Mỡ tản nhiệt cho đèn LED: Yếu tố nào ảnh hưởng đến khả năng tản nhiệt lâu dài?

Mỡ tản nhiệt cho đèn LED chỉ duy trì hiệu quả theo thời gian khi lớp tiếp xúc vẫn mỏng, được phủ kín hoàn toàn và ổn định về mặt cơ học. Giá trị W/mK ban đầu tất nhiên là quan trọng, nhưng nó không thể ngăn chặn tình trạng tản nhiệt kém nếu mỡ bị đẩy ra ngoài, khô cứng, tách lớp, trượt trên bề mặt thẳng đứng hoặc nằm trong lớp liên kết quá dày.

Các yếu tố liên quan đến quá trình lắp ráp cũng quan trọng không kém. Độ phẳng bề mặt, áp lực kẹp, chu kỳ thay đổi nhiệt độ, công suất đèn LED, khả năng tản nhiệt và kiểm soát lượng keo bôi đều ảnh hưởng đến kết quả. Một loại keo dán trông rất tốt trong thử nghiệm vật liệu ở nhiệt độ phòng có thể bị trôi sau vài tháng khi được lắp đặt bên trong đèn đường kín và nóng.

Mỡ bôi trơn có thể là một lựa chọn hiệu quả cho mối nối giữa đèn LED COB hoặc bo mạch MCPCB phẳng với bộ tản nhiệt, vì nó có khả năng bám phủ các vết gồ ghề vi mô và tạo ra một lớp giao diện cực mỏng. Đây không phải là chất lấp khe hở, keo dán lắp đặt hay giải pháp khắc phục cho bộ tản nhiệt có kích thước không đủ. Mục tiêu thực tế không phải là đạt được nhiệt độ thấp nhất ngay từ ngày đầu tiên. Mục tiêu là duy trì một nhiệt độ thấp, ổn định và không tăng dần trong quá trình sử dụng.

Vai trò của mỡ tản nhiệt trong quy trình tản nhiệt cho đèn LED

Nhiệt lượng đi qua nhiều lớp từ điểm nối LED trước khi tiếp xúc với không khí xung quanh. Vỏ bọc, mối hàn, MCPCB hoặc đế gốm, keo tản nhiệt, bộ tản nhiệt và luồng không khí xung quanh đều tạo ra lực cản. Keo tản nhiệt chỉ cải thiện một mặt tiếp xúc: điểm tiếp xúc giữa hai bề mặt ghép nối. Một lớp yếu ở vị trí khác vẫn có thể quyết định nhiệt độ cuối cùng tại điểm nối.

Đèn LED công suất cao chỉ chuyển đổi một phần điện năng đầu vào thành ánh sáng hữu ích. Năng lượng còn lại biến thành nhiệt ở khu vực tiếp giáp bán dẫn. Nhiệt này thường truyền qua vỏ đèn đến điểm hàn, sau đó lan vào bảng mạch in lõi kim loại (PCB), đế gốm hoặc đế mô-đun. Từ đó, hợp chất giao diện kết nối bảng mạch hoặc mô-đun với vỏ nhôm hoặc bộ tản nhiệt có cánh tản nhiệt.

Ngay cả các bề mặt kim loại nhẵn cũng chủ yếu tiếp xúc với nhau tại các điểm cao ở cấp độ vi mô. Không khí vẫn đọng lại trong các khe rãnh, và không khí là chất dẫn điện kém. Mỡ bôi trơn chảy vào các khe rãnh đó và làm tăng diện tích tiếp xúc thực tế. Phương pháp này phát huy hiệu quả nhất khi các bề mặt tương đối phẳng, khe hở rất nhỏ và có vít, kẹp hoặc các bộ phận cố định khác duy trì áp lực.

Các mảng COB, mô-đun LED nhỏ gọn và MOSFET điều khiển là những lựa chọn phổ biến. Sản phẩm của Haktak’s nhóm vật liệu mỡ tản nhiệt Sản phẩm này được thiết kế dành cho các giao diện điện tử mỏng, nơi khả năng thấm ướt và điện trở thấp là yếu tố quan trọng. Các bo mạch lớn bị cong vênh, các mảng linh kiện không đồng đều và các giao diện chưa được cố định không phải là những điểm nối bằng mỡ phù hợp; những trường hợp này thường cần sử dụng miếng đệm đàn hồi, gel hoặc phương pháp gắn kết kết cấu.

Để lựa chọn vật liệu cơ bản dựa trên công suất đèn LED, độ dẫn điện, độ nhớt và yêu cầu cách điện, hãy bắt đầu với sản phẩm của Haktak Hướng dẫn chọn keo tản nhiệt cho đèn LED. Bài viết này sẽ đi sâu hơn vào những gì diễn ra sau lần thử nghiệm nhiệt đầu tiên.

Bảy yếu tố quyết định hiệu quả làm mát bằng mỡ bôi trơn cho đèn LED trong dài hạn

Hệ thống tản nhiệt ổn định cho đèn LED là kết quả của sự kết hợp giữa vật liệu, cơ khí và quy trình sản xuất. Một loại mỡ bôi trơn có tuổi thọ cao phải duy trì được độ phủ và khả năng thấm ướt ngay cả khi cụm đèn LED giãn nở, co lại và có thể bị rung lắc. Đồng thời, hệ thống lắp đặt phải duy trì được đường nối được kiểm soát chặt chẽ mà không làm cong vẹo bảng mạch hoặc để cho chất hàn bị dịch chuyển.

1. Độ dày lớp keo và độ thấm ướt hoàn toàn

Mỡ dẫn điện tốt hơn không khí bị kẹt bên trong, nhưng kém hơn nhiều so với nhôm hoặc đồng. Do đó, lớp mỡ này nên mỏng nhất có thể trong phạm vi cho phép của bề mặt hoàn thiện thực tế, đồng thời vẫn phải bao phủ được toàn bộ diện tích hoạt động. Lớp cuối cùng này được gọi là độ dày đường nối (bond-line thickness), thường được viết tắt là BLT.

Nếu lượng BLT quá nhiều, độ kháng thể tích sẽ tăng lên. Nếu liều lượng quá ít hoặc bề mặt không được làm ướt đúng cách, các góc khô và khoảng trống sẽ vẫn còn. Mục tiêu đúng đắn là tạo ra một lớp màng mỏng liên tục, chứ không phải “ít nhất có thể về mặt vật lý” và cũng không phải là một lớp dày dặn chỉ để đảm bảo an toàn. Hướng dẫn của Haktak về Độ dày lớp liên kết ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất nhiệt giải thích lý do tại sao độ dày và diện tích tiếp xúc phải được xem xét cùng nhau.

2. Khả năng chống bị bơm ra trong điều kiện thay đổi nhiệt độ lặp đi lặp lại

Bảng mạch LED và bộ tản nhiệt nhôm không giãn nở với mức độ chính xác như nhau. Trong mỗi chu kỳ nóng-lạnh, chúng di chuyển tương đối so với nhau. Hiện tượng cong vênh và vị trí của các chi tiết cố định có thể tạo ra một lực ép và lực cắt nhỏ. Qua nhiều chu kỳ, chuyển động đó có thể đẩy chất bôi trơn về phía mép của bề mặt tiếp xúc.

Đây là hiện tượng chảy tràn. Hiện tượng này có thể khiến các vùng trung tâm khô và các điểm nóng xuất hiện ngay cả khi ban đầu hỗn hợp sệt đã phủ kín toàn bộ khu vực. Độ nhớt góp phần tạo ra lực cản, nhưng đây không phải là tính chất duy nhất. Áp suất chảy, tính thixotropic, độ ổn định của chất mang, hàm lượng chất độn, BLT, áp suất và độ phẳng bề mặt đều đóng vai trò quan trọng. Hướng dẫn chi tiết hơn về Hút chất bôi trơn tản nhiệt trình bày chi tiết hơn về các cơ chế đó.

3. Làm khô, tách chất mang và xả dầu

Người ta thường gọi bất kỳ loại mỡ cũ, cứng nào là “đã khô cứng”. Cơ chế thực sự có thể phức tạp hơn thế. Chất lỏng mang có thể di chuyển, các thành phần dễ bay hơi có thể bị mất đi, chất độn có thể tập trung cục bộ, hoặc mỡ có thể bị bơm ra ngoài trong khi cặn lại trở nên cứng.

Việc tháo rời cho thấy lớp keo tản nhiệt trông khô không tự động chứng tỏ hiệu suất tản nhiệt đã bị suy giảm. Ngược lại, lớp keo tản nhiệt vẫn có thể trông ướt dù độ phủ của nó đã trở nên không đồng đều. Việc chẩn đoán cần kết hợp lịch sử nhiệt độ với hình thái khi tháo rời. Bài viết của Haktak về Tại sao keo tản nhiệt lại bị khô? phân biệt giữa sự thay đổi về mặt hình thức và sự suy giảm thực tế của giao diện.

4. Áp lực lắp đặt, độ phẳng và độ cong vênh

Áp suất giúp mỡ bôi trơn lan tỏa và giảm hiện tượng BLT, nhưng lực tác động hiếm khi đồng đều. Một mô-đun LED bốn vít có thể bị siết chặt hơn gần một điểm cố định và hơi lỏng ở góc đối diện. Các bo mạch MCPCB mỏng có thể bị cong. Vỏ đúc áp lực có thể xuất hiện độ gợn sóng rộng ngay cả khi độ nhám cục bộ trông có vẻ chấp nhận được.

Hãy xác định loại bulông, trình tự siết mô-men xoắn, đặc tính của vòng đệm hoặc lò xo, cũng như độ phẳng bề mặt tiếp xúc. Sau đó, kiểm tra dấu vết sau khi lắp ráp. Việc tăng mô-men xoắn không phải là giải pháp chung cho mọi trường hợp. Điều này có thể làm cong ván mạch, làm hỏng chất nền gốm hoặc làm lệch áp lực khỏi vùng nóng nhất.

