Guida ai materiali di interfaccia termica

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Materiali di interfaccia termica (TIM)svolgono un ruolo fondamentale nella conduzione del calore tra due o più superfici solide.

È come il panino perfetto: proprio quando si pensa di averlo fatto, lo si morde e non c'è più nulla. I materiali di interfaccia termica sono simili agli elementi nascosti di un panino. Svolgono un ruolo fondamentale.

I materiali di interfaccia termica svolgono un ruolo importante nel garantire la sicurezza e la funzionalità dei componenti dei dispositivi elettronici. Riempiono lo spazio tra due superfici, migliorano l'efficienza del trasferimento di calore e proteggono i componenti elettronici. Ciò migliora le prestazioni dell'intero sistema di gestione termica.

In questa guida ai materiali di interfaccia termica, vi aiuteremo a comprendere i concetti di base dei materiali di interfaccia termica. Spiegheremo inoltre i diversi tipi di materiali. Infine, tratteremo i fattori chiave da considerare nella scelta di un TIM per un'applicazione specifica.

Cosa sono i materiali di interfaccia termica?

I materiali di interfaccia termica (TIM) svolgono un ruolo fondamentale nella gestione termica dei dispositivi elettronici. Sono una soluzione di gestione termica passiva economica ed efficiente dal punto di vista energetico. I TIM sono progettati per mantenere efficacemente la temperatura di esercizio dei dispositivi e dei componenti elettronici.

È disponibile un'ampia gamma di TIM. Si tratta di materiali a cambiamento di fase, riempitivi e grassi termoconduttivi. Esistono anche materiali meno comuni.

Sono progettati per trasferire il calore tra le superfici di due o più componenti elettronici. Svolgono un ruolo fondamentale nel mantenere la temperatura dei dispositivi elettronici.

Tipi di materiali per interfacce termiche

Per soddisfare le esigenze specifiche di gestione termica in diversi settori industriali, vengono utilizzate varie interfacce termiche. I tipi più comuni includono nastri termoconduttivi, grassi, gel, adesivi termoconduttivi, cuscinetti dielettrici, materiali a cambiamento di fase e materiali avanzati. In questa sede, illustreremo i principali tipi di materiali per aiutarvi a fare scelte consapevoli per le diverse applicazioni.

Nastri termoconduttivi

I nastri termoconduttivi sono utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni. Vengono utilizzati come connessione a dissipatori di calore con stabilità meccanica e proprietà adesive.

I nastri termoconduttivi richiedono solo la pressione per funzionare. Hanno requisiti hardware molto bassi rispetto ad altri materiali di interfacciamento alternativi.

Si usa comunemente per attaccare luci LED e pacchetti di semiconduttori alle superfici dei dissipatori di calore. Tuttavia, di solito non è adatto ai pacchetti BGA (Ball Grid Array) con superfici superiori concave.

Paste, stucchi, gel e grassi

Questi prodotti sono realizzati allo stato fluido a temperatura ambiente. Vengono utilizzati per riempire superfici irregolari o spazi vuoti tra superfici non a contatto. I grassi vengono applicati in strati sottili per ridurre la resistenza termica tra le superfici.

Questi prodotti sono solitamente progettati per essere non conduttivi all'inizio o conduttivi a seconda delle esigenze. Tuttavia, il loro utilizzo in apparecchiature elettroniche che richiedono l'isolamento può essere problematico. Gli ingegneri devono essere informati dei potenziali problemi con largo anticipo.

Materiali a cambiamento di fase

Materiale a cambiamento di fase (PCM) si trasformano da solidi a liquidi a temperature più basse, tipicamente nell'intervallo tra 131 e 149°F. Sono un'alternativa ai materiali di interfaccia a base di grasso.

Le proprietà uniche di cambiamento di fase ne facilitano la manipolazione e la lavorazione. Inoltre, mantengono le proprietà di bagnatura dei fluidi a temperature di esercizio più elevate.

Questa proprietà consente al PCM di ottenere un processo manuale più ordinato senza problemi di essiccazione. Inoltre, possono essere preassemblati in futuro.

Adesivi liquidi e per vasi

Gli adesivi termici sono colle progettate per gestire il trasferimento simultaneo di calore. Possono essere sotto forma di nastri sensibili alla pressione, fogli sensibili alla pressione o forme a polimerizzazione liquida. I composti per l'invasatura termica sono utilizzati principalmente per fornire un incapsulamento protettivo. Consentono inoltre il trasferimento di calore dall'interno del sistema all'involucro. Dopo l'indurimento, i composti termoindurenti possono avere diverse proprietà adesive e meccaniche, e alcuni mantengono persino una consistenza gommosa e morbida quando sono completamente induriti.

