Tấm tản nhiệt chuyển pha (PCM) là gì và chúng hoạt động như thế nào?

Bát nhiệt PCM là một vật liệu giao diện nhiệt có thể chuyển pha mỏng đủ chắc chắn để hoạt động ở nhiệt độ phòng. Khi thiết bị nóng lên, vật liệu này sẽ mềm ra và làm ẩm các khe hẹp giữa chip và bề mặt làm mát của nó. Việc tiếp xúc tốt hơn này giúp nhiệt truyền qua giao diện với ít sức cản hơn.

Nó nghe có vẻ hơi giống như chất dán nhiệt dạng miếng. Đúng vậy, nhưng không phải là toàn bộ câu chuyện. Một miếng dán có thể thay đổi trạng thái cần nhiệt độ, áp suất và hình dạng giao diện phù hợp trước khi có thể hoạt động tốt nhất. Nó thường được thiết kế cho các khớp nối mỏng và được kẹp chặt. Nó không được thiết kế để lấp đầy khoảng cách có kích thước hàng nghìn mili-mét giữa các thành phần có độ cao khác nhau và thân máy.

Hướng dẫn này giải thích về chu trình làm việc, các thông số kỹ thuật quan trọng và các trường hợp hỏng hóc dễ bị bỏ qua. Chúng tôi cũng sẽ so sánh PCM với dầu mỡ và miếng đệm khe hở thông thường, sau đó xây dựng quy trình lựa chọn và thử nghiệm thực tế cho các thiết bị điện tử thực tế.

PCM Thermal Pad là gì?

Bát nhiệt PCM là một cấu trúc chuyển pha được định hình sẵn được sử dụng giữa thành phần tạo nhiệt và bộ tản nhiệt, tấm tản nhiệt hoặc tấm lạnh. Nó duy trì ổn định trong quá trình lưu trữ và lắp đặt, sau đó mềm lại trong phạm vi nhiệt độ được thiết kế. Khi chịu áp lực lắp đặt, vật liệu mềm lại sẽ phù hợp với độ nhám bề mặt siêu nhỏ và giảm thiểu không khí bị mắc kẹt tại giao điểm.

PCM là viết tắt của vật liệu chuyển pha. Trong lĩnh vực điện tử, tên gọi này có thể gây nhầm lẫn. Đây không phải là vật liệu tương tự được sử dụng để lưu trữ nhiệt từ mặt trời trong tường của một tòa nhà hay để giữ lạnh một gói thuốc y tế. Nó cũng không liên quan đến bộ nhớ máy tính chuyển đổi pha. Trong trường hợp này, PCM là một giao diện nhiệt có độ đồng nhất vật lý thay đổi khi thiết bị nóng lên.

Nhiều sản phẩm hiện đại có tính đàn hồi hơn hoặc trở nên giống sáp thay vì biến thành chất lỏng loãng. Một số công thức có thể nhìn thấy được sự tan chảy. Những loại khác cho thấy sự chuyển đổi rộng hơn. Do đó, có thể nói rằng “sự thay đổi pha” là thuật ngữ viết tắt hữu ích, nhưng dữ liệu kỹ thuật về loại sản phẩm cụ thể vẫn rất quan trọng.

Thực chất vật liệu bên trong là gì?

Giao diện nhiệt PCM thông thường kết hợp vật liệu chuyển đổi pha với chất độn dẫn nhiệt. Vật liệu có thể là polymer, sáp parafin hoặc hệ hydrocarbon tổng hợp. Các hạt gốm hoặc các hạt dẫn điện khác tạo ra một đường dẫn xuyên qua vật liệu. Tùy thuộc vào sản phẩm, cấu tạo cũng có thể bao gồm:

• Một vật mang hoặc vật gia cố mỏng để vận chuyển.
• Một lớp lót giấy dán trên một hoặc cả hai mặt.
• Một lớp nhạy áp lực để lắp đặt trước khi lắp ráp.
• Cách điện điện hoặc một dạng vật liệu dẫn điện.
• Một lớp phủ được áp dụng lên lá kim loại, màng phim hoặc các chất nền khác.

Các đặc tính của vật liệu này thay đổi nhiều hơn so với độ dẫn điện. Nó ảnh hưởng đến nhiệt độ chuyển tiếp, kiểm soát dòng chảy, việc loại bỏ lớp lót, việc thoát ra, hiệu suất điện môi và cách thức hoạt động của giao diện sau hàng nghìn chu kỳ nóng và lạnh.

Nếu bạn cần hình ảnh tổng thể hơn trước tiên, hướng dẫn của Haktak sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn. các loại vật liệu giao diện nhiệt chính giải thích nơi các miếng lót, chất bôi trơn, gel, chất trám và các sản phẩm chuyển pha phù hợp.

Bảng cách nhiệt PCM hoạt động như thế nào?

Một miếng PCM hoạt động thông qua một chuỗi quy trình được điều khiển. Nó được đặt khi còn lạnh, nén chặt giữa các bề mặt tương thích và được làm nóng đến nhiệt độ thích hợp. Vật liệu này mềm đi, làm ẩm các điểm cao và thấp siêu nhỏ và tạo thành một đường liên kết hiệu quả mỏng hơn. Khi lắp ráp nguội đi, nó trở nên ổn định hơn trong khi vẫn duy trì được giao diện đồng nhất đã được tạo ra trong quá trình gia nhiệt.

1. Bảng lót được đặt khi nó đã cứng lại

Ở nhiệt độ phòng, vật liệu có thể được cung cấp dưới dạng tấm, cuộn hoặc khuôn sẵn. Điều này giúp việc đặt vật liệu trở nên dễ dàng hơn so với việc đổ dầu nhờn. Một lớp lót bảo vệ bề mặt chức năng cho đến khi lắp ráp, và phần vật liệu có thể bao gồm các lỗ, khuy đuôi và các cấu trúc ngăn cách.

Việc xử lý chặt chẽ là một lợi thế trong quá trình sản xuất, nhưng các màng PCM mỏng vẫn có thể bị nhăn, giãn hoặc rách. Người vận hành nên tránh để vân tay và các hạt vật chất dính vào. Việc đặt vị trí tự động cũng cần có một khung thời gian ổn định để loại bỏ lớp lót và đủ điều kiện để vật liệu tránh tiếp xúc với các đầu nối hoặc tiếp điểm tiếp xúc.

