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导热膏选择综合指南

2023-03-07 14:48:39 Giovanni Di Maria 阅读:
在所有使用金属散热器并产生热量的电源应用中,导热膏的应用都是必不可少的。散热得到极大改善,使热量更容易从设备流向散热器。

导热膏是一种乳状或液态物质,用于填充两个金属表面之间的间隙和微观间隙,来改善从一个表面到另一个表面的热传递。它在现代电子产品中必不可少,因为元器件会产生大量热量,必须将这些热量散发出去以防止过热和损坏设备。kE1ednc

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什么是导热膏,它是如何工作的?

散热器和功率器件的表面在微观层面上并不十分光滑,而是具有不支持导热化合物的微小波纹和沟槽(见图1)。该图显示了用大尺寸描绘的表面缺陷如何导致两个组件之间形成气泡。在高功率下,即使很小百分比的功率损耗也会极大地影响电路的最终效率。为了计算机或其他设备的正常运行,有必要使用良好的CPU导热膏或CPU导热贴片。导热膏是一种导热物质,涂在两个金属表面之间以改善热传递。它有助于降低它们的热阻,增加向外部的散热。导热膏填充缺陷并防止气泡的形成,气泡的导热系数低,会通过形成绝缘屏障来阻碍热传递。如果在两个表面之间涂上导热膏,就会产生更有效的热粘合,就好像没有瑕疵一样。kE1ednc

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图1:设备表面和散热器的可视化表示kE1ednc

每种导热界面材料都有其自身的导热系数。该系数越高,散发的热量越大。金属可以有效地导热,而塑料、玻璃和空气等其他材料是不良的热导体。铝和铜是优良的热导体和电导体,但在接触表面之间存在气泡时,热交换不再有效,因为空气是不良热导体并阻碍散热。kE1ednc

不同类型的导热膏及其应用

导热膏不具有与铝和铜相同的导热系数和性能;然而,它对传热做出了极大的贡献。根据导热膏所用的质量和材料(锌或银),其导电系数范围为2W/mK至8W/mK。市场上有不同类型的导热膏,每种都有不同的特性和应用。它们的性能取决于许多因素,例如散热器类型、应用方法和环境温度。设计人员必须为其应用选择正确类型的导热膏,并正确应用以达到最佳效果。以下是一些最常见的导热膏类型及其用途:kE1ednc

  • 金属基导热膏:它含有悬浮在硅酮或陶瓷物质中的金属颗粒混合物,例如银、铝或铜。这种类型的膏状物具有高导热性,非常适合需要高冷却的应用。它在导热方面非常有效,因为它含有金属,这些金属是热和电的优良导体。但是,如果有泄漏,它们会导致短路。为此,其在设备上的应用具有挑战性
  • 陶瓷基导热膏:它含有悬浮在硅酮或合成油物质中的陶瓷颗粒。该产品具有良好的导热性,并且比金属基导热膏便宜。它适用于需要适度冷却的应用。它不导电,因此即使在发生泄漏时也是安全的,并且易于涂抹在表面上。另一方面,它也不会显著的降低温度
  • 液态金属导热膏:它含有一些悬浮在液体中的金属合金。这种类型的导热膏具有非常高的导热性,非常适合用于需要极端冷却的应用。但是,它很难应用并且会损坏多种类型的材料。它的耗散率比普通导热膏高约八倍,而且它不能与铝散热器一起使用,因为可能会引发化学反应。此外,与其他材料相比,它价格高昂,而且一旦散布到环境中会造成严重危害
  • 碳基导热膏:它包含悬浮在硅酮或合成油载体中的碳颗粒。这种类型的导热膏的导热性低于金属和陶瓷基导热膏,但更便宜。对于需要基本冷却的应用来说,这是一个不错的选择。它更容易涂抹,因为它具有良好的密度,使用寿命更长且不导电,是初学者的最佳选择。不过可惜的是它的效果非常有限
  • 碳基金刚石导热膏:由于含有金刚石粉,导热效果比银高五倍。它具有电绝缘性、低粘度和出色的稳定性。内含的金刚石呈粉状,不会划伤表面。不过毫无疑问的,这种导热膏的价格非常昂贵。

