Номинальный зазор в 1.0 мм в CAD-моделях редко соответствует 1.0 мм на производственной линии.
Накопление допусков, обусловленное разницей в высоте компонентов, деформацией печатной платы, допусками при изготовлении контактных площадок и предварительной нагрузкой крепежных элементов, делает использование стандартных таблиц размеров серьезным риском для надежности. Выбор размеров наугад приводит к двум различным видам отказов:
- Избыточная толщина: Чрезмерное напряжение при зажиме приводит к изгибу платы, растрескиванию паяных соединений и наклону радиатора.
- Недостаточная толщина: Неполное смачивание поверхности приводит к образованию микроскопических воздушных пустот, вызывая локальные перегревы и тепловой разгон.
Золотое правило: Оптимальная термопрокладка — это самая тонкая, гарантирующая полный контакт при самых высоких механических допусках без превышения предельной механической нагрузки компонентов.
Данное руководство представляет собой воспроизводимую, термомеханическую систему подбора параметров для измерения фактических зазоров при сборке, расчета номинальной толщины с учетом предельных значений допуска и проверки теплового сопротивления наряду с механическим напряжением.
Принцип определения размера
Используйте следующую последовательность:
- Измерьте собранный зазор в каждой точке теплового контакта.
- Найдите минимальный и максимальный зазор в зависимости от местоположения, допуска и единиц измерения.
- Выберите материал и получите данные о его силе сжатия.
- Рассчитайте номинальную толщину прокладки, которая позволит каждому элементу оставаться в пределах утвержденного диапазона сжатия.
- Проверьте контакт, деформацию платы, посадку крепежных элементов и температуру в реальной сборке.
Не следует выбирать толщину, основываясь только на теплопроводности. Прокладка с теплопроводностью 10 Вт/м·К, едва касающаяся одной поверхности, может работать хуже, чем прокладка с более низкой теплопроводностью, обеспечивающая полный и контролируемый контакт.
Тепломеханические компромиссы
Термопрокладка выполняет две функции. Она должна замещать изолирующий воздух в зазоре и создавать эффективный путь для отвода тепла без применения разрушительной силы.
Для простого одномерного сравнения можно отметить, что объемное тепловое сопротивление увеличивается с толщиной:
Rbulk ≈ t / (k × A)
в котором t толщина клеевого шва, k является кажущейся теплопроводностью, и A Площадь контакта. Реальные интерфейсы также включают контактное сопротивление на обеих поверхностях. Давление, плоскостность, шероховатость и соответствие формы подушки изменяют эти параметры.
Именно поэтому значение теплопроводности, указанное в техническом паспорте, не является результатом работы системы. Стандарт ASTM D5470 измеряет установившееся тепловое сопротивление в контролируемых условиях и прямо указывает, что его идеализированный тепловой поток не воспроизводит большинство применений. В нем также поясняется, что тестирование образцов различной толщины позволяет разделить объемное и контактное сопротивление.
Толщина создает двусторонний риск:
- Слишком худой: неполный контакт, воздушные зазоры, локальные перегревы и нестабильная работа.
- Слишком густо: Более длинный путь передачи тепла, чрезмерное усилие сжатия, наклон радиатора, неполная установка крепежных элементов или напряжение на печатной плате/компонентах.
Наилучший вариант — это не «максимально толстый» или даже «максимально тонкий». Это настолько тонкий материал, который конструкция может надежно выдерживать, обеспечивая при этом полный контакт.
Ключевые параметры пробелов
Прежде чем что-либо вычислять, сохраните эти значения отдельно.
Свободный зазор
Расстояние между источником тепла и охлаждающей поверхностью до установки термопрокладки, при условии, что сборка удерживается в заданном механическом положении.
Номинальная толщина прокладки
Толщина, указанная на чертеже, этикетке или в техническом паспорте перед установкой.
Фактическая толщина прокладки
Толщина конкретной прокладки, измеренная при производстве. Она отличается от номинальной в соответствии с допусками производителя.
Сжатая толщина
Толщина контактной площадки после крепления корпуса или радиатора. В хорошо установленной сборке она должна быть близка к рабочему зазору в этом месте.
