Các linh kiện MOSFET cần miếng tản nhiệt khi nhiệt cần được truyền từ vỏ đóng gói sang bộ tản nhiệt, vỏ kim loại, tấm làm mát hoặc khung máy, và bề mặt tiếp xúc cần đảm bảo độ dày được kiểm soát, lấp đầy khe hở, cách điện hoặc lắp ráp sạch sẽ. Việc lựa chọn miếng đệm tản nhiệt phù hợp cho MOSFET phụ thuộc vào tổn thất công suất, diện tích tiếp xúc, loại vỏ đóng gói, cách ly điện áp, kích thước khe hở, lực nén, độ cứng của miếng đệm, độ bền điện môi và trở kháng nhiệt.
Đối với hầu hết các thiết bị điện tử công suất, không nên chỉ dựa vào hệ số dẫn nhiệt (W/mK) để lựa chọn miếng tản nhiệt MOSFET. Một miếng tản nhiệt có độ dẫn nhiệt cao vẫn có thể hoạt động kém hiệu quả nếu nó quá dày, quá cứng, không được nén đủ hoặc không đảm bảo được khả năng cách ly điện cần thiết.
Mục tiêu tốt hơn rất đơn giản: Chọn một miếng đệm đảm bảo tiếp xúc hoàn toàn, có điện trở nhiệt thấp, cách ly điện an toàn và hiệu suất ổn định sau các chu kỳ thay đổi nhiệt độ.
Tại sao miếng tản nhiệt MOSFET lại quan trọng
Các linh kiện MOSFET thường được sử dụng trong bộ nguồn, bộ điều khiển động cơ, hệ thống điện tử cho xe điện, hệ thống pin, bộ điều khiển đèn LED, mô-đun nguồn viễn thông và bộ điều khiển công nghiệp. Chúng có chức năng chuyển mạch dòng điện. Đồng thời, chúng cũng sinh ra nhiệt.
Nếu nhiệt lượng đó tích tụ gần điểm nối, MOSFET sẽ nóng lên. Nhiệt độ cao hơn có thể làm giảm hiệu suất và rút ngắn tuổi thọ của thiết bị. Điều này cũng có thể làm tăng áp lực nhiệt lên các mối hàn, bảng mạch và các linh kiện lân cận.
Miếng tản nhiệt giúp dẫn nhiệt từ gói MOSFET sang bộ tản nhiệt hoặc vỏ thiết bị. Nó cũng giúp lấp đầy các khe hở không khí. Không khí là chất dẫn nhiệt kém, do đó ngay cả một khe hở nhỏ cũng có thể làm giảm hiệu quả tản nhiệt.
Miếng tản nhiệt rất hữu ích khi thiết kế có các yêu cầu sau:
- Lấp đầy khoảng trống
- Cách điện
- Độ dày được kiểm soát
- Lắp ráp sạch sẽ
- Hình dạng được cắt khuôn
- Ít gây bẩn hơn so với keo tản nhiệt
- Sản xuất có thể lặp lại
Trong các thiết kế MOSFET, miếng đệm không chỉ đơn thuần là một tấm vật liệu mềm. Nó là một phần của đường dẫn nhiệt và thường là một phần của hệ thống cách nhiệt.
Khi nào thì MOSFET cần miếng tản nhiệt?
Các linh kiện MOSFET không phải lúc nào cũng cần miếng tản nhiệt. Một số thiết kế sử dụng mỡ tản nhiệt, các lỗ dẫn nhiệt hàn, các lớp đồng trực tiếp, kẹp hoặc chất nền có lớp lót kim loại. Miếng tản nhiệt sẽ hữu ích khi giao diện cơ học hoặc điện tử yêu cầu sử dụng nó.
Sử dụng miếng tản nhiệt cho điểm tiếp xúc giữa MOSFET và bộ tản nhiệt
Sử dụng miếng tản nhiệt khi gói MOSFET hoặc bảng mạch cần truyền nhiệt sang bộ tản nhiệt, nắp kim loại hoặc thành vỏ qua một khe hở nhỏ.
