導熱墊片壓縮率與回彈性：裝配壓力檢查表
導熱墊片的壓縮率與回彈性不是兩個規格數字，而是一條「在你的組裝條件下」才成立的曲線。本文先把壓縮率、回彈性與壓縮永久形變三者的判據分開，再給一條可複製的公差堆疊算例，把名義間隙與正負公差換成壓縮率上下限；接著拆解規格書上最常被誤讀的硬度欄位（3 秒與 30 秒雙讀值、同料號不同厚度的分檔標示），說明為什麼回彈性必須連測試條件一起問，最後交付七項裝配壓力設計檢查表與五個常見誤判。
導熱墊片壓縮率與回彈性不是兩個可以各自勾選的規格，而是一條「在你的組裝條件下」才成立的曲線。同一片 2.0 mm 的墊片塞進 1.3 mm 的間隙，會被壓到約 35% 壓縮、往側面鼓出；塞進 2.6 mm 的間隙，則是厚度根本不夠、沒貼合——材料的規格沒變，差別在公差堆疊與裝配壓力。所以真正要做的不是背一個「壓縮率建議值」，而是把三件事對起來：公差堆疊算出的間隙範圍、元件能承受的反作用力上限、以及墊片自己的壓縮應力與回彈條件。這篇給的是那張檢查表，以及支撐它的算式與判據。
壓縮率、回彈性、壓縮永久形變：三個數字，回答三個不同問題
現場最常見的爭執，是拿一句「你們的壓縮率多少」去問供應商，然後拿回一個不知道在講哪一件事的數字。這一類材料在台灣常被叫導熱矽膠片或導熱墊，英文文件與規格書上則寫 thermal pad 或 gap pad——本文統一稱「墊片」。三個量的量測條件、判據與對策都不一樣，先分清楚再談規格。
- 壓縮率（compression ratio / compression percentage）：受壓後厚度減少的比例，
壓縮率 =（原始厚度 − 壓縮後厚度）÷ 原始厚度 × 100%。它回答的是「這片墊片塞得進這個間隙嗎、塞進去之後還剩多少厚度」。分母是原始厚度，所以同一片墊片配不同初始厚度，講出來的壓縮率不能互相比。 - 回彈性（recovery）：壓力釋放後厚度回復的程度與速度。它回答「拆開重工或熱循環之後，這片墊片還願不願意貼回去」。回彈性是過程，不是單一數字——它跟時間、溫度、以及它在受壓狀態待了多久都有關。
- 壓縮永久形變（compression set）：在指定溫度、指定時間、指定壓縮率下受壓後，卸載並恢復一段時間後殘留的變形量，也就是回不去的那一部分。它回答「三年後這個介面還剩多少厚度」。這個數字脫離測試條件就不成立——沒有溫度、時間、壓縮率三軸條件的壓縮永久形變報告，等於沒有數字。業界常用的方法見 ASTM D395 與 ISO 815，定義與量測邏輯可先看 Compression set。
| 量 | 定義（量測什麼） | 它回答的問題 | 混用它的代價 |
|---|---|---|---|
| 壓縮率 | （原始厚度 − 壓縮後厚度）÷ 原始厚度 | 塞得進嗎？塞進去剩多少厚度？ | 拿不同初始厚度的壓縮率互比，選錯厚度 |
| 回彈性 | 卸載後厚度的回復程度與速度 | 拆裝、熱循環後還貼得住嗎？ | 把「裝完當下壓得緊」當成「長期貼合」 |
| 壓縮永久形變 | 指定條件下受壓後殘留的變形 | 三年後還剩多少厚度？ | 用一次室溫量測決定長期可靠度 |
厚度公差是這三個量的共同入口：標稱 2.0 mm 的墊片，實際可能落在 1.9～2.1 mm；同一批料號的厚度分佈、以及供應端的厚度公差規格，直接決定你的壓縮率會落在哪一段。這條線索怎麼接到完整選型流程，可以對照 導熱材料選型指南 裡「間隙 → 壓力預算 → 功率密度」的決策順序；本文只處理已經選定墊片之後的那一段。
示意：原始厚度、受壓後、卸載回彈後的三個狀態——壓縮率看的是前兩者之差，壓縮永久形變看的是第三者還剩多少。
壓縮率不是越高越好：熱阻與反作用力往相反方向走
