Miếng tản nhiệt cho mô-đun IGBT: Những điều kỹ sư cần kiểm tra

Các kỹ sư cần kiểm tra điện trở nhiệt, độ bền điện môi, độ dày đường nối cuối cùng, lực nén, dung sai khe hở, độ phẳng bề mặt, nhiệt độ hoạt động và độ tin cậy trước khi lựa chọn miếng tản nhiệt cho các mô-đun IGBT. Miếng tản nhiệt cho mô-đun IGBT phải truyền nhiệt vào bộ tản nhiệt hoặc tấm làm mát. Nó cũng có thể cần đảm bảo cách điện. Miếng tản nhiệt phải thực hiện cả hai chức năng này mà không gây ra quá nhiều ứng suất cơ học.

Không nên chọn miếng đệm tản nhiệt cho mô-đun IGBT chỉ dựa trên hệ số dẫn nhiệt. Một miếng đệm có hệ số dẫn nhiệt cao (W/mK) vẫn có thể bị hỏng nếu nó quá dày, quá cứng, bị nén không đủ, bị nén quá mức hoặc có hiệu suất điện môi kém.

Miếng đệm tản nhiệt tốt nhất là loại mang lại điện trở nhiệt thấp và ổn định, cách ly điện an toàn, đồng thời duy trì khả năng tiếp xúc ổn định sau khi lắp đặt, qua các chu kỳ nhiệt và trong quá trình vận hành lâu dài.

Tại sao các mô-đun IGBT cần phải lựa chọn miếng tản nhiệt một cách cẩn thận

Các mô-đun IGBT được sử dụng trong các ứng dụng có mức công suất cao. Chúng được ứng dụng trong bộ biến tần xe điện, bộ biến tần năng lượng mặt trời, bộ điều khiển động cơ công nghiệp, hệ thống UPS, thiết bị hàn, hệ thống đường sắt và các bộ chuyển đổi công suất lớn. Các hệ thống này điều khiển dòng điện lớn và đồng thời sinh ra nhiệt.

Nhiệt phải thoát ra khỏi điểm nối bán dẫn và đi qua cụm mô-đun. Sau đó, nhiệt sẽ truyền vào bộ tản nhiệt, tấm làm mát, tấm đế hoặc vỏ bảo vệ. Giao diện truyền nhiệt giữa mô-đun và bề mặt làm mát chỉ là một phần nhỏ của hệ thống. Tuy nhiên, nó có thể trở thành một điểm nghẽn lớn.

Miếng tản nhiệt của mô-đun IGBT thường được sử dụng khi giao diện cần một hoặc nhiều chức năng sau đây:

• Lấp đầy khoảng trống
• Cách điện
• Độ dày được kiểm soát
• Cách lắp đặt sạch sẽ hơn so với dùng mỡ bôi trơn
• Quy trình lắp ráp có thể lặp lại
• Mức độ ứng suất thấp hơn so với vật liệu cách điện cứng
• Kiểm soát hình dạng cắt khuôn

Các mô-đun nguồn không hề khoan dung. Một lớp tiếp xúc nhiệt kém có thể làm tăng nhiệt độ điểm nối. Điều này cũng có thể tạo ra các điểm nóng. Theo thời gian, áp lực đó có thể làm giảm tuổi thọ của mô-đun.

The Sổ tay ứng dụng Semikron-Danfoss về các linh kiện bán dẫn công suất là một nguồn tài liệu hữu ích trong ngành vì nó xem các mô-đun nguồn như những hệ thống hoàn chỉnh về mặt nhiệt, điện và cơ khí, chứ không phải là các thành phần riêng lẻ. Đó cũng chính là cách tiếp cận đúng đắn khi xem xét các miếng tản nhiệt.

Miếng tản nhiệt cho mô-đun IGBT so với keo tản nhiệt

Mỡ tản nhiệt đã được sử dụng phổ biến trong các mô-đun nguồn từ lâu. Loại mỡ này có thể tạo thành một lớp liên kết mỏng. Nó cũng bám dính tốt trên các bề mặt gồ ghề. Tuy nhiên, mỡ tản nhiệt có thể gây bẩn. Nó có thể bị trào ra ngoài. Độ dày của lớp liên kết cũng có thể thay đổi tùy theo phương pháp thi công. Ngoài ra, việc kiểm soát độ dày của lớp liên kết cũng rất khó khăn trừ khi quy trình được quản lý chặt chẽ.

Miếng đệm tản nhiệt cung cấp một bề mặt tiếp xúc đã được định hình sẵn. Chúng dễ lắp đặt hơn. Chúng có thể đảm bảo khả năng cách nhiệt. Chúng có thể được cắt theo khuôn. Ngoài ra, chúng còn giúp quá trình lắp ráp trở nên gọn gàng hơn. Nhược điểm là độ dày. Miếng đệm tản nhiệt thường tạo ra bề mặt tiếp xúc dày hơn so với mỡ tản nhiệt.

Miếng đệm tản nhiệt là lựa chọn phù hợp khi cần đảm bảo sự lắp ráp chính xác, khả năng cách nhiệt và tính lặp lại. Mỡ bôi trơn có thể vẫn là lựa chọn tốt hơn khi bề mặt tiếp xúc rất phẳng, được kẹp chặt và mục tiêu là tạo ra đường nối mỏng nhất có thể. Hướng dẫn của HakTak về Tại sao giá trị W/mK cao không phải lúc nào cũng đồng nghĩa với hiệu suất làm mát tốt hơn giải thích lý do tại sao giao diện thực tế lại quan trọng hơn một con số trên bảng thông số kỹ thuật.

Việc lựa chọn miếng tản nhiệt cho mô-đun IGBT bắt đầu từ mức tổn thất công suất

Hãy bắt đầu từ tải nhiệt. Nếu không có con số đó, việc lựa chọn tấm cách nhiệt sẽ chỉ là phỏng đoán.

Ước tính tổn thất nhiệt của mô-đun IGBT trước khi chọn miếng tản nhiệt

Nhiệt sinh ra trong mô-đun IGBT có nguồn gốc từ nhiều yếu tố. Các yếu tố chính là tổn thất do dẫn nhiệt và tổn thất do chuyển mạch. Các đi-ốt bên trong mô-đun cũng có thể gây ra tổn thất. Cách điều khiển cổng và các lựa chọn về bố trí mạch có thể ảnh hưởng đến giá trị cuối cùng.

Các kỹ sư cần xác định:

• Tổng công suất mất mát của mô-đun (tính bằng watt)
• Mất mát trên mỗi công tắc hoặc nhánh pha
• Điều kiện tải đỉnh
• Điều kiện tải liên tục
• Nhiệt độ chất làm mát hoặc nhiệt độ môi trường
• Nhiệt độ tối đa tại điểm nối
• Hiệu suất của bộ tản nhiệt hoặc tấm làm mát

Miếng đệm không tự nó làm mát mô-đun. Nó là một phần của chuỗi. Tuy nhiên, nếu miếng đệm gây ra điện trở nhiệt quá lớn, toàn bộ hệ thống sẽ nóng lên.

Lập bản đồ đường truyền nhiệt của IGBT qua lớp giao diện nhiệt

Một sơ đồ đường truyền nhiệt đơn giản có thể trông như sau:

1. Điểm nối IGBT
2. Gắn chip và chất nền
3. Tấm đế mô-đun hoặc đáy mô-đun
4. Miếng tản nhiệt
5. Tản nhiệt hoặc tấm làm mát
6. Làm mát bằng không khí hoặc chất lỏng

Mỗi lớp đều tạo ra lực cản. Miếng đệm có thể trông mỏng, nhưng nó nằm ngang qua toàn bộ dòng nhiệt. Chính vì vậy, độ dày, diện tích tiếp xúc và độ nén của miếng đệm đều rất quan trọng.

