1. ábra.A vastag -metszetű, edényes tápmodulok hőkamerás képalkotása gyakran felfedi a beágyazó réteget, mint a domináns hőellenállást -, amely változó a legtöbb kezdeti hőmodellből hiányzik.
A termikus modell teljes terhelés mellett 95 fokos csomóponti hőmérsékletet mutatott. A szerelvény 118 fokban működik. Az alkatrészek visszaküldése 14 hónapos kortól kezdődik - IGBT-kapu küszöbeltolódás, elektrolitkondenzátor meghibásodás, a forrasztási kötés fáradása a nagy-disszipációs zóna körül koncentrálódik. A mérnöki csapat megvizsgálja az alkatrészek minőségét. A PCB réz súlya. A hűtőborda érintkezési ellenállása. Senki sem nyitja meg a termikus modellt, és nem ad hozzá egy sort az epoxi tömítőanyaghoz az alkatrész és a burkolat fala közé. Ez a sor, ha szerepelt volna, 0,04–0,06 K/W/cm² hőellenállási hozzájárulást mutatott volna szabványos cserépvastagságnál -, amely elegendő volt ahhoz, hogy a modell és a mérés közötti eltérések nagy részét figyelembe vegye.
A 0,5 W/m·K szabványos epoxigyanta keverékek nem hősemlegesek a vastag -szelvényű kivitelben. Lánggátló funkcióval rendelkező hőszigetelők-. A teljesítményelektronikai termikus modellben termikusan átlátszóként való kezelése a csomóponti hőmérsékleti probléma oka, nem pedig tünete.
Egy cserepes réteg hőállósága: mennyiségi értékelés
A síkrétegen keresztüli hőellenállást a következőképpen számítjuk ki: R=t / (k × A), ahol t a rétegvastagság, k a hővezető képesség, A pedig a keresztmetszeti terület. Szabványos virágcseréphez k=0.5 W/m·K:
10 mm vastagságnál, 1 cm² területen: R=0.010 / (0,5 × 0,0001)=0.20 K/W
15 mm vastagságnál, 1 cm² területen: R=0.015 / (0,5 × 0,0001)=0.30 K/W
20 mm vastagságnál, 1 cm² területen: R=0.020 / (0,5 × 0,0001)=0.40 K/W
Ezek nem elhanyagolható értékek. A 15 mm × 1 cm²-es cseréprészen keresztül 5 W-ot disszipáló teljesítménymodul 0,5 W/m·K - mellett 1,5 fokkal hőmérséklet-emelkedést tapasztal az edényben, ami kicsinek hangzik, amíg a keresztmetszeti terület -2 cm², a disszipáció 20 W és a forró pont koncentrálódik. Sűrű teljesítménymodul-elrendezéseknél, ahol több disszipáló komponens osztozik egy tartálytérfogaton, a bevonatréteg kumulatív hőellenállása 15–30 fokkal járul hozzá a csatlakozáshoz-a környezeti költségkerethez, ha ezt a hozzájárulást nem modellezték.
A k=1.5 W/m·K mellett ugyanaz a geometria adja a hőellenállás egy-harmadát. Az, hogy ennek a csökkentésnek van-e értelme, attól függ, hogy mekkora a többi ellenállás a termikus úton -, ha az alkatrésznek a kereszteződése-a-betét ellenállása dominál, az edénykeverék javítása csekély előnnyel jár. A beágyazóréteg hőellenállása akkor a legkövetkezményesebb, ha ez a domináns kifejezés az útvonalon, amely vastag -szelvényű kialakításokban fordul elő, viszonylag alacsony-ellenállású hűtési útvonalakkal a külső felületen.
2. ábra.Egy 15 mm vastag cserépszakaszban a 0,5 W/m·K-ról 1,5 W/m·K-ra való váltás körülbelül kétharmaddal csökkenti az edényréteg hőellenállását. Az, hogy ez a csökkenés jelentős-e, a hőpályán lévő egyéb ellenállások relatív nagyságától függ.
Ahol a vastag{0}}metszet termikus ellenállása dominál
Nem minden cserepes szerelvény érzékeny az edénykeverék hővezető képességére. A következő tervezési feltételek azonosítják azokat az eseteket, amikor a cserepes réteg valószínűleg domináns hőellenállást jelent:
A cserépszelvény vastagsága 8-10 mm felett.Ez alatt a tartomány alatt az edényréteg abszolút hőellenállása jellemzően kicsi az út egyéb ellenállásaihoz képest. E tartomány felett, különösen, ha a hűtőfelület a burkolat külső fala, gyakran az edényréteg lesz a domináns kifejezés.
1 W/cm² feletti teljesítménydisszipációs sűrűség a tartálytérfogatban.Alacsony disszipációs sűrűség esetén a hőmérséklet-különbség az edényrétegen belül még 0,5 W/m·K-nál is elfogadható határokon belül marad. A teljesítménysűrűség növekedésével ugyanaz a hőellenállás arányosan nagyobb hőmérséklet-különbségeket produkál.
A hűtési útvonal topológiája, ahol a hőnek át kell vezetnie az edényréteget, hogy elérje a hűtőfelületet.Azokban az összeállításokban, ahol a hűtőborda vagy a burkolat fala az elsődleges hűtési útvonal, és az edényes térfogat választja el az alkatrészt ettől a felülettől, nincs megkerülési út - 100%-ban az alkatrész disszipált hőjének át kell vezetnie a tartályon. Azokban a szerelvényekben, ahol az alkatrész hűthető vezetékeken, egy PCB rézsíkon vagy a házzal való közvetlen érintkezés útján, a beágyazódási hozzájárulás csökken.
Folyamatos terhelésű alkalmazások termikus ciklusmentesség nélkül.Az a komponens, amely folyamatosan a csomóponti hőmérsékleti határ közelében fut, lineárisan halmoz fel degradációt. A csomóponti hőmérséklet 15 fokos csökkenése -, amely bizonyos geometriákon - cserépkeverék kiválasztásával érhető el, megduplázhatja az alkatrészek élettartamát az Arrhenius-modell leromlása esetén.
Miért alacsony a szabványos epoxi hővezető képesség, és mi növeli?
A töltetlen és enyhén töltött epoxigyanták hővezető képessége 0,15–0,25 W/m·K tartományba esik. Ez a térhálósított polimer mátrix - velejárója, hogy a polimerláncok rossz hővezetők, mivel az amorf polimerekben a hőátadás elsősorban a láncok mentén zajló rezgési energiaátvitel révén történik, ami a kristályos anyagokhoz képest nem hatékony. A szabványos lángkésleltető epoxi edénykeverékekre jellemző 0,5–0,7 W/m·K értékek - általában ugyanazokat a szervetlen töltőanyagokat képviselik, amelyek hozzájárulnak az égésgátlási funkcióhoz -, de a feldolgozhatóságra és a lángteljesítményre, nem pedig a hővezetésre optimalizált töltőanyag-terhelésnél.
Az 1,5 W/m·K eléréséhez lényegesen nagyobb töltőanyag-terhelésre van szükség hővezető szervetlen részecskékkel -, jellemzően alumínium-hidroxiddal, alumínium-oxiddal vagy bór-nitriddel 50% feletti térfogathányadoknál. A kompromisszum az alapkomponens viszkozitásának meredek növekedése: az 1,5 W/m·K készítmény alapviszkozitása általában 500 000–1 500 000 cps tartományba esik 25 fokon, szemben a 4 000–10 000 cps 16 szabványos lángálló rendszerrel. Ez a viszkozitási tartomány mechanikus előkeverést és lehetőleg 50 fokos melegített adagolást igényel, hogy üregmentes -kitöltés érhető el a zárt edényüregekben. A hővezetőképesség-növekedés valós, de olyan folyamatfegyelem-követelménnyel jár, amely a szabványos epoxi cserépben nincs jelen.
