Khi chọn miếng đệm dẫn nhiệt cho thiết bị điện tử công suất, trước tiên cần xem xét giao diện điện và cơ khí, thay vì chỉ dựa vào hệ số dẫn nhiệt. Hãy xác định tải nhiệt, diện tích tiếp xúc, yêu cầu cách điện theo điện áp, phạm vi khe hở, lực nén, độ phẳng bề mặt, nhiệt độ vận hành và các điều kiện về độ tin cậy. Sau đó, chọn miếng đệm có độ dày, độ cứng, độ bền điện môi, trở kháng nhiệt và độ ổn định dài hạn phù hợp.
Nói một cách đơn giản: Tấm dẫn nhiệt tốt nhất cho thiết bị điện tử công suất là loại truyền nhiệt hiệu quả, duy trì khả năng cách điện, chịu nén an toàn và hoạt động ổn định dưới tác động của chu kỳ nhiệt và ứng suất cơ học.
Các ứng dụng điện tử công suất như MOSFET, IGBT, bộ nghịch lưu xe điện, bộ nguồn, bộ truyền động động cơ, bộ điều khiển LED và bộ biến đổi công nghiệp thường cần miếng đệm dẫn nhiệt vừa truyền nhiệt vừa cách điện. Miếng đệm có hệ số dẫn nhiệt W/mK cao vẫn chưa đủ nếu quá dày, quá cứng, không được nén đúng mức hoặc không đáp ứng các yêu cầu về điện môi.
Tại sao thiết bị điện tử công suất cần miếng đệm dẫn nhiệt
Thiết bị điện tử công suất thực hiện chuyển đổi, đóng cắt, điều khiển hoặc điều chỉnh công suất điện. Các hệ thống này thường sinh ra lượng nhiệt đáng kể trong kết cấu nhỏ gọn. Nếu nhiệt không được tản hiệu quả, nhiệt độ mối nối sẽ tăng, hiệu suất giảm và độ tin cậy suy giảm.
Miếng đệm dẫn nhiệt được sử dụng để truyền nhiệt từ các linh kiện công suất sang bộ tản nhiệt, tấm làm lạnh, vỏ thiết bị, khung máy hoặc hộp kim loại. Chúng cũng giúp lấp đầy các khe hở không khí giữa những bề mặt không hoàn toàn phẳng.
Các miếng đệm tản nhiệt thường được sử dụng trong các thiết bị điện tử công suất sau:
- Các cụm MOSFET
- Mô-đun IGBT
- Nguồn điện
- Bộ chuyển đổi DC-DC
- AC-DC bộ chuyển đổi
- Biến tần xe điện
- Động cơ truyền động
- Biến tần năng lượng mặt trời
- Bộ sạc pin
- Bộ điều khiển LED
- Mô-đun điều khiển công nghiệp
- Thiết bị nguồn viễn thông
Trong nhiều ứng dụng này, miếng đệm tản nhiệt phải đồng thời thực hiện hai chức năng:
- Dẫn nhiệt ra khỏi thiết bị công suất.
- Cách điện giữa thiết bị và kết cấu tản nhiệt.
Điều này khiến việc lựa chọn tấm dẫn nhiệt trở nên phức tạp hơn so với việc chỉ chọn loại có độ dẫn nhiệt cao nhất.
Điều gì tạo nên sự khác biệt của điện tử công suất?
Việc lựa chọn miếng đệm tản nhiệt cho thiết bị điện tử công suất khác với làm mát thiết bị điện tử thông thường vì các linh kiện công suất thường hoạt động với mật độ dòng nhiệt cao hơn, điện áp cao hơn, chu kỳ nhiệt khắc nghiệt hơn và yêu cầu an toàn nghiêm ngặt hơn.
Mật độ dòng nhiệt cao
Các linh kiện công suất có thể tạo ra nhiệt tập trung trong một khu vực nhỏ. Do đó, vật liệu giao diện nhiệt phải duy trì điện trở nhiệt đủ thấp để giữ nhiệt độ mối nối ở mức an toàn.
Cách ly điện
Bộ tản nhiệt bằng kim loại, khung máy và tấm làm mát có thể dẫn điện hoặc được nối đất. Các phiến kim loại hoặc đế của linh kiện bán dẫn công suất có thể mang điện. Tấm đệm dẫn nhiệt có thể cần cách ly điện áp trong khi vẫn truyền nhiệt.
