CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
3.4. Kiểm tra nhiệt trở
3.4.1. Kiểm tra nhiệt trở của mẫu tấm dán với thành phần cao su silicon pha trộn dầu silicon trộn dầu silicon
Hình 3.4. Kết quả kiểm tra nhiệt trở của mẫu tấm dán SiD/SiK theo các tỉ số khối lượng khác nhau.
Hình 3.4 cho thấy sự phụ thuộc của nhiệt trở vào tỉ lệ của dầu silicon của tấm dán truyền dẫn nhiệt trung gian với thành phần cao su silicon pha trộn với dầu silicon. Kết quả cho thấy nhiệt trở của tấm dán giảm khi ta tăng nồng độ dầu silicon. Nguyên nhân dẫn đến sự sụt giảm của nhiệt trở có thể kết luận là do khi ta tăng nồng độ dầu silicon giúp tấm dán trở nên mềm dẻo, và có độ bám dính cao hơn. Điều này giúp cho tấm dán tương tác tốt với các bề mặt thiết bị, bên cạnh đó tấm dán có mô đun đàn hồi lớn có khả năng uốn lượn theo độ mấp mô của thiết bị để tương thích tốt với các bề mặt, giảm bề dày lớp tiếp xúc giúp làm giảm nhiệt trở.
Quan sát hình 3.4, ta nhận thấy rằng nhiệt trở giảm mạnh lúc ban đầu sau đó giảm rất chậm khi nồng độ dầu silicon tăng lên. Nguyên nhân nhiệt trở giảm nhưng không đáng kể là do độ dẫn nhiệt của silicon không cao. Tuy nhiên, việc tăng nồng độ silicon dầu ngoài việc cải thiện cơ tính của tấm dán còn giúp giảm độ nhớt của hỗn hợp silicon, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trộn với hạt dẫn nhiệt.
7.05E-03 4.32E-03 2.07E-03 2.10E-03 1.32E-03 8.66E-04 0.00E+00 1.00E-03 2.00E-03 3.00E-03 4.00E-03 5.00E-03 6.00E-03 7.00E-03 8.00E-03 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Nhiệt trở (m 2K/W)
3.4.2. Kiểm tra nhiệt trở của mẫu tấm dán với thành phần cao su silicon pha trộn Al2O3 trộn Al2O3
Hình 3.5. Kết quả kiểm tra nhiệt trở theo tỉ lệ Al2O3 của mẫu tấm dán với thành
phần cao su silicon pha trộn Al2O3 (A-42).
Hình 3.5 cho thấy sự phụ thuộc của nhiệt trở vào tỉ lệ hạt dẫn nhiệt Al2O3 của tấm dán với thành phần cao su silicon pha trộn Al2O3. Có thể thấy rằng khi tăng nồng độ hạt dẫn nhiệt thì nhiệt trở giảm. Để giải thích cho điều này ta sẽ xem xét đến sự phân bố của hạt dẫn nhiệt trong tấm dán. Khi nồng độ hạt thấp các hạt nằm cách xa nhau và được silicon bao xung quanh. Do đó xác suất các hạt tiếp xúc với nhau để hình thành đường dẫn nhiệt liên tục là rất thấp, như vậy silicon có độ dẫn nhiệt thấp sẽ đóng vai trò dẫn nhiệt chính làm cho tấm dán có nhiệt trở cao. Khi nồng độ hạt dẫn nhiệt cao hơn các hạt dẫn nhiệt sắp xếp chặt khít hơn, xác suất hình thành đường dẫn nhiệt liên tục lớn hơn. Lúc này silicon không bao trọn hạt dẫn nhiệt mà chỉ phủ theo hình dạng và lấp đầy vào các chỗ trống trong cấu trúc. Hạt dẫn nhiệt đóng vai trò chính trong dẫn nhiệt, còn silicon chỉ giúp định hình và cải thiện nhiệt tiếp xúc bên trong tấm dán.
3.46E-03 3.31E-03 2.19E-03 1.47E-03 8.99E-04 0.00E+00 5.00E-04 1.00E-03 1.50E-03 2.00E-03 2.50E-03 3.00E-03 3.50E-03 4.00E-03 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Nhi ệt trở (m 2K/ W)
3.4.3. Kiểm tra nhiệt trở của mẫu tấm dán với thành phần hỗn hợp silicon pha trộn Al2O3 trộn Al2O3
Hình 3.6. Kết quả đo nhiệt trở theo tỉ lệ Al2O3 của tấm dán với thành phần hỗn hợp
silicon pha trộn Al2O3 (A-42).
Hình 3.6 cho thấy sự phụ thuộc của nhiệt trở vào tỉ lệ hạt dẫn nhiệt Al2O3 của
tấm dán với thành phần gồm hỗn hợp cao su silicon và dầu silicon pha trộn Al2O3.
