Để lựa chọn độ dày miếng đệm tản nhiệt cho các thiết bị điện tử, trước tiên cần đo khoảng cách thực tế giữa nguồn nhiệt và bề mặt tản nhiệt, sau đó chọn miếng đệm có thể lấp đầy khoảng cách tối đa mà vẫn nằm trong phạm vi nén khuyến nghị tại khoảng cách tối thiểu. Miếng đệm được chọn phải đảm bảo tiếp xúc hoàn toàn mà không gây ra ứng suất cơ học quá mức, và độ dày sau khi nén của nó phải giữ cho điện trở nhiệt nằm trong giới hạn mục tiêu thiết kế.
Nói một cách đơn giản: chọn miếng cách nhiệt mỏng nhất miếng đệm điều đó giúp lấp đầy một cách chắc chắn toàn bộ khoảng trống trên sự khoan dung sự thay đổi mà không làm nén quá mức cụm chi tiết.
Không nên chỉ dựa vào khe hở danh định để lựa chọn độ dày của miếng đệm tản nhiệt. Các kỹ sư cũng cần xem xét dung sai khe hở, tỷ lệ nén, độ cứng của miếng đệm, áp suất tiếp xúc, độ dẫn nhiệt, trở kháng nhiệt, cách điện, độ phẳng bề mặt, rung động, chu kỳ nhiệt và độ biến dạng vĩnh viễn do nén trong dài hạn.
Tại sao độ dày của miếng tản nhiệt lại quan trọng
Miếng đệm tản nhiệt được sử dụng để truyền nhiệt từ các linh kiện điện tử sang bộ tản nhiệt, vỏ kim loại, khung máy, tấm làm mát hoặc vỏ bảo vệ. Chúng thường được sử dụng trong trường hợp khe hở quá lớn hoặc không đồng đều để sử dụng keo tản nhiệt, nhưng vẫn cần một đường dẫn nhiệt sạch sẽ và ổn định.
Độ dày của miếng tản nhiệt rất quan trọng vì nhiệt phải truyền qua miếng tản nhiệt trước khi đến bề mặt làm mát. Miếng tản nhiệt dày hơn thường tạo ra điện trở nhiệt cao hơn. Miếng tản nhiệt mỏng hơn thường giúp cải thiện khả năng truyền nhiệt, nhưng chỉ khi nó tiếp xúc hoàn toàn với cả hai bề mặt.
Điều này dẫn đến một sự đánh đổi thực tế:
- Nếu miếng đệm quá mỏng, nó có thể không tiếp xúc được với cả hai bề mặt.
- Nếu miếng đệm quá dày, nó có thể làm tăng điện trở nhiệt và ứng suất cơ học.
- Nếu miếng đệm quá cứng, nó có thể không nén đủ.
- Nếu miếng đệm quá mềm, nó có thể bị biến dạng quá mức hoặc khó thao tác.
Độ dày phù hợp sẽ đảm bảo sự cân bằng giữa hiệu suất nhiệt và độ an toàn cơ học.
Để tìm hiểu thêm về mối quan hệ tổng quát giữa độ dày và sự truyền nhiệt, xin tham khảo bài viết của HakTak: Độ dày đường nối ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất cách nhiệt.
Độ dày của miếng tản nhiệt là gì?
Độ dày miếng tản nhiệt là độ dày của miếng tản nhiệt khi được cung cấp trước khi lắp ráp. Các độ dày phổ biến có thể bao gồm 0,5 mm, 1,0 mm, 1,5 mm, 2,0 mm, 3,0 mm và cao hơn, tùy thuộc vào vật liệu và ứng dụng.
Tuy nhiên, các kỹ sư cần phân biệt rõ ba giá trị độ dày này.
| Loại độ dày | Ý nghĩa | Tại sao điều này lại quan trọng |
| Độ dày danh nghĩa của miếng đệm | Độ dày trước khi lắp ráp | Dùng để lựa chọn vật liệu ban đầu |
| Độ dày sau khi nén | Độ dày sau khi chịu áp lực lắp ráp | Xác định độ dày thực tế của đường nối |
| Độ dày khe hở | Khoảng cách giữa bộ phận và bề mặt tản nhiệt | Xác định xem miếng đệm có tiếp xúc hay không |
Thông số quan trọng nhất đối với hiệu suất nhiệt thường là độ dày sau khi nén, còn được gọi là độ dày đường nối. Đây chính là độ dày thực tế mà nhiệt phải đi qua trong quá trình vận hành.
Bắt đầu bằng việc đo lường khoảng cách thực tế
Bước đầu tiên là đo khoảng cách thực tế. Đừng chỉ dựa vào các kích thước danh nghĩa trên bản vẽ CAD, trừ khi thiết kế vẫn đang ở giai đoạn ý tưởng ban đầu.
Các khe hở thực tế có thể khác với số liệu CAD do các nguyên nhân sau:
- Dung sai chiều cao của bộ phận
- Dung sai độ dày PCB
- Chiều cao mối hàn
- Độ phẳng của bộ tản nhiệt
- Dải dung sai về kích thước
- Sự dao động của mô-men xoắn vít
- Ván bị cong vênh
- Sự giãn nở nhiệt
- Cấu trúc lắp ráp
Đo khe hở tối thiểu, danh định và tối đa
Một quy trình lựa chọn độ dày hiệu quả cần có ba giá trị:
- Khoảng cách tối thiểu: khoảng cách nhỏ nhất có thể sau khi cộng dồn dung sai
- Khoảng cách danh nghĩa: khoảng cách thiết kế dự kiến
- Khoảng cách tối đa: khoảng cách lớn nhất có thể sau khi cộng dồn dung sai
Ví dụ, một thiết kế có thể có khe hở danh định là 1,0 mm, nhưng dải dung sai thực tế có thể nằm trong khoảng từ 0,8 mm đến 1,25 mm. Một miếng đệm chỉ được chọn cho giá trị 1,0 mm có thể không đáp ứng yêu cầu nếu cụm lắp ráp đạt đến một trong hai giá trị cực trị.
Sử dụng phương pháp xác thực vật lý
Các phương pháp đo khoảng cách hữu ích bao gồm:
- Thước đo khe hở
- Màng đo khe hở bằng đất sét hoặc màng đo khe hở có thể nén
- Phương pháp đo độ dịch chuyển bằng laser
- Kiểm tra bằng máy đo tọa độ (CMM)
- Phân tích mặt cắt ngang
- Lắp ráp thử nghiệm với vật liệu đối chiếu
- Phân tích tích lũy dung sai cơ khí
Đối với sản xuất quy mô lớn, việc kiểm định thực tế là rất quan trọng vì những sai số nhỏ về dung sai có thể gây ra sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa các sản phẩm.
Hiểu về tỷ số nén
Miếng đệm tản nhiệt được thiết kế để nén lại. Quá trình nén giúp miếng đệm lấp đầy các chỗ gồ ghề trên bề mặt, loại bỏ các khe hở không khí và cải thiện độ tiếp xúc. Tuy nhiên, miếng đệm phải duy trì trong phạm vi nén an toàn.
Tỷ số nén có thể được tính theo công thức sau:
Tỷ lệ nén = (độ dày ban đầu – độ dày sau khi nén) / độ dày ban đầu × 100%
Ví dụ, nếu một miếng đệm dày 1,5 mm bị nén xuống còn 1,2 mm:
(1,5 – 1,2) / 1,5 × 100% = 20% nén
HakTak có một hướng dẫn chuyên sâu về chủ đề này: Ảnh hưởng của áp suất nén đến hiệu suất của miếng tản nhiệt.
Tại sao cửa sổ nén lại quan trọng
Miếng tản nhiệt phải hoạt động hiệu quả trong toàn bộ dải khoảng cách.
