Hallo liebe Gemeinde,
ich habe eine Frage zu den Parametern von Wärmeleitpasten. Dort sind
neben dem thermischen Leitwert oft ein thermischer Widerstand angegeben.
Doch ich finde leider keinerlei Flächenangaben für diesen. Anfangs
dachte ich, dass der thermische Widerstand mit gegebender Schichtdicke
immer für einen m² angegeben sein müsste, doch wenn man die Wert
einsetzt, kann das nicht sein.
Beispiele für derartige Datenblätter wären z.b.
http://www.farnell.com/datasheets/1935782.pdf?_ga=1.101002057.972768276.1475511286http://www.kerafol.com/fileadmin/user_upload/Thermalmanagement/downloads/2016/06-Gap-Filler/Kerafol_TM_Datenblatt_GF_255_GF_300.pdf
Kann mir dies vielleicht ein fachkundiger erklären?
Berechnet man die Werte, über den spezifischen Leitwert und den
gegebenen Wärmewiderstand, so kommt man immer ungefär auf eine
theoretische Fläche von 0.0004m² bis 0.00042m².
Viele Grüße,
Stefan
Im Datenblatt eines Kühlkörpers findest du auch nur K/W ohne
Flächenangabe.
Die Berechnungen sind so ungenau, und der Einfluss der Paste so gering,
dass du den spezifischen Leitwert komplett ignorierst. Einfach auf die
1,5 K/W des Kühlkörpers die 0,006 K/W der Paste addieren. Genauere
Berechnung über die Fläche lohnt eh nicht.
Bei einem Kühlkörper ist keine Flächenangabe nötig, da er ja bestimmte
feste Ausmaße hat. Und in meinem Anwendungsfall ist der Leitwert der
Wärmeleitpaste leider definitiv nicht vernachlässigbar, weshalb ich auch
gerne die Zusammenhänge verstehen würde.
Im Datenblatt von Farnell steht die Wärmeleitfähigkeit der Paste doch
drin:
10 W/mK
Die Fläche und die Dicke der Pastenschicht wirst du ja vermutlich
wissen, also sollte man auch alles errechnen können, was du wissen
willst.
https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmeleitf%C3%A4higkeit
Ja, diese Berechnung ist mir natürlich klar, jedoch würde mich sehr
interessieren, auf welche Fläche sich die Berechnung des
Wärmewiderstands aus den Datenblättern bezieht.
Da diese bei allen Herstellern relativ nahe an 4cm² liegt, sollte es
eine Normung in irgendeiner Art geben, welche ich jedoch leider nicht
finde bzw. kenne.
Das ist nicht so einfach.
Erinnere mich noch an einen alten Test, da hat ausgerechnet die
Wärmeleitpaste mit dem besten Datenblatt am schlechtesten abgeschnitten.
Wegen der Silberpartikel konnte man die Paste nicht so dünn ausbreiten,
wie im Datenblatt angegeben.
Und wie willst du die 0.025mm einhalten? Du hast ja gar keine Angaben
zur Planheit. Auch keine Angaben, wie weit sich Chip und Kühlkörper
verbiegen. Die eine Paste musst du perfekt verstreichen. Die andere
fliesst bei Wärme.
Und streng genommen ist auch bei einem Kühlkörper eine Flächenangabe
nötig. Wenn du die Wärme an einem Punkt einleitest, hat die Platte einen
weiteren Weg bis zu den Heat-Pipes, als wenn du die Wärme auf der ganzen
Fläche einleitest.
Wenn es auf die 0,01 K\W ankommt, musst du eh die Chiptemperatur messen.
Überprüfen, ob die Paste bei der Montage optimal dünn verteilt wurde.
>Ja, diese Berechnung ist mir natürlich klar,
Anscheinend doch nicht so ganz
>auf welche Fläche sich die Berechnung des Wärmewiderstands aus den >Datenblättern
bezieht.
Die Fläche musst doch du in die Formel einsetzen.
Du hast eine gegebene Fläche der Pastenschicht, eine gegebene Dicke der
Pastenschicht, damit kannst du ganz einfach ausrechnen, welche
Temperaturdifferenz bei einem gegebenen Wärmefluss entsteht.
Vielen Dank für deine Hilfe.
Diese Zusammenhänge sind natürlich klar. Bei meiner Anordnung geht es
nicht um die Kühlung eines Chips, sondern um Temperaturverteilung in
einer Anordnung und dementsprechend über den Wärmestrom durch die
Schicht der Wärmeleitpaste. Ich habe den Vorteil, dass ich ohne Aufwand
auch sehr hohe Anpressdrücke verwirklichen kann.
