Тепловой зазор подшипника

Радиальный внутренний зазор в подшипнике – это расстояние, на которое может переместиться одно из колец подшипника относительно другого в радиальном направлении (перпендикулярном оси вращения). Простыми словами это своеобразный радиальный люфт — расстояние между телом качения и дорожкой качения. Он практически не заметен невооруженному глазу, по крайней мере, в подшипниках небольших и средних размеров. Измеряется в микронах.

Если на подшипник действуют повышенные нагрузки, в т.ч. ударные или вибрационные, то шарики или ролики в подшипнике могут деформироваться, что в свою очередь может вызывать повышенное трение и закусывание.

Если в подшипнике возникает высокая рабочая температура, причем важна именно интенсивность роста этой температуры, либо если подшипник охлаждается резко, то металл колец и тел качения может расширяться или сжиматься с разной скоростью. Это также может приводить к повышенному трению в подшипнике и его заклиниванию.

Если подшипник работает с высокой частотой вращения, то это также может приводить к быстрому росту температуры в подшипнике.

Заклинивание подшипника страшно не только для самого подшипника, но и для посадочных мест на валу и в отверстии. Т.к. в случае заклинивания происходит проворачивание подшипника в посадочных местах, и их износ. А это уже приводит к необходимости восстановления вала и/или отверстия в корпусе, либо к даже к более сложному и дорогостоящему ремонту оборудования.

Именно поэтому важно уделять особое внимание такому параметру как радиальный внутренний зазор в подшипнике, который часто называют «тепловым» зазором.

Подшипники с увеличенным радиальным зазором устанавливаются, например, на виброплитах, шпиндельных станках, двигателях, редукторах, печах, и т.д. Т.е. там, где присутствуют повышенные вибрации, высокая скорость, высокие нагрузки, высокая температура.

Увеличенный радиальный зазор в российских подшипниках закодирован в начале обозначения (в префиксе). Например, подшипник с зазором больше нормального по ГОСТ обозначается так: «30-3520». А в европейском стандарте ISO зазор указывается после основного обозначения (в суффиксе – как C3 или C4). Например, импортным аналогом этого же подшипника будет  подшипник «22220/C3».

Вот примеры полного обозначения различных подшипников по каталогам основных мировых производителей с зазором C3 (больше нормального):

22220EJW33C3 (TIMKEN), 22205EAW33C3 (SNR), 6208NRC3 (KOYO), 6305LLUC3/5K (NTN), 6205DUC3E (NSK).

Или же обозначения подшипников с зазором С4 (больше чем C3):

NU320EMAC4 (TIMKEN), 22210EAW33C4 (NTN-SNR) ит.д.

Существуют и иные величины зазоров: C2 (меньше, чем C3) и C1 (меньше, чем C2). Но подшипники с таким зазором встречаются очень редко, и обычно они отсутствуют на складах готовой продукции (поставляются специально под заказ). Такой зазор чаще используется в подшипниках высокой точности. Пример обозначения такого подшипника: 23128CKE4C2P55S11 (SNR).

Тепловой зазор для клапана — Автоцентр.ua

В ваших описаниях автомобилей 80 – 90-х годов выпуска часто встречается фраза «старые двигатели требовали регулировки тепловых зазоров клапанов, а в более новых появились гидрокомпенсаторы». Что это за тепловые зазоры и как их регулируют гидрокомпенсаторы?

В ваших описаниях автомобилей 80 – 90-х годов выпуска часто встречается фраза «старые двигатели требовали регулировки тепловых зазоров клапанов, а в более новых появились гидрокомпенсаторы». Что это за тепловые зазоры и как их регулируют гидрокомпенсаторы? Иван К., Черновицкая обл.

Практически в каждом двигателе внутреннего сгорания для организации газораспределения используется клапанный механизм, на привод которого у коленчатого вала отбирается какая-то часть крутящего момента. В передаче усилия от кулачков распредвала непосредственно на клапан могут участвовать от одной до нескольких деталей. При нагреве металл расширяется, и размеры деталей двигателя, в том числе и ГРМ, изменяются. Если в приводах клапанов не предусмотреть тепловые зазоры, то из-за увеличения деталей при разогреве мотора до рабочей температуры клапанов окажутся приоткрытыми и не обеспечат требуемой герметичности. В результате не только ухудшатся характеристики мотора, но и значительно снизится ресурс клапанов (из-за подгорания кромок их тарелок). В процессе эксплуатации рабочие поверхности деталей изнашиваются, поэтому тепловой зазор увеличивается. Это приводит к увеличению шумности работы двигателя. Чтобы этого не происходило, тепловые зазоры необходимо периодически регулировать. Для этого в ГРМ предусмотрен специальный механизм или регулировочные шайбы.

По мере совершенствования автомобильных моторов в них стали применять гидрокомпенсаторы клапанных зазоров. Упрощенно их можно описать следующим образом: две основные детали, одна из которых выполняет функцию поршня, а вторая – цилиндра. В цилиндре предусмотрены каналы, куда из системы смазки под давлением подается масло. Благодаря этому зазоры в клапанном механизме постоянно выбираются. В результате не только упрощается техобслуживание автомобиля и снижается шумность работы двигателя на всех режимах, но и благодаря отсутствию ударных нагрузок увеличивается ресурс некоторых деталей ГРМ.

Юрий Дацык
Фото Андрея Яцуляка и Юрия Нестерова

Регулировка клапанов гайками: зачем и как правильно

Вот были же славные времена, когда каждый второй владелец классических Жигулей умел регулировать клапаны мотора своего автомобиля! И не считалось это чем-то запредельно сложным, и в каждом гаражном кооперативе можно было встретить того, кто мог помочь новичку разобраться со всеми этими толкателями и коромыслами. Потом моторы все чаще оборудовались гидрокомпенсаторами, и традиция регулировки клапанов как-то угасла. А зря! Потому что современные моторы все чаще «гидриков» лишены, и эта процедура вновь актуальна.

Зачем это нужно?

Для начала набросаем азы крупными штрихами, чтобы было понятно даже новичкам. И не говорите, что это ни к чему. Еще как «к чему» — простые вещи о конструкции автомобиля нужно знать и новичкам, и блондинкам, и даже брюнеткам. Если они, конечно, не желают быть обманутыми в сервисе или при покупке бэушного авто.

Итак, когда мастера говорят о регулировке клапанов, то речь идет о выставлении оптимального теплового зазора. Звучит сложновато, но вообще-то все просто. Как известно, клапаны в двигателе служат для впуска бензиновоздушной смеси (или просто воздуха) и выпуска отработавших газов. Тепловой зазор — это зазор в механизме открывания/закрывания клапанов, обычно между распредвалом и коромыслом клапана (есть разные конструкции, но суть одна). Зазор сделан с тем расчетом, чтобы при нагреве мотора до рабочей температуры металлические детали привода расширились и прилегли друг к другу плотно.

По мере износа этих самых деталей (распредвала, клапанов, толкателей и т. п.) тепловые зазоры меняются. Если они увеличились, то кулачки распредвала, пока мотор недостаточно прогрет, начинают буквально колотить по коромыслам, ускоряя износ и попутно порождая характерный стук. Логика проста: если вовремя не отрегулировать зазоры, то дело закончится переборкой клапанного механизма, куда более дорогой и сложной.

Способов регулировки клапанов много: шайбами, подбором новых толкателей… А ведь есть еще гидрокомпенсаторы, которые мы упомянули выше — те вообще автоматически регулируют зазор. Со временем мы расскажем и о них, а также подготовим практические статьи по всем видам регулировки, но для начала остановимся на самом простом моторе — K7M под капотом Renault Logan, у него тепловые зазоры регулируются специальными гайками.

Почему Логан?

что означает с3 на подшипнике?

Тепловой зазор подшипника — это определенное расстояние, на которое перемещается кольцо подшипника относительно другого, то есть это своеобразный люфт. Его тяжело заметить невооруженным глазом, особенно в подшипниках небольших размеров. Без зазора подшипник не смог бы крутиться. Несмотря на скептическое отношение людей к слову “люфт”, во многих случаях он необходим. Перечислим, насколько он важен.

Все будет зависеть от:

• типа подшипника,
• срока эксплуатации,
• тип посадки при монтаже.

Особенности теплового зазора подшипника

Во время работы продукция нагружается, из-за чего происходит нагрев самого подшипника и всех его частей. Подшипники, которые работают в условиях повышенной температуры, подвержены изменению радиального зазора, все это приводит к его уменьшению и впоследствии происходит заклинивание.Это опасно, потому что происходит прокручивание подшипника в посадочных местах и все это приводит к износу. В таких случаях чаще всего применяют подшипники с увеличенным зазором (C3). Поэтому важно уделять внимание тепловому зазору. Подшипник, у которого радиальный зазор увеличен, чаще всего устанавливают в двигатель, печи, редукторах и т.д.

Про допустимые зазоры в подшипниках качения читайте в нашем обзоре

Могут возникнуть проблемы с правильным преднатягом подшипника. Это чревато перегревами, шумами и вибрациями. Для нормальной и стабильной работы на шариковых подшипниках обязательно должна быть какая-то нагрузка. Без нагрузки в скором времени произойдет вибрация. Поэтому к подбору изделия следует относится скрупулезно, важно учитывать размеры предыдущего зазора. Не лишним будет узнать его температуру, нагрузки и количество оборотов. Необходимо разобрать все виды продукции, чтобы узнать их отличия и рассчитать возможность успешной установки нужного изделия.

Что означает С3 на подшипнике

Существует несколько видов тепловых зазоров:

• С2 (меньше нормы)
• CN (норма)
• С3 (выше нормы)
• С4 (большая)
• С5 (выше C4)

Стоит заметить, что C4 и C5 почти не встречаются в свободной продаже, они отсутствуют на складах продукции и  чаще всего их делают как спец.заказ для фабрики, завода и т.д. Они применяются только в серьезных случаях.

 

Чаще всего дело имеют с зазором С3, который выше нормы. Тепловой зазор С3 является самым распространенным на рынке. Их применяют в случае повышенного нагрева внутреннего кольца и если подшипник работает с большими нагрузками. Чаще всего кольца монтируют с крепким натягом. При этом габаритность подшипника не сочетается с его геометрическими размерами. Этот критерий зависит от его ширины и диаметра.

Про допустимые зазоры в подшипниках скольжения читайте в нашей статье

Нет никаких проблем, если вы устанавливаете подшипник 6000-2RS-C3 и вам нужно его ставить на место, где раньше был 6000-2RS-CN. А вот в случае установки зазора, у которого внутренний диаметр больше, чем у предыдущего, новый подшипник в ближайшее время испортится и перестанет работать. Чаще всего подшипник будет использоваться при больших оборотах, поэтому ему отлично подойдет C3. Большие обороты это чересчур интенсивные работы двигателя, которая является отклонением от нормы.

Исходя из вышесказанного, можно сказать, что вероятность успешного выбора зазора подшипника есть. Если после демонтажа ваша продукция показывала удовлетворительные результаты, то смысла менять подшипник с другими габаритами нет. Если у вас отсутствует информация о своем тепловом зазоре подшипника, то все то, что написано выше, может быть полезным для вас. Для исключения различных неприятных последствий, советуем выбирать изделия известных и достойных производителей, которые зарекомендовали себя на данном рынке. Только в таком случае вы поменяете подшипник с максимальным результатом.

Автор статьи: УкрЗахидПостач

 

Читайте популярные статьи:

 

20

Фев

Чтобы правильно подбирать подшипники необходимо знать особенности их маркировки. Благодаря этому значительно облегчается поиск нужного товара, осуществляется подбор существующих аналогов среди продукции, выпускаемой другими производителями. Маркировка подшипников FAG включает в себя буквенные или цифровые обозначения. Из маркировки можно узнать об основных параметрах и свойствах продукции, размерах, конструктивных особенностях, стране-производителе. В базовом обозначении приводится от 3-х

Читать статью

27

Окт

Рукава резиновые для подачи битума по ТУ 2554-187-05788889-2004 используются в качестве гибких трубопроводов в строительном оборудовании, дорожном хозяйстве, нефтяной промышленности и предназначены для подачи расплавленного битума, смолистых сред и других вязких продуктов нефтепереработки под давлением до 5 МПа ( при расчетном трехкратном запасе) при температуре рабочей среды не более + 190 ° C. «Битум» в

Читать статью

29

Июл

Подшипники качения и скольжения являются основными типами имеющихся на сегодняшний день подшипников – устройств, передающих нагрузку от одного узла конструкции к другой с наименьшим сопротивлением и потерей энергии. Принцип действия и конструкция Оба этих вида относятся к контактному типу подшипников, а главным отличием подшипника скольжения от качения является их принцип работы или же тип передачи трения. В

Читать статью

Регулировка клапанов Nissan/Infiniti. Измерение тепловых зазоров. Цена и сроки работ.

Регулировка клапанов – общепринятый термин, который звучит часто и пугает сильно. На самом деле термин не правильный. Никакие клапана не регулируются – регулируется «Тепловой зазор». Так же пугаться особо нечего. Это один из рабочих моментов сервиса, с которым надо считаться. Естественно доверять такое дело нужно не всем, у кого есть возможность измерить зазоры, а исключительно тем, кто имеет хороший опыт в работе с регулировками. Неправильная регулировка может закончиться капиталкой двигателя..  

 Кулачек распредвала при вращении нажимает на толкатель (в случае Nissan – это стаканчик), который в свою очередь давит на клапан открывая его. Тепловой зазор – свободное пространство между кулачком и стаканчиком. Размеры зазора измеряются в сотых частях миллиметра.

Зачем он нужен?  Система ГРМ двигателя внутреннего сгорания рассчитана на работу под высокими нагрузками и температурами. Причем точности соприкасаемых  узлов находятся в допусках «сотая часть миллиметра» и предназначены для временных интервалов «сотая часть секунды». Тепловой зазор – это компенсация разницы температур для режимов работы двигателя.

Существует два варианта:

1.       Зазоры увеличены. Это значит что при выходе на рабочую температуру клапан будет не до конца открываться. Значит в камере сгорания будет избыточное давление , и часть отработанных газов просто не успеет уйти. В результате это приведет к механическим разрушениям клапанно-поршневой группы.

2.       Зазоры клапанов уменьшены. В данном случае клапан будет открываться раньше времени, и закрываться позже нужного времени. В результате топливная смесь будет догорать в выпускном коллекторе, разрушая катализатор и непосредственно выпускные клапана. При прогаре клапана речь тоже уже идет о капиталке.

Естественно, это описание поверхностное. Ситуация варьируется на проблемы «впускных» или «выпускных», степени ухода зазора, причинах и так далее. Но важно запомнить одно – если упустить регулировку – 100% закончиться выходом двигателя из строя.

Кому надо делать регулировку и как часто.

1.       На двигателях Nissan | Infiniti обычно гидрокомпенсаторов нет. При этом ДВС рассчитан на работу на бензине и регулировка не нужна на врем всего срока эксплуатации.

2.       Если вы установили ГБО – необходимо сразу же выполнить регулировку под газ, поскольку его температура горения выше. Значит металлические компоненты расширяются больше. И тепловой зазор уменьшится сразу. Это критично.

3.       Если у вас установлена ГБО и регулировка клапанов уже выполнена правильно — раз 30-50 тыс необходимо проверить зазоры.

4.       Если двигатель подозрительно троит, заметна потеря мощности, слышно клацанье клапанов на холодную – возможно необходимо выполнить проверку зазоров. Но сначала делается диагностика ДВС мастером.

Как делается регулировка и сколько времени это занимает.

Всегда перед выполнением регулировок мы выполняем замеры. Если оказывается что зазоры в пределах допуска – оплачивается исключительно работа по замерам зазоров и сообщается из состояние. После чего можно сделать приблизительный прогноз по будущей регулировке.

Непосредственно «регулировка клапанов» выполняются без снятия мотора. Снимается клапанная крышка. Замеры выполняются на холодном двигателе. В 99% случаев речь идет о уменьшении зазора. Для двигателей Nissan мы точим стаканчик под необходимый зазор. Срок выполнения работ – 1 день. (Утром машину поставили, вечером забрали). Это в случае четырёхцилиндровых двигателей типа QR20 | QR25. Для более сложных 6 и 8 цилиндровых двигателей срок немного больше.   

По желанию клиента можно выполнить регулировку подбором стаканчиков. Но увеличивается срок выполнения работ так как закупка необходимых стаканчиков требует времени.

В стоимость регулировки входит герметик, прокладка клапанной крышки. Замена масла при выполнении работ не нужна.  

Мы выполняем регулировки клапанов уже более 12 лет. Узкая специализация и опыт с Nissan | Infiniti позволяет нам провести диагностику и более достоверно установить необходимость в проведении данных работ.  

Тепловой зазор поршневого кольца и расход масла

Ошибочные оценки тепловых зазоров поршневых колец

Ситуация:

Тепловые зазоры некоторых новых компрессионных поршневых колец становятся предметом рекламации. В отличие от обычных тепловых зазоров поршневых колец в диапазоне от 0,3 до 0,6 мм их размеры составляют от 1 до 2 мм и поэтому считаются слишком большими. Особенно это касается второго компрессионного поршневого кольца, в отношении которого часто предполагается ошибочная поставка или производственный дефект.

Причина:

До 90% общего усилия прижима компрессионных поршневых колец создается во время такта расширения (рабочий ход) за счет давления сгорания. Отработавшие газы проникают в кольцевые канавки и таким образом попадают на обратные стороны поршневых колец. Там под действием давления сгорания увеличивается усилие прижатия поршневых колец к стенке цилиндра, что оказывает влияние на первое компрессионное поршневое кольцо и в меньшей степени на второе компрессионное поршневое кольцо.

Проблема:

На холостом ходу и в режиме частичной нагрузки давление сгорания ниже, чем в режиме полной нагрузки. Из-за этого компрессионные поршневые кольца с меньшей силой прижимаются к стенке цилиндра, что отражается в первую очередь на функции съема масла второго компрессионного поршневого кольца. У определенных двигателей это приводит к повышению расхода масла.

Устранение недостатка:

По указанным выше причинам изготовители двигателей выполняют конструктивную подгонку (увеличение) тепловых зазоров поршневых колец. Благодаря увеличенному зазору газы под давлением сгорания быстрее проникают в кольцевую канавку и тем самым на обратную сторону поршневого кольца.