其他类型的产品还包括合成基化合物、铜基导热膏和银基导热膏。kE1ednc

如何涂抹导热膏以获得更好的导热效率

CPU导热膏怎么涂?导热膏的涂抹需要非常小心,无论是涂抹的量还是涂抹的类型。那么如何正确涂抹导热膏呢?导热膏应该是表面缺陷的填充物,因此,为了以最大的效果实现这一点,在涂抹导热膏之前,应清洁表面使其没有任何灰尘或其他可能干扰热传递产生空隙的碎屑。为此,可以使用普通酒精或丙酮。然后,您可以继续用小抹刀从中心向外非常均匀地将导热膏涂抹在有源元件上(见图2)。处理器上导热膏的理想用量是可变的。导热膏的理想用量取决于电子元件的尺寸和形状,但一般情况下建议涂抹足够的材料以均匀覆盖其表面。通常,对于大多数CPU来说,一粒米大小的量就足够了,但避免涂抹过多的导热膏是十分重要的,因为这可能会导致过热问题。另一方面,量过少也将完全没有效果。同时导热膏的分布必须是均匀的。无需将其散布在散热器表面,因为两个表面之间的压力可确保其均匀分布。所以散热器的放置和连接需要确保具有良好的压力和均匀分布。安装散热器后,必须要去除多余的导热膏。kE1ednc

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图2:在两个功率MOSFET上涂抹导热膏kE1ednc

选择正确类型的导热膏的好处

在功率电子元件上应用导热膏不是一种选项,而是一种强制性选择,来确保电路尽可能最佳的运行,它的使用必将会带来更好的散热。导热膏可以改善设备和散热器之间的热传递,这就要求您的处理器有一个优质的散热器。高质量的导热膏能进一步降低系统温度,延长设备寿命。在电子产品中使用适当的散热解决方案的重要性需要设计师的深入研究。大多数时候,过热会导致电路稳定性问题,例如突然死机和性能下降。然而,有了良好散热的系统,所有操作上的问题就都得到了解决,包括发出电气噪声和干扰。kE1ednc

市场上最好的导热化合物品牌

要遵循的第一条规则是选择一流的、经过公司认证的产品。在这方面应该不遗余力,因为电子元件的散热具有不可估量的价值。市场上有多个品牌,每个品牌都有自己的特点和性能(一些示例如图3所示)。以下是市场上可用的一些导热膏品牌:kE1ednc

  • ArcticSilver:该品牌生产各种优质导热膏,包括一些具有特殊性能的导热膏,例如改进的导热性
  • Noctua:以制造冷却组件而闻名。Noctua导热膏质量上乘,采用非导电材料防止短路
  • Thermal Grizzly:该品牌生产具有不同配方的高性能导热膏,可满足多种需求
  • Gelid Solutions:该品牌生产用于各种用途的优质导热膏,包括笔记本电脑应用
  • Corsair:以制造游戏硬件而闻名,它还生产用于CPU和GPU的高质量导热膏。

这些只是市场上一些可用的导热膏品牌。设计师应该选择最适合自己需求的品牌。此外,还建议阅读客户评论以了解产品概况。kE1ednc

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图3:市场上的一些导热膏kE1ednc

结论

在所有使用金属散热器并产生热量的电源应用中,导热膏的应用都是必不可少的。使用它的好处有很多。散热得到极大改善,使其更容易从设备流向散热器,然后散热器可以更快地散逸到周围环境。系统效率也得到提高,因为两个表面之间的热阻降低,确保电子元件在适当的温度下运行并且不会过热。通过使用导热膏将电子元件保持在合适的温度,提高了它们的可靠性和耐用性,避免了永久性损坏或电路运行异常的风险。用户还应记住,必须经常更新和替换导热膏,以保持较高的整体效率。kE1ednc

(原文刊登于EDN姊妹网站Power Electronics News,参考链接:A Comprehensive Guide to Thermal Paste and Its Benefits in Modern Electronics,由Ricardo Xie编译。)kE1ednc

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