壓縮墊片的目的，是把它表面與金屬表面的微觀凹谷填掉、把空氣擠出去。空氣的導熱率極低，接觸熱阻絕大部分就來自這些沒被填滿的空隙；所以壓縮率從零往上加的那一段，接觸熱阻下降得非常快——這是所有人都在講的那一半。
問題在後半段。當填隙大致完成、兩個表面已經形成連續接觸之後，再往上加的壓縮量對熱阻的貢獻就越來越小；但墊片給回來的反作用力仍持續上升。矽膠彈性體不是線性彈簧，它的壓縮應力曲線越壓越陡。於是同一片墊片在高壓縮區提供的夾持力，會明顯高於低壓縮區的水準——而這些反作用力全部由被夾在中間的那個元件承受。
超過合理壓縮量之後，工程上會先看到三件事：
- 側向鼓出：墊片被壓扁時會往側面擠，厚度公差越大、硬度越低，鼓出越明顯。鼓出本身不導熱，還會把相鄰元件頂到，或在有絕緣要求的設計上壓薄了預期的絕緣路徑。
- 元件與焊點承受不必要的載荷：封裝、脆性晶片、晶片電阻容易被夾應力傷到；BGA 焊點在持續載荷與熱循環下會疲勞。
- PCB 翹曲：多點鎖附時，墊片反作用力的分佈不均會把板子頂彎，反而讓另一側的間隙變大——壓得比較緊的那一側，可能不是熱阻最高的那一側。
所以目標壓縮率不是「越高越保險」，而是「足夠填滿最小間隙 + 保留反作用力餘裕」的最小值。判斷這個最小值，最直接的做法是拿供應端提供的壓縮應力曲線，配上你自己算出來的壓縮率範圍，看反作用力上限是否還在元件容許範圍內。
如果間隙又大又不規則、或元件極度怕應力，墊片可能不是對的格式——可點膠的導熱凝膠（gap filler）能在近乎零壓力下填滿不規則間隙，代價是製程與清潔管理。格式選錯，壓縮率再怎麼調都是補救。
壓縮率的另一頭是反作用力：量測時要同時記錄壓縮量與對應的載荷，才看得出你的設計落在曲線的哪一段。
硬度不是壓縮模數：導熱墊片規格書上該問的四個數字
規格書上那一格「硬度」是最容易被當成答案、也最容易誤讀的欄位。先講清楚它為什麼不是壓縮模數，再給該追問的四個數字。
Shore 硬度是壓入測試的結果，不是應力—應變關係。Shore durometer 量的是探頭在特定條件下壓入材料的深度，反映的是表面附近的局部阻抗；而壓縮率要的是整片材料在載荷下的厚度變化，兩者的物理量不同。低應變、近似單軸且線彈性時，可以用 σ = Eε（應力＝楊氏模數 × 應變）做初步理解（應力—應變曲線），但矽膠墊片在大變形下呈黏彈性、有應力鬆弛與受拘束效應，這條式子不能拿來當產品規格，也不能拿硬度代換模數。
第一個要問的是讀值時間。同一片墊片，探頭壓下 3 秒與壓下 30 秒，得到的是兩個數——因為黏彈性材料在恆定變形下應力會鬆弛，探頭會繼續沉入。這不是誤差，是真實的兩個狀態。Ziitek 的 TIF 系列規格書就是把兩個讀值並列：TIF700UU 的硬度欄標示 ASTM D2240 30/10、TIF800TU 標示 ASTM D2240 25/10，而其表頭明寫「硬度（Shore OO）3 秒/30 秒」——也就是 3 秒與 30 秒兩個讀值分別落在 30 與 10、25 與 10 附近。差異這麼大，如果賣方沒說讀值時間，這個硬度數字就不可比。
第二個要問的是厚度。同樣的配方做成不同厚度，標示硬度就不一樣——官網上 TIF700HZ 與 TIF700HQ 的硬度是分檔列的：厚度 ≥1.0 mm 為 45±5，厚度 <1.0 mm 為 55±5（Shore 00）。也就是說，硬度不是這個料號的常數，而是「料號 + 厚度」的函數。這裡要提醒一句：系列層的「典型規格範圍」表標的是代表性等級的落點（15–45），個別料號本來就會超出這個帶——同一個站上的 SKU 表就有 45~65、55~70 這類更硬的等級。判你自己的料號時，只認該料號規格書上的值；系列範圍是拿來判斷「這個料號在系列裡偏軟還是偏硬」的。另外，加玻纖布或 PI 補強層會把整體硬度明顯拉高——需要模切、捲料或絕緣強化時，補強層帶來的硬度變化要在圖面階段就一起確認。
