1-rasm.Qalin boʻlakli quvvat modullarining termal kamera tasviri koʻpincha qozon qatlamini birinchi termal modellarda mavjud boʻlmagan dominant termal qarshilik - sifatida koʻrsatadi.
Termal model to'liq yuk ostida 95 daraja ulanish haroratini ko'rsatdi. Yig'ish 118 gradusda ishlaydi. Komponentlarning qaytishi 14 oyda boshlanadi - IGBT eshigi ostonasida siljish, elektrolitik kondansatör ishdan chiqishi, yuqori-dissipatsiya zonasi atrofida to'plangan lehim qo'shma charchoq. Muhandislik guruhi komponentlar sifatini tekshiradi. PCB mis og'irligi. Sovutgichning kontakt qarshiligi. Hech kim termal modelni ochmaydi va komponent va devor devori o'rtasida epoksi idish aralashmasi uchun chiziq elementini qo'shmaydi. Ushbu qator elementi, agar u kiritilgan bo'lsa, model va o'lchov o'rtasidagi tafovutning ko'p qismini hisobga olish uchun standart idish qalinligida - etarli bo'lgan sm² uchun 0,04-0,06 K/Vt termal qarshilik hissasini ko'rsatardi.
0,5 Vt/m·K bo‘lgan standart epoksi pot aralashmalari qalin{1}}bo‘limli dizaynlarda termal neytral emas. Ular olovni to'xtatuvchi-funktsiyaga ega bo'lgan issiqlik izolyatorlaridir. Quvvat elektroniği termal modelida ularni termal shaffof deb hisoblash, ulanish harorati muammosining alomati emas, balki sababidir.
Poting qatlamining issiqlik qarshiligi: miqdoriy baholash
Planar qatlam orqali issiqlik qarshiligi R=t / (k × A) sifatida hisoblanadi, bu erda t - qatlam qalinligi, k - issiqlik o'tkazuvchanligi va A - kesma maydoni. K=0.5 Vt/m·K bo'lgan standart idish aralashmasi uchun:
10 mm qalinlikda, 1 sm² maydon: R=0.010 / (0,5 × 0,0001)=0.20 K/V
15 mm qalinlikda, 1 sm² maydon: R=0.015 / (0,5 × 0,0001)=0.30 K/V
20 mm qalinlikda, 1 sm² maydon: R=0.020 / (0,5 × 0,0001)=0.40 K/V
Bu ahamiyatsiz qiymatlar emas. Quvvat moduli 15 mm × 1 sm² bo'lgan idish bo'limi orqali 5 Vt quvvat sarflaydi, 0,5 Vt/m·K - da idish bo'ylab harorat 1,5 darajaga ko'tariladi, bu ko'ndalang kesimning maydoni 2 sm², tarqalish 20 Vt va issiq nuqta to'planib qolmaguncha kichik eshitiladi. Bir nechta tarqatuvchi komponentlar qozon hajmiga ega bo'lgan zich quvvat moduli sxemalarida, qozon qatlamining yig'ilgan issiqlik qarshiligi ushbu hissa modellashtirilmagan dizaynlarda atrof-muhit byudjetiga 15-30 gradusgacha hissa qo'shadi.
k=1.5 Vt/m·K da bir xil geometriya termal qarshilikning -uchdan birini hosil qiladi. Bu pasayishning ma'noli bo'lishi termal yo'ldagi boshqa qarshiliklar - qanday bo'lishiga bog'liq bo'lsa, agar komponentning -va{5}}bog'lanish qarshiligi ustun bo'lsa, qozon tarkibini yaxshilash kam foyda keltiradi. Idish qatlamining termal qarshiligi, tashqi yuzadagi nisbatan past qarshilikka ega bo'lgan-sovutish yo'llari bo'lgan qalin{7}}bo'lim konstruktsiyalarida paydo bo'ladigan yo'lda dominant atama bo'lsa, eng muhim hisoblanadi.
