Faktor yang Perlu Dipertimbangkan Saat Memilih Bahan Antarmuka Termal

Dari elektronik konsumen hingga aerospace, semua perangkat elektronik memerlukan manajemen termal aktif untuk menghilangkan panas secara efektif dari komponen. Kemacetan manajemen termal seringkali merupakan konduksi antara komponen penghasil panas dan komponen pendingin. Sayangnya, banyak perangkat elektronik tidak dapat memperoleh pendinginan yang cukup dari unit pendingin atau kipas karena ruang yang terbatas. Dalam aplikasi ini, kinerja bahan antarmuka termal bahkan lebih penting.

Metode yang paling umum untuk mengekstrak panas dari unit pemrosesan komputer (CPU) daya tinggi atau sistem pada chip (SOC) adalah pasta termal atau gemuk. Sementara solusi ini menawarkan kinerja tinggi, mereka datang dengan kerugian. Mereka bisa berantakan, memakan waktu, dan dapat memiliki keandalan jangka panjang yang buruk. Selain itu, bahan antarmuka termal (TIM) konduktif tinggi konvensional (>20 W/mK) dikenal mahal dan disertai dengan kesulitan dan tantangan manufaktur.

Apa fungsi utama TIM?

Ketika heat sink ditempatkan di atas komponen penghasil panas, ada celah udara yang terjadi secara alami. Celah udara ini menciptakan ketahanan termal yang tinggi, yang menyebabkan panas berlebih. TIM memecahkan masalah ini dengan mengganti celah udara dengan bahan konduktif termal. Ini menciptakan jalur termal yang lebih efisien dengan mengurangi resistansi termal keseluruhan dalam sistem. TIM juga dapat menyediakan isolasi listrik atau pemasangan perekat tanpa perlu pengencang mekanis tambahan bila diperlukan.

TIM harus sesuai dengan ketidakteraturan permukaan, jika tidak maka akan ada peningkatan ketahanan termal pada lapisan kontak. Beberapa resistensi kontak tidak dapat dihindari, tetapi bahan konduktif termal apa pun akan lebih bermanfaat daripada udara.

Sementara insinyur desain ingin memiliki celah tertipis untuk mengurangi panjang jalur termal, terkadang ketebalan tertentu harus dipertahankan untuk memiliki pembasahan atau kontak yang lebih baik pada substrat yang tidak beraturan. Tergantung pada jenis resin polimer, jenis pengisi, dan tingkat pengisian pengisi, kemampuan pembasahan bisa berbeda. Selain itu, kinerja TIM dapat bervariasi tergantung pada sifat mekanik termal serta tekanan aplikasi, penyelesaian permukaan substrat, dan lingkungan.

Faktor yang Perlu Dipertimbangkan Saat Memilih TIM

Faktor Bentuk

Ada banyak jenis bahan antarmuka termal seperti minyak, gel, bantalan, pasta, kaset, bahan pengubah fasa (PCM), dan bahkan logam. Saat memilih TIM, penting untuk mengenal produk dan kinerjanya. Untuk pengisi celah tipis biasanya menggunakan gemuk atau PCM, sedangkan untuk pengisi celah tebal, pengguna mencari pembalut, gel, atau pasta dempul.

TIM juga dapat dikategorikan sebagai aplikasi TIM 1, TIM 2, atau TIM 1.5. Kategorisasi ini didasarkan pada di mana mereka digunakan mengacu pada chip mati perangkat dan penyebar panas atau tutup. Misalnya, aplikasi TIM 1 menggunakan TIM antara chip mati dan penyebar atau penutup panas, dan tujuan utamanya adalah untuk mengurangi hambatan kontak dan membuang panas ekstrem langsung dari prosesor. Secara tradisional, solder logam digunakan untuk aplikasi ini; namun saat ini, gemuk, gel, atau PCM juga dapat digunakan.

Di sisi lain, aplikasi TIM 2 diterapkan antara unit pendingin dan penyebar panas atau SOC tingkat paket. Aplikasi ini biasanya menggunakan TIM yang lebih tebal, seperti bantalan, karena manajemen panas tingkat paket tidak ekstrem seperti tingkat chip. Aplikasi TIM 2 mungkin memerlukan kemampuan pengerjaan ulang dan kompresibilitas, yang memungkinkan dampak lebih besar karena kebutuhan heat sink yang terpasang.

Dalam aplikasi TIM 1.5, chip die bersentuhan langsung dengan komponen pendingin tanpa penyebar panas. Kategori TIM ini biasanya digunakan di perangkat seluler.

Gel dan pasta terkadang lebih disukai daripada bantalan karena garis ikatannya yang lebih tipis memungkinkan mereka memiliki kompresibilitas dan kinerja termal yang lebih tinggi dibandingkan dengan bantalan. Bantalan Thermexit™ memberikan solusi untuk kedua masalah tersebut dengan memberikan kesesuaian yang luar biasa dan kinerja termal.

