Ein Wärmeleitpad sollte so weit komprimiert werden, dass es beide Oberflächen über den maximalen Spalt hinweg berührt, jedoch nicht so stark, dass die Kompressionskraft die Belastungsgrenze des Bauteils, der Leiterplatte, der Befestigungselemente oder des Gehäuses überschreitet. Es gibt keinen allgemeingültigen, sicheren Kompressionsgrad für jedes Wärmeleitpad.
Die bekannte Regel „um 20 % komprimieren“ ist nur dann ein sinnvolles Ziel für Prototypen, wenn die Kompressionskraftkurve der jeweiligen Güteklasse dies zulässt. Bei der Serienentwicklung muss der gesamte durch Spalt- und Auflagetoleranzen entstehende Bereich berücksichtigt werden.
Formel für das Kompressionsverhältnis
If T ist die Dicke des freien Pads und G ist der installierte Abstand:
Compression ratio C = (T − G) / T
Beispiel: ein 1.5 mm dickes Pad, das in einen 1.2 mm breiten Spalt eingebaut ist:
C = (1.5 − 1.2) / 1.5 = 20%
Diese Berechnung beschreibt die Dehnung. Sie gibt nicht den Druck an, der erforderlich ist, um diese Dehnung zu erzeugen.
Warum der Prozentsatz allein nicht ausreicht
Der Kompressionsdruck hängt ab von:
- Polsterformulierung und Füllstoffbeladung
- Shore-Härteskala und Wert
- Materialstärke
- Verstärkung oder Träger
- Kompressionsrate und Prüftemperatur
- Kontaktfläche und Oberflächengeometrie
- Ob es sich um die Belastung im ersten Zyklus oder nach der Entspannung handelt
Zwei Pads mit einer Shore-Härte von 50 erzeugen bei 20 % Kompression möglicherweise nicht denselben Druck. Die Härteprüfung erfolgt lokal anhand der Eindringtiefe, während Ihre Baugruppe die Kompression über eine Fläche ausübt.
ASTM D575 beschreibt Druck-Durchbiegungs-Prüfungen für Gummimischungen und eignet sich zum Vergleich der Steifigkeit. Fragen Sie den Lieferanten nach der Kurve für die jeweilige Gummisorte und -dicke, wenn die Bauteilbelastung relevant ist.
Definiere ein akzeptables Komprimierungsfenster
Die untere Grenze sollte einen durchgehenden Kontakt bei maximalem Montagespalt gewährleisten. Die obere Grenze sollte unterhalb folgender Werte liegen:
- Lieferanten-Dehnungsrichtlinien
- Maximaler Bauteildruck
- Leiterplatten-Durchbiegungsgrenze
- Belastungsgrenze für Befestigungselemente und Befestigungszapfen
- Verformungsgrenze des Gehäuses
- Jede Belastung, bei der das Polster ausbeult, reißt oder sich verschiebt
Überprüfen Sie anschließend die Toleranzgrenzen:
Minimum compression = 1 − (maximum gap / minimum pad thickness)
Maximum compression = 1 − (minimum gap / maximum pad thickness)
Bei negativer Mindestkompression kann das Pad den Kontakt verlieren. Ist für die maximale Kompression ein zu hoher Druck erforderlich, kann das Pad die Baugruppe überlasten.
Der vollständige Leitfaden zur Auswahl der Wärmeleitpaddicke enthält ein ausgearbeitetes Toleranzbeispiel.
Kontaktdruck im Verhältnis zur Gesamtkraft
Verwechseln Sie Druck nicht mit Kraft:
Force = pressure × contact area
Ein auf einem kleinen IC akzeptabler Druck kann eine hohe Gesamtlast auf einem Batteriemodul oder einer breiten Kühlplatte verursachen. Großflächige Pads erfordern einen eindeutigen Lastpfad und eine Steifigkeitsanalyse.
Prüfen Sie auch die Lastverteilung. Eine weiche Unterlage, die Bauteile unterschiedlicher Höhe überbrückt, kann die Kraft auf die höchsten Bauteile konzentrieren, bevor die niedrigeren Bauteile Kontakt aufnehmen.
