Металлический корпус или шасси изделия — рама, стенка или крышка, которая сама не является источником тепла, а отводит его от платы, радиатора или силового компонента через один или несколько стыков с корпусом. На одном корпусе часто встречаются разные типы таких стыков: конструктивный зазор между горячей зоной платы и внутренней стенкой, монтажный зазор под основанием радиатора и прямой прижим корпуса компонента к металлу. Тип термоинтерфейса выбирают по конструкции стыка на внутренней поверхности корпуса, а не по названию узла на чертеже; паста под винтом и сжимаемый теплопроводящий слой при закрытии крышки не взаимозаменяемы. Даже при исправных стыках с корпусом тепло должно распределиться по металлу и уйти наружу через площадь стенки, конвекцию и вентиляционные проёмы — иначе внутренний объём перегревается при холодном на ощупь корпусе.
Типовые стыки и зоны внутри корпуса устройства, где выбирают тип термоинтерфейса.
Тепло уходит в корпус только там, где к его металлу есть предусмотренный конструкцией стык. Если горячая зона платы, основание радиатора или корпус силового элемента отделены от стенки воздухом, металл остаётся холодным, а температура внутри объёма растёт — это разрыв конкретного пути тепла к стенке, а не «слабый металл корпуса».
Три типа стыков с корпусом нельзя заполнять одним типом термоинтерфейса. Конструктивный зазор плата — стенка и зазор под основанием радиатора работают при слабом усилии, когда закрывают крышку или крепят в отдельных точках — здесь нужен сжимаемый заполнитель. Прямой прижим силового корпуса к стенке рассчитан на высокое давление и тонкий контактный слой; мягкий заполнитель зазора в несколько миллиметров здесь слишком сильно сжимается и теряет заданную толщину.
Качество внутренней монтажной поверхности корпуса влияет на все пути тепла к стенке. Штамповочная волна, загрязнение, масляная плёнка или прижим только по краям длинной стенки уменьшают фактическую площадь контакта. В серии разброс дают допуски штамповки, высота стоек, толщина и сжатие слоя, порядок закрытия крышки и повторная сборка после обслуживания — без измерения зазоров подбор по номиналу не даёт воспроизводимого результата.
Если изделие рассчитано на несколько путей тепла к стенке одновременно, слабое звено на одном стыке ограничивает всю схему. Диагностика сравнивает температуру внутри объёма и на стенке при установленной крышке, а не на открытом стенде без корпуса. Перед выбором материала определяют тип стыка, измеряют зазор плата — стенка и основание — шасси отдельно, проверяют ориентацию горячей зоны к стенке и состояние зоны прямого прижима.
Термоинтерфейс на корпусе заполняет стык между нагретым узлом и металлом стенки: вытесняет воздух или обеспечивает контролируемую толщину под прижимом. Материал не превращает корпус в самостоятельную систему охлаждения, а заполняет конкретный стык, если геометрия, давление и площадь контакта соответствуют конструкции стыка.
На пути плата — стенка слой должен сжаться при закрытии корпуса, заполнить измеренный зазор и не создать опасной нагрузки на пайку и компоненты. Горячая зона должна быть ориентирована к стороне стенки; иначе даже правильный сжимаемый слой соединяет стенку не с той зоной платы. На пути радиатор — шасси зазор измеряют отдельно от зазора плата — стенка: допуски рамы и ступенька покрытия не совпадают с высотой стоек.
На прямом прижиме компонента к металлической стенке материал заполняет микронеровности под заданным моментом крепежа и остаётся тонким. Чистота и плоскостность внутренней зоны контакта на стенке так же важны, как выбор пасты или листа. Передача тепла от изолированного силового элемента заземлённому корпусу требует диэлектрического слоя в сборке крепления; его толщину и давление учитывают вместе с тем, может ли корпус отдать тепло наружу.
После заполнения стыка проверяют температуру стенки и внутреннего объёма при установленной крышке. На одной стенке могут быть и конструктивный зазор платы, и прижимной стык компонента — их нельзя заполнять одним материалом на всю внутреннюю поверхность; тип термоинтерфейса и толщину выбирают отдельно для каждого выявленного пути.
Тепло с платы, радиатора или компонента уходит в корпус и далее в окружающую среду. Материал подбирают под конкретный стык и условия изоляции.
Сценарии для корпуса и шасси различают по типу стыка на металлической поверхности: конструктивный зазор платы, монтажный зазор под радиатором, прямой прижим компонента к стенке, изоляция и диагностика «холодной стенки».
Плата установлена на стойках; между горячей медной зоной и внутренней стенкой корпуса остаётся воздушный конструктивный зазор. Без сжимаемого слоя тепло почти не уходит в стенку, хотя стенка геометрически расположена рядом с источником тепла.
Решение: Измерить зазор плата — стенка, подобрать сжимаемый теплопроводящий слой под диапазон сжатия при закрытии крышки и проверить, что горячая зона ориентирована к стенке.
Радиатор с силовыми компонентами крепится к корпусу или монтажной пластине в нескольких точках, но под основанием остаётся зазор от допусков, волны штамповки или ступеньки покрытия. Воздух прерывает путь тепла в металл корпуса.
Решение: Измерить зазор основание — шасси отдельно от зазора плата — стенка; установить сжимаемый слой на контактную поверхность корпуса, не путая его с материалом верхнего стыка радиатор — компонент.
Корпус транзистора или модуля закреплён винтом на внутренней стенке или бобышке; металл корпуса изделия служит основным теплоотводом для этого элемента. Микронеровности, перекос крепежа и загрязнение зоны контакта повышают тепловое сопротивление стыка.
Решение: Очистить зону контакта на стенке, нанести контролируемый тонкий слой термопасты под проектным моментом крепежа и проверить, достаточно ли у металла корпуса площади и пути отвода наружу.
Компонент или модуль нельзя электрически соединить со стенкой, но тепло нужно отвести в заземлённый металл корпуса. В сборку крепления добавляют диэлектрический теплопроводящий слой с учётом давления и вклада в тепловое сопротивление.