Điều này thường xảy ra khi:
- MOSFET được lắp đặt gần vỏ kim loại
- Bộ tản nhiệt không hoàn toàn phẳng
- Có một khe hở cơ học đã được biết đến
- Thiết kế cần được lắp ráp một cách gọn gàng
- Miếng đệm này còn có tác dụng cách điện
Hãy sử dụng miếng đệm cách nhiệt cho các bóng MOSFET khi chân nối đang dẫn điện
Nhiều loại vỏ MOSFET có một miếng nối nối với cực thoát hoặc một miếng tiếp xúc hở. Nếu bề mặt đó tiếp xúc trực tiếp với bộ tản nhiệt bằng kim loại, có thể gây ra hiện tượng đoản mạch.
Miếng đệm cách nhiệt điện có thể truyền nhiệt đồng thời ngăn chặn dòng điện.
Điều này có ý nghĩa trong các trường hợp sau:
- Bộ tản nhiệt đã được nối đất
- Bộ tản nhiệt được sử dụng chung cho nhiều thiết bị
- Chân MOSFET đang dẫn điện
- Vỏ máy được làm bằng kim loại
- Cần phải thực hiện cách ly an toàn
Để biết thêm chi tiết, hãy tham khảo hướng dẫn của HakTak Miếng đệm cách nhiệt cách điện: Khi nào bạn cần sử dụng chúng?.
Sử dụng miếng đệm nhiệt khi khó kiểm soát dung sai khe hở
Độ dày PCB, chiều cao mối hàn, chiều cao vỏ MOSFET, độ phẳng của bộ tản nhiệt và dung sai của vỏ thiết bị đều góp phần tạo nên sai số tổng thể. Miếng đệm tản nhiệt có thể bù đắp một phần sai số đó.
Tuy nhiên, miếng đệm phải được lựa chọn cẩn thận. Nếu quá mỏng, nó có thể không tiếp xúc được. Nếu quá dày, nó có thể gây áp lực lên MOSFET hoặc PCB.
Miếng tản nhiệt MOSFET so với keo tản nhiệt
Cả mỡ tản nhiệt và miếng đệm tản nhiệt đều giúp giảm điện trở nhiệt. Tuy nhiên, chúng hoạt động theo những cách khác nhau.
Mỡ tản nhiệt là lựa chọn tốt nhất cho các bề mặt tiếp xúc mỏng, phẳng và được kẹp chặt. Loại mỡ này có thể tạo ra một lớp liên kết rất mỏng. Tuy nhiên, nó không giữ các bộ phận cố định tại chỗ và có thể gây bẩn.
Miếng đệm tản nhiệt sẽ phù hợp hơn khi bề mặt tiếp xúc cần lấp đầy khe hở, cách điện, duy trì độ dày cố định hoặc đảm bảo quá trình lắp ráp được thực hiện chính xác hơn.
| Yếu tố | Miếng tản nhiệt MOSFET | Mỡ tản nhiệt |
| Lấp đầy khoảng trống | Phù hợp hơn để điều chỉnh khoảng cách | Không phù hợp với các khe hở lớn hơn |
| Kiểm soát đường dây trái phiếu | Được xác định bởi độ dày miếng đệm và lực nén | Tùy thuộc vào lượng và áp suất |
| Cách điện | Thường thấy trong các loại vật liệu cách nhiệt | Tùy thuộc vào công thức |
| Sửa lại | Thường sạch hơn | Cần làm sạch dầu mỡ cũ |
| Lắp ráp | Dễ lắp đặt | Có thể khác nhau tùy theo nhà mạng |
| Cách sử dụng hiệu quả nhất | Khoảng cách giữa bộ tản nhiệt, điểm tiếp xúc với vỏ máy, lớp cách điện | Giao diện mỏng, phẳng có cơ chế kẹp |
Để tìm hiểu những kiến thức cơ bản về việc bôi mỡ, hãy tham khảo bài viết của HakTak Mẹo bôi mỡ tản nhiệt và cách thức hoạt động của nó.
Miếng tản nhiệt MOSFET so với bột tản nhiệt
Keo cách nhiệt có thể hiệu quả hơn miếng đệm khi khe hở không đều hoặc khi các linh kiện có chiều cao khác nhau.
