Теплопроводящая паста

(56) Паста кремнийорводящая КПТ - 8, ГОСТ(57) Изобретение отнтеплообмену и можетборостроении для ох лупроводников ния - расширен ператур до теплопроводнос содержит. мас, расплав индия и наполнителя - а рами кристалла эование пасты теплопереходы турными потеря теплопроганическа19783-74ЩАЯ ПАСосится киспол ьэоваждения ТА онтактному аться в примощных поГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Изобретение относится к контактному теплообмену и может быть использовано в приборостроении для охлаждения мощных полупроводниковых приборов, в 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 1 23/36, Н 05 К 7/20 ых приборов. Цель изобретеие диапазона рабочих тем 800 С и увеличение ти, Теплопроводящая паста : в качестве связующего галлия (75 - 78), а в качестве лмазный порошок с разме 14 - 60 мкм (22 - 25). Испсльпоэволяет эксплуатировать с минимальными тем-,ерами в контакте. 1 табл расплава должна быть в 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 в 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 обстоя 1624565тельство, 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 микроне- ровности, сопрягаемых плоскостей полупроводниковых приборов, В результате может отсутствовать непосредственный контакт между собой теплообменных поверхностей.В таблице приведены результаты испытаний даст, 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, г - 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 проведено 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 10 15 20 25 30 35 40 45 50 1 55 изготовлен иэ сплава алюминия Д 16 с серебряным покрытием,Перед монтажом транзистора на теплоотвод контактную поверхность транзистора и теплоотвода обеэжиривали спиртобензиновой 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 КПТоценивали 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.1624565 Составитель Ю.КондрахинаРедактор 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, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Дополнительное повышение эффективности можно обеспечить эа счет кристаллов алмаза типа 2 А, 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 техно- логична - 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 ОС и увеличения теплопроводности, в качестве связующего использован расплав индия и галлия, а в ка честве наполнителя - алмазный порошок сразмерами кристалла в пределах 14 - 60 мкм при следующем соотношении компонентов, мас,".,ь:Расплав индия и галлия 75 - 78 15 Алмазный порошок 22 - 25