Hình 1.Hình ảnh camera nhiệt của các mô-đun nguồn trong chậu có phần dày-thường cho thấy lớp bầu là điện trở nhiệt chiếm ưu thế -, một biến không có trong hầu hết các mẫu nhiệt ban đầu.
Mô hình nhiệt cho thấy nhiệt độ đường giao nhau ở mức 95 độ khi đầy tải. Việc lắp ráp chạy ở 118 độ. Quá trình hoàn trả linh kiện bắt đầu sau 14 tháng - độ lệch ngưỡng cổng IGBT, hỏng tụ điện điện phân, độ mỏi của mối hàn tập trung xung quanh vùng tiêu tán-cao. Nhóm kỹ thuật điều tra chất lượng thành phần. Trọng lượng đồng PCB. Điện trở tiếp xúc của tản nhiệt. Không ai mở mô hình nhiệt và thêm một hạng mục cho hợp chất bầu epoxy giữa bộ phận và tường bao. Mục hàng đó, nếu được đưa vào, sẽ thể hiện mức đóng góp của điện trở nhiệt là 0,04–0,06 K/W trên cm² ở độ dày bầu tiêu chuẩn - đủ để giải thích phần lớn sự khác biệt giữa mô hình và phép đo.
Các hợp chất bầu epoxy tiêu chuẩn ở mức 0,5 W/m·K không trung hòa về nhiệt trong các thiết kế có mặt cắt dày. Chúng là chất cách nhiệt có chức năng-chống cháy. Việc coi chúng là trong suốt về mặt nhiệt trong mô hình nhiệt điện tử công suất là nguyên nhân chứ không phải triệu chứng của vấn đề nhiệt độ điểm nối.
Khả năng chịu nhiệt của lớp bầu: Đánh giá định lượng
Điện trở nhiệt qua một lớp phẳng được tính bằng R=t / (k × A), trong đó t là độ dày lớp, k là độ dẫn nhiệt và A là diện tích mặt cắt ngang. Đối với hỗn hợp bầu tiêu chuẩn ở k=0.5 W/m·K:
Ở độ dày 10 mm, diện tích 1 cm²: R=0.010 / (0,5 × 0,0001)=0.20 K/W
Ở độ dày 15 mm, diện tích 1 cm²: R=0.015 / (0,5 × 0,0001)=0.30 K/W
Ở độ dày 20 mm, diện tích 1 cm²: R=0.020 / (0,5 × 0,0001)=0.40 K/W
Đây không phải là những giá trị đáng kể. Một mô-đun nguồn tiêu tán 5 W qua phần bầu 15 mm × 1 cm² có nhiệt độ tăng 1,5 độ trên toàn bộ bầu ở mức 0,5 W/m·K -. Âm thanh này nghe có vẻ nhỏ cho đến khi-diện tích mặt cắt ngang là 2 cm², mức tiêu tán là 20 W và điểm nóng tập trung. Trong các bố cục mô-đun nguồn dày đặc, trong đó nhiều thành phần tiêu tán có chung một thể tích trong chậu, khả năng chịu nhiệt tích lũy của lớp bầu sẽ đóng góp 15–30 độ vào điểm nối-với-ngân sách xung quanh trong các thiết kế mà sự đóng góp này không được lập mô hình.
Với k=1.5 W/m·K, cùng một hình học tạo ra một-điện trở nhiệt. Việc giảm đó có ý nghĩa hay không phụ thuộc vào việc các điện trở khác trong đường dẫn nhiệt là bao nhiêu - nếu điện trở tiếp giáp-với-trường hợp của thành phần chiếm ưu thế thì việc cải thiện hợp chất bầu mang lại rất ít lợi ích. Khả năng chịu nhiệt của lớp bầu có kết quả quan trọng nhất khi nó là thuật ngữ chiếm ưu thế trong đường dẫn, xuất hiện trong các thiết kế phần-dày có đường dẫn làm mát điện trở-tương đối thấp ở bề mặt bên ngoài.
Hình 2.Ở phần bầu dày 15 mm, việc chuyển từ 0,5 W/m·K sang 1,5 W/m·K làm giảm khả năng chịu nhiệt của lớp bầu khoảng hai-phần ba. Mức giảm này có đáng kể hay không còn phụ thuộc vào độ lớn tương đối của các điện trở khác trong đường dẫn nhiệt.
