Un pad thermique doit se comprimer suffisamment pour assurer le contact entre les deux surfaces sur toute la longueur de l'espace maximal, sans toutefois dépasser la limite de résistance du composant, du circuit imprimé, de la fixation ou du boîtier. Il n'existe pas de pourcentage de compression universel et sans risque pour tous les pads thermiques.
La règle bien connue de « compression de 20 % » ne constitue un objectif pertinent pour un prototype que si la courbe force-compression du matériau le permet. La conception en production doit tenir compte de l’ensemble des tolérances liées à l’entrefer et aux coussinets.
formule du taux de compression
If T est l'épaisseur du coussinet libre et G est l'écart installé :
Compression ratio C = (T − G) / T
Exemple : une pastille de 1.5 mm installée dans un espace de 1.2 mm :
C = (1.5 − 1.2) / 1.5 = 20%
Ce calcul décrit la déformation. Il ne vous indique pas la pression nécessaire pour la produire.
Pourquoi un pourcentage seul ne suffit pas
La pression de compression dépend de :
- Formulation du tampon et charge de remplissage
- Échelle et valeur de dureté Shore
- Grosor
- Renfort ou transporteur
- Taux de compression et température d'essai
- Géométrie de la zone de contact et de la surface
- Que la charge soit au premier cycle ou après relaxation
Deux coussinets de dureté 50 Shore 00 peuvent ne pas générer la même pression à 20 % de compression. La dureté est mesurée par un test d'indentation local, tandis que votre assemblage applique une compression sur une surface uniforme.
La norme ASTM D575 décrit les essais de compression-déformation des composés de caoutchouc et est utile pour comparer leur rigidité. Demandez au fournisseur la courbe correspondant à la nuance et à l'épaisseur exactes lorsque la charge du composant est un facteur important.
Définir une fenêtre de compression acceptable
La limite inférieure doit assurer un contact continu à l'écart d'assemblage maximal. La limite supérieure doit rester inférieure à :
- Conseils des fournisseurs sur les tensions
- Pression maximale des composants
- Limite de déflexion du circuit imprimé
- Limite de charge des fixations et des bossages
- limite de déformation de l'enceinte
- Toute contrainte entraînant l'extrusion, la déchirure ou le déplacement du coussinet
Vérifiez ensuite les valeurs extrêmes de tolérance :
Minimum compression = 1 − (maximum gap / minimum pad thickness)
Maximum compression = 1 − (minimum gap / maximum pad thickness)
Si la compression minimale est négative, le coussinet peut perdre le contact. Si la compression maximale nécessite une pression excessive, le coussinet peut surcharger l'ensemble.
Le guide complet de sélection de l'épaisseur des pads thermiques comprend un exemple de tolérance calculée.
Pression de contact par rapport à la force totale
Ne confondez pas pression et force :
Force = pressure × contact area
Une pression acceptable sur un petit circuit intégré peut engendrer une charge totale importante sur un module de batterie ou une large plaque froide. Les pastilles de grande surface nécessitent une analyse précise du chemin de charge et de la rigidité.
Vérifiez également la répartition de la charge. Un support souple recouvrant des composants de hauteurs différentes peut concentrer la force sur les appareils les plus hauts avant que les plus bas n'entrent en contact.
La surface de contact et la planéité doivent être considérées conjointement. Plus l'interface est large, moins une valeur moyenne d'écart est susceptible de représenter l'ensemble de la surface. Un point haut peut supporter la majeure partie de la force de réaction tandis qu'un angle bas présente un contact encore faible. Cartographiez plusieurs points, convertissez la compression locale en pression à l'aide de la courbe de la nuance exacte et vérifiez la répartition de ces charges par rapport aux fixations et aux supports.
Si une seule fenêtre de compression ne convient pas à tous les emplacements, augmenter l'épaisseur nominale du coussinet n'est pas la seule solution. Segmenter le coussinet, utiliser des épaisseurs zonées, améliorer la planéité de l'écarteur ou modifier la disposition des supports peuvent réduire la force maximale sans compromettre le contact.
Que se passe-t-il en cas de compression insuffisante ?
- Marques de contact incomplètes ou unilatérales
- poches d'air et résistance d'interface plus élevée
- Sensibilité thermique aux vibrations ou à la pression du couvercle
- Variation d'une unité à l'autre
- Mauvais contact sur les composants les plus courts d'un réseau
Que se passe-t-il en cas de compression excessive ?
- La planche est courbée ou le stress du colis
- Le dissipateur thermique se soulève à une interface adjacente
- Siège de fixation incomplet
- Extrusion, froissement ou déchirure du coussinet
- Couple de montage plus élevé
- poste à long terme ou changement
Utilisez les étapes de diagnostic décrites dans « La pastille thermique est-elle trop épaisse ou trop fine ? » si le problème est déjà présent.
Comment la conductivité modifie la discussion sur la compression
Une charge de remplissage plus élevée peut améliorer la conductivité apparente, mais aussi modifier la dureté et la réponse à la force. Il est déconseillé de sacrifier une plage de pression de sécurité connue pour obtenir une valeur W/m·K plus élevée sans avoir effectué d'essais sur le système.
La norme ASTM D5470 mesure l'impédance thermique sous pression contrôlée et précise que les applications pratiques ne reproduisent pas exactement le test idéal. Il convient de comparer l'impédance à l'épaisseur et à la pression pertinentes lorsque les données sont disponibles.
