Hővezető paszták, ragasztók, vegyületek és szigetelő hőfelületek – cél és alkalmazás

A hatékony hűtésre szoruló felületről a hő visszanyerésére tervezett berendezésre történő hőátadás minőségének javítására úgynevezett termikus interfészeket használnak.

A termikus interfész egy réteg, általában többkomponensű hővezető vegyületből, általában pasztából vagy keverékből.

A legnépszerűbb termikus interfészek manapság a számítógépek mikroelektronikai komponenseihez használatosak: processzorokhoz, videokártya chipekhez stb. A termikus interfészek széles körben használatosak más elektronikában, ahol a tápáramkörök is nagy felmelegedést tapasztalnak, ezért hatékony és jó minőségű hűtést igényelnek... A termikus interfészek minden típusú hőellátó rendszerben is alkalmazhatók.

Különféle hővezető vegyületeket így vagy úgy használnak teljesítményelektronika, rádióelektronika, számítástechnikai és mérőberendezések gyártása során, hőmérséklet-érzékelős készülékekben stb., vagyis ahol általában az üzemi árammal felmelegített alkatrészek, ill. más módon.nagy hőelvezetéssel. Ma a következő formájú termikus felületek léteznek: paszta, ragasztó, keverék, fém, tömítés.

Hőátadó paszta

A hőpaszta vagy egyszerűen hőpaszta a modern termikus interfész nagyon gyakori formája. Ez egy többkomponensű műanyag keverék, jó hővezető képességgel. A hőpasztákat két érintkezési felület, például a chip és a hűtőborda közötti hőellenállás csökkentésére használják.

A hővezető pasztának köszönhetően a radiátor és a hűtött felület között az alacsony hővezető képességű levegőt lényegesen nagyobb hővezető képességű paszta váltja fel.

A leggyakoribb orosz gyártású paszták a KPT-8 és az AlSil-3. A Zalman, a Cooler Master és a Steel Frost paszták is népszerűek.

A hővezető pasztával szemben támasztott fő követelmény, hogy a lehető legalacsonyabb hőellenállással rendelkezzen, tartósan és a teljes munkahőmérséklet-tartományban megőrizze tulajdonságait, könnyen felvihető és lemosható legyen, és bizonyos esetekben hasznos, ha van megfelelő elektromos szigetelő tulajdonságok.

A hővezető paszták gyártása a legjobb hővezető komponensek és kellően magas hővezető képességű töltőanyagok alkalmazásához kapcsolódik.

Mikrodiszpergált és nanodiszpergált porok és keverékek wolfram, réz, ezüst, gyémánt, cink és alumínium-oxid, alumínium és bór-nitrid, grafit, grafén stb.

A paszta összetételében a kötőanyag lehet ásványi vagy szintetikus olaj, különféle keverékek és alacsony illékonyságú folyadékok. Vannak hőpaszták, amelyek kötőanyaga levegőben polimerizálódik.

Előfordul, hogy a paszta sűrűségének növelése érdekében könnyen elpárologtató komponenseket adnak az összetételéhez, így a felhordáskor a paszta folyékony, majd nagy sűrűségű és hővezető képességű termikus határfelületté alakul. Az ilyen típusú hővezető kompozíciók azzal a jellemző tulajdonsággal rendelkeznek, hogy a maximális hővezető képességet 5-100 óra normál működés után érik el.

Vannak fémalapú paszták, amelyek szobahőmérsékleten folyékonyak. Az ilyen paszták tiszta galliumból és indiumból, valamint ezeken alapuló ötvözetekből állnak.

A legjobb és legdrágább paszták ezüstből készülnek. Az alumínium-oxid alapú paszták optimálisnak tekinthetők. Az ezüst és az alumínium adja a végtermék legalacsonyabb hőállóságát. A kerámia alapú paszták olcsóbbak, de kevésbé hatékonyak is.

A legegyszerűbb hőpasztát úgy készíthetjük el, hogy egy közönséges grafitceruza ólomporát csiszolópapírra dörzsölve összekeverjük néhány csepp ásványi kenőolajjal.

Amint fentebb megjegyeztük, a termikus pasztát gyakran használják termikus interfészként elektronikus eszközökben, ahol szükség van rá, és egy hőfejlesztő elem és egy hőleadó szerkezet, például egy processzor és egy hűtő között alkalmazzák.

Hővezető paszta használatakor a legfontosabb, hogy a réteg vastagságát a lehető legkisebbre tartsuk. Ennek eléréséhez szigorúan be kell tartani a paszta gyártójának ajánlásait.

A két rész termikus érintkezési felületére egy kis pasztát viszünk fel, majd egyszerűen morzsoljuk össze, miközben a két felületet egymáshoz nyomjuk. Így a paszta kitölti a legkisebb gödröket a felületeken, és hozzájárul a homogén környezet kialakításához a hő kifelé történő elosztásához és átviteléhez.

A hőzsír alkalmas az elektronika különféle szerelvényeinek és alkatrészeinek hűtésére, amelyek hőleadása az adott eset típusától és jellemzőitől függően nagyobb, mint egy adott alkatrész esetében megengedett. Kapcsoló tápegységek mikroáramkörei és tranzisztorai, képlámpás eszközök lineáris szkennerei, akusztikus erősítők teljesítményfokozai stb. Ezek gyakori helyek a hőpaszta használatára.

