Примеры и обоснования применения термоинтерфейсов семейства GAP Pad производства компании Bergquist (Henkel)
12 апреля 2017
Примеры и обоснования применения термоинтерфейсов семейства GAP Pad, производства компании Bergquist (Henkel) В современных электронных устройствах, и в первую очередь в портативных и мобильных, мы часто встречаем различные материалы выполняющие функцию термоинтерфейсов. Это могут быть компаунды, или полимерные листы, которые обеспечивают передачу тепла от чипов к их радиаторам, т.е. заменяют собою хорошо известные теплопроводные пасты. Так в чем же преимущество полимерных материалов перед пастами, так ли они хороши, почему применяют именно их, все ли они одинаковы, и чем отличаются друг от друга? В настоящее время полимерные термоинтерфейсы нашли самое широкое применение. И если в настольных Desktop-платформах продолжается использование традиционных термоинтерфейсов в виде термопаст, то в носимых устройствах и устройствах, подвергающихся механическим вибрациям (DVD-приводы, HDD и т.п.) мы встречаем преимущественно полимерные термоинтерфейсы, имеющие значительную толщину. Применение именно полимерных термоинтерфейсов обусловлено несколькими соображениями: Во-первых, основное преимущество полимерных термоинтерфейсов – их значительная толщина (от 0.2 до 6.3 мм). Это позволяет использовать их для заполнения достаточно больших зазоров между электронным компонентом и радиатором. А следует понимать, что большие зазоры означают меньшую прецизионность системы охлаждения, а это, в первую очередь, очень существенно для таких приложений, как ноутбуки. Получается, что производители устройств могут снизить стоимость всей системы за счет снижения затрат на точную «подгонку» системы охлаждения. А в настоящее время именно низкая стоимость становится самым главным потребительским качеством любого продукта. Кроме того, большие зазоры в системе охлаждения имеют и чисто конструктивную необходимость. Дело в том, что портативная и мобильная техника подвергается значительным вибрациям. Также немаловажно, что малые габариты этих устройств, препятствуют использованию в них полноценных систем охлаждения, что приводит к значительному разогреву чипов, и как следствие к их значительным температурным деформациям. При слишком жестком креплении системы охлаждения в этом случае могут возникать механические напряжения, способствующие повреждению чипов и нарушениям пайки. В связи с этим, разработчики вынуждены обеспечивать определенную подвижность в креплении системы охлаждения, а это возможно лишь созданием достаточно больших зазоров. Во-вторых, полимерные термоинтерфейсы эластичные, и поэтому система охлаждения становится достаточно подвижной, и без жесткого крепления удается создать приемлемый теплоотвод. Отсутствие жесткого крепления в системе охлаждения позволяет предотвратить повреждения чипов при температурных деформациях, как самих чипов, так и элементов системы охлаждения. Полимерные термоинтерфейсы должны обладать как можно большей теплопроводностью. Давайте для начала определимся в критериях и основных характеристиках теплопроводности. Для характеристики термоинтерфейсов традиционно применяют два основных параметра: Теплопроводность Теплопроводность – это процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым частям, осуществляемый хаотически движущимися частицами (атомами, молекулами, электронами и т. п.). Теплопроводностью называется также количественная характеристика способности материала проводить тепло. Способность вещества проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности (удельной теплопроводностью). Численно эта характеристика равна количеству теплоты, проходящей через образец материала толщиной 1м, площадью 1м2, за единицу времени (секунду) при единичном температурном градиенте. Коэффициент теплопроводности измеряется в [Вт/(м•K)], а в зарубежных источниках эта величина обозначается [W/mK]. Физический смысл теплопроводности предполагает, что чем выше ее значение, тем это лучше для термоинтерфейса. Именно эту характеристику и принято указывать в качестве основного параметра термоинтерфейса, и именно по значению теплопроводности сравнивают различные термоинтерфейсы. Широко известный производитель Bergquist, входящий в концерн Henkel предлагает ряд различных по свойствам термоинтерфейсов. Характеристики теплопроводности приведены на графике.
К сожалению, на графике отсутствует Gap Pad HC 5.0 (5000), однако, нет сомнений что никому не составит труда продолжить график. К важным характеристикам Полимерных термоинтерфейсов относят и их механические свойства, такие как твердость, способность сжиматься, выдерживать механические деформации. Ожидаемо, что чем мягче полимер (при прочих равных характеристиках) тем лучше, так как он будет оказывать меньшее давление на чип, и плотнее прилегать при разных высотах расположенных рядом компонентов. Для оценки жесткости обычно используют два параметра: • твердость; • модуль Юнга.
Твердость Твердость по Шору (Hardness) – это один из методов измерения твердости материалов путем вдавливания. Как правило, используется для измерения твердости низкомодульных материалов, таких как, полимеры (пластмассы, эластомеры, каучуки и т.п.). Метод и шкала были предложены Альбертом Ф. Шором в 1920-х годах. Он же разработал соответствующий измерительный прибор, называемый дюрометром. Метод позволяет измерять глубину начального вдавливания, глубину вдавливания после заданных периодов времени или и то и другое вместе. Метод является эмпирическим испытанием. Не существует простой зависимости между твердостью, определяемой с помощью данного метода, и каким-либо фундаментальным свойством испытуемого материала. Если мы вернёмся к графику, то увидим и эту характеристику. Упругость. Модуль Юнга – Youngs Modulus (модуль упругости) – физическая величина, характеризующая свойства материала сопротивляться растяжению или сжатию при упругой деформации. Назван в честь английского физика XIX века Томаса Юнга. В Международной системе единиц (СИ) измеряется в ньютонах на квадратный метр или в паскалях. Естественно, что чем больше эта величина, тем большее давление оказывает полимер на чип при фиксации системы охлаждения. Чаще всего модуль Юнга в документации производителя указывается при условии сжатия до половины исходной толщины.
Электрические характеристики полимерных термоинтерфейсов Большинство полимерных термоинтерфейсов, использующихся для процессоров, чипсетов, мощных ключей и т.п., являются диэлектриками, не проводящими электрические токи. Диэлектрики характеризуются напряжением пробоя, которое у полимерных термоинтерфейсов превышает значение 1 кV. Таких напряжений на процессоре не бывает, а поэтом всерьез учитывать этот параметр мы не станем. Выводы Если вы не горите желанием фрезеровать сложный по форме радиатор, хотите обеспечить эффективный отвод тепла от максимума компонентов одновременно – материалы Bergquist семейства GAP Pad наилучший выбор.
Производители: