La conductividad térmica indica la facilidad con la que el calor se transmite a través de un material. El grosor de la almohadilla térmica indica la distancia que debe recorrer el calor a través de ella. Para la misma superficie y material, una almohadilla más delgada presenta una menor resistencia térmica volumétrica, siempre y cuando rellene el espacio y mantenga el contacto.
Esa última condición es la trampa. Una almohadilla delgada de alta conductividad térmica con contacto incompleto puede ser inferior a una almohadilla más gruesa y blanda que elimina el espacio de aire.
La relación de primer orden
Para la conducción unidimensional a través de una capa uniforme:
Rbulk ≈ t / (k × A)
dónde:
Rbulkes la resistencia térmica volumétricates espesor comprimidokes conductividad térmica aparenteAes el área de flujo de calor
Si se duplica el grosor manteniendo todo lo demás constante, la resistencia volumétrica se duplica aproximadamente. Si se duplica la conductividad térmica, se reduce aproximadamente a la mitad.
Las interfaces reales añaden resistencia de contacto en ambas superficies. La presión, la rugosidad, la planitud, la distribución del relleno y la conformidad modifican el resultado.
¿Por qué W/m·K no predice la temperatura instalada?
La norma ASTM D5470 mide la impedancia térmica en estado estacionario de materiales aislantes eléctricos térmicamente conductores. La norma señala que las aplicaciones prácticas no reproducen sus condiciones idealizadas de flujo de calor paralelo. Asimismo, describe el uso de diferentes espesores de muestra para separar la conductividad térmica aparente de la resistencia de contacto.
Cuando compares dos almohadillas, pregúntate:
- ¿A qué espesor se informó la impedancia?
- ¿Qué presión o carga se aplicó?
- ¿Cuál fue la temperatura promedio de la prueba?
- ¿La muestra estaba reforzada o tenía adhesivo en la parte posterior?
- ¿El valor incluye ambas interfaces?
- ¿La conductividad térmica se mide o se deriva de un modelo familiar?
Un valor de conductividad térmica sin estas condiciones es un dato de entrada para la selección de materiales, no una garantía de temperatura del dispositivo.
Un ejemplo de comparación sencillo
Consideremos la misma área de contacto de 400 mm²:
- Almohadilla A: 1.0 mm de espesor comprimido, 5 W/m·K
- Almohadilla B: 2.0 mm de espesor comprimido, 10 W/m·K
Si solo se utiliza la ecuación de resistencia volumétrica, ambas presentan la misma resistencia volumétrica, ya que la almohadilla B duplica tanto el espesor como la conductividad térmica. Sin embargo, los resultados de la instalación pueden variar debido a que su resistencia de contacto y la presión de compresión requerida podrían no coincidir.
Si la almohadilla A hace contacto completo con poca fuerza y la almohadilla B es demasiado rígida para adaptarse, la almohadilla A puede ofrecer un mejor rendimiento. Si la almohadilla A no puede salvar la brecha real, su ventaja teórica es irrelevante.
¿Debe elegir primero el grosor o la conductividad térmica?
Ninguno de los dos por separado. Utilice esta secuencia:
- Defina la brecha mínima y máxima.
- Defina los límites de fuerza de los componentes y del ensamblaje.
- Seleccione los materiales que puedan ajustarse a ese rango.
- Compare la impedancia térmica al espesor y presión requeridos.
- Confirme los requisitos eléctricos, ambientales y de control de la contaminación.
- Pruebe el ensamblaje real.
La guía de selección del espesor de la almohadilla térmica proporciona los cálculos de geometría y tolerancia.
Antes de comparar dos valores de conductividad térmica, confirme que ambos materiales cumplen la misma función en la interfaz. Una almohadilla compresible, un relleno de huecos fluido, una pasta y un material de cambio de fase pueden tener rangos de línea de unión útiles y controles de proceso muy diferentes. Sus valores de W/m·K no constituyen una clasificación normalizada.
Para una preselección justa, compare la impedancia térmica instalada con el espesor, la presión y la temperatura requeridos para la línea de unión. Luego, añada las restricciones mecánicas y de fiabilidad: conformidad, fuerza total, aislamiento eléctrico, movimiento del material, retrabajo y envejecimiento. Un candidato no debería avanzar simplemente por tener el mayor valor de conductividad térmica en una tabla de materiales mixtos.
Cuando una almohadilla de mayor conductividad térmica puede no ser útil
Es más difícil en el grado requerido.
Una mayor cantidad de relleno puede aumentar la conductividad térmica, a la vez que modifica la dureza y la respuesta a la compresión. Si la almohadilla requiere más fuerza de la que puede proporcionar el conjunto, el contacto puede empeorar.
Está disponible únicamente en una construcción más gruesa.
La trayectoria más larga puede compensar parte de la ganancia de conductividad térmica. Compare la impedancia, no solo W/m·K.
La trayectoria del calor está limitada en otros lugares.
El conjunto de componentes, el disipador de calor, la placa fría, el circuito de convección o el circuito de refrigeración pueden ser los factores que más influyen en la resistencia total. Por lo tanto, mejorar únicamente la almohadilla térmica produce un pequeño cambio de temperatura.
El área de contacto es menor de lo esperado.
La curvatura del embalaje, la deformación de la placa, la rugosidad de la superficie o una mala colocación pueden reducir el área efectiva.
¿Por qué el sistema de relleno cambia más que la conductividad térmica?
