Τι είναι η θερμική αγωγιμότητα;

Η θερμική αγωγιμότητα είναι η ιδιότητα που σας λέει πόσο εύκολα κινείται η θερμότητα μέσα από ένα υλικό όταν υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας σε αυτό. Το σύμβολο είναι k, ή μερικές φορές λ, και η τυπική μονάδα είναι W/(m·K). Εάν ένα υλικό έχει υψηλή τιμή k, η θερμότητα ρέει μέσα από αυτό γρήγορα. Εάν το k είναι χαμηλό, η θερμότητα κινείται αργά.

Έχω περάσει δεκαπέντε χρόνια στο σχεδιασμό μόνωσης κτιρίων και θερμο{0}}νεροχύτη, και κάθε φορά που κάποιος λέει "θερμική αγωγιμότητα" χωρίς πλαίσιο, πρέπει να δαγκώνω τη γλώσσα μου. Οι αριθμοί των φύλλων δεδομένων μετρώνται υπό τέλειες εργαστηριακές συνθήκες. Τα πραγματικά εξαρτήματα σε πραγματικά συστήματα δεν βλέπουν σχεδόν ποτέ αυτές τις ακριβείς συνθήκες.

Αξία εργαστηρίου έναντι πραγματικού τμήματος

Η θερμική αγωγιμότητα του εργαστηρίου μετριέται σε επίπεδο, καθαρό,-ελεύθερο δείγμα με τέλεια πίεση επαφής και χωρίς κενά αέρα. Στο πεδίο έχετε τραχύτητα επιφάνειας, στρώματα οξειδίου, διακύμανση της πίεσης επαφής και συχνά ένα λεπτό φιλμ αέρα που σκοτώνει την αποτελεσματική αγωγιμότητα. Ένα χάλκινο μπλοκ μπορεί να δείχνει 400 W/(m·K) στο σχολικό βιβλίο, αλλά βιδώστε δύο χάλκινες ψύκτρες μαζί με πίεση 2 MPa και είστε τυχεροί που βλέπετε 50 000 W/(m²·K) στη διεπαφή.

μέταλλα

Ο καθαρός χαλκός σε θερμοκρασία δωματίου είναι περίπου 401 W/(m·K). Το δωρεάν οξυγόνο-C10100 είναι μερικές πόντους υψηλότερα, το εμπορικό C11000 μερικές πόντους χαμηλότερα. Το αλουμίνιο 6061 κάθεται στα 167–180 W/(m·K) ανάλογα με την ιδιοσυγκρασία. 6063 είναι συνήθως 200–210 επειδή είναι εξωθημένο και η δομή των κόκκων ευθυγραμμίζεται καλύτερα. Το καθαρό ασήμι ξεπερνά τα πάντα στα ~430, αλλά κανείς δεν το χρησιμοποιεί εκτός από μερικές κοιλότητες RF.

Μη-μη μέταλλα που εκπλήσσουν τους ανθρώπους

Diamond (CVD ή μονό-κρύσταλλο) 1000–2200 W/(m·K). Το χρησιμοποιούμε για υποστηρίγματα διόδων λέιζερ{4} και πύλες GaN HEMT όταν τα χρήματα δεν είναι αντικείμενο. Ο γραφίτης σε-επίπεδο (πυρολυτικά φύλλα ή φύλλα γραφενίου) μπορεί να χτυπήσει 1500–2000 κατά μήκος του επιπέδου, πέφτοντας στις 6 κάθετες. Αυτή η ανισοτροπία είναι ο λόγος που πρέπει να προσέχετε πώς προσανατολίζετε τους διανομείς θερμότητας γραφίτη στα τηλέφωνα.

Κεραμικά και πληρωτικά

Το νιτρίδιο του αργιλίου (AlN) είναι 170–220 W/(m·K) σε ποιότητες παραγωγής. Το οξείδιο του βηρυλλίου ήταν 250–300 αλλά απαγορεύτηκε στα περισσότερα μέρη. Τα αιμοπετάλια νιτριδίου βορίου (h-BN) σας δίνουν 300–600 σε-επίπεδο όταν ευθυγραμμίζονται σε ένα πολυμερές, ίσως 30 έως-επίπεδο. Η απλή αλουμίνα (Al2O3) είναι μόνο 30–35, ωστόσο το 90% των πλακών LED εξακολουθεί να τη χρησιμοποιεί επειδή είναι φθηνή και διηλεκτρική.

Πολυμερή και γράσα

Η μη γεμάτη εποξειδική ή πολυουρεθάνη είναι 0,2–0,3 W/(m·K). Τοποθετήστε το με 70 vol% αλουμίνα ή νιτρίδιο βορίου και μπορείτε να πιέσετε 2–4 W/(m·K). Τα θερμικά επιθέματα που αγοράζετε από το Digi-Το κλειδί είναι συνήθως 1–8 W/(m·K) χύμα, αλλά το πραγματικό σημείο συμφόρησης είναι η αντίσταση επαφής σε κάθε όψη. Η αλλαγή φάσης{11}}των υλικών ξεκινά από 3–5, οι διεπαφές υγρού μετάλλου (γάλλιο) μπορούν να σας βγάλουν πάνω από 30 αν μπορείτε να ζήσετε με το χάος.

Τυπικές τιμές που χρησιμοποιώ στην πραγματικότητα όταν κάνω μέγεθος ψύκτρας

Κατώτατη γραμμή: ο μαζικός αριθμός k είναι μόνο η μισή ιστορία. Η αντίσταση επαφής, το φινίρισμα της επιφάνειας, η πίεση τοποθέτησης και η εξάρτηση από τη θερμοκρασία συνήθως καθορίζουν εάν η CPU σας γκάζι ή το IGBT σας ζει.

Πάντα μειώνω τους αριθμούς του εργαστηρίου τουλάχιστον κατά 30 % στα πρώτα σχέδια-πάσου και μετά μετράω την πραγματική θερμοκρασία διασταύρωσης στον πάγκο. Οτιδήποτε άλλο ζητά επιστροφές πεδίου.