Термоинтерфейс: баяндалышы, түрлөрү, колдонуу макаласын оңдоо, толуктоо, тактоо

Термоинтерфейс, көбүнчө термопаста — муздатылуучу бет менен жылуулукту өткөрүүчү түзүлүштүн ортосундагы жылуулук өткөрүүчү курам (адатта көп компоненттүү) катмары. Көп жайылган термоинтерфейс түрүнө жылуулук өткөрүүчү пасталар (термопаста) жана компаунддар саналат.

Макала мазмуну

Жалпы маалымат
Термоинтерфейс түрлөрү

Жылуулук өткөрүүчү пасталар
Жылуулук өткөрүүчү клейлер
Жылуулук өткөрүүчү куйма компаундар
Кандоо
Обочолонтуучу термоинтерфейстер

Колдонуу

Жалпы маалымат
Жез оксидинен турган термопаста

Тиричиликте персоналдык компьютерлердин жылуулук чыгаруучу компоненттери (процессор, видеокарта, оперативдик эс, негизги платанын дросселдери ж. б.) үчүн арналган термоинтерфейстер көп жайылган. Ошондой эле, электроникада жылуулукту кубаттуу чынжырлар компоненттеринен өткөрүү үчүн, блоктордун ичиндеги температура градиенттерин (айырмачылыктарын) азайтуу үчүн колдонулат.

Мындан тышкары термоинтерфейстер жылуулук менен камсыз кылуу жана жылытуу системаларында пайдаланылат.

Жөнөкөй сөз менен айтканда, кайсы бир тетикти муздатуучу жылуулук өткөргүч.

Термоинтерфейс түрлөрү
Жылуулук өткөрүүчү курамдар электрондук компоненттерди өндүрүүдө, жылуулук жана өлчөөчү техникада, ошондой эле, жогорку жылуулук чыгаруучу радиоэлектрондук түзүлүштөрдө колдонулат. Термоинтерфейстер кийинкидей формага ээ:

жылуулук өткөрүүчү паста сымал курамдар;
полимерденүүчү жылуулук өткөрүүчү курамдар;
жабыштыруучу жылуулук өткөрүүчү курамдар;
жылуулук өткөрүүчү төшөмдөр же салмалар;
кандоочтор жана суюк металлдар.

Жылуулук өткөрүүчү пасталар
Жылуулук өткөрүүчү паста (оозеки «термопаста») — эки тийишүүчү беттердин ортосундагы жылуулук каршылыгын азайтуу үчүн колдонулуучу көп компоненттүү, жогоркуу жылуулук өткөргүчтүү формалануучу зат. Булар беттердин ортосундагы абанын ордуна жакшыраак жылуулук өткөргүчтүү пастага алмаштыруу үчүн кызмат кылат. Жөнөкөй сөз менен айтканда биринчи беттен бөлүнүп чыккан жылуулукту муздатуу же жылытуу максаттарында экинчи бетке өткөрүү. Консистенциясы суюк, (дээрлик суудай), орто коюлукта жана коюуу болушу мүмкүн.

Жылуулук өткөрүүчү пасталарга болгон негизги талаптар:

жылуулук каршылыгынын эң төмөн болуусу;
иштөө убакытындагы жана сактоодогу пастанын касиеттеринин туруктуулугу;
касиеттеринин иштиктүү температура диапазонундагы туруктуулугу;
компонент бетине сүйкөөнүн же түшүрүүнүн, ошондой эле ал беттен кетирүүнүн ыңгайлуулугу;
айрым учурларда жылуулук өткөрүүчү курамдарга жогорку электр өткөрбөстүк касиеттери жана төмөнкү электр сыйымдуулук талаптары коюлат.

