Управление теплом материалов: облегчение принятия решения

Управление теплом материалов:

облегчение принятия решения

(перевод статьи из журнала «Design007 Magazine», июнь 2018, автор статьи — Jade Bridges, технический консультант по всему миру компании «Electrolube Ltd.»)

В прошлом году мне довелось сформулировать тему управления теплом материалов — почему они необходимы, какие материалы и методы доступны для нас, как лучше их использовать и т. д. — базируясь в каждой публикации на частых вопросах наших клиентов. Мой коллега, г-н Alistair Little, подробно рассмотрел смолы; теперь мне довелось вернуться вновь теме с концентрацией на практиках управления теплом по пяти точкам для выбора и применения материала.

Понимание размеров:

интерфейс или разрыв?

Знание масштаба использования критично для выбора соответствующего управления теплом материалов. Тепловой интерфейс это — пространство между компонентами и их тепловыделение, а теплопроводящая среда, используемая в этом пространстве, относится к управлению теплом материалов (TIMs). Это пространство обычно очень маленькое (к примеру, микронного масштаба). С другой стороны, заполнение разрыва больше связано с расстоянием между компонентом и металлическим корпусом, который содержит узел электроники, и обычно измеряется в миллиметрах. В этом случае, используется теплопроводящий материал, чтобы помочь минимизировать наличие горячих точек в пределах сборки, используя корпус как радиатор.

Разница между несколькими микронами и несколькими миллиметрами могла бы быть критичной для характеристики выбранной тепловой среды. Например, если используется управление теплом материала при заполнении разрыва, то, вероятно, оно будет неустойчивым в толстом слое: при вибрации или при термоциклировании, теплопередача облегчена. Также, если разрыв заполнен материалом, используемым в тепловом интерфейсе, то будет очень трудно добиться тонкой, даже плёнки, создавая более высокое тепловое сопротивление на границе раздела и, следовательно, понижая при этом эффективность теплопередачи.

Скреплять или не скреплять:

паста или площадка?

Имеется много различных типов теплопроводящих материалов, а выбор между ними продиктован требованиями производства и задуманным применением, а также — критичными параметрами, которых надо достичь. Например, выбор между скрепляющим или не скрепляющим материалом может зависеть от необходимости удержания выделяемого тепла на месте с помощью материала интерфейса, в котором наилучший выбор — скрепляющий материал. В противоположность, может потребоваться фиксированный компаунд, в этом случае может подойти для выбора — термоплощадка, имеющая дополнительное преимущество в подрезке под размер для удобного использования. Однако, оба варианта могут привести к толстому слою интерфейса и в результате — к высокому тепловому сопротивлению. Компромисс появляется от требуемых параметров выбранных компаундов и понимания условия применения.

Максимальная эффективность теплопередачи

в широком диапазоне температур

Теплообмен — общий в пределах рассеивания, поскольку устройства включаются и выключаются или различны по мощности при использовании. Кроме этого, изменение внешней температуры может привести к крайностям в устройстве — автотранспорт является хорошим примером, поскольку они также должны работать после достаточной зарядки в условиях выше и ниже того, что мы рассматриваем, как — стандартная температура окружающей среды.

Поэтому, критично, чтобы выбранное средство рассеивания тепла работало в температурных пределах, установленных для устройства, одновременно обеспечивая характеристики при изменении условий. Типичной проблемой является откачка, при которой стрессы, вызванные мгновенными изменениями в размерах интерфейсных подложек, могут вызвать со временем перемещение не отверждённого интерфейсного материала. Способность (TIM) противостоять этим стрессам улучшит характеристику устройства по жизненному циклу и будет зависеть от интерфейсного пространства, а также — от типа и количества использованного материала (TIM).

Там, где тепловые воздействия значительны, было бы неправильным использовать материалы с изменением фаз — неотверждаемые и не скрепляемые, которые слегка смягчаются при изменении фазовой температуры. Свойства этих материалов позволяют им повторять контуры интерфейса и создают гораздо меньшую теплостойкость, чем отверждённый продукт, уменьшая последствия откачки, обычно связанные с неотверждённым продуктом. Однако, если в конструктиве используется материал с изменением фазы, обычно работающий ниже температуры изменения фаз, то материал будет оставаться в твёрдом состоянии и не обеспечит желаемую низкую теплостойкость.

Окружающая среда:

нужна ли защита?

Кроме температурных изменений, могут рассматриваться и другие окружающие условия. Материал теплового интерфейса или наполнитель разрыва должны быть стойкими в окружающей среде такой, как высокая влажность, солевой туман, коррозионно-активные газы и т. д. Важно рассмотреть на стадии конструирования: могут ли эти внешние факторы повлиять на характеристики компаунда. Так как (TIM) используется в очень тонком слое между двумя подложками, то маловероятно, что подвергнется такому воздействию; однако, заполняющий разрыв материал может быть в более сложных условиях, в этом случае лучший подход будет в переходе от заполнителя разрыва к полностью защитному компаунду такому, как теплопроводная заливная смола.

Как использовать?

Технология использования будет зависеть от типа продукта. Для отверждаемых и неотверждаемых продуктов методом нанесения будет сеткографическая печать или автоматизированное распределение, единственная разница во времени отверждения материала. Например, если продукт быстро сохнет, то он не соответствует сеткографической печати, так как загрязняет сетку. В большинстве случаев минимальное количество материала наносится для теплового интерфейса и заполнения разрыва, чтобы быть уверенным в максимальной теплопередаче. Для теплового интерфейса слой должен быть однородным по внешней поверхности; а когда при заполнении разрыва необходимо быть уверенным в том, что весь воздух удалён, так как воздух плохой проводник тепла и может создавать дополнительные горячие точки.

Если считается, что инкапсулирующая смола — лучший выбор, то, вполне вероятно, что необходимо покрыть всю плату. Количество наносимой смолы должно быть строго сбалансировано для получения желаемого уровня защиты, минимального увеличения веса и объёма.

Надеюсь, что всё вышеизложенное было полезным введением в управление теплом материалов. Посмотрите следующие публикации, где будет использоваться управление теплом.

Jade Bridges, технический консультант по всему миру

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

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, д. 206

Электронная почта: office@bmptek.ru

Тел. +7 (921) 895−14−22

Управляющий проекта — Алексей Леонов