熱伝導性ペースト、接着剤、化合物、絶縁サーマルインターフェース - 目的と用途

効果的に冷却する必要がある表面から、この熱を回収するように設計されたデバイスへの熱伝達の質を向上させるために、いわゆるサーマルインターフェイスが使用されます。

サーマルインターフェースは、通常は多成分の熱伝導性化合物、通常はペーストまたは化合物の層です。

現在最も一般的なサーマル インターフェイスは、プロセッサやビデオ カード チップなど、コンピュータのマイクロエレクトロニクス コンポーネントに使用されているものです。サーマル インターフェイスは他の電子機器でも広く使用されており、電源回路でも高熱が発生するため、効率的で高品質の冷却が必要です。サーマル インターフェイスは、あらゆる種類の熱供給システムにも適用できます。

何らかの形で、さまざまな熱伝導性化合物は、パワーエレクトロニクス、無線エレクトロニクス、コンピューティングおよび測定機器の製造、温度センサーを備えたデバイスなどで使用されます。つまり、通常、動作電流や熱によって加熱されるコンポーネントが存在する場所です。他の方法で、優れた放熱性を実現します。現在、ペースト、接着剤、化合物、金属、ガスケットなどの形態のサーマルインターフェイスがあります。

熱伝導ペースト

サーマル ペーストまたは単にサーマル ペーストは、最新のサーマル インターフェイスの非常に一般的な形式です。これは、優れた熱伝導率を備えた複数の成分のプラスチック混合物です。サーマルペーストは、2 つの接触面の間、たとえばチップとヒートシンクの間の熱抵抗を減らすために使用されます。

熱伝導性ペーストのおかげで、ラジエーターと冷却された表面の間の熱伝導率の低い空気が、熱伝導率が大幅に高いペーストに置き換えられます。

最も一般的なロシア製ペーストは KPT-8 と AlSil-3 です。 Zalman、Cooler Master、Steel Frost ペーストも人気があります。

熱伝導性ペーストの主な要件は、熱抵抗が可能な限り低いこと、使用温度の全範囲にわたって長期間にわたりその特性を安定に保持すること、塗布および洗い流しが容易であること、および場合によっては熱伝導性ペーストの熱伝導性ペーストが熱伝導性ペーストに付着した熱伝導性ペーストを洗い流すことが容易であることです。適切なものがあると便利です 電気絶縁性.

熱伝導性ペーストの製造は、十分に高い熱伝導率を備えた最高の熱伝導性コンポーネントとフィラーの使用に関連しています。

タングステン、銅、銀、ダイヤモンド、亜鉛と酸化アルミニウム、アルミニウムと窒化ホウ素、グラファイト、グラフェンなどをベースにしたミクロ分散およびナノ分散粉末および混合物。

ペースト組成物中の結合剤は、鉱油または合成油、さまざまな混合物、および低揮発性の液体であり得る。バインダーが空気中で重合するサーマルペーストもあります。

ペーストの密度を高めるために、蒸発しやすい成分がその組成に追加されることがあります。これにより、ペーストが塗布されると液体になり、高密度で熱伝導率の高い熱界面に変わります。このタイプの熱伝導性組成物は、通常の動作の 5 ～ 100 時間後に最大熱伝導率に達するという特徴的な特性を備えています。

室温で液体の金属ベースのペーストがあります。このようなペーストは、純粋なガリウムとインジウム、およびそれらをベースにした合金で構成されています。

最高で最も高価なペーストは銀でできています。酸化アルミニウムをベースとしたペーストが最適と考えられます。銀とアルミニウムは、最終製品の熱抵抗が最も低くなります。セラミックベースのペーストは安価ですが、効果も劣ります。

最も単純なサーマルペーストは、サンドペーパーでこすった通常の黒鉛鉛筆の鉛粉末と数滴の鉱物潤滑油を混合することによって作成できます。

上で述べたように、サーマルペーストの一般的な用途は、必要に応じて電子デバイスのサーマルインターフェースとして使用され、発熱要素と熱放散構造の間、たとえばプロセッサと冷却器の間などに適用されます。

熱伝導性ペーストを使用する際に注意すべき主な点は、層の厚さを最小限に抑えることです。これを達成するには、ペーストの製造元の推奨事項に厳密に従う必要があります。

少量のペーストを 2 つの部品の熱接触領域に塗布し、2 つの表面を押し付けながら簡単に崩します。したがって、ペーストは表面の最小の穴を埋め、外部への熱の分散と伝達のための均一な環境の形成に貢献します。