Materiali avanzati

Si tratta di un nuovo tipo di materiale termoconduttivo. Si basa su una composizione relativamente nuova di materiali termici. Questi materiali si basano sulla grafite pirolitica, che presenta insolite proprietà anisotrope.

Questi materiali sono adatti a trasferire il calore in spazi ristretti. Sono inoltre flessibili e moderatamente conduttivi.

Sono particolarmente utili per i moderni dispositivi e applicazioni consumer. Le soluzioni di gestione termica di alta qualità sono molto richieste.

Riempimento di spazi vuoti: considerazioni dimensionali

Quando si sceglie il materiale d'interfaccia termica corretto, è necessario conoscere in dettaglio le dimensioni dell'applicazione. Evitate di prendere decisioni sbagliate, soprattutto quando si tratta di riempire una fessura. L'interfaccia termica è il piccolo spazio tra il dissipatore di calore e il componente. Il mezzo conduttivo termico utilizzato è il TMI.

Le interfacce termiche sono di solito molto piccole, tipicamente misurate in micron. Le applicazioni di riempimento del gap sono più interessate alla distanza tra l'elemento e l'involucro metallico che racchiude il gruppo elettronico. Questa distanza è solitamente misurata in millimetri.

La differenza dimensionale tra millimetri e micron è fondamentale per le prestazioni del materiale termoconduttivo scelto. La scelta di un materiale termoconduttivo appropriato può contribuire a ridurre al minimo il potenziale di surriscaldamento dei dispositivi elettronici.

Quando si sceglie un materiale di riempimento della fessura, occorre assicurarsi che sia conduttivo e sufficientemente stretto per l'applicazione. Molti gap filler sono realizzati in silicone perché il silicone è variabile e termoconduttivo. Inoltre, alcuni pad termici possono contenere polveri ceramiche per migliorare la conduttività termica.

Le gomme epossidiche, come quelle siliconiche, hanno in genere una bassa conducibilità termica. Pertanto, vengono utilizzati principalmente per isolare elettricamente i dispositivi. Vengono inoltre utilizzati per incollare i dispositivi durante la dissipazione del calore. Quando si sceglie un materiale per riempire una fessura, occorre considerare attentamente la sua conduttività termica e la sua idoneità.

Tamponi e paste termoconduttive

Quando si sceglie un materiale termoconduttivo, sono disponibili diverse opzioni, come i pad e le paste termoconduttive. La scelta del tipo di materiale termoconduttivo dipende da fattori quali l'applicazione, il progetto di produzione e le proprietà chiave da ottenere.

La scelta di un pad termico o di una pasta termica dipende dalla necessità di fissare il dissipatore di calore in posizione con un materiale di interfacciamento. In tal caso, la scelta migliore può essere quella di un composto di incollaggio, come un pad termicamente conduttivo.

I pad termoconduttivi offrono un ulteriore vantaggio. Spesso sono pretagliati nella misura giusta per garantire un'applicazione più agevole.

Tuttavia, è importante notare che entrambe le opzioni introducono uno strato di interfaccia più spesso e una maggiore resistenza termica. Nel valutare le opzioni, occorre considerare i requisiti prestazionali del composto scelto. È inoltre necessario conoscere le condizioni di applicazione.

I diversi requisiti termici e le diverse condizioni ambientali possono rendere l'una o l'altra opzione più adatta a una particolare situazione.

Scegliere il TIM giusto per la vostra applicazione

Nella scelta del materiale di interfaccia termica (TIM) adatto alla vostra applicazione, tenete conto delle seguenti proprietà chiave.

Conduttività termica: La conduttività termica di un TIM è un indicatore chiave della quantità di calore che il TIM può trasferire attraverso l'interfaccia. I materiali con una conducibilità termica più elevata offrono in genere migliori prestazioni di trasferimento del calore. Si tratta di un fattore importante da considerare quando si confrontano diversi materiali TIM.

Facilità di applicazione e installazione: Anche i costi di applicazione e installazione influenzano la scelta del TIM. Ad esempio, l'utilizzo di un composto per l'invasatura come TIM richiede alcuni processi aggiuntivi per fissare i componenti. Questo allunga i tempi di assemblaggio. A questo punto, è possibile che il nastro termoconduttivo sia un'opzione migliore. Pertanto, quando si sceglie un TIM, è necessario considerare anche il costo complessivo.