Решение: Подобрать листовой изолирующий материал по диэлектрическому требованию, толщине, давлению и допустимому вкладу в тепловой путь с учётом отвода через корпус наружу.
Сжимаемый слой под длинным основанием радиатора или мостом от края платы лежит на штампованной стенке, а крепёж стоит только по периметру. В центре пролёта сжатие и контактная площадь ниже, под слоем может оставаться воздух.
Решение: Улучшить схему крепления, жёсткость сжимаемого слоя или плоскостность стенки; проверить контакт по длине, а не только номинальную теплопроводность материала.
Горячая зона платы рассчитана на отвод к внутренней металлической стенке, но стойки и допуски оставляют воздушный зазор в несколько миллиметров. При закрытой крышке стенка остаётся заметно холоднее внутреннего объёма, потому что путь тепла от платы к корпусу разорван.
Решение: Измерить зазор плата — стенка в собранном корпусе, подобрать сжимаемый слой под диапазон сжатия при закрытии крышки и проверить, что тепло от этой зоны действительно уходит в стенку без перегрузки платы.
Заполните техническую форму — наши инженеры подберут термоинтерфейс с учётом особенностей вашего изделия и условий его эксплуатации.
Подбор начинают с конструкции стыка со штампованным корпусом: зазор плата–стенка, стык радиатора с дном, прижим компонента к стенке, внутренний мост или заливка полости.
Используется, когда силовой компонент прижат к корпусу или монтажной пластине и нужен тонкий контактный слой на стыке.
Условие: Силовой компонент прижат к штампованной стенке корпуса; зазор минимальный, контакт обеспечивается крепежом с контролируемым моментом.
Используется, когда компонент должен отводить тепло корпусу, но электрический контакт с корпусом недопустим.
Условие: Вывод или корпус компонента должны быть изолированы от корпуса; прижим идёт через прокладку заданной толщины.
Используется между платой, радиатором и стенкой корпуса, когда есть расстояние, допуски или неровности штамповки.
Условие: Между горячей зоной платы и штампованной стенкой или между радиатором и штампованным дном есть зазор, который нельзя закрыть жёстким прижимом без деформации корпуса.
Используется, когда узел внутри корпуса заливается для фиксации и отвода тепла к стенкам при ограниченной вентиляции.
Условие: Полость внутри штампованного корпуса заливается для теплового моста через внутренние рёбра к наружной стенке при ограниченной вентиляции.
Термоинтерфейс (теплопроводящий материал) — это материал, который размещается между нагревающимся компонентом и системой охлаждения (например, радиатором) для улучшения теплопередачи.
Технические детали
Основная задача термоинтерфейса — заполнить микронеровности и воздушные зазоры между поверхностями, которые неизбежно возникают из-за шероховатости материалов. Поскольку воздух обладает очень низкой теплопроводностью, такие зазоры существенно ухудшают теплоотвод.
Термоинтерфейс вытесняет воздух из зоны контакта и формирует более эффективный теплопроводящий путь между источником тепла и радиатором, тем самым снижая тепловое сопротивление и улучшая охлаждение устройства.
Существует множество разновидностей теплопроводящих материалов, включая:
По составу такие материалы обычно представляют собой полимерную матрицу, заполненную теплопроводящими наполнителями, например:
Наиболее распространённой основой для многих термоинтерфейсов является силикон, однако также применяются и несиликоновые системы, используемые в специализированных электронных устройствах.
Теплопроводность характеризует способность материала передавать тепловую энергию, тогда как тепловое сопротивление показывает, насколько слой материала препятствует прохождению теплового потока. Эти параметры являются основными при выборе термоинтерфейсов и определяют эффективность отвода тепла от электронных компонентов.
Технические детали
Теплопроводящие материалы (термоинтерфейсы) используются для передачи тепла от нагревающихся компонентов — микросхем, силовых модулей, транзисторов — к радиатору или теплоотводящей конструкции. Их задача — уменьшить тепловое сопротивление между источником тепла и системой охлаждения.
Эффективность такого материала определяется двумя основными характеристиками:
Теплопроводность (λ) — это физическое свойство материала, характеризующее его способность проводить тепло.
Передача тепла происходит за счёт:
и возникает при наличии разности температур.
Единица измерения теплопроводности:
Вт/(м·К)
Чем выше теплопроводность материала, тем эффективнее он передаёт тепловую энергию.
Примеры:
| Материал | Теплопроводность |
|---|---|
| Медь | ~400 Вт/(м·К) |
| Алюминий | ~200 – 230 Вт/(м·К) |
| Термопрокладки | ~1 – 10 Вт/(м·К) |
| Воздух | ~0,024 Вт/(м·К) |
Воздух является очень плохим проводником тепла, поэтому даже микроскопические воздушные зазоры между поверхностями резко ухудшают теплоотвод.
Именно поэтому в электронике применяются термоинтерфейсы, которые заполняют неровности поверхности и вытесняют воздух из контактной зоны.
Важно понимать, что теплопроводность — это свойство самого материала, и она не зависит от формы, размера или толщины изделия.
Хотя теплопроводность важна, на практике эффективность теплоотвода определяется тепловым сопротивлением слоя материала.
Тепловое сопротивление показывает, насколько сильно слой материала препятствует прохождению теплового потока.
Для однородного слоя материала оно определяется выражением:
где:
Единица измерения:
м²·К/Вт
Из формулы видно, что тепловое сопротивление зависит от:
Поэтому даже материал с высокой теплопроводностью может плохо отводить тепло, если его слой слишком толстый.
Помимо сопротивления самого материала, существенную роль играет контактное тепловое сопротивление.
Оно возникает на границах:
Реальные поверхности никогда не являются идеально гладкими. Между ними присутствуют:
Поскольку воздух имеет крайне низкую теплопроводность, такие зазоры значительно ухудшают теплообмен.
Использование мягких и эластичных термоинтерфейсов позволяет:
Тепловой импеданс — это суммарное сопротивление теплопередаче всей системы.
