Hőtechnika: amit a vásárlónak tudnia kell

A hőszabályozás az elektronika világának versbe nem foglalt hőse, mivel ennek köszönhetően maradnak az eszközök hűvösek, és ez biztosítja azok megfelelő működésüket. A beszerzésekkel foglalkozó szakemberek számára a különféle hőtechnikai termékek azonosítása, működésük megértése és az átfutási időkkel kapcsolatos szempontok figyelembe vétele segíthet a legjobb megoldások fellelésében.

Egy-egy termikus megoldás megtervezése általában nem olyan feladat, amely a beszerzési szakemberek által egyedül elvégezhető, hanem ebbe a folyamatba a mérnököket is be kell vonni, mert olyan szempontokat is figyelembe kell venni, amelyek a standard elektronikus alkatrészek beszerzésekor nincsennek jelen.

A hőtechnikai termékek aktív hűtésűekre és a passzív hűtésűekre oszthatók. Az aktív hűtés biztosításához villamos energiára van szükség, amely például egy (AC vagy DC) ventilátor vagy pedig egy Peltier modul működéséhez kell. Az áramot nem igénylő hűtéstechnológiák közé viszont a hővezető paszták, gittek vagy termikus alátétek tartoznak.

1. ábra A Copal F310R-05LLC 5 V-os_DC axiális ventilátora aktív hűtéshez használható. (Kép: Nidec Copal Electronics)

Helyigény

A legfontosabb szempont az, hogy a hűtéshez mennyi hely áll rendelkezésre. A nagy házakkal rendelkező számítógépeken például rengeteg hely van egy ventilátor számára.

Ezzel szemben, a viselhető eszközök, mobiltelefonok vagy más hasonló alkalmazások tervezéskor a helyigény kritikus szempont. A nagyméretű termikus megoldások az utóbbiak esetében nem lesznek jók. Ehelyett termikus alátéteket, géleket vagy pasztákat kell használni. Az adott térbeli korlátokba való beilleszkedéshez az ilyen megoldások igen alkalmasak. Fontos szempont a hőt termelő alkatrészek és modulok típusa is, amelyek például lehetnek vezeték nélküli rádiófrekvenciás modulok vagy tápegységek.

Hőelvezetés

Egy alkatrész által termelt hőt a rendszeren kívülre kell elvezetni. Nem elég csupán elnyelni a hőt, hanem azt egy valamilyen más közeg – akár a tok, akár egy másik felület, vagy a levegő – felé le kell adni.

A hőszabályozás lényege abból áll, hogy hőt kell elvonni az alkatrészektől, és azt más helyekre elvezetni. Ha a hőt annak elvezetése helyett az alkatrész nyeli el, akkor az a legjobb esetben a teljesítmény csökkenésével jár, a legrosszabb esetben viszont tönkreteszi az alkatrészt.

Azokban a kialakításokban, ahol erre van elegendő hely hűtőbordák használhatók. A hűtőborda egy fémből vagy kerámiából készült hőelnyelő eszköz, amelyet az alkatrészre helyeznek. A hűtőbordák lamellákkal vagy bordákkal rendelkeznek, amelyek arra szolgálnak, hogy a hőt az alkatrészről a levegő felé közvetítsék. A hűtőbordát szorosan rögzíteni kell az alkatrészhez. Habár az alkatrész felülete simának tűnhet, valójában nem az, ezért a hűtőborda és az alkatrészek érintkezési felületei közötti hézagot valamilyen közbenső anyaggal ki kell tölteni, amely lehet például rugalmas alátét, gél vagy hővezető paszta. A hűtőbordák némelyikénél a hővezető alátét már gyárilag rögzítve van a hűtőborda felületéhez.

2. ábra A jobb hőátadás biztosításához a hűtött alkatrész és a hűtőborda közötti hézag kitölthető a Chemtronics hővezető pasztájával.  (Kép: Chemtronics)

Időzítés

A kiválasztott megoldással együtt ugyanolyan fontos az, hogy mikor hozták meg ezt a döntést. A közkedvelt megoldásnak számító termikus alátétek két legfontosabb műszaki paramétere az, hogy mennyi hőt tudnak elvezetni, és milyen gyorsan teszik azt. Ez egy olyan tényező, amelyet a tervezési folyamat előtt vagy aközben kell kiszámolni, majd azt ezután mérnökök bevonásával a tényleges alkalmazásban tesztelni kell.

