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Utilizaré el artículo de hoy como referencia para los dispositivos y la metodología utilizados en las próximas bases de datos para materiales de interfaz térmica (TIM) y explicaré todo el proceso de medición de forma transparente y detallada en función de las preguntas de los lectores y las objeciones de los clientes. Naturalmente, no será posible eludir determinadas fórmulas matemáticas, pero para aquellos que las encuentren demasiado complejas, también he creado algunos diagramas sencillos y gráficos esquemáticos para ilustrarlo todo mejor. Así que no tengas miedo de seguir leyendo, ¡porque vale la pena! Aunque estos métodos y principios de cálculo son en realidad triviales, lamentablemente tuve que señalar que todavía existen lagunas en el enfoque general del problema de la determinación correcta del valor de las resistencias y conductividades térmicas. También me sorprendió que incluso a los lectores que han estado escribiendo artículos técnicamente sólidos durante años les resulte tan difícil lidiar con los bajos (y por lo tanto reales) valores de conductividad térmica que detecté. Pero también demuestra que el marketing de la industria del juego y los accesorios funciona mejor de lo que uno desearía. Por supuesto, no es gran cosa, porque puedes explicarlo todo. Y eso es exactamente lo que voy a hacer hoy, porque tenemos que hacer una muy buena distinción entre los valores prácticos y lo que se utiliza en teoría como declaración de marketing. Generalmente mido las pastas térmicas para mis artículos y mi base de datos según ASTM D5470-17 y también trato de reducir la mayoría de las influencias negativas de antemano. Precisamente por eso, después de la respectiva calibración trabajo con una capa inicial de 500 µm, que primero caliento lentamente a 120 °C sin demasiada presión, luego enfrío a 20 °C y finalmente la caliento a los 60 °C constantes de mis medidas. Sólo entonces mido la resistencia térmica o la conductividad térmica en condiciones idénticas de laboratorio con una temperatura media constante de la pulpa de 60 °C y desde 400 µm hacia abajo en incrementos de 25 µm. Esto ocurre de forma estandarizada, excluyendo todos los factores perturbadores (como distorsiones de la matriz o superficies de contacto no coplanares). Se garantizan condiciones superficiales controladas, condiciones de flujo de calor unidireccional, superficies de contacto paralelas y fuerzas de sujeción conocidas con precisión. Utilizo TIMA5 de Nanotest, un dispositivo de mesa compacto todo en uno que combina la configuración de medición y la PC requerida en un solo dispositivo. Se trata de una configuración de medición autosuficiente y, lo que es más importante, automatizada que también puedo ejecutar en paralelo con otras tareas en segundo plano. Después de todo, ¿quién quiere sentarse y mirar durante 6 horas o más? Una serie de pruebas como esta es prácticamente imposible de realizar manualmente. Todos los datos se guardan directamente en el NAS a través de la red. El dispositivo se recalibra antes de cada medición (sensores de presión y BLT). Pero ¿qué hay realmente detrás de todo esto? Ahora tenemos que averiguarlo. Resistencia térmica, resistencia de interfaz y resistencia térmica efectiva Comencemos con la descripción general. La llamada resistencia térmica describe la resistencia que ofrece un material a la transferencia de calor. Se basa en el espesor d del material, su conductividad térmica λ y el área A sobre la que fluye el calor: aquí la resistencia térmica normal ignora los puntos de contacto entre diferentes materiales, lo cual está idealizado y que en la práctica no ocurre en absoluto. . . Esto es teoría y no lo necesito en esta forma por el momento, porque entra en juego una mayor resistencia. La llamada resistencia de interfaz se produce porque el calor se transmite de manera menos efectiva en el punto de contacto entre dos materiales que en el propio material. Esto puede deberse a superficies irregulares o a un contacto de interfaz incompleto (por ejemplo, irregularidades microscópicas). Por ejemplo, en sistemas de PC donde el calor se transfiere desde un procesador a un disipador de calor, la resistencia de la interfaz puede aumentar significativamente la resistencia térmica general. También tenemos el factor de diferentes medios cuando el calor se transfiere de un medio sólido a uno líquido y viceversa. Pasemos ahora a la explicación conceptual de lo que puedo medir. La