Nếu khe hở tối thiểu quá nhỏ, miếng đệm có thể bị nén quá mức. Nếu khe hở tối đa quá lớn, miếng đệm có thể không tiếp xúc đủ.
Điều này được gọi là “cửa sổ nén”.
| Điều kiện khoảng cách | Rủi ro | Những điều cần kiểm tra |
| Khoảng cách tối thiểu | Nén quá mức | Áp lực lên linh kiện, uốn cong bảng mạch in (PCB), hiện tượng lồi pad |
| Khoảng cách danh nghĩa | Mục tiêu hiệu suất | Trở kháng nhiệt và lực lắp ráp |
| Khoảng cách tối đa | Nén không đủ | Tiếp xúc kém, có bọt khí, điện trở cao |
Độ dày miếng đệm được chọn phải đáp ứng được cả ba điều kiện này.
Một phương pháp thực tiễn để lựa chọn độ dày của miếng tản nhiệt
Một quy trình tuyển chọn thực tế sẽ diễn ra như sau:
- Đo khe hở tối thiểu, khe hở danh định và khe hở tối đa.
- Xác định áp suất kẹp hoặc lực vặn vít có sẵn.
- Chọn các độ dày miếng đệm phù hợp để lấp đầy khe hở lớn nhất.
- Kiểm tra độ nén ở khe hở tối thiểu và khe hở danh định.
- Xem xét các dữ liệu về độ cứng và độ lún khi nén của tấm đệm.
- Ước tính độ dày cuối cùng của lớp keo dán.
- So sánh trở kháng nhiệt ở mức áp suất thực tế.
- Kiểm tra ứng suất cơ học và độ cách điện.
- Kiểm tra trong bản lắp ráp thực tế.
- Thử nghiệm sau khi thực hiện chu trình nhiệt và lão hóa.
Quy trình này đòi hỏi nhiều công sức hơn so với việc chỉ đơn thuần chọn một miếng đệm có kích thước bằng khe hở danh định, nhưng nó giúp giảm thiểu các sự cố tại hiện trường và sự biến động trong quá trình sản xuất.
Ví dụ: Chọn độ dày miếng đệm từ phạm vi khe hở
Giả sử một cụm linh kiện điện tử có:
- Khoảng cách tối thiểu: 0,85 mm
- Khoảng cách danh nghĩa: 1,00 mm
- Khoảng cách tối đa: 1,20 mm
- Mục tiêu nén: 15-30%
Các lựa chọn miếng lót có thể:
| Độ dày miếng đệm | Độ nén khi khe hở là 0,85 mm | Lực nén khi khe hở là 1,00 mm | Độ nén tại khe hở 1,20 mm | Kết quả |
| 1,0 mm | 15% | 0% | Không liên lạc | Quá mỏng để đạt khe hở tối đa |
| 1,5 mm | 43% | 33% | 20% | Có thể bị nén quá mức ở khe hở tối thiểu |
| 1,2 mm | 29% | 17% | 0% | Borderline ở mức chênh lệch tối đa |
Trong trường hợp này, miếng đệm dày 1,2 mm chỉ có thể được chấp nhận nếu khe hở tối đa vẫn nhận được đủ áp lực tiếp xúc. Miếng đệm mềm hơn, dày 1,5 mm, có thể phù hợp nếu cụm lắp ráp có thể chịu được lực nén cao hơn tại khe hở tối thiểu. Quyết định cuối cùng cần phải được xác nhận về mặt lực, nhiệt và cơ học.
Điện trở nhiệt và độ dày miếng đệm
Độ dẫn nhiệt giảm khi độ dày tăng lên. Đối với một đường truyền nhiệt đơn giản:
R = t / (k × A)
Địa điểm:
- R là điện trở nhiệt
- t là độ dày cuối cùng của miếng đệm
- k là độ dẫn nhiệt
- A là diện tích tiếp xúc
Điều này có nghĩa là độ dày của miếng đệm có thể ảnh hưởng lớn hơn đến độ dẫn điện. Một miếng đệm dày có hệ số W/mK cao có thể cho hiệu suất kém hơn so với một miếng đệm mỏng hơn có hệ số W/mK vừa phải nếu đường nối cuối cùng có kích thước lớn hơn nhiều.
