La conductivité thermique indique la facilité avec laquelle la chaleur se propage dans un matériau. L'épaisseur du tampon thermique indique la distance que la chaleur doit parcourir à travers celui-ci. À surface et matériau égaux, un tampon plus fin présente une résistance thermique volumique plus faible, à condition toutefois qu'il remplisse correctement l'espace et assure un contact optimal.
Cette dernière condition constitue le piège. Un tampon mince à haute conductivité thermique, mais au contact incomplet, peut être moins performant qu'un tampon plus épais et plus souple qui supprime l'espace d'air.
La relation de premier ordre
Pour une conduction unidimensionnelle à travers une couche uniforme :
Rbulk ≈ t / (k × A)
où:
Rbulkest la résistance thermique volumiquetl'épaisseur compriméekla conductivité thermique apparenteAest la zone de flux thermique
Si l'épaisseur est doublée, toutes choses égales par ailleurs, la résistance principale double approximativement. Si la conductivité thermique est doublée, elle est approximativement divisée par deux.
Les interfaces réelles ajoutent une résistance de contact aux deux surfaces. La pression, la rugosité, la planéité, la répartition du matériau de remplissage et la conformité modifient le résultat.
Pourquoi le W/m·K ne permet pas de prédire la température installée
La norme ASTM D5470 mesure l'impédance thermique en régime permanent des matériaux d'isolation électrique thermoconducteurs. Elle précise que les applications pratiques ne reproduisent pas ses conditions idéales de flux de chaleur parallèle. Elle décrit également l'utilisation d'échantillons d'épaisseurs différentes afin de distinguer la conductivité thermique apparente de la résistance de contact.
Lorsque vous comparez deux tapis de souris, posez-vous la question suivante :
- À quelle épaisseur l'impédance a-t-elle été mesurée ?
- Quelle pression ou charge a été appliquée ?
- Quelle était la température moyenne lors des tests ?
- L'échantillon était-il renforcé ou adhésif ?
- La valeur inclut-elle les deux interfaces ?
- La conductivité thermique est-elle mesurée ou déduite d'un modèle familial ?
Un indice de conductivité thermique sans ces conditions est un critère de sélection des matériaux, et non une garantie de température pour l'appareil.
Un exemple de comparaison simple
Considérons la même surface de contact de 400 mm² :
- Coussinet A : épaisseur comprimée de 1.0 mm, 5 W/m·K
- Coussinet B : épaisseur comprimée de 2.0 mm, 10 W/m·K
En utilisant uniquement l'équation de résistance volumique, les deux matériaux présentent la même résistance volumique car le tampon B double à la fois l'épaisseur et la conductivité thermique. Cependant, les performances après installation peuvent différer car leur résistance de contact et la pression de compression requise peuvent ne pas correspondre.
Si le coussinet A assure un contact parfait avec une faible force et que le coussinet B est trop rigide pour s'y adapter, le coussinet A sera plus performant. Si le coussinet A ne parvient pas à combler l'écart réel, son avantage théorique devient inutile.
Faut-il privilégier l'épaisseur ou la conductivité thermique ?
Ni l'un ni l'autre isolément. Utilisez cette séquence :
- Définir l'écart minimum et maximum.
- Définir les limites de force des composants et de l'assemblage.
- Sélectionnez les matériaux qui peuvent répondre à ces critères.
- Comparer l'impédance thermique à l'épaisseur et à la pression requises.
- Vérifier les exigences en matière d'électricité, d'environnement et de contamination.
- Tester l'assemblage réel.
Le guide de sélection de l'épaisseur du pad thermique fournit les calculs de géométrie et de tolérance.
Avant de comparer deux valeurs de conductivité thermique, assurez-vous que les deux produits remplissent la même fonction d'interface. Un tampon compressible, un mastic fluide, une pâte et un matériau à changement de phase peuvent présenter des plages de collage et des paramètres de mise en œuvre très différents. Leurs valeurs W/m·K ne constituent pas un classement normalisé.
Pour établir une sélection équitable, comparez l'impédance thermique installée à l'épaisseur de joint, à la pression et à la température requises. Ajoutez ensuite les contraintes mécaniques et de fiabilité : conformité, force totale, isolation électrique, mouvement du matériau, retouches et vieillissement. Un candidat ne doit pas être retenu uniquement parce qu'il présente la conductivité thermique la plus élevée dans un tableau comparatif de matériaux mixtes.
Quand un coussinet à conductivité thermique plus élevée ne suffit pas
C'est plus difficile au niveau requis.
Une charge de remplissage plus élevée peut accroître la conductivité thermique tout en modifiant la dureté et la réponse à la compression. Si le coussinet nécessite une force supérieure à celle que l'assemblage peut fournir, le contact risque de se dégrader.
Il n'est disponible qu'en version plus épaisse.
Un trajet plus long peut compenser une partie du gain en conductivité thermique. Comparez l'impédance, et pas seulement les W/m·K.
Le chemin de la chaleur est limité ailleurs
L'ensemble des composants, le dissipateur thermique, la plaque froide, le circuit de convection ou le circuit de refroidissement peuvent représenter la majeure partie de la résistance totale. Améliorer uniquement le tampon thermique n'entraîne alors qu'une faible variation de température.
La surface de contact est plus petite que prévu
La courbure de l'emballage, le cintrage de la planche, la rugosité de la surface ou un mauvais positionnement peuvent réduire la surface effective.
Pourquoi le système de remplissage change-t-il plus que la conductivité thermique ?
