Реализуем термопасту:

- модификация КПТ на полиэфирной связке, незастывающая

- модификация КПТ, застывающая в течение неск. недель

Вес ~ 10 г, флакон с кисточкой. Цена 1-2 флаконов  - 150 руб/шт, оптом дешевле. Отправка почтой.

В  проекте:

 - алмазная паста

Цена 300 руб/грамм, шприц.

Пасты неядовиты (4 класс опасности) безопасны для пластика, могут быть удалены влажной ватной палочкой. Точка дымообразования более 200 С, выдерживают охлаждение. В случае необходимости можно разводить несколькими каплями воды или минерального масла.

Под заказ (более 5 кг) возможны другие варианты, например, выдерживающие до 400 С (разово), твердеющие, прочного склеивания, для неровных корпусов микросхем и др. 

Немного о пастах.

Термоинтерфейсы для отвода избыточного тепла от полупроводниковых устройств были известны задолго до появления современных процессоров. Назначение термоинтерфейса – увеличение теплоотвода при небольших перекосах при монтаже деталей, когда нельзя применить посадку или сопряжение и нужен выход из положения. Такой зазор заполняют пластичным материалом, так, чтобы излишек материала свободно покидал пространство между деталями, не образуя слоя избыточной толщины.

Кстати, после нанесения пасты, особенно отечественного производства, радиатор процессора рекомендуется слегка покрутить из стороны в сторону в закрепленном состоянии, чтобы излишек пасты вышел из-под зазора.

 О КПТ-8.

Логичным решением  было использование тонкодисперсного материала на связке из нелетучего растворителя. В КПТ-8 качестве наполнителя был применен недорогой материал – оксид цинка. Этот оксид является высокодисперсным продуктом, который в силу физико-химических свойств не образует крупных кристаллов. Из опыта применения в лакокрасочной промышленности известны такие его свойства как высокая укрывистость и низкая маслоемкость. Первый параметр прямо связан с размером частиц, в то время как второй определяет малое количество растворителя, требуемого для замасливания, т.е. получения пасты.

 

В качестве жидкого связующего был применен полидиметилсилоксан – ПДМС. Эта кремний-органическая жидкость имеет температуру применения до 204 С, однако, относительно склонна к высыханию и гидролизу. Введение стабилизатора и полное удаление влаги позволяют расширить температурный диапазон до 232 С. Однако, ПДМС не является высокотеплопроводным продуктом. Более того, имеет весьма скромные показатели, уступая как по стойкости, так и по теплопроводности многим углеводородным продуктам. 

 

Если говорить о путях совершенствования термоинтерфейса из КПТ-8, то первым делом следует заменить полидиметилсилоксан. В качестве замены лучше всего подойдут смолы с большим содержанием кислорода, например, на основе полиэфиров. Такие продукты отлично смачивают окись цинка, позволяют получать очень концентрированные пасты, не требуют удаления воздуха. Кроме того, их теплопроводность на 30-50% выше чем у ПДМС. Такая паста может достаточно сильно (- 10%) снизить температуру CPU по сравнению с КПТ-8 на ПДМС.

 

С механической точки зрения КПТ-8 требует улучшения перетира, т.е. дотирки пасты на специальном оборудовании. Качественная паста не должна содержать крупных частиц, а при растирании пальцами быть абсолютно однородной на ощупь. Кроме этого, должен присутсвовать блеск, т.е. в пасте должно быть достаточное количество растворителя. 

 

Следующим ходом является введение оксидов легких элементов. Однако тут важно не прогадать. В том случае, если дисперсность таких оксидов выше 5-10 микрон такой термоинтерфейс не покажет высоких характеристик при охлаждении CPU. Присутствие даже небольшого процента частиц размером 15-20 микрон сделает теплопроводную пасту непригодной для охлаждения CPU. С технологической точки зрения добавки не должны быть абразивными, как соединения алюминия, т.к. они выведут из строя оборудование.    

Теплопроводность.

С механической точки зрения важным моментом является толщина заполняемого теплового зазора. Чем тоньше зазор, тем больше тепловой поток. При нанесении паста должна свободно покидать зазор, ведь её теплопроводность в десятки раз ниже как металлов, так и кремния. Присутствие сгустков, на которых повиснет радиатор крайне нежелательно.

 

На микроуровне паста должна состоять из частиц средним размером менее 5 микрон, а максимальным не более 10 микрон. Кристаллы не должны иметь чешуйчатую или игловидную форму.  Идеальной формой для наполнителя является сфера. Такой материал хорошо течет, имеет высочайшие показатели плотности и наполнения, хорошие показатели контакта.

