Khi mở một bộ nguồn, bạn sẽ thấy một tấm mỏng, hơi giống cao su, nằm giữa bộ ổn áp và bộ tản nhiệt bằng kim loại. Bộ ổn áp được bắt vít chặt. Tấm này trông đơn giản đến mức gần như không đáng kể, nhưng nếu tháo bỏ, IC có thể nóng hơn, gây chập điện hoặc xảy ra cả hai tình trạng.
Tấm này thường được gọi là một tấm đệm silicone. Đây là một vật liệu giao diện nhiệt được tạo hình sẵn, đặt giữa mặt ngoài của linh kiện điện tử dạng vỏ và bề mặt tản nhiệt. Nhiệm vụ chính của nó là hỗ trợ truyền nhiệt qua mối tiếp xúc. Một loại cách điện đồng thời ngăn bề mặt package đang mang điện tiếp xúc với bộ tản nhiệt. Đây là hai yêu cầu riêng biệt, và vật liệu cụ thể phải đáp ứng cả hai khi cả hai đều cần thiết.
Có một điểm cần lưu ý về tên gọi. BERGQUIST SIL PAD® là một dòng sản phẩm của Henkel; “sil pad” cũng được dùng không chính thức để chỉ các tấm cách điện nhiệt tương tự có nền silicone. Vì vậy, khi ghi chú sửa chữa viết “thay sil pad”, đừng mặc định rằng mọi tấm trong danh mục đều có cùng thông số cách điện. Câu hỏi đáng chú ý là điều mà IC này, điểm lắp đặt này và bộ tản nhiệt này cần.
Chính xác thì miếng đệm silicone trong cụm lắp ráp IC là gì?
Hãy hình dung cấu trúc xếp chồng khi nhìn từ bên cạnh. Có một vỏ IC, một tấm mỏng và một bộ tản nhiệt bằng kim loại. Tấm này tiếp xúc với vỏ hoặc tai lắp, chứ không tiếp xúc với mạch silicon trần bên trong. Nhiệt sinh ra tại tiếp giáp bán dẫn truyền qua vỏ, đi qua tấm này rồi vào bộ tản nhiệt.
Tại sao phải đặt thêm vật liệu gì giữa hai bề mặt này? Những bề mặt trông phẳng vẫn có các đỉnh và hõm li ti. Khi ép vỏ linh kiện trực tiếp vào kim loại trần, phần lớn diện tích tiếp xúc biểu kiến vẫn chứa không khí. Một miếng đệm phù hợp sẽ nén lại và lấp đầy một phần độ gồ ghề đó. Khi ấy, nhiệt có thể truyền qua phần lớn hơn của bề mặt tiếp giáp. Nếu miếng đệm có tính cách điện và được lắp đặt đúng cách, nó cũng có thể ngăn hình thành đường dẫn dòng điện giữa vỏ linh kiện và bộ tản nhiệt.
Tên gọi này dễ bị nhầm với hai loại “pad” khác được sử dụng quanh chip:
| Thuật ngữ bạn có thể gặp | Vị trí | Chức năng |
|---|---|---|
| Tấm sil pad riêng biệt hoặc tấm cách nhiệt | Giữa vỏ linh kiện hoặc bo mạch với bộ tản nhiệt, vỏ thiết bị hoặc thanh ray | Cải thiện khả năng tiếp xúc nhiệt; loại phù hợp có thể tạo cách điện |
| Miếng đệm tản nhiệt lộ ra trên vỏ IC | Được tích hợp ở mặt dưới của các vỏ linh kiện như một số QFN | Thường được hàn vào land PCB được chỉ định; kết nối điện phụ thuộc vào linh kiện |
| Vùng pad tản nhiệt và các via trên PCB | Các pad đồng và lỗ mạ trên bo mạch | Truyền nhiệt từ package vào các lớp đồng hoặc sang một đường dẫn nhiệt khác |
Không đặt một tấm silicone bên dưới pad lộ thiên của QFN để thay thế cho mối hàn được chỉ định. Hãy tham khảo hướng dẫn về kiểu bố trí land của nhà sản xuất IC. Đồng thời, không áp một tấm cắt thông thường lên die trần, trừ khi thiết kế package yêu cầu rõ ràng giao diện đó. Trong phần lớn bài viết này, “sil pad” có nghĩa là một tấm rời bên ngoài package.
Để biết tên gọi và phạm vi các kết cấu mang thương hiệu, hãy xem Henkel’s BERGQUIST SIL PAD® dòng vật liệu. Danh mục tương đương của HAKTAK này cần được xác định dựa trên kết cấu thực tế và dữ liệu thử nghiệm, không dựa trên nhãn hiệu của đối thủ cạnh tranh.
