Проведен анализ механических свойств и характеристик теплопроводности керамико-полимерных теплопроводящих диэлектрических (КПТД) материалов и изготовленных из них теплопроводящих прокладок, применяемых при производстве радиоэлектронного оборудования. Рассмотрены свойства различных изделий, выполненных из композитных материалов, отличающихся связующим, материалом наполнителя и формой его частиц. Предложена обобщенная методика расчета упругих свойств композитов, позволяющая на основе единого подхода оценить теплопроводность КПТД-материалов и проанализировать их механические свойства (плотность, модуль упругости по отношению к сжатию).

Важную роль в повышении эффективности теплопередачи от нагревающегося элемента электрической цепи к радиатору играет обеспечение оптимальной внутренней структуры компаунда или прокладки.

Специалистами компании Евролиния разработана методика теоретического анализа удельных характеристик теплопроводности для композитов, из которых изготовлены теплопроводящие изделия. Методика позволяет определить усредненные по объему теплофизические свойства изделий на основе заданных форм, размеров, ориентации частиц наполнителя, их концентрации, а также коэффициентов теплопроводности наполнителей и связующего.

Величина релаксационного снижения термического сопротивления ΔRτ зависит от вида материала, времени «приработки» материала (обычно 20-150 часов) и рабочего напряжения сжатия (0,07-1,7 МПа). Эффект термической релаксации возможно объяснить перестройкой внутренней гетерогенной структуры деформированного материала из неравновесного состояния к более равновесному с увеличением так называемой внутренней трехмерной кластерной теплопроводности. В течении времени приработки снижается также суммарное удельное контактное сопротивление RS, т.е. увеличивается конформность материала к контактной поверхности.

Комформность листовых материалов КПТД-2 и КПТД-2М к контактной поверхности и, соответственно, контактное термическое сопротивление, в существенной мере определяются их эластичностью. Эластичность (сжимаемость) КПТД-материалов характеризуется величиной модуля упругости E, МПа, рассчитываемого по величине абсолютной деформации материала при сжатии, а также степенью сжатия материала Δδ, %, рассчитываемой, как отношение величины абсолютной деформации листа при сжатии к исходной толщине листового материала. В зависимости от приложенного напряжения сжатия в пределах σ = 0,07 — 40 МПа максимальная степень сжатия, при которой не происходит разрушение материала, может достигать величины Δδ= 65-80%.

Согласно уравнению теплопередачи теплопроводностью через плоскую стенку (прокладку) количество тепла, переданного в единицу времени (тепловой поток) ΔQ, Вт, прямо пропорционально разности температур теплоотдающей T1S, °С, и теплопринимающей T2S, °С, поверхностей, прямо пропорционально площади поверхности теплопередачи (прокладки) F, м2, и обратно пропорционально суммарному удельному термическому сопротивлению теплопередаче R, (К·м2)/Вт: