Tiêu chuẩn kiểm tra TIM quan trọng nhất mà các kỹ sư cần biết là ASTM D5470, vì nó thường được sử dụng để đo trở kháng nhiệt và độ dẫn nhiệt biểu kiến của các vật liệu cách điện có dẫn nhiệt, bao gồm mỡ, nhão, vật liệu chuyển pha, gel, cao su và chất rắn cứng. Đối với việc kiểm tra tính chất nhiệt rộng hơn, các kỹ sư cũng nên hiểu ISO 22007-2 đối với thử nghiệm nguồn nhiệt phẳng tạm thời, ASTM E1461 đối với phương pháp khuếch tán nhiệt chớp la-de, ASTM C177 đối với thử nghiệm tấm nóng có bảo vệ, và ASTM C518 để thử nghiệm thiết bị đo dòng nhiệt.
Tuy nhiên, không có tiêu chuẩn duy nhất nào phù hợp với mọi vật liệu tản nhiệt. Một phương pháp kiểm tra phù hợp với miếng đệm tản nhiệt phẳng có thể không phản ánh đúng keo tản nhiệt dạng bột nhão trong một khe hở không đều. Một phương pháp phù hợp với hợp chất đóng rắn có thể không phản ánh đúng một lớp mỡ tản nhiệt mỏng giữa một con chip và bộ tản nhiệt.
Trong việc lựa chọn TIM, điều quan trọng không chỉ đơn thuần là đặt câu hỏi: “Giá trị W/mK là bao nhiêu?” Câu hỏi hay hơn là: Phương pháp kiểm tra nào thể hiện tốt nhất dạng vật liệu, áp suất, độ dày, bề mặt tiếp xúc và ứng dụng cuối cùng?
Tại sao các tiêu chuẩn kiểm tra TIM lại quan trọng
Vật liệu giao diện nhiệt, thường được gọi là TIM, được sử dụng giữa các linh kiện sinh nhiệt và bề mặt làm mát. Chúng lấp đầy các khe hở không khí cực nhỏ và cải thiện việc truyền nhiệt từ các con chip, mô-đun nguồn, đèn LED, pin, thiết bị viễn thông hoặc thiết bị điện tử công nghiệp vào các bộ tản nhiệt, vỏ máy, khung máy hoặc tấm làm mát.
TIM bao gồm:
- Keo tản nhiệt
- Keo tản nhiệt
- Miếng tản nhiệt
- Vật liệu chuyển pha
- Keo tản nhiệt dạng dẻo
- Từ lấp đầy khoảng trống
- Keo tản nhiệt dạng gel
- Keo dẫn nhiệt
- Hợp chất đổ khuôn dẫn nhiệt
Các tiêu chuẩn thử nghiệm rất quan trọng vì hiệu suất của vật liệu tản nhiệt (TIM) phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện thử nghiệm. Cùng một loại vật liệu có thể cho ra các kết quả khác nhau dưới các mức áp suất, độ dày, nhiệt độ, độ nhám bề mặt hoặc cách chuẩn bị mẫu khác nhau.
Nếu không có phương pháp thử nghiệm rõ ràng, việc so sánh các giá trị trong bảng thông số kỹ thuật có thể gặp khó khăn. Một nhà cung cấp có thể công bố hệ số dẫn nhiệt thể tích. Một nhà cung cấp khác có thể công bố hệ số dẫn nhiệt biểu kiến. Một nhà cung cấp khác nữa có thể công bố điện trở nhiệt ở một áp suất cụ thể. Các con số này có mối liên hệ với nhau, nhưng không thể thay thế lẫn nhau.
Đối với quy trình kiểm thử chung, HakTak có một hướng dẫn liên quan: Cách kiểm tra độ dẫn nhiệt của vật liệu giao diện nhiệt.
Sự khác biệt cốt lõi: Độ dẫn điện, Điện trở và Trở kháng
Trước khi thảo luận về các tiêu chuẩn, các kỹ sư nên phân biệt ba thuật ngữ phổ biến.
