Friheden er intet værd, hvis ikke den indbefatter friheden til at fejle.

- Mahatma Gandhi

*Jule-/nytårs tilbud*

Hakko Kombistation
inkl. tweezer kit
Spar 1165,- kr.

Sensor Hall, Tryk, Luftfugtighed, Temperatur & Digital potentiometer.
Rabatkode Jul 2020


Hakko FM-203 4.129,- kr.
Standard nozzle 136,- kr.
FM-2023-06 2.380,- kr.

Samlet tilbudspris
5.480,- kr.


Tilbuddet gælder
til og med 31/1-2021

Vi er en kreditværdig virksomhed baseret på Bisnodes kreditvurderingssystem. Vurderingen er foretaget ud fra en mængde forskellige beslutningsregler. Oplysningerne bliver opdateret dagligt via Bisnodes database. Kreditvurderingen af virksomheden er således altid aktuel.

Termisk styring af elektroniske enheder.

Kølepasta sikker god varmeoverførelse

 

De fleste elektronske komponenter arbejder med lav effekt, og producerer derfor ikke megen varme. Andre enheder derimod - sådanne som IGBT'er, transistorer og kraftige dioder, producerer en så væsentlig mængde varme, at det er nødvendigt at gøre noget for at sikre levetid og stabil drift.

Betragter vi den varmeproducerende komponent isoleret, vil temperaturen under drift stige indtil den producerede varme i komponenten bliver lig med det varmetab der afgives til omgivelserne. Komponenten har dermed nået sit "Equilibrium", altså ligevægt med omgivelserne.

Hastigheden hvormed varme fjernes fra et varmt objekt bestemmes tilnærmelsesvis af Newtons lov om køling – den fastslår at varmetabshastigheden er proportional med temperaturforskellen imellem emnets krop og omgivelserne. Som komponentens temperatur stiger, stiger varmetabet – når varmetabet pr. sekund er lig med komponentens producerede varme pr. sekund, vil enheden nå sin equilibrium temperatur. Denne temperatur kan i mange tilfælde blive så høj, at den i væsentlig grad vil forkorte komponentens levetid, eller får den til at fejle. De samme betragtninger kan anvendes på et kredsløb som en helhed, eller på større enheder der indeholder individuelle komponenter der udvikler kraftig varme.

Varmetabet er større i forceret luftgennemstrømning end i stille luft, så én måde til at kontrollerer temperaturen i en enhed eller et kredsløb, er ved at indføre en blæser og forøge lufthastigheden. Blot det at sikre tilstrækkelig ventilation vil resulterer i lavere arbejdstemperatur end hvis kredsløbet er indkapslet og uden ventilationshuller.

En pointe der nemt kan bliv overset er at hvis udstyret skal arbejde i reduceret atmosfærisk tryk, som f. eks. i højtliggende bjerge, nedsættes varmeoverførslen til omgivelserne, resulterende i en højere arbejdstemperatur for udstyret.

Varme afgives fra komponenten til omgivelserne fra komponentens overflade. Varmetabet forøges hvis arealet på overfladen forøges.  En lille enhed der producerer 10 W, vil opnå en højere temperatur end en tilsvarende større enhed. Én måde at begrænse arbejdstemperaturen på er derfor at forøge overfladearealet. Dette gøres ved at montere en køleplade på enheden. Kølepladen skal helst være af et materiale der leder varme godt, som f. eks. kobber og aluminium.

Gør varmeoverførelsen optimale med kølepastaDet er umuligt at få kølepladens- og komponentens overflade helt plane, så når de to sættes sammen vil kun de højeste punkter på de to overflader give kontakt, og der vil være små luftlommer fordelt over en stor del af overfladerne. Luft er en dårlig varmeleder, så der opstår en barriere der begrænser effektiviteten af varmeoverførslen. For at forhindre denne effekt kan der bruges varmeledende pasta, i daglig tale kaldet "kølepasta". Varmeledende pastaer er designet til at fylde lufthullerne imellem enheden og kølepladen, og derved reducerer den termiske modstand på grænsen imellem de to. Dette fører til hurtigere varmetab til kølepladen og dermed en lavere arbejdstemperatur.

Electrolube producerer en række varmeledende pastaer, der kan påføres for at udfylde luftlommerne imellem komponent og køleplade. Disse består af termisk ledende fyldstoffer i en bærepasta eller olie. Olien kan være non-silicon eller silicon baseret.  Silicon baserede pastaer, så som HTS og HTSP, klarer generelt højere temperaturer end deres non-silicon alternativer. HTC og HTCP. Silikoner kan i nogle tilfælde give problemer, da silikoner nemt migrerer, og kan forårsage forurening af f. eks. relækontakter og switches.  

