Керамика теплопроводность – Теплопроводность цветных металлов, теплоемкость и плотность сплавов: таблицы при различных температурах

Содержание

Теплопроводность керамических блоков (Поротерм): коэффициент, теплопередача поризованного кирпича

Керамические блоки становятся все более распространенным строительным материалом. Одной из их важнейших характеристик, которая влияет на потребительские качества, является теплопроводность.  

Определение термина

В физике теплопроводностью называется способность тела (в нашем случае, поризованного блока) проводить тепло от более нагретых частей к менее нагретым. Количественно она выражается в величине, называемой коэффициентом теплопроводности и обозначается как Вт/(м*С). Еще одни вариант международного обозначения – греческая буква λ (лямбда).

Проще говоря, теплопроводность керамического блока показывает, сколько тепла (в градусах) уходит из здания через внешнюю стену, в пересчете на единицу площади. Важно знать о том, что тем этот показатель ниже, тем меньше тепла будет уходить наружу, и тем более «теплой», при прочих равных условиях, будет стена.

Уровень теплопроводности тесно связан с другими характеристиками керамоблока (как впрочем, и любого другого строительного материала). В их числе:

  • Пустотность.
  • Пористость.
  • Плотность.

Чем выше уровень пустотности, пористости и ниже плотность, тем теплопроводность будет ниже (что в нашем случае – хорошо), и наоборот. Получается, что оптимальная теплопроводность керамоблока достигается путем увеличения технологических пустот, а также пор (от чего и произошло название материала – поризованная керамика). Но при этом, как правило, будет снижаться плотность блока и его марка прочности. Сразу же хочется отметить, что этой прочности, в любом случае, с большим запасом будет достаточно для возведения малоэтажных (2-3 этажа) коттеджей с несущими стенами. И уж тем более ее будет достаточно для заполнения внешних стен и перегородок в многоэтажном каркасно-монолитном строительстве. Для сравнения: марка прочности газобетонных блоков в 2-3 раза ниже, чем у керамических блоков, но даже они вполне подходят для кладки несущих стен коттеджей.

Сравнение разных материалов

Сравним популярные стеновые материалы. Чтобы было понятно, приведенные ниже расчеты в таблицах основаны на СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Учитывалось, что в стенах нет дополнительной теплоизоляции (пенопласт, минеральная вата) или облицовочного кирпича.

  Материал Расчетное содержание влаги Теплопроводность  Вт/(м*С) в сухом состоянии Теплопроводность  Вт/(м*С) расчетное значение   Толщина стены, см
Древесина* 20% 0,09 0,18 48
Керамический кирпич полнотелый   2% 0,56 0,81 219
Керамический кирпич пустотелый 2% 0,41 0,58 155
Ячеистый бетон** 6% 0,12 0,16 43
Силикатный кирпич 4% 0,70 0,87 230
Керамзитобетон 10% 0,58 0,79 209
Поризованный блок*** 1% 0,13 0,14 38

* – сосна и ель поперек волокон; ** – ячеистый бетон плотностью 500 кг/1м3; *** – керамический блок Porotherm 38 Thermo, кладка на теплосберегающем растворе.

Теперь сравним коэффициент теплопроводности керамических блоков нескольких наиболее распространенных на российском рынке. Источники – официальные сайты производителей.

  Наименование блока Теплопроводность,  Вт/(м*С) Толщина стены, мм Нужно ли дополнительное утепление*
Porotherm 25 0,24 250 Да
Porotherm 38 0,145 380 Да
Porotherm 38 Thermo 0,123 380 Нет
Porotherm 44 0,136 440 Нет
Porotherm 51 0,143 510 Нет
BRAER Ceramic Thermo 10,7 NF 0,14 380 Да
BRAER Ceramic Thermo 12,4 NF 0,139 440 Нет
BRAER Ceramic Thermo 14,3 NF 0,14 510 Нет
KERAKAM 38 0,19 380 Да
KAIMAN 38 Самара 0,084 380 Нет
KERAKAM 44 Самара 0,128 440 Нет
KERAKAM 51 Самара 0,16 510 Нет
10,7НФ 250ММ Гжель 0,143 250 Да
12,3НФ Гжель 0,131 440 Нет
14,3НФГжель 0,143-0,17 510 Нет

* На примере г.Москвы и Московской области. В других городах с разными климатическими условиями потребность в дополнительном утеплении может меняться. Информацию о других регионах на примере блоков Поротерм (Wienerberger) можно узнать на официальном сайте компании.

Кстати, в большинстве случаев небольшие блоки формата 2,1NF, также именуемые двойным поризованным камнем, имеют чуть худшую теплопроводность, по сравнению с более крупными «собратьями». Причем это касается всех производителей.

Коэффициент теплопроводности Поротерм и других перечисленных изготовителей примерно сопоставим. То же самое касается и теплопередачи внутренних перегородочных и доборных блоков. Кстати, о перегородках. В них уровень λ, как правило выше, чем для стеновых блоков и колеблется в пределах 0,20-0,25 Вт/(м*С). Однако это не является проблемой, поскольку они все равно используются только для внутренних работ.

Мои рекомендации по толщине стен

В таблице были рассмотрены лишь 4 производителя из числа наиболее распространенных. Есть и другие, но общая картина видна и так: мы видим, что при строительстве в климатических условиях Московского региона блоки толщиной 440мм и 510мм не требуют дополнительного утепления или использования облицовочного кирпича. В то же время, для всех блоков толщиной 250мм и части 330-миллиметровых требуется дополнительное утепление. В любом случае, ассортимент продукции, представленной на рынке – намного шире, чем в нашей таблице, поэтому в случае с каждым блоком разных производителей, все детали следует узнавать индивидуально.

При этом, теплопроводность поризованного кирпича, предназначенного для перегородок, не столь важна. Он используется для внутренних работ и не от него попросту не требуется таких же характеристик, как и для стеновых блоков.

Общие выводы

Как мы видим, теплопроводность теплой керамики – это исключительно важный параметр. Однако помимо этого, при выборе следует учитывать и другие факторы, в том числе климатические условия региона и отсутствие или наличие дополнительного утепления или отделки облицовочным кирпичом. В целом же, для средней полосы России подходят все керамоблоки. Тем не менее, если вы не хотите использовать дополнительную теплоизоляцию, то имеет смысл купить блоки толщиной 440мм или 510мм, или же некоторые разновидности 380мм блоков. Если же вас не смущает будущий монтаж дополнительной «термошубы», то вполне можно обойтись и блоками для толщины стен 250мм и 380мм, при том условии, что вы обеспечите дополнительную теплоизоляцию в виде минваты или пенопласта, и декоративной штукатурки. Плюс этого варианта в том, что вам будет достаточно более тонкого фундамента, что сократит расходы и сроки его возведения.

Свойства оксидов металлов

Теплофизические свойства оксидов металлов

В таблице представлены теплофизические свойства оксидов (спеченных окислов) металлов при различной температуре. Даны значения свойств следующих плотных спеченных окислов: оксиды алюминия и магния Al2O3, MgO, оксид кальция CaO, оксид кремния SiO2, оксид никеля NiO, оксид титана TiO, оксид циркония ZrO2, оксид урана UO2, оксид тория ThO2, оксид плутония PuO2

Теплопроводность спеченных окислов в таблице указана при температуре от 127 до 1727 °С в зависимости от пористости. Коэффициент линейного теплового расширения (КТР) указан при температуре от 300 до 400 К. Плотность оксидов металлов дана при комнатной температуре.

Теплопроводность спеченных оксидов металлов зависит от чистоты и кристаллической структуры исходных порошков, метода и степени прессования и режимов спекания. Теплопроводность порошкообразных окислов зависит от плотности, размера зерен и влажности; для любых порошкообразных оксидов металлов (не спеченных) теплопроводность лежит в пределах 0,1…1,1 Вт/(м·град).

В таблице даны следующие свойства оксидов металлов

:

  • температура плавления, К;
  • коэффициент линейного теплового расширения (КТР), 1/град;
  • плотность, кг/м3;
  • пористость, %;
  • коэффициент теплопроводности, Вт/(м·град).

Основные свойства оксидов металлов

В таблице приведены основные свойства оксидов металлов при комнатной температуре.
Свойства указаны для следующих оксидов металлов: Al2O3, MgO, TiO, Ti2O3, TiO2, ZrO2, оксид цинка ZnO, оксиды железа FeO, Fe3O4, Fe2O3, NiO, оксид меди CuO, оксид ванадия V2O5, оксид вольфрама WO3, оксид марганца MnO2, оксид бария BaO2.

Даны следующие свойства оксидов металлов:

  • молекулярная масса оксида;
  • плотность, кг/м3;
  • температура плавления, К;
  • теплота плавления, кДж/кг;
  • температура кипения, К;
  • теплота испарения при кипении, кДж/кг;
  • температура полиморфного превращения, К;
  • теплота полиморфного превращения, кДж/кг.

Теплопроводность плотных спеченных оксидов металлов

В таблице представлены значения теплопроводности плотных спеченных оксидов металлов (пористость равна нулю) в зависимости от температуры.
Теплопроводность дана для следующих оксидов металлов: оксид алюминия Al2O3, оксид бериллия BeO, оксид кальция CaO, оксид кремния SiO2, оксид магния MgO, оксид никеля NiO, оксид титана TiO2, оксид циркония ZrO2. Теплопроводность окислов металлов приведена при температуре от 100 до 2000 К.

Видно, что в основном, теплопроводность оксидов снижается при росте температуры. В таблице также указана плотность оксидов металлов (оксидная керамика) при комнатной температуре.

Влияние нейтронного облучения на теплопроводность спеченных оксидов металлов

В таблице представлены значения теплопроводности плотных спеченных оксидов металлов до и после облучения потоком быстрых нейтронов.
Теплопроводность оксидов дана при комнатной температуре и при сверхнизких температурах (5…100 К).

Значения указаны для следующих оксидов металлов: BeO, Al2O3, SiO2 (α-кварц), плавленый кварц, ZrSiO

4, шпинель, форстерит, фарфор, слюда.
Как видно из таблицы, значение коэффициента теплопроводности оксидов металлов при их облучении потоком быстрых нейтронов, в основном снижается.

Теплоемкость оксидов металлов

В таблице указаны значения истинной и средней удельных теплоемкостей оксидов металлов в зависимости от температуры.
Теплоемкости (размерность кДж/(кг·град)) даны при температуре от 0 до 1500°С.
Значения представлены для следующих оксидов металлов (компонентов огнеупорных материалов и шлаков): SiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MgO, MnO, CaO.

Примечание: Истинная теплоемкость соответствует указанной температуре, а значение средней теплоемкости Cm приведено для интервала температуры от 0°С до указанной в таблице. По данным таблицы видно, что удельная (массовая) теплоемкость оксидов металлов при увеличении их температуры также увеличивается.

Источники:

  1. Физические величины. Справочник. А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др.; Под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
  2. Чиркин В. С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. М.: Атомиздат, 1967 — 474 с.
  3. Шелудяк Ю. Е., Кашпоров Л. Я. и др. Теплофизические свойства компонентов горючих систем. М.: 1992. — 184 с.
  4. Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.

Теплопроводность цветных металлов, теплоемкость и плотность сплавов: таблицы при различных температурах

Теплопроводность цветных металлов и технических сплавов

В таблице представлены значения теплопроводности металлов (цветных), а также химический состав металлов и технических сплавов в интервале температуры от 0 до 600°С.

Цветные металлы и сплавы: никель Ni, монель, нихром; сплавы никеля (по ГОСТ 492-58): мельхиор НМ81, НМ70, константан НММц 58,5-1,54, копель НМ 56,5, монель НМЖМц и К-монель, алюмель, хромель, манганин НММц 85-12, инвар; магниевые сплавы (по ГОСТ 2856-68), электрон, платинородий; мягкие припои (по ГОСТ 1499-70): олово чистое, свинец, ПОС-90, ПОС-40, ПОС-30, сплав Розе, сплав Вуда.

По данным таблицы видно, что высокую теплопроводность (при комнатной температуре) имеют магниевые сплавы и никель. Низкая же теплопроводность свойственна нихрому, инвару и сплаву Вуда.

Коэффициенты теплопроводности алюминиевых, медных и никелевых сплавов

Теплопроводность металлов, алюминиевых, медных и никелевых сплавов в таблице дана в интервале температуры от 0 до 600°С в размерности Вт/(м·град).
Металлы и сплавы: алюминий, алюминиевые сплавы, дюралюминий, латунь, медь, монель, нейзильбер, нихром, нихром железистый, сталь мягкая. Алюминиевые сплавы имеют большую теплопроводность, чем латунь и сплавы никеля.

Коэффициенты теплопроводности сплавов

В таблице даны значения теплопроводности сплавов в интервале температуры от 20 до 200ºС.
Сплавы: алюминиевая бронза, бронза, бронза фосфористая, инвар, константан, манганин, магниевые сплавы, медные сплавы, сплав Розе, сплав Вуда, никелевые сплавы, никелевое серебро, платиноиридий, сплав электрон, платинородий.

Удельное сопротивление и температурный коэффициент расширения (КТР) металлической проволоки (при 18ºС)

В таблице указаны значения удельного электрического сопротивления и КТР металлической проволоки, выполненной из различных металлов и сплавов.
Материал проволоки: алюминий, вольфрам, железо, золото, латунь, манганин, медь, никель, константан, нихром, олово, платина, свинец, серебро, цинк.
Как видно из таблицы, нихромовая проволока имеет высокое удельное электрическое сопротивление и успешно применяется в качестве спиралей накаливания нагревательных элементов множества бытовых и промышленных устройств.

Удельная теплоемкость цветных сплавов

В таблице приведены величины удельной (массовой) теплоемкости двухкомпонентных и многокомпонентных цветных сплавов, не содержащих железа, при температуре от 123 до 1000К. Теплоемкость указана в размерности кДж/(кг·град).
Дана теплоемкость следующих сплавов: сплавы, содержащие алюминий, медь, магний, ванадий, цинк, висмут, золото, свинец, олово, кадмий, никель, иридий, платина, калий, натрий, марганец, титан, сплав висмут — свинец — олово, сплав висмут-свинец, висмут — свинец — кадмий, алюмель, сплав липовица, нихром, сплав розе.

Также существует отдельная таблица, где представлена удельная теплоемкость металлов при различных температурах.

Удельная теплоемкость многокомпонентных специальных сплавов

Удельная (массовая) теплоемкость многокомпонентных специальных сплавов приведена в таблице при температуре от 0 до 1300ºС.
Размерность теплоемкости кал/(г·град).
Теплоемкость специальных сплавов: алюмель, белл-металл, сплав Вуда, инвар, липовица сплав, манганин, монель, сплав Розе, фосфористая бронза, хромель, сплав Na-K, сплав Pb — Bi, Pb — Bi — Sn, Zn — Sn — Ni — Fe — Mn.

Плотность сплавов

Представлена таблица значений плотности сплавов при комнатной температуре.
Приведены следующие сплавы: бронза, оловянистая, фосфористая, дюралюминий, инвар, константан, латунь, магналиум, манганин, монель — металл, платино — иридиевый сплав, сплав Вуда, сталь катаная, литая.

ПРИМЕЧАНИЕ: Будьте внимательны! Плотность сплавов в таблице указана в степени 10-3. Не забудьте умножить на 1000!
Например, плотность катанной стали изменяется в пределах от 7850 до 8000 кг/м3.

Источники:

  1. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи.
  2. Физические величины. Справочник. А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др.; Под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
  3. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И. К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.
  4. Шелудяк Ю. Е., Кашпоров Л. Я. и др. Теплофизические свойства компонентов горючих систем. М.: 1992. — 184 с.
  5. Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.

Теплопроводность термопаст, сравнение термопаст по теплопроводности

Виды термопасты

На мировом рынке представлено огромное количество различных марок термопаст. Они могут быть классифицированы в зависимости от состава и теплопередающих свойств теплопроводной основы, входящей в состав пасты. Рассмотрим виды термопаст более подробно, составим рейтинг термопаст по теплопроводности.

Термопасты на основе жидких металлов

Такие термопасты являются самыми эффективными и дорогими, поскольку созданы на основе редких жидких металлов, например таких, как галлий. Эффективность теплопередачи такого вида термопаст находится на максимально высоком уровне и в разы превышает теплопередачу термопаст других видов.

Термопасты на основе жидкого металла могут успешно применяться в системах охлаждения теплонагруженных процессоров игровых консолей и компьютеров. Однако, за хорошую теплопередачу приходиться платить высокую цену — такие термопасты очень дороги и электропроводны. Примером такой термопасты может служить теплопроводная паста Coollaboratory Liquid Pro с теплопроводностью 80 Вт/(м·град).

Термопасты на металлической основе

Основным наполнителем такой термопасты являются частички металла, которые хорошо проводят тепло. Обычно используют серебро или алюминий, которые позволяют добиться высокой теплопроводности пасты. Поэтому этот вид термопаст применяется в сильно теплонагруженных системах охлаждения, где необходимо быстро снизить температуру процессора, например в игровых консолях. Пример такой термопасты: Cool-Silver с коэффициентом теплопроводности 12 Вт/(м·град).

