Miếng đệm tản nhiệt mềm và cứng: Loại nào tốt hơn?

Miếng đệm tản nhiệt mềm thường tốt hơn cho các bề mặt không bằng phẳng, các cụm lắp ráp áp suất thấp, các linh kiện dễ vỡ và các ứng dụng mà miếng đệm phải dễ dàng thích ứng với độ nhám bề mặt hoặc dung sai khe hở. Miếng đệm tản nhiệt cứng hơn thường tốt hơn khi khe hở được kiểm soát tốt, cụm lắp ráp có thể cung cấp đủ áp suất và thiết kế cần khả năng thao tác tốt hơn, độ ổn định kích thước hoặc hỗ trợ cơ học.

Nói một cách đơn giản: Chọn một chiếc áo giữ nhiệt mềm mại tấm đệm khi việc tiếp xúc khó khăn; hãy chọn một miếng tản nhiệt cứng hơn khi khoảng cách được kiểm soát và độ ổn định cơ học là quan trọng.

Không có loại miếng đệm tản nhiệt nào – dù mềm hay cứng – là tốt hơn một cách tuyệt đối. Hiệu suất tản nhiệt phụ thuộc vào toàn bộ giao diện: độ dày miếng đệm, độ cứng, mức nén, độ dày lớp liên kết, áp lực tiếp xúc, độ phẳng bề mặt, độ dẫn nhiệt, khả năng cách điện và độ tin cậy lâu dài. Một miếng đệm mềm hơn với hệ số dẫn nhiệt W/mK thấp hơn có thể vượt trội hơn so với miếng đệm cứng hơn có hệ số dẫn nhiệt W/mK cao hơn nếu nó tạo ra tiếp xúc tốt hơn. Ngược lại, miếng đệm cứng hơn có thể vượt trội hơn so với miếng đệm mềm nếu thiết kế đảm bảo áp lực đủ lớn và yêu cầu kiểm soát độ dày chặt chẽ hơn.

Độ cứng của miếng lót tản nhiệt là gì?

Độ cứng của tấm tản nhiệt mô tả mức độ vật liệu chống lại sự lõm hoặc nén. Trong việc làm mát thiết bị điện tử thực tế, độ cứng ảnh hưởng đến mức độ dễ dàng mà tấm tản nhiệt bị nén giữa nguồn nhiệt và bề mặt làm mát.

Miếng đệm tản nhiệt mềm dễ bị biến dạng khi chịu áp lực thấp. Miếng đệm tản nhiệt cứng có khả năng chống biến dạng và thường cần lực lớn hơn để nén.

Độ cứng của miếng đệm tản nhiệt thường được mô tả bằng các giá trị độ cứng Shore hoặc độ cứng theo thang đo durometer. Các miếng đệm giao diện nhiệt mềm có thể sử dụng thang đo Shore 00 hoặc các thang đo elastomer mềm tương tự. Các miếng đệm elastomer cứng hơn có thể sử dụng thang đo Shore A. Thang đo phù hợp phụ thuộc vào loại vật liệu và phạm vi độ mềm.

Độ cứng không đồng nghĩa với độ dẫn nhiệt. Một miếng đệm có thể mềm mà vẫn có độ dẫn nhiệt cao, cứng mà độ dẫn nhiệt thấp, hoặc bất kỳ sự kết hợp nào ở giữa, tùy thuộc vào công thức, hàm lượng chất độn, hệ thống polymer và cấu trúc.

Đối với việc đo độ cứng nói chung, tiêu chuẩn ASTM D2240 là tài liệu tham khảo quan trọng. ASTM mô tả D2240 là phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn để xác định độ cứng theo thang đo Durometer của cao su, bao gồm nhiều loại thang đo Durometer và các loại vật liệu đàn hồi. Các kỹ sư có thể tham khảo trang chính thức của ASTM tại đây: ASTM D2240.

Tại sao độ cứng lại quan trọng trong việc lựa chọn miếng đệm tản nhiệt

Miếng đệm tản nhiệt được sử dụng để lấp đầy khoảng trống giữa các linh kiện điện tử và bộ tản nhiệt, vỏ máy, khung máy hoặc tấm làm mát. Miếng đệm phải tiếp xúc với cả hai bề mặt và thay thế các khoảng trống không khí cách nhiệt bằng một đường dẫn nhiệt.