Theo dõi đường truyền nhiệt từ IC đến phòng
Miếng đệm chỉ là một điểm dừng trong một hành trình dài hơn. Với một linh kiện công suất đơn giản được gắn trên bộ tản nhiệt, đường truyền sẽ như sau:
Mối nối → vỏ linh kiện → giao diện nhiệt → bộ tản nhiệt → không khí xung quanh
Các kỹ sư thường gọi điện trở nhiệt đầu tiên là từ mối nối đến vỏ (RθJC). Miếng đệm và hai điểm tiếp xúc của nó góp phần tạo nên từ vỏ đến bộ tản nhiệt (RθCS). Bộ tản nhiệt và môi trường xung quanh cung cấp từ bộ tản nhiệt đến môi trường Đối với một cấu hình lý tưởng hóa, chủ yếu theo một đường truyền duy nhất, ước tính ban đầu là:
Tj ≈ Ta + P × (RθJC + RθCS + RθSA)
Trong đó Tj là nhiệt độ mối nối, Ta là nhiệt độ môi trường xung quanh và P là công suất tiêu tán dưới dạng nhiệt, tính bằng watt. Điện trở được tính theo K/W hoặc °C/W đối với chênh lệch nhiệt độ. Ước tính này giả định đường truyền nhiệt nhất quán và các điều kiện ổn định. Một PCB cũng có thể truyền nhiệt ra ngoài, vì vậy các cụm lắp ráp thực tế có thể cần một mô hình chi tiết hơn.
Giả sử một bộ ổn áp tản 8 W. Nếu điện trở giao diện của cụm lắp ráp tăng thêm 0.5 K/W, và khi mọi thứ khác giữ nguyên, mô hình đơn giản dự đoán mức tăng nhiệt độ từ mối nối đến môi trường xung quanh sẽ lớn hơn khoảng 4°C nữa. Đây là những con số minh họa, không phải kết quả thử nghiệm của một sản phẩm cụ thể. Điều này cho thấy vì sao một tấm đệm nhỏ cũng có thể tạo ra khác biệt.
Điều ngược lại cũng rất quan trọng. Nếu bộ tản nhiệt có luồng khí yếu và vốn đã chiếm phần lớn ngân sách nhiệt, chỉ thay đổi tấm đệm có thể chỉ mang lại ít cải thiện. Tương tự, việc mua tấm đệm có trị số W/m·K lớn hơn sẽ không giải quyết được một giao diện chỉ tiếp xúc hờ với một bên. Suy cho cùng, tiếp xúc mới là cốt lõi.
Đối với các ví dụ dành riêng cho MOSFET, bao gồm kiểu đóng gói và ngân sách nhiệt, của HAKTAK Hướng dẫn lựa chọn tấm đệm tản nhiệt MOSFET đi sâu hơn vào đường dẫn đã lắp ráp đó.
Khi nào miếng đệm sil cách ly điện cho một IC?
Hãy bắt đầu bằng cách kiểm tra bản vẽ vỏ linh kiện và mạch điện. Một số thiết bị kiểu TO-220 hoặc TO-247 có tab kim loại được nối với một nút điện đang có điện áp. Chẳng hạn, tab MOSFET công suất thường được nối với cực drain, nhưng bảng dữ liệu cụ thể của thiết bị mới là căn cứ quyết định. Bộ điều chỉnh và bộ chỉnh lưu có các kết nối tab riêng. Nếu tab đó chạm vào bộ tản nhiệt kim loại được nối đất, có thể chạm vào hoặc dùng chung, kết quả có thể là đoản mạch hoặc vỏ thiết bị không an toàn.
Trong tình huống đó, một tấm cách điện có thể tạo đường truyền nhiệt đồng thời cách ly tab với bộ tản nhiệt. Tuy nhiên, không phải IC nào cũng tự động cần tấm đệm. Một linh kiện dạng vỏ được cách điện hoàn toàn có thể đã cung cấp đủ lớp chắn cần thiết. Ở một thiết kế khác, toàn bộ bộ tản nhiệt được chủ ý cách ly. Trên một QFN được gắn trên PCB, đường truyền nhiệt chính có thể đi vào đồng và các via thay vì đi qua một tấm riêng biệt. Hãy vẽ rõ các ranh giới điện và nhiệt thực tế trước khi đặt mua vật liệu.