Термопасты на основе углерода

Термопасты такого вида имеют в своем составе крошечные волокна углерода или алмазного порошка, их теплопроводность достаточно высока и делает эти пасты относительно универсальными по соотношению «цена — качество». Пример такой термопасты: Nanodiamond Thermal Grease RT-10D с теплопроводностью 6,5 Вт/(м·град).

Термопасты на керамической основе

Такие термопасты содержат окислы металлов и применяются в системах охлаждения компьютерных процессоров, которые не требуют интенсивного охлаждения. Теплопроводность такого вида термопаст относительно невысока, и они имеют небольшую стоимость. Пример такой термопасты: КПТ-8 с теплопроводностью менее 1 Вт/(м·град).

Теплопроводность термопаст (сравнение термопаст по алфавиту)

В таблицах представлены значения теплопроводности и динамической вязкости для распространенных наименований термопаст, а также указан их цвет. Выполнено сравнение термопаст (более ста наименований) по значению коэффициента теплопроводности, указаны сайты производителей термопаст.

Теплопроводность термопаст различных производителей находится в широких пределах — от 0,4 до 80 Вт/(м·град). Однако подавляющее большинство термопаст имеют теплопроводность в среднем от 3 до 10 Вт/(м·град).

Следует отметить, что производители практически никогда не указывают температуру, при которой измерялась теплопроводность термопасты. Можно предположить, что теплопроводность термопасты меняется несущественно во всем рабочем диапазоне температуры (обычно термопаста используется при температуре до 100°С).

В первой таблице термопасты расположены в алфавитном порядке. Во второй таблице представлен рейтинг термопаст по теплопроводности (по значению коэффициента теплопроводности термопасты).

Теплопроводность и вязкость термопаст по названию термопасты
Название теплопроводной пасты Теплопроводность, Вт/(м·град) Цвет Вязкость, Па·с Сайт производителя
AC-TG0012-S1 4.6 Серый   www.siig.com
AC-TG0112-S1 4.3 Серый   www.siig.com
AC-TG0412-S1 4.3 Серый   www.siig.com
Akasa AK-450-5G 9.2 Серый   www.akasa.com.tw
Akasa AK-455 2.4 Серый   www.akasa.com.tw
Akasa AK-460 3.3 Серый   www.akasa.com.tw
Akasa AK-TC5022 4 Серый   www.akasa.com.tw
Akasa AKT-842 7.5 Белый   www.akasa.com.tw
Alpenfohn 1.1 Серый   www.alpenfoehn.de
Antec Formula 6 5.3     www.antec.com
Antec Formula 7 8.3     www.antec.com
AOS №52022 0.9 Белый   www.aosco.com
AOS №54013 0.7 Белый   www.aosco.com
AOS ELECTRICALLY CONDUCTIVE GREASE №57001 1 Серый   www.aosco.com
AOS ELECTRICALLY CONDUCTIVE GREASE №57000 2.7 Серый   www.aosco.com
AOS NON-SILICONE HTC AZ 140 №52160 6 Серый   www.aosco.com
AOS NON-SILICONE HTC 80 №52050 3.8 Серый   www.aosco.com
AOS NON-SILICONE XT-3 №52039 0.7 Белый   www.aosco.com
AOS NON-SILICONE WC HTC 100 №52060 5 Серый   www.aosco.com
AOS WATER CLEANABLE HTC 90 №52051 4.6 Серый   www.aosco.com
Apus TMG 301 4.5 Белый   www.lexcool.com
Arctic Alumina 4 Белый   www.arcticsilver.com
Arctic Cooling MX-2 5.6 Серый 85 www.arctic.ac
Arctic Cooling MX-3 8.2 Серый 87 www.arctic.ac
Arctic Cooling MX-4 8.5 Серый 87 www.arctic.ac
Arctic Silver 3 9 Серо-зеленый   www.arcticsilver.com
Arctic Silver 5 8.7 Серый   www.arcticsilver.com
Arctic Silver AA-1.75G AA-14G 4 Серый   www.arcticsilver.com
Arctic Silver ASTA-7G (2PC SET) 7.5 Серый   www.arcticsilver.com
Arctic Silver CMQ-22G 8 Серый   www.arcticsilver.com
Arctic Silver MTX-2.5G 4 Серый   www.arcticsilver.com
Arctic Silver MX-1 4 Серый   www.arcticsilver.com
Arctic Silver MX-2 4.5 Серый   www.arcticsilver.com
Arctic Silver MX-3 8.2 Серый   www.arcticsilver.com
Biostar TC Diamond Nano Diamond 3.8 Серый   www.biostar.com.tw
Coolian CTG-1 3.5      
COOL-SILVER 12 Гель   www.aitechnology.com
COOL-GREASE® CGR7019-LB 10 Гель   www.aitechnology.com
COOL-GREASE CGR8010-XT 12.9 Гель   www.aitechnology.com
Coolage CA-CT3 Nano 5 Серый    
Cooler Master Extreme Fusion X1 (RG-EFX1-TG15-R1) 9.5 Серый   www.coolermaster.com
Cooler Master HTK-001 Thermal Compound 4.2 Белый 30 www.coolermaster.com
Cooler Master HTK-002 Thermal Grease 0.8     www.coolermaster.com
Cooler Master IC Essential E1 (RG-ICE1-TG15-R1) 4.5 Серый   www.coolermaster.com
Cooler Master IC Essential E2 (RG-ICE2-TA15-R1) 3.5 Золотистый   www.coolermaster.com
Cooler Master IceFusion (RG-ICF-CWR2-GP) 1 Белый   www.coolermaster.com
Cooler Master IC Value V1 (RG-ICV1-TW20-R1) 1.85 Белый   www.coolermaster.com
Cooler Master MasterGel Maker Nano (MGZ-NDSG-N15M-R1) 11 Серый   www.coolermaster.com
Cooler Master NanoFusion R9 GE7 PTK3 7.8     www.coolermaster.com
Cooler Master PTK 002 4.5     www.coolermaster.com
Cooler Master Premium Thermal Compound Kit 6.8 Серый 170 www.coolermaster.com
Cooler Master RG ICFN 200G-B1 1.2 Белый   www.coolermaster.com
Cooler Master RG TF4 TGU1-GP 2.9 Серый   www.coolermaster.com
Cooler Master ThermalFusion 400 RG TF4 TGU1-GP 2.9 Серый   www.coolermaster.com
Coollaboratory Liquid Pro 80 Серебристый   www.coollaboratory.com
Coollaboratory Liquid Ultra 40 Серебристый   www.coollaboratory.com
Deep Cool Z3 1.1 Серебристый   www.deepcool.com
Deep Cool Z5 1.5 Серебристый   www.deepcool.com
Deep Cool Z9 4 Серебристый   www.deepcool.com
DOW CORNING DC-340 0.4 Белый   www.dowcorning.com
ElNano S27Z2 2 Белый    
