Tepelné rozhraní

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 20. září 2016; kontroly vyžadují 38 úprav .

Tepelné rozhraní  - vrstva teplovodivé kompozice (obvykle vícesložková) mezi chlazeným povrchem a teploodnímatelným zařízením . Nejběžnějším typem tepelného rozhraní jsou tepelně vodivé pasty (tepelné pasty) a sloučeniny .

V každodenním životě jsou nejznámější tepelná rozhraní pro komponenty osobních počítačů generující teplo ( procesor , grafická karta , RAM , tlumivky základní desky atd.). Používá se také v elektronice k odstranění tepla ze součástí silových obvodů a snížení teplotního gradientu uvnitř bloků.

Tepelná rozhraní se také používají v systémech zásobování teplem a vytápění.

Typy tepelných rozhraní

Tepelně vodivé kompozice se používají při výrobě elektronických součástek, v tepelné technice a měřicí technice a také při výrobě radioelektronických zařízení s vysokým uvolňováním tepla. Tepelná rozhraní mají následující formy:

Tepelně vodivé pasty


Tepelně vodivá pasta (hovorově tepelná pasta ) je vícesložková plastická hmota s vysokou tepelnou vodivostí používaná ke snížení tepelného odporu mezi dvěma kontaktními povrchy . Teplovodivá pasta slouží k nahrazení vzduchu mezi plochami tepelně vodivou pastou s vyšší tepelnou vodivostí . Typickými a nejrozšířenějšími teplovodivými pastami jsou v tuzemsku vyráběné teplovodivé pasty KPT-8 , AlSil-3 a také řada tepelně vodivých past Cooler Master , Zalman , Noctua , Arctic , klid! , Thermalright atd.

Požadavky

Základní požadavky na tepelně vodivé pasty:

  • nejnižší tepelný odpor ;
  • stabilita vlastností po dobu provozu a skladování;
  • stabilita vlastností v rozsahu provozních teplot;
  • snadná aplikace a snadné oplachování;
  • v některých případech podléhají tepelně vodivé kompozice požadavkům na vysoké elektrické izolační vlastnosti a nízkou elektrickou kapacitu .
Sestavy

Při výrobě tepelně vodivých past se jako tepelně vodivé složky používají plniva s vysokou tepelnou vodivostí ve formě mikro- a nanodispergovaných prášků a jejich směsí :

Jako pojiva se používají minerální nebo syntetické oleje , kapaliny a jejich směsi s nízkou těkavostí . Existují teplovodivé pasty s pojivem vytvrzujícím na vzduchu. Někdy se za účelem zvýšení hustoty do jejich složení přidávají těkavé složky, které umožňují mít během procesu nanášení dostatečně tekutou teplovodivou pastu a vysoce husté tepelné rozhraní s vysokou tepelnou vodivostí . Takové tepelně vodivé kompozice obvykle dosahují maximální tepelné vodivosti během 5-100 hodin provozu v normálním režimu (konkrétní hodnoty v návodu k použití). Existují tepelně vodivé pasty na bázi tekutých kovů při 20-25°C, skládající se z čistého india a galia a slitin na nich založených .

Nejlepší (a nejdražší) tepelné pasty na bázi stříbra; nejlépe hodnocená je báze na oxidu hlinitém (obě mají nejnižší tepelný odpor). Nejlevnější (a nejméně účinná) teplovodivá pasta má keramický základ.

Nejjednodušší teplovodivá pasta je směs grafitového prášku z „jednoduché“ tužky Constructor M natřené na brusný papír a pár kapek domácího minerálního mazacího oleje.

Použití

Tepelná pasta se používá v elektronických zařízeních ke zlepšení tepelného rozhraní mezi prvky produkujícími teplo a zařízeními pro odvod tepla z nich (například mezi procesorem a chladičem). Hlavním požadavkem při použití teplovodivé pasty je minimální tloušťka její vrstvy. K tomu je nutné při nanášení teplovodivých past dodržovat doporučení výrobce. Malé množství pasty nanesené na oblast tepelného kontaktu se rozdrtí, když jsou povrchy přitlačeny k sobě. Pasta zároveň vyplňuje nejmenší prohlubně, vytlačuje vzduch mezi povrchy a přispívá ke vzniku homogenního prostředí pro šíření tepla.


Jiné aplikace .

Tepelná pasta se používá pro chlazení elektronických součástek, které mají odvod tepla větší, než je povoleno pro daný typ pouzdra: výkonové tranzistory a výkonové mikroobvody (klíče) ve spínaných zdrojích, v horizontálních snímacích jednotkách televizorů s kineskopem , výstup tranzistorů stupně výkonných zesilovačů.