Chu trình nhiệt
Các thiết bị điện tử công suất thường trải qua các chu kỳ gia nhiệt và làm nguội lặp lại khi tải thay đổi. Các chu kỳ này có thể gây ứng suất lên tấm đệm, mối hàn, đế nền và vỏ thiết bị.
Ứng suất cơ học
Các mô-đun công suất nhạy cảm với lực lắp đặt, độ phẳng, mô-men xoắn và lực nén. Tấm đệm quá cứng hoặc quá dày có thể làm cong PCB hoặc gây ứng suất lên các linh kiện.
Tuổi thọ sử dụng dài
Các hệ thống công nghiệp, ô tô, viễn thông và năng lượng có thể cần duy trì hiệu suất ổn định trong nhiều năm. Hiệu suất nhiệt ban đầu là chưa đủ.
Để có thêm thông tin tổng quan về các mô-đun công suất và ứng dụng của chúng trong bộ biến đổi, xe điện, hệ truyền động công nghiệp và hệ thống năng lượng tái tạo, tài liệu hướng dẫn ứng dụng chất bán dẫn công suất của Semikron-Danfoss là một tài liệu tham khảo hữu ích trong ngành.
Tấm dẫn nhiệt cho thiết bị điện tử công suất so với thiết bị điện tử thông thường
| Yếu tố | Điện tử nói chung | Điện tử công suất |
| Tải nhiệt | Thấp đến trung bình | Trung bình đến rất cao |
| Cách ly điện áp | Đôi khi cần thiết | Thường có tính quyết định |
| Chu kỳ nhiệt | Vừa phải | Thường rất nghiêm trọng |
| Kiểm soát độ nén | Quan trọng | Cực kỳ quan trọng |
| Độ bền điện điện môi | Tùy chọn trong một số thiết kế | Thường được yêu cầu |
| Mục tiêu độ tin cậy | Tùy thuộc vào sản phẩm | Thường có tuổi thọ dài và độ tin cậy cao |
| Rủi ro chính | Khả năng làm mát kém hoặc bị giảm hiệu suất | Hư hỏng do nhiệt, hư hỏng cách điện, ứng suất cơ học |
Cách chọn miếng đệm tản nhiệt cho thiết bị điện tử công suất theo tải nhiệt
Bước đầu tiên là xác định tải nhiệt.
Ước tính công suất tổn hao
Xác định lượng nhiệt mà thiết bị phải tản. Lượng nhiệt này có thể phát sinh từ tổn hao dẫn điện, tổn hao chuyển mạch, tổn hao diode, tổn hao mạch điều khiển hoặc các mô hình nhiệt cấp mô-đun.
Các câu hỏi quan trọng:
- Cần truyền bao nhiêu watt qua miếng đệm?
- Nhiệt độ mối nối tối đa là bao nhiêu?
- Nhiệt độ môi trường hoặc chất làm mát là bao nhiêu?
- Điện trở nhiệt của bộ tản nhiệt hoặc tấm làm mát là bao nhiêu?
- Diện tích tiếp xúc là gì?
Tính Ngân sách nhiệt
Miếng đệm tản nhiệt chỉ là một phần của toàn bộ đường truyền nhiệt. Nhiệt có thể truyền từ:
- Tiếp giáp bán dẫn
- Vỏ đóng gói hoặc đế
- Miếng tản nhiệt
- Tản nhiệt hoặc tấm làm mát
- Hệ thống làm mát bằng không khí hoặc chất lỏng
Nếu độ tăng nhiệt độ cho phép bị giới hạn, miếng đệm tản nhiệt phải có trở kháng nhiệt thấp.
Sử dụng trở kháng nhiệt, không chỉ W/mK
Độ dẫn nhiệt rất hữu ích, nhưng trở kháng nhiệt thường thực tế hơn đối với các thiết bị điện tử công suất. Trở kháng nhiệt phản ánh giao diện thực tế trong các điều kiện xác định về độ dày, áp suất và tiếp xúc.
Bài viết của HakTak Độ dẫn nhiệt so với trở kháng nhiệt trong việc lựa chọn vật liệu dẫn nhiệt (TIM) giải thích chi tiết sự khác biệt này.