EVGA Frostbite Thermal Grease M019 00 000003 6.5     www.evga.com
Evercool-350 7.5 Белый   www.evercool.com
Evercool CRUISE MISSILE (STC-03) 2.9 Серый   www.evercool.com
Evercool DEEP BOMB (STC-02) 3.3 Серый   www.evercool.com
Evercool NC-03, TC-10, TC-25, TC-200 3.8 Серый   www.evercool.com
Evercool SIDEWINDER (STC-01) 3.8 Серый   www.evercool.com
Fanner-420 (Evercool-420, Stars-420) 2 Белый   www.fanner.com
Feser H-Bridge 9 Серый   www.tfc-us.com
GEIL GL-TCP 1b 1.7 Золотистый   www.geil.com.tw
Gelid Solutions GC-Extreme 8.5 Серый 85 www.gelidsolutions.com
Gelid Solutions GC-Supreme 4.5 Серый 250 www.gelidsolutions.com
Gelid Solutions GC-2 6.5 Серый 85 www.gelidsolutions.com
GlacialStars IceTherm I 4.5 Серый   www.glacialstars.com
GlacialStars IceTherm II 8.1 Серый   www.glacialstars.com
HTCP 2.5 Белый 106 www.electrolube.com
HTCPX 3.4 Белый 640 www.electrolube.com
Indigo Xtreme 20 Серебристый   indigo-xtreme.com
Innovation Cooling Diamond 7 Carat 4.5 Серый   innovationcooling.com
Innovation Cooling Diamond 24 Carat 4.5 Серый   innovationcooling.com
Keratherm KP12 10 Серебристый 76 www.kerafol.com
Keratherm KP97 5 Белый 110 www.kerafol.com
Keratherm KP98 6 Серый 112 www.kerafol.com
Logisys Computer Z5 1.5 Серебристый   www.logisyscomputer.com
MassCool Stars-420 2 Белый   www.masscool.com
MassCool Stars-700 1.7 Серебристый 85 www.masscool.com
Nanodiamond Thermal Grease RT-5D 6 Серый   www.nanodiamond.co.il
Nanodiamond Thermal Grease RT-10D 6.5 Серый   www.nanodiamond.co.il
Nanoxia Heat Buster 10.4 Серый   www.nanoxia-world.com
Nanoxia Nano TF-1000 34 Серебристый   www.nanoxia-world.com
Nexus 6 Серый    
Noctua NT-h2 8.5 Серый   www.noctua.at
OCZ Freeze Extreme (OCZTFRZTC) 3.8 Серый   www.ocztechnology.com
OCZ Ultra 5+ 3.8 Серый   www.ocztechnology.com
OKS 1103 0.8 Белый   www.oks-germany.com
Prolimatech PK-1 10.2 Серый 310 www.prolimatech.com
Prolimatech PK-2 10.2 Серый 250 www.prolimatech.com
Prolimatech PK-3 11.2 Серый 330 www.prolimatech.com
Radial Pro 2 Золотистый   kellereurasia.ru
Rosewill RCX-TC001 2.4 Серый   www.rosewill.com
Rosewill RCX-TC050 9.2 Серый   www.rosewill.com
Rosewill RCX-TC060 9.2 Серый   www.rosewill.com
Rosewill RCX-TC060 Pro 10 Серый   www.rosewill.com
Rosewill RCX-TC090Pro 10 Серый   www.rosewill.com
Scythe Thermal Elixer SCYTE-1000 2.9 Серый   www.scythe-usa.com
Shin-Etsu MicroSi 2.9 Серый   www.shinetsu.co.jp
Shin-Etsu MicroSi MPU-3.7 6 Серый   www.shinetsu.co.jp
Shin-Etsu MicroSi G-751 4.5 Серый   www.shinetsu.co.jp
Shin-Etsu X23-7783D 6 Серый   www.shinetsu.co.jp
Spire BlueFrost SP-802 2.7 Голубой   www.spire-corp.com
Spire SilverGrease Pro SP-456 3.8 Серый   www.spire-corp.com
Spire SilverGrease Micro SP-458 3.8 Серебристый   www.spire-corp.com
Spire SilverGrease SP-700 1.9 Серый   www.spire-corp.com
Spire WhiteGrease SP-420 1.7 Белый   www.spire-corp.com
ST-304 0.9 Белый    
Stars 360 4.5 Серый    
Stars 700 7.5 Серебристый    
Startech HeatGrease 1.1 Белый   intrl.startech.com
SYBA CL PTSL Silver Cool 4.5 Серый   www.syba.com
Thermalright Chill Factor III 3.5 Серый   www.thermalright.com
Thermaltake TG-1 (CL-O0027) 3 Серый   www.thermalright.com
Thermaltake TG-2 (CL-O0028) 1.5 Серый   www.thermalright.com
Thermaltake TG-3 (CLZ0022) 4.7 Серый   www.thermalright.com
Thermaltake Thermal Grease №1 (p/n A2014) 1.1 Белый   www.thermalright.com
Thermaltake Thermal Grease №2 (p/n A2150) 8.7 Серый   www.thermalright.com
Thermax 2 Серый   www.thermax.com
Thermopox 75AGS 1.5…2.5 Серый   www.amepox-mc.com
Thermopox 80S 1.5…2.2 Красный 650 www.amepox-mc.com
Thermopox 85CT 1.4…2.2 Красный 850 www.amepox-mc.com
Thermopox 25 0.8…1.2 Оранжевый 840 www.amepox-mc.com
Titan Nano Blue 2.5 Синий   www.titan-cd.com
Titan Nano Grease TTG-G30010, TTG-G30015 4.5 Серый   www.titan-cd.com
Titan Nano Grease TTG-G30030 4.5 Серый   www.titan-cd.com
Titan Royal Grease 2.9 Серый   www.titan-cd.com
Titan Royal Grease TTG-G40030 2.9 Серый   www.titan-cd.com
Titan Platinum Grease TTG-G50030 3.5 Серый   www.titan-cd.com
Tuniq TX-2 4.5 Серый 285 www.tuniq.com.tw
Tuniq TX-2 Extreme 5.8 Серый 10 www.tuniq.com.tw
Tuniq TX-3 6.2 Серый 84 www.tuniq.com.tw
Tuniq TX-4 Extreme 6.5 Серый 66 www.tuniq.com.tw
WLP 0.6 Белый   www.fischerelektronik.de
WLPF 0.7 Серый   www.fischerelektronik.de
Xiqmatek PTI-G3606 5 Серый 51 www.xigmatek.com
Xiqmatek PTI-G3801 3.8 Серый   www.xigmatek.com
Xiqmatek PTI-G4512 2.5 Серый   www.xigmatek.com
Xiqmatek Freezing Point PTI-G4718 3.5 Серый   www.xigmatek.com
Xilence X5 1.5     www.xilence.net
Xilence X5 (ZUB-XPTP. X5) 1.5 Серый   www.xilence.net
Xilence Silver Team 4.5     www.xilence.net
Xilence Silver Team (ZUB-XPTP) 1.1 Серый   www.xilence.net
Xilence ZUB-XPTP 1.1     www.xilence.net
Zalman CSL 850 0.8 Белый 66 www.zalman.com
Zalman ZM-STG1 4 Серый   www.zalman.com
Zalman ZM-STG2 4.1 Серый   www.zalman.com
Zaward HSC-G TCG002 6 Серый   www.zaward.com
Zaward HSC-W TCG003 2 Серый   www.zaward.com
ZEROtherm ZT-100 3.1 Серый    
АлСил-3 1.8…2 Белый 90…150 ООО «АНТ».
Алсил-Нано 3.8…4.2 Черный   ООО «АНТ».
Жидкий металл ЖМ-6 34 Серебристый   Компания «Галлид»
КПТ-8 ГОСТ 19783-74 0.65…1 Белый 130…180 silic.com.ua
Номакон КПТД-3/1 0.8 Розовый 12…18 www.nomacon.by
Номакон КПТД-3/2 1 Коричневый 12…18 www.nomacon.by
Номакон КПТД-3/3 1.2 Серый 12…18 www.nomacon.by