Độ cứng rất quan trọng vì nó quyết định liệu miếng đệm có thực sự tạo được tiếp xúc đó hay không.

Nếu miếng đệm quá cứng so với áp suất hiện có, nó có thể không thích ứng được với độ nhám bề mặt hoặc sự biến đổi về chiều cao của linh kiện. Các túi khí vẫn tồn tại, điện trở tiếp xúc tăng lên và linh kiện sẽ nóng lên.

Nếu miếng đệm quá mềm, nó có thể ôm sát bề mặt tốt nhưng lại khó thao tác, bị biến dạng trong quá trình lắp ráp, bị rách khi sửa chữa hoặc mất khả năng kiểm soát kích thước. Trong một số thiết kế, miếng đệm quá mềm cũng có thể bị ép ra ngoài, dịch chuyển hoặc không đảm bảo được sự hỗ trợ cơ học như mong đợi từ bề mặt tiếp xúc.

Độ cứng tối ưu là độ cứng giúp tạo ra sự tiếp xúc đáng tin cậy mà không gây ra ứng suất cơ học quá mức.

Miếng tản nhiệt mềm và cứng: Sự khác biệt cốt lõi

Sự khác biệt chính là cách bàn di chuột phản hồi với lực nhấn.

Miếng đệm mềm không tự động tốt hơn vì chúng dễ nén. Miếng đệm cứng không tự động tốt hơn vì chúng mang lại cảm giác ổn định hơn. Lựa chọn chính xác phụ thuộc vào cấu trúc lắp ráp.

Khi nào Tấm tản nhiệt mềm tốt hơn

Các miếng đệm tản nhiệt mềm thường tốt hơn khi thiết kế có áp lực hạn chế hoặc tiếp xúc không đều. Chúng có thể biến dạng vào độ nhám bề mặt vi mô và lấp đầy các biến ạo chiều cao nhỏ dễ dàng hơn so với các miếng đệm cứng hơn.

Khoảng cách không đều và sự biến động chiều cao của các linh kiện

Các cụm linh kiện điện tử hiếm khi phẳng hoàn toàn. Một bảng mạch in (PCB) có thể bao gồm các linh kiện có chiều cao khác nhau. Các mối hàn có thể khác nhau. Vỏ máy có thể không song song hoàn toàn với bảng mạch. Trong những trường hợp này, một tấm đệm tản nhiệt mềm có thể giúp bù đắp cho sự sai lệch dung sai.

Miếng đệm mềm thường hữu ích cho:

• Hệ thống làm mát bảng mạch in (PCB) đa thành phần
• Hệ thống quản lý pin
• Bảng mạch viễn thông
• Bộ điều khiển ô tô
• Bộ nguồn có các linh kiện với chiều cao khác nhau
• Sự truyền nhiệt từ vỏ sang bảng mạch

Khi bề mặt tiếp xúc có độ gồ ghề lớn, bột cách nhiệt hoặc chất trám khe có thể còn phù hợp hơn so với miếng đệm dạng tấm. Hướng dẫn của HakTak Keo tản nhiệt dạng đất nặn (Thermal Putty) vs Miếng đệm tản nhiệt (Thermal Pad): Cách lựa chọn cho các khe hở không đều Giải thích vấn đề lựa chọn này chi tiết hơn.

Các cụm thiết bị áp suất thấp

Một số thiết kế điện tử không thể áp dụng lực kẹp lớn. Số lượng vít có thể bị hạn chế. Vỏ máy có thể mỏng. Các linh kiện có thể dễ vỡ. Bảng mạch in (PCB) có thể dễ bị uốn cong.

Trong những trường hợp này, miếng đệm mềm sẽ phát huy tác dụng vì nó tạo ra tiếp xúc hiệu quả ngay cả ở áp suất thấp. Điều này có thể giúp giảm điện trở tiếp xúc mà không cần phải tác động lực cơ học quá mạnh.