ASTM D5470 thường được tham chiếu khi đề cập đến các đặc tính truyền nhiệt của vật liệu cách điện dẫn nhiệt và phù hợp với việc kiểm tra trở kháng TIM và độ dẫn nhiệt biểu kiến.
Cách chọn tấm đệm cách điện dẫn nhiệt cho MOSFET và IGBT
Nhiều MOSFET và IGBT cần được cách ly điện với bộ tản nhiệt hoặc vỏ kim loại. Đây là một trong những lý do quan trọng nhất để sử dụng tấm đệm cách điện dẫn nhiệt.
Kiểm tra độ bền điện môi
Độ bền điện môi cho biết vật liệu có thể chịu được mức ứng suất điện bao nhiêu trước khi đánh thủng. Đối với các thiết bị điện tử công suất, đây là thông số quan trọng đối với an toàn.
Các kỹ sư nên đặt câu hỏi:
- Miếng đệm phải cách ly ở mức điện áp bao nhiêu?
- Bộ tản nhiệt có được nối đất không?
- Tab của thiết bị có mang điện không?
- Có nhiều thiết bị dùng chung một bộ tản nhiệt không?
- Chiều dài đường rò hoặc khoảng cách hở có bị giới hạn không?
- Cần biên độ an toàn nào?
ASTM D149 là tài liệu tham chiếu quan trọng về điện áp đánh thủng điện môi và độ bền điện môi của vật liệu cách điện rắn.
Đánh giá điện áp đánh thủng ở độ dày sau cùng
Điện áp đánh thủng phụ thuộc vào độ dày vật liệu và điều kiện thử nghiệm. Một tấm đệm có thể cách điện tốt ở độ dày danh nghĩa, nhưng trong cụm lắp ráp thực tế, độ dày sau khi nén mới là yếu tố quyết định.
Nếu miếng đệm bị nén quá mức, biên cách điện có thể giảm. Nếu miếng đệm quá dày, điện trở nhiệt có thể tăng.
Bài viết của HakTak Tấm đệm tản nhiệt cách điện: Khi nào bạn cần chúng? Giải thích sự đánh đổi giữa nhiệt và điện này.
Tránh sử dụng chất độn dẫn điện khi cần cách điện
Một số vật liệu nhiệt có độ dẫn nhiệt cao sử dụng chất độn dẫn điện. Những vật liệu này có thể không phù hợp ở những vị trí cần cách điện.
Đối với thiết bị điện tử công suất, miếng đệm chứa chất độn gốm cách điện thường được ưu tiên khi cần cách ly điện áp.
Cách chọn độ dày miếng đệm tản nhiệt cho mô-đun công suất
Độ dày của tấm đệm tản nhiệt ảnh hưởng đến cả điện trở nhiệt và độ phù hợp khi lắp đặt.
Đo khoảng hở
Không nên chỉ chọn độ dày tấm đệm dựa trên kích thước danh nghĩa CAD. Hãy đo hoặc tính toán:
- Khoảng cách tối thiểu
- Khoảng cách danh nghĩa
- Khoảng cách tối đa
Bao gồm:
- Dung sai của vỏ linh kiện
- Chiều cao mối hàn
- Độ dày PCB
- Độ phẳng của tản nhiệt
- Dung sai lắp ghép
- Biến động lực siết ốc
- Sự giãn nở vì nhiệt
Bài viết của HakTak Cách chọn độ dày miếng tản nhiệt cho các thiết bị điện tử cung cấp quy trình thực tế cho bước này.
Chọn miếng đệm mỏng nhất đáng tin cậy
Nhìn chung, miếng đệm mỏng hơn giúp giảm trở nhiệt. Tuy nhiên, miếng đệm vẫn phải lấp đầy khe hở và duy trì tiếp xúc khi dung sai thay đổi.
Mục tiêu là:
Sử dụng miếng đệm mỏng nhất có thể lấp đầy khe hở trong trường hợp xấu nhất và vẫn an toàn tại khe hở tối thiểu.
Cân nhắc độ dày lớp liên kết cuối cùng
Độ dày đường liên kết là độ dày cuối cùng sau khi nén. Thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến điện trở nhiệt.