Độ dẫn nhiệt mô tả khả năng dẫn nhiệt của một vật liệu. Nó thường được đo bằng đơn vị W/mK.
Điện trở nhiệt mô tả mức độ cản trở dòng nhiệt của một đường truyền nhiệt. Nó thường được đo bằng K/W hoặc °C/W.
Trở kháng nhiệt thường được sử dụng cho các vật liệu giao diện nhiệt (TIM) để mô tả khả năng cản trở dòng nhiệt của giao diện trong các điều kiện diện tích, độ dày và áp suất nhất định.
Sự khác biệt này rất quan trọng vì độ dẫn nhiệt cao không phải lúc nào cũng đồng nghĩa với hiệu suất làm mát tốt hơn. Vật liệu có chỉ số W/mK cao có thể kém hiệu quả nếu quá dày, quá cứng, nén kém hoặc không thể làm ướt các bề mặt tiếp xúc.
Để có thêm ngữ cảnh, hãy xem bài viết của HakTak: Tại sao giá trị W/mK cao không phải lúc nào cũng đồng nghĩa với hiệu suất làm mát tốt hơn.
ASTM D5470: Tiêu chuẩn TIM quan trọng
Đối với các kỹ sư làm việc với vật liệu quản lý nhiệt (TIM), ASTM D5470 thường là tiêu chuẩn đầu tiên cần tìm hiểu. ASTM mô tả D5470 là phương pháp thử nghiệm các tính chất truyền nhiệt của vật liệu cách điện dẫn nhiệt. Tiêu chuẩn này hữu ích để đo tổng trở nhiệt ở trạng thái ổn định và tính toán độ dẫn nhiệt biểu kiến.
Phương pháp này đặc biệt liên quan đến quản lý nhiệt điện tử vì nó có thể được áp dụng cho nhiều dạng vật liệu dẫn nhiệt (TIM), bao gồm:
- Mỡ bôi trơn
- Hỗn hợp sệt
- Vật liệu chuyển pha
- Gel
- Cao su mềm
- Cao su cứng
- Đồ gốm
- Kim loại
- Một số loại nhựa
Tiêu chuẩn D5470 của ASTM ghi chú rằng phương pháp này bao gồm việc đo trở kháng nhiệt và tính toán độ dẫn điện biểu kiến đối với các vật liệu dao động từ hợp chất dạng lỏng đến chất rắn cứng. Nó cũng nhấn mạnh rằng kết quả đo được xuất phát từ mô hình dòng nhiệt lý tưởng, vì vậy các kỹ sư nên thận trọng khi áp dụng kết quả vào các cụm lắp ráp thực tế.
Cảnh báo này rất quan trọng. ASTM D5470 cực kỳ hữu ích, nhưng nó vẫn là một thử nghiệm có kiểm soát. Nó không thể tự động đại diện cho mọi hình học sản phẩm thực tế.
Sử dụng ASTM D5470 khi:
- Bạn cần một phương pháp trạng thái dừng tập trung vào TIM
- Vật liệu này sẽ được sử dụng giữa hai bề mặt
- Kiểm soát áp suất và độ dày rất quan trọng
- Bạn cần dữ liệu trở kháng nhiệt
- Bạn muốn so sánh mỡ tản nhiệt, miếng đệm, gel hoặc vật liệu chuyển pha trong các điều kiện xác định
Hãy cẩn thận khi:
- Khoảng cách thực sự là không đều
- Vật liệu có tính nén rất cao
- Cụm lắp ráp có áp suất hạn chế
- Độ hoàn thiện bề mặt khác với đồ gá thử nghiệm
- Sản phẩm cuối cùng có khả năng tản nhiệt phức tạp
Riêng đối với keo tản nhiệt, hướng dẫn của HakTak Cách lựa chọn và kiểm tra độ dẫn nhiệt của keo tản nhiệt giải thích lý do tại sao cả điều kiện kiểm thử và hành vi ứng dụng thực tế đều quan trọng.
