Thermisch: wat kopers moeten weten

Thermisch beheer is de onbezongen held van de elektronica, die apparaten koel houdt en goed laat werken. Voor de aankoop van professionals kan het identificeren van verschillende soorten thermische producten, het begrijpen van hoe ze werken en het herkennen van overwegingen voor doorlooptijden hen helpen de beste oplossing te vinden.

Het ontwerpen van een thermische oplossing is niet iets wat de aankoopprofessionals in hun eentje kunnen doen. Ingenieurs moeten erbij betrokken worden omdat het een andere aanpak vereist dan het sourcen van standaard elektronische componenten.

Een manier om verschillende soorten thermische producten te verdelen is door middel van actieve en passieve koeling. Actieve koeling gebruikt stroom om te koelen, zoals een ventilator(AC of DC) of een Peltier-apparaat. Koeltechnologieën waarvoor geen stroom nodig is, zijn onder andere vet, stopverf of thermische pads.

Afbeelding 1: Deaxiale 5_{VDC-ventilator} F310R-05LLC van Copal kan worden gebruikt voor actieve koeling. (Bron afbeelding: Nidec Copal Electronics)

Ruimte

De belangrijkste overweging is hoeveel ruimte er beschikbaar is. Computers met grote behuizingen hebben bijvoorbeeld veel ruimte voor een ventilator.

Bij toepassingen als wearables of mobiele telefoons is de ruimte een kritische factor. Grote thermische oplossingen werken niet. In plaats daarvan moet gebruik worden gemaakt van warmtekussens, gels of vet. Dit zijn de soorten oplossingen die kunnen worden gebruikt om de beperkingen van de ruimte te beperken. Het is ook belangrijk om te letten op de soorten componenten en modules die warmte genereren, zoals draadloze RF-modules en voedingen.

Warmteverspreiding

De warmte die door een component wordt opgewekt, moet buiten de toepassing worden afgevoerd. Het is niet genoeg om de warmte te absorberen, het moet worden overgebracht naar iets anders, ofwel het geval, een ander gebied, of in de lucht.

Bij thermisch beheer gaat het erom dat de warmte uit het onderdeel wordt gehaald en op andere plaatsen wordt afgevoerd. Als de warmte wordt geabsorbeerd door het onderdeel, in plaats van te worden verwijderd, zal het in het beste geval de prestaties vertragen en in het slechtste geval het onderdeel vernietigen.

In toepassingen waar ruimte beschikbaar is, kunnen koellichamen worden gebruikt. Een koellichaam is een metalen of keramische put die op het onderdeel wordt geplaatst. De koellichamen hebben vinnen of ribben die de warmte van het onderdeel aan de lucht overdragen. Het koellichaam moet strak op het onderdeel worden gemonteerd. Het oppervlak van de component lijkt misschien glad, maar is dat eigenlijk niet. Het oppervlak tussen het koellichaam en het onderdeel moet worden gevuld met een tussenmateriaal zoals een flexibele pad, gel of vet. Sommige koellichamen worden geleverd met het tussenpad dat in de basis is geïntegreerd.

Afbeelding 2: Chemtronics koellichaamvet wordt gebruikt om het gat tussen het te koelen onderdeel en een koellichaam op te vullen voor een betere warmteoverdracht. (Bron afbeelding: Chemtronics)

Timing

Net zo belangrijk als de oplossing die wordt gekozen is wanneer die keuze wordt gemaakt. De twee belangrijkste technische parameters voor een thermisch stootkussen, wat een populaire oplossing is, is hoeveel warmte ze kunnen afvoeren en hoe snel ze het kunnen doen. Dat is iets wat voor of tijdens het ontwerpproces moet worden berekend. Het moet dan worden getest in de eigenlijke toepassing, waar de ingenieurs bij betrokken moeten worden.

De volgende belangrijke parameter om te overwegen is hoe flexibel de pad moet zijn. Op dit punt is het ook belangrijk om te overwegen of de applicatie een pad of een gel moet gebruiken. Een gel kan zowel een vet als een stopverf zijn. Een probleem met vet is dat het onderhoud problematisch, vuil en rommelig kan worden als een gesmeerd onderdeel moet worden bewerkt of gerepareerd. Ook is het vet op lange termijn niet erg betrouwbaar, omdat het soms zijn vorm kan verliezen en zich niet gelijkmatig over het oppervlak van de component verspreidt. Aan de andere kant is vet veel goedkoper dan andere oplossingen.

Een pad is in de meeste gevallen beter, maar het moet worden gesneden om de vorm van het onderdeel aan te passen. Het aangepaste karakter van het gebruik van een pad-oplossing betekent dat het meer kan kosten. Inkoopprofessionals moeten rekening houden met al deze variabelen, plus de kwaliteit en de extra tijd die de fabrikant nodig heeft om de pads te snijden.

Voor doorlooptijden zullen de meeste fabrikanten een standaardtijdschaal van zo'n vijf tot zes weken noemen, plus misschien een tot twee extra weken voor het voorsnijden. Sommige fabrikanten kunnen tot 12-weken citeren omdat het gebruikte materiaal een combinatie is van vele grondstoffen, en dus afhankelijk is van andere fabrikanten. Zo kunnen externe problemen de doorlooptijd vertragen.

Zo heeft de Japanse aardbeving die enkele jaren geleden plaatsvond veel van de lijmfabrieken geruïneerd. Lijm is een belangrijk onderdeel van pads, dus de doorlooptijd is verlengd tot 16 weken of langer. Met Covid-19 zijn enkele fabrieken gesloten. Vanwege de voorraadpositie bleef de doorlooptijd van Digi-Key echter onaangetast en was de invloed van de pandemie minimaal. Uiteindelijk hangt het af van de toepassing en hoe de zaken op prijs concurreren.

Traceerbaarheid

Voor het thermisch beheer is ook de traceerbaarheid van de componenten een belangrijke overweging. Digi-Key koopt alleen rechtstreeks van fabrikanten om de authenticiteit te garanderen. Dit helpt kopers ook om potentiële problemen met prototypes snel te isoleren en sneller bij de bron van het probleem te komen.

Een andere reden waarom traceerbaarheid belangrijk is bij thermisch beheer is de houdbaarheid. Met speciale thermische pads, vet of stopverf is het belangrijk dat de distributeur let op de houdbaarheid. Verschillende pads, fabrikanten en drogisterijen hebben allemaal een verschillende houdbaarheid: soms kan het een jaar zijn, soms vijf jaar, en voor anderen kan het onbepaald zijn. Hoe dan ook, er moet rekening mee worden gehouden door de sourcing-professionals tijdens het inkoopproces.

Hoewel de sourcing van oplossingen voor thermisch beheer complexer kan zijn dan de typische elektronische componenten, kan het een zeer lonende ervaring zijn, die nieuwe wegen biedt voor de engineering en de inkoopteams om samen te werken. Digi-Key biedt duizenden verschillende thermomanagementonderdelen uit voorraad aan voor onmiddellijke verzending van meer dan 65 kwaliteits- en merkfabrikanten. Zoals altijd zijn Digi-Key en zijn interne team van ingenieurs beschikbaar om 24 uur per dag en 7 dagen per week klantenondersteuning te bieden aan inkoopprofessionals die beslissingen nemen over oplossingen voor thermisch beheer.