サーマル グリースは、電子機器のさまざまなアセンブリやコンポーネントの冷却に適しています。特定のケースの種類や特性に応じて、その放熱量が特定のコンポーネントの許容値を超えます。スイッチング電源のマイクロ回路とトランジスタ、ピクチャーランプデバイスのリニアスキャナ、音響アンプのパワーステージなど。これらは放熱グリスを使用する一般的な場所です。

熱転写接着剤

ファスナーで部品をしっかりと圧着できないなど、何らかの理由で熱伝導性ペーストの使用が不可能な場合は、熱伝導性接着剤が使用されます。ヒートシンクはトランジスタ、プロセッサ、チップなどに接着されているだけです。

接続は分離不可能であることが判明しているため、正確で高品質な接着のための非常に正確なアプローチと技術​​への準拠が必要です。この技術に違反すると、熱界面の厚さが非常に厚くなり、接合部の熱伝導率が低下する可能性があります。

熱伝導性ポッティングミックス

高い熱伝導率、気密性、電気的および機械的強度に加えて、冷却モジュールに重合性混合物を充填するだけで済みます。この混合物は、加熱されたコンポーネントからデバイスのハウジングに熱を伝達するように設計されています。

冷却されたモジュールが大量の熱を放散する必要がある場合、化合物は加熱や熱サイクルに対する十分な耐性を備え、モジュール内の温度勾配から生じる熱応力に耐えることもできなければなりません。

低融点金属

サーマルインターフェースは、低融点金属で 2 つの表面をはんだ付けすることに基づいてますます人気が高まっています。この技術を正しく適用すれば、記録的に低い熱伝導率を得ることが可能ですが、その方法は複雑で多くの制限があります。

まず第一に、取り付けのために合わせ面を定性的に準備する必要がありますが、材質によってはこれが難しい場合があります。

ハイテク産業では、一部の金属には特別な表面処理が必要であるにもかかわらず、あらゆる金属をはんだ付けすることが可能です。日常生活では、銅、銀、金など、錫めっきに適した金属のみが定性的に結合されます。

セラミック、アルミニウム、ポリマーは錫めっきにはまったく適していません。これらの場合、状況はより複雑になり、部品のガルバニック絶縁を達成することができなくなります。

はんだ付けを開始する前に、接合される表面の汚れを取り除いてください。低温ではフラックスは一般的に役に立たないため、これを効果的に行い、腐食の痕跡を取り除くことが重要です。

洗浄は通常、アルコール、エーテル、またはアセトンを使用して機械的に行われます。このため、サーマル インターフェイス パッケージには硬い布とアルコール ワイプが含まれる場合があります。手についた油分ははんだ付けの品質を確実に低下させるため、作業は手袋をして行う必要があります。

はんだ付け自体は加熱し、メーカーが指定する強度に準拠して行う必要があります。工業用サーマルインターフェイスの中には、接続部品を 60 ～ 90 °C に強制的に予熱する必要があるものもありますが、これは一部の敏感な電子コンポーネントにとっては危険な場合があります。通常、初期加熱はヘアドライヤーで行われ、その後、動作デバイスの自己加熱によってはんだ付けが完了します。

このタイプのサーマル インターフェイスは、室温よりわずかに高い融点を持つグローフォイルの形で販売されているほか、ペーストの形でも販売されています。たとえば、箔の形のフィールズ合金の融点は 50 °C です。ペーストの形のガリンスタンは室温で溶けます。フォイルとは異なり、ペーストははんだ付けする表面に十分に埋め込む必要があるため、使用がより困難ですが、フォイルは組み立て時に適切な加熱のみが必要です。

絶縁ガスケット

パワーエレクトロニクスでは、熱伝達要素とヒートシンク要素の間の電気的絶縁が必要になることがよくあります。したがって、熱伝導性ペーストが適さない場合には、シリコン、マイカ、またはセラミック基板が使用されます。

柔軟なソフトパッドはシリコン製、ハードパッドはセラミック製です。薄いセラミック層で覆われた銅またはアルミニウムのシートをベースにしたプリント回路基板があり、その上に微量の銅箔が貼り付けられています。

通常、これらは片面ボードで、トラックの片側にラジエーターに取り付けるための面があります。

さらに、特殊な場合には、ラジエーターに取り付けられたハウジングの金属部分がすぐにエポキシの層で覆われた電源コンポーネントが製造されます。

サーマルインターフェースの使用の特徴

サーマルインターフェースを取り付けたり取り外したりするときは、そのメーカーおよび冷却（冷却）デバイスのメーカーの推奨事項に厳密に従う必要があります。導電性サーマルインターフェイスを扱う場合は、過剰なサーマルインターフェイスが他の回路に入り込み、短絡を引き起こす可能性があるため、特に注意することが重要です。