Как закрепить радиатор на микросхеме

Как закрепить радиатор на микросхеме

На работе отклеился радиатор на северном мосту материнской плате ELITEGROUP КТ133А, без него она отлично себя чувствовала, но чуть позже начал зависать 486 66Mhz. Вскрытие показало что разрушились от времени пластмассовые держатели радиатора и радиатор упал на дно корпуса. А сам процессор без радиатора очень разогрелся.

Рис.1. Оба радиатора и монета 10коп.

Отсутствие термоклея компенсировалось, огромным количеством термопасты. На рынке был куплен клей «Секунда».

Рис. 2. Клей «Секунда». Он же «Суперклей».

По неизвестной причине клей в этот день оказался дефицитом, был обнаружен только в одной торговой точке после часа поисков.

Рис.3. Микросхема северного моста. Красные точки — места нанесения клея. Зеленая — термопасты.

Оба радиатора клеил одинаково:

1. По центру чипа(отмечено на рис.3. зеленым кружком) нанес немного пасты.
2. Сильно прижал радиатор к чипу. Затем снял и посмотрел чтобы пятно от термоклея не попало на место нанесения клея.
3. Нанес 4 капли клея на углы чипа (красные точки на рис.3.) и прижал радиатор.

Радиаторы и охлаждение

В физике, электротехнике и атомной термодинамике есть известный закон — ток, протекающий по проводам, нагревает их. Придумали его Джоуль и Ленц, и оказались правы — так оно и есть. Всё, что работает от электричества, так или иначе часть проходящей энергии передаёт в тепло. Так уж получилось в электронике, что самым страдающим от тепла объектом нашей окружающей среды является воздух. Именно воздуху нагревающиеся детали передают тепло, а от воздуха требуется принять тепло и куда-нибудь подевать. Потерять, к примеру, или рассеять по себе. Процесс отдачи тепла мы с вами назовем охлаждением. Наши электронные конструкции тоже рассеивают немало тепла, одни — больше, другие — меньше. Греются стабилизаторы напряжения, греются усилители, греется транзистор, управляющий релюшкой или даже просто мелким светодиодом, разве что греется ну совсем немного. Ладно, если греется немного. Ну а если он жарится так, что руку держать нельзя? Давайте пожалеем его и попробуем как-нибудь ему помочь. Так сказать, облегчить его страдания. Вспомним устройство батареи отопления. Да, да, та самая обычная батарея, что греет комнату зимой и на которой мы сушим носки и футболки . Чем больше батарея, тем больше тепла будет в комнате, так ведь? По батарее протекает горячая вода, она нагревает батарею. У батареи есть важная вещь — количество секций. Секции контактируют с воздухом, передают ему тепло. Так вот, чем больше секций, то есть чем больше занимаемая площадь батареи, тем больше тепла она может нам отдать. Приварив еще парочку секций, мы сможем сделать теплее нашу комнату. Правда, при этом горячая вода в батарее может остыть, и соседям ничего не останется. Рассмотрим устройство транзистора.

На медном основании (фланце) 1 на подложке 2 закреплен кристалл 3. Он подключается к выводам 4. Вся конструкция залита пластмассовым компаундом 5. У фланца есть отверстие 6 для установки на радиатор. Вот это по сути та же самая батарея, посмотрите! Кристалл греется, это как горячая вода. Медный фланец контактирует с воздухом, это секции батареи. Площадь контакта фланца и воздуха — это место нагревания воздуха. Нагревающийся воздух охлаждает кристалл. Как сделать кристалл холоднее? Устройство транзистора мы изменить не можем, это понятно. Создатели транзистора об этом тоже подумали и для нас, мучеников, оставили единственную дорожку к кристаллу — фланец. Фланец — это как одна-единственная секция у батареи — жарить жарит, а тепла воздуху не передается — маленькая площадь контакта. Вот тут предоставляется простор нашим действиям! Мы можем нарастить фланец, припаять к нему еще «парочку секций», то бишь большую медную пластинку, благо фланец сам медный, или же закрепить фланец на металлической болванке, называемой радиатором. Благо отверстие во фланце приготовлено под болт с гайкой. Что же такое радиатор? Я твержу уже третий абзац про него, а толком так ничего и не рассказал! Ладно, смотрим:

Как видим, конструкция радиаторов может быть различной, это и пластинки, и ребра, а еще бывают игольчатые радиаторы и разные другие, достаточно зайти в магазин радиодеталей и пробежаться по полке с радиаторами . Радиаторы чаще всего делают из алюминия и его сплавов (силумин и другие). Медные радиаторы лучше, но дороже. Стальные и железные радиаторы применяются только на очень небольшой мощности, 1-5Вт, так как они медленно рассеивают тепло. Тепло, выделяемое в кристалле, определяется по очень простой формуле P=U*I , где P — выделяемая в кристалле мощность, Вт, U = напряжение на кристалле, В, I — сила тока через кристалл, А. Это тепло проходит через подложку на фланец, где передается радиатору. Далее нагретый радиатор контактирует с воздухом и тепло передается ему, как следующему участнику нашей системы охлаждения. Посмотрим на полную схему охлаждения транзистора.

У нас появились две штуки — это радиатор 8 и прокладка между радиатором и транзистором 7. Её может и не быть, что и плохо, и хорошо одновременно. Давайте разбираться. Расскажу о двух важных параметрах — это тепловые сопротивления между кристаллом (или переходом, как его еще называют) и корпусом транзистора — Rпк и между корпусом транзистора и радиатором — Rкр. Первый параметр показывает, насколько хорошо тепло передается от кристалла к фланцу транзистора. Для примера, Rпк, равное 1,5градуса Цельсия на ватт, объясняет, что с увеличением мощности на 1Вт разница температур между фланцем и радиатором будет 1,5градуса. Иными словами, фланец всегда будет холоднее кристалла, а насколько — показывает этот параметр. Чем он меньше, тем лучше тепло передается фланцу. Если мы рассеиваем 10Вт мощности, то фланец будет холоднее кристалла на 1,5*10=15градусов, а если же 100Вт — то на все 150! А поскольку максимальная температура кристалла ограничена (не может же он жариться до белого каления!), фланец надо охлаждать. На эти же 150 градусов . К примеру:
Транзистор рассеивает 25Вт мощности. Его Rпк равно 1,3градуса на ватт. Максимальная температура кристалла 140градусов. Значит, между фланцем и кристаллом будет разница в 1,3*25=32,5градуса. А поскольку кристалл недопустимо нагревать выше 140градусов, от нас требуется поддерживать температуру фланца не горячее, чем 140-32,5=107,5градусов. Вот так.
А параметр Rкр показывает то же самое, только потери получаются на той самой пресловутой прокладке 7. У нее значение Rкр может быть намного больше, чем Rпк, поэтому, если мы конструируем мощный агрегат, нежелательно ставить транзисторы на прокладки. Но всё же иногда приходится. Единственная причина использовать прокладку — если нужно изолировать радиатор от транзистора, ведь фланец электрически соединен со средним выводом корпуса транзистора. Вот давайте рассмотрим еще один пример.
Транзистор жарится на 100Вт. Как обычно, температура кристалла — не более 150градусов. Rпк у него 1градус на ватт, да еще и на прокладке стоит, у которой Rкр 2 градуса на ватт. Разница температур между кристаллом и радиатором будет 100*(1+2)=300градусов. Радиатор нужно держать не горячее, чем 150-300 = минус 150 градусов: Да, дорогие мои, это тот самый случай, который спасет только жидкий азот: ужос! Намного легче живется на радиаторе транзисторам и микросхемам без прокладок. Если их нет, а фланцы чистенькие и гладкие, и радиатор сверкает блеском, да еще и положена теплопроводящая паста, то параметр Rкр настолько мал, что его просто не учитывают. Разобрались? Поехали дальше! Охлаждение бывает двух типов — конвекционное и принудительное. Конвекция, если помним школьную физику, это самостоятельное распространение тепла. Так же и конвекционное охлаждение — мы установили радиатор, а он сам там как-нибудь с воздухом разберется. Радиаторы конвекционного типа устанавливаются чаще всего снаружи приборов, как в усилителях, видели? По бокам две металлические пластинчатые штуковины. Изнутри к ним привинчиваются транзисторы. Такие радиаторы нельзя накрывать, закрывать доступ воздуха, иначе радиатору некуда будет девать тепло, он перегреется сам и откажется принимать тепло у транзистора, который долго думать не будет, перегреется тоже и: сами понимаете что будет. Принудительное охлаждение — это когда мы заставляем воздух активнее обдувать радиатор, пробираться по его ребрам, иглам и отверстиям. Тут мы используем вентиляторы, различные каналы воздушного охлаждения и другие способы. Да, кстати, вместо воздуха запросто может быть и вода, и масло, и даже жидкий азот. Мощные генераторные радиолампы частенько охлаждаются проточной водой. Как распознать радиатор — для конвекционного он или принудительного охлаждения? От этого зависит его эффективность, то есть насколько быстро он сможет остудить горячий кристалл, какой поток тепловой мощности он сможет через себя пропустить. Смотрим фотографии.