5. Nhiệt độ liên tục và các điểm nóng cục bộ

Nhiệt độ vỏ không nhất thiết phải bằng nhiệt độ điểm nối của đèn LED. Một điểm nóng cục bộ dưới mảng COB hoặc bóng bán dẫn điều khiển có thể nóng hơn nhiều so với bề mặt kim loại bên ngoài. Nhiệt độ liên tục cao có thể làm gia tăng sự biến đổi của các hạt mang điện, quá trình oxy hóa và sự lão hóa của vật liệu xung quanh.

Sử dụng hướng dẫn về điện trở nhiệt và đo nhiệt độ của nhà sản xuất đèn LED để ước tính điều kiện tại điểm tiếp giáp. Nếu có thể, hãy tiến hành đo tại vị trí vỏ đèn hoặc điểm đo nhiệt độ được chỉ định. Không nên kiểm định chất tản nhiệt chỉ ở điều kiện nhiệt độ phòng nếu thiết bị chiếu sáng cuối cùng hoạt động ở trên sàn nhà máy, bên trong mái che kín hoặc dưới ánh nắng trực tiếp.

6. Định hướng, rung động và vận hành

Đèn đường, đèn ô tô và đèn công nghiệp có thể hoạt động ở vị trí thẳng đứng hoặc ngược. Lực hấp dẫn thường yếu hơn lực kẹp bên trong một mối nối mỏng, nhưng nó lại trở nên có ý nghĩa khi lớp vật liệu dày, áp suất thấp hoặc vật liệu mềm đi đáng kể khi nhiệt độ tăng. Rung động và độ uốn cong của tấm ván cũng gây ra chuyển động.

Cách xử lý cũng rất quan trọng. Bụi, dấu vân tay, dung dịch làm sạch đã khô và các hạt bụi có thể cản trở quá trình thấm ướt. Nếu người vận hành định lượng bằng mắt thường, sự chênh lệch giữa các đơn vị có thể lớn hơn cả sự khác biệt về vật liệu đang được đánh giá.

7. Hóa học, quá trình thoát khí và tính tương thích của vật liệu

Cả mỡ bôi trơn chứa silicone và không chứa silicone đều có thể hữu ích, tùy thuộc vào thiết kế. Chỉ dựa vào nhãn mác thôi thì không thể xác định được hiện tượng chảy nước, độ bay hơi, tính chất điện hay khả năng tương thích. Hãy yêu cầu cung cấp dữ liệu thử nghiệm liên quan.

Các hệ thống quang học kín cần được chú ý đặc biệt. Các chất dễ bay hơi có thể ngưng tụ trên thấu kính hoặc gương phản xạ, và các hạt lơ lửng có thể ảnh hưởng đến lớp phủ, các điểm tiếp xúc của đầu nối hoặc chất kết dính lân cận. Cần kiểm tra nhôm, đồng, bề mặt được anot hóa, lớp chống hàn trên MCPCB và nhựa để phát hiện các dấu hiệu như đổi màu, ăn mòn, phồng lên hoặc thay đổi độ bám dính sau quá trình lão hóa.

Tại sao giá trị W/mK ban đầu không thể dự đoán khả năng tản nhiệt của đèn LED sau quá trình lão hóa

Độ dẫn nhiệt mô tả dòng nhiệt đi qua vật liệu. Quá trình tản nhiệt cho đèn LED phụ thuộc vào toàn bộ bề mặt tiếp xúc, bao gồm độ dày lớp và điện trở tiếp xúc. Một loại mỡ có giá trị W/mK cao có thể hoạt động kém hiệu quả nếu được bôi quá dày hoặc bị mất độ phủ. Một hợp chất có độ dẫn nhiệt thấp hơn nhưng có khả năng thấm ướt ổn định và BLT có thể duy trì nhiệt độ ổn định hơn theo thời gian.

Đóng góp chính có thể được biểu diễn dưới dạng R = t/(kA), nơi t là độ dày, k là độ dẫn điện và A là diện tích này. Các khớp nối thực tế còn bao gồm điện trở tiếp xúc tại cả hai bề mặt. Hãy hình dung chất bôi trơn như một con đường nối giữa hai đoạn dốc. Một con đường nhanh cũng không giúp ích được bao nhiêu khi cả hai lối vào đều bị chặn bởi các khe hở không khí.

Độ dẫn nhiệt và trở kháng nhiệt trả lời các câu hỏi khác nhau. Giá trị trở kháng được đo ở áp suất quy định và BLT thường gần với quyết định về giao diện hơn. Tuy nhiên, đó cũng chỉ là kết quả ban đầu, trừ khi mẫu đã được ủ.