Dass das ganze natürlich von diversen nicht bestimmbaren Parametern, wie
Oberflächengüte, Dicke der Oxidschicht, Auftragung der Paste etc.
beeinflusst wird ist mir klar, dennoch ist es natürlich so, dass es
unmöglich wird, das Ganze schlussendlich zu verstehen und zu
modellieren, wenn man die einfachsten, grundlegenden Parameter der
Datenblätter nich nachvollziehen kann.
Georg schrieb:>>Ja, diese Berechnung ist mir natürlich klar,>> Anscheinend doch nicht so ganz>>>auf welche Fläche sich die Berechnung des Wärmewiderstands aus den >Datenblättern> bezieht.>> Die Fläche musst doch du in die Formel einsetzen.>> Du hast eine gegebene Fläche der Pastenschicht, eine gegebene Dicke der> Pastenschicht, damit kannst du ganz einfach ausrechnen, welche> Temperaturdifferenz bei einem gegebenen Wärmefluss entsteht.
In den Datenblättern ist ein absoluter (=! spezifischer) Widerstand
gegeben, im Farnell-Datenblatt mit "Thermal Resistance 0.006[K/W].
Auf welche Testbedingung bezieht sich dieser?
Stefan B. schrieb:> Ja, diese Berechnung ist mir natürlich klar, jedoch würde mich sehr> interessieren, auf welche Fläche sich die Berechnung des> Wärmewiderstands aus den Datenblättern bezieht.
Die Fläche ist nicht vorgegeben und muß auch nicht vorgegeben werden.
Der thermische Leitwert der Paste in Watt pro (Meter * Kelvin) hingegen
schon. Einfach deine Werte einsetzen und rechnen. Ist das wirklich zu
schwer für dich?
> Diese Zusammenhänge sind natürlich klar.
Du erlaubst, daß ich zweifle?
> Bei meiner Anordnung geht es> nicht um die Kühlung eines Chips, sondern um Temperaturverteilung in> einer Anordnung und dementsprechend über den Wärmestrom durch die> Schicht der Wärmeleitpaste.
Das. Ist. Vollkommen. Irrelevant.
Du hast im einfachsten Fall einen Wärmestrom durch eine Schicht Wärme-
leitpaste auf einer Fläche A mit Schichtdicke d. Im komplizierteren Fall
hast du viele derartige Übergänge in Parallel- bzw. Reihenschaltung.
Das ist nicht kompliziert.
Axel S. schrieb:> Stefan B. schrieb:>> Ja, diese Berechnung ist mir natürlich klar, jedoch würde mich sehr>> interessieren, auf welche Fläche sich die Berechnung des>> Wärmewiderstands aus den Datenblättern bezieht.>> Die Fläche ist nicht vorgegeben und muß auch nicht vorgegeben werden.> Der thermische Leitwert der Paste in Watt pro (Meter * Kelvin) hingegen> schon. Einfach deine Werte einsetzen und rechnen. Ist das wirklich zu> schwer für dich?>>> Diese Zusammenhänge sind natürlich klar.>> Du erlaubst, daß ich zweifle?>>> Bei meiner Anordnung geht es>> nicht um die Kühlung eines Chips, sondern um Temperaturverteilung in>> einer Anordnung und dementsprechend über den Wärmestrom durch die>> Schicht der Wärmeleitpaste.>> Das. Ist. Vollkommen. Irrelevant.>> Du hast im einfachsten Fall einen Wärmestrom durch eine Schicht Wärme-> leitpaste auf einer Fläche A mit Schichtdicke d. Im komplizierteren Fall> hast du viele derartige Übergänge in Parallel- bzw. Reihenschaltung.>> Das ist nicht kompliziert.
Verzeihung, doch wie exakt schon vorher 5 mal geschrieben, hab ich
keinerlei Probleme die Berechnung mit dem spezifischen thermischen
Leitwert, welchen ich in die von dir vorgeschlagene Formel einsetze.
Was ich nicht verstehe ist der in den Datenblättern vorzufindende
absolute Leitwert, von z.b. 0.006[K/W], ohne Flächen/Schichtdicken
bezogene Angaben.
Axel S. schrieb:> Das ist nicht kompliziert.
Da ich leider noch immer keinerlei Ansatz habe und mir auch noch
niemand,inklusive Dir, weiterhelfen konnte, kanns aber auch nicht so
trivial sein.