2-rasm.Qalinligi 15 mm bo'lgan qozon uchastkasida 0,5 Vt/m·K dan 1,5 Vt/m·K ga o'tish idish qatlamining termal qarshiligini taxminan uchdan ikki -ga kamaytiradi. Bu pasayish muhim bo'ladimi, termal yo'lda boshqa qarshiliklarning nisbiy kattaligiga bog'liq.
Qalin-bo'limning issiqlikka chidamliligi ustun bo'lgan joyda
Har bir qozonli yig'ish idish aralashmasining issiqlik o'tkazuvchanligiga sezgir emas. Quyidagi dizayn shartlari qozon qatlami dominant termal qarshilik bo'lishi mumkin bo'lgan holatlarni aniqlaydi:
Potting qismi qalinligi 8-10 mm dan yuqori.Ushbu diapazondan pastroqda, qozon qatlamining mutlaq termal qarshiligi odatda yo'ldagi boshqa qarshiliklarga nisbatan kichikdir. Ushbu diapazondan yuqori, ayniqsa sovutish yuzasi tashqi devor devori bo'lsa, kostryulkalar qatlami ko'pincha dominant atama bo'ladi.
Quvvatni yo'qotish zichligi qozon hajmida 1 Vt/sm² dan yuqori.Past tarqalish zichligida, idish qatlami bo'ylab harorat farqi 0,5 Vt / m · K da ham maqbul chegaralarda qoladi. Quvvat zichligi oshishi bilan bir xil termal qarshilik mutanosib ravishda kattaroq harorat farqlarini keltirib chiqaradi.
Sovutish yuzasiga etib borish uchun issiqlik qozon qatlami orqali o'tishi kerak bo'lgan sovutish yo'li topologiyasi.Sovutgich yoki korpus devori asosiy sovutish yo'li bo'lgan va idishdagi hajm komponentni ushbu sirtdan ajratib turadigan yig'ilishlarda, hech qanday aylanma yo'l bo'lmaydi - 100% komponentning tarqaladigan issiqligi qozon orqali o'tishi kerak. Komponent simlar, tenglikni mis tekisligi yoki korpus bilan to'g'ridan-to'g'ri aloqa orqali sovishi mumkin bo'lgan yig'ilishlarda qozon hissasi kamayadi.
Termal velosipedda yengilliksiz uzluksiz ish ilovalari.Ulanish harorati chegarasi yaqinida doimiy ishlaydigan komponent chiziqli ravishda buzilishlarni to'playdi. Ba'zi geometriyalarda - qozonli aralashmani tanlash orqali erishish mumkin bo'lgan ulanish haroratining - 15 darajaga pasayishi Arrhenius-modelining buzilishi sharoitida komponentlarning xizmat muddatini ikki baravar oshirishi mumkin.
Nima uchun standart epoksi issiqlik o'tkazuvchanligi past va uni nima ko'taradi
To'ldirilmagan va engil to'ldirilgan epoksi qatronlar 0,15-0,25 Vt / m · K oralig'ida issiqlik o'tkazuvchanligiga ega. Bu oʻzaro{3}}bogʻlangan polimer matritsasi - polimer zanjirlari yomon issiqlik oʻtkazuvchanligiga xosdir, chunki amorf polimerlarda issiqlik almashinuvi asosan zanjirlar boʻylab tebranish energiyasini uzatish orqali amalga oshiriladi, bu kristalli materiallarga nisbatan samarasizdir. Standart olovga chidamli epoksi idish aralashmalari uchun xos boʻlgan 0,5–0,7 Vt/m·K qiymatlari{8}}olovga chidamli epoksi qorishmalarining baʼzi bir toʻldiruvchi tarkibini aks ettiradi -, odatda, alangaga chidamlilik funksiyasiga - hissa qoʻshadigan bir xil noorganik plomba moddalarini aks ettiradi, lekin toʻldirgich yuklanishida ishlov berish va olov oʻtkazuvchanligi uchun emas.