Он включает:
Именно суммарный тепловой импеданс определяет реальную эффективность теплоотвода.
При выборе теплопроводящего материала важно учитывать не только его теплопроводность, но и ряд основных факторов, влияющих на эффективность теплоотвода:
Даже небольшое снижение суммарного теплового сопротивления может существенно улучшить температурный режим устройства и повысить его надёжность. Известно, что повышение температуры p-n перехода микросхемы всего на 10 °C может примерно вдвое увеличить вероятность отказа устройства.
Поэтому правильный выбор термоинтерфейса является важным фактором обеспечения долговечности и стабильной работы электронных систем.
Если вам необходима помощь в подборе теплопроводящего материала, пожалуйста, свяжитесь с нашим специалистом.
Распределение тепла и его отвод являются двумя взаимосвязанными этапами управления температурой в электронных устройствах.
Распределение тепла обеспечивает равномерное распространение тепловой энергии от локального источника по большей площади конструкции. Это позволяет снизить локальные перегревы и эффективно передать тепло к элементам системы охлаждения.
Отвод тепла отвечает за удаление накопленной тепловой энергии из системы в окружающую среду — обычно через радиаторы, теплообменники или воздушный поток.
Эффективное управление температурой требует правильного сочетания обоих процессов.
Технические детали
В электронных устройствах тепло обычно выделяется в небольших локальных областях, например в кристалле микросхемы или силовом транзисторе.
Если тепло не распределяется по большей площади, возникают локальные перегревы, которые могут привести к:
Поэтому важной задачей является распространение тепла от источника к более крупным теплоотводящим поверхностям, таким как:
После распределения тепла по поверхности конструкции необходимо обеспечить его эффективное удаление в окружающую среду.
Это может происходить за счёт:
Если скорость генерации тепла превышает способность системы охлаждения рассеивать его, температура устройства начинает повышаться.
На практике эффективное охлаждение достигается за счёт комплексного подхода, который включает:
Во многих случаях правильная компоновка устройства и эффективное распределение тепла позволяют значительно снизить требования к системе охлаждения.
Наиболее эффективное управление температурой достигается при совместной оптимизации распределения и отвода тепла. Правильная конструкция теплового пути позволяет уменьшить локальные перегревы и обеспечить стабильную работу электронных устройств.
Температура оказывает заметное влияние на теплопроводность материалов, однако характер этого влияния зависит от их физической природы.
У разных типов материалов теплопроводность может увеличиваться, уменьшаться или изменяться нелинейно при изменении температуры. Поэтому при выборе теплопроводящего материала важно учитывать реальный рабочий диапазон температур устройства, поскольку его тепловые характеристики могут существенно отличаться от значений, указанных при стандартных условиях измерения.
Технические детали
Теплопроводность материалов определяется механизмами переноса тепловой энергии. Основными переносчиками тепла являются:
Изменение температуры влияет на эти процессы по-разному для различных типов материалов.
В металлах тепло в основном переносится свободными электронами.
При повышении температуры усиливается рассеяние электронов на колебаниях кристаллической решётки, что уменьшает их среднюю длину свободного пробега. В результате теплопроводность большинства металлов уменьшается с ростом температуры.
В диэлектриках и керамиках тепло переносится главным образом фононами — колебаниями кристаллической решётки.
Зависимость теплопроводности от температуры в таких материалах может быть сложной и зависит от структуры материала, наличия дефектов и механизма рассеяния фононов. В ряде случаев теплопроводность может сначала увеличиваться с ростом температуры, а затем уменьшаться.
В газах теплопроводность определяется движением молекул.
С повышением температуры скорость движения молекул увеличивается, что приводит к более интенсивному переносу энергии между ними. Поэтому теплопроводность газов обычно возрастает при повышении температуры.
При фазовых переходах теплопроводность может существенно изменяться.
Например, при переходе вещества из твёрдого состояния в жидкое его теплопроводность обычно снижается, поскольку структура материала становится менее упорядоченной.
Некоторые материалы обладают анизотропной теплопроводностью, то есть их способность проводить тепло зависит от направления в кристаллической структуре.
В таких материалах теплопроводность может значительно различаться вдоль разных осей кристалла и изменяться с температурой. Примером являются сапфир, графит и некоторые керамические материалы.
Поскольку теплопроводность материалов может существенно зависеть от температуры, при выборе термоинтерфейса важно учитывать рабочий температурный диапазон устройства и реальные условия эксплуатации.
Это позволяет более точно оценить эффективность теплоотвода и обеспечить стабильную работу электронных систем.
При выборе теплопроводящего материала важно учитывать несколько параметров, определяющих эффективность отвода тепла и удобство применения.
К ключевым характеристикам относятся:
Дополнительно следует учитывать технологичность применения, механические свойства материала и экономическую эффективность решения.
Технические детали
Теплопроводность характеризует способность материала передавать тепловую энергию при наличии температурного градиента.
Она измеряется в:
Вт/(м·К)
Чем выше теплопроводность материала, тем эффективнее он может проводить тепло между нагревающимся компонентом и системой охлаждения.
Однако высокая теплопроводность сама по себе не гарантирует эффективного теплоотвода — важную роль также играют толщина материала и качество контакта между поверхностями.
Реальные поверхности никогда не являются идеально гладкими. Между ними присутствуют микронеровности и полости, заполненные воздухом, который обладает крайне низкой теплопроводностью.
Поэтому важным свойством термоинтерфейса является его способность заполнять микронеровности поверхности и вытеснять воздух из зоны контакта.
Это свойство зависит от:
Чем лучше материал заполняет микро полости, тем ниже будет контактное тепловое сопротивление при условии соблюдения других условий эффективного теплоотвода.
Толщина термоинтерфейса напрямую влияет на тепловое сопротивление. Для однородного слоя материала тепловое сопротивление определяется соотношением:
где
Поэтому при прочих равных условиях чем меньше толщина слоя термоинтерфейса, тем эффективнее происходит передача тепла.