2. Áp lực lắp đặt tạo ra sự liên kết

Bộ tản nhiệt được kẹp vào thành phần bằng các ốc vít, lò xo, kẹp hoặc khung mô-đun. Áp lực sẽ làm các bề mặt dính lại với nhau và cho vật liệu đã được làm mềm một nơi nào đó có thể sử dụng sau này.

Bước này dễ bị đánh giá thấp. PCM không thể sửa chữa các tấm tản nhiệt bị nghiêng, các phần đính kèm bị lỏng hoặc đế tản nhiệt bị cong nặng. Áp suất không đều có thể tạo ra một góc nóng và một góc lạnh ngay cả khi chất liệu của tấm tản nhiệt vẫn ổn.

3. Nhiệt độ đạt đến dải chuyển tiếp

Khi thiết bị bắt đầu hoạt động, giao diện sẽ nóng lên. Khi đạt đến vùng chuyển tiếp của vật liệu, PCM sẽ mất độ cứng và bắt đầu làm ướt các bề mặt tiếp xúc một cách toàn diện hơn. Quá trình chuyển tiếp có thể diễn ra trong vài độ thay vì chỉ ở một mức độ nhất định.

Thiết bị phải đến được khu vực đó một cách an toàn. Một vật liệu PCM được chọn với nhiệt độ chuyển đổi cao hơn phạm vi hoạt động bình thường của hệ thống có thể không bao giờ hoạt động đúng cách. Mặt khác, một vật liệu mềm quá sớm có thể gây ra các vấn đề về xử lý, lưu trữ hoặc kiểm soát cạnh.

4. Vật liệu mềm mại lấp đầy các thung lũng có kích thước siêu nhỏ

Các bề mặt kim loại và chất bán dẫn được gia công có thể trông bóng mượt, nhưng khi phóng đại chúng trông giống như những ngọn đồi và thung lũng nhỏ. Các bề mặt khô phần lớn tiếp xúc ở những điểm cao nhất của chúng. Các thung lũng chứa không khí, đây là chất dẫn nhiệt kém.

Khi PCM bị làm mềm dưới áp lực, nó sẽ lan rộng ra các bất thường nông này. Diện tích tiếp xúc với chất liệu càng lớn hơn, và lượng không khí còn lại trong đường dẫn nhiệt càng ít. Đây là hiện tượng ướt bề mặt. Đây là một trong những lý do khiến vật liệu có độ dẫn điện vừa phải có thể hoạt động tốt trong giao diện hoàn thiện.

5. Đường dây liên kết trở nên mỏng hơn

Khi độ ẩm được cải thiện, áp lực khi lắp đặt giúp vật liệu lắng xuống thành một lớp mỏng cuối cùng. Nhiệt giờ này có ít độ dày vật liệu để xuyên qua. Phần vật liệu dư thừa có thể di chuyển về phía các cạnh, vì vậy hình dạng của phần và lượng vật liệu được cung cấp phải cho phép loại bỏ vật liệu một cách kiểm soát mà không gây ô nhiễm các chi tiết xung quanh.

Độ dày tấm vật liệu được cung cấp không phải lúc nào cũng giống với độ dày của đường nối cuối cùng. Giá trị cuối cùng này phụ thuộc vào áp suất, độ phẳng, hành vi chuyển tiếp, độ hoàn thiện bề mặt và các thiết bị dừng cơ học. Giải thích của Haktak về vấn đề này chiều dày lớp keo ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất nhiệt đi sâu vào mối quan hệ này hơn.

6. Việc làm mát ổn định các giao diện đã được định hình

Khi thiết bị nguội đi, PCM trở nên cứng lại. Nó không trở về trạng thái nguyên vẹn không sử dụng trước đây. Nó đã bám dính vào các bề mặt và tạo thành một đường liên kết hoạt động.

Điều này rất hữu ích trong quá trình đạp xe thông thường. Nó cũng giải thích lý do tại sao việc tái sử dụng thường là một ý tưởng tồi. Việc tháo rời máy làm mát có thể làm rách, giãn ra hoặc làm ô nhiễm lớp bảo vệ đã được thiết lập. Ngay cả khi các miếng còn nguyên vẹn, độ dày và diện tích ban đầu cũng không còn được kiểm soát nữa.

Tại sao độ ẩm trên bề mặt lại quan trọng hơn số W/mK lớn?

Nhiệt phải vượt qua cả khối lượng PCM và hai ranh giới vật liệu: từ thành phần đến PCM, sau đó là từ PCM đến bộ tản nhiệt. Giá trị độ dẫn nhiệt cao không thể bù đắp cho không khí bị mắc kẹt, áp suất yếu hoặc đường liên kết dày. Vì lý do này, chỉ số kháng nhiệt đo ở độ dày, áp suất và nhiệt độ phù hợp thường cho biết nhiều về giao diện thực sự hơn là chỉ số W/mK một mình.

Hãy tưởng tượng hai viên gạch lát nền khô đặt đối diện nhau. Chúng chạm vào nhau ở những nơi cao, chứ không phải ở mọi điểm vuông inch. Một lớp mỏng giữa chúng hoạt động tương tự như vữa mịn. Nó lấp đầy những chỗ thấp nông để hai bên có thể trao đổi nhiệt qua nhiều phần của khu vực.

Quan hệ cơ bản có thể được giữ đơn giản:

Kháng tổng của giao diện = Kháng của lớp mỏng + Kháng tiếp xúc ở cả hai bề mặt

Tính dẫn điện khối lượng chỉ đề cập đến phần đầu tiên. Độ hoàn thiện bề mặt, áp suất, độ ướt và sự nhiễm bẩn ảnh hưởng đến các điều kiện tiếp xúc. Độ dày cuối cùng cũng ảnh hưởng đến khoảng cách truyền nhiệt qua vật liệu.

