Теплопроводные смеси. Пасты и компаунды

Теплопроводные смеси состоят из теплопроводящих многокомпонентных материалов. Наносят их слоем между прибором, отводящим тепловую энергию и охлажденной поверхностью. Самыми распространенными видами теплопроводных смесей (или как их еще называют термоинтерфейсов) являются теплопроводящие пасты и компаунды.

В быту теплопроводные смеси чаще всего используются для компонентов выделяющих тепло. Например, в персональных компьютерах для процессоров, видеокарт и т.д. В электронике термоинтерфейсы необходимы для отвода температуры от элементов силовых цепей и снижения температурного градиента внутри блоков.

В промышленном нагреве в качестве теплопроводной смеси используют высокотемпературную монтажную пасту. Она не только выполняет функцию теплопроводного элемента, но и обеспечивает плотное прилегание контактного электронагревателя с объектом обогрева.

Виды теплопроводных смесей

Термоинтерфейсы незаменимы в изготовлении электронных компонентов, теплоприборах и измерительных устройствах, их обязательно применяют в радиоэлектронных устройствах выделяющих высокие температуры. Теплопроводные смеси зависимо от сферы применения используются в следующих формах:

• Пастообразный состав, проводящий тепло;
• Полимеризующийся состав;
• Состав с элементами серебра;
• Клеящийся состав;
• Тепловые проводники в виде прокладок;
• Припои и жидкие металлы.

Теплопроводная паста

Данный проводник тепловой энергии состоит из многих компонентов и имеет пластичную консистенцию. Теплопроводные пасты уменьшают тепловое сопротивление между соприкасающимися друг с другом поверхностями. Ими заполняют воздушные подушки, которые образуются между поверхностями охлаждённого объекта и нагревательного элемента. Ведь воздушная среда хоть и является проводником тепла, но зачастую ее теплопроводящих характеристик недостаточно для качественного температурного воздействия. В свою очередь пасты отлично справляются с данной задачей. В промышленном нагреве для работы кольцевых, плоских, патронных и других нагревателей контактного типа используют высокотемпературные монтажные пасты. Их наносят на поверхность нагревателя и объекта монтажа, после чего осуществляют установку первого на необходимый узел оборудования.

Требования к теплопроводной пасте

К основным требованиям, которыми должна обладать теплопроводная паста, относятся следующие характеристики:

• Заниженные показатели теплового сопротивления;
• Стабильные характеристики на протяжении всего периода эксплуатации;
• Свойства пасты не должны изменяться в зависимости от длительности хранения;
• Стабильная теплопроводность в рабочих диапазонах температур;
• Удобства в нанесении и смывании с поверхности;
• В случае участия в высокотемпературном нагреве монтажная паста должна обладать высокими электроизоляционными свойствами.

Составы

В производстве термопасты используют наполнители с высокими показателями тепловой проводимости. Компоненты применены в виде микроскопических дисперсных порошков и их смесей. Материалы для создания термопасты:

• Металлы (вольфрам, медь, серебро);
• Микрокристаллы (алмазы);
• Окиси металлов (цинк, алюминий и т. д);
• Нитриды (бор, алюминий…);
• Графит.

Связующими веществами выступают масла минерального и синтетического происхождения, жидкие материалы и их смеси с малым процентом испаряемости. Выпускаются также пасты, у которых при контакте с воздухом некоторые составляющие полимеризуются. Для увеличения плотности в состав таких паст могут добавляться компоненты, поддающиеся быстрому испарению. Это позволяет создать достаточно жидкую смесь при нанесении ее на объект, которая в дальнейшем уплотнится, и будет обладать высокой проводимостью тепла. Теплопроводной состав такого типа приобретает максимально высокие характеристики в течение 5 — 100 часов в штатном режиме работы. Более конкретные данные к каждой пасте указываются в прилагаемой к ней инструкции.

Самыми дорогими пастами являются теплопроводные смеси на основе серебра. Оптимальными по характеристикам и цене считаются термопасты на основе алюминиевой окиси. И серебряные или алюминиевые проводники обладают наименьшими показателями теплового сопротивления. К самым недорогим термопроводникам относятся пасты на керамической основе, но и их эффективность не высока.

Самые простые термопасты изготавливают из порошкового графита, который натирают наждачной бумагой и добавляют к нему несколько капелек обычного минерального смазочного масла.

В состав высокотемпературной монтажной пасты входит смесь мелких порошковых фракций меди и алюминия, которые связываются между собой специальным минеральным составом. Такая смесь при высокотемпературном нагреве является самой эффективной.

Использование

Термопасту используют в электронных приборах в качестве теплового проводника между поверхностью вырабатывающей тепло и приборами, отводящими тепловую энергию. Основным требованием при использовании пасты является нанесение соя небольшой толщины. Чтобы максимально правильно определить необходимую толщину слоя стоит ознакомиться с рекомендациями от производителя.

Паста, нанесенная на зону теплового контакта, раздавливается во время прижима взаимодействующих поверхностей. Помимо теплового проводника паста выполняет функцию сглаживания поверхностей и заполнения воздушных зазоров.

Другие случаи применения.

Термопасту также часто применяют для охлаждения элементов электроники, которые выделяют намного больше тепловой энергии, чем требуется для имеющегося корпуса.

Теплопроводные заливочные компаунды

Компаунды из полимерного состава применяются в случаях, когда необходимо улучшить герметичность, механические и электрические свойства модуля. В случаях рассеивания тепловой энергии заливочный компаунд должен обеспечивать стойкость к высокой температуре и термоциклированию. Также благодаря компаундам облегчается тепловой отвод от элементов к корпусной оболочке модуля.

Помимо теплопроводных паст и компаундов существуют, и другие приспособления способные выполнять отвод температуры и предотвращать перегрев поверхностей. К таковым относится пайка, теплопроводные клеи и изолирующие термоинтерфейсы.

Подбор теплопроводного материала должен основываться на сфере использования прибора требующего теплового отвода.