Nơi khả năng chịu nhiệt của phần{0}}trong chậu dày chiếm ưu thế
Không phải mọi cụm chậu đều nhạy cảm với tính dẫn nhiệt của hợp chất bầu. Các điều kiện thiết kế sau đây xác định các trường hợp trong đó lớp bầu có khả năng chịu nhiệt vượt trội:
Độ dày phần bầu trên 8–10 mm.Dưới phạm vi này, điện trở nhiệt tuyệt đối của lớp bầu thường nhỏ so với các điện trở khác trên đường dẫn. Trên phạm vi này, đặc biệt khi bề mặt làm mát là tường bao bên ngoài, lớp bầu thường trở thành thuật ngữ chủ đạo.
Mật độ tiêu tán công suất trên 1 W/cm2 trong thể tích chậu.Ở mật độ tản nhiệt thấp, chênh lệch nhiệt độ giữa lớp bầu vẫn nằm trong giới hạn chấp nhận được ngay cả ở mức 0,5 W/m·K. Khi mật độ năng lượng tăng lên, cùng một điện trở nhiệt sẽ tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ lớn hơn tương ứng.
Cấu trúc liên kết đường làm mát trong đó nhiệt phải dẫn qua lớp bầu để đến bề mặt làm mát.Trong các cụm trong đó tản nhiệt hoặc thành vỏ là đường làm mát chính và thể tích trong bầu ngăn cách thành phần với bề mặt đó, không có đường dẫn vòng - 100% nhiệt tiêu tán của thành phần phải dẫn qua bầu. Trong các tổ hợp mà thành phần có thể làm mát thông qua các dây dẫn, mặt phẳng đồng PCB hoặc tiếp xúc trực tiếp với vỏ, thì sự đóng góp của bầu sẽ giảm đi.
Các ứng dụng hoạt động liên tục không có chu trình giảm nhiệt.Một thành phần liên tục chạy gần giới hạn nhiệt độ đường giao nhau của nó sẽ tích lũy sự suy giảm tuyến tính. Việc giảm 15 độ nhiệt độ ở điểm nối - có thể đạt được thông qua việc lựa chọn hợp chất bầu ở một số dạng hình học - có thể tăng gấp đôi tuổi thọ sử dụng của các bộ phận khi xuống cấp mô hình Arrhenius-.
Tại sao độ dẫn nhiệt tiêu chuẩn của Epoxy lại thấp và điều gì làm tăng nó
Nhựa epoxy không chứa đầy và chứa đầy nhẹ có độ dẫn nhiệt trong khoảng 0,15–0,25 W/m·K. Điều này vốn có của chuỗi polyme ma trận polyme liên kết chéo-{4}} là chất dẫn nhiệt kém vì sự truyền nhiệt trong polyme vô định hình chủ yếu thông qua việc truyền năng lượng rung động dọc theo chuỗi, điều này không hiệu quả so với vật liệu tinh thể. Các giá trị 0,5–0,7 W/m·K điển hình của hợp chất bầu epoxy chống cháy-tiêu chuẩn đại diện cho một số hàm lượng chất độn - thường là các chất độn vô cơ giống nhau góp phần tạo ra chức năng-chậm cháy - nhưng ở lượng chất độn được tối ưu hóa cho khả năng xử lý và hiệu suất ngọn lửa, không phải cho tính dẫn nhiệt.
Để đạt được 1,5 W/m·K yêu cầu tải chất độn cao hơn đáng kể với các hạt vô cơ dẫn nhiệt - thường là nhôm hydroxit, alumina hoặc boron nitrit ở tỷ lệ thể tích trên 50%. Sự đánh đổi-là độ nhớt của thành phần cơ bản tăng mạnh: công thức cung cấp 1,5 W/m·K thường sẽ có độ nhớt cơ bản trong khoảng 500.000–1.500.000 cps ở 25 độ , so với 4.000–10.000 cps cho hệ thống chống cháy{16}}chuẩn mực. Phạm vi độ nhớt này yêu cầu phải trộn trước{18}}cơ học và tốt nhất là làm nóng phân phối ở 50 độ để đạt được khả năng lấp đầy không có khoảng trống trong các khoang bầu kín. Khả năng dẫn nhiệt đạt được là có thật, nhưng nó đi kèm với yêu cầu kỷ luật quy trình không có trong bầu epoxy tiêu chuẩn.