Để tìm hiểu chi tiết hơn, hãy tham khảo bài viết của HakTak: Tại sao hệ số W/mK cao không phải lúc nào cũng đồng nghĩa với hiệu suất làm mát tốt hơn.
Độ dẫn điện thôi là chưa đủ
Một miếng đệm có hệ số dẫn nhiệt 10 W/mK không nhất thiết phải tốt hơn miếng đệm có hệ số dẫn nhiệt 5 W/mK. Nếu miếng đệm 10 W/mK quá dày, quá cứng hoặc không được nén chặt, hệ số cản nhiệt thực tế của nó có thể cao hơn.
Các kỹ sư nên so sánh:
- Độ dẫn nhiệt
- Điện trở nhiệt
- Độ dày sau khi nén cuối cùng
- Áp lực tiếp xúc
- Phạm vi nén
- Tính thấm ướt bề mặt
- Sự ổn định lâu dài
Bài viết của HakTak Độ dẫn nhiệt so với trở kháng nhiệt trong việc lựa chọn vật liệu dẫn nhiệt (TIM) giải thích lý do tại sao điện trở nhiệt thường hữu ích hơn so với chỉ số W/mK.
Lựa chọn độ cứng và độ dày của miếng đệm
Không thể chọn độ dày mà không xem xét độ cứng. Một miếng đệm dày và mềm sẽ có tính chất hoàn toàn khác so với một miếng đệm dày và cứng.
Miếng đệm mềm
Miếng đệm giữ nhiệt mềm rất hữu ích trong các trường hợp sau:
- Áp suất bị giới hạn
- Các bộ phận rất dễ vỡ
- Bề mặt không bằng phẳng
- Phải giảm thiểu tối đa việc uốn cong PCB
- Cần đảm bảo độ che phủ cho nhiều chiều cao thành phần khác nhau
Miếng đệm mềm có thể lấp đầy các khe hở dễ dàng hơn, nhưng chúng có thể dễ vỡ hơn, khó xử lý hơn hoặc kém ổn định về kích thước hơn.
Miếng đệm cứng
Các miếng đệm cứng hơn có thể dễ xử lý hơn và có độ ổn định kích thước cao hơn. Chúng có thể hoạt động hiệu quả khi khe hở được kiểm soát và cụm lắp ráp tạo ra đủ áp lực.
Tuy nhiên, các miếng đệm cứng có thể gây áp lực nếu chúng quá dày hoặc không được nén đủ. Chúng cũng có thể không ôm sát được các bề mặt gồ ghề hoặc không bằng phẳng.
Độ dày và lực phải phù hợp với nhau
Câu hỏi đúng là:
Liệu điều này có thể... miếng đệm Độ dày có đạt được độ dày cuối cùng theo yêu cầu của đường liên kết trong giới hạn lực cho phép hay không?
Nếu câu trả lời là “không”, thì miếng đệm đó có thể trông rất tốt trên bảng thông số kỹ thuật nhưng lại không hoạt động tốt khi được lắp vào sản phẩm.
Độ phẳng bề mặt và diện tích tiếp xúc
Độ dày của miếng đệm tản nhiệt còn phụ thuộc vào mức độ phẳng và song song của các bề mặt.
Nếu bộ tản nhiệt và linh kiện có bề mặt phẳng và song song với nhau, có thể sử dụng miếng đệm mỏng hơn. Nếu các bề mặt bị nghiêng, cong vênh hoặc gồ ghề, có thể cần dùng miếng đệm dày hơn hoặc mềm hơn để duy trì sự tiếp xúc.
