เมื่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น และส่วนประกอบต่างๆ ประกอบเข้าด้วยกันมากขึ้น ความหนาแน่นของความร้อนก็เพิ่มขึ้น ซึ่งหมายความว่าการจัดการความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพจึงเป็นสิ่งสำคัญต่อการออกแบบอุปกรณ์และส่วนประกอบต่างๆ

 

Thermal Design คืออะไร?

ซึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้วัสดุระบายความร้อนเพื่อจัดการความร้อนที่เกิดขึ้นภายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และ/หรือลดอุณหภูมิของส่วนประกอบโดยการถ่ายเทความร้อนไปยังพื้นผิวระบายความร้อน เช่น ตัวเครื่องอุปกรณ์

 

เหตุใดจึงมีความจำเป็นในการออกแบบเชิงความร้อน?

ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ติดตั้งบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ในอุปกรณ์หลายชนิดจะก่อให้เกิดความร้อนเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ซึ่งนำไปสู่ปัญหาต่างๆ ดังต่อไปนี้ การออกแบบระบบระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการแก้ไขปัญหาเหล่านี้

 

1. ปัญหาการทำงาน: เช่น อายุการใช้งานของส่วนประกอบลดลงเนื่องจากส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ร้อนมาก

2. ปัญหาทางกลไก เช่น ความเสียหายต่อส่วนประกอบเนื่องจากการขยายตัวเนื่องจากความร้อนหรือการเปลี่ยนแปลงทางเคมี

3. ปัญหาความปลอดภัยของผู้ใช้ เช่น การไหม้เนื่องจากอุณหภูมิสัมผัสที่สูง

 

พื้นฐานการถ่ายเทความร้อน

การถ่ายเทความร้อนมี 3 โหมด

 

1. การนำความร้อน: กระบวนการถ่ายเทความร้อนภายในของแข็ง
ตัวอย่าง: เมื่อปลายช้อนถูกความร้อนเหนือไฟ ส่วนที่ถืออยู่ในมือก็จะร้อนขึ้นด้วย

 

2. การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน: กระบวนการถ่ายเทความร้อนไปยังของไหล (เช่น อากาศหรือของเหลว) ที่สัมผัสกับวัตถุที่ได้รับความร้อน
ตัวอย่าง: เมื่อกระทะถูกทำให้ร้อนบนเตาแก๊ส อากาศด้านบนจะอุ่นขึ้นเนื่องจากการถ่ายเทความร้อน

 

3. การแผ่รังสีความร้อน: การถ่ายโอนพลังงานความร้อนผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากสสาร

ตัวอย่าง: แสงอาทิตย์ ความร้อนจากดวงอาทิตย์ไม่ได้ถูกพาไปในอากาศ แต่เดินทางผ่านสุญญากาศในอวกาศในรูปของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

 

การออกแบบเชิงความร้อนจะดำเนินการโดยคำนึงถึงกลไกการถ่ายเทความร้อนเหล่านี้อย่างรอบคอบ

 

การนำความร้อนและความต้านทานความร้อน

สมการฟูริเยร์: Q=λ×((ΔT・S)/d)
Q: การถ่ายเทความร้อนสุทธิ (W), λ: ค่าการนำความร้อน (W/m･K), ΔT: ความแตกต่างของอุณหภูมิ, S: พื้นที่หน้าตัด, d: ระยะทาง

 

1. ค่าการนำความร้อน: ความสามารถในการนำความร้อนของวัสดุ
ค่านี้เป็นค่าคงที่และไม่เปลี่ยนแปลงแม้สภาพแวดล้อมโดยรอบจะมีการเปลี่ยนแปลง
λ (ค่าการนำความร้อน) = (Q・d)/(ΔT・S)
* (d/ΔT = ค่าคงที่)

 

2. ความต้านทานความร้อน: การวัดประสิทธิภาพของวัสดุในการต้านทานการไหลของความร้อน
ค่านี้จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับระยะห่างจากแหล่งความร้อน ระดับการสัมผัส และพื้นที่ แม้จะใช้แผ่นระบายความร้อนแผ่นเดียวกันก็ตาม
ความต้านทานความร้อนจะลดลงเมื่อพื้นที่มีขนาดใหญ่ขึ้น ค่าการนำความร้อนสูงขึ้น และระยะทางสั้นลง (ความหนาบางลง)
R1 (ความต้านทานความร้อน): °C/W = d/(λ・S)

