TẠI SAO CẦN QUẢN TRỊ NHIỆT – THERMAL MANAGEMENT – TRONG THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ?
Nhiệt độ – Kẻ hủy hoại thầm lặng các thiết bị điện tử
Lên đến 55% lỗi trên bo mạch điện tử có nguyên nhân từ nhiệt độ. Hầu hết các linh kiện điện tử như transistor công suất, CPU và diode nguồn đều tạo ra một lượng nhiệt đáng kể. Kiểm soát nhiệt độ là yếu tố then chốt để kéo dài tuổi thọ hoạt động và nâng cao độ tin cậy cho các thiết bị này.
Trong quá trình hoạt động, nhiệt độ của linh kiện điện tử sẽ tăng dần cho đến khi nhiệt sinh bên trong thiết bị bằng với nhiệt mất ra môi trường xung quanh, đạt trạng thái cân bằng nhiệt. Nhiệt độ này có thể đủ cao để làm giảm đáng kể tuổi thọ của linh kiện hoặc thậm chí khiến thiết bị hỏng hóc.
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến các linh kiện điện tử
Sự gia tăng nhiệt độ sẽ ảnh hưởng đến hoạt động của các linh kiện chủ động và thụ động trong mạch tích hợp. Nếu nhiệt độ tăng quá cao, các linh kiện chủ động hoặc thụ động bị đốt nóng có thể hoạt động không chính xác hoặc thậm chí hỏng hoàn toàn. Các lỗi thường gặp bao gồm: mất kiểm soát nhiệt (thermal runaway), hỏng điểm nối (junction failure), hỏng lớp kim loại hóa (metallization failure), ăn mòn (corrosion), dịch chuyển giá trị điện trở (resistor drift) và khuếch tán di cư (electromigration diffusion). Do đó, việc giảm thiểu tối đa sự gia tăng nhiệt độ trong một gói điện tử là điều cần thiết.
Nguyên nhân gây tăng nhiệt độ trên mạch điện tử
-
Tăng mật độ công suất và dòng điện: Nhu cầu ngày càng cao về các bộ xử lý hiệu năng mạnh đã dẫn đến việc tiêu thụ điện năng tăng đều trên tất cả các phân khúc thị trường, chẳng hạn như thiết bị di động, máy tính để bàn hiệu năng cao, máy chủ và máy trạm. Mật độ công suất và mức độ dòng điện tăng trong các bộ vi xử lý là nguồn nhiệt chính và gây ra những lo ngại về việc quản lý nhiệt độ các điểm nóng trên chip cũng như nhiệt lượng tỏa ra từ gói và các mối nối gây ra bởi hiệu ứng Joule.
-
Mật độ linh kiện trên PCB dày đặc hơn: Một nguyên nhân khác gây lo ngại về quản lý nhiệt trên bo mạch điện tử là xu hướng ngày càng gia tăng của ngành công nghiệp điện tử về các thiết bị cầm tay và đồ gia dụng mỏng hơn, nhỏ gọn hơn. Do đó, PCB ngày càng nhỏ gọn hơn, khoảng cách giữa các linh kiện trên PCB điện tử ngày càng gần nhau, khiến việc truyền nhiệt ra khỏi các linh kiện PCB trở nên khó khăn hơn.
Giải pháp quản lý nhiệt độ hiệu quả
-
Tản nhiệt (Heatsink): Nếu hệ thống quạt gió không đủ, một cách để giảm nhiệt độ hoạt động là tăng diện tích bề mặt tản nhiệt nhân tạo bằng cách gắn một tấm tản nhiệt kim loại vào thiết bị. Việc lựa chọn tản nhiệt rất quan trọng vì kết quả phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm vật liệu tản nhiệt, kích thước, độ dẫn nhiệt, thiết kế và keo dán để gắn nó vào PCB.
-
Vật liệu giao diện nhiệt (TIM): Không khí là chất dẫn nhiệt kém, vì vậy giao diện giữa thiết bị và tản nhiệt sẽ tạo thành một rào cản nhiệt hạn chế hiệu quả tản nhiệt từ thiết bị. Để khắc phục hiệu ứng này, người ta sử dụng các hợp chất dẫn nhiệt. Vật liệu giao diện nhiệt được thiết kế để lấp đầy khoảng trống giữa thiết bị và tản nhiệt, do đó giảm trở kháng nhiệt tại ranh giới giữa hai bộ phận. Điều này giúp tản nhiệt nhanh hơn sang tản nhiệt và giảm nhiệt độ hoạt động cho thiết bị.
Lời kết
Việc lựa chọn tản nhiệt và vật liệu dẫn nhiệt phù hợp là một vấn đề phức tạp. Do đó, Pros Technology luôn sẵn sàng hỗ trợ khách hàng giải quyết các vấn đề về quản lý nhiệt. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi hoặc yêu cầu nào về quản lý nhiệt, vui lòng liên hệ với chúng tôi:
