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Measure thermal pastes and pads: ASTM D5470-17 and the Nanotest TIMA5 – Correctly determine bulk and effective thermal conductivity

Calculation of the interface resistance

But how can the interface resistance be determined so that it can later be subtracted from the measured value? There have already been objections in the forum that it is not possible to create a 0 µm thick layer in order to then measure the interface resistance Rinterface separately, which is correct at first. Because you can’t solve this with a single measurement. But if you measure at least twice (my 16 to 17 measurements in 25 µm steps are better), then a bit of logic and simple mathematics is actually enough for the calculation.

Even with 300 N per 100 mm², you cannot achieve a strength of 0. How could you?

To determine the interface resistance Rinterface at a bondline thickness of zero, you have to analyze the thermal resistances for different bondline thicknesses and extrapolate the data to obtain the limit value at BLT=0. This is where vector calculus comes into play by modeling the relationship between thermal resistance and bondline thickness and extracting the value for the interface resistance by linear regression or another analytical method. Any thermal resistance Rth depends directly on the bondline thickness BLT, which can be easily modeled:Here Rinterfaceis the thermal resistance that remains when the bondline thickness BLT=0, i.e. the resistance at the interface between two materials. The second term describes the thermal resistance due to the thickness of the material. However, it is also easier if we take a look at the diagram, which shows the dependence of the measuredReff on the BLT:

It is exactly what I am doing here, because you can also apply the vectorial representation of the parameters and represent the values for the thermal resistances at different BLT as points in a two-dimensional vector space, where one axis represents the bondline thickness BLT (2) and the other axis represents the thermal resistance Rth (1). Each pair of data (blue dots) thus forms a vector in this space. and now the linear regression comes into play to determine the limit value. Since the thermal resistance is proportional to the BLT, a linear regression can be performed to determine the relationship between Rthand BLT:

Where m is the slope of the straight line that runs through the thermal resistance values at different BLT values. The intersection of this straight line with the y-axis (at BLT=0) now gives me the interface resistance (3) Rinterface. After I have measured the thermal resistances for different BLT thicknesses, recorded slightly deviating values (red dots) (determination) and carried out a linear adjustment, the interface resistance Rinterface is exactly the value that remains when the bondline thickness approaches zero. Mathematically, this corresponds to the y-intercept of the linear function:

The points that deviate from the ideal line (4) are later used for the coefficient of determination (4), which shows the accuracy of the behaviour of a material at different BLTs, as there will also be TIMs that exhibit anomalies. The deviations of the individual measurement points from the regression line are thus summarised in the coefficient of determination (coefficient of determination). If this value should ever be the ideal value 1, you have usually done something wrong or only two measurement points. Here I show you the very similar curve that the TIMA5 outputs after the individual measurements. The colours and numbers on the curves, points and result fields correspond to those of the first diagram:

Let’s briefly summarize what we have just read. The vector calculation helps to visualize the thermal resistances for different bondline thicknesses as points in a coordinate system. By extrapolating this data to the case BLT=0BLT=0, the interface resistance is obtained. And this is exactly what I need in order to draw conclusions about the bulk values, which are rather far removed from practice and which, according to my methodology, are still much lower than what is stated on most packaging, but correspond exactly to what serious manufacturers in the industrial sector state. After all, I use their calculations as a guide.

What you can do wrong is shown by this ‘measurement’, in which the measuring points are set via the BLT(2) in such a misappropriated way and only two are included in the evaluation that the result is pure nonsense. Note also the coefficient of determination, which is now logically 1, which is completely absurd, as we are measuring a heterogeneous medium and only two points are not enough. But you can also see how to calculate the highest possible thermal conductivity. But there is still a section to come…

Kommentar

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pinkymee

Veteran

119 Kommentare 130 Likes

@Igor Wallossek Danke für die sehr ausführlichen Erklärungen und Beschreibungen. Zu Deinem Fazit, da gehe ich vollkommen mit. Respekt auch für den Mut, die ganzen Machenschaften aufzudecken. Finanziell sind das Anschaffungen, davon träumen hier sicherlich die Meisten, mich eingenommen. Gut, dass Du ein MACHER bist :) und uns mit einbeziehst. Mit den uns gegebenen Möglichkeiten, versuchen wir Dir ein wenig davon zurückzugeben

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echolot

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1,177 Kommentare 919 Likes

Dieser Artikel zeigt wunderbar, warum sich Igorslab von anderen Seiten unterscheidet. Volle Transparenz, aber auch keine leichte Kost. Dank dafür. Den "harten Stoff" kann ich mir aber erst am WE reinziehen.