 

คุณสมบัติข้างต้นมีความสำคัญต่อการออกแบบเชิงความร้อน

 

วิธีการประเมินความร้อนของเรา

การนำความร้อน (วิธี JIS R 2616 Hot-wire)

ลวดความร้อนเส้นเล็ก (ลวดความร้อน) จะถูกฝังอยู่ในตัวอย่างทดสอบ และกระแสไฟฟ้าคงที่จะถูกจ่ายเพื่อสร้างความร้อน
อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นรอบ ๆ ลวดความร้อนขึ้นอยู่กับค่าการนำความร้อนของตัวอย่าง เมื่อพล็อตด้วยมาตราส่วนเวลาลอการิทึม การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจะปรากฏเป็นเส้นตรง ดังแสดงในรูปด้านล่าง
ความชันของเส้นนี้จะแปรผกผันกับค่าการนำความร้อนของตัวอย่าง กล่าวคือ ตัวอย่างที่มีค่าการนำความร้อนต่ำจะมีความชันมากกว่า ในขณะที่ตัวอย่างที่มีค่าการนำความร้อนสูงจะมีความชันน้อยกว่า
กล่าวอีกนัยหนึ่ง ค่าการนำความร้อนของตัวอย่างสามารถหาได้จากความชันของเส้นโค้งการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่พล็อตเทียบกับเวลาลอการิทึม

 

 

ค่าการนำความร้อน 2 (วิธี Hot Disk ISO22007-2)

การให้กระแสไฟฟ้าคงที่แก่เซ็นเซอร์ Hot Disk จะทำให้เกิดความร้อน ในระหว่างกระบวนการนี้ จะมีการวัดการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าที่เซ็นเซอร์
จากกระแสไฟฟ้าที่จ่ายและการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ เราสามารถหาค่าความต้านทานไฟฟ้าของเซ็นเซอร์ Hot Disk ได้ ซึ่งช่วยให้สามารถคำนวณการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของเซ็นเซอร์เมื่อเวลาผ่านไปได้

 

 

ความต้านทานความร้อน (ตามมาตรฐาน ASTM D5470)

โดยใช้ความแตกต่างของอุณหภูมิตัวอย่างระหว่างด้านบน (TA) และด้านล่าง (TB) และการถ่ายเทความร้อนสุทธิ (Q) สามารถคำนวณความต้านทานความร้อนได้ตามสมการ:
ความต้านทานความร้อน = (TA−TB)/Q

TA: อุณหภูมิของตัวอย่างและพื้นผิวสัมผัสบนบล็อกทองแดงด้านบน (คำนวณจากอุณหภูมิและระยะห่างสองจุดบนบล็อกทองแดงด้านบน T1 และ T2)
TB: อุณหภูมิของตัวอย่างและพื้นผิวสัมผัสบนบล็อกทองแดงด้านล่าง (คำนวณจากอุณหภูมิและระยะห่างสองจุดบนบล็อกทองแดงด้านล่าง T3 และ T4)

 

 

ข้อดีของการใช้แผ่นระบายความร้อน (เทียบกับจารบีระบายความร้อน)

 

1. ประกอบง่าย
- ไม่ต้องใช้จิ๊กหรืออุปกรณ์จ่ายจาระบีในการทาจารบี

 

2. บำรุงรักษาง่าย (ซ่อม)
- ไม่ต้องทำความสะอาดและทาซ้ำระหว่างการบำรุงรักษา

 

3. ลดความซ้ำซ้อนของงาน
- ไม่มีการเปลี่ยนแปลงปริมาณ/พื้นที่การใช้งาน
- จัดการสินค้าคงคลังได้ง่าย

 

4. คงประสิทธิภาพความร้อนตลอดการใช้งานระยะยาว
ไม่ต้องกังวลเรื่องรอยแตกร้าวจากการสูญเสียน้ำมันพื้นฐาน

 

คลิกที่นี่เพื่อดูรายการผลิตภัณฑ์