Материалы листовые теплопроводящие электроизоляционные КПТД-2

Теплопроводящие свойства типовых прокладок из материалов НОМАКОН™ КПТД-2
Обозначение	Вид	Поверхность теплопередачи, см²	Толщина прокладки, мм	Термическое сопротивление, К/Вт, при напряжении сжатия 0,69 МПа (100 psi), стандартная / с липким слоем
				Марка материала
				КПТД-2/1	КПТД-2/2	КПТД-2/3
2А4229 (ТО-3)		7,99	0,20 0,30 0,50 1,00 1,50 2,00	0,39/0,35 0,53/0,50 0,83/0,79 1,54/1,50 2,26/2,22 2,98/2,94	0,34/0,31 0,45/0,42 0,67/0,64 1,22/1,19 1,77/1,74 2,32/2,23	0,29/0,25 0,38/0,34 0,55/0,51 0,99/0,95 1,42/1,38 1,86/1,82
2А3521 (ТО-66)		5,00	0,20 0,30 0,50 1,00 1,50 2,00	0,63/0,57 0,86/0,79 1,32/1,25 2,47/2,40 3,62/3,55 4,77/4,70	0,55/0,50 0,72/0,68 1,08/1,03 1,95/1,90 2,83/2,78 3,71/3,66	0,47/0,41 0,60/0,54 0,88/0,82 1,58/1,52 2,27/2,21 2,97/2,91
2А2520 (ТО-3Р)		4,90	0,20 0,30 0,50 1,00 1,50	0,64/0,58 0,88/0,81 1,35/1,28 2,52/2,45 3,69/3,63	0,56/0,51 0,74/0,69 1,10/1,05 1,99/1,94 2,89/2,84	0,47/0,41 0,62/0,56 0,90/0,84 1,61/1,55 2,37/2,26
2А2318 (ТО-218, ТО-247)		4,04	0,20 0,30 0,50 1,00 1,50	0,78/0,70 1,06/0,98 1,63/1,55 3,05/2,98 4,48/4,40	0,68/0,62 0,90/0,84 1,33/1,27 2,42/2,36 3,50/3,44	0,58/0,50 0,75/0,67 1,09/1,02 1,95/1,88 2,81/2,73
2А1813 (ТО-220)		2,26	0,20 0,30 0,50 1,00	1,39/1,25 1,90/1,76 2,92/2,78 5,46/5,32	1,21/1,11 1,60/1,50 2,38/2,27 4,32/4,21	1,03/0,90 1,34/1,20 1,95/1,82 3,49/3,35
2А1310 (ТО-126)		1,22	0,20 0,30 0,50 1,00	2,58/2,31 3,52/3,26 5,40/5,14 10,11/9,85	2,25/2,05 2,97/2,77 4,40/4,21 8,00/7,80	1,91/1,66 2,48/2,23 3,61/3,37 6,46/6,21
2D25,4х6,5 (DО-5)		4,74	0,20 0,30 0,50 1,00	0,66/0,60 0,91/0,84 1,39/1,32 2,60/2,54	0,58/0,53 0,76/0,71 1,13/1,08 2,06/2,01	0,49/0,43 0,64/0,57 0,93/0,87 1,66/1,60
2D16х5 (DО-4)		1,81	0,20 0,30 0,50 1,00	1,74/1,56 2,37/2,19 3,64/3,47 6,82/6,64	1,52/1,38 2,00/1,87 2,97/2,84 5,39/5,26	1,28/1,12 1,67/1,50 2,44/2,27 4,35/4,19

nomacon.ru

Сводное тестирование термопрокладок

Вступление
Данный обзор посвящен тестированию такого термоинтерфейса, как термопрокладка.  Зачем она нужна, когда есть термопаста? Все просто. Пластичность и текучесть термопаст не позволяет заполнять  расстояния между системой охлаждения и чипом, свыше 0.15мм. Некоторые пытаются использовать  густые термопасты для заполнения зазоров 0.2мм и даже больше, но это не лучший вариант. Правильный вариант — использование термопрокладок, подбирая нужную толщину. На рынке сейчас множество производителей и вариантов термопрокладок, начиная от именитых  брендов, заканчивая китайским нонеймом. Какую же выбрать? В этом вам поможет данный обзор.

 Участники тестирования
В данный обзор вошли термопрокладки самого ходового размера 0,5мм от производителей, которые удалось раздобыть в небольшие, отведенные для этого, сроки. Так как обычному пользователю термопрокладки нужны редко и в небольшом количестве, выбирался минимально возможный по цене и площади  вариант.

Таблица термоинтерфейсов с названиеями и ценой на момент покупки.