За счет этой меры улучшаются маслосъемная и герметизирующая функции, а вместе с этим уменьшается расход масла при работе на холостом ходу и в режиме частичной нагрузки.

Дополнительная информация:

Широко распространено мнение, что большие тепловые зазоры поршневых колец служат причиной повышенного расхода масла. Однако это предположение ошибочно. Увеличенные тепловые зазоры поршневых колец вызывают незначительное увеличение прорыва газов, но не повышенный расход масла. Правильно следующее: по мере износа поршневых колец увеличиваются их тепловые зазоры. Функциональные параметры поршневого кольца с уменьшенным сечением ухудшаются, в результате чего он больше не обеспечивает надлежащей герметизации. Как увеличенный тепловой зазор, так и повышенный расход масла являются последствиями радиального износа поршневых колец.

Тепловые зазоры клапанов — можно ли выставить самому?

У новых машин есть специальный механизм – саморегулирующийся гидрокомпенсатор, который отвечает за корректировку работы газораспределительного механизм. А вот подержанным нужно будет уделить много внимания.

Для чего выставляются тепловые зазоры клапанов

Известно несколько видов работ по регулировке, но одной из наиболее часто встречающихся разновидностей является разновидностей является регулировка работы газораспределительного механизма, а если быть точнее, то зазора, местонахождение которого должно быть между рокером (рычагом клапана) и кулачками распределительного вала.

Многие автомобилисты задаются вопросом о том, в каких целях в их машине производитель делает этого зазора? Возможно, будет лучше проводить регулировку деталей так, чтобы интервал между ними был как можно меньше? Ответы на подобные вопросы Вы можете найти в обычном школьном учебнике по физике. Откройте раздел, где описаны пояснения относительно расширение тел при росте температуры.

Когда топливная смесь сгорает в цилиндре, происходит естественное нагревание абсолютно всех деталей мотора, причем до крайне высоких температур. Из-за роста температуры, происходит незначительное увеличение размеров деталей. Подобное расширение крайне пагубно влияет на газораспределительный механизм. Как впускные, так и выпускные клапаны должны располагаться как можно плотнее к гнезду, закрывая его.

Стержень клапана может сверху слишком жестко упираться, что приведет к опусканию вниз его тарелки при расширении из-за скачка температуры. Все это приведет к тому, что канал откроется, а последствия этого явления крайне негативны. Из-за приоткрытого клапана может:

1) Снизиться компрессия и мощность мотора;

2) Увеличится расход горючего;

3) Будут перегреваться и разрушаться из-за вырывающегося пламени детали РМ (клапаны, сальники и т.д.).

Дабы заставить клапан постоянно быть закрытым, когда происходит расширение, и был создан этот тепловой зазор. Он есть при холодном моторе, но, когда мотор нагревается, достигая своих нормальных рабочих параметров, происходит постепенное уменьшение этого зазора. Конечно, автовладелец может полюбопытствовать каков должен быть зазор на клапанах при регулировании. У этих зазоров строго установленная величина – 0,15 мм. Допустимая величина погрешности во время регулировки – 0,05 мм. Такой размер рассчитана под холодный мотор. Регулировку можно выполнять и при нагретом двигателе, хотя не факт, что настройка будет отличаться особой точностью.

Если соблюсти достаточно несложные рекомендации относительно регулировки, то владелец даже не очень новой машины сможет получить:

1) Устойчивую работу двигателя;

2) Уменьшенный расход топлива;

3) Увеличенный моторесурс.

Что нужно подготовить к регулированию

Для того, чтобы не допустить каких-либо ошибок, большинство автовладельцев едут регулировать клапаны в автосервис, отдавая машину в руки профессионалов. Если учесть, что такую процедуру нужно проводить примерно через каждые 15 – 20 тыс. км пройденного пути, то нужно приготовить приличную сумму денег для оплаты услуг. Также будьте готовы подождать, пока до Вас дойдет очередь в сервисе, а мотор Вашей машины остынет до положенной температуры. Если учесть эти факторы, то лучше регулировать зазоры клапанов своими руками. Для этого не нужно будет даже из гаража выходить. Соберите такой перечень необходимых инструментов:

— набор гаечных ключей для машины;

— щуп с толщиной в 0,15 мм;

Перед выполнением работ, нужно поставить машину на том месте, где есть хорошее освещение. Также нужно будет подвести дополнительны искусственный свет к моторному отсеку. После этого нужно будет отсоединить воздушный фильтр, а точнее, его корпус, крышку ГРМ и достать масляный щуп.

Регулировка тепловых зазоров клапанов

Обязательно перед регулировкой поршень первого цилиндра должен быть выставлен в верхней мертвой точке на также сжатия. Делается это очень просто: ключом нужно провернуть коленчатый вал на столько, чтобы совпали сверление на звездочке привода распределительного вала и наплавление, а также метки на блоке движка и шкиве коленвала. После того, как Вы выполните эти приготовления, можно будет переходить уже к самой регулировке. Последовательность действий такова:

1) Нужно выставить щуп между рабочими элементами кулачки и рычагом соответствующего клапана;

2) В случае, если Вы чувствуете небольшое сопротивление при введении щупа, то знайте, что зазор в Вашей машине не требует регулировки;

3) Если Вы или вообще не можете ввести щуп, или ввести его было очень трудно, или же вход слишком легко, то регулировка необходима: головку регулировочного болта нужно удерживать ключом «на 13», а в это время ключом «на 17» нужно отпустить контргайку и провернуть болт в нужном направлении до того момента, пока зазор не примет нужной величины, потом щупом нужно проверить высоту зазора, а после этого необходимо затянуть контргайку.

Сначала нужно регулировать 6й и 8й клапаны, это третий и четвертый цилиндр соответственно. Регулировка проводится по парам, а для каждого клапана из пары распределительный вал нужно прокручивать на 90° (коленчатый вал – на 180°). Далее после каждого следующего поворота нужно проводить регулировку таких клапанов:

1) 4го и 7го во втором и четвертом цилиндрах;

2) 1го и 3го в первом и втором цилиндрах;

3) 5го и 2го в третьем и первом цилиндрах.

Контрольная проверка

Есть вероятность того, что первая регулировка клапанного привода, выполненная Вами, начинающим автомастером, будет не совсем идеальной, но спустя время, после получения определенного опыта, навыки в Вас разовьются сами собой. Очень желательно, чтобы впервые регулировка проводилась под надзором специалиста, который сможет исправить возможные неточности или неисправности.

Даже если Вы – автовладелец со стажем, то проверить соответствие технологии регулировок зазоров все же имеет смысл. Подобная процедура проводится после окончания проверки и настройки каждого клапана. Используя ключ или подвесив заднее колесо, нужно несколько раз повернуть коленчатый вал. Далее нужно поставить коленчатый и распределительный валы так, чтобы метки на них совпадали, а потом можно проверять зазору по тому алгоритму, который описан выше. Если нужно, то проверку можно сделать еще раз.

Конечно же, руки специалистов всегда все сделают правильно, но попросят за работу немалую плату. А если научиться делать определенные вещи самостоятельно, то можно значительно сэкономить, что приведет к увеличению объема Вашего семейного бюджета.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Заполнители зазоров в сравнении с термопрокладками

В поисках лучшего терморегулирующего материала производители аккумуляторов обычно выбирают один из двух типов продуктов: отверждаемый на месте жидкий заполнитель зазоров (заполнитель зазоров) или предварительно отвержденная термопрокладка (термопрокладка или прокладка с зазором). Итак, чем они отличаются?

Давайте начнем с понимания различий в материалах и методах их применения. Заполнители зазоров часто наносятся путем смешивания в дозировке двухкомпонентной системы, нанесения на одну из двух подложек и прижимания двух подложек вместе для достижения заданной толщины.Затем материалу дают возможность образовать прочную, но податливую поверхность раздела. С другой стороны, термопрокладки предварительно вырезают до желаемой формы, накладывают на одну подложку, сжимают до заданной толщины и фиксируют на месте. Приложенная сжимающая нагрузка заставляет твердую, но податливую подушку плотно контактировать с шероховатыми поверхностями.

Чтобы понять различия, мы сравнили тепловое сопротивление сэндвичей металл-TIM-металл, измеренное на двух заполнителях LORD CoolTherm ™, с тепловым импедансом, полученным на промышленных твердотельных термопрокладках, имеющих эквивалентную объемную теплопроводность.

Результат? Мы обнаружили, что терморегулирующий материал может иметь высокое тепловое сопротивление, несмотря на высокую теплопроводность и тонкую линию соединения. Это может быть результатом плохого физического контакта материала с одной или обеими подложками. Результаты показывают, что термопрокладки имеют значительно более высокие значения импеданса по сравнению с заполнителями зазоров.

Кроме того, заполнители зазоров, в отличие от твердых термопрокладок, стекают в небольшие впадины и создают более тесный контакт с поверхностью.Это обеспечивает более эффективную передачу тепла между верхней и нижней подложками. Мы обнаружили, что заполнители зазоров лучше справляются с макроскопическими изменениями толщины по длине линии соединения. Нередко линии соединения могут отличаться на несколько миллиметров по длине аккумуляторной батареи из-за допусков по высоте планетарной платформы и аккумуляторного модуля.

