Icepak高級建模6_界面熱阻

icepak 2011-10-10

界面熱阻 P253-P273

6.接觸阻尼Interface Resistance

界面熱阻
表面材料并不完全平整和光滑
在顯微鏡下可以看到,兩個連接表面的界面是由許多點到點的接觸點和它周圍的空氣鼓包組成
一般,界面真正的接觸面積與總面積的比值低至1-5%
空氣的傳導率為0.026 W/mK,是一種很差的熱傳導介質
相反銅的傳導率為390 W/mK
所以, 大多數界面都有較高的熱阻

界面材料
可以使用界面填充材料來減小界面熱阻
界面材料主要有:solder, thermal grease, elastomericpads, conductive adhesives, polyimide films, phase-change materials,

mica pads, adhesive tapes, and ceramic wafers
不可以對界面加壓的方法增加接觸面積來減小界面熱阻
但是,施加的壓力大小受到材料強度的限制
典型的電子封裝,接觸壓力在10 到50 psi之間
界面材料MaterialThermal Conductivity (W/mK)

熱涂料(Thermal grease)是由把分散的熱導陶瓷填充物填入硅膠形成的物質構成
熱涂料是“user unfriendly”的,但是可以提供很低的熱阻
涂料并不是電絕緣的:
–所以,多余的涂料必須清除以防止不必要的污染
涂料一開始呈粘稠膠狀,但是經過熱處理后變成橡膠狀
環氧樹脂可以忍受到125 C
熱導膠墊是摻有熱導陶瓷顆粒的硅膠墊片:
–它們通常用有機玻璃纖維或增加型塑料薄膜進行加強
與熱導涂料不同的是,熱導膠墊提供兩個面之間的電絕緣
熱導膠墊不能像熱導涂料那樣可以自由流動,但是在承受壓力時可以變形
必須使用扣件或是彈簧對熱導膠墊施加300-500 psi量級的壓力

估計接觸熱阻
熱阻的方程, R:
1/R = 1/Rs + 1/Rg
1/Rs = 1.25(ksm/s)(P/H)0.95
1/Rg = kg/d
P = 接觸壓力
H = 稍軟固體的微硬度
s = RMS 表面粗糙度
= SQRT(s12+s22)
m = 絕對平均粗糙斜度Absolute average asperity slope
= SQRT(m12+m22)
熱阻的方程, R:
ks= 固體熱傳導率調和平均值
= (2k1k2/(k1+k2))
kg = 界面流體傳導率
d =Y + M
Y = 1.53s(P/H)-0.097
M = 0 液體
= 0.3-3.5 mm 氣體
= 0.3 mm 由空氣填充的光滑鋁表面之間