Rosnąca moc urządzeń elektronicznych i dążenie do miniaturyzacji sprawiają, że rozpraszanie ciepła kluczowym aspektem projektowania. Zarządzanie temperaturą nie jest już tylko kwestią wydajności, ale warunkiem koniecznym do zapewnienia bezpieczeństwa, niezawodności i ciągłości działania.
Ten artykuł zawiera kompleksowy przegląd Dowsil rozwiązań technicznychanalizując materiały, mechanizmy i korzyści płynące z zastosowania do rozpraszania ciepła w złożonych systemach elektronicznych.
Dlaczego rozpraszanie ciepła jest niezbędne w komponentach elektronicznych?
Podczas pracy, każdy komponent elektroniczny generuje ciepło jako produkt uboczny. Jeśli nie jest ono skutecznie rozpraszane, akumulacja ta prowadzi do wzrostu temperatury do punktu równowagi. Zgodnie z prawem chłodzenia Newtona, szybkość utraty ciepła zależy od różnicy temperatur między komponentem a otoczeniem: jeśli ta różnica jest niewystarczająca lub powierzchnia wymiany jest zmniejszona, istnieje ryzyko pogorszenia wydajności, nieprawidłowego działania lub nieodwracalnej awarii.
Dlatego rozpraszanie ciepła należy zaplanować już na etapie projektowania. Urządzenia o dużej gęstości mocy, takie jak diody LED, falowniki, tranzystory IGBT lub mikroprocesory, wymagają materiałów i systemów, które działają jako wydajny interfejs między źródłem a radiatorem.
Rozwiązania i materiały do odprowadzania ciepła
Pierwszy poziom zarządzania termicznego często powierza się pasywnym radiatorom, które zwiększają powierzchnię dostępną do wymiany ciepła z otoczeniem. Jednak powierzchnie styku między komponentem a radiatorem nigdy nie są idealnie gładkie: chropowatość metaliczna tworzy mikro-przestrzenie powietrzne, które z natury są izolujące i obniżają wydajność systemu.
Aby rozwiązać ten problem, stosuje się materiały termoprzewodzące (TIM), takie jak pasty termiczne, kleje lub podkładki, które wypełniają mikro-przestrzenie, poprawiają kontakt termiczny i zmniejszają opór termiczny na styku.
Pasty termiczne: serce efektywnego odprowadzania ciepła
Formulacje silikonowe i niesilikonowe
Dowsil pasty termoprzewodzące składają się z wypełniaczy termoprzewodzących zawieszonych w niesieciującym nośniku. Sprawia to, że są idealne do zastosowań, gdzie wymagana jest możliwość ponownej obróbki lub gdy geometria nie pozwala na użycie sztywnych materiałów.
Dowsil oferuje:
- Pasty silikonowe: niska lepkość, odporność do 200°C. Przydatne, gdy priorytetem jest stabilność w wysokich temperaturach.
Pasty niesilikonowe: niezbędne w kontekstach, gdzie lotne siloksany mogą zagrażać adhezji, czystości lub izolacji (np. optyka, wrażliwe obwody, powłoki)
Żywice hermetyzujące: ochrona i zintegrowane zarządzanie termiczne
- W trudnych warunkach przemysłowych, elektronika musi wytrzymać wilgoć, kurz, wibracje i warunki korozyjne. Żywice hermetyzujące oferują rozwiązanie 2 w 1 tych problemów: ochronę i odprowadzanie ciepła.Dla niektórych typów obwodów może być korzystne hermetyzowanie urządzenia w obudowie radiatora przy użyciu związku termoprzewodzącego.Dowsil produkuje szereg dwuskładnikowych rozwiązań hermetyzujących wykorzystujących technologie epoksydowe, poliuretanowe i silikonowe:
- Epoksyd: maksymalna izolacja i przewodność do 1,54 W/m·K.
- Poliuretan: elastyczność i odporność w środowiskach tropikalnych lub morskich.
