Теплопроводящие материалы в радиоэлектронной промышленности | Публикации

Теплопроводящие материалы широко применяются в радиоэлектронной промышленности для монтажа теплоотводящих или терморегистрирующих устройств. Это могут быть модули охлаждения, термоиндикаторы, теплоотводящие детали из фольги, радиаторы силовых приборов и микроконтроллеров, усилители шлейфовых проводов и др. В качестве теплопроводных материалов применяются пасты и прокладки, однако сегодня на смену им приходят новые материалы.

В теории эффективный теплоотвод зависит от баланса двух параметров: смачиваемость и проводимость материала. Общая формула выглядит так:

Q = (k/t) AdT,

где

Q — теплоотдача в Вт

k — теплороводность Вт/м-К

А — площадь (100% смачиваемость) х % смачиваемости

t — толщина

dT — температура нагретой стороны — температура холодной стороны

Выбор того или иного теплопередающего материала (подложка, лента, паста.) основан на множестве факторов: мягкость, заполняемость рельефа, толщина, адгезивные свойства, смачиваемость, эффективное термосопротивление. Но при выборе теплопроводящего материала необходимо достичь баланса трех основных параметров. Во-первых, это толщина. В большинстве случаев, чем тоньше материал, тем лучше. Однако, слишком тонкие теплопроводящие материалы имеют худшую смачиваемость, поскольку не могут должным образом заполнить все неровности поверхности. Вторым ключевым параметром является смачиваемость контактной поверхности. Чем мягче материал, тем выше смачиваемость. И последний параметр — это теплопроводность. В общем случае, чем выше она, тем лучше. При этом следует учитывать, что с повышением теплопроводности увеличивается жесткость подложки, поскольку увеличивается количество наполнителя в ней, а это может негативно сказаться на смачиваемости поверхности. Основная задача разработчика заключается в поиске оптимального баланса между этими параметрами в зависимости от особенностей применения.

Сегодня на рынке представлено множество решений для теплоотвода, от жидкостей до лент и подложек. Сравним их основные преимущества и недостатки.

*Теплопроводность воздуха 0,02Вт/м-К

Из сравнительной таблицы видно, что максимальный термоперенос обеспечивают жидкий металл и графитовые ленты. Например, жидкий металл ЖМ-6 имеет теплопроводность 34 Вт/(м•К), а оригинальный Coollaboratory Liquid Ultra в два раза выше. Но жидкий металл имеет значительные ограничения по возможностям монтажа. Во-первых, он наносится методом скальпирования, т.е. очень тонким слоем, обеспечить равномерность которого достаточно трудно. Если металл попадает на другие поверхности, очистить их уже практически невозможно. Во-вторых, его необходимо равномерно и плотно нанести на всю площадь, иначе эффективность охлаждения значительно снизится. Поэтому на неровных поверхностях, где возможно образование пустот, он работать не будет.

Компания 3М предлагает альтернативный вариант охлаждения кристаллов процессоров — акриловую подложку 5590Н. Она мягкая и обеспечивает дополнительные функции демпфера, ее можно удалить без последующей очистки. Теплопроводность составляет 3 Вт/(м•К).

Сегодня на российском рынке уже используются несколько теплопроводных материалов производства 3М: двусторонняя подложка 8810, клейкая лента для светодиодов 8940 и подложка «терможвачка» 5590.

Ассортимент теплопроводных лент 3М

Рассмотрим особенности теплопроводных лент на примере 8810.

8810 — это теплопроводящая лента толщиной всего 250 мкм с акриловым адгезивом, она показывает отличные термопроводные и электроизоляционные свойства при высокой адгезии к радиатору.

Лента 8810 имеет три слоя: слой акрилового адгезива с керамическим наполнителем и два слоя лавсанового лайнера. Акриловый состав отвечает за адгезивные свойства материалы, т.е. за качество его крепления, а керамический наполнитель обеспечивает теплоперенос.

