Типы материалов теплового интерфейса объяснены

В сегодняшних все более компактных и мощных электронных устройствах жара является молчаливым врагом. От смартфона в кармане до серверов, питающих облако, каждый электронный компонент генерирует тепло при работе. Если не эффективно управлять, это тепло может привести к снижению производительности, нестабильности, преждевременным отказам и даже постоянному повреждению. Именно здесь шагают тепловые материалы для интерфейса (TIMS) - невыпленные герои работают усердно, чтобы рассеять тепло и поддерживать оптимальную работу нашей технологии.

Почему Tims имеет значение: соединение теплового зазора

На микроскопическом уровне даже кажущиеся гладкие поверхности, такие как вершина процессора и основание радиатора, далеки от совершенно плоского. Они обладают микроскопическими долинами и пиками. Когда эти две поверхности объединяются, лишь часть их области создает фактический физический контакт. Остальные крошечные зазоры заполнены воздухом, который является очень плохим проводником тепла. Этот захваченный воздух создает значительный тепловой барьер, радикально препятствуя потоку тепла от компонента.

Этот барьер количественно определяется как сопротивление теплового контакта . Материалы теплового интерфейса специально разработаны для устранения или значительного снижения этого сопротивления. Они достигают этого, заполнив эти микроскопические воздушные зазоры, создавая непрерывный, высокопрофессиональный путь для тепла, чтобы течь от теплогенерирующего компонента к охлаждающему раствору (например, радиатор или холодной пластины).

Наука теплопередачи: понимание теплового сопротивления

В то время как мы часто слышим о материала теплопроводности (измеренной в W/MK), что указывает на то, насколько хорошо материал проводит тепло, для TIMS тепловизированный импеданс (измеренный в ° C · см⊃2;/W или ° C · в ⊃2;/Вт) часто является более практичным и рассказывающим метрикой. Тепловизионное сопротивление рассматривает не только массовую проводимость материала, но и толщину линии связи и качество границы раздела. Более тонкая, более равномерная линия связи с превосходным смачиванием поверхности приведет к более низкому тепловизионному импедансу, даже если массовая теплопроводность материала не является самой высокой. TIMS работает, минимизируя эти воздушные пробелы, максимизируя прямой контакт и обеспечивая эффективный путь для переноса тепла.

Изучение типов материалов теплового интерфейса

Индустрия теплового управления предлагает множество типов TIM, каждый из которых имеет свои уникальные характеристики, преимущества, недостатки и идеальные применения. Выбор правильного имеет решающее значение для оптимальной производительности и надежности.

Тепловые смазки

• Описание: Это вязкие, не нажичные пасты, состоящие из силиконового или синтетического масляного основания, нагруженного с теплопроводящими частицами наполнителя (например, оксид цинка, нитрид алюминия, серебро, нитрид бора).

• Ключевые характеристики: высокая теплопроводность, превосходные свойства смачивания, что позволяет получить чрезвычайно тонкие линии связи. Они остаются мягкими и податливыми.

• Плюсы: обычно предлагают отличные тепловые характеристики благодаря их способности эффективно заполнять микроскопические пустоты; рентабельный для высокопроизводительных приложений; Легко нанести на тонкие зазоры.

• Минусы: может быть грязным, чтобы подать заявку; склонны к 'выкачиванию ' (отделение масла от наполнителей) или высыхание в течение длительных периодов, что приводит к снижению производительности; Не постоянно, требуя повторного применения, если компоненты удаляются.

• Типичные применения: процессоры, графические процессоры, высокопроизводительные вычисления и потребительская электроника, где максимальная тепловая передача является критической и будущей повторной подачей.

Тепловые прокладки

• Описание: Предварительно сформированные, твердые, но мягкие листы, обычно изготовленные из силиконовых или акриловых полимеров, встроенных с термически проводящими наполнителями. Они бывают разных толщины и твердости.

• Ключевые характеристики: простые в обращении, соответствующие неровным поверхностям, доступны в электрически изолирующих сортах.

• Плюсы: чисто и легко наносить без беспорядка; Идеально подходит для заполнения больших, неровных пробелов, где смазка может бороться; предложить электрическую изоляцию; Хорошо для масштабного производства из-за простоты автоматизации.

