Тепловое сопротивление термоинтерфейса и цепочка Tj
Реквизиты для печати (организация, исполнитель, № документа)
Что считается и как
Термоинтерфейс — плоский слой между корпусом компонента и радиатором. Тепло идёт через него одномерно, поэтому работает классический закон Фурье для плоской стенки (общая теплопередача, не ГОСТ-методика):
θ = t / k [м²·К/Вт] = (t/k)·10⁴ [К·см²/Вт]
где t — толщина склейки BLT (bond line thickness), м; k — теплопроводность материала, Вт/(м·К); A — площадь контакта, м². Величина θ = t/k — это то самое «тепловое сопротивление» в К·см²/Вт, которое пишут в даташитах термоинтерфейсов и измеряют по ASTM D5470 (метод для материалов толщиной 0,02–10 мм, не ГОСТ). Сам стандарт не задаёт единой температуры испытания: он требует указать в протоколе среднюю температуру образца, поэтому привычное «при 50 °C» в даташитах — условие, выбранное производителем, а не норма ASTM. Сравнивая марки, сверяйте температуру и давление прижима, при которых получены цифры.
Тепловая цепочка «кристалл → среда» — последовательное соединение сопротивлений:
Tj = Ta + P · R_total
Tc = Ta + P · (R_TIM + Rsa)
Ts = Ta + P · Rsa
Обратная задача — сколько теплового бюджета остаётся стыку:
t_доп = R_TIM_доп · k · A
Границы применимости — читать обязательно. Формула учитывает только объёмную теплопроводность слоя. Реальное сопротивление стыка равно BLT/(k·A) + R_c1 + R_c2, где R_c1 и R_c2 — контактные сопротивления на границах «корпус–TIM» и «TIM–радиатор». Они зависят от давления прижима, шероховатости и смачивания, отдельно не нормируются и в этой модели не учтены. Значит, расчёт даёт оценку снизу: фактический стык будет хуже. Для ответственных узлов берите паспортное тепловое сопротивление в К·см²/Вт при вашем давлении, а не пересчёт из k.
Второй источник расхождения — сама BLT. Это толщина слоя после затяжки, а не толщина исходной прокладки и не «сколько пасты выдавили». BLT определяется давлением, реологией материала и допусками стека сборки.
Справочные диапазоны теплопроводности по классам материалов. Это ориентир, а не паспорт марки — перед выпуском изделия подставляйте k (или сразу тепловое сопротивление) из паспорта применяемого TIM.
| Материал | k, Вт/(м·К) | Чем подтверждено |
|---|---|---|
| Термопаста | 0,7 – 5 | ГОСТ 19783-74 (КПТ-8): ≥0,7 при 20 °C; паспорта серийных импортных паст 1,35–5,2 |
| Прокладка (gap pad) | 1 – 6 | Bergquist GAP PAD: TGP 1000VOUS 1,0 · TGP 1500 1,5 · TGP EMI4000 4,0 · TGP 6000ULM 6,0 |
| Графит, through-plane | 5 – 13 | плёнки типично ~5; вертикально-ориентированный графитовый пэд 13 по оси Z; серийные пады по ASTM D5470 ниже 20 |
| Фазопереходный (PCM) | 1,5 – 3 | Bergquist Hi-Flow 650P 1,5 · Bergquist 1500P 1,5 · Laird Tpcm 580SP 3,0 |
| Теплопроводящий клей | 0,5 – 1,7 | эпоксид без наполнителя 0,1–0,2; теплопроводящий силикон 0,35–0,54; клеевая плёнка в стыке 0,7; наполненный Al₂O₃/BN 1,72 |
| Слюдяная прокладка | 0,46 – 0,7 | натуральная слюда 0,5–0,7 (справочное ~0,71); поперёк плоскостей спайности ~0,46 |
| Воздух (без TIM) | ≈0,026 | справочные таблицы теплофизических свойств при обычной температуре |
Про графит отдельно. Материал резко анизотропен. Вдоль плоскости плёнки (in-plane) теплопроводность 700–1950 Вт/(м·К) — это про растекание тепла по плёнке. Через плоскость (through-plane), а именно так тепло идёт через стык, — единицы Вт/(м·К). В расчёт всегда подставляйте through-plane; путаница здесь даёт ошибку в сотни раз.
Про рекламные цифры термопаст. Паспортные 8–14 Вт/(м·К) у «геймерских» паст независимыми измерениями не воспроизводятся; часть производителей вообще перестала публиковать W/mK, потому что показатель не переносится линейно на реальное охлаждение. Поэтому верхняя граница пресета в калькуляторе — 5 Вт/(м·К). Если у вас есть паспорт с измерением по ASTM D5470 — берите его значение через режим «своё k».
Что смотреть дальше. Подобрать сам радиатор под полученный бюджет Rsa — калькулятор расчёта радиатора для силового транзистора. Если пассивного охлаждения не хватает и рассматривается активное термоэлектрическое — калькулятор характеристик элемента Пельтье (ТЭМ); там термоинтерфейс нужен с обеих сторон модуля, и его сопротивление считается этим же калькулятором дважды.
Источники (проверены 2026-07-26): ГОСТ 19783-74 «Паста кремнийорганическая теплопроводная. Технические условия» (действует, ограничение срока снято в 1992 г.) — теплопроводность КПТ-8 не менее 0,7 Вт/(м·град) при 20 °C, не менее 1,0 при −50 °C, не менее 0,65 при +100 °C; ASTM D5470-17 (действующая редакция — переутверждение 2024 г.) — метод измерения теплового сопротивления тонких теплопроводящих материалов толщиной 0,02–10 мм, вводит «кажущуюся теплопроводность»; единой температуры испытания не нормирует (не ГОСТ); ГОСТ 19656.15-84«Диоды полупроводниковые СВЧ. Методы измерения теплового сопротивления переход-корпус и импульсного теплового сопротивления» (действует) — как измеряется Rjc; формула R = L/(k·A) — Electronics Cooling; диапазоны k по классам — даташиты Bergquist (Henkel), Laird, Panasonic PGS и Graphite-PAD, каталоги RS Components, справочные таблицы теплофизических свойств, публикации по наполненным эпоксидам и слюде. Значения, не подтверждённые двумя независимыми источниками, в таблицу не включены.