№	Наименование термоинтерфейса	Цена	Цена за 1см^2	Продавец
0	термопаста Аrctic Cooling MX-2	370	—
1	Arctic Cooling 50x50x0.5mm Thermal pad 6.0 WMK	450	18	http://www.coolera.ru
2	CoolerA 100x50x0.5mm AOK TP300S25 3.0 Вт/мК Мягкая	290	5,8	http://www.coolera.ru
3	CoolerA 25x33x0.5mm мягкая 5wmk	190	23,03	http://www.coolera.ru
4	Phobya 100x100x0.5mm 1.5wmk	570	5,7	http://www.coolera.ru
5	Phobya 100x100x0.5mm Ultra 5Wmk	990	9,9	http://www.coolera.ru
6	Номакон 100x33x0.5mm КПТД-2/1 0.8wmk	120	3,63	http:// www.coolera.ru
7	Номакон 75x110x0.5 mm КПТД- 2М/3 1.4wmk мягкая	240	2,91	http://www.coolera.ru
8	Coolian 100x50x0.5mm 5wmk 35shoreOO	1115	22,3	http://ht-comp.ru
9	Coolian 100x50x0.5mm 3wmk 31shoreOO	1212	24,24	http://ht-comp.ru
10	Coolian 40x30x0.5mm 1wmk 5shoreOO	181	15,08	http://ht-comp.ru
11	NoName 100x80x0.5  1 wmk	250	3,12	http://www.tehnocentr.ru
12	Aochuan 100×80 ТР300 0.5mm   3wmk	300	3,75	http://www.tehnocentr.ru
13	Bergquist Gap-Pad 5000S35, 34 x 51 x 0.5 мм (5.0 Вт/м*К) Мягкая	390	22,49	http://www.pc-htpc.ru
14	Keratherm 86-600, 50х50 мм, толщина 0.5 мм	640	25,6	http://www.partsdirect.ru

Снимки накладных с ценами.
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Снимки рассматриваемых термопрокладок.

И немного опаздавшие к общему фото:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для наглядного сравнения Пакетик № 13 для сравнения пакетик равен пакетику №10, а пакетик №14 равен пакетику №8.
Температура воздуха в помещении была 23,8`C

 

 

 

 

 

 

 

 

Методика тестирования
Тестирование проводилось на ноутбуке Lenovo Y450, который был выбран из-за наличия в нем отдельного графического процессора nVidia 240M и быстрого безболезненного доступа к нему и процессору, на котором тоже из любопытства было произведено тестирование термопрокладок. Естественно,  каждый раз после теста проверялись отпечатки на термоинтерфейсах. Для проверки достоверности результатов тестирование проводилось дважды. Тестирование на процессоре проводилось программой S&M v 1.9.1 (в простонародье садомаза)  в течении 5 минут, с перерывом на остывание в течении 15 минут. Либо прерывалось раньше, после перехода процессора в режим сроттелинг.  Тестирование на видеопроцессоре проводилось программой FurMark  v 1.10.6 в течении 5 минут, даже если стабилизация температуры наступала раньше, либо прерывалось после достижения 105гр. если признаков стабилизации не наблюдалось.  Для сравнения «вне конкурса» идет термопаста Аrctic Cooling MX-2. Изначально, по засохшим кускам удалось определить, что  на этом ноутбуке использовалась  густая термопаста либо так называемая «терможвачка».   
Фото ноутбука в разборе

Результаты тестирования
Результаты тестирования для наглядности приведем в таблицах. Первая таблица   термоинтерфейс на процессоре  и температура считывается с подсокетного датчика. Для этого использовалась программа Aida64 v. 5.00.3300. Не претендуя на прецизионную  точность, ее с лихвой хватает для определения разницы между «конкурсантами».

термоинтерфейс на процессоре температура с подсокетного датчика
№	Наименование термоинтерфейса	t’ простоя	t’ под нагрузкой	Цена за 1см^2
0	термопаста Аrctic Cooling MX-2	38	64	—
8	Coolian 100x50x0.5mm 5wmk 35shoreOO	36	64	22,3
13	Bergquist Gap-Pad 5000S35, 34 x 51 x 0.5 мм (5.0 Вт/м*К) Мягкая	38	64	22,49
3	CoolerA 25x33x0.5mm мягкая 5wmk	38	67	23,03
1	Arctic Cooling 50x50x0.5mm Thermal pad 6.0 WMK	41	70	18
9	Coolian 100x50x0.5mm 3wmk 31shoreOO	41	74	24,24
12	Aochuan 100×80 ТР300 0.5mm   3wmk	38	74	3,75
2	CoolerA 100x50x0.5mm AOK TP300S25 3.0 Вт/мК Мягкая	38	75	5,8
5	Phobya 100x100x0.5mm Ultra 5Wmk	39	82	9,9
14	Keratherm 86-600, 50х50 мм, толщина 0.5 мм	41	82	25,6
4	Phobya 100x100x0.5mm 1.5wmk	38	83	5,7
6	Номакон 100x33x0.5mm КПТД-2/1 0.8wmk	41	83	3,63
7	Номакон 75x110x0.5 mm КПТД- 2М/3 1.4wmk мягкая	39	83	2,91
10	Coolian 40x30x0.5mm 1wmk 5shoreOO	38	83	15,08
11	NoName 100x50x0.5  1 wmk	40	83	3,12

В качестве пояснения напишем, что жирным выделены цифры наилучших результатов, а подчеркнуты случаи, когда термоинтерфейс не справлялся и процессор переходил в режим пропуска тактов для устранения перегрева  (throttling).
Далее данные с  датчика температуры встроенного в процессорное ядро (брался вариант самого горячего ядра).

термоинтерфейс на процессоре температура с датчика в процессоре
№	Наименование термоинтерфейса	t’ простоя	t’ под нагрузкой	Цена за 1см^2
0	термопаста Аrctic Cooling MX-2	55	61	—
13	Bergquist Gap-Pad 5000S35, 34 x 51 x 0.5 мм (5.0 Вт/м*К) Мягкая	50	84	22,49
8	Coolian 100x50x0.5mm 5wmk 35shoreOO	50	85	22,3
3	CoolerA 25x33x0.5mm мягкая 5wmk	56	88	23,03
1	Arctic Cooling 50x50x0.5mm Thermal pad 6.0 WMK	60	90	18
9	Coolian 100x50x0.5mm 3wmk 31shoreOO	59	94	24,24
12	Aochuan 100×80 ТР300 0.5mm   3wmk	56	94	3,75
2	CoolerA 100x50x0.5mm AOK TP300S25 3.0 Вт/мК Мягкая	56	95	5,8
5	Phobya 100x100x0.5mm Ultra 5Wmk	55	102	9,9
14	Keratherm 86-600, 50х50 мм, толщина 0.5 мм	58	102	25,6
4	Phobya 100x100x0.5mm 1.5wmk	57	103	5,7
6	Номакон 100x33x0.5mm КПТД-2/1 0.8wmk	56	103	3,63
11	NoName 100x50x0.5  1wmk	52	103	3,12
7	Номакон 75x110x0.5 mm КПТД- 2М/3 1.4wmk мягкая	57	104	2,91
10	Coolian 40x30x0.5mm 1wmk 5shoreOO	53	104	15,08

 И, наконец, вариант наиболее частого применения термопрокладок – графический процессор.

термоинтерфейс на видеочипе nVidia GT240M температура с датчика в процессоре
№	Наименование термоинтерфейса	t’ простоя	t’ под нагрузкой	Цена за 1см^2
0	термопаста Аrctic Cooling MX-2	45	70	—
13	Bergquist Gap-Pad 5000S35, 34 x 51 x 0.5 мм (5.0 Вт/м*К) Мягкая	40	74	22,49
8	Coolian 100x50x0.5mm 5wmk 35shoreOO	40	75	22,3
3	CoolerA 25x33x0.5mm мягкая 5wmk	45	76	23,03
1	Arctic Cooling 50x50x0.5mm Thermal pad 6.0 WMK	50	77	18
9	Coolian 100x50x0.5mm 3wmk 31shoreOO	46	79	24,24
12	Aochuan 100×80 ТР300 0.5mm   3wmk	46	80	3,75
2	CoolerA 100x50x0.5mm AOK TP300S25 3.0 Вт/мК Мягкая	45	82	5,8
5	Phobya 100x100x0.5mm Ultra 5Wmk	47	84	9,9
14	Keratherm 86-600, 50х50 мм, толщина 0.5 мм	50	92	25,6
4	Phobya 100x100x0.5mm 1.5wmk	50	102	5,7
6	Номакон 100x33x0.5mm КПТД-2/1 0.8wmk	55	105	3,63
11	NoName 100x50x0.5  1wmk	56	105	3,12
7	Номакон 75x110x0.5 mm КПТД- 2М/3 1.4wmk мягкая	56	106	2,91
10	Coolian 40x30x0.5mm 1wmk 5shoreOO	51	107	15,08

Выводы
Лучше всех себя показали американские термпопрокладки Bergquist с теплопроводностью 5 Вт/м*К, почти тот же результат показали российские термопрокладки Coolian и CoolerA с той же заявленной теплопроводностью, что не может не радовать, хотя есть подозрение, что это китайское OEM производство, но тем не менее. Единственный минус у этих прокладок – это цена. Несмотря на российское (или китайское OEM) производство, цена у всех трех лидеров в пересчете на площадь практически одинаковая. 
Дальше —  интереснее. Швейцарские прокладки Arctic Cooling с заявленной теплопроводностью аж 6 Вт/м*К, российские Coolian с теплопроводностью 3 Вт/м*К и китайские Aochuan 3 Вт/м*К показывают примерно один результат. Напрашивается мысль о том, что Arctic Cooling нам попались поддельные (оставим на совести продавца), ну или швейцарцы на этот раз подкачали, не часы все же… Радость от хороших показателей российских Coolian омрачается при взгляде на цену,  китайские Aochuan стоят в 6.5 раз (!!!) дешевле при тех же показателях. 
Разочаровал Keratherm, хотя опять же много подделок в продаже.
Далее все прокладки с теплопроводностью 1.0-1.5 Вт/м*К показывают примерно одни и те же результаты, будь то NoName или разрекламированный российский Coolian, различие только в цене (опять примерно в 6 раз!!!).
В целом, подводя резюме, я бы выбрал исходя из необходимости, бюджета и стоящих задач:

• Bergquist Gap-Pad 5000S35, 34 x 51 x 0.5 мм (5.0 Вт/м*К) Мягкая
• Aochuan 100×80 ТР300 0.5mm   3wmk 
• Номакон 75x110x0.5 mm КПТД- 2М/3 1.4wmk мягкая

В российском производителе Coolian разочаровался, несмотря на обилие заявленных на сайте тестов и графиков. Показатели в целом в своем классе средние, но цена явно сильно завышена.
Причем, если не важна высокая теплопроводность, можно просто выбирать самый недорогой вариант.

overclockers.ru

Пасты теплопроводные кремнийорганические КПТД-3 | Nomacon

• Кремнийорганические теплопроводные пасты НОМАКОН КПТД-3 обеспечивают эффективный отвод тепла и электрическую изоляцию за счет повышенных теплопроводящих и диэлектрических свойств применяемых керамических наполнителей в виде микропорошков различного химического и дисперсного состава.
• Вязко-пластичные свойства и повышенная адгезия к металлическим, стеклянным и керамическим поверхностям позволяют легко наносить пасты тонким слоем на контактные поверхности при сборке, а также механически удалять или смывать растворителем при демонтаже.

Теплопроводные пасты НОМАКОН™ КПТД-3 выпускаются с различной теплопроводностью в зависимости от состава керамического наполнителя. За основу маркировки принято исполнение по составу теплопроводящего керамического наполнителя (составы 1, 2, 3) с соответствующей нормируемой теплопроводностью.

• Теплопроводная паста марки КПТД-3/1 изготавливается на основе микропорошков высокоочищенной оксидной керамики, перекристаллизованной по специальной технологии при температуре выше 2000ºС (α-Кристален™).
• Теплопроводная паста марки КПТД-3/2 изготавливается на основе микропорошков оксидной и нитридной керамики, спеченных по уникальной технологии в среде высокоочищенного азота при температуре выше 1200 ºС (β-Кристален™).
• Теплопроводная паста марки КПТД-3/3 изготавливается на основе микропорошков нитридной керамики.

Теплопроводные пасты НОМАКОН™ КПТД-3 фасуют в шприцы полимерные массой нетто 5 г и 10 г, в банки полимерные массой нетто 20-100 г, в ведра полимерные массой нетто 0,25-2,0 кг.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОПРОВОДНЫХ ПАСТ НОМАКОН™ КПТД-3
Наименование	Норма по ТУ РБ 100009933.004-2001 изм.4			Методы контроля
	Марка
	КПТД-3/1	КПТД-3/2	КПТД-3/3
Внешний вид	Однородная вязко-пластичная нетекучая масса без механических примесей			ГОСТ 19783
Цвет	Розовый, серый, белый(¹)	Коричневый, серый(¹)	Серый	Визуально
Плотность, г/см³	2,15-2,25	2,00-2,10	1,90-2,00	ГОСТ 3900
Динамическая вязкость по Брукфильду при 23°С и скорости сдвига 120 1/с, мПа*с	12000-18000			ГОСТ 25271
Электрическая прочность, кВ/мм, не менее при постоянном напряжении при переменном напряжение	15 12	13 11	12 10	ГОСТ 6581
Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом•см, не менее	1014	1013	1012
Диэлектрическая проницаемость, не более, при частоте     — 50 Гц,     — 1 МГц	6,0 4,0
Тангенс угла диэлектрических потерь, не более, при частоте     — 1 МГц,     — 10 МГц	0,005 0,009
Рабочая температура, °С	от минус 60 до плюс 180
Коррозионное воздействие	Отсутствие зелени на медной пластинке			ГОСТ 9080
Теплопроводность, Вт/(м•К), не менее	0,80	1,00	1,20	ASTM D 5470 ГОСТ 19783
Удельное термическое сопротивление(²) (термоинтерфейс), (К*см²)/Вт, не более	0,45	0,38	0,30	ASTM E 1530
(¹) — Цвет согласуется с потребителем (²) — Определяется согласно ТУ при напряжении сжатия контактных поверхностей равном 0,69 МПа (100 psi)

КПТД-3/1 (Т4)
КПТД-3/2 (Т5)
КПТД-3/3 (Т7)

Качественные показатели паст

ТЕПЛОПРОВОДЯЩИЕ СВОЙСТВА ТЕПЛОПРОВОДНЫХ ПАСТ КПТД-3

Для оценки теплопроводящих свойств теплопроводных паст КПТД-3 применяется математическая модель расчета термического сопротивления. В данном случае суммарное удельное термическое сопротивление теплопередаче

(см. формулу 2) включает термическое сопротивление на границе «теплоотдающая контактная поверхность – термопаста»

термическое сопротивление, зависящее от толщины

и теплопроводности

слоя термопасты

а также термическое сопротивление на границе «термопаста – теплопринимающая контактная поверхность»

Проведенные измерения (ASTM E 1530) показали, что в области толщин остаточного слоя пасты между качественными контактными поверхностями (см. «Указания по применению»), равном 25-80 микрон, суммарное удельное контактное термическое сопротивление

незначительно и составляет

За счет высоких вязко-пластичных свойств и ультрадисперсного состава керамического наполнителя толщина слоя термопаст НОМАКОН™ КПТД-3 стабилизируется на уровне 25-35 мкм уже при незначительных напряжениях сжатия 0,2-0,7 МПа.