Konduktivitas Termal

Faktor penting lainnya untuk dipertimbangkan adalah kinerja termal. Dalam suatu alat elektronik terdapat komponen penghasil panas dan komponen pendingin yang menentukan seberapa besar panas yang dapat dikeluarkan. Artinya, suhu lingkungan dan keberadaan komponen pendingin aktif dapat menentukan anggaran termal. Setelah mengetahui anggaran termal, Anda dapat memutuskan jenis bahan antarmuka termal apa yang diperlukan, karena TIM dapat dengan mudah disesuaikan untuk memenuhi desain termal Anda.

Sifat Fisik &Mekanik

Sifat mekanik dari bahan antarmuka termal seperti kekerasan, defleksi, dan set kompresi, juga harus dipertimbangkan. Beberapa pengguna lebih memilih senyawa atau gel untuk melindungi komponen sensitif mereka meskipun produk yang dapat dibuang ini mungkin memiliki kekurangan yang akan dibahas nanti. Penting untuk menemukan TIM yang tepat untuk tekanan aplikasi dan desain ketebalan celah Anda.

Isolasi Listrik

Faktor penting lainnya adalah apakah TIM bersifat isolasi listrik atau tidak. Beberapa aplikasi sangat sensitif dalam hal kontinuitas listrik. Sebagian besar bantalan celah termal memberikan insulasi listrik yang bagus karena aplikasinya yang relatif tebal, tidak seperti produk gemuk, gel, atau PCM.

Aplikasi

Saat memilih TIM, Anda harus mempertimbangkan keandalan jangka panjang. Saat ini, ada banyak perangkat elektronik yang digunakan di lingkungan yang sangat keras yang membutuhkan siklus daya tinggi. Selain itu, penting bagi TIM dalam industri otomotif untuk diuji di bawah getaran mekanis.

Faktor Aplikasi

Setiap faktor bentuk terkait dengan faktor aplikasi, seperti tekanan yang diterapkan, metode pemasangan, ketebalan garis ikatan, geometri, dan lingkungan. Faktor sederhana seperti kemudahan penanganan dan lingkungan dapat dengan mudah diabaikan tetapi tidak dapat diabaikan.

Berpikir Melampaui Lembar Data

Meskipun lembar data TIM memberikan informasi yang berguna, lembar data tersebut tidak boleh menjadi satu-satunya sumber daya yang digunakan saat memilih TIM. Sebagian besar data dari pemasok TIM berasal dari standar industri atau metode pengujian mereka sendiri untuk mengoptimalkan kinerja produk. Namun, produk TIM yang sama bekerja secara berbeda tergantung pada kondisinya. Biasanya, kami berharap bahwa konduktivitas termal yang lebih tinggi akan menghasilkan kinerja yang lebih baik, tetapi apakah ini selalu terjadi? Selain itu, kita harus menanyakan apakah TIM konduktivitas termal yang lebih tinggi diperlukan ketika TIM konduktivitas termal yang lebih rendah mungkin memiliki kinerja yang memadai untuk aplikasi tersebut. Terkadang jika TIM konduktivitas termal yang lebih tinggi digunakan dalam aplikasi yang tidak memerlukannya, TIM tidak akan memberikan manfaat yang sama.

Jenis Bantalan Celah 

Akhirnya, katakanlah kita memutuskan untuk menggunakan pad celah. Sebelum kita mempertimbangkan konduktivitas termal atau kompresibilitas, kita perlu melihat sifat dan persyaratan dasar. Misalnya, suhu aplikasi perangkat akan menentukan kimia resin yang diperlukan. Penting juga untuk mengetahui apakah perangkat memerlukan TIM silikon suhu tinggi atau dapat menggunakan sistem resin alternatif. Beberapa bantalan celah memiliki pembawa kaca kain, yang mungkin tidak baik untuk aplikasi tertentu. Terkadang, memiliki ketebalan yang tepat saja dapat memecahkan banyak masalah termal yang ketat.

Termexit ™ Solusi

Thermexit™ mengembangkan bantalan celah konduktivitas termal tinggi yang mengatasi garis ikatan yang lebih tebal dan mengungguli bahan antarmuka termal ikatan tipis. Resin suhu tinggi non-silikon kami yang unik dapat menggantikan bahan kimia resin silikon dan meminimalkan kontaminasi minyak. Sistem resin kami juga merupakan sistem non-curing yang memberikan kinerja jangka panjang yang luar biasa.

Bantalan Thermexit™ sangat kompresibel untuk meminimalkan hambatan kontak tanpa gaya tinggi dan tegangan komponen. Mereka memiliki aplikasi pick and place yang mudah dan secara alami lengket tanpa residu atau kekacauan pasta atau gel. Thermexit menawarkan dua lini produk:Thermexit EI (Electrically Insulating) dan Thermexit HP (Kinerja Tinggi). Kedua bantalan menawarkan konduktivitas termal yang tinggi pada>15 W/mK dan 40 W/mK, masing-masing.

Untuk informasi lebih lanjut, kunjungi thermexit.com dan hubungi [email protected].