Fatores a serem considerados ao escolher materiais de interface térmica

De eletrônicos de consumo a aeroespaciais, todos os dispositivos eletrônicos exigem gerenciamento térmico ativo para dissipar efetivamente o calor dos componentes. O gargalo do gerenciamento térmico geralmente é a condução entre os componentes geradores de calor e os componentes de resfriamento. Infelizmente, muitos dispositivos eletrônicos não podem obter resfriamento suficiente de dissipadores de calor ou ventiladores devido ao espaço limitado. Nessas aplicações, o desempenho dos materiais de interface térmica é ainda mais importante.



Os métodos mais comuns para extrair calor de uma unidade de processamento de computador de alta potência (CPU) ou um sistema em chip (SOC) são pasta térmica ou graxa. Embora essas soluções ofereçam alto desempenho, elas apresentam desvantagens. Eles podem ser confusos, demorados e podem ter baixa confiabilidade a longo prazo. Além disso, os materiais de interface térmica (TIMs) convencionais de alta condutividade (> 20 W/mK) são conhecidos por serem caros e apresentam dificuldades e desafios de fabricação.

Quais são as principais funções dos TIMs?

Quando um dissipador de calor é colocado em cima de um componente gerador de calor, ocorrem naturalmente entreferros de ar. Essas lacunas de ar criam alta resistência térmica, o que leva ao superaquecimento. Os TIMs resolvem esse problema substituindo os entreferros por materiais termicamente condutores. Isso cria um caminho térmico mais eficiente, reduzindo a resistência térmica geral no sistema. Os TIMs também podem fornecer isolamento elétrico ou fixação adesiva sem necessidade de fixação mecânica adicional quando necessário.

Os TIMs devem estar em conformidade com as irregularidades da superfície, caso contrário haverá aumento da resistência térmica nas camadas de contato. Alguma resistência de contato é inevitável, mas quaisquer materiais termicamente condutores seriam mais benéficos do que o ar.

Embora os engenheiros de projeto queiram ter o espaço mais fino possível para reduzir o comprimento do caminho térmico, às vezes uma certa espessura deve ser mantida para ter melhor molhabilidade ou contato em substrato irregular. Dependendo do tipo de resina polimérica, tipo de enchimento e nível de carga de enchimento, a capacidade de umedecimento pode ser diferente. Além disso, o desempenho dos TIMs pode variar dependendo das propriedades termomecânicas, bem como da pressão de aplicação, acabamento da superfície do substrato e ambiente.

Fatores a serem considerados ao escolher TIMs

Fator de forma

Existem muitos tipos de materiais de interface térmica, como graxa, gel, almofadas, pasta, fitas, materiais de mudança de fase (PCM) e até metal. Ao selecionar TIMs, é importante estar familiarizado com o produto e seu desempenho. Para preenchimentos de lacunas finas, graxa ou PCM são comumente usados, enquanto para preenchimentos de lacunas grossas, os usuários procuram almofadas, gel ou pasta de massa.

Os TIMs também podem ser categorizados como um aplicativo TIM 1, TIM 2 ou TIM 1.5. Essa categorização é baseada em onde eles são usados ​​em referência ao chip de matriz e ao dissipador de calor ou tampa de um dispositivo. Por exemplo, um aplicativo TIM 1 usa TIMs entre o chip da matriz e o dissipador de calor ou tampa, e seu principal objetivo é reduzir a resistência de contato e dissipar o calor extremo diretamente dos processadores. Tradicionalmente, a solda de metal é usada para esta aplicação; no entanto, hoje, graxa, gel ou PCMs também podem ser usados.

Por outro lado, uma aplicação TIM 2 é aplicada entre o dissipador de calor e o dissipador de calor ou SOC de nível de pacote. Esse aplicativo normalmente usa TIMs mais espessos, como pads, já que o gerenciamento de calor no nível do pacote não é extremo como no nível do chip. Uma aplicação TIM 2 pode exigir capacidade de retrabalho e compressibilidade, o que permite mais impacto devido às necessidades do dissipador de calor conectado.

Em uma aplicação TIM 1.5, o chip die está em contato direto com o componente de resfriamento sem dissipador de calor. Esta categoria de TIM é comumente usada em dispositivos móveis.

Gel e pasta às vezes são preferidos aos pads porque suas linhas de ligação mais finas podem permitir que eles tenham maior compressibilidade e desempenho térmico em comparação com os pads. As almofadas Thermexit™ fornecem uma solução para ambos os problemas, proporcionando grande conformabilidade e desempenho térmico.

