Клеи для радиаторов являются полезными компонентами. Их можно использовать для крепления радиаторов к электронным устройствам, таким как ЦП, печатные платы и графические процессоры. Клеи переносят тепло от детали к радиатору, сохраняя устройства более холодными и надежно закрепляя радиатор.
В данной статье рассматриваются различные типы теплоотводящих клеев, их применение, проблемы и аспекты тестирования.
Что такое теплоотводящий клей?
Термоклей для радиаторов — это специальное теплопроводящее соединение. Его можно использовать для создания прочных соединений между двумя поверхностями, радиаторами и/или другими компонентами, такими как полупроводники, процессоры и т. д. Более того, эти клеи не только удерживают компоненты на месте; они отводят избыточное тепло и охлаждают детали. Их можно использовать для заполнения зазоров без использования винтов или зажимов.
На данном изображении показано, как адгезив для теплоотвода обеспечивает прочный тепловой контакт. Он демонстрирует передачу тепла от SC к теплоотводу с использованием тепловых материалов (TIM), таких как CuW и CuMo. Это поддерживает производительность электронного устройства и обеспечивает эффективное рассеивание тепла.
Типы теплоотводящих клеев:
1. Термоленты:
Термоленты тонкие (от 0.05 мм до 0.2 мм) и липкие с обеих сторон. Эти ленты просты в использовании. Производители используют для термолент акрил, силикон или материалы с фазовым переходом.
Акриловые ленты в основном прочные и долговечные. Между тем, силиконовые ленты являются лучшими вариантами для гибкости и выдерживания высоких температур (до 200°C и более). Материалы с фазовым переходом слегка плавятся при достижении 45°C-80°C, лучше заполняя зазоры.
2. Эпоксидные смолы:
Эпоксидный клей обычно использует постоянное соединение. Он бывает двух типов: однокомпонентный (готовый к использованию) или двухкомпонентный. Перед использованием тщательно смешайте два составных раствора. Оба клея обеспечивают прочное соединение, но эпоксидный — лучший выбор для деталей, подвергающихся большим нагрузкам.
3. Клеи на основе силикона:
Клеи на основе силикона менее прочны, чем эпоксидные, но обеспечивают гибкость. Они выдерживают высокие температуры и устойчивы к старению. Их можно использовать для временных и менее постоянных установок.
Свойства теплоотводящих клеев
| Тип клея | Теплопроводность (Вт / мК) | Термическое сопротивление (°C/Вт) | Прочность связи (psi) | Диапазон рабочих температур (° C) | Время отверждения (мин) |
|---|---|---|---|---|---|
| эпоксидная смола | 0.5-1.5 | 0.05-0.2 | 1,000-3,000 | -40 в 150 | 30-60 |
| Акрил | 0.2-0.8 | 0.1-0.5 | 500-2,000 | -20 в 120 | 10-30 |
| Polyimide | 0.5-2.0 | 0.05-0.2 | 1,500-4,000 | -40 в 250 | 60-120 |
| силиконовый | 0.2-0.8 | 0.1-0.5 | 500-2,000 | -50 в 200 | 10-30 |
| на керамической основе | 1.0-5.0 | 0.02-0.1 | 1,000-3,000 | -40 в 250 | 30-60 |
| На основе графита | 2.0-10.0 | 0.01-0.05 | 500-2,000 | -40 в 150 | 10-30 |
Свойства теплоотводящих клеев
Теплопроводящие клеи:
Теплопроводность клеев показывает, насколько хорошо они рассеивают тепло. Например, клей с проводимостью 1-3 Вт/мК лучше всего подходит для общего применения. В случае высокопроизводительных деталей используйте клеи с проводимостью >5 Вт/мК для лучшего рассеивания тепла.
Производители измеряют проводимость с помощью таких инструментов, как измеритель теплопроводности. Они нагревают клей с одной стороны и проверяют, насколько быстро он проводит тепло.
Кроме того, несколько наполнителей, таких как керамические, металлические или графитовые частицы, помогают улучшить теплопередачу. Производители смешивают их с клеями во время производства.
Электрическая изоляция:
Многие теплоотводящие клеи (силиконовые и эпоксидные) содержат электроизоляционные свойства из-за непроводимости материала по своей природе. Это означает, что они предотвращают поток или не проводят электричество. Электроизоляция уменьшает короткие замыкания в устройствах.
Вязкость:
Вязкость измеряет густоту клея в сантипуазах (сП). Например, вязкость пастообразных клеев составляет 10,000 XNUMX сП.
Высокоскоростной клей часто трудно использовать, но он прочно держится на поверхностях. Напротив, клеи имеют низкую вязкость, капают или создают беспорядок, но с ними легко обращаться.
Время отверждения:
Время отверждения клея относится к процессу высыхания. Многие клеи высыхают быстро (от 2 до 5 минут), в то время как другим требуется до 24 часов.
Производители используют определенные инструменты, такие как тепловые пушки или печи, чтобы ускорить процесс сушки. Например, в промышленных местах они применяют температуру от 80 до 100°C к эпоксидной смоле, чтобы сократить время отверждения с часов до минут.