1,5 Vt/m·K ga yetish uchun issiqlik o‘tkazuvchan noorganik zarrachalar -, odatda alyuminiy gidroksidi, alumina yoki bor nitridi 50% dan yuqori hajmdagi ulushlarda sezilarli darajada yuqoriroq plomba yuklanishi talab etiladi. Savdo{4}}baza komponentining yopishqoqligining keskin o'sishidir: 1,5 Vt/m·K quvvatga ega bo'lgan formulalar odatda 25 daraja haroratda 500 000–1 500 000 cps oralig'ida bazaviy yopishqoqlikka ega bo'ladi, standart tizim uchun 4 000–10 000 cps. Ushbu yopishqoqlik diapazoni yopilgan idish bo'shliqlarini bo'sh joy-to'ldirish uchun mexanik oldindan aralashtirishni va afzalroq 50 daraja haroratda qizdirilishini talab qiladi. Issiqlik o'tkazuvchanligining ortishi haqiqiydir, lekin u standart epoksi idishida mavjud bo'lmagan jarayon intizomi talabi bilan birga keladi.
Muhim, lekin tez-tez e'tibordan chetda qoladigan nuqta:yuqori darajada to'ldirilgan tizimning issiqlik o'tkazuvchanligiga faqat plomba moddasi qattiqlashtirilgan qismda bir xil taqsimlanganda erishiladi.Zarrachalar zichligi qatron tashuvchidan - sezilarli darajada yuqori bo'lgan tizimlarda muhim bo'lgan - saqlash vaqtida asosiy komponentda plomba moddasining cho'kishi o'zgaruvchan to'ldiruvchi taqsimoti va shuning uchun o'zgaruvchan issiqlik o'tkazuvchanligi bilan qattiqlashtirilgan qismni hosil qiladi. Qattiqlashtirilgan qismning bir joyida o'lchangan issiqlik o'tkazuvchanligi o'rtacha o'rtacha ko'rsatkichni anglatmasligi mumkin va u to'ldiruvchi-yuqori material quyilgan qismlarini ko'rsatmaydi. Bu moddiy nuqson emas - bu ishlov berishdagi nuqson. Yuqori toʻldiruvchi tizimlarda-asosiy komponentni tortishdan oldin asl idishida oldindan aralashtirish ixtiyoriy emas.
3-rasm.E533 asosiy komponentida plomba moddasining choʻkishi saqlash vaqtida yetarli darajada ahamiyatli boʻlib, agar idish tortishdan oldin mexanik qayta-aralashtirilmasa, qattiqlashtirilgan issiqlik oʻtkazuvchanligida oʻlchash mumkin boʻlmagan{1}}bir xillik hosil qiladi.
Bo'shliq muammosi: Nima uchun issiqlik o'tkazuvchan tizimlarda gazsizlantirish muhimroq
Standart 0,5 Vt / m · K epoksi idish tarkibidagi bo'shliqlar mahalliy dielektrik kuchini pasaytiradi va stress kontsentratsiyasi joylarini yaratadi. Issiqlik o'tkazish uchun mo'ljallangan issiqlik o'tkazuvchan birikmada bo'shliqlar qo'shimcha va jiddiy oqibatlarga olib keladi: ular issiqlik o'tkazuvchan matritsaga kiritilgan issiqlik izolyatorlari.
Atrof-muhit sharoitida havoning issiqlik o'tkazuvchanligi taxminan 0,026 Vt/m·K - atrofidagi 1,5 Vt/m·K matritsaning taxminan 1/58 qismini tashkil qiladi. Issiqlik o'tkazuvchan matritsadagi sferik bo'shliq atrofdagi materialdan kattaroq bo'lgan mahalliy termal qarshilik hosil qiladi. Dizayn maqsadi qozon orqali korpus devoriga issiqlikni o'tkazish bo'lgan qalin{7}}bo'lim quvvat modulida, muhim joydagi bo'shliqlar klasteri yuqori-o'tkazuvchanlik birikmasini belgilash maqsadini yo'qotadigan mahalliy termal to'siqni yaratishi mumkin.