Первый радиатор — для конвекционного охлаждения. Большое расстояние между ребрами обеспечивает свободный поток воздуха и хорошую теплоотдачу. На второй радиатор сверху одевается вентилятор и продувает воздух сквозь ребра. Это принудительное охлаждение. Разумеется, использовать везде можно и те, и те радиаторы, но весь вопрос — в их эффективности.
У радиаторов есть 2 параметра — это его площадь (в квадратных сантиметрах) и коэффициент теплового сопротивления радиатор-среда Rрс (в Ваттах на градус Цельсия). Площадь считается как сумма площадей всех его элементов: площадь основания с обеих сторон + площадь пластин с обеих сторон. Площадь торцов основания не учитывается, так там квадратных сантиметров ну совсем немного будет . Пример:
радиатор из примера выше для конвекционного охлаждения.
Размеры основания: 70х80мм
Размер ребра: 30х80мм
Кол-во ребер: 8
Площадь основания: 2х7х8=112кв.см
Площадь ребра: 2х3х8=48кв.см.
Общая площадь: 112+8х48=496кв.см. Коэффициент теплового сопротивления радиатор-среда Rрс показывает, на сколько увеличится температура выходящего с радиатора воздуха при увеличении мощности на 1Вт. Для примера, Rрс, равное 0,5 градуса Цельсия на Ватт, говорит нам, что температура увеличится на полградуса при нагреве на 1Вт. Этот параметр считается трехэтажными формулами и нашим кошачьим умам ну никак не под силу: Rрс, как и любое тепловое сопротивление в нашей системе, чем меньше, тем лучше. А уменьшить его можно по-разному — для этого радиаторы чернят химическим путем (например алюминий хорошо затемняется в хлорном железе — не экспериментируйте дома, выделяется хлор!), еще есть эффект ориентировать радиатор в воздухе для лучшего прохождения его вдоль пластин (вертикальный радиатор лучше охлаждается, чем лежачий). Не рекомендуется красить радиатор краской: краска — лишнее тепловое сопротивление. Если только слегка, чтобы темненько было, но не толстым слоем! В приложении есть небольшая программа, в которой можно посчитать примерную площадь радиатора для какой-нибудь микросхемы или транзистора. С помощью него давайте рассчитаем радиатор для какого-нибудь блока питания. Схема блока питания.

Блог компьютерщика

Все, чем занимаюсь на работе: компьютеры, автоматизация, контроллеры, программирование и т.д.

четверг, 3 сентября 2015 г.

Как приклеить радиатор к микросхеме южного моста

Иногда нужно приклеить радиатор к какой-нибудь микросхеме, которая греется. Например, чипу памяти, процессору Raspberry Pi или на южный мост (ЮМ) компьютера. Конечно, обычно для ЮМ предусмотрены съемные радиаторы с креплениями, но могут быть и не предусмотрены; так же родной радиатор может быть утерян а имеющийся под рукой не подходит по точкам крепления.

Некоторые коллеги советуют в таких случаях использовать подручные материалы: в центре микросхемы намазать обычной термопастой, по краям клеем «Момент», сверху прижать радиатором и опа-на, все склеилось. Но я проверил и убедился, что радиатор держаться не будет и отвалится. Принцип «сделаем из песка и навоза» тут не прокатит.

Лучше всего для приклеивания радиатора к микросхеме использовать специальный термоклей. Такой термоклей не только приклеивает радиатор, но еще и обеспечивает хороший теплообмен с микросхемой. Интернет рекомендует русский клей «АлСил», но его найти в Запорожье не удалось. Более того, я обзвонил много фирм и не нашел в продаже вообще никакого термоклея. Удивительно!

