Lämpöyhteyden

Lämpöyhteyden muodostuminen tarkoittaa tilannetta, jossa kaksi kappaletta ovat suoraan kosketuksissa ja voivat siirtää lämpöä toisiinsa. Lämpö siirtyy pääasiassa tämän rajapinnan kautta, ja todellinen kosketuspinta on usein pieni, koska pinnat ovat karheita ja välikerroksia sekä ilmavälejä voi esiintyä.

Usein suurin osa lämpövastuksesta syntyy mikroskooppisista ilmaväleistä kosketusalueella, jolloin lämpöjohtavuus on heikompi. Ilmaväleiden vuoksi todellinen kontaktipinta on pienempi kuin kuvitteellinen kosketusalue. Lämpöyhteyden teho riippuu siten monista tekijöistä, kuten kosketuspainosta, pintojen karheudesta, materiaalien lämpöjohtavuuksista sekä mahdollisista oksidikerroksista tai voiteluaineista. Myös ympäristöolosuhteet vaikuttavat.

Lämpöyhteyden parantamiseksi voidaan käyttää lämpöliitäntäaineita (TIM), kuten tahnoja, paloja tai metallisia välikerroksia, joiden tarkoitus on parantaa todellista kosketuspintaa ja siten johtavuutta. Metallurginen sitoutuminen tai mekaaninen tiivistäminen voivat myös pienentää lämpövastusta. Lämpöyhteyden suunnittelussa huomioidaan puhtauden, kovuuslujuuden ja puristusvoiman optimaalinen tasapaino sekä mahdollinen rasva- tai kolmiomin aiheuttama kerrosten läsnäolo.

Lämpöyhteyden arviointi voidaan tehdä käyttämällä termisiä suureita, kuten kontaktin lämpövastus R_tc tai lämpöjohtavuuden tunnusluku h_c, sekä mittaamalla lämpötilojen erotuksen ja tilavuuden kautta. Yleisiä mittausmenetelmiä ovat tasaisella kuormalla mitatut kokeet sekä transienttiset tai termografiset menetelmät.

Sovelluksissa lämpöyhteyksiä hallitaan olennaisena osana elektroniikan jäähdytystä, lämpöä johtavien liitäntöjen suunnittelussa sekä monissa mekaanisissa ja rakennusalojen lämpötilaintegraatioissa.