Các nguyên nhân phổ biến dẫn đến tiếp xúc không đồng đều bao gồm:
- Dung sai gia công bộ tản nhiệt
- Biến dạng vỏ bọc
- Sự cong vênh của bảng mạch in (PCB)
- Sự dao động về chiều cao của các bộ phận
- Mô-men xoắn vít không đồng đều
- Sự không khớp về độ giãn nở nhiệt
Nếu một bên của bề mặt tiếp xúc có khe hở 0,5 mm và bên kia có khe hở 1,0 mm, miếng đệm đồng nhất có thể bị nén không đều. Điều này có thể gây ra các điểm nóng và ứng suất cơ học.
Đối với các cụm lắp ráp gồm nhiều bộ phận, đôi khi keo cách nhiệt hoặc chất trám khe có thể là lựa chọn tốt hơn so với miếng đệm tiêu chuẩn. Bài viết của HakTak Keo tản nhiệt so với miếng tản nhiệt: Cách lựa chọn khi khe hở không đều giải thích sự đánh đổi này.
Cách điện và độ dày
Nhiều miếng đệm tản nhiệt có tính cách điện. Trong lĩnh vực điện tử công suất, miếng đệm này có thể cần phải đảm bảo cả khả năng truyền nhiệt lẫn cách điện.
Các miếng đệm dày hơn có thể làm tăng độ bền điện môi, nhưng chúng cũng làm tăng điện trở nhiệt. Các miếng đệm mỏng hơn có thể cải thiện hiệu suất tản nhiệt, nhưng chúng vẫn phải đáp ứng các yêu cầu về cách điện.
Các kỹ sư cần kiểm tra:
- Độ bền điện môi
- Điện trở thể tích
- Điện áp phá vỡ
- Các yêu cầu về khoảng cách dọc và khoảng cách ngang
- Ảnh hưởng của quá trình nén đối với vật liệu cách nhiệt
- Quá trình lão hóa sau chu kỳ nhiệt
Điều này đặc biệt quan trọng trong:
- Biến tần xe điện
- Bộ nguồn
- Mô-đun IGBT
- Các cụm MOSFET
- Bộ điều khiển đèn LED
- Bộ điều khiển động cơ công nghiệp
Khi vật liệu cách nhiệt có vai trò quyết định đối với an toàn, việc lựa chọn vật liệu cách nhiệt phải được phối hợp với các yêu cầu về an toàn điện.
Hướng dẫn về độ dày dựa trên ứng dụng
Bảng dưới đây cung cấp các hướng dẫn chung. Việc lựa chọn cuối cùng luôn cần được kiểm chứng trong quá trình lắp ráp thực tế.
| Đơn đăng ký | Điều kiện khoảng trống thường gặp | Thứ tự ưu tiên khi lựa chọn độ dày |
| Mô-đun CPU/GPU | Mỏng và được kiểm soát | Trở kháng thấp, BLT mỏng, tiếp xúc tốt |
| Mô-đun LED | Phẳng nhưng nhạy cảm với diện tích | Độ nén đồng đều và tiếp xúc ổn định |
| Bộ nguồn | Khoảng trống vừa phải và nhu cầu cách nhiệt | Độ bền điện môi và khả năng chịu nhiệt |
| Biến tần xe điện | Nhiệt độ cao và rung động | Độ ổn định khi nén và khả năng cách nhiệt |
| Thiết bị viễn thông | Tuổi thọ cao | Lão hóa, độ biến dạng vĩnh viễn do nén, chu kỳ nhiệt |
| Hệ thống quản lý pin | Nhiều thành phần | Dung sai khe hở và sự phù hợp linh hoạt |
| Hệ thống điều khiển công nghiệp | Vỏ biến thiên | Dung sai cơ khí và độ tin cậy |
| Máy chủ AI | Mật độ công suất cao | Độ cản nhiệt thấp và độ lặp lại cao |
Khi miếng tản nhiệt có thể không phải là lựa chọn tốt nhất
Miếng tản nhiệt rất hữu ích, nhưng không phải lúc nào chúng cũng là chất dẫn nhiệt (TIM) tốt nhất.