Người ta thường ưu tiên sử dụng miếng đệm mềm trong các trường hợp sau:

• Phải giảm thiểu tối đa việc uốn cong bảng mạch in (PCB)
• Các mối hàn rất nhạy cảm
• Các gói thành phần rất dễ vỡ
• Mô-men xoắn của vít bị giới hạn
• Người ta sử dụng vỏ nhựa hoặc nắp kim loại mỏng
• Chỉ cần lực lắp ráp thấp

Các bộ phận dễ vỡ

Các miếng đệm cứng có thể truyền lực trực tiếp vào các linh kiện. Nếu vỏ bọc linh kiện dễ vỡ hoặc khả năng chịu lực của bảng mạch in (PCB) bị hạn chế, điều này có thể gây ra rủi ro cơ học.

Các rủi ro có thể xảy ra bao gồm:

• Các bộ phận bị nứt
• Các mối hàn bị căng
• Độ cong vênh PCB
• Các huyệt đạo cụ thể
• Sự biến dạng của vỏ bọc

Một miếng đệm mềm giúp phân bổ áp lực một cách nhẹ nhàng hơn. Chính vì vậy, độ mềm có thể quan trọng không kém khả năng dẫn nhiệt trong thiết kế sản phẩm thực tế.

Khi nào nên sử dụng miếng lót tản nhiệt cứng?

Các miếng đệm tản nhiệt cứng hơn có thể mang lại hiệu quả tốt hơn khi thiết kế cơ khí được kiểm soát và ổn định. Chúng có thể dễ dàng hơn trong việc xử lý, lắp đặt, kiểm tra và gia công trong quá trình sản xuất.

Khoảng cách được kiểm soát và lực nén mạnh

Nếu khe hở giữ nguyên và cụm lắp ráp có thể tạo ra lực ép đủ mạnh, thì miếng đệm cứng hơn có thể hoạt động hiệu quả. Điều quan trọng là miếng đệm vẫn phải nén đủ để tạo ra sự tiếp xúc hoàn toàn.

Miếng đệm cứng hơn thường phù hợp trong các trường hợp sau:

• Dung sai khe hở rất nhỏ
• Các bề mặt phẳng và song song
• Mô-men xoắn của vít hoặc lực kẹp được điều khiển
• Sản phẩm này cần phải được lắp ráp theo quy trình lặp lại
• Miếng đệm phải giữ được hình dạng chính xác
• Sử dụng phương pháp định vị bằng khuôn cắt

Để biết thêm thông tin về việc lựa chọn khe hở và độ dày, vui lòng tham khảo hướng dẫn của HakTak Cách chọn độ dày miếng tản nhiệt cho các thiết bị điện tử.

Dễ thao tác hơn trong sản xuất

Miếng đệm mềm có thể bị dính, co giãn hoặc dễ hư hỏng. Trong sản xuất khối lượng lớn, điều này có thể gây ra các vấn đề khi thao tác. Miếng đệm cứng hơn có thể dễ gắp, đặt, bóc, căn chỉnh và kiểm tra hơn.

Miếng đệm cứng hơn có thể được ưu tiên cho:

• Đặt tự động
• Các chi tiết bế có hình dạng phức tạp
• Các tấm đệm mỏng phải duy trì kích thước
• Các dây chuyền lắp ráp thủ công cần thao tác sạch sẽ
• Các sản phẩm cần làm lại thường xuyên

Độ bền cơ học

Một số ứng dụng yêu cầu miếng đệm dẫn nhiệt duy trì độ ổn định kích thước trong quá trình lắp ráp và vận hành. Miếng đệm cứng hơn có thể chống lại tình trạng biến dạng quá mức, xê dịch hoặc bị đùn ra.

Tuy nhiên, ưu điểm này chỉ có ý nghĩa khi hệ thống cơ khí có thể tạo đủ áp lực để thắng được độ cứng của tấm đệm. Tấm đệm quá cứng và không được nén đúng cách có thể làm giảm khả năng tiếp xúc nhiệt.

Thermal Performance: Soft Does Not Always Mean Better

It is tempting to assume that softer pads always cool better because they conform more easily. This is not always true.

Hiệu suất nhiệt phụ thuộc vào cả điện trở tiếp xúc và điện trở khối.

Miếng đệm mềm có thể làm giảm điện trở tiếp xúc nhờ cải thiện khả năng tiếp xúc bề mặt. Tuy nhiên, nếu miếng đệm mềm quá dày, có độ dẫn nhiệt thấp hoặc bị nén quá mức và không ổn định, điện trở nhiệt của nó vẫn có thể cao hơn so với miếng đệm cứng hơn.