Affidabilità delle prestazioni: Il TIM deve funzionare in modo costante e affidabile per tutto il ciclo di vita del dispositivo elettronico. Ciò è particolarmente importante per le applicazioni che richiedono un'affidabilità a lungo termine. Ad esempio, le apparecchiature avioniche e di telecomunicazione. Pertanto, il TIM deve essere selezionato per garantire che sia affidabile e stabile. Deve fornire un supporto duraturo per mantenere le prestazioni ottimali dell'apparecchiatura elettronica.

Compatibilità con i materiali del dissipatore di calore: La compatibilità è un fattore che può essere facilmente trascurato. In alcuni casi, può causare problemi significativi. La verifica della compatibilità del TIM con gli adesivi termici o i materiali dei dissipatori di calore utilizzati è un compito importante. Previene possibili effetti negativi.

Fattori ambientali: I fattori ambientali e le potenziali variazioni termiche devono essere presi in considerazione prima di scegliere un TIM. Verificare le prestazioni del TIM in diverse condizioni ambientali. Assicurarsi che il TIM funzioni in modo affidabile in diversi ambienti.

Applicazioni dei materiali di interfaccia termica

I materiali per le interfacce termiche sono un componente chiave di sistemi di gestione termica efficienti. Vengono utilizzati in un'ampia gamma di settori per garantire un'efficace dissipazione del calore dai dispositivi elettronici e prevenire sovraccarichi di temperatura localizzati. Di seguito sono elencati alcuni dei principali settori in cui vengono utilizzati i materiali di interfaccia termica:

Telecomunicazioni: Le apparecchiature del settore delle telecomunicazioni operano tipicamente in ambienti altamente integrati e ad alta densità di potenza. I TIM sono utilizzati nelle stazioni base e nelle apparecchiature di comunicazione delle telecomunicazioni. Sono utilizzati anche nelle apparecchiature di comunicazione in fibra ottica. I TIM assicurano che il calore venga trasferito e dissipato in modo efficiente da queste apparecchiature, mantenendo temperature operative sicure.

Server: Le apparecchiature di elaborazione ad alte prestazioni nei server e nei data center generano molto calore. I TIM svolgono un ruolo importante nell'unità di elaborazione centrale (CPU), nell'unità di elaborazione grafica (GPU) e in altri componenti di dissipazione del calore del server. Mantengono la stabilità e le prestazioni dell'apparecchiatura.

Gioco: I processori grafici ad alte prestazioni nel settore dei giochi richiedono un sistema di gestione termica efficace per evitare il surriscaldamento del dispositivo. I TIM sono ampiamente utilizzati nelle console di gioco, nelle schede grafiche e in altri dispositivi di gioco. Garantiscono che questi dispositivi mantengano temperature di esercizio adeguate in presenza di carichi elevati.

Automobile: Le automobili moderne incorporano un numero crescente di dispositivi elettronici. Questi includono unità di controllo del motore, sistemi di infotainment e tecnologie di assistenza alla guida. I TIM garantiscono il corretto funzionamento di questi componenti elettronici in un'ampia gamma di condizioni di temperatura all'interno del veicolo.

Aerospaziale: Il settore aerospaziale pone grandi esigenze di controllo della temperatura delle apparecchiature elettroniche. I TIM svolgono un ruolo chiave nei compartimenti elettronici, nei sistemi di navigazione e nelle apparecchiature di comunicazione degli aerei e dei veicoli spaziali. Garantiscono il funzionamento affidabile delle apparecchiature in ambienti estremi.

Conclusione

I materiali di interfaccia termica (TIM) sono un elemento essenziale e chiave in diversi settori industriali. Forniscono un supporto affidabile per sistemi di gestione termica efficienti. Dalle telecomunicazioni ai server, dai videogiochi all'industria automobilistica e aerospaziale, questi materiali svolgono un ruolo non secondario. Assicurano che i dispositivi elettronici possano dissipare efficacemente il calore in ambienti ad alta potenza e ad alte prestazioni. Inoltre, prevengono i sovraccarichi di temperatura localizzati e mantengono un intervallo di temperatura operativa sicuro per le apparecchiature.

Come produttore professionale, Trumonytechs lavora a stretto contatto con i nostri clienti. Conoscono le loro preferenze in fatto di tipi di materiali e applicazioni. Testano costantemente. Ci impegniamo ad assistere i nostri clienti nella ricerca del TIM più adatto alle loro esigenze.