Đó là lý do tại sao dữ liệu của các thương hiệu khác nhau cần có bối cảnh. Hai nhà cung cấp có thể báo cáo độ dẫn điện bằng các thiết bị, nhiệt độ, áp suất hoặc phương pháp tính toán khác nhau. Mặc dù có số hiệu sản phẩm ấn tượng, nhưng vẫn có thể thua kém một vật liệu có số hiệu thấp hơn, tạo ra một giao diện mỏng hơn và bám tốt hơn.

Để hiểu rõ hơn, xem Tại sao chỉ số điện trở nhiệt và độ dẫn nhiệt không thể thay thế nhau.

Máy PCM Pad có bị nóng không và cần phải trải qua quá trình đốt nóng trước khi sử dụng không?

Nhiều miếng lót nhiệt PCM sẽ chuyển sang trạng thái giống sáp thay vì trở thành chất lỏng có thể chảy tự do. Một chu trình gia nhiệt đầu tiên được kiểm soát có thể giúp vật liệu đạt đến vùng chuyển tiếp, làm ẩm cả hai bề mặt và ổn định ở đường liên kết hoạt động. Nhiệt độ, thời gian và áp suất cần thiết sẽ phụ thuộc vào từng sản phẩm và phải nằm trong giới hạn an toàn của thiết bị.

Người ta thường gọi quá trình kích hoạt đầu tiên này là “burn-in”. Từ ngữ này không chính thức. Nó không có nghĩa là thiết bị điện tử phải được đưa vào nhiệt độ áp suất bất kỳ trong nhiều giờ. Nó chỉ có nghĩa là giao diện được lắp đặt phải trải qua một điều kiện nhiệt độ nhất định, cho phép PCM chuyển đổi khi chịu tải được định nghĩa.

Ví dụ, một viên chức Thông tin chi tiết về ứng dụng TIM thay đổi pha của Infineon Miêu tả yêu cầu sưởi ấm đầu tiên cụ thể cho từng sản phẩm đối với hệ thống mô-đun năng lượng của mình. Đây là bằng chứng hữu ích về nguyên tắc. Nó không phải là một công thức chung áp dụng cho mọi tấm PCM.

Hiệu suất có thể thay đổi một chút trước và sau khi kích hoạt vì giao diện chưa được tiếp xúc không hoàn toàn được làm ẩm. Các bản lề và bộ phận làm mát cũng có thể bị lệch vị trí do sự thay đổi nhiệt độ. Để có thể thực hiện thử nghiệm một cách lặp đi lặp lại, các kỹ sư nên xác định chuỗi điều kiện trước khi so sánh nhiệt độ.

Ba quy tắc này giúp đảm bảo tính hợp lý của việc này:

• Hãy sử dụng dữ liệu chuyển đổi của nhà cung cấp vật liệu, không phải là số được sao chép từ một sản phẩm tiêu dùng không liên quan.
• Phải duy trì áp suất lắp đặt được chỉ định trong suốt quá trình kích hoạt.
• Không bao giờ vượt quá giới hạn nhiệt độ của thành phần hoặc bộ phận để làm mềm TIM.

Băng nhiệt PCM vs Dán nhiệt vs Băng nhiệt thông thường

PCM nằm giữa hai định dạng TIM quen thuộc. Nó được lắp đặt giống như một miếng đệm đã được định hình sẵn, sau đó phát triển thành chất bôi trơn giống như mỡ khi được nung nóng. Chất bôi trơn nhiệt sẽ bôi trơn ngay lập tức và phù hợp với các khớp nối rất mỏng. Một miếng đệm khe hở thông thường mềm hơn có thể xử lý các khe hở lớn hơn và sự thay đổi chiều cao của thành phần. Không có loại miếng đệm khe hở nào là phù hợp nhất vì chúng giải quyết các vấn đề cơ học khác nhau.

Khi PCM trở nên có ý nghĩa

Một bo mạch chủ hoặc GPU phẳng được đặt dưới quạt làm mát có kiểm soát tốt là một giao diện PCM hợp lý. Cũng có thể kể đến là bo mạch chủ của bộ nguồn được kẹp vào một tấm tản nhiệt gia công. Trong cả hai trường hợp, khoảng cách giữa hai phần là rất hẹp, áp suất được định nghĩa và toàn bộ hệ thống sẽ trở nên nóng đến mức đủ để kích hoạt vật liệu.

PCM cũng rất hữu ích khi sự chuyển động của dầu mỡ hoặc độ đồng nhất của việc phân phối gây ra sự khó khăn. Một phần được định hình sẵn sẽ cố định vùng phủ ban đầu và loại bỏ một yếu tố biến đổi khỏi dây chuyền lắp ráp.

Khi dầu mỡ trở nên hợp lý hơn

Dầu nhờn rất hữu ích khi cần làm ướt ngay lập tức, một quy trình phân phối có kiểm soát đã tồn tại và giao diện vẫn còn mỏng. Nó cũng có thể phù hợp với thiết bị không bao giờ đủ nóng để chuyển đổi PCM đã chọn.

Thái độ lâu dài vẫn quan trọng. Việc vận hành nhiệt có thể đẩy một số loại mỡ ra khỏi phần nóng nhất của một giao diện. Bài viết của Haktak về Việc xả dầu bôi trơn nhiệt và cách giảm thiểu nó Giải thích cơ chế hoạt động mà không cho rằng mọi loại dầu đều có thể hỏng theo cùng một cách.

Khi một pad thông thường có ý nghĩa hơn

Giả sử các gói nhớ, cuộn cảm và bộ điều khiển nằm ở độ cao khác nhau bên dưới một vỏ kim loại. Đó là một công việc đòi hỏi phải lấp đầy khoảng cách. Một lớp phim PCM mỏng không thể trải dài qua các độ sai lệch về độ dày chỉ vài milimet mà vẫn duy trì được sự tiếp xúc ở mọi vị trí.

Trong trường hợp này, hãy sử dụng một miếng mềm mặt nệm nhiệt được thiết kế để đo lường khoảng cách giữa thành phần và thân máy hoặc hãy cân nhắc việc sử dụng một chất trám khe hở không cần thiết. Việc xếp chồng các tấm PCM không phải là cách shortcut thông minh. Nó tạo ra các giao diện không chắc chắn giữa các lớp và phá hỏng thiết kế có lớp dán mỏng.