Теплопроводность термопаст (сравнение термопаст по теплопроводности — рейтинг термопаст)

Рейтинг термопаст по значению коэффициента теплопроводности
Название теплопроводной пасты Теплопроводность, Вт/(м·град) Цвет Вязкость, Па·с Сайт производителя
Coollaboratory Liquid Pro 80 Серебристый   www.coollaboratory.com
Coollaboratory Liquid Ultra 40 Серебристый   www.coollaboratory.com
Nanoxia Nano TF-1000 34 Серебристый   www.nanoxia-world.com
Жидкий металл ЖМ-6 34 Серебристый   Компания «Галлид»
Indigo Xtreme 20 Серебристый   indigo-xtreme.com
COOL-GREASE CGR8010-XT 12.9 Гель   www.aitechnology.com
COOL-SILVER 12 Гель   www.aitechnology.com
Prolimatech PK-3 11.2 Серый 330 www.prolimatech.com
Cooler Master MasterGel Maker Nano (MGZ-NDSG-N15M-R1) 11 Серый   www.coolermaster.com
Nanoxia Heat Buster 10.4 Серый   www.nanoxia-world.com
Prolimatech PK-1 10.2 Серый 310 www.prolimatech.com
Prolimatech PK-2 10.2 Серый 250 www.prolimatech.com
COOL-GREASE® CGR7019-LB 10 Гель   www.aitechnology.com
Keratherm KP12 10 Серебристый 76 www.kerafol.com
Rosewill RCX-TC060 Pro 10 Серый   www.rosewill.com
Rosewill RCX-TC090Pro 10 Серый   www.rosewill.com
Cooler Master Extreme Fusion X1 (RG-EFX1-TG15-R1) 9.5 Серый   www.coolermaster.com
Akasa AK-450-5G 9.2 Серый   www.akasa.com.tw
Rosewill RCX-TC050 9.2 Серый   www.rosewill.com
Rosewill RCX-TC060 9.2 Серый   www.rosewill.com
Arctic Silver 3 9 Серо-зеленый   www.arcticsilver.com
Feser H-Bridge 9 Серый   www.tfc-us.com
Arctic Silver 5 8.7 Серый   www.arcticsilver.com
Thermaltake Thermal Grease №2 (p/n A2150) 8.7 Серый   www.thermaltake.com
Arctic Cooling MX-4 8.5 Серый 87 www.arctic.ac
Gelid Solutions GC-Extreme 8.5 Серый 85 www.gelidsolutions.com
Noctua NT-h2 8.5 Серый   www.noctua.at
Antec Formula 7 8.3     www.antec.com
Arctic Cooling MX-3 8.2 Серый 87 www.arctic.ac
Arctic Silver MX-3 8.2 Серый   www.arcticsilver.com
GlacialStars IceTherm II 8.1 Серый   www.glacialstars.com
Arctic Silver CMQ-22G 8 Серый   www.arcticsilver.com
Cooler Master NanoFusion R9 GE7 PTK3 7.8     www.coolermaster.com
Akasa AKT-842 7.5 Белый   www.akasa.com.tw
Arctic Silver ASTA-7G (2PC SET) 7.5 Серый   www.arcticsilver.com
Evercool-350 7.5 Белый   www.evercool.com
Stars 700 7.5 Серебристый    
Cooler Master Premium Thermal Compound Kit 6.8 Серый 170 www.coolermaster.com
EVGA Frostbite Thermal Grease M019 00 000003 6.5     www.evga.com
Nanodiamond Thermal Grease RT-10D 6.5 Серый   www.nanodiamond.co.il
Gelid Solutions GC-2 6.5 Серый 85 www.gelidsolutions.com
Tuniq TX-4 Extreme 6.5 Серый 66 www.tuniq.com.tw
Tuniq TX-3 6.2 Серый 84 www.tuniq.com.tw
AOS NON-SILICONE HTC AZ 140 №52160 6 Серый   www.aosco.com
Keratherm KP98 6 Серый 112 www.kerafol.com
Nanodiamond Thermal Grease RT-5D 6 Серый   www.nanodiamond.co.il
Nexus 6 Серый    
Shin-Etsu MicroSi MPU-3.7 6 Серый   www.shinetsu.co.jp
Shin-Etsu X23-7783D 6 Серый   www.shinetsu.co.jp
Zaward HSC-G TCG002 6 Серый   www.zaward.com
Tuniq TX-2 Extreme 5.8 Серый 10 www.tuniq.com.tw
Arctic Cooling MX-2 5.6 Серый 85 www.arctic.ac
Antec Formula 6 5.3     www.antec.com
AOS NON-SILICONE WC HTC 100 №52060 5 Серый   www.aosco.com
Coolage CA-CT3 Nano 5 Серый    
Keratherm KP97 5 Белый 110 www.kerafol.com
Xiqmatek PTI-G3606 5 Серый 51 www.xigmatek.com
Thermaltake TG-3 (CLZ0022) 4.7 Серый   www.thermaltake.com
AC-TG0012-S1 4.6 Серый   www.siig.com
AOS WATER CLEANABLE HTC 90 №52051 4.6 Серый   www.aosco.com
Apus TMG 301 4.5 Белый   www.lexcool.com
Arctic Silver MX-2 4.5 Серый   www.arcticsilver.com
Cooler Master IC Essential E1 (RG-ICE1-TG15-R1) 4.5 Серый   www.coolermaster.com
Cooler Master PTK 002 4.5     www.coolermaster.com
GlacialStars IceTherm I 4.5 Серый   www.glacialstars.com
Innovation Cooling Diamond 7 Carat 4.5 Серый   innovationcooling.com
Innovation Cooling Diamond 24 Carat 4.5 Серый   innovationcooling.com
Shin-Etsu MicroSi G-751 4.5 Серый   www.shinetsu.co.jp
Stars 360 4.5 Серый   www.shinetsu.co.jp
SYBA CL PTSL Silver Cool 4.5 Серый   www.syba.com
Titan Nano Grease TTG-G30010, TTG-G30015 4.5 Серый   www.titan-cd.com
Titan Nano Grease TTG-G30030 4.5 Серый   www.titan-cd.com
Tuniq TX-2 4.5 Серый 285 www.tuniq.com.tw
Xilence Silver Team 4.5     www.xilence.net
Gelid Solutions GC-Supreme 4.5 Серый 250 www.gelidsolutions.com
AC-TG0112-S1 4.3 Серый   www.siig.com
AC-TG0412-S1 4.3 Серый   www.siig.com
Cooler Master HTK-001 Thermal Compound 4.2 Белый 30 www.coolermaster.com
Zalman ZM-STG2 4.1 Серый   www.zalman.com
Akasa AK-TC5022 4 Серый   www.akasa.com.tw
Arctic Alumina 4 Белый   www.arcticsilver.com
Arctic Silver AA-1.75G, AA-14G 4 Серый   www.arcticsilver.com
Arctic Silver MTX-2.5G 4 Серый   www.arcticsilver.com
Arctic Silver MX-1 4 Серый   www.arcticsilver.com
Deep Cool Z9 4 Серебристый   www.deepcool.com
Zalman ZM-STG1 4 Серый   www.zalman.com
AOS NON-SILICONE HTC 80 №52050 3.8 Серый   www.aosco.com
Biostar TC Diamond Nano Diamond 3.8 Серый   www.biostar.com.tw
Evercool NC-03, TC-10, TC-25, TC-200 3.8 Серый   www.evercool.com
Evercool SIDEWINDER (STC-01) 3.8 Серый   www.evercool.com
OCZ Freeze Extreme (OCZTFRZTC) 3.8 Серый   www.ocztechnology.com
OCZ Ultra 5+ 3.8 Серый   www.ocztechnology.com
Spire SilverGrease Pro SP-456 3.8 Серый   www.spire-corp.com
Spire SilverGrease Micro SP-458 3.8 Серебристый   www.spire-corp.com
Xiqmatek PTI-G3801 3.8 Серый   www.xigmatek.com
Алсил-Нано 3.8…4.2 Черный   ООО «АНТ».
Cooler Master IC Essential E2 (RG-ICE2-TA15-R1) 3.5 Серый   www.coolermaster.com
Coolian CTG-1 3.5      
Thermalright Chill Factor III 3.5 Серый   www.thermalright.com
Titan Platinum Grease TTG-G50030 3.5 Серый   www.titan-cd.com
Xiqmatek Freezing Point PTI-G4718 3.5 Серый   www.xigmatek.com
HTCPX 3.4 Белый 640 www.electrolube.com
Akasa AK-460 3.3 Серый   www.akasa.com.tw
Evercool DEEP BOMB (STC-02) 3.3 Серый   www.evercool.com
ZEROtherm ZT-100 3.1 Серый   www.zerotherm.com
Thermaltake TG-1 (CL-O0027) 3 Серый   www.thermaltake.com
Cooler Master RG TF4 TGU1-GP 2.9 Серый   www.coolermaster.com
Cooler Master ThermalFusion 400 RG TF4 TGU1-GP 2.9 Серый   www.coolermaster.com
Evercool CRUISE MISSILE (STC-03) 2.9 Серый   www.evercool.com
Scythe Thermal Elixer SCYTE-1000 2.9 Серый   www.scythe-usa.com
Shin-Etsu MicroSi 2.9 Серый   www.shinetsu.co.jp
Titan Royal Grease 2.9 Серый   www.titan-cd.com
Titan Royal Grease TTG-G40030 2.9 Серый   www.titan-cd.com
AOS ELECTRICALLY CONDUCTIVE GREASE №57000 2.7 Серый   www.aosco.com
Spire BlueFrost SP-802 2.7 Синий   www.spire-corp.com
Cooler Master IC Value V1 (RG-ICV1-TW20-R1) 2.5 Белый   www.coolermaster.com
HTCP 2.5 Белый 106 www.electrolube.com
Titan Nano Blue 2.5 Синий   www.titan-cd.com
Xiqmatek PTI-G4512 2.5 Серый   www.xigmatek.com
Akasa AK-455 2.4 Серый   www.akasa.com.tw
Rosewill RCX-TC001 2.4 Серый   www.rosewill.com
ElNano S27Z2 2 Белый    
Fanner-420 (Evercool-420, Stars-420) 2 Белый   www.fanner.com
MassCool Stars-420 2 Белый   www.masscool.com
Radial Pro 2 Золотистый   kellereurasia.ru
Thermax 2 Серый   www.thermax.com
Zaward HSC-W TCG003 2 Серый   www.zaward.com
Spire SilverGrease SP-700 1.9 Серый   www.spire-corp.com
АлСил-3 1.8…2 Белый 90…150 ООО «АНТ».
GEIL GL-TCP 1b 1.7 Золотистый   www.geil.com.tw
MassCool Stars-700 1.7 Серебристый 85 www.masscool.com
Spire WhiteGrease SP-420 1.7 Белый   www.spire-corp.com
Thermopox 75AGS 1.5…2.5 Серый   www.amepox-mc.com
Thermopox 80S 1.5…2.2 Красный 650 www.amepox-mc.com
Deep Cool Z5 1.5 Серебристый   www.deepcool.com
Logisys Computer Z5 1.5 Серебристый   www.logisyscomputer.com
Thermaltake TG-2 (CL-O0028) 1.5 Серый   www.thermaltake.com
Xilence X5 1.5     www.xilence.net
Xilence X5 (ZUB-XPTP. X5) 1.5 Серый   www.xilence.net
Thermopox 85CT 1.4…2.2 Красный 850 www.amepox-mc.com
Cooler Master RG ICFN 200G-B1 1.2 Белый   www.coolermaster.com
Номакон КПТД-3/3 1.2 Серый 12…18 www.nomacon.by
Alpenfohn 1.1 Серый   www.alpenfoehn.de
Deep Cool Z3 1.1 Серебристый   www.deepcool.com
Startech HeatGrease 1.1 Белый   intrl.startech.com
Thermaltake Thermal Grease №1 (p/n A2014) 1.1 Белый   www.thermaltake.com
Xilence Silver Team (ZUB-XPTP) 1.1 Серый   www.xilence.net
Xilence ZUB-XPTP 1.1     www.xilence.net
AOS ELECTRICALLY CONDUCTIVE GREASE №57001 1 Серый   www.aosco.com
Cooler Master IceFusion (RG-ICF-CWR2-GP) 1 Белый   www.coolermaster.com
Номакон КПТД-3/2 1 Коричневый 12…18 www.nomacon.by
AOS №52022 0.9 Белый   www.aosco.com
ST-304 0.9 Белый    
Cooler Master HTK-002 Thermal Grease 0.8     www.coolermaster.com
OKS 1103 0.8 Белый   www.oks-germany.com
Thermopox 25 0.8…1.2 Оранжевый 840 www.amepox-mc.com
Номакон КПТД-3/1 0.8 Розовый 12…18 www.nomacon.by
Zalman CSL 850 0.8 Белый 66 www.zalman.com
AOS №54013 0.7 Белый   www.aosco.com
AOS NON-SILICONE XT-3 №52039 0.7 Белый   www.aosco.com
WLPF 0.7 Серый   www.fischerelektronik.de
КПТ-8 ГОСТ 19783-74 0.65…1 Белый 130…180 silic.com.ua
WLP 0.6 Белый   www.fischerelektronik.de
DOW CORNING DC-340 0.4 Белый   www.dowcorning.com