ISO 22007-2: Phương pháp nguồn nhiệt mặt phẳng không ổn định
ISO 22007-2 là một tiêu chuẩn quan trọng khác dành cho việc đo lường tính chất nhiệt. Phiên bản hiện hành năm 2022 bao gồm phương pháp nguồn nhiệt mặt phẳng transient, còn được gọi là phương pháp đĩa nóng, để xác định độ dẫn nhiệt và độ khuếch tán nhiệt của chất dẻo. Bản tóm tắt của ISO lưu ý rằng phương pháp này có thể được thiết kế cho các kích thước mẫu khác nhau và được sử dụng trên một dải nhiệt độ và áp suất.
Phương pháp này hữu ích khi các kỹ sư cần dữ liệu về độ dẫn nhiệt và độ khuếch tán nhiệt cho các vật liệu như polyme, nhựa có chất độn, hợp chất đã đóng rắn và một số vật liệu đồng nhất nhất định.
Đối với các kỹ sư TIM, tiêu chuẩn ISO 22007-2 rất đáng để tìm hiểu vì nhiều vật liệu TIM có gốc polymer và được độn hạt. Tuy nhiên, tiêu chuẩn này không nên được xem là giải pháp thay thế hoàn toàn cho việc kiểm tra bề mặt tiếp xúc.
Sử dụng tiêu chuẩn ISO 22007-2 khi:
- Bạn cần đo lường tính chất nhiệt độ nhất thời
- Vật liệu này cư xử giống như một mẫu khối
- Bạn đang đánh giá các vật liệu gốc polyme
- Độ khuếch tán nhiệt cũng rất hữu ích
- Bạn cần dữ liệu ở các nhiệt độ hoặc môi trường khác nhau
Hãy cẩn thận khi:
- TIM là một lớp giao diện rất mỏng
- Điện trở tiếp xúc chi phối hiệu suất
- Ứng dụng thực tế phụ thuộc rất nhiều vào áp suất
- Vật liệu có tính không đồng nhất cao
- Mẫu không khớp với các giả định của phương pháp
Đối với việc lựa chọn vật liệu tản nhiệt (TIM), dữ liệu theo tiêu chuẩn ISO 22007-2 có thể hữu ích cho việc sàng lọc vật liệu, nhưng các kỹ sư vẫn nên xác thực điện trở nhiệt hoặc tổng trở nhiệt dưới các điều kiện bề mặt tiếp xúc thực tế.
ASTM E1461: Phương pháp đo độ khuếch tán nhiệt bằng đèn chớp la-de
ASTM E1461 thường liên quan đến phương pháp chớp la-de để đo độ khuếch tán nhiệt. Trong thử nghiệm chớp la-de, một xung năng lượng ngắn làm nóng một mặt của mẫu, và nhiệt độ tăng lên ở mặt đối diện được đo đạc. Độ khuếch tán nhiệt sau đó có thể được tính toán, và độ dẫn nhiệt có thể được suy ra khi biết khối lượng riêng và nhiệt dung riêng.
Phương pháp này hữu ích cho các vật liệu rắn và mẫu đã đóng rắn, đặc biệt khi đo trên một dải nhiệt độ.
Đối với các ứng dụng TIM, tiêu chuẩn ASTM E1461 liên quan nhiều hơn đến:
- Hợp chất đổ khuôn đã đóng rắn
- Compozit polyme đặc
- Đồ gốm
- Kim loại
- Vật liệu cách nhiệt cứng
- Chất đàn hồi có độn sau khi lưu hóa
Nó ít mang tính đại diện trực tiếp hơn đối với:
- Các lớp mỡ mỏng
- Viên nang mềm chịu nén
- Vật liệu chuyển pha trong quá trình kích hoạt
- Keo tản nhiệt dạng đất nặn dùng cho các khe hở không đều
- Các bề mặt tiếp xúc mà ở đó điện trở tiếp xúc chiếm ưu thế
Dữ liệu chớp laser có thể có giá trị, nhưng nó thường mô tả hành vi của vật liệu khối thay vì hành vi của mặt phân cách. Đối với một vật liệu tản nhiệt (TIM) giữa một con chip và một bộ tản nhiệt, điện trở mặt phân cách có thể quan trọng hơn độ khuếch tán khối.