Các miếng lót nhiệt PCM hoạt động tốt nhất ở đâu?

Các miếng cách nhiệt PCM hoạt động tốt nhất trên các bề mặt mỏng, phẳng và được kẹp chắc chắn, tiếp cận phạm vi chuyển đổi của vật liệu trong quá trình hoạt động. Chúng hữu ích khi cần vị trí sạch, phủ kín và tiếp xúc lâu dài. Chúng không phù hợp với các khoảng cách lớn, độ phẳng không ổn định nghiêm trọng, áp lực kẹp yếu hoặc thiết bị quá lạnh để kích hoạt chúng.

CPU, GPU và bộ tăng tốc AI

Bộ xử lý và bộ gia tốc có thể tạo ra luồng nhiệt lớn nhờ diện tích die nhỏ. Một giao diện mỏng và được bôi trơn tốt giúp truyền nhiệt đó vào một bộ tản nhiệt tích hợp, buồng hơi hoặc tấm tản nhiệt. Do đó, PCM thường được đề cập trong các cuộc thảo luận về máy tính xách tay chơi game, máy chơi game, card đồ họa, máy chủ và phần cứng AI.

Các kỹ sư vẫn quyết định kết quả cuối cùng. Việc lựa chọn chất liệu khuôn, độ phẳng của khuôn, tải trọng lắp đặt và các thành phần xung quanh đều cần được xem xét kỹ lưỡng. Một PCM hoạt động trên bo mạch CPU của máy tính xách tay không nhất thiết là sự thay thế cho các miếng pad dày trên các thành phần bộ nhớ hoặc điều chỉnh điện áp.

Đối với bối cảnh ứng dụng, hướng dẫn của Haktak Các giao diện nhiệt cho các máy chủ AI và GPU công suất cao bao gồm mật độ nhiệt, tuổi thọ và khả năng tích hợp nhiều giao diện.

Các mô-đun điện và xe điện

Các mô-đun điện năng IGBT và MOSFET thường sử dụng giao diện từ nền tảng rộng đến tấm tản nhiệt. Các khuôn mẫu chuyển pha có thể đơn giản hóa quy trình thi công và giảm sự biến đổi trong quy trình liên quan đến việc sử dụng mỡ tay. Bộ biến tần, bộ sạc tích hợp, bộ chuyển đổi DC-DC và ổ đĩa công nghiệp là những ứng dụng phổ biến.

Diện tích lớn mang lại những thách thức riêng. Độ phẳng của tản nhiệt, trình tự lắp đặt các bu lông, độ cong của đế, hướng đứng và chu trình nhiệt đều có thể thay đổi sự phân bố áp suất. Một PCM của mô-đun điện nên được đánh giá là một phần của hệ thống lắp ráp hoàn chỉnh, không chỉ là một mẫu thử nghiệm nhỏ trong phòng thí nghiệm.

Thiết bị viễn thông, LED và công nghiệp

ASIC, module quang học, thiết bị RF và bảng đèn LED có thể hoạt động trong nhiều năm dưới tải nặng liên tục. PCM được định hình sẵn có thể hỗ trợ việc lắp đặt có thể lặp đi lặp lại và giảm sự lộn xộn trong quá trình lắp ráp. Nó cũng có thể phù hợp với các bộ điều khiển nhúng nhỏ gọn, nơi cần một giao diện mỏng được kẹp chặt vào một bộ spreader bằng nhôm hoặc đồng.

Các thiết bị ngoài trời cần được chăm sóc đặc biệt. Sự thay đổi nhiệt độ, độ rung, độ ẩm, lắp đặt theo chiều dọc và việc tiếp cận để bảo trì đều ảnh hưởng đến việc lựa chọn vật liệu. Cần kiểm tra độ cứng của lớp PCM để xác định hướng và cấu hình môi trường thực tế.

Trong trường hợp nên tránh việc sử dụng PCM

• Khoảng cách giữa các thành phần và khung máy ở quy mô milimet.
• Các bề mặt có nhiều thành phần có độ không đồng đều cao.
• Các giao diện không có tải trọng cố định đáng tin cậy.
• Các thiết bị vẫn ở dưới nhiệt độ chuyển tiếp.
• Các buổi họp thường xuyên được tổ chức để thực hiện các công việc thường ngày.
• Các vị trí mà việc ép ranh không thể được kiểm soát.

Các thông số kỹ thuật của miếng lót nhiệt PCM nào là quan trọng nhất?

Độ nóng độ lạnh, tính chối điện ở áp suất đã định, tính chất kết dính cuối cùng và tính chất điện thường hữu ích hơn so với chỉ số độ dẫn một lần. Vật liệu cũng phải chịu được các chu kỳ nhiệt độ, hướng đặt và quá trình sản xuất của quá trình lắp ráp mà không có sự chuyển động, nhiễm bẩn hoặc mất kết nối không kiểm soát được. Hãy đọc từng số cùng với các điều kiện thử nghiệm của nó.

Nhiệt độ chuyển đổi và khung thời gian hoạt động

Các thiết bị PCM sẽ trở nên mềm yếu trong các điều kiện thực tế mà thiết bị gặp phải. Kiểm tra các điều kiện khởi động, tải thông thường, tải thấp và tải cao. Một bộ tăng tốc máy chủ có thể hoạt động nhanh chóng, trong khi đó một cảm biến ngoài trời có thể hoạt động dưới phạm vi chuyển đổi trong phần lớn thời gian sử dụng của nó.

Không nên chọn nhiệt độ chuyển đổi thấp nhất theo mặc định. Giá trị thấp có thể làm giảm khả năng lưu trữ hoặc khiến vật liệu mềm hơn trong quá trình vận chuyển và lắp ráp. Mục tiêu hữu ích là một quá trình chuyển đổi được kiểm soát ở nhiệt độ dưới mức nhiệt độ giao tiếp nóng mong muốn nhưng cao hơn những điều kiện có thể gây ra dòng chảy không mong muốn.

Dữ liệu kỹ thuật cũng nên nêu rõ loại quá trình chuyển đổi dự kiến sẽ diễn ra. Tổng quan chính thức của Laird về vật liệu tản nhiệt chuyển pha Người viết lưu ý rằng nhiều sản phẩm hiện tại đều có tính mềm hơn là tan chảy hoàn toàn và giải thích tại sao áp lực, độ dày và độ ướt phải được xem xét cùng nhau. Hành vi chính xác vẫn thuộc về loại sản phẩm được chọn, chứ không phải là tên của dòng vật liệu.

Khả năng kháng nhiệt trong các điều kiện phù hợp

Hãy tìm kiếm điện trở được đo gần áp suất, độ dày và nhiệt độ của bộ phận thử. Nếu không có các điều kiện thử nghiệm đó, hãy yêu cầu chúng. Giá trị điện trở đo thấp sau khi hoạt động đầy đủ ở áp suất cao có thể không dự đoán được sản phẩm có áp suất thấp và hiếm khi nóng lên.

Ngoài ra, hãy kiểm tra xem con số đó có biểu thị cho một lớp đơn, một cấu trúc được hỗ trợ bởi chất nền hay là một phép đo lặp đi lặp lại sau khi đã điều chỉnh chuẩn. Những chi tiết nhỏ trong thiết lập thử nghiệm có thể làm thay đổi kết quả nhiều hơn những gì người mua mong đợi.

Độ dày được cung cấp và đường nối cuối cùng

Một tấm PCM có thể được cung cấp với độ dày và kết cấu dễ dàng xử lý hơn nhiều sau khi được kích hoạt. Bản vẽ nên xác định phần nguyên bản, trong khi thiết kế nhiệt cũng nên xem xét đến giao diện làm việc cuối cùng.

Nếu sử dụng quá ít vật liệu, sẽ có những vùng không được phủ kín. Nếu sử dụng quá nhiều, sẽ tạo ra tình trạng ép cạnh hoặc lớp phủ quá dày không cần thiết. Liều lượng phù hợp sẽ tạo ra kết cấu vi mô mà không tạo ra sự chênh lệch.

Áp lực và độ phẳng tăng lên

Áp suất giúp cải thiện độ bôi trơn và giảm đường nối, nhưng các gói điện tử có giới hạn tải. Đo mức tải kẹp tối thiểu, danh định và tối đa trên phạm vi dung sai cơ học. Bao gồm trình tự đai ốc, độ giãn nở của lò xo và bất kỳ điểm dừng cứng nào.

Đối với một module lớn, một giá trị mô-men xoắn duy nhất có thể ẩn chứa áp lực không đều. Liên kết phim, bản đồ nhạy áp lực, đo độ phẳng hoặc kiểm tra đường nối sau lắp ráp có thể phát hiện ra mối nối bị nghiêng hoặc cong.

Hành vi điện

Một số sản phẩm PCM có tính cách điện. Các sản phẩm khác không được thiết kế để cung cấp tính cách điện. Ngay cả vật liệu rời có tính cách điện cũng có thể bao gồm cấu tạo khung, cạnh hoặc lớp phủ thay đổi khoảng cách thực tế xung quanh dây dẫn nối đất.

Kiểm tra điện trở suất, độ bền điện môi và độ dày của sản phẩm khi việc cách ly điện trở là một phần của thiết kế an toàn. Không nên kết luận về tính chất điện từ dựa trên màu sắc, loại chất độn hoặc từ cụm từ “pad”.”

Tính tin cậy và tính chất của quy trình

Gói dữ liệu nên phù hợp với cách thức sản xuất và sử dụng của sản phẩm. Các vật dụng hữu ích bao gồm:

• Kết quả của việc chạy xe nhiệt và chạy xe điện.
• Chống lão hóa ở nhiệt độ cao và duy trì áp suất.
• Kiểm tra định hướng theo chiều dọc hoặc ngược chiều.
• Quan sát về hiện tượng xuất huyết, biến động giá và sự dịch chuyển của cạnh.
• Thời hạn sử dụng và nhiệt độ bảo quản.
• Khả năng nén và vận chuyển của dây chuyền phóng phim.
• Độ dung sai của các đường cắt, việc kiểm soát các đường gờ và độ sạch sẽ.
• Bao bì dành cho việc đặt hàng thủ công hoặc tự động.

Làm thế nào để cài đặt và kích hoạt miếng lót nhiệt PCM một cách chính xác?

Việc lắp đặt quyết định kết quả. Cả hai bề mặt ghép phải sạch sẽ và tương thích, khuôn mẫu phải bao phủ diện tích truyền nhiệt mong muốn mà không xâm nhập vào các vùng tránh tiếp xúc, và tải trọng lắp đặt phải đều nhau. Việc kích hoạt đầu tiên phải tuân theo giới hạn về vật liệu và thiết bị. Không xếp chồng các tấm PCM hoặc sử dụng lại giao diện đã bị xáo trộn để khắc phục sai sót về độ dày.

Một trình tự lắp đặt thực tế

1. Xác nhận rằng giao diện phù hợp. Kiểm tra xem nó có mỏng, được kẹp chặt và đủ ấm để phù hợp với PCM được chọn hay không.
2. Kiểm tra các tính toán cơ học. Tính phẳng đáng kinh ngạc, độ hở được cung cấp, các điểm dừng cứng và phạm vi áp suất đầy đủ.
3. Làm sạch cả hai bề mặt. Sử dụng dung môi được phê duyệt và quy trình loại bỏ bụi bẩn hoàn toàn. Loại bỏ dầu mỡ, các hạt vật chất và cặn TIM cũ.
4. Hãy xử lý khuôn mẫu cẩn thận. Lớp vỏ bọc không bị kéo giãn, tránh vân tay, nếp gấp và các mảnh vụn.
5. Điều chỉnh phần đó. Bảo vệ giao diện chức năng trong khi đảm bảo không làm hỏng các lỗ, cạnh, đầu nối và các mạch điện được hiển thị.
6. Lắp đặt quạt làm mát đồng đều. Sử dụng kiểu khóa, trình tự và momen xoắn đã được chỉ định.
7. Thực hiện điều kiện kích hoạt đã được phê duyệt. Đạt được nhiệt độ đầu vào yêu cầu trong điều kiện tải kẹp bình thường mà không vượt quá giới hạn của thiết bị.
8. Hãy để kết quả ổn định. So sánh nhiệt độ hoặc khả năng chịu nhiệt sau khi thực hiện điều kiện trước tương tự mỗi lần.
9. Kiểm tra sự lắp ráp. Kiểm tra sự thẳng hàng, độ ép mép, vị trí của các phần đính kèm và mọi dấu hiệu tiếp xúc dễ nhìn thấy.