Тепловое сопротивление зависит и от площади, через которую проходит тепло.
Для слоя материала используется более полная форма:
где
Чем больше площадь контакта, тем ниже тепловое сопротивление.
Технологичность применения
Различные типы термоинтерфейсов отличаются удобством нанесения и монтажа.
Например:
Выбор зависит от требований к производственному процессу и конструкции устройства.
Стоимость термоинтерфейса обычно возрастает с увеличением его теплопроводности. Это связано с усложнением технологий производства и использовании более дорогого сырья.
При выборе термоинтерфейса следует учитывать баланс между тепловыми характеристиками материала и его стоимостью. Применение материалов с максимально высокой теплопроводностью не всегда экономически оправдано, поскольку требуемую эффективность теплоотвода часто можно обеспечить за счёт оптимизации толщины интерфейса, улучшения контактных условий и правильного выбора типа материала.
Для эффективной работы термоинтерфейса необходимо обеспечить достаточное давление между контактирующими поверхностями.
Менее твёрдые и эластичные материалы позволяют:
Это особенно важно в конструкциях с ограниченным механическим давлением.
Оптимальный выбор термоинтерфейса требует учета сразу нескольких факторов: теплопроводности материала, толщины слоя, способности заполнять микронеровности, условий монтажа и стоимости решения.
Только комплексный анализ этих параметров позволяет обеспечить эффективный теплоотвод и надёжную работу электронного устройства.
На эффективность теплопередачи влияет не только тип материала и его паспортная теплопроводность. На реальную работу теплопроводящих материалов также воздействуют конструктивные и эксплуатационные параметры, такие как толщина слоя, плотность материала, давление при монтаже и условия окружающей среды.
Поэтому при проектировании системы охлаждения важно учитывать не только значение теплопроводности из технической документации, но и условия фактического применения материала.
Технические детали
Толщина материала напрямую влияет на тепловое сопротивление теплового интерфейса.
Даже материал с высокой теплопроводностью может работать неэффективно при слишком большой толщине слоя. Поэтому при проектировании стремятся использовать минимально необходимую толщину, обеспечивающую заполнение неровностей поверхности.
Плотность и внутренняя структура материала оказывают значительное влияние на его теплопроводность.
Материалы с более плотной структурой обычно обладают более высокой теплопроводностью, поскольку атомы и молекулы расположены ближе друг к другу, что облегчает передачу тепловой энергии.
При использовании термоинтерфейсов важную роль играет давление прижатия между поверхностями.
При увеличении давления:
Это особенно важно при использовании теплопроводящих прокладок и паст.
В пористых материалах влажность может заметно влиять на теплопроводность.
Вода проводит тепло значительно лучше воздуха, поэтому увеличение влажности может временно повысить теплопроводность материала. Однако в большинстве электронных устройств стараются минимизировать влияние влаги из-за рисков коррозии и деградации материалов.
Теплопроводность сильно зависит от фазового состояния вещества.
Например, при переходе из твёрдого состояния в жидкое теплопроводность обычно уменьшается из-за более хаотичной структуры вещества.
Со временем теплопроводящие материалы могут изменять свои свойства под воздействием:
Это может приводить к изменению структуры материала, образованию пустот или ухудшению контакта между поверхностями, что увеличивает тепловое сопротивление.
Эффективность теплоотвода определяется не только теплопроводностью материала, но и условиями его применения — толщиной слоя, качеством контакта между поверхностями, давлением при монтаже и стабильностью свойств материала в процессе эксплуатации.
Поэтому при проектировании систем охлаждения важно учитывать весь комплекс факторов, влияющих на теплопередачу.
Для эффективного и экономичного управления температурой в электронных устройствах необходимо обеспечить минимальное тепловое сопротивление между источником тепла и системой охлаждения.
На практике это достигается за счёт трёх основных действий:
Также важно проводить испытания готовой конструкции, поскольку фактическая эффективность теплоотвода зависит от совокупности конструктивных и технологических факторов.
Технические детали
Эффективность теплоотвода в электронных устройствах определяется несколькими ключевыми параметрами.
Материал термоинтерфейса должен обладать достаточной теплопроводностью для эффективной передачи тепла от источника к радиатору. Однако высокая теплопроводность сама по себе не гарантирует эффективного теплоотвода — большое значение имеют условия контакта между поверхностями.
Одним из наиболее важных факторов является устранение воздушных зазоров в зоне контакта. Даже небольшие полости, заполненные воздухом, значительно увеличивают тепловое сопротивление, поскольку воздух обладает крайне низкой теплопроводностью.
Термоинтерфейс должен обеспечивать:
Толщина термоинтерфейса напрямую влияет на тепловое сопротивление теплового пути.
При прочих равных условиях чем тоньше слой материала, тем ниже тепловое сопротивление и эффективнее передача тепла.
Однако слой должен оставаться достаточно толстым и эластичным, чтобы компенсировать неровности поверхностей и полностью вытеснить воздух из контактной зоны.
Для эффективного теплообмена важно, чтобы в термоинтерфейсе отсутствовали:
Такие дефекты могут значительно увеличить тепловое сопротивление интерфейса.
Реальная эффективность теплоотвода определяется совокупностью факторов:
Поэтому испытания и тепловые измерения готовой сборки являются наиболее надёжным способом оценки эффективности системы охлаждения.
Наиболее эффективным решением является термоинтерфейс, обеспечивающий минимальное суммарное тепловое сопротивление теплового пути. Это достигается за счёт правильного выбора материала, оптимальной толщины слоя и обеспечения качественного контакта между поверхностями.
Правильно подобранный термоинтерфейс позволяет повысить надёжность и долговечность электронных устройств за счёт поддержания стабильного температурного режима.
Нет. Начальные значения теплового сопротивления термоинтерфейса не всегда отражают его поведение в процессе эксплуатации.