Egy kritikus, de gyakran figyelmen kívül hagyott pont:egy erősen feltöltött rendszer hővezető képessége csak akkor érhető el, ha a töltőanyag egyenletesen oszlik el a kikeményedett szakaszban.A töltőanyag raktározás közbeni leülepedése az alapkomponensben -, ami jelentős azokban a rendszerekben, ahol a részecskesűrűség lényegesen meghaladja a gyantahordozót -, változó töltőanyag-eloszlású, így változó hővezető képességű kikeményedett szakaszt hoz létre. A kikeményedett rész egy pontján mért hővezetőképesség nem feltétlenül jelenti a tömeg átlagát, és nem jelenti azokat a szakaszokat, ahol a töltőanyagot{3}}kimerített felső anyag öntötték. Ez nem anyaghiba - hanem kezelési hiba. Az alapkomponens előkeverése az eredeti tartályban a mérlegelés előtt nem kötelező a nagy-töltésű rendszerekben.
3. ábra.A töltőanyag leülepedése az E533 alapkomponensben elég jelentős a tárolás során ahhoz, hogy mérhető egyenetlenséget hozzon létre a kikeményedett hővezető képességben, ha a tartályt nem keverik újra mechanikusan- a mérés előtt.
Az üregek problémája: Miért fontosabb a gáztalanítás a hővezető rendszerekben?
A szabványos 0,5 W/m·K epoxi tömítőanyagban a bezárt üregek csökkentik a helyi dielektromos szilárdságot és feszültségkoncentrációs helyeket hoznak létre. Egy hővezető vegyületben, amelyet hővezetésre terveztek, az üregeknek van egy további és súlyosabb következménye is: ezek hőszigetelők, amelyek hővezető mátrixba vannak ágyazva.
A levegő hővezető képessége környezeti feltételek mellett megközelítőleg 0,026 W/m·K - a környező 1,5 W/m·K mátrix nagyjából 1/58-a. A hővezető mátrixban lévő gömb alakú üreg olyan helyi hőellenállást hoz létre, amely nagyságrendekkel nagyobb, mint a környező anyagé. Egy vastag -szelvényű tápmodulban, ahol a tervezési cél az, hogy a hőt az edényen keresztül a burkolat falához vezesse, a kritikus helyen lévő üregek csoportja helyi termikus szűk keresztmetszetet hozhat létre, amely meghiúsítja a nagyobb -vezetőképességű vegyület meghatározásának célját.
A vákuum-gáztalanítás ezért inkább a hővezető rendszerekben következetes, mint a szabványos rendszerekben. A szabványos rendszerek gáztalanítása melletti érv elsősorban a dielektromos - üregek csökkentik az effektív dielektromos szilárdságot. A hővezető rendszer gáztalanítása mellett dielektromos és termikus is érv. Az, hogy egy adott alkalmazáshoz szükség van-e gáztalanításra, az üreg geometriájától és a gondos adagolással elérhető üregtartalomtól függ, de a nagy-teljesítményű-sűrűségű cserepes moduloknál a biztonságos feltételezés az, hogy gáztalanításra van szükség, kivéve, ha az üreg kitöltésének minőségét reprezentatív mintákon ellenőrizték.
Az üveg átmeneti hőmérséklete és kapcsolata a hőteljesítménnyel
Egy hővezető edénykeveréket használnak forró környezetben a definíció szerint -, amely az alkalmazási feltétel motiválta a kiválasztást. A kikeményedett rendszer üvegesedési hőmérséklete (Tg) határozza meg, hogy milyen hőmérsékleten kezd megváltozni az edény mechanikai formája. Tg alatt a vegyület üvegszerű, merev és mérettartó. Tg felett a polimer hálózat gumiszerű állapotba kerül, jelentősen csökkentett modulussal és gyorsan növekvő CTE-vel.
Egy megemelt hőmérsékleten működő edényes teljesítmény-szerelvény esetén a vegyület Tg-je határozza meg a megbízható méretstabilitás felső határát -, nem pedig a folyamatos üzemi hőmérséklet maximumát, amelyhez Tg alatti hőkülönbözet szükséges. Ha az öntési szakasz maghőmérséklete megközelíti vagy meghaladja a Tg-t normál működés közben, a vegyület saját hőtágulási terhelése alatt kúszik, ami potenciálisan megrepedhet a beágyazott alkatrészekkel vagy a burkolattal.
