Теплопроводящая паста

Теплопроводящая паста

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к контактному теплообмену и может использоваться в приборостроении для охлаждения мощных полупроводниковых приборов. Цель изобретения - расширение диапазона рабочих температур до 800°С и увеличение теплопроводности. Теплопроводящая паста содержит, мас.%: в качестве связующего расплав индия и галлия (75 - 78), а в качестве наполнителя - алмазный порошок с размерами кристалла 14-60 мкм (22-25). Использование пасты позволяет эксплуатировать теплопереходы с минимальными темгературными потерями в контакте. 1 табл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4495406/21 (22) 18.10.88 (46) 30.01.91. Бюл, N. 4 (72) А.Я. Гува (53) 621,565,94 (088.8) (56) Паста кремнийорганическая теплопроводящая КПТ вЂ” 8, ГОСТ 19783 — 74. (54) ТЕПЛОПРОВОДЯЩАЯ ПАСТА (57) Изобретение относится к контактному теплообмену и может использоваться в приборостроении для охлаждения мощных поИзобретение относится к контактному теплообмену и может быть использовано в приборостроении для охлаждения мощных полупроводниковых приборов, е турбостроении, реакторостроении, ракетной технике для охлаждения теплонагруженных узлов и деталей, Целью изобретения является расширение диапазона рабочих температур до

800 С и увеличение теплопроводности.

Для изготовления пасты использовали расплав галлия и индия, имеющий наименьшую температуру отверждения, что достигается при содержании индия в расплаве в количестве 15 — 20 мас. . Приготовление и нанесение пасты в этом случае производится при нормальной температуре окружающей среды без подогрева.

В приготовленный расплав добавляли алмазный порошок марки АСМ ГОСТ 920680.

Необходимое количество порошка и оптимальную величину зерен определяли исходя из следующих требований к пасте: количество порошка в расплаве должно быть максимально возможным, насколько хватает расплава для смачивания всех граней кристаллов; смесь алмазного порошка и

„„Я „„1624565 А1 (sI)s Н 01 1 23/36, Н 05 К 7/20 лупроводниковых приборов. Цель изобретения — расширение диапазона рабочих температур до 800 С и увеличение теплопроводности, Теплопроводящая паста содержит. мас. : в качестве связующего расплав индия и галлия (75 — 78), а в качестве наполнителя — алмазный порошок с разме. рами кристалла 14 — 60 мкм(22 — 25). Испс: ьзование пасты позволяет эксплуатировать теплопереходы с минимальными тем-,ературными потерями в контакте. 1 табл расплава должна быть е виде пасты, технологичнсй по консистенции (с точки зрения нанесения ее на поверхность); паста не должна самопроизвольно вытекать из контакта при включенной тепловой нагрузке и механических воздействиях, Выбор алмазного зерна оптимальнои дисперсности сводился к следующему. При приготовлении пасты с наполнителем разной дисперсности выяснилось, что чем меньше кристаллы, тем больше общая удельная поверхность смачивания. В результате малое зерно приводит к уменьшению массовой доли алмазного порошка в пасте, что нежелательно с точки зрения суммарной теплопроводности пасты. С другой стороны, малое зерно приводит к эффекту текучести, т.е. при воздействии высокой температуры, давлении е контакте и вибрации паста самопроизвольно вытекает из контакта и может попасть в схему, что недопустимо.

При использовании алмазного порошка с зерном менее 14 мкм паста приготавливается вручную с большим трудом — требуется значительное время (30 мин и более).

Верхним ограничением по крупности алмазного зерна является то обстоя1624565 тельство, что алмазные зерна размером 14 — 60 мкм находятся в пасте во взвешенном состоянии, а кристаллы более 60 мкм под действием гравитационных сил перемещаются в пасте, что нарушает ее нормальную консистенцию.

Алмазный порошок с зерном более 60 мкм находится за пределами зазоров, обусловленных допусками на макро- и микронеровности, сопрягаемых плоскостей полупроводниковых приборов, В результате может отсутствовать непосредственный контакт между собой теплообменных поверхностей.

В таблице приведены результаты испытаний паст, полученных при различном количестве алмазного порошка в пасте. На пересечении номера эксперимента и процента алмазного порошка буквенным символом обозначается технологическая характеристика состава: ж — жидкая консистенция, в — вазелиноподобная консистенция, r — густая консистенция, зс — зернистая структура.

