Độ dẫn nhiệt là gì?

Độ dẫn nhiệt là đặc tính cho bạn biết nhiệt di chuyển qua vật liệu dễ dàng như thế nào khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa nó. Ký hiệu là k, hoặc đôi khi là λ, và đơn vị chuẩn là W/(m·K). Nếu vật liệu có giá trị k cao, nhiệt sẽ truyền qua nó nhanh. Nếu k thấp, nhiệt di chuyển chậm.

Tôi đã dành mười lăm năm để xây dựng thiết kế tản nhiệt và cách nhiệt-và mỗi lần ai đó nói lung tung về "độ dẫn nhiệt" mà không có ngữ cảnh thì tôi lại phải cắn lưỡi. Số bảng dữ liệu được đo trong điều kiện phòng thí nghiệm hoàn hảo. Các bộ phận thực trong hệ thống thực hầu như không bao giờ nhìn thấy những điều kiện chính xác đó.

Giá trị phòng thí nghiệm so với phần thực

Độ dẫn nhiệt trong phòng thí nghiệm được đo trên một mẫu phẳng, sạch,-không có khuyết tật với áp suất tiếp xúc hoàn hảo và không có khe hở không khí. Tại hiện trường, bạn có độ nhám bề mặt, các lớp oxit, sự thay đổi áp suất tiếp xúc và thường có một màng không khí mỏng làm mất đi tính dẫn điện hiệu quả. Một khối đồng có thể hiển thị 400 W/(m·K) trong sách giáo khoa, nhưng bắt vít hai tản nhiệt bằng đồng với nhau với áp suất 2 MPa và bạn thật may mắn khi nhìn thấy 50 000 W/(m·K) tại giao diện.

kim loại

Đồng nguyên chất ở nhiệt độ phòng là khoảng 401 W/(m·K). C10100 không chứa oxy cao hơn một vài điểm, C11000 thương mại thấp hơn một vài điểm. Nhôm 6061 nằm ở mức 167–180 W/(m·K) tùy thuộc vào nhiệt độ. 6063 thường là 200–210 vì nó được ép đùn và cấu trúc thớ sắp xếp tốt hơn. Bạc nguyên chất đánh bại mọi thứ ở mức ~430, nhưng không ai sử dụng nó ngoài một số khoang RF.

Phi kim-làm mọi người ngạc nhiên

Kim cương (CVD hoặc-tinh thể đơn) chạy 1000–2200 W/(m·K). Chúng tôi sử dụng nó cho các-điốt phụ laser và cổng GaN HEMT khi tiền không còn là vấn đề nữa. Than chì trong-mặt phẳng (tấm nhiệt phân hoặc tấm graphene) có thể va chạm 1500–2000 dọc theo mặt phẳng, giảm xuống 6 góc vuông góc. Tính bất đẳng hướng đó là lý do tại sao bạn phải cẩn thận khi định hướng bộ tản nhiệt than chì trong điện thoại.

Gốm sứ và chất độn

Nhôm nitrit (AlN) là 170–220 W/(m·K) ở cấp sản xuất. Ôxít berili là 250–300 nhưng bị cấm ở hầu hết các nơi. Các tiểu cầu Boron nitride (h-BN) cung cấp cho bạn 300–600 trên mặt phẳng-khi được căn chỉnh trong một polyme, có thể là 30 trên mặt phẳng{11}}. Alumina trơn (Al2O3) chỉ 30–35, nhưng 90% bảng LED vẫn sử dụng nó vì nó rẻ và điện môi.

Polymer và mỡ bôi trơn

Epoxy hoặc polyurethane không hàn là 0,2–0,3 W/(m·K). Nạp nó với 70% thể tích alumina hoặc boron nitride và bạn có thể đẩy 2–4 W/(m·K). Các miếng đệm nhiệt bạn mua từ Digi-Key thường có số lượng lớn từ 1–8 W/(m·K), nhưng điểm nghẽn thực sự là điện trở tiếp xúc ở mỗi mặt. Vật liệu thay đổi pha{11}}bắt đầu ở mức 3–5, giao diện kim loại lỏng (gali) có thể giúp bạn đạt trên 30 nếu bạn có thể chấp nhận được tình trạng lộn xộn.

Các giá trị tiêu biểu tôi thực sự sử dụng khi xác định kích thước tản nhiệt

Tóm lại: số k lớn chỉ là một nửa câu chuyện. Điện trở tiếp xúc, độ hoàn thiện bề mặt, áp suất lắp đặt và sự phụ thuộc vào nhiệt độ thường quyết định xem CPU của bạn có hoạt động hay IGBT của bạn hoạt động hay không.

Tôi luôn giảm số lượng phòng thí nghiệm ít nhất 30% trong những thiết kế-vượt qua đầu tiên, sau đó đo nhiệt độ điểm nối thực tế trên băng ghế dự bị. Bất cứ điều gì khác đang yêu cầu trả lại trường.