Con il continuo progresso della tecnologia dei dispositivi elettronici, una gestione termica efficiente diventa fondamentale. Che si tratti di un veicolo elettrico (EV), di un sistema di accumulo di energia (ESS) o di elettronica di consumo, mantenere i componenti alla giusta temperatura garantisce prestazioni, affidabilità e durata. Cuscinetti termici giocano un ruolo importante nel materiali di interfaccia termica (TIM). Che cos'è un Thermal Pads? Come funziona? Perché è così importante per il vostro progetto?
Trumonytechs è un'azienda high-tech nata dall'Università Jiao Tong di Shanghai, specializzata in veicoli elettrici, sistemi di accumulo dell'energia e tecnologie di trasferimento del calore. Abbiamo fornito soluzioni diversificate per diversi settori, che coprono le nuove energie (in particolare i veicoli elettrici e i sistemi di stoccaggio dell'energia), i trasporti, l'elettronica di consumo e le comunicazioni 5G. In questo articolo, vi forniremo un'analisi approfondita della definizione, delle funzioni, dei tipi, dei vantaggi, degli svantaggi e delle applicazioni dei pad termoconduttivi, oltre a combinare l'esperienza di Trumonytechs per aiutarvi a selezionare la soluzione di gestione termica più appropriata.
Indice dei contenuti
Perché i cuscinetti termici sono fondamentali?
Il calore è il killer invisibile dei dispositivi elettronici, dalle CPU ad alto carico ai moduli delle batterie dei veicoli elettrici. Il surriscaldamento può portare al degrado delle prestazioni e persino al danneggiamento del dispositivo. Quando i dispositivi diventano più piccoli e i requisiti di potenza aumentano, la dissipazione del calore diventa un problema ancora più grave. I pad termici, in quanto strumento di gestione termica semplice ed efficiente, possono trasferire rapidamente il calore dalla fonte di calore al dissipatore di calore per mantenere il sistema in funzione in modo stabile. Trumonytechs ha applicato ampiamente cuscinetti termici nel sistema di gestione termica delle batterie dei veicoli elettrici (BTMS) e le infrastrutture 5G per aiutare i clienti a ottenere un migliore controllo termico. A seguire, analizzeremo in dettaglio il funzionamento dei pad termici.
Che cos'è un cuscinetto termico?
Un pad termoconduttivo è solitamente realizzato in silicone, paraffina o altri substrati flessibili con riempimenti termoconduttivi (ad esempio, ossido di alluminio, ossido di zinco, nitruro di boro o fibra di carbonio) per migliorare la conduttività termica. In genere viene collocato tra un componente che genera calore (come una CPU, una GPU o un transistor di potenza) e un dissipatore di calore per riempire le piccole fessure d'aria (l'aria è un pessimo conduttore di calore) e migliorare significativamente l'efficienza del trasferimento di calore.
I pad termici funzionano grazie alla loro morbidezza. Anche se la superficie sembra piatta, esistono irregolarità a livello microscopico in cui l'aria può rimanere intrappolata e ostacolare il flusso di calore. Un pad termoconduttivo si conforma alla superficie con una leggera compressione e riempie questi vuoti, riducendo così la resistenza termica (in °C/W). La conducibilità termica (W/m-K) varia tipicamente da 1,0 a 45,0, a seconda del materiale e del design, e può soddisfare le esigenze di applicazioni che vanno dall'elettronica generale agli EV ad alta potenza.
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Ruolo e applicabilità delle piastre termoconduttive
Il ruolo dei pad termici nella dissipazione del calore non può essere sottovalutato. Nei computer che eseguono applicazioni ad alto carico, l'accumulo di calore può portare al blocco del sistema. Nei veicoli elettrici, il surriscaldamento della batteria può ridurne la durata. I pad termici aiutano a mantenere fresche le apparecchiature fornendo un percorso stabile per il trasferimento del calore e i casi di studio dei clienti Trumonytech dimostrano che l'applicazione di pad termici di alta qualità nei moduli delle batterie dei veicoli elettrici può ridurre efficacemente le temperature e quindi prolungare la vita utile.