Степень сжатия составляет:
Compression = (free pad thickness − compressed thickness) / free pad thickness
Всегда указывайте значение в процентах и сочетайте его с давлением или силой. Указание «20% сжатия» без указания силы, необходимой для достижения этого значения, является лишь половиной спецификации.
4-этапный процесс отбора
Шаг 1: Измерьте реальный зазор при сборке.
Измерьте зазор в состоянии, соответствующем производственному процессу: правильное расположение крепежных элементов, последовательность затяжки болтов, прокладка, корпус, опоры платы и сопрягаемые детали. Некачественная модель может искажать окончательную геометрию.
Используйте более одной точки контакта. Холодная пластина может оставаться плоской, в то время как печатная плата изгибается. В одном углу может наблюдаться зазор в 0.8 мм, а в другом — 1.1 мм. Ваша контактная площадка должна выдерживать такой диапазон, не превращая плату в подобие пружины.
Практические методы включают в себя:
- Для обеспечения доступности узлов, основанных на базовых точках, потребуется координатно-измерительное оборудование или высотомер.
- Щупы для измерения толщины материала используются там, где геометрия позволяет прямой доступ.
- Незатвердевающий контрольный материал для картирования зазоров прототипа
- Контрольные образцы для испытаний, вырезанные из образцов подходящей толщины.
- Измерение поперечного сечения или смещения для высокоточной проверки
Не следует зажимать использованную мягкую накладку штангенциркулем и считать полученное значение исходным зазором. Вы можете измерить давление рукой сильнее, чем давление на деталь.
Подробные инструкции см. в разделе « Как точно измерить толщину термопрокладки и зазор между компонентами».
Шаг 2: Определите окно сжатия.
Для определения точного класса и толщины используйте кривую зависимости деформации от сжатия, предоставленную поставщиком. Стандарт ASTM D575 описывает испытания резиновых смесей на деформацию при сжатии и полезен для сравнения жесткости при сжатии.
Допустимый для вас временной промежуток зависит от:
- Необходимо прикоснуться, чтобы смочить обе поверхности.
- Максимальное давление, которое могут выдерживать компонент, паяные соединения и печатная плата.
- Нагрузка на крепежные элементы и жесткость корпуса
- Долговременная остаточная деформация сжатия и термоциклирование
- Неважно, усилена ли подушка или нет.
- Требования к обработке и доработке
Избегайте использования универсального процента сжатия. Две прокладки с одинаковой твердостью по Шору 00 могут создавать разную силу при одинаковой деформации, поскольку состав, толщина, армирование и условия испытаний различаются.
Шаг 3: Рассчитайте начальную номинальную толщину.
If G является рабочим разрывом и C Если целевое значение коэффициента сжатия, то первоначальная оценка выглядит следующим образом:
Pad thickness T = G / (1 − C)
При измеренном зазоре 1.20 мм и утвержденном поставщиком целевом значении 20%:
T = 1.20 / (1 − 0.20) = 1.50 mm
Таким образом, толщина 1.5 мм является разумным прототипом, а не гарантированным началом серийного производства.
Шаг 4: Проверьте крайние значения допустимых отклонений.
Теперь протестируем наихудшие сценарии.
Minimum compression = 1 − (maximum gap / minimum pad thickness)
Maximum compression = 1 − (minimum gap / maximum pad thickness)
Предположим, что зазор при сборке составляет 1.20 ± 0.10 мм, а толщина контактной площадки 1.50 мм имеет допуск ±10%:
- Максимальный зазор: 1.30 мм
- Минимальный зазор: 1.10 мм
- Минимальная толщина прокладки: 1.35 мм
- Максимальная толщина прокладки: 1.65 мм
- Минимальная степень сжатия: около 3.7%.
- Максимальная степень сжатия: около 33.3%
В номинальном проекте указано 20%. В производстве этот показатель может составлять примерно от 4% до 33%. Если материал не прошел проверку в этом диапазоне, следует изменить допуск, марку контактной площадки, конструкцию крепления или номинальную толщину.