Un coussin thermique est une matrice polymère chargée de particules thermoconductrices. Pour atteindre une conductivité thermique plus élevée, il peut être nécessaire de modifier le type de charge, la granulométrie, le traitement de surface et le taux de charge. Ces modifications peuvent affecter la viscosité lors du mélange, le comportement au calandrage, la dureté, la force de compression, les propriétés électriques et la stabilité à long terme.
Le processus de contrôle des matières premières de Jiuju, tel que documenté, vérifie la granulométrie des charges (D10, D50 et D90), ainsi que la viscosité du mélange et la teneur en matières volatiles. Ses documents de développement recensent les familles de charges candidates en fonction des objectifs de conductivité thermique, notamment l'hydroxyde d'aluminium, l'alumine, le nitrure d'aluminium, le nitrure de bore, le diamant, l'aluminium et la fibre de carbone. Il s'agit de formulations potentielles, et non d'une affirmation selon laquelle chaque tampon contient toutes les charges.
Cette distinction est importante pour les spécifications. Une particule conductrice peut améliorer la dissipation thermique, mais aussi modifier le risque électrique. Ne déduisez pas l'isolation diélectrique de la conductivité thermique ni d'une appellation générique. Demandez la résistance volumique, les données de claquage, l'épaisseur comprimée et la construction exactes de la nuance.
Jiuju décrit également un procédé de modification de surface à sec, dans lequel un modificateur polymère est pulvérisé sur une poudre inorganique dispersée et forme un revêtement de surface par interaction chimique. L'objectif est d'améliorer la compatibilité et la dispersion des particules dans la matrice. En pratique, le traitement des particules constitue un élément de formulation parmi d'autres ; tout gain de performance revendiqué doit néanmoins être étayé par un rapport d'essais.
Comment examiner un bloc-notes de candidat
Utilisez une comparaison par étapes afin qu'une valeur W/m·K élevée ne masque pas un déséquilibre mécanique :
- Vérifiez que le candidat couvre l'écart minimum et maximum.
- Comparez la dureté Shore 00 et la courbe complète de compression-déformation.
- Comparer l'impédance thermique à l'épaisseur, à la pression et à la température prévues.
- Vérifier les exigences en matière d'isolation électrique, de renforcement, d'adhésif et de contamination.
- Vérifier les données de contrôle des lots concernant l'épaisseur, la dureté et le contrôle thermique convenu.
- Valider l'ensemble installé avant et après le vieillissement ou le cyclage concerné.
La liste des analyses de laboratoire de Jiuju comprend l'analyse granulométrique, la viscosimétrie, la dureté Shore 00, la mesure d'épaisseur, les essais de compression, les essais thermiques selon la norme ASTM D5470, les essais de haute résistance et de tension de claquage, ainsi que les enceintes climatiques. Cette liste n'établit pas d'équivalence entre les différentes qualités de matériaux. Elle indique quelles questions peuvent être traduites en mesures lorsque le cahier des charges du projet identifie le risque.
Comment Jiuju rapporte la gamme de matériaux
Jiuju indique une conductivité thermique de ses pads thermiques allant de 1.2 à 25 W/m·K, le modèle JIUJU625X présentant la conductivité la plus élevée. Son tableau de spécifications actuel répertorie les modèles standard de pads thermiques de 2.0 à 6.0 W/m·K, avec leur épaisseur, leur dureté Shore 00, leur résistance et leurs caractéristiques électriques.
Pour les qualités non répertoriées dans le tableau public, demandez la fiche technique et le rapport d'essai en vigueur. Vérifiez l'épaisseur de l'éprouvette, la pression, la méthode d'essai et assurez-vous que la valeur correspond bien à la fabrication du produit fini.
Jiuju indique également que chaque lot de coussins thermiques fait l'objet de contrôles portant sur la conductivité thermique, la dureté, les dimensions, l'aspect et d'autres points convenus avec le client. Les modalités et la fréquence de ces contrôles sont définies dans l'accord qualité.
Avant de comparer deux nuances, demandez une seule ligne de données appariées : construction exacte, épaisseurs à vide et à l’essai, pression, température moyenne, impédance thermique, dureté Shore 00 et contrainte de compression à la déformation nominale. Cette ligne est souvent plus utile qu’une page de valeurs maximales non appariées.
QFP
Un coussinet de 10 W/m·K est-il deux fois plus performant qu'un coussinet de 5 W/m·K ?
Pas nécessairement. Elle divise par deux la résistance volumique idéale uniquement lorsque l'épaisseur, la surface et les conditions de test sont identiques. Le contact et le reste du chemin thermique peuvent être prépondérants.
Les pads thermiques plus épais ont-ils une conductivité thermique plus faible ?
L'épaisseur ne modifie pas la conductivité thermique intrinsèque d'une formulation homogène, mais elle augmente la résistance volumique. Les valeurs apparentes mesurées peuvent également varier en fonction de la configuration du dispositif expérimental et des effets d'interface.
Dois-je toujours choisir la serviette hygiénique la plus fine ?
Choisissez le coussinet le plus mince qui remplit l'espace maximal et reste dans la plage de force de compression approuvée à l'espace minimal.
Comparer les performances ajustées
L'épaisseur et la conductivité thermique du tampon n'ont d'influence opposée que dans l'équation simplifiée du matériau massif. Dans un assemblage réel, la conformité et la force exercée déterminent si cette équation est applicable.
Mesurez l'écart, choisissez une nuance mécaniquement compatible, comparez l'impédance dans les conditions appropriées et validez la température. Pour le choix de la nuance, consultez les produits de coussinets thermiques Jiuju et demandez les données spécifiques à la pression.