A következő fő szempont, amelyet figyelembe kell venni az alátét rugalmassági tényezője. Ezen a ponton el lehet gondolkodni arról, hogy az adott kialakításnál alátétet vagy inkább gélt érdemes-e használni. Gél alatt hővezető paszta vagy gitt is érthető. Az egyik gond a pasztával az, hogy egy pasztával megkent alkatrészen végzett utómunka vagy javítás esetén a karbantartás problematikussá és piszkossá válhat. A paszta ezenkívül hosszú távon nem túl megbízható, mert néha alakját vesztheti, és nem terül el egyenletesen az alkatrész felületén. Másrészről viszont a paszta sokkal olcsóbb más megoldásoknál.

A legtöbb esetben jobb alátétet használni, de azt viszont az alkatrész alakjához igazodó méretre kell szabni. Az egyedi igényre szabott alátétes megoldások miatt ez esetleg drágább lehet. A beszerzési szakembereknek ezen összes változót figyelembe kell venniük, valamint a minőséget is, és azt a plusz időt, amely a gyártó számára az alátétek méretre szabásához kell.

Az átfutási időket illetően a legtöbb gyártó árajánlatában a megszokott öt-hat hét, valamint az elővágáshoz szükséges további egy-két hét fog szerepelni. Egyes gyártóknál ez akár 12 hét is lehet, mert a gyártásra felhasznált anyag több különböző nyersanyagból készül, és azok leszállítása függhet más gyártóktól. Külső tényezők miatt tehát az átfutási idők hosszabbodhatnak.

A néhány évvel ezelőtti földrengés miatt japánban például sok ragasztógyár működésképtelenné vált, és mivel a ragasztó az alátétek egyik kulcsfontosságú része, így az átfutási idő 16 hétre vagy még ettől többre is hosszabbodott. A Covid-19 járvány miatt néhány gyár megszűnt. A rendelkezésre álló készletállományának köszönhetően azonban az átfutási idők DigiKey-nél nem változtak, és a járvány hatása minimális volt. Alapvetően ez az alkalmazástól és a piaci verseny által meghatározott ártól függnek.

Nyomon követhetőség

A hőszabályozást illetően az alkatrészek nyomon követhetősége is fontos szempont. A DigiKey csakis közvetlenül a gyártóktól vásárol, hogy garantáltan eredeti alkatrészeket kapjon. Ez a vásárlóink számára is segítséget jelent, mert a prototípusokkal kapcsolatos esetleges problémákat gyorsan felderíthetik, és gyorsabban feltárhatják a problémák gyökerét.

Egy másik ok, ami miatt hőszabályozási szempontból a nyomonkövethetőség fontos, az a szavatossági idő. A speciális termikus alátétek, paszták és gittek esetén a forgalmazónak fontos odafigyelni a termékek eltarthatóságára. A különböző gyártók és technológiák miatt az alátétek szavatossági ideje is különbözik: ez olykor egy év, van, hogy öt év, de akár korlátlan is lehet. Ettől függetlenül a beszerzési folyamat során az erre szakosodott szakembereknek ezt is figyelembe kell venni.

Noha a hőszabályozási megoldások beszerzése a tipikus elektronikai komponensekétől talán kicsit bonyolultabb, mégis igazán gyümölcsöző tapasztalat lehet, és új lehetőségeket kínálhat fel a mérnöki és beszerzési csapatok együttműködésére. A DigiKey többezer azonnali szállításra kész különböző hőszabályozási alkatrészt kínál, több mint 65 minőségi márkát képviselő gyártótól. Mint mindig, a DigiKey és házon belüli mérnökcsapata a beszerzési szakamberek számára a hét minden napján éjjel-nappal elérhető, hogy segítsen nekik a megfelelő döntések meghozatalában a hőszabályozási komponenseket illetően.