Hướng dẫn của HAKTAK về các miếng cách nhiệt cách điện bằng điện rất hữu ích khi vỏ linh kiện, khung máy và bộ tản nhiệt nằm ở các mức điện thế khác nhau. Nội dung này xem cách ly là một đặc tính của mối ghép đã lắp ráp, chứ không chỉ là một từ ngữ tạo cảm giác yên tâm trên nhãn sản phẩm.
Tấm đệm không cách điện cho vít lắp
Đây là một lỗi chỉ có vẻ hiển nhiên sau khi đã xảy ra. Tấm đệm nằm ngay ngắn bên dưới tab kim loại. Vít lắp đi xuyên qua tab và chạm vào bộ tản nhiệt. Giờ đây, dòng điện có thể chạy xung quanh tấm. Trong thiết kế cần cách ly, cũng có thể cần dùng bạc vai phù hợp hoặc phần cứng cách điện khác theo chỉ định.
Bản thân miếng đệm phải bao phủ toàn bộ vùng tiếp xúc kim loại dự kiến. Cần chú ý đến ba via, các cạnh sắc, dấu hằn của vòng đệm và các lỗ dập khuôn khiến phần vật liệu còn lại quá ít. Siết kẹp quá chặt có thể làm thủng một số kết cấu. Siết quá lỏng khiến không khí lọt vào mối ghép. Cách xử lý an toàn phụ thuộc vào vỏ linh kiện và hướng dẫn về phần cứng lắp đặt, không phải một giá trị mô-men siết trên internet được lấy từ một transistor khác.
Điện điện áp đánh thủng được đo trên một mẫu thử trong các điều kiện đã nêu. Đây không phải là cam kết rằng cùng mức điện áp đó sẽ luôn an toàn trong một cụm lắp ráp được bắt bu lông, chịu ẩm và rung động. Điện áp phương pháp ASTM D149-25 đề cập đến điện áp đánh thủng điện môi và độ bền điện môi của vật liệu cách điện rắn ở tần số điện công nghiệp. Sử dụng tiêu chuẩn này để hiểu cách vật liệu được thử nghiệm. Sau đó, xác nhận bố trí lắp đặt hoàn chỉnh đáp ứng các yêu cầu thực tế về điện của sản phẩm. Kiểm tra chiều dài đường rò và khe hở không khí xung quanh tấm, cũng như khả năng đánh thủng xuyên qua tấm.
Bên trong tấm đệm silicone có gì?
Nhiều tấm đệm kết hợp chất đàn hồi silicone với chất độn dẫn nhiệt. Các chất độn như alumina hoặc boron nitride có thể truyền nhiệt mà vẫn cho phép vật liệu duy trì khả năng cách điện. Lớp gia cường có thể giúp thao tác dễ dàng hơn và tăng khả năng chống rách hoặc chống cắt xuyên. Màng đỡ có thể giúp chi tiết mỏng không bị hư hỏng trong quá trình cắt và lắp ráp.
“Silicone” là họ polymer được sử dụng trong nhiều loại tấm đệm này; đó không phải là silicon chip bên trong IC. Chỉ khác nhau đôi chút về cách gọi nhưng vật liệu lại hoàn toàn khác nhau.
Ngoài ra, tên gọi chung “tấm đệm nhiệt” hầu như không cho biết gì về khả năng cách điện. Tấm graphite hoặc tấm có hàm lượng carbon cao có thể tản nhiệt rất tốt nhưng vẫn dẫn điện. Một số sản phẩm gốc silicone cũng được thiết kế với các đặc tính điện khác nhau. Hãy yêu cầu cung cấp của đúng cấp vật liệu đó dữ liệu điện môi khi tấm này là một phần của hệ thống cách điện.
