Эластичный термоинтерфейс

Эластичный термоинтерфейс – эффективное направление тепловой разгрузки электронных приборов.

Обеспечение отвода тепловой энергии от греющегося электронного прибора является одной из важнейших задач разработчиков и производителей электронной техники. Повышение функциональности устройств, увеличение их мощности при миниатюризации компонентов, как правило, приводит к необходимости рассеивать все большие тепловые потоки. В данном случае, создание эффективного теплового контакта путем применения соответствующих теплопроводящих электроизоляционных материалов имеет важное значение для эксплуатационных характеристик изделия, стабильности и долговечности его работы.

Процесс теплопереноса от горячего корпуса к радиатору с последующим рассеиванием тепла конвекцией в окружающую среду мы называем «естественной тепловой разгрузкой» прибора.

Эффективность тепловой разгрузки определяется следующими основными параметрами:

• Качеством исполнения теплоотдающей поверхности корпуса электронного прибора (позиция 1 на рис.1), т.е. ее плоскостностью и шероховатостью;
• Конструкцией и качеством исполнения теплопринимающей и теплоотдающей поверхностей радиатора (позиция 2 на рис.1);
• Свойствами теплопроводящей электроизолирующей прокладки (подложки), обеспечивающей тепловой контакт между корпусом и радиатором (позиция 3 на рис. 1).
• Подробное описание методики моделирования свойств теплопроводящих прокладок, разработанной специалистами компании Евролиния, представлено на сайте журнала «Электроника Наука|Бизнес|Технологии», по ссылке https://www.electronics.ru/journal/article/10283
• Условиями обеспечения теплового контакта, т.е. усилием сжатия Р поверхностей прибора и радиатора, их плоскостностью и параллельностью при сборке, наличием остаточных воздушных полостей между прокладкой и прижимными поверхностями;
• Условиями теплоотдачи от радиатора в окружающую среду.

Рисунок 1 – Зависимость температуры нагреваемого электронного элемента и сопряженной поверхности радиатора от времени при различных условиях

На практике, конструкции корпуса и радиатора в электронных изделиях достаточно оптимизированы по теплоотводу. Таким образом, единственным конструктивным элементом электронной сборки, ограничивающим теплопередачу и теплопередающие свойства которого, поддаются коррекции, является изолирующая прокладка. Именно она, а точнее, термическое сопротивление, возникающее между прибором и радиатором, которые разделены прокладкой, и определяет конструктивные размеры, мощность и производительность всего прибора в целом.

Чем выше термическое сопротивление изолирующей прокладки, тем больший перепад температур ΔT создается между корпусом и радиатором, что, соответственно, повышает опасность перегрева прибора и снижает время его наработки на отказ. Очевидно, что на современном уровне развития электроники изолирующая прокладка выполняет отнюдь не второстепенную роль. Максимальное снижение термического сопротивления между корпусом и радиатором позволяет минимизировать теплопередающие поверхности и размеры прибора при заданных мощностях отводимых тепловых потоков ΔQ.

Важнейшее значение при выборе теплопроводящей прокладки имеет также обеспечение надежной электрической изоляции между прибором и радиатором, технологичность и минимальная трудоемкость сборки, возможность применения изделия в автоматизированных технологиях массового производства, оптимальное соотношение цена-качество.

При разработке КПТД-материалов специалистами компании Евролиния найдены решения, позволяющие поддерживать высокий уровень теплопроводящих и электроизоляционных характеристик материалов, т.е. обеспечивать сочетание максимально возможной теплопроводности, электрической прочности и комформности материала к контактной поверхности.

Под конформностью материала к контактной поверхности в данном случае подразумевается возможность его плотного прилегания к прижимающим поверхностям с вытеснением остаточного воздуха и повторением формы микрорельефа поверхностной шероховатости с целью минимизации контактного термического сопротивления.

Вышеперечисленные свойства достигнуты путем максимального наполнения эластомеров теплопроводящими диэлектрическими микропорошками оптимального дисперсного состава в сочетании с высокой степенью остаточной эластичности полученного после полимеризации материала, его выраженной термической релаксацией, а также формированием гладкой и ровной (глянцевой) поверхности для листовых материалов КПТД-2 и КПТД-2М.

Таким образом, уже при незначительных напряжениях сжатия P₁<P₂<P₃ КПТД-материалы способны существенно снизить термическое сопротивление ΔT₁>ΔT₂>ΔT₃ и обеспечить эффективный эластичный термоинтерфейс.