Các miếng đệm cứng hơn có thể có hàm lượng chất độn cao hơn và độ dẫn nhiệt cao hơn, nhưng có thể cần áp lực lớn hơn. Nếu cụm lắp ráp thực tế không tạo ra được áp lực đó, miếng đệm có thể để lại các khe hở không khí và hoạt động kém hiệu quả.

Câu hỏi thực tế là:

Loại nào tấm đệm tạo ra trở kháng nhiệt ổn định thấp nhất trong cụm lắp ráp thực tế?

HakTak đã đề cập đến vấn đề rộng hơn này trong Độ dẫn nhiệt so với trở kháng nhiệt trong việc lựa chọn vật liệu dẫn nhiệt (TIM) và Tại sao giá trị W/mK cao không phải lúc nào cũng đồng nghĩa với hiệu suất làm mát tốt hơn.

Độ cứng, độ nén và điện trở tiếp xúc

Độ cứng của tấm đệm tản nhiệt ảnh hưởng trực tiếp đến độ nén. Độ nén ảnh hưởng đến nhiệt trở tiếp xúc. Nhiệt trở tiếp xúc ảnh hưởng đến hiệu năng tản nhiệt thực tế.

Chuyện gì xảy ra khi nén quá ít?

Nếu miếng đệm nhiệt không được nén đủ, nó có thể chỉ tiếp xúc với những điểm nhô cao nhất trên bề mặt. Không khí vẫn còn trong các hõm giữa hai bề mặt.

Độ nén quá ít có thể gây ra:

• Điện trở tiếp xúc cao
• Truyền nhiệt kém
• Các điểm nóng
• Biến động giữa các đơn vị
• Kết quả kiểm tra không ổn định
• Điều tiết nhiệt

Vấn đề này thường xảy ra khi miếng đệm quá cứng so với lực hiện có hoặc quá mỏng so với khoảng hở tối đa.

Điều gì xảy ra khi nén đúng cách?

Độ nén phù hợp giúp tấm đệm lấp đầy các vùng nhám bề mặt, tăng diện tích tiếp xúc và giảm các khe hở không khí. Trở kháng nhiệt thường giảm khi khả năng tiếp xúc được cải thiện.

Khoảng độ nén phù hợp phụ thuộc vào:

• Độ cứng của miếng đệm
• Độ dày đệm
• Dung sai khe hở
• Khu vực liên hệ
• Độ nhám bề mặt
• Lực lắp ráp
• Tính dễ vỡ của linh kiện
• Độ biến dạng vĩnh viễn do nén dài hạn

Bài viết của HakTak Độ nén ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất của miếng đệm tản nhiệt giải thích chi tiết hơn về mối quan hệ này.

Điều gì xảy ra khi nén quá mức?

Độ nén quá mức có thể cho kết quả tốt trong thử nghiệm nhiệt ngắn hạn, nhưng có thể làm hỏng cụm lắp ráp hoặc làm giảm độ tin cậy lâu dài.

Nén quá mức có thể gây ra:

• Uốn cong PCB
• Nứt linh kiện
• Ứng suất mối hàn
• Biến dạng vỏ nhà
• Đùn đệm
• Rách vật liệu
• Mất kiểm soát kích thước
• Độ biến dạng nén sau khi lão hóa

Đó là lý do việc lựa chọn độ cứng phải bao gồm cả bước xác nhận về nhiệt và cơ học.

Độ cứng và độ dày lớp liên kết

Độ dày lớp liên kết, hay BLT, là độ dày cuối cùng của miếng đệm nhiệt sau khi lắp ráp. Đây là một trong những biến số quan trọng nhất đối với hiệu suất nhiệt.

Đối với một giao diện được đơn giản hóa:

R = t / (k × A)

Ở đâu:

• R độ cản nhiệt
• t độ dày đường liên kết
• k dẫn nhiệt
• A là diện tích tiếp xúc

Nếu lớp keo liên kết sau cùng dày hơn, điện trở nhiệt sẽ tăng. Nếu lớp keo liên kết sau cùng mỏng hơn, điện trở nhiệt thường giảm, miễn là bề mặt tiếp xúc vẫn hoàn toàn.

