Mikä on lämmönjohtavuus?

Lämmönjohtavuus on ominaisuus, joka kertoo kuinka helposti lämpö liikkuu materiaalin läpi, kun sen poikki on lämpötilaero. Symboli on k tai joskus λ ja vakioyksikkö on W/(m·K). Jos materiaalilla on korkea k-arvo, lämpö virtaa sen läpi nopeasti. Jos k on pieni, lämpö liikkuu hitaasti.

Olen työskennellyt viisitoista vuotta rakennuseristyksen ja lämpönielun suunnittelussa{0}}, ja joka kerta, kun joku heittelee "lämmönjohtavuutta" ilman kontekstia, minun täytyy purra kieltäni. Tietolehtien numerot mitataan täydellisissä laboratorio-olosuhteissa. Oikeat osat todellisissa järjestelmissä eivät juuri koskaan näe näitä tarkkoja olosuhteita.

Laboratorioarvo vs reaaliosa

Laboratorion lämmönjohtavuus mitataan litteästä, puhtaasta, viattomasta-näytteestä, jossa on täydellinen kosketuspaine ja ilman rakoja. Kentällä on pinnan karheutta, oksidikerroksia, kosketuspaineen vaihtelua ja usein ohut ilmakalvo, joka tappaa tehokkaan johtavuuden. Kuparilohko saattaa näyttää oppikirjassa 400 W/(m·K), mutta kiinnitä kaksi kuparista jäähdytyselementtiä yhteen 2 MPa:n paineella ja olet onnekas, kun näet liitännässä 50 000 W/(m²·K).

Metallit

Puhdas kupari huoneenlämpötilassa on noin 401 W/(m·K). Happiton -C10100 on muutaman pisteen korkeampi, kaupallinen C11000 muutaman pisteen matalampi. Alumiini 6061 istuu 167–180 W/(m·K) lämpötilasta riippuen . 6063 on yleensä 200–210, koska se on suulakepuristettu ja raerakenne on paremmin linjassa. Puhdas hopea voittaa kaiken arvolla ~430, mutta kukaan ei käytä sitä muutamien RF-onteloiden ulkopuolella.

Ei-{0}}metallit, jotka yllättävät ihmiset

Timantti (CVD tai yksi-kide) toimii 1000–2200 W/(m·K). Käytämme sitä laser-diodialustoissa ja GaN HEMT -porteissa, kun raha ei ole esine. Grafiitti-tasossa (pyrolyyttiset tai grafeenilevyt) voi osua 1500–2000 tasoon, putoaa 6:een kohtisuorassa. Tämän anisotropian vuoksi sinun on oltava varovainen, kuinka suuntaat grafiittilämmönlevittimet puhelimissa.

Keramiikka ja täyteaineet

Alumiininitridi (AlN) on tuotantolaaduissa 170–220 W/(m·K). Berylliumoksidi oli 250–300, mutta se kiellettiin useimmissa paikoissa. Boorinitridi (h-BN) verihiutaleet antavat sinulle 300–600 tuuman-tasoa, kun ne on kohdistettu polymeeriin, ehkä 30--tasoon. Pelkkää alumiinioksidia (Al2O3) on vain 30–35, mutta silti 90 % LED-levyistä käyttää sitä, koska se on halpa ja dielektrinen.

Polymeerit ja rasvat

Täyttämätön epoksi tai polyuretaani on 0,2–0,3 W/(m·K). Lataa siihen 70 tilavuusprosenttia alumiinioksidia tai boorinitridiä ja voit painaa 2–4 ​​W/(m·K). Digi-Keyltä ostamasi lämpötyynyt ovat yleensä 1–8 W/(m·K) bulkki, mutta todellinen pullonkaula on kosketusresistanssi kummassakin pinnassa. Vaihe-vaihda materiaalit alkavat 3–5, nestemäisten metallien (gallium) liitännät voivat nostaa sinut yli 30:een, jos voit elää sotkussa.

Tyypillisiä arvoja, joita käytän itse asiassa, kun mittaan jäähdytyselementtejä

Bottom line: bulkki k-luku on vain puolet tarinasta. Kosketusvastus, pinnan viimeistely, asennuspaine ja lämpötilariippuvuus ratkaisevat yleensä, onko prosessorisi kaasu vai IGBT kestääkö.

Vähennän aina laboratoriolukuja vähintään 30 % ensimmäisellä-kierroksella ja sitten mittaan todellisen liitoslämpötilan penkillä. Kaikki muu pyytää kenttäpalautuksia.