Sử dụng điện trở nhiệt cho các điểm tiếp xúc của mô-đun IGBT

Độ dẫn nhiệt rất hữu ích trong quá trình sàng lọc. Trở kháng nhiệt lại hữu ích hơn trong việc lựa chọn cuối cùng.

Độ trở nhiệt phụ thuộc vào độ dày thực tế của miếng đệm và điều kiện tiếp xúc. Điều này rất quan trọng bởi vì một miếng đệm có giá trị W/mK tốt vẫn có thể hoạt động kém hiệu quả nếu nó quá dày hoặc không nén chặt được.

Tiêu chuẩn ASTM D5470 thường được sử dụng khi các kỹ sư cần dữ liệu về truyền nhiệt đối với các vật liệu cách điện có tính dẫn nhiệt. Tiêu chuẩn này có liên quan đến các vật liệu dẫn nhiệt (TIM) được sử dụng giữa các mô-đun nguồn và bộ tản nhiệt, vì nó tập trung vào trở kháng nhiệt và độ dẫn nhiệt biểu kiến trong các điều kiện được kiểm soát. Bạn có thể tham khảo trang hướng dẫn chính thức tại ASTM D5470.

HakTak cũng giải thích điều này trong Độ dẫn nhiệt so với trở kháng nhiệt trong việc lựa chọn vật liệu dẫn nhiệt (TIM).

Miếng đệm cách nhiệt cho mô-đun IGBT

Trong các mô-đun nguồn, việc cách điện thường là yêu cầu bắt buộc. Đôi khi chính mô-đun đó đã có tấm đế cách điện. Đôi khi thì không. Đôi khi hệ thống vẫn cần thêm một lớp cách điện để đảm bảo an toàn hoặc vì lý do thiết kế.

Đừng cho rằng miếng đệm có tính cách nhiệt. Hãy kiểm tra dữ liệu.

Kiểm tra độ bền điện môi của miếng tản nhiệt IGBT

Độ bền điện môi cho biết vật liệu có thể chịu được điện trường mạnh đến mức nào trước khi bị phá vỡ. Thông số này thường được ghi bằng đơn vị kV/mm hoặc các đơn vị tương tự.

Đối với các vật liệu cách nhiệt rắn, ASTM D149 là một tham chiếu phổ biến cho điện áp phá vỡ điện môi và độ bền điện môi. Trong thiết kế mô-đun IGBT, yếu tố này rất quan trọng vì miếng tản nhiệt có thể được đặt giữa bề mặt dẫn điện của mô-đun và bề mặt làm mát được nối đất hoặc dẫn điện.

Các câu hỏi quan trọng:

• Điện áp nào cần được cách ly?
• Bộ tản nhiệt có được nối đất không?
• Tấm làm mát có dẫn điện không?
• Cơ sở của mô-đun có được cách ly điện không?
• Có biên độ an toàn nào cho các hiện tượng quá độ không?
• Điều gì sẽ xảy ra sau quá trình nén và ủ?

Điện áp phá vỡ phụ thuộc vào độ dày cuối cùng của miếng đệm

Độ dày sau khi nén là yếu tố quan trọng. Một miếng đệm có thể được ghi là có độ dày danh định. Tuy nhiên, sau khi lắp đặt, độ dày thực tế của nó có thể mỏng hơn.

Nếu miếng đệm bị nén quá mức, biên độ điện môi có thể giảm. Nếu miếng đệm quá dày, điện trở nhiệt sẽ tăng lên. Đây là một trong những sự đánh đổi quan trọng nhất.

Bài viết của HakTak Miếng đệm cách nhiệt cách điện: Khi nào bạn cần sử dụng chúng? phần này trình bày chi tiết hơn về vấn đề này.

Đừng đánh đổi an toàn để đổi lấy điện trở nhiệt thấp hơn

Miếng đệm mỏng hơn thường giúp cải thiện hiệu suất tản nhiệt. Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là nó an toàn. Nếu thiết kế yêu cầu tính cách nhiệt, miếng đệm phải đáp ứng yêu cầu đó sau khi trải qua quá trình nén, tiếp xúc với nhiệt độ và lão hóa.

