À medida que a tecnologia dos dispositivos electrónicos continua a avançar, a gestão térmica eficiente torna-se crítica. Quer se trate de um veículo elétrico (EV), de um sistema de armazenamento de energia (ESS) ou de eletrónica de consumo, manter os componentes à temperatura certa garante o desempenho, a fiabilidade e uma longa vida útil. Almofadas térmicas desempenham um papel importante na materiais de interface térmica (TIM). Então, o que é uma almofada térmica? Como é que funciona? Porque é que é tão importante para o seu projeto?
A Trumonytechs é uma empresa de alta tecnologia originária da Universidade Jiao Tong de Xangai, especializada em veículos eléctricos, sistemas de armazenamento de energia e tecnologias de transferência de calor. Fornecemos soluções diversificadas para várias indústrias, abrangendo novas energias (especialmente veículos eléctricos e sistemas de armazenamento de energia), transportes, eletrónica de consumo e comunicações 5G. Neste artigo, analisaremos em profundidade a definição, as funções, os tipos, as vantagens, as desvantagens e as aplicações das almofadas condutoras de calor, bem como combinaremos a experiência da Trumonytechs para o ajudar a selecionar a solução de gestão térmica mais adequada.
Índice
Porque é que as almofadas térmicas são essenciais?
O calor é o assassino invisível dos dispositivos electrónicos, desde CPUs altamente carregadas a módulos de baterias de veículos eléctricos. O sobreaquecimento pode levar à degradação do desempenho e até a danos no dispositivo. À medida que os dispositivos se tornam mais pequenos e os requisitos de energia aumentam, a dissipação de calor torna-se um problema ainda maior. As almofadas térmicas, como uma ferramenta de gestão térmica simples e eficiente, podem transferir rapidamente o calor da fonte de calor para o dissipador de calor para manter o sistema a funcionar de forma estável. Trumonytechs tem sido amplamente aplicado almofadas térmicas no sistema de gestão térmica de baterias de veículos eléctricos (BTMS) e a infraestrutura 5G para ajudar os clientes a obter um melhor controlo térmico. Em seguida, vamos explorar mais pormenorizadamente o funcionamento das almofadas térmicas.
O que é uma almofada térmica?
Uma almofada condutora de calor é normalmente feita de silicone, parafina ou outros substratos flexíveis com cargas condutoras de calor (por exemplo, óxido de alumínio, óxido de zinco, nitreto de boro ou fibra de carbono) para melhorar a condutividade térmica. É normalmente colocado entre um componente gerador de calor (como uma CPU, GPU ou transístor de potência) e um dissipador de calor para preencher os pequenos espaços de ar - o ar é um mau condutor de calor - e melhorar significativamente a eficiência da transferência de calor.
As almofadas térmicas funcionam com base na sua suavidade. Mesmo que a superfície pareça ser plana, existem irregularidades a nível microscópico onde o ar pode ficar preso e impedir o fluxo de calor. Uma almofada condutora de calor adapta-se à superfície sob ligeira compressão e preenche estes espaços vazios, reduzindo assim a resistência térmica (em °C/W). A sua condutividade térmica (W/m-K) varia tipicamente entre 1,0 e 45,0, dependendo do material e da conceção, e pode satisfazer as necessidades de aplicações que vão desde a eletrónica geral até ao EV de alta potência.
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Papel e aplicabilidade das almofadas condutoras de calor
O papel das almofadas térmicas na dissipação de calor não pode ser subestimado. Nos computadores que executam aplicações de carga elevada, a acumulação de calor pode levar a falhas no sistema. Nos veículos eléctricos, o sobreaquecimento da bateria pode reduzir a sua vida útil. As almofadas térmicas ajudam a manter o equipamento fresco, fornecendo um caminho estável para a transferência de calor, e os estudos de caso dos clientes da Trumonytech mostram que a aplicação de almofadas térmicas de alta qualidade em módulos de baterias de EV pode reduzir eficazmente as temperaturas e, assim, prolongar a vida útil.
