Термопрокладка должна сжиматься достаточно, чтобы соприкасаться с обеими поверхностями через максимальный зазор, но не настолько сильно, чтобы сила сжатия превышала предельные значения для компонента, печатной платы, крепежного элемента или корпуса. Не существует безопасного универсального процента сжатия для каждой термопрокладки.
Привычное правило «сжать на 20%» может быть полезным в качестве целевого показателя для прототипа только в том случае, если его подтверждает точная кривая зависимости силы сжатия для данного сорта стали. При разработке серийного продукта необходимо проверить весь диапазон допусков зазоров и контактных площадок.
Формула степени сжатия
If T — это толщина свободной контактной площадки и G установленный зазор:
Compression ratio C = (T − G) / T
Пример: прокладка толщиной 1.5 мм, установленная в зазоре 1.2 мм:
C = (1.5 − 1.2) / 1.5 = 20%
Этот расчет описывает деформацию. Он не показывает, какое давление необходимо для ее создания.
Почему одного процента недостаточно
Давление сжатия зависит от:
- Состав прокладки и загрузка наполнителя
- Шкала и значение твердости по Шору
- Толщина
- Усиление или носитель
- Степень сжатия и температура испытания
- Площадь контакта и геометрия поверхности
- Независимо от того, является ли нагрузка первым циклом или после релаксации.
Две прокладки с твердостью 50 по Шору 00 могут создавать разное давление при 20% сжатии. Твердость определяется локальным вдавливанием, тогда как ваша конструкция создает сжатие по всей площади.
Стандарт ASTM D575 описывает испытания на сжатие и деформацию резиновых смесей и полезен для сравнения жесткости. Если важна нагрузка на компонент, запросите у поставщика кривую для конкретного сорта и толщины.
Определите допустимый диапазон сжатия.
Нижний предел должен обеспечивать непрерывный контакт при максимальном зазоре при сборке. Верхний предел должен оставаться ниже:
- Рекомендации поставщика по допустимым нагрузкам
- Максимальное давление компонента
- предел отклонения печатной платы
- Предельная нагрузка на крепеж и выступы
- Предел деформации корпуса
- Любое напряжение, при котором прокладка выдавливается, рвется или смещается.
Затем проверьте крайние значения допустимых отклонений:
Minimum compression = 1 − (maximum gap / minimum pad thickness)
Maximum compression = 1 − (minimum gap / maximum pad thickness)
Если минимальное сжатие отрицательное, контактная площадка может потеряться. Если для максимального сжатия требуется чрезмерное давление, площадка может перегрузить узел.
Полное руководство по выбору толщины термопрокладок включает пример расчета допуска.
Контактное давление в зависимости от общей силы
Не следует путать давление с силой:
Force = pressure × contact area
Допустимое давление на небольшой интегральной схеме может создать большую суммарную нагрузку на аккумуляторный модуль или широкую охлаждающую пластину. Для больших площадей контактных площадок необходим четкий путь передачи нагрузки и анализ жесткости.
Также проверьте распределение нагрузки. Мягкая прокладка, охватывающая компоненты разной высоты, может концентрировать усилие на самых высоких устройствах до того, как более низкие начнут соприкасаться с ними.
Площадь контакта и плоскостность необходимо рассматривать совместно. По мере расширения зоны контакта одно среднее значение зазора с меньшей вероятностью будет представлять всю поверхность. Высокое место может воспринимать большую часть реактивной силы, в то время как низкий угол по-прежнему имеет слабый контакт. Составьте карту нескольких точек, преобразуйте локальное сжатие в давление, используя точную кривую зависимости нагрузки от класса, и проверьте, как эти нагрузки распределяются относительно крепежных элементов и опор.
Если одного варианта сжатия недостаточно для всех точек контакта, увеличение номинальной толщины прокладки — не единственный выход. Сегментирование прокладки, использование зонированной толщины, улучшение плоскостности распределителя или изменение схемы опоры могут снизить пиковое усилие без ущерба для контакта.
Что происходит при слишком слабом сжатии?
- Неполный контакт или односторонние следы свидетелей
- Воздушные пузырьки и повышенное сопротивление на границе раздела фаз
- Чувствительность к температуре вибрация или давление крышки
- Различия между отдельными единицами
- Плохой контакт на более коротких компонентах в массиве.
Что происходит при чрезмерном сжатии?
- деформация доски или напряжение упаковки
- Отслоение радиатора на смежном интерфейсе
- Неполная посадка крепежа
- сдавливание, образование складок или разрыв прокладки
- Более высокий момент затяжки при сборке
- Долгосрочная установка или смена
Если неисправность уже присутствует, воспользуйтесь диагностическими шагами, описанными в статье «Термопрокладка слишком толстая или слишком тонкая?» .
Обсуждение влияния проводимости на сжатие.
Более высокое содержание наполнителя может улучшить кажущуюся проводимость, но также может изменить твердость и силовые характеристики. Не следует менять известный безопасный диапазон давления на более высокое значение Вт/м·К без проведения системных испытаний.