В текущей производственной практике Jiuju стандартный допуск по толщине термопрокладок обычно составляет ±10%, а для более жестких требований возможен допуск ±5%. Толщина от 0.3 мм до 15 мм считается возможной для изготовления, но диапазон допустимых значений все еще зависит от точной рецептуры и чертежа. Рассматривайте эти значения как исходные данные для закупки, а затем подтвердите их в утвержденной спецификации.
Матрица номинальной толщины
При замене требуется особая осторожность, поскольку снятая прокладка уже была сжата, нагрета и подверглась старению.
- Перед снятием сфотографируйте и обозначьте каждое место установки подушечки.
- Запишите ориентацию, номер детали и наличие у подушечки несущей или клейкой пленки.
- При наличии измерьте толщину нескольких неповрежденных участков с помощью тонкостенного измерителя малой силы.
- Сравните оттиски с обеих сторон. Односторонний отпечаток свидетельствует о неполном контакте.
- Перед выбором замены ознакомьтесь с руководством по эксплуатации или оригинальным чертежом.
- Повторно соберите и проверьте температуру при той же нагрузке, управлении вентилятором и условиях окружающей среды.
Штангенциркуль может помочь при работе с более жесткими колодками, но усилие его зажима может сжимать мягкие породы металла. Для контроля качества на производстве следует указывать усилие и метод измерения, а не просто писать «измерить толщину».
Ключевые свойства материала
Стандартные размеры, такие как 0.5, 1.0, 1.5 и 2.0 мм, являются удобным вариантом для складского учета. Однако это не универсальные правила для компонентов.
| Номинальная толщина | Полезная отправная точка | Основной риск проверки |
|---|---|---|
| 0.5 мм | Узкие, хорошо контролируемые зазоры и плоские границы раздела. | Пропущенный контакт в местах с высокой толерантностью |
| 1.0 мм | Умеренный зазор с небольшими колебаниями высоты. | Сила возрастает, если реальный разрыв меньше ожидаемого. |
| 1.5 мм | Большие отклонения или неравномерная высота компонентов. | Увеличено объемное сопротивление и наклон радиатора. |
| 2.0 мм | Широкие зазоры и соответствующие требованиям конструкции корпусов | Избыточная сила, длинный тепловой путь и боковое смещение |
Окончательный выбор зависит от измеренного зазора и кривой зависимости силы от деформации контактной площадки. Одного названия компонента недостаточно. В рамках одного семейства графических процессоров могут использоваться разные зазоры у разных производителей плат и в разных версиях систем охлаждения.
Для более подробного сравнения ознакомьтесь со статьей «Термопрокладки 0.5 мм против 1 мм против 1.5 мм против 2 мм».
Диагностические симптомы
Теплопроводность и импеданс
Более высокая проводимость может снизить объемное сопротивление, но толщина и контакт играют решающую роль, если прокладка плохо подогнана. Сравнивайте тепловое сопротивление при соответствующей толщине и давлении, если поставщики предоставляют эту информацию, а не проводимость отдельно.
Компания Jiuju сообщает о диапазоне теплопроводности термопрокладок от 1.2 до 25 Вт/м·К, при этом JIUJU625X указан как наивысший заявленный класс. Стандартные опубликованные модели в настоящее время содержат информацию о более низких значениях теплопроводности на странице технических характеристик термопрокладок . Перед проектированием, исходя из какого-либо значения, запросите актуальный техническое описание и условия испытаний.
Твердость и сила сжатия
Мягкость помогает прокладке принимать форму при меньшей нагрузке. Однако твердость не является прямой заменой данным о силе сжатия. Подтвердите шкалу: термопрокладки Jiuju используют шкалу Shore 00 , а не Shore A. Jiuju заявляет о высокой теплопроводности в диапазоне 8–25 Вт/м·К при твердости 40–60 по шкале Shore 00, однако это требует подтверждения уровня твердости.
Перед заменой одного состава другим ознакомьтесь с информацией о том, как твердость термопрокладки влияет на выбор толщины .
Электрическая изоляция
Если контактная площадка пересекает открытые проводники, проверьте напряжение пробоя, диэлектрическую прочность, объемное удельное сопротивление и минимальную толщину после сжатия. Не следует предполагать, что каждый теплопроводящий лист является электроизоляционным.