Độ cứng ảnh hưởng đến BLT cuối cùng vì miếng đệm mềm hơn sẽ bị nén nhiều hơn dưới cùng một lực, trong khi miếng đệm cứng hơn bị nén ít hơn.

Điều này có nghĩa là hai miếng đệm có cùng độ dày danh nghĩa vẫn có thể có độ dày lớp liên kết cuối cùng khác nhau. Dưới cùng một lực, miếng đệm mềm 2.0 mm có thể bị nén xuống còn 1.4 mm, trong khi miếng đệm cứng 2.0 mm chỉ có thể bị nén xuống còn 1.8 mm. Do đó, điện trở nhiệt cuối cùng có thể khác biệt đáng kể.

Để xem giải thích chi tiết hơn, hãy tham khảo hướng dẫn của HakTak Độ dày đường keo ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất nhiệt.

Miếng đệm mềm và cứng theo từng ứng dụng

Các ngành công nghiệp khác nhau thường ưu tiên những đặc tính miếng đệm khác nhau.

Bảng này là điểm khởi đầu. Việc lựa chọn cuối cùng luôn phải dựa trên hình học thực tế của cụm lắp ráp và áp suất.

Cách điện và độ cứng

Nhiều miếng đệm tản nhiệt có khả năng cách điện. Trong các thiết bị điện tử công suất, miếng đệm có thể cần vừa truyền nhiệt vừa cách ly điện môi.

Độ cứng có thể ảnh hưởng gián tiếp đến khả năng cách điện vì nó tác động đến độ nén và chiều dày sau cùng. Miếng đệm sau khi nén mỏng hơn có thể truyền nhiệt tốt hơn, nhưng vẫn phải đáp ứng các yêu cầu về độ bền điện môi. Miếng đệm dày hơn hoặc cứng hơn có thể tạo ra khoảng cách cách ly lớn hơn về mặt vật lý, nhưng có thể làm tăng điện trở nhiệt.

Các kỹ sư nên kiểm tra:

• Độ bền điện điện môi
• Điện trở suất thể tích
• Điện áp đánh thủng
• Độ dày nén cuối cùng
• Ảnh hưởng của độ nén đến khả năng cách điện
• Lão hóa sau chu kỳ nhiệt

Đối với MOSFET, IGBT, bộ biến tần, bộ nguồn và các driver LED, việc lựa chọn tấm đệm nhiệt nên được xem xét cùng với các yêu cầu về an toàn điện.

Đánh đổi giữa độ cứng và độ dẫn nhiệt

Các công thức tấm đệm nhiệt thường sử dụng những chất độn dẫn nhiệt như hạt gốm, oxit nhôm, nitrua bo, nitrua nhôm, graphit hoặc các vật liệu khác. Hàm lượng chất độn cao hơn có thể làm tăng độ dẫn nhiệt, nhưng cũng có thể làm thay đổi độ cứng, độ mềm dẻo, độ bám dính và khả năng gia công.

Điều này tạo ra một sự đánh đổi thường gặp:

• Hàm lượng chất độn cao hơn có thể làm tăng W/mK.
• Hàm lượng chất độn cao hơn cũng có thể làm miếng đệm cứng hơn.
• Miếng đệm cứng hơn có thể cần lực ép lớn hơn để tạo tiếp xúc tốt.
• Nếu lực ép bị giới hạn, hiệu năng nhiệt thực tế có thể giảm.

Đây là lý do tại sao miếng đệm cứng có W/mK cao có thể không mang lại hiệu năng tốt hơn miếng đệm mềm hơn có W/mK thấp hơn trong thiết bị thực tế.

Độ dẫn nhiệt hữu ích cho việc sàng lọc, nhưng trở kháng nhiệt trong điều kiện áp suất thực tế hữu ích hơn cho việc lựa chọn cuối cùng. ASTM D5470 thường được viện dẫn cho các tính chất truyền nhiệt của vật liệu cách điện dẫn nhiệt và có liên quan đến phép thử trở kháng TIM và độ dẫn nhiệt biểu kiến. Xem trang ASTM chính thức: ASTM D5470.