Для расчета термического сопротивления слоя теплопроводной пасты

(см. формулу 4) при напряжении сжатия контактных поверхностей в пределах 0,2-1,7 МПа следует принимать следующие значения остаточной толщины слоя пасты и суммарного удельного контактного термического сопротивления

— термопаста КПТД-3/1

— термопаста КПТД-3/2

— термопаста КПТД-3/3

При этом значение теплопроводности для данной марки теплопроводной пасты берется из таблицы «Технические характеристики», или из удостоверения о качестве, которое прилагается к поставляемой продукции.

Пример 3. Площадь теплоотдающей поверхности процессора на материнской плате составляет

= 6,25 см². Требуется определить термическое сопротивление слоя теплопроводной пасты

для оценки достаточности теплоотвода от процессора к радиатору кулера при применении термопасты КПТД-3/1, а также рассчитать перепад температур

между поверхностью процессора и радиатором при значении отводимой тепловой мощности

nomacon.ru

НОМАКОН : Теплопроводящие диэлектрические эластичные материалы

Обеспечение эффективного теплового контакта путем применения соответствующих теплопроводящих электроизоляционных материалов имеет важное значение в различных отраслях промышленности.

Компания ЕВРОЛИНИЯ предлагает современные инновационные продукты НОМАКОН™ КПТД (Керамико-Полимерные Теплопроводящие Диэлектрические материалы), позволяющие решать самые сложные задачи в области отвода тепла и «теплового управления».

Наша продукция отражает основные достижения 20-летней работы на рынке теплопроводящих электроизоляционных материалов, результаты непрерывного совершенствования рецептур и технологии производства с целью получения требуемых механических и диэлектрических характеристик КПТД-материалов в сочетании с высокими теплопроводящими свойствами и конкурентной ценой.

КПТД-материалы включают керамические теплопроводящие диэлектрические наполнители в виде микропорошков различной природы и различного дисперсного состава, которые определенным образом распределены в эластичной матрице – в термостойком силиконовом каучуке (компаунды и листовые материалы), или в термостойкой полидиметилсилоксановой жидкости (пасты и смазки). Разработанные новые виды керамических наполнителей, такие, как α-Кристалентм и β-Кристалентм, подобранные дисперсные составы и найденные оптимальные соотношения компонентов позволили предложить широкий выбор материалов с заданными нормируемыми физическими, механическими, теплопроводящими и электроизоляционными свойствами.

КПТД-материалы выпускаются по ТУ РБ 100009933.004-2001 изм.4. Впервые в СНГ нами освоены, зарегистрированы и применяются для контроля теплопроводящих характеристик общепризнанные международные стандарты определения теплопроводности и удельного термического сопротивления электроизоляционных материалов ASTM D 5470-06 и ASTM E 1530-06.

Представленные стандартизованные материалы, а также листовые материалы и прокладки различной толщины и размеров, изготавливаемые по чертежам заказчика, мы всегда готовы отпускать минимально возможными партиями и даже единичными изделиями. Мы постоянно сотрудничаем с нашими клиентами в области инноваций – разрабатываем новые продукты под заказ, изготавливаем и поставляем опытные образцы для испытаний, предлагаем методы расчета тепловых процессов с применением наших материалов.

В настоящее время материалы НОМАКОН™ КПТД постоянно применяют в своих изделиях и разработках более 300 производственных предприятий, НИИ и КБ из стран СНГ и Балтии.

Гарантия качества и надежности нашей продукции — это многолетние контракты на поставку КПТД-материалов ведущим производителям

• автоэлектроники
• нагревательных элементов и устройств электроподогрева
• теле- и видеотехники
• блоков электропитания и силовых преобразователей
• измерительной и диагностической аппаратуры
• электродвигателей и соленоидов
• светодиодных панелей и осветительных приборов
• датчиков и устройств управления
• холодильной техники
• предприятиям аэро-космического и военно-промышленного комплекса
• производителям средств связи.

Преимущества материалов НОМАКОН™ КПТД

• технические характеристики на уровне ведущих мировых производителей
• стоимость в 2-3 раза ниже зарубежных аналогов
• минимальное время изготовления и поставки (не более 7-10 дней),
• минимальные партии — работа с единичными изделиями и заказами
• современные производственные мощности и технологии
• постоянное совершенствование
• ориентация на будущее.