Tepelně vodivá lepidla

Používá se tam, kde není možné použít teplovodivou pastu (z důvodu chybějících upevňovacích prvků), k montáži teplovodných fitinků na procesor, tranzistor apod. Jedná se o nerozebíratelné spojení a vyžaduje dodržení technologie lepení . Při jeho porušení je možné zvětšit tloušťku tepelného rozhraní a zhoršit tepelnou vodivost spoje.

Tepelně vodivé zalévací hmoty

Pro zlepšení těsnosti, mechanické a elektrické pevnosti jsou elektronické moduly často plněny polymerními sloučeninami. Pokud moduly rozptylují významnou tepelnou energii, pak zalévací hmoty musí poskytovat odolnost vůči teplu a tepelnému cyklování, odolávat tepelnému namáhání kvůli teplotním gradientům uvnitř modulu a usnadňovat odvod tepla ze součástí do skříně modulu.

Pájení

Tepelné rozhraní, které si získává na popularitě, je založeno na adhezi povrchů s nízkotavitelným kovem. Při správné aplikaci poskytuje tato metoda rekordní parametry tepelné vodivosti, ale má mnoho omezení a potíží. V první řadě je problémem materiál povrchů a kvalita přípravy pro instalaci. Za výrobních podmínek je možné pájení jakýchkoliv materiálů (některé vyžadují speciální přípravu povrchu). V domácích podmínkách nebo v dílnách se pájením spojují měděné, stříbrné, zlaté povrchy a další materiály, které lze snadno pocínovat. Zcela nevhodné jsou hliníkové, keramické a polymerové povrchy (to znamená, že galvanické oddělení dílů je nemožné).

Před spojením pájením se spojované povrchy očistí od nečistot. Vysoce kvalitní čištění povrchů od všech typů nečistot a stop koroze je nesmírně důležité . Při teplotách tavení nízkotavitelných kovů jsou tavidla neúčinná a nepoužívají se, proto se čištění provádí mechanickým čištěním a odstraněním nečistot rozpouštědly (například líh , aceton , éter ), k čemuž je vhodná tvrdá žínka a hygienická alkoholové ubrousky se často vkládají do krabice s tepelným rozhraním. Ze stejného důvodu není možné pracovat s tepelným rozhraním bez rukavic: mastnota výrazně zhoršuje kvalitu pájení.

Vlastní pájení se provádí zahřátím spoje na sílu udávanou výrobcem tepelného rozhraní. Některé typy průmyslových tepelných rozhraní vyžadují počáteční zahřátí obou pájených částí na 60-90 stupňů Celsia. Obvykle se doporučuje předehřát (např. technickým fénem ) s následným konečným pájením samoohřevem pracovního zařízení.

Dnes je tento typ tepelného rozhraní nabízen ve formě slitinové fólie s teplotou tavení mírně vyšší než pokojová teplota (50 ... 90 stupňů Celsia, například slitina Fields) a ve formě slitinové pasty s pokojovou teplotou tání (například Galinstan nebo "Coollaboratory Liquid Pro"). Pasty jsou náročnější na použití (musí být pečlivě rozmazány do pájených ploch). Fólie vyžaduje speciální ohřev během instalace.

Izolační tepelná rozhraní

Elektrická izolace mezi prvky pro přenos tepla se běžně používá ve výkonové elektronice. Provádí se pomocí keramických, slídových, silikonových nebo plastových těsnění, substrátů, nátěrů:

  • Pružná těsnění vyrobená ze silikonových sloučenin a pevná těsnění vyrobená z keramiky;
  • desky plošných spojů se základnou z hliníkového nebo měděného plechu potaženého tenkou keramickou vrstvou, na kterou jsou naneseny pásy měděné fólie. Takové desky jsou obvykle "jednostranné" (na jedné straně fólie) a na druhé straně jsou připevněny k chladiči ( radiátoru ).
  • plně izolované výkonové komponenty (kovový chladič standardních krytů výkonové elektroniky potažený epoxidem).

Aplikace

Aplikace a odstranění tepelného rozhraní se provádí přesně podle pokynů výrobce chladicího zařízení a tepelného rozhraní.

Některé typy tepelných rozhraní jsou elektricky vodivé, proto je při jejich aplikaci na povrch třeba věnovat zvláštní pozornost (vyvarovat se přebytečného elektricky vodivého materiálu), aby se zabránilo kontaktu s elektricky vodivými obvody a dalším zkratům.

  • Výkonová elektronika
  • Počítačové inženýrství
  • Teplotní senzory

Odkazy

Literatura

  • Scott Mueller . Úpravy: Chlazení // Modernizace a opravy PC / per. z angličtiny. - 17. vyd. - M .: "Williams" , 2008. - S. 1308-1316. — 1360 (+147 na CD) str. - ISBN 978-5-8459-1126-1 .