Belangrijkste criteria voor het selecteren van high-performance thermische interface materialen

Van consumentenelektronica tot luchtvaart, alle elektronische apparaten vereisen actief thermisch beheer om warmte effectief van componenten af te voeren. De knelpunt van thermisch beheer is vaak de geleiding tussen warmteproducerende componenten en koelcomponenten. Helaas kunnen veel elektronische apparaten onvoldoende koeling krijgen van heatsinks of ventilatoren vanwege beperkte ruimte. In deze toepassingen is de prestatie van thermische interface materialen nog belangrijker.

De meest voorkomende methoden voor het onttrekken van warmte aan een high-power computer processing unit (CPU) of een system on chip (SOC) zijn thermische pasta of vet. Hoewel deze oplossingen hoge prestaties bieden, hebben ze nadelen. Ze kunnen rommelig, tijdrovend zijn en slechte lange-termijn betrouwbaarheid hebben. Bovendien zijn conventionele hooggeleidende (>20 W/mK) thermische interface materialen (TIMs) bekend om duur te zijn en met productiedificulties en uitdagingen te komen.

Wat zijn de primaire functies van TIMs?

Wanneer een heatsink op een warmteproducerend component wordt geplaatst, zijn er natureel voorkomende luchtgaten. Deze luchtgaten creëren hoge thermische weerstand, wat leidt tot oververhitting. TIMs lossen dit op door luchtgaten te vervangen door thermisch geleidende materialen. Dit creëert een efficiënter thermisch pad door de totale thermische weerstand in het systeem te verminderen. TIMs kunnen ook elektrische isolatie of lijmende bevestiging bieden zonder behoefte aan additionele mechanische bevestiging wanneer nodig.

TIMs moeten zich aanpassen aan oppervlakte-onregelmatigheden, anders zal er verhoogde thermische weerstand zijn aan contactlagen. Enige contactweerstand is onvermijdelijk, maar elk thermisch geleidend materiaal zou meer nuttig zijn dan lucht.

Terwijl ontwerpingenieurs de dunst mogelijke gat willen om de thermische padlengte te verkorten, moet soms een bepaalde dikte worden gehandhaafd om betere benetting of contact op onregelmatige substraat te hebben. Afhankelijk van polymer hars type, vulstof type, en vulstof ladingsniveau, kan de benettingscapaciteit verschillen. Ook kan TIMs' prestatie variëren afhankelijk van thermisch-mechanische eigenschappen alsook toepassingsdruk, substraat oppervlakteafwerking, en omgeving.

Factoren om te overwegen bij het kiezen van TIMs

Vormfactor

Er zijn veel typen thermische interface materialen zoals vet, gel, pads, pasta, tapes, faseveranderingsmaterialen (PCM), en zelfs metaal. Bij het selecteren van TIMs is het belangrijk om bekend te zijn met het product en zijn prestaties. Voor dunne gatvullers worden vet of PCM vaak gebruikt, terwijl voor dikke gatvullers gebruikers zoeken naar pads, gel, of puttypasta.

TIMs kunnen ook gecategoriseerd worden als TIM 1, TIM 2, of TIM 1.5 toepassing. Deze categorisatie is gebaseerd op waar ze worden gebruikt in referentie tot een device's die chip en heatspreader of deksel. Bijvoorbeeld, een TIM 1 toepassing gebruikt TIMs tussen de die chip en heatspreader of deksel, en zijn hoofddoel is contactweerstand te verminderen en extreme warmte direct van processors af te voeren. Traditioneel wordt metaalsolder gebruikt voor deze toepassing; echter vandaag de dag kunnen vet, gel, of PCMs ook gebruikt worden.

Aan de andere kant, een TIM 2 toepassing wordt toegepast tussen de heatsink en heatspreader of package niveau SOC. Deze toepassing gebruikt doorgaans dikke TIMs, zoals pads, aangezien package-niveau warmtebeheer niet extreem is als chip-niveau. Een TIM 2 toepassing kan herwerkbaarheid en comprimeerbaarheid vereisen, wat meer impact toestaat door de behoeften van de bevestigde heatsink.

In een TIM 1.5 toepassing is de chip die in direct contact met de koelcomponent zonder heatspreader. Deze categorie TIM wordt veel gebruikt in mobiele apparaten.

Gel en pasta worden soms vorgezogen boven pads omdat hun dunne verbindingslijnen hen toestaan om hogere comprimeerbaarheid en thermische prestaties te hebben in vergelijking met pads. Thermexit™ pads bieden een oplossing voor beide kwesties door geweldige aanpasbaarheid en thermische prestaties te bieden.

