Factoren waarmee u rekening moet houden bij het kiezen van thermische interfacematerialen

Van consumentenelektronica tot ruimtevaart, alle elektronische apparaten hebben actief thermisch beheer nodig om de warmte effectief van componenten af ​​te voeren. Het knelpunt van warmtehuishouding is vaak de geleiding tussen warmtegenererende componenten en koelcomponenten. Helaas kunnen veel elektronische apparaten vanwege de beperkte ruimte niet voldoende koeling krijgen van koellichamen of ventilatoren. In deze toepassingen zijn de prestaties van thermische interfacematerialen nog belangrijker.

De meest gebruikelijke methoden voor het onttrekken van warmte aan een krachtige computerverwerkingseenheid (CPU) of een systeem op chip (SOC) zijn koelpasta of vet. Hoewel deze oplossingen hoge prestaties bieden, hebben ze nadelen. Ze kunnen rommelig en tijdrovend zijn en kunnen op lange termijn een slechte betrouwbaarheid hebben. Bovendien is bekend dat conventionele hooggeleidende (>20 W/mK) thermische interfacematerialen (TIM's) duur zijn en gepaard gaan met fabricageproblemen en uitdagingen.

Wat zijn de belangrijkste functies van TIM's?

Wanneer een koellichaam bovenop een warmtegenererend onderdeel wordt geplaatst, ontstaan ​​er van nature luchtspleten. Deze luchtspleten zorgen voor een hoge thermische weerstand, wat leidt tot oververhitting. TIM's lossen dit probleem op door luchtspleten te vervangen door thermisch geleidende materialen. Dit creëert een efficiënter thermisch pad door de algehele thermische weerstand in het systeem te verminderen. TIM's kunnen ook elektrische isolatie of zelfklevende bevestiging bieden zonder dat extra mechanische bevestiging nodig is.

TIM's moeten zich aanpassen aan oppervlakte-onregelmatigheden, anders zal er een verhoogde thermische weerstand bij contactlagen zijn. Enige contactweerstand is onvermijdelijk, maar alle thermisch geleidende materialen zijn voordeliger dan lucht.

Hoewel ontwerpingenieurs een zo dun mogelijke opening willen hebben om de lengte van het thermische pad te verkleinen, moet soms een bepaalde dikte worden aangehouden om een ​​betere bevochtiging of contact met onregelmatige ondergronden te krijgen. Afhankelijk van het type polymeerhars, het vulmiddeltype en het vulniveau, kan het bevochtigingsvermogen verschillen. De prestaties van TIM's kunnen ook variëren, afhankelijk van de thermische mechanische eigenschappen, de aanbrengdruk, de oppervlakteafwerking van het substraat en de omgeving.

Te overwegen factoren bij het kiezen van TIM's

Vormfactor

Er zijn veel soorten materialen voor thermische interfaces, zoals vet, gel, pads, pasta, tapes, faseveranderingsmaterialen (PCM) en zelfs metaal. Bij het selecteren van TIM's is het belangrijk om bekend te zijn met het product en de prestaties ervan. Voor dunne spleetvullers worden vaak vet of PCM gebruikt, terwijl gebruikers voor dikke spleetvullers op zoek zijn naar pads, gel of stopverfpasta.

TIM's kunnen ook worden gecategoriseerd als een TIM 1-, TIM 2- of TIM 1.5-toepassing. Deze indeling is gebaseerd op waar ze worden gebruikt met betrekking tot de matrijschip en warmteverdeler of deksel van een apparaat. Een TIM 1-toepassing gebruikt bijvoorbeeld TIM's tussen de chip en de warmteverdeler of het deksel, en het belangrijkste doel is om de contactweerstand te verminderen en extreme hitte rechtstreeks van processors af te voeren. Traditioneel wordt voor deze toepassing metaalsoldeer gebruikt; tegenwoordig kunnen echter ook vet, gel of PCM's worden gebruikt.

Aan de andere kant wordt een TIM 2-toepassing aangebracht tussen het koellichaam en de warmteverspreider of SOC op pakketniveau. Deze applicatie gebruikt meestal dikkere TIM's, zoals pads, omdat het warmtebeheer op pakketniveau niet extreem is zoals op chipniveau. Een TIM 2-toepassing vereist mogelijk herbewerkingsvermogen en samendrukbaarheid, wat meer impact mogelijk maakt vanwege de behoeften van het aangesloten koellichaam.

In een TIM 1.5-toepassing staat de chipmatrijs in direct contact met de koelcomponent zonder warmteverspreider. Deze categorie van TIM wordt vaak gebruikt op mobiele apparaten.

Gel en pasta hebben soms de voorkeur boven pads omdat hun dunnere hechtlijnen ervoor kunnen zorgen dat ze een hogere samendrukbaarheid en thermische prestaties hebben in vergelijking met pads. Thermexit™-pads bieden een oplossing voor beide problemen door geweldige vervormbaarheid en thermische prestaties te bieden.