В случае с оксидными наполнителями теплопроводность зависит от комбинации факторов – степени окисления металла и атомного номера. Лучше всего тепло проводит окись бериллия, показывая аномально высокую теплопроводность. Однако продажа оксида бериллия частным лицам является безответственной. Остается пробовать окислы легких металлов, например, магния. Окислы алюминия тонкой дисперсности приходится получать химически из алюминия, что обходится дорого. Плохо проводят тепло окислы тяжелых металлов - свинцовый сурик, оксид олова, циркония и др. Из неоксидных наполнителей упоминания заслуживают такие соединения как нитрид алюминия и нитрид бора, бориды и силициды некоторых металлов. Такие соединения обладают теплопроводностью, сравнимой с металлами, однако, являются очень твердыми и портят сложное оборудование, если таковое используется.

 

Нитрид алюминия является самым перспективным компонентом т.к. образуется в виде кристаллической модификации с высокой теплопроводностью. Но, к сожалению, он не может быть получен в одну стадию в чистом виде, да ещё и с субмикронным размером частиц. Ценность нечистого (90% и менее) нитрида алюминия невысока и не дает "привеса" пасте. Реакция алюминия с азотом не дает качественного продукта, поэтому для получения чистых препаратов используют разные высокотемпературные реакции с аммиаком, хлоридом аммония и др. Эти пути синтеза не могут быть применены в промышленном масштабе.

 

Из растворителей самой высокой теплопроводностью обладает вода, далее следуют высокополярные растворители – спирты, кетоны, такие как метанол и ацетон. Хуже проводят тепло природные масла, а ещё хуже - минеральные. ПДМС проводит тепло хуже перечисленных. Таким образом, будет неудивительно, если цинковая мазь из аптеки покажет сравнимый с КПТ-8 результат.

 

Удельный вес пасты также очень важен, поскольку более тяжелая смесь покажет лучший результат. Например, оксид магния плохо подходит из-за агломерированного состояния, т.е. образования рыхлых комков из более мелких кристаллов. Применение самого продвинутого оборудования, например, трех- или пятивалковых краскотерок не способно решить проблему. В результате некоторые производители выбрали путь модификации КПТ для получения новых продуктов.

Альтернативные варианты.

Нитрид алюминия.

Нитрид алюминия представляет белый порошок с желтым оттенком, а в смеси с окисью цинка - белую массу. Он имеет высокую теплопроводность и мог бы стать хорошим наполнителем пасты, если бы дешево стоил и производился промышленно. К сожалению, данный материал нельзя получить напрямую, такие попытки заканчиваются получением серого порошка неизвестного состава. Способы получения чистого нитрида алюминия разрабатывают до сих пор.  

Жидкие металлы.

 

Известно более десятка легкоплавких сплавов, плавящихся ниже 100 С. Проблемой таких сплавов является разрушение медных радиаторов. При расплавлении сплав смачивает медь, а при термоциклировании может идти в глубину, повреждая поверхность. Сплав склонен капать, и может что-то замкнуть на системной плате.  

 

Кремний такие сплавы не смачивают, а о пятне контакта мало что известно, кроме того, что сплавы имеют поверхностное натяжение, которое  вытягивает металл из зазора с кремнием. Кроме того, в расплавленном состоянии тенденция к окислению воздухом у металлов возрастает многократно.

 

Хлопья металлов.

 

Такие металлы как медь и серебро могут быть получены в виде порошка и введены в пасту. О практике применения таких смесей мало что  известно. Проблемой является то, что медь сложно получить в виде химически чистых мелких хлопьев, т.к. поверхность покрыта окислами или металл сам по себе недостаточно компактен. Серебро является благородным металлом, т.е. оксидной пленкой не покрывается, однако, продажа препаратов серебра в нашей стране затруднительна. Кроме того, пятно контакта металла с кремнием мало, т.е. паста не слишком эффективна.

 

Алмазы.

 Интересным подходом является применение алмазных порошков. Известно, что алмаз обладает самой высокой теплопроводностью из стабильных веществ. В настоящее время известны эффективные алмазные пасты, однако, их цена довольно высока.

 

Оксид бериллия (BeO).

Оксид бериллия является самым теплопроводным оксидом. Из него относительно просто приготовить пасту, кроме того он обладает довольно высокой плотностью. Из керамики на основе BeO изготавливают подложки полупроводниковых приборов. Оксид бериллия токсичен при вдыхании и является канцерогеном. Керамические детали считаются относительно безопасными до тех пор, пока их не начинают обрабатывать механически.  

Технологии.

 Паста КПТ-8 мало чем отличается от пигментных паст, технология которых доведена до совершенства.  Соответственно, может быть приготовлена лакокрасочными методами с использованием многовальных вакуумных мешалок, пятивалковок, вертикальных бисерных мельниц и прочего продвинутого  технологического оборудования на котором делают чернила, автомобильную краску и другие чувствительные к браку продукты. 

 

Тем не менее, её предпочитают готовить вручную, примерно так, как это делали художники в средние века. Потребителю следует знать, что приготовленная вручную паста более вязкая, имеет неоднородную консистенцию, а главное, большое количество воздуха в массе. При нагреве и снижении вязкости пузыри могут увеличиваться в размерах, поэтому такую пасту можно наносить по 3-4 раза отмечая отказы в работе оборудования.