Thermische geleidbaarheid

Een ander belangrijk factor om te overwegen is thermische prestatie. In een elektronisch apparaat zijn er componenten die warmte produceren en koelcomponenten die bepalen hoeveel warmte kan worden afgeleid. Dit betekent dat de omgevingstemperatuur en de aanwezigheid van actieve koelcomponenten het thermische budget kunnen bepalen. Eenmaal uw thermische budget bekend, kunt u beslissen welk type thermische interface materialen nodig zijn, aangezien TIMs eenvoudig aangepast kunnen worden om uw thermisch ontwerp te voldoen.

Fysieke & Mechanische Eigenschappen

De mechanische eigenschappen van thermische interface materialen zoals hardheid, deflectie, en compressie set, moeten ook overwogen worden. Sommige gebruikers prefereren compounds of gels om hun gevoelige componenten te beschermen, hoewel deze doseerbare producten nadelen kunnen hebben die later besproken zullen worden. Het is belangrijk om de juiste TIM te vinden voor uw toepassingsdruk en gatdikte ontwerp.

Elektrische isolatie

Een ander belangrijk factor is of een TIM elektrisch isolerend is of niet. Sommige toepassingen zijn erg gevoelig wat elektriciteit continuïteit betreft. Meeste thermische gap pads bieden geweldige elektrische isolatie door hun relatief dikke toepassing, in tegenstelling tot vet, gel, of PCM producten.

Toepassing

Bij het selecteren van een TIM, moet u lange-termijn betrouwbaarheid overwegen. Vandaag de dag zijn er veel elektronische apparaten gebruikt in extreem harde omgevingen die hoge vermogen cycli vereisen. Daarnaast is het belangrijk voor TIMs in de automotive industrie om getest te worden onder mechanische trilling.

Toepassingsfactoren

Elke vormfactor is gerelateerd aan een toepassingsfactor, zoals toegepaste druk, bevestigingsmethode, bond line dikte, geometrie, en omgeving. Eenvoudige factoren zoals gemak van afhandeling en omgeving kunnen eenvoudig genegeerd worden maar niet genegeerd mogen worden.

Kijk verder dan het datasheet

Hoewel TIMs' datasheets nuttige informatie geven, zouden ze niet de enige bron moeten zijn bij het selecteren van TIMs. Veel van de data van TIM leveranciers is van industriestandaarden of hun eigen testmethodes om de prestaties van het product te optimaliseren. Echter, hetzelfde TIM product presteert anders afhankelijk van de condities. Typisch zouden we verwachten dat hogere thermische geleidbaarheid resulteert in betere prestaties, maar is dit altijd het geval? Ook moeten we vragen of een hogere thermische geleidbaarheid TIM nodig is wanneer een lagere thermische geleidbaarheid TIM adequate prestaties voor de toepassing kan hebben. Soms als een hogere thermische geleidbaarheid TIM gebruikt wordt in een toepassing die het niet vereist, zal de TIM niet dezelfde voordelen bieden.

Gap Pad Type

Ten slotte, laten we zeggen dat we besluiten een gap pad te gebruiken. Voordat we thermische geleidbaarheid of comprimeerbaarheid overwegen, moeten we kijken naar basiseigenschappen en eisen. Bijvoorbeeld, de toepassingstemperatuur van het apparaat zal de benodigde harschemie bepalen. Het is ook belangrijk om te weten of het apparaat een high-temperature silicone TIM vereist of of het een alternatief harsysteem kan gebruiken. Sommige gap pads hebben een stof glas drager, wat niet goed kan zijn voor bepaalde toepassingen. Soms kan alleen de juiste dikte veel strikte thermische kwesties oplossen.

Thermexit™ Oplossingen

Thermexit™ ontwikkelt hoge thermische geleidbaarheid gap pads die dikke bond lines overwinnen en dunne bond thermische interface materialen overtreffen. Onze unieke non-silicone high-temperature hars kan silicone harschemie vervangen en olieverontreiniging minimaliseren. Ons harsysteem is ook een non-curing systeem dat geweldige lange-termijn prestaties biedt.

Thermexit™ pads zijn hoog comprimeerbaar om contactweerstand te minimaliseren zonder hoge kracht en component stress. Ze hebben een eenvoudige pick-and-place toepassing en zijn van nature kleverig zonder het residu of de rommel van pastes of gels. Thermexit biedt twee productlijnen: Thermexit EI (Electrisch Isolerend) en Thermexit HP (Hoge Prestaties). Beide pads bieden hoge thermische geleidbaarheid bij >15 W/mK en 40 W/mK, respectievelijk.

Voor meer informatie, bezoek thermexit.com en neem contact op via support@thermexit.com.