Примечание: Теплопроводность термопаст и их вязкость приведены в таблицах по данным производителя.

Предлагайте в комментариях термопасты к добавлению в таблицы!

Теплопроводность полупроводников

Представлена таблица теплопроводности полупроводников при низкой отрицательной и положительной температурах — в интервале от -263 до 27°С.

Процесс теплопереноса в твердом теле в общем случае протекает за счет движения свободных носителей заряда и колебаний решетки атомов. Соответственно, выделяют две составляющие теплопроводности: решеточную и электронную. Общая теплопроводность материала определяется суммой этих величин.

В металлах количество свободных электронов достаточно велико, и электронная составляющая теплопроводности вносит основной вклад в общую теплопроводность — движение свободных заряженных частиц является основным механизмом переноса тепла в металлах. Электронная составляющая определяется в первую очередь удельным электрическим сопротивлением металлов и их температурой — чем эти параметры меньше, тем выше теплопроводность большинства металлов.

Диэлектрикам свойственна решеточная (или фононная) теплопроводность, при которой процесс переноса тепла происходит за счет передачи энергии тепловых колебаний соседних атомов решетки. Электронная составляющая переноса тепла в диэлектриках практически отсутствует из-за малого количества свободных носителей заряда.

Теплопроводность полупроводников обычно обусловлена решеточной составляющей теплопроводности. Однако, некоторые полупроводники с высоким содержанием легированных добавок, содержат большое количество свободных электронов (или дырок) и имеют высокий уровень электронной теплопроводности и низкую фононную проводимость. К таким полупроводникам можно отнести, например, теллурид свинца PbTe и висмута Bi2Te3.

Температурная зависимость коэффициента теплопроводности полупроводников определяется в основном их химическим составом и степенью легирования. Теплопроводность таких полупроводников, как ZnSb, CdS, CdSe, CdTe и других уменьшается при повышении температуры. Однако, влияние температуры на теплопроводность некоторых полупроводников таково, что при ее увеличении она сначала увеличивается, а затем начинает снижаться. К таким полупроводникам можно отнести: GaP, AlN, AlSb и некоторые другие.

Теплопроводность полупроводников при комнатной температуре находится в широком диапазоне. По данным таблицы видно, что при температуре 27°С ее величина имеет значение от 1,7 (у HgSe n-типа) до 490 Вт/(м·град) у SiC n-типа. Интересно отметить, что коэффициент теплопроводности полупроводника SiC n-типа имеет величину большую, чем теплопроводность меди и серебра при этой же температуре.

Теплопроводность полупроводников при различных температурах, Вт/(м·град)
t, °С → -263 -253 -233 -193 -123 27
Cd3As2 нелегированный, n=2·1018 см-3 2,7 2,8
CdSb p-типа, n=(3…5)·1015 см-3 4,9 (-173°С) 3,0 1,9
ZnSb, чистота исходного материала 99,9999% 260 210 40 11,5 5,2 5,0
ZnO*1, концентрация примесей менее 2,5·1018 см-3 300 520 450 260 134 54
ZnS, гексагональная структура, концентрация примесей менее 5·1017 см-3 300 380 310 155 70 27
CdS, концентрация примесей более 1016 см-3, || оси c 540 360 200 97 43 20
CdSe n-типа, чистота исходного материала более 99,99%, нелегированный, || оси c 230 200 72 32
CdTe, концентрация примесей менее 2·1018 см-3 520 250 117 44 18,4 7,5
HgSe n-типа, n(при 4,2 К)=2,1·1017 см-3 120 93 41 11 4,4 1,7
HgTe p-типа, концентрация акцепторов 1018…1019 см-3 25 (-213°С) 14 5,0 2,6
BN*2 2,0 10 43 112 180
GaP p-типа, R(при 27°С)=75 см3/Кл 190 590 700 450 210 140 (-23°С)
GaAs n-типа, n(при -196°С)=2·1016 см-3 1400 2500 780 270 105 58
GaSb p-типа, n=1,5·1017 см-3 140 340 320 180 85 36
InP n-типа, n(при -196°С)=2·1016 см-3 1800 2700 1200 470 190 70
InAs n-типа, n(при -196°С)=3·1016 см-3 2900 1700 600 170
InSb n-типа, n=7·1013 см-3 2000 1100 370 90 42
SiC n-типа, концентрация атомов 1017 см-3, || оси c 350 1900 5100 4100 1500 490
PbS p-типа, n(при 27°С)=1,7·1018 см-3 70 48 13 8,0
PbS природный, n(при 27°С)=1,48·1017 см-3 5,5 (-173°С) 3,9 2,6
PbSe p-типа, n(при 27°С)=5,4·1018 см-3 70 37 11,5 5,2
PbSe n-типа, n=6,4·1017 см-3, легированный медью 5,0 3,0 1,8
Bi2Te3 n-типа, n(при -196°С)=3·1017 см-3 6,4 3,5 2,9
AlN*3 65 100 175 290 330 200
AlSb p-типа, R(при 27°С)=7,0 см3/Кл 72 280 330 210 115 69 (-23°С)

Примечание:
*1 Приведены средние значения теплопроводности ZnO гексагональной структуры: λср=1/3(2λас), где λа и λс — теплопроводности вдоль осей а и с соответственно. Для 30<Т<300 К λас=1,2.
*2 Горячепрессованная поликристаллическая керамика плотностью 97% теоретической, размер зерен 20 мкм, концентрация примесей O и C меньше 2·1019 см-3.
*3 Синтетический монокристалл, атомное содержание кислорода (1…5)·1020 см-3.
Обозначения: n — концентрация носителей тока; R — постоянная Хола.