| Cấu tạo | Lý do có thể phù hợp với cụm IC | Nội dung cần kiểm tra kỹ hơn |
|---|---|---|
| Tấm đệm silicone mềm chứa chất độn gốm | Ôm sát các bề mặt không bằng phẳng và lấp đầy khe hở có kích thước xác định | Độ dày sau lắp đặt, lực ép, thử nghiệm điện môi và độ nén dài hạn |
| Tấm silicone gia cường sợi thủy tinh | Bố trí lớp mỏng có kiểm soát và thao tác dễ dàng hơn | Khả năng tiếp xúc dưới áp lực hiện có và khả năng chống hư hỏng cạnh |
| Tấm dẫn nhiệt có lớp nền polyimide | Lớp nền mỏng có các đặc tính cơ học và điện môi hữu ích | Hiệu năng của toàn bộ kết cấu nhiều lớp, bao gồm mọi lớp phủ hoặc keo dán |
| Miếng tản nhiệt không chứa silicone | Phương án dùng khi nguy cơ nhiễm silicone đã được ghi nhận trong tài liệu | Cấp cách điện, dải nhiệt độ và khả năng đáp ứng áp suất chính xác |
| Vật liệu cách điện bằng mica hoặc gốm | Lớp chắn điện cứng dùng cho các mối ghép phẳng phù hợp được kẹp chặt | Độ giòn, độ phẳng và hợp chất tiếp xúc được chỉ định trên từng mặt |
| Tấm dẫn nhiệt bằng graphit hoặc giàu cacbon | Thường được dùng để dàn đều nhiệt | Có thể dẫn điện; không được mặc định là có khả năng cách điện |
Đối với tấm có độ đàn hồi, khi cả khả năng cách điện và độ nén đều quan trọng, hãy đối chiếu tấm của HAKTAK tấm đệm tản nhiệt silicone với khe hở và tải trọng thực tế. Thay vào đó, một tấm chắn bế mỏng hơn, bền hơn có thể phù hợp hơn với vải silicon cách nhiệt gia cố cấu tạo. Các liên kết đó dẫn đến các nhóm vật liệu, không cam kết rằng mọi cấp vật liệu hiện có đều đáp ứng cùng một yêu cầu về điện áp hoặc nhiệt độ.
Nếu bề mặt quang học, tiếp điểm hoặc quy trình phủ ở công đoạn sau thực sự nhạy cảm với silicone, tấm đệm tản nhiệt không chứa silicone là một nhóm khác cần xem xét. Vật liệu thay thế vẫn cần được thẩm định riêng về đặc tính nhiệt và điện. Việc chuyển sang thành phần hóa học polymer khác không thể tự động giải quyết vấn đề lắp đặt.
Miếng đệm silicone, mỡ tản nhiệt, mica hay vật liệu chèn khe hở dày?
Các vật liệu này đảm nhiệm những chức năng khác nhau trong cùng một nhóm ứng dụng. Việc lựa chọn chỉ dựa vào cảm giác khi sờ hoặc màu sắc cũng giống như chọn gioăng chỉ vì nó có màu xanh.
| Lựa chọn | Ưu điểm | Lưu ý về cách điện và lắp ráp |
|---|---|---|
| Tấm cách điện mỏng | Lắp đặt sạch, nhất quán trên bề mặt tiếp xúc phẳng được kẹp chặt | Xác minh chính xác định mức điện môi và toàn bộ đường dẫn lắp đặt |
| Keo tản nhiệt | Lớp tiếp xúc rất mỏng trên các mối ghép phẳng phù hợp | Chỉ riêng mỡ không nên được xem là lớp cách ly đáng tin cậy |
| Mica hoặc gốm có TIM được chỉ định | Lớp ngăn cứng trong kết cấu lắp đặt được kiểm soát | Có thể cần xử lý kỹ lưỡng cả hai bề mặt tiếp xúc và sử dụng cơ cấu kẹp tương thích |
| Tấm đệm lấp khe hở mềm, dày hơn | Bù cho khe hở lớn hoặc thay đổi giữa bo mạch và vỏ | Độ dày và lực bổ sung có thể gây hại cho thiết bị công suất được lắp chặt |
| Màng chuyển pha | Có thể cải thiện độ tiếp xúc sau khi đạt đến điều kiện làm việc | Kiểm tra đặc tính điện, phương pháp lắp đặt và hiệu suất qua các chu kỳ nhiệt |
Một điểm khác biệt nữa: Miếng đệm nhiệt không nhất thiết là chất kết dính. Bề mặt hơi dính có thể giúp định vị, nhưng bộ tản nhiệt thường vẫn cần được cố định bằng kẹp, vít hoặc giá đỡ theo thiết kế. Nếu cần liên kết chịu lực, hãy chỉ định hệ thống kết dính chuyên dụng cho mục đích đó.
Có thể bôi mỡ tản nhiệt lên cả hai mặt của tấm đệm silicone không? Trong một số trường hợp, hướng dẫn của nhà sản xuất yêu cầu dùng hợp chất tản nhiệt cùng với một loại vật liệu cách điện cụ thể. Các tấm đệm khác được thiết kế để sử dụng trực tiếp mà không cần hợp chất này. Bôi thêm mỡ có thể làm quá trình lắp ráp mất vệ sinh và chưa chắc cải thiện được bề mặt tiếp xúc vốn đã có khả năng biến dạng ôm khít. Hãy tuân theo hướng dẫn sử dụng của cấp vật liệu cụ thể và kiểm chứng kết quả trên cụm lắp ráp. Quy tắc chung kiểu “luôn bôi thêm keo tản nhiệt” không hữu ích trong trường hợp này.
