การแนะนำ

การจัดการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ส่วนประกอบเช่นซีพียูโมดูลจ่ายไฟ อิเล็กทรอนิกส์อุตสาหกรรม และอุปกรณ์สื่อสารก่อให้เกิดความร้อนจำนวนมากระหว่างการทำงาน หากความร้อนนี้ไม่ได้กระจายออกไปอย่างเหมาะสม อาจส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลง ลดความน่าเชื่อถือ และอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์สั้นลง

แผ่นระบายความร้อนมีการใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อขจัดความร้อนจากชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ อย่างไรก็ตาม แม้แต่ตัวระบายความร้อนที่ได้รับการออกแบบมาอย่างดี-ก็ไม่สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพหากไม่มีการสัมผัสกับแหล่งความร้อนอย่างเหมาะสม นี่คือที่วางความร้อนหรือเรียกอีกอย่างว่าจาระบีความร้อนหรือสารประกอบความร้อนกลายเป็นเรื่องสำคัญ

แผ่นระบายความร้อนปรับปรุงส่วนเชื่อมต่อการระบายความร้อนระหว่างชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และแผงระบายความร้อนโดยการลดช่องว่างอากาศขนาดเล็กมากที่จำกัดการถ่ายเทความร้อน ในบทความนี้ เราจะอธิบายว่าแผ่นระบายความร้อนคืออะไร ทำงานอย่างไร และเหตุใดจึงมีบทบาทสำคัญในประสิทธิภาพของแผ่นระบายความร้อน

วางความร้อนคืออะไร

เทอร์มัลเพสท์คือประเภทของวัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อน (TIM)ใช้เพื่อปรับปรุงการถ่ายเทความร้อนระหว่างพื้นผิวสัมผัสสองพื้นผิว โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่างส่วนประกอบที่สร้างความร้อน-และแผงระบายความร้อน

แม้ว่าพื้นผิวโลหะ เช่น CPU และฐานระบายความร้อนอาจดูเรียบ แต่จริงๆ แล้วมีข้อบกพร่องของพื้นผิวในระดับจุลภาค เมื่อพื้นผิวทั้งสองถูกกดเข้าด้วยกัน ช่องอากาศเล็กๆ จะยังคงติดอยู่ระหว่างพื้นผิวทั้งสอง

อากาศเป็นตัวนำความร้อนที่ไม่ดี โดยมีค่าการนำความร้อนประมาณ0.024 W/m·K. แผ่นความร้อนจะเติมเต็มช่องว่างขนาดเล็กเหล่านี้และแทนที่อากาศด้วยวัสดุที่นำความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

แผ่นระบายความร้อนส่วนใหญ่มีค่าการนำความร้อนตั้งแต่1 W/m·K ถึงมากกว่า 10 W/m·Kขึ้นอยู่กับสูตรและวัสดุที่ใช้

แผ่นความร้อนอาจเรียกอีกอย่างว่า:

จาระบีความร้อน

สารประกอบความร้อน

สารประกอบระบายความร้อน

วัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อน (TIM)

หลักการทำงานของเทอร์มอลเพสต์

หน้าที่หลักของแผ่นระบายความร้อนคือการลดความต้านทานความร้อนระหว่างพื้นผิวสัมผัสทั้งสอง.

ในระบบทำความเย็นอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป ความร้อนจะเดินทางผ่านเส้นทางต่อไปนี้:

ชิป → แผ่นระบายความร้อน → แผ่นระบายความร้อน → อากาศ

หากไม่มีแผ่นระบายความร้อน เส้นทางการถ่ายเทความร้อนมักจะมีช่องว่างอากาศขนาดเล็กมาก:

ชิป → ช่องว่างอากาศ → ชุดระบายความร้อน

เนื่องจากอากาศมีค่าการนำความร้อนต่ำมาก ช่องว่างเหล่านี้จึงสร้างความต้านทานความร้อนและลดประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนลงอย่างมาก

ด้วยการเติมเต็มช่องว่างเหล่านี้ แผ่นระบายความร้อนจะสร้างเส้นทางระบายความร้อนที่ต่อเนื่องมากขึ้น ซึ่งช่วยให้ความร้อนไหลจากส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ไปยังแผงระบายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

เหตุใดการวางความร้อนจึงมีความสำคัญสำหรับแผงระบายความร้อน

แผงระบายความร้อนได้รับการออกแบบเพื่อกระจายความร้อนผ่านการนำและการพาความร้อน อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับคุณภาพของการสัมผัสระหว่างแหล่งความร้อนและฐานระบายความร้อนอย่างมาก

แม้แต่พื้นผิวโลหะที่กลึงอย่างแม่นยำก็ยังไม่เรียบอย่างสมบูรณ์แบบ เมื่อพื้นผิวเหล่านี้ประกอบเข้าด้วยกัน ช่องว่างขนาดจิ๋วจะยังคงอยู่ระหว่างพื้นผิวเหล่านั้น

แผ่นระบายความร้อนช่วยเติมเต็มช่องว่างเหล่านี้และปรับปรุงส่วนเชื่อมต่อการระบายความร้อนระหว่างพื้นผิวทั้งสอง ซึ่งส่งผลให้เกิดประโยชน์หลายประการ:

* ลดความต้านทานความร้อน

* ปรับปรุงประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน

* อุณหภูมิในการทำงานลดลง

* ประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่เสถียรยิ่งขึ้น

สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง- การใช้แผ่นระบายความร้อนระหว่างส่วนประกอบและแผงระบายความร้อนมักจำเป็นสำหรับการบรรลุประสิทธิภาพการทำความเย็นที่เชื่อถือได้

การใช้งานจริงของแผ่นระบายความร้อนพร้อมแผ่นระบายความร้อน

แผ่นระบายความร้อนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบทำความเย็นแบบอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งจำเป็นต้องมีการถ่ายเทความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพระหว่างส่วนประกอบและแผงระบายความร้อน ตัวอย่างต่อไปนี้แสดงให้เห็นถึงวิธีการใช้แผ่นระบายความร้อนในการออกแบบแผ่นระบายความร้อนจริง

แอปพลิเคชั่นระบายความร้อน CPU

ในระบบคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูง- การระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการรักษาประสิทธิภาพของโปรเซสเซอร์ให้เสถียร

โซลูชันระบายความร้อนทั่วไปอย่างหนึ่งใช้อลูมิเนียมครีบซิปรวมกับกห้องไอฐาน. ห้องระบายไอกระจายความร้อนอย่างรวดเร็วทั่วฐาน ในขณะที่ครีบซิปให้พื้นที่ผิวขนาดใหญ่เพื่อเพิ่มการระบายความร้อนของอากาศ

ในการออกแบบนี้วางความร้อนถูกนำไปใช้กับพื้นผิวเรียบของห้องไอเพื่อให้แน่ใจว่ามีการสัมผัสความร้อนที่เหมาะสมระหว่าง CPU และแผงระบายความร้อน ด้วยการเติมช่องว่างอากาศขนาดเล็กมากระหว่างพื้นผิวทั้งสอง แผ่นระบายความร้อนช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนได้อย่างมาก

(ตัวอย่างแผงระบายความร้อน CPU ที่ใช้แผ่นระบายความร้อนระหว่างโปรเซสเซอร์และฐานห้องระบายไอเพื่อปรับปรุงการสัมผัสความร้อน)

อุปกรณ์ระบายความร้อนด้วยซิปครีบระบายความร้อน

แผ่นระบายความร้อนยังใช้กันทั่วไปในระบบทำความเย็นสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์อุตสาหกรรม

ในตัวอย่างนี้แผงระบายความร้อนประกอบด้วยครีบซิปอลูมิเนียมบัดกรีบนแผ่นฐานอลูมิเนียม. โครงสร้างนี้ช่วยกระจายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยการรวมความร้อนที่กระจายผ่านแผ่นฐานเข้ากับพื้นที่ผิวที่เพิ่มขึ้นจากครีบซิป

เพื่อปรับปรุงอินเทอร์เฟซการระบายความร้อนระหว่าง-ส่วนประกอบที่สร้างความร้อนและแผงระบายความร้อนวางความร้อนถูกนำไปใช้กับพื้นผิวของแผ่นฐานอลูมิเนียมโดยตรง. ซึ่งจะช่วยลดความต้านทานความร้อนและปรับปรุงการถ่ายเทความร้อนจากอุปกรณ์ไปยังแผงระบายความร้อน

เพื่อปกป้องอินเทอร์เฟซในการระบายความร้อนระหว่างการขนส่งและการติดตั้ง aอาจวางฝาครอบป้องกันไว้เหนือแผ่นระบายความร้อนที่ใช้. ฝาครอบนี้ป้องกันไม่ให้ซิลิโคนสัมผัส ถูกปนเปื้อน หรือเคลื่อนย้ายโดยไม่ตั้งใจก่อนการประกอบ