Khi tăng nồng độ hạt dẫn nhiệt thì nhiệt trở giảm. Để giải thích cho điều này ta xem xét đến sự phân bố của hạt dẫn nhiệt trong tấm dán. Khi nồng độ hạt dẫn nhiệt thấp, các hạt nằm cách rải rác được silicon bao xung quanh. Do đó xác suất các hạt tiếp xúc với nhau để hình thành đường dẫn nhiệt liên tục là rất thấp, như vậy silicon có độ dẫn nhiệt thấp sẽ đóng vai trò dẫn nhiệt chính làm cho tấm dán có nhiệt trở cao. Khi nồng độ hạt dẫn nhiệt cao hơn các hạt dẫn nhiệt sắp xếp chặt khít hơn, xác suất hình thành đường dẫn nhiệt liên tục lớn hơn. Lúc này silicon không bao trọn hạt dẫn nhiệt mà chỉ phủ theo hình dạng và lấp đầy vào các chỗ trống trong cấu trúc. Hạt dẫn nhiệt đóng vai trò chính trong dẫn nhiệt, silicon giúp định hình và cải thiện nhiệt tiếp xúc bên trong tấm dán. Tuy nhiên, nhìn vào đồ thị ta có thể thấy khoảng chênh lệch nhiệt trở giữa các điểm là không đều và có xu hướng giảm dần lần lượt là 5,50E-4; 4,85E-4; 2,07E-4. Nguyên nhân là do khi nồng độ hạt dẫn nhiệt càng tăng cao thì độ phân tán càng khó làm cho nhiệt trở giảm chậm lại và có khả năng không giảm tiếp hoặc tăng lên sau khi đạt đến giá trị tối ưu.
1.89E-03 1.34E-03 8.55E-04 6.48E-04 0.00E+00 2.00E-04 4.00E-04 6.00E-04 8.00E-04 1.00E-03 1.20E-03 1.40E-03 1.60E-03 1.80E-03 2.00E-03 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 N hiệt trở (m 2K/W)
Từ kết quả đo nhiệt trở của tấm dán truyền dẫn nhiệt trung gian hai thành phần gồm cao su silicon/Al2O3 và ba thành phần gồm hỗn hợp silicon/Al2O3 ở hình 3.5 và 3.6 ta có thể nhận thấy rằng việc pha trộn dầu silicon giúp làm giảm nhiệt trở của tấm dán truyền dẫn nhiệt trung gian. Sự cải thiện này là do hai yếu tố chính tạo thành. Nguyên nhân đầu tiên là do sự thay đổi về mặt tính chất cơ lý, dầu silicon góp phần làm cho tấm dán trở nên đàn hồi hơn, tương thích tốt hơn với các mấp mô bề mặt. Nguyên nhân thứ hai là do dầu silicon góp phần làm giảm độ nhớt cả hỗn hợp silicon giúp tăng nồng độ tối đa của Al2O3. Như đã phân tích ở trên việc tăng nồng độ hạt dẫn nhiệt sẽ góp phần làm giảm nhiệt trở của tấm dán, tuy nhiên do cao su silicon có độ nhớt cao, gây ra giới hạn nồng độ Al2O3 về mặt thực nghiệm. Chưa thể tìm ra điểm tối ưu nhưng thí nghiệm bị giới hạn bởi không thể tăng nồng độ Al2O3. Nếu sử dụng cao su silicon thì tỉ lệ tối đa có thể trộn với Al2O3 là 1:1 tương ứng với với nhiệt trở là 8,99E-4 và khi sử dụng hỗn hợp silicon ta có thể trộn với nhiều Al2O3 hơn với tỉ lệ là 1:2 có nhiệt trở là 6,48E-4. Như vậy việc sử dụng hỗn hợp silicon từ cao su silicon và dầu silicon cho thấy hiệu suất tản nhiệt tốt hơn việc sử dụng silicon một thành phần.
3.4.4. Kiểm tra nhiệt trở của mẫu tấm dán với thành phần hỗn hợp Al2O3 với các kích thước khác nhau các kích thước khác nhau
Hình 3.7 cho thấy kết quả kiểm tra nhiệt trở của các mẫu tấm dán truyền dẫn nhiệt trung gian sử dụng Al2O3 được trộn lẫn từ hai kích thước khác nhau là A12 (45-50µm) và A42 (5-7µm). Đồ thị biểu diễn theo chiều tăng dần nồng độ của hạt nhôm kích thước lớn A12. Nhiệt trở của tấm dán sử dụng hạt nhôm có hai kích thước cho thấy nhiệt trở thấp hơn so với sử dụng một hạt kích thước nhỏ A42.
Nguyên nhân của sự giảm nhiệt trở này là do các hạt Al2O3 kích thước lớn đã giúp
rút ngắn quãng đường truyền nhiệt đồng thời làm tăng xác suất hình thành các con đường truyền nhiệt liên tục. Bên cạnh đó khi các hạt kích thước lớn tiếp xúc với nhau sẽ để lại các lỗ trống kích thước lớn, các hạt Al2O3 kích thước nhỏ sẽ phân tán để lấp đầy vào các lỗ trống đo hạt lớn để lại. Ngoài ra các hạt kích thước nhỏ cũng lấp đầy vào các mấp mô vi mô mà các hạt lớn không thể lấp đầy. Sự sắp xếp của hai kích thước hạt góp phần giảm nhiệt trở tiếp xúc bên trong tấm dán đồng thời cũng làm giảm nhiệt trở tiếp xúc giữa tấm dán truyền dẫn nhiệt trung gian với hai bề mặt kim loại.