- Introducción
Los dispositivos electrónicos no funcionarán a la altura de las expectativas a menos que cuenten con un mecanismo de refrigeración eficiente. Los componentes pueden sobrecalentarse y causar daños permanentes. La metodología simple es que, cuando los componentes funcionan, producen calor. Debe existir una vía adecuada para la transferencia de calor, lo que ayuda a conducir el calor fuera de los componentes.
Los materiales de interfaz térmica (TIM) se utilizan para prevenir el sobrecalentamiento gracias a su alta conductividad térmica. Estos materiales transfieren el calor al exterior de los componentes y rellenan los huecos de aire entre las superficies para un flujo de calor específico. ¿Sabes qué? Ambos términos se utilizan a menudo para evaluar el rendimiento en tiempo real de los materiales de interfaz térmica.
Estos términos son impedancia térmica y conductividad térmica. Ambos funcionan según una lógica/fórmula diseñada para analizar la conducción térmica de los TIM. Desde un punto de vista técnico, es necesario comprender la lógica detrás de la gestión de la temperatura de los TIM. Hoy presentaremos un análisis térmico profundo de la impedancia y la conductividad térmicas.
¿Cómo se relacionan entre sí? ¿Cómo afectan las propiedades del material de la interfaz térmica y los valores de conductividad térmica aparente? ¿Y cómo ayudan a medir las propiedades térmicas mediante fórmulas relevantes?
– Comprensión de los materiales de interfaz térmica
Antes de abordar los aspectos técnicos de la impedancia y la conductividad térmicas, es necesario comprender los materiales de interfaz térmica. Estos materiales se utilizan en componentes como CPU, GPU y disipadores de calor para la conducción del calor y el llenado de microespacios de aire. Reducen las temperaturas, mejoran el rendimiento y prolongan la vida útil de los dispositivos electrónicos.
Tipos de TIM
- Pastas térmicas
- Almohadillas Térmicas
- Geles térmicos
- Cintas Térmicas
- Adhesivos Térmicos
Características principales de TIM
- Los TIM tienen un fuerte poder de conductividad térmica.
- Los TIM pueden reducir la resistencia térmica.
- Hay una variedad de TIM más delgados y más gruesos disponibles.
- La mayoría de los TIM proporcionan aislamiento eléctrico completo.
- Los TIM son compatibles con diferentes rangos de temperatura para operar.
- Los TIM son fáciles de aplicar y quitar.
- La mayoría de los TIM son económicos.
- Conductividad térmica
Capacidad de un material (TIM) para conducir el calor fuera del componente. Las funciones de conductividad térmica se basan en dos puntos: alto y bajo. Una conductividad térmica alta significa que el material tiene mayor capacidad para la transferencia o el flujo de calor. De igual manera, una conductividad térmica baja significa que el material tiene menor capacidad para la transferencia o el flujo de calor.
Alta conductividad térmica
- Los materiales con alta conductividad térmica ofrecen baja resistencia térmica. En pocas palabras, facilitan la transferencia de calor.
- El cobre, la plata y el aluminio son ejemplos comunes debido a su baja resistencia térmica.
- Estos materiales se consideran buenos para la transferencia de calor donde existe la necesidad de una conductancia térmica completa.
Conductividad térmica baja
- Los materiales con baja conductividad térmica ofrecen alta resistencia térmica. Esto significa que dificultan la transferencia de calor.
- La madera, el plástico, el caucho y la espuma son ejemplos comunes debido a su alta resistencia térmica.
- Estos materiales se consideran buenos aislantes donde es necesario resistir el flujo de calor.
