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如何选择硅脂,看懂硅脂参数 科普长篇!

2023-06-19 18:48 作者:醉清风噬心寒  | 我要投稿

硅脂的四大重要参数


导热率 (同1米厚度下测得值)
热阻抗 (XX压力下的厚度 实际测得硅脂两端温差)
厚度 (XX压力下 通常为PSI单位 的厚度 微米单位)
挥发率 (也就是寿命)


因为是长篇大论 授人以鱼不如授人以渔, 想直接看推荐的请跳到最后
====================================== 理论篇========================================
先来看看美国信越网站的数据 注意 8079是17年推出的旗舰 导热系数5.4,那8079为什么比07年就推出的7921强呢? 继续往下看





来看下7921的数据 ,上述表格写的热阻为5 下面的写的是<7 , 而然到底是多少呢, 从它详细文档的内部曲线图看到了真实情况热阻是7!不同压力下 硅脂被压成多厚 就是20PSI压力(PSI是每磅力作用在每英寸平方也就是2.54X2.54CM) 25微米 热阻 7 注意 硅脂里3样 数据很重要 导热系数 热阻 和厚度 而且在表格里能看到7921这款硅脂在20PSI下厚度是25 到了52PSI 厚度反而增大到27 推测是遇到了分子斥力反而变厚了 热阻也就变高了






网上搜到的一篇国内厂家的文章



7921的热阻是7,厚度25。8079是热阻3.8 厚度23。 导热系数增加一倍。厚度不变,热阻才会降低一倍,变相的按照这个文章,8079导热率应该可以接近10了


那么我们在看看7868数据 厚度在20磅压力下30微米 因为7868是有溶剂的 有溶剂的时候粘度100 溶剂挥发后粘度达到680 比7921的350还高 粘度越高导热系数越高, 但是因为溶剂挥发可能造成接触面出现空隙 并且他的厚度是30 这样热阻就会增加 虽然标称5的热阻 但是按照热阻公式 不可能比7921要低,上图已经证明表格里的 7921 是5的热阻是错误的,只有详细表格里的才正确 从中得出即使 7868的溶剂挥发完后导热系数高于7921,但是因为挥发产生的缝隙和硅脂厚度原因 实际效果是不如7921的 但是含溶剂粘度低会比较好涂



硅脂两大国际厂家 信越道康宁都在17 18年推出了旗舰产品 信越8079 道康宁TC5888 他们两家在07年就推出了 信越7921 和TC5688(已经停产)
我们来看看这两款硅脂的参数
信越8079 所谓7921的升级 ,导热系数5, 热阻初始为5.8在经过200小时后变成3.8 而它的厚度是23 ,挥发率也是7921的一半 所以号称2年质保期,因为粘度下降 所以导热系数变低了 为什么导热系数5会比7921强呢, 因为很薄了 所以热阻也更低了 估计用的是氧化铝成分多一点,虽然导热系数下降,但是质保长一点, 氮化铝虽然系数高,但更粘,,缺点是容易水解不能长期使用




英文里有个警告信越硅脂 都会注明可能会接触到铅致癌,我也不知道为啥有铅 2333
挥发率是tc5888最低48小时,125℃下挥发率只有0.02%所以这款硅脂质保期达到3年, (你没看错硅脂是有保质期的,而信越官方说明是没有拆封的桶装)其次是8079没有给出时间温度条件,0.24%挥发率,7921是24小时50℃下挥发率0.44% 质保期依次为3年 2年 半年 (没想到吧大名鼎鼎的7921官方只给半年质保)

过保日期2020.3.18
生产日期是半年前
过保日期2021.6.26



接下来看道康宁TC5888





对比信越8079
(因为是CM平方单位 换算成MM平方 是10x10的100倍换算单位)
(压力单位也换算,它这个是25N作用于厘米平方 而PSI是英寸放平 换算下来,相当于6.45倍,这样在英寸下,得需要160psi了,我查到另外数据是80psi,基本是在cpu散热器上不可能达到20um的厚度了规范好像不能超过60PSI不然可能损坏主板,按照20PSI计算 厚度好像是25um ,这么看8079的23um也不差了)



TC5888 导热率5.2 热阻0.05实际是5 厚度80PSI 20mm 挥发率0.02% 质保3年
信越8079 导热率5 热阻5.8(使用后会降低4附近)厚度20PSI 23mm 挥发率0.024 质保2年


信越有经过长时间后热阻下降的表格,厚度却没变 按理说这会导致导热系数上升,不知道为什么会这样,在TC5888参数里没找到这种曲线,至于不同压力的厚度,但是看7921参数对比 压力增加到50磅反而会上升,姑且 认为这是最佳值. 挥发度8079没有给出准确条件是0.024,对比7921的是24小时50度下 0.44, 7868是24小时150度2.8, 而TC5888是 48小时125度 0.02! 可以说明TC5888有着更长寿命 难怪质保都会达到3年 仔细研究这两块硅脂的差距也不大 价格看某宝也是3K和4.5K一桶的价格



