QUẢN TRỊ NHIỆT TRONG THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ | LỰA CHỌN LOẠI VẬT LIỆU TẢN NHIỆT PHÙ HỢP

Hầu hết các thiết bị điện tử hiện nay, đều chứa các thành phần khi hoạt động sinh ra một lượng nhiệt lớn như: linh kiện bán dẫn, CPU, di-ốt, có thể gây ảnh hưởng đến độ bền và chất lượng của thiết bị. Nhìn vào biểu đồ dưới đây cũng có thể thấy, đến 50% nguyên nhân hư hỏng của thiết bị điện tử là do nhiệt lượng của nó gây ra:

Đây là lý do chính cần sử dụng đến các giải pháp quản trị nhiệt trong thiết bị điện tử. Với Pros Technology, chúng tôi đem đến giải pháp tổng thể từ thiết kế đến lựa chọn vật liệu phù hợp cho từng ứng dụng riêng của khách hàng và vẫn đảm bảo về hiệu quả của chi phí và thân thiện với người dùng.

Một thuật ngữ được nhắc đến khá nhiều và cũng là thành phần chính trong hệ thống tản nhiệt của thiết bị điện tử đó chính là vật liệu tản nhiệt (Thermal Interface Materials – TIM). Một điều thú vị là, TIM thường chỉ được biết đến như một giải pháp sau khi đã hoàn thành thiết kế nhưng lại đóng một vai trò lớn trong tính hiệu quả và độ bền trong suốt quá trình hoạt động của sản phẩm. Lựa chọn được vật liệu tản nhiệt phù hợp có thể giúp giảm thiểu được chi phí rõ rệt.

Vật liệu tản nhiệt (TIMs) là những loại vật liệu được sử dụng để tăng khả năng dẫn nhiệt và tản nhiệt của các bề mặt rắn như giữa bộ vi xử lý với heat sink giúp tăng khả năng trao đổi nhiệt giữa hai thành phần này. Nếu không sử dụng vật liệu tản nhiệt, những khoảng trống này có thể chứa không khí – một trong những chất có khả năng dẫn điện rất kém.

Vật liệu dẫn điện có ở rất nhiều dạng, trong đó, được sử dụng phổ biến nhất là dạng mỡ hoặc kem dẫn nhiệt trắng, thường được chế tạo từ silicone cùng với oxit nhôm, zinc oxide và boron nitride. Một loại TIMs khác đó là các vật liệu chuyển pha PCMs, có dạng rắn ở nhiệt độ thường nhưng sẽ chuyển dần sang dạng lỏng khi tăng nhiệt độ lên một mức nhất định.

Các vật liệu tản nhiệt có thể sử dụng trong các ứng dụng:

Cần lưu ý rằng, nếu không sử dụng vật liệu tản nhiệt, dòng nhiệt lượng vẫn có thể đi qua, trao đổi qua các bề mặt vật thành phần của thiết bị, tuy nhiên với tốc độ rất chậm vì vậy mà cho hiệu suất dẫn nhiệt thấp.

Khi sử dụng vật liệu dẫn nhiệt để kết nối hai bề mặt, dòng nhiệt lượng di chuyển nhanh và phân phối đều vì vậy giảm hoặc loại bỏ tác dụng của nhiệt lên các linh kiện này.

Các loại vật liệu tản nhiệt về cơ bản có thể chia thành các nhóm như sau:

• Vật liệu tản nhiệt đổi pha PCMs

Vật liệu đổi pha PCMS là một trong những loại vật liệu tản nhiệt thông dụng dưới dạng các miếng đệm rắn và mềm dần thành chất lỏng khi tiếp xúc với nhiệt độ đủ cao.

Khi PCMS chuyển thành dạng bán lỏng, vật liệu có thể len lỏi vào các khe hở, lỗ hổng trên bề mặt tản nhiệt, vì vậy tăng khả năng dẫn nhiệt giữa các bề mặt được nối với nhau.

Tham khảo sản phẩm PCMS: T-global PC99

• Vật liệu điền đầy khe hở bằng Silicone – Silicone Gap Fillers

Loại kem/keo tản nhiệt này có gốc là Silicone có khả năng điền đầy vào các khe hở, khoảng trống có đường kính từ 0.1 đến 10mm giữa các đề mặt giúp loại bỏ không khí – môi trường giảm khả năng dẫn nhiệt của sản phẩm đồng thời tăng khả năng dẫn nhiệt, trao đổi nhiệt giữa các bề mặt, từ đó giúp tản nhiệt cho thiết bị điện tử.

Loại vật liệu này có thể hoạt động dưới lực nén làm thay đổi kích thước của nó từ 25 đến 40%

Tham khảo thêm các sản phẩm dẫn nhiệt/ tản nhiệt bằng silicone tại đây:

• Vật liệu điền đầy khe hở không sử dụng Silicone

Loại kem/keo tản nhiệt này không sử dụng silicone và cũng có khả năng điền đầy vào các khe hở cũng như khoảng trống có đường kính từ 0.1 đến 10mm giữa các đề mặt giúp loại bỏ không khí – môi trường giảm khả năng dẫn nhiệt của sản phẩm đồng thời tăng khả năng dẫn nhiệt, trao đổi nhiệt giữa các bề mặt, từ đó giúp tản nhiệt cho thiết bị điện tử.

Tuy nhiên, khác với các loại keo tản nhiệt bằng silicone, loại vật liệu này được sử dụng khi dầu silicone làm ảnh hưởng đến hoạt động của thiết bị điện tử, khi nén ép, nó cũng có thể thay đổi kích thước từ 25 đến 40%.

Tham khảo thêm các sản phẩm dẫn nhiệt/ tản nhiệt ngoài silicone tại đây:

• Miếng/Tấm Putty

Putty cũng là một vật liệu tản nhiệt trong thiết bị điện tử có khả năng điền đầy, len lỏi vào các khe hở, khoảng trống tuy nhiên mềm và linh hoạt hơn nhiều so với các vật liệu còn lại vì nó có khả năng nén đến 90% so với độ dày ban đầu.

Loại vật liệu này được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu cao về tính chính xác cũng như sai số nhỏ

Tham khảo thêm các sản phẩm dẫn nhiệt/ tản nhiệt ngoài silicone tại đây:

• Mỡ tản nhiệt

Mỡ tản nhiệt thermal grease là loại vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay trong các thiết bị điện tử, giúp tăng khả năng tản/ dẫn nhiệt giữa các bề mặt khi tối thiểu hóa khoảng cách giữa chúng.

Mỡ tản nhiệt có độ nhớt tương đối cao vì vậy keo có thể bám, làm đầy cái kẽ hở kể cả khi có rung lắc xảy ra trong quá trình hoạt động của thiết bị.

• Miếng/Tấm cách điện dẫn nhiệt

Vật liệu cách điện là các vật liệu có thể tản được nhiệt nhưng ngăn không cho điện chạy giữa các bề mặt từ đó cũng giúp tăng khả năng truyền nhiệt của nó

Đặc điểm nổi bật và cũng là nguyên lý hoạt động của loại tấm cách điện dẫn điện này đó chính là hằng số chọc thủng điện môi cao của nó

• Băng keo/ Keo tản nhiệt

Băng keo tản nhiệt/ keo tản nhiệt được sử dụng khi trong thiết kế yêu cầu loại vật liệu vừa có khả năng kết dính vừa có thể dẫn được nhiệt.

Loại vật liệu này thường được sử dụng để thay thế các dụng cụ kẹp giữ, giúp giảm thiểu chi phí sản xuất cho người dùng.

• Miếng/Tấm Graphite

Các tấm graphite thường được sử dụng trong các trường hợp yêu cầu vật liệu vừa có khả năng tản nhiệt vừa có khả năng dẫn điện tốt.