Дегазация:
Дегазация — это естественный процесс выделения газов из компонентов. Клеи образуют газы при высыхании.
Слишком много газа может повредить чувствительные детали, такие как космические или медицинские приборы. Для этого можно использовать клеи, которые выделяют менее 1% своего веса в виде газа.
Адгезионная прочность:
Прочность адгезии теплоотвода не всегда остается постоянной. Например, эпоксидное соединение обеспечивает более высокую прочность (выше 10 МПа), тогда как ленты не прочнее и легко удаляются.
Вы можете измерить их, сильно растягивая соединенные поверхности. Проверьте, какую силу они используют в мегапаскалях (МПа).
Материалы термоинтерфейса
Основная задача TIM в теплоотводящих клеях — улучшение теплопередачи. Они заполняют крошечные зазоры, уменьшают воздушные карманы и обеспечивают прочный контакт между поверхностями.
Например, на диаграмме показано сравнение теплопередачи с TIM и без него. Прямой контакт оставляет воздушные зазоры и препятствует тепловому потоку, в то время как использование TIM значительно снижает температуру поверхности. Кроме того, он улучшает общее рассеивание тепла.
Важность клея для теплоотвода
Теплопередача и терморегулирование:
Обычно каждая электрическая часть выделяет значительное количество тепла во время работы. Например, перегрузка процессора приводит к избыточному нагреву до 100-150 Вт. Поэтому устранение перегрева необходимо в случае защиты устройства от поломки.
Теплоотводящие клеи обеспечивают превосходную теплопроводность. Они заполняют микроскопические зазоры размером до 0.01 мм, чтобы снизить тепловое сопротивление. Как и показано на этом изображении, конструкция теплоотвода.
При этом нижняя стенка представляет собой источник тепла, рассеивающий тепло через многочисленные вертикальные ребра (зона штыревых ребер). Добавление верхней крышки позволяет воздуху проходить через ребра. Это эффективно отводит тепло.
Такие конструкции радиаторов обеспечивают достаточную площадь для эффективного отвода тепла, а также позволяют устройству работать в безопасных температурных пределах.
Роль в поддержании оптимальной производительности устройства:
Перегрев замедляет выполнение задач. Например, перегрев процессора снижает его скорость. Он снижает производительность на 30-50% и потребляет больше энергии.
Теплоотводящий клей поддерживает температурный предел. Он позволяет устройствам работать с максимальной эффективностью. Кроме того, правильное управление температурой может увеличить срок службы на 20-30%, снижая стоимость ремонта.
Последствия использования некачественных клеев:
При использовании любого клея учитывайте параметры вашего проекта. Такие как температура, хрупкость, материалы и применение.
Неправильный клей может увеличить тепловое сопротивление (50% или более) из-за неправильного заполнения зазоров. Это приводит к появлению точек перегрева, при которых предельные значения температуры могут достигать 100°C или выше. Точки перегрева повреждают чувствительные детали. Это замедляет их работу и приводит к сбоям в работе.
Например, использование плохого клея для приклеивания радиатора в графическом процессоре может привести к превышению предела нагрева. Это приведет к сбоям или даже полному отключению.
Выбор правильного клея для теплоотвода
1. Тепловое движение (теплопроводность)
Измерьте теплопроводность выбранного клея для радиатора. Например, для светодиодных ламп, печатных плат или силовых транзисторов следует использовать клеи с теплопроводностью 1-3 Вт/мК.
Более высокая проводимость (до 8 Вт/мК) также хорошо переносит тепло между мощными устройствами, такими как серверы или аккумуляторы электромобилей. Использование неправильного клея может привести к плохому перемещению тепла или сокращению срока службы.
На изображении показана система теплоотвода для электронных деталей, эффективно рассеивающая тепло, вырабатываемое ИС. Инженеры монтируют этот тепловыделяющий чип (ИС) на печатную плату. Они используют клей TIM1 и TIM2. Это улучшает перемещение тепла между чипом, распределителями тепла (HSP) и основным радиатором (HS).
2. Термостойкость:
Теплоотводящий клей должен выдерживать высокие температуры. Например, для бытовой электроники лучше всего подходит стойкость в 100-150°C.
Однако для высокопроизводительных деталей, таких как автомобильные двигатели или промышленные машины, требуется устойчивость к температуре 200°C или выше. Клеи для обработки при низких температурах подходят, поскольку они разрушаются, что приводит к снижению производительности.
3. Очистка и подготовка поверхности:
Подготовьте поверхности для создания прочного соединения. Для этого используется 90-99% изопропил для очистки глубоких, детализированных деталей. Удалите грязь, жир и окисление. Не забудьте слегка отшлифовать грубые поверхности, чтобы убедиться, что клей работает так, как задумано.
4. Предотвращение проблем с электричеством:
Для печатных плат или датчиков необходимы клеи с электроизоляционными свойствами. Такие соединения предотвращают короткие замыкания и утечки тока. В этом случае лучше использовать клеи на основе силикона. Например, производители используют непроводящие клеи (>10^12 Ом·см) в источниках питания.