Kontaktfläche und Ebenheit müssen gemeinsam betrachtet werden. Mit zunehmender Größe der Kontaktfläche ist ein durchschnittlicher Spaltwert weniger repräsentativ für die gesamte Oberfläche. Ein hoher Punkt kann den Großteil der Reaktionskraft aufnehmen, während eine niedrige Ecke nur schwachen Kontakt aufweist. Kartieren Sie mehrere Punkte, rechnen Sie die lokale Kompression mithilfe der Kennlinie der jeweiligen Güteklasse in Druck um und prüfen Sie, wie sich diese Lasten auf Befestigungselemente und Stützen auswirken.
Wenn ein Kompressionsfenster nicht alle Bereiche abdeckt, ist die Erhöhung der nominellen Polsterdicke nicht die einzige Lösung. Durch Segmentierung des Polsters, Verwendung zonierter Dicken, Verbesserung der Ebenheit des Spreizers oder Änderung der Stützanordnung lassen sich die Spitzenkräfte reduzieren, ohne den Kontakt zu beeinträchtigen.
Was passiert bei zu geringer Kompression?
- Unvollständiger Kontakt oder einseitige Zeugenspuren
- Lufteinschlüsse und höherer Grenzflächenwiderstand
- Temperaturempfindlichkeit gegenüber Vibrationen oder Deckeldruck
- Abweichungen zwischen den einzelnen Einheiten
- Schlechter Kontakt bei kürzeren Komponenten in einem Array
Was passiert bei zu starker Kompression?
- Brettbiegung oder Paketspannung
- Kühlkörperabhebung an einer angrenzenden Schnittstelle
- Unvollständiger Sitz der Befestigungselemente
- Polsterextrusion, Faltenbildung oder Einreißen
- Höheres Montagedrehmoment
- Langfristige Festlegung oder Verschiebung
Verwenden Sie die Diagnoseschritte unter „Wärmeleitpad zu dick oder zu dünn?“ , wenn der Fehler bereits vorliegt.
Wie die Leitfähigkeit die Kompressionsdiskussion verändert
Eine höhere Füllstoffbeladung kann die scheinbare Leitfähigkeit verbessern, aber auch die Härte und das Kraftverhalten verändern. Vermeiden Sie es, ohne Systemtests einen bekannten sicheren Druckbereich gegen einen höheren W/m·K-Wert einzutauschen.
ASTM D5470 misst die thermische Impedanz unter kontrolliertem Druck und weist darauf hin, dass die praktische Anwendung den idealisierten Test nicht exakt reproduziert. Vergleichen Sie die Impedanz bei relevanter Dicke und relevantem Druck, sofern Daten verfügbar sind.
Jiuju gibt Wärmeleitpads mit hoher Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 8–25 W/m·K und einer Härte von 40–60 Shore 00 an, wobei die genauen Spezifikationen noch bestätigt werden müssen. Das Unternehmen teilt außerdem mit, dass Kompressionskraftkurven erstellt werden können, um die Auswahl anhand der vom Kunden vorgegebenen Spalt- und Druckwerte zu unterstützen. Die Kurve und die entsprechenden Testbedingungen werden vor der Auslieferung angefordert.
Wie man eine Kompressions-Verformungs-Kurve liest
Eine aussagekräftige Kurve benötigt mehr Kontext als zwei Achsen. Prüfen Sie die Güteklasse, die freie Dicke, die Probenfläche, die Lagenanzahl, die Plattengröße, die Prüftemperatur, die Kompressionsgeschwindigkeit, die Haltezeit und ob die Kurve den ersten oder einen späteren Belastungszyklus darstellt. Viskoelastische Polster entspannen sich, daher kann die unmittelbar nach dem Schließen gemessene Kraft von der Kraft nach einer Haltezeit abweichen.
Die dokumentierte Ausrüstungsliste von Jiuju umfasst ein Schnellkompressionsgerät sowie ein Shore-00-Härtemessgerät und ein Dickenmessgerät. Das Härtemessgerät prüft die lokale Eindruckhärte. Das Kompressionsgerät belastet eine Fläche und erfasst die Reaktion. Anhand dieser Reaktion lässt sich die Montagebelastung abschätzen.
Angenommen, die Lieferantenkurve gibt einen Wert von 120 kPa bei Ihrer maximalen Auslegungskompression an. Ein 40 mm × 30 mm großes Pad hat eine Fläche von 1,200 mm² bzw. 0.0012 m².