Ở đây, thiết kế nhiệt không thể tách rời khỏi thiết kế điện.

Độ dày miếng tản nhiệt của mô-đun IGBT

Độ dày là một trong những yếu tố đầu tiên mà các kỹ sư kiểm tra. Đây cũng là một trong những yếu tố dễ mắc sai sót nhất.

Đo khoảng cách giữa mô-đun IGBT và bộ tản nhiệt

Nếu có thể, hãy sử dụng bản lắp ráp thực tế. Các kích thước trên bản vẽ CAD là chưa đủ.

Bao gồm:

• Dung sai của tấm đế mô-đun
• Độ phẳng của bộ tản nhiệt
• Độ phẳng của tấm làm mát
• Độ nhám bề mặt
• Mô-men xoắn của vít lắp đặt
• Dải dung sai về kích thước
• Sự giãn nở nhiệt
• Bất kỳ chốt cơ khí nào

Đo khe hở tối thiểu, khe hở danh định và khe hở tối đa.

Chọn miếng tản nhiệt IGBT mỏng nhất có thể lấp đầy toàn bộ khe hở

Miếng đệm phải tiếp xúc với cả hai bề mặt tại khe hở lớn nhất. Miếng đệm không được bị ép dẹp tại khe hở nhỏ nhất.

Quy tắc này rất thiết thực:

Hãy sử dụng miếng đệm mỏng nhất có thể lấp đầy khe hở trong trường hợp xấu nhất và vẫn nằm trong phạm vi nén an toàn.

Bài viết của HakTak Cách chọn độ dày miếng tản nhiệt cho các thiết bị điện tử cung cấp một quy trình làm việc hữu ích cho khoảng cách khe hở và độ dày lớp đệm.

Độ dày cuối cùng của lớp liên kết quyết định điện trở nhiệt

Độ dày lớp keo là độ dày cuối cùng sau khi lắp ráp. Nhiệt phải truyền qua lớp đó.

Để có một ước tính đơn giản:

R = t / (k × A)

Địa điểm:

• R là điện trở nhiệt
• t là độ dày cuối cùng
• k là độ dẫn nhiệt
• A là diện tích tiếp xúc

Phương trình thì đơn giản. Nhưng quá trình lắp ráp thì không. Điện trở tiếp xúc cũng là một yếu tố quan trọng. Độ nhám bề mặt và áp suất có thể làm thay đổi kết quả.

Hướng dẫn của HakTak Độ dày đường nối ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất cách nhiệt giải thích lý do tại sao độ dày thực tế lại quan trọng hơn độ dày danh nghĩa của tấm.

Nén miếng tản nhiệt cho các mô-đun IGBT

Miếng tản nhiệt cần được nén. Nếu không được nén, miếng tản nhiệt có thể không lấp đầy các chỗ gồ ghề trên bề mặt. Tuy nhiên, nếu nén quá mạnh có thể gây hư hỏng cho hệ thống.

Nén không đủ sẽ để lại các khe hở

Mức nén quá thấp có thể gây ra:

• Tiếp xúc kém
• Điện trở nhiệt cao
• Các điểm nóng
• Kết quả xét nghiệm không ổn định
• Sự biến thiên giữa các đơn vị
• Sử dụng bộ tản nhiệt không đúng cách

Điều này thường xảy ra khi miếng đệm quá mỏng, quá cứng hoặc được lắp đặt với lực kẹp quá yếu.

Nén quá mức có thể làm hỏng các mô-đun nguồn

Nén quá mức có thể gây ra:

• Căng thẳng mô-đun
• Uốn tấm đế
• Đùn tấm
• Khoảng cách điện môi giảm
• Sự méo mó trên thị trường nhà ở
• Áp suất không đồng đều
• Độ biến dạng vĩnh viễn do nén lâu dài

Mô-đun IGBT không phải là một dụng cụ kẹp để ép miếng đệm càng mạnh càng tốt. Mục tiêu là đảm bảo tiếp xúc có kiểm soát.

Tính tỷ số nén của miếng đệm tản nhiệt cho các mô-đun IGBT

Tính toán độ nén tại khe hở tối thiểu, danh định và tối đa. Không chỉ tính toán một lần duy nhất.

Bài viết của HakTak Tỷ lệ nén miếng tản nhiệt: Bao nhiêu là đủ? giải thích công thức và vấn đề về dung sai.

Miếng tản nhiệt mềm so với miếng tản nhiệt cứng cho mô-đun IGBT

Độ cứng ảnh hưởng đến lượng lực cần thiết để nén miếng đệm. Nó cũng ảnh hưởng đến chất lượng tiếp xúc.

Miếng tản nhiệt IGBT mềm dành cho các giao diện áp suất thấp

Miếng đệm mềm có thể hữu ích khi áp lực bị hạn chế. Chúng cũng xử lý các sai số về độ phẳng nhỏ tốt hơn.

Miếng đệm mềm rất hữu ích trong các trường hợp sau:

• Bộ tản nhiệt không hoàn toàn phẳng
• Mô-đun này dự kiến sẽ chịu lực căng thấp hơn
• Dải dung sai rộng hơn
• Lực lắp đặt bị giới hạn
• Ở áp suất thấp, cần phải có điện trở tiếp xúc thấp

Miếng tản nhiệt IGBT cứng hơn để lắp đặt có kiểm soát

Miếng đệm cứng hơn có thể dễ sử dụng hơn. Chúng giữ dáng tốt hơn. Chúng có thể phát huy hiệu quả khi khoảng cách và áp lực được kiểm soát.

Miếng đệm cứng hơn sẽ hữu ích trong các trường hợp sau:

• Bộ tản nhiệt có hình dạng phẳng
• Áp lực ngày càng gia tăng là điều có thể dự đoán được
• Vị trí cắt khuôn rất quan trọng
• Vấn đề về độ sạch trong quá trình gia công lại
• Việc kiểm soát kích thước là rất quan trọng

Không nên phỏng đoán độ cứng chỉ dựa vào cảm giác khi sờ bằng tay. Tiêu chuẩn ASTM D2240 là tiêu chuẩn tham chiếu về độ cứng theo thang đo durometer đối với các vật liệu có tính chất giống cao su, và rất hữu ích khi so sánh các miếng đệm đàn hồi. Bạn có thể truy cập trang web chính thức tại ASTM D2240. Hướng dẫn của HakTak Miếng tản nhiệt mềm và miếng tản nhiệt cứng: Loại nào tốt hơn? mang lại một giao diện lựa chọn thực tế hơn.

Các tính chất chính của miếng tản nhiệt dành cho mô-đun IGBT

Miếng tản nhiệt IGBT trong bộ biến tần và bộ điều khiển động cơ của xe điện

Bộ biến tần và bộ điều khiển động cơ xe điện phải hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt. Chúng phải đối mặt với sự thay đổi tải. Chúng phải chịu các chu kỳ nhiệt. Chúng có thể phải chịu rung động. Đồng thời, chúng cũng cần có độ tin cậy cao.

Miếng tản nhiệt cho mô-đun IGBT của xe điện

Các hệ thống xe điện cần quá trình truyền nhiệt ổn định. Một miếng đệm có thể phải chịu được:

• Chu kỳ nhiệt
• Rung động
• Điện áp cao
• Tuổi thọ hoạt động cao
• Sự dao động nhiệt độ chất làm mát
• Sự biến thiên trong quá trình lắp ráp cơ khí

Trong trường hợp sử dụng này, điện trở nhiệt ban đầu là chưa đủ. Dữ liệu về quá trình lão hóa đóng vai trò quan trọng.

Miếng tản nhiệt cho các mô-đun IGBT công nghiệp

Các bộ truyền động công nghiệp có thể hoạt động trong nhiều giờ liền. Chúng có thể được lắp đặt trong các tủ có luồng không khí hạn chế. Chúng có thể phải chịu tác động của bụi, nhiệt độ cao và rung động.

Cần kiểm tra miếng đệm xem có:

• Độ ổn định nén lâu dài
• Lão hóa do nhiệt
• Tính chất điện môi
• Độ lặp lại khi lắp đặt
• Độ nhạy của độ phẳng tản nhiệt

Miếng tản nhiệt IGBT so với vật liệu thay đổi pha, bột nhão và chất đúc

Miếng tản nhiệt không phải là chất dẫn nhiệt (TIM) duy nhất dành cho các mô-đun nguồn.

Vật liệu thay đổi pha dùng cho mô-đun IGBT

Các vật liệu thay đổi pha sẽ mềm ra khi mô-đun nóng lên. Chúng có thể cải thiện khả năng thấm ướt sau khi được kích hoạt. Ngoài ra, chúng còn có thể sạch hơn so với mỡ bôi trơn.

Bài viết của HakTak Giải thích về miếng tản nhiệt PCM giải thích cách các vật liệu thay đổi pha hoạt động ở nhiệt độ làm việc.

Keo nhiệt dùng cho các khe hở không đồng đều trong các thiết bị điện tử công suất

Putty có thể hữu ích trong trường hợp giao diện không phẳng hoặc khi chiều cao của các thành phần khác nhau. Một tấm lót cố định có thể không xử lý được tình huống đó một cách hiệu quả.

Đối với các giao diện không đồng đều, bài viết của HakTak Keo tản nhiệt so với miếng tản nhiệt: Cách lựa chọn khi khe hở không đều có liên quan trực tiếp.

Hợp chất đúc cho các thiết bị điện tử công suất được bọc kín

Các hợp chất đúc lấp đầy được sử dụng khi các linh kiện cần được bao bọc, bảo vệ và truyền nhiệt qua thể tích được lấp đầy. Chúng không chỉ đơn thuần là vật liệu thay thế cho miếng đệm. Chúng làm thay đổi quy trình lắp ráp và sửa chữa.

Kiểm tra miếng tản nhiệt cho các mô-đun IGBT

Việc thử nghiệm cần phải phản ánh đúng hệ thống thực tế. Mẫu thử phẳng trong phòng thí nghiệm tuy hữu ích, nhưng không thể thay thế cho việc thử nghiệm ở cấp độ mô-đun.

Kiểm tra trở kháng nhiệt ở áp suất thực tế

Miếng đệm cần được kiểm tra ở mức áp suất tương tự như điều kiện lắp đặt thực tế. Nếu giá trị trong bảng thông số kỹ thuật được đo ở áp suất cao, thì giá trị đó có thể không phù hợp với cụm lắp ráp của bạn.

Kiểm tra độ bền điện môi sau khi nén

Nếu miếng đệm có tác dụng cách nhiệt, hãy tiến hành thử nghiệm sau khi nén hoặc khi đạt độ dày cuối cùng tương đương. Ngoài ra, nếu điều kiện sử dụng khắc nghiệt, hãy tiến hành thử nghiệm sau khi lão hóa nhiệt.

Thử nghiệm chu kỳ nhiệt và chu kỳ nguồn

Các mô-đun IGBT sinh nhiệt và tản nhiệt trong quá trình hoạt động. Miếng đệm phải duy trì tiếp xúc.

Bài kiểm tra:

• Chu kỳ nhiệt
• Khởi động lại nguồn
• Lão hóa ở nhiệt độ cao
• Rung động
• Độ ẩm (nếu có)
• Độ biến dạng vĩnh viễn
• Sửa lại

Để thử nghiệm các tính chất nhiệt của polymer, ISO 22007-2 phần này trình bày phương pháp nguồn nhiệt mặt phẳng thoáng qua để xác định hệ số dẫn nhiệt và hệ số khuếch tán nhiệt. Phương pháp này có thể hỗ trợ việc sàng lọc vật liệu, nhưng việc xác nhận mô-đun IGBT cuối cùng vẫn cần phải thực hiện trên sản phẩm lắp ráp thực tế.

Những sai lầm thường gặp khi lựa chọn miếng tản nhiệt cho mô-đun IGBT

Sai lầm đầu tiên là chỉ dựa vào hệ số W/mK để lựa chọn. Điện trở nhiệt, độ dày và áp suất thường có vai trò quan trọng hơn.

Sai lầm thứ hai là bỏ qua độ bền điện môi. Các hệ thống IGBT có thể hoạt động ở điện áp cao. Khả năng cách điện phải được kiểm chứng.

Sai lầm thứ ba là chỉ sử dụng khoảng cách danh nghĩa. Khoảng cách tối thiểu và tối đa mới là yếu tố quyết định mức nén thực tế.

Sai lầm thứ tư là chọn miếng đệm quá dày. Điều này có thể làm tăng điện trở nhiệt.

Sai lầm thứ năm là chọn miếng đệm quá cứng. Miếng đệm đó có thể không nén đủ.

Sai lầm thứ sáu là nén miếng đệm quá mức. Điều này có thể làm giảm biên độ điện môi và gây ra ứng suất.

Sai lầm thứ bảy là bỏ qua quá trình thay đổi nhiệt độ theo chu kỳ. Các mô-đun IGBT hiếm khi hoạt động ở một nhiệt độ ổn định duy nhất.

Sai lầm thứ tám là coi miếng đệm như một giải pháp khắc phục tình trạng bề mặt tản nhiệt không phẳng. Thiết kế cơ khí vẫn rất quan trọng.

H2: Danh sách kiểm tra lựa chọn miếng tản nhiệt cho mô-đun IGBT

Góc nhìn của HakTak

Tại HakTak, chúng tôi coi miếng tản nhiệt IGBT là một phần không thể tách rời trong thiết kế tổng thể của mô-đun công suất. Miếng tản nhiệt không chỉ đơn thuần là một tấm vật liệu. Nó phải đáp ứng được tải nhiệt, yêu cầu về điện áp, khe hở, lực lắp đặt và mục tiêu về tuổi thọ.

Để nhận được đề xuất chính xác, các kỹ sư cần cung cấp:

• Loại mô-đun IGBT
• Mất nhiệt hoặc tiêu tán công suất
• Khu vực tiếp xúc
• Vật liệu tản nhiệt hoặc tấm làm mát
• Khoảng cách tối thiểu, danh nghĩa và tối đa
• Độ bền điện môi hoặc điện áp đứt mạch yêu cầu
• Áp suất hoặc mô-men xoắn lắp đặt có thể sử dụng
• Độ phẳng của bộ tản nhiệt
• Phạm vi nhiệt độ hoạt động
• Yêu cầu về chu kỳ nhiệt
• Yêu cầu về rung động hoặc va đập
• Yêu cầu làm lại
• Khối lượng sản xuất và phương pháp bố trí

Dựa trên những dữ liệu này, HakTak có thể đưa ra khuyến nghị về độ dày miếng đệm, độ cứng, cấp độ dẫn điện, chỉ số điện môi và phạm vi nén. Câu trả lời tối ưu hiếm khi chỉ đơn giản là “sử dụng giá trị W/mK cao nhất”. Thông thường, đó là sự cân bằng giữa trở kháng nhiệt, khả năng cách nhiệt, ứng suất và độ tin cậy.

Kết luận

Miếng tản nhiệt cho các mô-đun IGBT cần được lựa chọn cẩn thận. Miếng tản nhiệt phải dẫn nhiệt vào bộ tản nhiệt hoặc tấm làm mát. Nó có thể cần phải đảm bảo tính cách điện. Nó phải nén đúng cách. Nó phải chịu được nhiệt độ cao, thời gian và các chu kỳ hoạt động.

Hãy bắt đầu từ các yếu tố như tổn thất nhiệt, cách ly điện áp, diện tích tiếp xúc và dải khoảng cách. Sau đó, so sánh các dữ liệu về trở kháng nhiệt, độ dày, độ cứng, độ nén, độ bền điện môi và độ tin cậy.