HakTak's Hướng dẫn về Hợp chất đổ khuôn dẫn nhiệt trong điện tử là một tài liệu tham khảo nội bộ hữu ích khi các kỹ sư đang đánh giá vật liệu đóng gói đã đóng rắn thay vì các lớp tiếp xúc mỏng.
ASTM C177: Tấm nóng có bảo vệ
ASTM C177 đề cập đến phép đo thông lượng nhiệt trạng thái ổn định bằng thiết bị tấm nóng có bảo vệ. Đây là một phương pháp nền tảng để đo các đặc tính truyền nhiệt dưới dòng nhiệt một chiều được kiểm soát.
Phương pháp này thường được liên kết với vật liệu cách nhiệt, các tấm dày và các mẫu vật lớn hơn. Nó ít được sử dụng hơn như là phương pháp chính cho các lớp TIM mỏng, nhưng các kỹ sư nên biết đến nó vì nó làm nền tảng cho nhiều khái niệm đo nhiệt độ trạng thái ổn định.
Sử dụng ASTM C177 khi:
- Bạn đang kiểm tra các mẫu bản sàn phẳng
- Vật liệu đủ độ dày để đo bằng phương pháp tấm nóng có bảo vệ
- Bạn cần một phương pháp tham chiếu trạng thái ổn định
- Mẫu vật giống vật liệu cách nhiệt hoặc vật liệu khối hơn là một TIM mỏng
Hãy cẩn thận khi:
- Vật liệu là một lớp nhão mỏng
- Mẫu không thể duy trì hình học ổn định
- Điện trở tiếp xúc chi phối kết quả
- Ứng dụng cuối cùng liên quan đến hành vi nhạy áp lực
Đối với các kỹ sư vật liệu tản nhiệt (TIM), tiêu chuẩn ASTM C177 mang tính chất tham khảo nền tảng hơn là một phương pháp thường dùng. Tiêu chuẩn này giúp giải thích nguyên lý hoạt động của phép thử truyền nhiệt ở trạng thái ổn định, nhưng ASTM D5470 thường có tính ứng dụng cao hơn đối với các vật liệu TIM điện tử.
ASTM C518: Thiết bị đo dòng nhiệt
Tiêu chuẩn ASTM C518 đề cập đến việc kiểm tra truyền nhiệt trạng thái ổn định bằng thiết bị đo dòng nhiệt. Danh mục của ASTM mô tả đây là một phương pháp dành cho các mẫu thử dạng tấm phẳng, sử dụng việc hiệu chuẩn với các vật liệu đã biết và thông lượng nhiệt một chiều giữa các tấm.
Phương pháp này được sử dụng rộng rãi cho vật liệu cách nhiệt và các vật liệu khác mà trong đó một mẫu phẳng có thể được đặt giữa các tấm. Nó có thể hữu ích để so sánh các đặc tính truyền nhiệt khi hình dạng vật liệu phù hợp với các yêu cầu của thiết bị.
Sử dụng ASTM C518 khi:
- Mẫu là một bản phẳng
- Phương pháp đã được hiệu chuẩn bằng các vật liệu tham chiếu phù hợp.
- Khả năng chịu nhiệt của vật liệu phù hợp với thiết bị
- Mục tiêu là dữ liệu truyền dẫn trạng thái ổn định
Hãy cẩn thận khi:
- Vật liệu này là một lớp TIM mỏng
- Mẫu có độ nén rất cao
- Vật liệu này có các cầu nhiệt
- Ứng dụng cuối cùng phụ thuộc vào áp suất tiếp xúc và điện trở tiếp xúc
Đối với các vật liệu TIM, tiêu chuẩn ASTM C518 thường không phải là lựa chọn hàng đầu trừ khi hình dạng và độ dày của vật liệu phù hợp với thiết bị đo.
