Vật liệu tản nhiệt cho điện tử công suất
Kiểm soát nhiệt độ trên toàn bộ hệ thống nguồn điện
Tạo ra một đường dẫn nhiệt ổn định từ các thiết bị IGBT, MOSFET và SiC đến các chất nền, tấm đế, bộ tản nhiệt, tấm làm mát và vỏ bảo vệ — mà không làm mất tính cách ly điện hay độ tin cậy trong quá trình bật/tắt nguồn.
Bên trong Hội đồng
Lập bản đồ mọi giao diện trong hệ thống chuyển đổi điện năng
Thiết bị điện tử công suất hiếm khi chỉ có một giao diện duy nhất. Các gói thiết bị, mô-đun, linh kiện từ tính, thanh dẫn điện và bảng điều khiển đặt ra những yêu cầu khác nhau về lưu lượng nhiệt, điện áp và cơ học.
Các mô-đun IGBT và MOSFET gắn vào bộ tản nhiệt
Giảm điện trở giữa vỏ và đế đồng thời duy trì cách ly điện, áp suất lắp đặt được kiểm soát và tiếp xúc ổn định qua các chu kỳ cấp nguồn lặp đi lặp lại.
Đọc Hướng dẫn về miếng tản nhiệt IGBT →
MOSFET, bộ điều khiển và các điểm nóng trên bảng mạch in (PCB)
Giải quyết sự chênh lệch chiều cao giữa các linh kiện và dẫn nhiệt vào bộ tản nhiệt hoặc vỏ bảo vệ mà không gây quá tải cho các gói linh kiện, các mối hàn hoặc bảng mạch.
Xem Hướng dẫn lựa chọn MOSFET →
Biến tần, bộ chuyển đổi và bộ điều khiển động cơ
Điều phối hệ thống làm mát mô-đun cùng với các cuộn cảm, máy biến áp, tụ điện và vỏ bọc kín trong các điều kiện tải cao, rung động và bảo trì tại hiện trường.
Khám phá keo tản nhiệt dành cho bộ biến tần →Các nhóm vật liệu
Hãy chọn chức năng giao diện trước khi xem xét khía cạnh hóa học
Bắt đầu bằng các thông số như khe hở, độ phẳng, thông lượng nhiệt, điện áp, áp suất và điều kiện vận hành. Sau đó, so sánh các dạng vật liệu có thể duy trì giao diện theo yêu cầu trong thời gian dài.
Miếng đệm cách nhiệt cách điện
Kết hợp các chức năng lấp đầy khe hở, cách điện và bố trí có kiểm soát giữa các thiết bị, mô-đun và cấu trúc làm mát bằng kim loại.
- Dạng tấm, cuộn hoặc cắt khuôn
- Độ dày và độ cứng được quy định
- Tiếp xúc được kiểm soát bằng áp suất nén
Mỡ tản nhiệt có điện trở thấp
Các bề mặt tiếp xúc ẩm, mỏng, phẳng và được kẹp chặt, trong đó việc tạo ra đường liên kết thấp quan trọng hơn việc lấp đầy khe hở cơ học lớn.
- Giao diện mỏng giữa vỏ và bồn rửa
- Điện trở tiếp xúc thấp
- Bộ phận có thể bảo dưỡng
Vật liệu giao diện thay đổi pha
Làm mềm ở nhiệt độ hoạt động để cải thiện khả năng thấm ướt đồng thời mang lại độ chính xác cao hơn so với mỡ bôi trơn thông thường.
- Định dạng được áp dụng sẵn theo cách có kiểm soát
- Tiềm năng đường liên kết mỏng
- Quy trình xử lý thuận tiện cho sản xuất
Chất trám khe không cần tháo ra
Có thể uốn cong xung quanh các cuộn cảm, máy biến áp, tụ điện và các cụm bảng mạch không đồng đều với ứng suất cơ học thấp.
- Những khoảng trống đa dạng và phức tạp
- Phân phối thủ công hoặc tự động
- Giao diện đóng rắn mềm
Keo dẫn nhiệt
Tạo đường dẫn nhiệt và kết nối kết cấu ở những vị trí mà việc sử dụng vít, kẹp hoặc các phương pháp cố định riêng lẻ là không khả thi.
- Liên kết kết hợp với truyền nhiệt
- Các tùy chọn đóng rắn 1K hoặc 2K
- Mô-đun và độ bền được kiểm soát
Đổ chất lỏng và đóng gói
Bảo vệ bảng mạch điện và các linh kiện khỏi độ ẩm, bụi bẩn, rung động và tiếp xúc với dòng điện.