Под воздействием термоциклирования, механических нагрузок и вибраций структура интерфейса может изменяться. Со временем это может приводить к образованию пустот или частичной потере контакта между поверхностями, что увеличивает тепловое сопротивление и ухудшает теплоотвод.
Для обеспечения долгосрочной надёжности важно использовать материалы, которые сохраняют механическую стабильность и эластичность при многократных изменениях температуры.
Технические детали
В процессе эксплуатации электронные устройства постоянно испытывают изменения температуры. Различные материалы конструкции — корпус микросхемы, термоинтерфейс и радиатор — имеют разные коэффициенты теплового расширения.
При нагреве и охлаждении это приводит к возникновению механических напряжений в зоне контакта, которые могут:
Под воздействием механических нагрузок или длительной эксплуатации в термоинтерфейсе могут возникать:
Появление таких дефектов значительно увеличивает тепловое сопротивление интерфейса и может привести к повышению температуры электронных компонентов.
В некоторых типах термоинтерфейсов, особенно пастах и гелях, при многократных циклах нагрева и охлаждения может происходить постепенное выдавливание материала из зоны контакта.
Это явление известно как pump-out эффект.
В результате:
Материалы, которые сохраняют эластичность и стабильность свойств во всём рабочем температурном диапазоне, обычно демонстрируют более высокую долговременную надёжность.
Такие материалы лучше компенсируют:
При выборе термоинтерфейса важно учитывать не только его начальные тепловые характеристики, но и долговременную стабильность свойств.
Материалы, способные сохранять эластичность и контакт между поверхностями при многократных температурных циклах, обеспечивают более надёжную работу системы охлаждения и увеличивают срок службы электронных устройств.
КПТД-1 применяется для заливки электронных плат, блоков управления, источников питания, LED-модулей, силовой электроники, датчиков, преобразователей, автомобильной электроники и другого электротехнического оборудования, где одновременно требуются надежная защита и эффективный теплоотвод.
Выбор компаунда и технологический процесс
Полная или частичная заливка электронной платы в корпусе является основным направлением применения компаундов КПТД-1. Максимальная толщина слоя компаунда при заливке, как правило, не превышает 4 – 6 мм. При правильном подборе заливочной вязкости и технологии нанесения компаунда возможна проливка зазоров между платой и корпусом шириной от 0,1 – 0,3 мм.
Основные операции технологического процесса заливки изделий в корпусе:
При выборе компаунда для корпусной заливки важно учитывать два параметра: заливочную вязкость и теплопроводность. Эти характеристики определяют, насколько хорошо материал заполняет зазоры и отводит тепло.
Рассмотрим два компаунда: КПТД-1/1Л-2,5 (К1/90) и КПТД-1/1Т-12,5 (К4).
К1/90 имеет заливочную вязкость в 5 раз ниже, чем К4. Поэтому он способен заполнять более узкие конструктивные зазоры — от 0,35 мм, тогда как для К4 требуется зазор не менее 1 мм.
При этом теплопроводность К4 в 1,6 раза выше, чем у К1/90. Однако при корпусной заливке важна не только теплопроводность материала, но и фактическая толщина слоя.
При толщине слоя 0,35 мм для К1/90 удельное термическое сопротивление составляет 7,17 (К·см²)/Вт. Для К4 при толщине слоя 1,0 мм оно составляет 12,72 (К·см²)/Вт.
Таким образом, при небольших зазорах К1/90 может обеспечить более эффективный теплоотвод за счёт возможности формирования более тонкого слоя.
Для корпусной заливки с минимальными зазорами целесообразно рассматривать компаунд КПТД-1/1Л-2,5 (К1/90). В приведённом примере его применение обеспечивает в 1,8 раза более высокий теплоотвод, чем К4. Кроме того, за счёт меньшей минимальной толщины слоя и плотности массовый расход К1/90 оказывается в 3,7 раза ниже.
Для процессов заливки и капсулирования с заданной толщиной слоя, где толщина не зависит от заливочной вязкости, ключевым параметром становится теплопроводность компаунда: чем выше теплопроводность, тем ниже термическое сопротивление слоя.
С учётом этих факторов:
Если вам необходима помощь в подборе теплопроводящего материала, пожалуйста, свяжитесь с нашим специалистом.
Капсулирование — это сплошное или частичное нанесение слоя компаунда только на поверхность электронной платы толщиной, как правило, 0,5 – 1,0 мм. Такой способ снижает расход материала, позволяет контролировать покрытие после отверждения и обеспечивает степень защиты оболочки IP68.
Технические детали
Капсулирование – это сплошное или частичное нанесение слоя компаунда только на поверхность самой электронной платы. При капсулировании толщина слоя компаунда, как правило, не превышает 0,5 – 1,0 мм.
В условиях массового производства при существенных габаритах заливаемых изделий преимущества капсулирования очевидны: наименьший по сравнению с полной заливкой в корпусе расход компаунда, полный контроль качества покрытия после отверждения, возможность извлечения капсулированного изделия из корпуса для проверки работоспособности и замены. Опыт полного капсулирования электронных плат показывает, что покрытие КПТД-1 обеспечивает степень защиты оболочки IP68 (длительное время работы под водой на глубине более 1 м).
Основные операции технологического процесса капсулирования изделий:
В настоящее время процессы заливки в корпус и капсулирования достаточно автоматизированы с применением специальных двухкомпонентных дозаторов для дозирования по объему (массе) смешивания и подачи компаунда, а также координатных роботов для позиционирования подающей головки дозатора. Преимущество автоматизированных систем нанесения заключается в возможности полной интеграции в конвейерную линию при массовом производстве, а также в возможности работы в полуавтоматическом режиме при наличии оператора и устройства дозирования в виде ручного пистолета.
Среди производителей двухкомпонентных дозаторов следует выделить оборудование фирмы SECMER серии DOSAMIX, серии PU и RIM, системы дозирования PD44 и PR70 фирмы Graco, системы дозирования Liquid Control LC120FR, Liquid Control MINI, IJ30C, IJ40C компании Fisnar Liquid Control.