Thermische geleidbaarheid

Een andere belangrijke factor om te overwegen is de thermische prestatie. In een elektronisch apparaat zijn er componenten die warmte genereren en koelingscomponenten die bepalen hoeveel warmte kan worden afgevoerd. Dit betekent dat de omgevingstemperatuur en de aanwezigheid van actieve koelcomponenten het thermisch budget kunnen bepalen. Zodra u uw thermische budget kent, kunt u beslissen welk soort thermische interfacematerialen nodig zijn, aangezien TIM's eenvoudig kunnen worden aangepast aan uw thermische ontwerp.

Fysische en mechanische eigenschappen

Er moet ook rekening worden gehouden met de mechanische eigenschappen van thermische interfacematerialen, zoals hardheid, doorbuiging en compressie. Sommige gebruikers geven de voorkeur aan verbindingen of gels om hun gevoelige componenten te beschermen, hoewel deze overbodige producten nadelen kunnen hebben die later zullen worden besproken. Het is belangrijk om de juiste TIM te vinden voor uw toepassingsdruk en ontwerp van de spleetdikte.

Elektrische isolatie

Een andere belangrijke factor is of een TIM elektrisch isolerend is of niet. Sommige toepassingen zijn erg gevoelig als het gaat om elektrische continuïteit. De meeste thermische spleetpads bieden een uitstekende elektrische isolatie vanwege hun relatief dikke applicatie, in tegenstelling tot vet-, gel- of PCM-producten.

Toepassing

Bij het kiezen van een TIM moet u rekening houden met betrouwbaarheid op lange termijn. Tegenwoordig zijn er veel elektronische apparaten die worden gebruikt in extreem zware omgevingen die hoge vermogenscycli vereisen. Daarnaast is het belangrijk dat TIM's in de auto-industrie worden getest onder mechanische trillingen.

Toepassingsfactoren

Elke vormfactor is gerelateerd aan een toepassingsfactor, zoals uitgeoefende druk, bevestigingsmethode, dikte van de verbindingslijn, geometrie en omgeving. Eenvoudige factoren zoals gebruiksgemak en omgeving kunnen gemakkelijk worden verwaarloosd, maar kunnen niet worden genegeerd.

Denk verder dan de datasheet

Hoewel de datasheets van TIM's nuttige informatie bieden, zouden ze niet de enige bron moeten zijn die wordt gebruikt bij het selecteren van TIM's. Veel van de gegevens van TIM-leveranciers zijn afkomstig van industriestandaarden of hun eigen testmethoden om de prestaties van het product te optimaliseren. Hetzelfde TIM-product presteert echter anders, afhankelijk van de omstandigheden. Normaal gesproken zouden we verwachten dat een hogere thermische geleidbaarheid zou resulteren in betere prestaties, maar is dit altijd het geval? Ook moeten we ons afvragen of een TIM met een hogere thermische geleidbaarheid nodig is wanneer een TIM met een lagere thermische geleidbaarheid voldoende prestaties kan leveren voor de toepassing. Soms, als een TIM met een hogere thermische geleidbaarheid wordt gebruikt in een toepassing die dit niet vereist, biedt de TIM niet dezelfde voordelen.

Type tussenruimte 

Laten we tot slot zeggen dat we besluiten om een ​​gap-pad te gebruiken. Voordat we thermische geleidbaarheid of samendrukbaarheid overwegen, moeten we kijken naar basiseigenschappen en vereisten. De aanbrengtemperatuur van het apparaat bepaalt bijvoorbeeld de benodigde harschemie. Het is ook belangrijk om te weten of het apparaat een siliconen TIM voor hoge temperaturen vereist of dat het een alternatief harssysteem kan gebruiken. Sommige gap-pads hebben een stoffen glazen drager, wat mogelijk niet goed is voor bepaalde toepassingen. Soms kan het hebben van alleen de juiste dikte veel strenge thermische problemen oplossen.

Thermexit ™Oplossingen

Thermexit™ ontwikkelt spleetpads met een hoge thermische geleidbaarheid die dikkere verbindingslijnen overwinnen en beter presteren dan de thermische interfacematerialen met dunne binding. Onze unieke niet-siliconen hars voor hoge temperaturen kan de chemie van siliconenhars vervangen en olieverontreiniging minimaliseren. Ons harssysteem is ook een niet-uithardend systeem dat uitstekende prestaties op lange termijn biedt.

Thermexit™-pads zijn zeer samendrukbaar om de contactweerstand te minimaliseren zonder hoge kracht en componentbelasting. Ze kunnen gemakkelijk worden aangebracht en geplaatst en zijn van nature plakkerig zonder resten of rommel van pasta's of gels. Thermexit biedt twee productlijnen:Thermexit EI (Elektrisch Isolerend) en Thermexit HP (High Performance). Beide pads bieden een hoge thermische geleidbaarheid van respectievelijk>15 W/mK en 40 W/mK.

Ga voor meer informatie naar thermexit.com en neem contact op via [email protected].