Những sai lầm nhỏ tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ lớn

Khối bụi là một vấn đề rõ ràng. Điều ít rõ ràng hơn là một nếp gấp nhỏ gần một cạnh của một tấm phim PCM mỏng. Nó có thể giữ cho quạt làm mát tránh xa khuôn dập, như một miếng vụn thức ăn dưới chân bàn. Mô men xoắn không đồng đều cũng có thể gây ra hiện tượng tương tự.

Một sai lầm phổ biến khác là thử nghiệm một vật liệu ngay lập tức và một vật liệu khác sau vài chu kỳ hoạt động hết công suất. Điều này không thể so sánh được. Cần xác định quá trình kích hoạt và ổn định trước khi bắt đầu thử nghiệm A/B.

Và, cũng đừng xếp quá nhiều lớp. Nếu giao diện cần độ dày như vậy, thì dòng vật liệu đó có lẽ không phù hợp.

Có thể xảy ra điều gì khi có một giao diện nhiệt chuyển đổi pha?

Các lỗi của PCM thường là do sự cố lắp ráp hơn là do vấn đề đơn giản là “chất liệu kém”. Mẫu pad được thiết kế tốt vẫn có thể nóng khi không đạt được nhiệt độ chuyển tiếp, chịu áp suất không đều, hoặc bị rò rỉ ở vị trí sai hoặc bị nhiễm bẩn. Việc khắc phục sự cố nên xem xét cả chất liệu, hệ thống lắp đặt và cấu hình hoạt động thực tế.

Các chất liệu này không bao giờ hoạt động.

Điều này có thể xảy ra trong một thiết bị tiết kiệm năng lượng có bộ nhớ PCM chuyển đổi cao, hoặc trong quá trình thử nghiệm bench test ngắn mà không bao giờ đạt đến trạng thái ổn định. Hãy đo nhiệt độ của giao diện hoặc trường hợp xung quanh thay vì dựa vào phần mềm CPU để đoán giá trị.

Nếu sản phẩm không thể tiếp cận an toàn đến dải chuyển đổi, hãy chọn một loại vật liệu khác hoặc một dòng vật liệu khác trong gia đình TIM. Việc gia nhiệt thiết bị quá mức chỉ để cho vật liệu hoạt động là một hình thức kỹ thuật ngược dòng.

Áp lực không đồng đều hoặc quá thấp

Một góc méo mó, tấm tản nhiệt cong hoặc trình tự vít lắp đặt sai có thể khiến một phần của giao diện trở nên dày và không được làm ẩm tốt. Các module điện có diện tích lớn đặc biệt nhạy cảm với độ phẳng và hệ thống lắp đặt.

Việc lặp lại quá trình thử nghiệm với mô-men xoắn lớn không phải lúc nào cũng an toàn. Các giới hạn về độ căng của bao bì, mối hàn và PCB vẫn áp dụng. Mục tiêu là kiểm soát được lực, chứ không phải là lực tối đa.

Việc ép giá quá mức đã tiến đến khu vực cấm

PCM thường không phải là chất lỏng miễn phí, nhưng vật liệu đã được làm mềm vẫn có thể di chuyển khi khối lượng và áp suất cung cấp không phù hợp. Cấu trúc được cắt bằng máy nên tạo ra một khoảng lề phù hợp. Các thành phần xung quanh, bề mặt quang học và khoảng cách điện có thể cần được bảo vệ thêm.

Bộ tản nhiệt được tháo ra và bộ phận PCM cũ được tái sử dụng.

Sau khi tách rời, vật liệu có thể vẫn còn trên cả hai bề mặt, rách ở gần tâm hoặc tích tụ bụi. Việc ép các bộ phận lại với nhau không thể đảm bảo được đường liên kết ban đầu. Để sửa chữa có kiểm soát, hãy tháo vật liệu cũ bằng phương pháp được phê duyệt và lắp đặt một khuôn mới.

Tính đáng tin cậy được coi là một tuyên bố tuyệt đối

PCM có thể giảm một số rủi ro liên quan đến việc phân phối và vận chuyển do dầu mỡ gây ra. Tuy nhiên, nó không làm cho việc bơm, xả, tách rời hoặc làm hỏng máy không thể thực hiện được. Vị trí thẳng đứng, sự thay đổi nhiệt độ, rung động và thời gian chờ quá lâu vẫn cần được xem xét khi đánh giá chất lượng.

Các miếng đệm nhiệt PCM được thử nghiệm và chứng nhận như thế nào?

Một thử nghiệm ở cấp vật liệu cung cấp một tiêu chuẩn đầu vào, nhưng nó không thể tái tạo được từng miếng die, đế tản nhiệt hoặc khung gắn kết. Việc đánh giá phải kết hợp dữ liệu truyền nhiệt với các phép đo nhiệt độ lắp ráp, kiểm tra độ căng và độ phẳng, các phép thử điện nếu cần thiết, và các điều kiện môi trường phản ánh thực tế của sản phẩm. Kiểm tra phần tiếp xúc trước và sau quá trình lão hóa.

Định tính ở cấp độ vật liệu

Chương trình sàng lọc ban đầu có thể bao gồm:

• Khả năng truyền nhiệt hoặc độ dẫn điện biểu hiện ở áp suất và nhiệt độ đã định.
• Biểu hiện chuyển đổi được đo bằng phương pháp phân tích nhiệt thích hợp.
• Độ dày và độ dung sai về kích thước.
• Độ điện trở suất và độ bền điện môi khi có thể áp dụng.
• Khả năng giải phóng lớp lót, khả năng dính và hành vi khi xử lý.
• Tính ổn định trong quá trình lưu trữ và thời hạn sử dụng.

