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Definição científica
A gestão térmica é um fator decisivo nos dispositivos electrónicos, uma vez que o sobreaquecimento dos componentes pode levar a falhas. O objetivo é, por isso, transferir o calor gerado pelos componentes electrónicos para um dispositivo de arrefecimento, por exemplo, um dissipador de calor ou um dissipador de calor.
No entanto, mesmo o dissipador de calor mais potente não consegue dissipar o calor de forma ideal se as superfícies de contacto não conseguirem garantir a transferência de calor necessária. Apesar dos modernos processos de fabrico, permanece uma certa rugosidade na superfície, na qual ocorrem pequenas inclusões de ar microscópicas. Os materiais de interface térmica, também conhecidos como Materiais de Interface Térmica (TIMs) são concebidos para preencher estas cavidades entre os componentes, de modo a que a transferência de calor seja significativamente melhorada.
Isto significa também que a resistência de contacto entre o componente gerador de calor e o dissipador de calor deve ser reduzida através da utilização do TIM.
Propriedades térmicas dos TIMs
Por conseguinte, o desempenho de um TIM depende das suas propriedades térmicas. Os valores mais frequentemente utilizados na indústria e listados nas folhas de dados são a condutividade térmica e a impedância térmica. Considerando a impedância térmica em vez de apenas a condutividade térmica de um TIM tem a vantagem de também refletir as condições da aplicação, uma vez que, por exemplo, a espessura do material e a pressão de contacto também são tidas em conta.
Isto está associado à resistência térmica, que descreve a capacidade de resistir a um fluxo de calor. Em contraste com a condutividade térmica, a resistência térmica depende da espessura do material. Isto significa que quanto mais espesso for o material, maior será a resistência térmica, mesmo que a condutividade térmica permaneça a mesma.
Ao gerir o calor e selecionar um TIM , não só a condutividade térmica do material deve ser tida em conta, mas também a resistência de contacto.
resistência de contacto
entre o componente gerador de calor, o TIM e o dissipador de calor.
É aqui que a impedância térmica entra em jogo: descreve a soma da resistência térmica e da resistência de contacto, ou seja, é a resistência total que um conjunto, ou seja, o material e as interfaces do material, opõem ao fluxo de calor.
Os materiais com elevada condutividade térmica e a menor impedância térmica possível são ideais.
Propriedades resumidas:
- Condutividade térmica
- Espessura do material
- Pressão de contacto
- Resistência térmica
- Resistência de contacto
Método de medição da impedância térmica
As medições da impedância térmica são normalmente efectuadas com um testador TIM que cumpre a norma ASTM D5470 norma. É utilizado um método estacionário em que uma amostra é fixada entre uma placa aquecida e uma placa arrefecida. O gradiente de temperatura através da amostra, o fluxo de calor resultante e a área de ensaio ou área de superfície da placa, que é do mesmo tamanho que a amostra a ser ensaiada, são então utilizados para calcular a impedância térmica. A impedância térmica mede, assim, a resistência térmica da amostra mais a resistência da interface térmica entre o material e as superfícies de ensaio e é designada por θ e dada na unidade m2∙K/W.
Uma vez que a resistência de contacto varia em função da superfície do provete e da pressão de contacto exercida pelas superfícies de ensaio sobre o material ensaiado, a pressão é registada pelo aparelho de ensaio TIM. A espessura do provete de ensaio também é medida.
O aparelho de teste TIM também pode ser utilizado para determinar a condutividade térmica aparente, ou seja, a condutividade térmica específica para as condições de teste. Para tal, a resistência da interface térmica deve ser excluída. Para o fazer, a impedância térmica é primeiro medida em função de diferentes espessuras de amostra e traçada graficamente. Isto resulta numa linha reta cujo recíproco do gradiente é a condutividade térmica aparente e a interceção na espessura zero corresponde à resistência de contacto nas duas superfícies de ensaio.