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big-maec

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977 Kommentare 589 Likes

Ein bisschen Wärmelehre und Mathematik am frühen Morgen, aber der Artikel musste wohl sein.:)

Ach her je, Widerstände stehen der verlustfreien Übergabe der Energie im Wege, kenne ich auch noch von woanders.:D

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Igor Wallossek

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10,842 Kommentare 20,537 Likes

Das Problem ist das gefährliche Halbwissen, das man auf z.B. auf Reddit und leider zum Teil neuerdings auch in unserem Form findet, wenn es um bestimmte Themen geht. Frei nach dem Motto, dass nicht sein kann, was nicht sein darf. Da wirkt sogar bei Leuten das Panscher-Marketing nach, wo man es nicht vermuten würde. Ich musste in einem Thread fast eine Seite nutzlose Diskussion löschen, weil man zwar über ein Fachthema diskutieren wollte, aber selbst so triviale Sachen wie eine simple Extrapolation nicht kannte. Das kann mein ältester Sohn bereits (Klasse 7), weil er sich dafür interessiert. Wie kann man über Themen wie dieses diskutieren, wenn schon mathematisches Trivialwissen fehlt und der Wink mit dem Zaunspfahl in Form von vielen auf einer gedachten Linie liegenden Werte nicht verstanden wird?

Wenn ich Eines gelernt habe (mal wieder), dann ist es der Umstand, dass ich mich im Forum auf keine Diskussionen mehr einlassen werde, die auf einer fachlichen Wissenslücke basieren. Ich bin auch kein Nachhilfelehrer, sondern habe nicht nur einen Vollzeitjob, sondern zwei. Da hilft nur, das Ganze für alle nachlesbar niederzuschreiben und noch einmal für Dummies zu erklären, weil Argumente sonst nicht fruchten. Das hat nichts mit Überheblichkeit zu tun, denn nicht jeder steckt tief genug in der Materie und für diejenigen betreibe ich den Aufwand wirklich gern. Aber es gibt eben auch welche, die es nicht tun, aber es glauben. Dann platzt mir irgendwann auch mal die Hutschnur. Gegen vorgefestigte Meinungen kann man im Forum nicht anschreiben, weil es am Ende nichts bewirkt und man nicht mal alle erreicht.

Die zwei Artikel eines hoffnungslos überforderten ehemaligen Mitautoren (Wasserblock, Lüfter) kosten mich heute noch Nerven, Reputation und am Ende auch bares Geld. Nie wieder mit Laien, so toll sie sich auch verkaufen mögen (und dafür nicht nur einmal bereits rechtskräftig verurteilt wurden). Und was das Equipment betrifft, so werde ich es ähnlich halten. Frickelkram bringt nichts außer Ärger und noch mehr Frickelei, zumindest auf dem Niveau, was ich anstrebe. Ich könnte mich heute noch in den A... beißen, dass ich diese Unglückskiste für die Lüfter nie selbst inspiziert und überprüft habe. Aber keine Angst, es gibt bald was Neues. Dass das jetzt solange dauert, liegt leider an der Industrie, wo eine der Hitzdrahtsonden einen rekordverdächtigen DHL-Loop vollziehen musste, bis sie endlich funktioniert. Und Danke an Aqua Computer für die aufwendige Programmierung und Anpassung der Aquasuite für das Sauermann-Steuergerät! Ehre, wem Ehre gebührt :)

Auch der verlustfreien Weitergabe von Informationen :D

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Klicke zum Ausklappem
DigitalBlizzard

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3,149 Kommentare 2,077 Likes

Wer's jetzt nicht versteht, der will es nicht verstehen, das waren gerade 2 Semester auf 4 Seiten.
Hätte ich so nen Chemie - und Physiklehrer wie Igor gehabt, wäre mehr aus mir geworden 😉
Während es sonstwo das immer Gleiche Influencer Marketing gibt, werden hier Mythen entzaubert und gründlich hinter der glänzenden Fassade recherchiert.
So geht Tech-Journalismus.

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intern

Neuling

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Hast Du ein Laborraum gemietet oder hat das heimische Sofa weichen müssen für das ganze Equipment? :>

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LEIV

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1,580 Kommentare 667 Likes

Sehr schöner und vor allem informativer Artikel. Freue mich schon auf die Datenbanken

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DigitalBlizzard

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Igor hat sich gleiche ein riesen Mehrfamilienhaus solider Bauart besorgt, Labors, Redaktion, Wohnen alles über die Wohnungen im Haus verteilt.
Das ganze, auch wenns toll aussieht, Denkmalgeschützt, da wird's Bürokratisch ein Eiertanz wenn Du die unumgängliche Klimatisierung einbauen willst.
Sowas kannste kaum im heimischen Wohnzimmer nebenbei aufbauen, es sei denn du hast ne 10 Zimmer Wohnung mit durchschnittlicher 50qm Zimmergröße.