Kiểm tra truyền nhiệt theo tiêu chuẩn ASTM D5470 Phạm vi này được nhiều người sử dụng để thực hiện các phép đo ổn định của các vật liệu cách điện điện dẫn nhiệt. Nó hữu ích để so sánh vật liệu theo cách có kiểm soát. Ngoài ra, ASTM cũng lưu ý đến những hạn chế của phương pháp này, đây là lời nhắc nhở tốt rằng một bộ máy thí nghiệm không phải là sản phẩm hoàn thiện.

Xác nhận ở cấp hội đồng quản trị

Việc lắp ráp cuối cùng sẽ giải đáp những câu hỏi mà bảng dữ liệu không thể giải đáp:

• Liệu thiết bị có đạt đến vùng chuyển tiếp của PCM trong quá trình vận hành bình thường không?
• Bộ tản nhiệt có tiếp tục ở trong trạng thái song song qua các độ lệch về độ ổn định không?
• Liền kề, thân máy hoặc tấm nền có nhiệt độ dưới giới hạn không?
• Kết quả có lặp lại sau khi tái vận hành hay sản xuất thử nghiệm không?
• Liệt điện được duy trì khi cần thiết?
• Liệu giao diện có ổn định sau khi phải trải qua quá trình đạp xe, lão hóa và rung động không?
• Các kỹ thuật viên có thể tháo rời và thay thế nó mà không gây ô nhiễm sản phẩm không?

Hướng dẫn Các tiêu chuẩn thử nghiệm phổ biến của TIM mà các kỹ sư nên biết Cung cấp cái nhìn tổng quan hơn về các phương pháp nhiệt, điện và môi trường. Sử dụng các tiêu chuẩn để làm cho kết quả có thể so sánh được, sau đó thêm các bài kiểm tra để tái tạo lại quá trình lắp đặt thực tế.

Bạn chọn một miếng lót nhiệt PCM như thế nào để lắp ráp thực tế?

Hãy chọn vật liệu xung quanh đường dẫn nhiệt và hệ thống xếp chồng cơ học, không nên dựa vào chỉ số W/mK trong danh sách mua sắm. Hãy bắt đầu từ giới hạn nhiệt độ của thành phần, ranh giới làm mát, độ phẳng của giao diện, phạm vi áp suất kẹp và yêu cầu điện. Sau đó, hãy kiểm tra nhiệt độ chuyển tiếp, độ chập thử nghiệm, định dạng sản xuất và bằng chứng về độ tin cậy trước khi phê duyệt số lượng sản xuất.

Một quy trình lựa chọn gồm 10 bước

1. Xây dựng bản đồ nguồn nhiệt, khu vực tiếp xúc và bề mặt làm mát.
2. Đạt được mức nhiệt bình thường và cao điểm.
3. Cài đặt nhiệt độ tối đa của tiếp điểm, thân hoặc đế.
4. Kiểm tra xem giao diện có đủ mỏng và phẳng để hỗ trợ PCM hay không.
5. Tính toán hoặc đo lường áp suất kẹp tối thiểu, tiêu chuẩn và tối đa.
6. So sánh cấu hình hoạt động với phạm vi chuyển đổi của PCM.
7. Xác định yêu cầu về cách điện và tương thích vật liệu.
8. Chọn loại tấm, cuộn, cắt theo khuôn hoặc tấm đã được ứng dụng sẵn.
9. Thử nghiệm các mẫu vật trong bối cảnh thực tế trước và sau khi tiếp xúc với môi trường.
10. Kiểm soát bản vẽ, đường viền, việc lưu trữ, bao bì và kế hoạch kiểm tra.

Thông tin cần gửi cho nhà cung cấp vật liệu

Đối với một dự án có những tính toán thương lượng không chắc chắn, Haktak Hỗ trợ lựa chọn vật liệu và kiểm tra lắp ráp Có thể giúp so sánh các ứng viên PCM, dầu mỡ và miếng lót khe hở trong các điều kiện cơ học và nhiệt độ tương tự nhau.

Kết luận

Băng nhiệt PCM rất hữu ích vì nó kết hợp hai chức năng. Nó có thể được đặt như một phần được tạo sẵn sạch sẽ khi còn lạnh, sau đó làm mềm và ướt bề mặt khi lắp ráp nóng lên. Kết quả có thể tương tự như sự tiếp xúc mỏng manh và gần gũi với chất bôi trơn mà không cần quá trình bơm chất lỏng.

Ba điều kiện quyết định liệu lời hứa đó có trở thành hiện thực hay không. Thiết bị phải đạt đến phạm vi chuyển đổi của vật liệu. Hệ thống lắp đặt phải cung cấp áp suất đều và có kiểm soát. Và giao diện phải đủ mỏng để sử dụng PCM thay vì vật liệu lấp khoảng trống.

Hãy chọn PCM khi việc đặt vị trí và làm ẩm ở nhiệt độ hoạt động sạch sẽ giải quyết được vấn đề thực tế về quy trình hoặc độ tin cậy. Hãy chọn mỡ khi việc làm ẩm và phân phối ngay lập tức là chấp nhận được. Hãy chọn miếng lót khe hở mềm khi chiều cao linh kiện và độ dung sai cơ học tạo ra một khoảng không gian có thể đo đạc được. TIM tốt nhất là loại phù hợp với toàn bộ hệ thống, chứ không phải là loại có số điện dẫn nhiệt lớn nhất.

Câu hỏi thường gặp về miếng lót nhiệt PCM

PCM viết tắt của từ gì trong miếng lót nhiệt?

PCM là viết tắt của từ phase-change material (chất chuyển pha). Trong một miếng lót nhiệt, nó mô tả một loại TIM có thể thay đổi độ nhớt trong phạm vi nhiệt độ được thiết kế để có thể làm ướt bề mặt hiệu quả hơn. Nó không giống như chất liệu chuyển pha dạng khối được sử dụng để lưu trữ năng lượng nhiệt, và nó không liên quan đến bộ nhớ máy tính chuyển pha.

Bát nhiệt PCM hoạt động như thế nào?

Khay được đặt ở vị trí chắc chắn và được kẹp giữa thành phần và bề mặt làm mát. Khi giao diện đạt đến nhiệt độ chuyển tiếp, vật liệu sẽ mềm đi, lấp đầy các thung lũng bề mặt nhỏ nhất và tạo thành một đường liên kết mỏng hơn. Điều này làm giảm lượng không khí bị mắc kẹt và độ tiếp xúc điện trở. Khi lắp ráp nguội đi, nó sẽ trở lại cứng hơn.

