- Introduction
Les appareils électroniques ne fonctionneront pas correctement s'ils ne sont pas équipés d'un système de refroidissement efficace. Les composants peuvent surchauffer et subir des dommages permanents. La méthode simple est la suivante : lorsque les composants fonctionnent, ils produisent de la chaleur. Un chemin de transfert thermique approprié doit être prévu, ce qui permet de les évacuer vers l'extérieur.
Les matériaux d'interface thermique (MIT) sont utilisés pour prévenir la surchauffe grâce à leur forte conductivité thermique. Ces matériaux transfèrent la chaleur vers l'extérieur des composants et comblent les espaces d'air entre les surfaces pour un flux thermique spécifique. Vous savez quoi ? Ces deux termes sont souvent utilisés pour évaluer les performances en temps réel des matériaux d'interface thermique.
Ces termes sont l'impédance thermique et la conductivité thermique. Ils fonctionnent tous deux selon une logique/formule spécifique pour analyser la conduction thermique des TIM. D'un point de vue technique, il est nécessaire de comprendre la logique de gestion de la température des TIM. Aujourd'hui, nous présenterons une analyse thermique approfondie de l'impédance thermique et de la conductivité thermique.
Comment sont-ils liés les uns aux autres ? Quel est leur impact sur les propriétés des matériaux d'interface thermique et les valeurs de conductivité thermique apparente ? Et comment contribuent-ils à mesurer les propriétés thermiques à l'aide de formules pertinentes ?
– Comprendre les matériaux d’interface thermique
Avant d'aborder les aspects techniques de l'impédance thermique et de la conductivité thermique, il est essentiel de comprendre les matériaux d'interface thermique. Ces matériaux sont utilisés dans des composants tels que les processeurs, les cartes graphiques et les dissipateurs thermiques pour la conduction thermique et le remplissage des micro-espaces vides. Ils abaissent les températures, améliorent les performances et prolongent la durée de vie des appareils électroniques.
Types de TIM
- Pâtes thermiques
- Coussinets thermiques
- Gels thermiques
- Bandes thermiques
- Adhésifs thermiques
Principales caractéristiques de TIM
- Les TIM ont un fort pouvoir de conductivité thermique.
- Les TIM peuvent réduire la résistance thermique.
- Il existe une variété de TIM plus fins et plus épais disponibles.
- La plupart des TIM offrent une isolation électrique complète.
- Les TIM sont compatibles avec différentes plages de température pour fonctionner.
- Les TIM sont faciles à appliquer et à retirer.
- La plupart des TIM sont économiques.
- Conductivité thermique
Capacité d'un matériau (TIM) à conduire la chaleur à l'extérieur du composant. Les fonctions de conductivité thermique reposent sur deux points : haut et bas. Une conductivité thermique élevée signifie que le matériau a une plus grande capacité de transfert ou de flux thermique. De même, une faible conductivité thermique signifie que le matériau a une capacité moindre de transfert ou de flux thermique.
Haute conductivité thermique
- Les matériaux à haute conductivité thermique offrent une faible résistance thermique. En d'autres termes, ils facilitent le transfert de chaleur.
- Le cuivre, l’argent et l’aluminium sont des exemples courants en raison de leur faible résistance thermique.
- Ces matériaux sont considérés comme bons pour le transfert de chaleur lorsqu'une conductance thermique complète est nécessaire.
Basse conductivité thermique
- Les matériaux à faible conductivité thermique offrent une résistance thermique élevée, ce qui signifie qu'ils ne permettent pas un transfert de chaleur aisé.
- Le bois, le plastique, le caoutchouc et la mousse sont des exemples courants en raison de leur résistance thermique élevée.
- Ces matériaux sont considérés comme de bons isolants lorsqu’il est nécessaire de résister au flux de chaleur.