Давайте рассмотрим контрасты. При сравнении ключевых атрибутов этих двух типов, относительная стоимость использования термопрокладок высока из-за получения дорогостоящего брака.Как мы упоминали ранее, распределение тепла лучше всего при использовании заполнителей зазоров, поскольку они могут проникать в микроскопические шероховатости поверхности. Воздухововлечение чаще встречается с термопрокладками, поскольку они не могут достичь тех крошечных пространств, которые возникают из-за шероховатости поверхности. Заполнители зазоров — это ответ на гибкость конструкции, поскольку твердость и рабочее время можно регулировать, используя соотношение компонентов двух частей заполнителя зазоров. И, наконец, когда дело доходит до нанесения продукта, термопрокладки с большим форм-фактором могут быть трудными в применении без захвата воздуха, а автоматизация затруднена.С другой стороны, заполнители зазоров хорошо подходят для крупносерийного производства.

Итак, при поиске лучшего терморегулирующего материала для вашего аккумуляторного блока рассмотрите возможность заполнения зазора с жидкостью, чтобы обеспечить лучшие тепловые характеристики в сочетании с простотой сборки, низкими прилагаемыми усилиями, возможностью перекрывать большие, переменные линии соединения и более низкой стоимостью. Свяжитесь с нами, чтобы узнать больше о жидкостных заполнителях LORD CoolTherm ™ для зазоров, и загрузите нашу информационную статью о заполнителях зазоров и термопрокладках.

Заполнители тепловых зазоров — Pronat

Заполнители тепловых зазоров

Промежуточные прокладки или наполнители обеспечивают эффективный тепловой интерфейс между радиаторами и электронными устройствами, где присутствует неровная топография поверхности, воздушные зазоры и шероховатая текстура поверхности.Эти наполненные силиконовым полимером листы используются для обеспечения тепловых решений, когда межфазные зазоры превышают 0,5 мм. Они просты в обращении, поддаются повторной обработке и отлично подходят для высечки сложных форм. Они обеспечивают хорошее сжатие для снятия напряжения и амортизации ударов.

Pronat предлагает полный спектр теплопроводящих материалов, как показано ниже. Эти материалы были выбраны за их превосходный рейтинг проводимости (Вт / м-К) для каждого сектора толщины, мягкие / твердые параметры и постоянную прочность под нагрузкой.

Наличие: Листы и вырезанные детали

Рекомендуемые заполнители зазоров, доступные на складе различной толщины:

	Толщина	Твердость	Диэлектрическая прочность	Теплопроводность	Материал
	мм	Shore A	Кв / мм	Вт / м-К
GF-868G	0.5–15	15	2	5,00	силиконовая резина
GF-866G	0,8–6,0	5 ± 3	8	3,15	силиконовая резина
GF-866ER	0,5-6,0	5 ± 3	6	2,00	силиконовая резина, армированная стекловолокном
GF-868B	0,3–6,0	15 ± 3	˃5	3.00	силиконовая резина
GF-8620AR	0,5-5,0	10 ± 3	6	7,00	силиконовая резина

Pronat производит запасы и преобразовывает заполнители зазоров от ведущих мировых производителей для широкого спектра электронных приложений.

Среди наших партнеров по поставкам заполнителей тепловых зазоров:

• Разбогатей
• Saint Gobain — марки ThermalCool
• Fujipoly — марка Sarcon
• Чомерики
• Bergquist

Характеристики сжатия материалов для заполнения зазоров на термоинтерфейсе

// php echo do_shortcode (‘[responseivevoice_button voice = «Американский английский мужчина» buttontext = «Listen to Post»]’)?>

Характеристики сжатия — ключевая функция заполнителей зазоров.В отличие от термопаста, применение заполнителей зазоров совершенно иное. На этапе проектирования важно учитывать характеристики сжатия и факторы, влияющие на напряжение, чтобы избежать чрезмерных нагрузок на печатную плату.

Что такое заполнители зазоров?
Заполнители зазоров — это особый тип термоинтерфейсного материала (TIM). Они предназначены для деформации различных зазоров при решении проблем податливости или плоскостности, обеспечивая теплопередачу в зазорах — не только внутри одной сборки, но и при изменении от одной сборки к другой.Не должно быть одной подушки, точно настроенной для конкретного применения сборки. Выбирается один зазор, и этот заполнитель должен в основном поглощать весь диапазон допусков для конструкции.

Заполнители зазоров сильно отличаются от пластичных смазок. Замена поверхности раздела смазки предназначена исключительно для уменьшения сопротивления контакта между двумя соприкасающимися поверхностями. Отклонение смазки и фазовый переход не являются критическим фактором. Большинство смазок и изменений лица наносятся поверх источника тепла. Радиатор зажимается с определенной силой, и возникает плотный контакт; Единственное, что делает смазка фазовращателя — это ломает сопротивление контакта.В результате сжатие для этих материалов не критично. С другой стороны, для заполнителей зазоров это очень важно. Вам нужно будет понять, как материал деформируется под давлением — что он будет делать и как будет течь?

Так почему же для начала есть пробелы? Чем меньше масса вы движетесь, тем меньше градиент температуры и тем лучше тепло может отводиться от источника тепла. Но почему бы не поставить радиатор на источник тепла, непосредственно контактирующий с жиром или фазовым переходом? Чем ближе вы можете поднести радиатор к компоненту, тем эффективнее будет теплопередача, но во многих случаях это просто нереально.Вы не можете соединить все эти разные поверхности — вот тут-то и пригодится заполнитель зазоров.

Рис. 1. Понимание изменения зазора означает понимание сил, которым узел может выдержать в процессе сборки и срока службы изделия.

Прокладка для заполнения зазора действует как буфер между источником тепла и раковиной. Он поглотит изменения, но при этом будет очень хорошей теплоносителем между источником тепла и раковиной. Он поглощает различные промежутки, не вызывая при этом огромного стресса.

Почему различаются зазоры? Разница в допусках в первую очередь связана с компонентами и их пайкой — они не всегда припаиваются одинаково. Есть много других факторов, которые могут снизить номинальный зазор и увеличить этот допуск. Заполнитель зазоров позволит вам работать в пределах этих допусков.

Основные соображения по проектированию
Что означают эти различные зазоры для вашего приложения? По сути, различные зазоры равны различным нагрузкам — в некоторых случаях слишком большим нагрузкам при сборке на плате.На рис. 1 показан тестовый запуск печатной платы в ситуации, когда на плате наблюдается небольшой изгиб, что не является редкостью. В этом случае печатная плата не сломалась, но напряжение могло быть достаточно значительным, чтобы привести к разрыву паяных соединений. Понимая разницу в зазоре, вы поймете, какое напряжение будет испытывать этот компонент.

Рис. 2. Скорость сжатия определяет максимальное напряжение, которое может выдержать сборка. При пяти миллиметрах в минуту сила чуть больше 1000 ньютонов.При увеличении смещения до 100 миллиметров в минуту сила увеличивается до 16 000 ньютонов.

При выборе заполнителя зазора в начале процесса проектирования следует помнить о некоторых вещах. Во-первых, заполнители зазоров требуют некоторого сжатия. Они представляют собой термоинтерфейсный материал и, как и многие подобные материалы, требуют некоторого сжатия для преодоления контактного сопротивления.

Заполнители зазоров также имеют очень низкое контактное сопротивление при очень низком давлении.Обычно производители указывают минимальный процент сжатия — Fujipoly рекомендует не менее 10% сжатия. Причина в том, что у вас нет особого контроля над силой, прилагаемой к пэду, но у вас есть контроль над зазором. Если вы можете гарантировать, что максимальный зазор даст вам минимум 10% сжатия, у вас будет надежный контакт.

Кроме того, никогда не используйте заполнитель зазора той же толщины, что и фактический зазор, иначе вы не получите такого сжатия. Будет определенная точка, в которой напряжение, создаваемое заполнителем зазора, будет достаточно высоким, и он не сможет сжимать вариации, не вызывая повреждений.

Важно помнить, что соотношение между прогибом и сжатием не является линейным.

В начале процесса проектирования определите номинальный зазор и знайте допуски. Затем определите, можно ли отрегулировать зазор. Если зазор может измениться, это будет полезно, когда зазор нужно будет открыть, чтобы уменьшить стресс. С термической точки зрения это нелогично, но с механической точки зрения иногда это единственный выход.

Другой аспект проектирования — допуски.К сожалению, разрыв будет немного отличаться, поэтому при определении допусков знайте, что дало вам этот допуск, и выясните, можно ли его улучшить.

В идеале, чем мягче материал для заполнения зазора, тем лучше. При работе с материалами, которые имеют более высокую проводимость и меньшее термическое сопротивление, сила отклонения должна быть выше. Это связано с тем, что некоторые из материалов с более высокими характеристиками имеют более высокую концентрацию термических наполнителей или частиц, которые делают их теплопроводными, но материал будет затвердевать.

Отправной точкой для оценки материала является лист данных, в котором приводятся характеристики материала, которые помогают принять решение в процессе выбора. Однако часто твердость классифицируют по-разному. Наиболее часто используемый метод измерения твердости — это шкала Шора, но она дает ограниченную ценность с точки зрения дизайна, особенно для заполнителей зазоров.