Nhiệt độ nào kích hoạt miếng lót nhiệt PCM?

Khoảng nhiệt độ hoạt động của sản phẩm phụ thuộc vào công thức chính xác. Nhiều sản phẩm PCM điện tử được thiết kế để làm mềm khi hoạt động ở nhiệt độ thông thường của chất bán dẫn, nhưng không có số liệu chung nào cho tất cả các sản phẩm. So sánh dữ liệu chuyển đổi của nhà cung cấp với nhiệt độ giao diện thực tế, không chỉ là nhiệt độ của tiếp điểm CPU hoặc GPU được báo cáo.

Một miếng đệm nhiệt PCM có thể tan thành chất lỏng không?

Nhiều sản phẩm hiện đại có xu hướng trở nên mềm hơn hoặc giống sáp hơn thay vì biến thành chất lỏng chảy tự do. Một số công thức có thể tan một phần, trong khi những công thức khác có sự chuyển đổi rộng hơn. Thiết kế của cấu trúc này nhằm duy trì được sự kiểm soát dưới áp suất và nhiệt độ mong muốn, nhưng vẫn cần xem xét đến khả năng di chuyển của cạnh và hiện tượng rò rỉ.

Có cần phải nung nóng miếng lót nhiệt chuyển đổi pha không?

Thường thì nó sẽ hoạt động tốt khi được kích hoạt nhiệt đầu tiên theo đúng quy định trong điều kiện lắp đặt bình thường. Điều này giúp vật liệu đạt đến vùng chuyển tiếp và làm ướt cả hai bề mặt. Nhiệt độ và thời gian cần thiết sẽ khác nhau theo từng sản phẩm cụ thể. Không nên thực hiện các bài kiểm tra độ bền theo kiểu ngẫu nhiên hoặc vượt quá giới hạn hoạt động an toàn của thiết bị điện tử.

Có phải miếng đệm nhiệt PCM tốt hơn keo dán nhiệt không?

Không phải ở mọi lần lắp ráp. PCM mang lại vị trí đặt đúng, độ bao phủ ban đầu được kiểm soát và độ bôi trơn hữu ích sau khi kích hoạt. Chất bôi trơn bôi trơn ngay lập tức và có thể phù hợp với các bề mặt mỏng có nhiệt độ dưới nhiệt độ chuyển tiếp của PCM. So sánh chỉ số kháng nhiệt cuối cùng, áp suất, hành vi khi vận hành liên tục, quy trình sản xuất và nhu cầu sửa chữa thay thế thay vì chỉ dựa vào định dạng.

Các miếng lót nhiệt PCM có thể được sử dụng trên CPU và GPU không?

Vâng, khi die hoặc heat spreader có giao diện mỏng, phẳng và được kẹp chặt, và đạt đến nhiệt độ kích hoạt cần thiết. Độ phẳng của die, áp lực lắp đặt, độ bao phủ toàn diện của die và các thành phần xung quanh vẫn còn quan trọng. PCM được sử dụng trên die của bộ xử lý không nên bị nhầm lẫn với các miếng đệm khoảng cách dày hơn được sử dụng trên các thành phần nhớ hoặc nguồn điện.

Một miếng đệm nhiệt PCM có thể lấp đầy khoảng cách lớn được không?

Thông thường, không. Các loại phim PCM được thiết kế cho các giao diện mỏng và độ nhám siêu nhỏ. Chúng không được thiết kế để lấp đầy khoảng trống giữa thành phần và khung máy lớn hoặc nhiều độ cao thành phần khác nhau. Một miếng lót nhiệt thông thường mềm mại, keo hoặc chất trám khe hở dùng một lần thường phù hợp hơn trong những trường hợp này.

Miếng đệm tản nhiệt đổi pha (PCM thermal pads) có cách điện không?

Một số sản phẩm có tính cách điện, nhưng tên định dạng không đảm bảo điều này. Hãy kiểm tra điện trở suất, độ bền điện môi, độ dày, cấu tạo của chất dẫn và các cạnh tiếp xúc để xác định đúng loại. Nếu TIM là một phần của hệ thống cách điện an toàn, hãy xác nhận toàn bộ kết nối lắp ráp chứ không nên dựa vào các dữ liệu tổng hợp đơn thuần.

Có thể tái sử dụng miếng lót nhiệt PCM sau khi tháo miếng tản nhiệt ra không?

Việc thay thế là cách thực hiện an toàn hơn. Sau khi được kích hoạt, vật liệu đã tạo ra một lớp mỏng đặc biệt và có thể bám dính trên cả hai bề mặt. Việc tháo rời bộ tản nhiệt có thể làm rách, tách rời hoặc làm ô nhiễm nó. Việc lắp ráp lại với cùng một mảnh có thể để lại các vùng khô hoặc độ dày của đường liên kết không được kiểm soát.

Các miếng lót nhiệt PCM có làm nóng hoặc làm khô không?

PCM có thể giảm bớt một số rủi ro liên quan đến chuyển động và độ biến dạng của mỡ, nhưng không có định dạng nào tự động miễn nhiễm với những thay đổi trong thời gian dài. Thành phần hóa học, độ bám chặt, hướng dẫn, chu kỳ nhiệt độ và thiết kế cạnh đều có ảnh hưởng. Xác nhận hiệu suất nhiệt và điều kiện hình ảnh sau khi đánh giá cấu hình môi trường dự kiến trong quá trình sử dụng.

Một miếng đệm nhiệt PCM có thời hạn sử dụng bao lâu?

Không có cách tính tuổi thọ chung chính xác. Tuổi thọ phụ thuộc vào nhiệt độ vận hành, thời gian ở nhiệt độ, biên độ chu kỳ vận hành, áp suất, khả năng tương thích vật liệu và sự cố của lắp ráp. Sử dụng dữ liệu lão hóa riêng của sản phẩm để đánh giá chất lượng của thiết bị lắp đặt trong một cấu hình nhiệt và cơ học tiêu biểu.