Người đại diện chính thức ASTM D5470-17 (2024) Phương pháp này đo trở kháng nhiệt ở trạng thái ổn định và có thể tính toán độ dẫn nhiệt biểu kiến cho các vật liệu giao diện, bao gồm cả mỡ bôi trơn. ASTM cũng lưu ý rằng mô hình dòng nhiệt song song lý tưởng này không thể áp dụng trực tiếp cho hầu hết các cấu trúc thực tế. Đó là một lời cảnh báo hữu ích, chứ không phải là những điều khoản nhỏ nhặt có thể bỏ qua.

Kiểm soát ứng dụng: Lượng keo tản nhiệt LED bao nhiêu là đủ?

Sử dụng lượng keo vừa đủ để lấp đầy khoảng trống không khí trên bề mặt tiếp xúc hoạt động, sau đó điều chỉnh quy trình sao cho lớp cuối cùng vẫn mỏng. Lượng keo cần thiết phụ thuộc vào diện tích, độ nhẵn bề mặt, độ phẳng, lực kẹp và phương pháp bôi keo. Không có kích thước chấm keo chung nào áp dụng cho mọi loại đèn LED COB, MCPCB hay mô-đun điều khiển.

Đối với nguồn nhiệt trung tâm nhỏ, một chấm được kiểm soát có thể lan tỏa đủ dưới áp lực. Một bảng LED kéo dài có thể cần phương pháp phun theo đường thẳng hoặc theo mẫu. Phương pháp phun thủ công cho phép quan sát được phạm vi phủ nhưng lại gây ra sự chênh lệch do người vận hành và dụng cụ. In khuôn hoặc in lụa có thể kiểm soát độ dày lớp ướt và vị trí trong quá trình sản xuất, miễn là kích thước lỗ khuôn và tính lưu biến của hỗn hợp tương thích với nhau.

Dù chọn phương pháp nào, hãy kiểm tra các đơn vị kỹ thuật sau khi lắp ráp. Cần đảm bảo chất hàn được phân phối đều, có hình dạng ép tương đối đồng nhất và không có các vùng khô lớn. Chất hàn dư thừa ở viền ngoài có thể là dấu hiệu cho thấy lượng chất hàn quá nhiều, khuôn in quá khổ hoặc lực kẹp không đủ. Một lượng nhỏ chất bôi trơn tràn ra không phải là dấu hiệu của sự cố, nhưng chất bôi trơn gần các bề mặt quang học, đầu nối hoặc các vị trí hàn có thể gây ra vấn đề ô nhiễm.

Mô hình tối ưu phụ thuộc vào từng lĩnh vực hình học cụ thể. So sánh của Haktak về Các phương pháp bôi keo tản nhiệt bao gồm các điểm, đường thẳng, phương pháp phết tay và khuôn in. Hướng dẫn liên quan về Nên bôi bao nhiêu keo tản nhiệt? giúp chuyển đổi các yêu cầu kỹ thuật thành một quy trình lắp ráp được kiểm soát chặt chẽ.

Các trường hợp ứng dụng mỡ tản nhiệt trong các sản phẩm LED

Mỡ tản nhiệt phù hợp nhất với các bề mặt tiếp xúc phẳng có kích thước nhỏ hoặc trung bình được kẹp chặt bằng cơ khí. Các mô-đun COB và thiết bị công suất trong bộ điều khiển đèn LED là những ví dụ điển hình. Vật liệu này cũng phải phù hợp với môi trường sử dụng: một thiết bị chiếu sáng trong nhà vẫn còn sử dụng được sẽ đối mặt với những rủi ro khác so với đèn đường đạt tiêu chuẩn IP, vốn phải chịu đựng các chu kỳ nhiệt độ hàng ngày trong nhiều năm.

Bộ tản nhiệt vẫn phải giải phóng nhiệt từ tải ra không khí xung quanh. Chất bôi trơn không thể bù đắp cho các cánh tản nhiệt bị tắc, luồng khí yếu hoặc vỏ tản nhiệt có diện tích quá nhỏ. Càng rộng thì Quản lý nhiệt cho hệ thống chiếu sáng LED Trang ứng dụng tích hợp các vật liệu giao diện vào thiết kế tổng thể của mô-đun và thiết bị chiếu sáng.

Khi keo tản nhiệt không phải là vật liệu kết nối LED phù hợp

Mỡ bôi trơn không phải là lựa chọn phù hợp khi cần lấp đầy khe hở có thể nhìn thấy hoặc thay đổi, đảm bảo độ bám dính, duy trì khoảng cách điện môi một cách độc lập hoặc phải giữ được độ sạch hoàn hảo gần các bộ phận quang học nhạy cảm mà không có các kiểm định phù hợp. Trong những trường hợp đó, một loại vật liệu dẫn nhiệt (TIM) khác có thể mang lại độ tin cậy tổng thể cao hơn, ngay cả khi điện trở ban đầu của nó cao hơn một chút.

• Nhiệt miếng đệm: hữu ích cho các khe hở lớn hơn hoặc thay đổi, các thành phần có chiều cao khác nhau và các bề mặt tiếp xúc cần cách nhiệt có kiểm soát. Sản phẩm này đòi hỏi lực nén đủ mạnh và thường có độ dày lớn hơn so với mỡ bôi trơn. Hướng dẫn về miếng tản nhiệt cho mô-đun LED đề cập đến sự cân bằng giữa độ dày và độ tin cậy.
• Vật liệu thay đổi pha: Ở trạng thái rắn và sạch sẽ trong quá trình xử lý, sau đó mềm ra để làm ẩm bề mặt tiếp xúc khi đạt đến nhiệt độ kích hoạt. Vật liệu này có thể tạo ra một bề mặt tiếp xúc mỏng với ít rác thải hơn, mặc dù quá trình kích hoạt, tải kẹp và chu kỳ vẫn cần được kiểm chứng. Xem so sánh giữa vật liệu thay đổi pha và keo tản nhiệt.
• Gel tản nhiệt hoặc chất lấp khe hở: có thể thay thế được và phù hợp với các khe hở không đều, nhưng thường dày hơn và không thể thay thế trực tiếp cho mỡ bôi trơn ở các mối nối phẳng.
• Keo dẫn nhiệt: truyền nhiệt trong quá trình liên kết các bộ phận. Điều này giúp giảm thiểu việc phải gia công lại và đưa quá trình đóng rắn, độ bền liên kết và ứng suất vào tiêu chuẩn kỹ thuật.
• Graphite hoặc một cái xẻng kim loại: Phương pháp này hữu ích trong những trường hợp mà sự lan truyền ngang là thách thức chính. Vẫn có thể cần đến các lớp cách điện và lớp tiếp xúc.

Câu hỏi so sánh đúng không phải là “Vật liệu nào là tốt nhất?”, mà là “Vật liệu nào đáp ứng được các chức năng mà mối nối này thực sự cần?”

Cách kiểm định chất bôi trơn tản nhiệt để làm mát đèn LED trong thời gian dài

So sánh hiệu suất ban đầu và sau thời gian sử dụng trong điều kiện lắp ráp cơ khí thực tế. Mẫu vật liệu có thể đánh giá hành vi nhiệt, nhưng không thể tái tạo được bố cục các chi tiết cố định của bảng mạch LED, độ cong vênh của vỏ, hướng dọc hoặc nguy cơ ô nhiễm quang học. Kế hoạch xác nhận cần sử dụng cùng lượng mỡ bôi trơn, các bề mặt và quy trình kẹp như trong sản xuất thực tế.

Xây dựng một mức cơ sở có thể lặp lại

Ghi lại công suất điện của đèn LED, nhiệt độ môi trường, nhiệt độ tại vỏ thiết bị hoặc điểm đo nhiệt độ quy định, nhiệt độ tản nhiệt, khối lượng mỡ bôi trơn hoặc thể tích mỡ được bôi, mô-men xoắn của bulông và hướng thử nghiệm. Sử dụng nhiều hơn một cụm lắp ráp. Nếu các đơn vị có thông số kỹ thuật danh định giống hệt nhau nhưng lại có sự chênh lệch lớn trước khi qua quá trình lão hóa, thì quy trình này chưa sẵn sàng để tiến hành thử nghiệm tuổi thọ.

Hình ảnh nhiệt rất hữu ích trong việc xác định các vùng có nhiệt độ cao, nhưng hệ số phát xạ và góc nhìn có thể làm sai lệch các giá trị đo tuyệt đối. Nên kết hợp phương pháp này với các cảm biến được lắp đặt đúng vị trí hoặc phương pháp đo nhiệt độ đã được nhà sản xuất đèn LED phê duyệt.

Phân tích đặc tính của vật liệu và giao diện

Yêu cầu xác định điện trở nhiệt tại các giá trị BLT, áp suất và nhiệt độ đã nêu. Đối với quá trình phát triển quy trình, cũng cần đánh giá tính đồng nhất khi phân phối, hành vi bảo quản, hiện tượng rò rỉ và các đặc tính lưu biến liên quan. Tổng quan của Haktak về các tiêu chuẩn kiểm tra TIM phổ biến giải thích lý do tại sao phương pháp và mẫu phải phù hợp với nhau.

Áp dụng hiệu ứng lão hóa do môi trường một cách chân thực

Xây dựng các điều kiện ứng suất dựa trên điều kiện sử dụng thực tế thay vì sao chép một bảng thử nghiệm tùy ý. Các điều kiện phơi nhiễm có liên quan có thể bao gồm:

• quá trình thay đổi nhiệt độ theo chu kỳ giữa các trạng thái lạnh và nóng dự kiến
• tuổi thọ hoạt động hoặc bảo quản ở nhiệt độ cao
• Nhiệt ẩm dành cho các sản phẩm ngoài trời và sản phẩm đóng kín
• rung động đối với phương tiện giao thông, đường bộ và các công trình công nghiệp
• hoạt động theo chiều dọc hoặc ngược chiều
• kiểm tra ô nhiễm quang học hoặc hiện tượng thoát khí

Các bài kiểm tra chịu tải phải đủ khắc nghiệt để phơi bày những điểm yếu nhưng vẫn phải đảm bảo tính khả thi trong việc phân tích kết quả. Một kịch bản thử nghiệm có mức độ phá hủy không thực tế có thể dẫn đến việc xếp hạng vật liệu dựa trên một hình thức hư hỏng mà sản phẩm thực tế không bao giờ gặp phải.

Lặp lại các phép đo và tiến hành tháo rời

Sau quá trình lão hóa, hãy áp dụng các điều kiện điện và nhiệt giống như đã sử dụng cho mẫu đối chứng. So sánh mức tăng nhiệt độ và độ chênh lệch giữa các đơn vị. Sau đó, mở các mẫu đã chọn ra và kiểm tra độ phủ, sự tích tụ ở mép, vầng dầu, lỗ rỗng, vết nứt, sự ăn mòn và sự đổi màu của vật liệu nền.

Đối với một chương trình dành riêng cho dự án, Haktak’s lựa chọn và thử nghiệm vật liệu Dịch vụ hỗ trợ có thể kết hợp việc kiểm tra vật liệu với các kiểm tra nhiệt độ và điều kiện môi trường ở cấp độ lắp ráp.

Tiêu chuẩn về tuổi thọ đèn LED: Những điều LM-80 và TM-21 không đề cập đến về dầu mỡ

LM-80 và TM-21 là những công cụ quan trọng dành cho nguồn sáng LED, nhưng cả hai đều không đánh giá chất lượng keo tản nhiệt cũng như không chứng minh được tuổi thọ của toàn bộ thiết bị chiếu sáng. LM-80 đo lường cường độ phát sáng và độ ổn định màu của các gói LED, mảng LED hoặc mô-đun LED trong điều kiện được kiểm soát. TM-21 sử dụng dữ liệu duy trì phù hợp để dự báo hành vi hoạt động trong dài hạn.

Người đại diện chính thức ANSI/IES LM-80-21 Phạm vi bao gồm việc duy trì độ phát sáng, độ rực rỡ hoặc thông lượng photon cũng như duy trì màu sắc. Một thiết bị chiếu sáng bao gồm bộ điều khiển, hệ thống quang học, vỏ bảo vệ, các bộ phận làm kín, hệ thống dây dẫn, vật liệu giao diện và đường dẫn nhiệt. Sự cố xảy ra với bất kỳ thành phần nào trong số đó đều có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ thực tế của thiết bị.

Bộ Năng lượng Hoa Kỳ Hiệp hội Đánh giá Độ tin cậy Hệ thống LED coi độ tin cậy là một vấn đề của hệ thống. Đó cũng là cách tiếp cận đúng đắn đối với mỡ bôi trơn. Sự tiếp xúc nhiệt ổn định giúp duy trì nhiệt độ điểm nối ở mức kiểm soát được, điều này có lợi cho việc duy trì lưu lượng ánh sáng và màu sắc, nhưng không thể đảm bảo tuổi thọ vĩnh viễn.

Có thể bạn đã nghe nói rằng mỗi khi nhiệt độ giảm 10°C, tuổi thọ của đèn LED sẽ tăng gấp đôi. Đây chỉ là một nguyên tắc kinh nghiệm chung trong lĩnh vực điện tử, chứ không phải là sự đảm bảo áp dụng cho mọi loại đèn LED hay thiết bị chiếu sáng. Thay vào đó, hãy tham khảo dữ liệu từ nhà sản xuất, các tiêu chuẩn phù hợp và tiến hành kiểm định toàn diện sản phẩm.

Những điều cần hỏi nhà cung cấp keo tản nhiệt cho dự án đèn LED

Một cuộc thảo luận hiệu quả với nhà cung cấp nên bắt đầu từ các điều kiện giao diện và dịch vụ, chứ không phải bằng việc yêu cầu “chất trám có hệ số W/mK cao nhất”. Hãy cung cấp bản vẽ, tải nhiệt, vật liệu bề mặt, áp suất lắp ráp và biểu đồ lão hóa. Sau đó, yêu cầu các dữ liệu có thể so sánh được trong các điều kiện phù hợp.

Yêu cầu:

• Trở kháng nhiệt kèm theo phương pháp thử nghiệm, áp suất, BLT và nhiệt độ
• Độ dẫn điện biểu kiến và phương pháp dùng để tính toán nó
• Bơm hút, xả khí, làm khô hoặc bằng chứng nhiệt đã lão hóa
• Phạm vi nhiệt độ hoạt động và lịch sử điều hòa
• Đặc tính điện và các yêu cầu về chất điện môi
• Dữ liệu về độ biến động hoặc sự thoát khí khi có các bộ phận quang học hoặc các khoang kín ở gần
• Khả năng tương thích với các loại bề mặt hoàn thiện, lớp phủ và nhựa trên nhôm, đồng và MCPCB
• Đóng gói phân phối, các đặc tính lưu biến liên quan, thời hạn sử dụng và điều kiện bảo quản
• Truy xuất nguồn gốc theo lô, kiểm soát thay đổi và hỗ trợ mẫu kỹ thuật

Ngoài ra, vui lòng cung cấp thông tin về loại đèn LED, công suất điện, mục tiêu dự kiến về vỏ bảo vệ hoặc điểm nối, hướng lắp đặt, phương pháp cố định, dải nhiệt độ môi trường và hồ sơ hoạt động mong muốn. Những thông tin này hữu ích hơn nhiều so với việc chỉ đưa ra mục tiêu về độ dẫn điện.