Эффективность теплоотвода, в первую очередь, зависит от качества контакта с поверхностью, а она, в свою очередь, характеризуется таким свойством, как смачиваемость. Это способность адгезива растекаться по всей поверхности субстрата, чтобы между адгезивом и этой поверхностью не возникли воздушные пустоты.
Подложки серии 8810 имеют повышенную толщину, за счет чего более плотно прилегают к поверхности радиатора и заполняют неровности его микрорельефа. На рисунке приведены результаты теста на смачиваемость подложек серии 88хх и подложки конкурента. После приложения усилия в 50 psi в течение 10 секунд подложка 8810 демонстрирует смачиваемость в 87,2% по сравнению с 16,1% конкурента.

Рассмотрим работу подложек 8810 в критических условиях температурной перегрузки. Как известно, пасты не восстанавливают свою теплопроводность после перегрузок, они просто засыхают.

Подложки 8810 могут кратковременно работать при температурах 125-150°С (часы и дни), стандартная рабочая температура для них составляет 90-100°С.

На рисунке показан график испытаний на ударную прочность, изменение термосопротивления при резких скачках температуры в диапазоне −55…+125оС с цикличностью 3 часа. По результатам после 10,000 часов испытаний термосопротивление подложки 8810 не изменилось.

Адгезив ленты 8810 имеет достаточную начальную адгезию, она может составлять от 20 до 50% от конечной прочности. Максимум адгезии достигается через 24 часа.

На графике показана зависимость процента смачиваемости (площадь рабочего контакта) от температуры кристалла для трех компонентов разной мощности, 2, 10 и 20 Вт. Здесь видно, что даже при 30-40% контакте с подложкой уже достигается максимальный теплоотвод для маломощных приборов, устройства с высокой теплоотдачей, до 20 Вт требуют обеспечения максимального контакта с поверхностью.

На следующем графике показана прочность на отрыв и усилие сдирания для обычной теплопроводящей ленты, ленты 3М и ленты серии VHB также от 3М. Столбики разных цветов указывают на температурные режимы.

Удобны и эффективны подложки 8810 при монтаже. Подложка имеет два защитных лайнера, удалив первый можно приклеить подложку к первой поверхности, удалив второй, сборка крепится ко второй поверхности. Такой монтаж не требует крепежных элементов (например, винтов для транзисторов) и увеличивает скорость сборочных операций. Немаловажным является и тот факт, что подложки можно удалить (т.е. они ремонтопригодны), при этом поверхность радиатора останется чистой. Подложки можно монтировать не только к радиаторами, но и напрямую к печатным платам и корпусам.

Кратко суммируем преимущества подложек 8810

• Малая толщина 250 мкм
• Высокая адгезия, отличные изоляционные свойства
• Не имеет цикла отвержения, максимальные характеристики через 24 часа
• Теплопроводность: 0,6 Вт/м-К
• Мягкая подложка хорошо заполняет неровности рельефа, идеально для материалов с низкой поверхностной энергией
• Отличная смачиваемость поверхности без «воздушных мостов»
• Отличная стойкость на сдвиг
• Диэлектрическая прочность 26 кВ/мм
• Стойкость к перегрузкам: не высыхает и не теряет свойств после пикового нагрева
• Быстрый монтаж, простота сборочных операций, не требует крепежа
• Выпускается в листах для вырубки различных форм

Характеристики

• Теплопроводность: 0,6 Вт/м-К
• Диэлектрическая проницаемость: 100 МГц
• Диэлектрическая прочность >26 кВ/мм
• Адгезив: акриловый с керамическим наполнителем
• Толщина: 250 мкм, защитный лайнер 50 мкм
• Цвет: белый
• Срок хранения: 24 месяца
• Прочность за сдвиг (статический): 1000 г (удерживается 10,000 минут) при t 22-70°С
• Прочность за сдвиг (динамический): 1008 г при t 22°С, 216 г при t 70°С

ТЕПЛОПРОВОДЯЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

Каталог

ТЕПЛОПРОВОДЯЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

Уточните товарную группу

Уточните товарную группу

Все

Ленты

ВЫСЕЧКА

Теплопроводящие ленты на основе вспененного акрила

Последние разработки PPI теплопроводящих лент из вспененного акрила для теплоотвода, предназначены для обеспечения теплообмена между тепловыделяющими электронными компонентами и охлаждающими устройствами, такими как вентиляторы или радиаторы. Разработано для применений, в которых требуется сочетание хорошей теплопередачи, диэлектрической прочности, адгезии. Это сочетание идеально для управления тепловым режимом светодиодного освещения. Продукты TC поставляются на защитной бумажной подложке и покрыты пленочной подложкой для удобства обращения и нанесения ленты.

