Теплопроводность показывает, насколько легко тепло передается через материал. Толщина термопрокладки показывает, какое расстояние должно пройти тепло через нее. При одинаковой площади и материале более тонкая прокладка имеет меньшее общее тепловое сопротивление — но только если она по-прежнему заполняет зазор и поддерживает контакт.
Последнее условие — это ловушка. Тонкая прокладка с высокой теплопроводностью и неполным контактом может проиграть более толстой и мягкой прокладке, которая устраняет воздушный зазор.
Соотношение первого порядка
Для одномерной проводимости через однородный слой:
Rbulk ≈ t / (k × A)
где:
Rbulkобъемное тепловое сопротивлениеtсжатая толщинаkочевидная теплопроводностьAплощадь теплового потока
Если удвоить толщину при прочих равных условиях, то основная часть сопротивления примерно удвоится. Если удвоить теплопроводность, то она примерно уменьшится вдвое.
В реальных условиях на обеих поверхностях возникает контактное сопротивление. Давление, шероховатость, плоскостность, распределение наполнителя и соответствие формы изменяют результат.
Почему показатель Вт/м·К не позволяет предсказать температуру установки?
Стандарт ASTM D5470 измеряет установившееся тепловое сопротивление теплопроводящих электроизоляционных материалов. В стандарте отмечается, что в практических приложениях не воспроизводятся идеализированные условия параллельного теплового потока. В нем также описывается использование образцов различной толщины для разделения кажущейся теплопроводности и контактного сопротивления.
При сравнении двух ковриков задайте себе следующие вопросы:
- При какой толщине были зафиксированы значения импеданса?
- Какое давление или нагрузка были приложены?
- Какова была средняя температура во время испытаний?
- Образец был армирован или имел клеевую основу?
- Включает ли значение оба интерфейса?
- Измеряется ли теплопроводность или выводится из какой-либо модели?
Значение теплопроводности, полученное без соблюдения этих условий, является показателем, используемым для отбора материалов, а не гарантией сохранения рабочей температуры устройства.
Простой пример сравнения
Рассмотрим ту же площадь контакта 400 мм²:
- Прокладка A: толщина в сжатом состоянии 1.0 мм, 5 Вт/м·К
- Прокладка B: толщина в сжатом состоянии 2.0 мм, 10 Вт/м·К
Используя только уравнение для расчета объемного сопротивления, можно получить одинаковые значения объемного сопротивления в обоих случаях, поскольку толщина и теплопроводность подушки B удваиваются. Однако результаты установки могут отличаться, так как контактное сопротивление и требуемое давление сжатия могут не совпадать.
Если подушечка А обеспечивает полный контакт при малой силе, а подушечка В слишком твердая, чтобы принять нужную форму, подушечка А может показать лучшие результаты. Если подушечка А не может преодолеть реальный зазор, ее теоретическое преимущество не имеет значения.
Сначала выбирайте толщину, а затем теплопроводность?
Ни один из них сам по себе. Используйте следующую последовательность:
- Определите минимальный и максимальный зазор.
- Определите предельные значения усилий, прилагаемых к компонентам и узлам.
- Составьте список материалов, которые соответствуют этому диапазону.
- Сравните тепловое сопротивление при требуемой толщине и давлении.
- Подтвердите требования к электрооборудованию, охране окружающей среды и уровню загрязнения.
- Проверьте работоспособность собранного изделия.
В руководстве по выбору толщины термопрокладки приводятся расчеты геометрии и допусков.
Перед сравнением двух значений теплопроводности убедитесь, что оба варианта выполняют одну и ту же функцию на границе раздела. Сжимаемая прокладка, текучий заполнитель зазоров, паста и материал с фазовым переходом могут иметь совершенно разные диапазоны полезной теплопроводности и параметры управления процессом. Их значения Вт/м·К не являются нормализованным рейтингом.
Для составления объективного списка кандидатов сравните тепловое сопротивление при требуемой толщине клеевого шва, давлении и температуре. Затем добавьте механические ограничения и ограничения по надежности: соответствие стандартам, суммарная сила, электрическая изоляция, перемещение материала, доработка и старение. Кандидат не должен продвигаться дальше только потому, что у него наибольшее значение теплопроводности в таблице для смешанных материалов.
Когда использование прокладки с более высокой теплопроводностью может не помочь.
На требуемом уровне это сложнее.
Увеличение содержания наполнителя может повысить теплопроводность, а также изменить твердость и характеристики сжатия. Если для срабатывания прокладки требуется большее усилие, чем может обеспечить узел, контакт может ухудшиться.
Доступен только в более толстом исполнении.
Более длинный путь может частично компенсировать увеличение теплопроводности. Сравнивайте импеданс, а не только Вт/м·К.
Путь распространения тепла ограничен в других местах.
Сопротивление может определяться составом компонентов, теплоотводом, охлаждающей пластиной, конвекционным контуром или контуром охлаждения. В этом случае улучшение только самой теплоотводящей пластины приведет к незначительному изменению температуры.
Площадь контакта оказалась меньше, чем ожидалось.
Изгиб упаковки, прогиб платы, шероховатость поверхности или неправильное размещение могут уменьшить эффективную площадь.