Miếng tản nhiệt phát huy hiệu quả tốt nhất khi khoảng cách được xác định rõ và có thể lặp lại. Chất trám hoạt động hiệu quả khi khoảng cách khó dự đoán hơn.
| Điều kiện thiết kế | Điểm khởi đầu tốt hơn | Mỡ tản nhiệt |
| Khoảng cách cố định giữa MOSFET và bộ tản nhiệt | Miếng tản nhiệt | Không phù hợp với các khe hở lớn hơn |
| Chiều cao của nhiều thành phần | Keo cách nhiệt | Tùy thuộc vào lượng và áp suất |
| Cần chi tiết được cắt khuôn | Miếng tản nhiệt | Tùy thuộc vào công thức |
| Vỏ không đồng đều áp suất thấp | Keo cách nhiệt hoặc chất trám khe mềm | Cần làm sạch dầu mỡ cũ |
| Đặt thủ công gọn gàng | Miếng tản nhiệt | Có thể khác nhau tùy theo nhà mạng |
| Cách sử dụng hiệu quả nhất | Khoảng cách giữa bộ tản nhiệt, điểm tiếp xúc với vỏ máy, lớp cách điện | Giao diện mỏng, phẳng có cơ chế kẹp |
Để biết thêm về các giao diện không đồng nhất, hãy tham khảo bài viết của HakTak Keo tản nhiệt so với miếng tản nhiệt: Cách lựa chọn khi khe hở không đều.
Cách chọn miếng tản nhiệt MOSFET dựa trên tổn thất công suất
Hãy bắt đầu từ vấn đề tản nhiệt. Miếng tản nhiệt cho MOSFET chỉ thực sự hữu ích nếu nó có thể dẫn nhiệt đủ qua diện tích có sẵn.
Ước tính công suất tiêu tán của MOSFET
Các trường hợp mất điện có thể bao gồm:
- Mất mát do dẫn điện
- Mất mát do chuyển mạch
- Mất mát liên quan đến mạch điều khiển cổng
- Khấu hao liên quan đến thu hồi ngược
- Các khoản lỗ từ hoạt động đóng gói và phân phối bảng mạch
Để thực hiện một phân tích sơ bộ đơn giản, các kỹ sư thường bắt đầu từ tổng tổn thất của MOSFET tính bằng watt. Sau đó, họ phân bổ lượng nhiệt đó vào đường dẫn tản nhiệt có sẵn.
Xây dựng sơ đồ truyền nhiệt sơ bộ
Đường dẫn nhiệt của MOSFET có thể trông như sau:
- Nút giao
- Vỏ gói hoặc miếng đệm hở
- Miếng tản nhiệt
- Tản nhiệt hoặc vỏ bảo vệ
- Làm mát bằng không khí hoặc chất lỏng
Mỗi bước đều làm tăng điện trở nhiệt. Miếng tản nhiệt chỉ là một bộ phận, nhưng vẫn có thể trở thành điểm nghẽn.
Hãy so sánh độ cản nhiệt, không chỉ dựa trên đơn vị W/mK
Đơn vị W/mK rất hữu ích. Nhưng như vậy vẫn chưa đủ.
Trở kháng nhiệt phản ánh chính xác hơn hành vi thực tế của bề mặt tiếp xúc. Nó bao gồm các yếu tố như độ dày, tiếp xúc và áp suất.
Tiêu chuẩn ASTM D5470 thường được sử dụng để xác định các tính chất truyền nhiệt của các vật liệu cách điện dẫn nhiệt. Theo ASTM, phương pháp này đo trở kháng nhiệt ở trạng thái ổn định và có thể áp dụng cho các vật liệu như mỡ bôi trơn, vật liệu thay đổi pha, gel, cũng như cao su mềm hoặc cứng được sử dụng trong truyền nhiệt trong lĩnh vực điện tử. Tài liệu tham khảo chính thức: ASTM D5470.
HakTak cũng đề cập đến chủ đề này trong Độ dẫn nhiệt so với trở kháng nhiệt trong việc lựa chọn vật liệu dẫn nhiệt (TIM).