resistencia térmica efectiva también tiene en cuenta la resistencia de la interfaz R en las interfaces entre materiales, como se acaba de explicar. Esta resistencia de interfaz se produce en el punto de contacto entre dos materiales y surge de la conductividad térmica de los materiales. Por tanto, la resistencia térmica efectiva está determinada por la suma de la resistencia térmica normal del material y la resistencia de la interfaz: la resistencia de la interfaz puede constituir una parte importante de la resistencia total, especialmente en el caso de capas muy finas (BLT, espesor de la línea de unión), especialmente cuando dos materiales con diferentes propiedades térmicas entran en contacto. No puedo medir este valor importante ni leerlo del valor total, pero puedo calcularlo más tarde. Medición según ASTM D5470-17 en la práctica El método ASTM D5470-17 con seis sensores de temperatura permite determinar con precisión la resistencia térmica efectiva de un TIM midiendo el flujo de calor y la distribución de temperatura a lo largo de los bloques metálicos. La resistencia de la interfaz en las interfaces también se tiene en cuenta para garantizar la medición más precisa de la resistencia térmica. Veamos ahora brevemente la configuración esquemática y práctica del TIMA5 y la medición del TIM entre dos cabezales de prueba con tres sensores cada uno: En este método, la resistencia térmica efectiva de un TIM se determina entre dos superficies sólidas que están cargado por el flujo de calor. En la configuración con seis sensores de temperatura, la temperatura se mide en varios puntos a lo largo de la columna de calor para calcular el gradiente de temperatura y, por tanto, la resistencia térmica. Se coloca una muestra del TIM entre dos bloques de metal, que se calientan mediante un elemento calefactor en la parte superior y se enfrían mediante un enfriador de agua de laboratorio en la parte inferior. El calor fluye a través del TIM desde un lado caliente hacia un lado frío. Normalmente se colocan tres sensores en el lado caliente del TIM y tres en el lado frío. La distribución de la temperatura en el bloque metálico sigue una curva de temperatura lineal, ya que los bloques están hechos de un material homogéneo (cobre) con una conductividad térmica conocida y todos han sido medidos previamente y provistos de un archivo de calibración. El gradiente de temperatura en el bloque de metal se utiliza ahora para determinar el flujo de calor q. Este flujo de calor q se calcula utilizando el gradiente de temperatura medido en el bloque de metal y la conductividad térmica conocida λ del metal, donde ΔT es la diferencia de temperatura y dBlock es el espesor del bloque de metal: Las temperaturas directamente en la parte superior e inferior de los TIM se extrapolan a partir de las mediciones (es decir, en las interfaces con el bloque metálico). Esto proporciona la temperatura en la interfaz, que se utiliza para calcular la caída de temperatura en el TIM. La resistencia térmica efectiva Rth del TIM se calcula simplemente a partir de la caída de temperatura ΔTTIM sobre el espesor del TIM dTIM, donde se conoce el flujo de calor q. Aquí, ΔTTIM es la diferencia entre las temperaturas extrapoladas en los lados superior e inferior del TIM: también puedo usar un diagrama de curva para la resistencia térmica efectiva, que es mucho más relevante en la práctica que el valor de masa (la mejor primera de las pastas probado hasta ahora). Finalmente, si se conocen el flujo de calor y la resistencia térmica, se puede calcular la conductividad térmica λTIM del TIM. Aquí A es el área de la muestra TIM: en un diagrama de curvas para la conductividad térmica efectiva, que en realidad es mucho más relevante en la práctica que el valor volumétrico absoluto, se ve así (la mejor primera de las pastas probadas hasta ahora ). Y para los que ahora se preguntan: cuanto más grueso es el BLT, menos influencia tiene Rinterface, lógicamente: la resistencia de la interfaz juega un papel importante en la norma ASTM D5470-17. Además de la resistencia térmica del propio TIM, TIMA5 siempre tiene resistencia térmica adicional en las interfaces entre el TIM y los dos bloques metálicos. Sin embargo, esto se puede determinar por separado tomando varias mediciones con diferentes espesores de TIM y extrapolando los resultados para determinar la resistencia de la interfaz con un espesor de línea de unión (BLT) de 0. Esto es exactamente lo que encontrará después de pasar la página…