В каждой партии зерна подбиралось оптимальное количество порошка с учетом вышеприведенных требований к пасте.

Перемешивание производилось вручную в течение 5 — 10 мин, В результате исследований было определено необходимое количество микропорошка алмаза в составе пасты (22 — 25 мас. $).

При этом паста имеет в нормальных условиях вазелиноподобную консистенцию, При содержании в смеси алмазного порошка более 25 мас. паста утрачивает свое вазелиноподобное состояние, приобретает рассыпчатую структуру и становится не пригодной для нанесения.

Содержание алмазного порошка менее

22 мас. приводит к тому, что в пасте присутствует избыток жидкой фазы. В результате при организации контакта с приложением механических и тепловых нагрузок паста может частично вытекать из зазоров, что приведет к выходу из строя узла теплопередачи.

Для определения эффективности приготовленной пасты ее использовали в контакте между мощным полупроводниковым прибором типа КТ 930 в качестве источника тепла и теплоотводом.

Было проверено 50 экспериментов по определению эффектйвности металлоалмаэной пасты при использовании ее в контакте. Проходящая мощность через прибор составляла 100 Вт.

Корпус. КТ 930 изготовлен иэ меди и защищен покрытием иэ золота. Теплоотвод

55 изготовлен иэ сплава алюминия Д16 с серебряным покрытием, Перед монтажом транзистора на теплоотвод контактную поверхность транзистора и теплоотвода обеэжиривали спиртобенэиновой смесью и сушили в течение 15 — 20 мин.

Нанесение пасты производили по следующей технологии.

Брали шпателем из полиуретана навеску металлоалмазной пасты и лудили контактные поверхности транзистора и теплоотвода до получения ровной блестящей поверхности. Затем контактной поверхностью транзистора касались зеркала пасты и производили 1 — 2 колебательных движения в горизонтальной плоскости. После этого транзистором касались вертикально установленного шпателя, имеющего зубчики с углом 45 и высотой 0,5 мм, При этом следили, чтобы вся контактная поверхность проходила через зубчики в горизонтальной плоскости. Такой прием позволяет убрать излишки приставшей пасты и обеспечить равномерное дозированное нанесение пасты.

Транзистор устанавливали на теплоотвод, подвергая корпус двум-трем колебательным движениям на сдвиг, что позволяло обеспечить максимальную адгезию сопрягаемых поверхностей.

При закручивании винтов транзистора развивается давление, которым корпус прижимается к контактной поверхности теплоотвода. При этом расплав индия и галлия хорошо смачивает контактные поверхности и создает металлический контакт между микрошероховатостями сопрягаемых материалов.

Кроме того, под действием давления алмазные кристаллы, имеющие высокую твердость, внедряются в противоположные контактные поверхности и создаются условия для образования между контактными поверхностями многочисленных мостиков высокой тепловой проводимости, В результате создается эффективный тепловой контакт между корпусом транзистора и теплоотводом.

Степень улучшения отвода тепла с помощью металлоалмазной пасты по сравнению с пастой КПТ-8 оценивали по температурным потерям, возникающим в контакте. В испытаниях был использован алмазный порошок обычной теплопроводности. В этих условиях падение температуры в контакте снижалось не менее чем в 2,5 рвэв по сравнению с контактом, в котором применялась паста КПТ-8.

1624565

Составитель Ю.Кондрахина

Редактор Л.Веселовская Техред М.Моргентал Корректор Н.Король

Заказ 196 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Дополнительное повышение эффективности можно обеспечить эа счет кристаллов алмаза типа 2А, теплопроводность которых в 4 раза превышает теплопроводность примененного алмазного порошка. Паста стабильна по своим свойствам в широком интервале температур до 800 С, что расширяет диапазон ее применения. Паста технологична — нанесение ее и разборку тепловой конструкции производят беэ предварительного разогрева (при нормальной температуре), Применение разработанной пасты позволяет эксплуатировать теплопереходы с минимальными температурными потерями в контакте, что является решающим в тепловом конструировании.

Формула изобретения

Теплопроводящая паста, содержащая

5 связующее и наполнитель, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью расширения диапазона рабочих температур до 800 С и увеличения теплопроводности, в качестве связующего использован расплав индия и галлия, а в ка10 честве наполнителя — алмазный порошок с размерами кристалла в пределах 14 — 60 мкм при следующем соотношении компонентов, мас. ь:

Расплав индия и галлия 75 — 78

15 Алмазный порошок 22 — 25