Condutividade térmica

Outro fator importante a considerar é o desempenho térmico. Em um dispositivo eletrônico, existem componentes geradores de calor e componentes de resfriamento que determinam quanto calor pode ser dissipado. Isso significa que a temperatura ambiente e a presença de componentes ativos de resfriamento podem determinar o balanço térmico. Depois de conhecer seu orçamento térmico, você pode decidir que tipo de materiais de interface térmica são necessários, pois os TIMs podem ser facilmente personalizados para atender ao seu projeto térmico.

Propriedades físicas e mecânicas

As propriedades mecânicas dos materiais de interface térmica, como dureza, deflexão e deformação por compressão, também devem ser consideradas. Alguns usuários preferem compostos ou géis para proteger seus componentes sensíveis, embora esses produtos dispensáveis ​​possam ter desvantagens que serão discutidas posteriormente. É importante encontrar o TIM certo para a pressão da sua aplicação e o design da espessura da folga.

Isolamento elétrico

Outro fator importante é se um TIM é eletricamente isolante ou não. Algumas aplicações são muito sensíveis quando se trata de continuidade elétrica. A maioria das almofadas de folga térmica oferece excelente isolamento elétrico devido à sua aplicação relativamente espessa, ao contrário de produtos de graxa, gel ou PCM.

Aplicativo

Ao selecionar um TIM, você deve considerar a confiabilidade de longo prazo. Hoje, existem muitos dispositivos eletrônicos usados ​​em ambientes extremamente agressivos que exigem ciclos de alta potência. Além disso, é importante que os TIMs da indústria automotiva sejam testados sob vibração mecânica.

Fatores de aplicação

Cada fator de forma está relacionado a um fator de aplicação, como pressão aplicada, método de fixação, espessura da linha de ligação, geometria e ambiente. Fatores simples como facilidade de manuseio e ambiente podem ser facilmente negligenciados, mas não podem ser ignorados.

Pense além da folha de dados

Embora os datasheets dos TIMs forneçam informações úteis, eles não devem ser o único recurso usado na seleção dos TIMs. Muitos dos dados dos fornecedores da TIM são de padrões da indústria ou seus próprios métodos de teste para otimizar o desempenho do produto. No entanto, o mesmo produto TIM tem um desempenho diferente dependendo das condições. Normalmente, esperaríamos que uma maior condutividade térmica resultasse em melhor desempenho, mas esse é sempre o caso? Além disso, devemos perguntar se um TIM de condutividade térmica mais alta é necessário quando um TIM de condutividade térmica mais baixa pode ter desempenho adequado para a aplicação. Às vezes, se um TIM de maior condutividade térmica for usado em uma aplicação que não o requer, o TIM não fornecerá os mesmos benefícios.

Tipo de preenchimento de lacunas 

Finalmente, digamos que decidimos usar um gap pad. Antes de considerarmos a condutividade térmica ou a compressibilidade, precisamos examinar as propriedades e os requisitos básicos. Por exemplo, a temperatura de aplicação do dispositivo determinará a química necessária da resina. Também é importante saber se o dispositivo requer um TIM de silicone de alta temperatura ou se pode usar um sistema alternativo de resina. Algumas almofadas de folga têm um suporte de tecido de vidro, o que pode não ser bom para determinadas aplicações. Às vezes, ter apenas a espessura correta pode resolver muitos problemas térmicos rigorosos.

Termexit ™Soluções

Thermexit™ desenvolve almofadas de folga de alta condutividade térmica que superam as linhas de ligação mais espessas e superam os materiais de interface térmica de ligação fina. Nossa exclusiva resina de alta temperatura sem silicone pode substituir a química da resina de silicone e minimizar a contaminação por óleo. Nosso sistema de resina também é um sistema sem cura que oferece ótimo desempenho a longo prazo.





As almofadas Thermexit™ são altamente compressíveis para minimizar a resistência de contato sem alta força e estresse do componente. Eles têm uma aplicação fácil de pegar e colocar e são naturalmente pegajosos sem resíduos ou bagunça de pastas ou géis. A Thermexit oferece duas linhas de produtos:Thermexit EI (isolamento elétrico) e Thermexit HP (High Performance). Ambos os pads oferecem alta condutividade térmica a>15 W/mK e 40 W/mK, respectivamente.





Para obter mais informações, visite thermexit.com e entre em contato em [email protected].