Indice dei contenuti
Definizione scientifica
La gestione termica è un fattore decisivo nei dispositivi elettronici, poiché il surriscaldamento dei componenti può portare a guasti. L’obiettivo è quindi quello di trasferire il calore generato dall’elettronica a un dispositivo di raffreddamento, ad esempio un dissipatore o un dissipatore di calore.
Tuttavia, anche il dissipatore più potente non può dissipare il calore in modo ottimale se le superfici di contatto non riescono a garantire il necessario trasferimento di calore. Nonostante i moderni processi di produzione, rimane una certa rugosità superficiale, sulla quale si formano inclusioni d’aria di dimensioni microscopiche. I materiali di interfaccia termica, noti anche come Materiali di Interfaccia Termica (TIM) sono progettati per riempire queste cavità tra i componenti in modo da migliorare significativamente il trasferimento di calore.
Questo significa anche che la resistenza di contatto tra il componente che genera calore e il dissipatore deve essere ridotta utilizzando il TIM.
Proprietà termiche dei TIM
Le prestazioni di un TIM dipendono quindi dalle sue proprietà termiche. I valori più utilizzati nel settore e riportati nelle schede tecniche sono la conducibilità termica e l’impedenza termica. Considerare l’impedenza termica anziché solo la conduttività termica di un TIM ha il vantaggio di riflettere anche le condizioni dell’applicazione, poiché, ad esempio, si tiene conto anche dello spessore del materiale e della pressione di contatto.
Questo è associato alla resistenza termica, che descrive la capacità di resistere a un flusso di calore. A differenza della conducibilità termica, la resistenza termica dipende dallo spessore del materiale. Ciò significa che quanto più spesso è il materiale, tanto più alta sarà la resistenza termica, anche se la conducibilità termica rimane invariata.
Quando si gestisce il calore e si seleziona un TIM , non bisogna tenere conto solo della conducibilità termica del materiale, ma anche della resistenza di contatto.
resistenza di contatto
tra il componente che genera calore, il TIM e il dissipatore di calore.
È qui che entra in gioco l’impedenza termica : essa descrive la somma della resistenza termica e della resistenza di contatto, ossia la resistenza totale che un assemblaggio, cioè il materiale e le interfacce del materiale, oppone al flusso di calore.
L’ideale sono i materiali con un’elevata conducibilità termica e la più bassa impedenza termica possibile.
Proprietà riassunte:
- Conducibilità termica
- Spessore del materiale
- Pressione di contatto
- Resistenza termica
- Resistenza di contatto
Metodo di misurazione dell'impedenza termica
Le misurazioni dell’impedenza termica vengono solitamente effettuate con un tester TIM che soddisfa lo standard ASTM D5470 standard. Si utilizza un metodo stazionario in cui un campione viene bloccato tra una piastra riscaldata e una raffreddata. Il gradiente di temperatura attraverso il campione, il flusso di calore risultante e la superficie di prova o l’area della piastra, che ha le stesse dimensioni del campione da testare, vengono utilizzati per calcolare l’impedenza termica. L’impedenza termica misura quindi la resistenza termica del campione più la resistenza dell’interfaccia termica tra il materiale e le superfici di prova ed è contrassegnata dalla sigla θ e indicata nell’unità di misura m2∙K/W.
Poiché la resistenza di contatto varia a seconda della superficie del provino e della pressione di contatto esercitata dalle superfici di prova sul materiale testato, la pressione viene registrata dal tester TIM. Viene misurato anche lo spessore del provino.
Il tester TIM può essere utilizzato anche per determinare la conduttività termica apparente, ovvero la conduttività termica specifica per le condizioni di prova. A tal fine, è necessario escludere la resistenza dell’interfaccia termica. A tal fine, l’impedenza termica viene prima misurata in funzione di diversi spessori del campione e poi tracciata graficamente. Si ottiene così una linea retta il cui reciproco del gradiente è la conduttività termica apparente e l’intercetta a spessore zero corrisponde alla resistenza di contatto delle due superfici di prova.