Shuning uchun vakuumli degassatsiya standart tizimlarga qaraganda issiqlik o'tkazuvchan tizimlarda ko'proq oqibatlarga olib keladi. Standart tizimni gazsizlantirish uchun argument birinchi navbatda dielektrik - bo'shliqlar samarali dielektrik kuchini kamaytiradi. Issiqlik o'tkazuvchi tizimni gazsizlantirish uchun argument ham dielektrik, ham termaldir. Berilgan dastur gazsizlantirishni talab qiladimi yoki yoʻqmi, boʻshliq geometriyasiga va ehtiyotkorlik bilan tarqatish orqali erishish mumkin boʻlgan boʻshliq tarkibiga bogʻliq, ammo yuqori{4}}quvvat-zichlikdagi qozonli modullarda ishonchli taxminga koʻra, agar boʻshliqni toʻldirish sifati vakil namunalarda tasdiqlanmagan boʻlsa, gazsizlantirish talab qilinadi.
Shishaning o'tish harorati va uning termal ishlash bilan bog'liqligi
Tanlovga turtki bo'lgan qo'llash sharti bo'lgan - ta'rifi bo'yicha issiqlik o'tkazuvchan qozon aralashmasi issiq muhitda qo'llaniladi. Qattiqlashtirilgan tizimning shisha o'tish harorati (Tg) qozonning mexanik shakli qanday haroratda o'zgarishini aniqlaydi. Tg dan pastda birikma shishasimon, qattiq va o'lchami barqaror. Tg dan yuqori bo'lgan polimer tarmog'i moduli sezilarli darajada kamaygan va CTE tez ortib borayotgan kauchuk holatiga o'tadi.
Yuqori haroratda ishlaydigan qozonli quvvat bloki uchun birikmaning Tg qiymati Tg dan past termal chegarani talab qiladigan uzluksiz xizmat ko'rsatish harorati maksimal emas, balki ishonchli o'lchov barqarorligining yuqori chegarasini - o'rnatadi. Agar normal ish paytida idishning asosiy harorati Tg ga yaqinlashsa yoki undan oshsa, aralashma o'zining termal kengayish yuki ostida o'rmalab, o'rnatilgan komponentlar yoki korpus bilan interfeysni yorib yuborishi mumkin.
Bu shuni anglatadiki, issiqlik o'tkazuvchan birikmaga bo'lgan Tg talabi korpusning atrof-muhit harorati bilan emas, balki maksimal uzluksiz yukda - idishdagi qismning taxminiy asosiy harorati - termal model chiqishi bilan aniqlanadi. Qatlamli qatlam ulanish haroratini pasaytiradigan, ammo idish massasining yadrosi hali ham 110 darajaga yetadigan zich quvvat modulida, Tg 127 daraja (~17 daraja ish chegarasi bilan) bo'lgan birikma mazmunli bo'ladi. Tg 70 daraja bo'lgan birikma bunday sharoitlarda o'lchov barqarorligini yo'qota boshlaydi.
To'g'ri termal model qozonli yig'ilishlar uchun nimani o'z ichiga olishi kerak
Idishdagi aralashmaning termal qarshiligini istisno qiladigan qozonli quvvat yig'ish uchun termal model tizimli ravishda ulanish haroratini kam baholaydi. To'g'ri yondashuv quyidagilarni o'z ichiga oladi:
Har bir tarqaladigan komponentning termal qarshiligi-uchun-birikma (komponentlar ma'lumotlar varaqasidan).