ASTM E1225: Phương pháp dòng nhiệt dọc so sánh có bảo vệ
ASTM E1225 là phương pháp dòng nhiệt dọc so sánh có bảo vệ. Phương pháp này thường được sử dụng để đo độ dẫn nhiệt của vật thể rắn bằng cách so sánh dòng nhiệt qua một mẫu chưa biết với các vật liệu chuẩn.
Phương pháp này có thể hữu ích đối với các mẫu rắn, polyme cứng, gốm sứ, kim loại và vật liệu composite. Nhìn chung, đây không phải là phương pháp tốt nhất đối với các lớp vật liệu tản nhiệt (TIM) mềm, mỏng và nhạy áp lực.
Sử dụng tiêu chuẩn ASTM E1225 khi:
- Mẫu thử là một vật thể rắn
- Hình học có thể được kiểm soát
- Có thể quản lý các điều kiện liên hệ
- Phép đo dòng nhiệt so sánh là phù hợp
Hãy cẩn thận khi:
- Vật liệu là mỡ, gel hoặc bột trét
- Ứng dụng cuối cùng là một giao diện nén mỏng
- Điện trở tiếp xúc là một phần lớn của kết quả
Đối với việc lựa chọn TIM, E1225 có thể giúp đặc tính hóa vật liệu khối rắn, nhưng nó nên được kết hợp với việc kiểm tra bề mặt tiếp xúc khi vật liệu được sử dụng làm TIM.
IPC, JEDEC và Kiểm tra ở cấp độ linh kiện
Không phải mọi bài kiểm tra TIM hữu ích đều là tiêu chuẩn vật liệu. Trong ngành điện tử, các kỹ sư thường cần xác thực cấp độ linh kiện để xác nhận xem TIM có thực sự làm giảm nhiệt độ của linh kiện hay không.
Các thử nghiệm ở cấp độ vật liệu có thể trả lời:
- Độ dẫn điện biểu kiến là gì?
- Trở kháng dưới áp suất xác định là gì?
- Độ dày ảnh hưởng đến hiệu suất như thế nào?
- Nhiệt độ làm thay đổi kết quả như thế nào?
Các bài kiểm tra cấp độ thiết bị trả lời:
- Nhiệt độ thực tế của chip là bao nhiêu?
- Sản phẩm có bị giảm hiệu năng không?
- Tấm tản nhiệt có nằm trong mục tiêu không?
- TIM có sống sót qua chu kỳ không?
- Sự biến đổi lắp ráp có ảnh hưởng đến hiệu suất không?
Đối với CPU, GPU, mô-đun LED, mô-đun nguồn và điện tử ô tô, việc kiểm tra ở cấp độ linh kiện thường là điểm quyết định cuối cùng. Các tiêu chuẩn về vật liệu là cần thiết, nhưng tự chúng thì chưa đủ.
Các kỹ sư nên chọn tiêu chuẩn nào?
Tiêu chuẩn phù hợp phụ thuộc vào vật liệu và quyết định bạn cần đưa ra.
| Vật liệu hoặc Tình huống | Phương pháp hữu ích nên cân nhắc | Nguyên nhân chính |
| Keo tản nhiệt | ASTM D5470 | Kiểm tra tổng trở tập trung vào TIM |
| Miếng tản nhiệt | ASTM D5470 | Có thể kiểm soát áp suất và độ dày |
| Tấm tản nhiệt chuyển pha | Kiểm tra ASTM D5470 kết hợp kích hoạt | Hành vi chuyển pha rất quan trọng |
| Keo tản nhiệt | ASTM D5470 | Hành vi giao diện mềm có thể được đánh giá |
| Keo tản nhiệt dạng dẻo | ASTM D5470 cộng với thử nghiệm cấp độ ứng dụng | Tính tuân thủ và khả năng lấp đầy khe hở rất quan trọng |
| Hợp chất đổ potting đã đóng rắn | ASTM E1461 hoặc ISO 22007-2 | Các tính chất của vật liệu rời rất quan trọng |
| Vật liệu dạng tấm cách nhiệt | ASTM C177 hoặc ASTM C518 | Truyền nhiệt qua tấm phẳng ở chế độ ổn định |
| Lắp ráp linh kiện điện tử cuối cùng | Thử nghiệm nhiệt độ cấp thiết bị | Xác nhận hiệu suất làm mát thực tế |
Đối với vật liệu chuyển pha, các kỹ sư nên đặc biệt cẩn thận. Một PCM được kiểm tra dưới nhiệt độ kích hoạt của nó có thể không đại diện cho hiệu suất của nó trong quá trình vận hành. Của HakTak Giải thích về Miếng đệm tản nhiệt chuyển đổi pha (PCM) cung cấp thêm chi tiết về cách các vật liệu này làm mềm và cải thiện độ thấm ướt ở nhiệt độ vận hành.
