Kriteria Utama Memilih Material Antarmuka Termal Berkinerja Tinggi

Dari elektronik konsumen hingga penerbangan angkasa, semua perangkat elektronik memerlukan manajemen termal aktif untuk secara efektif membuang panas dari komponen. Hambatan manajemen termal seringkali adalah konduksi di antara komponen yang menghasilkan panas dan komponen pendingin. Sayangnya, banyak perangkat elektronik tidak dapat mendapatkan pendinginan yang cukup dari heat sink atau kipas karena ruang yang terbatas. Dalam aplikasi ini, kinerja material antarmuka termal bahkan lebih penting.

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

Apa fungsi utama TIM?

Ketika heat sink ditempatkan di atas komponen yang menghasilkan panas, secara alami terdapat celah udara. Celah udara ini menciptakan resistensi termal yang tinggi, yang mengakibatkan panas berlebih. TIM menyelesaikan masalah ini dengan mengganti celah udara dengan material konduktif termal. Ini menciptakan jalur termal yang lebih efisien dengan mengurangi resistensi termal keseluruhan dalam sistem. TIM juga dapat memberikan isolasi listrik atau penempelan perekat tanpa kebutuhan penahanan mekanis tambahan jika diperlukan.

TIM harus menyesuaikan diri dengan ketidakteraturan permukaan, jika tidak akan terjadi peningkatan resistensi termal di lapisan kontak. Beberapa resistensi kontak tidak dapat dihindari, tetapi setiap material konduktif termal akan lebih bermanfaat daripada udara.

Sementara para insinyur desain ingin memiliki celah yang paling tipis mungkin untuk memotong panjang jalur termal, kadang-kadang ketebalan tertentu harus dipertahankan untuk memiliki basah atau kontak yang lebih baik pada substrat yang tidak teratur. Bergantung pada jenis resin polimer, jenis pengisi, dan tingkat pengisian pengisi, kemampuan basah dapat berbeda. Juga, kinerja TIM dapat bervariasi tergantung pada properti mekanik termal serta tekanan aplikasi, finishing permukaan substrat, dan lingkungan.

Faktor yang Perlu Dipertimbangkan Saat Memilih TIM

Form Factor

Ada banyak jenis material antarmuka termal seperti grase, gel, pad, paste, tape, material perubahan fase (PCM), dan bahkan logam. Saat memilih TIM, penting untuk mengenal produk dan kinerjanya. Untuk filler celah tipis, grase atau PCM biasanya digunakan, sementara untuk filler celah tebal, pengguna mencari pad, gel, atau pasta putty.

TIM juga dapat dikategorikan sebagai aplikasi TIM 1, TIM 2, atau TIM 1.5. Kategorisasi ini berdasarkan di mana mereka digunakan dengan referensi die chip dan heat spreader atau tutup perangkat. Misalnya, aplikasi TIM 1 menggunakan TIM di antara die chip dan heat spreader atau tutup, dan tujuan utamanya adalah untuk mengurangi resistensi kontak dan membuang panas ekstrim langsung dari prosesor. Tradisionalnya, solder logam digunakan untuk aplikasi ini; namun saat ini, grase, gel, atau PCM juga dapat digunakan.

Di sisi lain, aplikasi TIM 2 diterapkan di antara heat sink dan heat spreader atau paket level SOC. Aplikasi ini biasanya menggunakan TIM yang lebih tebal, seperti pad, karena manajemen panas level paket tidak ekstrem seperti level chip. Aplikasi TIM 2 mungkin memerlukan kemampuan rework dan kompresibilitas, yang memungkinkan lebih banyak dampak karena kebutuhan heat sink yang ditempel.

Dalam aplikasi TIM 1.5, die chip dalam kontak langsung dengan komponen pendingin tanpa heat spreader. Kategori TIM ini biasanya digunakan di perangkat seluler.