Fujipoly явно указывает характеристики сжатия в своих технических паспортах. Обеспечивается степень сжатия от 10 до 50, а также нагрузки или давление, необходимые для достижения этого зазора.

Динамические и статические характеристики
Когда материалы заполнителя зазора начинают сжиматься, они будут сопротивляться деформации; в свою очередь, это создаст стресс. Заполнитель зазора можно разбить на две части, одна из которых — это динамическое состояние. Другая часть — статическое состояние
— возникает, когда эти материалы удерживаются в определенном зазоре. Существует некоторое остаточное напряжение, но пиковые нагрузки возникают во время этого динамического состояния, когда материал деформируется.

Вот почему основное внимание уделяется сжатию подушки в динамическом состоянии, а не статическому состоянию материала.Одним из важнейших факторов при сжатии пэда является скорость сжатия. В лабораторных условиях скорость сжатия очень низкая, но в производственных условиях скорость сжатия определенно возрастет. Это означает, что колодка может подвергаться очень быстрому сжатию, создавая большее напряжение, чем ожидалось.

Зазор, показанный на Рисунке 2, указывает смещение в миллиметрах. При пяти миллиметрах в минуту сила чуть больше 1000 ньютонов. При увеличении смещения до 100 миллиметров в минуту сила увеличивается до 16 000 ньютонов — это 50% увеличение силы сжатия.

Прокладки для заполнения зазоров
Материалы стандартных прокладок для заполнения зазоров имеют предел прочности на разрыв, но низкую эластичность. Есть и другие формы заполнителей зазоров, но у них есть плюсы и минусы. Один из наиболее распространенных типов — шпатлевки (рис. 3). В отличие от стандартных прокладок для зазоров, они почти не имеют прочности на разрыв — их можно очень легко разобрать, и они применяются так же, как прокладки для заполнения зазоров.

Обратной стороной является то, что из-за того, что шпатлевка не обладает большой прочностью на разрыв и не обладает эластичностью, сжатие составляет 100% — они не отскакивают назад.Если произойдет дальнейшая деформация — например, если сборка будет сдавлена ​​еще немного, и листовой металл отскочит назад, то шпатлевка не вернется в норму. Важно обеспечить две хорошие поверхности, которые не будут двигаться при использовании шпатлевок.

Плюс шпатлевок в том, что они могут значительно сжиматься — намного дальше, чем вязкоупругие подушечки. Они требуют минимального сжатия; не менее 10%. Они также со временем расслабляются. Стандартные заполнители зазоров и прокладки для заполнения зазоров имеют практически одинаковые характеристики для данного зазора.Они мягкие, и в конечном итоге их нижняя граница превысит 80% — это называется уплотнением. Материал больше не течет и дробится.

При использовании этих материалов не допускайте превышения определенной силы. Заполнители зазоров очень часто образуются на месте. Материалы для формования на месте (рис. 4) почти не создают напряжения. Это вязкие материалы, поэтому они отличаются от прокладки для заполнения зазоров. Они имеют консистенцию почти как зубную пасту, и некоторые из них действительно застывают на месте.

Рис. 3. В отличие от стандартных подушек для зазоров, у шпатлевок почти нет прочности на разрыв — их можно очень легко разобрать, и они наносятся так же, как подушечки для заполнения зазоров.

Материалы Form-in-place не являются термопастой — они в значительной степени заполняют зазоры. Они предназначены для заполнения зазоров в диапазоне 1 мм или 0,5 мм. Эти типы заполнителей зазоров очень популярны, но имейте в виду, что, поскольку они вязкие, размер зазоров, которые они заполняют, может быть ограничен.

Коэффициент формы
Фактор формы — это отношение площади нагружения к площади свободной выпуклости. Чем больше площадь поверхности и чем тоньше материал, тем выше напряжение. Чем толще материал и чем меньше загруженная область, тем мягче он будет. Если вы начнете с очень маленького участка, давление будет совсем небольшим. По мере того, как вы подбираетесь к большей площади поверхности, количество свободной выпуклой области уменьшается, и вы получаете большую площадь поверхности. При выборе семейства материалов самый тонкий вариант материала требует большего давления, чем очень толстый материал.Фактор формы играет в этом большую роль.

Системы и испытательное оборудование
При работе с эластомерами, такими как прокладки для заполнения зазоров или уплотнения, есть инструменты, которые могут быть хорошей инвестицией; например, тестер компрессии. Тестер сжатия или система испытания силы измеряет смещение и фактически сжимает материал.

Рис. 4. Формовочные материалы вязкие и имеют консистенцию почти как зубную пасту; некоторые действительно вылечат на месте.

Системы картографирования давления — это компьютеризированные системы, которые создают тепловую карту с указанием местоположения распределения давления. Эта система используется при работе с очень большими зазорами. Недорогая альтернатива системе картографирования давления — пленки, чувствительные к давлению. Они помещаются между прокладкой для заполнения зазора и радиатором и сжимаются. Пленка снята, а отметка указывает, где есть давление.

Резюме
Как упоминалось ранее, первым шагом перед выбором заполнителя зазора является определение того, есть ли необходимость в заполнителе зазора.Определите, требуется ли заполнение зазоров или смазка, определив применение для заполнения зазоров, а также номинальные зазоры и допуски. Как правило, отклонение должно составлять от 30 до 40% разрыва. При использовании шпатлевки или материалов для формования разница может быть выше. Важно выяснить, можно ли улучшить допуски и какие стрессовые факторы может выдержать печатная плата.

Предположим, что силы, указанные в паспорте, находятся на нижнем уровне диапазона для вашего приложения. Есть много факторов, особенно границы, которые будут влиять на то, как течет материал.

Что касается таблиц данных, они не являются исчерпывающими, и значения следует использовать только для сравнения. Полезно иметь данные о сжатии для размера пэда при определенных условиях сжатия. Также учитывайте тепловую нагрузку, возникающую при динамической нагрузке прокладки. Зазор может сильно зависеть от скорости, поэтому увеличение скорости резко увеличит силу.

В принципе, имейте в виду, что если вы экстраполируете данные, чтобы узнать, как будет работать большая площадка, вам нужно понимать, что силы будут значительно отклоняться от данных, указанных в паспорте.

Хотя многие из этих соображений основаны на здравом смысле, полезно помнить об этих шагах, когда вы начинаете процесс проектирования, реализации и производства.

Кристиан Миралья (Christian Miraglia) — менеджер по разработке приложений в Fujipoly America. Он выпускник Технологического института Нью-Джерси и более 10 лет проработал в области термоинтерфейсов.

Типы и характеристики материалов термоинтерфейса

1.Колодки для заполнения зазоров

Один из наиболее часто используемых форматов — заполнители зазоров.

Несколько десятилетий назад наполнители были созданы как логическое продолжение диэлектрических прокладок. Эти материалы спроектированы так, чтобы быть мягкими, теплопроводными и электрически изолирующими, чтобы заполнять различные области поверхности раздела (или «зазоры») и способствовать отводу тепла.

Он бывает разной проводимости, мягкости и цены. Иногда они поставляются с PSA на одной стороне, чтобы помочь в производстве, но у многих есть естественная липкость, которая делает PSA ненужным.Этим материалам необходимо только заполнить зазоры (или «смачивать стык»), чтобы выполнить свою работу, а это означает, что не требуется больших усилий сжатия.

Заполнители зазоров обычно довольно мягкие, но они не сжимаются и вместо этого прогибаются под нагрузкой. Таким образом, если соединяемые участки не плоские или параллельные, может потребоваться значительное усилие для смачивания всей соединяемой области.

Чаще всего прокладки для заполнения зазоров изготавливаются из силиконового эластомера с наполнителем. Как и все эластомеры, заполнители зазоров должны иметь остаточную деформацию при сжатии.Это может потребовать замены, если система будет разобрана и повторно собрана.

Наши самые популярные прокладки для заполнения зазоров —

• Chomerics THERM-A-GAP семейства заполнителей зазоров. Они доступны в большом количестве форматов, включая несколько вариантов носителей, с или без PSA, толщины и т. Д. Каждое из этих семейств имеет уникальные преимущества с точки зрения теплопроводности, мягкости и цены.
  • THERM-A-GAP HCS10G обеспечивает решение сверхнизкой твердости (4 Shore 00) 1.0 Вт / м-К.
  • THERM-A-GAP 569 — раствор с очень низкой твердостью (10 по Шору 00) с теплопроводностью 1,5 Вт / м-К.
  • THERM-A-GAP 579 — раствор с низкой твердостью (30 по Шору 00) при 3,0 Вт / м-К с минимальным выделением газа.

2. Гели для заполнения зазоров

Эти гели очень похожи на своих предшественников с наполнителями для зазоров.

Разница, однако, заключается в том, что эти наполненные силиконовые материалы имеют лишь незначительные поперечные связи и поэтому не обладают стабильностью.Вместо подушечек эти наполнители поставляются в контейнерах-дозаторах.