Стандарт ASTM D5470 измеряет тепловое сопротивление при контролируемом давлении и отмечает, что в практических приложениях он не воспроизводит в точности идеализированный тест. При наличии данных следует сравнивать сопротивление при соответствующей толщине и давлении.
Компания Jiuju сообщает о высокопроводящих теплоизоляционных прокладках с диапазоном теплопроводности 8–25 Вт/м·К и твердостью 40–60 по Шору 00 (при условии точного подтверждения марки материала). Компания также сообщает о возможности построения кривых зависимости силы сжатия от заданных заказчиком параметров зазора и давления. Перед выпуском необходимо запросить кривую и сообщить об условиях.
Как читать кривую зависимости сжатия от прогиба
Для построения полезной кривой требуется больше контекста, чем две оси. Необходимо подтвердить марку, свободную толщину, площадь образца, количество слоев, размер плиты, температуру испытания, скорость сжатия, время выдержки, а также указать, отображает ли график первый или последующий цикл нагружения. Вязкоупругие прокладки релаксируют, поэтому сила, измеренная непосредственно после закрытия, может отличаться от силы после выдержки.
В перечень оборудования компании Jiuju входят экспресс-тестер на сжатие, а также дюрометр и толщиномер по Шору 00. Дюрометр измеряет локальную твердость методом вдавливания. Тестер на сжатие прикладывает нагрузку к определенной площади и регистрирует результат. Последний используется для оценки нагрузки на сборку.
Предположим, что, согласно данным поставщика, максимальное расчетное сжатие составляет 120 кПа. Площадь прокладки размером 40 мм × 30 мм составляет 1,200 мм², или 0.0012 м²:
Force = 120,000 Pa × 0.0012 m² = 144 N
Это примерно 14.7 кгс, или сила, действующая со стороны массы 14.7 кг под действием земной гравитации. Сравнение приведено лишь для наглядности; для всей конструкции необходимо определить предельную нагрузку. Если на одну и ту же крышку действуют четыре прокладки, сложите их силы и учтите их положение. Высокая прокладка у края доски может вызвать изгиб, даже если суммарная сила кажется приемлемой.
Также сравните кривую с крайними значениями, полученными в процессе производства. Используйте максимально допустимую толщину прокладки и наименьший зазор для достижения максимальной деформации. Если заданная толщина составляет ±10%, то номинальная прокладка толщиной 2.0 мм может достигать 2.2 мм до сборки. Дополнительный более жесткий контроль, например, заявленная компанией Jiuju возможность ±5%, может уменьшить колебания усилия, но только при условии подтверждения соответствия точным конструктивным и закупочным характеристикам.
По возможности запросите данные электронной кривой. Рассчитать наихудшие сценарии и сравнить партии проще по таблице, чем по графику из небольшой брошюры.
Практическая процедура проверки
- Составьте карту минимальных и максимальных зазоров в нескольких сборках.
- Измерьте фактическую толщину прокладки под действием заданной измерительной силы.
- Рассчитайте минимальное и максимальное сжатие.
- Преобразуйте кривую давления для данного параметра в суммарную силу, распределенную по реальной площади.
- Проверьте правильность установки крепежных элементов и момент затяжки.
- Измерьте деформацию печатной платы или крышки.
- Проверьте контрольные метки на обеих поверхностях площадки.
- Испытательная температура при контролируемой нагрузке и температуре окружающей среды.
- Повторить после соответствующего периода велоспорта или старения.
Для конструкций с высоким риском необходимо учитывать нагрузку на зажим прибора или его перемещение. Проверочная температурная характеристика в первый день эксплуатации не гарантирует механической стабильности соединения.
FAQ
Подходит ли термопрокладка с 20% сжатием?
Возможно, но только если это подтверждают точная характеристика материала, предельная нагрузка компонента и набор допусков. Рассматривайте 20% как потенциальный целевой показатель, а не как спецификацию, скопированную для всех марок стали.
Требуется ли более мягкая подушечка большей компрессии?
Не обязательно. Более мягкая прокладка может принимать форму при меньшем давлении. Необходимая деформация зависит от шероховатости поверхности и кривой материала.
Можно ли сжать термопрокладку до половины её толщины?
Не делайте этого, если поставщик явно не подтвердит, что данная деформация и конструкция способны выдержать это усилие. Во многих конструкциях чрезмерная нагрузка или деформация опорных пластин возникнут задолго до достижения этого момента.
Как измерить степень сжатия после сборки?
Измерьте толщину свободной прокладки с контролируемым усилием и определите зазор или смещение в закрепленном узле. Избегайте использования сжатой, снятой прокладки в качестве единственного измерения, поскольку она может восстановиться или сохранить свою форму.
Укажите окно, а не слоган.
Правильный ответ на вопрос «насколько сильно должна сжиматься термопрокладка?» — это диапазон, подтвержденный данными о контакте и расчетом силовых нагрузок. Рассчитайте деформацию, проверьте давление, учтите допуски и проверьте работоспособность реальной конструкции.
В технических характеристиках термопрокладок Jiuju указаны стандартные марки и значения твердости по Шору 00. Для запроса помощи в выборе конкретной марки термопрокладки укажите диапазон зазора, площадь и предельное давление.