• Минусы: обычно имеют более низкую теплопроводность по сравнению с высококлассными смазками; Производительность может сильно зависеть от правильного сжатия; Более толстые линии связи могут привести к более высокой термической сопротивлении.

• Типичные приложения: модули памяти (ОЗУ), модули регулятора напряжения (VRMS), чипсеты, SSD и ситуации, требующие электрической изоляции или приспособления значительных нарушений поверхности.

Тепловые гели

• Описание: Это более мягкие, незаметные материалы, которые преодолевают разрыв между смазками и прокладками. Они, как правило, слегка сшитые или очень тиксотропные, предлагая хороший поток, не будучи склонным к тому, чтобы накачать, как традиционные смазки.

• Ключевые характеристики: проточный, как смазка, но с лучшей стабильностью; Низкий модуль, отличная соответствие; Часто не сжигает или слегка отвергает.

• Плюсы: хорошая соответствие сложной геометрии; менее грязный, чем смазка; предложить приличные тепловые характеристики; часто переработано.

• Минусы: может быть более дорогим на единицу, чем смазки; Тепловые характеристики могут не соответствовать самым лучшим смазкам; все еще восприимчиво к некоторому долгосрочному урегулированию.

• Типичные применения: автомобильная электроника, промышленные управления, модули питания, где являются ключевыми.

Материалы изменения фазы (ПКМ)

• Описание: Эти материалы твердые при комнатной температуре, но плавят при определенной, инженерной рабочей температуре (обычно между 50 ° C до 70 ° C). После таяния они превращаются в жидкость с низкой сумасшедшей, эффективно смачивая поверхности раздела.

• Ключевые характеристики: удельная температура плавления, превосходное смачивание при изменении фазы, постоянная толщина линии связи после плавления.

• Плюсы: чистая обработка в твердой форме; достичь превосходной смачивания и минимальной толщины линии связи после расплавленной, что приводит к превосходной производительности; Высоко надежный и последовательный в производительности после активации.

• Минусы: производительность зависит от интерфейса, достигающего своей температуры плавления; как правило, более высокая стоимость, чем смазки; часто предназначен для отдельного использования.

• Типичные применения: производители с большим объемом, предварительно применяемые растворы на радиаторах, высокопроизводительные вычисления и приложения, где постоянная производительность во многих единицах имеет решающее значение.

Тепловые клеев

• Описание: Крылительные материалы (часто эпоксидные или силиконы), которые обеспечивают как теплопроводность, так и постоянную механическую связь между компонентами.

• Ключевые характеристики: создайте сильную, постоянную связь; Доступно в различные времена отверждения и сильные стороны.

• Плюсы: устраняет необходимость в механических крепежах (винты, зажимы); обеспечивает структурную целостность и демпфирование вибрации; Отличная долгосрочная стабильность.

• Минусы: постоянная связь затрудняет переработку или замену компонентов затруднена или невозможна; Как правило, имеют более низкие тепловые характеристики по сравнению с высококлассными смазками или ПКМ; Требуется время лечения.

• Типичные применения: прикрепление меньших радиаторов к чипам, датчикам связи или обеспечению компонентов, где желательно постоянное тепловое и механическое соединение.

Жидкий металл Tims

• Описание: Сплавы металлов (чаще всего на галлиях), которые являются жидкими при комнатной температуре.

• Ключевые характеристики: исключительно высокая теплопроводность, значительно выше, чем любой неметаллический TIM.

• Плюсы: непревзойденные тепловые характеристики, что приводит к наименьшему количеству термического сопротивления между поверхностями.

• Минусы: электрически проводящий, создавая значительный короткий риск, если он проливается; может быть коррозийным для определенных металлов (особенно алюминия); трудно применять чисто; дорогой; Не подходит для вертикальных поверхностей из -за потока.

• Типичные применения: экстремальные высокопроизводительные вычисления (например, разгона с энтузиастом ЦП/графического процессора), высокоспециализированные промышленные или научные применения, где предназначена каждая степень охлаждения и компоненты с никелированными или медными холодными пластинами.

Продвинутые Тимс

• Описание: Они представляют собой передний край технологии TIM, используя усовершенствованные материаловые науки, такие как графитовые/графеновые листы или спеченные металлы.

