Gestione termica: cosa devono sapere gli acquirenti

La gestione termica è l'asso nella manica dell'elettronica, per evitare il surriscaldamento dei dispositivi e assicurarne il funzionamento corretto. Per i professionisti degli acquisti, identificare diversi tipi di prodotti termici, capire come funzionano e soppesare le considerazioni sui tempi di consegna può essere utile per trovare la soluzione migliore.

La progettazione di una soluzione termica non è una scelta che i professionisti degli acquisti possono fare da soli. Devono coinvolgere gli ingegneri, perché richiede un approccio diverso rispetto all'approvvigionamento di componenti elettronici standard.

Un modo per distinguere i vari tipi di prodotti termici è conoscere la differenza tra il raffreddamento attivo e quello passivo. Il raffreddamento attivo utilizza l'energia per raffreddare, come una ventola (c.a. o c.c.) o un dispositivo Peltier. Le tecnologie di raffreddamento che non richiedono energia includono grasso, mastice o fogli termoconduttivi e piazzole termiche.

Figura 1: La ventola assiale F310R-05LLC a 5 V_c.c. di Copal può essere utilizzata per il raffreddamento attivo. (Immagine per gentile concessione di Nidec Copal Electronics)

Spazio

La considerazione più importante è la quantità di spazio disponibile. Ad esempio, i computer in grandi involucri hanno molto spazio per una ventola.

Ma in applicazioni come i dispositivi indossabili o i cellulari, lo spazio è un problema. Le soluzioni termiche di grandi dimensioni non sono adatte. Al contrario, è necessario utilizzare piazzole termiche, gel o grasso. Queste soluzioni possono essere utilizzate per mitigare i vincoli di spazio. È anche importante notare i tipi di componenti e moduli che generano calore, come i moduli RF wireless e gli alimentatori.

Dissipazione del calore

Il calore generato da un componente deve essere dissipato all'esterno. Non è sufficiente assorbire il calore, ma lo si deve trasferire a qualcos'altro, come il telaio, un'altra area o l'aria.

La gestione termica consiste nel prelevare il calore dal componente e dissiparlo in altri punti. Se il calore viene assorbito dal componente e non è rimosso, nel migliore dei casi si rallentano le prestazioni e nel peggiore dei casi si distrugge il componente.

Nelle applicazioni in cui lo spazio non è un problema, è possibile utilizzare i dissipatori di calore. Un dissipatore di calore è un dispositivo metallico o ceramico posizionato sul componente. I dissipatori di calore hanno alette o costole che trasferiscono il calore dal componente all'aria. Il dissipatore di calore deve essere montato saldamente sul componente. La superficie del componente potrebbe sembrare liscia, ma in realtà non lo è. La superficie tra il dissipatore di calore e il componente deve essere riempita con un materiale intermedio come una piazzola flessibile, un gel o un grasso. Alcuni dissipatori di calore sono forniti con la piazzola intermedia integrata nella base.

Figura 2: Il grasso per dissipatore di calore di Chemtronics viene utilizzato per riempire lo spazio tra il componente da raffreddare e il dissipatore di calore, per un migliore trasferimento termico. (Immagine per gentile concessione di Chemtronics)

Tempistica

Altrettanto importante della soluzione che si sceglie è il momento in cui si opera questa scelta. I due parametri tecnici più importanti per una piazzola termica, una soluzione molto diffusa, sono la quantità di calore che può dissipare e la velocità con cui può farlo. Questi fattori devono essere calcolati prima o durante il processo di progettazione. La soluzione scelta deve poi essere testata nell'applicazione reale, ed è qui che si devono coinvolgere gli ingegneri.

L'altro parametro importante da considerare è la flessibilità della piazzola. A questo punto, è anche importante considerare se l'applicazione deve utilizzare una piazzola o un gel. Un gel può essere fornito sotto forma di grasso o mastice. Un problema con il grasso è che può rendere problematica la manutenzione, se un componente ricoperto di grasso deve essere maneggiato, rilavorato o riparato. Inoltre, nel lungo periodo il grasso non è molto affidabile perché a volte può perdere la sua forma e non si distribuisce uniformemente sulla superficie del componente. D'altro canto, il grasso è molto più economico di altre soluzioni.

Una piazzola è migliore nella maggior parte dei casi, ma deve essere ritagliata per adattarla alla forma del componente. La natura personalizzata di una soluzione con piazzola significa che può costare di più. I professionisti degli acquisti dovrebbero tener conto di tutte queste variabili, oltre alla qualità e al tempo supplementare che il produttore impiega per tagliare le piazzole.

Per i tempi di consegna, la maggior parte dei produttori indicherà una scala temporale standard nell'ordine di cinque-sei settimane, più forse una o due settimane aggiuntive per il taglio personalizzato. Alcuni produttori potrebbero indicare fino a 12 settimane perché il materiale utilizzato è una combinazione di molte materie prime che dipendono da altri produttori. Pertanto, le questioni esterne possono ritardare i tempi di consegna.

Ad esempio, il terremoto avvenuto qualche anno fa in Giappone ha distrutto molte fabbriche di colla. La colla è un componente chiave delle piazzole, quindi i tempi di consegna si erano estesi a 16 settimane o più. Con la pandemia da Covid-19, alcune fabbriche hanno chiuso. Tuttavia, grazie agli elevati livelli delle scorte, DigiKey è riuscita a mantenere invariati i tempi di consegna e la pandemia ha avuto conseguenze minime. In definitiva, tuttto dipende dall'applicazione e dai livelli di prezzo.

Tracciabilità

Anche la tracciabilità dei componenti è una considerazione importante per la gestione termica. DigiKey acquista soltanto direttamente dai produttori per garantire l'autenticità dei prodotti. Questo aiuta anche gli acquirenti a isolare rapidamente qualsiasi potenziale problema con i prototipi e a risalire più velocemente alla fonte del problema.

Un'altra ragione per cui la tracciabilità è importante nella gestione termica è il periodo di stoccaggio. Con piazzole termiche speciali, grasso o mastici, è importante che il distributore presti attenzione a questo aspetto. Piazzole, produttori e prodotti chimici diversi hanno tutti una durata di conservazione diversa: a volte può essere di un anno, a volte di cinque anni, per altri può essere infinita. A prescindere, i professionisti dell'approvvigionamento devono tenerne conto durante il processo di acquisto.

Se l'approvvigionamento di soluzioni di gestione termica può essere più complesso rispetto ai tipici componenti elettronici, può essere un'esperienza davvero gratificante e costituisce per i team di progettazione e di acquisto un nuovo modo per lavorare insieme. DigiKey offre migliaia di componenti per la gestione termica, disponibili a magazzino per la spedizione immediata da più di 65 produttori di marchi di qualità. Come sempre, DigiKey e il suo team di ingegneri sono disponibili a fornire assistenza 24 ore su 24, 7 giorni su 7 ai professionisti degli acquisti incaricati di prendere le decisioni sulle soluzioni di gestione termica.