TC-150B / TC-250B / TC-500B / TC-1000B Двусторонние теплопроводящие ленты на основе акриловой клеевой технологии. Высокая прочность сцепления. Диапазон толщины от 0,150 мм до 1,00 мм. Выпускается в рулонах или высеченном виде.

TCS-250 / TCS-500 / TCS-1000/ / TCS-2000 Односторонние теплопроводящие ленты на основе акриловой клеевой технологии. Диапазон толщины от 0,250 мм до 2,00 мм. Выпускается в рулонах или высеченном виде.

Применение:

• Сборка печатной платы
• Управление температурным режимом для корпусов и компонентов IP.
• Прикрепление / установка радиатора, вентилятора или теплоотвода к корпусам и компонентам IP
• Теплоотвод литий-ионных батарей

Теплопроводящий силиконовые материалы

SP-2887 изготовлен из силиконовой резины с высокими значениями теплопроводности (от 3 до 6 W/m. K.). Стандартное исполнение – без клеевого слоя. Диапазон толщины от 0,5 мм до 6,0 мм. Доступен в формате листа. 305 мм x 305 мм

Уточните товарную группу

Уточните товарную группу

Все

Ленты

ВЫСЕЧКА

Какие металлы лучше всего проводят тепло?

Большинство электроприборов, используемых в нашей повседневной деятельности, для эффективной работы требуют хорошей теплопроводности. Теплопроводность помогает металлическим приборам сбалансировать уровни поглощения тепла и равномерно распределять тепло для достижения оптимальной производительности. Плохая и плохая теплопроводность металлов может повлиять на долговечность и срок службы ваших металлических приборов и привести к нескольким нежелательным ситуациям.

Следовательно, при выборе металлов для вашего бизнеса или личного использования очень важно проверять уровень теплопроводности ваших металлических приборов. Показатели теплопроводности различаются от металла к металлу в зависимости от их свойств и спецификаций.

Как правило, теплопроводность металлов остается примерно одинаковой в чистых металлах даже при повышении температуры. Однако в некоторых сплавах теплопроводность металлов резко увеличивается с повышением температуры.

В этой статье мы познакомим вас со всем, что поможет расширить ваши знания и поможет выбрать наиболее подходящие теплопроводные металлы для коммерческого или личного использования .

Давайте начнем эту статью с изучения некоторых из лучших проводников тепла для различных применений.

Топ 9 теплопроводных металлов

Выбор подходящего теплопроводного металла является одним из наиболее важных аспектов производства металлоконструкций или коммерческих проектов. Металлы с низкой теплопроводностью обычно не выдерживают большего давления и в конечном итоге повреждаются во время процесса. Точно так же выбор неподходящих теплопроводных металлов для личного использования (приготовление пищи, водонагреватель и т. д.) может привести к нежелательным инцидентам в вашем доме.

Но какой металл является лучшим проводником тепла?

Вот некоторые из лучших проводников тепла на выбор.

1. Серебро 

Серебро является одним из лучших проводников тепла среди металлов, используемых в различных областях по всему миру. Серебро содержит больше свободных электронов на внешней полке, что способствует надлежащей передаче тепла по всему прибору или металлическому предмету. Это один из наиболее подходящих теплопроводных металлов для передачи электрической энергии и тепла для различных применений. Он также имеет самую высокую теплопроводность при комнатной температуре по сравнению с другими металлами в списке.