Почему система наполнителя изменяется не только за счет теплопроводности
Термопрокладка представляет собой полимерную матрицу, содержащую теплопроводящие частицы. Повышение теплопроводности может привести к изменению типа наполнителя, распределения частиц по размерам, обработки поверхности и состава. Эти изменения могут повлиять на вязкость при смешивании, поведение при каландрировании, твердость, усилие сжатия, электрические свойства и долговременную стабильность.
В соответствии с документированным рабочим процессом входящего контроля Jiuju, проверяются параметры размера частиц наполнителя, такие как D10, D50 и D90, а также вязкость смеси и содержание летучих веществ. В списке разрабатываемых материалов представлены семейства потенциальных наполнителей с различной теплопроводностью, включая гидроксид алюминия, оксид алюминия, нитрид алюминия, нитрид бора, алмаз, алюминий и углеродное волокно. Это лишь кандидаты на роль компонентов, а не утверждение, что каждая подушечка содержит каждый наполнитель.
Это различие важно для технических характеристик. Проводящие частицы могут улучшить теплопроводность, но также изменить электрические риски. Не следует делать вывод о диэлектрической изоляции на основе теплопроводности или общего названия марки. Запрашивайте точные данные об объемном сопротивлении, пробое, толщине в сжатом состоянии и конструкции именно данной марки.
Компания Jiuju также описывает процесс сухой модификации поверхности, при котором полимерный модификатор распыляется на диспергированный неорганический порошок и образует поверхностное покрытие за счет химического взаимодействия. Целью разработки является улучшение совместимости частиц и их дисперсии в матрице. С точки зрения инженерных решений, обработка частиц является одним из способов контроля состава; любое заявленное повышение производительности все равно требует соответствующего отчета об испытаниях.
Как проверить потенциального кандидата на использование планшета
Используйте поэтапное сравнение, чтобы высокое значение Вт/м·К не скрывало механическое несоответствие:
- Убедитесь, что кандидат покрывает минимальный и максимальный разрыв.
- Сравните твердость по Шору 00 и полную кривую зависимости сжатия от деформации.
- Сравните тепловое сопротивление при заданной толщине, давлении и температуре.
- Проверьте требования к электрической изоляции, усилению, клею и уровню загрязнения.
- Проверьте данные контроля партии на предмет толщины, твердости и согласованного термического контроля.
- Проверьте работоспособность установленного узла до и после соответствующих испытаний на старение или циклической эксплуатации.
В перечень лабораторных методик компании Jiuju входят анализ гранулометрического состава, вискозиметрия, измерение твердости по Шору 00 и толщины, испытания на сжатие, термические испытания по стандарту ASTM D5470, испытания на высокое сопротивление и напряжение пробоя, а также климатические камеры. Этот список не делает все классы эквивалентными. Он показывает, какие вопросы могут быть преобразованы в измерения, если в техническом задании проекта указан риск.
Как Jiuju сообщает о диапазоне материалов
Компания Jiuju заявляет о теплопроводности своих теплоотводящих прокладок в диапазоне от 1.2 до 25 Вт/м·К, при этом модель JIUJU625X считается самой теплоотводящей из указанных. В текущей общедоступной таблице технических характеристик теплоотводящих прокладок перечислены стандартные модели с теплопроводностью от 2.0 до 6.0 Вт/м·К, а также указаны толщина, твердость по Шору 00, сопротивление и электрические характеристики.
Для марок стали, не входящих в общедоступную таблицу, запросите актуальный техническое описание и протокол испытаний. Подтвердите толщину образца, давление, метод испытаний и применимость значения к конкретной производственной конструкции.
Компания Jiuju также сообщает, что каждая партия термопрокладок может включать в себя проверку теплопроводности, твердости, размеров, внешнего вида и согласованные с заказчиком параметры. Метод и периодичность приемки указываются в соглашении о качестве.
Перед сравнением двух марок материала запросите одну строку с совпадающими данными: точная конструкция, свободная и испытательная толщина, давление, средняя температура, тепловое сопротивление, твердость по Шору 00 и напряжение сжатия при расчетной деформации. Эта строка часто оказывается полезнее, чем страница с несовпадающими максимальными значениями.
FAQ
Действительно ли коврик с показателем 10 Вт/м·К в два раза эффективнее коврика с показателем 5 Вт/м·К?
Не обязательно. Идеальное объемное сопротивление уменьшается вдвое только при одинаковой толщине, площади и условиях испытаний. Контактное сопротивление и остальная часть теплового пути могут играть доминирующую роль.
Обладают ли более толстые термопрокладки более низкой теплопроводностью?
Толщина не изменяет собственную теплопроводность однородного состава, но увеличивает объемное сопротивление. Измеренные кажущиеся значения также могут варьироваться в зависимости от конструкции образца и межфазных эффектов.
Всегда ли следует выбирать самую тонкую прокладку?
Выберите самую тонкую прокладку, которая заполняет максимальный зазор и остается в пределах допустимого диапазона силы сжатия при минимальном зазоре.
Сравните показатели производительности установленных систем.
Толщина теплоотводящей прокладки и теплопроводность действуют в противоположных направлениях только в простом уравнении для объемного материала. В реальной сборке применимость этого уравнения определяется соответствием и силой воздействия.
Измерьте зазор, выберите механически совместимый материал, сравните импеданс в соответствующих условиях и проверьте температуру. Для выбора материала ознакомьтесь с продукцией Jiuju для термопрокладок и запросите данные, специфичные для конкретного давления.