Formule de conductivité thermique
Basé sur Loi de Fourier, les valeurs de flux thermique ou de conductivité thermique sont définies comme «q= −k ⋅ A ⋅ dT/dx"
- q fait référence au taux de transfert de chaleur (W)
- k fait référence à la conductivité thermique (W / m · K)
- A fait référence à la section transversale (m²)
- dT/dx fait référence au gradient de température (K/m)
Les unités SI pour les valeurs de conductivité thermique sont W/m·K (watts par mètre-kelvin)En d'autres termes, la conductance thermique se produit selon cette formule de mesure. Elle représente le nombre watts du flux de chaleur se produira à travers 1 mètres. du matériau avec une différence de température de 1 kelvins.
Résistance thermique
La résistance thermique est l'opposé de la conductivité thermique. Loi d'Ohm Par analogie avec la résistance électrique, elle est définie comme la capacité des matériaux à résister au flux thermique. Les matériaux à haute résistance thermique sont de mauvais conducteurs de chaleur et sont considérés comme de bons isolants.
Formule de résistance thermique
R = L/ k⋅A est une formule de résistance thermique absolue.
- R la valeur fait référence à la résistance thermique (K/W)
- L la valeur fait référence à l'épaisseur du matériau (M)
- k la valeur fait référence à la conductivité thermique (W/m·K)
- A la valeur fait référence à la zone à travers laquelle la chaleur circule (M²)
De même, l'unité de mesure de la résistance thermique est R = ΔT/Q
- R valeur signifie résistance thermique
- ΔT signifie température
- Q signifie flux de chaleur
Résistance de contact thermique
Il est obligatoire de comprendre la différence entre la résistance thermique et la résistance de contact thermique.
La résistance de contact thermique permet de différencier les propriétés d'un matériau et sa résistance. Elle décrit la résistance entre deux surfaces.
Un exemple courant est le contact de surface entre le processeur et le dissipateur thermique. Cette résistance est généralement due à la rugosité de la surface, à la pression de serrage et aux entrefers, ce qui entraîne une augmentation de la température.
Rtc = ΔT/Q est la formule pertinente pour ce type de résistance.
- RTC fait référence à la résistance de contact thermique (C/W ou KW)
- T fait référence à la température (C ou K)
- Q fait à nouveau référence au taux de transfert de chaleur (W)
Valeurs de conductivité thermique de différents matériaux
Vous trouverez ci-dessous les valeurs de conductivité thermique de différents matériaux d'interface thermique, décrivant leur capacité à améliorer et à résister au flux de chaleur.
| "Matériel Requis" | "Mesure de conductivité thermique" |
|---|---|
| Diamond | 2200 W / mK |
| un Prix d'argent | 429 W / mK |
| Copper | 400 W / mK |
| Prix d'or | 315 W / mK |
| Aluminium | 237 W / mK |
| Silicone | 270 W / mK |
| Tungstène | 172 W / mK |
| Graphite | 168 W / mK |
| Zinc | 116 W / mK |
| Air | 0.025 W / mK |
| Le bois | 0.2 W / mK |
| Eau | 0.6 W / mK |
| Le verre | 1 W / mK |
– Impédance thermique
La gestion thermique repose sur les paramètres mesurés de l'impédance thermique. Elle peut être définie comme la mesure de la résistance d'un matériau au flux thermique (résistance thermique), mais en temps réel et avec des cycles thermiques variables. L'impédance thermique dépend de l'analyse thermique des matériaux, comme la conductivité thermique, l'épaisseur et la résistance de contact.
L'analyse des données calculées par impédance thermique repose sur des facteurs en temps réel plutôt que sur un état stable. L'utilisation des TIM dans divers secteurs, tels que l'électronique, l'automobile et les centres de données, est comparable à celle de la conductivité thermique, de la résistance thermique et de l'impédance thermique. L'impédance thermique se classe au premier rang grâce à ses capacités de mesure avancées.
Notes clés
- L'impédance thermique change avec les cycles thermiques au lieu de rester dans un état stable.
- Une impédance thermique plus faible signifie de bonnes performances thermiques.