Để thử nghiệm các tính chất nhiệt của polyme một cách toàn diện hơn, ISO 22007-2 đề cập đến phương pháp nguồn nhiệt mặt phẳng quá độ để xác định độ dẫn nhiệt và độ khuếch tán nhiệt của nhựa. Tài liệu tham khảo chính thức của ISO: ISO 22007-2:2022.

Cách lựa chọn giữa tấm đệm nhiệt mềm và cứng

Quy trình lựa chọn thực tế nên bắt đầu từ giao diện cơ học.

Bước 1: Đo phạm vi khe hở

Không chỉ sử dụng kích thước danh nghĩa CAD. Hãy đo hoặc tính toán khoảng hở tối thiểu, danh nghĩa và tối đa.

Bao gồm:

• Dung sai chiều cao linh kiện
• Dung sai độ dày của PCB
• Chiều cao mối hàn
• Dung sai lắp ghép
• Độ phẳng của tản nhiệt
• Biến động lực siết ốc
• Sự giãn nở vì nhiệt

Nếu khoảng hở thay đổi lớn, có thể cần sử dụng đệm mềm, keo tản nhiệt dạng bột nhão hoặc vật liệu lấp đầy khoảng hở.

Bước 2: Xác định áp lực tác dụng hiện có

Ước tính áp lực thực tế có thể tác dụng lên cụm lắp ráp. Đệm cứng có thể hoạt động tốt trong bộ gá thử nghiệm nhưng hoạt động kém trong sản phẩm có lực tác dụng hạn chế.

Hãy hỏi:

• Mô-men xoắn siết vít được phép là bao nhiêu?
• Vỏ có độ cứng đến mức nào?
• Có thể uốn cong PCB không?
• Các linh kiện có dễ vỡ không?
• Áp suất có được phân bổ đồng đều không?

Bước 3: Điều chỉnh độ cứng phù hợp với độ nén

Xem xét dữ liệu nén–biến dạng nếu có. Tấm đệm cần đạt độ nén mục tiêu mà không chịu ứng suất quá mức.

Nếu miếng đệm quá mềm, khả năng xử lý và độ ổn định có thể bị ảnh hưởng. Nếu quá cứng, chất lượng tiếp xúc có thể bị ảnh hưởng.

Bước 4: So sánh trở kháng nhiệt

Hãy so sánh trở kháng nhiệt ở mức áp suất và độ dày thực tế, không chỉ dựa trên W/mK.

Dữ liệu hữu ích bao gồm:

• Trở kháng nhiệt theo áp suất
• Điện trở nhiệt trước và sau khi lão hóa
• Độ dày nén cuối cùng
• Độ biến dạng vĩnh viễn sau nén
• Độ bền điện môi sau khi nén

Bước 5: Xác thực trong cụm lắp ráp thực tế

Quá trình thẩm định cuối cùng cần bao gồm thử nghiệm trên thiết bị thực tế.

Kiểm tra:

• Nhiệt độ linh kiện
• Nhiệt độ bộ tản nhiệt
• Chu kỳ nhiệt
• Rung động
• Độ biến dạng vĩnh viễn sau nén
• Sửa lại
• Cách điện điện
• Độ lặp lại trong sản xuất

Bảng lựa chọn miếng đệm tản nhiệt mềm và cứng

Những sai lầm phổ biến kỹ sư nên tránh

Sai lầm đầu tiên là lựa chọn độ cứng bằng cách sờ thử. Một miếng đệm “cho cảm giác tốt” có thể không hoạt động hiệu quả khi chịu áp suất và nhiệt độ thực tế.

Sai lầm thứ hai là chọn miếng đệm có hệ số dẫn nhiệt W/mK cao nhất mà không kiểm tra độ cứng. Miếng đệm có độ dẫn nhiệt cao có thể quá cứng đối với cụm lắp ráp.

Sai lầm thứ ba là sử dụng tấm đệm mềm để bù cho thiết kế cơ khí chưa phù hợp mà không kiểm tra độ ổn định lâu dài.

Sai lầm thứ tư là bỏ qua biến dạng dư do nén. Miếng đệm mềm có thể mất khả năng hồi phục sau thời gian dài chịu nén hoặc tiếp xúc với nhiệt.

Sai lầm thứ năm là so sánh các giá trị độ cứng mà không kiểm tra thang đo. Giá trị Shore 00 và Shore A không thể dùng thay thế cho nhau.

