untuk distribusi dan perpindahan panas ke luar.

Pelumas termal baik untuk mendinginkan berbagai rakitan dan komponen elektronik, pelepasan panasnya lebih tinggi dari yang diizinkan untuk komponen tertentu, tergantung pada jenis dan karakteristik casing tertentu. Sirkuit mikro dan transistor catu daya switching, pemindai linier perangkat lampu gambar, panggung daya amplifier akustik, dll. Mereka adalah tempat umum untuk menggunakan pasta termal.

Perekat perpindahan panas

Ketika penggunaan pasta penghantar panas tidak mungkin karena beberapa alasan, misalnya, karena ketidakmampuan untuk menekan komponen satu sama lain dengan pengencang, mereka menggunakan lem penghantar panas. Heatsink hanya terpaku pada transistor, prosesor, chip, dll.

Sambungan tersebut ternyata tidak dapat dipisahkan, oleh karena itu diperlukan pendekatan yang sangat presisi dan kepatuhan terhadap teknologi perekatan yang benar dan berkualitas tinggi. Jika teknologi dilanggar, ketebalan antarmuka termal bisa menjadi sangat besar dan konduktivitas termal sambungan akan memburuk.

Campuran pot konduktif termal

Ketika, selain konduktivitas termal yang tinggi, hermetisitas, kekuatan listrik dan mekanik diperlukan, modul yang didinginkan diisi dengan campuran yang dapat dipolimerisasi, yang dirancang untuk mentransfer panas dari komponen yang dipanaskan ke rumah perangkat.

Jika modul yang didinginkan harus menghilangkan banyak panas, maka kompon juga harus memiliki ketahanan yang cukup terhadap pemanasan, siklus termal, dan mampu menahan tegangan termal akibat gradien suhu di dalam modul.

Logam leleh rendah

Antarmuka termal semakin populer berdasarkan penyolderan dua permukaan dengan logam dengan titik leleh rendah. Jika teknologi diterapkan dengan benar, dimungkinkan untuk mendapatkan rekor konduktivitas termal yang rendah, tetapi metode ini rumit dan memiliki banyak keterbatasan.

Pertama-tama, perlu menyiapkan permukaan kawin secara kualitatif untuk pemasangan, tergantung pada bahannya, ini bisa menjadi tugas yang sulit.

Dalam industri teknologi tinggi, dimungkinkan untuk menyolder logam apa pun, meskipun beberapa di antaranya memerlukan persiapan permukaan khusus. Dalam kehidupan sehari-hari, hanya logam yang cocok dengan timah yang akan diikat secara kualitatif: tembaga, perak, emas, dll.

Keramik, aluminium, dan polimer sama sekali tidak cocok untuk pelapisan, dengan mereka situasinya lebih rumit, di sini tidak mungkin mencapai isolasi galvanik pada bagian-bagiannya.

Sebelum memulai penyolderan, permukaan yang akan disambung harus dibersihkan dari kotoran. Penting untuk melakukannya secara efektif, untuk membersihkannya dari bekas korosi, karena pada suhu rendah fluks umumnya tidak akan membantu.

Pembersihan biasanya dilakukan secara mekanis menggunakan alkohol, eter atau aseton. Untuk inilah kain keras dan pembersih alkohol kadang-kadang ada dalam paket antarmuka termal.Pekerjaan harus dilakukan dengan sarung tangan, karena minyak yang didapat dari tangan tentunya akan menurunkan kualitas penyolderan.

Penyolderan itu sendiri harus dilakukan dengan pemanasan dan sesuai dengan kekuatan yang ditentukan oleh pabrikan. Beberapa antarmuka termal industri memerlukan pra-pemanasan wajib pada bagian yang terhubung hingga 60-90 °C dan ini bisa berbahaya untuk beberapa komponen elektronik yang sensitif. Pemanasan awal biasanya dilakukan dengan pengering rambut, dan kemudian penyolderan diselesaikan dengan memanaskan sendiri perangkat yang berfungsi.

Antarmuka termal jenis ini dijual dalam bentuk foil kemuliaan dengan titik leleh sedikit di atas suhu kamar, serta dalam bentuk pasta. Misalnya, paduan Fields dalam bentuk foil memiliki titik leleh 50 ° C. Galinstan dalam bentuk pasta meleleh pada suhu kamar. Tidak seperti foil, pasta lebih sulit digunakan karena harus tertanam dengan sangat baik di permukaan yang akan disolder, sedangkan foil hanya membutuhkan pemanasan yang tepat selama perakitan.

Gasket isolasi

Dalam elektronika daya, isolasi listrik antara elemen perpindahan panas dan heat sink sering diperlukan. Oleh karena itu, ketika pasta konduktif termal tidak sesuai, substrat silikon, mika atau keramik digunakan.

Bantalan lunak fleksibel terbuat dari silikon, bantalan keras terbuat dari keramik. Ada papan sirkuit tercetak berdasarkan lembaran tembaga atau aluminium yang dilapisi dengan lapisan tipis keramik, di mana jejak foil tembaga diterapkan.

Biasanya ini adalah papan satu sisi, di satu sisi trek, dan di sisi lain ada permukaan untuk dipasang ke radiator.

Selain itu, dalam kasus khusus, komponen daya diproduksi di mana bagian logam dari rumahan yang dipasang ke radiator segera ditutup dengan lapisan epoksi.

Fitur penggunaan antarmuka termal

Saat menerapkan dan melepas antarmuka termal, Anda harus benar-benar mengikuti rekomendasi pabrikannya, serta pabrikan perangkat berpendingin (pendingin). Penting untuk sangat berhati-hati saat bekerja dengan antarmuka termal konduktif listrik, karena kelebihannya dapat masuk ke sirkuit lain dan menyebabkan korsleting.