Spis treści
Definicja naukowa
Zarządzanie ciepłem jest decydującym czynnikiem w urządzeniach elektronicznych, ponieważ przegrzanie komponentów może prowadzić do awarii. Celem jest zatem przeniesienie ciepła generowanego przez elektronikę do urządzenia chłodzącego, np. radiatora lub radiatora.
Jednak nawet najbardziej wydajny radiator nie jest w stanie optymalnie odprowadzać ciepła, jeśli powierzchnie styku nie są w stanie zagwarantować niezbędnego transferu ciepła. Pomimo nowoczesnych procesów produkcyjnych, pozostaje pewna chropowatość powierzchni, na której występują mikroskopijne wtrącenia powietrza. Materiały interfejsu termicznego, znane również jako Materiały interfejsu termicznego (TIM) zostały zaprojektowane w celu wypełnienia tych pustych przestrzeni między komponentami, aby znacznie poprawić transfer ciepła.
Oznacza to również, że rezystancja styku między elementem generującym ciepło a radiatorem powinna zostać zmniejszona poprzez zastosowanie TIM.
Właściwości termiczne TIMs
Wydajność TIM zależy zatem od jego właściwości termicznych. Wartości najczęściej używane w branży i wymienione w arkuszach danych to przewodność cieplna i impedancja cieplna. Biorąc pod uwagę impedancję termiczną zamiast tylko przewodności cieplnej TIM ma tę zaletę, że odzwierciedla również warunki aplikacji, ponieważ, na przykład, grubość materiału i ciśnienie kontaktowe są również brane pod uwagę.
Jest to związane z oporem cieplnym, który opisuje zdolność do przeciwstawiania się przepływowi ciepła. W przeciwieństwie do przewodności cieplnej, opór cieplny zależy od grubości materiału. Oznacza to, że im grubszy materiał, tym wyższa rezystancja termiczna, nawet jeśli przewodność cieplna pozostaje taka sama.
Podczas zarządzania ciepłem i wyboru TIM należy wziąć pod uwagę nie tylko przewodność cieplną materiału, ale także rezystancję styku.
rezystancja styku
między elementem generującym ciepło, TIM i radiatorem.
W tym miejscu do gry wkracza impedancja termiczna : opisuje ona sumę oporu cieplnego i oporu kontaktowego, tj. jest to całkowity opór, jaki zespół, tj. materiał i interfejsy materiałowe, przeciwstawiają się przepływowi ciepła.
Idealne są materiały o wysokiej przewodności cieplnej i najniższej możliwej impedancji termicznej.
Podsumowanie właściwości:
- Przewodność cieplna
- Grubość materiału
- Ciśnienie kontaktowe
- Odporność termiczna
- Rezystancja styków
Metoda pomiaru impedancji termicznej
Pomiary impedancji termicznej są zwykle wykonywane za pomocą testera TIM który spełnia normę ASTM D5470 standard. Stosowana jest metoda stacjonarna, w której próbka jest zaciśnięta pomiędzy ogrzewaną i chłodzoną płytą. Gradient temperatury na próbce, wynikający z tego przepływ ciepła i powierzchnia testowa lub powierzchnia płytki, która ma taki sam rozmiar jak testowana próbka, są następnie wykorzystywane do obliczenia impedancji termicznej. Impedancja termiczna mierzy zatem opór cieplny próbki plus opór cieplny interfejsu między materiałem a powierzchniami testowymi i jest oznaczana jako θ i podawana w jednostce m2∙K/W.
Ponieważ rezystancja styku zmienia się w zależności od powierzchni próbki i nacisku wywieranego przez powierzchnie testowe na badany materiał, nacisk jest rejestrowany przez tester TIM. Mierzona jest również grubość badanej próbki.
Tester TIM może być również używany do określania pozornej przewodności cieplnej, tj. specyficznej przewodności cieplnej dla warunków testowych. W tym celu należy wykluczyć rezystancję interfejsu termicznego. W tym celu impedancja termiczna jest najpierw mierzona jako funkcja różnych grubości próbki i wykreślana graficznie. Wynikiem jest linia prosta, której odwrotność gradientu jest pozorną przewodnością cieplną, a punkt przecięcia przy zerowej grubości odpowiada rezystancji styku na dwóch badanych powierzchniach.