Chọn và lắp đặt tấm đệm theo IC thực tế
Hãy xét một ví dụ cụ thể. Một bo mạch nguồn có hai linh kiện TO-220 gắn trên cùng một thanh nhôm. Các tab của chúng có điện thế khác nhau. Bản vẽ yêu cầu cách điện giữa chúng, còn thanh nhôm nóng lên khi thiết bị hoạt động. Quy trình lựa chọn có thể thực hiện như sau:
- Xác định linh kiện. Đọc thông tin trên vỏ linh kiện và datasheet của từng linh kiện. Xác định nút điện nối với tab kim loại và đường truyền nhiệt từ mối nối đến vỏ. Không cho rằng hai linh kiện có cùng kiểu dáng vỏ thì có cùng kết nối ở tab.
- Xác định ranh giới cách điện. Xác định xem từng linh kiện có cần cách điện giữa tab và thanh nhôm hay không. Tính cả chi tiết siết giữ, vòng đệm hoặc kẹp, mép tấm đệm và bản thân thanh nhôm. Vòng đệm cách điện có vai nhỏ có thể quan trọng không kém tấm đệm lớn hình chữ nhật màu hồng.
- Đo mối ghép thực tế. Kiểm tra độ phẳng của vỏ linh kiện, độ hoàn thiện bề mặt thanh ray, diện tích tiếp xúc khả dụng, chiều cao xếp chồng và giới hạn lực lắp. Đối với tấm đệm nối tới vỏ thiết bị, cần tính đến khe hở nhỏ nhất và lớn nhất; hướng dẫn của HAKTAK về lựa chọn độ dày tấm đệm nhiệt trình bày quy trình phân tích dung sai chuyên sâu hơn. Đối với chân tản nhiệt của transistor được kẹp chặt, không được thay bằng tấm đệm dày, mềm dùng cho vỏ thiết bị chỉ vì cả hai sản phẩm đều được gọi là tấm đệm nhiệt.
- Lập danh sách rút gọn các cấu tạo đạt yêu cầu. Hãy yêu cầu thông tin về độ dày ở trạng thái cung cấp và sau khi lắp đặt, đặc tính nhiệt theo phương xuyên chiều dày, dữ liệu điện môi, đặc tính khi bị cắt xuyên và điều kiện lắp đặt khuyến nghị. Loại có độ dẫn nhiệt cao hơn có thể cứng hơn. Nếu lực kẹp hiện có thấp, chỉ số W/m·K “tốt hơn” chưa chắc tạo được độ tiếp xúc tốt.
- Chuẩn bị các chi tiết. Kiểm tra thanh ray xem có ba via và các vết gia công sắc cạnh hay không. Làm sạch các bề mặt lắp ghép theo quy định. Xác nhận tấm được bế theo khuôn che phủ đúng khu vực tai định vị mà không cản trở phụ kiện lắp đặt. Tháo cả hai lớp giấy lót chống dính nếu sản phẩm có các lớp này; một lớp màng trong suốt bị bỏ quên có thể khó phát hiện đến bất ngờ.
- Lắp bằng phụ kiện lắp đặt được chỉ định. Đặt miếng đệm đúng tâm, lắp đúng bạc lót cách điện nếu cần, rồi siết chặt hoặc kẹp linh kiện theo hướng dẫn lắp đặt. Không phỏng đoán mô-men siết dựa trên một IC khác. Miếng đệm phải áp khít, không bị gập, xê dịch hoặc kẹp chặt tại lỗ.
- Kiểm tra cụm đã lắp ráp. Đo nhiệt độ linh kiện trong điều kiện tải và nhiệt độ môi trường tương ứng. Thực hiện các phép kiểm tra khả năng chịu điện hoặc cách ly phù hợp với sản phẩm. Khi ứng dụng yêu cầu, lặp lại các phép kiểm tra sau khi phơi nhiễm độ ẩm, rung động hoặc chu kỳ nhiệt.
Có thể hình dung đơn giản rằng miếng đệm hoạt động phần nào giống như một gioăng mềm: nó giúp hai bề mặt không hoàn toàn phẳng tiếp xúc với nhau. Tuy nhiên, bản thân nó không phải là toàn bộ gioăng hệ thống nếu bu lông tạo cho dòng điện một đường dẫn khác để đi vòng qua nó. Cả khả năng truyền nhiệt và cách điện đều phụ thuộc vào mối nối sau khi hoàn thiện.