Một điểm quan trọng nhưng thường bị bỏ qua:độ dẫn nhiệt của hệ thống được lấp đầy cao chỉ đạt được khi chất độn được phân bố đồng đều trong phần được xử lý.Chất độn lắng đọng trong thành phần nền trong quá trình bảo quản -, điều này rất quan trọng trong các hệ thống có mật độ hạt cao hơn đáng kể so với chất mang nhựa - tạo ra phần được xử lý với sự phân bố chất độn thay đổi và do đó độ dẫn nhiệt thay đổi. Độ dẫn nhiệt được đo tại một vị trí trong phần được xử lý có thể không biểu thị mức trung bình chung và nó sẽ không biểu thị các phần mà vật liệu phía trên đã cạn kiệt chất độn-được đổ vào. Đây không phải là lỗi nghiêm trọng - mà là lỗi xử lý. Việc-trộn trước thành phần cơ bản trong thùng chứa ban đầu trước khi cân không phải là tùy chọn trong hệ thống nạp-cao.
Hình 3.Chất độn lắng trong thành phần cơ sở E533 đủ đáng kể trong quá trình bảo quản để tạo ra độ không-đồng nhất có thể đo lường được về độ dẫn nhiệt đã xử lý nếu thùng chứa không được trộn lại-một cách cơ học trước khi cân.
Vấn đề về khoảng trống: Tại sao việc khử khí lại quan trọng hơn trong các hệ thống dẫn nhiệt
Trong hợp chất bầu epoxy 0,5 W/m·K tiêu chuẩn, các khoảng trống bị mắc kẹt làm giảm độ bền điện môi cục bộ và tạo ra các vị trí tập trung ứng suất. Trong một hợp chất dẫn nhiệt được thiết kế để dẫn nhiệt, các khoảng trống còn có một hậu quả nghiêm trọng hơn: chúng là chất cách nhiệt được nhúng trong một ma trận dẫn nhiệt.
Độ dẫn nhiệt của không khí ở điều kiện môi trường xung quanh là khoảng 0,026 W/m·K - gần bằng 1/58 của ma trận 1,5 W/m·K xung quanh. Một khoảng trống hình cầu trong ma trận dẫn nhiệt tạo ra điện trở nhiệt cục bộ có độ lớn cao hơn vật liệu xung quanh. Trong mô-đun nguồn có phần dày-có mục đích thiết kế là dẫn nhiệt qua bầu tới tường bao, một cụm khoảng trống ở vị trí quan trọng có thể tạo ra tắc nghẽn nhiệt cục bộ làm mất đi mục đích chỉ định hợp chất có độ dẫn điện-cao hơn.
Do đó, việc khử khí chân không có ý nghĩa quan trọng hơn trong các hệ thống dẫn nhiệt so với các hệ thống tiêu chuẩn. Lập luận cho việc khử khí của một hệ thống tiêu chuẩn chủ yếu là các khoảng trống điện môi - làm giảm cường độ điện môi hiệu dụng. Lập luận cho việc khử khí trong hệ thống dẫn nhiệt là cả chất điện môi và nhiệt. Việc một ứng dụng nhất định có yêu cầu khử khí hay không phụ thuộc vào hình dạng khoang và hàm lượng khoảng trống có thể đạt được thông qua việc phân phối cẩn thận, nhưng trong các mô-đun trong chậu có mật độ-công suất-cao, giả định an toàn là cần phải khử khí trừ khi chất lượng lấp đầy khoang đã được xác thực trên các mẫu đại diện.
Nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh và mối quan hệ của nó với hiệu suất nhiệt
Theo định nghĩa, hợp chất bầu dẫn nhiệt đang được sử dụng trong môi trường nóng -, đó là điều kiện ứng dụng thúc đẩy việc lựa chọn. Nhiệt độ chuyển thủy tinh (Tg) của hệ thống được xử lý xác định ở nhiệt độ nào hình dạng cơ học của bầu bắt đầu thay đổi. Dưới Tg, hợp chất thủy tinh, cứng và ổn định kích thước. Trên Tg, mạng polymer chuyển sang trạng thái cao su với mô đun giảm đáng kể và CTE tăng nhanh.
Đối với cụm nguồn trong chậu chạy ở nhiệt độ cao, Tg của hợp chất thiết lập giới hạn trên của độ ổn định kích thước đáng tin cậy - chứ không phải nhiệt độ làm việc liên tục tối đa, vốn yêu cầu biên nhiệt dưới Tg. Nếu nhiệt độ lõi của phần bầu đạt tới hoặc vượt quá Tg trong quá trình hoạt động bình thường, hợp chất sẽ bị rão dưới tải trọng giãn nở nhiệt của chính nó, có khả năng làm nứt giao diện với các bộ phận nhúng hoặc vỏ bọc.
