Материал теплового интерфейса (сокращенно TIM ) — это любой материал, который вставляется между двумя компонентами для улучшения теплового соединения между ними [1] . Распространенным применением является рассеивание тепла, при котором TIM вставляется между устройством, вырабатывающим тепло (например, интегральной схемой), и устройством, рассеивающим тепло (например, радиатором). Ведутся интенсивные исследования по разработке нескольких видов TIM с различными целевыми применениями. На каждом интерфейсе существует тепловое сопротивление , которое препятствует рассеиванию тепла. Кроме того, электронные характеристики и срок службы устройства могут резко ухудшиться при постоянном перегреве и большом тепловом напряжении на интерфейсах.
В последнее время было приложено много усилий для разработки и усовершенствования теплопроводных материалов [1] . Эти усилия включают минимизацию теплового граничного сопротивления между слоями и улучшение характеристик терморегулирования, а также удовлетворение требований приложений, таких как низкое термическое напряжение между материалами с различными коэффициентами теплового расширения , низкий модуль упругости или вязкость , а также обеспечение гибкости и возможности повторного использования.
- Термопаста : в основном используемые в электронной промышленности , термопасты обеспечивают очень тонкую линию связи и, следовательно, очень малое тепловое сопротивление . Они не обладают механической прочностью (кроме поверхностного натяжения пасты и возникающего в результате адгезионного эффекта) и требуют внешнего механического механизма фиксации. Поскольку они не отверждаются, термопасты обычно используются только там, где материал может быть удержан, или в тонких приложениях, где вязкость пасты позволит ей оставаться на месте во время использования.
- Термоклей : как и термопасты, термоклеи обеспечивают очень тонкую линию склеивания, но придают дополнительную механическую прочность склеиванию после отверждения. Хотя отверждающиеся TIM, такие как термоклеи, могут использоваться вне корпуса полупроводника , часто их используют внутри термоклея, поскольку их свойства отверждения могут повысить надежность при различных тепловых нагрузках. [2] Термоклеи выпускаются как в однокомпонентных, так и в двухкомпонентных формулах, часто содержащих добавки для улучшения теплопроводности, включая твердые наполнители (оксиды металлов, сажу , углеродные нанотрубки и т. д.) [3] или капли жидкого металла. [4]
- Заполнитель термических зазоров: Его можно описать как «отверждающуюся термопасту» или «неадгезивный термоклей». Он обеспечивает более толстые линии склеивания, чем термопаста, поскольку он отверждается, при этом позволяя легко разбирать его благодаря ограниченной липкости.
- Теплопроводящая прокладка : в отличие от предыдущих TIM, которые поставляются в жидкой форме, термопрокладки производятся и используются в твердом состоянии (хотя часто и мягком). В основном изготавливаемые из силикона или силиконподобного материала, термопрокладки имеют то преимущество, что их легко наносить. Они обеспечивают более толстые линии склеивания (толщиной от нескольких сотен мкм до нескольких мм) для размещения неплоских интерфейсов и даже многокомпонентных интерфейсов, но обычно требуют большего усилия для прижатия радиатора к источнику тепла, чтобы термопрокладка соответствовала склеиваемым поверхностям.
- Термолента: Эти материалы прилипают к склеиваемым поверхностям, не требуют времени на отверждение, их легко наносить. Подобно термопрокладкам, они обычно поставляются в твердой, но гибкой форме и имеют различную толщину, превышающую несколько сотен мкм.
- Материалы с изменяющейся фазой (PCM): Естественно липкие материалы, используемые вместо термопаст . Их применение аналогично применению твердых прокладок. После достижения температуры плавления 55–60 градусов они переходят в полужидкое состояние и заполняют все зазоры между источником тепла и радиатором .
- Металлические материалы теплового интерфейса (металлические TIM): Металлические материалы обеспечивают существенно более высокую объемную теплопроводность , а также самое низкое сопротивление теплового интерфейса. Эта высокая проводимость приводит к меньшей чувствительности к толщине линий склеивания и проблемам копланарности, чем полимерные TIM. [5] Обычные металлы, используемые в качестве TIM, включают относительно мягкие и податливые сплавы индия, а также спеченное серебро.
Смотрите также
Ссылки
- ^ ab Cui, Y.; Li, M.; Hu, Y. (2020). «Развивающиеся интерфейсные материалы для терморегулирования электроники: эксперименты, моделирование и новые возможности». Journal of Materials Chemistry C. 8 : 10568–10586. doi : 10.1039/C9TC05415D.
- ^ Кирни, Эндрю; Ли, Ли; Сэнфорд, Шон (2009). «Взаимодействие между TIM1 и TIM2 для механической прочности интегрированного теплораспределителя». 25-й ежегодный симпозиум IEEE по тепловым измерениям и управлению полупроводниками , 2009 г. стр. 293–298. doi :10.1109/STHERM.2009.4810778. ISBN 978-1-4244-3664-4. S2CID 29501079.
- ^ Лю, Йохан; Мишель, Бруно; Ренц, Марта; Тантолин, Кристиан; Сарно, Клод; Мисснер, Ральф; Шуэтт, Клаус-Фолькер; Тан, Синхэ; Демустье, Себастьен (2008). "Последние достижения в исследовании материалов термического интерфейса - обзор". 2008 14-й Международный семинар по термическому исследованию интегральных схем и систем . стр. 156–162. doi :10.1109/THERMINIC.2008.4669900. ISBN 978-1-4244-3365-0. S2CID 40595787 . Получено 30 марта 2023 г. .
- ^ Бартлетт, Майкл; Казем, Навид; Пауэлл-Палм, Мэтью; Хуан, Сяонань; Сан, Вэньхуань; Мален, Джонатан; Маджиди, Кармель (2017). «Высокая теплопроводность в мягких эластомерах с удлиненными жидкометаллическими включениями». Труды Национальной академии наук . 114 (9): 2143–2148. Bibcode : 2017PNAS..114.2143B. doi : 10.1073/pnas.1616377114 . PMC 5338550. PMID 28193902 .
- ^ Джарртетт, Роберт Н.; Росс, Джордан П.; Бернтсон, Росс (сентябрь 2007 г.). "Полностью металлические TIM". Power Systems Design Europe .