Stefan B. schrieb:> Was ich nicht verstehe ist der in den Datenblättern vorzufindende> absolute Leitwert, von z.b. 0.006[K/W], ohne Flächen/Schichtdicken
Wuerde das so intepretieren als das es sich dabei um den
niedrigstmoeglich erreichbaren Widerstand handelt welcher sich ergibt
wenn die Paste mit 0,025mm wohl duennstmoeglich aufgetragen wird.
(analog finden bei Klebstoffen sich Angaben im Zehntelbereich bspw. 0,1
o. 0,2mm eben weil sonst keine ausreichende Klebekraft)
Darunter wird es mit diesem Material nicht moeglich sein ein
gleichmaessige Schicht aufzubringen. Aus der angegeben Impedanz sollte
sich nit Z/R=A auch eine Flaeche (~19mm^2) errechnen lassen aber wozu?
Fuer die 'Reihenschaltung' der widerstaende Rsource-Rpasta-Rheatsinks
reicht es ja aus, faellt die Schicht beim auftragen dicker aus eg.
0,075mm der betraegt der anzunehmende Wert eben 0,018 K/W.
Die therm. Leitfaehigkeit des Material wird mit 10W/mK angegeben.
Das ist die Angabe die benoetigt wird um allgemeinere Berechnungen
anzustellen zu koennen die anderen Angaben sind so gesehen der
Spezialfall.
[**********] schrieb:> Die therm. Leitfaehigkeit des Material wird mit 10W/mK angegeben.> Das ist die Angabe die benoetigt wird um allgemeinere Berechnungen> anzustellen zu koennen die anderen Angaben sind so gesehen der> Spezialfall.
So wuerde ich das als -nichtprofi- vorbeh. Irrtum, erstmal sehen wollen.
Anh. ein 3M techinal Bulletin
Stefan B. schrieb:> was ich nicht verstehe ist der in den Datenblättern vorzufindende> absolute Leitwert, von z.b. 0.006[K/W], ohne Flächen/Schichtdicken> bezogene Angaben.
Dann nimm doch einfach Wärmeleitpampe von einem Hersteller, der
versteht, was er ins Datenblatt schreibt:
http://www.richardsonrfpd.com/resources/RellDocuments/SYS_10/accessories_64-68.pdf
Dort wird zwar die Länge in Zoll (in) angegeben, aber Division und
Multiplikation soll ja schon erfunden sein.
Ich bin nicht sicher ob ich Dein Problem verstehe, aber es scheint mir,
es herrscht möglicherweise ein Missverständnis mit den Begriffen und was
sie bedeuten.
Ergänzend möchte ich Dir empfehlen, zunächst den Wikipedia-Artikel
https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmewiderstand zu lesen.
Daraus geht hervor, dass der Wärmewiderstand als Verhältnis von
Temperaturdifferenz und Wärmestrom definiert ist.
Das bedeutet einfach nur dass bei einem bestimmten Temperaturdifferenz
eine bestimmte Leistung in Form von Wärme übergeht.
Es ist soweit richtig, dass diese Grösse Fläche und Zeit nicht
beinhaltet.
Aus dem oben angegeben Wikipedia-Artikel ist aber auch ersichtlich, dass
für den Wärmewiderstand eine zweiter Zusammenhang besteht. Nämlich der
zwischen der Schichtdicke (dort Länge), der Fläche und der
"Wärmeleitfähigkeit".
Vermutlich, aber ich bin mir nicht sicher, gehst Du ganz richtig davon
aus, das Du mit den Bezeichnungen "Leitwert" bzw. "thermischer Leitwert"
eigentlich die "Wärmeleitfähigkeit" meinst. Jedenfalls aber ist die
Bezeichnung "absoluter Leitwert" in diesem Zusammenhang falsch, denn es
handelt sich um einen von der Fläche und der Schichtdicke (und nicht
zuletzt von dem Material) abhängigen Wert. Es handelt sich also nicht,
wie Du schreibst, um:
> ohne Flächen/Schichtdicken bezogene Angaben.
Das geht klar aus der Definition der Wärmeleitfähigkeit (siehe
https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmeleitf%C3%A4higkeit) hervor. Dort
sind nämlich die Fläche und Schichtdicke durchaus enthalten.
