Termiskt: Vad köpare behöver veta

Termisk hantering är elektronikens undanskymda hjälte, som ser till att enheter hålls svala och fungerar ordentligt. Att kunna identifiera olika typer av termiska produkter, att förstå hur de fungerar och förstå avvägningarna kring ledtider kan hjälpa inköpspersonal att hitta den bästa lösningen.

Att konstruera en termisk lösning är inte något som inköpare vanligtvis kan göra ensamma. Ingenjörer behövs oftast, eftersom det krävs ett annat tillvägagångssätt än att köpa elektronikkomponenter av standardtyp.

Ett sätt att dela upp olika typer av termiska produkter är i aktiv kylning och passiv kylning. Aktiv kylning använder elektrisk ström för att ge kylning, såsom en fläkt (AC ellerDC) eller ett Peltier-element. Kylteknik som inte kräver ström omfattar bl.a. fett, kitt och termopaddar.

Figur 1:CopalsF310R-05LLC, en axiell 5 V_DC-fläkt kan användas för aktiv kylning. (Bildkälla: Nidec Copal Electronics)

Utrymme

Det viktigaste övervägandet är hur mycket utrymme som finns tillgängligt. Till exempel har datorer med stora höljen gott om plats för en fläkt.

Men i produkter som bärbara apparater eller mobiltelefoner är utrymme en kritisk faktor. Stora termiska lösningar fungerar inte. Istället måste termopaddar, geler eller fett användas. Dessa är typer av lösningar som kan användas för att mildra utrymmesbegränsningarna. Det är också viktigt att vara uppmärksam på vilka typer av komponenter och moduler som genererar värme, såsom trådlösa RF-moduler och strömförsörjningar.

Värmeavledning

Värme som genereras av en komponent måste ledas ut från produkten. Det räcker inte att absorbera värmen, den måste överföras till något annat medium - höljet, ett annat område eller ut i luften.

Värmehantering handlar om att ta ut värmen från komponenten och sprida den till andra platser. Om värme absorberas av komponenten i stället för att avlägsnas, kommer den i bästa fall att försämra prestandan och i värsta fall förstöra komponenten.

I produkter där det finns utrymme, kan kylflänsar användas. En kylfläns är en kropp i metall eller en keram som placeras på komponenten. Kylflänsar har flänsar eller ribbor som överför värme från komponenten till luften. Kylflänsen måste monteras tätt anliggande mot komponenten. Komponentens yta kan verka slät men är faktiskt inte det. Ytan mellan kylflänsen och komponenten måste fyllas med ett mellanliggande material som t.ex. en flexibel pad, gel ellerfett. Vissa kylflänsar levereras med den mellanliggande padden integrerad i fundamentet.

Figur 2: Chemtronics kylflänsfett används för att fylla gapet mellan komponenten som kyls ner och en kylfläns för förbättrad värmeöverföring. (Bildkälla: Chemtronics)

Timing

Lika viktigt som vilken lösning som väljs, är när valet görs. De två viktigaste tekniska parametrarna för en termopad, som är en populär lösning, är hur mycket värme den kan avleda och hur snabbt den kan göra det. Det är något som måste beräknas före eller under konstruktionsprocessen. Det måste sedan testas i den faktiska produkten och här bör ingenjörer medverka.

Nästa viktiga parameter att tänka på är hur flexibel padden måste vara. I detta skede är det också viktigt att tänka över om produkten ska använda en pad eller en gel. En gel kan vara bestå av antingen fett eller kitt. Ett problem med fett är att underhållet kan bli problematiskt, smutsigt och kladdigt om en smord komponent behöver bearbetas eller repareras. På lång sikt är fett inte särskilt tillförlitligt eftersom det ibland kan förlora sin form och inte sprids likformigt över komponentens yta. Å andra sidan är fett mycket billigare än andra lösningar.

En pad är bättre i de flesta fall men den bör skäras till för att passa komponentens form. Den anpassade karaktären med en pad-lösning innebär att den kan kosta mer. Inköpspersonal bör ta hänsyn till alla dessa variabler, plus kvaliteten och den extra tid det tar för tillverkaren att klippa till paddarna.

När det gäller ledtider, kommer de flesta tillverkare att offerera en standardtidsskala på ungefär fem till sex veckor, plus kanske en till två ytterligare veckor för förskärning. Vissa tillverkare kan offerera upp till 12 veckor, eftersom materialet som används är en kombination av många råvaror och är därmed beroende av andra tillverkare. Således kan externa problem ge längre ledtider.

Exempelvis förstörde den japanska jordbävningen som inträffade för några år sedan många av limfabrikerna. Lim är en viktig komponent i paddarna, så ledtiderna förlängdes till 16 veckor eller mer. Med covid-19 stängdes vissa fabriker. Digi-Keys ledtider förblev dock opåverkade, till följd av förråden i lager, och pandemins inflytande har varit minimalt. I slutändan beror det på tillämpningen och hur saker konkurrerar med pris.

Spårbarhet

För termisk problemlösning är komponenters spårbarhet också en viktig faktor. DigiKey köper bara direkt från tillverkare för att säkerställa äktheten. Detta hjälper också köpare att snabbt isolera eventuella problem med prototyper och komma snabbare till källan till problemet.

En annan anledning till att spårbarhet är viktigt inom termiskt konstruktionsarbete är produkternas hållbarhet. Med specialpaddar, fett eller kitt är det viktigt att distributören är noga med produkternas hållbarhet. Olika paddar, tillverkare och kemisammansättningar har alla olika hållbarhet: ibland kan det vara ett år, ibland kan det vara fem år och för andra kan den vara oändligt lång. Oavsett vilket, måste detta tas med i beräkningen av duktiga inköpare under inköpsprocessen.

Att hitta lösningar för värmehantering kan vara mer komplext än att hitta typiska elektronikkomponenter, men det kan vara en belönande upplevelse som ger nya vägar för teknik- och inköpsteam att arbeta tillsammans. DigiKey erbjuder tusentals olika komponenter för termiska lösningar, i lager för omedelbar leverans, från mer än 65 välrenommerande varumärken. Som alltid finns DigiKey och dess eget team med ingenjörer tillgängliga för att ge kundsupport dygnet runt till inköpspersonal som behöver fatta beslut om lösningar till termiska utmaningar.