Nên chọn mỡ tản nhiệt hoặc bột tản nhiệt trong các trường hợp sau:
- Giao diện này rất mỏng và phẳng
- Có thể điều chỉnh lực kẹp mạnh
- Việc xử lý sạch sẽ không quan trọng bằng
- Cần có độ dày đường viền thấp nhất
Bài viết của HakTak Mẹo bôi mỡ tản nhiệt và cách thức hoạt động của nó giải thích các yếu tố cần lưu ý khi bôi mỡ.
Hãy chọn miếng tản nhiệt PCM trong các trường hợp sau:
- Bạn cần cảm giác lái giống như khi lái xe có đệm
- Giao diện có thể đạt đến nhiệt độ kích hoạt
- Sau khi gia nhiệt, cần phải tăng cường khả năng thấm ướt
- Tính lặp lại trong sản xuất là yếu tố quan trọng
Xem Giải thích về miếng tản nhiệt PCM để biết thêm chi tiết.
Hãy chọn bột trám nhiệt hoặc chất trám khe trong các trường hợp sau:
- Các khe hở không đều nhau
- Chiều cao của các thành phần khác nhau
- Áp suất bị giới hạn
- Bộ phận này có hình học phức tạp
Nên chọn các loại hợp chất đúc có tính dẫn nhiệt trong các trường hợp sau:
- Các thành phần cần được đóng gói
- Việc bảo vệ môi trường là điều cần thiết
- Nhiệt phải truyền qua một thể tích chứa đầy chất lỏng
- Cần có sự hỗ trợ về mặt cơ khí
Của HakTak’s Hướng dẫn về các loại hợp chất đúc cách nhiệt trong lĩnh vực điện tử giải thích về danh mục này.
Kiểm tra độ dày miếng tản nhiệt
Việc lựa chọn miếng tản nhiệt cần được xác nhận thông qua thử nghiệm. Các giá trị trong bảng thông số kỹ thuật tuy hữu ích, nhưng không thể thay thế cho quá trình kiểm chứng lắp ráp.
Các xét nghiệm hữu ích bao gồm:
- Đo khoảng cách
- Thử nghiệm nén-lún
- Thử nghiệm trở kháng nhiệt
- Kiểm tra nhiệt độ thiết bị
- Kiểm tra cách điện
- Chu kỳ nhiệt
- Thử nghiệm rung động
- Thử nghiệm độ biến dạng vĩnh viễn do nén
- Đánh giá việc làm lại
Tiêu chuẩn ASTM D5470 thường được tham chiếu để đánh giá các đặc tính truyền nhiệt của vật liệu cách điện dẫn nhiệt và có liên quan rộng rãi đến việc thử nghiệm trở kháng của vật liệu dẫn nhiệt (TIM). Các kỹ sư có thể tham khảo danh mục chính thức của ASTM tại đây: ASTM D5470.
Để đo lường các tính chất nhiệt của vật liệu polymer một cách toàn diện hơn, tiêu chuẩn ISO 22007-2 quy định phương pháp nguồn nhiệt mặt phẳng thoáng qua nhằm xác định hệ số dẫn nhiệt và hệ số khuếch tán nhiệt của nhựa. Trang web chính thức của ISO có tại đây: ISO 22007-2:2022.
Bài viết của HakTak Các tiêu chuẩn kiểm thử TIM phổ biến mà các kỹ sư cần biết cung cấp một cái nhìn tổng quan thực tiễn về cách các phương pháp này được áp dụng trong quá trình lựa chọn TIM.
Những sai lầm thường gặp khi lựa chọn độ dày miếng tản nhiệt
Sai lầm đầu tiên là chỉ căn chỉnh độ dày miếng đệm sao cho khớp với khe hở danh định. Các cụm lắp ráp thực tế đều có dải dung sai.