Cách chọn miếng đệm cách nhiệt cho bộ tản nhiệt MOSFET
Cách ly điện thường là lý do chính để lựa chọn miếng tản nhiệt cho các bóng bán dẫn MOSFET.
Kiểm tra xem tab MOSFET hoặc pad hở có dẫn điện hay không
Một số loại vỏ MOSFET nối cực thoát (drain) với miếng nối (tab). Nếu miếng nối đó tiếp xúc với bộ tản nhiệt được nối đất, nó có thể gây ngắn mạch cho mạch điện.
Hãy đặt những câu hỏi sau đây:
- Chân MOSFET có được nối với cực thoát không?
- Bộ tản nhiệt có được nối đất không?
- Có nhiều MOSFET cùng sử dụng chung một bộ tản nhiệt không?
- Vỏ máy có phải làm bằng kim loại không?
- Có yêu cầu nào về cách ly an toàn không?
Nếu câu trả lời là “có”, thì có thể cần phải sử dụng miếng đệm cách nhiệt.
Kiểm tra độ bền điện môi và điện áp đứt mạch
Độ bền điện môi và điện áp đứt gãy cho thấy khả năng chịu ứng suất điện của vật liệu.
ASTM D149 là tiêu chuẩn tham chiếu về điện áp phá vỡ điện môi và độ bền điện môi của các vật liệu cách điện rắn.
Đừng chỉ nhìn vào thông số định mức danh nghĩa. Mức độ nén và độ dày cuối cùng mới là yếu tố quan trọng. Một miếng đệm bị nén quá mức có thể có biên độ điện môi thấp hơn dự kiến.
Cân bằng giữa khả năng cách nhiệt và độ dẫn nhiệt
Các miếng đệm dày hơn có thể giúp cải thiện biên độ điện. Chúng cũng làm tăng khả năng chịu nhiệt.
Lựa chọn đúng đắn không phải là miếng đệm cách điện dày nhất. Đó chính là miếng đệm mỏng nhất có thể lấp đầy khe hở, đáp ứng các yêu cầu về điện môi và duy trì nhiệt độ của MOSFET ở mức an toàn.
Độ dày miếng tản nhiệt cho MOSFET
Độ dày của miếng tản nhiệt là một trong những yếu tố quan trọng nhất cần xem xét.
Đo khoảng cách giữa tản nhiệt và MOSFET
Nếu có thể, hãy sử dụng dữ liệu lắp ráp thực tế. Phần mềm CAD rất hữu ích, nhưng nó không tính đến sự cộng dồn dung sai.
Kiểm tra:
- Chiều cao vỏ MOSFET
- 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
- Uốn ván
Đo khe hở tối thiểu, danh định và tối đa.
Hãy chọn miếng đệm mỏng nhất mà vẫn lấp đầy khoảng trống
Miếng đệm mỏng hơn thường có điện trở nhiệt thấp hơn. Tuy nhiên, nó vẫn phải tiếp xúc với cả hai bề mặt tại khoảng cách lớn nhất.
Nếu lớp này quá mỏng, nó có thể không tiếp xúc được với bộ tản nhiệt. Nếu lớp này quá dày, nó có thể gây áp lực lên MOSFET hoặc bo mạch.
Hướng dẫn của HakTak Cách chọn độ dày miếng tản nhiệt cho các thiết bị điện tử trình bày phương pháp từng bước.
Kiểm tra độ dày đường nối sau khi nén
Độ dày nén cuối cùng chính là độ dày của lớp liên kết. Đó là độ dày mà nhiệt phải đi qua.
Để có một giao diện 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
HakTak giải thích điều này trong Độ dày đường nối ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất cách nhiệt.
Nén miếng tản nhiệt cho MOSFET
Miếng đệm nhiệt cần được nén. Mức độ nén thích hợp phụ thuộc vào độ cứng, độ dày của miếng đệm và thiết kế cơ khí.
