Vật liệu tản nhiệt là gì?

Vật liệu tản nhiệt (Thermal interface materials TIMs) có khả năng lắp đầy các điểm không đồng đều rất nhỏ, độ nhám bề mặt và khe hở không khí giữa hai bề mặt tiếp xúc để hỗ trợ dẫn nhiệt. Chúng ta đều biết không khí là chất dẫn nhiệt kém và chất cách nhiệt hiệu quả cao. Do đó, TIMs được thiết kế để tăng hiệu quả truyền nhiệt và làm mát tốt hơn, bằng cách cung cấp điện trở tiếp xúc nhiệt thấp hơn.

Độ dẫn nhiệt của vật liệu tản nhiệt sẽ quyết định phần lớn hiệu suất nhiệt của nó. Độ dẫn nhiệt cao sẽ đảm bảo khả năng truyền nhiệt tốt, mang lại mức tản nhiệt cần thiết và giải pháp làm mát hiệu quả hơn.

Một vật liệu tản nhiệt phù hợp phải có các đặc tính sau:

Tính linh hoạt cao
Cách nhiệt tốt
Khả năng nén cao
Dẫn nhiệt tốt

Vật liệu tản nhiệt có thể ở nhiều dạng khác nhau, chẳng hạn như miếng tản nhiệt, bột nhão hoặc mỡ. Chúng thường dễ xử lý và đặt tại chỗ, có nhiều độ dày để phù hợp với từng ứng dụng.

Miếng đệm nhiệt

Miếng đệm nhiệt hay còn gọi là băng keo tản nhiệt là một loại vật liệu giao diện nhiệt. Các miếng đệm này cung cấp giao diện nhiệt giữa các thành phần PCB hoặc thiết bị điện tử như bộ vi xử lý và chất bán dẫn với bộ tản nhiệt (thiết bị hoặc chất hấp thụ nhiệt dư thừa). Chúng đặc biệt hữu ích khi không thể sử dụng keo tản nhiệt hoặc mỡ bôi trơn thông thường do có khe hở không khí, kết cấu thô ráp hoặc bề mặt không bằng phẳng.

Bằng keo tản nhiệt

Miếng đệm nhiệt có nhiều độ dày, độ mềm, vật liệu độn và độ dẫn nhiệt khác nhau. Vật liệu được sử dụng để làm miếng đệm sẽ quyết định tốc độ truyền nhiệt. Một số vật liệu có độ dẫn nhiệt tốt hơn nhiều, được đo bằng Watt trên mét Kelvin (WmK).

Miếng đệm nhiệt còn được gọi là miếng đệm khe hở, miếng đệm truyền nhiệt hoặc miếng đệm khe hở nhiệt.

Tại sao nên sử dụng miếng đệm tản nhiệt

Mục đích của miếng đệm nhiệt là lấp đầy các khoảng trống không khí gây ra bởi các bề mặt phẳng hoặc nhẵn không hoàn hảo cần tiếp xúc gần. Ngược lại, chúng không cần thiết giữa các bề mặt hoàn toàn phẳng hoặc nhẵn. Nhiệt sẽ được dẫn ra bởi miếng đệm nhiệt, ngăn ngừa hiện tượng quá nhiệt và bất kỳ hư hỏng tiềm ẩn nào.

Tấm giữ nhiệt có những ưu điểm sau:

Dễ dàng cắt theo kích thước mong muốn
Xử lý dễ dàng
Không cần máy bơm hoặc sấy khô
Độ dày khác nhau có sẵn
Không bị ảnh hưởng bởi độ ẩm và môi trường khắc nghiệt

Miếng đệm nhiệt có những nhược điểm sau:

Bị tách thành từng lớp riêng biệt
Độ dẫn nhiệt của chúng thấp hơn so với keo tản nhiệt
Chúng có thể gây ra ứng suất cơ học
So với keo tản nhiệt, chúng kém hiệu quả hơn trong việc lấp đầy các bề mặt không đồng đều
Để có hiệu suất tối ưu, cần thêm các công cụ cố định như kẹp