第三個要問的是壓縮率是在什麼壓力下量的。官網 TIF 系列的典型規格範圍表把條件寫得很清楚：壓縮率 @ 25 psi：5–40%（典型夾具），同表的硬度是 Shore 00 15–45（ASTM D2240）、厚度 0.25–5.0 mm（ASTM D374）、導熱係數 1–16 W/m·K（ASTM D5470）。「壓縮率 5–40%」不是指同一片墊片能同時是 5% 也能是 40%，而是說在 25 psi 的夾具條件下，系列中各料號的落點分佈在這個帶狀範圍內。要拿它比對自己的設計，就得先確認你的實際夾持壓力是不是也在這個量級。
第四個要問的是反作用力。硬度、壓縮率、導熱係數都不直接告訴你「這片墊片在你的壓縮量下回推多少力」。要的是壓縮應力曲線：橫軸壓縮率、縱軸單位面積的應力；有 25% 與 50% 兩個點就能抓出量級，最好附上整條曲線。產品線與各料號的規格書入口在 Ziitek 導熱墊片產品頁，其中超軟等級（例如 TIF800TU，標稱 16 W/m·K、Shore 00 標示 25/10、厚度 0.75 / 1.00–5.00 mm）就是為了在極小的夾持力下達到貼合而設計的——它同時說明了一件事：低硬度是可選的，別用高硬度去硬壓一個怕應力的元件。
硬度讀值隨壓下時間變化，所以測試時要固定讀值秒數——這也是規格書要同時列 3 秒與 30 秒兩個數的原因。
從公差堆疊算出導熱墊片的壓縮率上下限（含算例）
到這裡就能動手算了。壓縮率不是選出來的，是算出來的：把名義間隙、各零件的公差、墊片的厚度公差放進同一個堆疊，取最壞情況，得到壓縮率的上下限。
壓縮率_min =（墊片最小厚度 − 最大間隙）÷ 墊片最小厚度壓縮率_max =（墊片最大厚度 − 最小間隙）÷ 墊片最大厚度
下面用一組常見數字走一遍。假設散熱器底面到元件頂面的名義間隙 1.60 mm，各來源的公差是：元件封裝高度 ±0.10、PCB 厚度 ±0.08、散熱器底面平面度 0.05、鎖附造成的局部變形 0.05。最壞情況直接相加（不假設公差會互相抵消）：
- 最大間隙 = 1.60 + 0.10 + 0.08 + 0.05 + 0.05 = 1.88 mm
- 最小間隙 = 1.60 − 0.28 = 1.32 mm
選一片標稱 2.0 mm、厚度公差 ±0.10 mm 的墊片（實際 1.90～2.10 mm）：
| 情境 | 計算 | 結果 |
|---|---|---|
| 最薄墊片 × 最大間隙 | （1.90 − 1.88）÷ 1.90 | 壓縮率 1.1% |
| 名義值 | （2.00 − 1.60）÷ 2.00 | 壓縮率 20% |
| 最厚墊片 × 最小間隙 | （2.10 − 1.32）÷ 2.10 | 壓縮率 37.1% |
名義值 20% 看起來很漂亮，但你的量產現實是 1%～37%。1% 幾乎等於沒壓縮，空氣間隙還在，那台機器的熱阻會明顯偏高；37% 已經貼近上面那張官方規格表的帶狀上限（25 psi 下 5–40%），而且反作用力會落在曲線陡升的那一段。
把墊片加厚不能解決問題——厚度加倍會同時把上緣推出去（2.5 mm 墊片配同樣公差，最壞情況會接近 49% 壓縮）。這是公差堆疊的結構問題，不是選料的問題。三條正解：
- 壓縮量上限交給硬止擋，不要交給運氣。在散熱器與 PCB 之間加支撐柱或凸台，讓鎖附到底時的最小間隙是固定的——壓縮量上限由幾何決定，反作用力上限也就固定了，操作員鎖多緊都壓不過去。
- 縮公差堆疊。平面度、元件高度分檔、PCB 厚度分檔都直接吃掉那 0.56 mm 的跨距；跨距每縮 0.1 mm，壓縮率的散佈就少約 5 個百分點。
- 換格式。跨距大、又不允許高反作用力時，可點膠凝膠或超軟墊片（低硬度等級）能把「可靠貼合」與「低應力」同時成立——硬度欄位是判斷這件事最快的入口。