Force = 120,000 Pa × 0.0012 m² = 144 N
Das entspricht ungefähr 14.7 kgf, also der Kraft, die eine Masse von 14.7 kg unter dem Einfluss der Erdanziehungskraft ausübt. Der Vergleich dient lediglich der Veranschaulichung; die Konstruktion muss dennoch eine zulässige Belastungsgrenze aufweisen. Wirken vier Pads auf denselben Deckel, müssen ihre Kräfte addiert und ihre Positionen berücksichtigt werden. Ein hohes Pad in der Nähe einer Platinenkante kann selbst dann zu Verformungen führen, wenn die Gesamtkraft akzeptabel erscheint.
Vergleichen Sie die Kurve auch mit den Produktionsgrenzwerten. Verwenden Sie das dickste zulässige Pad und den kleinsten Spalt für maximale Beanspruchung. Bei einer Dickenvorgabe von ±10 % kann ein nominell 2.0 mm dickes Pad vor der Montage 2.2 mm erreichen. Eine optionale, präzisere Steuerung, wie die von Jiuju angegebene ±5%-Fähigkeit, kann die Kraftschwankungen reduzieren, jedoch nur nach Bestätigung für die genaue Konstruktions- und Kaufspezifikation.
Bitten Sie nach Möglichkeit um die elektronischen Kennliniendaten. Es ist einfacher, Worst-Case-Szenarien zu berechnen und Chargen anhand einer Tabelle zu vergleichen als anhand eines kleinen Diagramms in einer Broschüre.
Ein praktisches Validierungsverfahren
- Ermitteln Sie die minimalen und maximalen Abstände zwischen mehreren Baugruppen.
- Messen Sie die tatsächliche Dicke des Pads unter einer definierten Messkraft.
- Berechnen Sie die minimale und maximale Kompression.
- Rechnen Sie die Druckkurve des Gefälles in die Gesamtkraft bezogen auf die reale Fläche um.
- Prüfen Sie den Sitz und das Drehmoment der Befestigungselemente.
- Messen Sie die Verformung der Leiterplatte oder des Deckels.
- Prüfen Sie die Spuren auf beiden Padflächen.
- Prüftemperatur unter kontrollierter Last und Umgebungsbedingungen.
- Nach entsprechender Radfahraktivität oder Alterung wiederholen.
Bei risikoreichen Konstruktionen sind die Belastung oder Verschiebung der Instrumentenklemmung zu berücksichtigen. Ein Temperaturtest am ersten Tag beweist nicht, dass die Schnittstelle mechanisch stabil bleibt.
FAQ
Sind 20 % Kompression für ein Wärmeleitpad gut?
Das ist möglich, aber nur, wenn die genaue Materialkennlinie, die Bauteilbelastungsgrenze und die Toleranzstruktur dies zulassen. Betrachten Sie 20 % als einen möglichen Zielwert, nicht als eine Spezifikation, die für alle Güteklassen übernommen wird.
Benötigt eine weichere Polsterung mehr Kompression?
Nicht unbedingt. Ein weicheres Polster passt sich möglicherweise schon bei geringerem Druck an. Die erforderliche Dehnung hängt von der Oberflächenbeschaffenheit und der Materialkrümmung ab.
Kann ich ein Wärmeleitpad auf die Hälfte seiner Dicke komprimieren?
Führen Sie diese Schritte nur durch, wenn der Lieferant ausdrücklich bestätigt, dass die Belastung und die Baugruppe die Kraft aufnehmen können. Viele Konstruktionen stoßen bereits weit vor diesem Punkt auf übermäßige Belastung oder Verformung der Auflagefläche.
Wie messe ich die Kompression nach der Montage?
Messen Sie die Dicke des freien Dichtungspads mit kontrollierter Kraft und bestimmen Sie den eingebauten Spalt bzw. die Verschiebung in der befestigten Baugruppe. Vermeiden Sie es, ein komprimiertes, entferntes Dichtungspad als alleiniges Messinstrument zu verwenden, da es sich wieder verformen oder die Verformung beibehalten kann.
Nennen Sie ein Zeitfenster, keinen Slogan.
Die korrekte Antwort auf die Frage „Wie stark sollte ein Wärmeleitpad komprimiert werden?“ ist ein Bereich, der durch Kontaktmessungen und eine Kraftbilanz gestützt wird. Berechnen Sie die Dehnung, überprüfen Sie den Druck, berücksichtigen Sie Toleranzen und validieren Sie die reale Montage.
Die Spezifikationen von Jiuju für Wärmeleitpads enthalten Standardqualitäten und Shore-00-Härtewerte. Um eine passende Auswahl zu erhalten, senden Sie bitte den Spaltbereich, die Fläche und den zulässigen Anpressdruck.