Hőátadó ragasztó

Ha a hővezető paszta használata valamilyen oknál fogva lehetetlen, például azért, mert az alkatrészeket nem lehet szorosan egymáshoz szorítani kötőelemekkel, akkor hővezető ragasztót használnak. A hűtőbordát egyszerűen felragasztják a tranzisztorra, processzorra, chipre stb.

A csatlakozás elválaszthatatlannak bizonyul, ezért rendkívül precíz megközelítést és a technológiának való megfelelést igényel a helyes és jó minőségű ragasztáshoz. A technológia megsértése esetén a termikus határfelület vastagsága nagyon nagynak bizonyulhat, és a kötés hővezető képessége romlik.

Hővezető cserepes keverékek

Ha a nagy hővezető képesség mellett hermetikusságra, elektromos és mechanikai szilárdságra van szükség, akkor a hűtött modulokat egyszerűen megtöltjük polimerizálható keverékkel, amely úgy van kialakítva, hogy a hőt a fűtött alkatrészről a készülékházba továbbítsa.

Ha a hűtött modulnak sok hőt kell elvezetnie, akkor a keveréknek kellően ellenállónak kell lennie a melegítéssel, a hőciklussal szemben, és el kell viselnie a modulon belüli hőmérsékleti gradiensből adódó hőterhelést.

Alacsony olvadáspontú fémek

Egyre nagyobb népszerűségnek örvendenek a termikus interfészek, amelyek két felület alacsony olvadáspontú fémmel történő forrasztására épülnek. Ha a technológiát helyesen alkalmazzák, rekordalacsony hővezető képesség érhető el, de a módszer összetett és számos korlátot hordoz magában.

Mindenekelőtt az illeszkedő felületeket kell minőségileg előkészíteni a beépítéshez, anyaguktól függően ez nehéz feladat lehet.

A csúcstechnológiás iparágakban bármilyen fém forrasztható, annak ellenére, hogy egyesek speciális felület-előkészítést igényelnek. A mindennapi életben csak az ónozásra alkalmas fémek kötődnek meg minőségileg: réz, ezüst, arany stb.

A kerámia, az alumínium és a polimerek egyáltalán nem alkalmasak ónozásra, velük a helyzet bonyolultabb, itt nem lehet elérni az alkatrészek galvanikus szigetelését.

A forrasztás megkezdése előtt a leendő összekötendő felületeket meg kell tisztítani az esetleges szennyeződésektől. Fontos, hogy hatékonyan tegyük, tisztítsuk meg a korrózió nyomaitól, mert alacsony hőmérsékleten a fluxusok általában nem segítenek.

A tisztítás általában mechanikusan, alkohollal, éterrel vagy acetonnal történik. Ezért van az, hogy a termikus interfész csomagban néha kemény kendő és alkoholos törlőkendő található.A munkát kesztyűben kell végezni, hiszen a kézből kinyerhető zsír biztosan rontja a forrasztás minőségét.

Magát a forrasztást melegítéssel és a gyártó által meghatározott szilárdság betartásával kell végezni. Néhány ipari termikus interfész megköveteli a csatlakoztatott részek kötelező előmelegítését 60-90 °C-ra, és ez veszélyes lehet egyes érzékeny elektronikai alkatrészekre. A kezdeti felfűtés általában hajszárítóval történik, majd a forrasztás a munkaeszköz önmelegítésével fejeződik be.

Az ilyen típusú termikus interfészeket fényes fólia formájában árulják, amelynek olvadáspontja valamivel a szobahőmérséklet felett van, valamint paszták formájában. Például a Fields-ötvözet fólia formájában olvadáspontja 50 ° C. A paszta formájában lévő Galinstan szobahőmérsékleten megolvad. A fóliával ellentétben a paszták nehezebben használhatók, mert nagyon jól kell beágyazódniuk a forrasztandó felületekbe, míg a fólia csak az összeszerelés során igényel megfelelő melegítést.

Szigetelő tömítések

A teljesítményelektronikában gyakran szükség van elektromos leválasztásra a hőátadó és a hűtőborda elemek között. Ezért, ha a hővezető paszta nem megfelelő, szilikon, csillám vagy kerámia hordozót használnak.

A rugalmas puha betétek szilikonból, a kemény párnák kerámiából készülnek. Léteznek vékony kerámiaréteggel borított réz- vagy alumíniumlemez alapú nyomtatott áramköri lapok, amelyekre nyomokban rézfóliát visznek fel.

Általában ezek egyoldalas táblák, a pálya egyik oldalán, a másikon pedig egy felület található a radiátorhoz való rögzítéshez.

Ezenkívül speciális esetekben olyan teljesítményelemeket gyártanak, amelyekben a ház fémrészét, amely a radiátorhoz van rögzítve, azonnal bevonják egy epoxiréteggel.

A termikus interfészek használatának jellemzői

A termikus interfész felhelyezésekor és eltávolításakor szigorúan be kell tartani a gyártó, valamint a hűtött (hűtő) készülék gyártójának ajánlásait. Az elektromosan vezető termikus interfészekkel végzett munka során különösen óvatosnak kell lenni, mert feleslege más áramkörökbe kerülhet és rövidzárlatot okozhat.