Những điều cần hỏi khi xem xét báo cáo kiểm thử
Một báo cáo kiểm tra TIM hữu ích nên bao gồm nhiều hơn một con số.
Các kỹ sư nên đặt câu hỏi:
- Đã sử dụng tiêu chuẩn nào?
- Phiên bản nào của tiêu chuẩn đã được sử dụng?
- Vật liệu được kiểm tra ở trạng thái cung cấp hay sau khi đóng rắn?
- Độ dày mẫu là bao nhiêu?
- Độ dày đường hàn cuối cùng là bao nhiêu?
- Áp suất nào đã được áp dụng?
- Diện tích tiếp xúc là bao nhiêu?
- Đã sử dụng nhiệt độ nào?
- Kết quả là độ dẫn nhiệt, độ dẫn biểu kiến, điện trở hay trở kháng?
- Đã có bao nhiêu mẫu được kiểm tra?
- Sự dao động giữa các mẫu là gì?
- Các bề mặt đã được làm sạch hoặc xử lý chưa?
- Đã thực hiện quá trình lão hóa hay chu trình nhiệt chưa?
- Kết quả đã được kiểm chứng trong khâu lắp ráp cuối cùng chưa?
Nếu thiếu các chi tiết này, kết quả vẫn có thể hữu ích cho việc sàng lọc, nhưng không nên được coi là bằng chứng cuối cùng về hiệu suất sản phẩm.
Tiêu chuẩn không loại bỏ phán đoán kỹ thuật
Các tiêu chuẩn kiểm thử rất thiết yếu vì chúng tạo ra cấu trúc và tính lặp lại. Nhưng chúng không thể loại bỏ nhu cầu về phán đoán kỹ thuật.
Các vật liệu giao diện nhiệt (TIM) cực kỳ nhạy cảm với các điều kiện ứng dụng. Một loại mỡ tản nhiệt có thể hoạt động tốt khi quét mỏng nhưng lại kém hiệu quả khi quét dày. Một miếng đệm có thể hoạt động tốt ở mức nén này nhưng lại kém ở mức nén khác. Một loại keo tản nhiệt (putty) có thể hoạt động tốt trong khoảng trống không đều nhưng lại tỏ ra kém ấn tượng trong bài kiểm tra thể tích phẳng. Một vật liệu chuyển pha (PCM) có thể hoạt động khác nhau trước và sau khi kích hoạt chuyển pha.
Đây là lý do tại sao các kỹ sư nên kết hợp:
- Kiểm tra vật liệu tiêu chuẩn hóa
- Kiểm thử fixture theo ứng dụng cụ thể
- Xác thực cấp thiết bị
- Kiểm tra độ tin cậy
- Kiểm soát quá trình sản xuất
Tiêu chuẩn cho bạn biết cách một bài kiểm tra được thực hiện. Nó không tự động cho bạn biết liệu vật liệu đó có phù hợp với sản phẩm của bạn hay không.
Những sai lầm phổ biến kỹ sư nên tránh
Sai lầm đầu tiên là so sánh các giá trị từ các tiêu chuẩn khác nhau như thể chúng tương đương nhau. ASTM D5470, ISO 22007-2, ASTM E1461, ASTM C177 và ASTM C518 đo lường những thông số khác nhau theo các giả định khác nhau.
Sai lầm thứ hai là chỉ tập trung vào W/mK. Việc lựa chọn TIM cũng cần cân nhắc đến trở kháng nhiệt, áp suất, độ dày, điện trở tiếp xúc và độ tin cậy.