Fórmula de conductividad térmica
Basado en Ley de FourierLos valores de flujo de calor o conductividad térmica se definen como “q= −k ⋅ A ⋅ dT/dx"
- q se refiere a la tasa de transferencia de calor (W)
- k se refiere a la conductividad térmica (W / m · K)
- A se refiere al área de la sección transversal (m²)
- dT/dx se refiere al gradiente de temperatura (Kilómetros por minuto)
Las unidades del SI para los valores de conductividad térmica son W/m·K (vatios por metro-kelvin)En otras palabras, la conductancia térmica se produce según esa fórmula de medición. Representa cuántas watts del flujo de calor se producirá a través de metros 1 del material con una diferencia de temperatura de 1 grados Kelvin.
Resistencia termica
La resistencia térmica es lo opuesto a la conductividad térmica. Basado en Ley de Ohm Por analogía con la resistencia eléctrica, se define como la capacidad de los materiales para resistir el flujo de calor. Los materiales con alta resistencia térmica son malos conductores del calor y se consideran buenos aislantes.
Fórmula de resistencia térmica
R = L/ k⋅A Es una fórmula de resistencia térmica absoluta.
- R El valor se refiere a la resistencia térmica. (K / W)
- L El valor se refiere al espesor del material. (metro)
- k El valor se refiere a la conductividad térmica (W/m·K)
- A El valor se refiere al área a través de la cual fluye el calor. (M²)
De manera similar, la unidad de medida de la resistencia térmica es R = ΔT/Q
- R valor significa Resistencia térmica
- ΔT significa temperatura
- Q significa flujo de calor
Resistencia de contacto térmico
Es obligatorio comprender la diferencia entre resistencia térmica y resistencia de contacto térmico.
La resistencia térmica de contacto ayuda a diferenciar las propiedades del material y su resistencia. Describe la resistencia entre dos superficies.
Un ejemplo común es el contacto superficial entre la CPU y el disipador de calor. Esta resistencia suele deberse a la rugosidad de la superficie, la presión de sujeción y los espacios de aire, lo que provoca un aumento de temperatura.
Rtc = ΔT/Q es la fórmula relevante para este tipo de resistencia.
- rtc se refiere a la resistencia de contacto térmico (C/W o KW)
- T se refiere a la temperatura (C o K)
- Q nuevamente se refiere a la tasa de transferencia de calor (W)
Valores de conductividad térmica de diferentes materiales
A continuación se muestran los valores de conductividad térmica de diferentes materiales de interfaz térmica, describiendo su capacidad para mejorar y resistir el flujo de calor.
| "Materiales" | "Medición de conductividad térmica" |
|---|---|
| Diamante | 2200 W / mK |
| Plata | 429 W / mK |
| Cobre | 400 W / mK |
| Oro | 315 W / mK |
| Aluminio: | 237 W / mK |
| Silicona | 270 W / mK |
| Wolframio | 172 W / mK |
| Grafito | 168 W / mK |
| Zinc | 116 W / mK |
| Aire | 0.025 W / mK |
| Madera | 0.2 W / mK |
| Agua | 0.6 W / mK |
| Glass | 1 W / mK |
– Impedancia térmica
La gestión térmica se basa en los parámetros medidos de la impedancia térmica. Esta se define como la medición de la resistencia de un material al flujo de calor (resistencia térmica). Sin embargo, en tiempo real y con ciclos térmicos cambiantes, la impedancia térmica depende del análisis térmico de los materiales, como la conductividad térmica, el espesor y la resistencia de contacto.
El análisis de datos calculado mediante impedancia térmica se basa en factores en tiempo real en lugar de en un estado estable. El uso de TIM en diversas industrias, como la electrónica, la automoción y los centros de datos, es similar al de la conductividad térmica, la resistencia térmica y la impedancia térmica. La impedancia térmica destaca por sus avanzadas capacidades de medición.
Notas clave
- La impedancia térmica cambia con los ciclos térmicos en lugar de permanecer en un estado estable.
- Una impedancia térmica más baja significa un buen rendimiento térmico.
- Una impedancia térmica más alta significa un rendimiento térmico deficiente.
- Una menor impedancia térmica significa una mejor transferencia de calor.
- Una mayor impedancia térmica implica riesgo de aumento de temperatura.
