Una almohadilla térmica debe comprimirse lo suficiente para que ambas superficies entren en contacto a través del espacio máximo, pero no tanto como para que su fuerza supere el límite del componente, la placa de circuito impreso, el sujetador o la carcasa. No existe un porcentaje de compresión universal seguro para todas las almohadillas térmicas.
La conocida regla de “comprimirlo un 20 %” solo puede ser útil como objetivo de prototipo cuando la curva de fuerza de compresión del grado exacto lo permite. El diseño de producción debe verificar todo el rango creado por las tolerancias de separación y de las almohadillas.
Fórmula de la relación de compresión
If T es el grosor de la almohadilla libre y G es la brecha instalada:
Compression ratio C = (T − G) / T
Ejemplo: una almohadilla de 1.5 mm instalada en un espacio de 1.2 mm:
C = (1.5 − 1.2) / 1.5 = 20%
Ese cálculo describe la deformación. No indica la presión necesaria para producirla.
Por qué el porcentaje por sí solo no es suficiente
La presión de compresión depende de:
- Formulación de la almohadilla y carga de relleno
- Escala de dureza Shore y valor
- Espesor
- Refuerzo o portador
- Velocidad de compresión y temperatura de prueba
- Área de contacto y geometría de la superficie
- Ya sea que la carga sea del primer ciclo o después de la relajación
Dos almohadillas con una dureza de 50 Shore 00 pueden no generar la misma presión con una compresión del 20 %. La dureza se mide mediante una prueba de indentación local, mientras que el conjunto aplica compresión en toda la superficie.
La norma ASTM D575 abarca las pruebas de compresión-deformación para compuestos de caucho y resulta útil para comparar la rigidez. Solicite al proveedor la curva correspondiente al grado y espesor exactos cuando la carga del componente sea relevante.
Defina una ventana de compresión aceptable
El límite inferior debe proporcionar contacto continuo en la máxima separación de montaje. El límite superior debe mantenerse por debajo de:
- Guía de tensión del proveedor
- Presión máxima del componente
- límite de deflexión de PCB
- Límite de carga del sujetador y del soporte
- Límite de deformación del recinto
- Cualquier tensión a la que la almohadilla se extruya, se rompa o se desplace.
Luego, verifique los extremos de tolerancia:
Minimum compression = 1 − (maximum gap / minimum pad thickness)
Maximum compression = 1 − (minimum gap / maximum pad thickness)
Si la compresión mínima es negativa, la almohadilla puede perder contacto. Si la compresión máxima requiere una presión excesiva, la almohadilla puede sobrecargar el conjunto.
La guía completa para la selección del espesor de la almohadilla térmica incluye un ejemplo de tolerancia calculada.
Presión de contacto frente a fuerza total
No confunda presión con fuerza:
Force = pressure × contact area
Una presión aceptable sobre un circuito integrado pequeño puede generar una gran carga total en un módulo de batería o una placa de refrigeración ancha. Las almohadillas de gran superficie requieren una trayectoria de carga clara y un análisis de rigidez.
Compruebe también la distribución de la carga. Una almohadilla blanda que abarque componentes de diferentes alturas puede concentrar la fuerza en los dispositivos más altos antes de que los más bajos entren en contacto.
El área de contacto y la planitud deben considerarse conjuntamente. A medida que la interfaz se ensancha, es menos probable que un valor promedio de separación represente toda la superficie. Un punto elevado puede soportar la mayor parte de la fuerza de reacción, mientras que una esquina baja aún presenta un contacto débil. Mapee varios puntos, convierta la compresión local en presión con la curva de grado exacta y verifique cómo se distribuyen esas cargas en relación con los sujetadores y soportes.
Si una sola ventana de compresión no satisface todas las necesidades, aumentar el espesor nominal de la almohadilla no es la única opción. Segmentar la almohadilla, utilizar espesores diferenciados por zonas, mejorar la planitud del separador o modificar la disposición de los soportes pueden reducir la fuerza máxima sin comprometer el contacto.
¿Qué ocurre con una compresión demasiado baja?
- Marcas de contacto incompletas o unilaterales
- Bolsas de aire y mayor resistencia de la interfaz.
- Sensibilidad a la temperatura ante vibraciones o presión de la tapa
- Variación entre unidades
- Mal contacto en los componentes más cortos de una matriz
¿Qué ocurre con demasiada compresión?
- Deformación de la tabla o tensión del paquete
- Elevación del disipador de calor en una interfaz adyacente
- Asentamiento incompleto del sujetador
- Extrusión, arrugamiento o desgarro de la almohadilla
- Par de montaje más elevado
- Conjunto o cambio a largo plazo
Si la falla ya está presente, utilice los pasos de diagnóstico que se describen en "¿ Almohadilla térmica demasiado gruesa o demasiado delgada?" .
Cómo la conductividad cambia el debate sobre la compresión
Una mayor carga de relleno puede mejorar la conductividad aparente, pero también puede modificar la dureza y la respuesta a la fuerza. No comprometa un rango de presión seguro conocido con un valor de W/m·K más alto sin antes realizar pruebas del sistema.
La norma ASTM D5470 mide la impedancia térmica bajo presión controlada y señala que las aplicaciones prácticas no reproducen con exactitud la prueba idealizada. Compare la impedancia con el espesor y la presión adecuados cuando se disponga de datos.