Komponent paketi va uning atrofidagi idish aralashmasi o'rtasidagi aloqa qarshiligi (interfeysdagi namlanish va bo'shliq tarkibiga bog'liq).
Idish qatlamining komponent yuzasidan birinchi sovutish chegarasigacha (qo'shimcha devori, sovutgich yoki PCB mis tekisligi) ommaviy termal qarshilik.
Poting va sovutish chegarasi o'rtasidagi aloqa yoki interfeys qarshiligi.
Sovutish chegarasining termal qarshiligi (qo'shimcha devor qalinligi va materiali, sovutgichning samaradorligi).
Idish qatlamining issiqlik qarshiligi dominant atama - bo'lgan yig'ilishlarda uni modeldan olib tashlash o'lchangan qiymatdan - sezilarli darajada past bo'lgan ulanish haroratini keltirib chiqarishi bilan aniqlanadi, idishdagi aralashmaning issiqlik o'tkazuvchanligini tanlash bevosita issiqlik dizayniga ta'sir qiladi. Bu 0,5 Vt/m·K ga nisbatan 1,5 Vt/m·K ni belgilash tizim ishonchliligida sezilarli farqni keltirib chiqaradigan holat.
Issiqlik o'tkazuvchan qozon muammoni hal qilmasa
1,5 Vt/m·K quvvatli qozon aralashmasini belgilash quyidagi hollarda haddan tashqari harorat muammosini hal qilmaydi:
Komponent birikmasi-va{1}}xodisa qarshiligi dominant atama hisoblanadi.Agar komponentning o'zi termal darboğaz bo'lsa, idish aralashmasining o'tkazuvchanligini yaxshilash juda kam ta'sir qiladi. Materiallarni o'zgartirishdan oldin qaysi qarshilik ustunligini aniqlash uchun to'liq termal modelni tahlil qilish kerak.
Idish qismi yupqa (5 mm dan past).Past qalinlikda, kostryulkalar qatlamining mutlaq issiqlik qarshiligi o'tkazuvchanlikdan qat'i nazar, kichikdir. 5 mm qalinlikdagi qatlamli qatlam uchun 1,5 Vt/m·K ni belgilash, muhim termal foydasiz jarayonning murakkabligini oshiradi.
Idishning tashqi yuzasi va atrof-muhit o'rtasidagi sovutish yo'li cheklovchi qarshilik hisoblanadi.Agar korpus yuzasidan tabiiy konvektsiya termal darboğaz bo'lsa, qozon qatlamining qarshiligini pasaytirish, to'siqni bir qadam tashqariga siljitadi -, bu ulanish haroratini mutanosib ravishda kamaytirmaydi.
Bo'shliqlar va plomba taqsimoti nazorat qilinmaydi.10-15% bo'shliqqa ega bo'lgan issiqlik o'tkazuvchan birikma nol bo'shliqqa ega bo'lgan standart birikmadan yaxshiroq ishlashi mumkin emas, chunki bo'shliqlar mahalliy issiqlik qarshiligini hosil qiladi, bu esa ommaviy o'tkazuvchanlikni oshirishdan oshadi.
Qalin{0}}bo'limda issiqlikni boshqarish uchun tegishli mahsulot
E533/H533 1,5 Vt/m·K issiqlik o'tkazuvchanligi va 127 daraja Tg ni ta'minlovchi ikki komponentli, ikki komponentli epoksi idish aralashmasidir. Nominal xususiyatlarini rivojlantirish uchun ikki bosqichli issiqlik bilan ishlov berish (80 daraja × 2 soat + 120 daraja × 4 soat) talab qilinadi. Asosiy komponent (E533) 25 daraja - mexanik aralashtirishda 500 000–1 500 000 cps yopishqoqlikka ega va 50 gradusda qizdirilgan tarqatishda (aralash yopishqoqlik 700–1500 cps ga tushadi) va izchil plomba hosil boʻlishi uchun zarur boʻladi.{2}5.