Sai lầm thứ hai là chọn miếng đệm dày hơn “chỉ để đề phòng”. Độ dày quá mức sẽ làm tăng điện trở nhiệt và có thể gây ra ứng suất cơ học.
Sai lầm thứ ba là bỏ qua độ cứng. Một miếng đệm quá cứng có thể không nén đủ, trong khi một miếng đệm quá mềm có thể bị biến dạng quá mức.
Sai lầm thứ tư là so sánh độ dẫn nhiệt mà không kiểm tra độ dày cuối cùng. Một miếng đệm có giá trị W/mK cao vẫn có thể hoạt động kém hiệu quả nếu lớp kết dính quá dày.
Sai lầm thứ năm là tiến hành thử nghiệm ở mức áp suất không thực tế. Một miếng đệm được thử nghiệm ở áp suất cao trong phòng thí nghiệm có thể sẽ không hoạt động tương tự khi được lắp vào thiết bị có áp suất thấp.
Sai lầm thứ sáu là bỏ qua hiện tượng biến dạng vĩnh viễn do nén trong dài hạn. Một miếng đệm có thể mất áp suất tiếp xúc sau quá trình lão hóa hoặc chu kỳ nhiệt.
Sai lầm thứ bảy là bỏ qua vấn đề cách điện. Một miếng đệm mỏng hơn có thể giúp cải thiện khả năng truyền nhiệt nhưng lại không đáp ứng được các yêu cầu về điện môi.
Góc nhìn của HakTak
Tại HakTak, độ dày của miếng đệm tản nhiệt được xem xét như một quyết định thiết kế liên quan đến cả khía cạnh nhiệt và cơ học. Miếng đệm phải lấp đầy khe hở, nén lại một cách an toàn, duy trì tiếp xúc, đáp ứng các yêu cầu cách nhiệt và giữ cho điện trở nhiệt ở mức thấp theo thời gian.
Để có được lời khuyên đáng tin cậy, các kỹ sư nên cung cấp:
- Khoảng cách tối thiểu, danh nghĩa và tối đa
- Khu vực tiếp xúc
- Công suất nguồn nhiệt
- Vật liệu bề mặt
- Áp suất hoặc mô-men xoắn vít có sẵn
- Dung sai chiều cao của bộ phận
- Độ cứng của PCB
- Yêu cầu về cách nhiệt
- Phạm vi nhiệt độ hoạt động
- Yêu cầu về rung động và chu kỳ nhiệt
- Điều chỉnh kỳ vọng
- Phương pháp lắp ráp sản xuất
Dựa trên thông tin này, nhà cung cấp có thể đưa ra khuyến nghị chính xác hơn về độ dày, độ cứng, cấp độ dẫn điện, phạm vi nén và loại vật liệu.
Độ dày lý tưởng của miếng tản nhiệt không phải là lựa chọn dày nhất có thể lấp đầy khe hở. Đó là lựa chọn mỏng nhất có thể lấp đầy khe hở trong trường hợp xấu nhất, nén lại một cách an toàn trong trường hợp tốt nhất, và duy trì tiếp xúc nhiệt đáng tin cậy trong suốt vòng đời sản phẩm.
Kết luận
Việc lựa chọn độ dày miếng đệm tản nhiệt cho các thiết bị điện tử không chỉ đơn thuần là chọn miếng đệm sao cho phù hợp với khe hở danh định. Các kỹ sư phải tính đến dung sai khe hở, tỷ lệ nén, độ cứng của miếng đệm, độ dày cuối cùng của lớp liên kết, điện trở nhiệt, áp lực tiếp xúc, cách điện và độ tin cậy lâu dài.
Nhìn chung, miếng đệm mỏng hơn sẽ làm giảm điện trở nhiệt, nhưng chỉ khi chúng tiếp xúc hoàn toàn với cả hai bề mặt. Miếng đệm dày hơn có thể bù đắp được các khe hở lớn hơn, nhưng chúng làm tăng điện trở nhiệt và có thể gây ra ứng suất cơ học. Độ dày miếng đệm phù hợp là độ dày có thể hoạt động hiệu quả trong toàn bộ phạm vi dung sai, đồng thời duy trì sự ổn định về mặt nhiệt và cơ học cho cụm lắp ráp.