Miếng đệm silicone cho IC hữu ích trong thực tế ở đâu?
Trong một bộ truyền động động cơ công nghiệp, một linh kiện công suất MOSFET hoặc bộ chỉnh lưu có thể được kẹp vào bộ tản nhiệt kim loại dùng chung. Tấm cách điện phù hợp có thể giúp ngăn tab đang mang điện tiếp xúc với phần kim loại mà vẫn truyền nhiệt ra ngoài. Thiết kế cũng cần đảm bảo cách điện tại vít và kiểm soát nhiệt độ cuối cùng của bộ tản nhiệt.
Trong một bộ nguồn hoặc bộ điều khiển LED, bộ ổn áp có thể hoạt động gần giới hạn nhiệt trong một vỏ thiết bị nhỏ. Lớp tiếp xúc mỏng, được gia cường có thể giúp lắp ráp gọn gàng hơn, miễn là đã xác định được điện thế tại tab, áp lực lắp đặt và luồng khí qua bộ tản nhiệt. Thay tấm đệm không thể khắc phục tình trạng hộp kín không có đường thoát nhiệt.
Trong viễn thông, hệ thống phụ trợ trên xe điện và các thiết bị điện tử công suất khác, khoảng cách giữa bo mạch và vỏ có thể thay đổi nhiều hơn so với ở giao diện tab lắp bằng vít. Tấm đệm khe mềm có thể phù hợp hơn với ứng dụng này. Tấm đệm vẫn có thể cần khả năng cách điện, nhưng không nên áp dụng cùng yêu cầu về độ dày hoặc áp lực như với tấm cách điện mỏng cho transistor.
Bộ xử lý hoặc chip hiệu năng cao có thể sử dụng một cụm tản nhiệt hoàn toàn khác, gồm nắp vỏ chip, keo tản nhiệt hoặc vật liệu chuyển pha, tấm phân tán nhiệt và cơ cấu giữ cố định. Việc đó là IC không đồng nghĩa với việc cần đặt riêng một miếng đệm silicone bên dưới nắp chip. Điều này phụ thuộc vào thiết kế vỏ chip và thiết kế nhiệt.
Nếu IC vẫn quá nhiệt, hãy kiểm tra mối tiếp xúc trước khi mua miếng đệm có độ dẫn nhiệt W/m·K cao hơn
Giá trị độ dẫn nhiệt được nêu nổi bật là một đặc tính của vật liệu, thường được tính bằng W/m·K. Điều thực sự cần quan tâm là mức tăng nhiệt độ do lớp tiếp xúc sau khi lắp đặt gây ra. Độ dày miếng đệm, áp lực và độ tiếp xúc ở cả hai bề mặt đều ảnh hưởng đến kết quả đó. Giá trị Phương pháp truyền nhiệt ASTM D5470-17(2024) đo trở kháng nhiệt và đề cập đến độ dẫn nhiệt biểu kiến của các vật liệu này. Khi so sánh hai tấm, cần kiểm tra xem các giá trị trở kháng có được xác định trong điều kiện tương đương về độ dày, nhiệt độ, tình trạng bề mặt và áp suất hay không. HAKTAK cũng giải thích độ dẫn nhiệt so với trở kháng nhiệt chi tiết hơn.
| Triệu chứng | Những yếu tố cần kiểm tra trước tiên | Một phép thử hữu ích cho biết điều gì |
|---|---|---|
| Thiết bị nóng hơn sau khi thay tấm đệm tản nhiệt | Độ dày sau khi nén, độ cứng, mức độ tiếp xúc bề mặt | Liệu tấm đệm mới có áp sát được với lực ép hiện có hay không |
| Điểm nóng ở một góc | Độ phẳng của tai gá, độ cong vênh của tản nhiệt, độ căn chỉnh của tấm đệm | Dấu vết tiếp xúc hoặc bản đồ nhiệt đo được |
| Tiếp xúc tốt nhưng toàn bộ khối tản nhiệt đều nóng | Luồng không khí, hướng của các lá tản nhiệt, nhiệt độ trong vỏ | Liệu khả năng làm mát từ khối tản nhiệt ra không khí có phải là điểm nghẽn hay không |
| Lỗi điện chập chờn | Ống lót vít, mức độ che phủ của đệm, ba via, vết cắt xuyên | Vị trí đường cách điện sau lắp ráp bị mất tác dụng |
| Nhiệt độ sai lệch dần sau nhiều tháng | Suy giảm lực kẹp, xê dịch, lão hóa, nhiễm bẩn | Kết quả trước và sau các phép thử ứng suất liên quan |
Giả sử miếng đệm A mỏng và có hệ số dẫn nhiệt 2 W/m·K, còn miếng đệm B dày gấp đôi và có hệ số dẫn nhiệt 3 W/m·K. Bỏ qua ảnh hưởng của tiếp xúc và giữ nguyên diện tích, trở nhiệt khối của chúng tỷ lệ với độ dày chia cho k: A tỷ lệ với 1/2; B tỷ lệ với 2/3. Trong phép so sánh đơn giản hóa này, hệ số dẫn nhiệt lớn hơn của B không tạo ra ưu thế. Tuy nhiên, nếu A quá cứng nên không thể tiếp xúc tốt với thanh ray bị cong vênh, kết quả sau khi lắp ráp có thể đảo ngược. Vì vậy, cần kiểm tra trở kháng nhiệt sau khi lắp đặt và nhiệt độ thiết bị.