Jiuju ofrece almohadillas térmicas de alta conductividad en el rango de 8 a 25 W/m·K con una dureza de 40 a 60 Shore 00, sujetas a confirmación de grado exacto. La empresa también informa que se pueden generar curvas de fuerza de compresión para facilitar la selección según los datos de separación y presión proporcionados por el cliente. Solicite la curva e informe las condiciones antes de su lanzamiento.
Cómo leer una curva de compresión-deformación
Una curva útil requiere más contexto que dos ejes. Confirme el grado, el espesor libre, el área de la muestra, el número de capas, el tamaño de la placa, la temperatura de ensayo, la velocidad de compresión, el tiempo de permanencia y si la gráfica muestra un primer ciclo de carga o uno posterior. Las almohadillas viscoelásticas se relajan, por lo que la fuerza medida inmediatamente después del cierre puede diferir de la fuerza después de un tiempo de permanencia.
La lista de equipos documentada de Jiuju incluye un probador de compresión rápida, un durómetro Shore 00 y un medidor de espesor. El durómetro verifica la dureza de indentación local. El probador de compresión aplica carga sobre un área y registra la respuesta. Este último se utiliza para estimar la carga de ensamblaje.
Supongamos que la curva del proveedor indica 120 kPa en la compresión máxima de diseño. Una almohadilla de 40 mm × 30 mm tiene un área de 1,200 mm², o 0.0012 m²:
Force = 120,000 Pa × 0.0012 m² = 144 N
Esto equivale aproximadamente a 14.7 kgf, o la fuerza ejercida por una masa de 14.7 kg bajo la gravedad terrestre. La comparación es solo a modo de ejemplo; el conjunto aún necesita un límite de carga de ingeniería. Si cuatro almohadillas actúan sobre la misma tapa, sume sus fuerzas y considere sus posiciones. Una almohadilla alta cerca del borde de la tabla puede provocar flexión incluso cuando la fuerza total parezca aceptable.
Compare también la curva con los valores extremos de producción. Utilice la almohadilla más gruesa permitida y la menor separación para obtener la máxima tensión. Si la especificación de espesor es de ±10 %, una almohadilla nominal de 2.0 mm puede alcanzar los 2.2 mm antes del ensamblaje. Un control más preciso opcional, como la capacidad de ±5 % que Jiuju indica, puede reducir la variación de fuerza, pero solo si se confirma para la construcción y las especificaciones de compra exactas.
Solicite los datos de la curva electrónica siempre que sea posible. Es más fácil calcular los peores escenarios y comparar lotes a partir de una tabla que de un pequeño gráfico de un folleto.
Un procedimiento de validación práctico
- Mapear las brechas mínimas y máximas en varios ensamblajes.
- Mida el grosor real de la almohadilla bajo una fuerza de calibración definida.
- Calcula la compresión mínima y máxima.
- Convierta la curva de presión de la pendiente en fuerza total sobre el área real.
- Confirme el correcto asentamiento y el par de apriete de los sujetadores.
- Mida la deformación de la placa de circuito impreso o de la tapa.
- Inspeccione las marcas de testigo en ambas caras de la almohadilla.
- Pruebe la temperatura bajo carga y temperatura ambiente controladas.
- Repita después del ciclo menstrual o del envejecimiento.
Para diseños de alto riesgo, mida la carga de sujeción o el desplazamiento del instrumento. Una prueba de temperatura positiva el primer día no garantiza que la interfaz se mantenga mecánicamente estable.
Preguntas Frecuentes
¿Es una compresión del 20% adecuada para una almohadilla térmica?
Es posible, pero solo si la curva de rendimiento exacta del material, el límite de carga del componente y la tolerancia lo permiten. Considere el 20 % como un objetivo potencial, no como una especificación que se puede aplicar a todos los grados.
¿Una almohadilla más blanda necesita mayor compresión?
No necesariamente. Una almohadilla más blanda puede adaptarse a una presión menor. La tensión requerida depende de la variación de la superficie y de la curva del material.
¿Puedo comprimir una almohadilla térmica hasta la mitad de su grosor?
No lo haga a menos que el proveedor valide explícitamente que la tensión y el conjunto pueden soportar la fuerza. Muchos diseños experimentarán una carga excesiva o deformación de las almohadillas mucho antes de llegar a ese punto.
¿Cómo puedo medir la compresión después del montaje?
Mida el espesor de la almohadilla libre con una fuerza controlada y determine la holgura o el desplazamiento en el conjunto fijado. Evite usar una almohadilla comprimida y retirada como única medida, ya que puede recuperar su forma original o retenerla.
Especifique una ventana, no un eslogan.
La respuesta correcta a la pregunta "¿cuánto debe comprimirse una almohadilla térmica?" es un rango respaldado por evidencia de contacto y un presupuesto de fuerzas. Calcule la deformación, verifique la presión, incluya tolerancias y valide el ensamblaje real.
Las especificaciones de las almohadillas térmicas de Jiuju indican los grados estándar y los valores de dureza Shore 00. Envíe el rango de separación, el área y el límite de presión para solicitar asistencia en la selección del grado adecuado.