Đối với các thiết bị điện tử sản xuất, lựa chọn cuối cùng cần được xác nhận thông qua các thử nghiệm thực tế về độ nén, trở kháng nhiệt, nhiệt độ thiết bị và độ tin cậy.
Câu hỏi thường gặp
Làm thế nào để chọn độ dày của miếng đệm tản nhiệt?
Đo khoảng hở tối thiểu, danh định và tối đa, sau đó chọn miếng đệm có thể lấp đầy khoảng hở tối đa mà vẫn nằm trong phạm vi nén khuyến nghị khi ở khoảng hở tối thiểu.
Miếng lót tản nhiệt có nên dày hơn khe hở không?
Thông thường là có, miếng đệm chưa nén thường dày hơn một chút so với khe hở để có thể nén lại và tiếp xúc hoàn toàn. Mức độ nén phụ thuộc vào phạm vi nén được khuyến nghị của miếng đệm.
Nếu miếng tản nhiệt quá mỏng thì sẽ xảy ra chuyện gì?
Nếu miếng đệm quá mỏng, nó có thể không tiếp xúc được với cả hai bề mặt, dẫn đến xuất hiện khe hở chứa không khí và làm tăng điện trở nhiệt.
Nếu miếng tản nhiệt quá dày thì sẽ xảy ra chuyện gì?
Nếu miếng đệm quá dày, nó có thể làm tăng điện trở nhiệt, làm cong bảng mạch in (PCB), gây áp lực lên các linh kiện, làm biến dạng vỏ máy hoặc gây khó khăn trong quá trình lắp ráp.
Miếng tản nhiệt dày hơn có nghĩa là khả năng tản nhiệt tốt hơn không?
Không. Các miếng đệm dày hơn thường làm tăng điện trở nhiệt. Miếng đệm dày hơn chỉ hữu ích khi cần lấp đầy khe hở.
Miếng đệm tản nhiệt nên nén lại bao nhiêu?
Không có giá trị chung nào cả. Mức nén chính xác phụ thuộc vào vật liệu miếng đệm, độ cứng, độ dày, dung sai khe hở và áp suất có sẵn. Cần tham khảo dữ liệu từ nhà cung cấp và kết quả thử nghiệm lắp ráp.
Độ dẫn nhiệt có quan trọng hơn độ dày không?
Cả hai yếu tố này đều quan trọng. Độ dẫn nhiệt có tác dụng nhất định, nhưng độ dày sau khi nén và chất lượng tiếp xúc lại ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất tản nhiệt thực tế.
Tôi có thể xếp chồng các miếng đệm tản nhiệt lên nhau để tăng độ dày không?
Thông thường không nên xếp chồng các điểm tiếp xúc vì điều này sẽ làm tăng thêm số lượng giao diện và điện trở tiếp xúc. Thông thường, việc sử dụng một điểm tiếp xúc duy nhất được lựa chọn đúng cách sẽ mang lại hiệu quả tốt hơn.
Miếng đệm nhiệt mềm có phù hợp hơn với các khe hở không đều không?
Miếng đệm mềm có thể thích ứng tốt hơn trong điều kiện áp suất thấp, nhưng có thể phải đánh đổi về khả năng thao tác hoặc độ ổn định. Đối với các khe hở có độ gồ ghề cao, bột nhiệt hoặc chất trám khe hở có thể phù hợp hơn.
Có nên kiểm tra độ dày của miếng đệm tản nhiệt sau khi lão hóa không?
Đúng vậy. Độ biến dạng vĩnh viễn do nén, chu kỳ nhiệt và rung động có thể làm thay đổi áp suất tiếp xúc theo thời gian, do đó việc thử nghiệm độ tin cậy là rất quan trọng.