Ez azt jelenti, hogy a hővezető vegyület Tg-szükségletét a termikus modell kimenete - határozza meg, konkrétan a cserepes szakasz előrejelzett maghőmérséklete maximális folyamatos terhelés mellett -, nem pedig a burkolat környezeti hőmérséklete. Egy sűrű teljesítménymodulban, ahol a cserepes réteg csökkenti a csatlakozási hőmérsékletet, de a cserepes massza magja még mindig eléri a 110 fokot, értelmes a 127 fokos Tg-értékkel rendelkező vegyület (~17 fok üzemi ráhagyással). A 70 fokos Tg-vel rendelkező vegyület ilyen körülmények között elveszítené a méretstabilitást.
Mit kell tartalmaznia egy megfelelő termikus modellnek cserepes szerelvényekhez?
Az edényes erőműszerelvények hőtechnikai modellje, amely kizárja az edénykeverék hőellenállását, szisztematikusan aluljósolja a csomópont hőmérsékletét. A helyes megközelítés a következőket tartalmazza:
Az egyes disszipáló komponensek hőellenállásának -a-bemenete (az összetevő adatlapjáról).
Az alkatrészcsomag és a környező ültetőanyag közötti érintkezési ellenállás (a felület nedvesedésétől és üregtartalmától függ).
A bevonatréteg ömlesztett hőellenállása az alkatrész felületétől az első hűtési határig (házfal, hűtőborda vagy PCB réz síkja).
Az érintkezési vagy interfész-ellenállás az edény és a hűtési határ között.
Magának a hűtési határnak a hőellenállása (burkolat falvastagsága és anyaga, hűtőborda hatásfoka).
Azokban az összeállításokban, ahol a hordozóréteg hőellenállása a domináns kifejezés - azzal azonosítható, hogy a modellből való eltávolítása a csomóponti hőmérsékletet lényegesen a mért érték alatt - eredményezi, az edénykeverék hővezető képességének kiválasztása közvetlenül befolyásolja a hőtervezést. Ez az az állapot, amikor 1,5 W/m·K és 0,5 W/m·K megadása jelentős különbséget eredményez a rendszer megbízhatóságában.
Amikor a hővezető cserép nem oldja meg a problémát
Az 1,5 W/m·K edénykeverék megadása nem oldja meg a csomópont túlmelegedési problémáját, ha:
A komponens csomópontja-a kis- és nagybetűkkel való ellenállás{1}}a domináns kifejezés.Ha maga a komponens jelenti a termikus szűk keresztmetszetet, akkor az edénykeverék vezetőképességének javítása marginális hatással bír. A teljes termikus modellt elemezni kell, hogy az anyagcsere előtt melyik ellenállás a domináns.
A cserepes rész vékony (5 mm alatti).Alacsony vastagságnál a cserepes réteg abszolút hőellenállása a vezetőképességtől függetlenül kicsi. Ha 1,5 W/m·K-t adunk meg az 5 mm-es hordozóréteghez, akkor a folyamat bonyolultabbá válik, anélkül, hogy jelentős hőhatást okozna.
Az edény külső felülete és a környezet közötti hűtési út a korlátozó ellenállás.Ha a termikus szűk keresztmetszet a burkolat felületének természetes konvekciója, akkor az edényréteg ellenállásának csökkentése a szűk keresztmetszetet egy lépéssel kifelé mozdítja -, ez nem csökkenti arányosan a csatlakozási hőmérsékletet.
Az üregek és a töltőanyag eloszlása nem szabályozott.Egy 10-15% hézagtartalmú hővezető vegyület nem teljesíthet jobban, mint egy normál, nulla üregű vegyület, mivel az üregek olyan helyi hőellenállást hoznak létre, amely meghaladja a térfogati vezetőképesség javulását.