5. Толщина и расход:
Толщина клея имеет значение при заполнении зазоров. Например, для зазоров размером 0.1 мм требуются низкие скорости до 10,000 0.5 сП, как в смартфонах. И наоборот, для более крупных зазоров (до XNUMX мм) промышленных двигателей требуются более толстые клеи.
6. Время, необходимое для отверждения клея
Адгезионные соединения отверждаются в разное время. Это зависит от их типа, формы и химической структуры. Некоторые соединения могут отверждаться за 5–10 минут, в то время как другим требуется целый день.
Быстросохнущие клеи подходят для быстрых исправлений. Медленносохнущие клеи лучше всего подходят для сложных конструкций. Это позволяет вносить коррективы во время нанесения.
7. Совместимость материалов:
Выбирайте клеи, которые идеально подходят к материалу вашего устройства. Это значит, что они не должны наносить вреда объекту. Например, для склеивания металла можно использовать эпоксидный клей, а для пластика — такой (силиконовый), который не трескается и не отслаивается со временем.
Проблемы и ограничения теплоотводящих клеев
Термическая деградация:
Постоянное воздействие высоких температур может привести к разрушению связей. Интенсивные температуры влияют на их прочность и теплопроводность. Например, силиконовые связи радиатора могут деградировать на 20-30% при длительном воздействии тепла.
Чувствительность к влаге:
Клеи могут впитывать до 2-5% влаги. Это часто происходит из-за влажной среды. Влага снижает прочность сцепления на 15-20%. Используйте герметичные контейнеры для хранения клеев при влажности менее 40%.
Старение и деградация:
Окисление или воздействие УФ-излучения являются основными причинами старения или деградации клея. В результате соединения могут затвердеть, потрескаться или потерять гибкость.
Стратегии смягчения последствий:
● Вы можете нанести несколько барьерных покрытий, таких как диоксид титана и оксид цинка. Эти покрытия помогают защитить клеи от влаги и ультрафиолетовых лучей.
● Старайтесь хранить клеи в прохладном, сухом месте при температуре ниже 25°C.
● Существует множество добавок, препятствующих старению, которые можно использовать в клеях для увеличения срока службы.
Методы испытаний клея для теплоотвода
Метод обхода:
Сначала производители прикрепляют радиатор к источнику тепла без использования клея. Это связано с тем, что они хотят измерить базовую тепловую производительность и то, насколько он может справиться с перемещением тепла и охлаждать детали самостоятельно.
Метод блокировки потока без обхода:
На этом этапе производители блокируют поток воздуха, чтобы инициировать плохую вентиляцию. Это позволяет им определить, насколько хорошо клей работает в критических ситуациях.
Метод источника тепла сэндвича:
Производители делают сэндвич-источники тепла, используя два теплоотвода. Они помещают источник тепла между ними и наносят клей на обе стороны. Этот метод помогает им контролировать равномерное распределение тепла.
Метод подвешивания теплоотвода:
Подвесьте радиатор, используя нить, чтобы изолировать его эффекты. Этот метод помогает рассчитать тепловые характеристики без физического контакта. Этот метод позволяет разделить эффективность клея, чтобы показать, как он изменяет температуру, например, от 100°C до 70°C.
Распространенные упущения:
● Не пренебрегайте экологическими аспектами при проведении испытаний. Например, влажность, пыль или колебания температуры. Например, влажность 60% может повлиять на эффективность клея до 10-15%.
● Каждый метод может не подходить для смоделированных реальных условий. Например, плохой поток воздуха или неровные поверхности приводят к ошибочным результатам.
● Тестируйте клеи в течение длительных периодов вместо коротких. Длительное старение (например, более 1,000 часов) помогает оценить долговечность.
Теплоотводящие клеи в оборудовании ИИ
Теплоотводящие клеи имеют решающее значение для аппаратного обеспечения ИИ. Например, серверы ИИ и кластеры графических процессоров создают много тепла. Поэтому эти системы используют мощные чипы. Интересно, что эти чипы должны оставаться холодными, чтобы хорошо работать. Теплоотводящие клеи помогают отводить тепло от чипов. Хорошие клеи должны хорошо проводить тепло.
Вывод:
Теплоотводящие клеи значительно улучшают перемещение тепла в электронных деталях. Они сохраняют устройства прохладными. Используя правильные клеи, вы можете предотвратить перегрев и продлить срок службы устройства. Кроме того, следует учитывать несколько аспектов, таких как теплопроводность, термостойкость и надлежащее тестирование для улучшения выходных показателей.
Jiuju специализируется на высокопроизводительных решениях по управлению тепловым режимом, предлагая широкий выбор радиаторов. клеи и эпоксидные смолы. Наша линейка продукции включает термоленты, эпоксидные клеи и решения на основе силикона, разработанные для превосходной теплопроводности, прочного соединения и надежной работы. Свяжитесь с нами для индивидуального решения.