Источники:

  1. Охотин А.С., Боровикова Р.П. и др. Теплопроводность твердых тел. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1984. — 320 с.
  2. Физические величины. Справочник. Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
  3. Кайданов В.И., Нуромский А.Б. Электропроводность, термоэлектрические явления и теплопроводность полупроводников. Учебное пособие. Ленинград, 1981. — 79 с.
  4. Стильбанс Л. С. Физика полупроводников. М.: Советское радио, 1967. — 451 с.

Низкотемпературная совместно обжигаемая керамика (LTCC). Преимущества. Технология. Материалы.

11 Апреля 2011

 

Технология низкотемпературной совместно обжигаемой керамики (LTCC) используется в различных отраслях промышленности на протяжении многих лет. Усовершенствование LTCC материалов, технологических процессов и методов производства привело к снижению стоимости и улучшению технических характеристик электронных изделий. Это существенно увеличило интерес к LTCC технологии со стороны производителей высокочастотной техники, оптоэлектроники и микроэлектромеханических систем. Новые возможности открываются для производства электронных изделий в таких направлениях как телекоммуникации, медицина, автомобильная, военная и космическая техника. В данной статье мы рассмотрим основные преимущества, особенности и свойства материалов для LTCC технологии.

Основными материалами для производства многослойных печатных плат традиционно являлись органические материалы с низкими значениями диэлектрической проницаемости (FR-4, εr = 3,5 - 4,5) и керамика с высокими значениями диэлектрической проницаемости (εr = 10 - 12). Увеличение рабочих частот электронных приборов требовало создания нового материала, который бы, с одной стороны, позволял легко создавать многослойные печатные платы, и, с другой стороны, на высоких частотах имел бы характеристики, схожие с керамикой. Новый материал получил название низкотемпературная совместно обжигаемая керамика (Low Temperature Cofired Ceramic (LTCC)).

Многослойные керамические платы первоначально изготавливались из оксида алюминия Al2O3 (High Temperature Cofired Ceramic - HTCC-технология). Данный материал обжигался при высоких температурах (Т ≥15000C), поэтому слои металлизации выполнялись только из тугоплавких металлов: вольфрама и молибдена. Это вносило ряд ограничений в функциональные возможности приборов, в усовершенствование технологии и снижение стоимости производства. Своё дальнейшее развитие многослойная керамика получила с внедрением технологии LTCC, когда керамику начали смешивать со специальными стеклами (рис. 1). Температура обжига керамики снизилась до 8500С, что привело к существенному упрощению производственного процесса. В настоящее время к технологии LTCC относят керамику, обжигаемую при температурах ниже 10000C.

Рис. 1 Структура низкотемпературной керамики

Низкие потери СВЧ и относительно невысокая стоимость производства являются ключевыми преимуществами LTCC технологии для ВЧ и СВЧ приборов. По стоимости LTCC технология приближается к технологии изготовления печатных плат на основе FR-4, а по своим диэлектрическим характеристикам низкотемпературная керамика сопоставима с алюмооксидной керамикой.

Основные преимущества и применение LTCC технологии

Среди основных преимуществ и особенностей LTCC технологии отметим следующие:

  • Очень хорошие электрические характеристики и стабильность до миллиметровых длин волн. В зависимости от используемых материалов диэлектрическая проницаемость низкотемпературной керамики варьируется от 6 до 9, а тангенс угла диэлектрических потерь от 0,001 до 0,006 в гигагерцовом диапазоне. В качестве металлизации используются металлы с низким удельным сопротивлением (Ag, Au, Pt).
  • Превосходная механическая стабильность и сохранение линейных размеров. Это преимущество возникает не только из-за малого коэффициента теплового расширения (5-7 мкм/моС), но и из-за эластичных свойств в широком диапазоне температур.
  • Низкий КТР. КТР низкотемпературной керамики близок к КТР основных полупроводниковых материалов электроники (Si, GaAs, InP). Это позволяет монтировать полупроводниковые кристаллы непосредственно на основание платы.
  • Хорошая теплопроводность. Теплопроводность LTCC керамики составляет 2-4 Вт/мК, что гораздо выше, чем у печатных плат на основе органических материалов (0,1-0,5 Вт/мК). Теплопроводность LTCC также может быть улучшена за счёт создания тепловых стоков с помощью металлизации (до 20 Вт/мК).
  • Возможность 3D интеграции. Можно легко создавать полости, отверстия, ограничители, встроенные пассивные компоненты (рис. 2).
  • Герметичность и возможность высокотемпературной пайки. Плотная структура LTCC керамики не пропускает влагу, поэтому корпуса из керамики могут быть использованы в атмосфере с высокой влажностью без дополнительной защиты. Также LTCC материалы в отличие от органических материалов сохраняют свои свойства во влажной среде (большая часть органических материалов сильно подвер- жена влиянию влаги).
Рис. 2 Многослойная плата из никотемпературной совместно обжигаемой керамики

В дополнение к этому технология LTCC доказала свою надёжность и экономическую эффективность в широком спектре задач СВЧ электроники. Благодаря всем вышеперечисленным особенностям, LTCC технология нашла широкое применение в создании многослойных плат для высокочастотных электронных приборов, корпусов микросхем и выступает в качестве альтернативы многослойным печатным платам из стеклотекстолита и высокотемпературной керамики.

Микросхемы с корпусами на основе низкотемпературной совместно обжигаемой керамики успешно применяются в автомобильной, потребительской электронике, телекоммуникациях, спутниковых системах и в военных изделиях. Миллионы устройств уже созданы на основе LTCC технологии и функционируют в настоящее время. Изначально LTCC технология использовалась для крупносерийного производства СВЧ устройств. Но благодаря своим диэлектрическим и механическим свойствам, а также надёжности и стабильности, низкотемпературная керамика начала активно применяться и для производства различных сенсоров, механических систем (МЭМС-устройств) и трёхмерных интегрированных структур.

Технология производства LTCC.

Процесс производства изделий из LTCC керамики (рис. 3) начинается с создания керамической суспензии путём смешивания керамического порошка, органических связующих, растворителей и модифицирующих добавок. Из суспензии впоследствии формируется керамическая лента. Лента нарезается на листы необходимых размеров в соответствии с имеющимся оборудованием. Затем производится формирование переходных отверстий, заполнение переходных отверстий проводящей пастой и формирование топологии с помощью специальных проводящих и резистивных паст. Керамические листы совмещаются, ламинируются, разрезаются на отдельные элементы и обжигаются.

Рис. 3 Процесс производства многослойных плат из низкотемпературной керамики

Процесс термообработки керамики, как правило, состоит из этапа изостатического ламинирования при температурах 60-70°С под давлением, этапа выжигания органики при температурах 450-500OС в течение 2-2,5 часов, затем следует обжиг при температуре 850OС в течение 10 минут (рис. 4). Низкие температуры обжига позволяют использовать металлы с низким удельным сопротивлением (золото, серебро). Это является одним из ключевых преимуществ LTCC технологии, поскольку позволяет существенно снизить стоимость создания многослойной керамической структуры и улучшить характеристики. Использование серебра снижает электрическое сопротивление проводящих слоёв, а окислительная атмосфера (воздух) даёт возможность совместно применять оксидную керамику с высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости.

После обжига LTCC керамика сохраняет свою структуру даже при воздействии высоких температур. Это позволяет создавать устройства, работающие в широком диапазоне температур.

Керамика во время обжига становится более плотной и, как правило, даёт усадку в размерах на 9-15% в плоскости листов (ось X, Y) и на 10-30% в направлении, перпендикулярном плоскости листов (ось Z). Это необходимо учитывать как при проектировании систем на основе LTCC, так и при выборе проводящих/резистивных паст. Пасты должны иметь коэффициент усадки, схожий со значениями для керамических листов.

Рис. 4 Температурный профиль для обжига низкотемпературной совместно обжигаемой керамики

Основными материалами, необходимыми для производства LTCC изделий, являются керамические порошки, специальные добавки, готовые керамические листы, а также пасты для создания проводников и встроенных пассивных компонентов. Все эти материалы объединяются в специальные LTCC системы, в которых каждый компонент создан с учётом обеспечения химической и физической совместимости с другими элементами. Создание LTCC системы – сложный, наукоёмкий процесс, требующий существенных инвестиций. Поэтому, как правило, каждая LTCC система представляет собой уникальное решение, и заменить один из его компонентов материалом другого производителя не представляется возможным.

Керамические листы

Керамические листы (рис. 5), сформированные из керамической суспензии, являются базовым материалом для производства изделий СВЧ электроники. От качества керамических листов зависят стабильность и повторяемость параметров технологического процесса производства LTCC устройств. Кроме того, характеристики керамических листов определяют функциональные возможности устройств, работающих на высоких частотах.