(แผงระบายความร้อนครีบซิปอลูมิเนียมพร้อมแผ่นระบายความร้อนติดบนแผ่นฐานเพื่อปรับปรุงการสัมผัสความร้อนในการระบายความร้อนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์)

แผ่นความร้อนเทียบกับแผ่นความร้อน

แผ่นระบายความร้อนไม่ใช่วัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อนเพียงอย่างเดียวที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ วิธีแก้ไขปัญหาทั่วไปอีกประการหนึ่งคือแผ่นความร้อน.

โดยทั่วไปแล้วการวางความร้อนมักจะนิยมในการใช้งานที่ประสิทธิภาพการระบายความร้อนสูงสุดเป็นสิ่งจำเป็น

วิธีการทาแผ่นระบายความร้อนบนแผ่นระบายความร้อน

การใช้แผ่นระบายความร้อนอย่างถูกต้องเป็นสิ่งสำคัญในการบรรลุประสิทธิภาพการทำความเย็นสูงสุด

ควรใช้แผ่นระบายความร้อนจำนวนเล็กน้อยที่ตรงกลางของแหล่งความร้อนก่อนที่จะติดตั้งแผ่นระบายความร้อน เมื่อติดตั้งแผ่นระบายความร้อน แรงดันจะกระจายส่วนผสมไปทั่วพื้นผิวสัมผัส

วิธีการสมัครทั่วไป ได้แก่ :

* วิธีจุด

* วิธีเส้น

* วิธีการข้าม

เป้าหมายคือการสร้างชั้นบางและสม่ำเสมอที่เติมเต็มช่องว่างขนาดเล็กโดยไม่สร้างสิ่งกีดขวางหนาระหว่างพื้นผิว

คุณควรใช้แผ่นความร้อนมากแค่ไหน

การใช้แผ่นระบายความร้อนในปริมาณที่ถูกต้องเป็นสิ่งสำคัญ

การใช้เพสต์มากเกินไปอาจเพิ่มความหนาของชั้นระบายความร้อน ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนลดลง การใช้ส่วนผสมที่น้อยเกินไปอาจทำให้เกิดช่องว่างอากาศระหว่างพื้นผิวได้

ในแอปพลิเคชันส่วนใหญ่ปริมาณเท่าเมล็ดถั่ว-เล็กน้อยเพียงพอสำหรับพื้นผิวขนาดโปรเซสเซอร์ทั่วไป-

ปริมาณที่ถูกต้องอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับขนาดของแหล่งความร้อนและฐานแผ่นระบายความร้อน

อ่างระบายความร้อนทำงานโดยไม่ต้องใช้แผ่นระบายความร้อน

แผงระบายความร้อนสามารถทำงานได้ในทางเทคนิคโดยไม่ต้องใช้แผ่นระบายความร้อน แต่โดยทั่วไปประสิทธิภาพการทำความเย็นจะลดลง

หากไม่มีแผ่นระบายความร้อน ช่องว่างอากาศระดับจุลภาคจะยังคงอยู่ระหว่างแหล่งความร้อนและแผงระบายความร้อน ช่องว่างเหล่านี้เพิ่มความต้านทานความร้อนและลดประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน

สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ส่วนใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งระบบพลังงานสูง- ขอแนะนำให้ใช้แผ่นระบายความร้อนเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการทำความเย็นที่เหมาะสมที่สุด

บทสรุป

แผ่นระบายความร้อนมีบทบาทสำคัญในระบบทำความเย็นอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ด้วยการเติมช่องว่างอากาศระดับจุลภาคระหว่างส่วนประกอบและตัวระบายความร้อน จะช่วยลดความต้านทานความร้อนและเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน

ไม่ว่าจะใช้ในระบบระบายความร้อนของ CPU หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อุตสาหกรรม แผ่นระบายความร้อนช่วยให้แน่ใจว่าแผงระบายความร้อนทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและรักษาอุณหภูมิการทำงานให้คงที่

เมื่อรวมกับโครงสร้างแผงระบายความร้อนที่ออกแบบมาอย่างเหมาะสม วัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อนที่เหมาะสมสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการจัดการระบายความร้อนโดยรวมของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างมาก