- Cân bằng nhiệt và điện môi
- Đổ đầy có chọn lọc hoặc đổ đầy hoàn toàn
- Quá trình đóng rắn và kiểm soát phản ứng tỏa nhiệt
So sánh định dạng
Phù hợp vật liệu với giao diện nguồn thực tế
Lựa chọn tối ưu là lựa chọn đáp ứng được nhiệt độ yêu cầu, dải điện áp cho phép và tuổi thọ ở độ dày cuối cùng và áp suất lắp đặt.
| Định dạng tài liệu | Giao diện phù hợp nhất | Ưu điểm chính | Các điểm cần lưu ý trong thiết kế |
|---|---|---|---|
| Miếng tản nhiệt | Mô-đun nguồn, MOSFET, bảng mạch điều khiển hoặc khe hở không đều giữa các bộ phận vỏ | Lấp đầy khe hở kết hợp với cách ly điện môi | Độ dày, độ cứng, khả năng chịu nén và chất lượng mép cắt |
| Keo tản nhiệt | Giao diện mô-đun với bộ tản nhiệt mỏng, phẳng và được kẹp chặt | Đường bám dính thấp và khả năng thấm ướt tuyệt vời | Việc bơm xả, di chuyển, khối lượng ứng dụng và bảo trì |
| Chất dẫn nhiệt thay đổi pha (TIM) | Giao diện thiết bị hoặc mô-đun dạng phẳng yêu cầu việc bố trí chính xác | Kiểm soát quá trình xử lý và độ ẩm ở nhiệt độ vận hành | Nhiệt độ kích hoạt, áp suất và độ ổn định theo chu kỳ |
| Chất trám khe dạng lỏng | Các linh kiện từ tính, tụ điện, cụm bảng mạch in (PCB) và vỏ bảo vệ phức tạp | Sự phù hợp khi chiều cao các thành phần thay đổi | Kiểm soát lượng phun, quá trình đóng rắn, các lỗ rỗng và việc sửa chữa |
| Keo dán nhiệt | Tản nhiệt, bộ phân tán nhiệt, cảm biến hoặc linh kiện cần được cố định | Liên kết cơ học và đường dẫn nhiệt trong cùng một vật liệu | Phương pháp điều trị, căng thẳng, sức mạnh và chiến lược loại bỏ |
| Hỗn hợp trồng cây | Bảng nguồn, khoang biến tần và các linh kiện điện tử cao áp được bảo vệ | Bảo vệ môi trường và bảo vệ điện môi | Phản ứng tỏa nhiệt, ứng suất, khối lượng, lỗ rỗng và quá trình đóng rắn hoàn toàn |
Quy trình tuyển chọn
Xây dựng bản tóm tắt về giao diện nguồn trong năm bước
Một bản tóm tắt kỹ thuật hữu ích sẽ liên hệ các tổn thất tại điểm nối và cấu trúc xếp chồng cơ học với các yêu cầu có thể đo lường được về giao diện, cách điện, sản xuất và độ tin cậy.
Xác định đường dẫn nhiệt
Xác định tổn thất của thiết bị, cấu hình chuyển mạch, giới hạn điểm nối, nhiệt độ vỏ và cấu trúc làm mát mục tiêu.
Đo giao diện
Ghi lại diện tích tiếp xúc, độ phẳng, độ nhám, khe hở tối thiểu và tối đa, bố trí bulông và mô-men xoắn.
Đặt giới hạn điện
Xác nhận điện áp làm việc, mục tiêu điện môi, khoảng cách rò điện, khoảng cách cách điện và cấu trúc cách ly.
Chọn quy trình
Định nghĩa các khái niệm: vị trí đặt miếng đệm, in bằng mỡ, phân phối, đóng rắn, kiểm tra, thời gian chu kỳ và sửa chữa lại.
Xác minh độ tin cậy
Kiểm tra trở kháng nhiệt, độ cách điện và độ ổn định tiếp xúc thông qua các thử nghiệm chu kỳ bật/tắt nguồn, rung động và lão hóa.
Các biến số kỹ thuật
Cần xác định những yếu tố nào trước khi lấy mẫu?
Việc lựa chọn vật liệu chịu lực sẽ hiệu quả hơn khi mẫu thử phản ánh chính xác thông số về mật độ dòng nhiệt, điện áp, điều kiện bề mặt, áp suất và chu trình hoạt động thực tế. Hãy đưa ra một khoảng giá trị khi thiết kế cơ khí chưa được chốt.