As almofadas condutoras de calor são utilizadas numa vasta gama de cenários, incluindo principalmente:
Nova energia: EV BTMS, arrefecimento da bateria do sistema de armazenamento de energia.
Produtos electrónicos: smartphones, computadores portáteis, iluminação LED.
Setor industrial: automóvel, telecomunicações, eletrónica de potência.
Comunicação 5G: gestão térmica de equipamentos de alta-frequência.
Em comparação com outros TIMs, as almofadas termicamente condutoras têm vantagens únicas:
Pasta condutora térmica: alta eficiência de condutividade térmica, mas fácil de vazar, difícil de controlar e pode falhar em uso a longo prazo.
Metal líquido: excelente condutividade térmica, mas elevado custo e risco de curto-circuito.
Análise das vantagens e desvantagens das almofadas térmicas
Vantagens:
Dissipação de calor eficiente: uma vasta gama de condutividade térmica (por exemplo, N-B Supermax até 15 W/m-K). Pode transferir rapidamente o calor da fonte de calor para o dissipador de calor, mantendo o equipamento a uma temperatura baixa.
Fácil de instalar: não necessita de equipamento de precisão, pode ser facilmente cortado no tamanho pretendido. E é mais adequado para a produção em massa do que a pasta térmica.
Grande durabilidade: Tem uma boa resistência aos ciclos térmicos e uma vida útil superior a 5 anos. Não é fácil de endurecer ou atrair pó, sendo adequado para aplicações a longo prazo.
Isolamento elétrico: a maior parte dos as almofadas térmicas (por exemplo, à base de silicone) têm propriedades de isolamento elétrico para evitar curto-circuitos, especialmente adequado para ambientes com tensão.
Amortecimento de vibrações: As almofadas macias à base de silicone amortecem as vibrações e protegem os componentes delicados, o que é especialmente importante nos veículos eléctricos (EV).
Relação custo-eficácia: Em aplicações de grande escala, as almofadas térmicas são mais económicas do que a pasta térmica e não precisam de ser substituídos com tanta frequência.
Desvantagens:
Custo mais elevado: Os modelos de elevado desempenho (por exemplo, fibra de carbono ou tapetes de mudança de fase) podem ser mais caros, aumentando o investimento inicial.
Não reutilizável: Ao contrário da pasta térmica, as almofadas térmicas têm de ser substituídas por novas almofadas após a desmontagem.
Limitações de desempenho: embora mais eficientes em termos de condutividade térmica, não são tão eficientes como os metais líquidos e a espessura tem de ser escolhida com precisão - uma espessura excessiva reduzirá a eficácia.
Falta de compressibilidade: Em comparação com a pasta térmica, as almofadas térmicas são ligeiramente menos capazes de preencher espaços finos e requerem um maior grau de nivelamento da superfície.
Guia da almofada térmica
Métodos e dicas de instalação
Limpar a superfície: Utilize álcool para limpar cuidadosamente o TIM antigo, a gordura e as manchas para garantir que a superfície de contacto está limpa.
Medição de corte: Corte a almofada térmica com precisão de acordo com o tamanho do componente (por exemplo, módulo de bateria, CPU ou GPU). Deixe uma margem de 0,5 mm para acomodar a expansão térmica.
Montagem e instalação: Retire um dos lados da película protetora e pressione-a suavemente contra a fonte de calor para garantir que não existem bolhas de ar. Em seguida, retire o outro lado da película, monte o dissipador de calor e aplique uma pressão uniforme.
Otimizar o contacto: Aplicar uma pressão adequada (normalmente 10-20 PSI) para melhorar o efeito de enchimento. Evitar a distorção da junta devido a força excessiva.
Para superfícies irregulares, escolha uma almofada de silicone mais macia (por exemplo, a série Sur-Seal Sur-Cool) para uma melhor "molhabilidade". Em ambientes com temperaturas elevadas (por exemplo, baterias de veículos eléctricos), recomendamos a utilização de juntas com uma vasta gama de temperaturas (por exemplo, N-B Supermax de -60°C a 220°C).
Erros comuns na utilização e prevenção
- Evite empilhar várias camadas de almofadas termicamente condutoras, o que aumentará as folgas de ar e reduzirá a eficiência da condutividade térmica.