ЭЛАСТИЧНЫЙ ТЕРМОИНТЕРФЕЙС – ЭФФЕКТИВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ РАЗГРУЗКИ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ

Обеспечение отвода тепловой энергии от греющегося электронного прибора является одной из важнейших задач разработчиков и производителей электронной техники. Повышение функциональности устройств, увеличение их мощности при миниатюризации компонентов, как правило, приводит к необходимости рассеивать все большие тепловые потоки. В данном случае, создание эффективного теплового контакта путем применения соответствующих теплопроводящих электроизоляционных материалов имеет важное значение для эксплуатационных характеристик изделия, стабильности и долговечности его работы.

Процесс теплопереноса от горячего корпуса к радиатору с последующим рассеиванием тепла конвекцией в окружающую среду мы называем «естественной тепловой разгрузкой» прибора. Эффективность тепловой разгрузки определяется следующими основными параметрами:

• качеством исполнения теплоотдающей поверхности корпуса электронного прибора 1, т.е. ее плоскостностью и шероховатостью;
• конструкцией и качеством исполнения теплопринимающей и теплоотдающей поверхностей радиатора 2;
• свойствами теплопроводящей электроизолирующей прокладки (подложки), обеспечивающей тепловой контакт между корпусом и радиатором 3;
• условиями обеспечения теплового контакта, т.е. усилием сжатия Р поверхностей прибора и радиатора, их плоскостностью и параллельностью при сборке, наличием остаточных воздушных полостей между прокладкой и прижимными поверхностями;
• условиями теплоотдачи от радиатора в окружающую среду.

На практике конструкции корпуса и радиатора в электронных изделиях достаточно оптимизированы по теплоотводу. Таким образом, единственным конструктивным элементом электронной сборки, ограничивающим теплопередачу и теплопередающие свойства которого поддаются коррекции, является изолирующая прокладка. Именно она, а точнее, термическое сопротивление, возникающее между прибором и радиатором, которые разделены прокладкой, и определяет конструктивные размеры, мощность и производительность всего прибора в целом. Чем выше термическое сопротивление изолирующей прокладки, тем больший перепад температур ΔT создается между корпусом и радиатором, что, соответственно, повышает опасность перегрева прибора и снижает время его наработки на отказ. Очевидно, что на современном уровне развития электроники изолирующая прокладка выполняет отнюдь не второстепенную роль. Максимальное снижение термического сопротивления между корпусом и радиатором позволяет минимизировать теплопередающие поверхности и размеры прибора при заданных мощностях отводимых тепловых потоков ΔQ .

Важное значение при выборе теплопроводящей прокладки имеет также обеспечение надежной электрической изоляции между прибором и радиатором, технологичность и минимальная трудоемкость сборки, возможность применения изделия в автоматизированных технологиях массового производства, оптимальное соотношение цена-качество.

При разработке КПТД-материалов специалистами ОДО «НОМАКОН» найдены решения, позволяющие поддерживать высокий уровень теплопроводящих и электроизоляционных характеристик материалов, т.е. обеспечивать сочетание максимально возможной теплопроводности, электрической прочности и комформности материала к контактной поверхности. Под конформностью материала к контактной поверхности в данном случае подразумевается возможность его плотного прилегания к прижимающим поверхностям с вытеснением остаточного воздуха и повторением формы микрорельефа поверхностной шероховатости с целью минимизации контактного термического сопротивления.

Вышеперечисленные свойства достигнуты путем максимального наполнения эластомеров теплопроводящими диэлектрическими микропорошками оптимального дисперсного состава в сочетании с высокой степенью остаточной эластичности полученного после полимеризации материала, его выраженной термической релаксацией, а также формированием гладкой и ровной (глянцевой) поверхности для листовых материалов КПТД-2 и КПТД-2М.

Таким образом, уже при незначительных напряжениях сжатия P₁ < P₂ < P₃ КПТД-материалы способны существенно снизить термическое сопротивление ΔT₁ > ΔT₂ > ΔT₃ и обеспечить эффективный эластичный термоинтерфейс.

ТЕРМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ КПТД-МАТЕРИАЛОВ

Согласно уравнению теплопередачи теплопроводностью через плоскую стенку (прокладку) количество тепла, переданного в единицу времени (тепловой поток) ΔQ , Вт, прямо пропорционально разности температур теплоотдающей T_1S , °С, и теплопринимающей T_2S , °С, поверхностей, прямопропорционально площади поверхности теплопередачи (прокладки) F , м², и обратно пропорционально суммарному удельному термическому сопротивлению теплопередаче R , (К•м²)/Вт:
Суммарное удельное термическое сопротивление теплопередаче R в данном случае согласно правилу аддитивности термических сопротивлений состоит из трех составляющих: термического сопротивления на границе «теплоотдающая контактная поверхность — поверхность прокладки» R_1S , термического сопротивления, зависящего от толщины δ и теплопроводности λ материала прокладки δ/λ , а также термического сопротивления на границе «прокладка — теплопринимающая контактная поверхность» R_2S :
Построив по результатам испытаний (ASTM D 5470, ASTM E 1350) линейную зависимость R = ƒ(δ) для данной марки КПТД- материала возможно определить суммарное удельное контактное термическое сопротивление на границе «контактная поверхность-материал» R_S= R_1S + R_2S по графику в точке δ = 0 , а также определить истинную теплопроводность материала прокладки λ , Вт/(м•К):
Определив экспериментальным путем для различных материалов значения R_S и λ возможно достаточно точно рассчитать суммарное удельное термическое сопротивление теплопередаче R , и, зная площадь поверхности прокладки F , вычислить ее термическое сопротивление R_F, К/Вт, при различных толщинах материала:

---

---

Ниже на диаграмме приведены значения суммарного удельного термического сопротивления R КПТД-материалов, определенные в сопоставимых условиях эксплуатации данных видов материалов.

Для компаундов КПТД-1 номинальная толщина слоя при вклеивании радиатора на теплоотдающую поверхность прибора составляла δ = 0,1 ± 0,05 мм , листовые материалы КПТД-2 испытывались при номинальной толщине листа
δ = 0,2 ± 0,015 мм , толщина остаточного слоя термопаст КПТД-3 при испытаниях составляла 20-35 мкм. Результаты получены при напряжении сжатия прижимных поверхностей P = 0,69 MПa (100 psi), температуре материала
80-110°С и плотности теплового потока 4,5-9 Вт/см². Прижимные поверхности были выполнены согласно ASTM D 5470,
ASTM E 1350 в виде дисков диаметром 32 мм (поверхность теплопередачи F = 8,04 cm², формат прокладки Т0-3), а также в виде дисков диаметром 50 мм.

Результаты измерений показали, что термопасты КПТД-3 при сжатии формируют минимальную толщину слоя теплопроводящего материала за счет вязко-пластичных свойств и при этом за счет высокой адгезии и комформности к поверхности обеспечивают минимальное суммарное контактное термическое сопротивление на уровне R_S = 0,045 — 0,055 (К•см²)/Вт. При заливке компаундами КПТД-1 с последующим сжатием после полимеризации комформность материала к поверхности несколько снижается в сравнении с термопастами, а контактное термическое сопротивление увеличивается: R_S = 0,17 — 0,22 (К•см²)/Вт. >

Далее по степени конформности к контактной поверхности следуют листовые материалы с повышенной эластичностью КПТД-2М: R_S = 0,19 — 0,23 (К•см²)/Вт . Нанесение на поверхность стандартного листового материала КПТД-2 липкого клеящего слоя (ЛК) или липкой позиционирующей смазки (ЛП) также увеличивает комформность в сравнении с материалом без липкого слоя, и при этом R_S = 0,55 — 0,80 (К•см²)/Вт . Для стандартного эластичного листового материала КПТД-2 без липкого слоя R_S = 0,90 — 1,05 (К•см²)/Вт .

Таким образом, на основании полученных результатов, величину суммарного удельного контактного сопротивления R_S следует считать достаточно объективным сравнительным показателем комформности КПТД-материалов к контактной поверхности. В представленных ниже материалах данный показатель используется для оценочного расчета термического сопротивления теплопроводящих материалов НОМАКОН™ КПТД.

ЭЛАСТИЧНОСТЬ (СЖИМАЕМОСТЬ) КПТД-МАТЕРИАЛОВ

Комформность листовых материалов КПТД-2 и КПТД-2М к контактной поверхности и, соответственно, контактное термическое сопротивление, в существенной мере определяются их эластичностью. Эластичность (сжимаемость) КПТД-материалов характеризуется величиной модуля упругости E, МПа/мм, рассчитываемого по величине абсолютной деформации материала при сжатии, а также степенью сжатия материала Δ_δ , %, рассчитываемой, как отношение величины абсолютной деформации листа при сжатии к исходной толщине листового материала. В зависимости от приложенного напряжения сжатия в пределах σ = 0,07 — 40 МПа максимальная степень сжатия, при которой не происходит разрушение материала, может достигать величины Δ_δ= 65-80% .

Номинальное рабочее напряжение сжатия σ₁₀, МПа определяет допустимую относительную деформацию листа материала (степень сжатия) в пределах до 10% от его исходной толщины, при которой изготовителем гарантируются его прочностные, электроизоляционные и теплопроводящие свойства, представленные в нормативных документах на КПТД-материалы.

Предельное напряжение сжатия σ₅₀, Мпа, определяет степень сжатия листа материала в пределах до 50% от его исходной толщины при которой не происходит потеря эластичности, и в последующем, при снятии напряжения сжатия материал восстанавливается до исходной толщины и сохраняет свои свойства. Не допускается эксплуатация изделий из материалов КПТД-2 и КПТД-2М при превышении предельного напряжения сжатия. Представленные ниже кривые сжатия листовых КПТД-материалов получены согласно ГОСТ 26605 на образцах диаметром 40 мм при скорости движения сжимающей поверхности 0,5 мм/мин.