Nếu độ nén quá thấp sẽ để lại các khe hở chứa không khí
Nén không đủ có thể gây ra:
- Tiếp xúc kém
- Khả năng chịu nhiệt cao
- Các điểm nóng
- Kết quả nhiệt độ không ổn định
- Sự biến thiên giữa các đơn vị
Điều này có thể xảy ra khi miếng đệm quá mỏng hoặc quá cứng.
Nén quá mức có thể làm hỏng cụm MOSFET
Nén quá mức có thể gây ra:
- Uốn PCB
- Áp lực từ gói hàng
- Căng thẳng tại mối hàn
- Biến dạng kết cấu nhà ở
- Đùn tấm
- Dư địa điện môi thấp hơn
Đây là một rủi ro thực sự trong thiết kế MOSFET. Linh kiện có thể nhỏ, nhưng ứng suất có thể tập trung tại một vùng cục bộ.
Tính toán độ nén trên toàn bộ dải khe hở
Không nên tính toán độ nén chỉ dựa trên khe hở danh định.
Kiểm tra:
- Khoảng cách tối thiểu
- Khoảng cách danh nghĩa
- Khoảng cách tối đa
Bài viết của HakTak Tỷ lệ nén miếng tản nhiệt: Bao nhiêu là đủ? giải thích phương pháp này.
Miếng tản nhiệt mềm so với miếng tản nhiệt cứng cho MOSFET
Độ cứng ảnh hưởng đến lực và tiếp xúc.
Miếng đệm mềm dễ bị nén hơn. Chúng rất hữu ích khi áp suất thấp hoặc bề mặt không bằng phẳng. Miếng đệm cứng hơn có thể dễ thao tác hơn và ổn định về kích thước hơn, nhưng cần phải dùng lực mạnh hơn.
Chọn miếng tản nhiệt MOSFET mềm cho các thiết kế áp suất thấp
Miếng đệm mềm rất hữu ích trong các trường hợp sau:
- Việc uốn cong PCB phải được hạn chế
- Vỏ bọc MOSFET rất dễ vỡ
- Bề mặt vỏ không được phẳng lắm
- Lực vặn vít thấp
- Dung sai khe hở rộng hơn
Chọn miếng tản nhiệt MOSFET cứng hơn cho các cụm linh kiện được kiểm soát
Miếng đệm cứng hơn có thể hữu ích trong các trường hợp sau:
- Khoảng cách này được kiểm soát chặt chẽ
- Bộ tản nhiệt có hình dạng phẳng
- Bộ phận lắp ráp có thể tạo ra lực ép đủ mạnh
- Việc xử lý các sản phẩm cắt khuôn rất quan trọng
- Việc làm lại cần phải gọn gàng hơn
ASTM D2240 là tài liệu tham khảo cho việc thử nghiệm độ cứng theo thang đo Durometer đối với các vật liệu có tính chất giống cao su.
Để có một so sánh thực tế, hãy tham khảo bài viết của HakTak Miếng tản nhiệt mềm và miếng tản nhiệt cứng: Loại nào tốt hơn?.
Bảng lựa chọn miếng tản nhiệt cho MOSFET
| Yếu tố lựa chọn | Những điều cần kiểm tra | Tại sao điều này lại quan trọng |
| Mất điện | Nhiệt độ của MOSFET tính bằng watt | Đặt mục tiêu nhiệt độ |
| Khu vực tiếp xúc | Diện tích vỏ bọc hoặc bộ tản nhiệt | Diện tích nhỏ hơn làm tăng thông lượng nhiệt |
| Phạm vi chênh lệch | Tối thiểu, danh nghĩa, tối đa | Điều chỉnh độ dày của tấm đệm |
| Điện trở nhiệt | Ở độ dày và áp suất thực tế | Tốt hơn so với chỉ riêng W/mK |
| Độ bền điện môi | Yêu cầu cách ly điện áp | Ngăn ngừa hiện tượng đứt mạch điện |
| Độ cứng của miếng đệm | Giá trị Shore hoặc giá trị độ cứng theo thang đo Durometer | Điều chỉnh lực nén |
| Tỷ số nén | Tại khoảng cách tối thiểu và tối đa | Ngăn ngừa tình trạng tiếp xúc kém hoặc căng thẳng |
| Nhiệt độ hoạt động | Liên tục và cực đại | Ngăn ngừa hiện tượng mềm đi hoặc lão hóa |
| Độ biến dạng vĩnh viễn | Sau khi nung nóng và để một thời gian | Duy trì mối liên hệ lâu dài |
| Hành vi xử lý lại | Loại bỏ và dư lượng | Ảnh hưởng đến khả năng vận hành |
Các loại vỏ đóng gói MOSFET phổ biến và những lưu ý về miếng tản nhiệt
Các loại vỏ đóng gói MOSFET khác nhau gây ra các vấn đề khác nhau về giao diện tản nhiệt.