E120665 fayli (E-53(Y)/H-53(Y) roʻyxatida keltirilgan) boʻyicha UL 94 V{5}}0 sertifikatlash holati spetsifikatsiyadan oldin Fong Yong Chemical bilan tasdiqlanishi kerak, chunki 2025-yil dekabrdagi keyingi sinov holati tekshirishni talab qiladi. Hozirda faol UL sertifikatiga muhtoj bo'lgan muhandislar UL ro'yxatiga kiritilgan yakuniy mahsulotga E533/H533 ni kiritishdan oldin qayta tiklash vaqtini tasdiqlashlari kerak.
Asosiy muhandislik savollari
Issiqlik o'tkazuvchanligi spetsifikatsiyasi qozonning qaysi qalinligida muhim ahamiyatga ega?
Qo'pol ko'rsatma sifatida, qozonli qatlam taxminan 8-10 mm dan oshganda va quvvatni yo'qotish zichligi 1 Vt/sm² dan oshganda, qozon qatlamining issiqlik qarshiligi yo'ldagi boshqa termal qarshiliklarga nisbatan sezilarli bo'ladi. Ushbu chegaralardan pastda, qozon qatlamining mutlaq qarshiligi odatda dominant atama emas va issiqlik o'tkazuvchanligini 0,5 dan 1,5 Vt / m · K gacha oshirish ulanish haroratining 5 darajadan kamroq yaxshilanishiga olib keladi. Bu materialni o'zgartirish to'g'risida qaror qabul qilishdan oldin raqamlarni o'ziga xos geometriya uchun to'liq termal modelda ishlatish orqali tasdiqlanishi kerak.
Murakkabning ko'rsatilgandek ishlashini tekshirish uchun ishlab chiqarish namunalarida issiqlik o'tkazuvchanligini o'lchash mumkinmi?
Ha, lekin o'lchov ideal sharoitda tayyorlangan laboratoriya namunalarida emas, balki ishlab chiqarish partiyasi hajmi va gazsizlantirish sharoitida tayyorlangan davolangan namunalarda amalga oshirilishi kerak. Yuqori to'ldirilgan tizimlarda issiqlik o'tkazuvchanligi bo'shliq tarkibiga va plomba taqsimotiga sezgir. Tarkibida 5% boʻshliq boʻlgan va toʻliq boʻlmagan toʻldiruvchi-toʻgʻri aralashtirilmagan{4}}dispersiyaga ega boʻlgan ishlab chiqarish namunasi 1,5 Vt/m·K oʻrniga 0,8–1,0 Vt/m·K ni oʻlchashi mumkin. Ishlab chiqarish namunalarida issiqlik o'tkazuvchanligini davriy o'lchash- to'g'ri tekshirish yondashuvidir, faqat TDS qiymatlariga tayanmaydi.
Ish paytida qozon tarkibidagi Tg uning issiqlik o'tkazuvchanligiga ta'sir qiladimi?
Yuqori to'ldirilgan tizimlarda issiqlik o'tkazuvchanligi mexanik xususiyatlarga qaraganda Tg o'tishiga nisbatan kam sezgir. Tg dan yuqori bo'lgan asosiy tashvish o'lchov barqarorligi va o'rmalanishdir - birikma yumshaydi, CTE taxminan 2-3× ga oshadi va doimiy yuklanish idishning-komponent interfeysida siljishni keltirib chiqaradi. Issiqlik o'tkazuvchanligi og'ir to'ldirilgan tizim uchun Tg da keskin pasaymaydi, chunki to'ldiruvchi zarrachalar (issiqlikning katta qismini olib yuradigan) joyida qoladi. Termal yuklangan dasturda Tg tashvishi issiqlik o'tkazuvchanligi- bilan bog'liq emas, balki mexanikdir.
Keyingi qadamlar - Fong Yong Chemical bilan bog'laning