再来看看 导热填料的导热系数 一般都是使用氧化铝 氮化铝 金属经过氧化或者氮化后都是不导电的,氧化铝导热系数低,粘度低, 然而氮化铝导热率高粘度也高,但是寿命不高容易水解 比如7921的350粘度, 7868的 6.2导热率在容易挥发后甚至粘度达到680难怪要用溶剂了, 也难怪像高导热系数的7921官方只给半年质保,猜测是氮化铝容易水解的原因,而像8079推测氮化铝不多 所以粘度不高只有150 ,导热系数也下降了,只要用的颗粒更细就能更薄 效果就会更强,






最后附上计算公式 对界面材料的热传导,一般按一维来处理,其热传导过程可用傅立叶方程(热传导的基础理论)描述:
Q=K*A*△T/△d ┄┄┄┄┄┄┄ (1)
Q:热源功率 单位w
K:导热系数 单位w/m.k
A:有效接触面积 单位㎡
△T:热量流入面与流出面之间的温差 单位℃
△d:壁面的有效接合厚度 单位m
热阻跟傅立叶方程有关系。热阻表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力,描述为:
R=△T/Q=△T /(K*A*△T /△d) = △d/ (K*A) ┄┄┄┄┄┄┄ (2)
单位:℃/W 或者K/W (这里“W”指热功率单位,而“K”为温度单位)
对于单一材料,材料的热阻与材料的厚度成正比;对于非单一材料,总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大,但不是纯粹的线形关系。材料的热阻跟材料的导热系数和有效接触面积成反比(题外话:一般工程师设计器件的热源与散热器的间隙尽量小,这样在选择导热材料的时候才尽可能选择薄一点的材料,这样热阻就会尽量的小,导热材料传导的效果也会更好。)
热阻抗跟傅立叶方程也有关系。热阻抗是材料跟材料对比的一个参量。一般会用特定装配条件下的热阻抗来表征界面材料导热性能的好坏。描述:
RA =△T* A /Q = △T* A /(K* A *△T /△d) = △d/K ┄┄┄┄┄┄┄ (3)
单位℃. ㎡/W或者℃. /W或者℃. (in)2/W或者K. ㎡/W (这里“W”指热功率单位,而“K”为温度单位)
表面平直度、表面粗糙度、紧固压力、材料厚度和压缩量都将对热阻抗产生影响,而这些因素又与实际应用条件有关,所以界面材料的热阻抗也将取决于实际装配条件。


两端温度差

△T=Q×L/(A×k)


其中,△T表示温度变化,单位为摄氏度;Q表示热量,单位为焦耳;L表示物质的长度,单位为米;A表示物质的横截面积,单位为平方米;k表示物质的导热系数,单位为瓦特/米·摄氏度。



从上面理论可以看出真正影响导热率的是热阻,但是
===================================实战篇============================================

带入上述公式验证

1X0.000026m/(0.00001x5.2)=0.05度  符合TC5888里的热阻 25N=5.61磅力, 由于是PSI是英寸²单位   是cm平方的6.45倍   5.61X6.45=36.1PSI  压力下 厚度为0.026 (官方数据是0.02mm) 但是经过用计算实际是省略了的,真实厚度是0.026mm

 25N  0.05C-cm²/w热阻的含义就是 1W的输入下 在25N压力下厚度只有26微米  一个1平方厘米厚 两端温度差0.05度

真实理论计算公平吗感受  TC5888  以 250W  ,导热系数5.2 ,3cm²的CPU盖子,厚度26微米

250X0.000026m/(0.0003X5.2)=4.16度   

但是实际情况散热器和CPU的间距由于公差和成本可能间距在100微米 重新计算后

250X0.0001m/(0.0003X5.2)=16度  

导热系数6的7921

250X0.0001m/(0.0003X6)=13.88度


在厚度无法做到几十微米的情况下 导热率高的温度更低,  



说到热阻。硅脂热阻最低的是哪款呢 道康宁还有一款,热阻最低硅脂tc5026 


导热系数2.9,可在40psi下做到7微米厚度从而达到0.03的热阻,比tc5888的0.05还低,但是局限性很大,因为散热器和cpu不平整





上图是AM4 下图是英特尔,  AM5基本也是四角凸起,  厚的地方可能100微米 薄的地方肯定能靠扣具压力压到25微米左右。



TC5026这款硅脂早在07年就推出 但是一直没火 应该是条件太苛刻了要接合处达到7um误差的平面度,一般电脑上面根本做不到 听说底座加工精度为0.2MM 那可就是200微米了 所以像顶级的硅脂热阻低 实际计算公式起来还是很麻烦,同样厚度的话还是导热系数高的硅脂更强,像5026这种低热阻 低导热率的硅脂只能适用特定场合也许这就是没火起来的原因吧
==========================================推荐篇=====================================
最后硅脂推荐 陶氏TC5888  信越8079


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