Selecionando o TIM (material de interface térmica) certo para o seu projeto.
Escolher o TIM certo para o seu projeto pode ser tão importante quanto escolher o componente no qual ele atuará e o radiador para o qual ele dissipará o calor.
Qualquer engenheiro que tenha lidado com os cálculos para um projeto com um componente térmico crítico pela primeira vez, seja devido à aplicação, à localização do componente ou ao seu alto consumo de energia, se depara com uma ampla variedade de materiais, formatos de radiadores e opções de ventiladores que podem ser avassaladores.
Nesta situação, ou quando encontramos problemas na resolução do stress e envelhecimento que podem ocorrer num componente ou placa se forem submetidos a altas temperaturas, o aconselhamento de especialistas pode oferecer soluções adequadas para cada caso. A equipa de engenheiros da divisão Térmica e Adesivos da Steliau Technology tem contribuído com a sua experiência desde 1992, utilizando a mais recente tecnologia para verificar a adequação das soluções, bem como equipamentos para projetar e fabricar essas soluções de forma totalmente personalizada para a aplicação.
Porquê utilizar um TIM?
Os materiais não são completamente lisos quando observamos a junção entre o componente e o radiador a nível microscópico e, mesmo que pressionemos um material contra o outro, podemos ver que as irregularidades formam pequenas bolhas de ar entre as duas superfícies e o contacto não é tão direto como parece ao olho humano.
Como o índice de transmissão térmica do ar é muito baixo em comparação com outros materiais, é necessário eliminá-lo e homogeneizar a superfície para que não haja pontos de contacto, mas sim uma superfície de contacto. Conseguimos estes efeitos utilizando um TIM (Thermal Interface Material), que é basicamente um material térmico que, devido às suas características físicas, se molda às irregularidades nanométricas das superfícies.
Que informações são necessárias para escolher um TIM?
Neste ponto, enfrentamos o dilema de que tipo de material usar. A resposta não é fácil. Se consultarmos o catálogo da Steliu Technology, ele tem 2.000 referências em stock, e a seleção depende não apenas da condutividade térmica do material quando queremos dissipar calor ou da resistência térmica quando queremos isolar (Figura 2), mas também devemos levar em consideração dados como:
- Pressão de contato.
- Rugosidade da superfície.
- Se a superfície é completamente plana. (Diferença de altura entre os componentes na PCB)
- Tempo.
- Temperatura.
- Espessura do material.
-
Atributos de preenchimento.
Portanto, antes de decidir qual material usar, devemos responder a certas perguntas:
- Quais são os componentes entre os quais o TIM está localizado? “Componente a ser resfriado e dissipador de calor que foi decidido colocar.”
- Os componentes estão em contacto ou existe uma folga a preencher?
- Qual é a espessura da folga entre o componente e o dissipador de calor? Tolerância nominal + mínima e máxima.
- Como é que o componente é montado no dissipador de calor? Parafusos, clipes, etc.
- Existe uma impressão e/ou dimensões do TIM disponíveis? Dependendo dos materiais, isso permitirá criar um elemento específico para o componente, economizando material e custos, além de garantir a qualidade do produto final.
- Qual é o calor/potência total (em W) gerado pelo componente a ser dissipado?
- É esperado um valor de resistência térmica (Rth) ou condutividade térmica do TIM?
- É necessário isolamento elétrico?
- Dados do projeto EAU/SOP, amostra/protótipo e L/T
Com essas informações, agora podemos analisar a gama de TIMs a serem usados:
Thin interface pads (almofadas finas de interface) são um produto padrão com alta condutividade térmica, níveis de desempenho de 0,8-3,0 W/m-K, reforço de filme e fibra de vidro que pode ou não conter silicone, e versões condutoras ou eletricamente isolantes. É frequentemente utilizado em aplicações que requerem alta rigidez dielétrica, mas deve-se notar que requer pressão firme para manter a sua eficácia.
Uma vantagem fundamental é que as almofadas podem ser concebidas com a forma ou o tamanho exigidos pela aplicação; a Steliau Technology dispõe de uma equipa de design e de maquinaria para satisfazer as necessidades do equipamento ou sistema.
Phase change pad (Almofada de mudança de fase) em que a viscosidade do material muda em função da temperatura (cerca de 50-60 ºC). Dependendo da gama de produtos, pode ser encontrada no formato tradicional de almofada ou como as chamadas gorduras de alto desempenho. Esta variedade permite-nos uma gama de desempenho entre 1,0 e 4,0 W/m-K, razão pela qual é frequentemente utilizada em aplicações de alta computação. Para utilizar estas almofadas, o processo de montagem deve ser claro, uma vez que a colocação de telas, gabaritos e almofadas deve ser planeada, bem como os requisitos de isolamento elétrico.
Thermally conductive putty (massa termicamente condutora) também é um produto padrão com níveis de desempenho entre 1,0 e 8,0 W/m-K, que pode ser encontrada como materiais curáveis (usando dois componentes) ou materiais pré-curados (um único material). Ambos os formatos oferecem soluções com e sem silicone.
A sua utilização é recomendada para grandes volumes de produção, sendo necessário um dispensador de material para uma utilização ideal.
A utilização desta solução tem a vantagem fundamental de que a pressão exercida sobre o TIM não tem praticamente nenhum efeito na sua deflexão em comparação com as almofadas convencionais.
Estes compostos estão a evoluir graças à investigação de novos materiais para proporcionar um maior desempenho térmico e uma maior suavidade, ou o que esta característica implica, uma maior capacidade de retrabalho.
Gap Pads são almofadas que não só permitem a dissipação de calor, mas também nivelam áreas em layouts de componentes mistos numa placa de circuito impresso. Estão disponíveis materiais padrão com condutividades térmicas entre 0,8 e 20,0 W/m-K e espessuras de até 6,5 mm, com ou sem base de silicone.
O seu design é adaptado à aplicação em termos de forma e condutividade térmica. Um dos avanços que está a ser promovido na indústria de materiais é a combinação do desempenho térmico com a absorção de EMI, tornando este tipo de solução muito atraente para todos os tipos de aplicações.
Aplicações e suporte
Com esta variedade de soluções de desempenho térmico e materiais, as aplicações para estes componentes vão desde o segmento de energia com fontes de alimentação, conversores CC/CC, carregadores de baterias, UPS, elementos de indução, bombas, equipamentos EV, dissipação para LEDs de potência, elementos de indução, eletrodomésticos e muito mais. Abrangendo mercados verticais como indústria, medicina, Hi-Rel, telecomunicações, iluminação e transporte.
Cada mercado e cada aplicação têm suas características únicas e especiais. Com 20 anos de trabalho, a equipa da Steliau Technology adquiriu experiência e know-how que lhe permitem reduzir os custos de desenvolvimento de produtos, oferecer análises CFD, bem como consultoria para as melhores recomendações em soluções térmicas e suporte para novos produtos que precisam de uma solução térmica ou para resolver problemas em produtos existentes.
O nosso software de simulação avançado permite-nos realizar modelagem térmica e utilizar dinâmica de fluidos computacional (CFD) avançada, criando modelos precisos de equipamentos eletrónicos que permitem projetos específicos para a indústria eletrónica. Este software é adaptado para superar os desafios do projeto térmico, ajudando a equipa liderada por três engenheiros especializados da divisão Térmica e Adesivos da Steliau Technology a fornecer soluções imbatíveis.