| 公差來源 | 典型量級 | 進入堆疊的哪一端 |
|---|---|---|
| 元件封裝高度 | ±0.10 mm | 兩端（同時影響最大與最小間隙） |
| PCB 厚度 | ±0.08 mm | 兩端 |
| 散熱器底面平面度 | 0.05 mm | 兩端（保守計法：高點使間隙變小、低點使其變大） |
| 鎖附造成的翹曲／局部變形 | 0.05 mm | 兩端（保守計法；本表不假設公差互相抵消） |
| 墊片厚度公差 | 依料號（模切件外形公差常為 ±0.1 mm 級） | 兩端 |
| 鎖附扭矩造成的壓縮量散佈 | 無硬止擋時不可控 | 局部（同一片墊片內的分佈不均） |
回彈性真正要問的是：受熱受壓之後還剩多少厚度
回彈性之所以難談，是因為它牽涉三個同時發生的物理過程，而它們都隨時間走：
- 應力鬆弛（stress relaxation）：維持固定壓縮量時，墊片給回來的力會隨時間衰減（Stress relaxation）。衰減太多代表界面貼合力下降，接觸熱阻會往上跑。
- 蠕變與冷流（creep / cold flow）：在持續載荷下材料繼續變形。厚墊片長期受壓的冷流會讓實際厚度慢慢變薄，絕緣層厚度的設計餘裕也被吃掉。
- 壓縮永久形變：卸載後回不去的那一部分，是上面兩個過程累積的結果。矽膠彈性體屬黏彈性材料，這些行為的完整描述見 Viscoelasticity。
溫度的角色是加速器。同一片墊片，在室溫下壓 24 小時可能看起來完美；在 100 °C 下壓同樣時間，分子鏈的重排與次級交聯會明顯得多。這就是為什麼「回彈性好不好」不能只靠室溫硬度回答——要問的是壓縮永久形變，而且必須連條件一起問。
一份可用的壓縮永久形變資料，要能回答這三軸：
| 軸 | 你要問到的值 | 為什麼 |
|---|---|---|
| 溫度 | 你的實際最高工作溫度（不是規格書上限） | 溫度是加速因子，室溫數據不能外推到高溫 |
| 時間 | 目標壽命（例如 1,000 h 或 70 h 加速） | 「回不去多少」是時間的函數 |
| 壓縮率 | 你的設計壓縮率（取自上一節的上下限） | 壓得越深，殘留變形越大 |
實務判據：如果你的設計壓縮率高於 30%、工作溫度又高，卻只拿到室溫硬度與「彈性優異」這類描述詞，就還沒有拿到能做決策的資料。改問 ASTM D395 或 ISO 815 條件下的殘留變形百分比，或要求供應端提供含高溫條件的壓縮永久形變報告。
壓縮永久形變資料的價值在條件：溫度 × 時間 × 壓縮率三軸缺一，數字就無法外推到你的設計。
裝配壓力的設計檢查表（七項）
把前面五節收斂成一張可以帶進設計評審的表。每一項都有判據、也都有「不合格時你會看到什麼」——先看症狀，再回去補該項。
| # | 檢查項 | 判據（做到才算過） | 不合格的典型症狀 |
|---|---|---|---|
| 1 | 間隙範圍算過了嗎 | 有最小與最大兩個間隙值（含平面度與鎖附變形） | 用名義值選料；量產後部分機台熱阻明顯偏高 |
| 2 | 壓縮率全程落在規格帶內嗎 | 最壞情況的壓縮率下限 ≥ 規格下限（如 5%）、上限 ≤ 規格上限（如 40%）；比對前先確認你的夾持壓力與規格條件（如 25 psi）同一量級 | 下限不足＝空氣間隙沒填掉；上限超出＝側向鼓出、反作用力陡升 |
| 3 | 元件承受得住反作用力嗎 | 供應端壓縮應力曲線 × 接觸面積 ≤ 元件／焊點容許載荷 | 焊點疲勞、脆性封裝裂、PCB 局部翹曲 |
| 4 | 壓縮量上限由誰決定 | 有硬止擋（支撐柱／凸台）或明確扭矩規格與鎖附程序 | 換一位操作員、換一批螺絲，壓縮量就不同 |
| 5 | 回彈性問到條件了嗎 | 有溫度 × 時間 × 壓縮率三軸的壓縮永久形變資料 | 熱循環後接觸熱阻上升，保固期內溫升偏高 |