Đối với đường truyền nhiệt đơn giản hóa:
R = t / (k × A)
Ở đâu:
- R độ cản nhiệt
- t là độ dày cuối cùng
- k dẫn nhiệt
- A là diện tích tiếp xúc
Bài viết của HakTak Độ dày đường keo ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất nhiệt giải thích tại sao BLT lại quan trọng.
Cần nén miếng đệm tản nhiệt bao nhiêu cho thiết bị điện tử công suất?
Việc nén giúp miếng đệm tiếp xúc và giảm các khe hở không khí, nhưng nén quá mức có thể làm hỏng cụm lắp ráp.
Rủi ro do nén chưa đủ
Độ nén quá ít có thể gây ra:
- Khoảng hở không khí
- Điện trở tiếp xúc cao
- Các điểm nóng
- Độ lặp lại kém
- Kết quả kiểm tra không ổn định
Hiện tượng nén chưa đủ thường xảy ra khi miếng đệm quá mỏng, quá cứng hoặc áp lực lắp ráp quá thấp.
Nguy cơ nén quá mức
Nén quá mức có thể gây ra:
- Uốn cong PCB
- Nứt linh kiện
- Ứng suất mối hàn
- Biến dạng vỏ nhà
- Đùn đệm
- Độ dày điện môi giảm
- Độ biến dạng vĩnh viễn do nén dài hạn
Đối với thiết bị điện tử công suất, việc nén quá mức có thể trở thành vấn đề về độ tin cậy cả về nhiệt lẫn điện.
Tính độ nén tại khe hở tối thiểu và tối đa
Tỷ số nén cần được tính toán ở các điều kiện khe hở tối thiểu, danh nghĩa và tối đa. Bài viết của HakTak Tỷ lệ nén miếng tản nhiệt: Bao nhiêu là đủ? giải thích quy trình này.
Tấm đệm tản nhiệt mềm và cứng cho thiết bị điện tử công suất
Độ cứng của miếng đệm nhiệt ảnh hưởng đến lực nén, chất lượng tiếp xúc và ứng suất cơ học.
Khi nào Tấm tản nhiệt mềm tốt hơn
Miếng đệm mềm hữu ích khi:
- Áp suất bị hạn chế
- Các linh kiện rất dễ vỡ
- Độ phẳng bề mặt kém
- Dung sai khe hở rộng
- Phải giảm thiểu tối đa việc uốn cong bảng mạch in (PCB)
Các miếng đệm mềm có thể cải thiện độ tiếp xúc ở áp suất thấp hơn, nhưng có thể khó thao tác hơn hoặc kém ổn định kích thước hơn.
Khi miếng đệm tản nhiệt cứng hơn là lựa chọn tốt hơn
Các miếng đệm cứng hơn có thể phù hợp khi:
- Khe hở được kiểm soát chặt chẽ
- Có khả năng chịu nén cao
- Yêu cầu bố trí chi tiết bế
- Độ ổn định kích thước rất quan trọng
- Độ sạch sau khi gia công lại rất quan trọng
Tuy nhiên, miếng đệm cứng vẫn phải nén đủ để tạo tiếp xúc tốt.
Bài viết của HakTak Miếng đệm tản nhiệt mềm và cứng: Loại nào tốt hơn? trình bày chi tiết hơn về quyết định lựa chọn này.
ASTM D2240 là tài liệu tham chiếu quan trọng về độ cứng durometer của cao su.
Các đặc tính quan trọng của miếng đệm tản nhiệt dùng cho thiết bị điện công suất
| Tài sản | Tại sao điều đó quan trọng | Ghi chú lựa chọn |
| Độ dẫn nhiệt | Khả năng truyền nhiệt của màn hình | W/mK cao hơn chỉ có lợi khi kiểm soát được tiếp xúc và độ dày |
| Trở kháng nhiệt | Phản ánh hiệu suất giao diện thực tế | Tiêu chí đo lường tốt hơn để lựa chọn cuối cùng |
| Độ dày | Điều khiển lấp đầy khe hở và điện trở | Lựa chọn dựa trên khoảng cách tối thiểu/danh định/tối đa |
| Độ cứng | Ảnh hưởng đến lực nén | Phù hợp với áp suất hiện có |
| Độ bền điện điện môi | Hỗ trợ cách ly điện áp | Thiết yếu đối với MOSFET, IGBT và mô-đun công suất |
| Điện áp đánh thủng | Hiển thị giới hạn cách điện | Xác thực sau khi nén |
| Độ biến dạng vĩnh viễn sau nén | Cho biết khả năng phục hồi lâu dài | Quan trọng đối với chu kỳ nhiệt |
| Nhiệt độ hoạt động | Xác định độ ổn định của vật liệu | Phù hợp với thiết bị và môi trường |
| Tính dễ cháy | Có thể được yêu cầu để chứng nhận | Kiểm tra các yêu cầu an toàn của hệ thống |
| Độ dính bề mặt | Ảnh hưởng đến thao tác lắp ráp | Hữu ích nhưng không thay thế cho việc nén |
So sánh tấm dẫn nhiệt với mỡ tản nhiệt, PCM, keo trám và vật liệu đổ bọc dùng cho điện tử công suất
Tấm dẫn nhiệt không phải lúc nào cũng là lựa chọn duy nhất.
