Tepelná pasta - Thermal paste

Několik nádob s termální pastou různých značek. Zleva doprava: Arktické chlazení MX-2 a MX-3, Tuniq TX-3, Cool Laboratory Liquid Metal Pro, Shin-Etsu MicroSi G751, Arctic Silver 5, Práškový diamant. V pozadí: Odstraňovač tepelné pasty Arctic Silver.
Silikonová tepelná směs
Kovová (stříbrná) tepelná směs
Kovová tepelná pasta nanesená na čip
Tepelná pasta je určena k vyplnění povrchových nedokonalostí na povrchu třísky

Tepelná pasta (také zvaný tepelná sloučenina, tepelné mazivo, materiál tepelného rozhraní (TIM), termální gel, tepelná pasta, směs chladiče, chladicí pasta nebo CPU mazivo) je tepelně vodivý (ale obvykle elektricky izolační ) chemická sloučenina, který se běžně používá jako rozhraní mezi chladiče a zdroje tepla jako je vysoký výkon polovodič zařízení. Hlavní rolí tepelné pasty je eliminovat vzduchové mezery nebo mezery (které fungují jako tepelná izolace ) z oblasti rozhraní, aby se maximalizovalo přenos tepla a rozptýlení. Tepelná pasta je příkladem a materiál tepelného rozhraní.

Naproti tomu tepelné lepidlo „tepelná pasta nepřidává mechanickou pevnost vazbě mezi zdrojem tepla a chladičem. Musí být spojen s mechanickým fixačním mechanismem, jako jsou šrouby, které drží chladič na místě a vyvíjejí tlak a rozptylují tepelnou pastu.

Složení

Tepelná pasta se skládá z a polymerovatelný kapalná matrice a velkoobjemové frakce elektricky izolačního, ale tepelně vodivého plniva. Typické matricové materiály jsou epoxidy, silikony (Silikonové mazivo ), urethany, a akryláty; K dispozici jsou také systémy na bázi rozpouštědel, tavná lepidla a lepicí pásky citlivé na tlak. Oxid hlinitý, nitrid boru, oxid zinečnatý a stále více nitrid hliníku se používají jako plniva pro tyto typy lepidel. Zatížení plniva může být až 70–80% hmotnostních a zvyšuje tepelná vodivost základní matice od 0,17–0,3 W / (m · K) (wattů na metr-kelvin)[1] až přibližně 4 W / (m · K), podle papíru z roku 2008.[2]

Tepelné sloučeniny stříbra mohou mít vodivost 3 až 8 W / (m · K) nebo více a sestávají z mikronizovaný stříbrné částice suspendované v silikonovém / keramickém médiu. Tepelná pasta na bázi kovu však může být elektricky vodivá a kapacitní; proudí-li něco do obvodů, může to vést k poruše a poškození.

Nejúčinnější (a nejdražší) pasty se skládají téměř výhradně z tekutý kov, obvykle variace slitiny galinstan a mají tepelnou vodivost vyšší než 13 W / (m · K). Je obtížné je rovnoměrně aplikovat a je u nich největší riziko, že v důsledku rozlití způsobí poruchu. Tyto pasty obsahují galium, který je vysoce korozivní pro hliník a nelze jej použít na hliníkové chladiče.

Životnost tepelné pasty se liší v závislosti na výrobci a obvykle se pohybuje od 3 do 5 let.[3]


Použití

Tepelná pasta se používá ke zlepšení tepelné vazby mezi různými složkami. Běžnou aplikací je odvádění odpadního tepla generovaného elektrickým odporem v polovodičových zařízeních včetně napájení tranzistory, CPU, GPU a LED COB. Chlazení těchto zařízení je zásadní, protože přebytečné teplo rychle zhoršuje jejich výkon a může způsobit útěk katastrofické selhání zařízení kvůli vlastnosti negativních teplotních koeficientů polovodičů.

Továrna PC a notebooky (ačkoli zřídka tablety nebo smartphony) obvykle obsahují tepelnou pastu mezi horní částí skříně CPU a chladičem pro chlazení. Někdy se mezi CPU používá také termální pasta zemřít a jeho integrovaný rozdělovač tepla, ačkoli pájka místo toho se někdy používá.

Když je CPU rozdělovač tepla spojen s matricí pomocí tepelné pasty, nadšenci výkonu, jako je přetaktovače jsou schopni v procesu známém jako „delidding“,[4] vytrhněte rozdělovač tepla (víko CPU) z matrice a nahraďte tepelnou pastu, která je obvykle nekvalitní, tepelnou pastou, která má vyšší tepelnou vodivost. V takových případech se obvykle používají tepelné pasty z tekutého kovu.

Výzvy

Konzistence tepelné pasty ji činí náchylnou k poruchovým mechanismům odlišným od některých jiných materiálů tepelného rozhraní. Běžným je odčerpávání, což je ztráta tepelné pasty mezi matricí a chladičem v důsledku jejich rozdílných rychlostí tepelné roztažnosti a kontrakce. Přes velké množství výkonové cykly, tepelná pasta se odčerpá mezi matricí a chladičem a nakonec způsobí zhoršení tepelného výkonu.[5]

Dalším problémem u některých sloučenin je, že k oddělování složek polymeru a plniva dochází za vysokých teplot. Ztráta polymerního materiálu může mít za následek špatné smáčivost, což vede ke zvýšení tepelného odporu.[5]

Viz také

externí odkazy

Reference

  1. ^ Werner Haller; et al. (2007), „Lepidla“, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (7. vydání), Wiley, str. 58–59.
  2. ^ Narumanchi, Sreekant; Mihalic, Mark; Kelly, Kenneth; Eesley, Gary (2008). „Materiály tepelného rozhraní pro aplikace výkonové elektroniky“ (PDF). 11. konference intersociety o termálních a termomechanických jevech v elektronických systémech, 2008: ITHERM 2008: 28. - 31. května 2008. IEEE. Tabulka 2. doi:10.1109 / ITHERM.2008.4544297..
  3. ^ Dan, Olše. „Vyprší platnost termální pasty?“. Levvvel.
  4. ^ „Co je delidding? - ekwb.com“. ekwb.com. 2016-08-25. Citováno 2018-10-18.
  5. ^ A b Viswanath, Ram; Wakharkar, Vijay; Watwe, Abhay; Lebonheur, Vassou (2000). „Problémy tepelného výkonu od křemíku po systémy“ (PDF). Intel Technology Journal. Archivovány od originál (PDF) dne 8. srpna 2017. Citováno 8. března 2020.