Chính toàn bộ đường dẫn từ điểm nối đến chất làm mát — chứ không phải một giá trị nào trong bảng thông số kỹ thuật — mới quyết định hiệu suất của hệ thống.Mất mát thiết bị và nhiệt độ
Công suất ổn định và công suất thoáng qua, tần số chuyển mạch, giới hạn điểm nối, nhiệt độ vỏ và mục tiêu làm mát.
Khoảng cách và tình trạng bề mặt
Phạm vi đường hàn, độ phẳng, độ nhám, độ song song, diện tích tiếp xúc, độ võng của tấm đế và tổng sai số.
Áp lực ngày càng gia tăng
Mẫu bố trí bulông, mô-men xoắn, lực kẹp, phân bố áp suất, giới hạn ứng suất của cụm và độ giãn nở nhiệt.
Cách ly điện
Điện áp làm việc, điện áp thoáng qua, độ bền điện môi, độ dày lớp cách điện, khoảng cách dọc và khoảng cách ngang.
Hồ sơ độ tin cậy
Khởi động/tắt nguồn, thử nghiệm nhiệt độ thay đổi, rung động, độ ẩm, lão hóa ở nhiệt độ cao và tuổi thọ sử dụng thực tế.
Quy trình sản xuất
Phương pháp định vị hoặc phân phối, thể tích ứng dụng, quá trình đóng rắn, thời gian chu kỳ, chiến lược kiểm tra và sửa chữa.
Phòng ngừa sự cố
Thiết kế nhằm ứng phó với các rủi ro phát sinh sau khi lắp ráp
Hiệu suất nhiệt ban đầu có thể trông chấp nhận được, trong khi đó, sau nhiều chu kỳ, bề mặt tiếp xúc vẫn có thể bị mất tiếp xúc, giảm biên độ cách nhiệt hoặc làm giảm độ lặp lại của quy trình.
Độ dày đường nối quá lớn
Một vật liệu quá dày có thể làm tăng điện trở thể tích ngay cả khi độ dẫn điện được công bố của nó là cao.
Xem lại việc lựa chọn độ dày của tấm lót →Áp suất không đồng đều hoặc ứng suất của gói hàng
Vị trí của bulông, mô-men xoắn và độ cứng của miếng đệm có thể gây ra các điểm nóng hoặc làm quá tải các gói linh kiện gốm và các mối hàn.
Hiểu về các tác động của nén →Dải cách ly không đủ
Các vết cắt, lỗ kim, sự chênh lệch độ dày và quá trình lão hóa có thể làm giảm hiệu suất cách nhiệt thực tế của cụm lắp ráp xuống dưới mức kỳ vọng đối với mẫu thử.
Đọc Hướng dẫn về cách điện →Hút dầu mỡ hoặc di chuyển dầu mỡ
Sự giãn nở nhiệt và quá trình bật/tắt nguồn có thể làm cho mỡ bôi trơn bị đẩy ra khỏi bề mặt tiếp xúc hoạt động và làm tăng điện trở.
Xem lại tuổi thọ của dầu bôi trơn →Tiếp xúc kém do khoảng cách không đồng đều
Vật liệu có lớp giao diện mỏng không thể bù đắp được sự chênh lệch chiều cao lớn, các bo mạch bị cong vênh hoặc các bộ tản nhiệt bị nghiêng.
So sánh định dạng Putty và Pad →Phản ứng tỏa nhiệt khi trồng vào chậu và căng thẳng do quá trình đông cứng
Khối lượng đúc lớn có thể sinh ra nhiệt và gây ra ứng suất co ngót xung quanh các bảng mạch, linh kiện từ tính và linh kiện nguồn.
Lập kế hoạch cho hệ thống trồng cây trong chậu →Nền tảng công nghệ
Các hệ thống khác nhau tạo ra các mức độ ưu tiên giao diện khác nhau
Cấu trúc, điện áp, thiết bị chuyển mạch, phương pháp làm mát, chu kỳ tải và vỏ bảo vệ quyết định sự cân bằng tối ưu giữa trở kháng, độ cách điện và khả năng sản xuất.
