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=1.101002057.972768276.1475511286 http://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
Die angenommene Dicke hab ich den Datenblättern entnommen, dort sind einheitlich 0.025mm gegeben.
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?
>Auf welche Testbedingung bezieht sich dieser? Bei Fischerelektronik, dem Lieferanten der Wärmeleitpaste, findet sich auch folgendes Dokument: http://www.fischerelektronik.de/fileadmin/fischertemplates/download/Katalog/technischeerlaeuterungen_d.pdf Darin wird bei den Berechnungen von einem TO3 Gehäuse ausgegangen.
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
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