• Ключевые характеристики: часто имеют превосходную теплопроводность, очень тонкие профили и уникальные свойства (например, анизотропная проводимость в графитовых листах). Спеченные металлические TIMS предлагают невероятно тонкие и надежные интерфейсы.

• Плюсы: чрезвычайно высокая производительность, отличная надежность, может быть адаптирована для конкретных тепловых путей.

• Минусы: часто запатентованная, более высокая стоимость и может потребовать специализированных процессов применения.

• Типичные применения: высококачественная потребительская электроника, расширенная электроника и специализированные промышленные или аэрокосмические приложения, раздвигающие границы теплового управления.

Выбор правильного Тима

Выбор оптимального TIM не является универсальным решением. Это требует тщательной оценки нескольких факторов:

• Требования к тепловой производительности: какова максимально допустимая температура компонента? Сколько энергии (тепла) нужно рассеять? Каковы значения теплового сопротивления/импеданса?

• Толщина линии связи и поверхностная плоскостность: зазор между компонентом и радиатором имеет решающее значение. Смазка и ПКМ отлично подходят для тонких, плоских зазоров, в то время как прокладки и гели преуспевают при заполнении больших или более нерегулярных зазоров.

• Потребности в электрической изоляции: приемлемая электрическая проводимость, или требуется электрическая изоляция между компонентом и холодильником? Жидкие металлы являются проводящими, в то время как большинство прокладок и многих смазок/гелей электрически изолируют.

• Метод применения и процесс производства: будет ли TIM применяться вручную или с помощью автоматического дозирования? Это масштабная продукция или индивидуальная сборка? Это влияет на форм -фактор (Grease, Pad, Gel) и необходимые инструменты приложений.

• Операционная среда и надежность: какие диапазоны температуры будут испытывать? Есть ли вибрации или влажность? Как долго Тим должен выполнять надежно, не высыхая, не выкачивая и не разлагая?

• Стоимость: Хотя производительность имеет первостепенное значение, экономическая эффективность (стоимость материала плюс затраты на применение) играет роль, особенно в продуктах с большим объемом.

• Повторная работа: возможно ли или необходимо удалить и заменить компонент позже? Клей предлагает постоянные связи, в то время как смазки и гели позволяют легко переделать.

• Совместимость материала: убедитесь, что TIM химически совместим с компонентной упаковкой, материалом для радиатора и любыми другими окружающими материалами для предотвращения коррозии или деградации.

Лучшие практики установки Тим

Даже лучший Тим может работать плохо, если не применить правильно. Ключевые практики включают:

• Очистка поверхности: всегда гарантируйте, что обе сопряженные поверхности тщательно очищаются от пыли, масла и остатка старого TIM, используя соответствующий растворитель (например, изопропиловый спирт), чтобы максимизировать контакт.

• Правильная техника применения: Следуйте конкретным инструкциям производителя для выбранного типа TIM. Для смажков тонкий, даже слой (часто одна точка или линия для процессоров), как правило, лучше всего. Для прокладки убедитесь, что даже размещение и достаточное сжатие.

• Оптимальное монтажное давление. Для многих TIM, особенно накладки и некоторых смазок/ПКМ, достижение правильного монтажного давления от радиатора имеет решающее значение для минимизации толщины линии связи и обеспечения правильного смачивания.

Заключение

Материалы теплового интерфейса являются основополагающими для эффективного теплового управления. Они являются важнейшей связью, которая обеспечивает эффективную теплопередачу, защищая электронные компоненты от поврежденных эффектов чрезмерного тепла. Поскольку электронные устройства продолжают миниатюризировать и требуют более высокой плотности мощности, инновации и важность TIMS будут расти только. TIM 'Best ' всегда зависит от приложения, тщательно выбранного элемента, который уравновешивает тепловые характеристики, надежность, производительность и стоимость.

В Winshare Thermal мы понимаем критическую роль TIMS играют в общих термических решениях. Наш опыт охватывает весь спектр теплового управления, от точных инженерных радиаторов и жидких холодных пластин до комплексного теплового моделирования и анализа механических характеристик. Наша выдающаяся команда по тепловым дизайнам, использующая обширный опыт, обеспечивает оптимизированные, индивидуальные тепловые решения, которые легко интегрируются с правильными TIMS.