Варианты с силиконовым покрытием, с минимальным растеканием и без силиконового покрытия.
Оптические элементы, датчики, реле и чувствительные к загрязнениям корпуса могут потребовать использования материалов с низким уровнем проникновения влаги или без силикона. Компания Jiuju сообщает:
- Несиликоновые прокладки JIUJU-F6000 с цветовой температурой от 1.2 до 8.0 Вт/м·К
- Специфические показатели F6300–F6800 от 3.0 до 8.0 Вт/м·К
- Согласно имеющимся данным, предел потери массы летучих веществ после нагревания до 120°C в течение 72 часов для серии, не содержащей силикона, составляет ≤0.5%
- Сплавы с низким уровнем утечки, от JIUJU6600LB до JIUJU625XLB, с внутренним испытанием на маслопроницаемость при 125°C в течение 14 дней, показали толщину менее 3 мм.
Это заявленные производителем характеристики, а не универсальные отраслевые ограничения. Запросите точный отчет, толщину образца, условия подготовки, метод приемки и применимость к партии.
Измерение существующих подушек
Признаки того, что подушечка может быть слишком тонкой
- Отсутствует контрольная метка с одной стороны.
- Несмотря на довольно высокий рейтинг качества материалов, функция точки доступа сохраняется.
- Производительность изменяется при нажатии на корпус вручную.
- Некоторые компоненты соприкасаются, в то время как более короткие соседние компоненты не соприкасаются.
- На тепловом изображении виден локальный разрыв в пути передачи тепла.
Признаки того, что подушка может быть слишком толстой
- Радиатор или крышка не прилегают плотно к упорам.
- Крутящий момент винта возрастает до того, как соединение закроется.
- Изгибы печатной платы или наклон компонентов
- Соседний слой пасты теряет контакт.
- Температура повышается после установки «лучшей», но более толстой прокладки.
- Подушечка выдавливается, сминается или рвется по краям.
См. статью «Термопрокладка слишком толстая или слишком тонкая?» для получения информации о порядке диагностики.
Руководство по применению
В первую очередь используйте чертеж или сервисные данные производителя оборудования. Если они недоступны, измерьте точное устройство и рассматривайте только распространенные размеры как прототипные.
- Видеопамять и VRM графического процессора: Составьте карту высоты каждого устройства. Убедитесь, что подставка не отодвигает кулер от кристалла графического процессора или от места нанесения термопасты.
- Твердотельный накопитель M.2: Проверьте, контактирует ли теплоотвод с одной или обеими сторонами, а также различаются ли размеры корпусов NAND и высота контроллера.
- Силовые модули и преобразователи: Включите в критерии выпуска изоляционные свойства, нагрузку на крепежные элементы, вибрацию, плоскостность и температурные циклы.
- Аккумуляторные батареи и автомобильная электроника: Проектирование ориентировано на совокупность дефектов, а не на один идеальный образец. Автоматизация и доработка могут иметь такое же значение, как и проводимость.
- Оптические и сенсорные системы: Перед определением толщины сита необходимо добавить требования к загрязнению и содержанию летучих веществ.
Для более подробного анализа применения см. разделы «Толщина термопрокладок по областям применения» и «Решения Jiuju для охлаждения бытовой электроники».
Контрольный список проверки производства
Перед утверждением чертежа площадки проверьте следующее:
Компания Jiuju сообщает, что в отгрузочных документах на термопрокладки могут быть указаны проводимость, твердость, размеры, внешний вид и параметры испытаний, определенные заказчиком. Периодичность проведения испытаний неосновных компонентов и испытаний на надежность может отличаться, если проект специально не требует контроля каждой партии. Укажите требуемую частоту и пределы допустимых отклонений в спецификации закупки; не полагайтесь на устную маркировку «проверено».
Создайте пакет данных, учитывающий риски.
Надежный пакет проверки поставщика выходит далеко за рамки номинального значения теплопроводности, указанного в каталоге. Для критически важных по толщине и напряжению интерфейсов критерии испытаний поставщика должны напрямую соответствовать допускам, указанным на чертежах, и профилям рисков, специфичным для конкретного применения:
- Оптические и камерные модули: Для предотвращения загрязнения линз необходимо уделять особое внимание жестким допускам по толщине, низкому содержанию летучих конденсируемых веществ (CVCM), нулевому выделению силоксана и предельным значениям выхода масла.