Biến tần và bộ sạc tích hợp trên xe điện
- Điện áp cao và mật độ nhiệt cao
- Rung động và chu kỳ bật/tắt nguồn
- Cụm làm mát bằng chất lỏng kiểu nhỏ gọn
Bộ truyền động công nghiệp và bộ biến tần
- Tuổi thọ hoạt động cao
- Vỏ máy chắc chắn và khả năng chống rung
- Các giao diện có thể sử dụng được
Bộ nguồn và bộ chuyển đổi DC/DC
- Chiều cao của nhiều thành phần
- Làm mát các thiết bị từ tính và bán dẫn
- Hệ thống thông gió cưỡng bức kiểu nhỏ gọn
Bộ điều khiển, bộ sạc và mô-đun điều khiển
- Sự truyền nhiệt từ bảng mạch sang vỏ máy
- Bảo vệ điện môi
- Lắp ráp khối lượng theo quy trình tự động
Kế hoạch xác nhận
Hãy thử nghiệm toàn bộ chồng mẫu, không chỉ riêng mẫu thử vật liệu
Dữ liệu phiếu giảm giá giúp so sánh các ứng viên. Việc kiểm tra hệ thống xác nhận liệu giao diện có duy trì được nhiệt độ, khả năng cách nhiệt và độ tiếp xúc trong các điều kiện áp suất thực tế và chu kỳ hoạt động hay không.
Xem lại các tiêu chuẩn kiểm tra TIM phổ biến →Điện trở nhiệt
Đo hiệu suất từ vỏ đến bể chứa hoặc từ linh kiện đến chất làm mát ở độ dày, áp suất và nhiệt độ thực tế.
Phân bố áp suất
Kiểm tra mô-men xoắn, lực kẹp, độ phẳng và độ tiếp xúc của bề mặt tiếp giáp mà không gây quá tải cho vỏ đóng gói hoặc bảng mạch in (PCB).
An toàn điện
Kiểm tra độ bền điện môi, điện trở cách điện và tính toàn vẹn của mép cắt sau khi lắp ráp và quá trình lão hóa.
Khởi động lại nguồn
Theo dõi sự thay đổi điện trở nhiệt do quá trình gia nhiệt, giãn nở và các chu kỳ hoạt động lặp đi lặp lại của thiết bị.
Lão hóa do tác động của môi trường
Đánh giá các yếu tố như điều kiện bảo quản ở nhiệt độ cao, độ ẩm, rung động và sự tiếp xúc với các chất hóa học đặc thù cho từng ứng dụng.
Năng lực sản xuất
Kiểm tra vị trí miếng đệm, lượng mỡ bôi trơn, độ chính xác khi bôi mỡ, khoảng thời gian đông cứng, kiểm tra và sửa chữa.
Từ mẫu thử đến sản xuất hàng loạt
Hiệu suất của vật liệu phải được duy trì trong suốt quá trình sản xuất
Haktak có thể hỗ trợ trong việc phát triển công thức và định dạng sản phẩm. Vui lòng cung cấp sớm các bản vẽ lắp đặt, các hạn chế về thiết bị, sản lượng hàng năm, kích thước bao bì, phương pháp bố trí và các mục tiêu về độ tin cậy.
Công thức tùy chỉnh
Điều chỉnh độ dẫn điện, độ nhớt, độ cứng, tính chất điện môi, quá trình đóng rắn và độ ổn định nhiệt.
Chế biến sản phẩm cắt khuôn
Cung cấp các miếng đệm và màng có lỗ, mấu, lớp lót và hình dạng sẵn sàng để lắp đặt.
Hỗ trợ phân phối
Điều chỉnh bao bì của mỡ bôi trơn, chất lấp khe hở hoặc chất kết dính sao cho phù hợp với đường viền, kích thước hạt, thiết bị và thời gian chu kỳ.
Mẫu thử nghiệm
So sánh các định dạng và phạm vi thuộc tính trước khi hoàn thiện khuôn mẫu, kiểm định và đưa vào sản xuất.
Tài nguyên kỹ thuật
Xây dựng tiêu chuẩn vật liệu điện tử công suất chặt chẽ hơn
Hãy sử dụng các hướng dẫn này để so sánh các định dạng vật liệu, xác định hình học giao diện và lập kế hoạch xác nhận thực tế.
Cách chọn miếng tản nhiệt cho thiết bị điện tử công suất
Liên hệ giữa khe hở, áp suất, khả năng cách điện và độ tin cậy với độ dày và độ cứng của miếng đệm.
Đọc Hướng dẫn về Điện tử công suất →Tấm gốm so với miếng đệm tản nhiệt
So sánh các yếu tố như độ cứng, khả năng cách điện, khả năng thích ứng và các sự đánh đổi trong quá trình sản xuất giữa các hệ thống IGBT và MOSFET.