Расчет характеристик сжатия и эластичной деформации листовых материалов КПТД различной толщины позволяет повысить точность определения термического сопротивления в практических задачах теплоотвода, а также рассчитать необходимые усилия сжатия для достижения максимальной комфортности (растекания) прокладки между контактными поверхностями.

Эластичность стандартных листовых материалов КПТД-2 толщиной 0,18-0,35 мм характеризуется линейным характером деформаций при сжатии вплоть до предельных напряжений сжатия σ₅₀= 23,9 — 30,6 МПа. В области номинальных рабочих напряжений сжатия σ₁₀= 3,5 — 5,6 МПа остаточную толщину листа материала δ , мм, при сжатии возможно определить по зависимости:

где δ₀ — исходная толщина листа, мм; σ — напряжение сжатия, МПа; E — модуль упругости материала при расчете абсолютной деформации листа, МПа/мм.

Определив допустимое напряжение сжатия для данного вида и толщины материала, возможно рассчитать необходимое усилие сжатия прокладки P, н между контактными поверхностями:

где F m² – площадь прокладки.

Относительная деформация листа материала (степень сжатия) вычисляется по формуле:

На основании выражений 5 и 7 уравнения для расчета допустимых напряжений сжатия примут вид: где Δ₁₀ = 0,1 и Δ₅₀ = 0,5 – допустимые рабочая и предельная степень сжатия листа.

Результаты экспериментальных измерений характеристик сжатия листовых материалов КПТД-2 толщиной 0,15-0,55 мм и материалов КПТД-2М толщиной 0,15-1,0 мм для удобства расчетов по форму-лам 4 и 5 были обработаны в виде зависимости модуля упругости от толщины исходного листа.

Для материалов КПТД-2 получена эмпирическая зависимость модуля упругости E₁, МПа/мм от толщины листа

Для материалов КПТД-2M получена эмпирическая зависимость модуля упругости E₂, МПа/мм от толщины листа В уравнениях (10) и (11) значения δ₀ следует подставлять в мм. Полученный различный характер зависимостей (10) и (11) для модулей упругости указывает на различный характер деформации при сжатии данных видов материалов. Однако, в обоих случаях с увеличением толщины материала упругие свойства снижаются, а эластичность и способность к текучести увеличивается.

Сравнительный анализ эластичности листовых материалов КПТД-2 и КПТД-2М по значениям модуля упругости показывает, что при равных толщинах листа материалы КПТД-2М имеют модуль упругости в 1,5-2,7 раза меньший и, соответственно, имеют в 1,5-2,7 раза большую эластичность при сжатии. Аналогичное сравнение материалов по величине удельного контактного термического сопротивления (конформности к контактной поверхности) R_S показывает, что значения R_S и E хорошо коррелируют между собой: чем меньше значение модуля упругости (или чем выше эластичность), тем ниже удельное контактное термическое сопротивление (или тем выше конформность материала к контактной поверхности).

На графиках приведены результаты расчетов допустимых напряжений сжатия материалов КПТД-2 и КПТД-2М по формулам (8) и (9) с использованием зависимостей (10) и (11) для соответствующих модулей упругости. Для материалов КПТД-2 значения σ1₁₀ и σ1₅₀ несколько возрастают с увеличением толщины материала при линейном снижении значений модуля упругости. Для материалов КПТД-2М значения σ2₁₀ и σ2₅₀ линейно снижаются с увеличением толщины листа, что подтверждает высокие пластичные свойства применяемого гелеобразного силиконового полимера.

ТЕРМИЧЕСКАЯ РЕЛАКСАЦИЯ КПТД-МАТЕРИАЛОВ

Другой важной специфической особенностью эластичных КПТД-материалов является их явно выраженная термическая релаксация, т.е. снижение величины термического сопротивления в соединении «теплоотдающая поверхность — теплопроводящий материал — теплопринимающая поверхность» с течением времени. Величина релаксационного снижения термического сопротивления ΔR_τ зависит от вида материала, времени «приработки» материала (обычно 20-150 часов) и рабочего напряжения сжатия (0,07-1,7 МПа). Эффект термической релаксации возможно объяснить перестройкой внутренней гетерогенной структуры деформированного материала из неравновесного состояния к более равновесному с увеличением так называемой внутренней трехмерной кластерной теплопроводности. В течение времени приработки снижается также суммарное удельное контактное сопротивление R_S, т.е. увеличивается конформность материала к контактной поверхности.
Термическая релаксация наиболее выражена для листовых материалов КПТД-2 и КПТД-2М. На графиках представлены зависимости термического сопротивления материалов от напряжения сжатия при различном времени приработки материала. В данном случае величина релаксационного снижения термического сопротивления ΔR_τ составляет 5,5-17,0 % от величины суммарного термического сопротивления R, определенного в течение первого цикла сжатия и нагрева (1–го термоцикла) при испытании материала.

---

www.nomacon.by