Điều này có nghĩa là yêu cầu Tg đối với hợp chất dẫn nhiệt được xác định bởi đầu ra mô hình nhiệt -, đặc biệt là nhiệt độ lõi dự đoán của phần trong chậu ở mức tải liên tục tối đa - chứ không phải bởi nhiệt độ môi trường xung quanh vỏ bọc. Trong một mô-đun năng lượng dày đặc, nơi lớp bầu giảm nhiệt độ tiếp giáp nhưng lõi của khối bầu vẫn đạt tới 110 độ, một hợp chất có Tg là 127 độ (với biên độ hoạt động ~ 17 độ) là có ý nghĩa. Một hợp chất có Tg 70 độ sẽ bắt đầu mất độ ổn định kích thước trong những điều kiện đó.
Một mô hình nhiệt thích hợp nên bao gồm những gì cho các cụm lắp ráp trong chậu
Một mô hình nhiệt cho một cụm nguồn trong chậu loại trừ khả năng chịu nhiệt của hợp chất bầu sẽ dự đoán nhiệt độ ở điểm nối một cách có hệ thống. Cách tiếp cận đúng bao gồm:
Khả năng chịu nhiệt của đường nối-với-trường hợp của từng thành phần tiêu tán (từ bảng dữ liệu thành phần).
Điện trở tiếp xúc giữa gói thành phần và hợp chất bầu xung quanh (phụ thuộc vào độ ẩm và độ rỗng ở bề mặt).
Điện trở nhiệt lớn của lớp bầu từ bề mặt linh kiện đến ranh giới làm mát đầu tiên (tường bao, tản nhiệt hoặc mặt phẳng đồng PCB).
Điện trở tiếp xúc hoặc bề mặt giữa bầu và ranh giới làm mát.
Điện trở nhiệt của chính ranh giới làm mát (độ dày thành vỏ và vật liệu, hiệu suất tản nhiệt).
Trong các tổ hợp trong đó điện trở nhiệt của lớp bầu là thuật ngữ chiếm ưu thế - được xác định bởi thực tế là việc loại bỏ nó khỏi mô hình sẽ tạo ra nhiệt độ tiếp giáp thấp hơn đáng kể so với giá trị đo được -, việc lựa chọn độ dẫn nhiệt của hợp chất bầu sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến thiết kế nhiệt. Đây là điều kiện trong đó việc chỉ định 1,5 W/m·K so với 0,5 W/m·K tạo ra sự khác biệt có ý nghĩa về độ tin cậy của hệ thống.
Khi bầu dẫn nhiệt không giải quyết được vấn đề
Việc chỉ định hợp chất bầu 1,5 W/m·K sẽ không giải quyết được vấn đề quá nhiệt độ ở mối nối khi:
Mối nối thành phần-với-trường hợp kháng cự là thuật ngữ chiếm ưu thế.Nếu bản thân bộ phận này là nút cổ chai nhiệt thì việc cải thiện độ dẫn điện của hợp chất bầu sẽ có tác dụng không đáng kể. Mô hình nhiệt đầy đủ phải được phân tích để xác định điện trở nào chiếm ưu thế trước khi thay đổi vật liệu.
Phần bầu mỏng (dưới 5 mm).Ở độ dày thấp, khả năng chịu nhiệt tuyệt đối của lớp bầu là nhỏ bất kể độ dẫn điện. Việc chỉ định 1,5 W/m·K để xử lý lớp bầu 5 mm sẽ làm tăng thêm độ phức tạp của quy trình mà không mang lại lợi ích nhiệt đáng kể.
Đường làm mát giữa bề mặt bên ngoài của bầu và môi trường xung quanh là điện trở giới hạn.Nếu sự đối lưu tự nhiên từ bề mặt vỏ bọc là nút cổ chai nhiệt, thì việc giảm điện trở của lớp bầu sẽ di chuyển nút cổ chai ra phía ngoài một bước -, nó không làm giảm nhiệt độ điểm nối một cách tương ứng.
Các khoảng trống và phân phối chất độn không được kiểm soát.Một hợp chất dẫn nhiệt có hàm lượng khoảng trống 10–15% có thể hoạt động không tốt hơn một hợp chất tiêu chuẩn có khoảng trống bằng 0, bởi vì các khoảng trống tạo ra điện trở nhiệt cục bộ vượt quá sự cải thiện độ dẫn khối.
