Hűtőborda méretezés II.


2015-02-01 12:26:59

Előző cikk után, az interfész hővezető ~μm vastagságú réteg fontosságára szeretném felhívni a figyelmet. 

hűtőborda hézag

A képen egy mikroszkópikus nézetet látunk [5], amint egy peltier elem (esetünkben valamilyen IC) egy hűtőbordához van illesztve. Hiába a legtökéletesebb hőleadású hűtőborda, ha az illesztéseknél hőszigetelő levegő található. Ide szoktak hővezető, elektromosan vezető/szigetelő pasztát (Thermal Interface Material=TIM), lapokat helyezni. Hogy ezeknek mennyi a hőellenállása, egy kis segítséget kaphatunk az alábbi táblázatból, vagy adatlapokból:

TIM


Ez világos, Kész is lennénk a feladattal. De mennyivel kell számolni, ha lusták vagyunk és nem rakunk pasztát? 

A kutatások [5] azt állítják, hogy ha a két felületet egymáshoz illesztjük szárazon, azok csak 5%-ban érintkeznek egymással, 95%-os felület levegő közeg segítségével csatlakozik a hűtőbordához. Ugyanezen cikkben leírják, hogy jól megmunkált felületek esetén is ~820nanométer (32 microinch) az illeszkedés pontossága. 
Miért is kell ez nekünk?
A függvénytáblában nem adják meg az anyagok hőellenállását, csak hővezető képességét [3] [7].

hővezetési tényezője néhány anyagnak

 

De hogyan lehet egyiket a másikba átszámolni? Hőellenállás: °C/W (v. °K/W) Hővezetés: W/mK (ahol az "m" a métert jelenti).

Gondoltam ha az 1 métert egységnek vezem, akkor a két mértékegység egymás reciproka... Nem jó megoldás. Van egy két paszta aminek mindkét paramétere adott és sajnos ilyen számolás esetén nagyságrendbeli különbségek adódnak. 

Akkor számoljuk ki a hővezetést egy konkrét példán keresztül hátha az működni fog?
Képlet:
Rth=l/A*α (ahol l-hosszúság, A-felszín, α- hővezető képesség)

l~=1μm=10^-6m; A=15mm*10mm=0.00015mm² (TO220-as tok alapján); α=0.02(W/mK)
Rth-levegő=10^-6/(0.00015*0.02)=0.33°C/W

Mire jutottunk? A felsorolt interfész anyagoknál látott "száraz" elnevezés erre irányult. 

Gyorsan nézünk egy kontrolltesztet. 
Spire hővezetőpaszta Rth=0.06°C/W; α=2.062W/mK
A méreteknél figyelembe vesszük hogy a paszta vastagságát 10x nagyobbra választjuk mint levegő esetén:
Rth-paszta=10^-5/(0.00015*2.062)=0.032°C/W 
Nagyságrendileg talán elfogadható... 


Másik megközelítés. Fórumokon keresgélve, azt írják, hogy a paszták használatával nagyjából 3-4°C-ot lehet nyerni. 

Rth=ΔT/P -> ΔT=Rth*P

Anyagok:
  Sprire paszta(számított): 0.032°C/W 
  Artic MX4 (PC-nél használt)(számított): 0.0078°C/W (8.5W/mK)
  levegő: 0.33°C/W

Tesztalany: TDA2030 -> 22W; TO220 tokozás (15mm*10mm); Rth_alap: 1.5°C/W-os hűtőborda; eltérő paszták
Rth_spire: Rth_alap+Rth_spire_paszta=1.5+0.032=1.532°C/W
Rth_MX4: 1.5+0.0078=1.5078°C/W
Rth_levegő: 1.5+0.33=1.83°C/W

ΔT_spire:1.532*22=33.704°C
ΔT_MX4:1.5078*22=33.171°C
ΔT_levegő:1.532*22=40.26°C
ΔT_borda_nélkül(elméleti):50*22=1100°C


 

Úgy gondolom a számítások nagyjából helytállóak. Sajnos az eltérő források esetén máshogy számolnak a szerkesztők, így felelőséget nem tudok vállalni értük, de ha a valósággal összevetjük a számításokat, elfogadhatónak tűnnek az értékek. 

Források:

[1] http://www.hobbielektronika.hu/cikkek/a_meret_igenis_szamit_avagy_mekkora_hutobordat_vegyek.html?pg=1

[2] http://www.ett.bme.hu/upload/1103126448182.4_82a19ef3ce07c3058e2e2466a4ae0417/32termikus.pdf

[3] http://hu.wikipedia.org/wiki/H%C5%91vezet%C3%A9si_t%C3%A9nyez%C5%91

[4] http://hiradastechnika.hu/data/upload/file/2012/HT2011_2_07.pdf

[5] http://www.customthermoelectric.com/TIMs.html

[6] https://hvt.bme.hu/~csurgai/urtech/Sources/Banfalvi_konstrukcio.pdf

[7] http://logout.hu/bejegyzes/szuper-t/hovezeto_pasztak_ragasztok_rangsorba_szedve.html







Hozzászólások:


Hozzászólás beküldése (nyisd le)