- Силовая электроника и преобразователи: Требуются данные о деформации под действием силы сжатия (ASTM D575), напряжении пробоя диэлектрика, объемном удельном сопротивлении и тепловом импедансе при термическом ударе.
- Автомобильные аккумуляторные батареи (BESS): Особое внимание следует уделить соосности на больших площадях, непрерывному сохранению усилия зажима, виброустойчивости и долговременной остаточной деформации при сжатии.
Артефакты системы управления качеством, такие как результаты APQP, DFMEA/PFMEA и отслеживание первопричин 8D, служат основой для прослеживаемости. Они обеспечивают тесную связь номинальных размеров, допусков от партии к партии, методов измерения (например, толщины с помощью низкосилового датчика, термических испытаний по стандарту ASTM D5470) и частоты выборки на протяжении всего серийного производства.
Контрольный список предварительной проверки одобрения
Перед утверждением чертежа теплопроводности запросите и уточните у поставщика следующую информацию:
- Технический паспорт марки (TDS) и кривая напряжение-деформация по стандарту ASTM D575.
- Сертификат анализа (COA) / отгрузочный отчет по конкретной партии, отражающий фактические размеры и методы измерения твердости по Шору 00.
- Отчеты об испытаниях на дегазацию, удаление масла или электрическую изоляцию, соответствующие точному диапазону давления и рабочих температур вашей сборки.
Проверка производства
Сообщите нашей инженерной команде размеры рабочего зазора (Gmin/Gmax), целевое давление зажима, целевые показатели теплопроводности и требования к изоляции.
FAQ
Толщина термопрокладки должна превышать измеренный зазор?
Обычно да, потому что сжимаемой прокладке необходимо некоторое сопротивление для поддержания контакта. Требуемое сопротивление определяется подтвержденным диапазоном сжатия и кривой силы для данного класса, а не универсальным процентом.
Всегда ли более тонкая термопрокладка лучше?
Только если он полностью заполняет наихудший сценарий. Более тонкий тепловой канал способствует увеличению объемного сопротивления, но воздушный зазор может нивелировать это преимущество.
Можно ли накладывать термопрокладки друг на друга, чтобы достичь необходимой толщины?
Многослойная конструкция может использоваться в качестве прототипа или запасного варианта для ремонта, но дополнительный внутренний интерфейс вносит неопределенность, и слои могут смещаться. Обычно в производстве проще контролировать заданную толщину. См. статью « Можно ли использовать многослойные термопрокладки?».
Насколько сильно должна сжиматься термопрокладка?
Достаточно для обеспечения полного контакта, но недостаточно для превышения допустимого предела усилия сборки или подтвержденной поставщиком деформации. Используйте данные о сжатии-деформации для точной характеристики термопрокладки. См. раздел « Насколько сильно должна сжиматься термопрокладка?».
В каких случаях термозамазка лучше, чем термопрокладка?
Термопаста или дозируемый заполнитель зазоров подходит для широких, неровных или многоуровневых зазоров, где листовой материал потребовал бы чрезмерной толщины или большого количества артикулов. В этом случае важны контроль процесса, откачка, доработка и объем дозирования. Сравните их в статье « Термопрокладка против термопасты для неровных зазоров».
Толщину выбирайте из комплекта, а не из полки.
Оптимальная толщина термопрокладки — это контролируемая механическая посадка, которая также соответствует целевому значению температуры. Измерьте реальный зазор, рассчитайте крайние значения допуска, проверьте кривую усилия и подтвердите правильность сборки. Этот процесс занимает больше времени, чем копирование размеров с форума, но гораздо меньше, чем отладка деформированной платы.
Если вы выбираете материал для производства, отправьте в компанию Jiuju информацию о минимальном и максимальном зазоре, площади контакта, способе монтажа, предельном давлении, рабочей температуре, требованиях к изоляции и допустимых уровнях загрязнения. Специалисты смогут порекомендовать подходящий вариант термопрокладки и согласовать отгрузочный отчет с вашими критически важными проверками.