Bản yêu cầu gửi nhà cung cấp cần có những dữ liệu và tiêu chuẩn nào?
Yêu cầu cung cấp cấp sản phẩm và cấu tạo chính xác, bao gồm mọi lớp sợi thủy tinh, màng polyimide, lớp keo dán và hình dạng cắt. Yêu cầu nhà cung cấp cung cấp dung sai độ dày và, khi áp dụng, độ dày sau khi nén ở tải lắp đặt thực tế. Để so sánh đặc tính nhiệt, hãy ghi lại phương pháp thử, áp suất và độ dày mẫu dùng để xác định trở kháng nhiệt được công bố. Để so sánh đặc tính điện, hãy ghi lại độ dày mẫu thử, phương pháp thử điện môi, điện cực, điều kiện xử lý mẫu và loại điện áp.
ASTM D5470 liên quan đến khả năng truyền nhiệt. ASTM D149 quy định phép đánh thủng điện môi bằng điện xoay chiều trong các điều kiện xác định. UL 94 có thể xuất hiện trên bảng dữ liệu của tấm vật liệu, nhưng tiêu chuẩn này phân loại đặc tính cháy; tiêu chuẩn không chứng minh rằng IC sau khi lắp được cách điện. Hướng dẫn lắp đặt của nhà sản xuất linh kiện, chẳng hạn như hướng dẫn của onsemi, có thể chỉ dẫn cách lắp bằng kẹp hoặc vít đối với các sản phẩm của chính họ các dòng vỏ linh kiện. Hãy kiểm tra bản vẽ chính xác của linh kiện trước khi xác định phần cứng hoặc lực tác dụng.
Cuối cùng, hãy xem xét môi trường đặc thù của từng lĩnh vực. Bộ nguồn phòng thí nghiệm, bộ chuyển đổi viễn thông ngoài trời và mô-đun điều khiển EV không chịu cùng điều kiện về độ ẩm, độ rung hoặc chu kỳ vận hành. Việc thẩm định phải phản ánh đúng trường hợp sử dụng thực tế. của HAKTAK lựa chọn và kiểm tra vật liệu trang này là nơi để sắp xếp nội dung trao đổi với nhà cung cấp.
Kết luận
Tấm đệm silicone trong cụm IC là một tấm vật liệu giao diện nhiệt riêng biệt được đặt giữa mặt ngoài của vỏ linh kiện và bề mặt làm mát. Khi chọn đúng chủng loại và cấu hình lắp ghép, tấm đệm giúp truyền nhiệt đồng thời cách điện bề mặt mang điện với bộ tản nhiệt. Tuy nhiên, chỉ riêng tấm đệm không giải quyết được mọi vấn đề: vỏ linh kiện, vít, áp lực tiếp xúc, độ dày tấm đệm và hệ thống làm mát phía sau đều có ảnh hưởng. Trước tiên, hãy xác định ranh giới cách điện, sau đó kiểm tra đường truyền nhiệt trong trạng thái lắp đặt thực tế. Về lý thuyết thì đơn giản. Trong thực tế, cách làm này đáng tin cậy hơn nhiều.
Câu hỏi thường gặp
Tấm đệm sil pad có giống tấm đệm tản nhiệt silicone không?
Các tên gọi này thường được sử dụng không chặt chẽ. SIL PAD® là tên dòng sản phẩm của Henkel. Tấm đệm tản nhiệt silicone là một nhóm vật liệu rộng hơn, và không phải tấm đệm nào thuộc nhóm này cũng có cùng loại gia cường hoặc định mức điện môi. Hãy kiểm tra chính xác cấu tạo thay vì chỉ dựa vào tên gọi thông dụng.
