Термоинтерфейс

Термоинтерфейс — слой теплопроводящего состава (обычно многокомпонентного) между охлаждаемой поверхностью и отводящим тепло устройством. Наиболее распространенным типом термоинтерфейса являются теплопроводящие пасты.

Типы термоинтерфейсов

Теплопроводные пасты

Шприц с термопастой

Теплопроводная паста (разг. термопаста) — многокомпонентное пластичное вещество с высокой теплопроводностью, используемое для уменьшения теплового сопротивления между двумя соприкасающимися поверхностями. Теплопроводящая паста служит для замены воздуха, находящегося между поверхностями, на теплопроводящую пасту с более высокой теплопроводностью. Типичными и самыми распространенными термопроводными пастами отечественного производства являются КПТ-8 и АлСил-3.

Требования

Основные требования к термопроводным пастам:

• наименьшее тепловое сопротивление,
• стабильность свойств с течением времени (в частности, сохранение консистенции),
• стабильность свойств в рабочем диапазоне температур от −40 до 200 °С,
• удобство нанесения и легкость смывания.

Составы

Изготавливаются термопроводные пасты с наполнителями в виде микродисперсных порошков:

• металлов (вольфрам, медь, серебро),
• чистых металлов и сплавов (индий, галлий),
• оксиды металлов (цинка, алюминия и др.),
• нитридов (бора, алюминия).

В качестве связующих веществ используются минеральные или синтетические масла, жидкости и их смеси, имеющие низкую испаряемость.

Использование

Термопаста чаще всего используется в электронных устройствах для отвода тепла от компонентов, смонтированных на радиаторе (например, от ЦП). Главное требование при применении теплопроводящей пасты - минимальная толщина ее слоя. Для этого при нанесении теплопроводящих паст необходимо руководствоваться рекомендациями изготовителя. Небольшое количество пасты, нанесенное на область теплового контакта, растискивается при прижиме поверхностей друг к другу. При этом паста заполняет мельчайшие углубления в поверхностях и вытесняет воздух, обладающий крайне низкой теплопроводностью. Если термопаста не используется, то площадь соприкосновения невелика, что приводит к высокому тепловому сопротивлению.

Чаще всего термопаста используется при охлаждении ЦП радиатором, силовых транисторов и микросхем питания (ключах)в импульсных блоках питания, и блоках строчной развёртки телевизоров с кинескопом(электронно-лучевой трубкой). Весьма распространены случаи прилипания процессора к радиатору, когда термопаста высыхает. Из-за этого, при попытке снять вентилятор с радиатором (например, чтобы очистить их от скопившейся пыли), иногда снимается также процессор, прилипший к радиатору. Поэтому перед тем, как снимать систему охлаждения с процессора, желательно чтобы компьютер немного поработал и термопаста нагрелась, и затем сразу после выключения ПК приступить к его чистки. Если всё же радиатор снялся вместе с прилипшим процессором, рекомендуется нагреть его феном, либо подержать над электроплитой, и тогда процессор будет легче отлепить.

Теплопроводные клеи

Клей теплопроводный.

Применяется в случае, если невозможно использование теплопроводной пасты (из-за отсутствия крепежа), для монтажа теплоотводящей арматуры к процессору, транзистору и т.п. Некоторые типы теплопроводных клеев являются также электропроводящими (также как и некоторые термопасты),поэтому с ними нужно проявлять особую осторожность при нанесении на поверхность, с целью недопущения нежелательных и опасных электросоединений!!

Пайка

Набирающий популярность термоинтерфейс основан на спайке поверхностей легкоплавким металлом. При правильном применении такой метод дает рекордные параметры удельной теплопроводности однако имеет множество ограничений и подводных камней. В первую очередь проблемой является материал поверхностей и качество подготовки к монтажу. Как правило спаивают медные, серебряные, золотые поверхности и другие хорошо поддающиеся лужению материалы. Алюминиевые, керамические и полимерные поверхности совершенно не пригодны (а значит невозможна гальваническая изоляция деталей).

Чрезвычайно важна качественная очистка поверхностей от всех типов загрязнений и следов коррозии поскольку при низких температурах флюсы неэффективны и не используются. Очистка выполняется механической зачисткой и удалением загрязнений растворителями (например спиртом), для чего в коробку с термоинтерфейсом часто вкладывают жесткую мочалку и гигиеническую проспиртованную салфетку. По этой же причине нельзя работать с термоинтерфейсом без перчаток: жир убивает качество пайки.

Собственно пайка выполняется нагревом и/или сдавливанием обеих спаиваемых поверхностей. При этом некоторые типы промышленных термоинтерфейсов требуют первоначального разогрева обеих спаиваемых деталей до 60...90 градусов Цельсия, что может представлять проблему для чувствительных охлаждаемых электронных компонентов. Обычно рекомендуют делать предварительный разогрев (например феном) с последующей окончательной спайкой саморазогревом работающего устройства.

На сегодня термоинтерфейс такого типа предлагается в виде фольги из сплава с температурой плавления чуть выше комнатной (50...90 град.Цельсия, например сплава Филдса) и в виде пасты металла с комнатной температурой плавления. Пасты сложнее в применении (их необходимо тщательно вмазывать в спаиваемые поверхности). Фольга требует специального прогрева при монтаже.

Изолирующие термоинтерфейсы

Электрическая изоляция между элементами теплопередачи обычно используется в силовой электронике. Выполняется с помощью керамических, силиконовых или пластиковых прокладок, подложек, покрытий:

• Гибкие прокладки из силиконовых компаундов и твердые прокладки из керамики.
• Печатные платы с основой из алюминиевого или медного листа, покрытого тонким керамическим слоем поверх которого нанесена медная фольга дорожек. Такие платы как правило "односторонние" (фольга с одной стороны), а второй стороной они крепятся к теплоотводу (радиатору).
• Полностью изолированные силовые компоненты (металлический теплоотвод стандартных корпусов силовых электронных компонентов покрыт слоем эпоксидного состава).

Примечания

1. Характеристики теплопроводящих составов и материалов Справочная таблица.