| 6 | 量測條件寫進報告了嗎 | 硬度附讀值秒數、壓縮率附 psi、熱阻附壓力與膜厚 | 兩家供應商的數字無法比，比完還是選錯 |
| 7 | 量產驗證排定了嗎 | 壓力感測膜／切片檢查／整機熱測至少一項納入量產管制 | 出貨後才發現沒貼合，只能整批返工 |
用法：第 1、2、4 項是幾何與機構，通常在機構評審就能定案；第 3、5 項要對外要資料（壓縮應力曲線、壓縮永久形變報告）；第 6、7 項屬於驗證計畫，越早排越省事。第 3 項如果算出來超標，優先解的順序是：先加硬止擋限縮壓縮量 → 再換低硬度／低應力等級（例如為應力敏感元件設計的超軟系列，如 TIF700UU）→ 都不行才改格式（凝膠）。
鎖附工序是壓縮量的現場執行點：有硬止擋與扭矩規格，壓縮量才是設計決定的；沒有，就取決於當天的手感。
量測與驗證：把條件寫進報告裡
前面每一節都在講同一件事：沒有條件的數字不能比。這一節把四類量測各自要附的條件列出來，方便直接寫進你的規格要求或供應商評核表。
- 硬度：註明方法（ASTM D2240）、讀值時間（3 秒或 30 秒，兩者不可互換）、樣品厚度與直徑（過薄的樣品會得到偏高的讀值）、以及是否有補強層。
- 壓縮率：註明夾具與壓力（例如 25 psi）、樣品尺寸、加載速度與持壓時間。報告寫「壓縮率 35%」而沒寫壓力，等於沒寫。
- 熱阻：業界標準是 ASTM D5470，要在同樣的壓力與膜厚（BLT）下比較才有意義；不同壓力下的熱阻是兩個不同的數字，拿來排排行榜會失真。
- 老化後的性能：熱循環或高溫長時間後，除了壓縮永久形變，還值得追蹤同一壓力下熱阻的變化——這是「接觸熱阻隨時間上升」最終要落到的量。
驗證手段上，壓力感測膜是最便宜、最早能發現問題的一項：鎖附一次、拆開看膜的顯色分佈，可以同時看到壓力是否足夠、是否均勻、有沒有偏壓或懸空，也能回推每一區的實際組裝壓力。想更有系統地排這件事——含熱阻、可靠度到量產一致性的測試架構——可以直接看導熱材料驗證與測試架構這個主題的整理。
五個最常見的誤判（會讓你換錯料）
- 把 Shore 硬度當成壓縮模數。硬度是壓入測試，不是應力—應變關係；同硬度不同厚度的兩片墊片，壓縮行為可以差很多。
- 拿不同厚度的兩個料號比硬度或壓縮率。供應端自己的標示就會分檔——厚度不同，硬度標示與壓縮表現都不同。
- 用一次室溫量測決定長期行為。黏彈性材料的高溫表現不能由室溫外推；該問的是帶條件的壓縮永久形變。
- 把「回彈性」與「壓縮永久形變」當同義詞。前者是回復的過程，後者是殘留的結果；只看其中一個，會漏掉「當下貼合但長期鬆掉」這一類失效。
- 只盯墊片規格，不看誰在承受反作用力。反作用力的受害者是元件與焊點——設計壓縮率時，元件側的容許值是約束條件，不是事後檢查項。
一句話收束：壓縮率與回彈性要當成一條曲線來訂，不是當成兩個數字來抄。先把公差堆疊算成上下限，再把元件耐壓當成天花板，最後用帶條件的資料核對——這樣選出來的墊片，才是在你的機器裡會成立的那一片。
下一步：把間隙與壓力條件交給供應端
如果你的設計已經有最小／最大間隙與元件容許載荷這兩個數字，選型其實只剩核對工作：把條件交給供應端的應用工程團隊，索取壓縮應力曲線、壓縮永久形變報告（含溫度 × 時間 × 壓縮率條件）、以及批次專屬規格書或 CoA，再用本文的七項檢查表逐項核過。
要索取這些資料，可以直接把圖面與組裝條件交給應用工程團隊。
需要先看產品線的規格範圍與料號分佈，從導熱材料產品總覽進去最快。本文引用的所有數字請以你採購訂單上對應的規格書版本與批次 CoA 為準——型錄值與批次實際值本來就允許有差距，這一點在壓縮率與硬度上尤其明顯。
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