Vous calculez le chemin thermique entre un dissipateur et un composant ; les conductivités des matériaux sont connues, la géométrie est connue — et le résultat s'écarte nettement de la mesure. Ce qui manque le plus souvent, c'est la résistance de contact.
Pourquoi elle existe
Aucune surface n'est vraiment plane. Quand deux surfaces sont pressées l'une contre l'autre, l'aire de contact réelle n'est qu'une petite fraction de l'aire apparente ; les interstices sont remplis d'air (ou d'un matériau d'interface). La chaleur doit passer par ces points de contact étroits, et cela crée une résistance.
La résistance dépend de la rugosité et de la planéité des surfaces, de la pression de contact, de la dureté des matériaux, ainsi que de la conductivité et de l'épaisseur du matériau d'interface.
Un ordre de grandeur
La résistance thermique d'une paroi métallique mince est généralement négligeable ; la résistance d'une interface de contact dans le même assemblage peut en valoir plusieurs fois. Résoudre le solide en détail tout en négligeant la résistance de contact dépense donc la précision au mauvais endroit.
Le matériau d'interface doit être mince
La graisse thermique ou un pad conduit bien mieux que l'air mais bien moins bien que le métal. L'épaisseur idéale est donc la plus mince qui comble encore les interstices. Trop de graisse augmente la résistance — erreur courante et contre-intuitive.
Modélisation
La résistance de contact se définit directement comme une résistance thermique à l'interface entre deux régions ; cette définition a sa place dans toute analyse conjuguée qui résout un solide. Voir la note sur le transfert thermique conjugué.
La valeur provient de la littérature ou des données fabricant, et son incertitude est grande. La bonne démarche consiste à calculer deux extrêmes plausibles et à rapporter de combien le résultat se déplace. Si la température du point chaud dépend fortement de cette valeur, c'est un risque de conception et il doit être énoncé.
Références
- JEDEC Solid State Technology Association. JESD51 — Methodology for the Thermal Measurement of Component Packages (Single Semiconductor Device).
- Shah, R. K. & Sekulić, D. P. (2003). Fundamentals of Heat Exchanger Design. John Wiley & Sons. DOI: 10.1002/9780470172605