I pad termoconduttivi vengono utilizzati in un'ampia gamma di scenari, tra cui principalmente:
Nuove energie: EV BTMS, sistema di accumulo di energia con raffreddamento della batteria.
Prodotti elettronici: smartphone, computer portatili, illuminazione a LED.
Settore industriale: automotive, telecomunicazioni, elettronica di potenza.
Comunicazione 5G: gestione termica delle apparecchiature ad alta frequenza.
Rispetto ad altri TIM, i pad termoconduttivi presentano vantaggi unici:
Pasta termoconduttiva: elevata efficienza di conducibilità termica, ma è facile che si verifichino perdite, è difficile da controllare e può fallire in caso di utilizzo a lungo termine.
Metallo liquido: eccellente conduttività termica, ma costo elevato e rischio di cortocircuito.
Analisi dei vantaggi e degli svantaggi dei pad termici
Vantaggi:
Efficiente dissipazione del calore: ampia gamma di conducibilità termica (ad esempio, N-B Supermax fino a 15 W/m-K). È in grado di trasferire rapidamente il calore dalla fonte di calore al dissipatore, mantenendo l'apparecchiatura a bassa temperatura.
Facile da installare: Non richiede attrezzature di precisione e può essere facilmente tagliato secondo le dimensioni richieste. Inoltre, è più adatto alla produzione di massa rispetto alla pasta termica.
Forte durata: Ha una buona resistenza ai cicli termici e una durata di vita superiore a 5 anni. Non si indurisce facilmente e non attira la polvere, è adatto per applicazioni a lungo termine.
Isolamento elettrico: la maggior parte dei I pad termici (ad esempio a base di silicone) hanno proprietà di isolamento elettrico. per evitare cortocircuiti, particolarmente adatto agli ambienti sotto tensione.
Smorzamento delle vibrazioni: I cuscinetti morbidi a base di silicone attutiscono le vibrazioni e proteggono i componenti delicati, particolarmente importanti nei veicoli elettrici (EV).
Costo-efficacia: Nelle applicazioni su larga scala, i pad termici sono più convenienti della pasta termica e non devono essere sostituiti con la stessa frequenza.
Svantaggi:
Costo più elevato: I modelli ad alte prestazioni (ad esempio, fibra di carbonio o tappeti a cambiamento di fase) possono essere più costosi, aumentando l'investimento iniziale.
Non riutilizzabile: A differenza della pasta termica, i pad termici devono essere sostituiti con nuovi pad dopo lo smontaggio.
Limitazioni delle prestazioni: Sebbene siano più efficienti in termini di conducibilità termica, non sono altrettanto efficienti dei metalli liquidi e lo spessore deve essere scelto con precisione: uno spessore eccessivo ne riduce l'efficacia.
Mancanza di comprimibilità: Rispetto alla pasta termica, i pad termici sono leggermente meno capaci di riempire spazi sottili e richiedono un maggior grado di planarità della superficie.
Guida ai pad termici
Metodi e suggerimenti per l'installazione
Pulire la superficie: Usare l'alcool per rimuovere accuratamente il vecchio TIM, il grasso e le macchie per garantire la pulizia della superficie di contatto.
Taglio di misura: Tagliare accuratamente il pad termico in base alle dimensioni del componente (ad es. modulo batteria, CPU o GPU). Lasciare un margine di 0,5 mm per adattarsi all'espansione termica.
Montaggio e installazione: Staccare un lato della pellicola protettiva e premere delicatamente contro la fonte di calore per assicurarsi che non ci siano bolle d'aria. Quindi rimuovere l'altro lato della pellicola, montare il dissipatore di calore ed esercitare una pressione uniforme.
Ottimizzare il contatto: Applicare una pressione adeguata (di solito 10-20 PSI) per migliorare l'effetto di riempimento. Evitare la distorsione della guarnizione dovuta a una forza eccessiva.
Per le superfici irregolari, scegliere un cuscinetto di silicone più morbido (ad es. Sur-Seal serie Sur-Cool) per una migliore "bagnabilità". In ambienti ad alta temperatura (ad esempio, i pacchi batterie EV), si consiglia di utilizzare guarnizioni con un ampio intervallo di temperatura (ad esempio, N-B Supermax da -60°C a 220°C).