Miếng đệm tản nhiệt so với keo tản nhiệt
Keo tản nhiệt có thể tạo ra độ dày lớp liên kết rất thấp, nhưng không có khả năng cách điện trừ khi được pha chế chuyên biệt cho mục đích này, đồng thời không thể kiểm soát độ dày như tấm đệm tản nhiệt.
Mỡ bôi trơn có thể phù hợp hơn với các bề mặt tiếp xúc mỏng, phẳng và được kẹp chặt. Miếng đệm có thể phù hợp hơn khi cần cách điện, lấp đầy khe hở và lắp ráp sạch sẽ.
Miếng đệm tản nhiệt so với Miếng đệm tản nhiệt PCM
Miếng đệm tản nhiệt PCM mềm ra ở nhiệt độ vận hành và cải thiện khả năng làm ướt. Sau khi được kích hoạt, chúng có thể được thao tác sạch sẽ và tạo tiếp xúc tốt.
Bài viết của HakTak Giải thích về Miếng đệm tản nhiệt chuyển đổi pha (PCM) giải thích cách vật liệu chuyển pha hoạt động.
Tấm tản nhiệt so với keo tản nhiệt dạng bột nhão
Keo tản nhiệt dạng nhão phù hợp khi các khe hở không đồng đều hoặc chiều cao linh kiện thay đổi. Tấm đệm phù hợp hơn khi khe hở được kiểm soát và có độ lặp lại.
Xem hướng dẫn của HakTak Keo tản nhiệt dạng đất nặn (Thermal Putty) vs Miếng đệm tản nhiệt (Thermal Pad): Cách lựa chọn cho các khe hở không đều.
Tấm tản nhiệt và hợp chất đúc
Vật liệu đúc bao bọc giúp bao bọc, bảo vệ và truyền nhiệt. Chúng hữu ích khi linh kiện cần được bảo vệ khỏi tác động của môi trường, nhưng không dễ sửa chữa lại như các miếng đệm.
Thử nghiệm độ tin cậy của miếng đệm tản nhiệt trong điện tử công suất
Miếng đệm tản nhiệt cho thiết bị điện tử công suất cần được kiểm định trong các điều kiện thực tế.
Recommended tests include:
- Thermal impedance at realistic pressure
- Độ bền điện môi sau khi nén
- Lão hóa nhiệt độ cao
- Chu kỳ nhiệt
- Tắt và bật lại nguồn
- Rung động
- Độ biến dạng vĩnh viễn sau nén
- Tiếp xúc với độ ẩm
- Đánh giá khả năng sửa lại
- Kiểm tra nhiệt độ thiết bị
ISO 22007-2 covers the transient plane heat source method for thermal conductivity and diffusivity testing of plastics.
Standard test data is useful, but application-level testing is still necessary. Real assemblies include torque variation, surface roughness, gap tolerance, and aging effects that datasheets may not capture.
