Spis treści:
Chłodzenie elementów elektronicznych jest niezwykle ważnym aspektem konstrukcji urządzeń, o którym jednak wielu początkujących projektantów zapomina lub przynajmniej bagatelizuje jego znaczenie. Tymczasem niewłaściwy dobór komponentów, nieprzemyślana instalacja radiatorów i/lub wentylatorów bądź niedostateczna ilość wiedzy o regułach budowy systemów chłodzenia może łatwo doprowadzić do przegrzania, a nawet uszkodzenia kluczowych podzespołów.
Co gorsza: bywa, że długotrwałe przegrzewanie elementów (np. tranzystorów, scalonych końcówek mocy, czy też stabilizatorów liniowych) pozostaje niezauważone podczas wstępnych testów sprzętu, prowadząc po pewnym czasie do nagłej awarii. Warto wiedzieć, że nawet korzystając z solidnych radiatorów i wymuszonego chłodzenia strumieniem powietrza lub wody, można nie osiągnąć wymaganej skuteczności odprowadzania ciepła, jeżeli w urządzeniu nie zostanie wykorzystana odpowiednia pasta termoprzewdząca.
Pasta termoprzewodząca – zasada działania
Po zainstalowaniu radiatora do układu scalonego, tranzystora lub innego elementu wydzielającego dużą ilość ciepła podczas pracy – nawet, jeżeli powierzchnie obydwu podzespołów są niemal idealnie gładkie – zawsze obecna pozostanie nierównomierna, bardzo cienka warstwa powietrza. Pozornie problem jest niewielki, jednak w rzeczywistości taka mikroskopijna przerwa stanowi całkiem efektywny izolator termiczny, który utrudnia przepływ ciepła z chłodzonego komponentu do radiatora i – dalej – do otoczenia wokół płytki drukowanej urządzenia.
Aby zminimalizować wpływ tej niepożądanej izolacji na transfer ciepła, warto zastosować pastę termoprzewodzącą – specjalny preparat o konsystencji maści lub bardzo gęstej zawiesiny, bazujący na materiale o wysokim współczynniku przewodzenia ciepła. Po równomiernym naniesieniu niewielkiej ilości pasty na powierzchnię styku radiatora i obudowy chłodzonego komponentu należy docisnąć oba elementy (zwykle poprzez skręcenie za pomocą śruby lub – w przypadku procesorów komputerowych – przez użycie specjalnego zatrzasku) – spowoduje to rozpłynięcie pasty po całej powierzchni i wciśnięcie jej we wszelkie pozostałe szczeliny. Wypełnione przerwy będą stawiały znacznie mniejszy opór dla przepływającego ciepła, niż miałoby to miejsce w przypadku pozostawienia ich niewypełnionymi.
Jaka pasta termoprzewodząca do różnych zastosowań?
Podstawowym zagadnieniem, które należy wziąć pod uwagę projektując system chłodzenia elektroniki, jest pytanie, jaką pastę termoprzewodzącą wybrać. Co ciekawe, odpowiedź jest uzależniona nie tylko od rodzaju chłodzonego elementu, ale także zakresu spodziewanych temperatur pracy, metody chłodzenia, wymogów elektrycznych, a także zakładanego budżetu. Szczególną popularność zdobyły pasty termoprzewodzące na bazie silikonu – zwykle w postaci jednolitej, białej substancji o zróżnicowanej (w zależności od wybranego rodzaju) gęstości, sprzedawane w tubkach, słoiczkach lub strzykawkach.
Podstawową zaletą past silikonowych jest łatwość nanoszenia na chłodzony element, dobra odporność w szerokim zakresie temperatur oraz relatywnie niska cena. Co ważne, pasty silikonowe są nieprzewodzące dla prądu elektrycznego – dzięki temu świetnie nadają się do układów, w których istotna jest izolacja poszczególnych elementów od radiatora (warto jednak pamiętać, że zapewnienie pełnej izolacji galwanicznej wymaga też zastosowania dodatkowych środków, np. folii kaptonowej, podkładek tworzywowych pod śruby montażowe, etc.).
Najlepsza pasta termoprzewodząca do wymagających zastosowań
W odróżnieniu od past silikonowych, pasty na bazie srebra mają postać gęstej zawiesiny z pyłem srebrowym – metal ten doskonale przewodzi ciepło i dlatego pasty metaliczne są chętnie stosowane w chłodzeniu procesorów komputerowych, chipsetów płyt głównych i procesorów kart graficznych. Na podobnej zasadzie działają także pasty na bazie miedzi, a nawet złota – ich ceny są jednak często znacznie większe, niż w przypadku past srebrowych o porównywalnej objętości. Niektóre pasty oparte na pyle metalicznym pozwalają na pracę w temperaturach przekraczających znacznie zakres dopuszczalny dla past silikonowych – przykładowo, pasty na bazie złota są odporne na działanie temperatur nawet do 340 oC. Dlatego też ta właśnie grupa produktów znalazła zastosowanie w aplikacjach takich, jak overclocking komputerów czy też wymienniki ciepła w kolektorach słonecznych.