Гели-заполнители

Gap позволяют использовать очень большие диапазоны сжатия с минимальной силой сжатия. В результате получается очень хорошо увлажненный шов с небольшой нагрузкой на поверхности шва. Он обеспечивает совместимость с отверждаемыми соединениями, но с гораздо более длительным сроком хранения.

Наши самые популярные гели для заполнения зазоров:

• Chomerics THERM-A-GAP GEL T630 — оригинальный термогель пользуется большой популярностью.
• Chomerics THERM-A-GAP GEL T630G, T635 и T636 с различными уровнями теплопроводности и ценами.
  • THERM-A-GAP GEL30 — легко доступный однокомпонентный, полностью отвержденный, диспенсируемый гель с теплопроводностью 3,5 Вт / м-к. Низкое тепловое сопротивление позволяет использовать обычные теплораспределители.
  • THERM-A-GAP GEL8010 также представляет собой однокомпонентный, полностью отвержденный диспенсируемый гель с концентрацией 3,0 Вт / м-к, что позволяет создать тонкую линию склеивания.
  • THERM-A-GAP GEL30 и GEL8010 успешно применяются во многих автомобильных электронных блоках управления (ЭБУ), источниках питания, полупроводниках и т. Д.
• Chomerics TC50 — однокомпонентный расходный термопаста, обеспечивающая низкое тепловое сопротивление в нескольких зазорах, что позволяет использовать обычные теплораспределители.
• Chomerics THERM-A-GAP GEL 75 — заменяемый термоинтерфейсный материал с теплопроводностью 7,5 Вт / м-К, разработанный для отвода тепла от электроники к радиатору или корпусу.
• Chomerics THERM-A-GAP GEL 37 — одноразовый термоинтерфейсный материал с 3.Теплопроводность 7 Вт / м · К и текучая пастообразная текстура.

Углубленное занижение характеристик сжатия материалов-заполнителей зазоров на термоинтерфейсе — вопросы и ответы

Ниже приведены вопросы, задаваемые во время мероприятия, вместе с соответствующими ответами.

Q: Если прокладка сжимается между двумя поверхностями и происходит расширение / сжатие из-за тепловых циклов, будет ли прокладка растягиваться и оставаться смачиваемой по отношению к обеим поверхностям?
A: Наши заполнители зазоров GR и XR обладают некоторой эластичностью и достаточной липкостью, чтобы обеспечить хороший термоконтакт во время теплового расширения.

Q: Предлагаете ли вы неотвердевающие заполнители зазоров для автомобильной промышленности, где есть вибрация? или это заставит материал мигрировать?
A: Если зазор меньше 1,0 мм, стоит провести оценку. В большем зазоре существует определенный риск. FP не рекомендует этого.

Q: Если вы имеете зазор при сжатии 20-30% между, скажем, компонентом платы BGA и радиатором, иногда сжатие «прорезает материал контактной площадки на выступе материала заполнителя зазора.Вредит ли это приложению?
A: Любые разрывы материала, особенно по краям, не будут иметь термического воздействия

Q: Как вы рекомендуете моделировать заполнители зазоров? Есть ли для этого документ? Спасибо.
A: К сожалению, у нас нет документов, подтверждающих моделирование. Мы провели тестирование компрессии колодок. Ваши клиенты использовали это для моделирования напряжения и сжатия. Если вы моделируете термически, вы можете использовать кажущуюся теплопроводность или величину, обратную термическому сопротивлению, нормированному на толщину.

Q: Подушечки содержат стекловолокно или другой материал, который помогает им держаться вместе. Шпатлевка находится где-то посередине — я предполагаю, что она прилипнет к себе лучше, чем силиконовая смазка, но она, вероятно, будет более подвержена откачиванию, чем обычные прокладки?

В зависимости от степени сцепления материала, когда все возвращается к своей нормальной температуре, весь материал может вернуться на прежнее место или отделиться. Это в основном проблема с материалами термоинтерфейса, такими как смазка, которая может откачиваться при термоциклировании или циклическом включении питания (потому что материал на самом деле не очень хорошо прилипает к себе).

Более серьезная проблема — это термальные экскурсии. При изменении температуры любое несоответствие CTE приведет к перемещению предметов и некоторой деформации платы в зависимости от того, насколько сбалансирована конструкция. Когда материал термоинтерфейса подвергается нагрузке, он сжимается.
A: Шпатлевки менее подвержены откачиванию, чем смазки с очень низкой вязкостью. Мы тестируем все наши наполнители Gap при тепловом ударе, высокой температуре, низкой температуре и высокой влажности.

Q: Существует ли какое-либо программное обеспечение конечных элементов, способное оценить поведение сжатия перед экспериментом?
A: Нет, сейчас нет.

Q: Есть ли у вас рекомендации по максимальному количеству пробелов, которые можно заполнить с помощью формы?
A: не более 1 мм

В: Если шпатлевка имеет почти 100% остаточную деформацию при сжатии, следует ли мне беспокоиться о том, что материал остается на границе раздела? Например, что, если зазор немного увеличится в размере во время термоциклирования?
A: Материал липкий и прилипает к поверхности. Достаточно поддерживать контакт при тепловом расширении

Q: Каковы некоторые рекомендации по проектированию для максимального напряжения (или деформации) печатных плат FR4?
A: К сожалению, у нас нет никаких данных о печатной плате.

ulTIMiFlux ™ Вкладыши с тепловым зазором

ОСОБЕННОСТИ И ПРЕИМУЩЕСТВА

● Отличная теплопроводность

● Естественная липкость — клей не требуется

● Отличные характеристики сжатия

● Хорошее смачивание и превосходная гибкость

● Отличные свойства преобразования

● Соответствует RoHS и HF

Линия материалов для термоинтерфейса ulTIMiFlux ™ компании

Wakefield-Vette предлагает высокую производительность, низкую стоимость, возможность конфигурирования и нестандартные размеры в соответствии с потребностями вашей тепловой системы.Материалы термоинтерфейса (TIM) — это вторичный материал, устанавливаемый между радиатором и устройством, который предназначен для улучшения теплопередачи к радиатору. Независимо от того, насколько плоскими или гладкими являются устройство и радиатор, между двумя поверхностями всегда будут небольшие воздушные пустоты. Поскольку воздух не является хорошим проводником тепла, ТИМ заменяет воздух и заполняет пустоты. Существует много типов TIM, и каждый из них имеет наилучшее применение. Линия прокладок Wakefield-Vettes для заполнения тепловых зазоров предназначена для заполнения больших пустот между устройством и радиатором.Прокладка с зазором — это сжимаемый материал, который чаще всего используется, когда к радиатору необходимо контактировать несколько устройств, но все устройства разной высоты затрудняют использование тонкого материала. Эти материалы бывают различной толщины, проводимости и твердости, чтобы удовлетворить широкий спектр потребностей.

---

Доступны нестандартные размеры по запросу

---

Номер детали Конфигурация:

PL — Толщина — Вт / м K — Оттиск стопы — опция Hypersoft

Щелкните здесь, чтобы увидеть полный лист технических данных

---

Отрезанные по размеру прокладки с зазором

WV Номер детали	Описание	Размер	Твердость (00 по Шору)
ПЛ-05-1-254	0.5 мм толщина 1 Вт / м K Силиконовый заполнитель зазоров	25,4 мм X 25,4 мм	5
ПЛ-05-1-1016	0,5 мм Толщина 1 Вт / м K Силиконовый заполнитель зазоров	101,6 мм X 101,6 мм	5
ПЛ-1-1-254	1,0 мм Толщина 1 Вт / м K Силиконовый заполнитель зазоров	25,4 мм X 25,4 мм	5
ПЛ-1-1-1016	1.0 мм Толщина 1 Вт / м K Силиконовый заполнитель зазоров	101,6 мм X 101,6 мм	5
ПЛ-2-1-254	2,0 мм Толщина 1 Вт / м K Силиконовый заполнитель зазоров	25,4 мм X 25,4 мм	5
ПЛ-2-1-1016	2,0 мм Толщина 1 Вт / м K Силиконовый заполнитель зазоров	101,6 мм X 101,6 мм	5
PL-05-3-254-H	0.5 мм толщина 3 Вт / м K Hypersoft Silicone Gap Filler	25,4 мм X 25,4 мм	20
PL-05-3-1016-H	Толщина 0,5 мм 3 Вт / м K Гипермягкий силиконовый заполнитель зазоров	101,6 мм X 101,6 мм	20
ПЛ-05-3-254	Толщина 0,5 мм 3 Вт / м K Силиконовый заполнитель зазоров	25,4 мм X 25,4 мм	35
PL-05-3-1016	0.5 мм толщина 3 Вт / м K Силиконовый заполнитель зазоров	101,6 мм X 101,6 мм	35
ПЛ-1-3-254-Н	1,0 мм толщина 3 Вт / м K Hypersoft Silicone Gap Filler	25,4 мм X 25,4 мм	20
PL-1-3-1016-H	1,0 мм толщина 3 Вт / м K Hypersoft Silicone Gap Filler	101,6 мм X 101,6 мм	20
ПЛ-1-3-254	1.0 мм Толщина 3 Вт / м K Силиконовый заполнитель зазоров	25,4 мм X 25,4 мм	35
ПЛ-1-3-1016	1,0 мм Толщина 3 Вт / м K Силиконовый заполнитель зазоров	101,6 мм X 101,6 мм	35
ПЛ-2-3-254-Н	2,0 мм толщина 3 Вт / м K Hypersoft Silicone Gap Filler	25,4 мм X 25,4 мм	20
PL-2-3-1016-H	2.0 мм Толщина 3 Вт / м K Гипермягкий силиконовый заполнитель для зазоров	101,6 мм X 101,6 мм	20
ПЛ-2-3-254	2,0 мм толщина 3 Вт / м K Силиконовый заполнитель зазоров	25,4 мм X 25,4 мм	35
ПЛ-2-3-1016	2,0 мм толщина 3 Вт / м K Силиконовый заполнитель зазоров	101,6 мм X 101,6 мм	35
PL-05-5-254-H	0.5 мм толщина 5 Вт / м K Hypersoft Silicone Gap Filler	25,4 мм X 25,4 мм	40
PL-05-5-1016-H	0,5 мм толщина 5 Вт / м K Hypersoft Silicone Gap Filler	101,6 мм X 101,6 мм	40
ПЛ-05-5-254	Толщина 0,5 мм 5 Вт / м K Силиконовый заполнитель зазоров	25,4 мм X 25,4 мм	45
PL-05-5-1016	0.5 мм толщина 5 Вт / м K Силиконовый заполнитель зазоров	101,6 мм X 101,6 мм	45
ПЛ-1-5-254-Н	1,0 мм толщина 5 Вт / м K Hypersoft Silicone Gap Filler	25,4 мм X 25,4 мм	40
PL-1-5-1016-H	1,0 мм толщина 5 Вт / м K Hypersoft Silicone Gap Filler	101,6 мм X 101,6 мм	40
ПЛ-1-5-254	1.0 мм Толщина 5 Вт / м K Силиконовый заполнитель зазоров	25,4 мм X 25,4 мм	45
ПЛ-1-5-1016	1,0 мм Толщина 5 Вт / м K Силиконовый заполнитель зазоров	101,6 мм X 101,6 мм	45
ПЛ-2-5-254-Н	2,0 мм толщина 5 Вт / м K Hypersoft Silicone Gap Filler	25,4 мм X 25,4 мм	40
PL-2-5-1016-H	2.0 мм Толщина 5 Вт / м K Гипермягкий силиконовый заполнитель зазоров	101,6 мм X 101,6 мм	40
ПЛ-2-5-254	2,0 мм Толщина 5 Вт / м K Силиконовый заполнитель зазоров	25,4 мм X 25,4 мм	45
ПЛ-2-5-1016	2,0 мм Толщина 5 Вт / м K Силиконовый заполнитель зазоров	101,6 мм X 101,6 мм	45

Запасные прокладки с зазором

Wakefield Vette Номер детали	Описание	Для использования с
PL-BT-601-50M	ulTIMiflux 1 W / M K ДВУХКОМПОНЕНТНЫЙ СИЛИКОНОВЫЙ ЗАПОЛНИТЕЛЬ ДЛЯ ЗАЗОРОВ	БТ-01-50М, БТ-02-50М
PL-BT-603-50M	ulTIMiflux 3 W / M K ДВУХКОМПОНЕНТНЫЙ СИЛИКОНОВЫЙ ЗАПОЛНИТЕЛЬ ДЛЯ ЗАЗОРОВ	БТ-01-50М, БТ-02-50М
PL-BT-605-50M	ulTIMiflux 5 W / M K ДВУХКОМПОНЕНТНЫЙ СИЛИКОНОВЫЙ ЗАПОЛНИТЕЛЬ ДЛЯ ЗАЗОРОВ	БТ-01-50М, БТ-02-50М

Материалы для термоинтерфейса | Охлаждение электроники

Сборщику электроники не нужно много времени, чтобы понять, что термоинтерфейсный материал (TIM) необходим, когда две или более твердых поверхностей находятся на пути нагрева.Стандартные обработанные поверхности являются шероховатыми и волнистыми, что приводит к относительно небольшому количеству фактических точек контакта между поверхностями. Изолирующие воздушные зазоры, образованные множественными пустотами «соприкасающихся» твердых поверхностей, просто слишком велики для теплового барьера даже для скромных энергетических приложений. Первая тактика преодоления этого барьера — заполнить пустоты и удалить воздух путем введения третьего материала в тепловой путь, который является текучим и смачивает поверхности. Для более требовательных термических применений второй тактикой является использование композитного ТИМ, содержащего наполнители, которые улучшают процесс проводимости третьего материала.Йованович и др. [1] подсчитали, что простая замена воздуха консистентной смазкой может снизить термическое сопротивление примерно в пять раз (в зависимости от поверхностей и контактного давления). Как показано на Рисунке 1, материал термоинтерфейса существенно изменяет тепловой путь между твердыми телами с шероховатой поверхностью от теплопроводности через точечные контакты и воздух до теплопроводности полностью через твердые тела.

Рисунок 1а. Проводимость через точечные контакты и воздух между твердыми поверхностями.

Рисунок 1б. Проведение через ТИМ заполнение зазоров.

Важным свойством любого ТИМа является его теплопроводность, k _TIM . Полимеры без наполнителя имеют теплопроводность около 0,1 Вт / м · К. Все современные ТИМы представляют собой композиты, содержащие наполнители в виде частиц, которые увеличивают теплопроводность до 7 Вт / м · К. Наполнители из неорганических частиц включают оксид алюминия, оксид магния, нитрид алюминия, нитрид бора и алмазный порошок. Также используются металлические наполнители, особенно серебро.К сожалению, одной только высокой теплопроводности недостаточно, чтобы гарантировать оптимальную работу системы, как мы покажем позже. В описаниях конкретных классов материалов мы будем характеризовать производительность с помощью термического сопротивления (нормированного на единицу площади на один квадратный см), которое имеет единицы K · cm ² / Вт, полученные из одномерного расчета теплового потока. Таким образом, мы можем учесть толщину поверхности раздела. Конкретное значение в любом конкретном приложении сильно зависит от контактных поверхностей и приложенного давления.Тем не менее, представленные диапазоны являются репрезентативными для каждого класса материалов. (Примечание: многие поставщики указывают значения сопротивления в смешанных единицах K�in ² / Вт. Их необходимо умножить на 6,45, чтобы соответствовать единицам, указанным в этом документе.)

Помимо тепловых характеристик, TIM также выбираются по нескольким другим важным критериям. Простота использования при сборке и переделке важны в приложениях высокого класса, как и долговременная стабильность (надежность). Процесс производства часто диктует выбор материала.Например, во многих случаях TIM прикрепляется к радиатору в одном месте, а окончательная сборка модуля происходит в другом. Эластомерные прокладки были разработаны как альтернатива прежним смазочным материалам, в основном из-за тех производственных преимуществ, которые они предлагали. Материалы с фазовым переходом возникли как технология, которая уловила преимущество консистентной смазки в тепловых характеристиках и объединила его с простотой сборки сплошной прокладки. При выборе TIM часто упускаются из виду клеи и припои. Оба предлагают уникальное преимущество надежного механического соединения, устраняя необходимость в зажимных приспособлениях, которые требуются для смазок, прокладок и материалов с фазовым переходом.

Смазки

Смазки (также известные как термические соединения) представляют собой силиконовые или углеводородные масла, содержащие различные наполнители. Исторически это самый старый класс материалов, поскольку они легко решают главную задачу — устранение микроскопических воздушных карманов. Как группу, они часто характеризуются как «грязные» и их трудно наносить из-за их высокой вязкости. Более серьезная проблема, связанная с нанесением, заключается в воспроизводимости подачи правильного количества для достижения полного покрытия с достаточно тонким зазором.Компоненты требуют механического зажима, а давление около 300 кПа обычно обеспечивает оптимальные тепловые характеристики.

Традиционные смазки обычно дают сопротивление поверхности раздела около 1 кОм ² / Вт, в то время как новейшие продукты находятся в диапазоне 0,2 кОм ² / Вт. Поскольку они нагреваются во время использования, вязкость падает, и они имеют тенденцию еще больше смачивать контактные поверхности, тем самым улучшая характеристики за счет снижения межфазного сопротивления. К сожалению, в приложениях, которые включают и выключаются, является явление, известное как «откачка», при котором смазка с низкой вязкостью вытесняется из поверхности раздела, потенциально загрязняя соседние компоненты.В крайних случаях интерфейс может высохнуть.

Из-за своей долгой истории и широкого применения в потребительских товарах часто считается, что смазки достигли пика на рынке. Напротив, новые рецептуры разрабатываются для удовлетворения конкретных потребностей микропроцессорной упаковки. Один поставщик микропроцессоров рекомендует только два термоинтерфейсных материала для сопряжения своего последнего продукта с радиатором, и оба являются недавно разработанными пластичными смазками [2].

Подушечки эластомерные

Эластомерные прокладки являются логическим продолжением пластичных смазок: полимеризованных силиконовых каучуков в виде твердых частиц, с которыми легко обращаться.При типичной толщине 0,25 мм большинство подушек содержат тканый носитель из стекловолокна для облегчения работы и содержат неорганические наполнители, как и смазки. Они поставляются в виде штампованных заготовок точной формы, необходимой для конкретного применения (например, все стандартные корпуса транзисторов TO). Поэтому сборка этих продуктов очень проста. Компромисс заключается в том, что для достижения адекватной границы раздела необходимо высокое давление (~ 700 кПа). Кроме того, с диапазоном тепловых характеристик от 1 до 3 К · см ² / Вт, приложения ограничиваются приложениями с умеренными тепловыми требованиями.