Тогда залез на ебей и нашел китайский термоклей:

Цена с доставкой всего 0.7 $. Дешево, почти даром.
Купил я себе такой тюбик, тем более, что отзывы в нете об этом термоклее хорошие.
Вчера им клеил радиатор на ЮМ материнской платы

Нанес термоклей на ЮМ тонким слоем. Термоклей жидковат, почти как ПВА

Сверху поставил радиатор и придавил его грузиком. Клей высыхал довольно долго, часа 4. На всякий случай, плату не трогал день. Сегодня попробовал, как держится приклеенный радиатор. Все ок

Автор: Перцух Алексей на четверг, сентября 03, 2015

Отправить по электронной почте Написать об этом в блоге Опубликовать в Twitter Опубликовать в Facebook Поделиться в Pinterest

Тема: Чем приклеить радиатор к микросхеме ?

Чем приклеить радиатор к микросхеме ?

Задача — приклеить малюсенький радиатор к корпусу микросхемы для лучшего охлаждения.
Чем это лучше сделать ?
На Али не раз встречал «специальные» клеи, но мне интересно — они принципиально по проводимости тепла лучше чем обычный белый герметик из сантехнического магазина ?

14.02.2020, 17:09 #2

Частый гость Регистрация 30.06.2009 Возраст 54 Сообщений 190

Re: Чем приклеить радиатор к микросхеме ?

Герметик оказался хуже )))
https://mysku.ru/blog/aliexpress/68578.html

14.02.2020, 17:23 #3

Завсегдатай Регистрация 14.08.2010 Адрес Краснодарский край Возраст 37 Сообщений 2,100

Re: Чем приклеить радиатор к микросхеме ?

Я обычным циакриновым клеем клеил. На процессор на DTV приставке. Тепло передается отлично, не отваливается.

14.02.2020, 17:51 #4

Завсегдатай Регистрация 13.12.2004 Адрес Юг Украины Возраст 46 Сообщений 2,560

Re: Чем приклеить радиатор к микросхеме ?

Сообщение от mAxSpace

они принципиально по проводимости тепла лучше чем обычный белый герметик из сантехнического магазина

принципиально — лучше, если нормальные.
Лет 10-ть назад покупал Алсил-«какой-то номер», он был засохший уже в шприце, хотя до окончания срока было еще полгода.
Были из дешевых неплохие TermalGlue польские, но что-то их давно не видно.
Те, что недавно покупал — при застывании превращаются в песок.

А чем вам БФ-2, или, что проще БФ-6 из любой аптеки не нравится?

14.02.2020, 17:56 #5

Моя логика — наизнанку! Регистрация 24.05.2008 Адрес Бердянск Возраст 43 Сообщений 10,812

Re: Чем приклеить радиатор к микросхеме ?

На радиорынке обращал внимание на рекламные надписи теплопроводящий лак и теплопроводящий клей. Но не приходилось покупать
У вас такого не встречается?

14.02.2020, 18:01 #6

Завсегдатай Регистрация 30.03.2014 Адрес Мордовия. Сообщений 1,382

Re: Чем приклеить радиатор к микросхеме ?

Вот этим клеил. Нормально https://otron.ru/radial.html

14.02.2020, 18:04 #7

Завсегдатай Регистрация 17.08.2011 Адрес Москва Сообщений 5,193

Re: Чем приклеить радиатор к микросхеме ?

А я пользую Kontaktol.

14.02.2020, 18:10 #8

Завсегдатай Регистрация 19.11.2016 Адрес Херсонская обл. На берегу моря. Возраст 40 Сообщений 1,960

Re: Чем приклеить радиатор к микросхеме ?

Я делал проще. В центр паста по краям клей. Какой подруку попадет.))

14.02.2020, 18:24 #9

Завсегдатай Регистрация 13.12.2004 Адрес Юг Украины Возраст 46 Сообщений 2,560

Re: Чем приклеить радиатор к микросхеме ?

Сообщение от ВаСыЛь

Я делал проще. В центр паста по краям клей. Какой подруку попадет.))

фигня получается.
Клей смешивается с пастой и ничего не держит. Цианоакриловые — вообще сами по себе отлущиваются.
Если устройство мелкое, типа роутера, то хоть раз бахнется со стола.
Потом лови этот радиатор.