Sai lầm thứ ba là bỏ qua hình thức vật liệu. Chất béo lỏng, gel mềm, tấm dễ nén, màng chuyển pha và hợp chất đóng rắn không nên được đối xử như cùng một vấn đề thử nghiệm.
Sai lầm thứ tư là bỏ qua áp suất. Nhiều vật liệu TIM hoạt động khác nhau dưới các mức độ nén khác nhau.
Sai lầm thứ năm là áp dụng trực tiếp kết quả từ bảng thông số kỹ thuật vào các cụm lắp ráp phức tạp. Các sản phẩm thực tế có thể có khe hở không đều, bề mặt không song song, áp suất hạn chế, độ rung hoặc chu kỳ nhiệt.
Sai lầm thứ sáu là bỏ qua quá trình kiểm tra lão hóa và môi trường. Hiện tượng bơm ngược, khô cạn, thoát khí, đóng rắn hoặc lắng đọng chất độn có thể làm thay đổi hiệu suất tản nhiệt theo thời gian. Đối với các ứng dụng nhạy cảm với chân dung, hãy xem bài viết của HakTak Keo tản nhiệt có bay hơi trong chân không không? Hiểu về sự thoát khí và hiệu suất trong môi trường áp suất thấp.
Góc nhìn HakTak
Tại HakTak, các tiêu chuẩn kiểm tra TIM được sử dụng như các công cụ, không phải lối tắt. ASTM D5470 và các phương pháp liên quan có thể cung cấp dữ liệu so sánh có giá trị, nhưng lựa chọn vật liệu cuối cùng phải phản ánh thiết kế sản phẩm thực tế.
Đối với keo tản nhiệt, các biến số chính bao gồm độ dày lớp bôi, độ ẩm bề mặt, khả năng chống bơm đẩy, độ ổn định khi bảo quản và áp suất. Đối với miếng đệm tản nhiệt, độ dày, độ cứng, độ nén và khả năng cách điện là quan trọng. Đối với miếng đệm tản nhiệt PCM, nhiệt độ kích hoạt và hành vi tiếp xúc sau khi kích hoạt là quan trọng. Đối với keo tản nhiệt dạng bột nhão và chất làm đầy khe hở, tính dễ thích ứng và dung sai khe hở là quan trọng. Đối với hợp chất bọc mạch dẫn nhiệt, chất lượng đóng rắn và khả năng kiểm soát bọt khí là quan trọng.
Một quy trình đánh giá TIM mạnh mẽ thường bao gồm:
- Sàng lọc vật liệu bằng dữ liệu kiểm tra tiêu chuẩn
- Kiểm tra trở kháng hoặc điện trở nhiệt dưới áp suất thực tế
- Xác thực nhiệt độ cấp ứng dụng
- Chu kỳ nhiệt và sự lão hóa
- Kiểm tra tính lặp lại của quy trình
- Kiểm tra cách điện khi được yêu cầu
Vật liệu tốt nhất không phải lúc nào cũng là vật liệu có chỉ số dẫn nhiệt cao nhất. Đó là vật liệu mang lại hiệu suất nhiệt ổn định trong cụm lắp ráp thực tế.
Kết luận
Các kỹ sư làm việc với vật liệu tản nhiệt nên biết một số tiêu chuẩn thử nghiệm phổ biến, nhưng họ cũng cần hiểu rõ những giới hạn của chúng.
ASTM D5470 là tiêu chuẩn có liên quan trực tiếp nhất đối với nhiều ứng dụng TIM vì nó tập trung vào các đặc tính truyền nhiệt, trở kháng và độ dẫn điện biểu kiến của các vật liệu được sử dụng trong việc tản nhiệt điện tử. ISO 22007-2 hữu ích cho việc kiểm tra nguồn nhiệt phẳng tức thời đối với các vật liệu gốc polymer. ASTM E1461 hữu ích cho độ khuếch tán chớp laser của chất rắn và hợp chất đã đóng rắn. ASTM C177 và ASTM C518 là các phương pháp ổn định quan trọng đối với vật liệu dạng tấm và các khái niệm truyền nhiệt.