Unidades y fórmula de impedancia térmica
Las unidades de impedancia térmica se miden en grados. Celsius por vatio (C/W)
Zθ = t/k⋅A + Rc es la fórmula básica de la impedancia térmica.
- Zθ se refiere a impedancia térmica
- t se refiere al espesor del material de interfaz térmica (TIM) (metro)
- k se refiere a la conductividad térmica (W/m·K)
- A se refiere al Área de Contacto (M²)
- Rc Se refiere a la resistencia de contacto.
¿Cómo reducir la impedancia térmica?
Se pueden seguir las siguientes prácticas para reducir la impedancia térmica. Como resultado, se mejorará la transferencia de calor y la vida útil de los componentes, dispositivos y dispositivos electrónicos.
-> Prefiero TIM de alta calidad
Elija siempre sus productos de gestión térmica de un fabricante de confianza. La calidad de los ingredientes utilizados en los materiales de interfaz térmica influye considerablemente en su rendimiento. Evitan el sobrecalentamiento y mantienen la temperatura en un rango óptimo.
-> Fijación de superficie recomendada
Asegúrese de que la superficie de unión entre los componentes sea la adecuada para reducir la impedancia térmica. Es necesario eliminar los huecos de aire y asegurar una circulación uniforme del calor entre los componentes. La rugosidad de la superficie y un espesor inadecuado del material pueden perjudicar gravemente el funcionamiento térmico.
-> Presión de montaje adecuada
Independientemente de la calidad del material de interfaz térmica que utilice, un método de aplicación incorrecto puede resultar catastrófico en cuanto a temperatura. Aumentará la impedancia térmica y reducirá la conductividad térmica. Por lo tanto, tenga cuidado al aplicar presión al montar los componentes.
-> Mejorar otras estrategias de enfriamiento
Puede estar relacionado con el disipador de calor, la refrigeración líquida, los ventiladores y una caja de PC ventilada, lo que afecta la gestión de la temperatura y la impedancia térmica. Para un sistema informático de alta gama, considere estos dispositivos y soluciones de refrigeración para mejorar las operaciones térmicas y el rendimiento del sistema.
Impedancia térmica vs. conductividad térmica
| Caracteristicas | Impedancia térmica | Conductividad Térmica |
|---|---|---|
| Símbolo | Zθ | k |
| Unidad | C/W o K/W | W / m · K |
| Contiene | Resistencia térmica y capacitancia térmica | Capacidad de conducir el calor de manera eficiente |
| Depende de | Espesor del material, interfaz y ciclo de tiempo | Estructura del material y temperatura |
| Measurement | Sistema material completo | Basado en laboratorio |
Impedancia térmica vs. Resistencia térmica
| Caracteristicas | Impedancia térmica | Resistencia termica |
|---|---|---|
| Símbolo | Zθ | R |
| Unidad | C/W o K/W | C/W o K/W |
| Contiene | Resistencia térmica y capacitancia térmica | Resistencia al flujo de calor |
| Gráfico | Curvo | Las rebabas |
| Measurement | Sistema material completo | Medición de valor único |
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Resumen Final
Los materiales de interfaz térmica gestionan eficientemente las operaciones térmicas de los dispositivos y componentes electrónicos. Sin embargo, es necesario comprender los aspectos técnicos, como la evaluación de las propiedades del material, la conductividad térmica, la resistencia térmica y la impedancia térmica.
Según las fórmulas adquiridas, si se combina alta conductividad térmica y baja impedancia térmica, el resultado será conforme a la norma y la gestión térmica alcanzará los requisitos, con mejoras notables en la diferencia de temperatura.
La conductividad térmica calcula datos en estado estacionario, mientras que la impedancia térmica calcula valores en tiempo real. Además, comprender los conceptos básicos de... resistencia de contacto térmico Y la capacitancia de resistencia también es necesaria para medir la impedancia térmica.
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