Có phải mọi IC đều cần tấm đệm cách điện giữa linh kiện và bộ tản nhiệt không?
Không. Điều này phụ thuộc vào loại vỏ linh kiện, điện thế của tab, đường truyền nhiệt và điện áp của bộ tản nhiệt. Một số vỏ được cách điện bên trong; một số sử dụng lớp đồng PCB và các lỗ via để tản nhiệt. Việc bổ sung một tấm đệm có thể làm tăng điện trở nhiệt mà không mang lại lợi ích cần thiết.
Pad tản nhiệt lộ thiên ở mặt dưới của QFN có giống với một tấm đệm silicone riêng biệt không?
Chi tiết QFN là một phần của vỏ linh kiện và thường được hàn vào pad PCB được chỉ định. Một tấm đệm silicone riêng biệt được lắp đặt bên ngoài vỏ linh kiện, tại bề mặt tiếp xúc cơ khí phục vụ tản nhiệt. Hãy tuân thủ hướng dẫn của nhà sản xuất linh kiện về bố trí pad hàn và yêu cầu điện.
Tôi có thể dùng mỡ tản nhiệt thay cho tấm đệm silicone trên tai gá mang điện không?
Không được mặc định rằng mỡ tản nhiệt có thể bảo đảm khả năng cách điện cần thiết giữa tai gá mang điện và bộ tản nhiệt bằng kim loại. Nếu cần cách điện, hãy sử dụng kết cấu cách điện và phụ kiện lắp đặt đã được đánh giá phù hợp, hoặc một thiết kế hệ thống khác đã được phê duyệt.
Tôi có cần dùng vòng đệm có vai với tấm đệm silicone TO-220 không?
Nếu tai gá mang điện được bắt chặt vào bộ tản nhiệt cần duy trì cách điện, đường đi của vít có thể cần ống lót cách điện. Loại vỏ linh kiện, vít và bản vẽ lắp đặt cụ thể sẽ quyết định phụ kiện cần dùng. Tấm đệm chỉ che phủ bề mặt phẳng rộng.
Tôi có nên bôi keo tản nhiệt lên cả hai mặt của tấm đệm silicone không?
Chỉ sử dụng khi nhà cung cấp vật liệu cách điện cụ thể và thiết kế lắp đặt yêu cầu. Một số miếng đệm định hình sẵn được thiết kế để lắp đặt sạch và không dính mỡ. Hãy kiểm tra độ tiếp xúc và nhiệt độ thay vì bôi keo theo thói quen.
Miếng đệm silicone cho IC công suất nên dày bao nhiêu?
Không có một độ dày duy nhất phù hợp với mọi IC. Hãy lựa chọn dựa trên khe hở thực tế, yêu cầu về lớp cách điện, lực ép, độ phẳng của vỏ linh kiện và trở kháng nhiệt đã được kiểm nghiệm. Đối với tab được kẹp, lá đệm gia cường mỏng và miếng đệm lấp khe dày đáp ứng hai mục đích khác nhau.
Miếng đệm nhiệt bằng graphite có thể cách ly điện cho IC không?
Nhiều sản phẩm gốc graphite có tính dẫn điện. Không bao giờ dựa vào graphite để cách ly điện nếu không có tài liệu rõ ràng cho cấp vật liệu cụ thể và kết quả thẩm định lắp ráp. Độ dẫn nhiệt cao không cho biết đặc tính điện của vật liệu.
Thông số nào dự đoán nhiệt độ IC chính xác hơn: W/m·K hay trở kháng nhiệt?
Trở kháng nhiệt được đo ở độ dày và áp suất phù hợp phản ánh điều kiện thực tế tại bề mặt tiếp xúc sát hơn so với việc chỉ dựa vào độ dẫn nhiệt của vật liệu khối. Dù vậy, nhiệt độ mối nối còn phụ thuộc vào nhiệt trở của vỏ linh kiện, công suất tổn hao, thiết kế bộ tản nhiệt và điều kiện môi trường.
Tôi có thể tái sử dụng miếng đệm silicone sau khi tháo bộ tản nhiệt không?
Không nên mặc định rằng có thể tái sử dụng. Tấm đệm sau khi tháo có thể bị giãn, rách, bám mảnh vụn, xê dịch hoặc thay đổi khả năng tiếp xúc với các bề mặt. Hãy tuân theo hướng dẫn sửa chữa cụ thể của sản phẩm; nếu tấm đệm bị hư hỏng hoặc khả năng cách điện có vai trò quan trọng, hãy thay tấm đệm và kiểm tra lại mối ghép sau khi lắp ráp.