Gut. Nehmen wir mal an, dass sei soweit klar und Du hast nur im Eifer
des Gefechts einiges durcheinander gewirbelt, weil scheinbar niemand
Deine Frage verstand. Kann ja vorkommen. Nur nicht hektisch werden. :-)
Wir haben also nun, wie beschrieben, zwei Definitionsgleichungen für den
Wärmewiderstand. Nämlich:
Rth = d t / Q'
(leider klappst nicht mit dem Formelsatz. Die schöne Darstellung findest
Du in Wikipedia).
und
Rth = l / (lambda * A)
Sowohl Rth und lambda kannst Du dem Datenblatt entnehmen. Soweit ist Dir
das auch klar, meine ich.
Wenn Du also die bekannten Werte einsetzt, ergibt sich. dass sowohl l
als auch A unbekannt bleiben.
So gesehen ist diese Berechnung von Dir:
> Berechnet man die Werte, über den spezifischen Leitwert und> den gegebenen Wärmewiderstand, so kommt man immer ungefär> auf eine theoretische Fläche von 0.0004m² bis 0.00042m².
also gar nicht möglich, denn es fehlt die Schichtdicke.
Ich meine nun verstanden zu haben, dass es Dir darum geht, das die erste
Definition keinerlei Flächen und Schichtdicken enthält.
Praktisch ist das, durch die zweite Definition kein Hindernis. Soweit,
denke ich, ist das jetzt klar. Aber es scheint Dir unklar, wozu die
Definition in der ersten Form überhaupt dient.
Aber theoretisch ...?
Nun. Stelle Dir einmal vor, auf welche Weise Du den Wärmeleitwert
praktisch bestimmst. Du kannst ja die spezifische Wärmeleitfähigkeit
nicht direkt messen.
Die zweite Gleichung gibt Dir aber die Möglichkeit, das über die Messung
der Temperaturdifferenz und der Leistung zu tun.
Genau genommen erklärt das zwar, wie das Fehlen der Fläche und der
Schichtdicke für praktische Zwecke umgangen werden kann, aber was ist
nun die Bedeutung der ersten Definition?
Dazu siehe weiter unten im Wikipedia-Artikel in Bezug auf die Analogie
zum elektrischen Strom. Demnach ist die Temperatur das Analogon zur
Spannung und der Wärmestrom, das zum elektrischen Strom.
Dort hast Du sinngemäss das selbe Problem, dass nach einer möglichen
Definition der Strom etwas Flächenbezogenes ist, nach einer anderen
(dem ohmschen Gesetz) aber nicht.
Der Punkt ist nun, dass in beiden Fällen eigentlich zwei Grössen,
flächenbezogen sind, nämlich der Widerstand und der Strom bzw. der
Wärmewiderstand und der Wärmestrom. ABER: Durch die Antiproportionalität
heben sich gleichsinnige Änderungen an beiden gegenseitig auf. Die
Spannung resp. die Temperaturdifferenz ist (sozusagen) der
Proportionalitätsfaktor - eigentlich die Ursache des elektr. Strom
resp. des Wärmestroms.
Das entspricht ungefähr dem Fall, dass die Fallgeschwindigkeit eines
Körpers in einem Schwerefeld (z.B. auf der Erde) unabhängig von seiner
Masse ist.
So. Ich vermute, dass diese Erklärung Deine Frage nicht abschliessend
klärt, aber ich hoffe das hilft zumindest einen Schritt weiter.
Falls das so ist, stelle bitte eine entsprechende Frage unter
Berücksichtigung des gesagten, bzw. des bei Wikipedia zu lesenden.
Der Wärmewiderstand kann nur für eine gegebene Fläche und einen
gegebenen dazu senkrechten Wärmeweg angegeben werden.
Der hat dann die Maßeinheit K/W
Für die Paste alleine kann man nur den spez. Wärmewiderstand angeben.
Der hat die Maßeinheit K/Wm.
mit dem k = 0,0x K/Wm und der Formel R = k A/d kann man dann den
Wärmewiderstand (R) von einer Schicht mit 25µm Dicke (d) und 4cm²
Fläche (A) berechnen.
Wer bei der Rechnung auch konsequent die Maßeinheiten mitführt, kommt
garnicht auf das Idee, eine Leitfähigkeit oder einen
spez.Wärmewiderstand in der Einheit W/K oder K/W anzugeben. sondern für
die Leitfähigkeit ist es Wm/K oder den spez.Widerstand K/Wm
Siehe Fischer Kühlkörperkatalog, Seite E2:
"Die thermischen Angaben beziehen sich auf eine Fläche von 1
Inch²(6,45cm2)", was oh Wunder einem Gehäuse TO3 entspricht.
Arno