Рис. 5 Керамические листы

Низкотемпературная керамика создаётся на основе кристаллизированного стекла или смеси стекла и керамики (Al2O3, Si2O3, PbO и т.д.). Свойства керамической ленты могут быть модифицированы добавками с различными электрическими и физическими свойствами (пьезоэлектрики, ферроэлектрики и т.д.) в зависимости от решаемой задачи. Коэффициент теплового расширения может быть подобран для согласования с алюмооксидной керамикой, кремнием или арсенидом галлия.

LTCC керамика сохраняет свои характеристики в широком спектре частот и очень хорошо подходит для применения в высокочастотной технике (рис. 6). Материал керамики демонстрирует стабильность коэффициента диэлектрической проницаемости k и диэлектрических потерь. Некоторые производители комбинируют в одном процессе материалы с низким значением диэлектрической проницаемости k и материалы с высокими значениями k. Это даёт возможность создавать внутренние конденсаторы высокой ёмкости, позволяя уменьшать размеры GaAs СВЧ микросхем.

Низкотемпературная совместно обжигаемая керамика продолжает совершентвоваться как в области технологических параметров, так и в области физических и электрических характеристик.

Рис. 6 Характеристики низкотемпературной керамики на высоких частотах (Ferro А6-S)

Пасты

Проводники, совместимые с низкотемпературной керамикой, являются важнейшей частью LTCC систем. Металлизация может быть создана на основе золота, серебра или их совместного использования (серебряные пасты для формирования внутренних проводников, золотые для поверхности). Проводящие пасты легко наносятся методом трафаретной печати и дают возможность получать топологию с высоким разрешением. При совместном обжиге важными параметрами LTCC металлизации являются усадка и тепловое расширение материалов. Они должны быть сопоставимы с параметрами для используемой керамики. Помимо этого, пасты для металлизации должны быть химически совместимы с материалом низкотемпературной керамики. Крупные производители, как правило, предлагают комплексные LTCC системы, в которых керамические материалы и проводящие/резистивные пасты подобраны для получения полной совместимости.

Низкие потери СВЧ являются особенностью LTCC систем. Проведенные исследования показали, что потери, связанные с проводниками, становятся сравнимыми с потерями в диэлектриках при частотах свыше 1 ГГц. Это необходимо учитывать при проектировании устройств и выборе системы LTCC материалов (керамика + проводящие пасты). Потери в проводниках ограничены не только внутренним удельным сопротивлением, но и природой органической связки в пастах, геометрией и шероховатостью поверхности проводящих дорожек. Проводники на основе золота имеют более высокие потери, чем прово дники на основе серебра, поскольку золото обладает большим удельным электрическим сопротивлением (2,3 Ом-см у золота против 1,6 Ом-см у серебра). Очевидно, что переход на проводящие материалы на основе серебра не только снижает потери, но и уменьшает стоимость LTCC системы. Однако когда надёжность и использование проволочной микросварки являются основными критериями выбора технологии, проводники на основе золота более предпочтительны. Смешанные системы металлизации совмещают в себе достоинства золотых и серебряных проводников. В таких системах золото используется для создания поверхностных проводников, а серебро – для внутренних. Переход между двумя металлами осуществляется с помощью специальных паст, предотвращающих возникновение эффекта Киркендаля (взаимной диффузии атомов золота и серебра). Таким образом, система смешанной металлизации позволяет создавать относительно недорогие устройства с высоким быстродействием.

Компании производители LTCC материалов предлагают широкий спектр материалов для создания резисторов и конденсаторов, встроенных в многослойную керамическую плату. Резистивные пасты позволяют создавать встроенные резисторы с сопротивлением от 10 до 10000 Ом/квадрат с допусками ±10% и температурными коэффициентом сопротивления ±200х106 C1. Параэлектрические и сегнетоэлектрические материалы доступны с диэлектрической проницаемостью от 5 до 2000, с минимально возможной толщиной нанесения 10 мкм, но не всегда удаётся обеспечить химическую совместимость материалов паст и керамики. Развитие резистивных и диэлектрических материалов продолжается в направлении создания резисторов с высоким значением сопротивления, с более высокими допусками и низким значением температурного коэффициента сопротивления. Также производители материалов для LTCC технологии стремятся создать химически совместимые диэлектрики с высокими значениями диэлектрической постоянной.

Материалы Ferro для LTCC технологии

Компания Ferro получила широкую известность среди разработчиков и производителей СВЧ электроники благодаря высоким техническим характеристикам, надёжности и качеству материалов для LTCC технологии.

Низкотемпературная совместно обжигаемая керамика Ferro более 20 лет присутствует на рынке СВЧ электроники. Она активно применяется ведущими производителями для создания компонентов радарных систем, антенн, фильтров и телекоммуникационных изделий. Постоянные глубокие исследования в области материалов для электроники позволяют компании Ferro занимать лидирующие позиции на рынке.

LTCC системы включают в себя полный спектр материалов. Среди них керамический порошок, керамические ленты и листы, пасты для создания внутренних и внешних проводников, пасты для металлизации переходных отверстий, пасты для создания встроенных резисторов. Керамические материалы и металлические пасты подобраны с учётом полного согласования материалов. Основные решения Ferro для LTCC технологии представлены тремя основными системами материалов:

Система A6-M

Основной компонент LTCC керамики Ferro. Запатентованный стеклокерамический материал для высокочастотных приборов (до 110 ГГц) с низким значением вносимых потерь. Данная LTCC система создана для изделий с повышенными требованиями к надёжности. Поставляется в виде керамической ленты. Металлизация на основе золота.

Система A6-S

Альтернатива A6-M для СВЧ изделий. A6-S создана на основе запатентованного кальциевого боро-силикатного стекла для недорогих СВЧ устройств, работающих в диапазоне от 2,45 до 100 ГГц. LTCC система на основе смешанной металлизации (золото + серебро). Поставляется в виде керамической ленты или порошка.

Система L8

Бюджетная альтернатива LTCC системе A6. Стеклокерамический материал для модулей, корпусов, подложек и сложных LTCC компонентов. Стабильное значение K и малые потери до 30 Ггц (рис. 7, 8). Используется для создания низкочастотных и среднечастотных приборов для телекоммуникации, радарных систем, авионики, спутниковой техники и других задач. Поставляется в виде керамической ленты или порошка. Система совмести ма с золотой, серебряной и смешанными металлизациями, специально созданными для данной системы.

Рис. 7 Зависимость дилектрической проницаемости от частоты (керамика Ferro L8) Рис. 8 Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от частоты (керамика Ferro L8)

Основными преимуществами металлических паст Ferro, созданных для различных типов керамики, являются высокие характеристики и полная технологическая совместимость с керамическими листами. Металлические пасты Ferro отличаются высокой адгезией к керамическому основанию, соответствием КТР и коэффициентов усадки аналогичным параметрам керамических листов, низким удельным сопротивлением и стабильностью электрических характеристик. При термообработке в металлизации не образуются поры и пустоты. Металлизация для переходных отверстий позволяет создавать качественное соединение металлов разных уровней и не вызывает образования трещин в материале керамики. Поверхностная металлизация отличается высоким качество поверхности, что позволяет в дальнейшем, в зависимости от задачи, осуществлять качественную пайку или сварку проволочных или ленточных выводов.

Заключение

LTCC технология получила широкое развитие благодаря ряду отличительных особенностей. Возможность создания 3D структур, встроенных пассивных компонентов, создание высокопроводящих соединений, высокая механическая прочность и герметичность позволяют рассматривать технологию LTCC как базовую для создания сложных электронных систем, где требуется высокая производительность и надёжность.

Основные направления развития LTCC технологии включают в себя совершенствование материалов и улучшение технологического процесса производства. Усовершенствование LTCC материалов ведёт к улучшению их электрических характеристик, простоте в использовании и сохранению совместимости с основными технологиями сборки полупроводниковых приборов (высокотемпературная пайка, проволочная микросварка и т.д). Кроме того, составы материалов постоянно совершенствуются для интеграции пассивных компонентов и для создания изделий оптоэлектроники. С точки зрения технологического процесса усилия компаний разработчиков направлены на увеличение контроля усадки керамики, увеличение размеров листов, уменьшение топологических норм и более совершенное использование разнородных материалов.

Автор, должность:
Роман Кондратюк, ведущий инженер
Отдел:
Направление технологических материалов
Email:
[email protected]
Издание:
Информационный бюллетень «Степень интеграции», апрель 2011, №5

About Author


admin

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о