2. Медь 

После серебра медь является одним из лучших проводников тепла со второй по величине теплопроводностью. Медь может быстро поглощать тепло и удерживать его дольше, чем другие металлы. Вместе с тем, медь является устойчивым к ржавчине и коррозии металлом, который можно использовать для различных бытовых приборов. Большинство производителей предпочитают медь для изготовления различных видов посуды, компьютерных приложений и систем отопления. Если вы ищете универсальный и легкий металл, медь — идеальный вариант для вас.

3. Золото

Мало кто знает, что золото является хорошим теплопроводным металлом. Большинство производителей не отдают предпочтение золоту из-за его высокой стоимости на рынке. Как и в серебре, в золоте много свободных электронов, что позволяет легко передавать энергию из одного места в другое. Если деньги не являются основным фактором или вы хотели бы поэкспериментировать с металлическими сплавами, оптимальным вариантом будет золото.

4. Алюминий 

Алюминий – один из самых универсальных и широко используемых металлов в мире. Алюминий популярен благодаря своей стойкости к ржавчине и коррозии. Это легкий металл с хорошей теплопроводностью, обычно используемый для радиаторов и теплообменников. Однако он имеет более низкую теплопроводность по сравнению с медью и серебром. Алюминий является подходящим металлом для приборов, постоянно подвергающихся воздействию воды и влаги, и имеет большую опасность коррозии.

5. Железо 

Железо известно своей уникальной атомной структурой и свободными электронами. Он обычно используется в теплообменниках, радиаторах и других устройствах для передачи тепла. Однако само по себе железо не может противостоять ржавчине и коррозии и часто смешивается с другими типами металлов для создания ударопрочного и прочного металлического сплава. Железо широко используется в производстве транспортных средств, посуды, хирургических инструментов и многого другого.

6. Никель 

Никель является относительно хорошим проводником тепла, твердым, податливым, магнитным при комнатной температуре и легкодоступным. Он также является хорошим проводником электричества со слабо связанными валентными электронами. Именно из-за потока делокализованных электронов никель помогает проводить тепло и электричество, делая его хорошим проводником как тепла, так и электричества. Кроме того, никель обладает высокой теплопроводностью по сравнению с большинством других доступных металлов.

7. Латунь

Латунь — один из самых прочных металлов, который можно нагревать до температуры 1720 градусов по Фаренгейту. Латунь представляет собой медно-цинковый сплав, что делает ее отличным теплопроводным металлом. Медь, будучи чистым металлом с хорошей теплопроводностью, сильно влияет на уровень теплопроводности латуни. Медь помогает латуни увеличить ее способность быстро и эффективно передавать тепло для различных электрических и отопительных применений. Он наиболее подходит для изготовления теплообменников, радиаторов и других теплообменных устройств.

8. Вольфрам 

Вольфрам популярен благодаря своему уникальному сочетанию физических и химических свойств. Благодаря высокой температуре плавления и низкому давлению паров вольфрам является идеальным металлом для изготовления приборов, подвергающихся воздействию высоких уровней электричества. Вольфрам широко используется в производстве лампочек в качестве компонента электронно-лучевых трубок. Важно отметить, что это один из самых прочных металлов на земле. Для создания желаемого отопительного прибора для ваших бизнес-проектов может потребоваться больше ресурсов и производственного процесса.

9. Цинк 

По сравнению с другими металлами цинк имеет более низкий уровень теплопроводности. Однако он является одним из лучших и наиболее удобных для новичков. Если вы ищете наиболее подходящие теплопроводные металлы, чтобы поэкспериментировать с вашим бизнес-проектом или изучить различные методы, цинк — отличный выбор. Цинк легко смешивается с любыми металлами, и для его быстрого нагрева требуется меньше энергии.

5 Факторы, влияющие на теплопроводность

В процессе нагрева участвуют несколько факторов, которые помогают производителям достигать желаемых результатов. В зависимости от свойств металлов и других факторов, метод нагрева может отличаться от одного металла к другому. Вот список факторов, которые могут существенно повлиять на теплопроводность металла.

1. Разница температур 

Разница температур может существенно повлиять на теплопроводность большинства металлов. Тепло всегда передается от более горячих объектов к более холодным. Следовательно, чем больше разница температур между двумя объектами, тем быстрее будет передаваться тепло. Для поддержания надлежащего потока теплопередачи рекомендуется поддерживать равный или соответствующий поток температуры. Избегайте сочетания металлов с низкой теплопроводностью с металлами с более высокой проводимостью.