Sản phẩm liên quan để quản lý nhiệt trong chậu dày-
E533/H533 là hợp chất bầu epoxy hai thành phần,-được làm đầy nặng, mang lại khả năng dẫn nhiệt 1,5 W/m·K và Tg 127 độ. Nó yêu cầu xử lý nhiệt hai-giai đoạn (80 độ × 2 giờ + 120 độ × 4 giờ) để phát triển các đặc tính được xếp hạng của nó. Thành phần cơ bản (E533) có độ nhớt 500.000–1.500.000 cps ở 25 độ - trộn cơ học trước-và phân phối nhiệt ở 50 độ (trong đó độ nhớt hỗn hợp giảm xuống 700–1.500 cps) là cần thiết để phát triển đặc tính nhất quán và làm trống{25}}khoảng trống.
Trạng thái chứng nhận UL 94 V{5}}0 trong Tệp E120665 (được liệt kê là E{10}}53(Y)/H-53(Y)) phải được xác nhận bởi Fong Yong Chemical trước khi có thông số kỹ thuật vì trạng thái thử nghiệm tiếp theo kể từ tháng 12 năm 2025 cần phải được xác minh. Các kỹ sư yêu cầu chứng nhận UL hiện đang có hiệu lực nên xác nhận tiến trình khôi phục trước khi đưa E533/H533 vào sản phẩm cuối cùng được liệt kê trong UL.
👉 🔗 Trang sản phẩm E533/H533 - Dữ liệu kỹ thuật, Độ dẫn nhiệt, Ghi chú ứng dụng
Các câu hỏi kỹ thuật chính
Ở độ dày bầu bao nhiêu thì thông số kỹ thuật về độ dẫn nhiệt bắt đầu quan trọng?
Theo hướng dẫn sơ bộ, khả năng chịu nhiệt của lớp bầu trở nên đáng kể so với các điện trở nhiệt khác trên đường dẫn khi phần trong bầu vượt quá khoảng 8–10 mm và mật độ tiêu tán năng lượng vượt quá 1 W/cm2. Dưới các ngưỡng này, điện trở tuyệt đối của lớp bầu thường không phải là thông số chính và việc tăng độ dẫn nhiệt từ 0,5 lên 1,5 W/m·K sẽ tạo ra sự cải thiện nhiệt độ ở điểm nối chưa đến 5 độ. Điều này cần được xác nhận bằng cách chạy các con số trong mô hình nhiệt đầy đủ cho hình dạng cụ thể trước khi đưa ra quyết định thay đổi vật liệu.
Có thể đo độ dẫn nhiệt trên mẫu sản xuất để xác minh hợp chất đang hoạt động như quy định không?
Có, nhưng phép đo phải được thực hiện trên các mẫu đã xử lý được thực hiện ở quy mô lô sản xuất và điều kiện khử khí, chứ không phải trên các mẫu phòng thử nghiệm được chuẩn bị trong điều kiện lý tưởng. Độ dẫn nhiệt trong hệ thống chứa đầy rất nhạy cảm với hàm lượng khoảng trống và sự phân bổ chất độn. Mẫu sản xuất có hàm lượng khoảng trống 5% và khả năng phân tán lại chất độn không hoàn toàn- do quá trình trộn trước-không đầy đủ có thể đo được 0,8–1,0 W/m·K thay vì 1,5 W/m·K. Đo độ dẫn nhiệt định kỳ trên các mẫu thử-đại diện trong sản xuất là phương pháp xác minh chính xác chứ không chỉ dựa vào giá trị TDS.
Tg của hợp chất bầu có ảnh hưởng đến độ dẫn nhiệt của nó trong quá trình vận hành không?
Độ dẫn nhiệt trong các hệ thống chứa đầy ít nhạy cảm hơn với quá trình chuyển đổi Tg so với các tính chất cơ học. Mối quan tâm chính ở trên Tg là độ ổn định kích thước và độ rão - hợp chất mềm ra, CTE tăng khoảng 2–3× và tải trọng duy trì gây ra hiện tượng rão ở bề mặt thành phần bầu-. Độ dẫn nhiệt không giảm đáng kể ở Tg đối với hệ thống được lấp đầy nhiều vì các hạt độn (mang phần lớn nhiệt) vẫn ở nguyên vị trí. Mối quan tâm về Tg trong ứng dụng chịu tải nhiệt là vấn đề cơ học chứ không liên quan đến tính dẫn nhiệt-.
Các bước tiếp theo - Liên hệ với Fong Yong Chemical