- Une impédance thermique plus élevée signifie de mauvaises performances thermiques.
- Une impédance thermique plus faible signifie un meilleur transfert de chaleur.
- Une impédance thermique plus élevée signifie un risque d’augmentation de la température.
Unités et formule d'impédance thermique
Les unités d'impédance thermique sont mesurées en degrés Celsius par watt (C/W)
Zθ = t/k⋅A + Rc est la formule de base de l'impédance thermique.
- Zθ fait référence à l'impédance thermique
- t fait référence à l'épaisseur du matériau d'interface thermique (TIM) (M)
- k fait référence à la conductivité thermique (W/m·K)
- A fait référence à la zone de contact (M²)
- Rc fait référence à la résistance de contact.
Comment réduire l’impédance thermique ?
Les pratiques suivantes peuvent être suivies pour réduire l'impédance thermique. Cela améliorera le transfert de chaleur et la durée de vie des composants/appareils/électroniques.
–> Préférez les TIM de haute qualité
Choisissez toujours vos produits de gestion thermique auprès d'un fabricant réputé. La qualité des ingrédients utilisés dans les matériaux d'interface thermique influence grandement leurs performances. Ils évitent la surchauffe et maintiennent la température dans une plage optimale.
–> Fixation de surface recommandée
Assurez une fixation de surface calculée entre les composants afin de réduire l'impédance thermique. Il est nécessaire d'éliminer les espaces d'air et d'assurer une circulation fluide de la chaleur entre les composants. Une surface rugueuse et une épaisseur de matériau inappropriée peuvent nuire gravement aux performances thermiques.
–> Pression de montage appropriée
Quelle que soit la qualité du matériau d'interface thermique utilisé, une mauvaise méthode d'application peut entraîner des températures désastreuses. Elle augmente l'impédance thermique et diminue le coefficient de conductivité thermique. Veillez donc à appliquer une pression adéquate lors du montage des composants.
–> Améliorer d’autres stratégies de refroidissement
Cela peut concerner le dissipateur thermique, le refroidissement liquide, les ventilateurs et un boîtier PC ventilé, ce qui a un impact sur la gestion de la température et l'impédance thermique. Pour un système informatique haut de gamme, pensez à ces gadgets et solutions de refroidissement pour améliorer les performances thermiques et les performances du système.
Impédance thermique et conductivité thermique
| Fonctionnalité | Impédance thermique | Conductivité thermique |
|---|---|---|
| Symbole | Zθ | k |
| Unité | C/W ou K/W | W / m · K |
| Inclus | Résistance thermique et capacité thermique | Capacité à conduire efficacement la chaleur |
| Dépend de | Épaisseur du matériau, interface et cycle temporel | Structure du matériau et température |
| Mesure | Système matériel complet | En laboratoire |
Impédance thermique vs. résistance thermique
| Fonctionnalité | Impédance thermique | Résistance thermique |
|---|---|---|
| Symbole | Zθ | R |
| Unité | C/W ou K/W | C/W ou K/W |
| Inclus | Résistance thermique et capacité thermique | Résistance au flux thermique |
| Graphique | Courbe | Plat |
| Mesure | Système matériel complet | Mesure de valeur unique |
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Conclusion
Les matériaux d'interface thermique gèrent efficacement les opérations thermiques des dispositifs et composants électroniques. Il est néanmoins nécessaire de comprendre les aspects techniques, notamment l'évaluation des propriétés des matériaux, de la conductivité thermique, de la résistance thermique et de l'impédance thermique.
Selon les formules acquises, si une conductivité thermique élevée et une faible impédance thermique sont combinées, le résultat sera conforme à la norme et la gestion thermique sera conforme aux exigences, avec des améliorations notables des écarts de température.
La conductivité thermique calcule les données en régime permanent, tandis que l'impédance thermique calcule les valeurs en temps réel. De plus, la compréhension des concepts fondamentaux de résistance de contact thermique et la capacité de résistance est également nécessaire pour mesurer l'impédance thermique.
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