Miếng tản nhiệt cho MOSFET TO-220 và TO-247
Các gói linh kiện này thường được gắn vào bộ tản nhiệt. Có thể cần phải cách ly điện nếu miếng nối dẫn điện. Miếng đệm phải chịu được lực lắp đặt và ứng suất điện áp.
Kiểm tra:
- Độ bền điện môi
- Độ dày miếng đệm
- Mô-men xoắn của vít
- Độ phẳng của vỏ
- Lớp hoàn thiện của bộ tản nhiệt
H3: Miếng tản nhiệt cho MOSFET gắn bề mặt
Các MOSFET gắn bề mặt thường sử dụng đồng trên bảng mạch in (PCB) để tản nhiệt. Có thể sử dụng miếng tản nhiệt để kết nối khu vực bảng mạch hoặc gói linh kiện với vỏ bảo vệ hoặc bộ tản nhiệt.
Kiểm tra:
- Ván bị cong vênh
- Chiều cao của bộ phận
- Khoảng cách về nhà ở
- Tiếp xúc áp suất thấp
- Các lựa chọn miếng đệm mềm
Mô-đun MOSFET và bảng mạch nguồn
Các bo mạch nguồn có thể sử dụng nhiều MOSFET gần một bộ tản nhiệt. Một miếng đệm có thể giúp cách ly và truyền nhiệt, nhưng việc điều chỉnh dung sai khe hở có thể khá phức tạp.
Kiểm tra:
- Rủi ro về điện áp tản nhiệt chung
- Độ phẳng trên nhiều thiết bị
- Độ đồng đều của quá trình nén
- Rủi ro tại các điểm nóng
Kiểm tra miếng tản nhiệt MOSFET trước khi đưa vào sản xuất
Việc kiểm tra phải phù hợp với sản phẩm lắp ráp hoàn chỉnh. Chỉ dựa vào giá trị trong bảng thông số kỹ thuật là chưa đủ.
Kiểm tra hiệu suất nhiệt trong cụm MOSFET thực tế
Đơn vị đo lường:
- Nhiệt độ vỏ MOSFET
- Nhiệt độ bộ tản nhiệt
- Nhiệt độ bo mạch
- Nhiệt độ môi trường
- Điều kiện tải
- Trạng thái nhiệt ổn định
Hãy sử dụng các ốc vít, kẹp, vỏ và độ dày miếng đệm thực tế.
Kiểm tra độ cách điện sau khi nén
Nếu miếng đệm có tính cách nhiệt, hãy kiểm tra nó sau khi lắp ráp hoặc sau khi chịu lực nén tương đương. Độ dày cuối cùng là yếu tố quan trọng.
Thử nghiệm lão hóa và chu kỳ
Thiết bị điện tử công suất không duy trì ở một nhiệt độ cố định mãi mãi. Thử nghiệm:
- Chu kỳ nhiệt
- Khởi động lại nguồn
- Lão hóa ở nhiệt độ cao
- Rung động
- Độ ẩm (nếu có)
- Độ biến dạng vĩnh viễn
Đối với việc thử nghiệm các tính chất nhiệt của polymer, tiêu chuẩn ISO 22007-2 quy định phương pháp nguồn nhiệt mặt phẳng thoáng qua để xác định độ dẫn nhiệt và độ khuếch tán nhiệt.
Khi miếng tản nhiệt MOSFET không phải là lựa chọn tối ưu
Miếng tản nhiệt rất hữu ích. Tuy nhiên, chúng không phải là loại dùng được cho mọi trường hợp.