Application-Specific Selection Guide
| Ứng dụng | Priority | Recommended Focus |
| MOSFET heat sink interface | Insulation and low thermal resistance | Dielectric strength, thin BLT, pressure control |
| IGBT module | Cách nhiệt và cách điện ở nhiệt độ, điện áp cao | Trở kháng nhiệt, điện áp đánh thủng, độ bền chu kỳ |
| Bộ biến tần EV | Độ tin cậy trong điều kiện chu kỳ và rung động | Độ biến dạng nén dư, biên độ điện môi, lão hóa |
| Nguồn điện | Tiếp điểm tản nhiệt cách điện | Độ dày, khả năng cách điện, tính dễ cháy |
| Bộ truyền động động cơ công nghiệp | Môi trường khắc nghiệt | Dải nhiệt độ, độ rung, tiếp xúc lâu dài |
| LED bộ truyền động | An toàn nhiệt và điện | Miếng đệm mỏng, cách điện, tuổi thọ cao |
| Mô-đun nguồn viễn thông | Vận hành liên tục | Lão hóa nhiệt, độ ổn định khi nén |
Những sai lầm thường gặp khi chọn miếng đệm tản nhiệt cho thiết bị điện tử công suất
Sai lầm đầu tiên là chỉ lựa chọn dựa trên độ dẫn nhiệt. Miếng đệm có chỉ số W/mK cao vẫn có thể không đáp ứng yêu cầu nếu quá dày, quá cứng hoặc không được nén đúng mức.
Sai lầm thứ hai là bỏ qua khả năng cách điện. Thiết bị điện tử công suất thường yêu cầu kiểm tra độ bền điện môi và điện áp đánh thủng.
Sai lầm thứ ba là chỉ sử dụng giá trị khe hở danh nghĩa. Điều kiện khe hở tối thiểu và tối đa có thể gây nén quá mức hoặc nén không đủ.
Sai lầm thứ tư là bỏ qua độ dày sau khi nén cuối cùng. Độ dày cuối cùng ảnh hưởng đến cả nhiệt trở và khả năng cách điện.
Sai lầm thứ năm là chỉ kiểm tra nhiệt độ ban đầu. Chu kỳ nhiệt, quá trình lão hóa và rung động có thể làm thay đổi độ tiếp xúc của miếng đệm theo thời gian.
Sai lầm thứ sáu là sử dụng miếng đệm dẫn nhiệt trong khi vật liệu trét, PCM, mỡ tản nhiệt hoặc vật liệu đổ bọc sẽ phù hợp hơn.
Sai lầm thứ bảy là cho rằng một loại miếng đệm có thể phù hợp với mọi ứng dụng điện tử công suất. MOSFET, IGBT, bộ nghịch lưu EV và các driver LED có thể có những yêu cầu rất khác nhau.
Góc nhìn HakTak
Tại HakTak, tấm đệm dẫn nhiệt dùng cho thiết bị điện tử công suất được xem là các thành phần trong thiết kế nhiệt, điện và cơ khí. Tấm đệm phải truyền nhiệt, bảo đảm cách điện an toàn khi cần thiết, chịu nén đúng mức và duy trì hiệu năng theo thời gian.
Để lựa chọn vật liệu chính xác, các kỹ sư nên cung cấp:
- Loại thiết bị: MOSFET, IGBT, điốt, mô-đun, bộ biến đổi, bộ nghịch lưu
- Tải nhiệt hoặc tổn hao công suất
- Khu vực liên hệ
- Khe hở tối thiểu, danh định và tối đa
- Độ bền điện hoặc điện áp đánh thủng yêu cầu
- Vật liệu tản nhiệt hoặc vỏ máy
- Áp suất khả dụng hoặc lực siết ốc
- Độ phẳng bề mặt
- Dải nhiệt độ hoạt động
- Yêu cầu về chu kỳ nhiệt và độ rung
- Yêu cầu về tính cháy hoặc an toàn
- Phương pháp sản xuất và nhu cầu bế khuôn
Dựa trên những thông tin này, nhà cung cấp có thể đề xuất chính xác hơn về độ dày, độ cứng, cấp độ dẫn nhiệt, phạm vi nén và đặc tính cách điện của tấm đệm.
Tấm tản nhiệt tốt nhất cho thiết bị điện tử công suất không phải là loại có chỉ số W/mK cao nhất, mà là loại duy trì trở kháng nhiệt thấp ổn định và cách điện an toàn trong cụm lắp ráp hoàn chỉnh.
Kết luận
Việc lựa chọn pad tản nhiệt cho thiết bị điện tử công suất đòi hỏi phải cân bằng giữa khả năng truyền nhiệt, cách điện, độ nén, độ dày, độ cứng và độ tin cậy.