Yêu cầu một Đèn LED Đánh giá về chất dẫn nhiệt kèm theo bản vẽ, điều kiện vận hành và phương pháp sản xuất của quý vị để Haktak có thể đề xuất loại vật liệu và phạm vi quy trình có thể thử nghiệm được.

Kết luận

Hiệu quả tản nhiệt lâu dài của đèn LED phụ thuộc vào việc liệu bề mặt tiếp xúc có tiếp tục thực hiện nhiệm vụ nhỏ nhưng vô cùng quan trọng của mình hay không: thay thế không khí bằng một đường dẫn nhiệt mỏng và liên tục. Độ dẫn nhiệt là yếu tố quan trọng, nhưng độ dày lớp liên kết, điện trở thoát nhiệt, độ ổn định của chất mang, áp suất, độ phẳng, chu kỳ nhiệt và độ nhất quán trong quá trình bôi phủ mới là những yếu tố quyết định liệu hiệu suất đó có được duy trì lâu dài hay không.

Mỡ bôi trơn là một lựa chọn hiệu quả cho các mô-đun COB phẳng, được kẹp chặt, các bo mạch MCPCB và các thiết bị nguồn điều khiển. Tuy nhiên, nó ít phù hợp hơn với các khe hở lớn và thay đổi liên tục, các mối nối không được cố định hoặc các cụm linh kiện nhạy cảm với ô nhiễm nếu không có dữ liệu tham chiếu. Trong những trường hợp đó, miếng đệm, vật liệu thay đổi pha, gel hoặc chất kết dính có thể dễ kiểm soát hơn.

Thử nghiệm hợp lý không phải là việc sử dụng một mẫu mới trên một tấm thử nghiệm hoàn hảo. Hãy đo đạc cụm đèn LED dự kiến, tạo điều kiện lão hóa cho nó dưới các tác động thực tế, lặp lại cùng một thử nghiệm nhiệt và kiểm tra bề mặt tiếp xúc. Đó chính là cách mà một loại keo tản nhiệt đầy hứa hẹn trở thành một lựa chọn sản xuất có cơ sở.

Câu hỏi thường gặp

1. Mỡ tản nhiệt có phù hợp với đèn LED công suất cao không?

Đúng vậy, khi mô-đun LED và bộ tản nhiệt có bề mặt tương đối phẳng, mối nối có thể được kẹp chặt và lớp mỡ bôi trơn sẽ duy trì ở dạng một lớp mỏng. Loại mỡ này thường được sử dụng dưới các mô-đun COB và bảng mạch in lõi kim loại (PCB). Nó không được thiết kế để lấp đầy các khe hở lớn hoặc giữ cố định mô-đun. Cần kiểm tra tính phù hợp lâu dài sau khi thực hiện các thử nghiệm chu kỳ nhiệt và lão hóa trong điều kiện thực tế.

2. Keo tản nhiệt LED có bị khô theo thời gian không?

Tình trạng này có thể thay đổi do mất chất mang, sự tách lớp, quá trình oxy hóa, nồng độ chất độn hoặc sự di chuyển ra khỏi vùng hoạt động. Người ta thường gọi chung tất cả các hiện tượng này là “khô cạn”. Chỉ riêng việc bề mặt có vẻ cứng lại không đủ để chứng minh sự cố. Hãy kiểm tra xem nhiệt độ liên quan đến vỏ hoặc điểm nối có bị lệch hay không, sau đó kiểm tra độ phủ và cặn bám trong quá trình tháo dỡ có kiểm soát.

3. Nguyên nhân nào dẫn đến hiện tượng bơm hết keo tản nhiệt trong đèn LED?

Tốc độ giãn nở khác nhau giữa bảng mạch LED, chất bôi trơn và bộ tản nhiệt tạo ra lực cắt trong quá trình gia nhiệt và làm mát. Bề mặt bị cong vênh và áp lực lắp đặt không đồng đều có thể gây ra hiện tượng bơm, đẩy chất bôi trơn về phía các mép. Tính lưu biến của chất bôi trơn, độ dày lớp liên kết, thiết kế kẹp, độ rung cũng như số lượng và mức độ khắc nghiệt của các chu kỳ nhiệt đều ảnh hưởng đến kết quả.