Sử dụng keo tản nhiệt cho các bề mặt tiếp xúc của MOSFET rất mỏng và được kẹp chặt
Nếu MOSFET hoặc mô-đun được kẹp chặt vào một bộ tản nhiệt phẳng và vấn đề cách điện được giải quyết bằng phương pháp khác, thì việc sử dụng mỡ bôi trơn có thể giúp giảm độ dày của lớp liên kết.
Sử dụng bột nhiệt để lấp đầy các khe hở không đều trên bảng mạch MOSFET
Nếu MOSFET nằm chung khe hở vỏ với các linh kiện khác có chiều cao khác nhau, thì chất trám có thể thích ứng tốt hơn so với miếng đệm cố định.
Sử dụng chậu trồng cây để bảo vệ và tản nhiệt
Nếu thiết kế yêu cầu tính bao bọc, khả năng chống ẩm và truyền nhiệt qua một thể tích, thì chất trám có thể là lựa chọn tốt hơn so với miếng đệm.
Những sai lầm thường gặp khi lựa chọn miếng tản nhiệt cho MOSFET
Sai lầm đầu tiên là chỉ dựa vào chỉ số W/mK để lựa chọn. Một miếng đệm có chỉ số W/mK cao vẫn có thể không phát huy tác dụng nếu quá dày hoặc không tiếp xúc tốt.
Sai lầm thứ hai là bỏ qua vấn đề cách ly điện. Một chân của MOSFET có thể đang mang điện.
Sai lầm thứ ba là chỉ căn cứ vào khe hở danh nghĩa để chọn độ dày. Luôn kiểm tra khe hở tối thiểu và tối đa.
Sai lầm thứ tư là sử dụng miếng đệm cứng trong cụm lắp ráp áp suất thấp. Miếng đệm này có thể không nén đủ.
Sai lầm thứ năm là nén miếng đệm quá mức. Điều này có thể gây căng thẳng cho bảng mạch và làm giảm biên độ điện môi.
Sai lầm thứ sáu là bỏ qua các bài kiểm tra lão hóa. Quá trình thay đổi nhiệt độ lặp đi lặp lại có thể làm thay đổi độ tiếp xúc của miếng đệm theo thời gian.
Sai lầm thứ bảy là cho rằng cùng một miếng đệm có thể dùng được cho mọi loại vỏ MOSFET.
Góc nhìn của HakTak
Tại HakTak, việc lựa chọn miếng tản nhiệt MOSFET bắt đầu từ điều kiện tiếp xúc thực tế. Một khuyến nghị hữu ích không chỉ dựa vào giá trị W/mK mục tiêu.
Các kỹ sư cần cung cấp:
- Loại vỏ MOSFET
- Mất công suất hoặc tải nhiệt
- Khu vực tiếp xúc
- Phạm vi chênh lệch
- Vật liệu tản nhiệt hoặc vỏ bảo vệ
- Độ bền điện môi yêu cầu
- Áp suất hoặc mô-men xoắn vít có sẵn
- Độ phẳng bề mặt
- Phạm vi nhiệt độ hoạt động
- Yêu cầu về chu kỳ nhiệt
- Yêu cầu về rung động hoặc va đập
- Kỳ vọng về việc làm lại
- Quy trình sản xuất
Dựa trên những thông tin này, HakTak có thể đề xuất độ dày miếng đệm, độ cứng, cấp độ dẫn điện, chỉ số điện môi và phạm vi nén.
Miếng tản nhiệt MOSFET tốt nhất không phải lúc nào cũng là miếng có độ dẫn nhiệt cao nhất. Đó là miếng tản nhiệt giúp MOSFET luôn mát mẻ, được cách ly và đảm bảo an toàn về mặt cơ học trong sản phẩm hoàn thiện.
Kết luận
Miếng tản nhiệt cho MOSFET phải giải quyết đồng thời nhiều vấn đề. Chúng phải tản nhiệt. Chúng có thể cần cách điện. Chúng phải lấp đầy khe hở. Chúng phải nén lại mà không làm hỏng cụm linh kiện. Chúng cũng phải duy trì tính ổn định sau khi chịu tác động của nhiệt, thời gian và các chu kỳ hoạt động.