Sikker dit produkt for nedbrud på grund af varme med kølepastaDet er muligt at ændre pastaens termiske ledeevne ved at forøge mængden af mineralske fyldstoffer, eller ændre typen af fyldstoffer. "P" versionen af ovennævnte pastaer har en højere fyldningsgrad, og indeholder en speciel blanding af fyldstoffer for at maksimerer den termiske ledeevne. Generelt vil en kraftigere fyldt pasta have en højere viskositet, der kan medføre større påføringsvanskeligheder.

Termisk ledende pastaer forbliver pastaer, hvilket gør reparations- og vedligeholdelsesarbejder nemt. Nogle steder kan det dog være ønskeligt at benytte et varmeoverførende materiale der kan hærdes. Electrolube's TCOR er en silicone RTV (Room Temperature Vulcanising), fyldt med en speciel blanding af fyldstoffer. Når den påføres imellem enheden og kølepladen, vil den hærde op til en gummi ved hjælp af fugten i atmosfærisk luft. Electrolube's TBS er en tokomponent epoxy masse, der hærder op til en stærk og solid forbindelse imellem komponent og køleplade. Det kan være en fordel i nogle designs, men kan give problemer ved udskiftning eller reparation.

Uanset valget af termooverførsels materiale, er det vigtigt at sikre, at grænsefladen mellem enheden og køleplade er helt fyldt og al luft fortrængt. Dette gøres normalt ved at en mængde pasta påføres i centrum af de to kontaktflader, hvorefter de sammenpresses parallelt. Det tilrådes at kontrollerer at der er nok pasta til at sikre at al luft fortrænges, men ikke så meget at et fedtet overskud presses ud af siderne på samlingen. Denne målsætning er lettere at opnå ved hjælp af automatisk dispensering og montage udstyr. Sikring af at al luft er fjernet fra grænsefladen fører til en lavere termisk modstand og en lavere driftstemperatur for enheden. Jo højere pastaens eller støbemassens termiske konduktivitet er, desto lavere arbejdstemperatur.

Den varmeledende pasta har en lavere termisk konduktivitet end køleplade materialet, så det er vigtigt at holde tykkelsen af pastalaget imellem de to overflader så tynd som muligt, for at holde den termiske modstand mindst mulig, for igen at sikre enheden lavest mulig arbejdstemperatur.  Det er dog vigtigt at påpege at "filmen" ikke bliver så tynd at der opstår luftlommer. Tykkelsen af den ønskede "film" kan reguleres ved at tilfører pastaen små massive glaskugler kaldet Ballotini. Tykkelsen af det påførte lag vil da blive bestemt af diameteren på glaskuglerne. Det er i øvrigt tilrådeligt at sikre en god kontakt imellem materialerne ved hjælp af skruer clips eller lignende.

For nogle varmeudviklende kredsløb vil det være praktisk at sikre den termiske kontrol ved at indstøbe dem i en metalkasse, ved brug at en termisk ledende støbemasse. Electrolube producerer mange sådanne støbemasser. De mest populære er toparts epoxy støbemasser ER 2074 og ER 2183. Igen er det vigtigt at sikre at der ikke fremkommer indesluttede luftlommer under indstøbningen, da disse vil forringe overførslen af varme til metalkassen. Hvis den meget høje termiske konduktivitet i de to nævnte produkter ikke er nødvendig, vil det måske være mere passende at bruge en almindelig fyldt "potting compound" som f. eks. ER 2188. Mineralske fyldstoffer har en højere termisk konduktivitet end selve støbemassen, så fyldte masser er bedre end ikke fyldte masser, for så vidt angår termoledningsevne. Jo højere fyldniveau, jo bedre termisk ledeevne. Højere fyldniveauer vil medføre højere viskositet, og større mulighed for at luftlommer kan opstå.

Der er selvfølgelig mange andre kølemetoder som f. eks. væskekøling og brug af Peltier elementer, men også der er det essentielt at anvende en termisk ledende pasta eller støbemasse for at undgå termisk isolerende luftlommer imellem enheden og køleelementet.

Den stigende miniaturisering af elektronikprodukter betyder at varmeoverførselsproblematikken bliver stadig vigtigere. En god og effektiv termisk styring vil ofte føre til at udstyret får større pålidelighed og længere levetid.

Yderligere oplysninger om materialer og anvendelse kan fås hos Cypax.

Otto Thierry Hansen
Cypax A/S
oh@cypax.dk