- Não misture TIMs, como, por exemplo, emparelhar almofadas térmicas com pasta térmica, o que pode levar a um fluxo de calor desigual ou mesmo danificar o dispositivo.
- Escolher a espessura certa, demasiado fina ou demasiado grossa, afectará o efeito de condução do calor.
- A negligência na preparação da superfície afectará o efeito de laminação e reduzirá o desempenho da dissipação de calor.
Tipos e seleção de almofadas térmicas
Existem muitos tipos de almofadas térmicas, cada uma com caraterísticas e aplicações únicas. Segue-se um resumo dos principais tipos:
Almofadas térmicas de silicone (condutividade térmica: 1,0-15,0 W/m-K): macio, com isolamento elétrico, adequado para cenários de utilização geral, como computadores portáteis, módulos de bateria EV e placas VGA. Não corrosivo, não endurece para utilização a longo prazo, fácil de cortar.
Almofada térmica de grafite (condutividade térmica: elevada, dependendo da conceção): ultrafina, elevada condutividade térmica, adequada para equipamento de estação de base 5G e microcontroladores. Requer uma superfície lisa, adequada para maquinagem de precisão.
Almofadas térmicas em fibra de carbono (condutividade térmica: 15,0-45,0 W/m-K): fibra de carbono orientada, adequada para requisitos de alta potência, normalmente utilizada em BTMS de veículos eléctricos e ESS de alta carga, leve, em conformidade com a tendência de leveza dos veículos eléctricos.
Almofadas térmicas sem silicone (condutividade térmica: 1,0-6,0 W/m-K): evita a contaminação por silício, não é corrosivo, é adequado para ambientes sensíveis, como equipamento médico, sensores ópticos e instrumentos de precisão.
Almofada condutora térmica de mudança de fase (Condutividade térmica: 1,8-8,0 W/m-K): Passa de sólido a líquido entre 45°C e 55°C, boa molhabilidade, resistência térmica muito baixa, adequado para cenários de elevado calor, como CPUs, GPUs e MOSFETs.
Cada tipo de almofada térmica pode fornecer soluções de gestão térmica específicas, dependendo dos requisitos de condutividade térmica, do ambiente de trabalho e dos cenários de aplicação.
Como escolher a almofada térmica correcta
Condutividade térmica: 1-6 W/m-K para dispositivos de baixa potência, 15 W/m-K ou mais para dispositivos de alta potência (por exemplo, baterias de veículos eléctricos).
Temperatura de funcionamento: Para condições extremas (por exemplo, -60°C a 220°C), escolher o tipo N-B Supermax.
Espessura e folga: Medir a folga do componente e selecionar a espessura correspondente (por exemplo, 1,5 mm ou 2 mm).
Requisitos ambientais: Escolha almofadas sem silicone para cenários sensíveis, fibra de carbono ou almofadas de mudança de fase para um elevado desempenho.
Outros materiais (por exemplo, acrílico, poliéster, alumínio, fibra de vidro) podem ser utilizados para responder a necessidades específicas e a Trumonytechs oferece um serviço personalizado para o ajudar a adaptá-los com precisão.
Otimização da gestão térmica com o Trumonytechs
As almofadas térmicas são mais do que uma simples ferramenta de arrefecimento, são uma escolha estratégica para melhorar a fiabilidade e a eficiência do seu equipamento. A facilidade de utilização, a eficiência e a vasta gama de tipos fazem delas a solução ideal para a gestão térmica moderna. Quer se trate de Sobreaquecimento da bateria do VE ou ESS em funcionamento a longo prazo, as almofadas térmicas estão à sua disposição.
Com 20 anos de experiência no domínio da transferência de calor, a Trumonytechs oferece soluções inovadoras e económicas de almofadas térmicas que ajudam a reduzir os custos de BTMS e a melhorar o desempenho da gestão térmica. Contacte-nos hoje (#) para obter amostras, apoio técnico ou uma solução personalizada para ajudar a tornar o seu projeto um sucesso!