Sai lầm thứ sáu là chỉ thử nghiệm ở áp suất cao trong phòng thí nghiệm. Trong sản phẩm thực tế, áp suất tác dụng có thể thấp hơn nhiều.

Sai lầm thứ bảy là cho rằng một độ cứng của miếng đệm có thể phù hợp với mọi dòng sản phẩm. Các thiết bị khác nhau đòi hỏi đặc tính nén khác nhau.

Kiểm tra tấm đệm tản nhiệt mềm và cứng

Việc thử nghiệm cần phản ánh cụm lắp ráp hoàn thiện.

Các bài kiểm tra hữu ích bao gồm:

• Kiểm tra độ cứng hoặc durometer
• Thử nghiệm nén-độ võng
• Thử nghiệm trở kháng nhiệt
• Thử nghiệm độ bền điện môi
• Kiểm tra độ biến dạng nén vĩnh viễn
• Chu kỳ nhiệt
• Thử nghiệm rung động
• Kiểm tra nhiệt độ cấp thiết bị

Thử nghiệm độ cứng giúp phân loại mức độ mềm của vật liệu, nhưng không trực tiếp cho kỹ sư biết hiệu năng nhiệt cuối cùng. Bản thân ASTM D2240 cũng lưu ý rằng độ cứng ấn lõm phụ thuộc vào các yếu tố như mô đun đàn hồi và đặc tính nhớt đàn hồi, đồng thời không nên xem các kết quả đo bằng các loại máy đo độ cứng khác nhau là tương đương nhau một cách đơn giản.

Để lựa chọn TIM, dữ liệu độ cứng cần được xem xét kết hợp với trở kháng nhiệt và thử nghiệm lắp ráp thực tế.

Góc nhìn HakTak

Tại HakTak, tấm tản nhiệt mềm và cứng được xem là những giải pháp kỹ thuật khác nhau, chứ không phải lựa chọn tốt hay xấu.

Miếng đệm mềm phù hợp khi thiết kế yêu cầu tiếp xúc với ứng suất thấp, lấp đầy khe hở không đồng đều hoặc ôm sát bề mặt tốt hơn trong điều kiện áp lực hạn chế. Miếng đệm cứng hơn phù hợp khi cụm lắp ráp có khe hở được kiểm soát, lực kẹp đủ lớn và quy trình sản xuất yêu cầu thao tác sạch hoặc hình dạng ổn định.

Để lựa chọn chính xác, kỹ sư nên cung cấp:

• Khe hở tối thiểu, danh định và tối đa
• Khu vực liên hệ
• Công suất nguồn nhiệt
• Áp suất khả dụng hoặc lực siết ốc
• Tính dễ vỡ của linh kiện
• Độ cứng PCB
• Độ phẳng bề mặt
• Nhu cầu cách điện
• Dải nhiệt độ hoạt động
• Yêu cầu về chu kỳ nhiệt và độ rung
• Xây dựng lại những kỳ vọng
• Phương pháp sản xuất

Dựa trên thông tin này, nhà cung cấp có thể đề xuất sự kết hợp phù hợp giữa độ dày, độ cứng, độ dẫn nhiệt, phạm vi nén và loại vật liệu.

Miếng đệm dẫn nhiệt tốt nhất không nhất thiết là loại mềm nhất hay cứng nhất. Đó là loại tạo ra tiếp xúc ổn định và trở kháng nhiệt thấp mà không gây hư hỏng cho cụm lắp ráp.

Kết luận

Miếng đệm tản nhiệt mềm và cứng đều đóng vai trò quan trọng trong việc làm mát thiết bị điện tử.

Miếng đệm tản nhiệt mềm thường phù hợp hơn với các khe hở không đồng đều, cụm lắp ráp có áp lực thấp, linh kiện dễ hư hỏng và các bề mặt cần khả năng ôm sát cao. Miếng đệm tản nhiệt cứng thường phù hợp hơn với các khe hở được kiểm soát, thao tác ổn định trong sản xuất, việc định vị chính xác các chi tiết cắt bế và các cụm lắp ráp được hỗ trợ cơ học.

