7.6.1. Влияние паст, смазок, усилия прижатия на значение теплового контактного сопротивления

Для улучшения контактирования двух поверхностей и снижения ТКС может быть использовано заполнение контактной зоны средой, имеющей теплопроводность, близкую к теплопроводности металла. Выше было показано, что в качестве заполнителей могут быть использованы прокладки из мягких металлов. Распространенным методом уменьшения ТКС является введение в зону контакта порошкообразных и вязких веществ с хорошей теплопроводностью паст, смазок, жидкостей. Известно, что введение в контактную зону порошкообразного вещества с хорошей теплопроводностью, например графита, смешанного с техническим маслом, позволяет снижать ТКС в 3...4 раза, эпоксидной смолы - в 10...15 раз, жидкого металла, например, расплавленного олова, в 10...14 раз.

Рекомендуемые способы заполнения контактной зоны позволяют значительно снизить ТКС, однако при этом затруднена замена полупроводникового прибора при выходе его из строя.

На рис. 7.6.2 показаны контактные поверхности корпуса прибора и теплоотвода до и после прижатия при наличии теплопроводящей смазки и электроизоляционной прокладки. Применяемые пасты, смазки и жидкости кроме хороших теплопроводных свойств должны обладать определенной вязкостью в зависимости от условий работы РЭС. Кроме того, паста или жидкость не должны вытекать из контактного зазора в течение срока службы РЭС.

Широко распространенными смазками, используемыми при установке полупроводниковых приборов на теплоотводы, являются ЦИАТИМ-202, полиметилсилоксановая жидкость ПМС-200, ПМС-300 и смазка на основе окиси бериллия КПТ-8.

Применение пасты КПТ-8 и кремнийорганичееких жидкостей позволяет значительно уменьшить TKС. Паста КПТ-8 [коэффициент теплопроводности=0,7…0-8 Вт/(м·С)] более эффективна при контактировании поверхностей, обработанных по 2…7-му классам шероховатости. При шероховатостиR_z выше 7-го класса более эффективными являются кремнийорганические жидкости [= 0,1…0,12 Вт/(м·С)]. Это объясняется тем, что паста КПТ-8 не полностью заполняет микрополости контактирующих поверхностей и частично покрывает места фактического контакта, в отличие от смазок, которые почти полностью заполняют межконтактное пространство.

При давлении свыше 6,86∙10⁶ Н/м² при контакте элементов, обработанных по 4…6-му классам шероховатости, паста КПТ-8 уступает по эффективности смазкам, теплопроводность которых ниже.

Применение смазки ЦИАТИМ-202 дает возможность снизить температуру корпуса на 6…7°С. Однако наибольший эффект дает применение смазки КПТ-8 на основе окиси бериллия. Так, для транзистора П210 при мощности рассеяния 10 Вт применение смазки КПТ-8 дает снижение температуры корпуса на 11°С по сравнению с температурой корпуса при непосредственном контакте.

Таким образом, контактные поверхности рекомендуется смазывать специальной теплопроводящей пастой, КПТ-8 (МРТУ-6-02-394-66), или полиметилсилоксановой жидкостью (ГОСТ 13032-67) с динамической вязкостью от 20 до 100 Н·с/м², или пастой ЦИАТИМ-202 (ГОСТ 9433-60). Смазывание контактных поверхностей приводит к уменьшению влияния шероховатости, а также влияния случайных факторов на ТКС (затяжка винтов, попадание пыли под фланец, наличие заусенцев) в 2...2,5 раза.

Рис. 7.6.2. Влияние теплопроводящей смазки на тепловой контакт корпус прибора – теплоотвод 1 – теплоотвод; 2 – изоляционная прокладка; 3 - корпус прибора; 4 - теплопроводящая смазка

Анализ экспериментальных результатов позволяет сделать ряд рекомендаций [3]. Наиболее эффективным способом уменьшения КТС (в пять раз) является заполнение межконтактного пространства смазками и пастами с порошкообразным теплопроводным наполнителем. Напыляемый или гальванически осажденный слой позволяет снизить КТС между стальными образцами в четыре раза. Применение пластичных и высокотеплопроводных прокладок является менее эффективным приемом. Их следует использовать для снижения КТС между твердыми материалами (закаленные высоколегированные стали, твердые сплавы, керамика) с невысокой теплопроводностью - менее 30 Вт/(м² К).