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Définition scientifique
Dans les appareils électroniques, la gestion thermique est un facteur de performance crucial, car la surchauffe des composants peut entraîner des défaillances. La tâche consiste à transférer la chaleur générée par l’électronique vers des dispositifs de refroidissement, c’est-à-dire des puits de chaleur ou des dissipateurs de chaleur. Cependant, même le dissipateur thermique le plus efficace ne peut pas dissiper la chaleur de manière optimale si les surfaces de contact n’assurent pas le transfert de chaleur nécessaire. Malgré les procédés de fabrication modernes, il subsiste une certaine rugosité de surface sur laquelle se produisent des inclusions d’air microscopiques.
Les matériaux d’interface thermique (MIT) sont conçus pour combler les vides entre les composants afin d’améliorer sensiblement le transfert de chaleur. Cela signifie également que la résistance de contact entre le composant générateur de chaleur et le dissipateur thermique doit être réduite à l’aide du MIT.
Propriétés thermiques des MIT
Les performances d’un MIT dépendent donc de ses propriétés thermiques. Les propriétés les plus courantes utilisées dans l’industrie et répertoriées dans les fiches techniques sont la conductivité thermique et l’impédance thermique.
L’avantage d’examiner l’impédance thermique d’un MIT est qu’elle reflète également les conditions d’une application, car elle tient compte, par exemple, de l’épaisseur du matériau et de la pression de serrage.
Les thermique conductivité thermique est une propriété propre au matériau et décrit la capacité d’un matériau à conduire la chaleur.
Cela signifie que pour la gestion thermique, il est avantageux d’utiliser un MIT ayant une conductivité thermique élevée afin d’améliorer l’effet de refroidissement.
La résistance thermique, qui est la capacité à résister à un flux de chaleur, est liée à la conductivité thermique.
Contrairement à la conductivité thermique, la résistance thermique dépend de l’épaisseur du matériau.
Ainsi, pour une conductivité thermique constante, plus le matériau est épais, plus la résistance thermique est élevée.
La conception thermique et le choix d’un MIT doivent tenir compte non seulement de la conductivité thermique du matériau, mais aussi de l’résistance de contact entre le composant générateur de chaleur, le MIT et le dissipateur thermique.
C’est ici que l’impédance thermique entre en jeu : elle décrit la somme de la résistance thermique et de la résistance de contact, c’est-à-dire l’opposition totale qu’un assemblage, c’est-à-dire le matériau et ses interfaces, oppose au flux de chaleur.
Cela signifie qu’idéalement, le matériau TIM a une conductivité thermique élevée et possède en même temps une faible impédance thermique.
Propriétés résumées :
- Conductivité thermique
- Epaisseur du matériau pression de contact
- Résistance thermique
- Résistance de contact
Méthode de mesure
Les mesures d’impédance thermique sont généralement effectuées à l’aide d’un testeur TIM qui confirme la norme norme ASTM D5470.
Il utilise une méthode en régime permanent dans laquelle un échantillon est serré entre une barre de mesure chauffée et une barre de mesure refroidie.
Le gradient de température sur l’échantillon, le flux de chaleur qui en résulte ainsi que la surface d’essai, qui a la même taille que le matériau, sont ensuite utilisés pour le calcul de l’impédance thermique.
L‘impédance thermique mesure donc la résistance thermique de l’échantillon plus la résistance thermique interfaciale entre le matériau et les surfaces d’essai ; elle est désignée par θ et exprimée en m2∙K/W.
Comme la résistance de contact varie en fonction de la surface de l’échantillon et de la pression appliquée par les surfaces d’essai sur le matériau testé, la pression est enregistrée par le TIM-Tester. L’épaisseur de l’échantillon est également mesurée
Le TIM-Tester permet également de déterminer la conductivité thermique apparente, c’est-à-dire la conductivité thermique spécifique aux conditions d’essai. Pour cela, il faut exclure la résistance thermique interfaciale. Pour ce faire, il faut d’abord mesurer et tracer l’impédance thermique en fonction des différentes épaisseurs de l’échantillon. Il en résulte une ligne droite dont l’inverse de la pente est la conductivité thermique apparente et l’ordonnée à l’origine à l’épaisseur zéro correspond à la résistance de contact aux deux surfaces d’essai.