Độ cứng ảnh hưởng đến khả năng nén, điện trở tiếp xúc, độ dày đường keo sau cùng, ứng suất cơ học, khả năng thao tác và độ tin cậy. Cần lựa chọn độ cứng đồng thời với các yêu cầu về độ dày, độ dẫn nhiệt, trở kháng nhiệt, áp suất và cách điện.

Đối với kỹ sư, quyết định tốt nhất không chỉ dựa vào độ cứng. Miếng đệm dẫn nhiệt phù hợp là loại cho hiệu suất tốt nhất trong thiết bị thực tế sau khi trải qua quá trình nén, lão hóa, chu kỳ nhiệt và lắp ráp trong sản xuất.

Câu hỏi thường gặp

Miếng đệm tản nhiệt mềm có tốt hơn miếng đệm tản nhiệt cứng không?

Tấm đệm tản nhiệt mềm phù hợp hơn với các khoảng hở không đồng đều, linh kiện dễ hư hỏng và cụm lắp ráp chịu áp lực thấp. Tấm đệm cứng hơn phù hợp hơn khi khoảng hở được kiểm soát và cụm lắp ráp có thể tạo đủ áp lực.

Miếng đệm tản nhiệt mềm hơn có dẫn nhiệt tốt hơn không?

Không phải lúc nào cũng vậy. Tấm đệm mềm hơn có thể cải thiện khả năng tiếp xúc, nhưng độ dẫn nhiệt, độ dày, áp lực và trở kháng nhiệt cuối cùng cũng quyết định hiệu quả truyền nhiệt.

Điều gì xảy ra nếu miếng đệm tản nhiệt quá cứng?

Nếu miếng đệm tản nhiệt quá cứng, miếng đệm có thể không nén đủ, tạo ra các khe hở không khí và làm tăng nhiệt trở tiếp xúc. Miếng đệm cũng có thể gây ứng suất lên các linh kiện hoặc làm cong PCB.

Điều gì xảy ra nếu miếng đệm tản nhiệt quá mềm?

Miếng đệm quá mềm có thể bị biến dạng, rách, xê dịch, để lại cặn hoặc mất ổn định kích thước. Miếng đệm cũng có thể bị biến dạng dư do nén sau thời gian dài sử dụng.

Độ cứng của miếng đệm tản nhiệt được đo như thế nào?

Độ cứng của miếng đệm tản nhiệt thường được đo bằng thang Shore hoặc durometer. Vật liệu mềm có thể sử dụng thang Shore 00, trong khi các elastomer cứng hơn có thể sử dụng thang Shore A.

Nên chọn miếng đệm tản nhiệt dựa trên W/mK hay độ cứng?

Hãy sử dụng cả hai, nhưng không nên chỉ dựa vào một trong hai. Việc lựa chọn cuối cùng nên xem xét trở kháng nhiệt, độ nén, độ dày lớp tiếp xúc, dung sai khe hở và độ tin cậy.

Miếng đệm tản nhiệt cứng có phù hợp hơn cho sản xuất không?

Các miếng đệm cứng hơn có thể dễ thao tác, căn chỉnh và kiểm tra hơn trong quá trình sản xuất. Tuy nhiên, chúng vẫn phải có đủ khả năng nén để bảo đảm tiếp xúc nhiệt tốt.

Miếng đệm tản nhiệt nào phù hợp hơn với các khe hở không đồng đều?

Miếng đệm tản nhiệt mềm thường phù hợp hơn với các khe hở có độ không đồng đều vừa phải. Với khe hở rất không đồng đều hoặc các linh kiện có nhiều chiều cao khác nhau, bột trét tản nhiệt hoặc vật liệu điền khe có thể là lựa chọn phù hợp hơn.

Miếng đệm tản nhiệt mềm có thể làm hỏng linh kiện không?

Các tấm đệm mềm thường giúp giảm ứng suất cơ học, nhưng việc nén quá mức vẫn có thể gây ra vấn đề. Cần xác nhận áp lực lắp ráp và độ dày sau cùng.

Tôi cần cung cấp những thông tin nào để lựa chọn độ cứng của pad?

Cung cấp thông tin về phạm vi khe hở, diện tích tiếp xúc, tải nhiệt, áp suất khả dụng, độ dễ hư hỏng của linh kiện, độ phẳng bề mặt, yêu cầu cách điện, nhiệt độ vận hành và yêu cầu về độ tin cậy.