2. Уровень проводимости 

Металлы с более высокой теплопроводностью считаются наиболее проводящими металлами. Металлы с высокой теплопроводностью обладают большей способностью поглощать и передавать тепло, чем материалы с плохой или низкой теплопроводностью (например, дерево). Независимо от температуры материалы с плохой теплопроводностью или низкой теплопроводностью не могут должным образом передавать тепло по конструкции. Следовательно, жизненно важно сочетать теплопроводный металл с теплопроводным материалом для достижения желаемых результатов.

3. Толщина материала

Тепло проходит через более толстые материалы дольше. Чрезмерно толстый материал может создать огромные препятствия в процессе теплопроводности и привести к пустой трате ресурсов и усилий. Перед началом процесса теплопроводности обязательно измерьте толщину металлов или материалов. Наряду с толщиной свойства металла и другие характеристики также играют важную роль во всем процессе.

4. Площадь поверхности

Площадь поверхности играет наиболее важную роль в процессе теплопроводности. Металлы или конструкции с большой площадью поверхности могут лучше передавать тепло, чем металлы с небольшой или ограниченной площадью поверхности. Большее пространство предлагает больше точек теплового контакта для передачи тепла от одной точки к другой.

5. Время выдержки 

Наконец, время выдержки металла может как улучшить, так и разрушить ваш процесс теплопроводности. Нагрев металла дольше, чем требуется, может нарушить первоначальную текстуру и свойства металла. Обязательно рассчитайте временные рамки, прежде чем размещать металлы для процесса теплопроводности, сочетайте металлы в соответствии с их свойствами и постоянно проверяйте процесс на предмет положительных результатов.

Какой металл самый жаропрочный?

Титан, вольфрам, нержавеющая сталь, молибден, никель и титан — самые жаропрочные металлы на земле. Эти металлы легко выдерживают самые высокие температуры нагрева. Эти металлы обладают жесткими внешними и внутренними свойствами, что делает их самыми прочными металлами. Подумайте о том, чтобы взять небольшое количество этих металлов, чтобы поэкспериментировать с их нагревательными способностями.

Что лучше всего проводит тепло?

Такие металлы, как серебро, медь, золото, железо, латунь, алюминий и т. д., считаются лучшими теплопроводными металлами для различных применений.

Компания MetalsCut4U предлагает услуги по изготовлению металлических изделий высочайшего качества по всей стране. Чтобы узнать больше о наших услугах или записаться на прием, позвоните нам по телефону 440-822-6381 сегодня!

  6 апреля 2023 г.
|
  Категории: Новости

Поделиться этой публикацией

Похожие сообщения

Опубликовано 8 января 2016 г.| Опубликовано в Новости

Опубликовано 28 марта 2016 г. | Опубликовано в Новости

Опубликовано 8 апреля 2016 г. | Опубликовано в Новости

Опубликовано 2 июня 2016 г. | Опубликовано в Новости

Опубликовано 7 июня 2016 г. | Опубликовано в Новости

8 Теплопроводные материалы и как они работают

Способность материала проводить тепло в основном отражает то, насколько быстро он может поглощать тепло из областей с высокой температурой и перемещать его в области с более низкой температурой. Это свойство, также известное как теплопроводность, важно для многих различных применений, включая посуду, теплообменники и радиаторы.

И наоборот, быстрая передача тепла не всегда приветствуется, а потому могут пригодиться и материалы с меньшей склонностью к теплопроводности. Эти теплопроводящие материалы играют жизненно важную роль в работе электронных шкафов и систем вихревого охлаждения.

Вот обзор некоторых наиболее распространенных теплопроводных материалов от самого высокого до самого низкого.

1. Серебро

Серебро обладает самой высокой теплопроводностью среди всех элементов. Из-за валентности и кристаллической структуры серебра электроны серебра могут двигаться свободнее, чем электроны других элементов. Эти теплопроводные материалы также очень дороги и не очень устойчивы.