Термоленты

Термоленты были разработаны как способ крепления радиатора. Они устраняют необходимость во внешних зажимах, что снижает общие требования к оборудованию. Термоленты представляют собой клеящие вещества с наполнителем, чувствительные к давлению (PSA), нанесенные на несущую матрицу, такую ​​как полиимидная пленка, мат из стекловолокна или алюминиевая фольга. PSA приклеиваются к поверхностям при контакте и при небольшом давлении. Обычно их можно найти на бинтах и ​​«липкой» бумаге для заметок.

Как и колодки, тепловые характеристики находятся в диапазоне сопротивления 1–4 кОм ² / Вт и сильно зависят от качества поверхности.Фактически, основным фактором, определяющим использование лент, часто является их адгезионные свойства, а тепловые характеристики являются второстепенным фактором. Ленты также имеют очень ограниченную податливость и, как правило, не подходят для современных корпусов BGA с вогнутыми верхними поверхностями.

Материалы фазового перехода

Материалы с фазовым переходом сочетают тепловые характеристики консистентной смазки с удобством эластомерной подушки. Первоначально разработанные в 1980-х годах, они приобрели известность в 1990-х, когда их можно было легко предварительно применить для радиаторов на Тайване.Окончательная сборка микропроцессора была затем произведена на контрактном производителе без необходимости обрабатывать «грязную» смазку.

Материалы с фазовым переходом — это преимущественно воски, которые обычно плавятся в диапазоне от 50 до 80 ° C. По сути, это низкотемпературные термопластические клеи. На практике они являются эффективными проводниками тепла как выше, так и ниже точки плавления. При работе выше точки плавления они неэффективны в качестве клея и нуждаются в механической поддержке, поэтому их всегда используют с зажимом, прикладывающим давление в диапазоне 300 кПа.

Как и прокладки и ленты, они могут быть получены в различных конфигурациях, как с опорой, так и без опоры, и наполнены наполнителями для повышения теплопроводности. Уровни эффективности очень близки к консистентной, в диапазоне 0,3 — 0,7 тыс. См ² / Вт. Что мешает им быть идеальным решением? Возможность повторной обработки. Несмотря на то, что он не классифицируется как клей, его адгезия достаточно, чтобы дорогие компоненты подвергались риску во время доработки. Это главное соображение при переходе на смазку с использованием новейших высокопроизводительных микропроцессоров.

Гели Гели

— еще один недавно разработанный вариант, который распределяется как смазка, но затем отверждается до частично сшитой структуры, что устраняет проблему откачивания [3]. Уровни термической стойкости сравнимы со смазкой в ​​диапазоне 0,4–0,8 тыс. См ² / Вт.

Клеи теплопроводящие

Теплопроводящие клеи — это вариант, на который инженеры-теплотехники часто не обращают внимания. Обычно составы на основе эпоксидной смолы или силикона, содержащие наполнители, обеспечивают превосходное механическое соединение, которое может уменьшить размер и вес системы.При термическом сопротивлении обычно <1 кОм ² / Вт, лучшие характеристики достигают 0,15 кОм ² / Вт. Однако они требуют надежных производственных процессов, поскольку возможность повторной обработки нецелесообразна. Преимущество клея — компактная упаковка, высокопроизводительный интерфейс и долговременная надежность.

Припой

Припой — еще один TIM, на который часто не обращают внимания. Он представляет собой идеальную твердую металлическую поверхность раздела с сопротивлением <0,05 кОм ² / Вт.Несмотря на проблемы высокотемпературной обработки (и переделки), припой используется в качестве термоинтерфейса там, где нет другого жизнеспособного варианта: присоединение силового кристалла первого уровня. На более высоких уровнях упаковки интерфейсы обычно не подходят для использования припоя, а расширенные области очень затрудняют обработку.

Количественное определение

«Практически все существующие решения для термоупаковки ограничены тепловым сопротивлением на твердых поверхностях раздела на основных путях отвода тепла от кристалла до окружающего воздуха, особенно на поверхности кристалла и в основании теплоотвода.”[4]

Инженеры-теплотехники постоянно ищут «лучшие» продукты для термоинтерфейса. Обычно это выражается в запросе более высокой теплопроводности. Но так ли это на самом деле? Это достаточно? Насколько критична ситуация? Следующий анализ пытается количественно оценить проблему.

Хорошо известно, что тепло будет течь везде, где только возможно, и будет использовать любой режим с наименьшим сопротивлением, будь то теплопроводность, конвекция или излучение. Все электронные системы в конечном итоге отводят тепло в атмосферу за счет конвекции.Вдоль промежуточного пути всегда есть токопроводящий участок (обычно это первичный путь), и где-то по пути два разных материала вступают в контакт, отсюда и необходимость в TIM.

Рис. 2. Модельная диаграмма для одномерного теплового потока через пять резистивных путей: три объемных материала и два интерфейса. Самый простой, самый короткий и, возможно, наиболее желательный путь — это прямой контакт между кремниевым устройством и алюминиевым конвектором (« радиатор»).Интересующие нас ТИМы в данном случае тонкие и легко моделируются одномерным теплопереносом. В этом случае (рис. 2) мы будем исследовать тепло, протекающее через кремниевые и алюминиевые пластины, сопряженные с TIM, который предполагает равномерную теплопередачу вдоль оси z с общим сопротивлением:

(1) Легко продемонстрировать [5], что сопротивление интерфейса фактически состоит из двух новых контактных сопротивлений плюс объемного сопротивления TIM:

(2) Комбинирование значений отдельных контактов и введение одноосной зависимости объемной проводимости дает зависимость сопротивления от площади межфазного контакта и толщины:

(3) где t — толщина материала (м), A — его площадь (м ² ), а k _TIM — теплопроводность в Вт / м · К.

Применение отношения объемной проводимости к кремнию и алюминию дает нам общее сопротивление системы:

(4)
Таблица 1. Типичные значения теплопроводности и сопротивления

Тепловой Электропроводность Вт / м · К Толщина мм Сопротивление кОм 2 / Вт Кремний 139 0.5 0,04 Алюминий 230 3 0,13

Типичные значения для кремния и алюминия показаны в таблице 1. С этими базовыми значениями для алюминия и кремния чувствительность к толщине для типичных TIM показана на рисунке 3. Несложно очевидно, что на самом деле интерфейс представляет собой критическое звено в тепловом тракте и может составлять значительную часть бюджета управления температурным режимом.В этой модели эластомерная прокладка 0,2 мм представляет собой полностью 90% от общего сопротивления системы (1,7 тыс. См ² / Вт). Значительное улучшение достигается при использовании смазки на границе раздела 0,1 мм, что составляет 56% от общего объема 0,4 тыс. См ² / Вт. Ясно, что более тонкие границы раздела и более высокая проводимость улучшают ситуацию. Но также важно понимать, что контактное сопротивление на самом деле может быть более важным фактором, особенно для термически требовательных приложений. Увеличение теплопроводности «сглаживает» общий отклик сопротивления, но, если оно достигается за счет сопротивления контакта, общего улучшения не происходит.Понятно, что и поставщики, и пользователи TIM должны учитывать как объемную проводимость, так и контактное сопротивление, чтобы добиться успеха.

Рис. 3. Полное тепловое сопротивление твердых тел и структур TIM.

Заключение

До тех пор, пока электронные системы не являются монолитными (т. Е. Построены из различных комбинаций материалов, таких как металлы, полимеры, керамика, полупроводники), возникнет потребность в материалах для термоинтерфейса.По мере того, как электронные системы становятся быстрее, горячее, компактнее и портативнее, потребность в улучшенных модулях TIM сохранится. Победители будут рассматривать термическое сопротивление (возможно, адаптированное к конкретным интерфейсам), их будет легко использовать в производстве, их можно будет переработать при необходимости и они будут иметь долгосрочную надежность.

Список литературы

1. Йованович, М. М., Калхэм, Дж. Р., и Тиртстра, П., «Расчет межфазного сопротивления», ElectronicsCooling, Vol. 3, No. 2, май 1997 г., стр.24 — 29.
2. «Руководство по проектированию систем охлаждения процессора AMD Athlon ™ 64», публикация 26633, версия 3.02, февраль 2003 г., www.amd.com.
3. Уэллс Р., Сандерс Дж., Пекорари Л. и Хунади Р. «GELEASE ™ — высокоэффективная альтернатива термопастоте и материалам с фазовым переходом», 1998 г., www.thermoset.com.
4. Бар-Коэн, А., «Компьютерная термоупаковка на пороге тысячелетия», ElectronicsCooling, Vol. 6, No. 1, Jan.2000, pp 32-40.
5. Чу, К. П., Сольбреккен, Г. Л., и Чанг, Ю.Д., «Термическое моделирование интерфейсного материала типа консистентной смазки в применении PPGA», Труды 13-го заседания IEEE SEMI-THERM, 1997, Vol. 1. С. 57 — 63.

.