Термопаста
Термопаста (также называемая термопастой , термопастой , термоинтерфейсным материалом ( TIM ), термогелем , термопастой , теплоотводящим составом , теплоотводящей пастой или смазкой ЦП ) представляет собой теплопроводящее (но обычно не электропроводящее ) химическое соединение , которое обычно используется в качестве интерфейса между радиаторами и источниками тепла, такими как мощные полупроводниковые устройства. Основная роль термопасты заключается в устранении воздушных зазоров или пространств (которые действуют как теплоизоляция ) в области интерфейса, чтобы максимизировать передачу и рассеивание тепла . Термопаста является примером материала термоинтерфейса .
В отличие от термоклея , термопаста не увеличивает механическую прочность соединения между источником тепла и радиатором. Его необходимо соединить с помощью крепежа, например винтов, чтобы удерживать радиатор на месте и оказывать давление, распределяя и разжижая термопасту.
Состав
[ редактировать ]Термопаста состоит из полимеризуемой жидкой матрицы и крупных объемных долей электроизоляционного, но теплопроводящего наполнителя. Типичными матричными материалами являются эпоксидные смолы , силиконы ( силиконовая смазка ), уретаны и акрилаты ; Также доступны системы на основе растворителей, термоплавкие клеи и самоклеящиеся ленты. Оксид алюминия , нитрид бора , оксид цинка и все чаще нитрид алюминия используются в качестве наполнителей для этих типов клеев. Загрузка наполнителя может достигать 70–80% по массе и повышает теплопроводность базовой матрицы с 0,17–0,3 Вт/(м·К) (ватт на метр-кельвин). [1] согласно статье 2008 года, примерно до 4 Вт/(м·К). [2]
Термические соединения серебра могут иметь проводимость от 3 до 8 Вт/(м·К) или более и состоят из микронизированных частиц серебра, взвешенных в силиконовой/керамической среде. Однако термопаста на основе металлов может быть электропроводящей и емкостной; если некоторые из них попадут в цепи, это может привести к неисправности и повреждению.
Самые эффективные (и самые дорогие) пасты почти полностью состоят из жидкого металла , обычно разновидности сплава галинстана , и имеют теплопроводность более 13 Вт/(м·К). Их трудно наносить равномерно, и существует наибольший риск возникновения неисправности из-за рассыпания. Эти пасты содержат галлий , который сильно разъедает алюминий и его нельзя использовать на алюминиевых радиаторах.
Использование
[ редактировать ]Термопаста используется для улучшения тепловой связи между различными компонентами. Распространенным применением является отвод отходящего тепла, образующегося в результате электрического сопротивления в полупроводниковых устройствах, включая силовые транзисторы , центральные процессоры , графические процессоры и светодиодные COB . Охлаждение этих устройств имеет важное значение, поскольку избыточное тепло быстро ухудшает их производительность и может привести к катастрофическому отказу устройства из-за свойства полупроводников иметь отрицательный температурный коэффициент.
Заводские ПК и ноутбуки (хотя и редко планшеты или смартфоны) обычно содержат термопасту между верхней частью корпуса процессора и радиатором для охлаждения . иногда также используется термопаста Между кристаллом процессора и встроенным теплоотводом , хотя припой иногда вместо этого используется .
Когда распределитель тепла ЦП соединен с кристаллом с помощью термопасты, энтузиасты производительности, такие как оверклокеры, могут с помощью процесса, известного как «делиддинг», [3] Снимите теплоотвод или «крышку» процессора с кристалла. Это позволяет им заменить термопасту, которая обычно некачественная, на термопасту, имеющую большую теплопроводность. Обычно в таких случаях используются жидкометаллические термопасты.
Проблемы
[ редактировать ]Консистенция термопасты делает ее подверженной механизмам отказа, отличным от некоторых других термоинтерфейсных материалов. Распространенным является откачка, то есть потеря термопасты между кристаллом и радиатором из-за разной скорости их теплового расширения и сжатия. За большое количество циклов включения термопаста выкачивается между кристаллом и радиатором и в конечном итоге приводит к ухудшению тепловых характеристик. [4]
Другая проблема, связанная с некоторыми соединениями, заключается в том, что разделение компонентов матрицы полимера и наполнителя происходит при высоких температурах. Потеря полимерного материала может привести к плохой смачиваемости , что приведет к увеличению термического сопротивления. [4]
Опасности для здоровья
[ редактировать ]Оксид цинка выделяет токсичные пары, которые нельзя вдыхать, и для любого использования необходим респиратор для твердых частиц. Это химическое вещество также высокотоксично для водных организмов и может оказывать долгосрочное негативное воздействие на водную среду. [5]
См. также
[ редактировать ]- Охлаждение компьютера
- Клей-расплав
- Материал с фазовым переходом
- Теплопроводящая прокладка
- Список теплопроводностей
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Вернер Халлер; и др. (2007), «Клеи», Энциклопедия промышленной химии Ульмана (7-е изд.), Wiley, стр. 58–59 .
- ^ Наруманчи, Срикант; Михалич, Марк; Келли, Кеннет; Исли, Гэри (2008). «Термоинтерфейсные материалы для силовой электроники» (PDF) . 11-я Межобщественная конференция по термическим и термомеханическим явлениям в электронных системах, 2008 г.: ITHERM 2008: 28–31 мая 2008 г. IEEE. Таблица 2. doi : 10.1109/ITHERM.2008.4544297 . .
- ^ «Что такое делиддинг? - ekwb.com» . ekwb.com . 25 августа 2016 г. Проверено 18 октября 2018 г.
- ^ Перейти обратно: а б Вишванатх, Рам; Вакхаркар, Виджай; Ватве, Абхай; Лебонер, Вассу (2000). «Проблемы тепловых характеристик от кремния до систем» (PDF) . Журнал технологий Intel . Архивировано из оригинала (PDF) 8 августа 2017 года . Проверено 8 марта 2020 г.
- ^ «ICSC 0208 – ОКСИД ЦИНКА» . www.ilo.org . МОТ.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
СМИ, связанные с термопастой, на Викискладе?