Именно для мелких радиаторов и малого тепла в пару-тройку-пяток ватт идельаны БФ-ы.
Он при нагреве усаживается, образуя токую пленку и притягивает радиатор.
Тепло отлично держат, доступны в любой аптеке.

14.02.2020, 19:04 #10

Забанен (навсегда) Регистрация 11.09.2009 Сообщений 3,984

Re: Чем приклеить радиатор к микросхеме ?

Сообщение от Walter

идельаны БФ-ы.
Он при нагреве усаживается, образуя токую пленку и притягивает радиатор.
Тепло отлично держат, доступны в любой аптеке.

У меня такие клеи из магазинов ничего не держат. Слышал, качественные делали только в СС, всё остальное — разной степени бодяга. БФ-6 не предназначен для металла и керамики — это ошибка маркетологов?

14.02.2020, 19:07 #11

Завсегдатай Регистрация 20.02.2007 Адрес г.Рязань Возраст 64 Сообщений 4,438

Re: Чем приклеить радиатор к микросхеме ?

Скотч теплопроводный 2-х сторонний. Брал, емнип, в чипе-дипе. Нормально.

14.02.2020, 19:11 #12

Завсегдатай Регистрация 13.12.2004 Адрес Юг Украины Возраст 46 Сообщений 2,560

Re: Чем приклеить радиатор к микросхеме ?

Сообщение от zoog

клеи из сагазинов ничего не держат.
У меня тоже.
Особенно «сопливые», типа моментов, 88, прочей бодяги.
БФ-6 не предназначен для металла и керамики — это ошибка маркетологов?

БФ-6 — бодяженный пластификаторами БФ-2.
Сам БФ-2 особо уже в магазинах не встречается.
БФ-6 — валом, именно как термоклей для мелочи очень хорош.

БФ (Бутираль (поливинилбутираль) фенольный (фенолформальдегидный)) — термореактивный однокомпонентный полимеризующийся клей с возможностью применения как простого высыхающего клея. После горячей полимеризации создаёт малоэластичный шов с термостойкостью до 180 °C

ПС. Если сильно просроченный, то не высыхает.

14.02.2020, 19:15 #13

Завсегдатай Регистрация 09.03.2007 Адрес Санкт-Петербург Возраст 62 Сообщений 2,076

Re: Чем приклеить радиатор к микросхеме ?

Купил термоклей для этого предназначенный и приклеил радиаторы к процессорам одноплатников. Все работает отлично и не надо химичить. Тебе рекомендую.

14.02.2020, 19:22 #14

Завсегдатай Регистрация 19.11.2016 Адрес Херсонская обл. На берегу моря. Возраст 40 Сообщений 1,960

Re: Чем приклеить радиатор к микросхеме ?

Сообщение от Walter

фигня получается.
Клей смешивается с пастой и ничего не держит.

Не знаю. У меня держит. Перемешивать не надо. Клеил таким образом радиаторы на драйвера шаговых моторов. Нормально держит. Можно конечно и клей спецовый заказать с Китая, но мне надо было быстро.

14.02.2020, 19:32 #15

Частый гость Регистрация 09.02.2018 Сообщений 355

Re: Чем приклеить радиатор к микросхеме ?

обычным силиконом нельзя если прокладки транзисторов делают, оторвать легче будет

14.02.2020, 19:43 #16

Завсегдатай Регистрация 13.12.2004 Адрес Юг Украины Возраст 46 Сообщений 2,560

Re: Чем приклеить радиатор к микросхеме ?

Сообщение от ВаСыЛь

Перемешивать не надо

Ты так пишешь, как будто я сижу и специально в миксере мешаю.

Возьмем для примера процик роутера, у него будет 2-3 кв. см. площади. Посредине TQFP/BGA с вероятностью под 80% будет яма в полмилиметра.
Рассчитать количество пасты просто невозможно. Или контакта нет, или паста раздавится и полезет в стороны, смешиваясь с клеем.
Вариант ляпнуть пасты как нибудь, намазать по бокам «сопливого» клея, слегка как-нибудь прижать.
Нафиг мне пасты 1мм, если у нее теплопроводность при таком слое будет как у куска картона.

Если мазать (термо)клеем, то потом сильно прижимаешь, выдавливая остатки, что бы радиатор прямо лег на выпуклости корпуса.
Слой получается минимальный.
И красиво, и крепко, и теплопроводно.