Kapcsolódó termék hőkezeléshez vastag{0}}szelvényű cserépben
Az E533/H533 egy erősen töltött, két-komponensű epoxigyanta keverék, amely 1,5 W/m·K hővezető képességet és 127 fokos Tg-t biztosít. Két-lépcsős hőkezelést igényel (80 fok × 2 óra + 120 fok × 4 óra), hogy kifejlessze névleges tulajdonságait. Az alapkomponens (E533) viszkozitása 500 000–1 500 000 cps 25 fokos - mechanikus előkeverésnél és 50 fokos melegített adagolásnál (ahol a kevert viszkozitás 700–1 500 cps-re esik le) és az üreges tulajdonságok egyenletes kifejlődéséhez, és üregmentesség szükséges.
Az UL 94 V-0 tanúsítvány állapotát az E120665 fájlban (amely E-53(Y)/H-53(Y) néven szerepel) a specifikáció előtt meg kell erősíteni a Fong Yong Chemical vállalattal, mivel a 2025. decemberi nyomon követési tesztelési állapot ellenőrzést igényel. A jelenleg aktív UL-tanúsítványt igénylő mérnököknek meg kell erősíteniük a visszaállítás ütemtervét, mielőtt az E533/H533-at belefoglalnák az UL-listán szereplő végtermékbe.
👉 🔗 E533/H533 termékoldal - Műszaki adatok, Hővezetőképesség, Alkalmazási megjegyzések
Kulcsfontosságú mérnöki kérdések
Milyen edényvastagságnál kezd számítani a hővezető képességre vonatkozó specifikáció?
Hozzávetőleges iránymutatásként elmondható, hogy az edényréteg hőellenállása akkor válik jelentőssé az út többi hőellenállásához képest, ha a cserepes szakasz meghaladja a körülbelül 8-10 mm-t, és a teljesítménydisszipáció sűrűsége meghaladja az 1 W/cm²-t. Ezek alatt a küszöbértékek alatt a beágyazóréteg abszolút ellenállása jellemzően nem a domináns kifejezés, és a hővezető képesség 0,5-ről 1,5 W/m·K-ra történő növelése kevesebb, mint 5 fokkal javítja a csatlakozási hőmérsékletet. Ezt meg kell erősíteni a számok futtatásával egy teljes termikus modellben az adott geometriára vonatkozóan, mielőtt döntést hozna az anyagcseréről.
Mérhető-e a hővezető képesség a gyártási mintákon annak ellenőrzésére, hogy a vegyület a megadott módon működik?
Igen ám, de a mérést gyártási tételnagyságban és gáztalanítási körülmények között készült kikeményített mintákon kell elvégezni, nem ideális körülmények között elkészített laboratóriumi mintákon. A nagy telítettségű rendszerek hővezető képessége érzékeny az üregtartalomra és a töltőanyag eloszlására. Az 5%-os hézagtartalommal és nem teljes töltőanyag-vissza-diszperzióval rendelkező, nem megfelelő elő-keverésből származó gyártási minta 0,8–1,0 W/m·K 1,5 W/m·K helyett. A gyártási -reprezentatív minták hővezetőképességének időszakos mérése a helyes ellenőrzési megközelítés, nem csupán a TDS-értékekre hagyatkozni.
Befolyásolja-e a virágkeverék Tg-je a hővezető képességét működés közben?
A nagy töltöttségű rendszerek hővezető képessége kevésbé érzékeny a Tg átmenetre, mint a mechanikai tulajdonságok. A Tg feletti elsődleges szempont a méretstabilitás és a kúszás - a vegyület meglágyul, a CTE körülbelül 2–3-szorosára nő, és a tartós terhelés kúszást okoz a cserep-komponens interfészén. A hővezető képesség nem csökken drámaian Tg-nél egy erősen töltött rendszer esetén, mivel a töltőanyag részecskék (amelyek a hő nagy részét hordozzák) a helyükön maradnak. A termikusan terhelt alkalmazások Tg-problémája mechanikai jellegű, nem a hővezető képességgel{7}} kapcsolatos.
Következő lépések - Vegye fel a kapcsolatot a Fong Yong Chemical vállalattal