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Fraggle1elf

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Schöner Artikel, gefällt mir echt gut. An zwei Punkten würde ich es aber etwas anders Formulieren, ob das besser ist sei dahingestellt.
Die Abweichungen der einzelnen Messpunkte von der Regressionsgerade werden in den Determinations-Koeffizienten (Bestimmtheitsmaß) zusammengefasst.
Dieser Abschnitt bereitet mir auch etwas Bauchschmerzen. Bei einer linearen Regression von 2 Punkten erhalte ich immer ein Bestimmtheitsmaß von 1, da quasi per Definition die Gerade durch die 2 Messpunkte verläuft und ich keine Abweichung von dieser habe.

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DigitalBlizzard

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3,149 Kommentare 2,077 Likes

Da klingst gleich wie ein Dipl.Ing. der Mikrofluidik und -mechanik, das solltest beruflich machen 😉
Aber bedenke, 90% der Leser sind mitnichten vom Fach, zwar versiert und interessiert, aber man muss es entsprechend versuchen vereinfacht zu formulieren.
Darf am Ende keine Masterarbeit werden.
Aber es zeigt auch, dass sich hier eben nicht das Grobzeug tummelt, sondern schon ordentlich IQ und Sachverstand anwesend ist, im Forum.
Würde sagen, da macht Igor einiges verdammt richtig.

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big-maec

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977 Kommentare 589 Likes

Nach dem Avatar erinnert mich das eher an Prof. Dr. Honigtau Bunsenbrenner

Jetzt fehlt nur noch Statler und Waldorf.

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DigitalBlizzard

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Nee, der Avatar täuscht da glaube ich ganz gewaltig, das ist extreme Tiefstapelei, ums mal im Pottjargon zu sagen, der weiß wo der Frosch die Locken hat.

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Fraggle1elf

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(y)Ok, das war ein Treffer ins schwarze. Sowas habe ich tatsächlich studiert. Ich bin zwar inzwischen etwas davon weg, aber die Grundlagen (Mathe, Physik) verlernt man ja nicht.:cool:

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DigitalBlizzard

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3,149 Kommentare 2,077 Likes

Der Bauer erkennt seine Schweine am Gang :cool:

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Fraggle1elf

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Das was aber jetzt ein Schlag unter die Gürtellinie😭🤓

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DigitalBlizzard

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3,149 Kommentare 2,077 Likes

Nee, das war nicht despektierlich gemeint, eher im Gegenteil. Ich erkenne Fachwissen und weiß in welche Schublade es gehört

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Igor Wallossek

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Und was machst Du dann mit dem Wolfgang?

@Fraggle1elf
Das mit den zwei Punkten ist mir auch klar, man braucht ja mindestens drei, allerdings hatte ich ja einige mehr, die ich dann ausgeklickt habe. Ging dann die Hand mal schneller als der Kopf. Missverständlich ja, ich habe beide Sätze noch komplettiert. Danke für den Tipp. Sonntagsarbeit sollte verboten werden :)

Dafür habe ich alter fauler Sack heute eine 4K-Kamera eingebaut, die mir die vielen Laufereien spart :)

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Igor Wallossek

1

10,842 Kommentare 20,537 Likes

Jetzt geht alles vom Schreibtisch aus...

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Und dank OBS kann ich sogar Videos machen :D

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DigitalBlizzard

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3,149 Kommentare 2,077 Likes

ich weiß nicht mehr welcher Gang das genau war, aber den Wolf hab ich mir auch schon gelaufen ;)
Die dazu passenden Wildtiere sind bei uns wieder zum Abschuss freigegeben, nachdem unser regionaler "Problemwolf" Namens Gloria sich durch sämtliche viehwirtschaftlichen Betriebe geschlemmt hat. Mitunter vier Gänge in einer Nacht, Schaf als Amuse Guele, Pony als Vorspeise, Rind als Hauptgang und zum Dessert ein Reh. Da war selbst die Forstbehörde der Meinung, entweder Glorie ist 10Meter groß, oder hat ein Rudel von 30 Tieren, oder es ist einfach der pure Spaß am Töten, die ersten beiden Punkte konnte man ausschließen, daher gabs das T-Shirt mit Zielscheibe als Belohnung.

Die Kamera macht ein verdammt feines Bild, was ist das für eine? Ich brauche nämlich auch eine.

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About the author

Igor Wallossek

Editor-in-chief and name-giver of igor'sLAB as the content successor of Tom's Hardware Germany, whose license was returned in June 2019 in order to better meet the qualitative demands of web content and challenges of new media such as YouTube with its own channel.

Computer nerd since 1983, audio freak since 1979 and pretty much open to anything with a plug or battery for over 50 years.

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