Возможности перечисленных дозирующих систем позволяют использовать компоненты А и Б с различной вязкостью, включая силиконы с различными наполнителями при соотношении смешивания от 1:1 до 100:1.
Опыт применения компаундов КПТД-1 на автоматизированных технологических участках заливки показал их полное соответствие требованиям данного дозирующего оборудования по точности смешивания и дозирования.
Если вам необходима помощь в подборе теплопроводящего материала, пожалуйста, свяжитесь с нашим специалистом.
Теплопроводящие свойства компаундов КПТД-1 оцениваются по модели термического сопротивления слоя: учитываются контактные сопротивления на границах и вклад толщины и теплопроводности компаунда. Расчёт позволяет сравнить марки и оценить перепад температур в конкретном узле.
Технические детали
Для оценки теплопроводящих свойств компаундов КПТД-1 применяется математическая модель расчета термического сопротивления. В данном случае суммарное удельное термическое сопротивление теплопередаче R включает термическое сопротивление на границе «теплоотдающая контактная поверхность – поверхность слоя компаунда» R1S , термическое сопротивление, зависящее от толщины δ и теплопроводности λ слоя компаунда δ/λ , а также термическое сопротивление на границе «поверхность слоя компаунда – теплопринимающая контактная поверхность» R2S.
При заливке и полимеризации между контактными поверхностями поверхность компаунда даже на микроуровне в основном полностью повторяет контур контактной поверхности, что значительно снижает суммарное удельное контактное термическое сопротивление RS.
Для расчета термического сопротивления слоя компаунда RF следует принимать следующие значения эмпирических коэффициентов:
При этом значение теплопроводности λ для конкретной марки компаунда берется из таблицы «Технические характеристики», или из удостоверения о качестве, которое прилагается к поставляемой продукции.
Пример 1. Плата контроллера двигателя с целью комплексного отвода тепла и герметизации от внешней среды вклеивается компаундом КПТД-1/1Т-12,5 в алюминиевый корпус, имеющий внешний воздушный радиатор. Средняя толщина слоя компаунда между платой и корпусом после полимеризации δ составляет 0,35 мм, площадь теплоотдающей поверхности F микропроцессора на плате составляет 10,5 см². Требуется определить термическое сопротивление слоя компаунда RF для оценки достаточности теплоотвода от микропроцессора на корпус контроллера, а также рассчитать перепад температур ΔT между поверхностью микропроцессора и корпусом при значении отводимой тепловой мощности Q = 15 Вт.
Принимаем значение RS = 0,22 (К⋅см²)/Вт для компаундов тяжелого наполнения;
Из удостоверения о качестве принимаем значение теплопроводности компаунда λ = 0,84 Вт/(м⋅K);
Рассчитываем R = RS + δ / λ R = 4,39 (К⋅м2)/Вт;
Определяем значение RF по формуле 4: RF = 0,418 К/Вт ;
Рассчитываем перепад температур, используя формулу 1: ΔT = RF ⋅ Q ΔT = 6,3 °С
Альтернативный расчет
Для примера 1 при применении компаунда КПТД-1/3Т-15,5 (К7) имеем:
Вывод: Использование компаунда с более высокой теплопроводностью (К7) позволяет снизить термическое сопротивление и перепад температур почти на 2 °C (с 6,3°C до 4,3°C) при тех же условиях. Выбор между марками зависит от требуемого баланса между теплопроводностью, технологичностью нанесения и стоимостью решения.
Если вам необходима помощь в подборе теплопроводящего материала, пожалуйста, свяжитесь с нашим специалистом.
Компоненты А и Б смешивают непосредственно перед применением, поверхности очищают и обезжиривают, компаунд наносят шпателем, шприцем или дозирующей головкой. Полимеризация проходит преимущественно при комнатной температуре, полная вулканизация — в диапазоне от плюс 15 °C до плюс 70 °C.
Технические детали
Если вам необходима помощь в подборе теплопроводящего материала, пожалуйста, свяжитесь с нашим специалистом.
Теплопроводящие свойства листовых материалов КПТД-2 оцениваются по модели термического сопротивления прокладки: учитываются контактные сопротивления на границах и вклад толщины и теплопроводности материала. Расчёт позволяет сравнить марки и оценить перепад температур в конкретном узле.
Технические детали
Для оценки теплопроводящих свойств применяется математическая модель расчета термического сопротивления, представленная в разделе «Термическое сопротивление КПТД-материалов». В данном случае суммарное удельное термическое сопротивление теплопередаче R включает термическое сопротивление на границе «теплоотдающая контактная поверхность – поверхность прокладки» R1S, термическое сопротивление, зависящее от толщины δ и теплопроводности λ материала прокладки δ/λ, а также термическое сопротивление на границе «поверхность прокладки – теплопринимающая контактная поверхность» R2S.
Следует отметить, что за счет конформной поверхности и эластичности термическое сопротивление материалов КПТД-2 стабилизируется уже при напряжении сжатия 0,5 – 0,7 МПа. При применении одностороннего липкого слоя (ЛК) или позиционирующей смазки (ЛП) суммарное удельное контактное термическое сопротивление уменьшается (см. величину R0S).
Ниже представлены расчетные значения термических сопротивлений типовых прокладок для различных марок материалов КПТД-2, полученные при следующих значениях эмпирических коэффициентов:
Представленная выше математическая модель расчета термического сопротивления листовых материалов КПТД-2 при напряжениях сжатия в пределах 0,5 – 1,7 МПа дает хорошую сходимость результатов при соблюдении требований к сжимающим контактным поверхностям.
Пример. Силовой элемент (диод) с целью отвода выделяемого тепла устанавливается на алюминиевый радиатор через теплопроводящую электроизолирующую прокладку 2А4229 (ТО-3), выполненную из материала КПТД-2/1 – 0,20. Требуется определить термическое сопротивление прокладки RF для оценки достаточности теплоотвода, а также рассчитать перепад температур ΔT между корпусом диода и радиатором при значении отводимой тепловой мощности Q = 25 Вт.