Gel dan paste terkadang lebih disukai daripada pad karena garis ikatan yang lebih tipis dapat memungkinkan mereka untuk memiliki kompresibilitas dan kinerja termal yang lebih tinggi dibandingkan pad. Thermexit™ pad menyediakan solusi untuk kedua masalah ini dengan menyediakan kesenjaman yang besar dan kinerja termal.

Konduktivitas Termal

Faktor lain yang perlu dipertimbangkan adalah kinerja termal. Dalam perangkat elektronik, ada komponen yang menghasilkan panas dan komponen pendingin yang menentukan seberapa banyak panas yang dapat dibuang. Ini berarti suhu lingkungan dan kehadiran komponen pendingin aktif dapat menentukan anggaran termal. Setelah Anda mengetahui anggaran termal Anda, Anda dapat memutuskan jenis material antarmuka termal yang diperlukan, karena TIM dapat dengan mudah disesuaikan untuk memenuhi desain termal Anda.

Sifat Fisik dan Mekanis

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

Isolasi Listrik

Faktor penting lain adalah apakah TIM adalah isolator listrik atau tidak. Beberapa aplikasi sangat sensitif ketika berkaitan dengan kontinu listrik. Sebagian besar pad celah termal memberikan isolasi listrik yang besar karena aplikasi yang relatif tebal, tidak seperti grase, gel, atau produk PCM.

Aplikasi

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

Faktor Aplikasi

Setiap form factor 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.

Pikir di Luar Datasheet

Sementara datasheet TIM menyediakan informasi yang berguna, mereka tidak boleh menjadi satu-satunya sumber 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 berperforma berbeda tergantung pada kondisi. Biasanya, kita akan berharap bahwa konduktivitas termal yang lebih tinggi akan menghasilkan kinerja yang lebih baik, tetapi apakah ini selalu terjadi? Juga, kita harus bertanya apakah TIM dengan konduktivitas termal yang lebih tinggi diperlukan ketika TIM dengan konduktivitas termal yang lebih rendah mungkin memiliki kinerja yang memadai untuk aplikasi. Kadang-kadang jika TIM dengan konduktivitas termal yang lebih tinggi digunakan dalam aplikasi yang tidak memerlukannya, TIM tidak akan memberikan manfaat yang sama.

Tipe Gap Pad

Akhirnya, katakanlah kita memutuskan untuk menggunakan gap pad. Sebelum kita mempertimbangkan konduktivitas termal atau kompresibilitas, kita perlu melihat sifat dan persyaratan dasar. Misalnya, suhu aplikasi perangkat akan menentukan kimia resin yang diperlukan. Juga penting untuk mengetahui apakah perangkat membutuhkan TIM silicone suhu tinggi atau apakah dapat menggunakan sistem resin alternatif. Beberapa gap pad memiliki carrier kaca kain, yang mungkin tidak cocok untuk beberapa aplikasi. Kadang-kadang, hanya memiliki ketebalan yang benar dapat menyelesaikan banyak masalah termal yang ketat.

Thermexit™ Solusi

Thermexit™ mengembangkan gap pad dengan konduktivitas termal tinggi yang mengatasi garis ikatan yang lebih tebal dan mengungguli material antarmuka termal garis ikatan tipis. Resin suhu tinggi non-silicon unik kami dapat mengganti kimia resin silicone dan mengurangi kontaminasi minyak. Sistem resin kami juga adalah sistem non-pengering yang menyediakan kinerja jangka panjang yang hebat.

Pad Thermexit™ sangat dapat dikompresi untuk meminimalkan resistensi kontak tanpa gaya tinggi dan stres komponen. Mereka memiliki aplikasi pick and place yang mudah dan secara alami lengket tanpa sisa atau kotoran dari pasta atau gel. Thermexit menawarkan dua garis produk: Thermexit EI (Electrically Insulating) dan Thermexit HP (High Performance). Keduanya menawarkan konduktivitas termal tinggi >15 W/mK dan 40 W/mK, masing-masing.

Untuk informasi lebih lanjut, kunjungi thermexit.com dan hubungi di support@thermexit.com.