Жылуулук өткөрүүчү пасталарды жылуулук өткөрүүчү компонент катары даярдоодо микро- жана нанодисперстик күкүм жана аралашма түрүндөгү жогорку жылуулук өткөрүүчү толтургучтар пайдаланылат, көбүнчө кийинкидей материалдардан (курамдан) турат:

металлдар (вольфрам, жез, күмүш);
микрокристаллдар (алмаз);
металл оксиддери (цинк, алюминий ж. б.);
нитриддер (бор, алюминий);
графит/графен.
майлар

Байланыштыруучу заттар катары байланыштыргычы абада полимерленүүчү минералдык же синтетикалык майлар пайдаланылат. Кээде тыгыздыгын жогорулатуу максатында курамына оңой буулануучу компоненттерди кошот, булар пастаны бетке түшүрүүдө жетишээрлик суюк болуп, ошол эле убакта тыгыз термоинтерфейс жана жогорку жылуулук өткөрүүчү касиеттерге ээ болот. Мындай жылуулук өткөрүүчү курамдар максималдуу жылуулук өткөрүмдүүлүгүнө штаттык режимде иштөөдө 5—100 саатта чыгат. Температура 20—25°С суюк болгон жылуулук өткөрүүчү пасталар да бар, булар көбүнчө таза индий жана галлийден же алардын негизиндеги эритмелерден турат.

Эң мыкты жана кымбат термопасталар — күмүштүн негизинде жасалгандар; рейтинги боюнча оптималдуу деп саналганы — алюминий оксидинин негизиндегиси (бул экөө эң төмөнкү жылуулук каршылыгына ээ). Эң арзаны жана азыраак эффективдүүсү керамиканын негизинде жасалган пасталар.

Колго жасалган термопастанын эң жөнөкөйү — кадимки карандаштын графитинин наждакта майдаланган күкүмү жана тиричиликте колдонулуучу минералдык майлоочу май менен болгон аралашмасы.

Термопаста, электрондук түзүлүштөрдө жылуулук чыгаруучу элементтер менен жылуулук өткөрүүчү түзүлүштөр ортосунда (мисалы, процессор менен радиатордун ортосунда) термоинтерфейсти жакшыртуу үчүн пайдаланылат. Жылуулук өткөрүүчү пастаны колдонуунун башкы талабы — анын бетке түшүрүлүүчү катмарынын минималдуулугу. Ал үчүн пастаны жылуулук чыгаруучу бетке түшүрүүдө же сүйкөөдө өндүрүүчү же даярдоочунун сунуштарын сактоо туура. Пастанын анча чоң эмес көлөмү беттердин бири-бирине жакындап бекилишинде жайылат. Ошону менен бирге паста майда чуңкурчаларга толуп, ал жактагы абаны сүрүп чыгарып, жылуулуктун жайылуусу үчүн бир тектүү чөйрөнү калыптандырат.

Термопаста берилген корпустан жогорку болгон жылуулук бөлүп чыгаруучу электрондук түйүндөрдү муздатууда колдонулат: кубат транзисторлорунда жана импульстук азыктандыруу блокторундагы азыктандыруу микросхемаларында (ачкычтарда), кинескоптуу телевизорлордун саптуу жазылмалардын блокторунда, кубаттуу күчөткүчтөрдүн чыгуучу каскаддарындагы транзиторлордо. Элементти эски термопастадан тазалоо үчүн негизинен спирт колдонулат.

Жылуулук өткөрүүчү клейлер
Жылуулук өткөрүүчү пастасын колдонуу мүмкүн болбогон учурларда (бекитүүсү жок кезде) колдонулат, айрыкча жылуулук өткөрүүчү арматуранын процессорго, транзисторго бекитүүдө. Мындай кайра чечилгиз кошулуу, клей менен чаптоо технологиясын талап кылат. Термоинтерфейстин калыңдыгы чоң болсо жылуулук өткөрүү начарлашы мүмкүн.

Жылуулук өткөрүүчү куйма компаундар
Герметикалуулукту, механикалык жана электр бекемдикти жакшыртуу үчүн электрондук модулдарды көп учурда полимердик компаунддар менен куюшат. Эгер модулдар кыйла жылуулук кубаттуулукту жайылтса, куйма компаунддар ысууга жана термоциклдик кайталанууга туруктуулукту камсыз кылып, температуранын градиенттеринен улам пайда болгон термалдык чыңалууларга чыдап, компоненттердеги жылуулукту модулдун корпусуна өткөрүүнү жеңилдетиши керек.