Альтернативный расчёт для того же примера:
Вывод: Для одной и той же задачи (прокладка 2А4229, Q=25 Вт) использование материалов с более высокой теплопроводностью (КПТД-2/3) и улучшенным контактным слоем (ЛК или модификация «М») позволяет значительно снизить термическое сопротивление и перепад температур — с 9,85°C до 4,79°C, то есть более чем в 2 раза.
Если вам необходима помощь в подборе теплопроводящего материала, пожалуйста, свяжитесь с нашим специалистом.
Листовой материал КПТД-2 и изделия из него используются в состоянии поставки. Перед применением снимают защитную плёнку, определяют усилие сжатия контактных поверхностей и соблюдают требования к их качеству. Эксплуатация вне диапазона от минус 60 °C до плюс 250 °C запрещена.
Технические детали
Если вам необходима помощь в подборе теплопроводящего материала, пожалуйста, свяжитесь с нашим специалистом.
Материал листовой теплопроводящий электроизоляционный
НОМАКОН™ КПТД-2/2-H-LxB-ЛК ТУ РБ 100009933.004-2001
или
Лист BxL КПТД-2/2-Н-ЛК ТУ РБ 100009933.004-2001,
или
Лист BxL КПТД-2/2-ВН-Н-ЛК ТУ РБ 100009933.004-2001
где КПТД-2/2 – марка материала;
-2 – материал второго типа (листовой армированный
полимеризованный материал);
/2 – второй серии по составу керамического наполнителя (всего
включены составы керамического наполнителя серий 1, 2, 3);
ВН – материал «высокого наполнения» теплопроводящими
микропорошками
H - толщина листа, мм;
BxL – ширина х длина листа прямоугольной формы, мм;
ЛК (или ЛП) - наличие липкого клеящего слоя, или липкой
позиционирующей смазки на поверхности материала.
Прокладка 2K4229 КПТД-2/1-H-ЛК ТУ РБ 100009933.004-2001
или
Прокладка 2K4229 КПТД-2/1-ВН-H-ЛК ТУ РБ 100009933.004-2001
где 2K4229 – маркировка прокладки (не нормируется);
КПТД-2M/1, КПТД-2M/1-ВН – марка листового материала;
H - толщина материала (прокладки), мм;
ЛК (или ЛП) - наличие липкого клеящего слоя, или липкой
позиционирующей смазки на поверхности материала.
Прокладка 2К124х95, прокладка 2D16х6,5,
где первая цифра 1 или 2 -
обозначает отсутствие (1) или наличие (2) в прокладке отверстий или сложных вырезов согласно
прилагаемому чертежу;
буква – форма прокладки Р (R) – прокладка ромбической формы,
К -прямоугольной, Т -трапециадальной, Д (D) -круглой (овальной), С -сложной формы;
42х29 – максимальные размеры образующей прокладки
(прямоугольник - длина х ширина), мм;
16 – диаметр круглой прокладки,мм;
6,5 – диаметр центрального отверстия в круглой прокладке.
Материалы КПТД-2 выпускаются в виде листов прямоугольной формы шириной до 380 мм и длиной до 2000 мм, а также в виде прокладок, вырезанных из листов материала КПТД-2 по чертежам, согласованным с потребителями. Допускаемое отклонение длины и ширины листа, а также линейных размеров прокладки не превышает ±0,5 мм.
Стандартные размеры и толщины листов, мм: 100x100, 150х110, 150х220, 160х260, 200х370, 370х400. По запросу могут быть изготовлены листы других размеров.
Нормируемая толщина листов (прокладок) при заказе составляет, мм: 0,15; 0,20; 0,25; 0,30; 0,40; 0,45; 0,50; 0,75; 1,00; 1,50; 2,00.
Теплопроводящие свойства листовых материалов КПТД-2М оцениваются по модели термического сопротивления прокладки: учитываются контактные сопротивления на границах и вклад толщины и теплопроводности материала. Расчёт позволяет сравнить марки и оценить перепад температур в конкретном узле.
Технические детали
Для оценки теплопроводящих свойств применяется математическая модель расчета термического сопротивления, представленная в разделе «Термическое сопротивление КПТД-материалов». В данном случае суммарное удельное термическое сопротивление теплопередаче R включает термическое сопротивление на границе «теплоотдающая контактная поверхность – поверхность прокладки» R1S, термическое сопротивление, зависящее от толщины δ и теплопроводности λ материала прокладки δ/λ, а также термическое сопротивление на границе «поверхность прокладки – теплопринимающая контактная поверхность» R2S.
Следует отметить, что за счет конформной поверхности и высокой эластичности термическое сопротивление материалов КПТД-2M стабилизируется уже при напряжении сжатия 0,4 – 0,7 МПа. При последующем увеличении напряжения сжатия термическое сопротивление зависит лишь от остаточной толщины материала. При нанесении дополнительно липкого слоя или позиционирующей смазки суммарное удельное контактное термическое сопротивление для тонких листов снижается незначительно (см. величину R0S).
Значение термического сопротивления прокладок различных марок материалов КПТД-2М возможно определить, используя следующие значения эмпирических коэффициентов:
Представленная выше математическая модель расчета термического сопротивления листовых материалов КПТД-2М при напряжениях сжатия в пределах до 1,7 МПа дает хорошую сходимость результатов при соблюдении требований к сжимающим контактным поверхностям, которые представлены в блоке «Указания по применению».
Пример. Плата контроллера двигателя с целью комплексного отвода тепла устанавливается в алюминиевый корпус через теплопроводящую электроизолирующую прокладку из материала КПТД-2М/1 – 0,50. Усилие сжатия прокладки при монтаже составило P = 365 H.
Для примера при применении материала КПТД-2/3 – 0,20-ЛК имеем:
λ = 1,44 Вт/(м⋅ K) , R = 3,62 (К⋅ см²)/Вт , RF = 0,344 К / Вт , ΔT = 5,16 °С.