Không tiêu chuẩn nào có thể thay thế hoàn toàn việc kiểm thử ứng dụng. Hiệu suất của vật liệu tản nhiệt (TIM) phụ thuộc vào độ dày, áp suất, diện tích tiếp xúc bề mặt, nhiệt độ, hình học và sự lão hóa. Phương pháp kiểm thử tốt nhất là kết hợp dữ liệu tiêu chuẩn với việc xác thực trên cụm lắp ráp thực tế.
Đối với các kỹ sư, mục tiêu không chỉ là báo cáo một giá trị độ dẫn nhiệt. Mục tiêu là chọn một vật liệu tản nhiệt (TIM) giúp sản phẩm cuối cùng mát mẻ, đáng tin cậy và dễ sản xuất.
Câu hỏi thường gặp
Tiêu chuẩn kiểm tra TIM phổ biến nhất là gì?
ASTM D5470 là một trong những tiêu chuẩn quan trọng nhất và được tham khảo phổ biến nhất đối với việc kiểm tra vật liệu dẫn nhiệt (TIM) vì nó đo tổng trở nhiệt và độ dẫn nhiệt biểu kiến của các vật liệu cách điện dẫn nhiệt.
ASTM D5470 có chỉ dành cho miếng đệm tản nhiệt (thermal pads) không?
Không. ASTM D5470 có thể được sử dụng cho một loạt các loại vật liệu, bao gồm mỡ, nhão, vật liệu chuyển pha, gel, cao su mềm, cao su cứng và chất rắn cứng.
ISO 22007-2 dùng để làm gì?
ISO 22007-2 đề cập đến phương pháp nguồn nhiệt phẳng transient để xác định độ dẫn nhiệt và độ khuếch tán nhiệt của chất dẻo. Phương pháp này hữu ích cho việc thử nghiệm vật liệu khối và vật liệu gốc polyme.
Kiểm tra chớp laser có tốt cho vật liệu dẫn nhiệt (TIM) không?
Kiểm tra chớp laser hữu ích cho các vật liệu đặc và hợp chất đã đóng rắn, nhưng nó có thể không đại diện cho các bề mặt tiếp xúc TIM mỏng, nhạy cảm với áp suất, nơi điện trở tiếp xúc đóng vai trò quan trọng.
Có thể sử dụng tiêu chuẩn ASTM C177 hoặc C518 cho vật liệu dẫn nhiệt (TIM) không?
Chúng thường được kết hợp với các vật liệu dạng tấm và thử nghiệm truyền nhiệt theo kiểu cách nhiệt. Đây là những phương pháp nền tảng hữu ích nhưng thường không phải là lựa chọn hàng đầu cho các lớp TIM điện tử mỏng.
Tại sao kết quả kiểm tra TIM lại khác nhau giữa các nhà cung cấp?
Kết quả có thể khác nhau do phương pháp thử nghiệm, độ dày mẫu, áp suất, độ hoàn thiện bề mặt, nhiệt độ, phương pháp chuẩn bị và việc kết quả là độ dẫn điện, độ dẫn điện biểu kiến, trở kháng hay điện trở.
Các kỹ sư có nên chỉ dựa vào dữ liệu thử nghiệm tiêu chuẩn không?
Không. Dữ liệu thử nghiệm tiêu chuẩn hữu ích cho việc sàng lọc, nhưng việc lựa chọn TIM cuối cùng nên bao gồm thử nghiệm nhiệt ở cấp độ ứng dụng và đánh giá độ tin cậy.
Báo cáo kiểm tra TIM nên bao gồm những gì?
Một báo cáo thử nghiệm TIM nên bao gồm tiêu chuẩn được sử dụng, nhiệt độ thử nghiệm, áp suất, độ dày mẫu, độ dày đường liên kết, diện tích tiếp xúc, số lượng mẫu, loại kết quả và bất kỳ lịch sử lão hóa hoặc điều hòa nào.