Hãy bắt đầu từ giao diện thực tế: tải nhiệt, phạm vi khe hở, diện tích tiếp xúc, yêu cầu cách điện điện áp, áp lực hiện có, nhiệt độ vận hành và yêu cầu về tuổi thọ. Sau đó, hãy so sánh các tấm đệm tiềm năng dựa trên trở kháng nhiệt, độ bền điện môi, độ dày sau nén, độ biến dạng dư do nén và thử nghiệm ở cấp ứng dụng.
Đối với MOSFET, IGBT, bộ nghịch lưu EV, bộ nguồn và bộ truyền động công nghiệp, miếng đệm tản nhiệt không chỉ là vật liệu chèn lấp. Đây là một phần của hệ thống đảm bảo độ tin cậy cho thiết bị điện tử công suất.
Miếng đệm tản nhiệt phù hợp giúp thiết bị luôn mát, an toàn về điện, ổn định về cơ học và đáng tin cậy trong suốt quá trình sản xuất cũng như vận hành lâu dài.
Câu hỏi thường gặp
Miếng đệm tản nhiệt nào phù hợp nhất cho thiết bị điện tử công suất?
Miếng đệm dẫn nhiệt phù hợp nhất phụ thuộc vào tải nhiệt, kích thước khe hở, khả năng cách điện, lực nén, độ dày, độ cứng và yêu cầu về độ tin cậy. Không có loại miếng đệm nào là tốt nhất cho mọi ứng dụng.
Thiết bị điện tử công suất có cần miếng đệm dẫn nhiệt cách điện không?
Thường là có. MOSFET, IGBT, biến tần và bộ nguồn có thể cần cách điện giữa linh kiện với bộ tản nhiệt hoặc vỏ kim loại.
Độ dẫn nhiệt W/mK cao hơn có phải lúc nào cũng tốt hơn đối với tấm đệm tản nhiệt cho thiết bị điện tử công suất không?
Không. W/mK cao hơn chỉ có ích khi độ dày, độ nén và chất lượng tiếp xúc được kiểm soát. Trở kháng nhiệt thường là thông số hữu ích hơn.
Miếng đệm tản nhiệt cho mô-đun công suất nên có độ dày bao nhiêu?
Miếng đệm phải đủ dày để lấp đầy khe hở tối đa, nhưng đủ mỏng để giảm thiểu trở nhiệt. Kỹ sư cần tính toán độ nén trong toàn bộ phạm vi dung sai của khe hở.
Miếng đệm dẫn nhiệt cần được nén ở mức nào?
Cần đủ lực nén để tạo tiếp xúc hoàn toàn và giảm các khe hở không khí mà không làm cong PCB, gây hư hỏng linh kiện hoặc làm giảm biên độ điện môi.
Độ bền điện môi trong tấm đệm tản nhiệt là gì?
Độ bền điện môi mô tả mức ứng suất điện mà vật liệu có thể chịu được trước khi bị đánh thủng. Đây là đặc tính quan trọng đối với các miếng đệm cách điện trong thiết bị điện tử công suất.
Miếng đệm dẫn nhiệt mềm có phù hợp với thiết bị điện tử công suất không?
Miếng đệm mềm hữu ích khi lực ép bị hạn chế hoặc các linh kiện dễ hư hỏng. Miếng đệm cứng hơn có thể phù hợp hơn khi khoảng hở được kiểm soát và độ ổn định trong quá trình thao tác là yếu tố quan trọng.
Tôi nên dùng keo tản nhiệt hay miếng đệm tản nhiệt cho MOSFET?
Sử dụng mỡ cho các bề mặt tiếp xúc mỏng, phẳng và được kẹp chặt. Sử dụng miếng đệm khi cần cách điện, lấp đầy khe hở và lắp ráp sạch sẽ.
Cần thực hiện những thử nghiệm nào trước khi sản xuất?
Kiểm tra trở kháng nhiệt, độ bền điện môi, độ dày cuối cùng, độ nén, chu kỳ nhiệt, độ rung, lão hóa và nhiệt độ thiết bị trên cụm lắp ráp thực tế.
Miếng đệm tản nhiệt có thể thay thế hợp chất đổ bầu không?
Không phải lúc nào cũng vậy. Tấm đệm tạo khả năng truyền nhiệt tại bề mặt tiếp xúc, trong khi hợp chất đúc bọc giúp bao bọc và bảo vệ khỏi tác động của môi trường.
