Оптимальное управление теплом

(журнал Design007, июнь 2022, Jade Bridges — менеджер технической поддержки компании «Electrolube»)

Низкая надёжность, возникающая из-за тепловых сбоев в цепях, может нанести ущерб репутации бренда, но если сервер приложений играет решающую роль, то результат будет непредсказуем.

Такие приложения могут включать:

• Критически важное устройство, от которого может зависеть безопасность персонала, работающего во взрывоопасной среде.
• То устройство, от которого просто не будет функционировать система без надлежащих процедур терморегулирования.
• Устройство с определённым диапазоном температуры при работе или блок оборудования, разработанный для работы в жёстких условиях, которые должны надёжно работать, несмотря на окружение.

Существует большое разнообразие теплопроводных материалов для выбора, служащих для различных целей в зависимости от физических ограничений применения, расположения компонентов и конфигурации сборки, окружающих условий, жёсткости требований и т. д. Далее следуют более специфичные вопросы такие, как — что важно для эффективной теплопередачи, или нужно ли использовать скрепляющий или разъединяющий материал?

1. Какая ключевая проблема должна быть рассмотрена для достижения эффективной теплопередачи?

Задумайтесь об изменчивости окружающих условий. Даже при эффективной теплопередаче в стандартных окружающих условиях, это не свидетельствует о сохранении стабильности в использовании продукта. Ускоренные испытания могут приоткрыть конструктивные проблемы; однако, только в прикладных исследованиях более вероятно получить достоверную информацию о долговременных характеристиках теплопередающих материалов.

Метод использования и толщина теплопередающих материалов будут зависеть от типа межграничья или материала заполнения отверстия, критичных для эффективной теплопередачи. Теплопередающие материалы являются средством улучшения состояния, при котором осуществляется переход тепла, максимально повышая эффективность. Составы теплопередачи не должны использоваться в избыточных количествах, веря в то, что они обеспечивают теплопроводность для стока тепла с твёрдых металлов, и помня, что высокая теплопроводность необязательно означает сильную теплопередачу. Измерение теплового сопротивления у межграничья является наиболее эффективным путём для уверенности в том, что состав теплопередачи улучшает её эффективность, причём, эти результаты могут различаться в зависимости от толщины и характера использования.

2. Скреплять или нет?

Существует много разных типов теплопередающих материалов, выбор между ними диктуется требованиями производства и конструктивными замыслами, а также — критичными факторами поведения и необходимыми результатами. Из-за разнообразия доступных продуктов этот вопрос часто является первым для рассмотрения и может, иногда, быть очень простым. Например, выбор между скрепляющим и разделяющим материалом может зависеть от стока тепла на месте через материал-посредник, где скрепляющий состав является наилучшим выбором. Имеются также много других факторов, влияющих на выбор, которые лучше изучить в начале по требованиям. Это даёт целостный взгляд от требований применения на характер использования. Обычно, следуя таким путём, становится ясно скреплять или нет.

3. Увеличение эффективности по широкому диапазону температуры.

Тепловые изменения обычны при рассеивании тепла, поскольку устройства включаются и выключаются, имея различные мощностные требования при использовании. Помимо этого, изменения окружающей температуры может привести к критичной в устройстве. Хорошим примером являются автомобильные устройства, поскольку они должны работать после отключения питания в условиях, значительно превышающих или ниже тех, которые считаются стандартной температурой окружающей среды.

Поэтому важно, чтобы выбранное средство теплопередачи работало в определённых для устройства температурных пределах, удерживая параметры в меняющихся условиях. Типичной проблемой является «выхлоп», когда напряжения при изменении размеров подложек могут привести со временем к смещению не отвержденного материала-посредника. Способность материала-посредника предохранять от стрессов улучшает характеристики устройства и зависит от зазора, типа и количества этого материала.

4. Знание масштабов

Понимание масштабов применения критично для выбора соответствующих теплопроводящих материалов. Межграничье это — расстояние между компонентом и его тепловым выводом, где используется теплопроводящее средство как материал-посредник. Это расстояние обычно очень маленькое, микронного масштаба, к примеру. В случае заполнения отверстия, с другой стороны, это расстояние, между компонентом и заполненным металлом в отверстии электронной сборки, и измеряется обычно в миллиметрах. Например, теплопроводящий материал помещают для минимального изменения в горячих точках самой сборки, в то время, как корпус используется для теплоотвода.

Разница между несколькими микронами и несколькими миллиметрами может стать критичной для выбранного материала-посредника. Например, если поместить материал-посредник при заполнении отверстия, то, вероятно, он будет нестабильным по толщине и при вибрации, а при последующем циклировании температуры он может легко сместиться. А если материал заполнения использован для теплопередачи, то очень трудно достигнуть тонкого, даже плёночного покрытия, стойкого к высокой температуре на границе, эффективно снижая температуру при теплопередаче.

5. Советы по выбору материала

Как рассмотрено ранее, толщина скрепляющей линии материала-посредника должны быть как можно тоньше для минимального теплового сопротивления. Для материала заполнения отверстий нужно рассмотреть размеры отверстия и оценить окружающие факторы, чтобы решить, что лучше с точки зрения стабильности: отверждённый или не отвержденный материал, а также — рассмотреть воздействие физических стрессов на устройство.

Во всех случаях нужно просмотреть диапазон рабочих температур и окружающие условия использования. Если ожидаются очень высокие температуры, то может потребоваться силикон, а если сборка подвергается ремонту, то нужно использовать не скрепляемый, неотверждаемый продукт. Если тепловая защита ограничена до одного компонента, то лучший выбор отверждаемый материал, чтобы избежать миграции к близлежащим компонентам. Однако, если этот компонент или поверхность чувствительны к изменениям коэффициента расширения, то необходимо убедиться в том, что отверждённый материал не даёт негативного влияния в применяемом диапазоне температуры.

Очень рекомендуется делать собственные расчёты; рассматривайте требования применения, а также — рабочие и окружающие условия, тестируйте, тестируйте и тестируйте. Эксперименты с продуктом конкретного конструктива это — единственный путь правильного понимания характеристик, которых можно достичь и сделать соответствующий выбор теплопроводных материалов. В первую очередь руководствуйтесь советами экспертов, обсуждайте использование и выделяйте наиболее подходящие материалы для просмотра.

******************************

Компания «БалтМедиа Партнёр» помогает производителям электроники во внедрении и освоении на российском рынке эффективной техники и технологии ведущих разработчиков, поставляя материалы и оборудование, сопровождая и консультируя по составам обработки: обезжириванию, декапированию, травлению, активированию, химической металлизации и электролитическому меднению, финишным покрытиям, подготовке и нанесению защитных покрытий.

По возможному сотрудничеству рекомендован следующий контакт:

Санкт-Петербург, Таллиннское шоссе, 206

Электронная почта: office@bmptek.ru https://bmptek.ru

Тел. +7 (921) 895−1422, (921) 994−9502

Управляющий проекта — Алексей Леонов