So sánh các định dạng cách ly →Ke tản nhiệt dành cho bộ khuếch đại công suất cao
Xem xét hiện tượng thấm ướt và độ ổn định của lớp màng mỏng trong các cụm nguồn điện được kẹp chặt có yêu cầu khắt khe.
Đọc Hướng dẫn về công suất cao →Điện trở nhiệt so với trở kháng nhiệt
Hiểu rõ cách thức mà vật liệu, điều kiện tiếp xúc và điều kiện thử nghiệm ảnh hưởng đến hiệu suất giao diện được báo cáo.
Xem lại các chỉ số nhiệt →Độ dày đường nối ảnh hưởng đến hiệu suất như thế nào
Hãy tìm hiểu lý do tại sao độ dày cuối cùng luôn là yếu tố cần được xem xét trong mọi so sánh vật liệu giữa vỏ và bồn rửa.
Xem xét các hiệu ứng Bond-Line →Khám phá các sản phẩm vật liệu của Haktak
Xem xét các dòng sản phẩm cách nhiệt và keo dán hiện có cũng như các loại sản phẩm cụ thể.
Xem tất cả sản phẩm →Câu hỏi thường gặp
Câu hỏi thường gặp về vật liệu tản nhiệt trong điện tử công suất
Việc lựa chọn cuối cùng cần được kiểm chứng trong mô-đun thực tế, bộ tản nhiệt, điện áp và cấu trúc lắp đặt.
Loại vật liệu cách nhiệt nào là phù hợp nhất cho mô-đun IGBT?
Mỡ tản nhiệt, vật liệu thay đổi pha và miếng đệm tản nhiệt cách điện là những lựa chọn phổ biến. Lựa chọn phù hợp phụ thuộc vào độ phẳng, độ dày đường nối, áp lực lắp đặt, cách ly điện áp, rủi ro rò rỉ và quy trình xử lý trong sản xuất.
Tôi nên dùng keo tản nhiệt hay miếng đệm tản nhiệt cho mô-đun nguồn?
Sử dụng mỡ bôi trơn cho các bề mặt tiếp xúc mỏng, phẳng và được kẹp chặt, trong trường hợp ưu tiên giảm điện trở tiếp xúc. Sử dụng miếng đệm khi cần lấp đầy khe hở, đảm bảo độ dày nhất định, đặt chính xác hoặc tăng cường cách điện.
Độ dẫn nhiệt cao hơn có phải lúc nào cũng tốt hơn cho lĩnh vực điện tử công suất không?
Không. Điện trở cuối cùng còn phụ thuộc vào độ dày, áp suất, độ ẩm và điện trở tiếp xúc. Một vật liệu có độ dẫn điện cao cũng có thể cho hiệu suất kém nếu nó quá dày, quá cứng hoặc không ổn định trong quá trình chu kỳ.
Việc đánh giá cách ly điện tại giao diện nhiệt được thực hiện như thế nào?
Kiểm tra điện áp làm việc và điện áp thoáng qua, độ bền điện môi, độ dày, khoảng cách rò điện, khoảng cách cách điện và hình dạng mép cắt. Quá trình xác nhận phải bao gồm chi tiết đã lắp ráp sau khi trải qua các thử nghiệm nén, thử nghiệm chu kỳ và lão hóa môi trường.
Làm thế nào để giảm lượng mỡ tản nhiệt bị bơm ra?
Sử dụng thể tích bôi trơn được kiểm soát, lực kẹp ổn định, độ nhớt phù hợp và công thức đã được kiểm chứng trong phạm vi chu kỳ hoạt động dự kiến. Độ phẳng bề mặt và sự không khớp về độ giãn nở nhiệt cũng ảnh hưởng đến hiện tượng di chuyển.
Haktak cần những thông tin nào để đưa ra đề xuất?
Vui lòng cung cấp thông tin về loại thiết bị, tổn thất, diện tích tiếp xúc, khe hở, tình trạng bề mặt, áp suất lắp đặt, điện áp, nhiệt độ mục tiêu, chu trình hoạt động, phương pháp sản xuất và khối lượng dự kiến.
Bắt đầu với bộ giải pháp năng lượng toàn diện
Gửi thông tin về tải nhiệt, điện áp, khe hở và quy trình lắp đặt
Haktak có thể hỗ trợ so sánh các loại miếng tản nhiệt, mỡ tản nhiệt, vật liệu thay đổi pha, chất lấp khe hở, chất kết dính và hệ thống đúc keo cho toàn bộ quy trình lắp ráp thiết bị điện tử công suất.