Errori comuni nell'uso e nella prevenzione
- Evitare di impilare più strati di pad termicamente conduttivi, che aumentano le distanze d'aria e riducono l'efficienza della conduttività termica.
- Non mischiare i TIM, ad esempio accoppiando i pad termici con la pasta termica, che potrebbe causare un flusso di calore non uniforme o addirittura danneggiare il dispositivo.
- Scegliere lo spessore giusto: uno spessore troppo basso o troppo alto influisce sull'effetto di conduzione del calore.
- La mancata preparazione della superficie influisce sull'effetto di laminazione e riduce le prestazioni di dissipazione del calore.
Tipi e selezione delle piastre termiche
Esistono molti tipi di pad termici, ciascuno con caratteristiche e applicazioni uniche. Di seguito viene fornito un riepilogo dei principali tipi:
Cuscinetti termici in silicone (conduttività termica: 1,0-15,0 W/m-K): morbido, elettricamente isolante, adatto a scenari generici come computer portatili, moduli batteria EV e schede VGA. Non corrosivo, non indurente per un uso prolungato, facile da tagliare.
Cuscinetto termico in grafite (conduttività termica: elevata, a seconda del design): ultrasottile, ad alta conduttività termica, adatto alle apparecchiature della stazione base 5G e ai microcontrollori. Richiede una superficie liscia, adatta alla lavorazione di precisione.
Cuscinetti termici in fibra di carbonio (conduttività termica: 15,0-45,0 W/m-K): fibra di carbonio orientata, adatta a requisiti di potenza elevati, comunemente utilizzata negli EV BTMS e negli ESS ad alto carico, leggera, in linea con la tendenza alla leggerezza degli EV.
Cuscinetti termici senza silicone (conduttività termica: 1,0-6,0 W/m-K): evita la contaminazione da silicio, non corrosivo, adatto ad ambienti sensibili come apparecchiature mediche, sensori ottici e strumenti di precisione.
Pad conduttivo termico a cambiamento di fase (Conduttività termica: 1,8-8,0 W/m-K): Cambia da solido a liquido tra 45°C e 55°C, buona bagnabilità, resistenza termica molto bassa, adatta a scenari ad alto calore come CPU, GPU e MOSFET.
Ogni tipo di pad termico può fornire soluzioni di gestione termica mirate a seconda dei requisiti di conduttività termica, dell'ambiente di lavoro e degli scenari applicativi.
Come scegliere il cuscinetto termico giusto
Conduttività termica: 1-6 W/m-K per i dispositivi a bassa potenza, 15 W/m-K o più per quelli ad alta potenza (ad es. batterie EV).
Temperatura di esercizio: Per condizioni estreme (ad es. da -60°C a 220°C), scegliere il tipo N-B Supermax.
Spessore e distanza: Misurare lo spazio tra i componenti e selezionare lo spessore corrispondente (ad es. 1,5 o 2 mm).
Requisiti ambientali: Scegliete i tamponi privi di silicone per gli scenari più delicati, i tamponi in fibra di carbonio o a cambiamento di fase per le alte prestazioni.
È possibile utilizzare altri materiali (ad esempio acrilico, poliestere, alluminio, fibra di vetro) per soddisfare esigenze specifiche e Trumonytechs offre un servizio su misura per aiutarvi ad abbinarli con precisione.
Ottimizzazione della gestione termica con Trumonytechs
I pad termici sono più di un semplice strumento di raffreddamento, sono una scelta strategica per migliorare l'affidabilità e l'efficienza delle apparecchiature. La loro facilità d'uso, l'efficienza e l'ampia gamma di tipi li rendono la soluzione ideale per la moderna gestione termica. Se avete a che fare con Surriscaldamento della batteria dei veicoli elettrici o ESS a lungo termine, i pad termici sono al vostro servizio.
Con 20 anni di esperienza nel campo del trasferimento di calore, Trumonytechs offre soluzioni di thermal pad innovative e convenienti che aiutano a ridurre i costi dei BTMS e a migliorare le prestazioni della gestione termica. Contattateci oggi stesso (#) per richiedere campioni, assistenza tecnica o una soluzione personalizzata per il successo del vostro progetto!