Silikon: działanie w szerokim zakresie temperatur (-60/+200°C), idealny do selektywnego zalewania lub środowisk z dużymi wahaniami temperatury.
Typowe właściwości produktów do odprowadzania ciepła
- Odprowadzanie ciepła materiały są wybierane nie tylko ze względu na ich wydajność w laboratorium, ale także ze względu na zdolność do utrzymania efektywności i stabilności w czasie, nawet w ekstremalnych warunkach pracy. Kluczowe właściwości do oceny to:
Przewodność cieplna
- Jest to miara zdolności materiału do przewodzenia ciepła, wyrażona w W/m·K. Masowa wartość przewodności daje wskazówkę co do spodziewanego transferu, ale dla realistycznej oceny niezbędne jest również uwzględnienie oporu cieplnego na styku, który uwzględnia zastosowaną grubość, jakość kontaktu i wywierany nacisk. Wysoce przewodząca pasta, jeśli zostanie nałożona w zbyt grubej warstwie, może być mniej wydajna niż ta o niższych wartościach, ale prawidłowo nałożona.
Zakres temperatury pracy
- Warunki środowiskowe mogą się znacznie różnić w zależności od zastosowania, dlatego nasze produkty Dowsil oferują materiały o rozszerzonych zakresach temperatur, od -60°C do +230°C. Ważne jest, aby wybierać produkty, które zachowują integralność i wydajność termiczną nawet podczas przekroczeń specyfikacji lub powtarzających się cykli termicznych.
Wytrzymałość dielektryczna
- W systemach elektronicznych kluczowe jest, aby materiały używane do odprowadzania ciepła nie zagrażały izolacji elektrycznej. Produkty do odprowadzania ciepła oferują doskonałe wartości wytrzymałości dielektrycznej, z wartościami szczytowymi do 42 kV/mm dla past niesilikonowych i doskonałą wydajnością nawet w przypadku żywic i RTV.
Lepkość
- Lepkość wpływa na metodę i jakość aplikacji. Pasty termiczne muszą być wystarczająco płynne, aby utworzyć cienką warstwę, ale stabilne, aby nie ulegać wypompowywaniu w czasie. Wypełniacze szczelin mają bardzo wysoką lepkość, aby zapewnić odporność na wibracje i odkształcenia. Po nałożeniu, żywice i RTV polimeryzują i stają się mechanicznie stabilne; w tym przypadku lepkość jest ważna dla dozowania, nie dla końcowej wydajności.
Zastosowania w zarządzaniu termicznym
- Falowniki fotowoltaiczne: znane z wrażliwości na temperaturę i poddawane ciągłemu stresowi termicznemu.
- Połączenia między rurami cieplnymi a zbiornikami wody: w zastosowaniach ogrzewania słonecznego.
- Ogniwa paliwowe wodorowe: gdzie odprowadzanie ciepła zapewnia wydajność elektrochemiczną i trwałość.
- Generatory wiatrowe: w środowiskach narażonych na zmiany temperatury, wibracje i wilgoć.
- LED i oświetlenie: dla utrzymania stałego strumienia świetlnego i wydłużenia żywotności.
- Elektronika zminiaturyzowana i systemy wbudowane, gdzie zmniejszona objętość zwiększa ryzyko przegrzania.
Wnioski
Odprowadzanie ciepła jest obecnie osobną dyscypliną techniczną. Rozwiązania oferowane przez Dowsil, partnera MD Poland, obejmują wszystkie potrzeby zarządzania termicznego.
Wybór odpowiedniego materiału oznacza optymalizację wydajności, bezpieczeństwa i trwałości twojego systemu elektronicznego.
Skontaktuj się z ekspertami MD Poland w celu uzyskania wykwalifikowanego wsparcia technicznego w wyborze najodpowiedniejszego rozwiązania dla twojego projektu. Nasze doświadczenie jest do twojej dyspozycji we wszystkich potrzebach związanych z odprowadzaniem ciepła w sektorach przemysłowych, e-mobilności, LED, elektroniki mocy i zielonej energii.