Đối với các mô-đun IGBT, miếng tản nhiệt không phải là một phụ kiện nhỏ. Nó là một phần trong quy trình đảm bảo độ tin cậy của thiết bị điện tử công suất. Hãy lựa chọn nó như một linh kiện kỹ thuật, chứ không phải chỉ là một mặt hàng lấp đầy danh mục sản phẩm.

Câu hỏi thường gặp

Các mô-đun IGBT có cần miếng tản nhiệt không?

Một số mô-đun IGBT sử dụng mỡ tản nhiệt, trong khi một số khác có thể sử dụng miếng đệm tản nhiệt hoặc vật liệu thay đổi pha. Miếng đệm tản nhiệt rất hữu ích khi cần đảm bảo sự sạch sẽ trong quá trình lắp ráp, kiểm soát độ dày, cách điện hoặc tính lặp lại.

Miếng tản nhiệt nào là tốt nhất cho mô-đun IGBT?

Loại miếng đệm phù hợp nhất phụ thuộc vào mức độ mất nhiệt, diện tích tiếp xúc, cách ly điện áp, kích thước khe hở, lực nén, độ dày, độ cứng và các yêu cầu về độ tin cậy.

Tôi có nên chọn miếng đệm cách nhiệt cho mô-đun IGBT không?

Hãy chọn miếng đệm cách nhiệt khi giao diện cần ngăn dòng điện chạy giữa mô-đun và bộ tản nhiệt dẫn điện, vỏ máy hoặc tấm làm mát.

Đối với miếng tản nhiệt của mô-đun IGBT, hệ số dẫn nhiệt (W/mK) càng cao thì có phải luôn tốt hơn không?

Không. Giá trị W/mK cao hơn chỉ có tác dụng khi độ dày, áp suất, chất lượng tiếp xúc và các yêu cầu về tính điện môi cũng đáp ứng đúng.

Miếng tản nhiệt IGBT nên dày bao nhiêu?

Nó phải đủ dày để lấp đầy khe hở tối đa và đủ mỏng để hạn chế sức cản nhiệt. Kiểm tra độ dày sau khi nén.

Miếng tản nhiệt IGBT cần mức độ nén như thế nào?

Nó cần có độ nén đủ để đảm bảo tiếp xúc hoàn toàn, nhưng không được quá mức đến nỗi gây căng thẳng cho mô-đun hoặc làm giảm biên độ điện môi.

Chất bôi trơn tản nhiệt có thể thay thế miếng đệm tản nhiệt cho các mô-đun IGBT không?

Đúng vậy, trong một số trường hợp giao diện phẳng và được kẹp chặt. Miếng đệm có thể là lựa chọn tốt hơn khi cần đảm bảo tính cách điện, lắp ráp chính xác hoặc kiểm soát độ dày.

Keo tản nhiệt có thể thay thế miếng đệm tản nhiệt IGBT không?

Phương pháp này có thể hữu ích trong trường hợp các khe hở không đều hoặc không đều đặn. Đối với các bề mặt tiếp xúc phẳng giữa mô-đun và bộ tản nhiệt, việc sử dụng miếng đệm hoặc mỡ tản nhiệt thường dễ kiểm soát hơn.

Các kỹ sư nên thực hiện những bài kiểm thử nào trước khi đưa vào sản xuất?

Kiểm tra trở kháng nhiệt, nhiệt độ mô-đun, độ bền điện môi sau khi nén, thử nghiệm chu kỳ nhiệt, rung động, lão hóa và độ lặp lại trong quá trình lắp ráp cuối cùng.

Tôi nên gửi những dữ liệu nào cho nhà cung cấp miếng đệm tản nhiệt?

Vui lòng cung cấp các thông tin sau: tổn thất nhiệt, diện tích tiếp xúc, dải khoảng cách, yêu cầu về điện áp, vật liệu tản nhiệt, áp suất hoặc mô-men xoắn, dải nhiệt độ và các điều kiện về độ tin cậy.