Эффективность теплопередачи (охлаждения) зависит как от коэффициента теплопроводности, так и от площади контакта материалов. Следовательно, для обеспечения максимально возможного теплоотвода необходимо обеспечить плотный контакт между поверхностями. Поскольку поверхности любого материала не являются полностью плоскими, образуются воздушные зазоры, которые значительно снижают теплопередачу в системе. Решить эту проблему можно несколькими способами, но оптимальным и широко используемым является использование теплопроводных паст.
Теплопроводная паста — многокомпонентное пластичное вещество с высокой теплопроводностью, используемое для уменьшения теплового сопротивления между двумя соприкасающимися поверхностями
Небольшое количество пасты, нанесенное на область теплового контакта, распределяется при прижиме поверхностей друг к другу и обеспечивает тепловой контакт между двумя соприкасающимися или сближенными поверхностями в радиоэлектронной аппаратуре. При этом паста заполняет мельчайшие углубления в поверхностях и вытесняет воздух, обладающий крайне низкой теплопроводностью.
Над решением проблемы эффективного отвода тепла, генерируемого полупроводниковыми кристаллами, работают десятки зарубежных фирм, а в России такая работа не проводилась вплоть до последнего десятилетия.
Единственной отечественной разработкой стала паста КПТ-8, которая производится с 1980-х годов по сегодняшний день (рис.2). Вполне логично предположить, что КПТ-8 не является конкурентоспособным продуктом из-за низкого коэффициента теплопроводности (не более 1 Вт/м*К).
В результате, десятилетиями потребности российского рынка покрывались в основном за счет увеличения объемов ввоза зарубежных теплопроводных материалов. Доля импорта в различных сегментах варьировалась до 100%.
Учитывая современные реалии развития современной электроники – стремительно растущая миниатюризация электроники, а как следствие растущий спрос на теплопроводные материалы АО «НИТИ «Авангард» запустили проект по разработке отечественных теплопроводных паст.
В 2021 году разработка полного цикла изготовления продуктовой линейки теплопроводных паст на основе металлических порошков и на основе керамики под конкретную задачу, с требуемым значением коэффициента теплопроводности, варьируемым от 2 до 6 Вт/(м·K) была завершена.
При производстве ТП используется только отечественное сырье, что позволяет полностью заместить импортную продукцию и обеспечить стабильность поставок конечного продукта на производства.
Сфера применения ТП охватывает как аппаратуру гражданского применения так ответственного и специального назначения:
- мощные полупроводниковые приборы;
- промышленное оборудование;
- силовые устройства с радиаторным охлаждением (ИВЭП, светильники, прожектора и т.п.);
- компьютеры и ноутбуки;
- автомобильная электроника;
- телекоммуникационная техника;
- потребительские товары длительного пользования;
- медицинское оборудование;
- бытовая техника (компьютерные сервера, компьютеры и т.п.).
Теплопроводные пасты должны хорошо смачивать разнородные поверхности, не высыхать на протяжении всего срока службы и не вызывать коррозию материалов соединяемых поверхностей. Продукция АО «НИТИ «Авангард» соответствует всем вышеуказанным требованиям.
Ключевые особенности и преимущества теплопроводных паст производства АО «НИТИ «Авангард»:
- имеют высокие коэффициенты теплопроводности;
- состоят из сырья, производимого в Российской Федерации;
- создаются с использованием современных технологий с применением автоматизированных технических систем, что значительно сокращает трудозатраты, ликвидирует возможность ошибок, вызванных человеческим фактором;
- полностью отечественный продукт, включая сырье;
- отсутствие высыхания на протяжении всего срока службы;
- отсутствие коррозии материалов соединяемых поверхностей;
- изготавливаются по ТУ 20.30.22-001-07518266-2019.
Технические характеристики ТП представлены в таблице 1.
Наименование | Единица измерения | Значение | |
Теплопроводная паста ТПД (диэлектрическая) | Теплопроводная паста ТПЭ (электропроводная) | ||
Условная вязкость | мм | не менее 17 | |
Внешний вид | – | Однородная масса от белого до чёрного цвета без комков и механических примесей | |
Теплопроводность | Вт/(м·К) | от 3 до 5 | от 3 до 6 |
Объёмное удельное сопротивление | Ом∙см | не менее 109 | не более 106 |
Корродирующее действие | – | Отсутствие зелени, тёмно-серых, коричневых или чёрных пятен, налётов или плёнки | |
Устойчивость к условиям эксплуатации | – | Однородная масса без расслоения | |
Рабочий диапазон температур | °С | от минус 50 до плюс 150* | |
Упаковка | – | Шприцы, тубы, банки по 200 г | |
Примечание – * Дополнительно проводились испытания при температуре 300°С в течение 30 минут, а также паста выдерживалась в течение 30 минут в жидком азоте. После указанных испытаний паста не теряет своих свойств. |
Теплопроводная паста ТПЭ
Назначение: теплопроводная паста электропроводная (ТПЭ, рис 3.) предназначена для обеспечения эффективного теплового переноса между двумя соприкасающимися или сближенными поверхностями в аппаратуре и оборудовании различного назначения, где требуется электрический контакт сопрягаемых деталей (например, силовая электроника: крепление транзисторов, диодов через электропроводную контактную площадку), микро- и наноэлектроника (крепление кристаллов через электропроводную контактную площадку).
ТПЭ изготавливаются на основе синтетических масел, добавок минеральной и металлической природы, которые обеспечивают реологические, теплопроводные, электропроводные свойства.
Теплопроводная паста ТПД
Назначение: теплопроводная паста диэлектрическая (ТПД, рис.4) предназначена для обеспечения эффективного теплового переноса между двумя соприкасающимися или сближенными поверхностями в аппаратуре и оборудовании различного назначения, где не требуется электрический контакт сопрягаемых деталей (например, крепление к процессору компьютера через пасту радиатора с кулером, силовая электроника (транзисторы, диоды и др.), бытовая техника.
ТПД изготавливаются на основе синтетических масел и добавок минеральной природы, которые обеспечивают реологические, теплопроводные, свойства.
В таблице 2 приведены основные характеристики разработанных ТП и их конкурентов, существующих на рынке.
№ | Наименование | Объем, г | Теплопроводность, Вт/(м·К) |
Электропроводные | |||
1 | ТПЭ, АО «НИТИ «Авангард» | от 3 до 200 | от 3 до 6 |
2 | Zalman ZM-STG2 | 3,5 | 04.янв |
3 | Xigmatek PTI-G3606 | 3 | 5 |
4 | Zalman ZM-STG1 | 3,5 | 04.янв |
5 | GelidSolutions GC-2 | 7 | 3,8 |
Неэлектропроводные | |||
1 | ТПД, АО «НИТИ «Авангард» | от 3 до 200 | от 3 до 5 |
2 | Arctic MX-2 | 4 | 5,6 |
3 | Thermaltake TG-4 | 1,5 | 3,3 |
4 | Cooler Master IC-Value V1 | 4,6 | 1,85 |
5 | CoolerMaster IC Essential E2 | 3,4 | 3,5 |
Таблица 2 – Сравнительная характеристика ТП НИТИ «Авангард» с ближайшими зарубежными и отечественными аналогами
Данные показывают, что пасты, разработанные АО «НИТИ «Авангард» являются конкурентоспособными, находятся на мировом уровне.
Кроме того, разработанные марки теплопроводных паст ТПД и ТПЭ (ТУ 20.30.22–001-07518266-2019) включены в общероссийский Банк данных «Продукция России» в раздел «Каталогизация. Реестр продукции».