Jiuju propose des pads thermiques à haute conductivité (8–25 W/m·K) et à dureté Shore 00 (40–60), sous réserve de confirmation de la nuance exacte. L'entreprise indique également pouvoir générer des courbes de force de compression afin de faciliter la sélection en fonction de l'écartement et de la pression spécifiés par le client. Veuillez demander la courbe et nous communiquer vos conditions de livraison.
Comment lire une courbe de compression-déformation
Une courbe exploitable nécessite davantage de contexte que deux axes. Il convient de préciser la nuance, l'épaisseur libre, la surface de l'échantillon, le nombre de couches, les dimensions du plateau, la température d'essai, la vitesse de compression, le temps de maintien et de déterminer si le graphique représente le premier cycle de chargement ou un cycle ultérieur. Les coussinets viscoélastiques se détendent ; la force mesurée immédiatement après la fermeture peut donc différer de celle mesurée après un temps de maintien.
La liste des équipements documentés de Jiuju comprend un testeur de compression rapide, ainsi qu'un duromètre Shore 00 et un appareil de mesure d'épaisseur. Le duromètre vérifie la dureté par indentation locale. Le testeur de compression applique une charge sur une zone et enregistre la réponse. Cette dernière permet d'estimer la charge d'assemblage.
Supposons que la courbe du fournisseur indique une résistance de 120 kPa à la compression maximale prévue. Un coussinet de 40 mm × 30 mm a une surface de 1 200 mm², soit 0.0012 m².
Force = 120,000 Pa × 0.0012 m² = 144 N
Cela correspond approximativement à 14.7 kgf, soit la force exercée par une masse de 14.7 kg sous l'effet de la gravité terrestre. Cette comparaison est purement intuitive ; l'assemblage doit impérativement respecter une limite de charge définie par les ingénieurs. Si quatre patins agissent sur le même couvercle, il faut additionner leurs forces et tenir compte de leur position. Un patin placé haut, près du bord d'une carte, peut provoquer une flexion même si la force totale semble acceptable.
Comparez également la courbe aux valeurs extrêmes de production. Utilisez le coussinet le plus épais autorisé et l'écart le plus faible pour une contrainte maximale. Si la spécification d'épaisseur est de ±10 %, un coussinet nominal de 2.0 mm peut atteindre 2.2 mm avant assemblage. Un contrôle plus précis, tel que la capacité de ±5 % annoncée par Jiuju, peut réduire la variation de force, mais uniquement après confirmation de la conformité avec les spécifications exactes de fabrication et d'achat.
Demandez les données de courbe électronique lorsque c'est possible. Il est plus facile de calculer les cas les plus défavorables et de comparer les lots à partir d'un tableau que d'un petit graphique de brochure.
Une procédure de validation pratique
- Cartographier les écarts minimums et maximums sur plusieurs assemblages.
- Mesurer l'épaisseur réelle du coussinet sous une force de jauge définie.
- Calculer la compression minimale et maximale.
- Convertir la courbe de pression de la pente en force totale sur la surface réelle.
- Vérifier le serrage et le couple de fixation.
- Mesurer la déformation du circuit imprimé ou du couvercle.
- Examinez les marques de témoins sur les deux faces du tampon.
- Température de test sous charge et température ambiante contrôlées.
- Répéter après les cycles de cyclisme ou le vieillissement appropriés.
Pour les conceptions à haut risque, la charge ou le déplacement du dispositif de serrage de l'instrument. Un test de température le premier jour ne garantit pas la stabilité mécanique de l'interface.
QFP
Un taux de compression de 20 % est-il bon pour un pad thermique ?
C'est possible, mais seulement si la courbe de comportement du matériau, la limite de charge du composant et les tolérances le permettent. Considérez 20 % comme un objectif potentiel, et non comme une spécification applicable à toutes les nuances.
Un coussinet plus souple nécessite-t-il une compression plus importante ?
Pas nécessairement. Un coussinet plus souple peut se déformer sous une pression moindre. La déformation requise dépend des variations de surface et de la courbe du matériau.
Est-il possible de comprimer un pad thermique à la moitié de son épaisseur ?
N’effectuez aucune opération à moins que le fournisseur ne valide explicitement la contrainte et la capacité de l’assemblage à supporter la force. De nombreuses conceptions subiront une charge excessive ou une déformation des coussinets bien avant ce point.
Comment mesurer la compression après assemblage ?
Mesurez l'épaisseur libre de la plaquette en exerçant une force contrôlée et déterminez le jeu ou le déplacement dans l'assemblage fixé. Évitez d'utiliser une plaquette comprimée et retirée comme seule mesure, car elle peut reprendre sa forme initiale ou la conserver.
Spécifiez une fenêtre, pas un slogan.
La réponse à la question « Quelle compression doit supporter un pad thermique ? » est une plage de valeurs déterminée par des essais de contact et une analyse des forces en jeu. Il convient de calculer la déformation, de vérifier la pression, de tenir compte des tolérances et de valider l'assemblage final.
Les spécifications des pads thermiques Jiuju indiquent les qualités standard et les valeurs de dureté Shore 00. Veuillez indiquer l'écartement, la surface et la limite de pression pour obtenir une assistance au choix de la qualité appropriée.