Hãy bắt đầu bằng việc xem xét tổn thất công suất, loại vỏ, dải khoảng cách và yêu cầu về điện áp của MOSFET. Sau đó, so sánh các thông số về độ dày miếng đệm, độ cứng, trở kháng nhiệt, độ bền điện môi và độ tin cậy.
Đừng chỉ dựa vào thông số W/mK để lựa chọn. Miếng tản nhiệt MOSFET phù hợp là miếng tản nhiệt hoạt động hiệu quả trong điều kiện lắp ráp thực tế.
Câu hỏi thường gặp
Các MOSFET có cần miếng tản nhiệt không?
Các linh kiện MOSFET cần miếng tản nhiệt khi nhiệt cần được truyền đến bộ tản nhiệt, vỏ máy hoặc khung máy qua một khe hở, đặc biệt là khi cần đảm bảo cách điện hoặc lắp ráp sạch sẽ.
Miếng tản nhiệt nào là tốt nhất cho MOSFET?
Loại miếng đệm phù hợp nhất phụ thuộc vào tổn thất công suất, kích thước khe hở, diện tích tiếp xúc, cách ly điện áp, áp suất, độ dày, độ cứng và các yêu cầu về độ tin cậy.
Tôi nên dùng keo tản nhiệt hay miếng đệm tản nhiệt cho các MOSFET?
Sử dụng mỡ bôi trơn cho các bề mặt tiếp xúc mỏng, phẳng và được kẹp chặt. Sử dụng miếng đệm khi cần lấp đầy khe hở, kiểm soát độ dày, cách điện hoặc lắp ráp sạch sẽ hơn.
Miếng tản nhiệt MOSFET có cần cách điện không?
Thường thì đúng vậy. Nếu miếng MOSFET hoặc miếng tiếp xúc hở mang điện và bộ tản nhiệt có tính dẫn điện, thì có thể cần phải sử dụng miếng đệm cách điện dẫn nhiệt.
Miếng tản nhiệt của MOSFET nên dày bao nhiêu?
Độ dày của nó phải đủ để lấp đầy khe hở tối đa và đủ mỏng để giữ cho điện trở nhiệt ở mức thấp. Kiểm tra độ nén ở các mức khe hở tối thiểu, danh định và tối đa.
Đối với miếng tản nhiệt MOSFET, chỉ số W/mK càng cao thì càng tốt hơn sao?
Không. Điện trở nhiệt, độ dày, áp lực tiếp xúc và khả năng cách nhiệt thường quan trọng hơn so với chỉ riêng giá trị W/mK.
Miếng tản nhiệt MOSFET cần mức độ nén như thế nào?
Cần có lực nén đủ lớn để đảm bảo tiếp xúc hoàn toàn mà không làm cong bo mạch in (PCB), gây căng thẳng cho vỏ gói hoặc làm giảm biên độ điện môi.
Keo tản nhiệt có thể thay thế miếng đệm tản nhiệt MOSFET được không?
Nó có thể được sử dụng trong các cụm lắp ráp không đồng đều hoặc có nhiều mức độ cao khác nhau. Để đảm bảo khe hở phẳng được kiểm soát chính xác, miếng đệm tản nhiệt được cắt khuôn thường mang lại kết quả gọn gàng hơn và độ lặp lại cao hơn.
Cần kiểm tra những gì trước khi đưa vào sản xuất?
Kiểm tra nhiệt độ MOSFET, nhiệt độ bộ tản nhiệt, điện trở nhiệt, độ bền điện môi sau khi nén, thử nghiệm chu kỳ nhiệt, rung động và lão hóa.
Tôi nên gửi những dữ liệu nào cho nhà cung cấp miếng đệm tản nhiệt?
Vui lòng cung cấp thông tin về loại gói hàng, tải nhiệt, diện tích tiếp xúc, dải khe hở, yêu cầu cách ly điện áp, giới hạn áp suất, dải nhiệt độ và các điều kiện về độ tin cậy.