Una almohadilla térmica es una matriz polimérica cargada con partículas conductoras de calor. Al buscar un objetivo de conductividad térmica más alta, pueden ser necesarios cambios en el tipo de relleno, la distribución del tamaño de partícula, el tratamiento superficial y la concentración. Estos cambios pueden afectar la viscosidad durante la mezcla, el comportamiento durante el calandrado, la dureza, la fuerza de compresión, el comportamiento eléctrico y la estabilidad a largo plazo.
El flujo de trabajo documentado de Jiuju para el control de entrada verifica el tamaño de las partículas de relleno, como D10, D50 y D90, además de la viscosidad y el contenido de volátiles. Su material de desarrollo enumera familias de rellenos candidatos para diferentes niveles de conductividad térmica, incluyendo hidróxido de aluminio, alúmina, nitruro de aluminio, nitruro de boro, diamante, aluminio y fibra de carbono. Estos son candidatos a formulaciones, no una afirmación de que cada almohadilla contenga todos los rellenos.
Esa distinción es importante para las especificaciones. Una partícula conductora puede mejorar la disipación del calor, pero también modificar el riesgo eléctrico. No se debe inferir el aislamiento dieléctrico a partir de la conductividad térmica ni de una denominación genérica. Se debe solicitar la resistencia volumétrica, los datos de rigidez dieléctrica, el espesor comprimido y la construcción del grado exacto.
Jiuju también documenta un proceso de modificación superficial en seco en el que se rocía un modificador de polímero sobre polvo inorgánico disperso, formando un recubrimiento superficial mediante interacción química. El objetivo es mejorar la compatibilidad y dispersión de las partículas en la matriz. La conclusión desde el punto de vista de la ingeniería es que el tratamiento de partículas constituye un control de la formulación; cualquier mejora en el rendimiento que se afirme requiere un informe de prueba que la respalde.
Cómo evaluar a un candidato
Utilice una comparación por etapas para que un valor alto de W/m·K no oculte una discrepancia mecánica:
- Confirme que el candidato cubre la brecha mínima y máxima.
- Compare la dureza Shore 00 con la curva completa de compresión-deformación.
- Compare la impedancia térmica al espesor, presión y temperatura previstos.
- Verifique los requisitos de aislamiento eléctrico, refuerzo, adhesivos y control de la contaminación.
- Revisar los datos de control de lotes en cuanto a espesor, dureza y la verificación térmica acordada.
- Valide el conjunto instalado antes y después del envejecimiento o ciclo de funcionamiento correspondiente.
El catálogo de servicios del laboratorio de Jiuju incluye análisis granulométrico, viscometría, medición de dureza Shore 00 y espesor, ensayos de compresión, ensayos térmicos ASTM D5470, ensayos de alta resistencia y tensión de ruptura, y cámaras climáticas. Esta lista no equipara todas las calidades, sino que indica qué preguntas pueden convertirse en mediciones cuando la especificación del proyecto identifica el riesgo.
Cómo informa Jiuju la gama de materiales
Jiuju informa que la conductividad térmica de sus almohadillas térmicas oscila entre 1.2 y 25 W/m·K, siendo JIUJU625X el modelo de mayor calidad. Su tabla de especificaciones públicas actual incluye modelos estándar con conductividades térmicas de 2.0 a 6.0 W/m·K, junto con información sobre el espesor, la dureza Shore 00, la resistencia y los datos eléctricos.
Para grados que no figuran en la tabla pública, solicite la ficha técnica y el informe de ensayo vigentes. Confirme el espesor de la muestra, la presión, el método de ensayo y si el valor se aplica a la construcción de producción exacta.
Jiuju también informa que cada envío de almohadillas térmicas puede incluir datos sobre conductividad térmica, dureza, dimensiones, apariencia y controles acordados con el cliente. El método y la frecuencia de aceptación deben estar estipulados en el acuerdo de calidad.
Antes de comparar dos grados, solicite una fila de datos coincidentes: construcción exacta, espesor libre y de prueba, presión, temperatura media, impedancia térmica, dureza Shore 00 y tensión de compresión a la deformación de diseño. Esta fila suele ser más útil que una página con valores máximos no coincidentes.
Preguntas Frecuentes
¿Una almohadilla de 10 W/m·K es el doble de buena que una de 5 W/m·K?
No necesariamente. Reduce a la mitad la resistencia volumétrica ideal solo cuando el espesor, el área y las condiciones de prueba son iguales. El contacto y el resto de la trayectoria térmica pueden ser factores determinantes.
¿Las almohadillas térmicas más gruesas tienen menor conductividad térmica?
El espesor no altera la conductividad térmica intrínseca de una formulación homogénea, pero aumenta la resistencia volumétrica. Los valores aparentes medidos también pueden variar según la configuración del ensayo y los efectos de la interfaz.
¿Debo elegir siempre la compresa más fina?
Elija la almohadilla más delgada que rellene el espacio máximo y que se mantenga dentro del rango de fuerza de compresión aprobado con el espacio mínimo.
Comparar el rendimiento ajustado
El grosor de la almohadilla térmica y la conductividad térmica solo actúan en direcciones opuestas en la ecuación general simple. En el ensamblaje real, la conformidad y la fuerza determinan si dicha ecuación es siquiera aplicable.
Mida la separación, seleccione un grado mecánicamente compatible, compare la impedancia en las condiciones pertinentes y valide la temperatura. Para la selección del grado, consulte los productos de almohadillas térmicas de Jiuju y solicite datos específicos de presión.