Tấm tản nhiệt có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm:

Giải pháp tản nhiệt
Đường ống sưởi ấm
Chip bộ nhớ
Bộ vi xử lý
Bảng cung cấp

Phân loại miếng đệm nhiệt

Thuật ngữ 'đệm nhiệt' thường có thể được sử dụng để chỉ bất kỳ vật liệu tản nhiệt không chất lỏng nào. Điều này có nghĩa là sẽ có các loại sản phẩm khác nhau bao gồm:

Miếng đệm nhiệt dẫn điện: những miếng đệm này không cách điện, có nghĩa là cả nhiệt và điện đều có thể được truyền giữa hai bề mặt hoặc thiết bị. Chúng thường nằm trong số những vật liệu đệm tản nhiệt mỏng nhất

Miếng đệm nhiệt không dẫn điện: những miếng đệm này tạo điều kiện truyền nhiệt mà không dẫn điện. Chúng thường dày hơn để kết hợp vật liệu cách điện, điều đó cũng có nghĩa là chúng có xu hướng hoạt động kém hiệu quả hơn một chút từ quan điểm nhiệt, vì vậy chỉ nên được sử dụng nếu nhu cầu cách ly điện là quan trọng.

Tấm cách nhiệt dành cho các bề mặt tương thích tốt: các miếng đệm này có thể dẫn điện hoặc không dẫn điện, nhưng chúng được thiết kế cho các bề mặt tương đối nhẵn và tương thích tốt. Chúng mỏng hơn và nhẹ hơn so với các loại khác cho các bề mặt kém phù hợp.

Tấm tản nhiệt cho các bề mặt kém tương thích: những tấm đệm này được thiết kế đặc biệt để lấp đầy khoảng trống không đều hoặc lớn giữa các bộ phận. Chúng thường dày và rắn, có nghĩa là chúng không phù hợp để sử dụng trên các bề mặt được kết hợp tốt, nơi cần truyền nhiệt tốt hơn.

Miếng cách nhiệt TO-3

Keo tản nhiệt

Mỡ tản nhiệt là một dạng khác của vật liệu giao diện nhiệt. Nó là một chất mềm, ở nhiệt độ phòng được sử dụng để truyền nhiệt từ bộ xử lý sang bộ tản nhiệt hiệu quả hơn.

Những sản phẩm này không đóng rắn và nên được phủ thành lớp mỏng để hỗ trợ quá trình truyền nhiệt. Mỡ tản nhiệt cũng sẽ dễ chảy do đặc tính của nó, vì vậy cần cẩn thận trong quá trình bôi để tránh lộn xộn hoặc nhiễm bẩn quá trình.

Keo tản nhiệt HY-410

Có nhiều loại mỡ tản nhiệt khác nhau:

Dựa trên gốm
Dựa trên kim loại
Dựa trên carbon
Dựa trên chất lỏng

Nói chung, keo tản nhiệt không dẫn điện, nhưng một số loại được thiết kế để dẫn điện. Mặc dù hầu hết các ứng dụng tiêu chuẩn không yêu cầu điều này, nhưng nếu mỡ được sử dụng trong mạch điện mà các đặc tính điện môi của nó có thể có ảnh hưởng đáng kể thì nên xem xét.

Keo tản nhiệt có những ưu điểm:

Không cần sửa chữa trong quá trình sử dụng
Khả năng dẫn nhiệt cao
Có thể lấp đầy những chỗ không đều trên bề mặt một cách hiệu quả do độ nhớt thấp
Không xảy ra hiện tượng tách lớp

Keo tản nhiệt có những nhược điểm:

Nó có thể lộn xộn khi sử dụng
Tràn ra hay có thể bị tách ra do chu kỳ nhiệt
Độ dày khó kiểm soát
Vật liệu có thể khô theo thời gian
Keo thừa có thể chảy ra ngoài các cạnh của thiết bị