4. Lớp mỡ tản nhiệt dưới đèn LED COB nên dày bao nhiêu?

Không có độ dày chung nào áp dụng cho mọi mô-đun COB. Mục tiêu là tạo ra lớp phủ hoàn chỉnh mỏng nhất có thể, đủ để lấp đầy các khuyết điểm trên bề mặt mà không để lại các vùng khô. Cần xác định độ dày này dựa trên độ nhẵn bề mặt, độ phẳng, áp suất, tính lưu biến của chất bôi trơn và quy trình phun chất bôi trơn. Trong quá trình sản xuất, nên kiểm soát thể tích hoặc độ dày khuôn in và kiểm tra hình in sau khi lắp ráp thay vì chỉ dựa vào phán đoán bằng mắt thường.

5. Lượng keo tản nhiệt quá nhiều có thể khiến đèn LED nóng lên không?

Đúng vậy. Thông thường, chất hàn có độ dẫn điện thấp hơn so với các bề mặt kim loại xung quanh, do đó, lớp chất hàn dày quá mức cần thiết sẽ làm tăng điện trở. Vật liệu dư thừa cũng có thể lọt vào các khu vực không mong muốn và làm gia tăng độ sai lệch trong quá trình lắp ráp. Nên sử dụng lượng chất hàn vừa đủ để đẩy không khí ra khỏi bề mặt tiếp xúc, nhưng không nên dùng nó như một chất trám khe dày.

6. Keo tản nhiệt CPU có an toàn khi sử dụng với đèn LED không?

Ban đầu, giải pháp này có thể làm mát hiệu quả một mô-đun LED phẳng, nhưng điều đó không chứng minh rằng nó phù hợp để sử dụng trong các ứng dụng chiếu sáng lâu dài. Các yếu tố như sự biến đổi nhiệt độ ngoài trời, lắp đặt theo phương thẳng đứng, rung động, hệ thống quang học kín và quy trình bôi trơn trong sản xuất có thể khác biệt rất lớn so với một CPU để bàn. Hãy xem xét kỹ các dữ liệu về nhiệt độ, tốc độ thoát chất, hiện tượng rò rỉ, đặc tính điện và khả năng tương thích của hợp chất, sau đó tiến hành thử nghiệm trên chính cụm LED thực tế.

7. Kem tản nhiệt có tốt hơn miếng đệm tản nhiệt khi dùng cho đèn LED không?

Mỡ bôi trơn thường tạo ra lực cản thấp hơn trên bề mặt tiếp xúc mỏng, phẳng và được kẹp chặt. Miếng đệm thường là lựa chọn tốt hơn trong các trường hợp có khe hở có thể đo lường hoặc thay đổi, độ cao không đồng đều, yêu cầu thao tác sạch sẽ hơn hoặc cần cách điện. Không có loại nào là tốt hơn một cách tuyệt đối. Hình dạng, áp suất, môi trường hoạt động và quy trình sản xuất sẽ quyết định loại vật liệu nào tạo ra bề mặt tiếp xúc hoàn chỉnh và ổn định hơn.

8. Làm thế nào để biết keo tản nhiệt LED đã bị hỏng?

Hãy chú ý đến xu hướng nhiệt độ tăng trong cùng điều kiện công suất và môi trường xung quanh, sự gia tăng độ biến động của thiết bị, những thay đổi về cường độ ánh sáng hoặc màu sắc, cũng như mô hình hư hỏng khi tháo dỡ cho thấy sự xuất hiện của các khoảng trống hoặc hiện tượng di chuyển ở các cạnh. Trước tiên, hãy loại trừ các nguyên nhân khác như cánh tản nhiệt bị tắc, luồng khí bị suy giảm, ốc vít lỏng lẻo, dòng điện điều khiển cao hơn, lỗi cảm biến hoặc sự suy giảm ở các bộ phận khác trong đường dẫn nhiệt.

9. Nên tiến hành thử nghiệm mỡ tản nhiệt dùng cho đèn đường như thế nào?

Sử dụng vỏ bảo vệ, MCPCB, các chi tiết cố định và quy trình bôi keo theo thiết kế. Các tác động cơ học liên quan có thể bao gồm chu kỳ nhiệt rộng, hoạt động ở nhiệt độ cao, nhiệt ẩm, rung động và định hướng thẳng đứng. Các thiết bị được niêm phong cũng có thể cần kiểm tra ô nhiễm quang học hoặc hiện tượng thoát khí. So sánh hiệu suất nhiệt trước và sau quá trình lão hóa, sau đó kiểm tra độ phủ của keo hàn và các bề mặt lân cận.

10. Nên thay thế keo tản nhiệt LED bao lâu một lần?

Không có lịch trình thay thế chung nào áp dụng cho mọi trường hợp. Nhiều thiết bị chiếu sáng LED hoàn toàn không được thiết kế để thay keo định kỳ, do đó, vật liệu kết dính phải được chứng nhận phù hợp với thời gian sử dụng dự kiến. Việc bảo trì cần dựa trên bằng chứng từ nhà cung cấp, quá trình xác nhận thiết kế, xu hướng nhiệt độ và khả năng tiếp cận để bảo trì. Nếu cần phải thay thế định kỳ, có thể cần phải điều chỉnh vật liệu hoặc thiết kế cơ khí.