Кандоо
Термоинтерфейс, беттерди оңой эрий турган металлдар менен кандоонун (ширеттүүнүн) негизинде иштейт. Туура пайдаланууда мындай ыкма салыштырмалуу жылуулук өткөрүмдүүлүктүн рекорддук көрсөткүчтөрүн берет, бирок, көптөгөн чектөөлөр жана татаалдыктарга ээ. Биринчи кезектеги көйгөй беттердин материалдары жана кошууга даярдоонун сапаты. Өндүршүтүк шарттарда каалаган материалдарды кандоо мүмкүн (айрымдары беттердин атайын дайындалышын талап кылат).

Тиричилик жана устаканалык шарттарда кандоо менен жез, күмүш, алтын беттер, жана башка кандап эритүүгө оңой болгон материалдар бириктирилет. Аллюминий, чопо жана полимердик беттер буга жарабайт, демек тетиктердин гальваникалык обочолонуусу да мүмкүн эмес.

Кандап бириктирүү алдында бириктирилүүчү беттерди тазалоо керек. Беттерди кирлердин бардык түрүнөн жана даттан сапаттуу тазалоо абдман маанилүү. Оңой эрий турган металлдардын температурасынын деңгээлинде флюстардын эффективдүүлүгү төмөн болуп, колдонулбайт, ошондуктан, тазало механикалык жана атайын химиялык эриткичтер (мисалы, спирт, ацетон, эфир) менен жүргүзүлөт, мунун себебинен термоинтерфейстин кутусуна жышуучу жана спирт сиңдирилген кездеме салып коюшат. Мындан улам, термоинтерфейс менен резина же пластик кол каптары менен иштөө керек: майлар кандоонун сапатына кыйла таасир этет.

Кандоо кошулуучу жерди термоинтерфейстин көрсөтүлгөн температурасы менен ысытуу аркылуу жүргүзүлөт. Айрым өнөр жайлык термоинтерфейстер эки кандалуучу тетиктин 60—90 градус Цельсияга чейин алгачкы жылытуусун талап кылат (мисалы, техникалык фен менен).

Бүгүнкү күнү мындай түрдөгү термоинтерфейс эрүү температурасы бөлмө температурасынан жогорураак болгон (50...90 градус Цельсий) фольга жана эритменин паста түрүндөгүсү берилет. Пасталар колдонууда татаалыраак, аларды эритилип бекитилүүчү жерге тыкат сүйлөө зарыл. Фольга болсо отургузууда атайын ысытууну гана талап кылат.

Обочолонтуучу термоинтерфейстер
Жылуулук берүүчү элементтер ортосундагы электр обочолонтуунун негизине кубаттуу электроникада пайдаланышат. Керамикалык, слюдалык, силикондук же пластик салмалар, коймолор, камтамалар менен ишке ашырылат:

силикондук компауддардан турган ийкемдүү жана керамикалык катуу салмалар;
жука керамикалык катмар менен капталып, анын үстүнөн жез жолчолор түшүрүлгөн негизи аллюминий же жез барактан турган басма платалар. Мындай платалар эреже катары бир тараптуу (фольга бир бетинде гана), экинчи бетине жылуулук өткөргүчкө (радиаторго) бекилет.
толугу менен обочолонгон кубаттуу компоненттер (кубаттуу электрондук компоненттердин стандарттык корпустарынын металл жылуулук өткөргүчтөрү эпоксиддик курамдагы катмар менен капталат).

Колдонуу
Термоинтерфейсти сүйкөө же алып салуу муздатуучу түзүлүштү жана термоинтерфейсти өндүрүүчүнүн нускамасы менен аткарылат.

Кээ бир термоинтерфейстер электр өткөрүүчү касиетке ээ, ошондукан булар менен өзгөчө сактык менен мамиле жасоо керек (электр өткөрүүчү чынжырларга түшүүсүн алдын алып, андан кийин кыска кошулуу болбоосу үчүн электр өткөрүүчү материалды ашыкча сүйкөбөө). Колдонулуучу чөйрөлөрдүн мисалдары кийинкидей:

Кубаттуу электроника
Эсептөөчү техника
Температура сенсорлору