Если вам необходима помощь в подборе теплопроводящего материала, пожалуйста, свяжитесь с нашим специалистом.
Материалы КПТД-2М используются в состоянии поставки. Перед применением размечают и вырезают прокладку, не снимая защитных плёнок. Эксплуатация вне диапазона от минус 60 °C до плюс 250 °C запрещена.
Технические детали
Если вам необходима помощь в подборе теплопроводящего материала, пожалуйста, свяжитесь с нашим специалистом.
Материал листовой теплопроводящий электроизоляционный
НОМАКОН™ КПТД-2М/1-H-LxB ТУ РБ
100009933.004-2001
или
Лист BxL КПТД-2М/1-Н ТУ РБ 100009933.004-2001
или
Лист BxL КПТД-2М/1-ВН-Н ТУ РБ 100009933.004-2001
где КПТД-2М/1 – марка материала;
-2М – материал второго типа «мягкий» (листовой
высокоэластичный гелевый полимеризованный материал);
/1 – первой серии по составу керамического наполнителя (всего
включены составы керамического наполнителя серий 1, 2, 3);
ВН – материал «высокого наполнения» теплопроводящими
микропорошками H – толщина листа, мм;
BxL – ширина х длина листа прямоугольной формы, мм.
Материалы КПТД-2М выпускаются в виде листов прямоугольной формы с максимальным размером до 450х2000 мм. Стандартные размеры и толщины листов, мм: 100х100, 150х110, 150х220, 160х260, 200х370, 370х400. По запросу заказчика могут быть изготовлены листы других размеров.
Нормируемая толщина листов при заказе составляет, мм: 0,25; 0,50; 0,75; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0 и 6,0 мм. Размеры и толщина других нестандартных листов при поставке согласуются с потребителями.
Теплопроводящие свойства термопаст КПТД-3 оцениваются по модели термического сопротивления слоя: учитываются контактные сопротивления на границах и вклад толщины и теплопроводности пасты. Расчёт позволяет сравнить марки и оценить перепад температур в конкретном узле.
Технические детали
Для оценки теплопроводящих свойств применяется математическая модель расчета термического сопротивления, представленная в разделе «Термическое сопротивление КПТД-материалов». В данном случае суммарное удельное термическое сопротивление теплопередаче R включает термическое сопротивление на границе «теплоотдающая контактная поверхность – термопаста» R1S, термическое сопротивление, зависящее от толщины δ и теплопроводности λ слоя термопасты δ/λ, а также термическое сопротивление на границе «термопаста – теплопринимающая контактная поверхность» R2S. Проведенные измерения R (ASTM E 1530) показали, что в области толщин остаточного слоя пасты между качественными контактными поверхностями (см. «Применение») равном 25 – 80 микрон, суммарное удельное контактное термическое сопротивление RS незначительно и составляет 0,045 – 0,055 (К⋅ см²)/Вт.
За счет высоких вязко-пластичных свойств и ультрадисперсного состава керамического наполнителя толщина слоя термопаст КПТД-3 стабилизируется на уровне 25 – 35 мкм уже при незначительных напряжениях сжатия 0,2 – 0,7 МПа.
Для расчета термического сопротивления слоя теплопроводной пасты RF при напряжении сжатия контактных поверхностей в пределах 0,2 – 1,7 МПа следует принимать следующие значения остаточной толщины слоя пасты и суммарного удельного контактного термического сопротивления RS:
При этом значение теплопроводности для каждой марки теплопроводной пасты λ берется из таблицы «Технические характеристики», или из удостоверения о качестве, которое прилагается к поставляемой продукции.
Пример. Площадь теплоотдающей поверхности процессора на материнской плате составляет F = 6,25 см². Требуется определить термическое сопротивление слоя теплопроводной пасты RF для оценки достаточности теплоотвода от процессора к радиатору кулера при применении термопасты КПТД-3/1, а также рассчитать перепад температур ΔT между поверхностью процессора и радиатором при значении отводимой тепловой мощности Q = 65 Вт.
Для примера при применении теплопроводной пасты КПТД-3/3 имеем:
δ = 0,029 мм , RS = 0,045 (К⋅ см²)/Вт , λ = 1,24 Вт/(м⋅ K) , R = 0,279 (К⋅ см²)/ Вт , RF = 0,045 К / Вт , ΔT = 2,90 °С.
Если вам необходима помощь в подборе теплопроводящего материала, пожалуйста, свяжитесь с нашим специалистом.
Перед нанесением контактные поверхности очищают и обезжиривают. Пасту наносят кистью, шпателем или шприцем тонким слоем, заполняя микронеровности. Оптимальная толщина остаточного слоя при качественной подготовке поверхностей составляет 25 – 80 мкм.
Технические детали
Если вам необходима помощь в подборе теплопроводящего материала, пожалуйста, свяжитесь с нашим специалистом.
Паста теплопроводная кремнийорганическая
НОМАКОН™ КПТД-3/1 ТУ РБ 100009933.004-2001, или
Термопаста КПТД-3/1 ТУ РБ 100009933.004-2001
где КПТД-3/1 – марка материала;
-3 – материал третьего вида (теплопроводная
кремнийорганическая паста);
/1 – первого типа по составу керамического наполнителя (всего
включены составы керамического наполнителя 1, 2, 3 и 4);
Теплопроводные пасты КПТД-3 фасуют в полимерные шприцы массой нетто 5 – 100 г и в банки полимерные массой нетто 60 – 1000 г. Возможна поставка в комплекте с дозирующим устройством.
Высоковязкий тиксотропный теплопроводный электроизоляционный материал
НОМАКОН™ КПТД-4/1 ТУ РБ 100009933.004-2001, или
КПТД-4/1 ТУ РБ 100009933.004-2001
где КПТД-4/1 – марка материала;
-4 – материал четвёртого вида (высоковязкая тиксотропная
паста);
/1 – первого типа по составу керамического наполнителя.
Опишите конструкцию корпуса / шасси устройства, мощность и условия эксплуатации.