Хотя серебро является одним из лучших теплопроводящих материалов, медь и золото чаще используются в электротехнике, поскольку медь дешевле, а золото обладает гораздо более высокой коррозионной стойкостью. Серебро также склонно к потускнению и во время этого процесса теряет часть своей проводящей способности.

2. Медь

Гораздо дешевле и доступнее серебра, медь также обладает очень высокой теплопроводностью. Благодаря своей способности противостоять коррозии и биообрастанию медь считается лучшим материалом для отвода тепла. Эти свойства также делают его идеальным для любых функций, связанных с водой, влагой или изменениями влажности, в том числе: солнечные водонагреватели, газовые водонагреватели и промышленные теплообменники, холодильники, кондиционеры и тепловые насосы.

3. Алюминий

Не совсем на одном уровне с медью с точки зрения его способности проводить тепло, алюминий имеет то преимущество, что он очень легкий, с ним легко работать и он более экономичен. Тот факт, что он более гибкий, также делает его предпочтительным для некоторых применений.

Одним из самых последних и инновационных применений алюминия в качестве проводника тепла является микроэлектроника, такая как светодиоды и лазерные диоды. Эти теплопроводящие материалы используют крошечные радиаторы с алюминиевыми ребрами, которые выступают в воздух. Тепло, выделяемое электроникой, передается от чипа к алюминию, а затем к воздуху либо пассивно, либо с помощью принудительной конвекции воздушного потока или термоэлектрического охладителя.

4. Медная латунь

Латунь – это сплав меди и цинка, пропорции которого могут варьироваться, что позволяет получать латуни с разными свойствами. В целом, латунь обладает отличной теплопроводностью и является обычным выбором для теплообменников. Латунь также служит эталоном, по которому оценивают обрабатываемость других материалов, поскольку она не становится хрупкой при низких температурах, как мягкая сталь.

Интересно, что латунь также обладает уникальными свойствами дезинфекции, так как обычные патогены погибают на ее поверхности в течение нескольких часов.

5. Бронза

Как и латунь, бронза представляет собой сплав меди и обычно олова. С оловом в качестве основной добавки он намного тверже и хрупче, чем латунь. В общем, термин «бронза» используется взаимозаменяемо для различных типов медных сплавов, но наиболее распространенный обычно относится к смеси примерно 90% меди и 10% олова в ее «чистой» форме.

Добавка, такая как свинец, также может быть использована, чтобы сделать бронзу более пригодной для литья, тогда как фосфор сделает ее более твердой. Из-за того, что бронза создает очень мало трения и не дает искр, эти теплопроводные материалы идеально подходят для устройств с контактом металл-металл, таких как зубчатые колеса.

6. Железо

Обладая чуть более низкой электропроводностью, чем бронза, железо по-прежнему является наиболее часто встречающимся металлом в повседневной жизни. Чаще всего мы видим железо в виде промышленных объектов, обычно покрытых защитным покрытием или зарытых глубоко внутри объекта. Железные интерьеры часто необходимо было покрывать из-за склонности металла к ржавчине. Еще одним недостатком является его вес.

7. Свинец

Свинец очень мягкий, очень ковкий, пластичный и поэтому является относительно плохим проводником электричества и тепла. Сильной стороной является то, что он очень устойчив к коррозии, но также тускнеет при воздействии воздуха. Несмотря на низкую теплопроводность, свинец имеет множество применений, в том числе используется в качестве красящего элемента в керамической глазури, в качестве снарядов и в некоторых свечах для защиты фитиля.

Другие области применения свинца включают листовое покрытие, кабели, припои, изделия из свинцового хрусталя, боеприпасы, подшипники и в качестве груза в спортивном снаряжении.

8. Нержавеющая сталь

Обладая одной из самых низких теплопроводностей среди металлических сплавов, нержавеющая сталь отводит тепло от источника значительно дольше, чем альтернатива, такая как медь. Это означает, что кастрюля из нержавеющей стали будет нагревать пищу гораздо дольше, чем кастрюля с медным дном.