Apa Konduktivitas Termal?

Konduktivitas termal adalah sifat yang menunjukkan betapa mudahnya panas berpindah melalui suatu bahan ketika ada perbedaan suhu di antara bahan tersebut. Simbolnya adalah k, atau terkadang λ, dan satuan standarnya adalah W/(m·K). Jika suatu bahan mempunyai nilai k yang tinggi, panas mengalir melaluinya dengan cepat. Jika k rendah, panas bergerak lambat.

Saya telah menghabiskan waktu lima belas tahun dalam membangun insulasi dan-desain heatsink, dan setiap kali seseorang melontarkan "konduktivitas termal" tanpa konteks, saya harus menahan diri. Nomor lembar data diukur dalam kondisi laboratorium yang sempurna. Bagian nyata dalam sistem nyata hampir tidak pernah melihat kondisi persis seperti itu.

Nilai lab vs bagian nyata

Konduktivitas termal laboratorium diukur pada sampel yang datar, bersih,-bebas cacat dengan tekanan kontak sempurna dan tanpa celah udara. Di lapangan terdapat kekasaran permukaan, lapisan oksida, variasi tekanan kontak, dan seringkali lapisan udara tipis yang mematikan konduktivitas efektif. Sebuah blok tembaga mungkin menunjukkan 400 W/(m·K) di buku teks, tetapi menyatukan dua heat sink tembaga dengan tekanan 2 MPa dan Anda beruntung melihat 50 000 W/(m²·K) di antarmuka.

Logam

Tembaga murni pada suhu kamar sekitar 401 W/(m·K). C10100-bebas oksigen beberapa poin lebih tinggi, C11000 komersial beberapa poin lebih rendah. Aluminium 6061 memiliki suhu 167–180 W/(m·K) bergantung pada temper. 6063 biasanya 200–210 karena diekstrusi dan struktur butirannya tersusun lebih baik. Perak murni mengalahkan segalanya pada ~430, tetapi tidak ada yang menggunakannya di luar beberapa rongga RF.

Non-logam yang mengejutkan banyak orang

Berlian (CVD atau kristal-tunggal) beroperasi pada 1000–2200 W/(m·K). Kami menggunakannya untuk submount-dioda laser dan gerbang HEMT GaN ketika uang bukan masalah. Grafit dalam bidang-(lembaran pirolitik atau graphene) dapat mencapai 1500–2000 sepanjang bidang, turun hingga 6 tegak lurus. Anisotropi itulah yang menyebabkan Anda harus berhati-hati dalam mengarahkan penyebar panas grafit di ponsel.

Keramik dan pengisi

Aluminium nitrida (AlN) memiliki kadar produksi 170–220 W/(m·K). Berilium oksida berjumlah 250–300 tetapi dilarang di banyak tempat. Trombosit boron nitrida (h-BN) menghasilkan 300–600 bidang-bila disejajarkan dalam polimer, mungkin 30 bidang-tembus. Alumina biasa (Al2O3) hanya 30–35, namun 90 % papan LED masih menggunakannya karena murah dan bersifat dielektrik.

Polimer dan gemuk

Epoksi atau poliuretan yang tidak terisi adalah 0,2–0,3 W/(m·K). Isi dengan 70 vol% alumina atau boron nitrida dan Anda dapat menekan 2–4 W/(m·K). Bantalan termal yang Anda beli dari Digi-Kunci biasanya berukuran besar 1–8 W/(m·K), namun hambatan sebenarnya adalah resistansi kontak di setiap sisinya. Fase-perubahan material dimulai pada 3–5, antarmuka logam cair (gallium) dapat membuat Anda berada di atas 30 jika Anda dapat mengatasi kekacauan tersebut.

Nilai khas yang sebenarnya saya gunakan saat mengukur heat sink

Intinya: jumlah k massal hanyalah separuh cerita. Resistensi kontak, permukaan akhir, tekanan pemasangan, dan ketergantungan suhu biasanya menentukan apakah CPU Anda melambat atau IGBT Anda hidup.

Saya selalu menurunkan angka lab setidaknya 30 % pada-desain lintasan pertama, lalu mengukur suhu persimpangan sebenarnya di bangku cadangan. Ada lagi yang meminta pengembalian lapangan.